JP2021010913A - Pipe expander and method for manufacturing steel pipe - Google Patents

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拓郎 矢▲崎▼
Takuro Yazaki
拓郎 矢▲崎▼
俊博 三輪
Toshihiro Miwa
俊博 三輪
正之 堀江
Masayuki Horie
正之 堀江
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Abstract

To provide a pipe expander and a method for manufacturing a steel pipe, capable of preventing seizure on the contact surface between the cone and the outer peripheral member of the pipe expanding head, reducing wear of the cone so as to reduce a frequency of replacement, and manufacturing a steel pipe at low cost.SOLUTION: A pipe expander for expanding a steel pipe comprises: a cone with size of an outer periphery gradually changing in an axial direction; and a pipe expanding head outer peripheral member contacting the outer periphery of the cone. In the pipe expander, micro dimples are formed in a contacting surface between the pipe expanding head outer peripheral member and the cone.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、UOE鋼管などの溶接管の製造に用いられる拡管機、および、この拡管機を用いた鋼管の製造方法に関する。 The present invention relates to a pipe expander used for manufacturing a welded pipe such as a UOE steel pipe, and a method for manufacturing a steel pipe using the pipe expander.

一般的に、UOE鋼管に代表される溶接管の製造では、管の内外面の溶接後に、この溶接の熱影響による残留応力に起因して真円度や真直度が悪化する。そのため、残留応力を除去して真円度や真直度を矯正するために、拡管を行う。 Generally, in the manufacture of a welded pipe typified by a UOE steel pipe, after welding the inner and outer surfaces of the pipe, the roundness and straightness deteriorate due to the residual stress due to the heat effect of the welding. Therefore, in order to remove the residual stress and correct the roundness and straightness, the pipe is expanded.

この拡管については、例えば非特許文献1に記載されている。図1(a)および(b)は、非特許文献1に開示された図を転記したものである。図1(a)は、拡管機の構成を示す図であり、(b)は拡管ヘッドの構成を示す図である。 This tube expansion is described in, for example, Non-Patent Document 1. 1 (a) and 1 (b) are transcriptions of the figures disclosed in Non-Patent Document 1. FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a tube expander, and FIG. 1B is a diagram showing a configuration of a tube expansion head.

図1(a)に示すように、拡管機100は、シリンダ11、ホーン12、および拡管ヘッド13から構成される拡管機本体14と、アキシャルインフィード15と、クロスフィード16とを有している。 As shown in FIG. 1A, the pipe expander 100 has a pipe expander main body 14 including a cylinder 11, a horn 12, and a pipe expansion head 13, an axial in-feed 15, and a cross-feed 16. ..

シリンダ11は、拡管ヘッド13の外周を拡大させるための動力源であり、ホーン12は、拡管ヘッド13を保持するものである。拡管ヘッド13は、外周が径方向に拡大することによって、鋼管1の径を内側から押し広げる役割を果たす。 The cylinder 11 is a power source for expanding the outer circumference of the tube expansion head 13, and the horn 12 holds the tube expansion head 13. The pipe expansion head 13 plays a role of expanding the diameter of the steel pipe 1 from the inside by expanding the outer circumference in the radial direction.

拡管ヘッド13は、図1(b)に示すように、コーン17および拡管ヘッド外周部材18から構成される。拡管ヘッド外周部材18は、ジョー19とダイ20から構成される。ジョー19はコーン17と接触する部材であり、ダイ20は鋼管1と接触して、内側から鋼管1の径を押し広げる部材である。ただし、ジョー19とダイ20は一体の部材として構成する場合もある。なお、コーン17は、シリンダ11に連結され、ホーン12の内側に通されたドローバー21の先端に嵌め込まれている。コーン17は、軸方向に向って次第に外周の大きさが変化する形状を備える。「次第に外周の大きさが変化」とは、断面からみた形状がテーパー状であることを意味し、例えば、コーン17は、角錐台形状とすることができる。 As shown in FIG. 1B, the tube expansion head 13 is composed of a cone 17 and a tube expansion head outer peripheral member 18. The tube expansion head outer peripheral member 18 is composed of a jaw 19 and a die 20. The jaw 19 is a member that comes into contact with the cone 17, and the die 20 is a member that comes into contact with the steel pipe 1 and expands the diameter of the steel pipe 1 from the inside. However, the jaw 19 and the die 20 may be configured as an integral member. The cone 17 is connected to the cylinder 11 and fitted to the tip of the draw bar 21 passed through the inside of the horn 12. The cone 17 has a shape in which the size of the outer circumference gradually changes in the axial direction. “The size of the outer circumference gradually changes” means that the shape seen from the cross section is tapered. For example, the cone 17 can have a pyramidal trapezoidal shape.

ジョー19は、コーン17の外側に、コーン17の外周に沿った形状で配置される。ジョー19は、コーン17の外周に沿って、その外周が拡大または縮小できるように、複数のセグメントにより構成されている。セグメントの数については任意であるが、セグメントの数が多いほど外周が円の形状に近づく。 The jaw 19 is arranged on the outside of the cone 17 in a shape along the outer circumference of the cone 17. The jaw 19 is composed of a plurality of segments so that the outer circumference of the cone 17 can be expanded or contracted along the outer circumference thereof. The number of segments is arbitrary, but the larger the number of segments, the closer the outer circumference approaches the shape of a circle.

また、拡管ヘッド13の内側には、潤滑油供給管22が通っていて、コーン17と拡管ヘッド外周部材18の接触面の焼き付きを防止するために、その接触面に対して潤滑油を供給している。 Further, a lubricating oil supply pipe 22 passes through the inside of the pipe expansion head 13, and supplies lubricating oil to the contact surface in order to prevent seizure of the contact surface between the cone 17 and the pipe expansion head outer peripheral member 18. ing.

このように構成された拡管機100において、内外面よりサブマージアーク溶接を施された鋼管1は、クロスフィード16によって拡管機本体14の軸心と鋼管1の軸心が一致する位置まで搬送される。アキシャルインフィード15は、クロスフィード16によって搬送された鋼管1を、軸方向に搬送して、拡管機本体14側に押し込む。拡管機本体14では、コーン17は、軸方向に移動することにより、コーン17と拡管ヘッド外周部材18が接触面において互いに乗り上げる(楔作用)。このとき拡管ヘッド外周部材18はホーン12によって軸方向の移動が拘束されるため、それらは径方向に変位する。これによって、拡管ヘッド外周部材18が軸の半径方向に向かって放射状に広がり、鋼管1が内側から押し広げられて、鋼管1の拡径が行われる。なお、図1において、矢印は変位の方向を示す。 In the pipe expander 100 configured in this way, the steel pipe 1 subjected to submerged arc welding from the inner and outer surfaces is conveyed to a position where the axis of the pipe expander main body 14 and the axis of the steel pipe 1 coincide with each other by the cross feed 16. .. The axial in-feed 15 conveys the steel pipe 1 conveyed by the cross-feed 16 in the axial direction and pushes it toward the tube expander main body 14. In the tube expander main body 14, the cone 17 moves in the axial direction so that the cone 17 and the tube expanding head outer peripheral member 18 ride on each other on the contact surface (wedge action). At this time, since the outer peripheral member 18 of the tube expansion head is restrained from moving in the axial direction by the horn 12, they are displaced in the radial direction. As a result, the outer peripheral member 18 of the pipe expanding head expands radially toward the radial direction of the shaft, the steel pipe 1 is expanded from the inside, and the diameter of the steel pipe 1 is expanded. In FIG. 1, the arrow indicates the direction of displacement.

このような拡管の工程では、楔作用によって、コーンと拡管ヘッド外周部材が互いに乗り上げる際の、両者の接触面における摺動性が問題となる。近年では、鋼管が高強度化し、コーンが軸方向に引かれる際に過大な力がかかり、コーンおよび拡管ヘッド外周部材の接触面に発生する面圧も大きくなっている。このとき、コーンおよび拡管ヘッド外周部材の接触面において焼き付きが発生し、拡管が不可能となる問題が多発して、コーンおよび拡管ヘッド外周部材の接触面のメンテナンスを要していた。 In such a pipe expanding process, there is a problem of slidability at the contact surface between the cone and the pipe expanding head outer peripheral member when they ride on each other due to the wedge action. In recent years, the strength of steel pipes has increased, an excessive force is applied when the cone is pulled in the axial direction, and the surface pressure generated on the contact surface between the cone and the outer peripheral member of the pipe expansion head has also increased. At this time, seizure occurs on the contact surface of the cone and the outer peripheral member of the tube expansion head, which often causes a problem that the tube cannot be expanded, and maintenance of the contact surface of the cone and the outer peripheral member of the tube expansion head is required.

これに対し、特許文献1では、コーンの表層に窒化処理を施し、0.05〜1.5mm深さの硬化層を形成することが提案されている。また、特許文献2では、セグメント(前述のジョーに相当)の硬さがHRC45〜52であり、表面に浸硫窒化処理を施すことが提案されている。特許文献3では、コーン17および拡管ヘッド外周部材18の接触面における焼き付きを防止するために、コーン17および拡管ヘッド外周部材18の接触面にシリカ粒子を含有する潤滑油を供給することが提案されている。特許文献4では、コーン17の表面に脱着可能なライナーを有し、ライナー部品に銅合金を使用することが提案されている。 On the other hand, Patent Document 1 proposes that the surface layer of the cone is subjected to nitriding treatment to form a cured layer having a depth of 0.05 to 1.5 mm. Further, Patent Document 2 proposes that the hardness of the segment (corresponding to the above-mentioned jaw) is HRC45 to 52, and the surface is subjected to sulfurizing and nitriding treatment. Patent Document 3 proposes supplying lubricating oil containing silica particles to the contact surfaces of the cone 17 and the tube expansion head outer peripheral member 18 in order to prevent seizure on the contact surfaces of the cone 17 and the tube expansion head outer peripheral member 18. ing. Patent Document 4 proposes having a removable liner on the surface of the cone 17 and using a copper alloy for the liner component.

特開平01−299723号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 01-299723 特開平05−195158号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 05-195158 特開2007−284519号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-284519 特許第6288273号公報Japanese Patent No. 6288273

鉄鋼便覧第3巻(2)、第4版、12・4・6項Steel Handbook Volume 3 (2), 4th Edition, Sections 12.4.6

特許文献1や特許文献2では、コーンまたは拡管ヘッド外周部材の表面を硬質化することが示されている。しかしながら、硬質化による接触面での焼き付き防止効果については明らかでなく、接触面の焼き付きを十分に防ぐことができない。また、特許文献3のようにシリカ粒子を含有する潤滑油を供給するだけでは、接触面においてシリカ粒子が不均一に付着して、焼き付きの発生を防止するのが難しい場合がある。また、接触面で焼き付きが発生すると、コーンおよび拡管ヘッド外周部材を交換しなければならず、特にコーンは高額であるため、コーンの交換は鋼管の製造コストを上昇させる。 Patent Document 1 and Patent Document 2 indicate that the surface of the cone or the outer peripheral member of the tube expansion head is hardened. However, the effect of preventing seizure on the contact surface due to hardening is not clear, and seizure on the contact surface cannot be sufficiently prevented. Further, it may be difficult to prevent the occurrence of seizure because the silica particles adhere unevenly on the contact surface only by supplying the lubricating oil containing the silica particles as in Patent Document 3. Further, when seizure occurs on the contact surface, the cone and the outer peripheral member of the pipe expansion head must be replaced, and since the cone is particularly expensive, the replacement of the cone increases the manufacturing cost of the steel pipe.

特許文献4のように、コーンの表面にライナーを装着することは、焼き付きの防止には有効であるものの、ライナー部材の銅合金が摩耗するため、ライナー部材の交換を頻繁に行う必要が生じ、鋼管の生産能率が低下してしまう。 As in Patent Document 4, attaching a liner to the surface of the cone is effective in preventing seizure, but since the copper alloy of the liner member is worn, it becomes necessary to frequently replace the liner member. The production efficiency of steel pipes will decrease.

本発明は、このような問題点に対してなされたものであり、コーンと拡管ヘッド外周部材の接触面における焼き付きを防止するとともに、コーンの摩耗を低減することで、その交換頻度を低減し、低コストで鋼管を製造できる拡管機および鋼管の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in response to such a problem, and by preventing seizure on the contact surface between the cone and the outer peripheral member of the pipe expansion head and reducing the wear of the cone, the frequency of replacement thereof can be reduced. An object of the present invention is to provide a pipe expander capable of manufacturing steel pipes at low cost and a method for manufacturing steel pipes.

発明者らは、上記した課題を達成するために、鋭意研究を重ねた。その結果、コーンと拡管ヘッド外周部材との接触面にマイクロディンプルを付与することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には本発明は以下のものを提供する。
[1]軸方向に向って次第に外周の大きさが変化するコーンと、
該コーンの外周に接触する拡管ヘッド外周部材とを有する鋼管を拡管する拡管機であって、
前記拡管ヘッド外周部材と前記コーンとの接触面において、マイクロディンプルが形成されていることを特徴とする拡管機。
[2]前記マイクロディンプルは、ショットブラストによるマイクロディンプルであることを特徴とする[1]に記載の拡管機。
[3]前記拡管ヘッド外周部材と前記コーンとの接触面における算術平均粗さRaが0.3〜1μmであることを特徴とする[1]または[2]に記載の拡管機。
[4][1]〜[3]のいずれかに記載の拡管機を用いて、鋼管の拡管を行うことを特徴とする鋼管の製造方法。
The inventors have conducted extensive research to achieve the above-mentioned problems. As a result, they have found that the above problems can be solved by applying micro dimples to the contact surface between the cone and the outer peripheral member of the tube expansion head, and have completed the present invention. More specifically, the present invention provides the following.
[1] A cone whose outer circumference gradually changes in the axial direction,
A pipe expander for expanding a steel pipe having a pipe expansion head outer peripheral member that contacts the outer circumference of the cone.
A pipe expander characterized in that micro dimples are formed on a contact surface between the outer peripheral member of the pipe expansion head and the cone.
[2] The tube expander according to [1], wherein the micro dimples are micro dimples produced by shot blasting.
[3] The tube expander according to [1] or [2], wherein the arithmetic average roughness Ra on the contact surface between the tube expanding head outer peripheral member and the cone is 0.3 to 1 μm.
[4] A method for manufacturing a steel pipe, which comprises expanding the steel pipe by using the pipe expander according to any one of [1] to [3].

本発明によれば、コーンと拡管ヘッド外周部材との接触面の摺動抵抗を低減し、焼き付きを防止すると共に、接触面での摩耗を抑制することができる。これにより、コーンや拡管ヘッド外周部材の交換頻度が大幅に低減し、鋼管の製造コストを下げることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the sliding resistance of the contact surface between the cone and the outer peripheral member of the tube expansion head, prevent seizure, and suppress wear on the contact surface. As a result, the frequency of replacement of the cone and the outer peripheral member of the pipe expansion head can be significantly reduced, and the manufacturing cost of the steel pipe can be reduced.

図1(a)は、従来の拡管機の構成を示す模式図であり、図1(b)は拡管ヘッド外周部材の構成を示す模式図である。FIG. 1A is a schematic view showing the configuration of a conventional tube expander, and FIG. 1B is a schematic view showing the configuration of a tube expansion head outer peripheral member. 図2は、本発明の拡管機の拡管ヘッド外周部材を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a tube expanding head outer peripheral member of the tube expanding machine of the present invention. 図3は、従来の拡管ヘッド外周部材の表面(研削面)の形状を表す走査型電子顕微鏡画像である。FIG. 3 is a scanning electron microscope image showing the shape of the surface (ground surface) of the conventional tube expansion head outer peripheral member. 図4は、本発明の拡管ヘッド外周部材の表面(ショットブラスト面)の形状を表す走査型電子顕微鏡画像である。FIG. 4 is a scanning electron microscope image showing the shape of the surface (shot blast surface) of the outer peripheral member of the tube expansion head of the present invention. 図5は、拡管機の摺動抵抗係数について、従来技術と本発明とを比較した図である。FIG. 5 is a diagram comparing the prior art and the present invention with respect to the sliding resistance coefficient of the tube expander.

以下、本発明の実施形態について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の拡管機の拡管ヘッド外周部材の一例を示す模式図である。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic view showing an example of a tube expanding head outer peripheral member of the tube expanding machine of the present invention. The present invention is not limited to the following embodiments.

本発明は、拡管ヘッド外周部材とコーンとの接触面において、マイクロディンプルが形成されていることを特徴とする。具体的には、本発明のコーン17と拡管ヘッド外周部材18との接触面、すなわち、コーン17とジョー19との接触面において、マイクロディンプルが形成されている。 The present invention is characterized in that micro dimples are formed on the contact surface between the outer peripheral member of the tube expansion head and the cone. Specifically, micro dimples are formed on the contact surface between the cone 17 of the present invention and the tube expansion head outer peripheral member 18, that is, the contact surface between the cone 17 and the jaw 19.

マイクロディンプルとは、固体表面に粒子が衝突するなど、局所的な衝撃力の作用により固体表面に形成されるクレーター状のくぼみの集合体をいう。このようなマイクロディンプルの表面は、潤滑油を保持する能力が高い。このため、本発明では、コーン17と拡管ヘッド外周部材18との接触面での摺動抵抗を低下させ、金属接触を防止することにより、焼き付きを防止する効果が得られる。 Microdimples are a collection of crater-like dents formed on the solid surface by the action of local impact force such as particles colliding with the solid surface. The surface of such microdimples has a high ability to retain lubricating oil. Therefore, in the present invention, the effect of preventing seizure can be obtained by reducing the sliding resistance on the contact surface between the cone 17 and the tube expansion head outer peripheral member 18 and preventing metal contact.

図3は従来のジョーの表面(研削加工仕上げ)を示す走査型電子顕微鏡画像であり、図4は本発明のジョーの表面(ショットブラスト加工)を示す走査型電子顕微鏡画像である。図3の従来のジョーの表面は、研削仕上げによって加工された表面(「研削面」と呼ぶ)である。図3から分かるように、従来のジョーの表面は線状の凹凸形状であって、潤滑油をポケット状のくぼみによって保持することができない。このため、接触面において金属接触が生じやすく、焼き付きが発生していた。一方、図4の本発明のジョーの表面は、研削面に比べてくぼみ状の凹部が多数存在するマイクロディンプルの状態である。この場合、研削面に比べて多量の潤滑油がマイクロディンプルによって保持される。したがって、ジョーとコーンの界面で金属間接触を起こさず、十分に油膜が保持されるため、焼き付きが発生しない。 FIG. 3 is a scanning electron microscope image showing the surface of a conventional jaw (grinding finish), and FIG. 4 is a scanning electron microscope image showing the surface of the jaw of the present invention (shot blasting). The surface of the conventional jaw of FIG. 3 is a surface processed by a grinding finish (referred to as a "ground surface"). As can be seen from FIG. 3, the surface of the conventional jaw has a linear uneven shape, and the lubricating oil cannot be held by the pocket-shaped depression. For this reason, metal contact is likely to occur on the contact surface, and seizure has occurred. On the other hand, the surface of the jaw of the present invention in FIG. 4 is in the state of microdimples having a large number of recessed recesses as compared with the ground surface. In this case, a large amount of lubricating oil is held by the micro dimples as compared with the ground surface. Therefore, metal-to-metal contact does not occur at the interface between the jaw and the cone, and the oil film is sufficiently retained, so that seizure does not occur.

ここで、本発明において、マイクロディンプルのくぼみの深さは、5〜10μmであることが好ましく、また、表面からみたときの外径は、5〜100μmであることが好ましい。くぼみの深さが5μm未満、または表面からみたときの外径が5μm未満では、コーン17と拡管ヘッド外周部材18との接触面における焼き付きを防止するために必要な保油性を確保することができない。一方、くぼみの深さが10μmを超える場合や、表面からみたときの外径が100μmを超えると、くぼみの部分に潤滑油が充満しないため、コーン17と拡管ヘッド外周部材18との接触面での摺動抵抗が増加してしまう。ただし、個々のくぼみの形状は、固体表面からみて必ずしも円形である必要はなく、淵部が多角形であるものや、楕円形状のものを含む。接触面において高い面圧が発生する条件下で、くぼみ部において潤滑油を保持することができる形状であればよい。一方、固体表面からみて線状に形成された凹凸は含まない。くぼみ部において潤滑油を保持する効果が低いからである。 Here, in the present invention, the depth of the hollow of the micro dimples is preferably 5 to 10 μm, and the outer diameter when viewed from the surface is preferably 5 to 100 μm. If the depth of the dent is less than 5 μm or the outer diameter when viewed from the surface is less than 5 μm, it is not possible to secure the oil retention property required to prevent seizure on the contact surface between the cone 17 and the outer peripheral member 18 of the pipe expansion head. .. On the other hand, if the depth of the dent exceeds 10 μm or the outer diameter when viewed from the surface exceeds 100 μm, the dent portion is not filled with lubricating oil, so that the contact surface between the cone 17 and the outer peripheral member 18 of the tube expansion head Sliding resistance will increase. However, the shape of each indentation does not necessarily have to be circular when viewed from the solid surface, and includes those having a polygonal edge and those having an elliptical shape. Any shape may be used as long as it can hold the lubricating oil in the recessed portion under the condition that a high surface pressure is generated on the contact surface. On the other hand, it does not include irregularities formed linearly when viewed from the solid surface. This is because the effect of retaining the lubricating oil in the recessed portion is low.

また、接触面全体に占めるくぼみの面積比率は80%以上であることが望ましい。くぼみ部の面積比率が低いと、接触面における潤滑油の保油性が十分ではないからである。 Further, it is desirable that the area ratio of the recess to the entire contact surface is 80% or more. This is because if the area ratio of the recessed portion is low, the oil-retaining property of the lubricating oil on the contact surface is not sufficient.

マイクロディンプルとしては、ショットブラスト、放電加工、電子ビーム加工、レーザー加工などの各種の加工方法により付与することができ、クレーター状のくぼみを付与できる加工手段であればよい。 The micro dimples can be applied by various processing methods such as shot blasting, electric discharge machining, electron beam machining, and laser machining, and any processing means capable of imparting crater-shaped dents may be used.

本発明において、拡管ヘッド外周部材とコーンとの接触面におけるマイクロディンプルは、ショットブラストにより形成されたものが好適である(以下、ショットブラストによる表面を、「ショットブラスト面」と呼ぶ)。ショットブラストは微小な粒子を投射することで、被加工材の表面に多数のくぼみを形成する加工方法であり、他の手段に比べて経済的だからである。また、マイクロディンプルを形成させる面に投射する粒子の形状や大きさを変更することで、マイクロディンプルのくぼみの深さや大きさを調整するのが容易である。 In the present invention, the microdimples on the contact surface between the outer peripheral member of the tube expansion head and the cone are preferably formed by shot blasting (hereinafter, the surface by shot blasting is referred to as "shot blasting surface"). This is because shot blasting is a processing method for forming a large number of dents on the surface of the material to be processed by projecting minute particles, which is more economical than other means. Further, it is easy to adjust the depth and size of the dents of the micro dimples by changing the shape and size of the particles projected on the surface on which the micro dimples are formed.

さらに、本発明では、拡管ヘッド外周部材と前記コーンとの接触面における算術平均粗さRaが、0.3〜1μmであることが好適である。算術平均粗さRaが0.3μm未満では、接触面の保油能力が低下して、焼き付きの防止効果が十分でなくなるからである。一方、算術平均粗さRaが1μmを超えると、マイクロディンプルの凸部が大きくなって、拡管ヘッド外周部材とコーンとの接触面において、金属接触が生じやすく、焼き付きが防止できない場合がある。また、ミクロな凸部との接触により、摩耗が大きくなる傾向があり、摩耗によるコーンの交換頻度が増加するという問題も生じる。なお、高強度鋼管の拡管に当たっては、コーンと拡管ヘッド外周部材との接触面における面圧が増大することから、接触面における潤滑油の保油性をさらに向上させるために、算術平均粗さRaは、0.7〜1μmであることがより望ましい。 Further, in the present invention, it is preferable that the arithmetic average roughness Ra on the contact surface between the tube expansion head outer peripheral member and the cone is 0.3 to 1 μm. This is because if the arithmetic average roughness Ra is less than 0.3 μm, the oil retention capacity of the contact surface is lowered and the seizure prevention effect is not sufficient. On the other hand, when the arithmetic average roughness Ra exceeds 1 μm, the convex portion of the micro dimples becomes large, and metal contact is likely to occur on the contact surface between the outer peripheral member of the tube expansion head and the cone, and seizure may not be prevented. In addition, contact with the micro-convex portion tends to increase wear, which causes a problem that the frequency of cone replacement due to wear increases. When expanding a high-strength steel pipe, the surface pressure on the contact surface between the cone and the outer peripheral member of the pipe expansion head increases. Therefore, in order to further improve the oil retention property of the lubricating oil on the contact surface, the arithmetic mean roughness Ra is set. , 0.7 to 1 μm is more desirable.

なお、拡管ヘッド外周部材とコーンとの接触面にマイクロディンプルが形成されていれば、潤滑油を保持する効果が得られる。したがって、拡管ヘッド外周部材とコーンとの接触面のうち、どちらか一方の面にマイクロディンプルが形成されていればよい。すなわち、拡管ヘッド外周部材の表面にマイクロディンプルが形成されてもよく、また、コーンの表面にマイクロディンプルが形成されてもよい。ただし、コーンの交換に比べて、拡管ヘッド外周部材の交換の方が容易なことが多い。このため、表面の再加工を行うことを考慮して、拡管ヘッド外周部材の表面にマイクロディンプルが形成されることが望ましい。 If micro dimples are formed on the contact surface between the outer peripheral member of the pipe expansion head and the cone, the effect of retaining the lubricating oil can be obtained. Therefore, it is sufficient that the micro dimples are formed on one of the contact surfaces between the outer peripheral member of the tube expansion head and the cone. That is, micro dimples may be formed on the surface of the tube expansion head outer peripheral member, or micro dimples may be formed on the surface of the cone. However, it is often easier to replace the outer peripheral member of the tube expansion head than to replace the cone. Therefore, it is desirable that micro dimples are formed on the surface of the tube expansion head outer peripheral member in consideration of reworking the surface.

図5に、従来の拡管ヘッド外周部材の表面である研削面と、本発明の拡管ヘッド外周部材の表面であるショットブラスト面について、拡管機の摺動抵抗係数を比較した結果を示す。摺動抵抗係数μは、拡管機が動作時の引き力から求めた数値であり、μ=F/Nにより定義される。ここで、Fは拡管機の動作時の引き力であり、ドローバー21にかかる軸方向力としてロードセルを用いて測定した。Nは垂直方向の力であり、鋼管1にかかる外径方向の力である。 FIG. 5 shows the results of comparing the sliding resistance coefficients of the pipe expander with respect to the ground surface which is the surface of the conventional pipe expansion head outer peripheral member and the shot blast surface which is the surface of the pipe expansion head outer peripheral member of the present invention. The sliding resistance coefficient μ is a numerical value obtained from the attractive force when the tube expander operates, and is defined by μ = F / N. Here, F is an attractive force during operation of the tube expander, and was measured using a load cell as an axial force applied to the draw bar 21. N is a force in the vertical direction and is a force in the outer diameter direction applied to the steel pipe 1.

図5から、従来の拡管ヘッド外周部材の表面(研削面)の場合の摺動抵抗係数は0.13であったのに対し、本発明の拡管ヘッド外周部材の表面(ショットブラスト面)は0.005となっていることが分かる。このような摺動抵抗係数の違いは、本発明の拡管ヘッド外周部材の表面(ショットブラスト面)において、コーンと拡管ヘッド外周部材との接触面で潤沢な潤滑油膜を形成している結果であり、接触面のミクロな金属接触が抑制されているためである。 From FIG. 5, the sliding resistance coefficient in the case of the surface (ground surface) of the conventional tube expansion head outer peripheral member was 0.13, whereas the surface (shot blast surface) of the tube expansion head outer peripheral member of the present invention was 0. It can be seen that it is .005. Such a difference in the sliding resistance coefficient is a result of forming an abundant lubricating oil film on the contact surface between the cone and the outer peripheral member of the expanding head on the surface (shot blast surface) of the outer peripheral member of the expanding head of the present invention. This is because micro metal contact on the contact surface is suppressed.

本発明の拡管機において対象とする鋼管は、溶接管であり、管の内外面の溶接後に、悪化した真円度や真直度を矯正するために拡管を行うものである。本発明の拡管機を用いて拡管して鋼管を製造することにより、設備トラブルによる歩留まりの低下を抑制し、長期間にわたって鋼管の真円度を高く維持することができる。例えば、通常のUOE鋼管は、厚鋼板を素材として、端面の開先加工を行った後に、プレス装置によって、U形、O形に成形された後、合わせ面をいったん仮付けして、内外面からサブマージアーク溶接法によりシーム溶接される。その後、拡管機で所定の直径に仕上げてから、外観や寸法などの検査が行われ、製品として出荷される。ただし、本発明の実施形態はUOE方式による溶接管だけでなく、プレスベンド方式による溶接管の製造方法にも適用できる。 The steel pipe targeted by the pipe expander of the present invention is a welded pipe, and after welding the inner and outer surfaces of the pipe, the pipe is expanded in order to correct the deteriorated roundness and straightness. By expanding the pipe using the pipe expander of the present invention to manufacture the steel pipe, it is possible to suppress a decrease in yield due to equipment trouble and maintain a high roundness of the steel pipe for a long period of time. For example, in a normal UOE steel pipe, an end face is welded using a thick steel plate as a material, and then formed into a U shape or an O shape by a pressing device, and then a mating surface is temporarily attached to the inner and outer surfaces. Seam welded from the submerged arc welding method. After that, after finishing to a predetermined diameter with a tube expander, inspections such as appearance and dimensions are performed, and the product is shipped as a product. However, the embodiment of the present invention can be applied not only to the welding pipe by the UOE method but also to the manufacturing method of the welding pipe by the press bend method.

なお、本発明において、対象とする鋼管の肉厚は、19〜45mm、外径は450〜1500mm、グレードとしてはAPI規格でX65以上の高強度鋼管であることが好ましい。 In the present invention, the target steel pipe has a wall thickness of 19 to 45 mm, an outer diameter of 450 to 1500 mm, and is preferably a high-strength steel pipe having an API standard of X65 or more.

図2におけるコーン17と(拡管ヘッド外周部材18である)ジョー19との接触面をマイクロディンプルとした場合を本発明例として、溶接管の拡管を行い、コーン17とジョー19との接触面における、焼き付き発生の有無と摩耗量について調査を行った。 Taking the case where the contact surface between the cone 17 and the jaw 19 (which is the outer peripheral member 18 of the pipe expansion head) in FIG. 2 is a microdimple as an example of the present invention, the welded pipe is expanded and the contact surface between the cone 17 and the jaw 19 is formed. , The presence or absence of seizure and the amount of wear were investigated.

なお、ジョー19には工具鋼を使用した。また、コーン17とジョー19との接触面には、潤滑剤として40℃における動粘度が20mm/sである鉱物油を供給した。また、コーン17には、研削加工により算術平均粗さRa0.5μmに仕上げた工具鋼を用いた。 Tool steel was used for the jaw 19. Further, a mineral oil having a kinematic viscosity at 40 ° C. of 20 mm / s was supplied as a lubricant to the contact surface between the cone 17 and the jaw 19. Further, as the cone 17, tool steel finished to an arithmetic average roughness Ra of 0.5 μm by grinding was used.

なお、接触面の焼き付き発生の有無については、コーン17およびジョー19の表面を目視により観察し、焼き付きによる疵の有無を判定した。一方、摩耗発生の有無については、コーン17の厚みを測定し、コーン交換時の初期厚みとの差から摩耗量を求めた。なお、摩耗量が1mm以下であれば、実用上問題がない。 Regarding the presence or absence of seizure on the contact surface, the surfaces of the cone 17 and the jaw 19 were visually observed to determine the presence or absence of flaws due to seizure. On the other hand, regarding the presence or absence of wear, the thickness of the cone 17 was measured, and the amount of wear was determined from the difference from the initial thickness at the time of cone replacement. If the amount of wear is 1 mm or less, there is no practical problem.

結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.

表1の結果から、拡管ヘッド外周部材とコーンとの接触面にマイクロディンプルを形成させた本発明例はいずれも、焼き付きが発生せず、摩耗量も少なかった。一方、比較例である従来技術の場合、拡管ヘッド外周部材とコーンとの接触面にマイクロディンプルが形成されていないため、焼き付きが発生した。また、コーン鋼管までの拡管回数については、比較例よりも拡管回数が上回った。 From the results in Table 1, in all of the examples of the present invention in which microdimples were formed on the contact surface between the outer peripheral member of the tube expansion head and the cone, seizure did not occur and the amount of wear was small. On the other hand, in the case of the prior art, which is a comparative example, seizure occurred because microdimples were not formed on the contact surface between the outer peripheral member of the tube expansion head and the cone. In addition, the number of pipe expansions to the cone steel pipe was higher than that in the comparative example.

以上より、拡管ヘッド外周部材とコーンとの接触面にマイクロディンプルを形成させることにより、焼き付きが発生し難く、コーンの長寿命化に繋がり、拡管のコストを抑えることができる。したがって、コーンや拡管ヘッド外周部材の交換頻度を低減させることができ、低コストで鋼管を製造できる。 From the above, by forming micro dimples on the contact surface between the outer peripheral member of the tube expansion head and the cone, seizure is less likely to occur, the life of the cone is extended, and the cost of tube expansion can be suppressed. Therefore, the frequency of replacement of the cone and the outer peripheral member of the pipe expansion head can be reduced, and the steel pipe can be manufactured at low cost.

1 鋼管
11 シリンダ
12 ホーン
13 拡管ヘッド
14 拡管機本体
15 アキシャルインフィード
16 クロスフィード
17 コーン
18 拡管ヘッド外周部材
19 ジョー
20 ダイ
21 ドローバー
22 潤滑油供給管
100 拡管機
1 Steel pipe 11 Cylinder 12 Horn 13 Pipe expansion head 14 Pipe expansion machine body 15 Axial infeed 16 Cross feed 17 Cone 18 Pipe expansion head outer peripheral member 19 Joe 20 Die 21 Drawbar 22 Lubricating oil supply pipe 100 Pipe expansion machine

Claims (4)

軸方向に向って次第に外周の大きさが変化するコーンと、
該コーンの外周に接触する拡管ヘッド外周部材とを有する鋼管を拡管する拡管機であって、
前記拡管ヘッド外周部材と前記コーンとの接触面において、マイクロディンプルが形成されていることを特徴とする拡管機。
A cone whose outer circumference gradually changes in the axial direction,
A pipe expander for expanding a steel pipe having a pipe expansion head outer peripheral member that contacts the outer circumference of the cone.
A pipe expander characterized in that micro dimples are formed on a contact surface between the outer peripheral member of the pipe expansion head and the cone.
前記マイクロディンプルは、ショットブラストによるマイクロディンプルであることを特徴とする請求項1に記載の拡管機。 The tube expander according to claim 1, wherein the micro dimples are micro dimples produced by shot blasting. 前記拡管ヘッド外周部材と前記コーンとの接触面における算術平均粗さRaが0.3〜1μmであることを特徴とする請求項1または2に記載の拡管機。 The tube expander according to claim 1 or 2, wherein the arithmetic average roughness Ra on the contact surface between the tube expanding head outer peripheral member and the cone is 0.3 to 1 μm. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の拡管機を用いて、鋼管の拡管を行うことを特徴とする鋼管の製造方法。 A method for manufacturing a steel pipe, which comprises expanding a steel pipe by using the pipe expander according to any one of claims 1 to 3.
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