JP2004148337A

JP2004148337A - 溶接鋼管の接合部成形方法及びその製造装置

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Publication number: JP2004148337A
Application number: JP2002314584A
Authority: JP
Inventors: Toshio Onishi; 寿雄大西; Koji Sugano; 康二菅野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: JP4093015B2

Abstract

【課題】本発明は、連続移動する鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした所謂「オープン管」を成形するに際し、該オープン管の内面接合部のどこにも肉の盛り上がりを形成させない溶接鋼管の接合部成形方法及び該溶接鋼管の製造装置を提供することを目的としている。
【解決手段】鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒に成形し、その突き合わされた両端部を互いに接合して溶接鋼管を製造するに際して、前記曲げ加工前の鋼帯両端部の一定領域における肉厚が、断面視で、端部を最小としたテーパー状になるように、該一定領域をロールで部分圧下すると共に、該部分圧下で両端面側に生じる増肉部分をエッジミラーで研削除去する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接鋼管の接合部成形方法及びその製造装置に係わり、詳しくは、連続移動する鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした所謂「オープン管」の両端部の接合状態を良好にするための鋼帯両端部の成形技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接鋼管は、図２に示す製造工程において、まず長尺の鋼板又は鋼帯１の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした所謂「オープン管」２とし、その後突き合わせた該両端部（接合部ともいう）を接合して製造される。その接合には、電気抵抗溶接（電縫）、鍛接、圧接、電弧溶接等、種々の手段が用いられている。
【０００３】
ところで、このような溶接鋼管のうち所謂電縫鋼管を製造するに際しては、前記接合部を誘導コイル３で融点以上に加熱するため、その直後にスクイズロール４で該接合部を衝合する時に、溶融した鋼が管の内外面に流出し、図３（ａ）に示すような余盛（ビード）５と称する不要部分が形成される。そのため、電縫鋼管の製造では、接合後にこれらビード５をバイト６で切削除去しているのが現状である。
【０００４】
また、接合を鍛接、圧接等の所謂「固相接合」で行う溶接鋼管の製造では、図３（ｂ）に示すように、接合部の温度、スクイズロール４の接合部への当接の有無、管円周方向への絞り程度に起因して、該接合部７の管内外に管体肉厚の５％以上の盛り上がり（増肉８）を生じることがある。この増肉８は、管内外に配置したロール（図示せず）で圧延して平滑化しているのが現状である。
【０００５】
しかしながら、特に溶接鋼管の管内に生じるビード５や増肉８については、該ビードや増肉の程度が大きく、その研削や圧延が不足すると、図３（ｃ）にハッチで示すように、平滑化が不十分な状態になる。これでは、溶接鋼管として肉厚偏差（Δｔ＝ｔ_１−ｔ_２）が大きく、品質不良で製品にならない。ここで、ｔ_１は所定の肉厚、ｔ_２は増肉部分の厚みである。また、そのような増肉等があると、その部分は以降に鋼管をさらにダイスで引き抜き縮径する際に、ダイス等を損傷する原因になる。
【０００６】
そのため、かかる接合部の内面増肉を抑制し、平滑化を図る技術が本出願人より提案されている。それは、『帯鋼を成形ロールにより連続的に成形して所謂「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、前記オープン管両エッジ部の内面側となるエッジ端を、帯鋼の段階で予成形するものであり、この予成形を、エッジャーロールや機械切削による面取り加工で行う』という技術である（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この技術によれば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、予成形する部分の形状を断面視でテーパー状あるいはラウンド状として増肉を抑制することが期待される。
【０００８】
ところが、かかる予成形を、実際の鋼管製造のライン上を１００ｍ／ｍｉｎという高速で走行する鋼帯１に対して、図示していないミーリング装置（例えば、フライス盤）による切削やグラインダーによる研削で行うと、鋼帯の振動で切削あるいは研削部分に所謂「ビビリ」が生じ、所望形状を安定して得ることが難しい。また、使用冶具の交換を頻繁に行う必要があり、定期的なラインの停止頻度も高いという問題がある。一方、ロールを用いて面取りすると、上記のような問題は発生しなかった。しかしながら、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、鋼帯１の表裏面をロールで圧下すると、鋼帯１の端面に肉がはみ出し、そこに肉の盛り上がり（以下、別の増肉部分１２という）を生じた。この状態で両端部の突合せが適切に行うことができないので、前記技術のさらなる改良が望まれる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２７７６３９号公報（第３、右欄の３０行〜５０行）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、連続移動する鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした所謂「オープン管」を成形するに際し、該オープン管の内面接合部のどこにも肉の盛り上がりを形成させない溶接鋼管の接合部成形方法及び該溶接鋼管の製造装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、前記特許文献１に記載した技術の改良に鋭意努力し、その成果を本発明に具現化した。
【００１２】
すなわち、本発明は、鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒に成形し、その突き合わされた両端部を互いに接合して溶接鋼管を製造するに際して、前記曲げ加工前の鋼帯両端部の一定領域における肉厚が、断面視で、端部を最小としたテーパー状になるように、該一定領域をロールで部分圧下すると共に、該部分圧下で両端面側に生じる増肉部分をエッジミラーで研削除去することを特徴とする溶接鋼管の接合部成形方法である。この場合、前記一定領域（Ｌ）が、鋼帯の幅方向両端から（０．５〜１０）×板厚（ｔ）ｍｍの範囲で、且つ両端面の部分圧下量（ｈ）を（０．１〜０．５）×板厚（ｔ）ｍｍであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、連続移動する鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にする一群の成形機からなる成形装置と、突き合わされた両端部を互いに接合して管体とする接合装置とを備えた溶接鋼管の製造装置において、前記成形機の上流側に、前記鋼帯の幅方向両端部の一定領域を部分圧下する左右一対の上下ロールと、その圧下で両端面に生じる増肉部分を研削するエッジミラーとを順次配設したことを特徴とする溶接鋼管の製造装置である。この場合、前記上下ロールのうちの上ロールが、両端の径が異なるテーパロールあるいは軸を水平から傾斜させた円筒状ロールであるのが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、連続移動する鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした所謂「オープン管」を成形しても、該オープン管の内面接合部のどこにも肉の盛り上がりを形成しないようになる。その結果、溶接鋼管の内面品質が向上し、製品歩留りが従来より高まるばかりでなく、溶接鋼管が円滑、且つ安定して製造できるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
まず、発明者は、鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒に成形した所謂「オープン管」において、その突き合わされた両端部を曲げ加工する前に、成形によって該オープン管の内面側になる鋼帯表（上）面の両端部の一定領域を面取りする。このこと自体は、前記特許文献１記載の技術と同じである。また、その面取りは、鋼帯端部の肉厚が最小で幅方向の中心よりに向けて厚くなる所謂「テーパー状」になるようにする。つまり、鋼帯の端部から幅方向へ向かう一定領域を製品鋼管の肉厚より薄くするのである。なお、この場合、「テーパ状」とは必ずしも一定角度で傾斜していなくても良い。
【００１７】
そして、面取りも、特許文献１に記載されているように、上下ロール１１で両端部を部分圧下することにした（図６（ａ）参照）。ミーリング装置やグラインダーによる方法では、高速走行している鋼帯の振動で切削あるいは研削部分に所謂「ビビリ」が生じ、所望形状を安定して得ることが難しいからである。ただし、本発明では、図８に示すように、ロールで圧下する前記一定領域（Ｌ）を、鋼帯の幅方向両端から（０．５〜１０）×板厚（ｔ）ｍｍの範囲で、且つ両端面の部分圧下量（ｈ）を（０．１〜０．５）×板厚（ｔ）ｍｍでに限定する。ここで、Ｌが０．５ｔｍｍ未満では、図８に示すように盛り上がり部１６が生じ、また１０ｔｍｍを超えても効果は変わらない。さらに、ｈが、０．１ｔｍｍ未満であると効果がなく、０．５ｔｍｍ超えても効果は変わらない。このように本発明では、面取りする領域を両端部より１０ｔｍｍ以下で且つ部分圧下距離（ｈ）も一定範囲に抑えるようにしたが、それでも、図５にハッチで示すように、鋼帯１の表面をロールで圧下すると、鋼帯１の端面側に肉がはみ出し、そこに別の増肉部分１２を生じてしまう。この状態では、両端部の突合せが適切に行うことができない。そこで、本発明では、ロールでの部分圧下で両端面側に生じるこの別の増肉部分１２を，図６（ｂ）に示すように、エッジミラー１３で研削除去することにしたのである。
【００１８】
なお、ロールによる面取りは、図８から明らかなように、水平面に対して角度（θ）で傾斜させて行われるが、本発明では、その角度は２〜２０°である。より好ましくは、３〜１０°である。
【００１９】
また、この本発明を実施する具体的な装置としては、図１にフローを示すように、連続移動する鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にする一群の成形機９からなる成形装置と、突き合わされた両端部を互いに接合して管体とする接合装置１０とを備えた溶接鋼管の製造装置において、前記成形機９の上流側に、前記鋼帯１の幅方向両端部の一定領域を部分圧下する左右一対の上下ロール１１と、その圧下で両端面に生じる前記別の増肉部分１２を研削するエッジミラー１３とを順次配設すれば良い。この場合、面取りを行うのは、前記上下ロール１１のうちの上ロールであるので、該上ロール１１ａに、両端の径が異なるテーパロールあるいは軸を水平から傾斜させた円筒状ロールを利用することになる。ロールの材質は、本発明では特に限定せず、鋼帯の圧延に通常採用されるものであれば良い。また、下ロールも鋼帯の圧延に通常採用されるもので十分である。さらに、両端面に生じる増肉部分を研削するエッジミラー１３は、軸を垂直にして使用する。
【００２０】
【実施例】
板厚（ｔ）が４．５ｍｍ、鋼種（規格）がＳＴＫＭ１５Ａのコイル状鋼帯を、図１に示した製造工程を用いて溶接鋼管を製造した。まず、コイル状の鋼帯１をアンコイラー１４で巻き戻してから１００ｍ／ｍｉｎで移動させ、一群の成形機９からなる成形装置で幅方向の両端側を曲げ成形し、外径が７６．３ｍｍφのオープン管２とする。その際、本発明に係る溶接鋼管の接合部成形方法を適用し、圧延機の前に配設した上下ロール１１で鋼帯１の両端部を部分圧下した。圧下した量は、図４に示すように、Ｔ１＝１．５ｍｍ，Ｔ２＝１０．０ｍｍである。そして、この圧下で生じた端面の増肉部分（長さで約１ｍｍ）をエッジミラー１３で研削除去した。そして、誘導コイル３で１２５０℃に加熱後、スクイズロール４で衝合して溶接鋼管を得た。
【００２１】
この本発明の実施成績は、得られた溶接鋼管の接合部を図７（ａ）及び（ｂ）に示すように垂直（０度）あるいは横（９０度）にして扁平になるよう押し潰し、割れが発生した時の外径と押し潰し開始前の初期径（Ｄ）との比で評価した。つまり、突合せた接合部の形状が良好であるほど、押し潰し抵抗が大きくなるからである。
【００２２】
この扁平試験の結果を、本発明に係る接合部成形方法を採用しない従来の方法で製造した溶接鋼管の場合と比較し、表１に一括して示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１より、従来法では、接合部位置を０度及び９０度にしたいずれの場合も、初期径（Ｄ）を２０〜５０％に扁平化した時点で割れが発生したのに対して、本発明では、上下の肉が密着しても割れが発生しないことが明らかである。また、成形後のオープン管の突合せ部分を肉眼で観察したが、図５にハッチで示したような別の増肉部分１２はほとんど認められなかった。さらに、製品の不良率が従来より半減した。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、連続移動する鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした所謂「オープン管」を成形しても、該オープン管の内面接合部のどこにも肉の盛り上がりを形成しないようになる。その結果、溶接鋼管の内面品質が向上し、製品歩留りが従来より高まるばかりでなく、溶接鋼管が円滑、且つ安定して製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶接鋼管の製造装置を示すフロー図である。
【図２】従来の電縫鋼管の製造装置を示すフロー図である。
【図３】溶接鋼管の接合部を示す図であり、（ａ）は電縫によるビードの発生状況を、（ｂ）は圧接等による肉の盛り上がりを、（ｃ）は前記ビードや肉の盛り上がり量が大きい場合の切削後の状態を表している。
【図４】鋼帯の両端部を面取りした場合の理想的状態を示す図であり、（ａ）は、面取りした部分が断面視でテーパ状、（ｂ）はラウンド状の場合である。
【図５】ロールで鋼帯両端部を面取りした際に、その端面に別の増肉部分が生じることを指摘した図であり、（ａ）は、面取りした部分が断面視でテーパ状、（ｂ）はラウンド状の場合である。
【図６】本発明に係る鋼帯両端部の面取りを説明する図であり、（ａ）は、上下ロールによる所謂「テーパ状」の部分圧下状況を、（ｂ）エッジ・ミラーによる端面の研削状況を示す。
【図７】溶接鋼管の接合部を評価する試験方法を説明する図であり、（ａ）は、接合線を垂直にした０度扁平試験（内面引っ張り）を、（ｂ）は接合線を水平にした９０度扁平試験（外面引っ張り）を行う時の接合部の位置を示している。
【図８】鋼帯両端部の面取り量を説明する図である。
【符号の説明】
１鋼帯（長尺の鋼板）
２オープン管
３誘導コイル
４スクイズロール
５ビード
６バイト
７接合部
８増肉
９一群の圧延機
１０接合装置
１１上下ロール
１１ａ上ロール
１１ｂ下ロール
１２別の増肉部分
１３エッジミラー
１４アンコイラー
１５押し潰す方向を示す矢印
１６盛り上がり部

Claims

鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒に成形し、その突き合わされた両端部を互いに接合して溶接鋼管を製造するに際して、
前記曲げ加工前の鋼帯両端部の一定領域における肉厚が、断面視で端部を最小としたテーパー状になるように、該一定領域をロールで部分圧下すると共に、該部分圧下で両端面側に生じる増肉部分をエッジミラーで研削除去することを特徴とする溶接鋼管の接合部成形方法。
前記一定領域（Ｌ）が、鋼帯の幅方向両端から（０．５〜１０）×板厚（ｔ）ｍｍの範囲で、且つ両端面の部分圧下量（ｈ）を（０．１〜０．５）×板厚（ｔ）ｍｍとすることを特徴とする請求項１記載の溶接鋼管の接合部成形方法。
連続移動する鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にする一群の成形機からなる成形装置と、突き合わされた両端部を互いに接合して管体とする接合装置とを備えた溶接鋼管の製造装置において、
前記成形機の上流側に、前記鋼帯の幅方向両端部の一定領域を部分圧下する左右一対の上下ロールと、その圧下で両端面に生じる増肉部分を研削するエッジミラーとを順次配設したことを特徴とする溶接鋼管の製造装置。
前記上下ロールのうちの上ロールが、両端の径が異なるテーパロールあるいは軸を水平から傾斜させた円筒状ロールであることを特徴とする請求項３記載の溶接鋼管の製造装置。