JP2009119478A - 耐座屈性能の良好な電縫管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地震や凍土による座屈の影響を受けにくい、耐座屈性能の良好な電縫管の製造方法を提供する。
【解決手段】フィンパスの各スタンド３の下ロール溝底最上点位置の高さを、フィンパス第1スタンド入側の材料外周底位置の高さとほぼ同じにしてフィンパス成形する。好ましくはさらに、スクイズ６内の材料外周底位置の高さをフィンパス最終スタンドの下ロール溝底最上点位置の高さとほぼ同じ高さ以上とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、耐座屈性能の良好な電縫管の製造方法に関する。耐座屈性能の良好な電縫管とは、ラインパイプとして敷設された後、地震や凍土による座屈の影響を受けにくい電縫管のことである。

石油や天然ガス等を輸送するパイプライン用のラインパイプには、多くはＵＯＥ鋼管が適用され、ＪＣＯ、スパイラル鋼管、シームレス鋼管、一部には電縫管も適用されている。
電縫管は、熱延帯板（帯材、材料）をロール成形して、板幅端部を突き合わせて電縫溶接して製造する。この電縫管製造工程の１例を図１に示す。

この工程では、材料（帯材）10をアンコイラー１から払い出し、レベラー２で平坦に矯正した後、ロール成形４により材料幅を連続的に曲げていき、ロール成形４の後段でフィンパススタンド３を用いた成形（フィンパス成形）によりほぼ円弧形状となし、このほぼ円弧形状の材料の両端部をコンタクトチップ５等の給電手段で加熱しつつスクイズスタンド６で突き合わせて電縫溶接し、管10とする。なお、コンタクトチップ５等の給電手段とスクイズスタンド６とで電縫溶接機18が構成される。

前記電縫溶接後は、まず管10の溶接部からビード（余肉）を切削除去するビード部切削７を行い、次いでシームアニーラ17で溶接部周辺を熱処理して溶接歪みを取り去り、次いで管10をサイザー８に通して外径矯正を行い、最後に管切断機９で管10を所定の長さに切断する。
上記ロール成形では一般に帯材の幅を連続的に曲げていくが、その途上では真円弧形状に沿わせることができないために、電縫管は他の鋼管に比較して機械特性が円周方向に不均一なものとなりやすい。そのため、電縫溶接して管とした後、さらにサイザーで外径矯正して目標の真円度に近づけているが、円周方向の不均一歪みは残留したままであった。

その結果、電縫管をラインパイプとして敷設すると、地震発生時に局部的に座屈しやすくてパイプが破損しやすい問題があり、また、凍土地帯に埋設すると、夏季の軟地盤と冬季の凍結地盤とが交互に繰り返されることによりパイプ長手方向に圧縮力が作用するため、パイプが局部的に座屈して折れ曲がりやすく、さらには破損にいたる問題を抱えている。

したがって、電縫管をラインパイプとして用いる場合は、その敷設条件に大きな制約が伴うため、電縫管の普及率はＵＯＥ鋼管等に比較すると低くならざるをえなかった。
そこで、従来から電縫管の普及を図るため、その素材に着目して、例えば特許文献１や特許文献２に示されるように、素材の改良によって降伏応力ＹＳと最大引張応力ＴＳとの比を大きくし、特にＹＳを低減して、座屈しにくい鋼管とする方法が提案されている。
特開昭５８−０３４１３３号公報 特許第３９０３７４７号公報

しかしながら、電縫管ラインパイプの円周方向機械的特性を調べると、上述のロール成形において、特に、材料幅中央部、すなわち管となった後の溶接部の反対側の部位である材料外周底位置の近傍（溶接部からの円周方向角度でほぼ１８０度の位置）に歪みが集中して機械的特性が低下し、その結果、円周方向に不均一な機械的特性を生じて、耐座屈性能の良好でない電縫管が製造されてしまうという課題があった。なお、ほぼθ度とは、θ度±１０度以内の範囲内の角度を指す。

前記従来の方法は、いずれも帯材または鋼管全体の平均的な材質特性を変えるものであって、そこには前記課題およびその解決策はなんら示されていない。

発明者らは前記課題を解決するための手段を鋭意検討し、以下の要旨構成になる本発明をなした。
１． 帯材を円弧形状にロール成形し該ロール成形後段のフィンパススタンド出側で材料の端部を加熱しつつスクイズスタンドで突き合わせて電縫溶接する電縫管の製造方法において、前記フィンパスの各スタンドの下ロール溝底最上点位置の高さを、前記フィンパスの第1スタンド入側の材料外周底位置の高さとほぼ同じにしてフィンパス成形することを特徴とする耐座屈性能の良好な電縫管の製造方法。
２． 前記スクイズスタンド内の材料外周底位置の高さを前記フィンパスの最終スタンドの下ロール溝底最上点位置の高さとほぼ同じ高さ以上として電縫溶接することを特徴とする前項１に記載の耐座屈性能の良好な電縫管の製造方法。

本発明によれば、ラインパイプとして敷設されたときに地震や凍土による座屈の影響を受けにくい電縫管を製造することができる。

発明者らは前記検討により、電縫管の機械的特性の円周方向不均一が助長されているのは、前記材料外周底位置の近傍の機械的特性が劣化し、特に当該位置の近傍に歪みが集中してＹＳが増加している所為であると看破した。
そして、前記材料外周底位置の近傍のＹＳの増加原因を調査するため、ロール成形後段のフィンパススタンドに着目した。すなわち、フィンパススタンドは、その後のスクイズスタンドで電縫溶接を安定してできるよう、材料幅をほぼ円弧形状にする役目を担っており、そのためにフィンパスロール孔型に材料をほぼ充満させて成形する必要がある。その結果、材料の突き合わせ端部がフィンパス上ロールのフィンに強圧されるため、その反力として、材料の突き合わせ端部とは反対側の前記材料外周底位置の近傍の部分に大きな圧縮力が作用し、その結果、この部分が加工硬化しやすいことを把握した。

そこで、フィンパススタンドにおける成形過程を詳細に観察したところ、材料がフィンパススタンドに入る高さが、フィンパス後の前記材料外周底位置の近傍の部分の加工硬化度合いに影響することを把握した。
すなわち、従来のフィンパス成形ではいずれのスタンドにおいても、例えば図３に示すように、材料10の、円弧近似形状（円弧形状に近い形状）の中心点が、スタンド入側から通材方向16に移動してフィンパス上ロール15とフィンパス下ロール11とで形成されたロール孔型の中心点とほぼ一致するようにして加工する一方、円弧形状により近い円弧近似形状とするために材料を縮径加工していた。

したがって、フィンパス入側における材料10は、フィンパスロール孔型形状よりも大径の、上側が開いた円弧近似形状とされるため、フィンパス入側の材料外周底13位置の高さ（この高さとは、ロール成形から電縫溶接までの工程に共通な基準水平面からの高さである。以下同じ）は、フィンパスの下ロール溝底最上点12位置の高さより低くなる。また、フィンパスで縮径された材料10は、弾性回復によってフィンパス出側で大きな径に戻ろうとする。したがって、フィンパス出側の材料外周底13位置の高さは、フィンパスの下ロール溝底最上点12位置の高さより低くなる。

これらより、材料外周底13はフィンパスの下ロール溝底最上点12を乗り越えるようにして加工される結果、材料外周底13に帯材長手方向の張力14が集中して作用するため加工硬化しやすく管円周方向に不均一な歪みが蓄積し、材料外周底13位置近傍のＹＳが増加して機械的特性を低下させてパイプを座屈させやすかったわけである。
そこで、発明者らは、フィンパスの各スタンドの下ロール溝底最上点位置の高さに着目して、この高さをフィンパスの第1スタンド入側の材料外周底位置の高さとほぼ同じにすることとした。ここで、高さH1と高さH2がほぼ同じであるとは、両者の高さの差の絶対値｜H1−H2｜が５ｍｍ以下であることを意味する（以下同じ）。

これにより、例えば図２に示すように、フィンパスの各スタンドの下ロール溝底最上点12位置と、各スタンド入側の材料外周底13位置とはほぼ同じ水平面上に並ぶから、材料外周底13はフィンパスの下ロール溝底最上点12を乗り越えることがなくなり、材料外周底13に集中していた張力が緩和されて加工硬化度合いが減少し、円周方向不均一歪みを軽減することが可能になったわけである。

また、フィンパス成形後にはスクイズスタンド６により管形状として電縫溶接が行われるが、スクイズスタンド内（スクイズロール軸心間）の材料外周底位置の高さがフィンパス最終スタンドの下ロール溝底最上点12位置の高さより低いと、材料外周底がフィンパス最終スタンド下ロール溝底最上点を乗り越えるように加工されてしまう。
そこで、スクイズスタンド内の材料外周底位置の高さをフィンパス最終スタンド下ロール溝底最上点位置の高さとほぼ同じ高さ以上（すなわちほぼ同じ高さもしくはほぼ同じ高さより高い高さ、）にすると、材料外周底がフィンパス最終スタンド下ロール溝底最上点を乗り越えることがなくなり、前述の円周方向不均一歪みをさらに軽減することが可能となって好ましい。

なお、上記措置によって、溶接部近傍（溶接部から円周方向にほぼ０度の位置）の加工硬化歪みは増加するが、電縫溶接後に、溶接部特性の向上を目的とするシーム熱処理（例えば図１のシームアニーラ17を使用）が行われるため、溶接部近傍の歪みは緩和されて、円周方向不均一歪みの要因にはなりにくい。
上記以外の製造条件（例えば、材料の幅方向中心位置が通材方向の左右に振れないようにすることなど）については従来と同じであり、格別の限定はない。

質量％で０．０５％Ｃ、０．２％Ｓｉ、１．２％Ｍｎを含有する鋼組成の帯材（幅１９００ｍｍ）から、外径６００ｍｍ、肉厚１９．１ｍｍの電縫管を製造した。製造にあたっては、図１に示した電縫管製造工程を用いた。なお、フィンパスは全３スタンドである。
（従来例１）
従来例１では、フィンパス各スタンドのロール位置およびスクイズスタンドのロール位置を表１の同例欄に示すように設定した。
（本発明例１）
本発明例１では、フィンパス各スタンドのロール位置およびスクイズスタンドのロール位置を表１の同例欄に示すように設定した。その他の製造条件は従来例と同じとした。
（本発明例２）
本発明例２では、フィンパス各スタンドのロール位置およびスクイズスタンドのロール位置を表１の同例欄に示すように設定した。その他の製造条件は従来例と同じとした。なお、前記高さ増し分（H4−H3）は１０ｍｍとした。

上記各例の条件で製造した電縫管について、溶接部近傍、およびシーム部から円周方向にほぼ９０度とほぼ１８０度の各位置（それぞれ９０度位置近傍、１８０度位置近傍という）から、管長手方向にＪＩＳ１３号引張試験片を各々１０本切り出して引張試験し、機械的特性を測定した。これらの測定結果のうち、９０度位置近傍のＹＳ（降伏応力），ＴＳ（最大引張応力）、および１８０度位置近傍のＴＳを表１に示す。なお、表１中のＹＳ、ＴＳの値はそれぞれ計１０点の測定値のうち最大と最小を除いた残りの８点についての平均値である。

表１より、本発明例では、１８０度位置近傍のＹＳが従来例よりも低くて、他の角度位置のＹＳに近い値を示し耐座屈性能に優れているが、これらに比較して、従来例では、１８０度位置近傍のＹＳが他の角度位置のＹＳより高くて、耐座屈性能に劣っていた。

本発明を適用する電縫管製造工程の１例を示す模式図である。 本発明におけるフィンパス成形の実施形態の一例を示す模式図である。 従来技術におけるフィンパス成形の実施形態の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ アンコイラー
２ レベラー
３ フィンパススタンド（略してフィンパス）
４ ロール成形
５ コンタクトチップ
６ スクイズスタンド（略してスクイズ）
７ ビード部切削
８ サイザー
９ 管切断機
10 材料（帯材、電縫溶接後は管）
11 フィンパス下ロール
12 下ロール溝底最上点
13 材料外周底
14 下ロール溝底に材料外周底が乗り上げることにより作用する張力
15 フィンパス上ロール
16 通材方向
17 シームアニーラ
18 電縫溶接機

Claims (2)

1. 帯材を円弧形状にロール成形し該ロール成形後段のフィンパススタンド出側で材料の端部を加熱しつつスクイズスタンドで突き合わせて電縫溶接する電縫管の製造方法において、前記フィンパスの各スタンドの下ロール溝底最上点位置の高さを、前記フィンパスの第1スタンド入側の材料外周底位置の高さとほぼ同じにしてフィンパス成形することを特徴とする耐座屈性能の良好な電縫管の製造方法。
2. 前記スクイズスタンド内の材料外周底位置の高さを前記フィンパスの最終スタンドの下ロール溝底最上点位置の高さとほぼ同じ高さ以上として電縫溶接することを特徴とする請求項１に記載の耐座屈性能の良好な電縫管の製造方法。

Images