(57)【要約】【課題】従来における最終製品の薄肉化の限界を打破し、さらなる薄肉鋼管の製造を可能とする極薄肉鋼管の絞り圧延方法を提供する。【解決手段】ｎ＋１基のロールスタンドを直列に配置してなる絞り圧延機に材料である鋼管を通して目標の極薄肉厚に仕上げる極薄肉鋼管の絞り圧延方法であって、各スタンド内の所要伸びひずみεi（ｉ＝１〜ｎ＋１）、各スタンド間の張力Ｔi（ＭＰａ）および材料通過速度ｖi（ｍ/ｓ）（ｉ＝１〜ｎ）が、Σ√（αＴi/ｖi）≧Σεi、を満たす条件下で圧延を行う。ただし、α＝ｔｌ/η（ｔ：絞り圧延開始温度（Ｋ）、ｌ：平均スタンド間間隔（ｍ）、η：定数）である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ＋１（ｎは１以上の自然数）基のロールスタンドを直列に配置してなる絞り圧延機に材料である鋼管を通して目標の極薄肉厚に仕上げる極薄肉鋼管の絞り圧延方法であって、各スタンド内の所要伸びひずみε1，ε2，‥‥，εn，εn+1、各スタンド間の張力Ｔ1，Ｔ2，‥‥，Ｔn（ＭＰａ）および材料通過速度ｖ1，ｖ2，‥‥，ｖn（ｍ/ｓ）が、数１の式を満たす条件下で圧延を行うことを特徴とする極薄肉鋼管の絞り圧延方法。
【数１】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極薄肉鋼管の絞り圧延方法に関し、詳しくは、絞り圧延により肉厚の極端に薄い鋼管（例えば製品肉厚が３．０ｍｍ未満である鋼管）を製造するための、極薄肉鋼管の絞り圧延方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば図１に示すように、一般に絞り圧延において、鋼管１０は主に、複数（図１の例では３個）のロール２を保持するロールスタンド１内において、複数のロールで囲まれた孔型に倣ってその外径が縮小する変形を受ける。このとき、鋼管１０の肉厚はロールスタンド１前後に作用する張力によって左右される。
複数のスタンド１を直列に配置してなる絞り圧延機を用いて鋼管を絞り圧延する際、鋼管の肉厚の制御は、従来は専ら、各スタンドのロール回転数の設定によるスタンド間張力の付与により行われていた。これは、例えば特許文献１あるいは特許文献２に開示されているように、(1)各スタンドのロール回転数とその配分を決定づける制御量（以下、テーパ量と称する）との関係を求め、(2)このテーパ量と管の伸び率との関係を予め実験的に求める。(3)圧延後の管の長さが所定の長さになるように、前記テーパ量と各スタンドのロール回転数との関係および前記テーパ量と管の伸び率との関係により、各スタンドのロール回転数を調整しようとするものである。
【０００３】
また、特許文献３では、前記テーパ量と各スタンドのロール回転数との関係を求める際に、各スタンドのマスフローバランスを崩さないという条件を満たすように各スタンドのロール回転数の修正値をそれぞれ求めて回転数を調整することが開示されている。さらに、特許文献４では、単位制御量あたりの伸ばし長さの偏差変化量を決めて、テーパ量ＴＰを決定し、各スタンドのロール回転数パターンを制御することにより、より速く所定の管長に収束させる方法が開示されている。
【特許文献１】特公昭５１−４３４９６号公報
【特許文献２】特開昭６０−２１１１４号公報
【特許文献３】特開昭６２−２８４５０５号公報
【特許文献４】特開平７−１０６２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記諸方法によって鋼管に作用するスタンド間張力は、大きすぎると鋼管をスタンド間で変形させ、場合によっては破断に至らしめるため、鋼管の変形抵抗未満でなければならないとされることが多い。経験的には、張力が鋼管の変形抵抗の約３分の２を超えると、鋼管が破断に至る場合がある。従って、鋼管に付与可能な張力は限られ、最終製品の薄肉化には限界があった。
【０００５】
本発明は、前記従来における最終製品の薄肉化の限界を打破し、さらなる薄肉鋼管の製造を可能とする極薄肉鋼管の絞り圧延方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成した本発明は、ｎ＋１（ｎは１以上の自然数）基のロールスタンドを直列に配置してなる絞り圧延機に材料である鋼管を通して目標の極薄肉厚に仕上げる極薄肉鋼管の絞り圧延方法であって、各スタンド内の所要伸びひずみε1，ε2，‥‥，εn，εn+1、各スタンド間の張力Ｔ1，Ｔ2，‥‥，Ｔn（ＭＰａ）および材料通過速度ｖ1，ｖ2，‥‥，ｖn（ｍ/ｓ）が、数１の式を満たす条件下で圧延を行うことを特徴とする極薄肉鋼管の絞り圧延方法である。
【０００７】
【数１】
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【発明の効果】
【０００８】
本発明により、鋼管の絞り圧延において、従来困難とされてきた極薄肉管の製造が可能となった。また、同時に、同じ肉厚の素管からの製品肉厚の作り分けがより広範囲にわたって可能となり、素管の肉厚統合による製造工程全体の簡素化が図れるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究した結果、絞り圧延中の鋼管は、スタンド間においても変形しており、その変形は、スタンド間における張力が大きいほど、また同じ張力であれば圧延速度（材料通過速度）が小さいほど、著しいことを発見した。
絞り圧延に際して、鋼管は多くの場合８００℃以上の温度に加熱され、熱間で絞り圧延を施される。このような温度において鋼に加工を施した場合、加工によるひずみの導入とその回復が同時に進行する。ひずみの回復は、その導入とは無関係に、温度により決まる速度で進行するため、鋼の変形抵抗は見かけ上、ひずみ速度と共に増大することが知られている。従って、鋼管の熱間絞り圧延の場合、鋼管の変形抵抗は、スタンド間の方がスタンド内よりも遥かに小さい。
【００１０】
この発見に基づき、鋼管の絞り圧延速度を小さくし、ひずみ回復に要する時間を稼ぐことにより、従来薄肉化の限界とされていた肉厚よりもさらに薄肉の鋼管の製造を可能とする手段に想到し、本発明をなした。
本発明では、数１の式を満たすように、式中のパラメータを設定して絞り圧延を行う。式(1)において、εiは第ｉスタンド（ｉは絞り圧延機入側からのスタンド配列順番；初期値＝１）の所要伸びひずみであり、各スタンド内のみで変形が生じるものと仮定して、素管の外径および肉厚と製品の外径および肉厚の目標とから決まる所要全伸びひずみを、各スタンドに適宜分配して設定される。Ｔiは第ｉスタンド間（すなわち第ｉスタンドと第ｉ＋１スタンドの間）を通過中の材料に付与する張力（ＭＰａ）であり、各スタンド間で材料が破断しない経験的な張力値に設定される。
【００１１】
αは、式(2)で与えられる係数であり、絞り開始温度ｔ（Ｋ）と平均スタンド間間隔ｌ（ｍ）の積を定数ηで割った形で表される。
ｖiは第ｉスタンド間の材料通過速度（ｍ/ｓ）であり、これは、εi、Ｔi、αの設定後に、式(1)を満たすように設定すればよい。
式(1)および式(2)は実験式であり、これらの式の形は、所望の製品肉厚目標を達成するためには、各スタンド内で付与可能な伸びひずみ（温度、ロールスタンド設備仕様で決まる）と各スタンド間での伸びひずみ（温度、張力、回復時間で決まる）との合計が、所要全伸びひずみの合計以上でなければならないという考え方に基づいて決定され、また、式(2)中の定数ηの値（＝２．８５×１０6）は、式中のパラメータの値を変えた絞り圧延実験を行って、極薄肉厚目標を達成できた圧延条件範囲の境界に対応するように決定された。
【００１２】
なお、数１の式の有効性が検証された操業条件範囲は、これまでのところ、圧延温度（圧延の開始から終了までの材料温度範囲）が６００〜１１００℃の温度範囲であるので、本発明は、これらの条件範囲内の絞り圧延操業に適用するのが好ましい。
また、圧延能率（生産性）の観点からすれば、式(1)において等号が成立する材料通過速度条件で圧延するのが最も好ましい。
【実施例】
【００１３】
２７基のスタンドを直列に配置してなる絞り圧延機（１スタンドのロール本数は３本、スタンド間間隔は一様に３５０ｍｍとした）を用い、外径１７２ｍｍ、肉厚４ｍｍの素管（ＳＴＫＭ１３Ａ相当）を、製品外径目標５１．０ｍｍ、製品肉厚目標２．３ｍｍに仕上げるにあたり、表１に示す圧延条件で絞り圧延を行った。絞り圧延開始温度は８００℃としたから、式(2)より、α≒１．３×１０−4（ｍ・ｓ−1・ＭＰａ−1）である。各スタンド間の材料通過速度について、比較例のそれは通常工程で用いられているものであり、式(1)を満たさない。これに対し、本発明例では、比較例の半分の材料通過速度とすることにより、式(1)を満たしている。
【００１４】
その結果、素管を最終スタンドまで絞り圧延してなる製品管において、外径は本発明例、比較例とも目標通り５１．０ｍｍであったが、肉厚については、本発明例では目標通り２．３ｍｍが得られたのに対し、比較例では３．０ｍｍと大きかった。
【００１５】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的な絞り圧延方法の１例を示す概略図（(ａ）はいずれか1スタンドのロール配置形態を示す概略立体図、（ｂ）は複数スタンドからなる絞り圧延機による圧延中の様子を示す概略側面図）である。
【符号の説明】
【００１７】
１  ロールスタンド（略してスタンド、添え字はスタンド番号）
２  ロール
１０  鋼管（材料）
１１  通材方向
【図１】
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