(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一円弧からなるプロフィルをもつ単曲率カリバロールを３本円周方向に配置してなるスタンドを複数基タンデムに配列した絞り圧延設備を用いて素管から肉厚／外径の比が15％以上になる所定寸法の製品管を得る管の絞り圧延方法において、前記複数基のスタンドの少なくとも１基以上を、前記単曲率カリバロールに代えて該単曲率カリバロールのカリバ中心からカリバ端に至る途中に曲率が他よりも小さい小曲率部分が存在しかつ楕円率が 0.5％以上であるプロフィルを設けた多曲率カリバロールとしたスタンドとすること、および、前記小曲率部分が存在する角度範囲が、含プロフィル平面内でパス中心とカリバ中心を結ぶ直線を基線としてパス中心回りに測られる角度で３°〜57°の角度範囲であることを特徴とする管の絞り圧延方法。
【請求項２】
前記小曲率部分が存在する角度範囲が、含プロフィル平面内でパス中心とカリバ中心を結ぶ直線を基線としてパス中心回りに測られる角度で15°〜55°の角度範囲である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各スタンドのロールのカリバとフランジとを境する稜部に丸みをもたせる請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、管の絞り圧延方法に関し、特に角張りを抑制できて内面形状に優れる円管を製造できる管の絞り圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
管圧延によって素管から所望の外径の製品管を得るために、従来、２ロール式あるいは３ロール式のスタンド（管圧延スタンド）を複数基タンデムに配列した絞り圧延設備（例えばストレッチレデューサ）を用いる絞り圧延方法が採用されている。
【０００３】
図４は従来の３ロール式絞り圧延方法の説明図であり（ａ）は外観、（ｂ）はロール配置と六角張り、（ｃ）はカリバ形状をそれぞれ示す。図４において１は管、２はロール（カリバロール）で、（ａ）では５スタンド分を示している。３ロール式絞り圧延方法では一般に、（ｂ）に示すように隣り合うスタンドのロール配置に60°の位相差（位相角）をもたせ、管１内面には工具を配置せず、各ロール２には（ｃ）に示すようにプロフィルを中心Ｏ、半径Ｒの円弧で与えたカリバを設ける。このプロフィルは、カリバ中心Ｃとパス中心Ｐ間の距離ａがカリバ端Ｅとパス中心Ｐ間の距離ｂより小さくかつａ、ｂともＲより小さい（ａ＜ｂ＜Ｒ）、いわゆる楕円化された形状に設計される。なお、（ｂ−ａ）／ａで定義される楕円率が設計パラメータとして使用される。
【０００４】
ａ＜ｂより、管はカリバ中心Ｃでは強くカリバ端（フランジ側端）Ｅでは弱く圧下され、管内面に工具が配置されていないため、数パス後には（ｂ）に示すように、管１内面形状が、スタンド通過毎に30°ピッチで回転する六角形を呈するようになる。なお、２ロール式の場合は四角形を呈する。この現象は角張りと呼ばれ、絞り圧延で製造される製品管内面の形状寸法精度を悪化させる主要因として、その発生防止対策が古くから切望されているものである。
【０００５】
これまでに提案されている角張り防止対策の主なものとしては、カリバ真円化、スタンド間張力強化、およびロール位相角変更（特開昭61−216806号公報）の３つが挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
カリバ真円化は、図４（ｃ）においてａ、ｂをＲに限りなく近づける（楕円率を限りなく０に近づける）ものであるが、ロールフランジ部での圧下量が相対的に大きくなることから、この部位での材料の噛み出し傾向が大きくなり、管外面に疵が発生し易くなる問題がある。
【０００７】
スタンド間張力強化は、各スタンドのロール回転数を調整しスタンド間の張力を増して偏肉を緩和しようとするものであるが、先後端クロップ（張力がかからないことによる肉厚非定常部）が長大化し歩留りが低下する問題がある。
ロール位相角変更は、例えば図５に示すように、 180°／Ｎおよび90°／Ｎ（Ｎ＝２、３）の位相差をもたせた圧下パターン（図５では基準位置（時計の文字盤に見立てて12時の位置）に対して０°⇒60°⇒30°⇒90°、なお、＃ｉ〜＃ｉ＋３はスタンド番号）で圧延することにより、多角形の角数を増やしてより円形に近い内面形状を得ようとするものであるが、ロールハウジングを傾斜配置させる等の複雑な機構が必要となる問題がある。
【０００８】
この発明は、上記従来技術の問題に鑑み、管外面疵やクロップを助長させず複雑な機構も要さずに管内面の角張りを軽減しうる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】
発明者らは、カリバロールのプロフィルを種々変更して絞り圧延実験を行い、角張り発生傾向を調査した結果、単一円弧からなるプロフィルをもつ従来のカリバロール（単曲率カリバロール）のカリバ中心からカリバ端に至る途中部分を、他よりも小さい曲率をもつ曲線分で置換したプロフィルを有するカリバロールを、複数基のスタンドの少なくとも１基以上に配置して絞り圧延することにより、角張りを小さくできることを知見した。
【００１０】
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、その要旨とするところは、単一円弧からなるプロフィルをもつ単曲率カリバロールを３本円周方向に配置してなるスタンドを複数基タンデムに配列した絞り圧延設備を用いて素管から所定寸法の製品管を得る管の絞り圧延方法において、前記複数基のスタンドの少なくとも１基以上を、前記単曲率カリバロールに代えて該単曲率カリバロールのカリバ中心からカリバ端に至る途中に曲率が他よりも小さい小曲率部分が存在しかつ楕円率が 0.5％以上であるプロフィルを設けた多曲率カリバロールとしたスタンドとすることを特徴とする管の絞り圧延方法である。
【００１１】
この発明では、各スタンドのロール本数がＮ＝３本であり、前記小曲率部分が、含プロフィル平面内でパス中心とカリバ中心を結ぶ直線を基線としてパス中心回りに測られる角度で、180°／Ｎの1/20〜19/20すなわち３°〜57°、より好ましくは 180°／Ｎの1/4 〜11/12すなわち15°〜55°、の角度範囲内に存在するように、前記多曲率カリバロールのプロフィルを設定する。
【００１２】
また、この発明では、各スタンドのロールのカリバとフランジとを境する稜部に丸みをもたせることが好ましい。
また、この発明は、製品管の肉厚と外径の比（肉厚／外径）が15％以上の場合に適用するものとする。
なお、この発明において、曲率半径および曲率は、該曲率の中心がプロフィルに関しパス中心と同じ側にある場合を正、反対側にある場合を負と定義し、曲率の大小関係は正負の符号も含めて判定する。
【００１３】
また、多曲率カリバロールの楕円率は、従来の単曲率カリバロールに準じて、含プロフィル平面内でパス中心からカリバ中心、カリバ端に至る距離をａ、ｂとするとき、（ｂ−ａ）／ａ×100 （％）、で定義する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る多曲率カリバロールの一例を示す部分正面図である。この例は３ロール式スタンドに適用されるものである。ここには右半分のみ示しているが、図示のない左半分は、直線ＯＣを含み紙面に垂直な平面に関して右半分と対称である。同図において、３はカリバ、４はフランジ、５はプロフィル、６は曲率中心Ｏ、半径Ｒの円弧ＣＥの部分円弧（両端点がＱ1 、Ｑ2 ）、６Ａは部分円弧６と置き代わってプロフィル５の一部をなす、曲率中心Ｏ1 、半径Ｒ1 （＞Ｒ）の小曲率部分である。なお、図４と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００１５】
また、図２は、この発明に係る多曲率カリバロールの他の例を示す部分正面図であり、図１の例同様３ロール式スタンドに適用され、図１と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。図２は、小曲率部分６Ａの曲率中心Ｏ1 がプロフィル５に関してパス中心Ｐと反対側にある例を示しており、前記の定義によりＲ1 ＜０である。
【００１６】
多曲率カリバロールには、図１、図２に示すように、カリバ中心Ｃからカリバ端Ｅに至る途中に曲率が他よりも小さい（図１ではＲ1 ＞Ｒ＞０、図２ではＲ＞０＞Ｒ1 より、いずれの場合も１／Ｒ1 ＜１／Ｒ）小曲率部分６が存在するプロフィル５が設けられる。なお、小曲率部分６Ａの曲率は０であってもよい。このときには無論、直線Ｑ1 Ｑ2 が小曲率部分６Ａに該当する。
【００１７】
また、図１、図２では、プロフィル５内の小曲率部分６Ａ以外の部分ＣＱ1 、Ｑ2 Ｅの曲率が共に１／Ｒである場合を示しているが、これらの部分の曲線形状は、そこでの曲率が小曲率部分６Ａの曲率１／Ｒ1 より小である限りにおいて、それぞれ独立かつ任意に選択することができる。
【００１８】
なお、ロールにこのようなプロフィルを付与するには、ＮＣ（数値制御）機能を備えた高精度の切削加工装置を用いるのがよい。
従来の単曲率カリバロールを配置したスタンド（単曲率カリバロールスタンド）からなる絞り圧延設備を構成する複数基のスタンドのいくつかを、このような多曲率カリバロールで構成したスタンド（多曲率カリバロールスタンド）とすることにより、従来の単曲率カリバロールを配置したスタンド（単曲率カリバロールスタンド）のみを用いて絞り圧延する場合に比べて製品管の角張りが軽減する。
【００１９】
これは、最終的に製品管の内面角張りにつながる圧延パス中の管内面形状の反復再現パターンの規則性（図４（ｂ）参照）が乱されるためと考えられる。
また、この発明においては、多曲率カリバロールの楕円率を 0.5％以上としたので、カリバ真円化（楕円率を限りなく０に近づける）で問題となるカリバ端相当位置の外面疵多発化傾向はなく、スタンド間張力を特に強化する必要がないのでクロップが長大化することはなく、ロール配置のスタンド間位相差は従来通り60°のままでよいから複雑なハウジング傾斜機構を設ける必要もない。
【００２０】
ところで、前記小曲率部分６Ａの存在範囲は、含プロフィル平面（プロフィル５を含む平面）内でパス中心Ｐとカリバ中心Ｃを結ぶ直線ＰＣを基線としてパス中心Ｐ回りに測られる角度で、180°／Ｎ（ここに、Ｎはスタンドのロール本数＝３）の 1/20 〜19/20すなわち３°〜57°、より好ましくは 180°／Ｎの1/4 〜11/12すなわち15°〜55°、の角度範囲内とする。すなわち、図１、図２に示したθCE（＝∠ＣＰＥ＝ 180°／Ｎ＝60°）を用いて換言すると、小曲率部分６Ａが内包される角度範囲は、1/20θCE〜19/20 θCEすなわち３°〜57°であり、好ましくは 1/4θCE〜 11/12θCEすなわち15°〜55°である。
【００２１】
この小曲率部分６Ａの存在範囲が 1/4θCE（＝15°）より小さい角度範囲に及ぶと、角張り抑制効果がやや低下し、1/20θCE（＝３°）より小さい角度範囲ではそれよりさらに低下する。また、11/12 θCE（＝55°）より大きい場合にも同様に角張り抑制効果が低下する。その場合でも従来よりは良好な内面形状が得られるのであるが、小曲率部分６Ａの存在する角度範囲を1/20θCE（＝３°）以上、さらには 1/4θCE（＝15°）以上11/12 θCE（＝55°）以下とすることで、それに応じて製品管の内面形状が段階的に改善される。
【００２２】
一方、小曲率部分６Ａの存在範囲が19/20θCE（＝57°）より大きい角度範囲に及ぶと、カリバ真円化の場合と同様、フランジ４の近傍での圧下量が相対的に増加してフランジ４側からの噛み出しによる外面疵が生じやすくなるので、小曲率部分６Ａの存在する角度範囲は 19/20θCE（＝57°）以下とする。
また、このようなフランジ４側での噛み出しを緩和する観点から、図１、図２に該当部分を拡大して示すように、ロール２のカリバ３とフランジ４とを境する稜部に丸みをもたせることが好ましい。なお、この措置は、多曲率カリバロールスタンドのみならず、同じ絞り圧延設備内に配列された従来の単曲率カリバロールスタンドについても同様に行うのがよい。
【００２３】
また、従来、製品管の肉厚（ｔ）と外径（Ｄ）の比（ｔ／Ｄ）が15％以上の場合に角張りの程度が比較的大きいので、この発明はこの場合に適用するものとした。
【００２４】
【実施例】
24基のスタンドからなるストレッチレデューサ（３ロール式）を用い、外径110mm ×肉厚17mmの素管を圧延温度 850℃で絞り圧延し、外径42.7mm×肉厚15mmの製品管とする絞り圧延工程にこの発明を実施し、製品管の角張り（この場合、六角張り）の程度を従来と比較した。角張りの程度は、図３のように定義した角張り率により評価した。
【００２５】
従来例では、表１に条件Ｅとして示すように、各スタンドのロールを単曲率カリバロールとし、スタンド毎に表１に示す楕円率と外径圧下率を設定して絞り圧延を行った。実施例では、いくつかのスタンドのロールを、表１に条件Ａ〜Ｄとして示す４通りの仕方で多曲率カリバロールに置換した以外は、従来例と同じ条件で絞り圧延を行った。なお、置換対象スタンドでは楕円率（＝（ｂ−ａ）／ａ×100 （％））の因子ａおよびｂ、すなわちパス中心〜カリバ中心間距離およびパス中心〜カリバ端間距離、についても実施例と従来例とで値を揃えた。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
多曲率カリバロールには、複数の円弧をつないで形成し小曲率部分の曲率を正、負とした２種類のプロフィルＰＦ１、ＰＦ２を設定し、これらプロフィルをそれぞれ独立に条件Ａ〜Ｄに適用した。ＰＦ１、ＰＦ２の要素としての各円弧の位置と曲率を表２に示す。位置はカリバ中心を０°、カリバ端を60°とするパス中心回りの角度で表し、曲率はカリバ平均曲率（＝２／（ａ＋ｂ））に対する相対値で表した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
実施例、従来例の角張り率を表３に示す。同表のとおり、実施例では、従来例に比べて角張りが軽減された。なお、管外面疵とクロップ長については、実施例と従来例とで差が認められなかった。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、管の絞り圧延方法において、管外面疵やクロップを助長させず複雑な機構も要さずに管内面の角張りを軽減できるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る多曲率カリバロールの一例を示す部分正面図である。
【図２】この発明に係る多曲率カリバロールの他の例を示す部分正面図である。
【図３】角張り率の定義の説明図である。
【図４】従来の３ロール式絞り圧延方法の説明図であり（ａ）は要部外観、（ｂ）はロール配置と六角張り、（ｃ）はカリバ形状をそれぞれ示す。
【図５】従来のロール位相角変更パターン例の説明図である。
【符号の説明】
１  管
２  ロール（カリバロール）
３  カリバ
４  フランジ
５  プロフィル
６  円弧ＣＥの部分円弧
６Ａ  小曲率部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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