ビレットの状態と穿孔機の伸長能力の制限により、穿孔後の粗管のサイズと精度はユーザーの要求を満たすことができません。粗管はさらに加工する必要があります。シームレス鋼管の熱間加工と伸長には多くの方法があり、上記で紹介した3種類の機械に加えて、現在一般的に使用されているのは以下の方法です。
5.4.1 自動パイプ圧延機
自動管圧延機は1903年にスイスのスティーブンによって発明され、最初のユニットは1906年に設立されました。1980年代以前は、シームレス鋼管の熱間圧延の主な方法の一つでした。圧延管の長さ、肉厚精度などの制限により、徐々に連続管圧延機に置き換えられました。現在、我が国で最も優れた自動管圧延機は包頭の400号機です。旧ソ連および東欧の一部の自動管圧延機は現在も稼働していますが、その他のほとんどは解体されています。自動管圧延機は、本体、前台、後台の3つの部分で構成されています。本体は2ローラー式非可逆縦圧延機で、作業ローラーの後ろに設置された一対の高速逆回転リターンローラーが特徴です。同時に、鋼管のリターンのニーズを満たすために、上部作業ローラーと下部リターンローラーの急速昇降機構が設けられています。作業ローラーは丸穴タイプです。ピアシングマシンとストレッチマシンによって送られた粗管は、丸穴タイプとヘッド（円錐ヘッドまたは球状ヘッド）で構成される環状穴タイプで圧延されます。通常、2パスで圧延されます。各圧延パスの後、上部作業ローラーと下部リターンローラーが一定の高さまで持ち上げられ、粗管はリターンローラーによって前段に送り返され、その後、圧延されたパイプは元の作業位置に復元され、鋼管は90°回転され、次に2番目のパスは同じ穴タイプで圧延されます。各パスの変形量は、2つのパスのヘッド径の差によって調整されます。圧延された鋼管は前段に戻された後、水平に移動されてレベリングマシンに移動され、レベリングされます。その変形プロセスも、扁平化、縮径、減肉の3段階を経ます。
自動管圧延機の利点は、生産仕様を柔軟に調整できることです。鋼種に関しては適用範囲が広く、低・中炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼などを生産でき、小ロット・多品種生産に適しています。欠点は、変形能力が低く、2パスの総伸長が2.5未満であること、肉厚が不均一で内部傷が発生しやすいため、レベリングマシンで除去する必要があること、粗管の長さが短いため、歩留まりの向上に影響が出ることです。生産効率が低い（圧延速度は遅いが、軽量）。
5.4.2 アキュロールチューブミル
アキュロールチューブミルは、1990年代初頭に我が国の煙台、成都などで生産を開始し、当時は非常に人気があり、他の斜め圧延機や連続圧延機に取って代わる勢いがありました。しかし、実用試験の結果、圧延する素管の長さが短いため、一部の規格の3倍の長さのチューブの生産が制限され、薄肉チューブを圧延する際に素管表面に深い螺旋状の跡が残り、鋼管の外観品質に影響を与えることが判明しました。現在まで国内でのみ存続しており、特に最近では一部の民間企業が小型のアキュロールチューブミルを新設しています。これまでのところ、海外でこのタイプのチューブミルの建設に関する報告はありません。このタイプの機械は、大中径のシームレス鋼管の製造には適していません。アクティブガイドプレートを備えた2ローラー水平ロングマンドレル斜め圧延機です。
工場の構造には次の特徴があります。
2つのローラーは円錐形です。テーパーローラーピアシングマシンと同様に、送り角度と転動角度の両方を備えており、転動方向に沿ってローラー径が徐々に大きくなります。これにより、滑りが減少し、金属の長手方向の伸びが促進され、ねじり変形が軽減されます。
大口径アクティブガイドディスクを2枚採用。
限定マンドレル動作モードを採用しています。
ローラーショルダーレスローラータイプを採用。これにより、ASSELによるローラーショルダー部の減肉量減少によるローラー寿命の低下や壁面均一性への影響を克服し、粗管の肉厚精度向上を実現したと報告されています。
5.4.3 パイプジャッキングマシンによるパイプジャッキング
シームレス鋼管を製造するための推進工法は、1892年にドイツのハインリッヒ・エアハルトによって提案されました。初期の推進工法における穿孔工程は、油圧穿孔工法と、クレーンを用いて鋼塊を鋳型に投入し、カップ底を有する粗管に圧下する油圧穿孔工法に大別されます。その後、粗管を取り出し、横置きした後、カップ状の粗管を長いマンドレルに装着します。マンドレルを押し込み、カップ状の粗管を環状ダイス穴群に順次通すことで、縮径、減肉、伸長を行います。この際、変形力はすべてジャッキングロッドの末端に集中します。ジャッキング後、ロッドを取り外し、カップ底を切断する必要があります。この工法は、生産性が低く、肉厚の不均一性が顕著で、鋼管のL/D（全長）が制限されるという特徴があります。現在、大口径（400～1400m）のシームレス鋼管の製造には、この工法のみが用いられています。もう一つの方法はCPE法と呼ばれ、斜め圧延と穿孔法を用いて粗管を製造し、粗管の一端を収縮させることでジャッキングマシン用の粗管を提供します。これにより、生産性と製品品質が向上し、ジャッキングプロセスによる小径継目無鋼管の生産活力が回復します。
ジャッキアップ工法の利点は次のとおりです。
1) 投資額が少なく、設備やツールが簡単で、生産コストが低い。
2) ジャッキングユニットの伸縮量は最大10～17倍と大きいため、ジャッキング工法で同様の製品を圧延する場合に必要な設備や工具の数が少なくて済みます。
3) 豊富な種類と仕様。
欠点としては、肉厚精度が高くなく、内外面に傷欠陥が発生しやすいことが挙げられます。
5.4.4 押出鋼管
いわゆる押し出し法とは、押し出しシリンダー、押し出しダイス、押し出しロッドからなる「密閉」容器に金属ビレットを入れ、押し出しロッドで圧力をかけてダイスの穴から金属を押し出し、金属の塑性加工を得る方法であり、長い歴史を持つシームレス鋼管の製造方法です。押し出しロッドの力の方向と金属の流れ方向の相対関係により、押し出し法は正押し出しと逆押し出しの2種類に分けられます。正押し出しの力の方向は金属の流れ方向と一致し、逆押し出しはその逆です。逆押し出しは、押し出し力が小さく、押し出し比が大きく、押し出し速度が速く、押し出し温度が低く、押し出し条件が良く、等温・等圧・定速押し出しが容易で、製品構造性能と寸法精度が向上し、押し出し終了時の金属圧力の余剰が少なく、金属回収率が高くなるなどの利点があります。しかし、その操作は比較的不便であり、製品の断面サイズは押し出しロッドのサイズによって制限されます。
金属押出技術の産業界への応用は100年以上の歴史がありますが、1941年に「瀬師」がガラス押出潤滑剤を発明して以来、熱間押出技術の鋼鉄生産への応用は徐々に発展してきました。特に、非酸化加熱、高速押出技術、金型材料、張力低減技術の発展により、シームレス鋼管の熱間押出生産はより経済的で合理的になり、生産量と品質が大幅に向上し、品種の範囲がさらに広がり、各国の注目を集めています。
現在、押出成形で生産される鋼管の製品範囲は、一般的に外径18.4～340mm、最小肉厚は2mm、長さは約15m、小径管では60mの鋼管まで製造可能です。押出機の生産能力は一般的に2000～4000トン、最大は12000トンです。
他の熱間圧延方法と比較して、押し出しシームレス鋼管の製造には次の利点があります。
処理ステップが少なくなり、同じ出力で投資を節約できます。
押し出された金属は三次元の圧縮応力状態にあるため、ニッケルベースの合金など、圧延や鍛造が困難または不可能な材料を生産できます。
押し出し時の金属の変形量が大きく（押し出し比が大きい）、変形が極めて短時間で完了するため、製品の構造が均一で性能が良好です。
内外面の欠陥が少なく、幾何学的寸法精度が高い。
生産組織は柔軟性があり、小ロット・多品種生産に適しています。
複雑な断面を持つパイプや複合金属パイプを製造できます。
欠点は次のとおりです。
1) 潤滑剤と加熱に対する要件が高く、生産コストが増加します。
2) 工具寿命が短く、消費量が多く、価格が高い。
3) 歩留まりが低いため、製品の競争力が低下します。
5.4.5 サイクルチューブミル（ピルガーチューブミル）チューブ圧延
サイクルチューブミルは1990年に工業生産に入りました。これはシングルフレームの2ローラーミルです。ロールには可変断面の穴があります。2つのロールは反対方向に回転し、粗管はロールの反対方向に送られます。ロールは1回転して粗管を押し出し、粗管の直径を縮小し、壁を縮小し、穴の中で仕上げて粗管の一部の圧延を完了します。その後、粗管は再び圧延のために送られます。粗管は圧延プロセス全体を完了するために穴の中で何度も往復する必要があるため、周期的チューブ圧延機、ピルガーチューブ圧延機とも呼ばれます。チューブは可変断面ローラー穴によって周期的に処理され、チューブ材料の送り込みと回転操作が組み合わされて、チューブ壁に複数の累積的な変形を与え、より大きな壁の減少と伸びを実現します。
この製造方法の特徴は次のとおりです。
1) 厚肉チューブの製造に適しており、壁の厚さは60〜120mmに達します。
2) 加工可能な鋼種の範囲が比較的広く、鍛造と圧延を組み合わせた加工方法のため、塑性が低く変形しにくい金属管を製造でき、鋼管の機械的性質が優れています。
3) 圧延鋼管の長さは最大35mと長い。
4) 圧延機の生産性は一般的に60～80％と低く、生産量も少ないため、ピアス機にはバランスを取るために2台の定期的なチューブ圧延機を設置する必要があります。
5) 尾部は加工できず、切断ロスが大きく歩留まりが低くなります。
6) 表面品質が悪く、壁の厚さが著しく不均一。
7) ツールの消費量が多く、一般的に9〜35kg/tです。
5.4.6 鋼管の熱間膨張
熱間圧延シームレス鋼管ユニットで製造される完成鋼管の最大外径は、自動圧延ユニットでは530mm以下、連続圧延ユニットでは460mm以下、大型パイプでは660mm以下です。より大きな径の鋼管が必要な場合は、推進工法や押出工法に加え、鋼管熱間拡張工法も使用できます。この工法では、現在、シームレス鋼管で最大外径1500mmの薄肉管を製造できます。
鋼管の熱間拡管には、斜め圧延、引抜、押し出しの3つの方法があります。これらの方法は1930年代に始まりました。斜め圧延と引抜は、変形加工を行う前に鋼管全体を加熱する必要がありますが、押し出し法では鋼管全体を加熱する必要はありません。
斜め圧延膨張機：
斜め圧延拡張のプロセスフローは、加熱された管材を斜め圧延拡張機に搬送して拡張する。斜め圧延拡張機は、同じ形状の2つのローラーで構成される。2つのローラーの軸は圧延ラインに対して30°の角度をなしており、2つのローラーはそれぞれモーターで駆動され、同じ方向に回転する。プラグは拡張変形領域で変形に参加し、鋼管は変形領域で螺旋運動を行う。ローラーとプラグによって管壁が圧延され、拡張径が拡大され、壁厚が薄くなる。プラグの軸力はプッシュロッドによって受けられ、プッシュロッドは入口側に配置することも、出口側に設置することもできる。
斜め圧延拡管法は、肉厚6～30mm、最大外径710mmの鋼管を製造できます。この方法の欠点は、鋼管の内外面に螺旋状の痕跡が残り、表面品質が低下することです。そのため、レベリングマシンとサイジングマシンを設置する必要があります。このタイプの拡管機は設備が大型で、投資コストが高く、品種にも一定の制限があり、厚肉管の製造はできません。
描画拡張機：
絞り拡張は生産能力が低い生産方法ですが、設備や工程が簡単で、機械化操作が容易なため、現在でも広く利用されています。絞り拡張機は、冷間絞りと熱間絞りの両方に使用できます。拡張量が大きくなく、鋼管の物理的・機械的性質と寸法精度を向上させる必要がある場合は、冷間絞り拡張を使用できます。鋼管の熱間絞り拡張のプロセスフローは、管材の加熱、管端部の拡張、拡張と絞り、矯正、頭と尾の切断、検査です。1回の加熱の拡張率は60～70％で、最大直径750mmの鋼管を製造できます。
熱間延伸拡張の主な動作原理は、直径が徐々に大きくなるプラグのグループ（通常1〜4個）を介して、鋼管の内孔の全長に挿入して通過させることにより、鋼管の直径が拡大され、壁の厚さが薄くなり、長さがわずかに短くなることです。
引抜拡張機の主な工具は、拡張プラグ、拡張プラグ、エジェクターロッドです。利点は、設備がシンプルで操作が簡単で習得が容易なこと、製品の種類と仕様が幅広いこと、そして長方形鋼管などの特殊形状の鋼管も製造できることです。欠点は、生産サイクルが長く、生産性が低く、工具と金属の消費量が多いことです。
プッシュ式拡張機：プッシュ式拡張機の動作原理は、生の鋼管を中周波誘導コイル内に配置することです。中周波誘導加熱後、油圧シリンダのピストンまたはウインチのプッシャーヘッドが移動して鋼管の尾部を押し、鋼管が管頭から軸方向に固定された円錐状のコアロッドを順に通過して拡張目的を達成します。鋼管の尾部がコアロッドに押し込まれると、その後方に加工対象の新しい鋼管が追加され、プッシャーヘッドが戻って新しい鋼管の尾部を押し続けます。新しい鋼管の頭がコアロッドを介して前の鋼管の尾部を押し込み、鋼管の拡張が完了します。変形部の鋼管のみが加熱されるため、変形した鋼管は曲げやすく、拡張後の管の肉厚と長さは制限されます。プッシャー拡張機の利点は、金属回収率が高く、設備が簡単で、エネルギー消費量が少ないことです。欠点としては、鋼管の長さ方向の性能の一貫性がやや悪く、生産効率が低いことが挙げられます。
投稿日時: 2024年10月31日