JP2661491B2 - 鋼管の冷間圧延方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼管を複数のスタン
ドからなる３ロール式絞り圧延機で冷間絞り圧延する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】機械構造用鋼管の需要動向は、小径厚肉
サイズおよび多種外径サイズの需要が増加している。一
方、３ロール式レデューサは、冷間でも高外径縮小率で
の絞り圧延が可能なため、外径Ｄに対する肉厚ｔ比ｔ／
Ｄを高くでき、同一外径の母管から任意の外径に縮径可
能であるという特徴を有しており、前記小径厚肉サイズ
および多種外径サイズの需要に対応することができる。

【０００３】例えば、電縫鋼管の場合は、小径厚肉品を
母管の段階で製造するには、オープンパイプの加熱時に
エッジ部だけでなく、母材部も加熱され、溶接効率が著
しく悪くなり、生産性が悪化または内面冷却水の吹き返
し等により溶接が困難となる。また、内径が小さくなる
ため、内面ビード切削が困難となり、生産性が著しく悪
化したり、内面ビードの切削が残存したりする。さら
に、内外径差が大きくなるため、鋼帯をオープンパイプ
に成形する工程において、特に突き合わせのエッジ形状
が悪化し、溶接が困難となると共に、肉厚形状が悪化す
る。したがって、電縫鋼管の小径厚肉品の製造可能範囲
は、一般的に管肉厚ｔ、管外径Ｄとすると、ｔ／Ｄ≦２
０％程度である。小径厚肉品製造時の問題点を解決する
方法としては、母管をレデューサ等によリ絞り圧延すれ
ば、外径絞りにより管肉厚は増肉し、管径が小さくなる
ため、外径に対する肉厚比ｔ／Ｄの高い小径厚肉管が製
造できることが知られている。

【０００４】電縫鋼管等の冷間製管材を製品外径に仕上
げる方法としては、図８（ａ）図に示すとおり、一対の
孔型ロール３１を組込んだスタンド３２を、図８（ｂ）
図および（ｃ）図に示すとおり、隣接するスタンド間で
ロール配列を互いに９０°ずらせて連続的に配置した絞
り圧延機を用い、母管３３の外径を各スタンド３２で順
次絞り、最終および最終前段のスタンドで所定の外径に
仕上げる。この２ロール式絞り圧延機は、ロール孔型が
深く、ロール溝底部とロールフランジ部とのロール周速
度が大きく異なるため、高い外径縮小率で絞り圧延する
と、管表面とロール３１が焼き付いて管表面に疵が発生
するという欠点を有している。このため、２ロール式絞
り圧延機は、高い外径縮小率での絞り圧延には不向きで
ある。

【０００５】一方、継目無鋼管等で汎用されている３ロ
ール式レデューサは、図９に示すとおり、３個の孔型ロ
ール４１を垂直面内で１２０°間隔で組込んだスタンド
を、図９（ａ）図および（ｂ）図に示すとおり、隣接す
るスタンド間でロール配列を互いに６０°ずつ変えて連
続的に配置したものである。この３ロール式レデューサ
によれば、ロール孔型が２ロール方式に比較して浅いた
め、ロール溝底部とロールフランジ部とのロール周速度
差が小さく、管表面とロールが焼き付いて発生する疵が
著しく減少するため、高外径縮小率での絞り圧延に有利
である。

【０００６】従来の３ロール式レデューサによる冷間の
絞り圧延においては、１スタンド当たりの外径縮小率は
最大１０％程度であり、かつ、図１０に示すとおり、ロ
ール４１のフランジ部のギャップ４２から鋼管４３表面
の噛み出し４４が発生する。このため、前段スタンドの
ロールの溝底半径が後段スタンドのロールのフランジ部
半径より小さくなるように、ロール孔型を楕円形にして
いる。このロール楕円率は、１スタンド当たりの外径縮
小率が大きくなればなるほど増大するものである。従っ
て、１スタンド当たり最大１０％程度の高い外径縮小率
で絞り圧延するには、相当大きい楕円率のロールを使用
する必要がある。前記３ロール式レデューサにより冷間
製管した母管の絞り圧延においては、高い外径縮小率で
絞り圧延を行うと、冷間母管故に生じるスプリングバッ
クとスタンド剛性不足によって、３ロール式レデューサ
での絞り圧延後の仕上外径がロール孔型を同一にしてい
るにもかかわらず、母管の肉厚、強度等により差が生じ
る現象が発生する。

【０００７】前記３ロール式レデューサの絞り圧延での
仕上外径寸法の不均一を解決するには、ロールの絞り圧
延量を変更すればよいが、従来の３ロール式レデューサ
はロールおよびロール軸の相対的位置関係が固定で、ロ
ールの絞り圧延量を変更することはできない。上記絞り
圧延での仕上外径の不均一を解決する方法としては、３
ロール式孔型ロールのハウジングと２ロール式孔型ロー
ルのハウジングが交換可能とされ、少なくとも最終スタ
ンドまたは最終スタンドとその前段のスタンドに、２ロ
ール式孔型ロールが組込まれ、それより上流側のスタン
ドに３ロール式孔型ロールが組込まれた絞り圧延機（特
開昭５８−１１６９０７号公報）、被圧延材を３ロール
のスタンドからなる第１のスタンド列で大圧下量を与え
て所定の外径寸法付近まで圧延し、ついでロール圧下手
段を有する２ロールのスタンドからなり前記第１のスタ
ンド列の出側に直列に設置された第２のスタンド列で仕
上げ圧延する方法（特開平２−２１１９０４号公報）、
３ロール式レデューサの２本のロール軸を支持する軸受
部軸心と、２本のロールを軸受する軸受部軸心とを偏心
させ、該２本のロールの軸受部を回転することによりロ
ールの相対間隔を調整可能とし、さらに２本のロールの
端部に軸スライド機構を設け、２本のロールのロール軸
方向への調節をも可能とした絞り圧延機（特開平３−２
９４００８号公報）が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５８−１１
６９０７号公報、特開平２−２１１９０４号公報に開示
の方法は、３ロールのスタンドからなる第１のスタンド
列で大圧下量を与えて所定の外径寸法付近まで圧延し、
ついでロールギャップの調整可能な２ロールの第２のス
タンド列で仕上げ圧延するため、外径寸法の精度を上げ
ることが可能であるが、しかし、１スタンド当たり高い
外径縮小率で絞り圧延すると、仕上外径寸法が極端に悪
化するという問題が残っている。また、特開平３−２９
４００８号公報の絞り圧延機は、製造ライン上でオンラ
インで調整することは不可能であり、オフラインでの調
整またはロール孔型を変更したロールとの交換になる。
したがって、この方法を選択した場合は、同一外径寸法
の管を製造しているにもかかわらず、母管の材質、強度
が変わるたびにミルを停止しなければならないため、大
幅な稼働率、歩留の悪化を招くこととなり、実用的では
ない。

【０００９】この発明の目的は、鋼管の３ロール式レデ
ューサによる冷間絞り工程において、高外径縮小率での
絞り圧延における外径寸法の悪化を抑制し、かつ少ない
ロールスタンドで外径に対する肉厚比ｔ／Ｄの高い小径
厚肉鋼管を製造できる冷間圧延方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく種々試験研究を重ねた。その結果、鋼管の
外径絞り工程において、２スタンド以上の３ロールレデ
ューサによる絞り工程と、２ロールによる定径工程を組
合せ、３ロールレデューサの最終前段スタンドの３ロー
ル楕円率と外径縮小率を所定範囲となし、最終スタンド
のロール楕円率、外径縮小率およびロール周長を所定範
囲とすることによって、高い外径縮小率で絞り圧延して
も、高精度の仕上外径寸法が得られ、外径に対する肉厚
比ｔ／Ｄの高い小径厚肉鋼管が製造できることを究明
し、この発明に到達した。

【００１１】すなわちこの発明は、鋼管を冷間絞り圧延
して高精度の外径寸法を有する鋼管を製造する方法にお
いて、冷間絞り圧延が２スタンド以上の３ロール式レデ
ューサによる絞り工程と、２ロール式定径工程を組合
せ、３ロール式レデューサによる絞り工程の最終前段ス
タンドのロールを、０＜楕円率≦３％、最大外径縮小率
５％で絞り圧延し、最終段スタンドのロール周長を製品
周長と等しく設計し、０＜サイドリリーフ、ロールを０
≦楕円率≦１．５％、外径縮小率を０．５％以上で、最
終前段スタンドのロール溝底半径≦最終段スタンドのロ
ールフランジ半径としたときに決定する最大外径縮小率
で絞り圧延することを特徴とする鋼管の冷間圧延方法で
ある。

【００１２】

【作用】この発明においては、鋼管を冷間絞り圧延して
高精度の外径寸法を有する鋼管を製造する方法におい
て、冷間絞り圧延を２スタンド以上の３ロール式レデュ
ーサによる絞り工程と、２ロール式定径工程を組合せた
から、３ロール式レデューサにおける母管の肉厚、強度
差によるスプリングバックとスタンドの剛性不足により
生じる仕上外径のバラツキは、後続のロールギャップを
オンライン調整可能な２ロール式定径機で調整できるか
ら、高精度の仕上外径寸法を得ることができる。また、
３ロールレデューサによる絞り工程の最終前段スタンド
のロール楕円率を３％以下、最大外径縮小率５％で絞り
圧延するから、前段スタンドでの高外径縮小率での絞り
圧延による真円度の悪化が調整される。さらに、最終段
スタンドのロール周長を製品周長と等しく設計し、０＜
サイドリリーフ、ロールの楕円率を０〜１．５％、外径
縮小率を０．５％以上で、最終前段スタンドのロール溝
底半径≦最終段スタンドのロールフランジ半径としたと
きに決定する最大外径縮小率で絞り圧延するから、噛み
出しが防止されると共に、真円カリバー３ロール式２段
で絞り圧延した場合と同等の仕上外径寸法精度とするこ
とができる。

【００１３】この発明において、３ロール式レデューサ
による絞り工程の最終前段スタンドのロールを０＜楕円
率≦３％、最大外径縮小率５％としたのは、ロール楕円
率が３％を超えると極端に真円度が悪化するからで、そ
の時の最大外径縮小率は５％であった。さらに、最終段
スタンドのロール周長を製品周長と等しく設計し、０＜
サイドリリーフ、ロールを０≦楕円率≦１．５％、外径
縮小率を０．５％以上で、最終前段スタンドのロール溝
底半径≦最終段スタンドのロールフランジ半径としたと
きに決定する最大外径縮小率としたのは、サイドリリー
フが０では噛み出しが発生するからであり、また、ロー
ルの楕円率が１．５％を超えると、真円の３ロール２段
で圧延した場合と同等の仕上外径精度が得られないから
である。また、外径縮小率は、０．５％未満では仕上外
径寸法に偏差が生じ、０．５％以上、最終前段スタンド
のロール溝底半径≦最終段スタンドのロールフランジ半
径としたときに決定する最大外径縮小率で高精度の仕上
外径寸法が得られるからである。

【００１４】この発明において、３ロールレデューサに
よる絞り工程の後に、２ロールによる定径工程を設置し
たのは、３ロールレデューサは、ギャップ調整が困難で
あるため、最終の仕上げ外径調整が不可能で、母材強
度、肉厚が異なると、同じロールギャップであっても最
終仕上げ外径が異なってしまう。また、冷間での３ロー
ル圧延においては、管のスプリングバックにより３ロー
ル圧延後の管外径が３ロール孔型より大きくなり、この
割合は母管の肉厚、強度に比例する。このため、最終外
径調整用として２ロールによる定径スタンドを設置す
る。２ロールによる定径スタンドは、垂直ロールスタン
ド１段と水平ロールスタンド１段の組合せからなる。

【００１５】

【実施例】

実施例１ 以下にこの発明の詳細を実施の一例を示す図１ないし図
３に基づいて説明する。図１はこの発明方法を実施する
絞り圧延機の概略配置図を示すもので、（ａ）図は絞り
圧延機の概略配置図、（ｂ）図は２ロール式垂直ロール
スタンドと２ロール式水平ロールスタンドからなる定径
機を備えた絞り圧延機の概略配置図、図２は３ロール式
レデューサの楕円率の説明図、図３はサイドリリフの計
算方法の概略説明図である図１において、１は冷間鋼
管、２は（ｎ）スタンドからなる３ロール式レデューサ
のスタンド群、３は３ロール式レデューサのスタンド群
２の後段に設けた２ロール式定径機で、２ロール式定径
機３は、２ロール式垂直ロールスタンド４と２ロール式
水平ロールスタンド５からなる。（ｎ）スタンドからな
る３ロール式レデューサのスタンド群２は、図示してい
ないが、最終前段スタンドのロールを０＜楕円率≦３
％、最大外径縮小率５％で絞り圧延し、最終段スタンド
のロール周長を製品周長と等しく設計し、０＜サイドリ
リーフ、ロールを０≦楕円率≦１．５％、外径縮小率を
０．５％以上で、最終前段スタンドのロール溝底半径≦
最終段スタンドのロールフランジ半径としたときに決定
する最大外径縮小率で絞り圧延するよう構成されてい
る。

【００１６】また、２ロール式垂直ロールスタンド４と
２ロール式水平ロールスタンド５からなる定径機３は、
高い外径縮小率での絞り圧延を受けた管の外径調整を行
うと共に、３ロール式レデューサの最終段スタンドでの
真円度を保持する。なお、この発明におけるロールの楕
円率は、図２に示すとおり、ロール１１のフランジ部半
径Ｒｎ、溝底部半径ｒｎとすれば、下式により求める。 ロールの楕円率＝｛２（Ｒｎ−ｒｎ）／（Ｒｎ＋ｒ
ｎ）｝×１００（％） また、外径縮小率は、最終前段スタンドのロール周長か
ら最終段スタンドのロール周長を差引いた値を、最終前
段スタンドのロール周長で除した値の百分率である。さ
らに、この発明におけるサイドリリーフは、図３に示す
とおり、前段ロール溝底半径をｒｎ−１、後段ロールフ
ランジ部半径をＲｎ、後段ロールフランジ部半径Ｒｎか
ら前段ロール溝底半径ｒｎ−１を差し引いた値をｓとす
れば、サイドリリーフは、下式により求めることができ
る。 サイドリリーフ＝（ｓ／ｒｎ−１）×１００（％）

【００１７】上記のとおり構成したことにより、３ロー
ルレデューサによる絞り工程の（ｎ−２）段目までのス
タンドのロールの楕円率を３％以上、１スタンド当たり
最大外径縮小率１０％の高い外径縮小率で絞り圧延し、
最終前段スタンドのロールを０＜楕円率≦３％、最大外
径縮小率５％で絞り圧延するから、（ｎ−２）段目まで
のスタンドでの高外径縮小率での絞り圧延による真円度
の悪化が調整される。さらに、最終段スタンドのロール
周長を製品周長と等しく設計し、０＜サイドリリーフ、
ロールを０≦楕円率≦１．５％、外径縮小率を０．５％
以上で、最終前段スタンドのロール溝底半径≦最終段ス
タンドのロールフランジ半径としたときに決定する最大
外径縮小率で絞り圧延するから、噛み出しを防止して、
真円カリバー３ロール式２段で絞り圧延した場合と同等
の仕上外径寸法精度とすることができる。しかも、この
発明方法は、冷間絞り圧延を２スタンド以上の３ロール
式レデューサによる絞り工程と、１スタンド以上の２ロ
ール式定径工程を組合せたから、３ロール式レデューサ
における母管の肉厚、強度差によるスプリングバックと
スタンドの剛性不足により生じる仕上外径のバラツキ
は、後続のロールギャップをオンライン調整可能な２ロ
ール式定径機で調整できるから、高精度の仕上外径寸法
を得ることができる。

【００１８】実施例２ 各スタンド毎に６０°の位相差を以て配列した６スタン
ドからなる３ロール式レデューサを用い、４段目スタン
ドまでは、ロール楕円率３％以上で１スタンド当たり最
大１０％の外径縮小率で絞り圧延した冷間鋼管を、５段
目スタンドの３ロールの楕円率を３〜５％に変化させて
最大５％の外径縮小率で絞り圧延し、最終６段目スタン
ドの３ロールの楕円率を０％、１．２５％、２．７５％
に変えて外径縮小率１％で絞り圧延し、得られた製品の
真円度を測定した。その結果を図４に示す。図４に示す
とおり、５段目すなわち、最終前段スタンドのロール楕
円率が３％を超えると極端に製品真円度が悪化してい
る。したがって、最終前段スタンドのロールを０＜楕円
率≦３％、最終段スタンドのロールを０≦楕円率≦１．
５％とすることによって、図４に示す楕円率０％の真円
カリバー３ロールの２段スタンドを用いて絞り圧延した
場合と同等の仕上外径精度が得られている。

【００１９】実施例３ 外径５４．０ｍｍ、肉厚１．５〜７．５ｍｍの母管を各
スタンド毎に６０°の位相差を以て配列した６スタンド
からなる３ロール式レデューサを用い、４段目スタンド
までは、ロール楕円率３％以上で１スタンド当たり最大
１０％の外径縮小率で絞り圧延した冷間鋼管を、最終前
段スタンドの３ロールの楕円率を３％、外径縮小率３％
で絞り圧延し、最終段スタンドのロール楕円率０％、
１．０％の場合について、外径縮小率を０〜１．２％で
絞り圧延し、得られた製品の外径を測定し、最大外径か
ら最小外径を差し引いた外径偏差（ｍｍ）を求めた。そ
の結果を最終スタンドでの外径縮小率との関係において
図５に示す。図５に示すとおり、最終スタンドでの外径
縮小率を０．５％以上とすることによって、外径寸法精
度が良好となる。

【００２０】実施例４ サイドリリーフ＝０、楕円率＝０の３ロールを用い、外
径縮小率０〜２．０％における絞り圧延での噛み出し発
生の有無を調査した。その結果を表１に示す。なお、表
１中のコーナＲはロールフランジ部コーナ円弧の半径
（ｍｍ）、×は噛み出し有りを示す。表１に示すとお
り、サイドリリーフ＝０、楕円率＝０の３ロールでの絞
り圧延においては、いずれも噛み出しが発生する。

【００２１】

【表１】

【００２２】また、サイドリリーフ＝０．５％、楕円率
＝０〜１．５％の３ロールスタンドを用い、外径縮小率
０．５〜３．０％で絞り圧延を実施し、噛み出しの有無
を調査した。その結果を表２に示す。なお、表２中の○
は噛み出し無しを示す。表２に示すとおり、サイドリリ
ーフが０．５％の場合においては、いずれも噛み出しは
皆無であった。また、サイドリリーフが１．０％の場合
についても、同様の試験を行ったが、サイドリリーフ
０．５％の場合と同様の結果であった。

【００２３】

【表２】

【００２４】上記の結果から、３ロール式レデューサで
真円カリバーにできるスタンドは、最終段スタンドのみ
であり、しかも、その時サイドリリーフを取る必要があ
るため、必ず最終前段の３ロールは楕円でなければなら
ない。したがって、最終前段スタンドの３ロールは、０
＜楕円率の孔型を有し、最終段スタンドの３ロールは、
０＜サイドリリーフとし、おのずと噛み出し防止のため
には、３ロールスタンドは最小２段必要である。

【００２５】実施例５ 肉厚の異なる外径２０〜５４ｍｍの母管を各スタンド毎
に６０°の位相差を以て配列した６スタンドからなる３
ロール式レデューサで外径縮小率２０％で絞り圧延した
のち、２ロール式垂直ロールスタンドと２ロール式水平
ロールスタンドからなる定径機を用いて定径圧延した。
そして３ロール式レデューサの最終スタンド出側での外
径と、２ロール式定径機で定径後の外径を測定した。そ
の結果を図６に示す。図６に示すとおり、３ロール式レ
デューサの最終スタンド出側では、管の外径が肉厚の増
加につれて製品外径より大きくなっている。これは母管
の肉厚、強度が異なれば冷間材を圧延するときに生ずる
鋼管自体のスプリングバックと、３ロールスタンドの機
械的強度不足、剛性不足による影響と思われる。これに
対し、３ロール式レデューサの後で２ロール式定径機で
定径した場合は、母管の肉厚、強度が異なっても、ほぼ
製品外径に定径されている。

【００２６】実施例６ ３ロール式レデューサで絞り圧延後の管は、真円度が最
良となることは前記したとおりであるが、２ロール定径
機で外径調整した場合の真円度を調査するため、外径５
４ｍｍ、肉厚１．５〜７．５ｍｍの母管を、各スタンド
毎に６０°の位相差を以て配列した６スタンドからなる
３ロール式レデューサを用い、４段目スタンドまでは、
ロール楕円率３％以上で１スタンド当たり最大１０％の
外径縮小率で絞り圧延した冷間鋼管を、５段目スタンド
の３ロールの楕円率３％、最大５％の外径縮小率で絞り
圧延し、最終６段目のロール楕円率１．０％、外径縮小
率を１．２％で絞り圧延したのち、２ロール式垂直ロー
ルスタンドと２ロール式水平ロールスタンドからなる定
径機を用いて外径調整した。そして３ロール式レデュー
サの最終スタンド出側での外径と、２ロール式定径機で
外径調整後の外径を測定した。そして最大外径から最小
外径を差し引いた外径偏差（ｍｍ）を求め、肉厚との関
係における外径偏差を図７に示す。図７に示すとおり、
２ロール式定径機で外径調整後の製品Ｂは、いずれの肉
厚においても３ロール式レデューサの最終スタンド出側
での真円度Ａがそのまま維持されている。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、鋼管の冷間外径絞り圧延において、高外径縮小率で
の絞り圧延が可能となり、外径に対する肉厚比ｔ／Ｄの
高い小径厚肉鋼管を、高精度の製品外径寸法で製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明方法を実施する絞り圧延機の概略配置
図で、（ａ）図は絞り圧延機の概略配置図、（ｂ）図は
２ロール式垂直ロールスタンドと２ロール式水平ロール
スタンドからなる定径機を備えた絞り圧延機の概略配置
図ある。

【図２】３ロール式レデューサの楕円率の説明図であ
る。

【図３】３ロール式レデューサのサイドリリーフの計算
方法の概略説明図である。

【図４】実施例２における３ロール式レデューサの最終
前段スタンドのロール楕円率を変えた場合の最終段スタ
ンドのロール楕円率と製品真円度との関係を示すグラフ
である。

【図５】実施例３における３ロール式レデューサの最終
段スタンドのロール楕円率０％、１％における外径縮小
率と外径偏差との関係を示すグラフである。

【図６】実施例５における絞り圧延後および外径調整後
の肉厚と仕上外径との関係を示すグラフである。

【図７】実施例６における３ロール式レデューサ出側お
よび定径機で外径調整後の母材肉厚と外径偏差との関係
を示すグラフである。

【図８】従来の２ロール式レデューサの説明図で、
（ａ）図は概略側面図、（ｂ）図は１段目スタンドの正
面図、（ｃ）図は１段目スタンドの正面図である。

【図９】３ロール式レデューサのロール配置の説明図
で、（ａ）図は前段スタンド、（ｂ）図は次段スタンド
の正面図である。

【図１０】３ロール式レデューサの噛み出し説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 冷間鋼管 ２ ３ロール式レデューサのスタンド群 ３ 定径機 ４ ２ロール式垂直ロールスタンド ５ ２ロール式水平ロールスタンド １１ ロール ３１ 孔型ロール ３２ スタンド ３３ 母管 ４１ 孔型ロール ４２ ギャップ ４３ 鋼管 ４４ 噛み出し

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼管を冷間絞り圧延して高精度の外径寸
   法を有する鋼管を製造する方法において、冷間絞り圧延
   が２スタンド以上の３ロールレデューサによる絞り工程
   と、１セット以上の２ロールによる定径工程を組合せ、
   ３ロールレデューサによる絞り工程の最終前段スタンド
   のロールを、０＜楕円率≦３％、最大外径縮小率５％で
   絞り圧延し、最終段スタンドのロール周長を製品周長と
   等しく設計し、０＜サイドリリーフ、ロールを０≦楕円
   率≦１．５％、外径縮小率を０．５％以上で、最終前段
   スタンドのロール溝底半径≦最終段スタンドのロールフ
   ランジ半径としたときに決定する最大外径縮小率で絞り
   圧延することを特徴とする鋼管の冷間圧延方法。