JP2001170779A

JP2001170779A - 鋼管の製造方法

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Publication number: JP2001170779A
Application number: JP35356399A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Toyooka; 高明豊岡; Masatoshi Araya; 昌利荒谷; Motoaki Itaya; 元晶板谷; Yoshitomo Okabe; 能知岡部; Akira Yorifuji; 章依藤; Yoshikazu Kawabata; 良和河端; Masanori Nishimori; 正徳西森
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2001-06-26
Anticipated expiration: 2019-12-13
Also published as: JP3627603B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シーム部内外面の増肉を抑制し、シーム部
内外面を平滑化した固相圧接による鋼管の製造方法を提
供する。【解決手段】帯鋼１を成形ロールにより連続的に成形
してオープン管７とし、その両エッジ部を誘導加熱によ
り融点未満の温度域に加熱したのち、スクイズロールで
衝合圧接して鋼管８を製造する方法において、衝合圧接
の前に、オープン管両エッジ部の内面側となるエッジ端
および外面側となるエッジ端を予成形するものである。
この予成形はオープン管成形前の帯鋼に施されるのが好
ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管の製造方法に
関し、とくに、固相圧接による鋼管の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】溶接鋼管は、鋼板または鋼帯を管状に成
形しその継目を溶接したもので、小径から大径まで各種
の製造法によりつくられているが、主な製造法として、
電気抵抗溶接（電縫）、鍛接、電弧溶接によるものが挙
げられる。小径〜中径鋼管用としては、高周波誘導加熱
を利用した電気抵抗溶接法（電気抵抗溶接鋼管、電縫
管）が主として利用されている。この方法は、連続的に
帯鋼を供給し、成形ロールで管状に成形してオープン管
とし、続いて高周波誘導加熱によりオープン管の両エッ
ジ部端面を鋼の融点以上に加熱した後、スクイズロール
で両エッジ部端面を衝合溶接して鋼管を製造する方法で
ある（例えば、第３版鉄鋼便覧第III 巻（２）1056〜10
92頁）。

【０００３】上記した高周波誘導加熱を利用した電縫管
の製造方法では、オープン管の両エッジ部端面を鋼の融
点以上に加熱するため、電磁力の影響により溶鋼が流動
し、生成された酸化物が衝合溶接部に噛み込まれペネト
レータ等の溶接欠陥あるいは、溶鋼飛散（フラッシュ）
が発生しやすいという問題があった。この問題に対し、
例えば、特開平2-299782号公報には、２つの加熱装置を
有する電縫鋼管の製造法が提案されている。第１の加熱
装置でオープン管の両側エッジ部の温度をキュリー点以
上に加熱し、第２の加熱装置で更に融点以上に加熱し、
スクイズロールで両エッジ部を衝合溶接して鋼管を製造
する。また、特開平2-299783号公報には、第１の加熱装
置で周波数45〜250kHzの電流を流し、両側エッジ部を予
熱し、第２の加熱装置で更に融点以上に加熱し、スクイ
ズロールで両エッジ部を衝合溶接して鋼管を製造する電
縫管製造装置が提案されている。

【０００４】しかしながら、これらの電縫管製造技術で
は、エッジ部を均一に加熱することは示唆しているもの
の、両エッジ部を鋼の融点以上に加熱するため、衝合溶
接時に、溶融した鋼が管の内外面に排出されビード（余
盛）が形成される。そのため、衝合溶接後に管内外面の
溶接ビードの除去が必要であり、ほとんどがビード切削
用バイトにより切削されて除去されている。

【０００５】このようなことから、この方法では、ビード切削用バイトの切削量の調整で、材料と時間の
ロスが発生する。ビード切削用バイトは消耗品であるため、造管速度に
よって異なるが、3000〜4000ｍのビード切削長毎にバイ
トを交換する必要があり、そのため、１時間程度ごとに
３〜５分間のバイト交換のためのラインの停止を余儀な
くされる。

【０００６】特に造管速度が100 ｍ／min を超える高
速造管では、ビード切削用バイトの寿命が短く、交換頻
度が高い。など、ビード切削がネックとなり、高速造管
ができないため生産性が低いという問題があった。一
方、比較的小径鋼管用として極めて高い生産性を有する
鍛接鋼管製造方法がある。この方法は、連続的に供給し
た帯鋼を加熱炉で1300℃程度に加熱した後、成形ロール
で管状に成形してオープン管とし、続いてオープン管の
両エッジ部に高圧空気を吹き付けて端面のスケールオフ
を行った後、ウェルディングホーンにより端面に酸素を
吹き付け、その酸化熱で端面を1400℃程度に昇温させて
から、鍛接ロールで両エッジ部端面を衝合させ固相接合
して鋼管を製造する方法である（例えば、第３版鉄鋼便
覧第III 巻（２）1056〜1092頁）。

【０００７】しかし、この鍛接鋼管製造方法では、端面のスケールオフが完全ではないので、鍛接衝合部
へのスケール噛込みが発生し、シーム部の強度が母材部
に比べてかなり劣る。このため、偏平試験で、電縫鋼管
なら偏平高さ比ｈ／Ｄ＝２ｔ／Ｄ（ｔ：板厚）を達成で
きるのに対し、鍛接鋼管では偏平高さ比ｈ／Ｄが0.5 程
度に劣るものとなる。

【０００８】帯鋼を高温に加熱するため、管表面にス
ケールが生成し表面肌が悪い。など、造管速度が300m／
min 以上と速く生産性は高いが、シーム品質及び表面肌
が悪く、ＪＩＳのＳＴＫ等の強度信頼性や表面品質を要
求されるものは製造できないという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記問題を有利に解決
するために、本発明者らは、両エッジ部を鋼の融点未満
の固相圧接適正温度域に加熱し衝合圧接する、固相圧接
による鋼管の製造方法を提案している。この固相圧接に
よる鋼管の製造方法は、従来の電縫管のようなビードの
発生がなくビード切削を必要としないので、高速造管が
可能で生産性が高く、また、従来の鍛接管のように酸化
起因のシーム品質および表面肌の劣化もない。

【００１０】しかしながら、固相圧接により形成された
圧接シーム部では、スクイズロールの圧接接合部外面へ
の当接の有無、エッジ部の到達温度あるいはスクイズロ
ールによる管円周方向絞りの程度（アップセット量）に
より図４（ａ) に示すようにシーム部の管内外に管体肉
厚の５％以上の増肉を生じることがある。この圧接シー
ム部の増肉は、管内外からの圧延により平滑化すること
ができると考えられるが、増肉量が多いか、平滑化のた
めの圧延力が不足すると図４（ｂ）に示すようにシーム
部と母材部との肉厚段差が大きくなり品質不良となる。
また、小径管では、管内面からの十分な圧延力を作用で
きず問題として残されていた。

【００１１】本発明は、上記問題を有利に解決し、シー
ム部内外面の増肉を抑制し、シーム部内外面を平滑化し
た固相圧接による鋼管の製造方法を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、帯鋼を成形ロ
ールにより連続的に成形してオープン管とし、該オープ
ン管の両エッジ部を誘導加熱により融点未満の温度域に
加熱したのち、スクイズロールで衝合圧接する鋼管の製
造方法において、前記スクイズロールで衝合圧接する前
に、前記オープン管両エッジ部の内面側となるエッジ端
および外面側となるエッジ端を予成形することを特徴と
する鋼管の製造方法であり、前記予成形はオープン管成
形前の帯鋼に施されるのが好ましく、また、前記予成形
はエッジャーロールで行う面取り加工としてもよく、切
削による面取り加工としてもよく、これらを組み合わせ
た面取り加工としてもよい。

【００１３】また、前記予成形における予成形量は、Ｔ
₁：0.05t 〜0.5t、θ₁：60゜以上90゜未満、Ｔ₂：0.
01t 〜0.3t、θ₂：60゜以上90゜未満であることが好ま
しい。ここに、Ｔは厚み方向の最大予成形深さ、θは予
成形により成形されるテーパ面と予成形前のエッジ部端
面とのなす角度、ｔは帯鋼板厚、添字１は管内面側、添
字２は管外面側をそれぞれ表す。（図２参照）。

【００１４】また、本発明では、前記衝合圧接時に、ス
クイズロールをシーム部に当接するように配設して圧接
するのが好適である。さらに、本発明では、前記衝合圧
接後、圧接シーム部近傍を管内外の圧延ロールで圧延し
平滑化するのが好ましく、シーム部に当接するスクイズ
ロールが管外の圧延ロールを兼ねてもよい。

【００１５】また、本発明では、前記帯鋼を800 ℃以下
の温度に加熱（予熱）したのちオープン管に成形するの
が好ましく、前記誘導加熱による加熱は２段階の加熱と
するのが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明でいう固相圧接とは、ビー
ド（余盛）の盛り上がりを抑え、ビード切削を必要とし
ない圧接を意味する。本発明では、ビード（余盛）の盛
り上がり量を抑制するため、エッジ加熱温度は固相域の
温度が好ましいが、若干液相が存在する融点未満の固液
２相域の温度でもよい。

【００１７】本発明では、帯鋼を成形ロールにより連続
的に成形し、オープン管とする。成形は通常公知の成形
ロールによる方法が好適に適用できる。ついで、オープ
ン管の両エッジ部を誘導加熱により融点未満の温度域に
加熱し、スクイズロールで衝合し圧接して固相圧接鋼管
とする。本発明では、スクイズロールで圧接する前に、
オープン管両エッジ部の内面側となるエッジ端を予成形
する。

【００１８】予成形の形状はとくに限定しないが、例え
ば図２に示すように、両エッジ部のエッジ端を、テーパ
形状に面取り加工して成形するのがよい。なお、予成形
量（面取り加工量）を、面取り加工する側の表面からテ
ーパ面と端面の交線までの距離（深さ）Ｔ、端面とテー
パ面のなす角度θで表し、面取り加工する側が管内面側
の場合は添字₁、管外面側の場合は添字₂を付す。

【００１９】また、適正な固相圧接のためには、適正な
圧接量がある。例えばアップセット量は帯鋼の板厚程度
とするのがよい。本発明者らの知見では、この程度のア
ップセット量で圧接した場合、予成形を行わず圧接を行
うとシーム部に増肉部分が生じるが、該増肉部分の管周
方向断面形状は二等辺三角形でほぼ近似でき、その寸法
は、内面側では高さが帯鋼板厚の0.05〜0.5 倍で半頂角
が60゜以上90゜未満、、外面側では高さが帯鋼板厚の0.
01〜0.3 倍で半頂角が60゜以上90゜未満となる。このこ
とから、予成形量は、管内面側ではＴ₁：0.05ｔ〜0.5
ｔ、θ₁：60゜以上90゜未満、管外面側ではＴ₂：0.01
ｔ〜0.3 ｔ、θ₂：60゜以上90゜未満（ｔ：帯鋼板厚）
の範囲とするのが好ましい。これにより、圧接後に形成
される増肉量は少なく、圧接後シーム部の圧延を必要と
しないほどになる。

【００２０】予成形は、予熱後で、オープン管成形前の
帯鋼に施されるのがよい。予成形の方法としては、エッ
ジャーロールによる圧延加工により面取り加工として行
うのが好ましい。また、ミーリング装置による切削、グ
ラインダによる研磨により行ってもよい。本発明では、
帯鋼の成形に先立って、帯鋼を予熱するのが望ましい。
予熱は、後に行うエッジ加熱時にエッジ部とその近傍の
母管との温度差を小さくし、固相圧接段階において、エ
ッジ部の温度および温度分布を固相圧接可能温度域に容
易に維持できるようにするために行う。予熱は、加熱炉
を用いる方法、誘導コイルを用いる誘導加熱方法、通電
による抵抗加熱方法いずれも好適に適用できる。

【００２１】帯鋼の予熱は、800 ℃以下の温度範囲とす
るのがよい。800 ℃を超える予熱は、帯鋼表面に多量の
スケールが生成し、鋼管のシーム品質および表面肌がと
もに劣化して好ましくない。なお、予熱温度が300 ℃未
満では、エッジ加熱時にエッジ部から母管側への熱拡散
が多いため、圧接時のエッジ部温度及び温度分布を固相
圧接可能温度域に維持できにくく、また、予熱温度が 6
50℃を超えると、帯鋼表面のスケールが生成しやすくな
る。このため、予熱温度は300 〜 650℃の温度範囲とす
るのが好適である。

【００２２】オープン管の両エッジ部は誘導加熱により
加熱されるが、先ず、オープン管の両エッジ部を予熱す
るのが望ましい。エッジ予熱は、誘導加熱方式とする。
このエッジ予熱によりエッジ部の温度を、キュリー点以
上1300℃未満とするのが望ましい。エッジ部をキュリー
点以上に加熱することにより、浸透深さが大きくなり、
被圧接面内の温度分布が均一化する方向に向かう。しか
し、この段階で一気に1300℃以上の温度域まで昇温する
と、角部のみが融点以上になり、接合時にビード（余
盛）が発生するため、高速造管ができなくなる。そこ
で、一旦キュリー点以上1300℃未満の温度域にエッジ部
を予熱するのである。

【００２３】エッジ予熱を施されたオープン管の両エッ
ジ部は、さらに、1300℃以上、融点未満の温度域に加熱
するエッジ加熱が施されるのが望ましい。エッジ加熱の
加熱方式は、エネルギー効率の観点から、誘導コイルに
よる誘導加熱方式とするのが好ましい。エッジ加熱の温
度が1300℃未満では、エッジ部端面の接合が不十分とな
りシーム品質が劣化する。また、エッジ部端面の温度が
管材の融点を超えると、溶融した鋼が衝合接合時に管内
外にビード（余盛）を形成するため、ビード切削を必要
とする。このことからエッジ加熱は1300℃以上、融点未
満の固相圧接可能温度域とするのが望ましい。なお、好
ましくは1350℃以上融点未満、より好ましくは1400℃以
上融点未満である。

【００２４】両エッジ部を上記固相圧接可能温度域に加
熱されたオープン管は、スクイズロールで両エッジ部を
衝合され、固相圧接される。固相圧接により形成された
圧接シーム部では、スクイズロールの圧接接合部外面へ
の当接の有無、エッジ部の到達温度あるいはスクイズロ
ールによる管円周方向絞りの程度により、本発明のよう
にエッジ部内面側を予成形してもわずかに増肉する場合
がある。このような場合には、圧接以降の適当な場所
で、増肉したシーム部近傍を圧延により減肉するのが好
ましい。この圧延をビード圧延という。

【００２５】ビード圧延は、例えば図３に示すように、
管内に配置されるロール保持台車10と、このロール保持
台車10で保持されてシーム増肉部８ｂを内面側から押圧
する内面圧延ロール10ｂと、シーム部を介して内面圧延
ロール10ｂに対抗する外面圧延ロール10ａとを有するビ
ード圧延装置に管を通して行うのが好ましい。これによ
り、管内外に形成れた増肉部分は精度よく平滑化され
る。なお、10ｃは台車連結管、10ｄは車輪、11はサポー
トロールである。

【００２６】以上述べたように、本発明によれば、ビー
ド切削の必要がなくかつシーム部平滑性に優れた鋼管を
製造できる。

【００２７】

【実施例】図１に示す本発明の実施に好適な設備列を用
いて、以下のようにして鋼管を製造した。板厚2.9 mmの
帯鋼１を予熱炉２で予熱し、次いで、オープン管両エッ
ジ部端での内面側、外面側になる帯鋼部分（帯鋼幅端面
の板厚方向両端部分）のいずれか一方または両方をエッ
ジャーロールからなるエッジ予成形装置18によりテーパ
状に面取り加工し、あるいはこの面取り加工を行わず、
成形ロール群３により連続的に成形しオープン管７とし
た。次いで、オープン管両エッジ部にエッジ予熱用誘導
加熱コイル４によりエッジ予熱を、さらにエッジ加熱用
誘導加熱コイル５によりエッジ加熱を施し、スクイズロ
ール６で固相圧接、溶接のいずれかを行い、次いで、ビ
ード切削を行わず、あるいは行った後、管内外から圧延
ロール10ａ、10ｂにより圧接シーム部近傍を圧延し、あ
るいはこの圧延を行わず、管寸法：146 mmφ× 2.9mmｔ
の鋼管８とした。製造条件の値を表１に示す。なお、造
管速度は、製造条件毎に安定製造可能範囲の上限に設定
した。

【００２８】製造された鋼管８のシーム品質、シーム部
平滑性を調査した。シーム品質は、鋼管の偏平高さ比
（ｈ／Ｄ、ｈ：偏平高さ(mm)、Ｄ：鋼管外径(mm)）で評
価した。シーム部平滑性は、シーム部と母材部の肉厚を
鋼管長手方向に10点／８ｍ当たり測定しその差（シーム
部の母材部からの肉厚偏差）で評価した。偏平高さ比が
小さいほどシーム品質がより良く、肉厚偏差（の絶対
値）が小さいほどシーム部平滑性がより良い。

【００２９】なお、従来例として、通常の鍛接法によ
り、帯鋼を1300℃に加熱したのち鍛接ロールにて146 mm
φの鍛接管としたものについて、上記同様の調査を行っ
た。これらの調査の結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】本発明要件を満たす鋼管（本発明例）は従
来例に比較して、造管速度では同程度で、シーム品質、
シーム部平滑性では格段に優れる。また、従来例を除い
て本発明要件に満たない鋼管（比較例）では、造管速
度、シーム品質、シーム部平滑性のうち本発明例に比肩
する項目はあるものの、少なくともいずれか１つの項目
では本発明例よりも劣っている。例えばＮo.７はエッジ
部が融点以上に加熱され、溶接での入熱量が過大であっ
たため、シーム部平滑性が劣り、また、例えばＮo.８、
９はエッジ部の予成形を管内面側、管外面側のいずれか
一方しか行わなかったため、シーム品質、シーム部平滑
性が劣る。

【００３２】

【発明の効果】かくして、本発明によれば、ビード切削
の必要がなく、シーム品質に優れ、しかも鋼管内外面側
でのシーム部平滑性に優れる鋼管を高い生産性で製造で
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に好適な鋼管製造設備列の１例を
示す説明図である。

【図２】オープン管の両エッジ部の予成形形状の一例を
示す断面図である。

【図３】本発明の実施に好適なビード圧延装置の一例を
示す説明図である。

【図４】固相圧接後の鋼管断面形状の例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１帯鋼２予熱炉３成形ロール群４エッジ予熱用誘導加熱コイル５エッジ加熱用誘導加熱コイル６スクイズロール７オープン管８鋼管 8a シーム部（圧接シーム部） 8b シーム増肉部 10 ロール保持台車 10ａ外面圧延ロール 10ｂ内面圧延ロール 10ｃ台車連結管 10ｄ車輪 11 サポートロール 14 アンコイラ 15 接合装置 17 ルーパ 18 エッジ予成形装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２３Ｋ 20/00 Ｂ２３Ｋ 20/00 Ｅ (72)発明者板谷元晶愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者岡部能知愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者依藤章愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者河端良和愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者西森正徳愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内Ｆターム(参考） 4E028 CA02 CA13 CA16 LA04 4E063 AA01 BB06 DA05 KA03 KA04 KA12 KA15 KA20 4E067 AA02 BD02 CA02 CA03 DA04 DC06 DD02 EC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯鋼を成形ロールにより連続的に成形し
てオープン管とし、該オープン管の両エッジ部を誘導加
熱により融点未満の温度域に加熱して、スクイズロール
で衝合圧接する鋼管の製造方法において、前記スクイズ
ロールで衝合接合する前に、前記オープン管両エッジ部
の内面側となるエッジ端および外面側となるエッジ端を
予成形することを特徴とする鋼管の製造方法。
【請求項２】帯鋼を800 ℃以下の温度に加熱した後
に、成形ロールにより連続的に成形してオープン管と
し、該オープン管の両エッジ部を誘導加熱により融点未
満の温度域に加熱して、スクイズロールで衝合圧接する
鋼管の製造方法において、前期スクイズロールで衝合接
合する前に、前記オープン管両エッジ部の内面側となる
エッジ端および外面側となるエッジ端を予成形すること
を特徴とする鋼管の製造方法。
【請求項３】前記予成形がオープン管成形前の帯鋼に
施されることを特徴とする請求項１または２記載の鋼管
の製造方法。
【請求項４】前記予成形がエッジャーロールで行う面
取り加工、切削による面取り加工のいずれか一方または
両方の組合せであることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の鋼管の製造方法。
【請求項５】前記予成形の予成形量が、Ｔ₁：0.05t
〜0.5t、θ₁：60゜以上90゜未満、Ｔ₂：0.01t 〜0.3
t、θ₂：60゜以上90゜未満であること特徴とする請求
項１〜４のいずれかに記載の鋼管の製造方法。ここに、
Ｔ：厚み方向の最大予成形深さ、θ：予成形により成形
されるテーパ面と予成形前のエッジ部端面とのなす角
度、ｔ：帯鋼板厚、添字１：管内面側、添字２：管外面
側
【請求項６】前記衝合圧接後、圧接シーム部近傍を管
内外の圧延ロールで圧延し平滑化することを特徴とする
請求項１〜５のいずれかに記載の鋼管の製造方法。