JP2004174608A

JP2004174608A - ラインパイプ用鋼管の製造方法及び端部加工装置

Info

Publication number: JP2004174608A
Application number: JP2002339820A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kobayashi; 純一小林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】製造コストを極力抑えながら、極めて高い寸法精度のラインパイプ用鋼管の製造を可能にする。
【解決手段】製管後、固定した鋼管端部の内外面及び端面の面取り加工と同時に内面切削を実施する装置である。面盤３の前記鋼管端面と対向する側に、内面面取り工具６、外面面取り工具７、端面面取り工具８、及び、内面切削工具９が配置されている。製管後における鋼管端部の面取り工程において、内外面及び端面の面取り加工と同時に端部の内面切削をも実施する。
【効果】一回の芯出しで管端部における全ての加工を実施するので、極めて精度の高い管端形状が形成でき、極めて高精度のラインパイプ用鋼管の製造が可能になる。また、一つの工程で管端部の加工が終了するので、作業効率も良くなって、現地での敷設コストを大幅に削減でき、ラインパイプの製造コストも低減する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用時、管端を円周溶接により接続されるラインパイプ用鋼管（以下、単に「鋼管」という。）の製造方法、及び、端部を加工する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原油等を輸送するパイプラインの敷設においては、現地溶接等の敷設時に要する費用の占める割合が非常に大きい。特に海底パイプラインの場合には、総工費に占める鋼管の価格割合は１０〜２０％に過ぎないと言われている。このことから、海底パイプラインの場合には、海洋での敷設期間を短縮できれば、大幅なコスト削減が可能になる。
【０００３】
敷設期間を短縮するには、鋼管同士の接続に要する時間を短縮する必要があるが、鋼管の寸法精度が悪いと溶接前の鋼管同士の位置合わせ（アライメント）が難しくなり、前記接続に要する時間が長くなってしまう。そのため、鋼管の寸法精度に対する要求は年々厳しくなってきている。
【０００４】
鋼管の寸法精度の中では、端部の寸法精度とりわけ端部の内径精度が求められている。端部の内径精度が悪い場合、溶接前のアライメントに要する時間が長くかかるのと共に、鋼管同士の溶接部で段差が生じ、この段差部で内部を通る原油等の抵抗が増加したり、腐食を生じたりするうえ、応力が集中して破壊の原因にもなりうる。
【０００５】
よって、前記寸法精度が十分に高ければ、溶接前のアライメントに要する時間が短縮されて溶接も容易に行え、大幅なコストダウンが可能になる。なお、端面の垂直部分（以下、「ルートフェース」という。）は端面の内外面及び端面の面取りを行なうことによって形成されるが、ルートフェースを含む端部の寸法精度を高めるには、内面切削（内径）と面取り加工の精度を良くする必要がある。
【０００６】
この端部の寸法精度を高める手段として、以下のような手段が開示されている。
▲１▼ 管の中心と略一致して回転する回転体に、その回転重心を管外側に有する少なくとも２個の矯正治具を相対して取り付け、これら矯正治具を位置決め装置により管内径に合わせて位置決め可能に構成された装置を使用し、固定された管端部内面の相対する少なくとも２点に、回転によって生じる前記矯正治具の遠心力を鋼管内面に負荷することで、内径を真円に矯正するもの（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１４４２２６号公報（第２頁、図１）
【０００８】
▲２▼ 冷間で縮径加工した管端部に拡管治具を挿入し、縮径加工した部分のみを縮径分だけ拡管することで、或いは、拡管治具を挿入して冷間で拡管加工した管端部に縮径治具を押し込み、拡管加工した部分のみを拡管分だけ縮径することで、内径を真円に矯正するもの（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００９】
【特許文献２】
特開平８−１１７８５５号公報（第２頁、図１）
【特許文献３】
特開平８−１１７８５６号公報（第２頁、図１）
【００１０】
▲３▼ マンネスマンプラグミル方式による継目無管の製造時、ロール開度の制御により両管端の肉厚を厚くして管端内径を所定内径よりも小さく成形した後、当該両管端にプラグを挿入して所定の内径に成形することで、内径精度の向上を図るもの（例えば、特許文献４参照。）。
【００１１】
【特許文献４】
特開平９−２９３０９号公報（第２頁、図４）
【００１２】
しかしながら、▲１▼のように回転によって生じる矯正治具の遠心力を鋼管内面に負荷するだけでは、肉厚の厚い鋼管の場合には適用できない。また、▲２▼のように冷間で成形加工を行うものでは、鋼管の強度特性の変化や靱性、耐食性等の性能が劣化するという問題がある。更に、▲１▼〜▲３▼の何れの場合も、製管工程の後に１本１本の鋼管に対して特殊な加工を必要とするため、この加工に要する作業の付加により、生産能率が悪くなったり、生産コストが高くなったりするという問題がある。
【００１３】
ねじ切り機やＮＣ旋盤等を使用することによっても管端の内面切削は可能であるが、このような既存の設備等を用いた加工では、図４に示したように、製管後に別の複数の切削工程が必要となり、生産能率が悪くなって生産コストが高くなるのと共にハンドリング疵が発生しやすい等の問題が生じる。また、管端の面取り加工と内面切削を別の設備で行なった場合、製管後の鋼管の外径精度がそれほど高くないため、それぞれの設備での芯出し精度を十分に高めることができず、ルートフェース部の厚さ等が周方向でばらつく可能性がある。
【００１４】
また、鋼管の両端側方に配置された回転可能な面取りヘッドに、内外面及び端面の面取り用工具をそれぞれ固着し、鋼管両端の内外面及び端面を同時に面取りする装置が提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【００１５】
【特許文献５】
特開２００１−２３９４１４号公報（第２頁、図５）
【００１６】
しかしながら、上記の内外面及び端面の面取りを同時に行う装置は、ルートフェースの精度のみを考慮して生産性を向上させるもので鋼管端部全体の寸法精度を高めることを考慮していない。そのため、鋼管端部の内面切削（内径精度）に関しては全く考慮されていない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、極めて高い寸法精度を要求されるラインパイプ用鋼管の製造に際し、製造コストを極力抑えながら、現地での敷設コストを大幅に削減可能な、管端部の寸法精度の高いラインパイプ用鋼管の製造方法及び端部加工装置を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るラインパイプ用鋼管の製造方法は、内外面及び端面の面取り加工と同時に端部の内面切削をも実施することとしている。そして、このようにすることで、一回の芯出しで管端部における全ての加工を実施できることになり、寸法精度が高くアライメントの容易な管端形状を、作業効率良く形成できるようになる。
【００１９】
上記の本発明に係るラインパイプ用鋼管の製造方法は、固定した鋼管端面と対向する面盤側に、内面面取り工具、外面面取り工具、端面面取り工具、及び、内面切削工具が配置されている本発明に係るラインパイプ用鋼管の端部加工装置によって実施可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るラインパイプ用鋼管の製造方法は、製管後、固定した鋼管端部の内外面及び端面の面取り加工と同時に内面切削を実施する装置であって、面盤の前記鋼管端面と対向する側に、内面面取り工具、外面面取り工具、端面面取り工具、及び、内面切削工具が配置されている本発明に係るラインパイプ用鋼管の端部加工装置を用い、製管後における鋼管端部の面取り工程において、内外面及び端面の面取り加工と同時に端部の内面切削をも実施することを要旨とするものである。
【００２１】
上記の本発明によれば、同一の面盤上に内面面取り工具、外面面取り工具、端面面取り工具、及び、内面切削工具を配置しているので、一回の芯出しで管端部における全ての加工を実施できるようになり、極めて精度の高い管端部形状の形成が可能になる。また、一つの工程で管端部の加工が終了するので、作業効率も良くなって、ラインパイプの製造コストも低減する。
【００２２】
ところで、本発明にあっては、面盤の回転によりこの面盤に取り付けた加工工具で鋼管端部の複数部分を同時に加工する。そのため、面盤に取り付ける加工工具は複数必要となるが、これら複数の加工工具は鋼管端面の対称位置に位置すべく配置することが望ましい。例えば、加工工具を取り付ける固定具が３つの場合には、相互に１２０度ずつ離れて設置することが望ましい。このように配置することにより、加工時、加工工具によって鋼管を対称に押え付けることになって、鋼管の振動やぶれを抑えることができ、加工精度を高めることが可能になる。
【００２３】
また、管端部加工において重要な点は、接続する鋼管の端部における内外径とルートフェースの半径方向位置の精度である。従って、これらが精度良く加工されるためには、内面切削工具と内面面取り工具が同一の固定具を介して面盤に取り付けられていることが望ましい。その理由は、切削時に工具は微小な振動や撓みを受けるが、前記両工具が別の固定具に取り付けられている場合には、工具相互の位置がずれる場合があるからである。
【００２４】
また、本発明のような鋼管固定型の加工装置にあっては、複数の径の鋼管を加工するので、同一の面盤上に配置される内面面取り工具、外面面取り工具、端面面取り工具、及び、内面切削工具は回転中心からの距離を調整できるように構成することが望ましい。この際、それぞれの工具を独立して移動させるものが望ましい。なお、上述のように内面面取り工具と内面切削工具を同じ固定具に取り付けた場合のように、両工具の位置が変わらない場合は、それらを一つの移動装置で移動させることは言うまでもない。
【００２５】
上記の本発明方法により製造されるラインパイプ用鋼管は、敷設の際のアライメント時に、内面油圧クランプが一般的に用いられるが、管端からの管軸方向の内面切削長さが１００ｍｍ未満の場合には、前記内面油圧クランプが未切削部に干渉し、正確なアライメントが得られない場合が発生する。従って、本発明方法では、前記内面切削は、管端から管軸方向に１００ｍｍ以上の長さ範囲に亘って実施することが望ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係るラインパイプ用鋼管の端部加工装置を図１及び図２に示す１実施例に基づいて説明し、この端部加工装置を使用した本発明に係るラインパイプ用鋼管の製造方法を図３を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係るラインパイプ用鋼管の端部加工装置の全体説明図、図２は本発明に係るラインパイプ用鋼管の端部加工装置における要部の概略構成図、図３は本発明に係るラインパイプ用鋼管の製造方法のフロー図である。
【００２７】
図１〜図２において、１は製管後における鋼管端部の面取り工程において、サポートローラ２上の鋼管Ｐの端部近傍を固定するチャック、３はこのチャック１によって固定された鋼管Ｐの端面と対向するように配置された例えば円板状の面盤である。
【００２８】
この面盤３は、その軸心を回転中心Ｃとしてモータ４によって回転すると共に、前記チャック１によって固定された鋼管Ｐの管端に対して接近移動又は離反移動が可能なようになされており、面盤３の前記鋼管端面と対向する側には、例えば３本の固定具５ａ〜５ｃが、図２（ａ）に示すように、それぞれ前記鋼管Ｐの端面の対称位置に位置するように、１２０度ずつの角度を存して取り付けられている。
【００２９】
そして、第１の固定具５ａは、その先端に内面切削工具９を、また、中央部に内面面取り工具６を取り付けている。この内面切削工具９と内面面取り工具６との設置間隔Ｌ１は、内面面取り工具６で鋼管Ｐの端面に所定の内面面取りを施した時に、例えば管端から管軸方向に１００ｍｍ以上、管中央部側に内面切削できているように決定される。
【００３０】
また、第２の固定具５ｂは、その先端に外面面取り工具７を、第３の固定具５ｃは、その先端に端面面取り工具８を取り付けている。そして、これら外面面取り工具７と端面面取り工具８による外面面取りと端面面取りが、前記内面面取り工具６による内面面取りと例えば同時に実施できるように第２、第３の固定具５ｂ，５ｃの長さが決定される。
【００３１】
加えて、本実施例では、前記内面面取り工具６、外面面取り工具７、端面面取り工具８、及び、内面切削工具９は、回転中心Ｃからそれぞれの刃面までの距離Ｌ２〜Ｌ５の調整が可能なように、これら内面面取り工具６、外面面取り工具７、端面面取り工具８、及び、内面切削工具９を取り付けた固定具５ａ〜５ｃが、面盤３に放射状に設けた案内溝１０ａ〜１０ｃに沿って移動可能なように構成されている。
【００３２】
本発明に係るラインパイプ用鋼管の端部加工装置は上記のような構成であり、チャック１により端部近傍を固定したサポートローラ２上の鋼管Ｐの端面に対して、内面面取り工具６、外面面取り工具７、端面面取り工具８、及び、内面切削工具９の回転中心Ｃから刃面までの距離Ｌ２〜Ｌ５を予め調整した面盤３を、モータ４によって回転させた状態で接近移動させることで、先ず第１の固定具５ａの先端に設置した内面切削工具９で、鋼管Ｐの管端から軸方向中央部に向けてその内面を切削していく。
【００３３】
そして、前記内面切削工具９による端部の内面切削が進行し、第１の固定具５ａの中央部に設置した内面面取り工具６、第２の固定具５ｂに設置した外面面取り工具７、第３の固定具５ｃに設置した端面面取り工具８が管端の内外面及び端面に当接した後は、内面切削工具９による内面切削と同時に、内面面取り工具６、外面面取り工具７、端面面取り工具８により管端の内外面及び端面の面取り加工を実施する。これが本発明に係るラインパイプ用鋼管の製造方法である。
【００３４】
上記の本発明に係るラインパイプ用鋼管の製造方法によれば、図３に示したように、面取り工程で内面切削も同時に行なえるので、図４に示したような製管後に別の複数の切削工程が不要となり、生産能率が良くなって生産コストが削減できるのと共に、別工程に搬送する際のハンドリング疵も発生しなくなる。
【００３５】
因みに、本発明の効果を確認するために、外径が３２３．９ｍｍ、肉厚が１５．９ｍｍの継目無管を各２００本ずつ製造した後の、管端部の内外面と端面の面取り加工及び内面加工（管端からの軸方向の加工長さ１００ｍｍ）を、▲１▼上記の本発明装置を用いた本発明方法によって同時に実施した場合と、▲２▼面取り加工と内面加工を別の工程で実施した場合、の作業能率等を比較した。なお、▲２▼の別工程で実施した内面加工方法は、イ）ねじ切り機による場合、ロ）スエージング機とエキスパンダによる場合、ハ）スエージング機のみによる場合の３通りで行い、比較した。その結果を下記表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
上記表１は、面取り加工のみを施し、内面加工を施さない場合の作業能率等を指標１００とした場合の値で表したものである。
表１より明らかなように、面取り加工と内面加工を別の工程で実施した場合は、何れの場合も作業能率は本発明の指標１００に対して指標２０又は３０と悪い。また、生産コストも別工程に搬送する等の余分な工程が付加される分、本発明の指標１０５に対して指標１２０，１１５，１１０と悪い。
【００３８】
一方、内径精度については内面加工する分、何れの場合も内面加工しない場合に比べて良くなっているが、使用する加工装置により、本発明の加工装置やねじ切り機を使用した場合の指標２００に対して、スエージング機とエキスパンダを使用した場合は指標１８０、スエージング機のみ使用した場合は指標１５０であった。なお、内径精度の指標２００とは、指標１００に対して必要とされる寸法精度の分散が半分の場合をいう。
【００３９】
また、性能劣化については、本発明の加工装置やねじ切り機を使用した場合の指標１００に対して、スエージング機とエキスパンダを使用した場合は指標９０、スエージング機のみ使用した場合は指標９５と悪くなった。その理由は、冷間加工による加工硬化のためである。
なお、性能劣化とは、シャルピー試験による延性脆性遷移温度の上昇率と、その相対値で表した。
【００４０】
上記の効果を総合した場合の判定を上記表１にあわせて示したが、この判定より、本発明の場合、比較した従来と比べて、全ての項目で同等以上であることが判る。なお、判定中の◎は上記の評価を総合し、実製造に適用が可能なもの、×は実製造に適用が不可能なものである。
【００４１】
本発明は上記実施例に限るものではなく、他の請求項に関する場合にも、その構成に基づく作用効果を奏するものであることは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一回の芯出しで管端部における全ての加工を実施できるようになり、極めて精度の高い管端形状の形成が可能になって、極めて高精度のラインパイプ用鋼管の製造が可能になる。また、一つの工程で管端部の加工が終了するので、作業効率も良くなって、現地での敷設コストを大幅に削減でき、ラインパイプの製造コストも低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るラインパイプ用鋼管の端部加工装置の全体説明図で、（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は側面から見た図である。
【図２】本発明に係るラインパイプ用鋼管の端部加工装置における要部の概略構成図で、（ａ）は正面から見た断面図、（ｂ）は側面から見た断面図、（ｃ）は回転中心Ｃから内面面取り工具の刃面までの距離Ｌ２の説明図、（ｄ）は回転中心Ｃから外面面取り工具の刃面までの距離Ｌ３の説明図、（ｅ）は回転中心Ｃから端面面取り工具の刃面までの距離Ｌ４の説明図、（ｆ）は回転中心Ｃから内面切削工具の刃面までの距離Ｌ５の説明図である。
【図３】本発明に係るラインパイプ用鋼管の製造方法のフロー図である。
【図４】従来のラインパイプ用鋼管の製造方法のフロー図である。
【符号の説明】
１チャック
３面盤
４モータ
５ａ〜５ｃ固定具
６内面面取り工具
７外面面取り工具
８端面面取り工具
９内面切削工具
１０ａ〜１０ｃ案内溝
Ｐ鋼管
Ｃ回転中心

Claims

製管後における鋼管端部の面取り工程において、内外面及び端面の面取り加工と同時に端部の内面切削をも実施することを特徴とするラインパイプ用鋼管の製造方法。
前記内面切削は、管端から管軸方向に１００ｍｍ以上の長さ範囲に亘って実施することを特徴とする請求項１記載のラインパイプ用鋼管の製造方法。
製管後、固定した鋼管端部の内外面及び端面の面取り加工と同時に内面切削を実施する装置であって、面盤の前記鋼管端面と対向する側に、内面面取り工具、外面面取り工具、端面面取り工具、及び、内面切削工具が配置されていることを特徴とするラインパイプ用鋼管の端部加工装置。
前記内面面取り工具、外面面取り工具、端面面取り工具、及び、内面切削工具は、それぞれ前記鋼管端面の対称位置に位置するように配置されていることを特徴とする請求項３記載のラインパイプ用鋼管の端部加工装置。
前記内面面取り工具と内面切削工具は、同一の固定具を介して面盤に取り付けられていることを特徴とする請求項３又は４記載のラインパイプ用鋼管の端部加工装置。
前記内面面取り工具、外面面取り工具、端面面取り工具、及び、内面切削工具は、それぞれ回転中心からの距離の調整が可能なように構成されていることを特徴とする請求項３〜５の何れか記載のラインパイプ用鋼管の端部加工装置。