JP3518416B2 - 電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

電縫鋼管の製造方法

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正徳 西森
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電縫鋼管の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】電縫鋼管の製造には、高周波電流を利用
した電気抵抗溶接法が主として利用されている。これ
は、連続的に帯鋼を供給し、成形ロールで管状にロール
成形してオープン管とし、続いて高周波電流によりオー
プン管の両エッジ部端面を鋼の融点以上に加熱した後、
スクイズロールで両エッジ部端面を圧接して製品管とす
る方法である(例えば、第3版鉄鋼便覧第III 巻(2)
1056〜1092頁)。なお、本発明では、上記工程中、オー
プン管両エッジ部端面の加熱から圧接までを電縫溶接と
称する。
【0003】この製造方法では、製品管サイズに合わせ
たロール成形機を用いなければならず、小ロット多品種
生産に相応しくない。そのため、例えば、特開昭63-331
05号公報、特開平2-187214号公報には、電縫溶接後の素
管を冷間で絞り圧延して製品管とする方法が提案されて
いる。しかし、この方法では、冷間で絞り圧延するた
め、圧延荷重が大きくミルの大型化を必要とし、さらに
ロールとの焼付き防止のため、潤滑圧延装置の設置が必
要となるなどの問題があった。
【0004】また、特開昭60-15082号公報、特公平2-24
606 号公報には、電縫溶接後の素管を熱間で絞り圧延す
る方法が提案されている。しかし、この方法では、鋼管
を800 〜900 ℃以上の温度に再加熱するため、新たなス
ケール発生、あるいは絞り圧延時のスケール噛み込みな
どの問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題点を解決し、小ロット多品種生産に有利
で、ミルの負荷も軽減でき、しかも表面肌及び管周方向
材質均一性に優れる製品管が得られる電縫鋼管の製造方
法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明は、以下に記載の電縫鋼管の製造方法
である。 (1)帯鋼を連続的にロール成形してオープン管とし、
これを電縫溶接して素管とし、これを絞り圧延して製品
管とする電縫鋼管の製造方法において、JISSTKM
11A相当材またはJIS STKM15A相当材であ
ってC:0.29%以下を含有する帯鋼を常温超Ac3 点未満
の温度域に加熱し、前記絞り圧延をAc3 点〜125 ℃の温
度域で行うことを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
【0007】(2)絞り圧延を行う温度域を、Ac3 点〜
125 ℃に代えて、Ac3 点〜400 ℃とした(1)記載の電
縫鋼管の製造方法。 (3)JIS STKM11A相当材またはJIS S
TKM15A相当材であってC:0.29%以下を含有する
帯鋼を加熱する温度域を、常温超Ac3 点未満に代えて、
常温超(Ac1 点+50℃)以下とした(1)記載の電縫鋼
管の製造方法。
【0008】(4)JIS STKM11A相当材また
はJIS STKM15A相当材であってC:0.29%以
下を含有する帯鋼を加熱する温度域を、常温超Ac3 点未
満に代えて、常温超(Ac1 点+50℃)以下とし、絞り圧
延を行う温度域を、Ac3 点〜125 ℃に代えて、(Ac1
+50℃)〜400 ℃とした(1)記載の電縫鋼管の製造方
法。 (5)絞り圧延を合計縮径率20%以上で行う(1)〜
(4)のいずれかに記載の電縫鋼管の製造方法。
【0009】(6)絞り圧延を合計縮径率60%以上で行
う(1)〜(4)のいずれかに記載の電縫鋼管の製造方
法。 (7)絞り圧延が1パス当たりの縮径率6%以上のパス
を少なくとも1パス含む(1)〜(4)のいずれかに記
載の電縫鋼管の製造方法。ここに、Ac3 点、Ac1 点はそ
れぞれAc3 変態温度、Ac1 変態温度を指す。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明では、電縫溶接前の素材
JIS STKM11A相当材またはJISSTKM
15A相当材であってC:0.29%以下を含有する帯鋼)
を常温超 Ac3点未満の温度域に加熱する。前記素材を常
温超に加熱することにより、電縫溶接後のシーム部冷却
速度が小さくなってマルテンサイト変態やべイナイト変
態による硬化を抑制できるためシーム部と母材部との材
質差が小さくなる。また、特に帯鋼加熱によればオープ
ン管に造形する際のロール成形荷重が低くて済み、加工
硬化も小さい。しかし、素材を Ac3点以上に加熱すると
酸化スケール生成量が増大し、シーム部品質および表面
肌が劣化する。このため、素材の加熱温度域は常温超〜
Ac3点未満の範囲とした。なお、好ましくは常温超〜
(Ac1 点+50℃)、より好ましくは常温超〜750 ℃であ
る。
【0011】また、本発明では、電縫溶接後の素管を絞
り圧延して製品管とする。なお、電縫溶接後、必要に応
じて切削などの方法でビード除去を行ったうえで絞り圧
延を行う。これにより、多数の製品管サイズを少数の素
管サイズに統合でき、そのためロールサイズの保有数を
削減でき、かつロール交換頻度も低減できることとなっ
て、小ロット多品種生産への対応が可能となる。
【0012】この絞り圧延においては、圧延温度が125
℃未満では、材料の変形抵抗が高く、圧延荷重が増大
し、その結果管外面にロール焼付き疵が発生する。ま
た、圧延温度がAc3 点を超えると、圧延中に発生するス
ケールの噛み込み疵により、管外面の表面粗さが増大
し、表面肌が劣化するとともに、再結晶後のフェライト
粒の成長が著しくなり強度低下のわりには延性が向上し
ない。
【0013】そのため、絞り圧延はAc3 点〜125 ℃の温
度域で行う必要がある。なお、圧延荷重低減及び圧延ロ
ールの耐焼付き性向上が要求される場合には、圧延温度
125 ℃以上375 ℃未満で絞り圧延するのが好ましい。と
いうのは、圧延温度が375 ℃を超えると、被圧延材中に
板状カーバイドが析出して変形抵抗が増大するため、管
外面でのロール焼付き疵発生傾向が、圧延温度が125 ℃
未満の場合ほどではないにしても、強まるからである。
【0014】一方、絞り圧延による材料の機械的性質の
劣化防止及び表面肌の劣化防止が要求される場合には、
圧延温度375 ℃以上Ac3 点以下で絞り圧延するのが好ま
しい。というのは、圧延温度が375 ℃未満では、圧延ひ
ずみに起因する材料の加工硬化が起こり、圧延前素管に
比べて降伏強度の増大及び伸びの減少が10%以上とな
り、材料の機械的性質の劣化傾向がやや強まるからであ
る。
【0015】また、圧延温度:Ac3 点〜125 ℃の範囲内
で、(Ac1 点+50℃)超では延性がやや低下し、一方40
0 ℃未満では青熱脆性により脆化し圧延中に材料が破断
するおそれや、材料の変形抵抗が増大し圧延が困難とな
るおそれや、再結晶が不十分となり加工歪が残存しやす
くなるおそれがある。よって、絞り圧延は(Ac1 点+50
℃)〜400 ℃の温度域にて行うことが好ましい。なお、
より好ましくは750 〜400 ℃、さらに好ましくは700 〜
600 ℃である。
【0016】絞り圧延は、3ロール方式(3本の圧延ロ
ールを三角形状に配置したスタンドを用いる方式)や4
ロール方式(4本の圧延ロールを四角形状に配置したス
タンドを用いる方式)の絞り圧延機により連続的に行う
のが好ましい。よって、絞り圧延機は、複数のスタンド
をタンデムに配列した形態のものが好ましい。スタンド
数は素管寸法、製品管寸法に応じて適宜決定することが
できる。なおスタンドを複数タンデムに配列してなる絞
り圧延機をレデューサといい、Nロール方式のレデュー
サをNロールレデューサという。
【0017】また、絞り圧延における合計縮径率と1パ
ス当たりの縮径率については、必要に応じて以下のよう
な条件を採用することが好ましい。 〔合計縮径率〕合計縮径率は式(1) で定義されるが、こ
れが20%未満では回復・再結晶による結晶粒の微細化が
不十分であり、延性に富む製品管となり難いほか、造管
速度も遅く生産能率が低い。そのため、合計縮径率は20
%以上とするのが好ましい。また、合計縮径率が60%以
上では、加工硬化による強度増に加え組織の微細化が顕
著となり、低合金鋼素管からでも強度・延性ともに優れ
た製品管が得られる。そのため、合計縮径率は60%以上
とするのがより好ましい。
【0018】 合計縮径率={(素管外径−製品管外径)/素管外径}×100(%) ……(1) 〔1パス当たりの縮径率〕1パス当たりの縮径率が絞り
圧延の全パスにわたり6%未満であると、回復・再結晶
による結晶粒の微細化が不十分となり、製品管の強度・
延性のバランスが悪くなるおそれがあるほか、加工発熱
による材料温度上昇に乏しく圧延温度の低下をきたしや
すい。このため、絞り圧延の全パス中少なくとも1パス
は、1パス当たりの縮径率6%以上とすることが好まし
い。なお、さらなる結晶粒微細化の観点からすれば、少
なくとも1パスでの1パス当たりの縮径率8%以上がよ
り好ましい。
【0019】図1〜図3は、本発明の実施に好適な鋼管
製造設備列の例を示す配置図である。図1は、帯鋼Sを
加熱可能な設備列を示すもので、この設備列は、アンコ
イラ1にて払出しされた帯鋼Sを中継ぎ溶接機2で連結
し、ルーパ3で適宜蓄積しつつ、加熱炉4で加熱後ロー
ル成形機5でオープン管Pに成形し、これを高周波誘導
式のオープンエッジ部加熱装置6とスクイズロール7に
より電縫溶接して素管Mとなし、これを3ロールレデュ
ーサ8で絞り圧延して所定外径×所定肉厚の製品管Cと
なし、これを切断機9で所定長さに切断後、冷却床10に
て冷却するという一連の工程を連続して実行できるよう
構成されている。
【0020】図2には、図1において3ロールレデュー
サ8を4ロールレデューサ11に置き換えた設備列を示し
た。図3は、帯鋼Sおよびオープン管Pを加熱可能な設
備列を示すもので、この設備列は、図2において、成形
機5とオープンエッジ部加熱装置6の間に高周波誘導式
のオープン管加熱装置12を配置したものである。
【0021】また、図1〜3において、13はレデューサ
入側で素管Mを適宜加熱または強制冷却して素管温度を
目標温度に合わせるための温度制御装置である。なお、
ビード除去を行う場合は、スクイズロールとレデューサ
(図1では3ロールレデューサ8、図2、図3では4ロ
ールレデューサ12)の間に、例えば切削バイトを配置す
ればよい。
【0022】
【実施例】下記の鋼種について、板厚2.9mm の帯鋼を
ロール成形してオープン管とし、電縫溶接により外径6
0.3mmの素管とし、素管シーム部のビードを切削バイト
で除去後、レデューサにより3つの外径種D1(外径4
5.0mm:合計縮径率25.4%)、D2(外径38.1mm:合計
縮径率36.8%)、 D3(外径21.7mm:合計縮径率64.0
%)に絞り圧延して製品管とする造管工程において、電
縫溶接前の加熱対象を帯鋼(S)、オープン管(P)
種類とし、素材加熱温度(常温の場合は加熱せず)、
絞り圧延温度を種々変えた実験を行い、ロール成形荷
重、造管速度、絞り圧延荷重、製品管のシーム部熱影響
幅、表面肌、焼付き疵を調査した。なお、外径種D1、
D2では図1型の設備列(3ロールレデューサは8スタ
ンド)、外径種D3では図3型の設備列(4ロールレデ
ューサは14スタンド)を使用した。
【0023】また、下記の鋼種について、外径種をD
1、加熱対象をSとし、鋼種同様の実験・調査を行っ
た。 記 鋼種 JIS STKM11A相当材(0.06%C−0.
21Si−0.35%Mn鋼;Ac1 点:775 ℃、Ac3 点:905 ℃) 鋼種 JIS STKM15A相当材(0.29%C−0.
05Si−0.95%Mn鋼;Ac1 点:722 ℃、Ac3 点:810 ℃) 実験条件と結果を表1に示す。
【0024】表1中、ロール成形荷重、絞り圧延荷重
は、それぞれ鋼種で素材加熱なしとした実験No. 1
(比較例1)との比(比較例1の値を100 とした相対
値)であり、造管速度はレデューサの入側速度、素材加
熱温度は加熱対象Sでは加熱炉4(図1、図3)出側、
加熱対象Pではオープン管加熱装置12(図3)出側の放
射温度計による実測値であり、絞り圧延温度はレデュー
サ入側の放射温度計による実測値(レデューサ出側も略
同じ温度になる)であり、シーム部熱影響幅は製品管断
面組織観察で判別した熱影響部の管周方向長さ(弧長)
と管周全長との比(管周全長を100 とした相対値)であ
る。また、表面肌は表面粗さRmax 7.5 μm以下を○、
7.5 μm超10μm以下を△、10μm超を×で示し、焼付
き疵は目視観察による発生なしを○、発生軽度を△、発
生重度を×で示した。なお、実験No. 7(比較例2)は
絞り圧延前の素管を強制冷却した。
【0025】
【表1】
【0026】表1に示すように、本発明の実施により、
従来の常温での電縫鋼管の成形(比較例1、4)と比較
して成形荷重が低減できるとともに、従来の冷間での絞
り圧延時に生じる焼付き疵(比較例1、2、4)も解消
された。また、従来の熱間電縫鋼管の絞り圧延時に生じ
うる肌の劣化(比較例3)も解消された。
【0027】
【発明の効果】かくして本発明によれば、表面肌及び管
周方向材質均一性に優れる電縫鋼管を、小ロット多品種
生産に応じて低ミル負荷操業で高能率に製造することが
できるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に好適な鋼管製造設備列の例(帯
鋼加熱+3ロール方式)を示す配置図である。
【図2】本発明の実施に好適な鋼管製造設備列(帯鋼加
熱+4ロール方式)の例を示す配置図である。
【図3】本発明の実施に好適な鋼管製造設備列の例(帯
鋼・オープン管加熱+4ロール方式)を示す配置図であ
る。
【符号の説明】
1 アンコイラ 2 中継ぎ溶接機 3 ルーパ 4 加熱炉 5 ロール成形機 6 オープンエッジ部加熱装置 7 スクイズロール 8 3ロールレデューサ(レデューサ) 9 切断機 10 冷却床 11 4ロールレデューサ(レデューサ) 12 オープン管加熱装置 13 温度制御装置 S 帯鋼 P オープン管 M 素管 C 製品管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西森 正徳 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 板谷 元晶 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 岡部 能知 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 荒谷 昌利 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 長浜 拓也 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11−57817(JP,A) 特開 昭60−15082(JP,A) 特開 平11−77116(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21C 37/08 B21B 17/14

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 帯鋼を連続的にロール成形してオープン
    管とし、これを電縫溶接して素管とし、これを絞り圧延
    して製品管とする電縫鋼管の製造方法において、JIS
    STKM11A相当材またはJIS STKM15A
    相当材であってC:0.29%以下を含有する帯鋼を常温超
    Ac3 点未満の温度域に加熱し、前記絞り圧延をAc3 点〜
    125 ℃の温度域で行うことを特徴とする電縫鋼管の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 絞り圧延を行う温度域を、Ac3 点〜125
    ℃に代えて、Ac3 点〜400 ℃とした請求項1記載の電縫
    鋼管の製造方法。
  3. 【請求項3】 JIS STKM11A相当材またはJ
    IS STKM15A相当材であってC:0.29%以下を
    含有する帯鋼を加熱する温度域を、常温超Ac3 点未満に
    代えて、常温超(Ac1 点+50℃)以下とした請求項1記
    載の電縫鋼管の製造方法。
  4. 【請求項4】 JIS STKM11A相当材またはJ
    IS STKM15A相当材であってC:0.29%以下を
    含有する帯鋼を加熱する温度域を、常温超Ac3 点未満に
    代えて、常温超(Ac1 点+50℃)以下とし、絞り圧延を
    行う温度域を、Ac3 変態点〜125 ℃に代えて、(Ac1
    +50℃)〜400 ℃とした請求項1記載の電縫鋼管の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 絞り圧延を合計縮径率20%以上で行う請
    求項1〜4のいずれかに記載の電縫鋼管の製造方法。
  6. 【請求項6】 絞り圧延を合計縮径率60%以上で行う請
    求項1〜4のいずれかに記載の電縫鋼管の製造方法。
  7. 【請求項7】 絞り圧延が1パス当たりの縮径率6%以
    上のパスを少なくとも1パス含む請求項1〜4のいずれ
    かに記載の電縫鋼管の製造方法。
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