JP2015100829A

JP2015100829A - 鋼管の拡管加工方法および拡管加工設備

Info

Publication number: JP2015100829A
Application number: JP2013244642A
Authority: JP
Inventors: 松井　博之; Hiroyuki Matsui; 博之松井; 裕介水野; Yusuke Mizuno
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】生産性を向上させ、さらに矯正後の残留応力を低減できる拡管加工法および拡管加工設備を提供する。
【解決手段】先端側に向かって径が漸増するテーパ部２０を有するプラグ２を先端に備えたマンドレル３の基端側から鋼管１を装入し、テーパ部で鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工方法において、テーパ部を通過中の鋼管を、鋼管の外側に配置した加熱装置４により加熱し、拡管直後の鋼管を、鋼管の外側に配置した加熱・保持装置８により加熱・保持して焼ならし処理を施した直後、ロール矯正機９により温間矯正を施す。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管の拡管加工方法および拡管加工設備に関し、詳しくは、先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、順次局部的に加熱しながらプラグに通して大径鋼管を製造する、鋼管の拡管加工方法および拡管加工設備に関する。

ボイラ用鋼管には、外径が４５０ｍｍ以上の大径鋼管が用いられることがあるが、このような大径鋼管に継目無鋼管を用いる場合、穿孔圧延によるのみでは製造が不可能である。大径の継目無鋼管を製造する方法として、例えば特許文献１に開示されているように、先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを用いて、継目無鋼管を拡管する方法が採用されている。

図２はこの方法の概要を示す側面断面図である。プラグ２は、先端側に向かって径が漸増するテーパ部２０を有している。プラグ２の基端部２１は径が最も小さくなっており、この部分にマンドレル３が接続されており、このマンドレル３によりプラグ２は支持されている。さらに、プラグ２のテーパ部２０の外側にはインダクションヒータ４が備えられている。拡管加工を行う素材となる鋼管１は、マンドレル３の基端側（図中の左側）から装入され、押出部材５で鋼管１の尾端部１０をプラグ２の方へ押出し、鋼管１をプラグ２に通過させることで拡管が施される。インダクションヒータ４による鋼管１の加熱は、鋼管１の変形を生じやすくするために行なわれる。

また、上記の方法で拡管された鋼管は、そのままでは、強度、延性等の必要材質が確保できないため、拡管加工の後には、焼ならし、焼戻しといった所定の熱処理が施される。この熱処理は、拡管後の鋼管を一旦常温にまで冷却した後、別の熱処理設備にて行なわれるが、拡管加工工程で鋼管温度を上昇させているにもかかわらず、拡管直後に常温まで冷却し、再度熱処理のための加熱を行っているので、生産性が悪く、さらに、加熱時に投入するエネルギーも大きいものであった。そこで、拡管直後の鋼管を、鋼管の外側に配置した加熱・保持装置により加熱・保持して焼ならし処理を施す拡管加工方法および拡管加工設備が特許文献２に開示されている。

特開２００１−１１３３２９号公報特開２０１２−１７０９８２号公報

上記の従来技術により拡管された鋼管は、真円度を向上させ、曲がりを矯正するために常温まで冷却された後、プレス矯正機で矯正される。このような冷間のプレス矯正では、管周方向、管軸方向共に均一な矯正をすることが難しく、矯正後の鋼管に高い残留応力が発生すると共に、生産性が悪化するという問題があった。
本発明は、このような問題に鑑みて、拡管加工後に焼ならし処理および矯正処理を行って大径鋼管を製造するに際して、従来よりも生産性を向上させ、さらに、従来よりも矯正後の残留応力を低減できる拡管加工方法および拡管加工設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、
（１）先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工方法において、前記テーパ部を通過中の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱装置により加熱し、拡管直後の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱・保持装置により加熱・保持して焼ならし処理を施した直後、ロール矯正機により温間矯正を施すことを特徴とする鋼管の拡管加工方法。
（２）先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工設備において、前記テーパ部の外側に拡管加工中の鋼管を加熱する加熱装置を備え、前記プラグの出側直近に、鋼管を加熱・保持する加熱・保持装置を備え、さらに前記加熱・保持装置の出側にロール矯正機を備えることを特徴とする鋼管の拡管加工設備。
である。

本発明によれば、拡管加工、加熱・保持直後の鋼管をオンラインでロール矯正するため、鋼管が拡管加工中に加熱された熱を保有した状態で常温まで冷却されることなく温間矯正され、大径鋼管の製造時間の短縮が可能で生産性が向上するとともに、矯正後の鋼管に発生する残留応力を従来の冷間プレス矯正に比べ著しく低減することができる。

本発明の実施形態を示す側面断面図である。従来技術の実施形態を示す側面断面図である。

図１は本発明の実施形態に係る鋼管の拡管加工設備を示す側面断面図である。
プラグ２は、先端側（図中右側）に向かって径が漸増するテーパ部２０を有している。プラグ２の基端部２１は径が最も小さくなっており、この部分にマンドレル３が接続されており、このマンドレル３によりプラグ２は支持されている。マンドレル３は基端側でマンドレル支持部材６により支持されている。プラグ２のテーパ部２０の位置には拡管加工する鋼管１を加熱する加熱装置４が備えられている。加熱装置４は、プラグ２による鋼管１の変形を容易にするために設けられるものであり、この例では、加熱装置４はインダクションヒータであり、加熱コイルが拡管加工中の鋼管１の外側を囲むように配置してある。拡管加工を行う素材となる鋼管１は、マンドレル３の基端側（図中の左側）から装入され、押出部材５で鋼管１の尾端部１０をプラグ２の方へ押出し、鋼管１をプラグ２に通過させることで拡管が施される。図１の例では、プラグ２に通過させる鋼管１ａの次材となる鋼管１ｂの尾端部１０ｂを、押出部材５により先端方向へ押し、次材の鋼管１ｂの先端部１１ｂによりプラグ２に通過させる鋼管１ａの尾端部１０ａをプラグ２へと押込むようにしている。押出部材５の、鋼管１を押圧する押圧面５ａと反対側の面が油圧シリンダ７により図中の矢印の方向へ押されることにより、押圧面５ａが鋼管１をプラグ２へと押込む。マンドレル３の径、および、プラグ２の基端部２１の径は、鋼管１の内径よりも小さく、プラグ２の先端部の最大径は鋼管１の内径よりも大きく設定されているので、プラグ２に鋼管１を通過させることで、鋼管１の内径がプラグ２の先端部の最も径が大きい部分の径と略一致するまで拡管される。

さらに、本実施形態の拡管加工設備では、プラグ２の出側直近に、鋼管を加熱・保持する加熱・保持装置８を備えている。この例では、加熱・保持装置８は、インダクションヒータであり、加熱コイルが拡管加工直後の鋼管の外側を囲むように配置してある。加熱・保持装置８は、プラグ２で拡管加工された鋼管１を、焼ならし処理に必要な温度にまで加熱し、また、その温度で焼ならし処理に必要な時間保持することができる。本発明では、このプラグ２の出側直近に加熱・保持装置８を備えることにより、拡管直後の鋼管を加熱・保持装置８により加熱・保持して、焼ならし処理を施すことができる。さらに、加熱・保持装置８の出側に、ロール矯正機９を備え、焼ならし処理直後の鋼管１を温間矯正することができる。ここで、直後としたのは鋼管１の温度低下をできるだけ小さくして矯正時の温度を４８０℃以上に確保するためである。この方式では、冷間プレス矯正に比べ、真円度が良く、曲がりが少なく、かつ残留応力を低く抑えることができる。

なお、拡管加工は７００℃以上で行なうことが好ましく、加熱装置４は鋼管１を７００℃以上に加熱できる能力があることが好ましい。また、加熱・保持装置８と加熱装置４との間の間隔はなるべく小さいほうが、拡管加工時の熱を保持したまま焼ならしのための加熱・保持工程に進める観点から好ましい。拡管加工工程を経ないと製造できない大径鋼管の寸法は、外径が４５０ｍｍ以上、肉厚が８ｍｍ以上であり、このような寸法に拡管加工された鋼管１の温度をなるべく高い温度のまま、好ましくは５００℃以上で加熱・保持装置に挿入するためには、加熱装置４を出てから４０分以内に加熱・保持装置に挿入することが好ましい。また、プラグ出側の鋼管１の移動速度は最も遅いもので５０ｍｍ／分程度であり、このことから加熱装置４と加熱・保持装置８との間は２ｍ以内とすることが好ましい。また、ロール矯正機９の出側における鋼管１の温度が４８０℃以上になるよう加熱・保持装置８とロール矯正機９との距離は少なくとも製品長以上を確保するが、できるだけ短くすることが好ましい。

最終製品寸法が、外径６１０ｍｍ、肉厚９．５３ｍｍ、長さ６０００ｍｍのボイラ用鋼管を、外径４２６ｍｍ、肉厚１２．２１ｍｍ、長さ９１００ｍｍの継目無鋼管を拡管加工することにより製造するにあたり、上述した本発明の拡管加工設備を用いた（本発明例）。
なお、拡管加工時の加熱温度、すなわち、加熱装置４による加熱温度（拡管加工温度）は７７０℃であり、加熱・保持装置８による焼ならし処理条件は、加熱温度９２０℃、保持時間は９００秒である。鋼管１の搬送速度は、プラグ２の出側で３００ｍｍ／分であり、加熱装置４と加熱・保持装置８との間隔は１．５ｍとした。よって、鋼管１が加熱装置４を出てから５分後に加熱・保持装置８を通過することとなる。この時の、鋼管１の温度は、約５００℃まで下降するが、焼ならし処理のための加熱・保持装置８による加熱で、９２０℃にまで上昇した。その後、ロール矯正機９で矯正を施し、ロール矯正機出側における鋼管１の温度は５２０℃であった。

一方、従来例として、最終製品寸法が、上述した同様の寸法、すなわち、外径６１０ｍｍ、肉厚９．５３ｍｍ、長さ６０００ｍｍのボイラ用鋼管を、外径４２６ｍｍ、肉厚１２．２１ｍｍ、長さ９１００ｍｍの継目無鋼管を拡管加工することにより製造するにあたり、図２に示した拡管加工設備、すなわち、プラグ２出側の加熱・保持装置８を有していない拡管加工設備を用いて拡管加工を行った。そして、拡管加工後の鋼管１を常温にまで冷却した後、別の熱処理ラインで焼ならし処理を行なった。この時の、拡管加工温度および焼ならし処理条件は、上述した本発明例と同様である。さらに、焼ならし後の鋼管を常温まで冷却した後、冷間にてプレス矯正を実施し、鋼管の曲がり矯正を行った。

表１に本発明法と従来法で製造した最終製品（大径鋼管）の曲がりと残留応力を測定した結果を示す。本発明例は従来例と比較して鋼管の曲がり、周方向残留応力とも著しく低減できていることがわかる。

１鋼管
１ａ拡管加工中の鋼管
１ｂ次材の鋼管
２プラグ
３マンドレル
４加熱装置（インダクションヒータ）
５押出部材
５ａ押圧面
６マンドレル支持部材
７油圧シリンダ
８加熱・保持装置（インダクションヒータ）
９ロール矯正機
１０尾端部
１０ａ拡管加工中の鋼管の尾端部
１０ｂ次材の尾端部
１１先端部
１１ｂ次材の先端部
２０テーパ部
２１基端部

Claims

先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工方法において、前記テーパ部を通過中の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱装置により加熱し、拡管直後の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱・保持装置により加熱・保持して焼ならし処理を施した直後、ロール矯正機により温間矯正を施すことを特徴とする鋼管の拡管加工方法。
先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工設備において、前記テーパ部の外側に拡管加工中の鋼管を加熱する加熱装置を備え、前期プラグの出側直近に、鋼管を加熱・保持する加熱・保持装置を備え、さらに前記加熱・保持装置の出側にロール矯正機を備えることを特徴とする鋼管の拡管加工設備。