JPH07106368B2

JPH07106368B2 - 継目無管の製造方法

Info

Publication number: JPH07106368B2
Application number: JP19028586A
Authority: JP
Inventors: 富夫山川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1986-08-13
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPS6349308A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、継目無管の製造方法、特に、継目無管の代表
的製造方法であるマンネスマン製管法等において広く採
用されている穿孔機（ピアサー）、延伸圧延機（エロン
ゲータ）等、いわゆる傾斜ロールを用いた圧延機による
穿孔圧延方法に関する。

（従来の技術）一般に、マンネスマン製管法による継目無管は、先ず加
熱した丸鋼片をピアサーに通し、その中心部にプラグを
押し当て貫入せしめて穿孔して中空素管を得、これを直
接或いは必要があればさらにエロンゲータに通して拡
径、延伸圧延を施した後、例えばプラグミルにて更に延
伸圧延し、リーラ、サイザにて磨管、形状修正、サイジ
ングを行い、精整工程を経て製造されている。

ところで、上記したピアサー、エロンゲータにおいては
丸鋼片、中空素管のパスセンタにたいして軸心線を傾斜
させた例えば樽形の圧延ロール（以下、傾斜ロールとい
う）とプラグとを組合せたいわゆる傾斜圧延機が用いら
れる。

例えば、ピアサーについてみると第１図に示す如く、こ
れは、軸長方向の中間に直径が最大となるゴージ部21、
およびこのゴージ部21の両側にそれぞれ各端末側に向か
うに従って直径が漸減された円錐台状をなす入口面22、
出口面23を備えた一対の作業ロールである傾斜ロール１
、1rと、全体として弾頭形をなし、先端側から略円錐
体状をなす圧延部24、これに続く略円錐台状をなすリー
リング部25および基体端末に向かうに従って縮径された
逃げ部26を具備するプラグ２とを組み合せて構成され
る。両傾斜ロール１、1rは丸鋼片30のパスセンタＸ−
Ｙの両側に、それぞれ平面視で軸心線がパスセンタと平
行に、また側面視で一方の傾斜ロール１は入口面22の
先端が上方を向くように、他方の傾斜ロール1rは入口面
22の先端が下方を向くように傾斜角β（図示せず）だけ
パスセンタに対して傾斜させて配設され、更にプラグ２
はその軸心線をパスセンタＸ−Ｙに一致せしめて配設さ
れている。

そして加熱された丸鋼片30が白抜矢符で示す如く軸長方
向に移送されると、両傾斜ロール１、1rの入口面22、
22間に噛み込まれ、丸鋼片30は両傾斜ロール１、1rに
より軸心線回りに回転されつつその中心部にプラグ２が
貫入せしめられ、傾斜ロール１、1rとプラグ２とによ
って穿孔圧延されるようになっている。

従来にあっても、このようなピアサーにおいては、圧延
可能条件および管に疵等を発せしめない適性圧延条件の
各範囲を予め設定しておき、その範囲内でロール間隔、
プラグ先進量（プラグリード）、ガイドシュウ間隔のデ
ータを１本の丸鋼片の圧延毎に算出して圧延結果を予測
し、順次の圧延に際し、その算出結果と実際の圧延結果
との比較によるフィードバック制御を行うようにした圧
延制御方法（特開昭57-115907号公報）が開発されてい
る。

上記圧延可能適性圧延条件の各範囲の相関図から、かみ
込み不良、尻抜け不良が発生する限界条件のあることが
判明するが、このかみ込み、尻抜けの限界条件は傾斜ロ
ールり摩擦係数によって変化するので、ロールの摩擦係
数の大きさによってあらかじめ準備しておいた適性条件
は適用できない場合が生じる。

また、圧延材のかみ込み、尻抜け限界条件は上記の傾斜
ロールの摩擦係数、プラグリード、ロール間隔、ガイド
シュウ間隔、ロール直径、材料直径、穿孔比、プラグ形
状、ロール形状、ガイドシュウ形状、ロール材質、ガイ
ドシュウ材質等によって変化するのでかみ込み、尻抜け
限界条件を精度良く予知することは非常に困難である。

（発明が解決しようとする問題点）傾斜ロールを使用したピアサーを用いて、ビレットより
中空素管を製造する場合、ロール傾斜角を小さく設定し
たり、プラグ先端ドラフト率（ビレット半径r₀に対する
プラグ先端におけパスセンタからロール周面までの最短
距離r₁との圧下率で（１）式で定義される）を大きくす
ると、プラグの前方にマンネスマン破壊により第１図に
示す如く穿孔中の材料の中心部に孔（もみ割れ）が発生
し、このもみ割れによって穿孔された中空素管内面に疵
が生じることがある。

プラグ先端ドラフト率＝（r₀−r₁）／r₀×100（％） …（１）上述のようにマンネスマン破壊によって発生したもみ割
れに及ぼすロール傾斜角βおよびプラグ先端ドラフト率
の影響を第２図に示す。ただし、試験材としては快削鋼
（AISI規格12L14）を用い、その他の条件として加熱温
度＝1150℃、穿孔比2.8、拡管率３％、プラグ直径48m
m、穿孔材の直径60mm、ロールのゴージ部直径350mmであ
る。

また、中空素管の内面疵は、穿孔圧延中に生じる円周方
向の剪断歪が大きくなると多発する傾向にある。第３図
に内面疵発生率（疵発生本数／穿孔圧延本数）と円周方
向剪断歪との関係を示す。円周方向剪断歪はビレット半
径方向に第４図（ａ）の如くピンを入れておき、同図
（ｂ）に示すように穿孔圧延後のピンのねじれ角度を測
定し（２）式で求めた。

ただし、r₂：穿孔後の中空素管の外半径 θ：穿孔後の中空素管における円周方向のねじ
れ角度 t :穿孔後の中空素管における肉厚さらに、ロール傾斜角が大きくなれば円周方向剪断歪は
小さくなる。第５図にロール傾斜角と円周方向剪断歪と
の関係を示す。

第５図より明らかなように、内面疵の発生を抑制するに
はロール傾斜角を大きくすればよい。

したがって、以上の説明の結論として、圧延材の内面疵
を防止するにはロール傾斜角をできるだけ大きく、また
プラグ先端ドラフト率はできるだけ小さくすれば良いこ
とになる。

ところで、傾斜角βを大きくしていくとプラグに作用す
る圧延方向のスラスト力が大きくなる。換言すれば穿孔
材料の前進を妨げる力が大きくなるので、穿孔材料を回
転させ、かつ前進させるには十分なロールからの推進力
を穿孔材料に与える必要がある。

さらに、非定常圧延となるかみ込み時並びに尻抜け時に
はロールと材料との接触面積減少のために材料を前進さ
せる推力が不足し、材料トップに対してかみ込み不良、
材料ボトムに対して尻抜け（かみ離し）不良が発生し、
圧延停止に至ることがある。

更に上述のような推力が不足している状態下で傾斜角β
を大きくしすぎると穿孔材料の半回転毎の圧下量が大き
くなり、ロールと材料とのスリップが大きくなって穿孔
圧延が停止してしまう。

また、プラグ先端ドラフト率を小さくしすぎると非定常
圧延状態では穿孔圧延材が傾斜ロールに接触してプラグ
先端に到達するまでの接触面積が減少し、推進力がさら
に小さくなり、かみ込み不良で圧延が停止してしまう。

したがって、本発明の目的は、上述のかみ込み不良、尻
抜け不良をなくし、しかも内面疵を発生することなく穿
孔圧延できる継目無管の製造方法を提供することであ
る。

さらに、本発明の目的は、圧延能率、圧延歩留を向上さ
せると共に、内面疵の発生を抑制して管品質の向上を図
った継目無管の傾斜ロール圧延方向を提供することであ
る。

（問題点を解決するための手段）本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その
要旨とするところは、傾斜ロール圧延機による穿孔圧延
に際し、被圧延材のかみ込み時間および尻抜け時間を計
測し、得られた各計測値に基いて、かみ込み時のスリッ
プ率および尻抜け時の被圧延材のスリップ率を求め、両
スリップ率と予め求めておいた基準スリップ率とを比較
して両スリップ率が基準値未満であればかみ込み時のス
リップ率と基準スリップ率との差が可及的にゼロとなる
ように、また両方もしくは片方のスリップ率が基準値超
であれば高い方のスリップ率と基準値との差が可及的に
ゼロとなるように、次の圧延開始前にプラグリード、ロ
ール傾斜角、ロール交叉角、ロール開度のうち一以上を
調節して圧延することを特徴とする継目無管の製造方法
である。

本発明は、その具体的態様にあっては、傾斜ロールを用
いて被圧延材をその軸長方向に螺進移動させつつ前記軸
長方向に沿ってプラグを貫入せしめ、被圧延材を穿孔圧
延する傾斜ロール圧延に際して、傾斜ロールに作用する
圧延荷重あるいは圧延トルクを計測し、その計測値にも
とづいて、かみ込み時間、尻抜け時間を演算し、さらに
この演算値にもとづいてかみ込み時、尻抜け時の被圧延
材の各スリップ率を算出し、基準スリップ率との比較を
行い、その差を可及的にゼロにすべく、該圧延材の圧延
終了後、次材の圧延前にプラグリード、ロール傾斜角、
ロール交叉角、およびロール開度のうち１以上を調節し
て可能な限り高傾斜角、低ドラフト率で圧延することを
特徴とする継目無管の製造方法である。

ここに基準スリップ率とは、穿孔圧延ができるスリップ
率以上の範囲内のスリップ率であって、操業に当たって
かみ込み性、尻抜け性等を考慮して予め設定した値を言
い、好適態様では、穿孔圧延ができる限界スリップ率を
もって基準スリップとするのがよい。したがって、本発
明は、穿孔できる限界条件のスリップ率に近いスリップ
率で可能な限り傾斜角を大きく、また可能な限り低ドラ
フト率（換言すればプラグリードを大きくすること）に
することを特徴とするものである。穿孔圧延は、同じ寸
法、同じ材質の被圧延材であっても圧延のチャンスによ
りスリップ率が変化する。例えば、圧延作業開始時と数
時間後の圧延時とではロールの温度が異なったり、また
ロールのナーリング（表面粗さ）も異なってくるためで
ある。

上記スリップ率の算出は前材の圧延荷重、圧延トルク実
績値の学習値を用いて行う。

なお、第６図は、傾斜ロールの配置構造の部位名称を説
明するための模式図である。

（作用）以下、本発明を、その実施例を示す図面に基づいて説明
する。

第７図は、本発明方法の実施に使用する傾斜圧延機の模
式的ブロック図である。第７図（ａ）は圧延機側面の模
式図で１、1rはその軸線をパスラインに対してそれぞ
れ相異なる方向へ傾斜させた傾斜ロールであり、各傾斜
ロールは自動位置決め装置40によりその傾斜角βを変更
される。

第７図（ｂ）は圧延機を上面から見た模式図で、傾斜ロ
ール１、1rは自動位置決め装置41によってパスライン
に対して図中の点線の矢印方向に交叉させることが可能
となっている。またこの自動位置決め装置40、41によっ
て傾斜ロール１、1rが動きロール開度も変更される。

プラグリードは自動位置決め装置42によって変更され
る。

なお、一方の傾斜ロール1rの入側および出側には、該傾
斜ロール1rに作用する圧延荷重を検出するロードセル4
3、43がそれぞれ設けられ、マンドレルバー44後方のス
ラストブロック45には、プラグに作用するスラスト力を
検出するロードセル46が設けられている。

傾斜ロール１を駆動する駆動モータ47には負荷電流を
検出する電流検出器48が設けられている。

なお、スリップ率基準設定器50には、非定常圧延時にお
ける穿孔圧延可能なかみ込み、尻抜け時のスリップ率が
与えらている。

かみ込み時間および尻抜け時間を計測するのに必要な傾
斜ロール1rあるいは傾斜ロール１のロードセル43、4
3、ロードセル46、および電流検出器48の各出力値なら
びに圧延荷重レベル設定器51の出力、プラグ荷重レベル
設定器52の出力、およびモータ電流レベル設定器53の出
力がそれぞれ演算記憶装置54に与えられる。さらにこの
演算記憶装置54の演算値は演算制御装置55に与えられ、
その演算結果が自動位置決め装置40、41、42に与えられ
る。

本発明は上記ロードセル43、43あるいは、ロードセル4
6、あるいは電流検出器48の出力のいずれかによってか
み込み時間および尻抜け時間を計測し、その計測値にも
とづいてスリップ率を計算し、その計算値によって次材
のロール設定値を変更するものである。

次に、傾斜ロールに作用する圧延荷重値を用いて制御す
る方法について第７図ないし第９図を用いて具体的に説
明する。

まず丸鋼片30が傾斜ロール1r、１で圧延される前に標
準設定器58でセットされたロール設定値が演算制御装置
55を介して自動位置決め装置40、41、42に入力され、傾
斜ロール1r、１は標準値にセットされる。このロール
条件のもとで穿孔圧延を開始する。その際穿孔途中（定
常圧延時）においてロードセル43、43の出力和を演算記
憶装置54でも時間毎にサンプリングしてその平均値Pmを
同装置に記憶しておく。この穿孔圧延の際のかみ込み不
良、尻抜け不良が全く問題ない場合の荷重チャートは第
８図（ａ）の如くとなり、スリップが大きくなってくる
と第８図（ｂ）の如くとなり、非定常圧延時の圧延時間
が長くなる。このスリップ率が大きくなる現象は傾斜角
βを大きくしたり、またはプラグ先端ドラフト率を小さ
くすると、つまりロール開度を大きく、プラグリードを
大きくするとあらわれてくる。

本発明は上記非定常圧延時のスリップ率を圧延材１本毎
に注目し、常に監視をしながら傾斜角βを大きくあるい
はプラグ先端ドラフト率を可能な限り小さくしようとす
るのが目的である。

次に、第９図に示したかみ込み時間t₁、尻抜け時間t₂の
計測は演算記憶装置54で実施するが、その演算内容につ
いて第９図により説明する。

まず、かみ込み時間t₁の計測はロードセル43、43の信号
の立上りと同時に演算記憶装置54に内蔵されたタイマを
作動させ、圧延荷重レベルに設定器51でセットされたか
み込み時の荷重値に達したときにタイマを停止させるよ
う演算記憶装置54で行い、このタイマの作動時間をかみ
込み時間t₁として同装置54に記憶し、タイマはリセット
しておく。

上記圧延荷重レベル設定器51でセットされる荷重値はす
でに演算記憶装置54で記憶してある前材の定常圧延時の
圧延荷重の平均値Pmにもとづいて書き換えても良い。前
材がない場合は従来の実績値でも良い。ただし、その場
合、セットする荷重値はタイマの誤動作を防ぐための実
績値の90％以下としておく方が良い。次に尻抜け時間t₂
の計測は、尻抜け時には圧延荷重は低下してくるのでか
み込み時と逆に圧延荷重レベル設定器51でセットされた
尻抜け時の荷重値にロードセル出力が達したときに演算
記憶装置54のタイマを作動させ、圧延材がロールを離れ
た時点でタイマを停止させる。このタイマの作動時間が
尻抜け時間t₂として同装置54に記憶され、タイマはリセ
ットする。

以上のようにして、演算記憶装置54での記憶されたかみ
込み時間t₁と尻抜け時間t₂は演算制御装置55に与えら
れ、同装置55でかみ込み時、尻抜け時のスリップ率が演
算される。以下に演算内容について説明する。

時間t₁、t₂を用いて（３）式〜（７）式にもとづいてス
リップ率S₁、S₂を計算する。

かみ込み時の材料速度V₁は尻抜け時の材料速度V₂はただし、Δt₁、Δt₂は補正量で、タイマ値と実際の非定
常圧延時間とに差がある際に用いる。

l₁は圧延材が傾斜ロールに接触した点からロー
ルを離れる点までの距離。

ここで、傾斜ロールの前進方向の速度成分V_fを（５）式
で決まるものとすると、かみ込み時のスリップ率S₁、尻
抜け時のスリップ率S₂は（６）、（７）式となる。

V_f＝π・Ｄ・Ｎ・Sinβ …（５） N:ロール回転数（rps） D:ロールゴージ部直径（mm） β：傾斜角（deg）（６）、（７）式のS₁、S₂の値が正の方向に大きくなる
ことは、かみ込み不良、尻抜け不良が起きやすくなるこ
とである。

以上のようにして求めたスリップ率S₁、S₂を鋼種、穿孔
比別にスリップ率基準設定器50でセットされた穿孔可能
なスリップ率S₀₁、S₀₂とを比較してスリップ率の差分Δ
S₁、ΔS₂を求める。

ΔS₁＝S₀₁−S₁ …（８） ΔS₂＝S₀₂−S₂ …（９）上記S₁、S₂の値が両方共、あるいは片方のみが基準値よ
り大きい場合、上記スリップ率の大きい方のΔS₁あるい
はΔS₂にもとづき、S₁、S₂共に基準スリップ率より小さ
い場合はΔS₁にもとづいて次材のロール設定値を変更す
る。

まず傾斜角を変更したい場合の修正量Δβは、（10）、
（11）式となる。

S₁、S₂の値が両方共あるいは片方のみが基準値より大き
い場合（10）、（11）式となりS₁、S₂の両方が基準値よ
り小さい場合（12）式となる。

ΔS₁＜ΔS₂のとき Δβ＝ΔS₁×K₁ …（10） ΔS₁＞ΔS₂のとき Δβ＝ΔS₂×K₁ …（11） Δβ＝ΔS₁×K₁ …（12）ただし、K₁はスリップ率に及ぼす傾斜角βの影響係数で
この値は実績値にもとづいて決定しておく。

傾斜角修正量Δβにより演算制御装置55で次材料の傾斜
角を演算し、その演算値が自動位置決め装置41に入力さ
れ、傾斜角が設定される。Δβが正のときはロール傾斜
角を大きくする。

S₁がS₀₁より小さく尻抜け性に問題ない場合ΔS₁にもと
づいてプラグ先端ドラフト率を可及的に小さくするに必
要なプラグリード、ロール開度の修正量の計算は以下の
ようにする。

プラグ先端ドラフト率の修正量ΔD_fは（12）式とする。

ΔD_f＝K₂×ΔS₁ …（13） K₂はかみ込み性とプラグ先端ドラフト率との関係から決
まる係数。

プラグ先端ドラフト率はすでに説明したように（１）式
であらわされ、（１）式でビレット半径r₀は変えること
はできないが、第９図に示すようにr₁はロール開度、プ
ラグリード、交叉角（ロールの八の字調整）を単独かも
しくはそれぞれ組合せて調整することによって変えるこ
とができる。

ここでは、ロール開度とプラグリードの組合せてプラグ
先端ドラフト率を修正する場合について説明する。

（13）式で求めたΔD_fにより（14）、（15）式に示す如
くプラグリード修正量ΔL_d、ロール開度修正量ΔR_gを計
算する。

プラグ ΔL_d＝K₃×ΔD_f …（14）開度 ΔR_g＝K₄×ΔD_f …（15） K₃、K₄は幾何学的に決まる係数で穿孔圧延後の材料肉厚
が変わらないよう決定する。

プラグリード修正量ΔL_dとロール開度修正量ΔR_gにより
演算制御装置55で次材のロール開度とプラグリードの設
定値を演算し、その演算値が自動位置決め装置40、42に
入力されロール設定が行われる。

（10）、（11）、（12）式および（14）、（15）で求め
た修正量により次材の設定値を決める訳であるが、この
場合（10）、（11）、（12）、（14）、（15）式の修正
量が大きすぎて次材でかみ込み不良や尻抜け不良が起き
る心配がある時はそれぞれの係数K₁、K₃、K₄を小さめに
しておき圧延材１本毎にスリップ状況を確認しながら徐
々に目標値になるようにしても良い。また傾斜角の変更
とプラグ先端ドラフト率の変更をそれぞれ別個に実施し
ても、また同時に実施しても良い。

本例は傾斜ロールに配設したロードセル43、43の信号に
もとづいて実施した場合であるが、このロードセル信号
のかわりにプラグにかかるスラスト力を検出するロード
セル46の信号を用いても良い。またロードセルが配設さ
れていない場合は駆動モータ47の電流検出器48の出力を
用いても良い。それぞれの場合、プラグ荷重レベル設定
器およびモータ電流レベル設定器に荷重値および電流値
をそれぞれセットしておけばよい。その他の操作につい
てはすでに述べたところと同様である。ロードセル46の
信号も電流検出器45の出力もロードセル43、43の出力と
同じパターンとなる。

本発明は、ロール個数３個以上の場合でも適用でき、ロ
ール形状はコーン型、バレル型いずれでもよく、さらに
また２ロール型ではガイドシュウが板、ディスクのいず
れであっても良い。

上述の実施例においてはマンネスマン破壊によるもみ割
れ発生および円周方向剪断歪が問題となる第１ピアサー
については詳述したが、円周方向剪断歪の発生だけが問
題の第２ピアサー（エロンゲータ）にも本発明は適用可
能である。

（発明の効果）以上説明したように実施すれば現在穿孔圧延を行なおう
としているロール条件のもとでかみ込み、尻抜け状態が
圧延材１本毎に判別でき、しかもかみ込み不良、尻抜け
不良等にミスロールを起こすことなく可能な限り傾斜角
を高く、可能な限りプラグ先端ドラフト率を小さくでき
るので、第２図ないし第４図に示したようにもみ割れお
よび内面疵が極力抑制できるので高品質な圧延とミスロ
ールが減少することにより高能率、高歩留の穿孔圧延が
実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、傾斜ロールによる穿孔圧延の様子を示す模式
図；第２図、第３図および第５図は、穿孔圧延時の疵あるい
は欠陥発生と圧延条件との関係を示すグラフ；第４図（ａ）および（ｂ）は、円周方向剪断歪の説明
図；第６図は、本発明にかかる方法の制御系を示すブロック
図；第７図は、傾斜ロールの配置と各部署の名称とを示す説
明図；第８図ならびに第９図は、本発明にみられる各圧延荷重
チャートの説明図である。 30:丸鋼片、1r、１：傾斜ロール、40、41、42:自動位
置決め装置、43、46:ロードセル、48:電流検出器、44:
マンドレルバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】傾斜ロール圧延機による穿孔圧延に際し、
被圧延材のかみ込み時間および尻抜け時間を計測し、得
られた各計測値に基いて、かみ込み時のスリップ率およ
び尻抜け時の被圧延材のスリップ率を求め、両スリップ
率と予め求めておいた基準スリップ率とを比較して両ス
リップ率が基準値未満であればかみ込み時のスリップ率
と基準スリップ率との差が可及的にゼロとなるように、
また両方もしくは片方のスリップ率が基準値超であれば
高い方のスリップ率と基準値との差が可及的にゼロとな
るように、次の圧延開始前にプラグリード、ロール傾斜
角、ロール交叉角、ロール開度のうち一以上を調節して
圧延することを特徴とする継目無管の製造方法。