(57)【要約】【課題】特別な圧下位置調整制御装置等を使用することなく、圧延後の管先端部分に大きな先端曲がりや深いエッジ疵が発生するのを防ぐことができる金属管の定径圧延方法の提供。【解決手段】定径圧延機の第１スタンドの外径加工度ρと楕円率βを、それぞれ、下記の式(1)および式(2)を満たす値とする定径圧延方法。      −５％≦ρ≦３％  ・・・・・・・  (1)        ０％≦β≦５％  ・・・・・・・  (2)【選択図】図４
2005138142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１スタンド内に複数個の孔型ロールが垂直面内に配置された複数スタンドからなる定径圧延機によって金属管を定径圧延する際、定径圧延機の第１スタンドの外径加工度ρ（％）および楕円率β（％）を、それぞれ、下記の式(1)および式(2)を満たす値とすることを特徴とする金属管の定径圧延方法。
−５％≦ρ≦３％  ・・・・・・・  (1)
０％≦β≦５％  ・・・・・・・  (2)
【請求項２】
外径加工度ρ（％）を、下記の式(3) を満たす値とすることを特徴とする請求項１に記載の金属管の定径圧延方法。
−５％≦ρ≦０％  ・・・・・・・  (3)
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイザやストレッチレデユーサ等の定径圧延機による金属管の定径圧延方法に関し、定径圧延機に供給される仕上げ用素管が、そのセンター（重心位置）が定径圧延機の第１スタンドの孔型センターからずれた状態で挿入されても、定径圧延後の管に大きな先端曲がりや深いエッジ疵が発生しない定径圧延方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中実角ビレットを素材とするプレスピアシングミルや中実丸ビレットを素材とするマンネスマンピアサに代表される傾斜ロール式の穿孔圧延機により中空素管を得る熱間圧延法によるＦｅ基合金やＮｉ基合金等の継目無金属管の製造方法では、得られた中空素管に延伸圧延と定径圧延を施して所定の製品寸法に仕上げる。
【０００３】
延伸圧延にはプラグミルやマンドレルミル等の延伸圧延機が使用され、定径圧延にはザイザやストレッチレデユーサ等の定径圧延機が使用される。
【０００４】
プラグミルは２個一対の圧延用孔型ロールおよびリターンロールが組み込まれた１スタンドと内面規制工具のプラグとを具備する圧延機であり、マンドレルミルは１スタンド内に複数個（一般的には２個または３個で、ときに４個の場合もある）の孔型ロールが垂直面内に配置された複数スタンドと内面規制工具のマンドレルバーとを具備する圧延機である。また、サイザおよびストレッチレデユーサは、内面規制工具のマンドレルバーを具備しない点を除いて前記のマンドレルミルと同様の構成の複数スタンドからなる圧延機で、通常、１スタンド内には２個または３個の孔型ロールが組み込まれている。
【０００５】
これらの定径圧延機では、圧延後の管に曲がりが発生することがある。即ち、内面規制工具を具備しない定径圧延機では曲がりが発生しやすく、特に、管の最初に圧延された端部（圧延先端部）が曲がる、いわゆる「先端曲がり」が発生しやすい。この先端曲がりが発生した管製品は寸法精度が劣る。また、先端曲がりが発生すると孔型ロールのフランジ部分への材料噛み出しが著しくなり、孔型ロールのカリバ側フランジの端部で焼き付きが生じて管外面に深いエッジ疵が多発するようになり、不良品や格下げ品が多くなって歩留まりも低下する。
【０００６】
このため、従来、種々の曲がり防止方法やエッジ疵防止方法が提案されている。その代表的なものを挙げると以下のとおりである。
【０００７】
(a) 管先端通過時には孔型ロール間隔を設定値よりも大きくしておき、管先端の孔型ロール軸心位置通過直後に孔型ロール間隔を設定値にもどす方法（特許文献１）。
【０００８】
(b) 穿孔圧延された中空素管の圧延先端部を強制冷却してからマンドレルミルで圧延する方法（特許文献２）。
【０００９】
(c) ２ロール式サイザの上側ロール周速度を下側ロール周速度よりも大きくするか、または上側ロールの胴径を下側ロールの胴径よりも大きくする方法（特許文献３）。
【００１０】
(d) レデユーサミルの各スタンドの３個の孔型ロールをそれぞれ独立で位置調整可能にする一方、最終仕上げスタンド出側で測定される管の曲がり量と曲がり方向に応じて最終仕上げスタンドの直前２スタンドの孔型ロール位置を個別に変位させてミルのパスラインを調整する方法（特許文献４）。
【００１１】
(e) レデユーサミルの入側の第１、２および出側の２〜４スタンドを除いた残りのスタンドを前段スタンド群と後段スタンド群とに分け、各スタンド群内での楕円率の偏差を±１％以内、各スタンド群内の楕円率平均値の群間差を１．５％以上、各スタンドの縮径率を３％以上に設定して圧延する方法（特許文献５）。
【００１２】
(f) レデユーサミルの入側の第１、２スタンドの孔型ロールのカリバ形状を、上工程のマンドレルミルの最終スタンドの孔型ロールのカリバのフランジ側径と関連付けた形状にして圧延する方法（特許文献６）。
【００１３】
しかし、上記の各方法には、それぞれ下記(A)〜(F)の欠点があるだけでなく、定径圧延機に供給される仕上げ用素管が、そのセンター（重心位置）が定径圧延機の第１スタンドの孔型センターからずれた状態で挿入された場合には、先端曲がりが改善されないだけでなく、深いエッジ疵の発生も解消されないという問題があった。なお、圧延先端部の先端曲がりが延伸圧延機による圧延直後の仕上げ用素管にない場合でも、その搬送中に先端曲がりが発生することがある。
【００１４】
(A) 特許文献１の方法では、パスラインが基準点からずれることによる曲がりまでは改善されない。
【００１５】
(B) 特許文献２の方法では、円周方向に均一に冷却するためには管をその軸心廻りに回転させる必要があるので、ターニングローラを具備する冷却装置が必要で、設備費が高くなる。また、冷却によって管先端部が硬くなるために噛み込み時に焼き付きが生じて孔型ロール表面を損傷させるおそれがある。さらに、冷却された管端部は、径が他の部分よりも小さくなるために切り捨てる必要があり、歩留まりも悪い。
【００１６】
(C) 特許文献３のロール周速に差をつける方法では、そのための特別な駆動装置が必要で、設備費が高くなる。一方、孔型ロールの胴径に差をつける方法は、素管の先端曲がり量に応じて孔型ロールを取り替える必要があり、生産性が極端に低くなるだけでなく、ロール原単位も著しく悪くなる。また、孔型ロールの取り替えを怠ると曲がりは改善されないだけでなく、かえって助長される。
【００１７】
(D) 特許文献４の方法では、各スタンドに組み込まれた３個の孔型ロールの圧下位置を個別に調整するための特別な圧下位置調整機構が必要である。従って、３個の孔型ロールの圧下位置調整機構が機械的に連結されていて同時に同じ量だけ圧下位置を変位させる一般的な定径圧延機に比べ、設備費が格段に高くなる。
【００１８】
(E) 特許文献５の発明の主たる目的は、定径圧延機に特有の内面角張りの改善にあり、曲がり防止は全く意図されていない。このため、曲がり防止の効果はない。
【００１９】
(F) 特許文献６の発明の主目的は管端割れ防止にあり、曲がり防止は全く意図されていないので、上記(F)の場合と同様に先端曲がりおよび深いエッジ疵は全く防止できない。
【００２０】
上記のような事情から、冷却装置や孔型ロール個々の圧下位置調整用制御装置等の特別な装置の使用が不要で、しかも仕上げ用素管のセンター（重心位置）が定径圧延機の第１スタンドの孔型センターからずれた状態で挿入されても、大きな先端曲がりや深いエッジ疵の発生を防ぐことができる定径圧延方法の開発が望まれていた。
【００２１】
【特許文献１】特開平４−１３４２０号公報
【００２２】
【特許文献２】特開平５−１１５９０４号公報
【特許文献３】特開平６−７８０６号公報
【特許文献４】特開２０００−１５３３０４号公報
【特許文献５】特開平１１−１５１５０６号公報
【特許文献６】特開２００１−１７９３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上記の実状に鑑みてなされたもので、仕上げ用素管のセンター（重心位置）が定径圧延機の第１スタンドの孔型センターからずれていても、定径圧延後の管先端部分に大きな先端曲がりや深いエッジ疵が発生することがなく、しかも冷却装置や孔型ロール個々の圧下位置調整制御装置等の特別な装置の使用も不要な金属管の定径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】
【００２４】
本発明の要旨は、下記の金属管の定径圧延方法にある。
【００２５】
１スタンド内に複数個の孔型ロールが垂直面内に配置された複数スタンドからなる定径圧延機によって金属管を定径圧延する際、定径圧延機の第１スタンドの外径加工度ρ（％）および楕円率β（％）を、それぞれ、下記の式(1)および式(2)を満たす値とする金属管の定径圧延方法。
【００２６】
−５％≦ρ≦３％  ・・・・・・・  (1)
０％≦β≦５％  ・・・・・・・  (2)
上記の本発明においては、外径加工度ρ（％）は、下記の式(3)を満たす値とするのが望ましく、この場合には先端曲がりの程度およびエッジ疵の深さをより小さくすることができる。
【００２７】
−５％≦ρ≦０％  ・・・・・・・  (3)
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、仕上げ用素管のセンターが定径圧延機の第１スタンドの孔型センターからずれて挿入されても、特別な制御装置を用いることなく、定径圧延後の管に発生する大きな先端曲がりおよび深いエッジ疵を確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明者らは、前記の課題を達成するために、種々実験研究を行い、次のことを知見して前記の本発明を完成させた。
【００３０】
仕上げ用素管のセンター（重心位置）が定径圧延機の第１スタンドの孔型センターからずれて挿入された場合に、定径圧延後の管の圧延先端部分に大きな先端曲がりや深いエッジ疵が発生するのは、次の理由によることが判明した。
【００３１】
図１は、仕上げ用素管のセンターが定径圧延機の第１スタンドの孔型センターからずれている場合に、定径圧延後の管に大きな先端曲がりが発生するメカニズムを説明するための図である。図示の例は、１スタンド内に３個の孔型ロール１−１、１−２、１−３が組み込まれた定径圧延機の第１スタンドを、定径圧延機の入側から見た孔型形状を示している。
【００３２】
図１に示すように、３個の孔型ロール１−１、１−２、１−３で形成される孔型内にセンターがずれた状態で仕上げ用素管２が挿入された際には、素管２の軸心Ｇがパスセンターでもある孔型のセンターＰから、例えば、孔型ロール１−１の方向へずれた状態で噛み込む。このため、素管２の孔型ロール１−２、１−３に対する接触面積と孔型ロール１−１に対する接触面積との間に差が生じる。そして、接触面積が広い孔型ロール１−１の部分の材料の管軸方向への伸び量が、接触面積が狭い孔型ロール１−２および１−３の部分の材料の管軸方向への伸び量よりも大きくなる。その結果、圧延後の管の先端は、図２の（ａ）に示すように上方に曲がった形状になる。
【００３３】
以上の結果、図２の（ａ）に示すように、第１スタンドの出側では先端曲がりが孔型ロール１−１から遠ざかる方向に生じる。この状態で第２のスタンドのロールに噛み込むと、今度はロール１−２および１−３との接触部面積がロール１−１との接触部面積よりも大きくなるので、図２の（ｂ）に示すように、管の先端は下方へ曲がる。
【００３４】
この繰り返しが第３スタンド以降においても起こるために先端曲がりが解消されないだけでなく、合い隣り合う孔型ロールのフランジ面３、３間への材料噛み出しが著しくなって、深いエッジ疵が発生する。
【００３５】
そこで、この仕上げ用素管の先端曲がり、または管端部分の横断面形状が非真円形の場合に顕著に発生する先端曲がりと深いエッジ疵を、孔型ロール１−１、１−２および１−３の孔型形状の適正化によって解消することを試みた。
【００３６】
具体的には、図３に示す寸法Ａと寸法Ｂ、即ち、孔型センター（パスセンター）Ｐと孔型溝端とロールフランジ面３との交点との間の距離であるフランジ寸法Ａと、パスセンターＰと孔型溝の溝底中央との間の距離である溝底寸法Ｂとに基づいて、下記の式(4)で定義される楕円率βを適正化するだけで先端曲がりをなくすべく、材質、寸法（外径、肉厚、長さ）、先端曲がりの程度が種々異なる仕上げ用素管を対象に多くの実験を行った。
【００３７】
β＝｛（Ａ−Ｂ）／Ｂ｝×100（％）  ・・・・・・・  (4)
その結果、図４に示す結果が得られた。図４は、横軸に上記の楕円率β、縦軸に下記の式(5)で定義される外径加工度ρ（％）をとって示す図で、これらが定径圧延後の管の先端曲がりとエッジ疵に及ぼす影響を示している。
【００３８】
ρ＝｛（Ｄ−Ｄ1）／Ｄ｝×100（％）  ・・・・・・・  (5)
ただし、Ｄは仕上げ用素管２の平均外径（ｍｍ）、Ｄ1は定径圧延機の第１スタンドの孔型の平均径（ｍｍ）であり、平均外径Ｄはその断面形状が真円の場合は直径、非真円形で、例えば楕円形の場合は長径と短径の平均値、平均径Ｄ1は上記のＡ寸法とＢ寸法の和とする。
【００３９】
図４からわかるように、外径加工度ρが−５％以上で３％以下、楕円率βが０％以上で５％以下の場合に限って、先端曲がり量ａを実用上全く問題にならない１．５ｍｍ未満にすることができ、しかも、エッジ疵も、実用上からは手入れ除去を必ずしも必要としない深さ０．２ｍｍ以下に抑制できることがわかった。
【００４０】
先端曲がり量ａとは、図５に示すように、長さ１ｍのストレートゲージ４の一端を管５の先端に一致させた状態で管をその軸心回りに回転させるか、またはストレートゲージを管軸心と平行に管の円周に添って移動させることにより測定されるストレートゲージと管の離間距離の最大値のことで、管端１ｍ当たりの曲がり量である。
【００４１】
具体的に説明すると、外径加工度ρを−５％未満にすると、第１スタンドが圧延スタンドとしての機能を果たさない。言い換えれば、第１スタンドは空振りスタンドとなる。逆に、３％よりも大きくすると、孔型ロールに対する素管の接触面積が大きくなりすぎ、センターずれのない素管でも先端曲がりとエッジ疵が発生する場合があるだけでなく、素管のセンターが定径圧延機の第１スタンドの孔型センターからずれた状態で挿入されると、特定の孔型ロールに対する素管の接触面積が過大になり、当該特定の孔型ロールのフランジ面３部分への材料噛み出しが著しくなって１．５ｍｍを超える先端曲がりが発生するとともに、０．２ｍｍを超える深さのエッジ疵も発生する。
【００４２】
また、楕円率βを０％未満にすると、孔型溝のフランジ面３に近い溝部分での負荷が大きくなりすぎ、エッジ疵が発生する場合があるだけでなく、孔型溝のフランジ面３に近い溝部分での負荷が著しく過大になって０．２ｍｍを超える深さのエッジ疵が発生する。逆に、５％よりも大きくすると、外径加工度ρを３％よりも大きくした場合と同様に、孔型ロールに対する素管の接触面積が大きくなりすぎ、先端曲がりとエッジ疵が発生する場合がある。さらに、特定の孔型ロールに対する素管の接触面積が過大になって当該特定の孔型ロールのフランジ面３部分への材料噛み出しが著しくなって１．５ｍｍを超える先端曲がりが発生するとともに、０．２ｍｍを超える深さのエッジ疵が発生する。
【００４３】
以上のことから、本発明では定径圧延機の第１スタンドの外径加工度ρと楕円率βを、それぞれ、前記の式(1)および式(2)を満たす値と定めた。
【００４４】
なお、楕円率βが０％とは「Ａ寸法＝Ｂ寸法」のことであり、孔型形状が真円であることを意味し、βがプラス側に大きくなる程、「Ａ寸法＞Ｂ寸法」の程度が大きくなり、その孔型形状は、１スタンド内に配置される孔型ロールの数が３個の場合は三角形により近い形状になり、２個の場合は楕円比（長径／短径）のより大きい楕円形、４個の場合は四角形により近い形状になることを意味する。
【００４５】
以上に説明した本発明の方法は、１スタンド内の孔型ロールの数が２個または４個の場合でも同様に適用可能であり、この場合でも同様の効果が得られることは、いうまでもない。
【実施例】
【００４６】
外径、肉厚が表１に寸法で、前述した図５と同じ方法により測定される先端曲がり量がほぼ０ｍｍの１１種類の炭素鋼からなる仕上げ用素管を準備した。
【００４７】
準備した仕上げ用素管は、再加熱炉で１２３０℃に再加熱し、１２スタンドからなるストレッチレデユーサの第１スタンドの楕円率βと外径加工度ρを種々変えて定径圧延をおこなった。その際、外径２１０ｍｍの素管は外径１７７．８ｍｍ、肉厚８．０６ｍｍ、外径３８２ｍｍの素管は外径３２３．９ｍｍ、肉厚１１．５ｍｍの管に仕上げた。
【００４８】
得られた管について、その先端曲がり量ａとエッジ疵の深さを調べた。先端曲がり量ａは、前述した図５に示す方法により測定し、先端曲がり量ａが１．５ｍｍ未満のものを良好（○）、１．５ｍｍ以上のものを不良（×）として評価した。エッジ疵は、圧延先端から１ｍ以内の間に発生していたエッジ疵の全てを対象にその深さを調べ、その全てが０．２ｍｍ未満であり、そのうちの半数以上が０．１ｍｍ未満であったものを優良（◎）、他を良（○）、０．２ｍｍ以上のものが１つでもあったものを不良（×）として評価した。  以上の結果を、第１スタンドの外径加工度ρと楕円率βと併せて表１に示した。
【００４９】
【表１】
2005138142.tif 000003
【００５０】
表１に示すように、本発明の方法によった場合（試番６、７、１２および１３）では、いずれも、先端曲がりの評価およびエッジ疵の評価とも良好である。特に、外径加工度ρを０％以下にした場合にその効果が顕著である。
【００５１】
これに対し、外径加工度ρと楕円率βのいずれか一方または両方が本発明で規定する範囲を外れる場合は、大きな先端曲がりまたは／および深いエッジ疵が発生するか、第１スタンドでは外径加工が不可、即ち、第１スタンドが空振りスタンドとなることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明方法によれば、特別な制御装置を用いることなく、定径圧延後の管に発生する先端曲がりおよびエッジ疵を確実に防止できる。本発明は、形状の良い管を高い歩留りで生産するのに大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】１スタンド内の孔型ロール数が３個の場合における先端曲がりの発生メカニズムを説明するための図である。
【図２】図１と同様に、１スタンド内の孔型ロール数が３個の場合における先端曲がりの発生メカニズムを説明するための図で、同図（ａ）は第１スタンド、同図（ｂ）は第２スタンドでの先端曲がりの発生態様を示す図である。
【図３】１スタンド内の孔型ロール数が３個の場合における孔型ロールの孔型形状を説明するための図である。
【図４】第１スタンドの外径加工度ρと楕円率βが先端曲がりとエッジ疵の深さに及ぼす影響を示す図である。
【図５】先端曲がりの測定方法を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１−１    孔型ロール
１−２    孔型ロール
１−３    孔型ロール
２        仕上げ用素管
３        フランジ面
Ｐ        孔型センター（パスセンター）
Ｇ        管軸心
４        ストレートゲージ  
５        管
【図１】
2005138142.tif 000004
【図２】
2005138142.tif 000005
【図３】
2005138142.tif 000006
【図４】
2005138142.tif 000007
【図５】
2005138142.tif 000008