JP3270719B2 - 圧接鋼管の冷却方法 - Google Patents

圧接鋼管の冷却方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧接鋼管の冷却方
法に関し、とくに、接合後絞り圧延前の管周方向の温度
均一化に適した圧接鋼管の冷却方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図5に示すように、鍛接鋼管に代表され
る圧接鋼管10は、通常、連続的に供給した帯鋼1を加熱
炉2で1300℃程度に加熱した後、成形ロール3で管状に
成形してオープン管4とし、続いてオープン管4の両エ
ッジ部に高圧空気を吹き付けて端面のスケールオフを行
った後、ウェルディングホーン5により端面に酸素を吹
き付け、その酸化熱で端面を1400℃程度に昇温させてか
ら、鍛接ロール6で両エッジ部端面を衝合させ固相圧接
して造管し、引き続き絞り圧延機7に通して種々の外径
に絞り圧延し、切断機8で所定長さに切断後、サイザ9
にて外形を整えるという工程で製造される。
【0003】上記工程において、燃料原単位の削減およ
びスケールロスの削減等のためには、圧接・成形前の帯
鋼1の加熱温度を下げ、圧接されるべき両エッジ部のみ
を高温に加熱することが有効である。しかしその場合、
接合部と母材部とで周方向に温度差を生じ、この温度差
が材料に変形抵抗差を生じさせて接合後の絞り圧延(レ
デュース)の際に周方向の偏肉をもたらす原因となる。
【0004】そのため、例えば特開昭55-27401号公報、
特開昭56-50717号公報、特開昭59-159215 号公報、特開
昭60-261618 号公報、特開昭61-49709号公報等に示され
るように、絞り圧延前に接合部を選択的に水冷して、母
材部との温度差を解消することが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らの検討によ
れば、例えば、絞り圧延後の周方向の肉厚偏差を±3%
以内に抑制するためには、絞り圧延前で母材部が900 ℃
以上の温度域にある間に周方向の温度偏差を±25℃以内
に縮小する必要がある。しかし、前記従来の冷却方法で
は、ノズルから接合部を狙ってかけた冷却水が母材部に
もかかって母材部の冷却も促進されてしまうために、周
方向温度偏差±25℃以内となるまで水冷を続けると絞り
圧延開始温度が900 ℃を下回ることが多く、また、絞り
圧延開始温度が900 ℃以上となるように水冷を終えると
周方向の温度偏差が±25℃を超えることが多かった。
【0006】すなわち、従来の冷却方法では、冷媒を圧
接鋼管外面内で周方向に精度よく配分することが困難で
あるという問題がある。そこで、本発明は、冷媒を圧接
鋼管外面内で周方向に精度よく配分することが容易な圧
接鋼管の冷却方法を提案し、もって絞り圧延開始時の温
度と周方向温度偏差とを適正範囲に収め得るようにし、
絞り圧延後の周方向の偏肉を防止することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、接合後絞り圧
延前の鋼管の接合部にノズルから冷媒を噴射して該接合
部を強制冷却する圧接鋼管の冷却方法において、ノズル
と接合部との間にスリットを設け、該スリットのスリッ
ト幅、スリット高さを、接合部を含む高温領域の大きさ
に応じて調整して、該スリットを介してノズルから接合
部に冷媒を噴射するものであって、
【0008】下に列挙する手段を1つ以上採用する
とを特徴とする圧接鋼管の冷却方法である。 (イ) スリットを通管方向に複数段設けること。 (ロ) (イ) に加えて、スリットの段数を前記鋼管のサイ
ズ、造管速度に応じて設定すること。 (ハ) スリットのスリット幅をテーパ状に可変とするこ
と。 (ニ) 前記スリットのスリット長さを、前記鋼管のサイ
ズ、造管速度に応じて設定すること。 (ホ) 前記冷媒が気液2流体のミストであること。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態を示す模
式図であり、10は鋼管(圧接鋼管)、11はノズル、12は
冷媒、13はスリット、14はスリット形成用の遮蔽板、15
は接合部、16は高温領域である。図示のように本発明で
は、ノズル11と接合部15との間にスリット13を介在させ
て、接合部15を含む高温領域16の大きさに応じてスリッ
ト幅W、スリット高さ(スリット〜接合部間の距離)H
を調整するようにしたので、ノズル11から噴射される冷
媒12の鋼管10上の衝突範囲を所望の冷却幅に精度よく限
定することが容易となる。すなわち、本発明によれば、
冷媒を圧接鋼管外面内で周方向に精度よく配分すること
が容易となり、絞り圧延前の鋼管の周方向温度分布を従
来に増して均等化できるので、絞り圧延後の偏肉をさら
に小さくすることができる。
【0010】高温領域の大きさは、面内温度分布計測シ
ステムを備えた輻射温度計で実測する、あるいはモデル
計算で推定するなどにより容易に把握できる。なお、図
1では接合部15が周方向頂部にある場合を例示したが、
接合部15が周方向のどの部位にあっても本発明は適用可
能である。また、本発明は、鍛接鋼管以外の固相圧接鋼
管、例えば、200 〜800 ℃程度の温間温度域に加熱した
オープン管の両エッジ部を融点未満に誘導加熱後衝合圧
接することにより造管され次いで絞り圧延されるプロセ
スで製造される固相圧接鋼管(電縫式固相圧接鋼管と仮
称)の、絞り圧延前のシーム部冷却にも適用可能であ
る。
【0011】図6は、電縫式固相圧接鋼管製造ラインの
一例を示すライン配置図であり、順次、帯鋼1を払いだ
すアンコイラ21、帯鋼1の先行材と後行材を連結する中
継ぎ溶接機22、帯鋼1を貯えるルーパ23、帯鋼1を温間
温度域に加熱する温間加熱炉2A、帯鋼1をオープン管
4に成形する成形加工装置3A、オープン管4の両エッ
ジ部を予熱するエッジ予熱装置24、さらにそこを加熱す
るエッジ加熱装置25、エッジ加熱後の両エッジ部を衝合
圧接して鋼管10を形成するスクイズロール6A、鋼管10
を絞り圧延する絞り圧延機7、絞り圧延後の鋼管10を定
尺の製品管30にに切断する切断機8、切断後の製品管30
を矯正する管矯正装置26が配置されてなる。なお、絞り
圧延機7の入側と出側には温度計20が配置されている。
【0012】電縫式固相圧接鋼管の絞り圧延開始温度
は、スケール生成を極力抑えるために800 ℃未満と鍛接
鋼管よりも低い温度範囲が採用され、絞り圧延後の偏肉
抑制のためには、管周方向の温度偏差を、鍛接鋼管より
も厳しい、±20℃以内に抑える必要がある。ところで、
接合後の管周方向の温度分布は、一般に、接合部でピー
クをもつような分布を呈するから、管周方向の温度分布
を速やかに均一化するには、温度ピークの裾野の幅(高
温領域の幅)を冷却幅として設定するのが望ましいとこ
ろ、冷却が進むにつれて温度ピークの高さが低くなると
共に裾野の幅が広がる傾向にある。
【0013】そこで、図2に示すように、冷却幅もそれ
に追従して変更するのが好ましい。なお、図2は、冷却
途上で冷却幅を変えて接合部を強制冷却した鋼管の管周
方向の温度分布の推移を、初期の温度ピークの幅が狭い
場合(a)と広い場合(b)とについて示す模式図であ
る。図3は、冷却途上で冷却幅を変更する好適形態の説
明図である。同図において、ノズルは図示省略し、矢印
18は通管の向きを示し、図1と同一または相当部分には
同じ符号を付し説明を省略する。
【0014】一つは図3(a)に示すように、遮蔽板14
を通管方向に多段に配列することにより、スリット13を
通管方向に複数段設け、各段のスリット幅を変更するも
のである。この例では、スリットを3段とし下流段ほど
スリット幅を広げているが、これに限定されるものでは
ない。また一つは図3(b)に示すように、スリット13
のスリット幅がテーパ状になるように遮蔽板14の位置を
調整するものである。この例では、スリット幅を下流側
ほど広げているが、これに限定されるものではない。無
論、図3(a)の多段スリットの場合にも、必要に応じ
て一部または全部の段のスリット幅をテーパ状にするこ
とができる。
【0015】また、肉厚等の鋼管サイズや造管速度が変
更された場合には、冷却長さを変更して冷却終了温度を
制御するのが望ましい。これに対処するには、前記のよ
うな多段スリットを設けている場合、スリットの段数を
変更することにより対応できる。また、単段スリット、
多段スリットのいずれにも適用可能な手段として、例え
ば図4に示すようにスリット13の長さ方向両端を移動可
能に覆うシャッタ17等を設け、シャッタ17をスライドさ
せることによりスリット長さLを調整するのも一法であ
る。なお、図4において、図1と同一または相当部分に
はこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
【0016】ノズルから噴射させる冷媒としては、水、
空気、あるいはこれらの混合した気液2流体のミスト等
が使用できるが、空気は冷却能が低いため冷却ゾーンを
長くする必要があって場所的な制約が大きい。水とミス
トとを比較すると、ミストのほうが液滴径を格段に小さ
くできて衝突後に速やかに蒸発し、所望の冷却幅以外の
領域をほとんど冷やさないので、ミストのほうがより好
ましい。
【0017】ミストの液滴径はノズルの構造に左右され
るので適切な型式のノズルを選択使用する。そして、ミ
ストの冷却能は液滴流量に依存し、該流量はノズルに付
与する気液混合比および噴射圧力(気体供給圧力)によ
って制御でき、他方、冷却能の目標値は、鋼管のサイズ
(特に肉厚)、造管速度に応じて設定すべきであるか
ら、鋼管のサイズ、造管速度に応じて、ミストの気液混
合比および噴射圧力を設定するのが好ましい。
【0018】
【実施例】
(実施例1)図5と同様の鍛接管製造ラインの鍛接ロー
ル出側と絞り圧延機入側との間を造管速度70〜140 m/
min で通過する外径62〜146mm 、肉厚2.0 〜6.0mm の鍛
接鋼管に対し、図1、図4に示した形態で、本発明を実
施して実施例とした。実施例では接合部近傍で温度が母
材部(接合部の対極部とした)よりも100 ℃以上の領域
を高温領域とし、この高温領域に空気・水2流体のミス
トが当たるように、スリット幅W、スリット高さHを調
整し、かつ鋼管サイズと造管速度に応じて気水混合比を
0.03〜0.1 、空気噴射圧力を0.3 〜0.5MPaに設定し、ま
た必要に応じてノズル長さLを調整して、鍛接部にミス
トを噴射した。
【0019】一方、ノズルと接合部の間にスリットを介
在させずにミスト冷却した以外は実施例と同じ条件でミ
スト冷却を行って比較例とした。絞り圧延後の鋼管50本
についての肉厚偏差は、比較例で−5〜+7%、実施例
で−2〜+2.5 %であり、本発明の効果が確認された。 (実施例2)図6と同様の電縫式固相圧接鋼管製造ライ
ンのスクイズロール出側と絞り圧延機入側の間を造管速
度100m/min で通過する外径62〜146mm 、肉厚2.0 〜6.
0mmの電縫式固相圧接鋼管に対し、図1、図3に示した
形態で、本発明を実施して実施例とした。なお、スリッ
トは通管方向に4段配置し、肉厚、造管速度の変更に応
じて使用段数を選択することにより冷却長さを変更した
(使用しないスリットでは当然ノズルからの冷媒の噴射
はない)。実施例では接合部近傍で温度が母材部(接合
部の対極部とした)よりも100 ℃以上の領域を高温領域
とし、この高温領域に空気・水2流体のミストが当たる
ように、各段でスリット幅W、スリット高さHを調整
し、かつ鋼管サイズと造管速度に応じて気水混合比を0.
03〜0.1 、空気噴射圧力を0.3 〜0.5MPaに設定して、接
合部にミストを噴射した。なお、後段側ほどスリット幅
を広げかつミスト量を減らすようにした。
【0020】一方、ノズルと接合部の間にスリットを介
在させずにミスト冷却した以外は実施例と同じ条件でミ
スト冷却を行って比較例とした。絞り圧延後の鋼管50本
についての肉厚偏差は、比較例で−4〜+9%、実施例
で−2〜+2%であり、本発明の効果が確認された。
【0021】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
冷媒を圧接鋼管外面内で周方向に精度よく配分すること
が容易となり、絞り圧延開始時の温度と周方向温度偏差
の制御精度が向上し、絞り圧延後の周方向の偏肉発生を
従来よりも格段に抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す模式図である。
【図2】冷却途上で冷却幅を変えて接合部を強制冷却し
た鋼管の管周方向の温度分布の推移を示す模式図であ
る。
【図3】冷却途上で冷却幅を変更する好適形態の説明図
である。
【図4】スリット長さ調整の説明図である。
【図5】鍛接鋼管の通常の製造工程図である。
【図6】電縫式固相圧接鋼管製造ラインの一例を示すラ
イン配置図である。
【符号の説明】
1 帯鋼 2 加熱炉 2A 温間加熱炉 3 成形ロール 3A 成形加工装置 4 オープン管 5 ウェルディングホーン 6 鍛接ロール 6A スクイズロール 7 絞り圧延機 8 切断機 9 サイザ 10 鋼管(圧接鋼管) 11 ノズル 12 冷媒 13 スリット 14 遮蔽板 15 接合部 16 高温領域 17 シャッタ 18 矢印(通管の向き) 20 温度計20 21 アンコイラ 22 中継ぎ溶接機 23 ルーパ 24 エッジ予熱装置 25 エッジ加熱装置 26 管矯正装置
フロントページの続き (72)発明者 杉江 善典 愛知県半田市川崎町1丁目1番地 川崎 製鉄株式会社 知多製造所内 (72)発明者 大西 寿雄 愛知県半田市川崎町1丁目1番地 川崎 製鉄株式会社 知多製造所内 (72)発明者 田中 伸樹 愛知県半田市川崎町1丁目1番地 川崎 製鉄株式会社 知多製造所内 (72)発明者 豊岡 高明 愛知県半田市川崎町1丁目1番地 川崎 製鉄株式会社 知多製造所内 (72)発明者 依藤 章 愛知県半田市川崎町1丁目1番地 川崎 製鉄株式会社 知多製造所内 (72)発明者 金山 太郎 愛知県半田市川崎町1丁目1番地 川崎 製鉄株式会社 知多製造所内 (56)参考文献 特開 平8−174039(JP,A) 実開 平2−138084(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 45/02 B21C 37/08

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 接合後絞り圧延前の鋼管の接合部にノズ
    ルから冷媒を噴射して該接合部を強制冷却する圧接鋼管
    の冷却方法において、ノズルと接合部との間にスリット
    通管方向に複数段設け、該スリットのスリット幅、ス
    リット高さを、接合部を含む高温領域の大きさに応じて
    調整して、該スリットを介してノズルから接合部に冷媒
    を噴射することを特徴とする圧接鋼管の冷却方法。
  2. 【請求項2】 前記スリットの段数を前記鋼管のサイ
    ズ、造管速度に応じて設定することを特徴とする請求項
    記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記複数段に代えて一又は複数段とし、
    前記スリットのスリット幅をテーパ状に可変とすること
    を特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記複数段に代えて一又は複数段とし、
    前記スリットのスリット長さを、前記鋼管のサイズ、造
    管速度に応じて設定することを特徴とする請求項1〜
    のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記複数段に代えて一又は複数段とし、
    前記冷媒が気液2流体のミストであることを特徴とする
    請求項1〜のいずれかに記載の方法。
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