JP3031233B2 - 熱間電縫管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間での電気抵抗
溶接製管後、熱間仕上げする電縫管、あるいは、冷間で
の電気抵抗溶接製管後、熱間仕上げ温度に加熱してから
熱間仕上げする電縫管 (以下、これらを総称して熱間電
縫管または熱間電縫鋼管と総称する) の製造方法に関す
る。特に、本発明は、品質の安定性に優れた鋼管を低コ
ストで製造できる熱間電縫管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような熱間電縫鋼管は、いずれの種
類であっても熱間仕上げを行うことから、(1) 接合部の
局部腐食 (溝状腐食) が発生しない、(2) 加工硬化がな
く曲げ加工等の塑性加工がし易い、という特徴があり、
さらに接合部は電気抵抗溶接で溶融圧接されており信頼
性が高いという利点を合わせもった優れた電縫鋼管であ
ることが知られている。

【０００３】従来、そのような電縫鋼管を得るには、例
えばその製造方法の一つである電気抵抗溶接製管法で
は、最終製品径より大きな外径でかつ製品の数倍の長さ
の鋼管(母管) を冷間で製造した後、加熱炉でこの母管
を仕上げ圧延温度にまで加熱し、仕上げ圧延機の１種で
あるストレッチレデューサで縮径伸張するという方法が
行われている。特開昭60−127027号公報参照。ただし、
この公報開示の方法は、縮径伸張後、電縫鋼管を切断せ
ず、コイル状に巻き取ることにも特徴がある。

【０００４】上述の製法による熱間電縫鋼管は、冷間で
の電気抵抗溶接鋼管の製造に際して、その溶接部近傍の
みが急熱・急冷されたため、特に熱影響部の組織が母材
と変わってしまったのを、熱間仕上げにより、解消させ
るのである。一方、接合部は電気抵抗溶接で溶融圧接さ
れるため、高い信頼性を備えている。しかしながら、母
管製造は冷間のため生産性が低く、また加熱工程が別ラ
インに必要で製品になるまでの工程が多く一般的にコス
ト高になるという欠点があった。

【０００５】一方、電縫鋼管の別の製造方法である熱間
での電気抵抗溶接鋼管によれば、母管製造から製品化ま
で一連の連続ラインで製造できる。例えば特公平２−24
606号公報参照。

【０００６】この方法によると、成形を熱間で行い、接
合部を電気抵抗溶接で溶接圧接することで母管を製造す
る。母管製造後、母管加熱用の加熱炉で、必要により補
助加熱を行って均熱化した後、これも連続製造ラインに
設置されたストレッチレデューサで縮径・伸張すること
で、熱間仕上げを行う。このような方法によれば、熱間
仕上げにより改善される特性ばかりでなく、接合部の高
信頼性を合わせもった鋼管を、高生産性をもちながら製
造することができる。

【０００７】しかしながら、ときとしてそのように熱間
仕上げにより得られた熱間電縫管は耐溝状腐食性、加工
性等が改善されない場合があることが判明した。従来に
あってはそのような溝状腐食の防止は鋼にCu、Ni等の合
金元素を添加する等の対策によって試みられていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、鋼管の
機械的性質、接合部近傍と母材部との組織均一性は、母
管加熱後のストレッチレデューサでの仕上げ圧延温度に
大きく依存することに着目した。しかしながら、上述の
特公平２−24606 号公報の設備配置では、この温度を精
度よく制御することが難しい。この理由として、製造ラ
インの流れの都合で、製管速度が変動すると当然、吸熱
量が変動し温度の変動に繁がってしまうが、燃焼加熱炉
の燃料の焚き量の調整は一般に慣性が大きく、応答が遅
れてしまうばかりでなく、温度のハンチングを発生させ
ることにもなる。この現象は、製管速度が一定でも、規
格変わり等で肉厚が変わる際にも発生し、歩留ロス、品
質不安定部発生等の欠点があった。また、通常製管時で
も材料の熱延コイルの板厚バラツキに起因する温度変動
があるが、燃焼加熱炉の焚き量変更の応答の遅さによ
り、制御が不可能であった。

【０００９】ここに、本発明者の知見によれば、具体的
には40〜50℃の温度変化に１秒以内の時間に追従しなけ
ればならない。ここに、本発明の目的は熱間電縫管にと
きとしてみられる前述のような溝状腐食のない安定した
製造を保証する熱間電縫管の製造方法を提供することで
ある。

【００１０】このように、圧延仕上温度、例えばストレ
ッチレデューサでの圧延仕上温度は、熱間電縫鋼管の機
械的性質・熱間仕上げの特徴である組織の均一性に大き
な影響を及ぼす。よって、品質安定のためには圧延仕上
温度を一定に極力保つ必要がある。製品鋼管の材質、寸
法によって目標となる圧延仕上げ温度には最大50℃まで
の幅があり、そのような温度変化に最長１秒以内に応答
して圧延仕上げ温度を目標値に調整しなければならな
い。

【００１１】よって、本発明の具体的な目的は、圧延仕
上温度に大きな影響を及ぼす、ストレッチレデューサ入
側の加熱炉 (加熱装置) の温度変更応答速度を高め、製
管速度、板厚変動等による温度変化を素早く補填し、圧
延仕上温度を可及的一定にする技術を開発することであ
る。

【００１２】本発明のより具体的な目的は最大50℃まで
の圧延仕上げ温度の変動に対して１秒以内の応答性を示
す加熱装置を用いる熱間電縫管の製造方法を提供するこ
とである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】実際の圧延仕上げに際し
ての圧延仕上げ温度の変動幅は、最大40〜50℃程度であ
り、上述のような通常の誘導加熱炉で十分に補償できる
範囲内にあることが判明した。

【００１４】燃焼式の加熱炉の出側に、誘導加熱装置を
直列に配置し、加熱炉出側、誘導加熱装置出側、ストレ
ッチレデューサー出側にそれぞれ温度計を設置すること
で絶えず温度変化を監視しながら、ベースの加熱は燃焼
式の加熱炉で実施し、誘導加熱装置で補助的加熱を実施
したところ、誘導加熱装置の出力調整で、極めて迅速
に、加熱炉も含めた総合的な加熱量が変更でき、製管速
度、板厚変動・板厚替わり等での圧延仕上温度変化を防
止することができることを知り、本発明を完成した。

【００１５】熱間電縫管のうち、冷間で製管し、熱間仕
上げを行う場合にあっては、燃焼加熱炉入側の温度と目
標温度との差は大きく、燃焼加熱炉の役割は大きいが、
熱間製管を行う場合にあっては、すでに製管時にかなり
の温度に加熱されているため、誘導加熱炉だけで十分と
も考えられるが、ストレッチレデューサーは、10〜20段
程度のロール群をもつ圧延装置で、温度降下が大きいた
め、製管時の温度から100 ℃以上加熱してストレッチレ
デューサーに入れる必要があり、誘導加熱だけでは不十
分である。

【００１６】ここに、本発明は、製管工程、加熱工程、
そして圧延仕上げ工程を備えた熱間電縫管の製造方法に
おいて、製管後、得られた母管の圧延仕上げに先立っ
て、燃焼加熱炉そして誘導加熱装置によって前記母管を
加熱して、所定の圧延仕上げ温度を確保することを特徴
とする熱間電縫管の製造方法である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明によれば、燃焼式の加熱炉
の出側に、誘導加熱装置を直列に配置し、加熱炉出側、
誘導加熱装置出側、ストレッチレデューサー出側にそれ
ぞれ温度計を設置し、製管速度、板厚変動等による温度
変化を素早く補填し、圧延仕上温度を可及的一定にする
ことができる。

【００１８】燃焼式加熱炉は、燃料が、安価なガス等で
あり加熱コストを低くできるが、焚き量を変化させて
も、炉壁温度が変化しきるのに一定の時間が必要であ
り、炎による直接加熱分は応答性良く温度変化するが、
炉壁からの輻射加熱分は遅れて材料温度変化に結びつく
ため、一定の加熱温度を保つのは困難であり、材料温度
のハンチングが起こりやすい。

【００１９】一方、誘導加熱の場合は、電気の入力が直
接材料に加わるため応答性良く材料の温度が変更可能で
あり、言い換えれば遅れて温度変化することがないので
温度ハンチングが極めて少なく、材料温度を一定に保つ
ことが可能となる。

【００２０】したがって、本発明によれば、熱間仕上げ
電気抵抗溶接鋼管の場合、ストレッチレデューサー出側
の圧延仕上げ温度は、品質に大きく影響を及ぼすため極
力狙い通りの温度に一定に保つことが大切である。

【００２１】また、熱間で製管まで行う熱間電気抵抗溶
接鋼管の場合、コイル挿入から精整まで連続製造ライン
でつながっており、製管速度の変動がどうしても発生す
る点、および規格がわり等で板厚が変わる際も一度設備
を止めることなく連続して製造を行うことができるよう
に、ストレッチレデューサー前の迅速かつ正確な加熱温
度設定が、仕上温度一定化のため重要である。

【００２２】このように、いずれの熱間電縫管であって
も、本発明によれば誘導加熱装置の出力調整で、極めて
迅速に、加熱炉も含めた総合的な加熱量が変更でき、製
管速度、板厚変動・板厚替わり等での圧延仕上温度変化
を防止することができる。また、そればかりでなく、積
極的な圧延温度を変更する場合も、迅速に調整が可能と
なる。一方、加熱全てを誘導加熱で実施すると、単価の
高い電気を大量に消費し望ましくない。

【００２３】ここに、燃焼式加熱と誘導加熱との組合せ
の意義についてさらに補足説明すれば次の通りである。
燃焼式加熱とは、気体、液体燃料をバーナで燃焼させて
電縫管を直接または間接に加熱する方式の加熱である。
また誘導加熱は、例えば３Hzの高周波電流をコイルに流
し、電縫管に生じる誘導電流による抵抗、発熱を利用す
る方式の加熱である。

【００２４】本発明によれば燃焼式加熱→誘導加熱の組
合せが利用され、その逆は不可である。また、加熱開始
に当たっては、燃焼加熱では目標温度−20℃まで加熱
し、残りは誘導加熱を行って目標温度に加熱する。そし
て仕上げ圧延が開始されてからはフィードバックまたは
フィードフォワード制御により温度制御を行ってもよ
い。

【００２５】燃焼式加熱と誘導加熱との切替え操作につ
いて説明すると次の通りである。まず、燃焼加熱炉に入
る時点で温度計測が行われ、目標温度との差異が計算さ
れ、誘導加熱能力のほぼ1/2 で達成できる温度だけ差し
引いた温度にまで、この燃焼加熱炉で加熱するように加
熱処理を開始する。燃焼加熱炉を出る時点で再度温度計
測を行う。被加熱材の材質、寸法等によって加熱効率は
異なるから、この出口近傍での温度は予測温度より僅か
に低い場合が多い。

【００２６】次いで、再度、目標温度との差異を計算
し、その差の温度上昇が実現できるように加熱条件を設
定した誘導加熱を行う。さらに、誘導加熱によれば、熱
間電気抵抗溶接鋼管の場合、燃焼加熱炉を一種の保持炉
として用いることで均熱化を計るだけに用いることがで
き、かかる場合には、著しい省エネルギーを実現するこ
とできる。

【００２７】加熱誘導加熱装置は、手動出力調整でも迅
速な応答性で十分な効果があるが、さらに、フィードバ
ックまたはフィードフォワード制御を用いた自動制御を
組み込むことも可能で、ガス焚きの燃焼加熱炉のみの場
合に比べ、応答の迅速さ故にハンチングの少ない温度制
御が可能となる。

【００２８】一方、従来の燃焼式加熱炉のみの操業の場
合、仕上げ温度管理最低値に対し温度バラツキを加味
し、＋20〜30℃の狙い温度であったが、本発明において
は、＋５〜10℃程度で充分管理最低温度を維持すること
が可能となり、品質の安定化が図られた。一方、単価の
高い熱源である電気を使用しても、平均温度を従来から
下げることが可能となり、結果的にトータル燃料コスト
も上昇にはならない。

【００２９】

【実施例】図１は、本発明にかかる熱間電縫管の製造方
法の工程図であり、図中、誘導加熱装置１はストレッチ
レデューサ２と燃焼加熱炉３との間に設けられており、
鋼帯加熱炉４を出た鋼板は製管機５において管体に構成
され、そのようにして得られた母管６は後工程に連続し
て供給され、熱間仕上げが行われる。

【００３０】つまり、連続供給される母管６は、最初、
燃焼加熱炉３で所定温度にまで加熱され、次いで誘導加
熱装置１によって目標温度に調整される。このようにし
て目標温度に加熱された母管６は、ストレッチレデュー
サ２によって、外径および肉厚を整えられ、製品鋼管７
となる。このストレッチレデューサ２の出口温度を圧延
仕上げ温度と言う。

【００３１】本例では、図１に示す工程図にしたがっ
て、電気抵抗溶接鋼管の熱間仕上げを行った。仕上げ温
度の目標の一例として900 ℃を例にとる。このためには
ストレッチレデューサー入側の温度を約1000℃にする必
要がある。よって燃焼加熱炉への入口近傍での鋼管温度
が900 ℃であればその差異は約100 ℃であった。燃焼加
熱炉では、この内の80℃分を加熱し、次いで、誘導加熱
炉によって残り20℃分を加熱した。

【００３２】このような一連の操作を行ったところ、目
標温度の±10℃の精度で温度管理ができた。目標値＋５
〜10℃としても管理最低温度外れ材発生比率は、0.1 ％
であった。目標温度の変動があった場合でも、変更量へ
の応答は１秒で可能であった。

【００３３】図２は、誘導加熱装置を設けずに燃焼加熱
炉だけで目標温度に加熱する場合を示す従来例の工程図
であり、図中、図１と同一装置、部材は同一符号で示
す。比較のために図２に示す工程図にしたがって、電気
抵抗溶接鋼管の熱間仕上げを行った。図１の場合と同様
に、仕上げ温度の目標の一例として900 ℃を例にとる。
この場合、ストレッチレデューサー入側は約1000℃にす
る必要がある。燃焼加熱炉への入口近傍での鋼管温度は
約900 ℃であったのでその差異は100 ℃であった。そこ
で、燃焼加熱炉では、これを目標値にまで加熱した。

【００３４】このような一連の操作を行ったところ、目
標温度の＋20〜30℃としても管理最低温度外れ材発生比
率は、0.6 ％であった。目標温度の変動があった場合で
も、変更量への応答は連続供給を続ける限り、困難であ
った。

【００３５】以上の例はいずれも熱間での成形、製管を
行った後に熱間仕上げを行った場合であるが、冷間での
成形、製管した電縫管に熱間仕上げを行った場合にあっ
ても同様のすぐれた効果が得られることも確認された。

【００３６】すなわち、冷間で電気抵抗溶接鋼管を製造
し、次いで1000℃に加熱して熱間仕上げを行った。つま
り、ストレッチレデューサー入側の温度を約1000℃にす
る必要がある。よって燃焼加熱炉で鋼管温度を980 ℃に
まで加熱し、一方、誘導加熱炉によって残り20℃を加熱
した。

【００３７】このような一連の操作を行ったところ、目
標温度の±10℃の精度で温度管理ができた。目標値＋５
〜10℃としても管理最低温度外れ材発生比率は、0.1 ％
であった。

【００３８】

【発明の効果】熱間仕上げの電気抵抗溶接鋼管は、熱間
仕上げ故の特徴である、(1) 接合部の局部腐食 (溝状腐
食) が発生しない、(2) 加工硬化がなく曲げ加工等の塑
性加工がし易い、というメリットと、接合部は電気抵抗
溶接で溶融圧接されており信頼性が高いというメリット
を合わせもった優れた鋼管である。本発明により、この
優れた熱間仕上げの電気抵抗溶接鋼管を安定した品質
で、低コストで製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる熱間電縫管の製造方法の工程図
である。

【図２】従来技術としての特公平２−24606 号公報の示
す熱間電縫管の製造方法の工程図である。

【符号の説明】

１：管加熱誘導加熱装置 ２：ストレッチレデューサ
ー ３：管加熱炉 (ガス焚き) ４：鋼帯加熱炉 ５：製管機 ６：母管 ７：製品鋼管 ８：圧延仕上げ温度 ９：コイル状鋼管

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21C 37/08 B21B 17/14 C21D 8/10 C21D 9/08 C21D 9/50

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製管工程、加熱工程、そして圧延仕上げ
   工程を備えた熱間電縫管の製造方法において、製管後、
   得られた母管の圧延仕上げに先立って、燃焼加熱炉そし
   て誘導加熱装置によって前記母管を加熱して、所定の圧
   延仕上げ温度を確保することを特徴とする熱間電縫管の
   製造方法。