(57)【要約】  例えばステンレス鋼材や薄肉材からなる中空素管等の、本質的に圧延が容易ではない難圧延材に対して、飛躍的に高加工度かつ高寸法精度で延伸圧延可能なマンドレルミルを提供する。  複数のロールスタンドを備え、中空素管を肉厚圧下するために１以上設けられる４ロールスタンドと、４ロールスタンドの下流に最終スタンドを含んで１以上設けられる２ロールスタンドとを少なくとも備える、中空素管を延伸圧延して素管を製造するためのマンドレルミルである。
2008050627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロールスタンドを備え、中空素管を延伸圧延して素管を製造するためのマンドレルミルであって、
前記中空素管を肉厚圧下するために１以上設けられる４ロールスタンドと、
前記４ロールスタンドの下流に最終スタンドを含んで１以上設けられる２ロールスタンドと
を少なくとも備えることを特徴とするマンドレルミル。
【請求項２】
前記４ロールスタンドの全てのロールが、ロール駆動用モータにより駆動される駆動ロールである請求項１に記載されたマンドレルミル。
【請求項３】
複数のロールスタンドを備え、中空素管を延伸圧延して素管を製造するためのマンドレルミルであって、
前記中空素管を肉厚圧下するために１以上設けられる３ロールスタンドと、
前記３ロールスタンドの下流に最終スタンドを含んで１以上設けられる、油圧圧下方式の２ロールスタンドと
を少なくとも備えることを特徴とするマンドレルミル。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたマンドレルミルを用いて中空素管を延伸圧延することによって、継目無管を製造することを特徴とする継目無管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンドレルミル及び継目無管の製造方法に関し、具体的には、例えばステンレス鋼管や薄肉鋼管などという、圧延が難しい対象を、今までよりも飛躍的に高加工度かつ高寸法精度で延伸圧延することができるマンドレルミル及び継目無管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンネスマン−マンドレルミル方式による継目無鋼管の製造では、まず、丸ビレット又は角ビレットを加熱炉に装入して加熱する。続いて、穿孔機を用いてこの丸ビレット又は角ビレットを穿孔圧延し、厚肉の中空素管とする。次に、この中空素管の内部にマンドレルバーを挿入してから、通常５〜８のロールスタンドからなるマンドレルミルを用いて中空素管を延伸圧延し、肉厚を所定の値まで減肉して素管とする。そして、素管からマンドレルバーを引き抜いてから、絞り圧延機を用いて所定の外径になるよう素管を定径圧延することにより、製品である継目無鋼管を製造する。【０００３】
延伸圧延を行うマンドレルミルとしては、一般的には、各ロールスタンドに二基の圧延ロールが配置される２ロールマンドレルミルが使用される。しかし、この２ロールマンドレルミルでは、圧延される中空素管の変形の程度が、各ロールの溝底部に相当する部分（以下、単に「溝底部」という）と、各ロールのフランジ部に相当する部分（以下、単に「フランジ部」という）とにおいて、大きく相違する。このため、２ロールマンドレルミルにより延伸圧延された中空素管の応力バランスは崩れ易く、２ロールマンドレルミルでは高い加工度を確保し難い。【０００４】
近年、高加工度を確保し難い２ロールマンドレルミルに替えて、３ロールマンドレルミルを用いることが開示される（例えば特許文献１参照）。
また、２ロールマンドレルミルによる圧延により中空素管の周方向の４箇所が部分的に厚くなる現象である偏肉の発生を抑制するため、肉厚が厚い４箇所を部分的に圧下する４ロールスタンドを、マンドレルミルの最終スタンドに配置することも提案されており、特許文献２、３にはこの発明を実現するための圧延技術や設備技術が開示される。【０００５】
しかし、ロール数が異なるロールスタンドを同一のマンドレルミルに配置することは、設備の複雑化や、設備の設計や改善の困難化を伴う。
また、２ロールマンドレルミルでは、対向配置される一対の孔型の圧延ロールをロールフランジ部において互いに接触させることができるので、圧延ロールの圧下位置のゼロ点調整を容易に行うことができる。これに対し、３ロールマンドレルミルや４ロールマンドレルミルでは、このような接触を行うことができないので、２ロールマンドレルミルに比較して、圧延ロールの圧下位置のゼロ点調整が難しく、圧延後の寸法精度を確保し難いという問題がある。特許文献４には、肉厚計の実績値を用いて圧下位置のゼロ点調整を行う発明が開示される。
【特許文献１】特開２００５−１１１５１８号公報
【特許文献２】特開平０８−７１６１４号公報
【特許文献３】特開平１１−１２３４０９号公報
【特許文献４】特開２００５−１３１７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
継目無管の製造では、例えばステンレス鋼材や薄肉材からなる中空素管といった、本質的に延伸圧延が容易ではない難圧延材に対して、今まで以上に高加工度かつ高寸法精度で製管することが要求されている。【０００７】
しかし、上述したように、２〜４ロールマンドレルミルの様々な得失を考慮すると、２ロールマンドレルミルを凌駕する延伸圧延機は、見出されていない。
このため、２ロールマンドレルミルを使用する限りは、現状以上の加工度かつ寸法精度を求めることは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数のロールスタンドを備え、中空素管を延伸圧延して素管を製造するためのマンドレルミルであって、中空素管を肉厚圧下するために１以上設けられる４ロールスタンドと、４ロールスタンドの下流に最終スタンドを含んで１以上設けられる２ロールスタンドとを少なくとも備えることを特徴とするマンドレルミルである。【０００９】
この本発明に係るマンドレルミルでは、４ロールスタンドの全てのロールが、ロール駆動用モータにより駆動される駆動ロールであることが望ましい。
また、本発明は、複数のロールスタンドを備え、中空素管を延伸圧延して素管を製造するためのマンドレルミルであって、中空素管を肉厚圧下するために１以上設けられる３ロールスタンドと、３ロールスタンドの下流に最終スタンドを含んで１以上設けられる、油圧圧下方式の２ロールスタンドとを少なくとも備えることを特徴とするマンドレルミルである。【００１０】
別の観点からは、本発明は、上述した本発明に係るマンドレルミルを用いて中空素管を延伸圧延することによって、継目無管を製造することを特徴とする継目無管の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、例えばステンレス鋼管や薄肉鋼管という、本質的に圧延が容易ではない難圧延対象に対しても、現状と比べて飛躍的に高加工度かつ高寸法精度で延伸圧延することができるマンドレルミルを提供することができる。また、本発明により、本質的に圧延が容易ではない難圧延対象に対しても、現状と比べて飛躍的に高加工度かつ高寸法精度で延伸圧延する場合であっても、操業トラブルを生じ難いマンドレルミルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は、前段に４ロールスタンドを用いた場合について、中空素管の（１／４）部分の延性破壊条件式の計算結果の分布を示す説明図であり、図１（ｂ）は、前段に２ロールスタンドを用いた場合について、中空素管の（１／４）部分の延性破壊条件式の計算結果の分布を示す説明図である。
【図２】図２は、ケース（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の最終スタンド出側での素管１／４部分の素管とマンドレルバーとの間隙量計算結果の比較を示す説明図であって、図２（ａ）は管端部形状を２ロールについて示す説明図であり、図２（ｂ）は管端部形状を４ロールについて示す説明図であり、さらに、図２（ｃ）は管端部形状を前段２スタンドのみ４ロールについて示す説明図である。
【図３】直径５０ｍｍのマンドレルバーを用いて圧延前の中空素管の寸法が直径６３ｍｍ、肉厚４ｍｍのアンチモン入り冷間鉛からなる素材について、圧延テストを行った結果を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、本発明に係るマンドレルミル及び継目無管の製造方法を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。【００１４】
本実施の形態のマンドレルミルは、複数のロールスタンドを備え、中空素管を延伸圧延して素管を製造するためのマンドレルミルであって、中空素管を肉厚圧下するために１以上設けられる４ロールスタンドと、４ロールスタンドの下流に最終スタンドを含んで１以上設けられる２ロールスタンドとを少なくとも備えるマンドレルミルである。【００１５】
すなわち、このマンドレルミルは、マンドレルミルを構成する複数のロールスタンドのうちマンドレルミルの入側に近い位置である前段に１以上設けられる、肉厚圧下するための４ロールスタンドと、これら複数のロールスタンドのうちマンドレルミルの出側に近い位置である後段に最終スタンドを含んで１以上設けられる２ロールスタンドとを少なくとも備える。【００１６】
前段に１以上の肉厚圧下する４ロールスタンドを配置すると、中空素管の温度が低下する前に極めて高加工度で延伸圧延することが可能になるとともに、前段の４ロールスタンドの圧下によって中空素管の周方向へ略均一な変形状態で中空素管の周長を十分に確保することができる。【００１７】
一般的に、中空素管がマンドレルミルを構成する複数のロールスタンドにより延伸圧延されながら移動する際、中空素管の温度は低下する。このため、中空素管が熱収縮率の大きい材料（例えば９質量％Ｃｒ以上の合金鋼）からなる場合、中空素管が最終のロールスタンドを通過してマンドレルバーを引き抜く際に、中空素管が、その周長の収縮のためにマンドレルバーに貼り付くことがある。【００１８】
このため、操業トラブルを発生することなく高加工度かつ高寸法精度で延伸圧延を行うためには、中空素管の温度が高い前段において高加工度で且つ周方向に略均一な変形状態となる延伸圧延を行っておくことにより、中空素管の温度が低下する後段において中空素管の周長を十分に確保しておくことが有効である。【００１９】
さらに、本実施の形態では、前段に設けられる１以上の肉厚圧下するための４ロールスタンドの全てのロールを、ロール駆動用モータにより駆動される駆動ロールとする。
操業トラブルを生じることなく飛躍的に高加工度かつ高寸法精度の延伸圧延を行うために、上述したように、前段のロールスタンドにおいて高加工度で且つ周方向に略均一な変形状態となる延伸圧延を行う。このためには、前段に設ける１以上の肉厚圧下するための４ロールスタンドのすべてのロールを、ロール駆動用モータと結合された駆動ロールとすることによって、これら全てのロールが延伸圧延加工に供せられるようにすることが望ましいからである。【００２０】
また、後段に最終スタンドを含む１以上の２ロールスタンドを配置することにより、中空素管の周長を確保することができるとともに、中空素管の内面とマンドレルバーの外面との間隙を大きく保つことができる。これにより、中空素管が最終スタンドを通過してマンドレルバーを引き抜く際に、中空素管からマンドレルバーを容易に引き抜くことができる。さらに、上述したとおり、２ロールマンドレルミルは圧延ロールの圧下位置のゼロ点調整を容易に行うことができるので、後段に最終スタンドを含む１以上の２ロールスタンドを配置することによって延伸圧延された素管の寸法精度を高く確保することができる。【００２１】
２ロールスタンドの溝底位置は、４ロールスタンドの溝底位置と０°若しくは９０°交叉するよう配置することが望ましい。２ロールスタンドの溝底位置を４ロールスタンドの溝底位置と同じになるよう配置する（位相差なし）ことにより、より高品質の製品を製造することができる。【００２２】
中空素管が高合金を多く含有すればするほど、あるいは薄肉が薄くなればなるほど、延伸圧延時に穴あき欠陥が発生し易くなる。例えば、マンドレルミルを構成する複数のロールスタンドのうち連続する２ロールスタンドの２番目のロールスタンドにおいて圧延ロールの溝底位置の中央部のみに大きな圧下率が加わると、２番目のロールスタンドで圧延ロールのフランジ部が長手方向に大きく引っ張られないようにロールの溝底中央部以外の圧下を減少したとしても、溝底位置の中央部のみに大きな圧下率が加わる。この際に、２番目のロールスタンドでは溝底位置の中央部の長手方向への延びが大きくなるが、溝底位置の中央部の両側及びフランジ部の材料の拘束を受けるため、溝底位置の中央部の中空素管が圧延方向に進み難くなり、２番目のロールスタンドの溝底位置の中央部の中空素管が圧延ロールの入側で波打ち、極端な場合には溝底位置の中央部が折れ込んだ状態で圧延されるために、この穴あき欠陥は発生する。すなわち、穴明き欠陥は、ロールの溝底中央部の過大な圧下に起因する欠陥である。【００２３】
ここで、２ロールスタンドでの圧延時に、圧下量が大きな溝底部で径の張り出した素管が入ると、より波打ちが生じ易くなるため、穴あき欠陥は発生し易くなる。できるだけこの溝底部に対して径が張り出さない中空素管を供給するには，その直前（上流側）のスタンドでもその位置が溝底部であることが望ましい。【００２４】
また、副次的効果として、中空素管の温度をより低温側に設定することが可能となり、マンドレルミルでの延伸圧延後の仕上げ温度を、例えば９００℃以下に低下することができる。【００２５】
このように、本実施の形態では、マンドレルミルを、中空素管を肉厚圧下するために１以上設けられる４ロールスタンドと、４ロールスタンドの下流に最終スタンドを含んで１以上設けられる２ロールスタンドとを少なくとも備えるように構成するので、操業トラブルを起こすことなく、飛躍的に高加工度かつ高寸法精度な延伸圧延を行うことができる。
（実施の形態２）
本実施の形態のマンドレルミルは、３ロールスタンドの下流に最終スタンドを含んで１以上設けられる、油圧圧下方式の２ロールスタンドとを少なくとも備える。【００２６】
実施の形態１において前段に１以上の肉厚圧下する４ロールスタンドを配置することに代えて、前段に１以上の肉厚圧下する３ロールスタンドを配置しても、実施の形態１と同様に、操業トラブルを発生することなく、飛躍的に高加工度かつ高寸法精度な延伸圧延を行うことができる。【００２７】
３ロールスタンドは、各圧延ロールの基準位置が存在しないため、４ロールスタンドに比べて、同等の圧下位置の精度を求めることは困難である。つまり、４ロールスタンドの場合には対向する圧延ロールとの相対位置の情報が得られれば、マンドレルバーとロール溝底部との間隙を調整することにより圧下位置の精度を高めることが可能であるが、３ロールスタンドの場合は対向する圧延ロールが存在しないため、そのような圧下位置の精度を高める方法を用いることができない。【００２８】
したがって、本実施の形態では、延伸圧延中に肉厚制御を行うために、後段に最終スタンドを含む１以上の油圧圧下方式の２ロールスタンドを配置し、延伸圧延中に高速に圧下位置を変化させる。電動圧下方式では、延伸圧延中に圧下位置を変更することはできないため、圧延中に圧下位置を変更できる「油圧圧下方式」を採用することが有効である。【００２９】
このように、本実施の形態によっても、操業トラブルを発生することなく、飛躍的に高加工度かつ高寸法精度な延伸圧延を行うことができる。
【実施例１】
【００３０】
本発明を、実施例を参照しながらより、具体的に説明する。
（ｉ）第１ロールスタンド及び第２ロールスタンドに肉厚圧下する４ロールスタンドと、第３〜５ロールスタンドに２ロールスタンドを備える５ロールスタンドからなるマンドレルミル（本発明例１）、
（ｉｉ）第１〜５ロールスタンド全てに２ロールスタンドを備える、５ロールスタンドからなるマンドレルミル（従来例）、及び
（ｉｉｉ）第１〜５ロールスタンド全てに４ロールスタンドを備える、５ロールスタンドのマンドレルミル（比較例）
について、以下に列記する条件（Ａ）、（Ｂ）により、延伸圧延のシミュレーション計算（剛塑性３Ｄ−ＦＥＭ）を行い、得られる素管に対する加工度及び寸法精度を確認した。
（Ａ）本実施例におけるシミュレーションを行う際に用いた基礎データ
圧延前の中空素管の寸法：直径４３５ｍｍ、肉厚３５．５ｍｍ
圧延後の中空素管の寸法：直径３８１ｍｍ、肉厚１７．１ｍｍ
材質：ステンレス鋼
延伸圧延前の中空素管の温度：１０００℃
マンドレルバーの直径：３４７ｍｍ
マンドレルミルの総ロールスタンド数：５ロールスタンド
圧延ロールの溝底位置の直径：５００ｍｍ
（Ｂ）前段４ロールスタンドの設置数及び設置位置
ケース（ｉ）：第１ロールスタンドの圧延ロールの溝底位置と第２ロールスタンドの圧延ロールの溝底位置が４５°交叉
ケース（ｉｉｉ）：奇数のロールスタンドの圧延ロールの溝底位置と偶数のロールスタンドの圧延ロールの溝底位置が４５°交叉
（Ｃ）後段の２ロールスタンドの設置数及び設置位置
ケース（ｉ）：奇数のロールスタンドの溝底位置と偶数のロールスタンドの溝底位置は９０°交叉
第３ロールスタンドの圧延ロールの溝底位置は第２ロールスタンドの圧延ロ
ールの溝底位置と０°若しくは９０°交叉
ケース（ｉｉ）：奇数のロールスタンドの圧延ロールの溝底位置と偶数のロールスタンドの
圧延ロールの溝底位置は９０°交叉
図１（ａ）は、前段に４ロールスタンドを用いた場合について、中空素管の（１／４）部分の延性破壊条件式の計算結果の分布を示す説明図であり、図１（ｂ）は、前段に２ロールスタンドを用いた場合について、中空素管の（１／４）部分の延性破壊条件式の計算結果の分布を示す説明図である。【００３１】
この延性破壊条件式の計算は、３次元剛塑性有限要素法により、前段に４ロールスタンドを用いたマンドレルミル（本発明例）、又は前段に２ロールスタンドを用いたマンドレルミル（従来例）により延伸圧延する場合に経験的に穴あきが発生し易い第２ロールスタンド出側について、中空素管の変形（応力・ひずみ分布）を、中空素管を剛塑性体とするとともに中空素管以外は全て剛体として、行った。そして、図１（ａ）及び図１（ｂ）では、算出された応力−ひずみ分布に基づいて、延性破壊条件式（引張力の蓄積エネルギーに相当）の計算値が０．３５０以上となる部分Ａ（孔あき（破断）が発生する可能性が高い部分）を、網掛け部として表示する。【００３２】
図１（ｂ）に示すように、前段に２ロールスタンドを用いると延性破壊条件式の計算値が０．３５０以上となる部分Ａが存在するのに対し、図１（ａ）に示すように、前段に４ロールスタンドを用いた場合には、延性破壊条件式の計算値が０．３５０以上となる部分が存在しないことがわかる。【００３３】
また、図２は、ケース（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の最終スタンド出側での素管１／４部分の素管とマンドレルバーとの間隙量計算結果の比較を示す説明図であって、図２（ａ）は管端部形状を２ロールについて示す説明図であり、図２（ｂ）は管端部形状を４ロールについて示す説明図であり、さらに、図２（ｃ）は管端部形状を前段２スタンドのみ４ロールについて示す説明図である。【００３４】
図３には、直径５０ｍｍのマンドレルバーを用いて圧延前の中空素管の寸法が直径６３ｍｍ、肉厚４ｍｍのアンチモン入り冷間鉛からなる素材について、上記ケース（ｉ）、（ｉｉ）の条件で圧延テストを行った結果を示す。両ケースとも圧下量を変更し，延伸圧延後の素管に穴あき及び疵がいずれも存在しない場合を○として示し、いずれかが存在する場合を×として示した。なお、図中における「延伸比」とは、延伸比＝（延伸圧延後の素管の長さ）／（延伸圧延前の中空素管の長さ）＝（延伸圧延前の中空素管の断面積）／（圧延後管断面積）で評価した値である。【００３５】
図１及び図２から、前段に４ロールスタンドを用いれば、中空素管の周方向にほぼ均一な変形状態で十分な周長を確保できるために、第２ロールスタンドでの延伸圧延以後に穴明き等のトラブルが発生しないとともに、さらに後段に２ロールスタンドを用いれば、最終ロールスタンドで、素管の内面とマンドレルバーの間に十分な間隙を作ることができ、マンドレルバーを問題なく引き抜くことが可能であることがわかる。【００３６】
図３から、本発明（ケース（ｉ））では、第２ロールスタンドで延伸比３以上を確保できるが，従来方式（ケース（ｉｉ））では、第４ロールスタンドでも延伸比３を超えることができないことがわかる。つまり、本発明によれば、飛躍的な高加工度の延伸圧延が可能であることがわかる。
【図１】
2008050627.tif 000003
【図２】
2008050627.tif 000004
【図３】
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【国際調査報告】
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2008050627.tif 000007
2008050627.tif 000008
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