JP4284657B2 - 孔型圧延ロール群及びこの孔型圧延ロール群を用いたマンドレルミル圧延方法並びにマンドレルミル - Google Patents

Description

本発明は、継目無管の製管設備であるマンドレルミルに用いられ、マンドレルミルの後段に位置する偶数スタンド（マンドレルミル入側から数えて偶数番目のスタンド）で生じ得る圧延不良を防止することが可能な孔型圧延ロール群及びこの孔型圧延ロール群を用いたマンドレルミル圧延方法並びにマンドレルミルに関し、特に、第４スタンド（マンドレルミル入側から数えて第４番目のスタンド）における噛み込み不良やロールスリップを効果的に防止することが可能な孔型圧延ロール群及びこの孔型圧延ロール群を用いたマンドレルミル圧延方法並びにマンドレルミルに関する。

マンネスマン−マンドレルミル方式による継目無管の製造においては、まず素材の丸ビレット又は角ビレットを回転炉床式加熱炉で１２００〜１２６０℃に加熱した後、穿孔機でプラグと圧延ロールにより穿孔圧延して中空素管を製造する。次に、前記中空素管の内面にマンドレルバーを串状に挿入し、通常５〜８スタンドからなるマンドレルミルで外面を孔型圧延ロールで拘束して延伸圧延することにより、所定の肉厚まで減肉する。その後、マンドレルバーを抽出した後、前記減肉された素管を絞り圧延機で所定外径に成形圧延して製品を得る。

マンドレルミルとしては、従来より、各スタンドに対向する一対の孔型圧延ロールが配設され、隣接するスタンド間で圧延ロールの圧下方向を９０°ずらして交互に配置した２ロール式マンドレルミルが多く用いられている。また、各スタンドに圧下方向のなす角が９０°である４つの孔型圧延ロールが配設された４ロール式マンドレルミルが一部で適用されており、さらに、各スタンドに圧下方向のなす角が１２０°である３つの孔型圧延ロールが配設され、隣接するスタンド間で圧延ロールの圧下方向を６０°ずらして交互に配置した３ロール式マンドレルミルも提案されている。

ここで、マンドレルミルを構成する各スタンドの内、奇数スタンド（マンドレルミル入側から数えて奇数番目のスタンド）の入側における素管の肉厚は比較的均一であるものの、偶数スタンドの入側における素管の肉厚については、孔型圧延ロールの溝底部に相当する位置における肉厚がフランジ部に相当する位置における肉厚よりも大きくなる結果、溝底部での圧下量が過大となり、所謂噛み込み不良やロールスリップ等の圧延不良が生じ易いことが知られている。

従来、マンドレルミルの前段に位置する第２スタンド（マンドレルミル入側から数えて２番目のスタンド）に対する圧延不良の防止策は多数提案されているものの、後段に位置する第４スタンド（マンドレルミル入側から数えて４番目のスタンド）に対する圧延不良の防止策は殆ど検討されてこなかった。

例えば、特許文献１には、マンドレルミル入側から数えて偶数番目のロールスタンド（偶数スタンド）における孔型の周長加工度を所定値以上にすることにより、フランジ部に相当する位置における素管の穴あきを抑制する発明が開示されている（特許文献１の段落００５０等）。

また、特許文献２には、第３スタンド（マンドレルミル入側から数えて３番目のスタンド）以降の延伸比が大きいスタンドにおいて孔型の周長加工度を所定値以上にすることにより、フランジ部に相当する位置における素管の穴あきを抑制する発明が開示されている（特許文献２の請求項２等）。

特許文献１及び２のいずれに記載の発明についても、フランジ部に相当する位置における素管の穴あきを抑制することは可能である。しかしながら、本発明の発明者らによる実験等によれば、偶数スタンド（特に第４スタンド）における孔型圧延ロールの溝底部での圧下量過大に起因した噛み込み不良やロールスリップ等を防止することはできないことが分かった。

また、特許文献３には、第４スタンドにおける噛み込み不良やロールスリップ等に起因する穴あきを防止するため、第３スタンドに配設する孔型圧延ロールをクローズドとする（孔型プロフィールのフランジ部側まで曲率半径を小さくする）発明が開示されている（特許文献３の段落００１１、００２３〜００２６）。

特許文献３に記載の発明によれば、噛み込み不良やロールスリップ等に起因する穴あきをほぼ防止することが可能である。しかしながら、本発明の発明者らによる実験等によれば、噛み込み不良やロールスリップ等の圧延不良を完全に防止することはできず、素管表面に疵が生じるため、製品とする際に当該外面疵を削り取る必要があるという問題のあることが分かった。
特開平８−５７５０６号公報 特開平８−２７６２０８号公報 特開２０００−３５１００６号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、第４スタンドにおける噛み込み不良やロールスリップを効果的に防止することが可能な孔型圧延ロール群及びこの孔型圧延ロール群を用いたマンドレルミル圧延方法並びにマンドレルミルを提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、後述するように、第４スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓ４を、第２スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓ２の半分程度に設定すれば、第４スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底部とフランジ部との中間に位置する部位で圧下される素管の部位（以下、適宜「ＱＰ部」という）での圧下量を軽減でき、これにより第４スタンドにおける噛み込み不良やロールスリップを効果的に防止することができることを見出した。換言すれば、特許文献３にも開示されているように、第４スタンドでは溝底部の中央よりもその両側（ＱＰ部近傍）で圧下量が大きくなる傾向があることから、当該ＱＰ部での圧下量を軽減できれば、第４スタンドにおける噛み込み不良やロールスリップを効果的に防止し得ることが期待できることに着目し、鋭意検討した結果、第４スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓ４を、第２スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓ２の半分程度に設定すればよいことを見出した。本発明は、斯かる発明者らの知見に基づき完成されたものである。

すなわち、本発明は、各スタンドに複数の孔型圧延ロールが配設されたマンドレルミルに用いられる孔型圧延ロール群であって、
第２スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓ２と、第４スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓ４とが下記の式（１）を満足するように設定されることを特徴とする孔型圧延ロール群を提供するものである。
Ｓ２×０．４０＜Ｓ４＜Ｓ２×０．６０ ・・・（１）

なお、本発明は、前記孔型圧延ロール群を用いることを特徴とするマンドレルミル圧延方法、又は、前記孔型圧延ロール群が配設されていることを特徴とするマンドレルミルとしても提供される。

本発明によれば、第４スタンドにおける噛み込み不良やロールスリップを効果的に防止することが可能である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明に係る孔型圧延ロール群の一実施形態について、２ロール式マンドレルミルに適用する場合を例に挙げて説明する。

図１は、本実施形態に係る孔型圧延ロール群が適用されたマンドレルミルを構成する各スタンドの構成を概略的に示す縦断面図である。図１に示すように、孔型圧延ロールＲの溝底プロフィール（溝底部Ｂ近傍の孔型プロフィール）の曲率中心（溝底プロフィールを構成する半径ｒの円弧の中心）Ｏ’と孔型中心（パスラインＰＬの中心）Ｏとの距離をＳｉ（ｉはスタンド番号）とすると、第２スタンドにおける距離Ｓ２と、第４スタンドにおける距離Ｓ４とが下記の式（１）を満足するように設定されている。
Ｓ２×０．４０＜Ｓ４＜Ｓ２×０．６０ ・・・（１）

以下、上記の式（１）を満足するように設定した理由について説明する。

特許文献３にも記載されているように、一般的に、マンドレルミルの第４スタンドは仕上スタンドとされており素管Ｐを真円に形成する必要があることから、上記距離Ｓ４は０乃至その近傍の小さな値に設定されている。より具体的に説明すれば、上記距離Ｓ４は上記距離Ｓ２の０．０〜０．２倍程度の小さな値に設定するのが一般的である。

しかしながら、本発明の発明者らは、得られる製品の寸法が寸法公差内に入る限りにおいて、第４スタンドに配設された孔型圧延ロールについての距離Ｓ４を大きく設定すれば、素管ＰのＱＰ部での圧下量を軽減でき、これにより第４スタンドにおける噛み込み不良やロールスリップを効果的に防止することができることを見出した。特に第６スタンドを有するマンドレルミルの場合にはより大きく設定することが可能である。

より具体的に説明すれば、孔型圧延ロールＲの溝底プロフィールの曲率中心Ｏ’と孔型中心Ｏとの距離Ｓｉを大きくすると、素管ＰのＱＰ部の肉厚は溝底部Ｂに相当する位置の肉厚に比べて大きくなる。一般的に、第２及び第３スタンドでは、距離Ｓｉ（Ｓ２、Ｓ３）が正の値（すなわち、曲率中心Ｏ’が孔型中心Ｏより外方に（孔型圧延ロールＲの溝底部Ｂから遠ざかる方向に）位置する）に設定された孔型圧延ロールが配設されているため、第４スタンドの入側における素管Ｐの肉厚についても、ＱＰ部の肉厚は溝底部Ｂに相当する位置の肉厚に比べて大きくなっている。

一方、マンドレルミルの第４スタンドに配設された従来の一般的な孔型圧延ロールは、前述のように距離Ｓ４が小さな値に設定されている結果、必然的にＱＰ部の圧下量が大きくなり、噛み込み不良やロールスリップが生じ易い傾向にある。

そこで、第４スタンドに配設された孔型圧延ロールについての距離Ｓ４を大きく設定する一方、第４スタンドで圧下するべきＱＰ部の肉厚を第５スタンド以降に配分すれば、第４スタンドにおけるＱＰ部での圧下量が軽減され、噛み込み不良やロールスリップを防止できそうであることに着目し、以下に説明する圧延試験を実施した。

＜圧延試験１＞
各スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓｉを表１に示す各値にそれぞれ設定した孔型圧延ロール群を２ロール式マンドレルミルに適用し、圧延試験を実施した。なお、本試験においては、外径３６７．６ｍｍのマンドレルバーを用い、普通鋼からなる素管を各条件でそれぞれ１００本ずつ、マンドレルミル出側で外径３８０ｍｍ、肉厚６ｍｍ、長さ２３ｍとなるように圧延した。そして、圧延後の継目無管に発生した表面疵の発生率を評価することによって、噛み込み不良やロールスリップ等の圧延不良の発生有無を評価することにした。

表１に示すように、従来のようにＳ４／Ｓ２の値が小さ過ぎれば（条件１−７等）、表面疵が多数発生する一方、逆にＳ４／Ｓ２の値を大きくし過ぎても（条件１−１等）、第４スタンドでのＱＰ部の圧下量が小さくなる結果、第６スタンドでのＱＰ部の圧下量が過大となって表面疵が多数発生してしまい、Ｓ４／Ｓ２を０．５０（条件１−４）近傍に設定すれば全く表面疵が発生しないことが分かった。表１に示す結果からすれば、圧延不良を効果的に防止するには、０．４０＜Ｓ４／Ｓ２＜０．６０に設定すれば良く、これは上記の式（１）を満足することを意味する。

＜圧延試験２＞
各スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓｉを表１に示す各値にそれぞれ設定した孔型圧延ロール群を２ロール式マンドレルミルに適用し、圧延試験を実施した。なお、本試験においては、外径３５９．３ｍｍのマンドレルバーを用い、ステンレス鋼からなる素管を各条件でそれぞれ５０本ずつ、マンドレルミル出側で外径３７７ｍｍ、肉厚９ｍｍ、長さ１２ｍとなるように圧延した。そして、圧延後の継目無管に発生した表面疵の発生率を評価することによって、噛み込み不良やロールスリップ等の圧延不良の発生有無を評価することにした。

表２に示すように、従来のようにＳ４／Ｓ２の値が小さ過ぎれば（条件２−２）、表面疵が多数発生する一方、Ｓ４／Ｓ２を０．５０（条件２−２）に設定すれば全く表面疵が発生しないことが分かった。従って、ステンレス鋼についても、前述した圧延試験１の場合と同様に、０．４０＜Ｓ４／Ｓ２＜０．６０に設定すれば（上記の式（１）を満足するように設定すれば）、圧延不良を効果的に防止できることが期待される。

以上に説明した理由に基づき、本実施形態に係る孔型圧延ロール群は、第２スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓ２と、第４スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓ４とが上記の式（１）を満足するように設定されており、これにより第４スタンドにおける噛み込み不良やロールスリップを効果的に防止することが可能である。

なお、本実施形態では、２ロール式マンドレルミルに適用する場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、３ロール式や４ロール式のマンドレルミルにも同様に適用可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る孔型圧延ロール群が適用されたマンドレルミルを構成する各スタンドの概略的構成を示す縦断面図である。

符号の説明

Ｂ・・・溝底部
Ｏ・・・孔型中心
Ｏ’・・・溝底プロフィールの曲率中心
Ｐ・・・素管
Ｒ・・・孔型圧延ロール
ＰＬ・・・パスライン

Claims (3)

1. 各スタンドに複数の孔型圧延ロールが配設されたマンドレルミルに用いられる孔型圧延ロール群であって、
   第２スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓ２と、第４スタンドに配設された孔型圧延ロールの溝底プロフィールの曲率中心と孔型中心との距離Ｓ４とが下記の式（１）を満足するように設定されることを特徴とする孔型圧延ロール群。
   Ｓ２×０．４０＜Ｓ４＜Ｓ２×０．６０ ・・・（１）
2. 請求項１に記載された孔型圧延ロール群を用いることを特徴とするマンドレルミル圧延方法。
3. 請求項１に記載された孔型圧延ロール群が配設されていることを特徴とするマンドレルミル。

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