JP4506563B2

JP4506563B2 - 超薄肉継目無金属管の冷間製造方法

Info

Publication number: JP4506563B2
Application number: JP2005154836A
Authority: JP
Inventors: 千博林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: JP2006326652A

Description

本発明は、継目無金属管の冷間圧延方法に関し、特に金属管の薄肉側の製造可能範囲を飛躍的に拡大する方法を新たに提出するとともに、超薄肉継目無金属管の冷間製造方法を提案しようとするものである。

継目無金属管は、熱間仕上げの状態で品質上、強度上あるいは寸法精度上の要求を満足し得ない場合、冷間加工工程に送られる。冷間加工工程としては、ドローベンチミルによる冷間抽伸法およびコールドピルガミルによる冷間圧延法が一般的であるが、本発明は、傾斜圧延機を用いた冷間圧延法を新たに提供しようとするものである。

傾斜圧延機は、熱間圧延工程では一般的であり、穿孔圧延機、延伸圧延機あるいは絞り圧延機として採用されているが、冷間圧延工程に傾斜圧延機を採用する例は極めて少なく、わずかに、非特許文献１にフローフィニシャと称する冷間傾斜圧延機の例が報告されているのみである。以下に、フローフィニシャを例にとり、従来技術を説明する。

図１は、フローフィニシャの説明図であり、同図（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図を示す。この圧延機は、内面規制工具としてプラグを使用する３ロール型の傾斜圧延機であり、３個のロール３とプラグ４の間で素管１の外径を縮径しながら肉厚を減じ、圧延管２を製造する。なお、図中の符号５はプラグ支持棒を示す。

フローフィニシャを用いた圧延では、内径縮径率は比較的小さく、肉厚加工率を比較的大きくすることができ、寸法精度、真直度に優れ、内外面肌は美麗であり、テーパ管も製造できる。この圧延機は、プラグを交換するだけでサイズフリー圧延も可能であるが、その反面、圧延速度が極めて遅く、生産能率に難点があるので、薄肉管などの特殊管の製造に供せられる。

日本鉄鋼協会：第２３・２５回西山記念技術講座、小島浩（昭和４８年１１月および昭和４９年３月）、１１１〜１１２頁特願２００５−４７５１０号公報（特許請求の範囲および段落［００２８］〜［００３２］）

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、冷間での傾斜圧延機の肉厚加工率を飛躍的に高め、金属管の薄肉側の製造可能範囲を抜本的に拡大するとともに、傾斜圧延機による超薄肉継目無金属管の冷間製造方法を提供することにある。

本発明者は、上述の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて研究開発を進め、下記の知見を得て、本発明を完成させた。

一般に、管材の塑性加工において、肉厚加工は、管材料をその長手方向（軸方向）に延伸させることによって達成される。すなわち、管材料の傾斜圧延機による冷間圧延工程では、傾斜ロールとプラグとの間で肉厚加工する際に縮径しながら肉厚を減じ、長手方向に延伸する。

本発明者は、肉厚加工する際に、上記のように長手方向にのみ延伸させようとするから、肉厚圧下率が制限され、更なる薄肉化が困難になるものと解釈し、肉厚加工に際して、長手方向に延伸させると同時に円周方向にも延伸させるようにすれば、前述の問題は回避できるものと考えた。因みに、極端な場合としてリングミルによる環状品の圧延について検討すると、環状素材は、長手方向（軸方向）には延伸されずに、環周方向にのみ延伸され、際限なく肉厚を圧下することが可能である。

したがって、傾斜圧延機による管材の肉厚加工では、熱間圧延または冷間圧延の別を問わず、ロールとプラグあるいはマンドレルとの間で肉厚圧下する際には、拡径しながら肉厚圧下し、長手方向に延伸すると同時に円周方向にも延伸させればよい。特に、冷間圧延の場合は、熱間圧延の場合に比較して変形抵抗が極めて高く、かつ、管材料と工具との間の摩擦係数は極めて小さいのでスリップしやすく、肉厚加工がより難しい事情にあり、この点に留意する必要がある。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記（１）〜（４）に示す傾斜圧延機を用いた超薄肉継目無金属管の冷間製造方法にある。

（１）継目無金属管の冷間圧延工程に２ロールまたは３ロール型の傾斜圧延機を採用し、内面規制工具としてプラグまたはテーパマンドレルを用いて素管を拡径しながら肉厚を減じることを特徴とする超薄肉継目無金属管の冷間製造方法。

（２）前記プラグまたはテーパマンドレルの仕上げ最大径が素管の外径よりも大きいことを特徴とする前記（１）に記載の超薄肉継目無金属管の冷間製造方法。

（３）前記素管として、熱間製造プロセスにより製造された継目無金属管を再度加熱して延伸圧延を行うことによりさらに肉厚を減じた継目無金属管を用いることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の超薄肉継目無金属管の冷間製造方法。

（４）前記熱間延伸圧延が傾斜圧延機を用いて拡径しながら肉厚を減じる圧延であることを特徴とする前記（３）に記載の超薄肉継目無金属管の冷間製造方法。

本発明において、「傾斜圧延機」とは、傾斜ロールを備え、管材を長手方向に延伸すると同時に円周方向にも延伸させる機能を有する圧延機を意味する。

「超薄肉継目無金属管」とは、肉厚が１．２ｍｍ以下の継目無金属管を意味する。

「熱間製造プロセス」とは、マンネスマン・マンドレルミルプロセス、マンネスマン・プラグミルプロセス、マンネスマン・アッセルミルプロセス、マンネスマン・プッシュベンチミルプロセス、ユジーンエクストルージョンプロセスなどによる熱間製管プロセスを意味する。

そして、「延伸圧延」とは、素管内に挿入されたプラグあるいはマンドレルなどの内面規制工具とロールとの間で素管を圧延することを意味する。

本発明法によれば、継目無金属管の冷間圧延工程に２ロールまたは３ロール型の傾斜圧延機を採用し、内面規制工具としてプラグまたはテーパマンドレルを用いて、冷間傾斜圧延法により素管を拡径しながら肉厚を減じることにより、超薄肉継目無金属管を製造することができる。したがって、本発明の超薄肉継目無金属管の製造方法を用いることにより、冷間加工法による継目無金属管の薄肉側の製造可能範囲を飛躍的に拡大することができる。

本発明は、前記のとおり、継目無金属管の冷間圧延工程に２ロールまたは３ロール型の傾斜圧延機を採用し、内面規制工具としてプラグまたはテーパマンドレルを用いて素管を拡径しながら肉厚を減じることを特徴とする超薄肉継目無金属管の冷間製造方法である。以下に本発明の方法についてさらに詳しく説明する。

本発明の実施形態を図２および図３に示した。図２は、内面規制工具としてプラグを使用した本発明に関する冷間傾斜圧延方法の説明図であり、同図（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図を示す。また、図３は、内面規制工具としてテーパマンドレルを使用した冷間傾斜圧延方法の説明図であり、同図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ図２の場合と同様である。

図２に示されるとおり、内面規制工具としてプラグ４を備え、ロール３がパスラインに対して傾斜角βおよび交叉角γをなして配置された３ロール型の傾斜圧延機に、図中の矢印で示す方向から素管１供給し、３個のロール３と、プラグ支持棒５により支持されたプラグ４との間で素管１を拡径しながらその肉厚を減じて、圧延管２を製造する。また、図３に示されるように内面規制工具としてテーパマンドレル６を使用した場合においても、前記図２にて説明したのと同様に、素管１を拡径しながらその肉厚を減じ、圧延管２を製造する。なお、図２および図３においては、従来方法と比較するために、傾斜圧延機として３ロール型の傾斜圧延機を示したが、２ロール型の傾斜圧延機を用いた場合にも、同様にして圧延管２を製造することができる。

本発明では、継目無金属管の冷間圧延工程に２ロールまたは３ロール型の傾斜圧延機を採用し、内面規制工具としてプラグまたはテーパマンドレルを用いて、少なくとも、内径を縮径することなく肉厚を減じる。さらに望ましくは、素管の外径よりも大きな仕上げ直径を有するプラグまたはテーパマンドレルを使用して、内径および外径をともに拡径しながら肉厚を減じ、長手方向に延伸しながら円周方向にも延伸するのがよい。

本発明の方法を用いることによって、継目無金属管の薄肉側の製造可能範囲は、飛躍的に拡大するが、さらに本発明者が先に提案した非特許文献２に記載の方法と組み合わせることにより、一段と薄肉の継目無金属管の製造が可能となる。すなわち、熱間製造プロセスにより製造された小径薄肉継目無金属管を再度加熱し、延伸圧延を追加して肉厚を減じた小径薄肉継目無金属管を素管として、本発明に関する傾斜圧延機を用いた冷間圧延を行うことにより、容易に超薄肉継目無金属管を製造することができる。

なかんずく、前記追加の熱間延伸圧延工程においても傾斜圧延機により拡径圧延を行えば、２回の拡径圧延が繰り返されて画期的な超薄肉継目無金属管の製造が可能となり、外直径が１〜２インチクラスで、肉厚が０．５ｍｍ程度の超薄肉継目無金属管の製造が実現できる。

なお、冷間圧延工程において、プラグを使用して傾斜圧延する場合には、前記熱間延伸圧延工程の傾斜圧延によって生じたスパイラルマークを消失せしめることができないばかりでなく、新たなスパイラルマークが発生するので、注意を要する。この場合は、ロール傾斜角を可能な限り小さくして圧延することが必要となるが、スパイラルマークが許容できない程度のものとなれば、軽圧下の冷間抽伸を追加せざるを得なくなる。

本発明の冷間傾斜圧延法による超薄肉金属管の製造方法の効果を確認するため、下記の試験を行い、その結果を評価した。

（本発明例１）
マンネスマン・マンドレルミルプロセスにより製造された外直径３４．０ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの１８％Ｃｒ−８％Ｎｉステンレス鋼管を供試素管とし、３ロール型傾斜圧延機により、プラグを使用して、外径５０．８ｍｍ、肉厚１．２ｍｍに冷間圧延した。
試験条件および試験結果を以下に要約する。

ロール交叉角：γ＝８°
ロール傾斜角：β＝６°
プラグ径：ｄｐ＝４７．４ｍｍ
素管外径：ｄｏ＝３４．０ｍｍ
素管肉厚：ｔｏ＝３．５ｍｍ
冷間傾斜圧延後の管外径：ｄ₁＝５０．８ｍｍ
冷間傾斜圧延後の管肉厚：ｔ₁＝１．２ｍｍ
拡径比：ｄ₁／ｄｏ＝１．４９
延伸比：ｔｏ（ｄｏ−ｔｏ）／｛ｔ₁（ｄ₁−ｔ₁）｝＝１．７９
（肉厚／外径）比：ｔ₁／ｄ₁＝２．３６％
上記試験では内面規制工具としてプラグを使用したが、ロール傾斜角を小さくとって拡径圧延を行ったので、スパイラルマークの発生は軽微であり、鋼管の内面肌は美麗であって、品質上、特に問題はなかった。

（本発明例２）
マンネスマン・マンドレルミルプロセスにより製造された外径２５．４ｍｍ、肉厚３．３ｍｍの２５％Ｃｒ−３５％Ｎｉ−３％Ｍｏ高合金鋼管を供試素管として、これを再加熱して９２０℃の温度にて、２ロール型傾斜圧延機により、プラグを用いて、外径３８．２ｍｍ、肉厚１．２ｍｍに拡径延伸圧延した。得られた管を素管として、さらに、冷間圧延工程において、３ロール型傾斜圧延機により、テーパマンドレル使用して、外径５０．８ｍｍ、肉厚０．５ｍｍに拡径圧延した。

試験条件および試験結果を以下に要約する。
（１）熱間傾斜圧延工程（２ロール型傾斜圧延機およびプラグ使用）
ロール交叉角：γ＝２０°
ロール傾斜角：β＝１２°
圧延温度：９２０℃
プラグ径：ｄｐ＝３４．０ｍｍ
素管外径：ｄｏ＝２５．４ｍｍ
素管肉厚：ｔｏ＝３．３ｍｍ
熱間傾斜圧延後の管外径：ｄ₁＝３８．２ｍｍ
熱間傾斜圧延後の管肉厚：ｔ₁＝１．２ｍｍ
拡径比：ｄ₁／ｄｏ＝１．５０
延伸比：ｔｏ（ｄｏ−ｔｏ）／｛ｔ₁（ｄ₁−ｔ₁）｝＝１．６４
（肉厚／外径）比：ｔ₁／ｄ₁＝３．１４％
（２）冷間圧延工程（３ロール型傾斜圧延機およびテーパマンドレル使用）
ロール交叉角：γ＝８°
ロール傾斜角：β＝６°
テーパマンドレル径：ｄｍ＝４８．６ｍｍ
素管外径：ｄ₁＝３８．２ｍｍ
素管肉厚：ｔ₁＝１．２ｍｍ
冷間傾斜圧延後の管外径：ｄ₂＝５０．８ｍｍ
冷間傾斜圧延後の管肉厚：ｔ₂＝０．５ｍｍ
拡径比：ｄ₂／ｄ₁＝１．３３
延伸比：ｔ₁（ｄ₁−ｔ₁）／｛ｔ₂（ｄ₂−ｔ₂）｝＝１．７７
（肉厚／外径）比：ｔ₂／ｄ₂＝０．９８％
上記の試験では、冷間の傾斜圧延においてテーパマンドレルを使用したので、２回の傾斜圧延で発生するスパイラルマークは、許容できる程度の軽微なものであって、管の内外面肌は美麗であり、品質上、問題はなかった。

本発明の方法によれば、継目無金属管の冷間圧延工程に傾斜圧延機を採用し、内面規制工具としてプラグまたはテーパマンドレルを用いて、冷間傾斜圧延法により素管を拡径しながら肉厚を減じることにより、超薄肉継目無金属管を製造することができる。したがって、従来の冷間仕上げ継目無金属管のおよそ２／３以下の肉厚を有する継目無金属管が経済的に安定して製造可能となれば、ＴＩＧ溶接管、レーザ溶接管などの薄肉溶接金属管を、本発明法により製造される高い信頼性を有する超薄肉継目無金属管により代替することが可能となる。さらにまた、外径が１〜２インチクラスで肉厚０．６ｍｍ以下の超薄肉継目無金属管を安定して製造できれば、カラーレーザプリンターの加熱スリーブ、同じく加圧ロール、あるいは燃料電池のセルケースなどのハイテク分野への適用も可能となる。

従来の冷間傾斜圧延機（フローフィニシャ）の説明図であり、同図（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図を示す。内面規制工具としてプラグを使用した本発明に関する冷間傾斜圧延方法の説明図であり、同図（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図を示す。内面規制工具としてテーパマンドレルを使用した本発明に関する冷間傾斜圧延方法の説明図であり、同図（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図を示す。

符号の説明

１：素管、２：圧延管、３：ロール、４：プラグ、５：プラグ支持棒、６：テーパマンドレル、
β：ロール傾斜角、 γ：ロール交叉角

Claims

継目無金属管の冷間圧延工程に２ロールまたは３ロール型の傾斜圧延機を採用し、内面規制工具としてプラグまたはテーパマンドレルを用いて素管を拡径しながら肉厚を減じることを特徴とする超薄肉継目無金属管の冷間製造方法。
前記プラグまたはテーパマンドレルの仕上げ最大径が素管の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の超薄肉継目無金属管の冷間製造方法。
前記素管として、熱間製造プロセスにより製造された継目無金属管を再度加熱して延伸圧延を行うことによりさらに肉厚を減じた継目無金属管を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の超薄肉継目無金属管の冷間製造方法。
前記熱間延伸圧延が傾斜圧延機を用いて拡径しながら肉厚を減じる圧延であることを特徴とする請求項３に記載の超薄肉継目無金属管の冷間製造方法。