JPH042321B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、継目無鋼管用中空素管の製造に関す
るものであつて、拡管率の高い穿孔圧延が行え、
且つエロンゲータの役割りをも果たす継目無鋼管
用中空素管の製造方法及びこれに使用する装置を
提供せんとするものである。

〔従来の技術及びその欠点〕

継目無鋼管の製造において、一般的に実施され
ている傾斜圧延機により中空素管の製造方法は、
第４図及び第５図に示す如く、加熱炉より取り出
した所定温度のビレツト（被圧延材）１を、先ず
穿孔圧延機２により中空素管３としている。そし
て、この中空素管を所定寸法の鋼管に仕上げるに
は、プラグミルまたはマンドレルミル等の延伸圧
延機で肉厚を減じ、次いで磨管機にかけ、更に定
形機または絞り圧延機により所定の内径及び外径
になるまで加工している。なお、同図において、
４はロール、５はプラグ、６はプラグ５を支持す
るマンドレルバー、７はガイドシユーである。

上述の製管方法は、比較的中径以下の鋼管を製
造することを基本としており、大径の継目無鋼管
を製造する場合は、穿孔工程において、２台の穿
孔圧延機を連続配置し、第１穿孔圧延機２（第４
図参照）で穿孔された中空素管３を、更に第６図
で示す樽形ロール８を用いた第２穿孔圧延機（エ
ロンゲータ）９で拡径する二重穿孔方式を採用し
ていた。

ところが、第１穿孔圧延機２にあつては、拡管
率（中空素管外径／被圧延材外径）を大きくする
と、ロール４から被圧延材１に充分な推進力が与
えられず、ミルトリツプが発生し、圧延できなく
なるという圧延機自体の持つ能力の限界があつ
た。それに、第１穿孔圧延機２の捩れが増大し、
内面疵を発生し易く、また偏肉にも悪影響を及ぼ
すという品質上の問題があつた。それで拡管率
は、1.0倍乃至1.2倍の範囲内にしかできなかつ
た。これは、エロンゲータ９を用いる二重穿孔方
式にあつてもほぼ同じことがいえる。エロンゲー
タ９を用いる場合は、一応中空素管３になつてい
るものを更に拡径圧延するため、第１穿孔圧延機
２よりも大きい拡管率を取り得るが、それでも
精々1.2倍乃至1.4倍の範囲である。

それで、従来にあつては、拡管率の大きい大径
の継目無鋼管用中空素管を製造する場合は、その
補助として、第７図及び第８図に示すようなロー
タリローリングミル１０を既設の圧延設備に付加
し、拡管工程を組み込んだ製造工程を採るように
している。そのロータリローリングミル１０は、
円錐形ロール１１とプラグ１２とで形成されるパ
ス空間へ中空素管１３を通過せしめることによつ
て、拡径された管１４を得るものである。この方
法では拡管率を1.5倍乃至2.0倍までとることが可
能である。なお、１５はガイドシユーである。

ところが、この方法では、従来の圧延機群に更
にロータリローリングミルを追加しなければなら
ないから、広範囲の設備スペースを要し設備費が
高騰する等、設備上の問題を伴つていた。しか
も、拡管工程を別途必要とするため、工程が多く
なり、生産性に悪影響を及ぼすという問題があつ
た。また、ロータリローリングミルのロールは片
持型であるため、ミル剛性が低く、これで圧延を
行なうと、管にスパイラルマークが発生し、管肉
厚の偏肉や疵等の要因となり、管の品質に悪影響
を及ぼすという問題があつた。

更に、従来にあつては、ロータリローリングミ
ルやエロンゲータの入側から被圧延材へ押し込み
力を付与し、同時に出側から圧延後の中空素管へ
押し戻し力を付与することで、拡管率を2.0倍以
上にする製造方法もある。然しながら、ロータリ
ローリングミルの入側と出側から加圧する場合
は、既設の圧延設備に補助設備としてのロータリ
ローリングミルと加圧装置を別途付加しなければ
ならない。また、エロンゲータの入側と出側から
加圧する場合にも、加圧装置を別途付加しなけれ
ばならない。つまり、これらの加圧製管方法で
は、上述の場合と同じように補助設備を付設しな
ければならないという問題があつた。

更にまた、従来にあつては、拡管率を大きくと
ることのできる大径継目無鋼管の製造方法とし
て、レツクナー圧延機という特殊な圧延機を用い
るものがある。この圧延機は、穿孔圧延後の中空
素管を更に圧延するものであつて、成形面にスパ
イラル状の凸部を有する対になつたロールが中空
素管の外周側に沿うよう設けてある圧延機を複数
段階に配置している。その圧延原理は、先行する
圧延機の凸部が食い込んだ管の凹部を、後続圧延
機の凸部で更に拡大して押し拡げていくものであ
る。この場合も、やはり既設の圧延設備に特殊な
圧延機を補助として付加しなければならないとい
う設備上の問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来の上記欠点に鑑みてこれを改良
除去したものであつて、既設圧延機を利用し、既
設圧延機のロール、プラグ及びガイドシユーのう
ち、特にロールの形状を変更することによつて、
一挙に穿孔・拡径圧延し、よつて中空素管を製造
することができ、しかもスパイラルマークの発生
を抑制するとともに拡管率を大きくとることので
きる大径の継目無鋼管用中空素管の製造方法及び
装置を提供せんとするものである。

而して、本発明における製造方法の要旨は、ロ
ール、プラグ、ガイドシユー等を備えた交叉型の
傾斜穿孔圧延機による中空素管の製造において、
前記ロールとしては前端側から縮径部及び拡径部
が形成され後端側にサイジング部が形成された両
持型ロールを用い、前記サイジング部のロール面
角を0°乃至10°の範囲に設定し、拡径完了点以降
で前記サイジング部のロール面と接触する被圧延
材へ充分な推進力を付与し、拡管率を1.5倍乃至
3.0倍の範囲で圧延するところにある。

また、製造装置の要旨は、ロール、プラグ、ガ
イドシユー等を備えた交叉型の傾斜穿孔圧延機に
あつて、前記ロールは両持型であり前端側から後
端側にかけて縮径部、拡径部及びサイジング部が
形成され、該サイジング部は前記プラグのリーリ
ング部に対応する長さを有しそのリーリング部に
対向するロール面角がパスラインに対して0°乃至
10°の範囲に設定されているところにある。

〔作用〕

本発明は、ロールの形状に簡単な改造を施した
交叉型の傾斜穿孔圧延機を使用することによつ
て、従来予測し得る拡管率を遥かに超越した継目
無鋼管用中空素管を得ることができる。

而して、ロールに施された改造点は、ロールの
後端側に、未だ本発明の目的に沿うべく採用され
たことのないサイジング部を一体形成することで
あり、それ以外の圧延機入側から出側方向に向け
て縮径部及び拡径部が形成されている点は従来と
同様であるから、改造に伴う設備費は僅少であ
る。

そして、ロールの改造点たるサイジング部は、
プラグのリーリング部にほぼ対応する長さとし、
そのリーリング部に対向するロール面角をパスラ
インに対して0°乃至10°の範囲に設定して圧延を
行えば、拡径完了点以降で被圧延材へ大きな推進
力を付与することになるから、拡管率の増大に伴
う推進力の低下を補つて余りがある。かくして本
発明によれば、補助的設備を付設することなくし
て、飛躍的拡管率のもとに継目無鋼管用中空素管
を得ることができ、延いては大径鋼管の製造能率
の向上とコスト低減に寄与するところ大である。

また、サイジング部は、被圧延材に対する磨管
整形作用をも営むので、中空素管の内外面に疵等
が発生することは殆どなく、表面性状の良好な高
品質鋼管の製造に裨益するところ大である。

〔実施例〕

以下に、本発明に係る継目無鋼管用中空素管の
製造方法（以下、本発明製法という）及び本発明
製法の実施に使用する製造装置（以下、本発明装
置）を、図面に示す実施例に基づいて、更に詳し
く説明する。

第１図は、本発明装置２０の構成上主要な両持
型ロール２１がパスラインに対して傾斜している
状態を示し、第２図は両持型ロール２１がパスラ
インに対して交叉している状態を示しており、同
上両図は共に被圧延材２８が穿孔されつつある状
態をも示している。そして第３図は、第２図のＡ
−Ａ線断面図である。

本発明装置２０が従来と同様な部分と改造部分
とで構成されていることについては既に述べた
が、ここではまず、従来と同様な部分について略
説しておくこととする。

本発明装置２０の構成上主要な両持型ロール２
１は、２個のものがパスラインを挟んで対向配置
され、パスラインを含む垂直面に対して互いに反
対方向の傾斜角をもつて傾斜している。両持型ロ
ール２１はまた、パスラインを含む水平面に対し
て、ロール前端側（第１図及び第２図に示すロー
ルの左端側）がロール後端側（第１図及び第２図
に示すロールの右端側）よりも近付くように交叉
角γをもつて配置されている。つまり、本発明装
置２０は交叉型の傾斜穿孔圧延機である。プラグ
２５は、ロール間隙が最小となる縮径部２２と拡
径部２３との境界（ゴージ部３０）よりも、所定
距離だけ両持型ロール２１の前端側へプラグ先端
が位置すべく配置されている。ここにロールの縮
径部２２とは、圧延機の入側から出側へ進行する
被圧延材２８に対して縮径力を作用させる部分で
あるから、両持型ロール２１自体の当該部分は、
ロール前端側から後方に向かつてゴージ部３０に
至るまで、外径が次第に拡大している。また、拡
径部２３とは、プラグ２５との関係により穿孔さ
れた被圧延材料２８に対して拡径力を作用させる
部分であるから、両持型ロール２１自体の当該部
分は、ゴーシ部３０の位置からロール後方へ向か
つて外径が次第に縮小している。このように、両
持型ロール２１は、縮径部２２及び拡径部２３に
ついて見る限り、従来の樽形ロール８（第６図参
照）とほぼ同様である。なお、第１図乃至第３図
において、２６はマンドレルバー、２７はブロツ
ク状のガイドシユーである。マンドレルバー２６
及びガイドシユー２７も、従来のものとそれほど
変わつたところはない。

ところで、本発明装置２０において改造が施さ
れた部分は、両持型ロール２１の後端側である。
第１図及び第２図を見れば明らかな如く、両持型
ロール２１の前記縮径部２２及び拡径部２３に続
いてサイジング部２４が形成されている。このサ
イジング部２４は、両持型ロール２１自体の形状
について見ると、拡径部２３の最小外径位置から
後方へ向かつて再び外径が次第に拡大する如く形
成されている。従来の穿孔に用いられる傾斜圧延
機では、それが交叉型であると否とに拘らず、拡
径の終つた被圧延材へ推進力を付与する目的で、
ロール後端側にサイジング部が形成されたロール
は決して存在しなかつた。この意味において、本
発明装置２０が備える両持型ロール２１にサイジ
ング部２４を本発明の如く形成した点は、継目無
鋼管の製造技術史上画期的事項である。

上述の如き特殊形状に成る両持型ロール２１
は、縮径部２２のロール面角αが通常3°乃至5°の
範囲になるように設定されている。このように小
さな角度に設定したのは、縮径部２２のロール面
角αが小さいほど、両持型ロール２１が被圧延材
２８を食い込むときの抵抗が小さくなり、縮径作
業が安定するからである。反対に、上述の範囲を
越えてロール面角αを大きくすると、被圧延材２
８のプラグ２５へ到達する距離が長くなり、回転
鍛造回数が増加し、先割れ等の内面疵が発生しや
すいからである。縮径部２２に続く拡径部２３の
ロール面角θは、ロール胴長と目標拡管率とを考
慮して決定されるが、飛躍的な拡管率の圧延を実
現しようとする本発明にあつては、拡径部２３の
ロール面角θが従来に比して大きく設定されるこ
とはいうまでもない。次に改造点たるサイジング
部２４のパスラインに対するロール面角δは、0°
乃至10°の範囲に設定することが必要である。も
し、δ＜0°であれば、被圧延材２８がサイジング
部２４へ到達したところでミルトリツプが発生し
て圧延不可能になるからであり、またδ＞10°で
あれば、被圧延材２８へ積極的な推進力が与えら
れなくなり、穿孔圧延の最終段階において被圧延
材２８が抜けきれず、いわゆる尻詰まり状態を起
こすおそれがあるからである。そしてサイジング
部２４の軸心線方向長さは、プラグ２５のリーリ
ング部長さとほぼ対応させている。これは、被圧
延材２８の中空素管化が進んだときに、その管肉
をサイジング部２４のロール面とプラグ２５のリ
ーリング部面とで挟圧して、所定の肉厚と外径に
整形しつつ、中空素管化が進行中の被圧延材２８
に十分な推進力を付与するためである。尚、ロー
ル軸の支持型式を両持型としたのは、もし片持型
とすると、圧延機全体のミル剛性が低下するから
である。本発明のように従来行われたことのない
高拡管率で、一挙に中空素管２９を製造しようと
する場合には、高いミル剛性を確保しておかなけ
ればならず、そのためには両持型ロールの採用は
不可欠である。

次に、上述の如く構成された実施例装置２０の
動作態様に触れつつ本発明製法を説明する。

先ず、被圧延材２８が両持型ロール２１に食い
込まれ始めると、該被圧延材２８は縮径部２２に
より少し縮径されつつ推進力が与えられ、プラグ
２５の先端部によつて穿孔開始される。続いて被
圧延材２８は、拡径部２３に至るや、プラグ２５
の胴部との間で拡径圧延されて中空素管化が進
み、拡径完了後にサイジング部２４へ到達する。
一般に、この種の圧延では、被圧延材がプラグを
通過して中空素管となつても、暫時は大径化現象
が継続する。しかし、本発明の場合は、中空素管
化が進んでプラグ２５を通過する前段でサイジン
グ部２４のロール面に接触し、その大径化現象が
抑止される。このとき、中空素管化が進んだ被圧
延材２８は、内面側でバツクアツプするプラグ２
５のリーリング部面と外面側にあるサイジング部
２４のロール面との間で挟圧されて、定径・定肉
厚化された中空素管２９となる。この中空素管化
段階では、被圧延材２８は、サイジング部２４の
ロール面との摩擦抵抗に牽引されて充分な軸方向
推進力が与えられる。また同時に、サイジング部
２４のロール面とプラグ２５のリーリング部面と
の協同による磨管整形作用をも受けることとな
る。

つまり、前記サイジング部２４は、被圧延材２
８との積極的な接触を図ることで、該被圧延材２
８に軸方向の推進力を与えている。このため、本
発明にあつては、拡径部２３のロール面角θを従
来の３倍乃至４倍（10°〜20°）の範囲に拡大設定
しても、ミルトリツプ等の圧延停止に至るが如き
事故の発生はない。このことを更に詳述すれば、
拡径部２３における被圧延材２８の軸方向推進力
は、該部分での被圧延材２８に付与される推進力
をＦとすると、Fcosθである。而して、前記ロー
ル面角θを従来の３倍乃至４倍にまで拡大すると
いうことは、その分だけ軸方向推進力が減少する
ということである。これを式で表すと次のように
なる。

すなわち、 ΔF＝Fcosθ₁−Fcosθ₂ 但し、 ΔF：軸方向推進力の減少量 θ₁：従来ロールの拡径部のロール面角 θ₂：本発明に係る拡径部のロール面角 である。本発明は、前記拡径部２３のロール面角
θを大きくしたことに起因する軸方向推進力の減
少量ΔFを、サイジング部２４によつて得られる
軸方向推進力で補わんとするものである。これに
より、1.5倍乃至3.0倍の拡管率を得ることが可能
である。しかし、拡管率が3.0倍を越えると、こ
のサイジング部２４による軸方向推進力を付与す
る作用は相対的に小さくなり、実用的でなくな
る。なお念のため付言すると、エロンゲータを併
用すれば、従来の穿孔圧延においても、1.5倍未
満の拡管率を得ることができた。故に本発明製法
では、拡管率を1.5倍乃至3.0倍に限定した。

また、前記サイジング部２４は、前述の如く、
プラグ２５のリーリング部との協同により、磨管
整形作用をも営んでいるので、拡径部２３のロー
ル面角θを大きくとつても、中空素管２９に内面
疵等が発生するようなことは殆どなく、品質的な
問題は皆無に近い。

ところで、ロールを両持型にする必要性につい
ては既に若干述べたが、それはまた中空素管２９
の寸法精度を向上させるためにも有効である。片
持型ロールを用いた場合には、中空素管２９に偏
肉やスパイラルマークが発生しやすく、従つて寸
法精度の低下は不可避である。そして、肉厚が極
端に薄い中空素管を製造する場合には、管が破損
する等のトラブルが発生することもある。両持型
ロールを用いれば、寸法精度の良好な中空素管が
得られるので、このような事態は回避される。

次に、実際に圧延した場合の実験結果と、併せ
てサイジング部２４のロール面角が０〜10°の範
囲でなければならない必要性を説明する。実験に
ついての各条件は、以下の通りである。

圧延装置２０の条件 ロール傾斜角：6°、8°、10°、12° ロール交叉角：12° ロール回転数：60RPM 両持型ロール２１の条件 両持型ロール材質：SCM440（Cr−Mo鋼） 縮径部ロール面角α：4° 拡径部ロール面角θ：17° 両持型ロールの長さ：200 ゴージ部ロール径：317φ サイジング部ロール面角δ：−2°、0°、2°、4°、
6°、8°、10°、12°、14°、16° 被圧延材の条件 材質：S45C 中実材寸法：50φ×300 中空材寸法：50φ×15t×300 加熱温度：1200℃ である。

実施例 １ 而して、第１番目の実験は、被圧延材として中
空材を選択し、拡管率を2.5倍（50φ125φ）と
する圧延で、サイジング部のロール面角δを−2°
〜16°の範囲で変更して行つた。

その結果は、 δ＝−2°では、ロール傾斜角を6°〜12°の範囲
で変更しても、いずれの場合も被圧延材の先端
がサイジング部に到達した時点でミルトリツプ
が発生し、圧延不可能であつた。

δ＝0°〜8°の範囲では、ロール傾斜角を逐次
6°〜12°の範囲で変更した場合であつても、何
等問題なく、圧延は可能であつた。

δ＝10°〜12°の範囲では、ロール傾斜角を逐
次6°〜12°の範囲で変更すると、いずれの場合
も被圧延材の後端が抜けきれず、尻詰まり現象
が発生した。

従つて、上述の結果から、トラブル無く拡径圧
延するためには、サイジング部のロール面角δ
は、0°〜10°の範囲でなければならないことが明
らかである。

実験例 ２ この第２番目の実験は、拡管率を2.0倍（50φ
100φ）とする圧延で、サイジング部のロール面
角δを4°とし、またロール傾斜角を6°として中空
材及び中実材をそれぞれ圧延した。

その結果は、中空材、中実材ともにトラブルな
く、大径の中空素管を得ることができた。

上述の実験結果からも明らかなように、本発明
製法にあつては、大きな拡管率の穿孔圧延を行う
ことが可能である。しかも、従来の第１穿孔圧延
機と、エロンゲータとを併用した二重穿孔方式に
相当する穿孔圧延を１基の圧延機で一挙に行うこ
とができ、作業性、生産性、設備上においても優
れている。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるもの
ではなく、適宜の変更が可能であることはいうま
でもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、既設の交
叉型傾斜穿孔圧延機のロール形状を変更するだげ
で、拡管率1.5倍乃至3.0倍の大径の継目無鋼管用
中空素管の製造が可能となり、大径の継目無鋼管
を製造する場合の能率向上に寄与するところ大で
ある。また本発明は、１基の圧延装置で穿孔圧延
と拡径圧延が一挙にできるから、補助設備の併設
を要せずして、大径の中空素管を容易且つ低コス
トで製造することが可能である。更に本発明は、
穿孔圧延と同時に磨管整形をも営むので、内外表
面に疵のない中空素管が得られ、よつて表面性状
の良好な高品質鋼管の製造に極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明装置の一実施例を示
すものであつて、第１図は稼動中における両持型
ロールの傾斜状態を示す図、第２図は同じく両持
型ロールの交叉状態を示す図、第３図は第２図Ａ
−Ａ線断面図、第４図乃至第８図は従来圧延機を
示すものであつて、第４図はマンネスマン製管用
傾斜穿孔圧延機の稼働中におけるロール交叉状態
を示す図、第５図は第４図のＢ−Ｂ線断面図、第
６図はマンネスマン製管用穿孔圧延機と併用され
るエロンゲータの稼動状態を示す図、第７図はロ
ータリローリングミルの稼動状態を示す図、第８
図は第７図のＣ−Ｃ線断面図である。 ２１……両持型ロール、２５……プラグ、２７
……ガイドシユー、２２……縮径部、２３……拡
径部、２４……サイジング部、δ……サイジング
部のロール面角、２８……被圧延材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロール、プラグ、ガイドシユー等を備えた交
   叉型の傾斜穿孔圧延機による中空素管の製造にお
   いて、前記ロールとしては前端側から縮径部及び
   拡径部が形成され後端側にサイジング部が形成さ
   れた両持型ロールを用い、前記サイジング部のロ
   ール面角を0°乃至10°の範囲に設定し、拡径完了
   点以降で前記サイジング部のロール面と接触する
   被圧延材へ充分な推進力を付与し、拡管率を1.5
   倍乃至3.0倍の範囲で圧延することを特徴とする
   継目無鋼管用中空素管の製造方法。 ２ ロール、プラグ、ガイドシユー等を備えた交
   叉型の傾斜穿孔圧延機にあつて、前記ロールは両
   持型であり前端側から後端側にかけて縮径部、拡
   径部及びサイジング部が形成され、該サイジング
   部は前記プラグのリーリング部にほぼ対応する長
   さを有しそのリーリング部に対向するロール面角
   がパスラインに対して0°乃至10°の範囲に設定さ
   れていることを特徴とする継目無鋼管用中空素管
   の製造装置。