(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パスライン周りに配置された一対の傾斜ロールと該傾斜ロールの出側に配置された複数の保持装置に保持された芯金の先端に設けられたプラグとで中実または中空の被圧延素材を中空の管に成形する圧延を、前記保持装置で前記中空の管を保持して行う際に、前記保持装置で前記芯金を保持する際の芯金保持圧力ＰＢ（単位：ＭＰａ）と前記被圧延素材の外径ｄＢ（単位：ｍｍ）との比（ＰＢ／ｄＢ）を０．０２０以上、０．１００以下に設定し、かつ、前記保持装置で前記中空の管を保持する際の管保持圧力Ｐｓ（単位：ＭＰａ）と前記中空の管の外径ｄｓ（単位：ｍｍ）との比（Ｐｓ／ｄｓ）を、前記中空の管の肉厚ｔｓと外径ｄｓとの比（ｔｓ／ｄｓ）が５％以下の場合には０．００２以上、０．０２０以下に設定し、前記比（ｔｓ／ｄｓ）が５％を超える場合には０．００４以上、０．０４０以下に設定して、前記圧延を行うことを特徴とする継目無金属管の圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は継目無金属管の圧延方法に関し、詳しくは、継目無金属管の代表的製造方法であるマンネスマン製管等において広く採用されている穿孔機、延伸圧延機など所謂傾斜ロ−ルを用いた傾斜圧延機による継目無金属管の圧延方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般に、マンネスマン製管法により継目無金属管（以下、継目無管ともいう）を製造する場合には、まず中実素材である丸鋼片（ビレット）をピアサー（穿孔機）に通してその中心部を穿孔することによりホローシェル（中空素管）を得た後、これをそのまま直接或いは必要によりエロンゲータに通して拡径、延伸圧延する。その後、例えばプラグミルによって更に延伸圧延し、続いてリーラ及びサイザによって磨管、形状修正及びサイジングを行い、更に、精製工程を経て製品とする。
【０００３】
通常、ピアサによる穿孔圧延やエロンゲータによる延伸圧延には、被圧延材のパスセンタに対してロ−ル軸心線が傾斜した樽形状（バレル形状）叉はコーン形状の一対の傾斜ロ−ルとパスセンタ上に配された芯金に保持されたプラグと一対の材料案内ガイドである固定シュウ叉はディスクロールとを有する所謂傾斜圧延機が用いられる。
【０００４】
上記ピアサ−やエロンゲ−タでは、被圧延材は一対の傾斜ロ−ルの間隙を通過している間に傾斜ロ−ルとプラグとにより肉厚加工が施されながら中空の管に圧延され、傾斜ロ−ルの外周面に摺接して回転しながら引き出される。この肉厚加工の際、被圧延材の外径が半径方向外向きに膨れ出すことを材料案内ガイドで抑制して穿孔圧延や延伸圧延が行われる。
【０００５】
ところが、被圧延材は回転しながら前進していくので、必ずしもパスセンタと被圧延材の回転中心およびパスセンタとプラグの回転中心が常に一致した状態で圧延が行われるとは限らない。この回転中心の不一致度が大きくなると穿孔圧延や延伸圧延により得られる中空の管の偏肉が大きくなり偏肉不良品が発生する。
【０００６】
通常、偏肉対策として、中実素材の加熱温度の均一化ならびにプラグや芯金の加工精度の向上などがおこなわれているが、種々の操業条件において偏肉抑制の効果は十分でなく、特にロ−ル摩耗などにより傾斜ロ−ル対の摩擦係数が互いに異なるときや穿孔温度が低下したとき、あるいは変形抵抗の高い鋼種を圧延対象とするときなどは偏肉の発生が問題となる。
【０００７】
そこで、偏肉対策として、特開昭５５−１０６６１１号公報には、ホロ−ブル−ム（中空素管）がロ−ルゴ−ジ（ゴ−ジ部）より出側部で少なくとも１回転して前進する距離以上をプラグに接触させるようにプラグ先進量とプラグ長さを特定条件式より求め、さらに、ガイドシュウ（材料案内ガイド）の間隔をビレット径に対して特定範囲に設定する傾斜ロ−ル穿孔機の穿孔条件決定方法が開示されている。
【０００８】
また、特開昭６１−１１９３１８号公報には、マンドレルバ−（芯金に相当）または継目無管（中空素管に相当）の変位量を検出し、その変位量に基づいて偏肉発生状況を監視し、偏肉判定をおこない、問題あれば素材の炉出しを停止し、偏肉対策をとった後、再度穿孔を開始し、偏肉による不良品の発生を減少する継目無管の偏肉発生監視方法が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５５−１０６６１１号公報に開示された方法は、種々の穿孔条件に応じてプラグ先進量などの設定値を予め用意しておく為に多くの実験が必要となるといった問題やロ−ル摩耗などロ−ル表面状態が変化したときの対応が難しいといった問題がある。
【００１０】
また、特開昭６１−１１９３１８号公報に開示された方法では、素材の寸法や材質によって変位量が異なるため、偏肉の発生を正確に判定できないという問題がある。この方法は、不良率の増加を抑制するものであるが、偏肉の発生を根本的に解消することができない。
【００１１】
本発明の課題は、傾斜ロールを用いた傾斜圧延機において、偏肉の発生を抑制して、高品質の中空管の圧延を可能とする継目無金属管の圧延方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、穿孔や延伸圧延の際の芯金および中空管の振れ廻り現象に注目し、これらの振れ廻りを抑える対策の研究を重ねた。その結果、芯金および中空管を保持するための保持装置の圧力設定を適正範囲にすることにより、芯金の振れ廻りと中空管の振れ廻りが抑制され偏肉が改善されることが判明した。
【００１３】
本発明は、上記知見に基づき完成されたもので、その要旨は、パスライン周りに配置された一対の傾斜ロールと該傾斜ロールの出側に配置された複数の保持装置に保持された芯金の先端に設けられたプラグとで中実または中空の被圧延素材を中空の管に成形する圧延を、前記保持装置で前記中空の管を保持して行う際に、前記保持装置で前記芯金を保持する際の芯金保持圧力ＰＢ（単位：ＭＰａ）と前記被圧延素材の外径ｄＢ（単位：ｍｍ）との比（ＰＢ／ｄＢ）を０．０２０以上、０．１００以下に設定し、かつ、前記保持装置で前記中空の管を保持する際の管保持圧力Ｐｓ（単位：ＭＰａ）と前記中空の管の外径ｄｓ（単位：ｍｍ）との比（Ｐｓ／ｄｓ）を、前記中空の管の肉厚ｔｓと外径ｄｓとの比（ｔｓ／ｄｓ）が５％以下の場合には０．００２以上、０．０２０以下に設定するとともに、前記比（ｔｓ／ｄｓ）が５％を超える場合には０．００４以上、０．０４０以下に設定して、前記圧延を行うことを特徴とする継目無金属管の圧延方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。なお、本発明の方法を実施する装置としてピアサとエロンゲータを例にとる。
【００１５】
図１は、本実施形態を説明するピアサの基本構造例の模式図で、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＶ−Ｖ線要部断面図で、同図（Ｃ）は要部側面図である。符号１は傾斜ロール、２はプラグ、３は材料案内ガイド、４は芯金、５は芯金および中空の管の保持装置、６は被圧延素材である中実素材、７は中空の管（以下、中空管ともいう）である。
【００１６】
図２は本発明にかかる保持装置が芯金を保持している状態を示す模式的横断面図である。
図３は本発明にかかる保持装置が中空管を保持している状態を示す模式的横断面図である。
【００１７】
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ピアサはパスセンタの周りに交互に配置された一対の傾斜ロ−ル１，１と一対の材料案内ガイド３，３とパスライン上に配置されたプラグ２と、そのプラグを保持する芯金４とその芯金と穿孔後の中空管７を保持する複数の保持装置５，５を有する。なお、材料案内ガイドとしては、非回転式の固定シュウや回転式のディスクロ−ルが用いられている。図１はディスクロ−ルの例である。
【００１８】
図１（Ａ）において、傾斜ロ−ル１，１はロ−ル軸方向の中間部近傍に直径Ｄとなるゴージ部１１（入口面θ１と出口面θ２の交点）を有し、ゴ−ジ部より入側端部に向かうに従い直径が漸減し、ゴ−ジ部より出側端部に向かう従い直径が漸増し、パスセンタＸ−Ｘに対し入口面角θ1を有する入口面１２と出口面角θ2を有する出口面１３を備えたコ−ン型形状を呈しており、所定の交叉角γと所定のロ−ル開度Ｒｇに設定される。更に傾斜ロ−ル１は、図１（Ｃ）に示すように、被圧延材（中実素材６、中空管７）を螺進移動させるのに必要な所定の傾斜角βでパスセンタＸ−Ｘ線に対して傾斜せしめられている。なお、図１（Ａ）、（Ｂ）では傾斜ロ−ルとしてコ−ン型の例を示したがゴ−ジ部より入側、出側両端部に向かうに従い直径が漸減した樽型（バレル型）としてもよい。
【００１９】
図１（Ａ）において、プラグ２は全体として砲弾形状をなし、その基端部は円形の芯金４の先端部で支持される。このプラグは一対の傾斜ロ−ル間の中間にてパスセンタＸ−Ｘ上に位置決め保持されており、パスセンタＸ−Ｘをその軸中心として回転可能となっている。
【００２０】
芯金４は、パスセンタに沿って配置された複数の保持装置５，５によって保持される。芯金４の基底部は前進と後進を可能とする機能を有する図示しないスラストブロックに連結され回転可能となっている。
【００２１】
保持装置５は、図２、図３に示すように、通常３個のロ−ル５Ａ，５Ａ，５Ａで構成され、進行方向と直交する面（横断面）でほぼ均等配置されている。ロ−ル径は、中空管外径の０．４〜２倍程度である。この保持装置は図２に示すように穿孔開始時は芯金４を所定の圧力で保持しているが、穿孔された中空管７の先端部が保持装置に接近したときは、例えば熱鋼検出器（図示無し）で中空管７を検出し中空管が衝突しないように、図３に示すように保持装置のロ−ル５Ａ，５Ａ，５Ａが開き中空管７を所定の圧力で保持する。なお、保持装置５のロールの開閉や圧力の設定は通常１個または複数個の油圧シリンダを動作させることにより行われる。
【００２２】
図１（Ｂ）において、ディスクロール３はプラグ２と対向する外周面が凹面に形成された円盤状体で図示しない駆動モ−タで駆動され、パスセンタＸ−Ｘの周りに傾斜ロ−ル１と交互に配置される。
【００２３】
図４は、本実施形態を説明するエロンゲ−タの基本構造例を示す模式的平面図である。図１（Ａ）と同じ要素は同一の符号で表す。符号１４は中空素管である。
【００２４】
図４に示すように、エロンゲータはパスセンタの周りに交互に配置された一対の傾斜ロ−ル１，１と一対の材料案内ガイド（図示無し）とパスライン上に配置されたプラグ２と、そのプラグを保持する芯金４と、その芯金と、延伸圧延後の中空管７を保持する複数の保持装置５，５とを有する。
【００２５】
エロンゲータでは、図４に示すように、中空素管１４を被圧延素材として中空管７への延伸圧延が行われ、一方、ピアサーでは、図１（Ａ）に示すように、中実素材６を被圧延素材として中空管７への穿孔圧延が行われるが、エロンゲータの基本構造は前述したピアサと同様であり、エロンゲータを構成する傾斜ロール１、材料案内ガイド３、プラグ２、芯金４、保持装置５の詳細説明は省略する。
【００２６】
上記のように構成されたピアサによる穿孔圧延時や上記のように構成されたエロンゲータによる延伸圧延時には、中実素材や中空素管などの被圧延素材はプラグと傾斜ロ−ルによって肉厚加工を施されて中空管とされるが、この時、中空管は回転しながら前進するので、プラグ表面には回転力と軸方向力が作用する。この軸方向力はプラグを介してプラグを保持している芯金に作用し芯金にたわみを生じさせる。
【００２７】
この芯金のたわみは保持装置で芯金を保持する際の芯金保持圧力に影響される。芯金保持圧力を適正化することにより芯金のたわみが減少し、かつ芯金の回転がスム−スとなり、パスセンタとプラグ中心とのずれが減少し、中空管の偏肉を改善することができる。
【００２８】
この効果を得るために、芯金を保持する際の芯金保持圧力ＰＢ（単位：ＭＰａ）と被圧延素材の外径ｄＢ（単位：ｍｍ）との比（ＰＢ／ｄＢ）は０．０２０以上とする。好ましくは、比（ＰＢ／ｄＢ）は０．０３０以上である。上記比が０．１００を超えると上記効果は飽和し保持装置が大型化し設備コストが嵩む。したがって上記比は０．１００以下とする。好ましくは、０．０８０以下である。
【００２９】
次に、穿孔圧延または延伸圧延された中空管を保持装置で保持する際、中空管を保持する圧力（以下、管保持圧力ともいう）を中空管の肉厚ｔｓと中空管の外径ｄｓとの比（ｔｓ／ｄｓ、肉厚外径比ともいう）に基づく適正範囲とすることにより遠心力による中空管の振れ廻りが抑制され、偏肉を改善することができる。
【００３０】
この効果を得るために、管保持圧力Ｐｓ（単位：ＭＰａ）と中空管の外径ｄｓ（単位：ｍｍ）との比（Ｐｓ／ｄｓ）は、中空管の肉厚外径比（ｔｓ／ｄｓ）が５％以下では０．００２以上とし、前記肉厚外径比が５％を超えるときは０．００４以上とする。前記比（Ｐｓ／ｄｓ）が大きいと特に肉厚外径比の小さい薄肉の中空管では、その外径形状が円形でなく角張った形状となるといった問題や中空管の進行が阻害され尻抜け不良などの圧延トラブルが生じやすい。したがって、前記比（Ｐｓ／ｄｓ）は、前記肉厚外径比が５％以下では０．０２０以下とし、前記肉厚外径比が５％を超えるときは０．０４０以下とする。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す基本構成のピアサで、中実素材として外径１００ｍｍの炭素鋼ビレットを用い、芯金保持圧力ＰＢと管保持圧力Ｐｓを種々変更して穿孔圧延をおこなった。表１に実験条件を示す。
【００３２】
【表１】
0003785916.tif 000002
穿孔圧延により得られた中空管の偏肉状況を調査した。表２に、偏肉状況を偏肉率（最大肉厚と最小肉厚との差／最大肉厚）で整理し、偏肉率１０％以上を●印で、偏肉率１０％未満を○印で示す。
【００３３】
【表２】
0003785916.tif 000003
表２に示すように、本発明の範囲を満足する条件では、偏肉率が１０％未満に抑制され良好であった。なお、本発明の範囲を外れる条件では、偏肉率が１０％以上で不良であった。
【００３４】
（実施例２）
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す基本構成のピアサで、中実素材として外径８０ｍｍのステンレスビレットを用い、芯金保持圧力ＰＢと管保持圧力Ｐｓを種々変更して穿孔圧延をおこなった。表３に実験条件を示す。なお、比（ＰＢ／ｄＢ）は０．０２０以上０．１００以下の範囲とした。
【００３５】
【表３】
0003785916.tif 000004
穿孔圧延により得られた中空管の偏肉状況を調査した。偏肉状況を表２と同様に偏肉率で整理して表４に示す。なお、中空管の外径が変形し、角張ったり、尻詰まり等のミスロ−ルが生じた場合を×印で示した。
【００３６】
【表４】
0003785916.tif 000005
表４に示すように、本発明の範囲を満足する条件では、偏肉率が１０％未満に抑制され良好であった。なお、本発明の範囲を外れる条件では、偏肉率が１０％以上、あるいはミスロールが発生し不良であった。
【００３７】
（実施例３）
図３に示す基本構成のエロンゲータで、被圧延素材として外径：１００ｍｍ、内径：７０ｍｍのステンレス鋼の中空素管を対象に比（ＰＢ／ｄＢ）：０．０５０、肉厚外径比（ｔｓ／ｄｓ）：６．１％、比（Ｐｓ／ｄｓ）：０．０１４の条件にて１００本の延伸圧延を行った。表５に試験条件を示す。なお、比較のため、比（ＰＢ／ｄＢ）：０．０１８、肉厚外径比（ｔｓ／ｄｓ）：６．１％、比（Ｐｓ／ｄｓ）：０．００３の条件にて同様の延伸圧延も行った。
【００３８】
【表５】
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延伸圧延により得られた中空管の偏肉状況を調査し、偏肉率が１０％以上を偏肉不良と判定した。表６に偏肉不良率を総圧延本数に対する偏肉不良本数の比で示す。
【００３９】
【表６】
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表６に示すように、本発明例は比較例に比べ偏肉不良率の発生は大幅に減少した。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、ミル出側に配置された保持装置で芯金や中空管を保持する際の保持圧力を適正範囲に設定することにより、芯金や中空管の振れ廻りが抑制され中空管の偏肉を小さくすることができる。これによって製品の寸法精度が向上し偏肉不良率の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態を説明するピアサの基本構造例の模式図で、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＶ−Ｖ線要部断面図で、同図（Ｃ）は要部側面図である。
【図２】本発明にかかる保持装置が芯金を保持している状態を示す模式的横断面図である。
【図３】本発明にかかる保持装置が中空管を保持している状態を示す模式的横断面図である。
【図４】実施形態を説明するエロンゲ−タの基本構造例を示す模式的平面図である。
【符号の説明】
１：傾斜ロール、２：プラグ、
３：材料案内ガイド（ディスクロール）、
４：芯金、５：保持装置、
５Ａ：ロール、６：中実素材、
７：中空管、１１：ゴージ部、
１２：入口面、１３：出口面、
１４：中空素管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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