JPS61108409A - マンドレルミル圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野〕 本発明は継目無金属管のマンドレルミル圧延方法に関す
る。

［従来の技術］ 一般に、穿孔圧延工程、延伸圧延工程、及び絞り圧延工
程を経て製造される管、たとえば、継目無鋼管は、第１
図に示す如く、丸鋼ｌを、たとえば回転炉床式の加熱炉
２中で加熱した後、マンネスマンピアサ３の如き穿孔圧
延機で穿孔して中空素管４とし、次に、マンドレルミル
５の如き延伸圧延機でマンドレルバ−６を装入した状態
で肉厚を減じ、七σ長さを伸ばしてレデューサ素管８と
し、更に、たとえば、ウオーキングビーム式の再加熱炉
９により再び加熱した後、ストレッチレデューサ１０の
如き絞り圧延機により外径を定め、あるいは外径を絞っ
て小径とすることによって製造されている。

前記のような製管工程で延伸圧延機として用いられてい
るマンドレルミル５は、マンネスマンピアサ３で穿孔さ
れた中空素管４にマンドレルバ−６を装入したまま延伸
圧延する圧延機であり、通畠８基のロールスタンドから
構成され、各ロールスタンドはそれらのロール軸を圧延
軸に垂直な面内で水平に対して４５度傾斜し、隣接する
ロールスタンドの上記ロール軸を交互に８０度ずらして
配列したｘミルとされているのが一般的である。また、
各ロールスタンドのロール７は、直流電動機により独立
に駆動されており、上流２スタンドで、縮管減肉延伸さ
れた素管は、第３．第４スタンドで史に減肉延伸され、
第５、第６スタンドで肉厚が精度良く仕上げられる。第
７スタンドでは圧下をかけることもでさるが１通常、第
７．第８スタンドは真円にするためのサイジングスタン
ドとして使われている。

ところで、従来のマンドレルミル圧延では、中空素管４
に装入されたマンドレルバ−６は、圧延前後方向に無拘
束の状態で保持されるため、バー速度は、実際に圧下し
ている各ロールスタンドでの圧延荷重およびロール周速
に依存する。したがって、中空素管４の先端が各ロール
スタンドに噛み込まれていく過程および該素管の後端が
各ロールスタンドを通り抜けしていく過程では、マンド
レルバ−速度は第２図に示す如く急激に変化する。その
結果、各ロールスタンドでの素管速度は、バー速度の変
化とともに変動し、スタンド間張力変動をひき起こすと
ともに、圧延荷重も著しく変動するため、レデューサ素
管８には、長手方向にストマックと呼ばれる外径と肉厚
の不均一分布が生じる。

上記問題を解決するためにマンドレルバー６の移動速度
を制御する装置を設けたリテインドマンドレルミル圧延
法が採用されている。この圧延法によれば、圧延中のマ
ンドレルバ−速度を一定に保つことにより、前述のバー
速度変動に起因した寸法精度劣化を防止することができ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、中空素管４の各部が、同一ロールスタン
ドにて圧下を受ける時の圧延温度は、管長手方向で異な
っており、一般に先端部から後端部にかけ十〜数十度の
温度低下が認められるため、それにともない、ロールが
材料から受ける負荷は増加していく、そのため、マンド
レルバ−速度を一定に保っただけでは、温度低下による
圧延荷重増加に起因したレデューサ素管８の長手方向の
肉厚分布不均一を抑制することは、不可能である。つま
り、第３図に示す如く、たとえば目標肉厚［ｉ、Ｏｍｍ
に対して管先端から後端にかけて０．２■■程度の増肉
傾向を示す肉厚分布となる。この解決法として肉厚仕上
げスタンドに油圧圧下装置を導入する方法や、圧延中に
、マンドレルバ−速度を一定に制御せず、材料の圧延速
度に対して相対的に変化させる方法が考えられる。

後者の方法として、たとえば、特開昭５７−１４２７０
３では、中空素管の圧延箇所に応じてマンドレルバ−速
度を加速または減速変化させる方法が示されている。し
かし、マンドレルバ−速度の上限値が、最も低速な圧延
スタンドにおける中空素管の速度より低速であるとして
いるため、温度低下による圧延荷重増加を十分に補償し
きれないか、あるいは、たとえば、マンドレルバ−速度
を第１スタンド出側材料速度と第２スタンド出側材料速
度の平均値に設定した場合には、バー速度の加速あるい
は減速制御自体が不可能になる等の゛不合理な面が多々
あり、満足のいく効果が得られるとはいい難い。

また、特開昭５８−５３３２０においても、圧延中のマ
ンドレルバ−と、中空素管の材料との相対速度を制御す
ることにより、管材の肉厚を制御する方法が示されてい
るが、マンドレルバ−速度とロール周速の比が圧延荷重
に及ぼす影響を明示していないため、各スタンドのロー
ル周速に対して、マンドレルバ−速度をどの範囲で制御
すれば、圧延荷重を一定に保つことができるのか、明ら
かでない、また、マンドレルミル圧延は、通常７〜８ス
タンドのタンデム圧延であり、１つのスタンドでの圧延
荷重が一定となるように、マンドレルバ−速度を制御し
ても、他のスタンドでは。

スタンド間張力の変動や、マンドレルバ−と中空素管の
材料との相対速度変化が、圧延荷重を変動させることが
あり、最適な制御Ｑ囲内で圧延を行なわなければ、場合
によっては、逆効果となることも１・分考えられる。−
・例として、圧延開始時のマンドレルバ−速度Ｖ、ｏを
、第１スタンドロール溝底周速に、はぼ等しくとった場
合を考える。圧延後半に、主として材料の温度低下に起
因して肉厚仕上げスタンドの圧延荷重が増大し、肉厚が
増加した時、マンドレルバ−速度を増速側に制御して、
肉厚の一定化を図ろうとすれば、上流スタンドの荷重は
、減少していくが、第５．６スタンドあたりでは、逆に
荷重が増加していき、最終肉厚は、後端側でより増肉し
てしまう結果となる。つまり、マンドレルバ−速度を制
御して、マンドレルミル出側材料の肉厚分布を均一化す
るためには、速度制御範囲は、かなり限定されたものと
ならざるを得ないが、特開昭５８−５３３２０では、こ
の点が明らかにされていないのである。

以上の実状に鑑みて、本発明は、圧延中のプンドレルバ
ー速度を最適に制御することにより、主として、素管の
長手方向の温度変化に起因やしたＩ’　７　“ｔ　Ｊ　
ｗ’　＆　＋　Ｊ　＠　ｍ　ｎ　”＊　ｔ　＃　”　す
るための圧延方法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するためのｒ段］ 本発明は、複数のロールスタンドを連続配置するととも
に、隣接するロールスタンドのロール軸を圧延軸に垂直
な面内で相互に８０度ずらして配置しているマンドレル
ミルによって、マンドレルバ−が挿入された中空素管を
圧延するに際し、マンドレルバ−の速度を制御するマン
ドレルミル圧延方法において、中空素管の先端が第１ス
タンドに噛込む圧延開始段階のバー速度をＶ２Ｏとし、
中空素管の後端が第２スタンド以後のいずれかのスタン
ドを通り抜ける圧延終了段階のバー速度をＶＢ＋とする
時、圧延開始段階から圧延終了段階に至る間のバー速度
を、０．７≦Ｖ１５１　／　ＶＢｏ＜　１．０の範囲で
連続的に減少させながら圧延するようにしたち−のであ
る。

［作　用］ 本発明によれば、バー速度め変化が圧延荷重、先進率に
影響を及ぼす範囲で該バー速度を減速制御することとな
り、この結果、圧延荷重および先進率変動に起因する素
管の長手方向肉厚分布を均一化することが可詣となる。

［実施例］ 本発明は、本発明者らが、マンドレルミル圧延において
圧延荷重、先進率、フランジ部肉厚、外径に及ぼすマン
ドレルバ−速度の影響を詳細に調査した結果得られた知
見をもとに発明された制御方法である。以下、本発明を
具体的に説明する。

第４図〜第７図に、単スタンドマンドレルミル圧延時の
圧延荷重°、材料の先進率、フランジ部肉厚及びフラン
ジ部外径のそれぞれとマンドレルバ−速度比（ロール回
転数を一定とし、ロール溝底周速７尺とバー速度Ｖｙの
比ＶＢ／　Ｖｚで表示）との関係を示す、圧延荷重およ
び材料の先進率については、第４図、第５図中テ０、？
≦ｖＢ／ＶＦＬ≦１．３の範囲内でバー速度比ｖ（？／
　Ｖｇにより変化するが、前記範囲外ではバー速度比に
依存せず、はぼ一定値となっている。もちろバー速度比
ＶＳ／　Ｖえに影響される領域は該スタンドでの減肉率
、外径絞り率、素管寸法等により異なってくる。一方、
第６図、第７図に示すとおりフランジ部肉厚およびフラ
ンジ部外径は、マンドレルバ−速度比にほとんど依存せ
ず一定値となる。

以上は、単スタンドマンドレルミル圧延時の緒特性であ
るが、通常のタンデムミル圧延での管材の変形及び負荷
特性を考えるとでは、バー速度の変化により材料の先進
率が変動し、その結果として発生するスタンド間張力の
変動が重要となってくる。すなわち、第５図中の斜線で
示した材料の先進率変動域内に、第り、第（ｊ＋／）ス
タンドでのバー速度比が存在している圧延状態で、バー
速度がある量だけ減少した場合を考えると、第１スタン
ドとａ＜、ｉ＋ｔ）スタンド間に作用する張力は、次式
で示される量だけ変動する。　、ｆ　＝　　（ＶＭＩ　
　　ＶｆＬ）　　／　ＶＰＬ−（２）ｂ　　＝　　　（
ＶＦＬ　　　−Ｖｓｏ　　）　　／　　ｖＰＬ　　　　
　　　　　−（３）ただし　ｖＨ６：該スタンド入側材
料速度（ａｍ／５ｅｃ）Ｖ帽　：該スタンド出側材料速
度（■腸／５ｅｃ）で定義される。

すなわち、第ｉ１、ｆＩＹＪ（ｊ＋／）スタンドにおけ
るフランジ部肉厚および外径は、バー速度減少単独の効
果では変動しないが、先進率変動に起因するスタンド間
張力の変動により、著しく変化する。したがって、リテ
インドマンドレルミル圧延において、肉厚を均一化する
ためには、マンドレルバ−速度を変化させながら、かつ
肉厚仕上げスタンドの圧延荷重およびフランジ部肉厚、
外径をほぼ一定にすることが肝要であり、マンドレルバ
−速度変化を、肉厚仕上げスタンドでの先進率変動がほ
とんどないように抑えねばならない、そこで、本発明に
おいては、中空素管の先端が第１スタンドに噛込む圧延
開始段階のバー速度をＶｇ０とし、中空素管の後端が第
２スタンド以後のいずれかのスタンドを通り抜ける圧延
終了段階のバー速瓜をｖＢＩ　　とする時、圧延開始段
階から圧延路ｒ段階に至る間のバー速度を、０．７≦Ｖ
ｓ＋　／　ｖＢｏ　＜１．０の範囲で連続的に減少させ
ながら圧延するようにしたものである。マンドレルバー
速度比Ｖ５／ｖｆＬ　　と圧送荷重、先ａ率との間には
、第４．５図（第８，９図も同様）に示す関係がある。

同関係は減肉率、外径絞り率、素管寸法￥　により若十
異なるものの、だいたい、　　Ｖｇ　／　Ｖ７　　が１
．３以り及び０．７以下では一定となる。

圧延中にバー速度を減速させて、圧延荷重および先進率
変動に起因するフランジ部肉厚、外径を制御するには、
圧延荷重、先進率がバー速度変化に影響される領域〒、
バー速度を変化していく必要がある０通常、バー速度は
、第１スタンド入側材料速度から第３スタンド出側材料
速度までの間の値に設定されているため、第１スタンド
でのバー速度比（ｖ５／ｖ九）、は、１以上となる。た
とえば、（ｖ、／ｖ町）、　＝　１．０となるように初
期へ−速度ｖ１１６を設定した場合、第１スタンドの圧
延荷重を制御（減少方向）できるバー速度変更量ａ　Ｖ
ｇは、最大（（Ｖｇ６−ΔｖＢ　）　／　ｖｆＬ）、ｚ
Ｑ、７程度までであり、それ以上変更しても第１スタン
ド圧延荷重は、荷重一定の領域に入ってしまい、効果は
無い、バー速度初期設定値ＶＢ６を、第１ズタンド入側
材料速度より速くした場合には、第２スタンドでのバー
速度比（ＶＢ’　／　ｖ、！Ｌ）、について、上記と同
様のことが言え、ｖ１５１　／　Ｖｅｏ＜　０．７　　
では、荷重減少による肉厚制御の効果は、はとんど期待
できない。

以上より、マンドレルバ−速度の制御範囲は、圧延開始
段階のバー速度をＶＢＯ、圧延終了段階でのバー速度を
ｖｅｒ　　とする時、０．７≦ｖｅｒ　／　ｖＢｅ）＜
１．０となる。

ここで、圧延終了段階を、中空素管の後端が第２スタン
ド以後のいずれかのスタンドを通り抜ける段階としたの
は、中空素管の後端を含む全長に本発明に係る制御を付
与するためには、中空素管の後端を第１スタンドのロー
ルから通り抜けさせた後、少なくとも、該第１スタンド
のロールに対して９０度ずれて配置されている第２スタ
ンドのロールからも通り抜けさせることにより、該中空
素管の後端の周方向の全領域にバー速度の減少作用をと
もなった圧延を施す必要があるためである。

次に、具体的なマンドレルバーの速度制御方法について
説明する。

中空素管４の温度は、マンネスマンピアサ３で穿孔され
た直後で約１，２００℃、マンドレルミル５での圧延直
前で１，１００℃前後であるが、たとえば、第１スタン
ドでの圧延時には、中空素管４の先端と後端では、十〜
数十度の温度差が生じてくる。そのため、材料の変形抵
抗は、鋼種により異なってくるものの、４〜５％の差異
が生じ、その結果、後端側で圧延荷重が増加し、ミル剛
性を介し肉厚が増大してくる。この効果は、第２〜第６
スタンドでも生じ、管の先端から後端にかけての肉厚差
は拡大していく。

通常のリテインドマンドレルミル圧延において、ブンド
レルバー速度は、第１スタンド入側材料速度から第３ス
タンド出側材料速度までの間の値に設定されるのが一般
的である。たとえば。

八−速度を、第１スタンド出側材料速度に等しくした場
合を考えると、第１〜第６スタンドでの、＜−速度比Ｖ
ｇ３／　ｖえと、圧延荷重及び先進率の関係は、第８．
９図に示すようになる。圧延荷重、先ａ率がバー速度比
ＶＢ／　’ＶＲの影響を受けるのは、この場合、第１．
第２スタンドだけである。この状態で、上述の中空素管
の後端にかけての温度低ドに起因する第１．２スタンド
での圧延荷重増加を抑制するために必要なマンドレルへ
−速度比減少量Δ（ｖ、　／　ｖえ）、、Δ（ＶＢ／曳
とは１次式をもとにして求めることができる。

（ａ）圧延荷重変動域での圧延荷重とバー速度比の関係
式 ％式％） （ｂ）先進率変動域での先進率とバー速度比の関係式 ％式％ （ｃ）先進率変動に起因した、スタンド間張力変すなわ
ち、温度低ドに起因する各スタンドでの先端側と後端側
での圧延荷重差による肉厚差をΔしくλ＝１〜６）とす
ると、音数スタンド溝底、偶数スタンド溝底でのレデュ
ーサ素管８の先端側と後端側での肉厚差ΔｔａＬ、Δｔ
ＡＶは次式で与えられる。一般的に、Δｔｏｊ　　Δｔ
Ｌｖ　＝ムＬと見なす肉厚増加分Δｔを第１．２スタン
ドにて補償する場合に必要な圧延荷重減少量ΔＰ２．Δ
Ｐ、は、ミル各スタンドのミル剛性は、はぼ等しいと考
えられるので、ΔＰ、ｚΔＰＬ＝ΔＰである。ΔＰと（
１）、（４）、（５）式より、所要の圧延荷重減少を達
成するために必要となる第１．第２スタンドでのマンド
レルバ−速度比減少量Δ（Ｖθ／ｖ、Ｌ）ｌ　ｌΔ（Ｖ
σ／Ｖ九）Ｌが計算される。この時、マンドレルバ−速
度減少量ΔＶ９は、Δ（Ｖ、／　Ｖ、）、　。

Δ（ＶＢ／　ｖＩＬ）ｚから求まる八−速度減少量ΔＶ
、、。

ΔＶＩＩ２の平均値に設定すれば良い。

以上より、中空素管４が第１スタンドに噛み込んでから
、第２スタンドを通り抜けするまでの間、マンドレルバ
−速度を初期設定値ＶａＯか　ら（ｖ８．−ΔＶｇ　）
まで連続的に減少させながら圧延することにより、長手
方向に均一な肉厚分布を有するレデューサ素管８が得ら
れる。第１０図にパー速度の設定例を示す。

なお、マンドレルバ−速度のネｐ期設定値ＶＢ６が、第
１スタンド出側材料速度より速く、たとえば、第１スタ
ツドでのマンドレルバ−速度比（ＶＢ／Ｖえ）が１．０
以上となり、第８図に示した、圧延荷重と八−速度比の
関係が、単調減少関係にある場合には、圧延中にバー速
度を減少していくと、Ｐと（ＶＢ／　Ｖ、）の関係では
前玉増加傾向、ｆと（Ｖ、／Ｖ良）の関係では荷徹減少
傾向となるため、第１スタンドにおける減肉の効果は、
上述の、　　Ｖ＊Ｊ第１スタンド出側材料速度に等しく
した場合と比較して少なくなる。しかしながら、その場
合、第３スタシドの圧延荷重減少による減肉の効果が生
じてくるため、全体としての肉厚増加量の補償を考えた
場合、同程度の効果が得られる。

つまり１通常のリテインドマンドレルミル圧延において
、少なくとも２つの圧延スタンドについては、バー速度
比ｖＢ／ｖ〜が第８図中の斜線領域に存在するため、最
適なマンドレルへ−速度減少景ΔＶ６を設定することに
より、長手方向に均一なレデューサ素管８が得られる。

本発明によるマンドレル、＜−速度制御方法の具体的実
施結果を以下に示す、外径１４８ｍｍ　、肉厚８．０ａ
ｍのレデューサ素管８を造管する場合であり、第１〜第
８スタンドの各スタンドの基準ロール回転数ＮＦＬ＋　
−Ｎｚｙは、それぞれ、ＮＦＬ＋＝９２゜ＮＬＬ＝　Ｉ
Ｈ、ＮＫ３＝　１８８　　、　ＮＦＬｑ　＝　１９５　
　、　Ｎｔｔｒ＝２０７　　、Ｎ４．＝２２５　　、Ｎ
、７＝２２８　　、Ｎ幻＝　２２［１ｒｐｍとした。マ
ンドレル７へ一速度の初期設定値ｖｇｏ　は第１スタン
ドロール溝底周速にほぼ等しく、１．８００＋＋ａ／ｓ
ｅｃ、とじた、また、中空素管４の先端と後端では、第
１スタンドに噛み込む時点で約２０　”Ｃの温度差があ
り、後端側での変形抵抗増加による圧延筒セ増大分を補
償するのに必要な、マンドレルパー速度減少量ΔＶＢｏ
を、計算の結果３００ｍ５／ｓｅｃ。

とじた、つまり、マンドレルへ−速度は、中空素管４が
第１スタンドに噛み込む時点ではＶＢ６＝１．８００ａ
ｍ／ｓｅｃ、　、第２スタンドを通り抜けする時点では
ｖａ、　＝　１，５００ｍｍ／ｓａｃ、とじ、その間は
、パー速度を直線的に減少させた。マンドレルミル圧延
後のレデューサ素管８の平均肉厚の長手方向分布測定結
果を第１１．図に示す、同図から明らかなように、長手
方向の肉厚は、均一分布を示しており。

従来法による第３図の場合と比べ、安定して格段に寸法
精度の優れたレデューサ素管８が得られた。

［発明の効果］ 以とのように、本発明は、複数のロールスタンドを連続
配置するとともに、隣接するロールスタンドのロール軸
を圧延軸に垂直な面内で相互に９０度スらして配置して
いるマンドレルミルによって、マンドレルバーが挿入さ
れた中空素管を圧延するに際し、マンドレルバーの速度
を制御するマンドレルミル圧延方法において、中空素管
の先端が第１スタンドに噛込む圧延開始段階のパー速度
をＶＢ６とし、中空素管の後端が第２スタンド以後のい
ずれかのスタンドを通り抜ける圧延終了段階のバー速度
をＶＢ＋とする時、圧延開始段階から圧延終了段階に至
る間のパー速度を、０．７≦ＶｂＩ／Ｖｅ。

＜１．０の範囲で連続的に減少させながら圧延するよう
にしたものである。したがって、圧延中のマンドレルバ
−速度を最適に制御し、素管の長手方向の温度変化に起
因したレデューサ素管の長手方向肉厚変動を均一化する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

：５１　図はマンネスマン−マンドレルミル圧延方式に
よる継目無管の製造工程を示す工程図、第２図はフルフ
ロートマンドレルミル圧延時の中空素管とマンドレルバ
ーの速度＋５ｉＩ係を表わす線区、第３図はマンドレル
バ−速度一定で圧延した時の圧延後管の肉厚の長手方向
分布を表わす線図、第４〜７図はそれぞれ、単スタンド
マンドレルミル圧延時の圧延荷重、先進率、フランジ部
肉厚、フランジ部外径とマンドレルバ−速度比の関係を
表わす線図、第８．９図は、それぞれ、リテインドマン
トレルミル圧延時の圧延荷重、先進率と各スタンドでの
マンドレルバ−速度比の関係を表わす線図、第１０図は
本発明を実施した場合の中空素管とマンドレル／＜−の
速度関係を表わす線図、第１１図は本発明を実施した場
合の圧延後管の長手方向肉厚分布を表わす線図である。 ４・・・中空素管、５・・・マンドレルミル、６・・・
マンドレルバ−１７・・・ロール。 代理人　弁理士　塩　川　修　治 第１図 第２図 ｆｉｌ　　スフ〉Ｌ”１込ａｔ＼５　’）Ｊｋ閲（ｓｅ
ｃ、）第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のロールスタンドを連続配置するとともに、
   隣接するロールスタンドのロール軸を圧延軸に垂直な面
   内で相互に９０度ずらして配置しているマンドレルミル
   によって、マンドレルバーが挿入された中空素管を圧延
   するに際し、マンドレルバーの速度を制御するマンドレ
   ルミル圧延方法において、中空素管の先端が第１スタン
   ドに噛込む圧延開始段階のバー速度をｖ＿Ｂ＿Ｐとし、
   中空素管の後端が第２スタンド以後のいずれかのスタン
   ドを通り抜ける圧延終了段階のバー速度をｖ＿Ｂ＿Ｉと
   する時、圧延開始段階から圧延終了段階に至る間のバー
   速度を、０．７≦ｖ＿Ｂ＿Ｉ／ｖ＿Ｂ＿Ｃ＜１．０の範
   囲で連続的に減少させながら圧延することを特徴とする
   マンドレルミル圧延方法。