JP2006320922A

JP2006320922A - 鋼管の製造方法および装置

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Publication number: JP2006320922A
Application number: JP2005144868A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Okabe; 能知岡部; Hiroyasu Yokoyama; 泰康横山; Kazuhito Kenmochi; 一仁剣持; Takashi Sakata; 坂田　　敬
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】ダウンヒル成形方式の鋼管製造において、板のロール成形段階で管底部内面側のＹＲ上昇を抑制し、かつ管内面側の減肉あるいはロールとの接触疵の発生を防止可能として高寸法精度でかつ低ＹＲの鋼管を製造しうる鋼管の製造方法および装置を提供する。
【解決手段】板の上下面に上下一対の第１のロールを押し付けて板幅端部を上面が内面側となるよう曲げ成形後、上下一対の第２のロールを押し付けて板幅中央部を上面が内面側となるよう曲げ成形するにあたり、第２のロールのパスラインを第１のロールのパスラインよりも低位置とするダウンヒル成形方式の鋼管の製造方法において、第２のロールの上ロール２Ｔの押し付け中心部１００相当部位に凹み９が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼管の製造方法および装置に関し、特に、ダウンヒル成形方式の造管ミルを用いて高寸法精度の低ＹＲ鋼管を有利に製造しうる鋼管の製造方法および装置に関する。

電縫鋼管、ＴＩＧ溶接鋼管、レーザー溶接管等の成形鋼管、ロール成形によって成形する角コラム、同様の方法で成形するアルミ管やアルミコラムなどは、板の上下面に表面円弧形状を持ったロールを押し付けて成形する成形ロールによって成形される。
例えば電縫鋼管は、素材の帯鋼を一群の成形ロールによって連続的に円筒状のオープンパイプに成形したのち、その継目部を電気抵抗溶接法を用いて接合し、製造される。成形ロールは通常数十段のロール群で構成されている。ブレークダウンロールは、駆動された水平ロールで、帯鋼エッジ部の成形を含め半円までの初期成形を行う。ケージロールまたはサイドロールは非駆動の垂直ロールで、ブレークダウンロール間に配置される。ブレークダウンロールとケージロールまたはサイドロールによって帯鋼を成形した後、フィンパスロールで仕上成形し、スクイズロールによって溶接工程での帯鋼エッジの突き合せ形状をコントロールする。

ブレークダウンロールは、通常３〜５組のロール群として構成され、帯鋼を連続的に内曲げ矯正して成形する。通常ロール群の前段から後段にかけて、ロール形状の曲率半径が徐々に小さくなるようにロールが配置されている（例えば特許文献１）。なお、ロール群の前段において帯鋼の中央部を除く部分を矯正するロールが配置されたものもある（例えば特許文献２）。ブレークダウンロール群において帯鋼の幅中央部を含めて半円から円筒状に近い形状に成形するため、ロール群の後段においては帯鋼の幅中央部を内曲げ矯正するためのブレークダウンロール（図３（ａ）（ｂ））が配置される。また、ブレークダウンロールは帯鋼を進行させるための駆動ロールとして機能させるため、上下ロールで帯鋼をピンチした上でロールに駆動回転力を付与している。

電縫鋼管の成形用ロールにおいては、ロール取り替え頻度を極力少なくするため、同一の電縫鋼管外径については薄肉から厚肉までの帯鋼全肉厚について共通のロールを用いている。従って、ブレークダウンロールの下ロール表面形状の曲率半径がＲ_Ｂであれば、上ロール表面形状の曲率半径Ｒ_Ｔは、下ロール曲率半径Ｒ_Ｂから帯鋼の最大肉厚ｔ_maxを引いた値としている。さらに、異なった電縫鋼管外径についても、ブレークダウンロールを兼用して使用することがある。この場合は、下ロールの曲率半径は外径の大きな電縫鋼管にあわせ、上ロールの曲率半径は外径の小さな電縫鋼管にあわせて定める。その結果、上ロール表面形状の曲率半径Ｒ_Ｔと下ロール曲率半径Ｒ_Ｂとの差は、帯鋼の最大肉厚ｔ_maxよりも大きな値となることがある。

ところで、建築物の構造材料として使用される電縫鋼管においては、地震発生時の電縫鋼管構造部の破断を防止するため、低ＹＲであることが要求されている。又、ラインパイプにおいては、船上から海底まで曲げ変形を加えながらパイプを敷設する時にパイプ長手方向の変形性能が必要で低ＹＲが要求される場合と、輸送流体から異常な圧力を受けた時に円周方向に変形能力を確保する為に低ＹＲが要求される場合がある。

また、自動車部品等において、電縫鋼管をハイドロフォ−ム法により成形した製品が採用され始めている。ハイドロフォ−ム加工法は、内部形状が最終製品形状である割型の内部に素管を入れ、素管の端部から素管内に液を導入して内圧をかけ、両側から押し込み用のシリンダ−で管軸方向に圧縮荷重を付加して押し込み、素管を最終形状に加工する方法である。

ハイドロフォ−ム法による加工では、軽量かつ従来法では得られないような高加工度の複雑な形状のものまで成形可能であり、さらに加工時の軸力と内圧を高精度に制御することにより、複雑形状部品の一体成形と高精度化が可能なことから、自動車の軽量化およびコストダウンが可能な車体構造実現の技術として期待されている。
ハイドロフォ−ム加工用素管には優れた成形性が要求される。電縫鋼管を素管としてハイドロフォ−ム加工を行った場合、加工度を高めると、局所的に伸びの限界を超え破断が生じることがある。そのため、複雑な形状の製品をハイドロフォ−ム加工するためには、電縫鋼管のどの部位においても低いＹＲを有し、また良好な延性を有することが必要とされる。

電縫鋼管の電縫溶接部については、ポストアニーラと呼ばれる局部熱処理装置によって歪み取り焼きなましを行うことができ、これによって電縫溶接部の延性の改善や低ＹＲ化を図ることができる。
しかし、電縫溶接後の電縫鋼管において、電縫溶接部を除く部分についてみると、電縫溶接部の円周方向反対側、すなわち板（帯鋼）の幅中央部に相当する部分において、その他の部分に比較してＹＲが高く延性が低い部分が存在する。このような部分が存在すると、電縫鋼管を建築物の構造材料として使用した場合には、地震に際してＹＲの高い部分が破断の起点となりやすい。また、電縫鋼管をハイドロフォーム加工用素管に用いた場合には、加工度を高めるとやはりＹＲが高い部分において伸びの限界を超え破断が生じることとなる。従来からの電縫溶接部に適用するポストアニーラに加え、溶接部反対側の部分にまでポストアニーリングを実施しようとすると、新たなポストアニーラ設備を設置することが必要となり、造管の生産性を悪化させることともなる。そこで、ロール成形過程において板幅中央部相当部分でＹＲが高く延性が低くなることを防止すべく、下ロールの幅中央部の押し付け中心部に凹部を形成することで、押し付け中心部の局部圧下を防止する技術が提案されている（特許文献３）。
特開昭６２−５００１９号公報特開昭６３−２８１７１３号公報特開２００３−２２０４１９号公報

一方、電縫鋼管製造ラインなどでは、パスラインが水平であると、成形に伴い板幅端部（オープン管周端部）が長手方向に伸ばされるために、管内に不均一な歪が発生する。そこで、管底部（板幅中央相当部）の伸び量を増加させて管端部の伸び量と釣り合わせる方法として、ダウンヒル成形方式が使用される場合がある。ダウンヒル成形方式では、例えば図１に示すように、板３０の上下面に上下一対の第１のロール１（エッジベンドロールに該当）を押し付けて板幅端部を曲げ成形後、上下一対の第２のロール２を押し付けて板幅中央部を曲げ成形する際に、第２のロール２（ブレークダウンロールに該当）のパスライン２_ＰＬを第１のロール１のパスライン１_ＰＬよりも低位置として成形が行われる。

なお、第２のロール２は実際は複数段（２〜５段程度）配置され、第１のロールから第２のロールの最終段にかけて徐々にパスラインを下降させているが、図１では簡略化して第２のロールは１段のみ図示した。また、実際は第１のロールから第３のロール３（フィンパスロールに該当）の間の複数段の第２のロールの段間で管外周側に接触させるケージロールまたはサイドロールが配列されているが、図１ではそれらの図示も省略した。

ダウンヒル成形方式においては、第２のロール２の上ロール２_Ｔにかかる負荷が大きい。特に、上ロール２_Ｔの幅中央部は板３０が進入していく過程において、管内面側とする板３０上面側を押さえつけてこの部分の圧下力が過大となり、この部分が塑性変形してしまい、押し付け中心部のＹＲが上昇する。上ロール２_Ｔ幅中央部のＲが小さいと、板３０の上面側に極めて高い応力がかかり、管内面側が減肉する、あるいはロールとの接触疵が発生するという問題がある。

特許文献３の技術は、ブレークダウンロールの長手方向（ロール胴長方向）の中心部において、押し付け中心部の下ロールによる過大な圧下力がかからないように、下ロール中心部の形状を、ロールカリバ底に凹部を設けた形状に制御して、接触を低減させてＹＲの上昇を防止するものであった。
しかし、ダウンヒル成形方式では、板が進入する際に、板の下面が下ロールカリバ底と接触するよりも前に板の上面が上ロールと接触し、この接触中に上述のように板の内面側の圧下力が過大となるため、下ロールカリバ底部に凹部を設けたブレークダウンロールを用いても、上ロールのカリバ頂部（幅中央部）との接触により板幅中心部（管底部）の内面側のＹＲが上昇し、また管内面側が減肉し、あるいはロールとの接触疵が発生するという問題は解決されない。

そこで、本発明は、ダウンヒル成形方式の鋼管製造において、板のロール成形段階で管底部内面側のＹＲ上昇を抑制し、かつ管内面側の減肉あるいはロールとの接触疵の発生を防止可能として高寸法精度でかつ低ＹＲの鋼管を製造しうる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。

前記目的を達成した本発明は、以下のとおりである。
（１）板の上下面に上下一対の第１のロールを押し付けて板幅端部を上面が内面側となるよう曲げ成形後、上下一対の第２のロールを押し付けて板幅中央部を上面が内面側となるよう曲げ成形するにあたり、第２のロールのパスラインを第１のロールのパスラインよりも低位置とするダウンヒル成形方式の鋼管の製造方法において、第２のロールの押し付け中心部の上ロール表面を、該押し付け中心部両側の上ロール形状と同じ曲率半径の円弧両端部で前記押し付け中心部両側の上ロール表面と接する仮想円弧よりも、上ロール中心軸側に位置せしめたことを特徴とする鋼管の製造方法。

（２）板の上下面に上下一対の第１のロールを押し付けて板幅端部を上面が内面側となるよう曲げ成形後、複数段の上下一対の第２のロールを押し付けて板幅中央部を上面が内面側となるよう曲げ成形するにあたり、第２のロールのパスラインを前記第１のロールのパスラインよりも低位置でかつ下流側の段ほど低位置とするダウンヒル成形方式の鋼管の製造方法において、少なくともいずれか１段の第２のロールの押し付け中心部の上ロール表面を、該押し付け中心部両側の上ロール形状と同じ曲率半径の円弧両端部で前記押し付け中心部両側の上ロール表面と接する仮想円弧よりも、上ロール中心軸側に位置せしめたことを特徴とする鋼管の製造方法。

（３）板の上下面に押し付けて板幅端部を上面が内面側となるよう曲げ成形する上下一対の第１のロールと、該第１のロール出側の板に押し付けて板幅中央部を上面が内面側となるよう曲げ成形する上下一対の第２のロールとを有し、第２のロールのパスラインが第１のロールのパスラインよりも低位置にあるダウンヒル成形方式の鋼管の製造装置において、第２のロールの押し付け中心部の上ロール表面が、該押し付け中心部両側の上ロール形状と同じ曲率半径の円弧両端部で前記押し付け中心部両側の上ロール表面と接する仮想円弧よりも、上ロール中心軸側に位置することを特徴とする鋼管の製造装置。

（４）板の上下面に押し付けて板幅端部を上面が内面側となるよう曲げ成形する上下一対の第１のロールと、該第１のロール出側の板に押し付けて板幅中央部上面が内面側となるようを曲げ成形する複数段の上下一対の第２のロールとを有し、第２のロールのパスラインが第１のロールのパスラインよりも低位置でかつ下流側の段ほど低位置にあるダウンヒル成形方式の鋼管の製造装置において、少なくともいずれか１段の第２のロールの押し付け中心部の上ロール表面が、該押し付け中心部両側の上ロール形状と同じ曲率半径の円弧両端部で前記押し付け中心部両側の上ロール表面と接する仮想円弧よりも、上ロール中心軸側に位置することを特徴とする鋼管の製造装置。

本発明によれば、ダウンヒル成形方式の鋼管の製造手段において、押し付け中心部の上ロール表面が、該押し付け中心部両側の上ロール形状と同じ曲率半径の円弧の両端部で前記押し付け中心部両側の上ロール表面と接する仮想円弧よりも、上ロール中心軸側に位置するような第２のロールを用いることにより、この第２のロールの上ロールによる板の押し付け中心部への圧下力が軽減されるから、管底部のＹＲ上昇を抑制できるとともに、内面側の減肉やロールとの接触疵の発生も防止できる。

本発明は、電縫鋼管、ＴＩＧ溶接鋼管、レーザー溶接管等の成形鋼管、ロール成形によって成形する角コラムなど、帯鋼の上下面に表面円弧形状を持ったロールを押し付けて上面が内側となるよう曲げ成形するあらゆる種類のダウンヒル成形方式のロール成形に適用することができる。以下、電縫鋼管のブレークダウンロールを例にとって説明を行うが、本発明が電縫鋼管のブレークダウンロールに限定されないことはいうまでもない。

図２は、本発明で少なくともいずれか１段に用いるものとした第２のロール２（ブレークダウンロールに該当）の上ロール形状を示す断面図である。この上ロール２_Ｔでは、押し付け中心部１００における上ロール表面が、押し付け中心部両側１０１の上ロール形状と同じ曲率半径の円弧両端部で押し付け中心部両側１０１の上ロール表面と接する仮想円弧２１よりも、上ロール中心軸側に位置する。つまり、上ロール２_Ｔの押し付け中心部１００相当部位（ロール胴長中央部）には凹み９が設けられている。

この凹み９の幅（仮想円弧２１の弦長さ）は、上ロール胴長の５〜１５％とするのが好ましく、また、凹み９の深さ（仮想円弧２１の弧長中心と凹み底との間隔）は、凹みの幅の３〜８％とするのが好ましい。
なお、斜め下方に延びるパスライン上にブレークダウンロールが複数段配置されたダウンヒル成形方式のロール成形装置に本発明を適用する場合、全部の段のブレークダウンロールの上ロールに前記凹みを設けてもよい。もっとも、段の位置によってはパスラインの傾斜度が小さくて、上ロールを前記凹み無しのものから前記凹み付きのものに置換しても本発明の効果が目立たない場合もあり、かかる場合は、前記置換により本発明の効果が顕現する段のみに本発明を適用してもよい。いずれの段に本発明を適用すればよいかは、実験により決定することができる。

エッジベンドロール（第１のロールに該当）、４段配列のブレークダウンロール（第２のロールに該当；番号ＢＤ１〜ＢＤ４）、フィンパスロール（第３のロールに該当）をパスラインに沿ってこの順に配列し、エッジベンドロールから最終段のブレークダウンロールＢＤ４にかけてのパスラインを下流側ほど低位置に設定したダウンヒル成形方式の電縫鋼管製造装置を用い、表１に示す種々の条件で鋼管製造実験を行った。得られた製品パイプについて、表１に示す特性を調査し、表１に示す結果を得た。なお、表１において、「Ａ：本発明ロール」は、上ロール胴長中央に、凹み幅＝胴長の１０％、凹み深さ＝凹み幅の５％になる凹みを設けたものである。また、「９０°部、１８０°部」はシーム部を０°とした管周方向角度に対応する部位である。

表１より、本発明の実施例では、管底部のＹＲ増加は抑制され、かつ、ロール疵の発生はない。また、９０°部と１８０°部（管底部）との板厚差（肉厚差）も小さく、寸法精度に優れている。

ダウンヒル成形方式の概要を示す説明図である。本発明で少なくともいずれか１段に用いるものとした第２のロール（ブレークダウンロールに該当）の上ロール形状を示す断面図である。従来の成形ロールの例を示す断面図であり、（ａ）は押し付け中心部両側を押し付け中心部と同じ曲率半径に内曲げ成形する例、（ｂ）は押し付け中心部両側を押し付け中心部よりも小さい曲率半径に内曲げ成形する例である。

符号の説明

１第１のロール
２第２のロール
３第３のロール
９凹み
１０下ロール
１５中央一定曲率半径領域
２０上ロール
２１仮想円弧
２５仮想円
３０板（帯鋼）
１００押し付け中心部
１０１押し付け中心部両側
Ｒロール曲率半径
添字_Ｔ上ロール
添字_Ｂ下ロール
添字_ＰＬパスライン

Claims

板の上下面に上下一対の第１のロールを押し付けて板幅端部を上面が内面側となるよう曲げ成形後、上下一対の第２のロールを押し付けて板幅中央部を上面が内面側となるよう曲げ成形するにあたり、第２のロールのパスラインを第１のロールのパスラインよりも低位置とするダウンヒル成形方式の鋼管の製造方法において、第２のロールの押し付け中心部の上ロール表面を、該押し付け中心部両側の上ロール形状と同じ曲率半径の円弧両端部で前記押し付け中心部両側の上ロール表面と接する仮想円弧よりも、上ロール中心軸側に位置せしめたことを特徴とする鋼管の製造方法。
板の上下面に上下一対の第１のロールを押し付けて板幅端部を上面が内面側となるよう曲げ成形後、複数段の上下一対の第２のロールを押し付けて板幅中央部を上面が内面側となるよう曲げ成形するにあたり、第２のロールのパスラインを前記第１のロールのパスラインよりも低位置でかつ下流側の段ほど低位置とするダウンヒル成形方式の鋼管の製造方法において、少なくともいずれか１段の第２のロールの押し付け中心部の上ロール表面を、該押し付け中心部両側の上ロール形状と同じ曲率半径の円弧両端部で前記押し付け中心部両側の上ロール表面と接する仮想円弧よりも、上ロール中心軸側に位置せしめたことを特徴とする鋼管の製造方法。
板の上下面に押し付けて板幅端部を上面が内面側となるよう曲げ成形する上下一対の第１のロールと、該第１のロール出側の板に押し付けて板幅中央部を上面が内面側となるよう曲げ成形する上下一対の第２のロールとを有し、第２のロールのパスラインが第１のロールのパスラインよりも低位置にあるダウンヒル成形方式の鋼管の製造装置において、第２のロールの押し付け中心部の上ロール表面が、該押し付け中心部両側の上ロール形状と同じ曲率半径の円弧両端部で前記押し付け中心部両側の上ロール表面と接する仮想円弧よりも、上ロール中心軸側に位置することを特徴とする鋼管の製造装置。
板の上下面に押し付けて板幅端部を上面が内面側となるよう曲げ成形する上下一対の第１のロールと、該第１のロール出側の板に押し付けて板幅中央部上面が内面側となるようを曲げ成形する複数段の上下一対の第２のロールとを有し、第２のロールのパスラインが第１のロールのパスラインよりも低位置でかつ下流側の段ほど低位置にあるダウンヒル成形方式の鋼管の製造装置において、少なくともいずれか１段の第２のロールの押し付け中心部の上ロール表面が、該押し付け中心部両側の上ロール形状と同じ曲率半径の円弧両端部で前記押し付け中心部両側の上ロール表面と接する仮想円弧よりも、上ロール中心軸側に位置することを特徴とする鋼管の製造装置。