JPH0732922B2 - 鋼管圧延用マンドレルバーの処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、継目無鋼管の圧延、特にマンドレルミル圧
延において使用する潤滑性に優れ、高寿命のマンドレル
バーの処理方法に関する。

［従来の技術］ 一般に継目無鋼管の製造工程は、まず加熱された素材ビ
レットを中空素管にする穿孔工程と、穿孔された中空素
管を減肉延伸する延伸圧延工程および延伸圧延された素
管を所定の外径まで絞る仕上げ圧延工程の３工程からな
りたっている。マンドレル圧延は、延伸圧延工程の主要
な部分を占める工程であり、この工程においては中空素
管にマンドレルバーが挿入され、素管は孔型ロールによ
り外径が減ぜられると同時に、孔型ロールとマンドレル
バーの間で管厚を減肉される。このようにして使用され
るマンドレルバー表面には、圧延中にマンドレルバー表
面と被圧延材との間に発生する摩擦力を緩和するため、
圧延前に黒鉛系の潤滑剤が塗布されているのが普通であ
る。しかしマンドレルバーは、圧延中高温の素管と常に
接触している状態にあり、しかも大きい圧力を受けるた
め、その表面は非常に過酷な摩擦状態にあり、このこと
がマンドレルバーの寿命低下や製品品質の低下の原因に
なっている。

従来のマンドレルバーの寿命を長くする方法としては、
マンドレルバーの表面をできるだけ滑らかに研磨した
後、硬度調整と表面へのスケール付与のため焼入れ、焼
戻しを行なっていたが十分に満足のいける耐久性を有す
るものとはいえなかった。この対策として特開昭63−20
105号記載の技術においては、マンドレルバー本体の表
面に最大深さ50μの凹みを、長さ1mm当り２ケ以上を配
するマンドレルバーの処理方法が開示してある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、特開昭63−20105号記載の方法に基づき
試験を行なったところ、単に最大深さ50μの凹みを、長
さ1mm当り２ケ以上を配するだけでは寿命が延長する場
合もあれば、延長しない場合もあり、効果が必ずしも一
定しないという問題があることが判明した。

従来、マンドレル圧延には、圧延中にマンドレルバーを
拘束しないフルフロート方式が採用されてきた。しか
し、この場合には圧延中にマンドレルバーの速度が変化
するため、これに起因する長手方向（軸方向）の外径、
肉厚の変動により、寸法精度の低下は避けられなかっ
た。

これに対し、近年、マンドレルバー速度の変化に起因す
る管の長手方向の寸法変動を解消すべく、圧延中にマン
ドレルバー速度を一定に拘束するリストレインド方式が
多用されてきている。この場合には原理的に圧延中の摩
擦係数が一定という条件のもとで、マンドレルバー速度
の変化に起因する管の長手方向の寸法変動は全く生じな
い。

しかしながら、従来技術によるマンドレルバーでは、実
際の圧延中に摩擦係数が一定せず、得られる管の長手方
向の寸法精度は充分に満足のゆくものではなかった。ま
た、マンドレルバーに焼付きを生じ使用不能となる頻
度、さらに圧延中に管が前進しなくなり圧延不能となる
頻度もフルフロート方式に比べ高くなる傾向にあった。

これらの問題点の原因を考察すると、リストレインド方
式では、フルフロート方式に比べてマンドレルバーと管
との相対速度が大きいために、マンドレルバーと管との
接触面における摩擦条件が厳しく、圧延前にマンドレル
バーに塗布された潤滑皮膜が圧延中に充分な皮膜厚みを
維持できなくなり、その結果、圧延中、軸方向に摩擦係
数が変化しやすくなる。また、より摩擦条件が厳しい場
合には、潤滑皮膜の厚みが極端に小さくなり、局部的に
マンドレルバーと管との間で焼付きを起こして、摩擦係
数が急激に上昇し、その結果、管が前進しなくなる現象
を生じたり、マンドレルバーの焼付き疵を生じてしまう
こととなる。従って、これらの問題点を解決するために
は、圧延中にマンドレルバーの表面に軸方向に均一な潤
滑皮膜厚みをつねに一定に保つことが必要になる。

この発明は従来技術の上述のような問題点を解消するべ
くなされたもので、圧延時のマンドレルバー表面と被圧
延材との潤滑状態を改善し、摩擦係数の低減、耐焼付き
性の向上を図り、確実にマンドレルバーの寿命が延びる
鋼管圧延用マンドレルバーの処理方法を提供することを
目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る鋼管圧延用マンドレルバーの処理方法
は、マンドレルバー表面での潤滑のメカニズムに着目
し、マンドレルバー表面の粗さと潤滑性との関係につい
て種々実験を行なった結果、得られた以下のような知見
に基づくものである。

マンドレルバー表面に形成する凹みは、潤滑剤を保持し
て潤滑性を高めるのに有効であるが、潤滑剤を保持する
のに有効なマンドレルバーの表面の凹凸は、マンドレル
バーの軸方向のもののみであり、マンドレルバーの円周
方向の凹凸は潤滑性を保持しえないばかりでなく、潤滑
剤を軸方向に流出してしまい、潤滑剤の保持機能が低
い。したがってマンドレルバーの軸方向の表面形状は凹
凸ではなくて、連続した凹部、すなわち溝状であること
がのぞましい。従って、マンドレルバー本体の表面に連
続して深さが10〜30μの溝を設けるなり、或いはマンド
レルバー本体の表面に螺旋状に連続して深さが10〜30μ
の溝を設けるなり、さらには、マンドレルバー本体の表
面に、深さが10〜30μのリング状の溝をマンドレルバー
の軸方向に所定間隔をおいて多数設けるなりすることに
より、潤滑剤の保持性を高めて低い摩擦係数を安定して
実現するものである。

［作用］ この発明に係る鋼管圧延用マンドレルバーの処理方法に
おいては、マンドレルバー本体の表面に、連続して深さ
が10〜30μの溝、或いは螺旋状に連続して深さが10〜30
μの溝、または深さが10〜30μのリング状の溝を設ける
ことにより、潤滑剤を保持して潤滑性を高めるものであ
る。

潤滑剤を保持するのに有効なマンドレルバーの表面の凹
凸は、マンドレルバーの軸方向のもののみであり、マン
ドレルバーの円周方向の凹凸は潤滑性を保持しえないば
かりでなく、潤滑剤を軸方向に流し出してしまい、潤滑
剤の保持機能が低い。また、マンドレルバー表面に付与
した凹み間隔の不均一さに帰結する凹みと凹みの間隔が
長い箇所では圧延中の潤滑剤の保持能力が劣り、潤滑皮
膜厚みが小さくなるために摩擦係数が上昇し、その結
果、マンドレルバーの軸方向で摩擦係数の大きさが変化
してしまうこととなり、さらに、管との焼付きを生じや
すくなり、局部的なマンドレルバーの焼付きにつなが
る。

従って、マンドレルバーの軸方向の表面形状は凹凸では
なくて、連続した凹部、すなわち溝状であることがのぞ
ましい。マンドレルバーの軸方向には凹凸の粗さとして
認識され、マンドレルバーの円周方向には連続した凹み
として認識される溝を設けるなり、この凹みを螺旋にし
た溝、またはリング状にした溝を所定の間隔で設けるな
りすることによって、圧延中のマンドレルバー表面の潤
滑剤の保持性が高まり、低い摩擦係数を安定して実現す
ると共に焼付き性を改善し得る。また、溝の深さを10〜
30μにしたのは、10μ未満では潤滑剤の保持能力が弱
く、30μを超えると表面の凹凸が高いためマンドレルバ
ーと被圧延材の摺動抵抗が大きくなること、及びマンド
レルバーの機械的強度に対する悪影響を排除し得る。

［実施例］ 本発明の鋼管圧延用マンドレルバーの処理方法の一実施
例を第１図および第２図により説明する。第１図は本発
明の一実施例の鋼管圧延用マンドレルバーの処理方法を
示す説明図であるが、マンドレルバー１を回転させかつ
軸方向に一定速度で進行させながら、研磨ホイール２で
マンドレルバー１の表面の円周方向に連続し、あるいは
所定間隔に螺旋状またはリング状の溝３を形成する。研
磨ホイール２はこの例の場合２台使用しているが、作業
性を考慮して適宜増減してもよい。

第２図（ａ）はマンドレルバーの軸方向表面粗さを示す
グラフであるが、10μ以上の粗さになっている。また第
２図（ｂ）はマンドレルバーの円周方向表面粗さを示す
グラフであり、平滑な状態になっている。

上記のように処理したマンドレルバーを使用して、マン
ドレル圧延を行なった。その結果を比較材の場合と比較
して第１表に示す。すなわちNo.1〜No.4のマンドレルバ
ーは、本発明の方法により粒度♯40〜♯100の研磨ホイ
ールを用い、マンドレルバーの円周方向に研磨して螺旋
状の溝を形成したものであり、マンドレルバーの軸方向
に10〜30μの凹凸の粗さを形成したものである。No.5〜
No.7のマンドレルバーは比較材であり、No.5は粒度♯20
0〜♯300の研磨ホイールを用い円周方向かつ軸方向に研
磨し、表面粗さ３μと極めて平滑に仕上げた通常のも
の、No.6は粒度♯40〜♯100の研磨ホイールを用い軸方
向にのみ研磨し、円周方向に20μの凹凸の粗さを形成し
たもの、No.7はショットブラストにより軸・円周方向と
も20μの凹凸を長さ1mm当たり５ケ均一に形成したもの
である。

表１には圧延開始から圧延終了までのマンドレルバー表
面の摩擦係数（マンドレルバーのスラスト力とロール圧
下力から計算した値）の推移と、繰り返し圧延できた圧
延本数を示している。比較材のNo.5〜No.7のマンドレル
バーの場合には摩擦係数が圧延開始と同時に急上昇し、
早期にマンドレルバー表面に焼付きを生じて少ない圧延
本数で使用不可能となった。このうちNo.7のマンドレル
バーの摩擦係数は、他のものより低くはあるがやはり摩
擦係数の上昇度合いは大きく、2,000本程度の圧延しか
できなかった。これに対し、本発明法によるNo.1〜No.4
のマンドレルバーの場合には、摩擦係数は低く、圧延中
の変化もほとんどない。またマンドレルバーの表面に焼
付きが生じないため、寿命は飛躍的に延び、No.7のもの
に対しても３〜５倍の寿命に延長が図れた。

以上のように本発明法により付与されたマンドレルバー
の軸方向の凹凸の粗さ、即ち円周方向に連続する溝が、
潤滑剤の保持、いいかえれば圧延中の潤滑皮膜厚みの維
持に効果があり、摩擦係数の安定的低減およびそれにと
もなうマンドレルバーの寿命の延長を実現するものであ
る。

また、マンドレルバー表面の凹凸の粗さが10μより小さ
いと潤滑剤の保持効果は小さく、一方、30μより大きく
なると表面の凹凸が高いためマンドレルバーと被圧延材
の摺動抵抗が大きくなること、及びマンドレルバーの機
械的強度の点から、表面粗さとしては10〜30μが望まし
い。

次に寸法精度の変化を見るために、第１表のNo.3及びN
o.7の条件で処理したマンドレルバーを用いて、目標寸
法 232.0mmφ×6.2mmt×25000mmlの圧延を行なった管の
内、それぞれ５本につき長手方向の肉厚分布を測定し
た。No.7についての測定結果は第３図、No.3についての
測定結果は第４図に示す。本発明法によるNo.3のマンド
レルバーの場合は、従来法のNo.7の場合に比較して、長
手方向の肉厚変動が極めて低く抑えられているこがわか
る。すなわち、本発明法によるマンドレルバーを用いれ
ば長手方向の摩擦係数が一定であり、且つ圧延中に潤滑
皮膜が一定に保持され、摩擦係数の変化が殆どなく寸法
精度の飛躍的向上をもたらすことができる。

なお、本実施例においてはマンドレルバーの表面に軸方
向の粗さを付与するために、研磨ホイールを使用した
が、研磨砥石等既存の手段を利用して軸方向の粗さを付
与しても同様の効果がえられることはいうまでもない。

［発明の効果］ 本発明により円周方向に連続した適度の深さを有する溝
が設けられたマンドレルバーは、圧延中のマンドレルバ
ー表面の潤滑剤の保持、いいかえれば潤滑皮膜厚みの安
定的維持に有効、即ち圧延中のマンドレルバー表面と非
圧延材との潤滑状態が改善され、摩擦係数の安定的低減
が図れるのみならず、マンドレルバー表面の焼付きも防
止でき、マンドレルバーの寿命を飛躍的に延長するこ
と、および製品品質の改善も達成できる等の優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の鋼管圧延用マンドレルバー
に螺旋状またはリング状の溝を形成する方法を示す説明
図、第２図（ａ）は軸方向の凹凸の粗さを示すグラフ
図、第２図（ｂ）は円周方向の凹凸の粗さを示すグラフ
図、第３図及び第４図は圧延した管の長手方向の肉厚分
布を示すグラフ図である。 １…マンドレルバー、２…研磨ホイール、３…円周方向
に連続する溝。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マンドレルバー本体の表面に、円周方向に
   連続して深さが10〜30μの溝を設けることを特徴とする
   鋼管圧延用マンドレルバーの処理方法。
2. 【請求項２】マンドレルバー本体の表面に、螺旋状に連
   続して深さが10〜30μの溝を設けることを特徴とする鋼
   管圧延用マンドレルバーの処理方法。
3. 【請求項３】マンドレルバー本体の表面に、深さが10〜
   30μのリング状の溝をマンドレルバーの軸方向に所定間
   隔をおいて多数設けることを特徴とする鋼管圧延用マン
   ドレルバーの処理方法。