(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ロールスタンドを８スタンド以上配列してなる絞り圧延機を用いる金属管の絞り圧延方法において、第１スタンドからの合計縮径率が所定値以上に到達するスタンド番号Ｋに関し、Ｋ≦８のとき第１〜第８スタンドに対し、Ｋ＞８のとき更に第９〜第Ｋスタンドの中で、順次８スタンド毎に括り得るスタンド群及び該括り不能なスタンド群に対し、下記条件(1) 〜(3) を課して圧延することを特徴とする金属管の絞り圧延方法。
記
(1) 各スタンドのロール位相は互いに異なる。
(2) スタンド間のロール位相差は２種類あり、第１種は60°、第２種は30°，45°，75°，90°のいずれかであり、先頭のスタンド間から順次第１種と第２種とが交互に繰り返される。
(3) 各スタンドのロール楕円率κ（％）は縮径率ｒ（％）の関数
κ＝0.12×ｒ2 −3.3 ×ｒ＋27
の値以下である。
【請求項２】
前記合計縮径率の所定値が30％である請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記合計縮径率の所定値が50％である請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管の絞り圧延方法に関し、特に、３ロール式タンデム圧延機による絞り圧延で生じる内面６角張りを確実に軽減でき、かつ外面疵発生を防止できる金属管の絞り圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小径寸法の金属管を製品外径にまで仕上げる絞り圧延には、一般に、ｎロール式タンデム圧延機が用いられる。この圧延機は、ｎ本のカリバロールを円周方向に配置してなるスタンドを複数スタンド、タンデムに配列して構成され、スタンド間張力を付与しながら内面工具なしで、中空管の外径、肉厚を所定の寸法に仕上げるもので、製品の外径、肉厚により、使用するスタンド数、スタンド間張力を調整して、同一外径の素管から高能率に各種製品寸法にまで仕上げることができる。
【０００３】
ｎロール式タンデム圧延機では、絞り加工を円周方向に均等に付与するために、従来、スタンド間のロール位相差を180 °／ｎに設定する。例えば最も多用される３ロールタンデム圧延機では、図５に示すようにロール位相差が60°に設定される。
このため、とくにｔ／Ｄ（ｔ；肉厚、Ｄ；外径）が大きく縮径率が大きい場合、内面角張り又は内面Ｎ角張り（Ｎ＝２ｎ；ｎ＝３の場合、内面６角張りという；図６）が顕在化して円周方向の肉厚不均一が大きくなり、製品内面形状が悪くなる問題がある。
【０００４】
こうした内面角張りの軽減対策としては、縮径率を小さくする、スタンド間張力を増す、ロールカリバ形状を真円化するなどが知られているが、縮径率を小さくするのは圧延能率が悪くなる問題があり、スタンド間張力を増すのは製品の先後端増肉部の長さが長くなって歩留りが低下する問題があり、また、ロールカリバ形状を真円化するのはロールエッジ部での材料の噛出しが大きくなって製品に外面疵を発生させやすい問題がある。
【０００５】
一方、特開昭61-216806 号公報には、スタンド間ロール位相差を180 °／ｎおよび90°／ｎ（ｎ＝２，３）として絞り圧延する方法が開示されている。これは、内面角張りの角数を従来の２倍に（２ロールでは４角から８角に、３ロールでは６角から12角に）し、内面をより真円形状に近づけて円周方向の肉厚偏差を緩和しようとするものである。
【０００６】
又、特開平８−300012号公報には、３ロールスタンドのロールを圧延パスラインに直交する面内で９°〜15°の倍数の角度変位（ロール位相）を持たせて配置して圧延する方法（Ａ）、方法（Ａ）の中で各ロールスタンドを任意の数のペアに分け、ペア内の角度変位は60°（０°，60°）、隣接ペア同士の角度変位は30°以上とする方法（Ｂ）、方法（Ｂ）の中で角度変位の組合せを２サイクル以上繰り返す方法（Ｃ）が開示されている。これは、方法（Ａ）により内面24角張りを作って内面をより真円形状に近づけ、方法（Ｂ）により管の加工量が大きい場合のねじれによる内面形状の乱れを抑制し、方法（Ｃ）により圧延加工量の大きいロールスタンド全域において管のねじれを緩和しようとするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、単にロール位相差のみあるいはロール位相のみを規制するだけでは、内面６角張りを軽減するには不十分であることが、本発明者らの鋭意検討・実験により判明した。例えば15°の倍数のロール位相を持たせる組合せ（15°ピッチ組合せ）は非常に数多く存在し、その中で内面６角張り防止効果のあるものは限られており、又、該効果は前記組合せを適用するスタンドの全体配列内での並び順によっても左右され、更に、前記方法（Ｂ），（Ｃ）によってもロール楕円率によってはねじれを防止し難い場合があり、又、15°ピッチ組合せの中には、かえってロールエッジ部での噛出し（図７（ａ））が大きくなり、製品外面にエッジマーク３（図７（ｂ））や倒れ込み疵４（図７（ｃ））などの疵を発生させてしまうものがある。
【０００８】
すなわち、前記従来技術の範囲では、内面６角張り防止効果に確実性を欠くばかりか、かえって外面疵発生を助長する部分がある。
そこで本発明は、こうした従来技術の欠点に鑑み、３ロール式タンデム圧延機による絞り圧延に際して各スタンドのロール位相及びロール楕円率を適切に設定でき、内面６角張りを確実に防止できると共に、管のねじれ及び製品外面疵の発生をも防止できる金属管の絞り圧延方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、３ロールスタンドを８スタンド以上配列してなる絞り圧延機を用いる金属管の絞り圧延方法において、第１スタンドからの合計縮径率が所定値以上に到達するスタンド番号Ｋに関し、Ｋ≦８のとき第１〜第８スタンドに対し、Ｋ＞８のとき更に第９〜第Ｋスタンドの中で、順次８スタンド毎に括り得るスタンド群及び該括り不能なスタンド群に対し、下記条件(1) 〜(3) を課して圧延することを特徴とする金属管の絞り圧延方法である。
【００１０】
記
(1) 各スタンドのロール位相は互いに異なる。
(2) スタンド間のロール位相差は２種類あり、第１種は60°、第２種は30°，45°，75°，90°のいずれかであり、先頭のスタンド間から順次第１種と第２種とが交互に繰り返される。
(3) 各スタンドのロール楕円率κ（％）は縮径率ｒ（％）の関数
κ＝0.12×ｒ2 −3.3 ×ｒ＋27
の値以下である。
【００１１】
前記合計縮径率の所定値は、30％とするのが好ましく、50％とすれば更に好ましい。
なお、「縮径率」は、各スタンドにおける縮径量（入側外径と出側外径の差）の対入側外径比、「合計縮径率」は第１スタンドから各スタンドにわたる合計縮径量（素管外径と各スタンド出側外径の差）の対素管外径比であり、それぞれ％で表している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
発明者らは、８スタンド構成の３ロール式実験圧延機を用い、各スタンドのロール位相を15°を最小単位として種々変更して金属管圧延実験を行い、第８スタンド出側で円周方向に均等に角部をもつ内面24角張りが得られるロール位相の組合せ条件を探索した。なお、３ロールスタンドのロール位相は次のように定義される。すなわち、圧延パスラインを中心軸とし、この中心軸を下端とする半鉛直面を基準面とし、この基準面に重なり基準面から中心軸の回りに圧延機入側から見て右向きに角度120 °まで（120 °は０°と等価であるから含まない）回転する面を動径面としてその各位置における基準面とのなす角度を動径面の位相とする極座標系において、各スタンドについてどれかのロールの胴央断面が一致する動径面の位相を当該スタンドのロール位相と定義する。
【００１３】
その結果、各スタンドのロール位相を互いに異なる値とし、且つ、スタンド間のロール位相差を、先頭のスタンド間では60°とし、次のスタンド間ではＡ群（15°，30°，45°，75°，90°，105 °）のいずれか１つとし、以降のスタンド間ではこのパターン（60°→Ａ群の１つ）を繰り返すことにより、第８スタンド出側で確かな再現性をもって内面24角張りが得られることが判明した。８スタンド中に同じロール位相を持つスタンドがあると内面24角張りが得られない。Ａ群に60°が加わっても同様である。
【００１４】
しかし、Ａ群のうち15°をどれかのスタンド間に適用した場合、図６に示した類の外面疵が必ず発生する。また105 °でも同様である。これは、そのスタンド間の前スタンドでロールフランジ側に位置した材料部位が後スタンドでも略同じ側に位置することになる結果、当該部位で材料の噛出しが助長されるためと考えられる。よって、15°、105 °はＡ群から除く必要がある。
【００１５】
一方、圧延の高能率化のためには、スタンド当たりの縮径率を大きくし、またロール楕円率（図３に定義）を大きくすることが有効であるが、上記のようなロール配置を採用するとき、ロール楕円率と縮径率の組合せによってはスタンド間でねじれが発生し、内面24角張りを形成させ難くなる。すなわち、図２に示すように、縮径率とロール楕円率とが共に大きい領域でねじれが発生する。このねじれ発生範囲は縮径率ｒ（％）とロール楕円率κ（％）とを用いて次式で良く近似することができる。
【００１６】
κ＞0.12×ｒ2 −3.3 ×ｒ＋27
これらのことから、連続８スタンドの３ロール式絞り圧延機を用いて外面疵を発生させずに確実に内面24角張りを形成させるには、各スタンドに下記条件(1) 〜(3) を課す必要がある。
記
(1) 各スタンドのロール位相は互いに異なる。
(2) スタンド間のロール位相差は２種類あり、第１種は60°、第２種は30°，45°，75°，90°のいずれかであり、先頭のスタンド間から順次第１種と第２種とが交互に繰り返される。
(3) 各スタンドのロール楕円率κ（％）は縮径率ｒ（％）の関数
κ＝0.12×ｒ2 −3.3 ×ｒ＋27
の値以下である。
【００１７】
なお、スタンド間のロール位相差は、当該スタンド間で相前後するスタンド同士のロール位相の差の絶対値である。
図１は、前記条件(1) 及び(2) に従う第１〜第８スタンドのロール配置の一例を示す模式図である。図中のφはロール位相、Δφはロール位相差である。
次に、12スタンド構成の３ロール式絞り圧延機を用い、第ｎ〜第ｎ＋８スタンド（ｎ＝１〜４）に前記条件(1) 〜(3) を課し、他はロール位相差60°として金属管圧延実験を行った結果、ｎ＝１の場合に内面24角張りが形成され、ｎ＝２〜４の場合は内面６角張りが生じた。
【００１８】
従って、８スタンド以上の３ロール式絞り圧延機による金属管圧延で、ねじれ及び外面疵を発生させずに内面24角張りを形成するには、第１〜第８スタンドに前記条件(1) 〜(3) を課す必要がある。
また、上記のことから、スタンド数が８の倍数の場合、８スタンド毎に繰り返し前記条件を課せば、内面６角張り、ねじれ及び外面疵のない管圧延製品を得ることができることが容易に理解されよう。しかし、一般に、絞り圧延機のスタンド数は８の倍数とは限らないから、その場合への適用形態も検討した。
【００１９】
本発明者らの実験・計算によれば、通常のロール位相差60°とした絞り圧延では、内面６角張りは圧延の初期段階で形成され、合計縮径率がある値を超えてからは内面形状が変わらなくなる。すなわち、合計縮径率がこの「ある値」以上に到達するまでのスタンドで内面６角張りの形成を抑制しておく必要がある。
そこで、この「ある値」を所定値とし、合計縮径率が該所定値以上に達するスタンド番号がＫのとき、Ｋ≦８の場合は第１〜第８スタンドに前記条件を課すこととし、一方、Ｋ＞８の場合は更に第９〜第Ｋスタンド内の、順次８スタンド毎に括り得るスタンド群の各々と前記括りが不能なスタンド群とに前記条件を課すこととした。例えば、全20スタンドの絞り圧延機でＫ＝11であれば、第１〜第８スタンドと、第９〜第11スタンドとに前記条件を課す。第12〜第20スタンドについては従来通り△φ＝60°あるいは△φ＝30°として支障はなく、また条件（３）に従う必要もない。
【００２０】
このようにしたのは、第１〜第Ｋスタンドの内の前記括り得るスタンド群の各々について前記条件を課すことにより８スタンド毎の出側で真円に近い内面形状が得られるが、その先の前記括りが不能なスタンド、すなわち、第１〜第Ｋスタンドから順次８スタンドずつとって最後に余るスタンド（剰余スタンド）が前記条件を満たさない場合、この剰余スタンドで内面６角張りが形成されて、第Ｋ＋１スタンド以降最終スタンドまで維持される場合があるからである。
【００２１】
前記合計縮径率の所定値は、これを30％未満としたのでは内面６角張り抑制に顕著な効果が得られない場合があることから、30％とするのが好適であるが、さらに好ましいのは50％である。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
各スタンドのロール位相φ，ロール楕円率κ（図３に定義），ロール位相差Δφ，および合計縮径率Ｒを表１に示す通りに設定した８スタンドの３ロール式タンデム圧延機を用い、ＪＩＳ−ＳＴＫＭ13Ａ相当の素管（外径88mm，平均肉厚3.5mm ）を、入側材料温度 725℃、最終スタンド出側材料速度150m/minとして絞り圧延した製品管（外径52mm，平均肉厚3.3mm ）の角張り度、偏肉率（図４に定義）、および管のねじれ発生状況を同表に示す。
【００２３】
第１〜第８スタンドのφおよびΔφが条件(1),(2) の両方を満たし、かつ、κと各スタンドの縮径率ｒの関係が条件(3) を満たす実施例（No. １〜３）では角張り度、偏肉率が小さく、管のねじれもなく、良好な結果が得られた。しかし、条件(1) 〜(3) のいずれか１つでも満足しない比較例（No. ４，５）では角張り度、偏肉率が大きく、管のねじれが生じた。
【００２４】
【表１】
0004140092.tif 000002
【００２５】
（実施例２）
各スタンドのφ，κ，ΔφおよびＲを表２〜表３に示す通りに設定した24スタンドの３ロール式タンデム圧延機を用い、ＪＩＳ−ＳＴＫＭ15Ａ相当の素管（外径172mm,  平均肉厚15mm）を、入側材料温度 920℃、最終スタンド出側材料速度350m/minとして絞り圧延した製品管（外径43mm, 平均肉厚15mm）の角張り度、偏肉率および管のねじれ発生状況を表３に示す。
【００２６】
比較例No. ９では第13〜16スタンドで、比較例No. 10では第11〜18スタンドにおいて条件(3) を外れるため、管のねじれが生じ、角張り度、偏肉率も大きくなった。また、比較例No. 10では第１，第３，第７スタンドの組および第２，第４，第８スタンドの組が条件(1) を外れ、かつ第２〜第３スタンド間において条件(2) を外れるために内面形状悪化の傾向が強かった。
【００２７】
一方、実施例No. ６〜８では条件(1) 〜(3) のすべてを満たすので、角張り度、偏肉率が小さく、管のねじれもなく、良好な結果が得られた。ここで、実施例No. ６ではＲが30％以上に達する第11スタンドまでを、実施例No. ７ではＲが50％以上に達する第16スタンドまでを条件(2) に適合させ、実施例No. ８では全スタンドを条件(2) に適合させたので、実施例No. ６，７，８の順で内面形状が良好となった。
【００２８】
なお、外面疵については、第14〜15スタンド間のΔφを15°とした比較例No. 10で発生したが、それ以外（No. １〜９）では発生しなかった。
【００２９】
【表２】
0004140092.tif 000003
【００３０】
【表３】
0004140092.tif 000004
【００３１】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、３ロール式タンデム圧延機による絞り圧延に際して各スタンドのロール位相及びロール楕円率を適切に設定できて、偏肉の原因である内面６角張りを効果的に軽減できると共に、管のねじれ及び製品外面疵の発生をも防止できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る条件(1),(2) を満たす第１〜第８スタンドのロール配置の一例を示す模式図である。
【図２】ロール楕円率と縮径率に関係するねじれ発生範囲を示すグラフである。
【図３】ロール楕円率の定義説明図である。
【図４】角張り度、偏肉率の定義説明図である。
【図５】従来のロール配置を示す模式図である。
【図６】内面６角張りを示す断面図である。
【図７】（ａ）はロールエッジ部での噛出し部、（ｂ）はエッジマーク、（ｃ）は倒れ込み疵を示す模式図である。
【符号の説明】
１  ロール
２  金属管（鋼管）
３  エッジマーク
４  倒れ込み疵
５  噛出し部
【図１】
0004140092.tif 000005
【図２】
0004140092.tif 000006
【図３】
0004140092.tif 000007
【図４】
0004140092.tif 000008
【図５】
0004140092.tif 000009
【図６】
0004140092.tif 000010
【図７】
0004140092.tif 000011