JPS5913923B2 - 継目無金属管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は継目無金属管の製造方法に関するものである。

継目無金属管、例えば継目無鋼管を製造する場合に、能
率良く、優れた品質の製品を安く製造する方法が求めら
れている。

能率を向上させるためには圧延ロールの速度を向上させ
る方法があるが、この方法はもはや限界に達しているか
、又は大きな設備投資が必要である。

圧延時間以外の操作時間、例えばマンドレルの管からの
抜取り時間を省略するために穿孔又は圧延後の管とマン
ドレルを一体的に機外へ跳出し、機外で両者を分離し、
この間、他のマンドレルで穿孔又は圧延を行なう方法が
提案されている。

この方法においてはマンドレルの抜取時間は節約できる
が、マンドレルのセット時間は短縮できない。

最近プレスロール穿孔法が実用化され、安価な連続鋳造
鋳片を分塊圧延せずに直接穿孔することが可能となった
。

プレスロール穿孔法とは多角形断面ブルームを駆動され
たロール対により構成される略円形のカリバーに向って
押入し、該ブルームの軸芯部にマンドレル端に装着した
プラグを進入せしめて円管に穿孔する方法である。

この穿孔法では従来法は穿孔後マンドレルを後退させ、
管の前端をスト’Ｊツバーブロックで支えて管からマン
ドレルを抜取るのであるから、この際、管の内面にはプ
ラグとマンドレルによる引掻疵が発生し、場合によって
は最終製品まで残存する。

また、マンドレルを引抜くに要する力は大きく、引抜装
置は大規模となる。

従来法においてはマンドレルを引抜いた後、管の内面に
は空気が浸入し、内表面は酸化される。

丸素管はこのあと次工程のエロンゲータに送られて断面
積を減少されるのであるが、このとき従来法においては
前付を機外に跳出したのち、マンドレルを前進させ、圧
延位置に固定したのち、丸素管を進めて圧延を開始する
。

エロンゲータ圧延はパスラインの廻りにロール組を、そ
の回転軸を同方向に捩り、かつ同方向に回転駆動し、管
にスパイラル運動を与えてマンドレル端に装着したプラ
グとロール間で圧延を行なう。

圧延が終ると管からマンドレルが引抜かれ、管は次工程
へ送られる。

場合によっては管とマンドレルを一体的に機外へ跳出し
たのち管からマンドレルを引抜き、管は次工程へ送られ
る。

この様な従来法では管の内面は穿孔されたのち酸化が進
み、酸化層の表層部はエロンゲータ圧延で一部はく離し
、あるいはプラグに焼付き管の内面粗度を悪くする。

管の内面に成長した酸化層は後続の圧延工程でも同様に
管の内面粗度ヲ悪くし、プラグ、マンドレル等の工具類
に焼付き、工具の寿命を低下させる。

本発明は継目無金属管を能率良く、優れた品質の製品を
安価に製造する方法を提供することを目的とする。

本発明には多角形断面ブルームを使用し、これをプレス
ロール穿孔機により底付管に穿孔する。

多角形断面ブルームは連続鋳造法によって最も優れた品
質が得やすく、かつ取扱いやすい形状であって良く、例
えば、正方形、長方形又はこれらの角部に若干の修正が
加えられているものが望ましい。

この様な材料は従来の傾斜ロール穿孔機に用いられる丸
断面のブルームよりはるかに安いが、プレスロール穿孔
機を用いれば、優れた品質の丸素管となる。

プレスロール穿孔機は第１図に示す様に、２個以上のロ
ール１により略円形のカリバーを構成し、２個以上のロ
ール１を駆動し、該ロールによる前進力と、押込装置２
の押込力によってブルーム３を前進させる。

カリバー中心部には円形断面のプラグ４′がマンドレル
４により支えられており、ブルームの軸芯部を穿孔する
。

ブルームの後端は未穿孔のままあるいはプラグをわずか
に露出させた状態まで穿孔する。

この様に穿孔された管を庭付円筒素管と呼ぶ。

押込装置２の押込力は特開昭５２−１１１５７号公報記
載の方法を採用することにより、噛込時のみ働らかせて
押込装置の後退時間を短縮しても良い。

プラグ４はマンドレル端部を円錐又は砲弾形に切削して
プラグとすることが出来るが、両者の材質を変えて、ね
じ等で両者を結合するのが用途特性上有利である。

このときプラグとマンドレルの径は略々等しくする。

マンドレルと庭付円筒素管は穿孔完了後ラッチ５を開い
てローラ６により次工程へ送り出し、新うしいマンドレ
ルをセットして再び穿孔を開始する。

本発明の第２の工程では第２図に示す様に、穿孔に用い
たマンドレル４を穿孔完了時の姿で底付円管内３′に挿
着し、第１の工程とは逆方向に、すなわち底部３“を前
方として圧延する。

第２の工程は一般にエロンゲータを呼ばれるものであっ
て、２本以上のロール組をパスラインの廻りにその回転
軸を同方向に捩り、かつ同方向に回転駆動するロールに
よって、被圧延材料にスパイラル状の運動を与えて、ロ
ールとマンドレルあるいはプラグ間で圧延を行なう。

本発明の特徴はこの際にプラグ４′が少なくとも出側に
おいて管がロールから離れる位置を通過するまで、すな
わち第２図においてプラグ４′がＢ−Ｂ断面を通過する
まで、マンドレル露出部を押込装置７により押し続ける
のである。

こうすることによって管の噛込みを良くするとともに、
庭付部近傍がマンドレルと離れて肉厚圧下を受は損うこ
とを防ぎ、かつ、管の前進速度を上昇して圧延時間を短
縮することが出来る。

また圧延完了まで管の内面が空気と接触するチャンスは
なく、内面は酸化層がほとんど発生せず、その悪影響も
発生していない。

押込装置７の押込速度ｖｐは好ましくは次式の範囲に選
定する。

ここでＤはロールの最大直径、ｎは１分間のロール回転
数、θはロール傾斜角である。

（１）式の下限は底部３“とプラグ４′が離れないため
の条件であり、上限はマンドレルに過大な押込力を作用
させないための条件である。

この様な圧延法においては、この工程での伸び率（＝圧
延後の長さ／圧延前の長さ）を１．５〜５．０倍の範囲
にとるのができる。

上限の係数１．４は伸び率の０．９倍程度まで上昇する
ことも可能であるが、入側設備への投資金額と本発明の
効果のバランスから（１）式の範囲に留めることが望ま
しい。

マンドレルの押込みは管の終端が圧延完了するまで継続
することも可能であるが、この場合には圧延後の管長よ
り長いマンドレルが必要となり不経済となる。

マンドレル前端のプラグ部が第２図Ｂ−Ｂ断面を超えた
位置で押入力を中止すると、圧延後の管とマンドレルの
位置関係は、第２図の左端に示した様に、底部３“とプ
ラグ４とは離れて、マンドレルの他端は管端から露出し
た状態となる。

この様にすれば短いマンドレルで長い管に圧延すること
が出来る。

マンドレル４はこのあと、露出端を握んで管３′から抜
取り、該管長より長く、かつ、所定の温度に保ち潤滑処
理を施した別のマンドレルの一端が底付管の底３”に達
するまで挿入し、第３の工程へ送る。

マンドレルの抜取りは、第２の工程により管の内径が大
きくなるので、容易にでき設備も小型のものでよい。

第２図に示す様に、本発明においては管とマンドレルが
圧延ロール８を通過すると、ただちに次の圧延を開始す
ることが出来、従来法の様なマンドレルの前進後退およ
び管の跳出し時間等は一切不要で、管とマンドレルはロ
ーラ９，９′によって次々と圧延ロールに搬入および抽
出され、極めて高能率である。

押込装置７は次材の前進をさまたげない様に通路を開い
て後退することが出□来る０ 第３図は第３の工程例を示している。

この工程ではマンドレル１１露出部に押込装置１２によ
り押込力を加えて無駆動のロール１３により構成される
カリバーの後に、駆動したロール１４により構成される
カリバーを配設したカリバー列に向って、該マンドレル
１１の前端部が少なくとも駆動した最終ロール組１５の
ロール軸線Ｃ−Ｃを通過するまで管ごを押し進めたのち
、マンドレル１１の押込力を解除して圧延することを特
徴とする。

こうすることによって次の効果を得ることが出来る。

すなわち、（１）入側の無駆動ロール組１３によって主
として管３′の外径を効果的に圧下することが出来、マ
ンドレル１１と管内径とのクリアランスを小さくし、駆
動ロール１４による肉厚圧下を効果的に圧下することが
出来、延び率が大きく出来る。

（２）駆動ロール１４への噛込時のトルクが極めて小さ
くなり、駆動系が小さな容量で済む。

（３）マンドレル１１の速度変化比が小さく、管３′の
変形が全長にわたって均一化する。

（４）押込力により管の前端が最終ロール組１５に達す
るまでの時間が短かくなる。

（５）底付管ごを使用するため管の内面酸化が著るしく
少なく、管の内面精度が良く、マンドレル１１の焼付も
なく寿命が長くなる。

第３の工程で上記効果を最も有効に発生させるためには
次の様にする。

すなわち、無駆動のロール組により囲まれるカリバ・−
面積がそれぞれＡＩ’ ２Ａ２・・・Ａｍである略円形
のカリバーと、その次に配設する駆動したロール組によ
り囲まれるカリバー面積がそれぞれＢ１．Ｂ２・・・Ｂ
ｎである略円形のカリバーを連設し、マンドレルの横断
面積をＣ、マンドレルの押込速度をＷとするとき、次の
関係式を同時に満足させながら、少なくともマンドレル
の先端部が最終ロール組の軸芯位置を通過するまでマン
ドレルを押し続けて圧延したのち、マンドレルの押込力
を解除して、その後の圧延は駆動したロールの圧延力の
みによって圧延する。

カリバー面積の関係式 この式はカリバーの大きさの順序を示し、カリバーが出
側に向って次第に小さくなることを示している。

ここで添字は入側からかぞえたカリバーの番号である。

マンドレルの速度式 ％式％（３） ここでｖｉは入側からｉ番目の、駆動ロールのカリバー
底周速度であり、ａは式を簡略化したための修正係数で
あってＯ〜０．１の範囲の値をとる。

すなわちマンドレルの押込速度ｗｉはマンドレル前端が
入側からｉ番目の駆動ロール通過後はそのカリバー底周
速度に対し±１０係の範囲内に決定される。

マンドレルの押込速度ｗ１は実験によって入側からｉ番
目の駆動ロール通過後の管前端速度に等しく修正するの
が望ましい。

駆動ロールの速度式 ここでＶ、） Ｖ２・・・ｖｎは駆動したロールのロー
ルカリバー底周速度で、添字は入側からの順位である。

ａは式を簡略化したための修正係数であってＯ〜０．１
の範囲内にある。

（３）式と（４）式によりマンドレルの速度と、すべて
の駆動ロールの周速度が決定される。

（４）式は流量一定則を基礎としているが、ロール周速
度をカリバー底で代表しているため±ａすなわち±１０
係の範囲内での修正を必要としている。

無駆動ロールの圧下限界式 第２項はカリバー面積からマンドレル面積を減じた管の
通路の面積変化率であり、全無駆動ロールカリバーの面
積変化率である。

上限は押込力解除後、管が駆動ロールによって前進可能
な限界であり、下限はマンドレルと管内面の間隙を縮小
させる本発明を有効ならしめるための限界値である。

駆動ロールの限界圧下式 第２項はカリバーの面積からマンドレル面積を減じた管
の通路の面積変化率であり、全駆動ロールカリバーの面
積変化率である。

上限はこの工程で圧延される管の薄肉限界から決定され
るものであり、主としてマンドレルの寿命が関係してい
る。

下限は押込力を解除したのち管を前進させるための条件
式である。

従って（５）式で０．１〜０．３程度の小さな値を選べ
ば、（６）式の下限は０．２５程度まで広げることも作
業としては不可能ではないが、（６）式の範囲内であれ
ば常時安定した作業が可能である。

第３の工程を以上の様に構成することにより、前述の効
果をあげることができる。

すなわち、前述（１）の効果は無駆動ロールの圧下式（
５）によって管の外径を効果的に圧下したのち、駆動ロ
ールの限界圧下式（６）の範囲内で肉厚圧下を効果的に
行なうことが出来る。

従来法においては駆動ロールにより一挙に外径と肉厚を
圧下しようとするために、カリバー形状は著るしい楕円
形でなければならず、円形断面のマンドレルを挿入して
圧下する場合には円周方向の肉厚圧下は極めて不均一と
なり、無駄な変形が多く、延び率が大きく出来ず、仕上
管の寸法精度も悪かった。

本発明の前述（２）の効果はマンドレルにより管底を押
し抜くことによって得られる。

このときの作業条件はマンドレルの速度式（３）と駆動
ロールの速度式（４）によって与えられる。

従来法では押込力がないために、各ロールに噛込時に、
全スタンドにより管が圧延されている定常状態より２〜
３倍のトルクが発生し、これに備えて駆動系の容量を大
きくしなければならないばかりか、慣性が大きくなるた
め制御の遅れが発生した。

本発明の前述（３）の効果は、マンドレルを所定の速度
で押込むことによってもたらされる。

すなわち、マンドレルの速度式（３）と駆動ロールの速
度式（４）によって与えられる。

すなわち、従来法例えばマンドレルミルでは管の前端が
各ロールに順次噛込まれる度に、マンドレルと管の前部
との速度差は階段状に上昇し、これによって管の変形は
その度に変化することになるが、本発明においては管の
前端が最終駆動ロール組を通過するまでマンドレルによ
り押し抜くのであるから、この様な不都合は軽減される
。

本発明の前述（４）の効果は、マンドレル前端が最終駆
動ロール組を通過するまで従来法よりマンドレルの速度
を速く保っているので管速も速くなり、前述の条件から
付ずい的に得られる効果である。

本発明の前述（５）の効果は底付管を使用することによ
り空気の流通が悪いこと、および第１の工程と第２の工
程で同じマンドレルを使用するため管の内面と空気が接
触する機械が極めて限られていること、さらには、マン
ドレルにより管内表面の温度が低下しており、酸化速度
が遅いことから明らかである。

さらに、これらのマンドレルに酸素と反応しやすい物質
を塗布しておくこと、あるいは酸化鉄を還元しやすい物
質を塗布しておくことにより、なお一層の効果をあげる
ことが出来る。

これらの塗布剤としては、同時に熱間潤滑剤としての機
能を有する黒鉛、石油、動植物性油、卑金属および卑金
属塩類等を適当なバインダと混合して用いられる。

なお、前記（２）〜（６）式の条件は、この条件による
・圧延の作用および効果から理解されるように、第３の
圧延工程前の工程が前記穿孔圧延および第２の圧延工程
以外のものであっても応用され得るものである。

すなわち、例えは庭付円筒素管がプレスロール穿孔性以
外で製造された場合、あるいはマンドレルを穿孔時のも
のより小径のものに入れ換えた場合であっても、上記条
件の圧延は管の延伸工程に応用される。

第１表は従来法と本発明法の第２の工程圧延直前の酸化
層厚さと、該工程圧延後の管の内面粗度の比較を示して
いる。

従来法がそれぞれ１５μと２５μであるに対し、本発明
法は５１ｃと８μで本発明法の方が優れている。

第３の工程においてもこれらの結果が踏襲されることは
明らかである。

第２表は従来法と本発明法を第３の工程で比較したもの
であり、全伸び率（−素管寸法／圧延仕上寸法）噛込時
の最大トルク比、噛込不良発生率、マンドレル速度変化
比、仕上管の寸法精度などすべて本発明法が優れている
。

これらの検証は生産用連続圧延機の２分の１の規模の試
験圧延機で行なったものであるが、生産用の圧延機と同
様の傾向を示すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明法の第１工程を説明する側面図、第１
図Ｂは同Ａ−Ａ断面図、第２図は本発明法の第２工程を
説明する側面図、第３図は本発明の第３工程を説明する
側面図、第４図Ａはカリバー図、および第４図Ｂはカリ
バー内の管の面積とマンドレル面積を示す図面である。 １．８，１３，１４，１５・・・・・・圧延ロール、２
゜７．１２・・・・・・押込装置、３・・・・・・ブル
ーム、３・・・・・・庭付円筒素管、４，１１・・・・
・・マンドレル。 ＝１７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多角形断面ブルームを、駆動されたロール組により
   構成される略円形カリバーに向って押入し、該ブルーム
   の軸芯部にマンドレル端に装着したプラグを進入せしめ
   て庭付円筒素管に穿孔したのち、該庭付円筒素管とマン
   ドレルを穿孔完了の状態で一体的に第２の工程へ送り、
   該第２の工程においては、パスラインの廻りにロール組
   を、その回転軸を同方向に捩り、かつ同方向に回転駆動
   し、該ロール組により構成されるパスに向って、前記庭
   付円筒素管の底部を前方として、マンドレルに押込力を
   加えながら、プラグが少なくとも出側において管がロー
   ルから離れる位置を通過するまで押し進めて圧延し、そ
   ののちマンドレルに加えた押込力を中止して引続き圧延
   する継目無金属管の製造方法。 ２ 多角形断面ブルームを、駆動されたロール組により
   構成される略円形カリバーに向って押入し、該ブルーム
   の軸芯部にマンドレル端に装着したプラグを進入せしめ
   て庭付円筒素管に穿孔したのち、該庭付円筒素管とマン
   ドレルを穿孔完了の状態で一体的に第２の工程へ送り、
   該第２の工程においては、パスラインの廻りにロール組
   を、その回転軸を同方向に捩り、かつ同方向に回転駆動
   し、該ロール組により構成されるパスに向って、前記庭
   付円筒素管の底部を前方として、マンドレルに押込力を
   加えながら、プラグが少なくとも出側において管がロー
   ルから離れる位置を通過するまで押し進めてそののちマ
   ンドレルに加えた押込力を中止して引続き圧延し、つい
   で前記第２の工程で使用したマンドレルを抜取り、管長
   より長いマンドレルをその一端が管底に達するまで挿入
   し、該底部を前方として、第３の圧延工程の入側押込装
   置によりマンドレル露出部に押込力を加えて、無駆動の
   ロールにより構成されるカリバーの後に駆動したロール
   により構成されるカリバーを配設したカリバー列に向っ
   て、該マンドレルの前端部が少なくとも駆動したロール
   組によって構成される最終カリバーに達するまで押し進
   めたのち、マンドレルの押込力を解除して圧延すること
   を特徴とする継目無金属管の製造方法。