JP2005066679A - Method and apparatus for manufacturing welded steel tube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接鋼管の製造方法および装置に関し、詳しくは、CBR成形法(チャンスフリー張出しロール成形法)により帯板の幅を丸めてオープン管状の素管を形成し、該素管の円周方向の継目を溶接して溶接鋼管を製造する溶接鋼管の製造方法において、前記CBR成形法を、小径(外径100mm以下)超薄肉(肉厚2mm未満)の超高強度(TS800MPa超級)溶接鋼管の製造に適応させた溶接鋼管の製造方法、および該方法の実施に適した装置に係わる。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a welded steel pipe, and more specifically, an open tubular element pipe is formed by rounding the width of a strip by a CBR forming method (chance-free stretch roll forming method). In the method of manufacturing a welded steel pipe, in which a welded steel pipe is manufactured by welding a seam in a direction, the CBR forming method is applied to ultra-high strength (TS800 MPa class) welding with a small diameter (outer diameter of 100 mm or less), ultrathin wall (thickness of less than 2 mm). The present invention relates to a method for manufacturing a welded steel pipe adapted for manufacturing a steel pipe, and an apparatus suitable for carrying out the method.
電縫鋼管製造工程において、材料である帯板をオープン管状の素管へと成形するためのロール成形技術として、CBR成形法(チャンスフリー張出しロール成形法;Chance-free roll forming)が知られている(例えば、非特許文献1、特許文献1、2、3等参照。)。なお、特許文献1〜3では、CBR成形法なる呼称を用いていないが、実質的にCBR成形法に包含される技術を開示している。CBR成形法は、上流成形で帯板幅端部の曲げ成形と帯板幅中央部の曲げ成形を行い、小判型の素管を形成し、下流成形(フィンパス成形)で素管バルジング型の横径張出し成形を行うとともに、各スタンドでの素管円周方向の分担化成形を行うものであり、特に、第1フィンパスロールでは素管円周の4箇所を製品半径より小さい半径に成形するオーバーベンド成形を行うという特徴を有する。すなわち、図1(b)に示すように、CBR成形法でのフィンパス成形フラワー(フラワーとは造管パスライン方向に垂直な材料断面の外形線が描く図形を指す。)は、図1(a)に示す従来のサーキュラーベンド主体の成形法での2ラディアス(R1,R2)に対し5ラディアス(R1,R2,R3,R4,R5)の設計となっている。CBR成形法では、第1フィンパスロールで、素管サイド部相当のC部の曲げ成形を抑制して、BおよびB’部に製品半径より小さい曲げ半径となるオーバーベンド成形を加える。そして第2フィンパスロール(あるいはさらに第3フィンパスロール)で、C部を張出し曲げ成形するとともに、BおよびB’部の曲げ戻し成形を行い、全体を製品曲率に近づけていく。なお、A,D部は上流成形にてほぼ所定の曲率まで成形される。
In the ERW steel pipe manufacturing process, the CBR forming method (Chance-free roll forming) is known as a roll forming technique for forming a strip as a material into an open tubular element tube. (See, for example,
これによれば、素管継目のVシェイプ角度の拡大、ロール疵の抑制、残留応力の低減などといったいくつかの優れた特性がもたらされる。 According to this, several excellent characteristics such as expansion of the V-shape angle of the raw pipe joint, suppression of roll wrinkles, reduction of residual stress, and the like are brought about.
上記CBR成形法の実施には、例えば図2に平面図で示すようなライン構成になるCBR成形ミルが用いられる。すなわち、CBR成形ミルは、上流側から、帯板1幅端部の曲げを行うエッジベンドロールEB、帯板1幅中央部圧下を行うセンターベンドロール群(例えばセンターベンドロール1CB,2CB,3CB,4CBからなる)、素管2バルジング型の横径張出し成形を行うとともに各スタンドでの素管円周方向の分担化成形を行うフィンパスロール群(例えば第1、第2フィンパスロール1F,2Fからなる)とをこの順に配置し、かつ、エッジベンドロールEB出側から第1フィンパスロール1F入側にかけてのライン区域に、帯板1幅端部から素管2両側部にかけての部位を連続的に拘束支承する複数のケージロールCRを配置してなる。このようなCBR成形ミルを用いることで、帯板1幅中央部圧下を行うセンターベンドロール1CB,2CB,3CB,4CBと、これらセンターベンドロールの両側で帯板1幅端部から素管2両側部にかけての部位を連続的に拘束支承する複数のケージロールCRとにより帯板1中央部の曲げ成形が行われ、小判型の素管2が形成される。また、センターベンドロール1CB,2CB,3CBはいずれも分割されたツイン型ロール構造を有し、板厚および外径サイズの変更に対し、ロールを幅方向に移動調整するとともに板厚方向の圧下調整を行い、同時にケージロールCRも前記サイズの変更に応じて位置調整を行い、ロール兼用を行う。
CBR成形ミルの出側には、素管2の継目を溶接温度に加熱する抵抗溶接機RWDおよび該加熱された継目を圧接するスクイズロールSQが配置される。この抵抗溶接機RWDに代えて、例えば図3に側面図で示すようにスクイズロールSQ入側に誘導溶接機IWDを配置してもよい。また、この例に示されるように、フィンパスロール2Fと誘導溶接機IWDの間に、溶接前の継目を拘束するロータリーシームガイドロールRSGを配置してもよい。
On the exit side of the CBR forming mill, a resistance welder RWD that heats the joint of the
CBR成形法は、上述のように電縫溶接用の素管(オープン管)を有利に造管できる技術である。しかしながら、これまで製造実績のなかった強度TS1000MPa級、肉厚1.4mm未満、外径89mmの溶接鋼管の製造要求があり、この要求に応えるべく従来のCBR成形法で素管を造管し、該素管を溶接して溶接鋼管を試作する実験を行ったところ、図4に示すように、第1フィンパスロール入側での実フラワー10が目標の設計フラワー11どおりの形状にならず、そのためフィンパスロール成形段階でエッジウェーブが生じ、溶接が安定しなくなるという問題が、未解決課題として残っていることが判明した。本発明は、この課題を解決し、CBR成形法にさらなる改良を加えて小径(外径100mm以下)超薄肉(肉厚2mm未満)の超高強度(TS800MPa超級)溶接鋼管を製造できるようにした溶接鋼管の製造方法および装置を提供することを目的とする。
The CBR forming method is a technique that can advantageously form a base pipe (open pipe) for electric resistance welding as described above. However, there is a demand for manufacturing a welded steel pipe having a strength TS1000 MPa class, a wall thickness of less than 1.4 mm, and an outer diameter of 89 mm, which has not been manufactured so far, and in order to meet this demand, a raw pipe is formed by a conventional CBR forming method, As a result of conducting an experiment in which a welded steel pipe was prototyped by welding the raw pipe, as shown in FIG. 4, the
発明者らは前記目的を達成するために鋭意検討し、その結果、従来のCBR成形法では、帯板中央部の圧下と帯板両幅端部の拘束支承とによって小判型のフラワー形状を得ようとするが、最終のセンターベンドロール出側から第1フィンパスロール入側までの間は素管にかかる外力が両側からのケージロールによる押し力のみとなっており、そのような外力負荷条件下では、帯板が超薄肉で超高強度の材料である場合、剛性が強すぎて素管底部に曲げ応力が集中し、腰折れが起こってしまうために、目標フラワー形状となり難いことがわかった。そして、この困難は、素管の底部に近い両側部分を内面側から肉厚方向に押すことにより克服できることがわかった。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。 The inventors have intensively studied to achieve the above object, and as a result, in the conventional CBR molding method, an oval flower shape is obtained by the reduction of the center portion of the strip and the restraining support of the both ends of the strip. However, between the final center bend roll exit side and the first fin pass roll entry side, the external force applied to the raw pipe is only the pushing force by the cage rolls from both sides. Below, if the strip is an ultra-thin and ultra-high-strength material, the rigidity is too strong and the bending stress concentrates on the bottom of the blank tube, causing the waist to break and it is difficult to achieve the target flower shape. It was. And it turned out that this difficulty can be overcome by pushing the both sides close to the bottom of the raw tube in the thickness direction from the inner surface side. The present invention has been made based on these findings.
すなわち、本発明は、CBR成形法を用いた溶接鋼管の製造方法において、最終のセンターベンドロールを出てから両側部をケージロールで連続的に拘束支承されながら第1フィンパスロールに入るまでの間の素管の底部に近い両側部分を内面側から押えローラで肉厚方向に押すことを特徴とする溶接鋼管の製造方法である。 That is, according to the present invention, in the method of manufacturing a welded steel pipe using the CBR forming method, from the end of the final center bend roll until the first fin pass roll is entered while being continuously restrained and supported by the cage roll on both sides. It is a method for manufacturing a welded steel pipe, characterized in that both side portions close to the bottom of the blank pipe are pressed in the thickness direction by a pressing roller from the inner surface side.
また、本発明は、エッジベンドロール、センターベンドロール群、フィンパスロール群あるいはさらにロータリーシームガイドロールをこの順に配置し、かつエッジベンドロールの出側から第1フィンパスロール入側にかけてのライン区域に、帯板両幅端部から素管両側部にかけての部位を連続的に拘束支承するケージロールを配置してなるCBR成形ミルと、該CBR成形ミルを出た素管の継目を溶接温度に加熱する溶接機と、該加熱された継目を圧接するスクイズロールとを有する溶接鋼管の製造装置において、最終のセンターベンドロールと第1フィンパスロールとの間に、素管の底部に近い両側部分を内面側から肉厚方向に押すインナーローラを配置したことを特徴とする溶接鋼管の製造装置である。 In the present invention, an edge bend roll, a center bend roll group, a fin pass roll group, or further a rotary seam guide roll is arranged in this order, and a line area from the exit side of the edge bend roll to the first fin pass roll entry side In addition, a CBR forming mill in which a cage roll that continuously restrains and supports a portion from the both width ends of the strip to both sides of the raw pipe is disposed, and the joint of the raw pipe that has exited the CBR forming mill is set to the welding temperature. In an apparatus for manufacturing a welded steel pipe having a welding machine for heating and a squeeze roll that presses the heated seam, both side portions close to the bottom of the raw pipe between the final center bend roll and the first fin pass roll It is an apparatus for manufacturing a welded steel pipe, characterized in that an inner roller that pushes in the thickness direction from the inner surface side is disposed.
本発明によれば、CBR成形法を用いた溶接鋼管の製造方法において、最終のセンターベンドロール出側から第1フィンパスロール出側までの間で、両側部をケージロールで押されている素管の底部に近い両側部分を内面側からロールで肉厚方向に押すようにしたので、その間における素管の底部への曲げ応力の集中を緩和することができる。したがって、超薄肉、超高強度の帯板を小径に造管する場合でも、腰折れが生じず、設計フラワーどおりの素管を得ることができるようになり、フィンパスロール成形段階でエッジウェーブが生じることはなく、溶接が安定するので、小径超薄肉の超高強度溶接鋼管を得ることができる。 According to the present invention, in the method of manufacturing a welded steel pipe using the CBR forming method, the elements whose both side portions are pressed by the cage roll between the final center bend roll exit side and the first fin pass roll exit side are provided. Since both side portions close to the bottom of the tube are pushed in the thickness direction by a roll from the inner surface side, the concentration of bending stress on the bottom of the raw tube during that time can be alleviated. Therefore, even when an ultra-thin, ultra-high-strength strip is piped to a small diameter, the waist does not break, and a raw tube as designed can be obtained, and edge waves are generated at the fin pass roll forming stage. It does not occur and the welding is stable, so that an ultra-high strength welded steel pipe having a small diameter and an ultra-thin wall can be obtained.
本発明では、図2あるいは図3に示したようなライン構成のCBR成形ミルにおいて、センターベンドロール群内の最終のもの(例えばセンターベンドロール4CB)と第1フィンパスロール1Fとの間の素管2内面側に、例えば図5に示すような押えローラ(インナーローラ)5をホルダ8で支持したものを配置し、これを用いて素管2の底部に近い両側部分、すなわち底部とケージロールCR接触部との間の、外面側が無拘束状態となっている、左右各一箇所ずつ計二箇所の部分(この部分を押え部という。)に肉厚方向の押し力を加える。この押し力の下方向分力に対抗して素管2をパスライン位置に保持するために、素管2の底部は下支えローラ6で支承される。ここで、押え部を上記二箇所としたのは、押え部を底部も含めた範囲とすると、押えロールの中央と端とで比較的大きな周速差が生じて、内面擦り疵発生の原因となるからである。
In the present invention, in the CBR forming mill having the line configuration as shown in FIG. 2 or FIG. 3, the element between the final one in the center bend roll group (for example, the center bend roll 4CB) and the first
押えローラ5の押し力は、素管2の実フラワーが設計フラワーに一致するように、材料の剛性等に応じて過不足のない適正なレベルに調整される必要がある。押し力が弱すぎると押え部が設計フラワーの内側に移行して腰折れ防止効果に乏しく、逆に押し力が強すぎると押え部が設計フラワーの外側に移行して素管が下膨れ形に変形しがちとなる。この押し力の調整を容易に実行可能とするために、押えローラ5を支持するローラ支持アーム7を、押し力の調整が可能な押し手段、例えば手動ジャッキあるいはバネ定数可変なバネあるいは内圧可変な流体圧シリンダ等で支持するのが好ましい。
The pressing force of the
図5に示した左右同軸型の押えローラ5をCBR成形ミルに取り付けた状態の一例を図6に示す。図示のように、この例では、センターベンドロール2CB,3CB,4CBを一括支持するフレームの支柱15をケージロールCRの最終番目と第1フィンパスロール1Fとの間に立設し、該支柱15に取り付けた手動ジャッキ9にてローラ支持アーム7を支持するようにした。この例では、エッジベンドロールEBのロール軸位置からスクイズロールSQのロール軸位置までのパスライン長さを10345mmとした。
FIG. 6 shows an example of a state in which the left and right coaxial
押えローラ5は、図5に示したような左右同軸型に限らず、例えば図7に示すような、左右の押えローラ5A,5Bの軸を通材方向で相異なる位置に配置した千鳥配置型としてもよい。この千鳥配置型は、左右同軸型に比べて小型に構成できるから、収容スペースに余裕ができて、左右対向型を収容可能な最小径よりもさらに小径の素管内へも収容することができる。なお、図7(a)に図示したケージロールCRおよび下支えローラ6は、図7(b)では図示を省略した。
The
また、本発明では、押えローラの代わりにシューを用いることもできる。押えローラに代えてシューを用いた場合は、軸受を省略できてホルダをさらに小型化できるから、より小径の素管内へ収容可能であるが、摺動による内面疵ができやすい点に留意する必要がある。 In the present invention, a shoe may be used instead of the presser roller. When a shoe is used instead of the presser roller, the bearing can be omitted and the holder can be further miniaturized, so it can be accommodated in a smaller diameter pipe, but it must be noted that internal flaws are likely to occur due to sliding. There is.
図6に示した装置を用いてCBR成形法により帯板から素管を造管しその継目を溶接するという方法で、TS1000MPa、肉厚1.4mm、外径88mmの電縫鋼管(JIS STKM相当)の製造を試行した。押えロール(インナーロール)の押し力は手動ジャッキで最大9800Nに設定した。その結果、フィンパス成形段階でのエッジウェーブの発生は無く、溶接が安定して推移し、目標どおりの品質の製品が得られた。なお、比較のため、図6の装置から押えロールを取り外した以外は同上の方法で、同上の電縫鋼管の製造を試行したが、フィンパス成形段階でエッジウェーブが発生し、溶接が不安定となって、冷接等の欠陥が多発した。 This is a method in which a blank pipe is formed from a strip by means of the CBR forming method using the apparatus shown in FIG. 6 and the joint is welded. This is an ERW steel pipe (equivalent to JIS STKM) having a TS1000 MPa, a wall thickness of 1.4 mm, and an outer diameter of 88 mm. ) Was tried. The pressing force of the presser roll (inner roll) was set to a maximum of 9800 N with a manual jack. As a result, there was no edge wave at the fin pass molding stage, welding was stable and products with the desired quality were obtained. For comparison, an attempt was made to manufacture the ERW steel pipe using the same method as above except that the presser roll was removed from the apparatus shown in FIG. 6, but an edge wave was generated at the fin pass forming stage and welding was unstable. As a result, defects such as cold welding occurred frequently.
1 帯板
2 素管(オープン管)
3 溶接鋼管(電縫鋼管)
5,5A,5B 押えローラ(インナーローラ)
6 下支えローラ
7 ローラ支持アーム
8 ホルダ
9 手動ジャッキ
10 第1フィンパスロール入側での実フラワー
・ 第1フィンパスロール入側での設計フラワー
15 支柱
20 通材の向き
1CB,2CB,3CB,4CB センターベンドロール
1F,2F 第1、第2フィンパスロール
CR ケージロール
EB エッジベンドロール
IWD 溶接機(誘導溶接機)
RWD 溶接機(抵抗溶接機)
RSG ロータリーシームガイドロール
SQ スクイズロール
3 Welded steel pipe (ERW pipe)
5, 5A, 5B Presser roller (inner roller)
6
10 Actual flower on the first fin pass roll entry side ・ Designed flower on the first fin pass roll entry side
15 props
20 Direction of threading 1CB, 2CB, 3CB, 4CB
RWD welding machine (resistance welding machine)
RSG rotary seam guide roll SQ squeeze roll
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