CN104271279B - 钢管的制造方法 - Google Patents

Abstract

对施加了端部弯曲的钢板沿宽度方向进行多次三点压弯而使其成型为圆筒状，并将对接部焊接而形成管坯(1)，之后向上述管坯的内部插入具备多个扩管工具(2)的扩管装置进行扩管来制造钢管，在该方法中，使上述扩管工具(2)与经三点压弯过程中的未变形部(9)的所有部位抵接来进行扩管，从而以较高生产性制造尺寸精度优良的钢管。此外，当上述扩管工具的个数为N时，优选上述制造方法中的三点压弯的次数为(aN－1)次(a为1、2等整数)。

Description

钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及用于管线管(Line pipe)等的大径且厚壁的钢管(large-diameterand thick-walled steel pipe)的制造方法。

背景技术

在用于管线管等的大径且厚壁的钢管中广泛采用如下的所谓UOE钢管，即，将作为具有规定的宽度、长度以及板厚的材料的钢板冲压成型(press bending)为U字形，在进而冲压成型为O字形后，将对接部焊接(welding the seam)而成为钢管，然后进行增大上述钢管直径的扩管成型(pipe expanding)来提高真圆度(roundness)。然而，在上述这样的UOE钢管的制造方法中，在对钢板进行冲压成型而将其成型为U字形、O字形的工序中，需要很大的冲压力(press force)，所以需要使用大规模的冲压设备(press machine)。

因此，开发了减小冲压力来制造大径且厚壁的钢管的方法。例如以下的方法得以实用化：在钢板的宽度方向端部进行弯曲(端部弯曲(edge bend)多次的三点压弯(threepoint press bending))而将钢板成型为近似圆筒后，将对接部焊接而成为钢管，然后向该钢管的内部插入扩管装置(pipe expander)并扩管。上述扩管装置具备多个扩管工具(expander tool)，该扩管工具具有将圆弧(circular arc)分割为多个的曲面(curvedsurface)，上述扩管装置的作用是通过使该曲面与钢管的内表面抵接并扩展扩展(扩管)来修整钢管形状提高真圆度。

在通过上述的方法制造钢管的情况下，若增加三点压弯的次数，虽然使所得到的钢管的真圆度提高，但钢管的制造需要很长时间，所以生产性(productivity)降低。相反，若减少三点压弯的次数，虽使生产性提高，但钢管的真圆度降低。因此，实际情况是根据钢管的尺寸，例如对于直径为1200mm的钢管，则按照经验将三点压弯的次数设定为50～60次来进行制造。

另一方面，研究了减少对钢板施加的冲压次数并且得到真圆度高的钢管的技术。例如专利文献1公开了使用金属模(die)进行4次冲压加工(press bending)，进而在将对接部焊接而形成钢管后，加热该钢管而实施热卷成型(hot rolled forming)来修整形状的技术。

专利文献1：日本特开2005－324255号公报

然而，专利文献1的技术需要加热钢管，所以需要相应的加热设备，导致制造成本(production cost)的上升。另外，还存在的问题是导致运用加速冷却(acceleratedcooling)等技术而在材料钢板中形成的强度(strength)、韧性(toughness)、焊接性(weldability)等优良的特性因钢管的加热而恶化。

发明内容

本发明是鉴于现有技术所存在的上述问题点而完成的，其目的在于提出一种在进行多次三点压弯来制造大径且厚壁的钢管时，不需要加热钢管并且即便减少上述三点压弯次数也能够实现高的真圆度的钢管的制造方法。

通常为了提高钢管的真圆度，以使得在冲压中产生的变形部(deformation area)不产生间隙(gap)的方式设定钢管制造中的三点压弯的次数及冲压间隔(center tocenter spacing of dies)(钢板的进给间距(feed pitch))。因此，若为了缩短钢管的制造时间而减少三点压弯的次数，则冲压间隔增大，通过三点压弯来进行弯曲加工而形成的变形部虽然成为圆弧状(arc-like)，但未被加工的未变形部(non-deformation area)呈直线状(flat)，所得到的钢管的真圆度较低。

因此，发明者们对于提高进行多次三点压弯来进行制造的钢管的真圆度的方法，多次着眼于研究在扩管时施加于钢管的变形量(deformation amount)。结果发现如下的趋势，即，在扩管钢管时，在插入到钢管内部的扩管装置的多个扩管工具所抵接的部位的变形量(deformation amount)(扩展量(flaring amount))变大，而在扩管工具不抵接的部位的变形量变小。

而且，根据上述观点想到，在进行三点压弯后，对焊接完毕的钢管进行扩管时，若使扩管工具与还残留为直线状的未变形部抵接而进行扩管，则未变形部成型为圆弧状，并且形成与已经通过三点压弯成型为圆弧状的变形部连续的圆弧，从而能够得到真圆度高的钢管，进而提出了本发明。此外，以后也将在上述焊接后、扩管前的钢管称为“管坯(non-expanded pipe)”。

即，本发明提出一种钢管的制造方法，对施加了端部弯曲的钢板沿宽度方向进行多次三点压弯而使其成型为圆筒状，并将对接部焊接而形成管坯，之后向上述管坯的内部插入具备多个扩管工具的扩管装置进行扩管来制造钢管，所述钢管的制造方法的特征在于，使上述扩管工具与经三点压弯过程中的未变形部的所有部位抵接来进行扩管。

本发明的钢管的制造方法的特征在于，当将上述扩管工具的个数设为N时，上述三点压弯的次数为(aN－1)次(a为1、2等整数)。

根据本发明，在进行三点压弯成型来制造大径且厚壁的钢管时，不需要加热钢管就能够减少三点压弯的次数，所以不会破坏在材料钢板的制造过程中形成的强度、韧性、焊接性等优良特性，能够以高生产性制造真圆度优良的钢管。

附图说明

图1是说明本发明的管坯的制造工序的示意图。

图2是说明三点压弯的方法的示意图。

图3是说明使用12个扩管工具将通过11次的三点压弯成型而具有12个未变形部的管坯进行扩管的钢管A(发明例)的示意图。

图4是说明使用10个扩管工具将通过19次的三点压弯成型而具有20个未变形部的管坯进行扩管的钢管B(发明例)的示意图。

图5是说明使用12个扩管工具将通过11次的三点压弯成型而具有12个未变形部管坯进行扩管的钢管D(比较例)的示意图。

图6是说明使用10个扩管工具将进行了11次的三点压弯的管坯进行扩管的钢管G(比较例)的示意图。

图7是说明偏差量(difference)m的图。

具体实施方式

首先，使用图1说明本发明的钢管的制造方法中的管坯的制造工序。

使图1(a)所示的板宽(plate width)为W的钢板3的两宽度端部(宽度为L)弯曲而形成弯曲部(以后称为“端部弯曲”)后，如图1(b)所示那样对宽度中心线CL的单侧一半从钢板3的一方的宽度端部侧向宽度中央进行多次三点压弯4(但是，保留宽度中心线CL的部分)，将钢板3的单侧一半成型为近似半圆弧状(circular shape)。这里，上述三点压弯如图2(a)所示，在空开间隔而配置的2个下金属模(lower die)5a、5b上载置钢板3，利用上金属模(upper forming tool)6的圆弧状的曲面按压钢板3来实施弯曲加工(bending)。另外，在三点压弯4中利用上金属模按压的位置的间隔(以后，也称为“进给间距P”)为等间隔。但是，在钢板3的两宽度端部无法使用三点压弯进行端部弯曲。其理由是钢板3的端部会从下金属模脱落而无法进行三点压弯。因此，端部弯曲通常由使用上下1对金属模的冲压机来进行。

接下来，如图1(c)所示，对钢板的宽度中心线CL剩下的单侧一半等间隔地进行多次三点压弯4(但是，保留宽度中心线CL的部分)，将钢板3成型为近似半圆弧状。最后，如图1(d)所示，在宽度中心线CL的位置进行三点压弯4从而将钢板3的两宽度端部对接，接着，将上述对接部焊接而得到图1(e)所示的管坯1。

在如上述那样得到的管坯1中，其剖面如图3所示，存在圆弧状的变形部8(实线部)和直线状的未变形部9(点线部)。变形部8是通过上述图1所示的一系列三点压弯而承受变形的部位(即被上金属模6的圆弧状的曲面按压而承受变形的部位)，未变形部9是没有通过上述三点压弯而变形的部位。

接着，向上述管坯的内部插入具备多个扩管工具的扩管装置，上述扩管工具具有将圆弧分割为多个的曲面，使扩管装置沿径向(radial direction)扩展而将管坯扩管从而形成钢管。如上所述，上述管坯中存在圆弧状的变形部和直线状的未变形部，所以为了提高钢管的真圆度，需要将直线状的未变形部变形为圆弧状。然而，扩管装置的相邻的扩管工具间存在间隙，所以无法对管坯沿周向(circumferential direction)均匀扩管。

因此，在本发明中，在向管坯的内部插入具备多个扩管工具的扩管装置并进行扩管时，使扩管工具的圆弧状的曲面与所有的未变形部抵接从而对管坯进行扩管。这样，能够抑制不与扩管工具抵接的变形部的变形，使未变形部优先变形，从而能够形成使未变形部与已经成型为圆弧状的变形部连续的圆弧，进而提高钢管的真圆度。

如上述那样，为了使未变形部高精度变形为圆弧状，优选使管坯的未变形部的个数与插入到管坯内部的扩管装置的扩管工具的个数相同。即，若扩管工具的个数为N个，则优选以使管坯的未变形部也为N处位置的方式进行三点压弯。在该情况下，在N个扩管工具的间隙排列1处位置的对接焊接部和(N－1)处位置的变形部。另外，在该情况下，三点压弯次数可以是(N－1)次。

例如，上述图3是未变形部9的个数与扩管工具2的个数一致的例子，即，是使用12个扩管工具2将进行了11次三点压弯的管坯1进行扩管的例子的图。如图3所示，为了使未变形部9的个数为12个位置，可以使对材料钢板实施的三点压弯4的次数为：图1(b)所示的对宽度中心线CL的单侧一半实施的三点压弯4为5次，图1(c)所示的对另一方的单侧一半实施的三点压弯4为5次，最后，图1(d)所示的对宽度中心线CL的位置实施的三点压弯4为1次(合计11次)。原因是未变形部位于三点压弯所形成的变形部之间(10个位置)、以及端弯曲部与三点压弯的变形部之间(2个位置)合计12个位置。并且，可以使12个扩管工具分别与全部的12个位置的未变形部抵接来进行扩管。

此外，在本发明中，管坯的未变形部的个数可以是插入管坯内部的扩管装置的扩管工具的个数的2倍、3倍等整数倍。图4表示向进行19次三点压弯而形成20个位置的未变形部9的管坯1插入具有10个扩管工具2的扩管装置进行扩管的例子，即，是未变形部9的个数是扩管工具2的个数的2倍的例子。在该情况下，若使一个扩管工具抵接于相邻的2个位置的未变形部，则能够使各扩管工具与全部的未变形部抵接。而且，如图4所示，为了相对于扩管工具的个数N而形成其两倍的2N个位置的未变形部，所需的三点压弯的次数为(2N－1次)即可。

如上述那样，在本发明中，在扩管工具的个数为N时，三点压弯的次数为(aN－1)次(其中，a为任意整数)即可，上述图3相当于a＝1的例子，图4相当于a＝2的例子。另外，即使a为3以上，未变形部也能够以a个位置为单位与各扩管工具抵接，所以能够使全部的未变形部抵接扩管工具。

这里，在本发明中，三点压弯的钢板的进给间距为等间隔，所以未变形部的间隔也与冲压时的进给间距相同。若将三点压弯开始位置距离板宽中心的距离设为W₀、冲压次数设为M，则该进给间距P_P由下述(1)式表示。

P_P＝2W₀/(M－1) ···(1)

此外，若将材料钢板的板宽设为W、端部弯曲宽度设为L，则上述W₀为(W/2－(L+P_P/2))。因此，(1)式为

P_P＝(W－2L)/M

另外，若将扩管工具的个数(圆周的分割数)设为N，则扩管工具不接触的部位为N个位置，若将其间隔设为P_d，则通过下述(2)式表示。

P_d＝W/N ···(2)

而且，为了使全部的扩管工具与全部的未变形部抵接，以使上述的P_P与P_d相同或使上述的P_P是将P_d以整数倍相除而得的值的方式，设定冲压次数M以及端部弯曲长度L即可。此外，在设定上述P_P时考虑三点压弯时的未变形部的宽度，使未变形部的整个区域与扩管工具抵接，从而能够进一步提高真圆度。

如上述说明那样，使用本发明的制造方法，当扩管工具的个数为N时，能够将在制造大径且厚壁的钢管时需要的三点压弯的次数减少到(aN－1)次(其中，a为1、2等整数)，所以能够大幅度提高钢管的生产性。另外，能够以冷加工进行从钢板的端部弯曲经由三点压弯直至扩管的全部工序，所以能够不破坏材料钢板的优良特性来制造钢管。本发明在厚度为25.4mm～50.8mm的厚壁钢管的制造中使用时效果特别显著。

实施例

准备7张板宽W为3713mm的材料钢板(板厚为25.4mm、拉伸强度为745MPa～757MPa)，利用曲率半径(radius)为380mm的金属模对该钢板的两宽度端部(宽度L：215mm的范围)以使卸载后的弯曲角度(bent angle；参照图1(b))为16.9°的方式进行端部弯曲，接着，使用曲率半径为380mm的上金属模对施有上述端部弯曲的钢板进行三点压弯而成为圆筒状后，焊接对接部而成为管坯，然后，向上述管坯的内部插入扩管装置，该扩管装置具有与管坯内表面抵接的面的曲率半径为580mm的多个扩管工具，并施以扩管率(＝100×(扩管后的直径－扩管前的直径)/扩管前的直径)为1％的扩管来制造钢管。此外，如表1以及表2所示那样使上述以外的三点压弯条件以及扩管条件进行各种变化。

首先，对于钢管A(发明例)而言，以自宽度中心线朝向单侧1492mm的位置为起点，对上述材料钢板进行5次向宽度中心线方向的进给间距P_P为298mm的三点压弯，接着，以自钢板的宽度中心线朝向另一侧1492mm的位置为起点，对上述材料钢板进行5次向宽度中心线方向的进给间距P_P为298mm的三点压弯，最后，在宽度中心线的位置进行1次三点压弯(合计11次)从而形成近似圆筒状的形状，之后焊接钢板宽端部的对接部而形成未变形部的个数为12的管坯。此外，上述三点压弯的卸载后的1次弯曲角度(参照图2(b))为29.6°。

然后，向上述管坯的内部插入沿圆周方向排列有12个扩管工具的扩管装置，如图1所示，使扩管工具与各个未变形部抵接，并且将管坯的焊接部配置于扩管工具间的间隙进行扩管来制造钢管。而且，上述扩管工具的与管坯内表面抵接的面是曲率半径为580mm、角度为27.7°的圆弧。(扩管工具个数为12时，以下相同)。

另外，钢管B(发明例)所示的例子与钢管A的情况一样，以表1所示的条件制造出未变形部的个数为10的管坯后，如表2所示，向该管坯的内部插入沿圆周方向排列有10个扩管工具的扩管装置，使扩管工具与各个未变形部抵接，并且将管坯的焊接部配置于扩管工具间的间隙进行扩管来制造钢管。而且，上述扩管工具的与管坯内表面抵接的曲率半径为580mm的圆弧的张开角(圆弧角)为33.4°(扩管工具个数为10时，以下相同)。

另外，对于钢管C(发明例)的例子，如表1所示，在进行19次三点压弯而制造出未变形部的个数为20的管坯后，如表2所示，向该管坯的内部插入沿圆周方向排列有10个扩管工具的扩管装置，使扩管工具逐个与2个位置的未变形部抵接进行扩管而制造钢管。

另一方面，在钢管D(比较例)的例子中，以与钢管A相同的条件制造出未变形部的个数为12的管坯，并向该管坯的内部插入与钢管A相同的、扩管工具个数为12的扩管装置，其中，如图5所示，使各扩管工具与变形部抵接，即，以使未变形部处于扩管工具的间隙的方式进行扩管来制造钢管。

另外，在钢管E(比较例)的例子中，以与钢管B相同的条件制造出未变形部的个数为10的管坯，并向该管坯的内部插入与钢管B相同的、扩管工具个数为10的扩管装置，其中，与图5相同，使各扩管工具与变形部抵接，即，以使未变形部处于扩管工具的间隙的方式进行扩管来制造钢管。

另外，在钢管F(比较例)以及钢管G(比较例)的例子中，以表1所示条件制造出未变形部的个数为8或10的管坯后，如表2所示，向上述管坯的内部插入扩管工具的个数与未变形部的个数不同的扩管装置，在扩管工具与未变形部的一部分不抵接的状态下进行扩管来制造钢管。作为参考，图6示出了钢管G的情况。

对于如上述那样得到的钢管A～G，调查钢管的真圆度和制造性，并将结果一并标注于表2。此外，上述真圆度如图7所示，使用度盘式指示器(dial gauge)沿圆周方向以150mm的间隔测定钢管11的外表面与假想真圆(virtual true circle)10的偏差量(difference)m，从而求得各钢管的偏差量m的最大值m_max，以各钢管的m_max与钢管D的m_max的比(以下，将该比称为“偏差指数(ratio)”)进行评价。即，钢管D的偏差指数为1.00，钢管越接近真圆则偏差量m越接近零，即，偏差指数越小，表示钢管的尺寸精度越高。另外，以从最初的三点压弯开始到最后的三点压弯结束的时间评价生产性。

[表1]

[表2]

由表2可知，发明例的钢管A～C的偏差指数为0.62～0.66，与此相对，比较例的钢管D～G的偏差指数为0.93～1.14，本发明例的钢管与比较例的钢管相比，尺寸精度(roundness)更高。

另外，在本发明例中，三点压弯次数少的钢管A、B与冲压次数多的钢管C相比，尺寸精度稍差，但如表1所示可知，冲压所需时间(pressing time)缩短30％以上，由此得知通过应用本发明能够以较高的生产性制造真圆度高的钢管。

工业上利用的可能性

本发明的钢管的制造方法并不限定于大径且厚壁的钢管的制造，能够适用于通过进行三点压弯来制造钢管的所有方法。

附图标记的说明

1：管坯；2：扩管工具；3：钢板；4：三点压弯；5a、5b：下金属模；6：上金属模；7：焊接部；8：变形部；9：未变形部；10：假想真圆；11：钢管。

Claims (1)

1.一种钢管的制造方法，对施加了端部弯曲的钢板沿宽度方向进行多次三点压弯而使其成型为圆筒状，并将对接部焊接而形成具有圆弧状的变形部和直线状的未变形部的管坯，之后向所述管坯的内部插入具备多个扩管工具的扩管装置进行扩管来制造钢管，

所述钢管的制造方法的特征在于，

使所述扩管工具与经三点压弯过程中的未变形部的所有部位抵接来进行扩管，由此抑制不与扩管工具抵接的变形部的变形，使扩管工具抵接的未变形部优先变形，并且

当将所述扩管工具的个数设为N时，所述三点压弯的次数为(aN－1)次，其中，a为整数。