JP2009241079A - シーム部品質に優れる電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】スパーク発生によって生じるシーム部欠陥を少なくすることができる電縫鋼管の製造方法を提案する。
【解決手段】ワークコイルで所定温度に加熱された両端面が大気に曝されている時間を0.07秒以下、かつ、シェープ角を3.3度以上とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、シーム部品質に優れる電縫鋼管を効率よく製造するための電縫鋼管の製造方法に関する。

電縫溶接鋼管を効率よく製造するには、帯鋼を成形工程において連続的にオープン管に成形し、次の電縫溶接工程において、図１（ａ）に示したように、ワークコイル２に高周波電流（200〜450ｋＨｚ）を流し、誘導電流で加熱された両端面を突合せ圧接することでシーム管Ｗとする。
加熱された両端面を突合せ圧接すると、溶融金属が絞り出され盛り上がったシーム部Ｓが形成される。そこで盛り上がりを除去し、次いで場合によりシーム部Ｓに熱処理を施し、その後、サイジング工程でシーム管Ｗを製品寸法に仕上げる（例えば非特許文献１）。

図１（ｂ）に示した、Ｖ字状に開いた両端面のなす角はシェープ角θと称される。シェープ角θは、一対のサイドロール１と、その上流側に配置したシームガイドロール３間の距離で決まる。
ここで、設備で決まるシェープ角θや所定の温度に加熱された両端面が大気に曝されている時間が、シーム部品質に大きな影響を与える。

なお、一対のサイドロール１は、管の外径寸法に応じた周面形状を有し、オープン管の外周を両サイドから押し付けるためのスクイズ装置を構成する。スクイズ装置は一対のサイドロール１に加え、図２に示したように、上ロール４を有するのが普通である。この上ロール４は、軸方向中央に条溝を有し、盛り上がったシーム部Ｓとの接触を防止しつつ、シーム部Ｓの外形を規制するためのロールである。

このような構成によって効率的に製造される電縫溶接鋼管のシーム部品質を向上するには、シーム部欠陥を少なくする必要がある。
日本鉄鋼協会編、第３版 鉄鋼便覧第III巻（２）、丸善出版、1980年5月15日発行、ｐ1076〜1077

しかしながら、スパーク発生によって比較的短い未溶着部がシーム部に残るシーム部欠陥を少なくすることが困難であった。このため、管長手方向位置にてシーム部品質のバラツキが大きいという問題があった。
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、スパーク発生によって生じるシーム部欠陥を少なくすることができる電縫鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、スパーク発生によって生じるシーム部欠陥について鋭意検討し、その結果、従来のスクイズ装置を用いた場合、スクイズ装置のロール制約上、スパッタ噛み込みによるスパーク発生が起こりやすく、それを防止するには、ワークコイルから溶接点までの距離を短くし、酸化物の生成を抑制することと、シェープ角θを大きくし溶鋼の排出性を向上することを行えばよいことを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち本発明は、以下のとおりである。
１．オープン管を挟む一対のサイドロールの上流側に、該オープン管のＶ字状に開いた両端面を加熱するワークコイルと、Ｖ字状に開いた両端面のなすシェープ角を決定するシームガイドロールとを順に配置し、オープン管を電縫溶接しシーム管とする電縫鋼管の製造方法において、前記ワークコイルで所定温度に加熱された両端面が大気に曝されている時間を0.07秒以下、かつ、前記シェープ角を3.3度以上としたことを特徴とするシーム部品質に優れる電縫鋼管の製造方法。

本発明によれば、スパーク発生によって生じるシーム部欠陥を少なくすることができ、この結果、シーム部品質に優れる電縫鋼管を効率よく製造することができる。

従来のスクイズ装置を用いた場合、一対のサイドロール１とワークコイル２間の距離Ｌが制約されており、たとえば1000℃にワークコイル２で加熱された両端面が溶接点Ｐに到達するまで、大気に曝されている時間が0.10秒であり、かつシェープ角θが3.0度であった（図１(ａ)、（ｂ）参照）。なお、シェープ角θは、一対のサイドロール１とシームガイドロール３間の距離で決定される。

これに対し、本発明は、スクイズ装置を構成する一対のサイドロール１と、それに加えて上ロール４を小径化することで、後述するように、スパーク発生によって生じるシーム部欠陥を少なくすることができた。
すなわち、一対のサイドロール１とワークコイル２間の距離Ｌを短くすることができれば、造管時、ワークコイル２で突合せ圧接可能な所定温度に加熱された両端面が大気に曝されている時間を短縮でき、酸化物の生成を抑制することができる。

また、一対のサイドロール１とワークコイル２間の距離Ｌを短くすれば、それに伴い、シェープ角θを決定するシームガイドロール３を、一対のサイドロール１に近接配置でき、シェープ角θを大きくすることができる。
シームガイドロール３を一対のサイドロール１に近接配置し、シェープ角θが大きくなると、溶接点Ｐにおける熱影響幅が減少し、溶鋼の排出が促進され、スパッタ発生の抑制に有効に作用する。それと同時に誘導電流が溶接点Ｐ近傍に集中し、電流密度が高くなるため、電磁力による溶鋼の排出が促進され、スパッタ発生の抑制に有効に作用する。

この結果、酸化物の生成が抑制されることと、溶鋼の排出が促進されることの相乗効果によってスパッタ噛み込みによるスパーク発生が防止できる。
このようにするため、スクイズ装置を構成する一対のサイドロール１と、それに加えて上ロール４を小径化したのである。スクイズ装置のロール小径化とは、軸中心から外周までの距離を小さくすることを意味する。図３に改造前・後のロール形状を示した。

ここで、本発明に用いて好適なスクイズ装置を図２に示す。１ａは、一対のサイドロール１をそれぞれ支持するロール軸受であり、４ａは上ロール４を支持するロール軸受である。上ロール４は、ロール軸受４ａを介して昇降用アンチバックラッシュ式スクリュージャッキ４ｂで昇降可能でかつ横行用アンチバックラッシュ式スクリュージャッキ４ｃで横行可能とされている。

以下、スクイズ装置のロール小径化によって、ワークコイル２で所定温度に加熱された両端面が大気に曝されている時間を0.07秒以下、かつ、シェープ角を3.3度以上とした実施例について述べる。

管外径が70〜165.2ｍｍの小径電縫鋼管の製造ラインに本発明を適用し、本発明適用前・後の管長手方向のシーム部品質を以下のようにして調べた。
通常の造管工程を通過させた複数本の電縫鋼管（外径：100ｍｍ、肉厚：5.5ｍｍ）の長手方向所定位置から、長さ300ｍｍのサンプル管Ｗ１を採取し、２通りの扁平試験に供した後、サンプル管Ｗ１に生じた開口長さを測定し、シーム部品質を評価した。シーム部品質の評価は、扁平開口率＝開口長さ／サンプル管の長さ×１００で行い、その結果を図４、図５に示した。

本発明適用前：ワークコイル２で所定温度に加熱された両端面が大気に曝されている時間＝0.10秒、シェープ角θ＝3.0度。
本発明適用後：ワークコイル２で所定温度に加熱された両端面が大気に曝されている時間＝0.07秒、シェープ角θ＝3.3度。
ただし、ワークコイル２で肉厚：5.5ｍｍの両端面を加熱した所定温度＝1000℃。

図４（ａ）、（ｂ）に示した管長手方向位置と扁平開口率の関係を示す特性図から、本発明を適用することで、造管を開始した直後を除き、管長手方向のシーム部品質のバラツキが小さい電縫鋼管が得られることがわかる。また、図５に示した管長手方向の平均扁平開口率の結果から、本発明を適用することで、シーム部品質の良好な電縫鋼管が得られることがわかる。

なお、２通りの扁平試験の方法については図６、図７に示した。図６には、平型５を用いるＪＩＳ平型扁平試験法を示し、図７には、楔状型６を用いるリバース楔状型扁平試験法を示した。ＪＩＳ平型扁平試験ではシーム部Ｓの周方向位置が平型５の移動方向に対して90度となるようにサンプル管Ｗ１を配置し、一方リバース楔状型扁平試験では楔状型６の先端部にシーム部Ｓが当るようにサンプル管Ｗ１を配置して、内面同士が重なるまで扁平変形させた。なお、楔状型６の先端部半径＝3ｍｍとした。
（電縫鋼管の通常の工程）
成形工程では帯鋼を連続的にオープン管に成形し、次の電縫溶接工程でオープン管の両端面を突合せ圧接してシーム管とし、シーム管の盛り上がりを除去し、次いでガス焼きによって熱処理を施した。その後、サイジング工程で外径＝100ｍｍに仕上げた。
（改造前・後のスクイズ装置の仕様）
改造前：一対のサイドロール１の最大径＝320ｍｍ、上ロール４の最大径＝370ｍｍ。
改造後：一対のサイドロール１の最大径＝250ｍｍ、上ロール４の最大径＝250ｍｍ。

(ａ)は電縫溶接鋼管の溶接・圧接工程を示す斜視図であり、（ｂ）はスクイズ装置の近傍を示す平面図である。 本発明に用いて好適なスクイズ装置を示す正面図である。 改造前・後のスクイズ装置のロール形状を示す正面図である。 本発明の効果を示す特性図である。 本発明の効果を示す別な特性図である。 管のＪＩＳ平型扁平試験法を示す断面図である。 管のリバース楔状型扁平試験法を示す断面図である。

符号の説明

Ｗ シーム管
Ｓ シーム部
Ｗ１ サンプル管
θ シェープ角
Ｐ 溶接点
Ｌ 一対のサイドロール１とワークコイル２間の距離
１ サイドロール
１ａ ロール軸受
２ ワークコイル
３ シームガイドロール
４ 上ロール
４ａ ロール軸受
４ｂ 昇降用アンチバックラッシュ式スクリュージャッキ
４ｃ 横行用アンチバックラッシュ式スクリュージャッキ
５ 平型
６ 楔状型

Claims (1)

1. オープン管を挟む一対のサイドロールの上流側に、該オープン管のＶ字状に開いた両端面を加熱するワークコイルと、Ｖ字状に開いた両端面のなすシェープ角を決定するシームガイドロールとを順に配置し、オープン管を電縫溶接しシーム管とする電縫鋼管の製造方法において、前記ワークコイルで所定温度に加熱された両端面が大気に曝されている時間を0.07秒以下、かつ、前記シェープ角を3.3度以上としたことを特徴とするシーム部品質に優れる電縫鋼管の製造方法。

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