(57)【要約】  コールドピルガミルによる金属管の製造方法において、ロールの噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって径が拡大または縮小するテーパ状孔型を有するロールと、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって径が拡大するテーパ状マンドレルを用い、管材の肉厚中心を拡大させながら肉厚を減じて延伸することにより、驚異的な肉厚リダクションを得ることができる冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コールドピルガミルによる超薄肉金属管の製造方法であって、素管ならびに仕上げ圧延管の外径および肉厚寸法に応じて、一対のロールの噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が拡大もしくは縮小するテーパ状孔型を有するロールと、同じく噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が拡大するテーパ状マンドレルを用い、管材の外径および内径の平均径である肉厚中心径を拡大させながら肉厚を減じて延伸することを特徴とする冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法。
【請求項２】
内径の拡径代を外径の拡径代よりも大きくとりつつ、内径および外径を同時に拡径しながら肉厚を減じて延伸することを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法。
【請求項３】
外径を不変のまま、内径のみを拡径しながら肉厚を減じて延伸することを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法。
【請求項４】
内径の拡径代を外径の縮径代よりも大きくとりつつ、外径を縮径し、内径を拡径しながら肉厚を減じて延伸することを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管の冷間圧延方法に関し、特に金属管の薄肉側の製造可能範囲を飛躍的に拡大し、併せて冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法を提供しようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
金属管は、熱間仕上げの状態で、品質上、強度上あるいは寸法精度上の要求を満足しない場合には、冷間加工工程に送られる。冷間加工工程としては、ダイスとプラグまたはマンドレルを用いる冷間抽伸法およびコールドピルガミルによる冷間圧延法が一般的である。【０００３】
コールドピルガミルによる冷間圧延法では、円周方向に次第に径が縮小するテーパ状孔型を有する一対のロールと、同じく長さ方向に次第に径が縮小するテーパ状マンドレルとの間で素管を縮径圧延する。すなわち、一対のロールには円周上に孔型が切られており、その形状は、ロールの回転とともに孔型が狭くなるようになっている。ロールは回転しながらマンドレルのテーパに沿って前進および後退を繰り返し、ロールとマンドレルとの間で素管を圧延する（“第３版  鉄鋼便覧  第３巻（２）  条鋼・鋼管・圧延共通設備  １１８３〜１１８９頁”など）。【０００４】
図１は、コールドピルガミルによる圧延原理を示す図であり、同図（ａ）は往行程開始時点、（ｂ）は復行程開始時点の説明図である。図１に示されるとおり、コールドピルガミルでは、素管１の外径および肉厚寸法（それぞれ、図中のｄｏおよびｔｏ）ならびに製品の圧延管５の外径および肉厚寸法（それぞれ、図中のｄおよびｔ）に応じて、一対のロールの噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって、次第にその径が小さくなるテーパ状孔型３を有するロール２と、同じく噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が小さくなるテーパ状マンドレル４を採用し、素管１を縮径しながら肉厚を減ずる往復圧延工程が繰り返される。【０００５】
この往復運動の往行程の開始時点および復行程の開始時点において、管材（素管１）には、間欠的におよそ６０°の回転角とおよそ５〜１５ｍｍの送り（フィード）が与えられ、新しい部分の圧延が繰り返される。【０００６】
コールドピルガミルによる冷間圧延では、管材の加工度が極めて高く、およそ１０倍の延伸も可能であり、管の偏肉の矯正効果も大きく、さらに、絞り工程が不要であり、歩留まりが高いという利点がある。しかし、その反面、冷間抽伸法に比較して生産能率が極めて低いという欠点もあるので、主として素材費が高く、かつ、中間処理にコストを要するステンレス鋼管、高合金鋼管などの高級管の冷間加工に適している。なお、伸銅業界では、３ストランド圧延により高能率生産を実現し、コールドピルガミルは、伸銅事業の最も中核的な製造プロセスとなっている。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、金属管の薄肉側の製造可能範囲を飛躍的に拡大できる冷間加工法とそれによる超薄肉金属管の製造方法を提案することにある。なお、本発明は、薄肉の主として継目無金属管を対象としているが、薄肉の溶接金属管においても溶接部あるいは熱影響部で肉厚の不均一を生じ、その矯正が必要な場合があるので、溶接金属管も対象に含めることとする。
【０００８】
本発明者は、上述の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて研究を進め、下記の知見を得て、本発明を完成させた。
【０００９】
一般に、管材の塑性加工における肉厚加工は、管材料を管の長手方向に延伸加工することによって達成される。すなわち、管材の冷間圧延では、孔型ロールとテーパ状マンドレルとの間で肉厚加工する場合に、縮径しながら圧延し、長手方向に延伸する。
【００１０】
本発明者は、管材を塑性加工して肉厚を圧下する際に、長手方向にのみ延伸しようとするから、肉厚圧下量が制限され、更なる薄肉化が困難になるものと解釈し、コールドピルガミルによる管材の肉厚圧下に際しては、長手方向に延伸させると同時に管周方向にも延伸させるようにすれば、上記の問題は回避できるものと考えた。因みに、極端な場合として、リングミルによる環状品の圧延について検討すると、環状素材は、長手方向（軸心方向）には延伸されずに、環周方向にのみ延伸されるので、肉厚の圧下は際限なく可能となる。
【００１１】
コールドピルガミルにおいて、管周方向に延伸させながら長手方向にも延伸させるためには、ロールの噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径を拡大または縮小するテーパ状ロール孔型と、同じく噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径を拡大するテーパ状マンドレルを採用して、管材料を拡径しながら肉厚を減じ、延伸圧延すればよい。
【００１２】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記（１）〜（３）に示す冷間加工法による超薄肉金属管の製造方法にある。
【００１３】
（１）コールドピルガミルによる超薄肉金属管の製造方法であって、素管ならびに製品圧延管の外径および肉厚寸法に応じて、一対のロールの噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が拡大するテーパ状孔型を有するロールと、同じく噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が拡大するテーパ状マンドレルを用い、内外径を同時に拡径しながら肉厚を減じて延伸圧延することを特徴とする冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法。この場合に、内径の拡径代を外径の拡径代よりも大きくとらなければ、肉厚の圧下ができないことは当然である。
【００１４】
（２）上記（１）では、内外径を同時に拡径しながら肉厚を減じる塑性変形を論じたが、管材の拡径変形とは、必ずしも内外径を同時に拡径させる塑性変形だけを称するわけではない。塑性学的にいえば、管材の肉厚中心径（内径および外径の平均径）を拡大させる塑性変形を拡径変形と総称する。
したがって、外径が不変のまま、内径のみを拡径させても、肉厚中心径は確実に拡大するから、拡径変形となる。
【００１５】
（３）さらにまた、外径が縮径する場合であっても、内径の拡径代が外径の縮径代よりも大きい場合には、肉厚中心径は拡大し、拡径変形となる。
【００１６】
ここで、内径または外径の拡径比とは、冷間圧延後の金属管の内径または外径を冷間圧延前の金属管の内径または外径により除した比率を意味する。外径の縮径比とは、外径の拡径比が１よりも小さくなることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
図１は、従来の縮径圧延法の説明図であり、同図（ａ）は往行程開始時点、同図（ｂ）は復行程開始時点をそれぞれ示す。
図２は、内径および外径を同時に拡径しながら肉厚を減じて延伸する本発明に係る拡径圧延法の説明図であり、同図（ａ）は往行程開始時点、同図（ｂ）は復行程開始時点をそれぞれ示す。
図３は、外径を不変のまま、内径を拡径しながら肉厚を減じて延伸する本発明に係る拡径圧延法の説明図であり、同図（ａ）は往行程開始時点、同図（ｂ）は復行程開始時点をそれぞれ示す。
図４は、外径を縮径し、内径を拡径しながら肉厚を減じて延伸する本発明に係る拡径圧延法の説明図であり、同図（ａ）は往行程開始時点、同図（ｂ）は復行程開始時点をそれぞれ示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、前記のとおり、コールドピルガミル冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法である。
その第１態様は、コールドピルガミルによる超薄肉金属管の製造方法であって、一対のロールの噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が拡大するテーパ状孔型を有するロールと、同じく噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって次第にその径が拡大するテーパ状マンドレルを用い、内外径を同時に拡径しながら肉厚を減じて延伸圧延することを特徴とする冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法である。【００１９】
発明の実施の形態を図２に示した。同図（ａ）は往行程開始時点、（ｂ）は復行程開始時点をそれぞれ示す。同図（ａ）に示されるように、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって径が滑らかに拡大するテーパ状孔型１３がその周囲に設けられた上下一対のロール１２は、噛み込み入口側から仕上げ出口側に向かって滑らかにその外径が拡大するテーパ状マンドレル１４のテーパに沿って、図中の矢印Ａにて示す方向に前進し、ロール１２のテーパ状孔型１３の表面とテーパ状マンドレル１４の表面との間で素管１を延伸圧延する。次に、同図（ｂ）に示されるように、上下一対のロール１２は逆転し、図中の矢印Ｂにて示す方向に後退しながら、同様にして、ロール１２のテーパ状孔型１３とテーパ状マンドレル１４との間で素管１を延伸圧延する。【００２０】
上記のような往復圧延工程の繰り返しにより、外径ｄｏおよび肉厚ｔｏを有する素管１は、外径ｄおよび肉厚ｔを有する製品圧延管１５へと拡径圧延される。この往復運動の往行程の開始時点および復行程の開始時点において行われる管材（素管１）のフィードおよびターンの方法は、前述の従来法と同様である。【００２１】
その第２態様は、外径を不変のまま、内径のみを拡径しながら肉厚を減じて延伸するコールドピルガミルによる超薄肉金属管の製造方法であり、また、第３態様は、内径の拡径代を外径の縮径代よりも大きくとりつつ、外径を縮径し、内径を拡径しながら肉厚を減じて延伸するコールドピルガミルによる超薄肉金属管の製造方法である。それらの発明の実施の形態をそれぞれ図３および図４に示した。同図（ａ）は往行程開始時点、（ｂ）は復行程開始時点をそれぞれ示す。前記の図２において説明したのと同様の方法により、ロール１２のテーパ状孔型１３とテーパ状マンドレル１４との間で素管１を延伸圧延する。【００２２】
（実施例）
本発明の冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法の効果を確認するため、下記の３例の試験を行い、その結果を評価した。【００２３】
（本発明例１）
マンネスマン・マンドレルミルプロセスにより製造された外径３４．０ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの１８％Ｃｒ−８％Ｎｉステンレス鋼管を供試素管とし、コールドピルガミルにより、外径５０．８ｍｍ、肉厚１．３ｍｍに拡径圧延した。
試験条件および結果を以下に要約する。【００２４】
テーパ状ロール孔型の径：Ｄ＝３４．０〜５０．８ｍｍ
テーパ状マンドレルの径：ｄｍ：２６．０〜４７．２ｍｍ
フィード：ｆ＝１０．０ｍｍ
ターン角度：θ＝６０°
素管外径：ｄｏ＝３４．０ｍｍ
素管肉厚：ｔｏ＝３．５ｍｍ
圧延後の管外径：ｄ＝５０．８ｍｍ
圧延後の管肉厚：ｔ＝１．３ｍｍ
外径拡径比：ｄ／ｄｏ＝１．４９
延伸比：ｔｏ（ｄｏ−ｔｏ）／｛ｔ（ｄ−ｔ）｝＝１．６６
（肉厚／外径）比：ｔ／ｄ＝２．５６％
肉厚中心径の拡径比：（ｄ−ｔ）／（ｄｏ−ｔｏ）＝１．６２【００２５】
（本発明例２）
マンネスマン・マンドレルミルプロセスにより製造された外径５０．８ｍｍ、肉厚４．５ｍｍの１８％Ｃｒ−８％Ｎｉステンレス鋼管を供試素管とし、コールドピルガミルにより、外径５０．８ｍｍ、肉厚１．５ｍｍに拡径圧延した。
試験条件および結果を以下に要約する。【００２６】
テーパ状ロール孔型の径：Ｄ＝５０．８〜５０．８ｍｍ
テーパ状マンドレルの径：ｄｍ：４０．８〜４７．８ｍｍ
フィード：ｆ＝１０．０ｍｍ
ターン角度：θ＝６０°
素管外径：ｄｏ＝５０．８ｍｍ
素管肉厚：ｔｏ＝４．５ｍｍ
圧延後の管外径：ｄ＝５０．８ｍｍ
圧延後の管肉厚：ｔ＝１．５ｍｍ
外径拡径比：ｄ／ｄｏ＝１．０
延伸比：ｔｏ（ｄｏ−ｔｏ）／｛ｔ（ｄ−ｔ）｝＝２．８２
（肉厚／外径）比：ｔ／ｄ＝２．９５％
肉厚中心径の拡径比：（ｄ−ｔ）／（ｄｏ−ｔｏ）＝１．０６【００２７】
（本発明例３）
マンネスマン・マンドレルミルプロセスにより製造された外径５３．４ｍｍ、肉厚５．５ｍｍの１８％Ｃｒ−８％Ｎｉステンレス鋼管を供試素管とし、コールドピルガミルにより、外径５０．８ｍｍ、肉厚１．７ｍｍに拡径圧延した。
試験条件および結果を以下に要約する。【００２８】
テーパ状ロール孔型の径：Ｄ＝５３．４〜５０．８ｍｍ
テーパ状マンドレルの径：ｄｍ：４１．４〜４７．４ｍｍ
フィード：ｆ＝１０．０ｍｍ
ターン角度：θ＝６０°
素管外径：ｄｏ＝５３．４ｍｍ
素管肉厚：ｔｏ＝５．５ｍｍ
圧延後の管外径：ｄ＝５０．８ｍｍ
圧延後の管肉厚：ｔ＝１．７ｍｍ
外径縮径比：ｄ／ｄｏ＝０．９５
延伸比：ｔｏ（ｄｏ−ｔｏ）／｛ｔ（ｄ−ｔ）｝＝３．１６
（肉厚／外径）比：ｔ／ｄ＝３．３５％
肉厚中心径の拡径比：（ｄ−ｔ）／（ｄｏ−ｔｏ）＝１．０３【００２９】
上記の３例の試験により得られた鋼管の内外面肌は美麗であり、品質上、特に問題はなかった。なお、従来の縮径圧延法により冷間圧延した場合には、１８％Ｃｒ−８％Ｎｉステンレス鋼管の製造可能な最小肉厚は、外径５０．８ｍｍの場合で高々２．０〜２．５ｍｍ程度であり、本発明の拡径圧延法による効果の著しいことは明瞭である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の冷間圧延法による超薄肉金属管の製造方法を用いれば、冷間加工法による金属管の薄肉側の製造可能範囲を飛躍的に拡大することができる。本発明の方法により、従来の冷間仕上げ継目無金属管のおよそ２／３以下の肉厚を有する継目無金属管が経済的に安定して製造可能となれば、ＴＩＧ溶接管、レーザ溶接管などの薄肉溶接金属管を、本発明法で製造される高い信頼性を有する超薄肉継目無金属管により代替することが可能となる。さらにまた、肉厚０．６〜０．８ｍｍ以下の超薄肉継目無金属管を安定して製造できれば、カラーレーザプリンタの加熱スリーブ、同じく加圧ロール、あるいは燃料電池のセルケースなどのハイテク分野への適用も可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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