JPS60206514A - 金属管の傾斜ロ−ル圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は継目無金属管の代表的製造方法であるマンネス
マン製管法等において広く採用されている穿孔機（ピア
サ−）、延伸圧延機（エロンゲータ）等、所謂（ｉＪ斜
ロールを用いた圧延機による圧延方法に関するものであ
る。

〔従来技術〕

一般にマンネスマン製管法による継目無の金属管は、先
ず加熱した丸鋼片をピアサ−に通し、その中心部に穿孔
してホローシェルを得、これを直接、又は必要があれば
ホローシェルをエロンゲータに通し、拡径、延伸圧延を
施した後、例えばプラグミルにて更に延伸圧延し、リー
ラ、サイプにて磨管、形状修正、サイジングを行い、精
整工程を経て製造されている。ところで上記したピアサ
−、エロンゲータにおいてはいずれも丸鋼片、ホローシ
ェルのバスセンタに対して軸心線を傾斜させた櫛形の圧
延ロール（以下傾斜ロールという）とプラグとを組合せ
た、所謂傾斜圧延機が用いられる。例えばピアサ−につ
いてみると、第１図に示す如く、軸長方向の中間に直径
が最大となるゴージ部１１を備え、このゴージ部１１の
両側に夫々端末側に向うに従い直径が漸減されて円錐台
形をなす入口面１２、出口面１３を備えた一対の傾斜ロ
ールｌｊ！、Ｉｒと、全体として弾頭形状をなし、先端
側から略円錐体状をなす圧延部２１、これに続く略円錐
台状をなすリーリング部２２及び基端末に向うに従って
縮径された逃げ部２３を具備するプラグ２とを組み合せ
て構成されている。両傾斜ロールＩＩ！。

１ｒは丸鋼片Ｂのパスセンタの両側に夫々圧下位置關節
用の圧下スクリュ１４ｆ　、　１４ｒにて支持されて平
面視で軸心線がパスセンタと平行（又は交叉角αだけｆ
頃斜させて）に、また側面視で一方の傾斜ロールは入口
面１２が上側を向くように、又他方は下側を向くように
傾斜角βだけパスセンタに対し傾斜させて配設され、更
にプラグ２はその軸心線をパスセンタに一致せしめて配
設されている。加熱された丸鋼片Ｂは白抜矢符で示す如
く軸長方向に移送されてきて両傾斜ロール１１！、１ｒ
の入口面１２゜１２間に噛み込まれ、軸心線間りに回転
されつつ軸長方向に移送される、所謂螺進移動せしめら
れつ、つその中心部にプラグ２を貫入せしめられ、傾斜
ロールＩｊ！、Ｉｒとプラグ２とによって穿孔圧延され
るようになっている。

ところでこのようにして製造されるホローシェルには圧
延条件によって種々の欠陥が発生するが、特にホローシ
ェルの内、外面に螺旋状に発生した偏肉疵は、後工程で
エロンゲータ、マンドレルミル、ストレッチ・レデュー
サ、リーラに通しても解消するのが難しく、成品品質に
与える影響が極めで大きいという問題があった。

このため従来よりホローシールの肉厚一定化のための種
々の配慮がなされているが、その考え方の中心はホロー
シールの肉厚は傾斜ロールｌβ。

１ｒの出口面１３とプラグ２の特にリーリング部２２と
の対向面間隔を一定とし、且つこの対向部分の長さをホ
ローシール移動方向に対し可及的に長くするのが偏肉矯
正、又は偏肉発生の防止上望ましいとするものである。

このため具体的にはプラグ２の特にリーリング部２２の
寸法精度を高め、またリーリング部２２の軸長寸法を長
くする。また傾斜ロール１／！、ｌｒはその入口面１２
、出口面１３がロール軸に対してなす角度（面角という
）を３°〜４．５　°　１程度に設定され、しかも丸鋼
片Ｂのパスセンタに対しロール軸を所定の傾斜角に伸け
て設定されるが、この状態で圧下量を調節する場合には
プラグ２のリーリング部２２との対向面が変位しないよ
う、相互に平行移動せしめ、傾斜角はやむを得ない場合
を除いて変更せず、又変更した場合には圧下スクリュ１
４ｆ、　１４ｂを個別に操作し、パスセンタに対する交
叉角をも変えて傾斜ロールＩＬＩｒとリーリング部２２
との対向面間隔を一定に維持せしめる。

更に傾斜ロールｌｊ２．ｌｒとプラグ２との相対位置は
プラグ２の圧延部２１による圧下率を大きく、逆にリー
リング部２２による圧下率が小さくなるよう設定する。

しかしこのような配慮のみでは依然十分に偏肉を抑制す
るのが難しく、管品質の向上を図るうえでの大きな障害
となっていた。

本発明者は上述した如き偏肉疵の発生原因につき実験研
究を行った結果、偏肉現象を生ぜしめる理由は概路次の
ように推測される。

第２図は第１図の■−■線による模式的断面図であり、
プラグ２によらて穿孔された丸鋼片はプラグ２と傾斜ロ
ールＩＣ１ｒとの対向面間で加圧。

延伸されてホローシェルＨに成形されるが、この過程で
はプラグ２と傾斜ロール１ｊ２．ｌｒとの対向面間で加
圧されたホローシェルＨはこの部分で薄肉化され、この
部分の材料は軸長方向、周方向に展延されるが、周方向
への展延によってホローシェルＨは外径を拡大しようと
する力を受ける。しかしホローシェルＨの上、下部はガ
イドシュー３ｕ。

３ｄに摺接しており外径の拡大が抑制されるために外径
を拡大しようとする力は逆に圧縮力として作用し、この
圧縮力がプラグ２と傾斜ロールｌＩ！。

１ｒとの対向面間部分を除く他の部分で増肉を生じさせ
る。ちなみにプラグ２の軸中心、プラグ２と傾斜ロール
１１１．ｌｒとの対向面中心を通る平面（Ｙ−Ｙ面）か
らこれと直交する平面＜２−２面）に至る過程で生じる
ホローシェルの増肉量は２〜５龍程度である。

本発明者はまた上述した如き実験、研究の過程で、次の
ような事実を知見した。即ち第１図に示す如く、プラグ
２のリーリング部周面と各傾斜口−ルｌ　Ｉ２．ｌｒの
出口面１３との対向面、又はその接線がパスセンタに対
してなす角度、即ちプラグ２のリーリング部２２と対向
する傾斜ロール１β＋１ｒの出口面１３又はその接線と
パスセンタとの角度θ１とプラグのり−リング部表面又
は接線とバスセンタとの角度θ２との関係、特に両者の
差（以下対向面角度差という）と偏肉率とが密接な関係
にあることを知見した。第３図は上記対向面角度差と偏
肉率（平均値）との関係を示すグラフであって、横軸に
対向面角度差を、また縦軸に平均偏肉率（長手方向の偏
肉分布の加重平均）をとって示しである。このグラフか
ら明らかなように、対向面角度差の値が２゛又はその前
、後で偏肉率が最小値を呈するが、それ以上、又はそれ
以下では偏肉率が増大し、差が２°以下では略直線的に
、また２゛以上では二次曲線的に増大していることが解
る。ちなみに２°以下の領域での偏肉率δは下式で近似
される。

δ−Ｃ−Ａ　（θ１−θ２） 但し、Ｃ，Ａ：定数 なお上記した第３図のグラフは材質が低炭素鋼製であっ
て直径１８７ｍ１の丸鋼片に１４７鶴の孔を穿設したと
きの結果であるが、同じ材質で、且つ同じ直径の丸鋼片
に異なる径の孔を穿設したところ、夫々偏肉率が最低を
呈する対向面角度差が存在し、しかも各孔径によって対
向面角度差は異なるが偏肉率との関係は前記第３図に示
すグラフと略同様のパターンを呈することが確認された
。

〔目的〕

本発明はかかる知見に基づきなされたものであって、そ
の目的とするところはｆ頃斜ロールとプラグとの対向面
角度差と偏肉率との関係をめ、偏肉率が目標偏肉率と一
致するよう対向面角度差を調節すべく傾斜ロールの交叉
各及び／又は傾斜各を調節することにより、偏肉率を効
果的に低減出来て、管品質の大幅な向上が図れるように
した金属管の傾斜ロール圧延方法を提供するにある。

〔構成〕

複数の傾斜ロールを用いて被圧延材をその軸心線方向に
蝮進移動させつつ前記軸心線に沿ってプラグを貫入せし
め、被圧延材を穿孔圧延し、又は拡径・延伸圧延する過
程において、圧延後の管の肉厚を測定して偏肉率をめ、
該偏肉率と、傾斜ロール及びプラグの対向面角度差との
関係をめ、偏肉率を目標偏肉率と一致させ得る対向面角
度差をめ、対向面角度差を調節すべく傾斜ロールの交叉
角及び／又は１頃斜角を調節することを特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明をピアサ−に適用した実施例を示す図面に基
づき具体的に説明する。第１図は本発明方法において用
いるプラグと傾斜ロールとの関係を示す説明図であり、
図中Ｂは丸鋼片、Ｈはホローシェル、１１１．１ｒは傾
斜ロール、２はプラグを示している。丸鋼片Ｂは所定温
度に加熱された白抜矢符方向から軸長方向に移送されて
きて、ピアサ−に送り込まれ、外周面に転接した傾斜ロ
ールＩｊＬｊｒによって軸心線層りに回転せしめられつ
つ軸長方向に移動せしめられ、プラグ２が中心部に貫入
せしめられ穿孔されるようになっている。

各傾斜ロールＩＣ１ｒはその軸長方向の中間部に直径が
最大となるゴージ部１１を備え、またこの両側には夫々
ロール端側に向うにしたがって直径が縮小されて円錐台
形をなす入口面１２、出口面１３を備えており、丸鋼片
Ｂのパスセンタの両側において、夫々ロール軸を圧下ス
クリュ１４ｆ、１４ｂにて支持され、平面視で軸心線を
バスセンタに対して夫々入口面１２．１２が相離反する
向き、換言すれば岡山口面１３．１３が相接近する向き
に夫々所定の交叉角αで傾斜させ、また側面視では傾斜
ロール１ｒはその入口面１２を上方に、傾斜ロール１１
はその出口面Ｉ３を下方に向けてバスセンタに対し互い
に上、下逆向きに夫々所定の傾斜角で傾斜させて配設さ
れ、夫々図示しない駆動源にて矢符で示す如く同方向に
回転駆動せしめられている。

なお、各傾斜ロール１ｊ２．Ｉｒの交叉角、傾斜角は夫
々交叉角調節部１５及び傾斜角調節部１６にて設定され
るようになっている。

一方プラグ２は弾頭状に形成され、その先端部側を丸鋼
片Ｂの移送されてくる側に向けた状態でバスセンタに沿
わせてマンドレルミルＭの先端基部に軸心部に軸心線間
りに回転自在に枢支れさている。プラグ２は第５．６図
に示す如く先端部が丸味を帯びた略円錐体をなす圧延部
２１、この圧延部２１に連らなり略円錐台をなすリーリ
ング部２２及びこのリーリング部２２に連らなり基端末
側が縮径された逃げ部２３を備えている。

３０は前記した対向面角度差を最適に設定するための演
算制御部であって、交叉角調節部１５．１頃斜角調節部
１６に付設されている交叉角、傾斜角検出用のセンサＳ
Ａ＋　、Ｓｊ！ｚ　、Ｓｒ１　、Ｓｒ２からの信号に基
づいて交叉角α、傾斜角βを検出すると共に、ピアサ出
側に配した肉厚測定器３１からの出力信号を所定のタイ
ミングで読み込み、各センサＳβ１等からの信号に基づ
いて傾斜ロールＢ。

ｌｒの出口面１３とプラグ２のリーリング部２２との対
向面角度差Δθ（＝θ、−θ２）を算出する一方、肉厚
測定器３１からの信号に基づいてホローシェルＨの偏肉
率をめ、所定数の偏肉率に基づいてその平均偏肉率を算
出し、対向面角度差と平均偏肉率との関係をめ、またこ
のようにしてめた両者の関係から平均偏肉率を目標偏肉
率に一致せしめるに必要な最適対向面角度差Δθ０をめ
、これを実現すべく交叉角調節部１５、傾斜角調節部１
６に夫々制御信号を出力し、傾斜ロール１１１．１ｒの
姿勢を制御するようになっている。そして姿勢制御後再
び上述の如き平均偏肉率を算出し、外乱、例えば熱膨張
、摩耗による影響を除去し、目標偏肉率に一致するよう
上記過程を反復する。

次に前記した如き制御過程を第５図に示すフローチャー
トに従って具体的に説明する。先ず丸鋼片Ｂの寸法諸元
、ホローシェルＨの目標寸法、傾斜ロールｌｊｌ！、ｌ
ｒ、プラグ２の寸法諸元、並びに目標外径、肉厚、目標
偏肉率等の諸データを演算制御部３０へ入力し、経験的
に初期の対向面角度差を算出する（ステップ■）、、そ
してこの対向面角度差Δθ０を実現するための交叉角α
、傾斜角βを算出する（ステップ■）。この交叉角α、
傾斜角βの算出は、交叉角、傾斜角と、夫々の変更に伴
う対向面角度差との関係をめ、これと、交叉角、傾斜角
の変更配分比（ケースバイケースで設定）とに基づき算
出される。設定すべき交叉角。

ｆ１１斜角が算出されると、交叉角変更に伴うゴージ部
１１の移動量に相応してプラグ２の位置を調節しくステ
ップ■）、次いで各交叉角、傾斜角の各調節部１５．１
６に制御信号を出力し、交叉角、傾斜角を変更せしめて
傾斜ロールＩＣ’ｌｒを所定の姿勢に設定する（ステッ
プ■）。交叉角、１頃斜角が所定の角度に設定されたか
否かは各調節部１５．１６に付設したセンサ５Ｉ１１＋
　５ｌｔ２＋　Ｓｒｌ　＋　Ｓｒ２からの信号を取り込
むことによって検出する。

次にプラグ２のリーリング部２２と１頃斜ロール１１、
ｌｒの出口面１ｉとの最短距離となる位置での出口面１
３とパスセンタＸ−Ｘ線との距離を算出し、ピアサ出側
における最小肉厚ｔｍｉｎを予測し、当該最小肉厚ｔｍ
ｉｎが目標肉厚と一致するようプラグ２に対する傾斜ロ
ール１℃、１ｒの間隔、即ちロール開度を設定しくステ
ップ■）、穿孔圧延を開始する（ステップ■）。ピア号
の出側に配した肉厚測定器３１にて検出したホローシェ
ルＨの肉厚測定信号を所定のタイミングで演算制御部３
０に取り込み、その偏肉率を算出しくステップ■）、算
出した偏肉率個数が予め定めた値ｍに達すると（ステッ
プ■）、それについての平均偏肉率を算出し記憶する（
ステップ■）。

そしてこの平均偏肉率が目標偏肉率に達しているか否か
を判断しくステップ＠ｌ）、目標偏肉率が得られていな
い場合にはΔθを多少変更し、最適化が得られる水準で
ステップ■に戻り繰り返し計算を行う。次に目標偏肉率
を得るための対向面角度差を定め（ステップ■）、これ
を実現すべく交叉角及び／又は傾斜角（主として交叉角
）の変更量を算出し交叉角を修正する（ステップ＠）。

またこの交叉角修正によるピアサ出側の最小肉厚を予測
しくステップｏ）、目標肉厚が得られるよう傾斜ロール
ＩＪ、ｌｒ開度を変更しくステップ■）、穿孔圧延を行
う（ステップ■）。同様にしてピアサ出側の肉厚測定容
器３１による検出信号に基づき偏肉率をめ、平均偏肉率
を算出しくステップ＠）、これが目標偏肉率か否かを判
断しくステップＯ）、ステップ［相］に戻って再び上述
の過程を平均偏肉率が目標偏肉率に一致するまで反復す
る。

なお上述の実施例はピアサ出側でホローシェルの肉厚を
測定してこれに基づき平均偏肉率をめ、この平均偏肉率
と対向面角度差との関係に基づき、対向面角度差を最適
値に設定すべく傾斜ロール姿勢を変更することとした構
成につき説明したが、予め各種寸法諸元の丸鋼片Ｂ及び
穿孔圧延条件毎に偏肉率と対向面角度差との関係、即ち
第３図に示したグラフで示す如き関係をめてテーブル化
し、演算制御部３０へ入力しておき丸鋼片Ｂの寸法諸元
、圧延条件を入力することによって対応する値をテーブ
ルから選択し、目標偏肉率を与える対向面角度差をめ、
これを達成すべく傾斜ロールの交叉角及び／又は傾斜角
を設定制御し、穿孔圧延中、肉厚測定器３１でめた偏肉
率が目標偏肉率と一致しない場合は、相互の偏差は外乱
、例えばプラグ等の熱膨張、或いは摩耗等の影響による
ものとして、偏肉率を目標偏肉率に一致するよう既述し
たグラフに従って偏肉率が小さくなるよう対向面角度差
を修正すべく、傾斜ロールＢ。

１ｒの交叉角、傾斜角を修正する構成としてもよいこと
は勿論である。

〔効果〕

以上の如く本発明方法にあっては穿孔圧延又は拡径・延
伸圧延後の管の肉厚を測定してその偏肉率を算出し、該
偏肉率と、傾斜ロール及びプラグの対向面角度差との関
係をめ、偏肉率を目標偏肉率に一致せしめるべく対向面
角度差を調節することとしているから、偏肉率を効果的
に抑制し得て、管品質の大幅な向上を図れ、歩留が高い
など本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はピアサによる一般的な穿孔圧延の態様を示す模
式図、第２図は第１図の■−■線による模式的断面図、
第３図は傾斜ロール、プラグの対向面角度差と偏肉率と
の関係を示すグラフ、第４図は本発明方法の実施状態を
示す模式図、第５図は制御過程を示すフローチャートで
ある。 Ｈ！、ｌｒ・・・１頃斜ロール　２・・・プラグ　３ｕ
、３ｄ・・・　５ガイドシユ　１１・・・ゴージ部　１
２・・・入口面　１３・・・出口面　２１・・・圧延部
　２２・・・リーリング部　２３・・・逃げ部　３０・
・・演算制御部　３１・・・肉厚測定器Ｂ・・・丸鋼片
　Ｈ・・・ホローシェル特　許　出願人　住友金属工業
株式会社代理人　弁理士　河　野　登　夫 ｌｒ 菖　ｌ　図 １　２　３ ｔ、７四面角度Ａ（°〕 第　３　図 （ 第１頁の続き ■発明者　藤沢　和夫　馴市西長洲 術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数の傾斜ロールを用いて被圧延材をその軸心線方
   向に螺進移動させつつ前記軸心線に沿ってプラグを貫入
   せしめ、被圧延材を穿孔圧延し、又は拡径・延伸圧延す
   る過程において、圧延後の管の肉厚を測定して偏肉率を
   め、該偏肉率と、傾斜ロール及びプラグの対向面角度差
   との関係をめ、これに基づいて偏肉率を目標偏肉率と一
   致させ得る対向面角度差をめ、該対向面角度差を実現す
   べく傾斜ロールの交叉角及び／又は傾斜角を調節するこ
   とを特徴とする金属管の傾斜ロール圧延方法。