シームレス鋼管の偏心（板厚ムラ）の原因

シームレス鋼管や精密鋼管の完成品には、偏心厚さの不均一性という問題があります。偏心鋼管は、熱間圧延鋼管の製造工程で最も発生しやすく、その原因の大部分は熱間穿孔時に生じます。自動管圧延機による鋼管の構造分析によると、自動管圧延機で多孔細管を圧延した後、鋼管の縦横方向の不均一な肉厚は、多孔細管の不均一な肉厚分布特性を保持しており、つまり、圧延後も鋼管は螺旋形状を保っていると考えられます。形状の不均一な肉厚と横方向の不均一な肉厚が大幅に増加します。

自動管圧延機の不均一な肉厚が発生する原因は、以下の通りです。① 穿孔毛細管の不均一な肉厚の存在形態と程度は、圧延鋼管の不均一な肉厚の存在形態と程度に直接影響します。② 自動管圧延機で鋼管を圧延する際、エジェクタロッドの曲がりによりプラグの位置がパスの中心からずれ、不均一な肉厚が発生します。管内および管頭の各断面における肉厚と最小肉厚位置はほぼ一定に変化しますが、管端から管頭にかけての肉厚不均一の程度は徐々に大きくなります。そのため、エジェクタロッドの残留曲率を小さくし、圧延中のエジェクタロッドの軸力を低減することは、肉厚不均一の程度を低減する上で重要な効果があります。③ 減肉量が大きいほど、廃管の不均一な肉厚は大きくなります。減肉量が小さい場合、自動管圧延機は穿孔毛細管の不均一な肉厚を低減できます。 ④パス調整が正しくありません。ロールギャップが平行でないと、排水管の肉厚ムラが悪化します。

Φ400mm自動管圧延ユニット、ピアシング、二次ピアシング（伸線）、自動管圧延、レベリングの4つの圧延工程における素管の肉厚測定データにフーリエ変換を施し、肉厚ムラの定量分析と解析を行いました。肉厚ムラの発生原因を解明し、それに基づいて鋼管の肉厚ムラを改善する方法を提案します。
① 二次穿孔（延長）後、廃管の螺旋状の不均一な肉厚分布特性は完成管まで保持されます。そのため、二次穿孔（延長）の改善は、完成管の肉厚精度向上の鍵となります。主な対策は、工具設計の改善です。これにより、回転時のエジェクタピンとプラグの圧延ラインとの同心度が向上します。
② 多孔管の肉厚ムラの改善は重要なポイントです。主な対策としては、管材の加熱均一性の向上、芯出し穴の精度向上、プラグの均一ベルト長さと逆円錐長さの延長、エジェクタピンとプラグ間の距離の改善、回転時のロールラインとの同心度向上などが挙げられます。
③ 管圧延時に顕著な対称的な肉厚ムラが発生しますが、螺旋状の肉厚ムラを低減する効果は一定程度あります。そのため、管を圧延する際には、2回圧延し、パス間で素管を90°回転させる必要があります。
④レベリング工程は、対称形状の肉厚ムラを基本的に除去できるが、螺旋形状の肉厚ムラを除去する効果は小さい。そのため、レベリング機の能力を向上させる必要がある。
⑤フーリエ変換はクロスローリング工程の不均一な肉厚を調べるのに有効な手段であり、この方法は他の鋼管製造装置の不均一な肉厚を調べるのにも利用できる。

仕上げ圧延鋼管や冷間引抜鋼管にも、穿孔による偏心の問題があります。ロール、プラグ、ガイドプレートによって形成される変形領域の幾何学的正確性を破壊する要因は、毛細管の壁厚の不均一性を悪化させます。

（1）ヘッド。 ①プラグの形状設計において、理想的なプラグの転がり円錐はロールの出口円錐と平行である必要があります。プラグを従来のマトヴェイエフの式に従って設計すると、プラグの転がり円錐はロールの出口円錐と平行になりません。このような徐々に拡大する隙間の変形は、必然的に管壁の転がり不足につながり、毛細管の壁厚の不均一性をもたらします。また、送り角の増加に伴い、毛細管の壁厚の不均一性はより深刻になります。②エジェクタロッドの剛性が不十分なため、穿孔プロセス中に曲がりが発生し、プラグが中心位置を維持できず、通過する毛細管の厚さが不均一になります。③プラグが不均一に摩耗または損傷します。

（2）ガイドプレート。①ガイドプレート間の距離が大きすぎる。穿孔工程中、ガイドプレートの拘束によって穿孔の中心線が維持される。ガイドプレート間の距離が大きいと、プラグの位置が大きく変化し、プラグが不安定になり、毛細管の肉厚ムラが発生する。②上下ガイドプレートの偏摩耗も、肉厚ムラを悪化させる。

（3）ローラー。①ロール中心線の偏向：生産工程において、ピアシングマシンの両側のプレススクリューの取り付け不良、またはねじ山とベアリングの摩耗により、2つのローラー間の軸方向が水平方向に偏向し、2つのローラーの送り角度が不一致になります。変形部が歪み、肉厚の不均一を引き起こします。②送り角度が大きい場合、プラグとロールの圧延円錐の非平行度が高くなります。③ロール速度が不適切の場合も、肉厚精度に影響します。

（4）チューブブランクの芯出しと加熱。芯出し穴の偏心と加熱ムラ（オス側とメス側）は、肉厚ムラの原因となります。

（5）穿孔機の剛性、構造、調整。穿孔機本体の剛性が不十分で、そのロック機構が信頼できない。エジェクタロッドのセンタリング装置の調整精度が低く、操作が不安定で、本体との距離が遠い。圧延中心線の調整は、一般的に圧延機中心線よりも低くなっています。その目的は、圧延品の安定性を向上させることです。調整が大きすぎると、圧延ラインが下降した後、変形領域におけるツール間の相対関係が非対称に変化し、毛細管の壁厚の不均一にも影響します。したがって、シームレス鋼管の偏心厚さの不均一を完全に回避する方法はなく、段階的に厳密に制御して最小限に抑えるしかありません。