JP3856940B2 - Hot-bending metal strip and its manufacturing method - Google Patents
Hot-bending metal strip and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP3856940B2 JP3856940B2 JP09405298A JP9405298A JP3856940B2 JP 3856940 B2 JP3856940 B2 JP 3856940B2 JP 09405298 A JP09405298 A JP 09405298A JP 9405298 A JP9405298 A JP 9405298A JP 3856940 B2 JP3856940 B2 JP 3856940B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heating
- bending
- metal strip
- hot
- cooling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管やH形鋼等の金属条材の長手方向の一部区間を熱間曲げ加工して形成した熱間曲げ金属条材及びその製造方法に関し、例えば、石油及びガス輸送配管等の保安要請の特に高い用途に使用するのに好適な熱間曲げ金属管体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、曲げ部と直線部を有する金属管体の製造方法としては、直線状の管体の長手方向の所望区間を熱間曲げ加工する方法が一般的であり、また、その熱間曲げ加工は、直線状の金属管体の長手方向の狭幅領域を、それを取り囲むように配置した誘導コイルで塑性変形容易な赤熱状態に加熱して加熱部を形成し、該加熱部に曲げモーメントを付与して曲げ変形させ、その直後に冷却して変形を終了させながら、前記誘導コイルを金属管体に対して長手方向に相対的に移動させることによって加熱部を金属管体の長手方向に移動させる操作を順次進めて所望区間全体を曲げ変形させるという方法で行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した熱間曲げ加工方法で製造した曲げ加工管体は、熱間曲げ加工の際に加熱された領域(以下加熱領域という)と加熱されなかった領域(以下非加熱領域という)との境界部分(以下熱境界部という)の強度(耐力、引張強さなど)が他の領域に比べて低下する傾向にあった。この強度低下は大きくなく、また、狭い領域で生じており、管体による通常の流体輸送時に輸送圧力によって管体にかかる応力に対して問題となるようなものではないが、前記石油、ガス輸送配管などにおいても埋設して使用する場合が多く、特に大地震時には管体に大きい曲げ応力や引張応力がかかることから、昨今は、上記した曲げ加工管体の熱境界部の強度にも関心が及ぶようになってきた。
【0004】
そこで、本発明者等は熱間曲げ加工管体の熱境界部の強度が低下する理由を検討し、次のような結果を得た。図8において、管体(API−X65、外径615mm、肉厚20.2mmのUOE鋼管)1を、図示位置にセットした誘導コイル2で赤熱状態に加熱し、その後、誘導コイル2を管体1に対して相対的に矢印A方向に移動させて曲げ加工を行った後、その管体1の実肉部分(実際に肉を有する部分。管の場合は管壁)を切断して金属組織を観察したところ、図示したように、3つの部分1a、1b、1cに分かれていることが認められた。因みに、曲げ加工の際の管体1の管軸方向に対する最高加熱温度分布は曲線3で示すようになっていた。管体1の断面における第一の部分1aは、曲げ加工のために高温に加熱され、曲げ変形直後に冷却水で急冷されたことにより焼入れ状態となった領域であり、以下高温加熱部という。この高温加熱部1aの金属組織はベーナイト+フェライトであり、高強度となっていた。第二の部分1bは、全く加熱されないか又は伝熱によって昇温するが最高温度が700°C程度以下の部分であり、以下非加熱部という。この非加熱部1bは管体製造時の圧延組織(アシキュラーなフェライト+パーライト)を維持しており、この部分でも、高強度となっている。第三の部分1cは、高温加熱部1aからの伝熱によって、最高温度が750〜850°C程度に昇温し、Ac1 〜Ac3 の二相域を履歴した部分であり、その金属組織が、球状を呈するポリゴナルなフェライト+パーライトとなり、硬度が低く(図8の曲線4参照)且つ強度も低くなっていた。以下、この部分1cを軟化部という。この軟化部1cと高温加熱部1aとの境界(以下熱影響ラインという)6及び軟化部1cと非加熱部1bとの境界7は肉厚を直角に横切る形となっており、換言すれば、軟化部1cは高温加熱部1aと非加熱部1bの間に介在する形で肉厚方向に生じていた。このように熱境界部に肉厚方向に伸びる軟化部1cが存在するため、その軟化部1cの幅が5〜10mm程度と狭いにも係わらず、管体1の管軸方向の強度が低くなっていたと推定される。
【0005】
上記したように熱境界部の管軸方向強度の低下傾向は軟化部1cによって生じているので、問題解決には軟化部を無くせばよく、そのためには、軟化部を熱処理することが考えられる。しかしながら、軟化部のみを熱処理しても、熱処理を施した領域の両端部に新たな軟化部が形成されてしまい、解決策とはならない。そこで、曲げ加工操作と、管体の直線部の全長(非加熱部1b及び軟化部1cとなる部分)を曲げ加工区間と同一熱履歴となるように連続的に熱処理する操作を一連的に行うことも必要に応じて行われる。しかしながら、直線部を熱処理する分、操作も工数も増えて、生産性が低下しコスト高となるという問題が生じる。
【0006】
上記した問題点は管以外の金属条材についても生じている。
【0007】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、従来熱境界部に生じていた強度低下を、熱処理を行うことなく低減し、熱境界部の強度を大きくした熱間曲げ金属条材並びにその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱間曲げ加工の際の加熱領域と非加熱領域の境界部分すなわち熱境界部に生じる軟化部による、条材軸線方向の強度低下を低減するため、熱影響ラインに沿って生じる軟化部を肉厚方向に対して傾斜させると共にその傾斜角度を、軟化部のどの位置で肉厚方向に切断した断面にも軟化部のみならず高温加熱部、非加熱部の少なくとも一方が存在するように定めたものである。このように熱影響ラインに沿って生じる軟化部を肉厚方向に対して傾斜させたことにより、金属条材を軟化部の任意の位置で肉厚方向(条材軸線に直角方向)に切断した断面には、強度の小さい軟化部のみならず、強度の大きい高温加熱部、非加熱部の少なくと一方が存在することとなり、全体としての条材軸線方向の強度が、軟化部のみの場合に比べて大きくなる。かくして、熱境界部における条材軸線方向の強度低下を低減し、強度を大きくできる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の熱間曲げ金属条材は、直線状の金属条材の長手方向の一部区間に熱間曲げ加工を施したものにおいて、その曲げ始め部分と曲げ終わり部分の少なくとも一方における熱間曲げ加工の際の加熱領域と非加熱領域との境界部分に熱影響ラインに沿って生じる軟化部を肉厚方向に対して傾斜させると共にその傾斜角度を、軟化部のどの位置で肉厚方向に切断した断面にも軟化部のみならず高温加熱部、非加熱部の少なくとも一方が存在するように定めていることを特徴とする。本発明の対象とする金属条材の形態は任意であり、例えば、丸形鋼管、角形鋼管等の鋼管、H形鋼、T形鋼、U形鋼(又はC形鋼)、L形鋼等の形鋼、棒状或いは板状の鋼材等を挙げることができる。特に、埋設配管は大地震により液状化現象が起こったときなどに過大な力がかかる恐れがあることから、埋設配管に使用する管体には本発明を適用することが好ましい。鋼材以外の金属条材も加熱を経て大なり小なり軟化するので、本発明の適用対象とすることができる。
【0010】
以下、図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。図1は、長手方向の一部区間に熱間曲げ加工を施した本発明の金属条材11の熱境界部における実肉部分(条材11が管の場合には管壁、H形鋼、L形鋼等の場合にはウェブやフランジ)の断面を示すものである。図1において、金属条材11は、曲げ加工のために高温に加熱され且つ強制冷却されて焼入れ状態となった高温加熱部11aと、加熱温度が低いため条材製造時の金属組織を維持している非加熱部11bと、両者間に生じる軟化部11cを有しているが、高温加熱部11aと非加熱部11bとの境界に形成される熱影響ライン16を肉厚方向に対して傾斜させている。この構成により、軟化部11cも肉厚方向に対して傾斜している。このため、金属条材11を軟化部11cの任意の位置で肉厚方向(条材軸線に直角方向)に切断した断面(例えば、A−A断面)には、強度の小さい軟化部11cのみならず、強度の大きい高温加熱部11a及び/又は非加熱部11bが存在する。従って、金属条材11の断面全体としての条材軸線方向の強度は、図8に示す従来例のように、軟化部1cのみしか存在しない場合に比べて、大幅に向上しており、熱境界部の強度を大きくできる。
【0011】
ここで、熱境界部の条材軸線方向の強度は、傾斜角θを大きくするほど向上するが、その他にも、金属条材11の肉厚と軟化部11cの幅(熱影響ラインに直角方向の寸法)の比率も向上度合に関係する。従って、傾斜角θの選定に当たっては、金属条材11の肉厚及び軟化部11cの幅も考慮して定めるが、傾斜角θの大体の目安としては、25°以上に設定することが好ましく、更には、45°以上に設定することが一層好ましい。
【0012】
熱間曲げ金属条材において、熱境界部は熱間曲げ加工の開始位置に存在するのみならず、曲げ加工の終了位置にも存在している。本発明は、これらの開始位置及び終了位置の両方に適用することが最も好ましいが、必要に応じていずれか一方のみに適用してもよい。
【0013】
次に、本発明の熱間曲げ加工金属条材の製造方法を説明する。上記した熱影響ライン16は、熱履歴における最高加熱温度が焼入れ可能な最低温度であった位置に形成されるので、金属条材の曲げ始めの部分などの加熱開始位置或いは曲げ終わりの部分などの加熱終了位置において、焼入れを生じる最低温度の等温線が肉厚方向に対して傾斜するような温度分布を形成させればよい。このような温度分布の形成は、実肉部分の片面に対する予熱、後熱の適宜取り入れ、加熱手段による加熱温度パターンの選定、冷却の適宜取り入れ等によって行うことが可能であり、中でも、実肉部分片面側と反対面側とで加熱開始時の冷却開始位置及び加熱終了時の赤熱開始位置に差をつけることにより容易に上記等温線を肉厚方向に対して傾斜させることができ、好ましい。
【0014】
更に具体的に説明すると、本発明方法の一つの実施の形態は加熱開始部に関するものであって、直線状の金属条材の長手方向の狭幅領域を赤熱状態に加熱して加熱部を形成し、該加熱部に曲げモーメントを付与して曲げ変形させ、その直後に冷却しながら前記加熱部を金属条材の長手方向に移動させて、長手方向の所望区間を熱間曲げ加工する方法において、加熱開始時に、前記金属条材の実肉部分を片面側から加熱し、同時にその加熱領域内に加熱開始側から食い込ませる形で、反対面側に配した冷却手段によって反対面側から冷却媒体を吹き付けることにより、前記実肉部分内における反対面側の冷却前線の位置を片面側よりも加熱終了側にずらして、前記等温線を肉厚方向に対して傾斜させることを特徴とする。そして、この構成により、加熱開始位置における熱境界部の熱影響ラインを肉厚方向に対して傾斜させることができる。
【0015】
また、他の実施の形態は加熱終了部に関するものであって、直線状の金属条材の長手方向の狭幅領域を赤熱状態に加熱して加熱部を形成し、該加熱部に曲げモーメントを付与して曲げ変形させ、その直後に冷却しながら前記加熱部を金属条材の長手方向に移動させて、長手方向の所望区間を熱間曲げ加工する方法において、加熱終了時に、前記金属条材の実肉部分を片面側から加熱し、同時にその加熱領域内に加熱終了側から食い込ませる形で、反対面側に配した冷却手段によって反対面側から冷却媒体を吹き付けることにより、前記実肉部分内における反対面側の赤熱前線の位置を片面側よりも加熱開始側にずらして、前記等温線を肉厚方向に対して傾斜させることを特徴とする。そして、この構成により、加熱終了位置における熱境界部の熱影響ラインを肉厚方向に対して傾斜させることができる。
【0016】
上記した方法を金属管に対して適用する場合には、金属管を外面側から誘導コイルで加熱し、本発明方法固有の上記冷却については、内面側から冷却媒体を吹き付けて冷却する構成とすることが、実施するための設備構成を簡単にできるので好ましい。なお、この場合、曲げ開始から終了に至る間の曲げ変形直後の冷却については、上記本発明方法に係る上記冷却と併せて内面側から行っても良く、或いは、又、通常通り外面側から行っても良く、更には、厚肉管の場合など両面側から行うようにしてもよい。
【0017】
【実施例】
以下、本発明を、金属条材が鋼管である場合に適用した実施例を説明する。図2は本発明の一実施例による熱間曲げ加工鋼管(金属条材)21を示す概略断面図である。この熱間曲げ加工鋼管21は、直線状の鋼管の長手方向の一部区間を90°に熱間曲げ加工して形成した曲げ部21Aと、その両端に続く直管部21B、21Cを有している。そして、その曲げ部21Aの全域(ハッチングで示す領域)は曲げ加工により焼入れされた状態となっており、その両端にそれぞれ熱影響ライン22、23が生じている。この熱影響ライン22、23はそれぞれ、肉厚方向に対して傾斜しており、これによって軸線方向の強度低下が小さくなっている。
【0018】
次に、上記した熱間曲げ加工鋼管21の製造方法及びそれに用いる装置を説明する。図3は熱間曲げ加工を行う装置の概略断面図であり、31は支点Oを中心に旋回可能に設けられた旋回アーム、32は旋回アーム31に取り付けられ、曲げ加工すべき鋼管21を把持するクランプ、34は鋼管21の長手方向の狭幅領域を赤熱状態に加熱する誘導コイルであり、加熱領域のクランプ32側の端部に冷却水等の冷却媒体35を吹き付ける冷却手段を備えている。この誘導コイル34は、支点Oを通り且つ直線状の鋼管21の軸線に直角な曲げ基準面P−P上に配置されている。36は鋼管21の端部を把持するテールクランプであり、図示しない駆動装置によって鋼管21を軸線方向に矢印Bで示す方向に移動させる構成となっている。
【0019】
38は鋼管21内に位置するように挿入された冷却装置である。この冷却装置38は鋼管21の内面全周に冷却水等の冷却媒体39を鋼管21の軸線に対して、図3に示すように右方向に傾斜させて吹き付けることができ、また、図6に示すように左方向にも傾斜させて吹き付けることができる構成となっている。冷却装置38は支持部材40によって保持されており、その支持部材40には冷却装置38を鋼管21の軸線方向の所望位置に移動させるための移動機構(図示せず)が連結されている。
【0020】
次に、上記構成の装置を用いた曲げ加工方法を説明する。まず、図3に示す状態に、曲げ加工前の直線状の鋼管21をセットする。次いで、誘導コイル34に通電して鋼管21の加熱を開始すると共にその加熱領域の端部に冷却媒体35を吹き付け、同時に、鋼管21の内側に位置する冷却装置38からも冷却媒体39を鋼管21の内面に吹き付ける。ここで、冷却装置38により冷却媒体39を吹き付けて冷却する領域は、図4に拡大して示すように、鋼管21の実肉部分を外面側から誘導コイル34で加熱する際の加熱領域内に曲げ開始側(即ち加熱開始側、矢印B側)から食い込んだ領域とし、赤熱状態の加熱部41の内面側での冷却開始位置を外面側よりも曲げ終了側(即ち加熱終了側、矢印C側)にずらしている。かくして、加熱開始部における赤熱状態の加熱部41の等温線42、42a、42b等は肉厚方向に対して傾斜した状態となる。
【0021】
図3において、誘導コイル34で加熱を開始し、加熱部41が曲げ加工を行うための所定の温度に達すると、テールクランプ36による鋼管21の矢印B方向の移動を開始する。これにより、旋回アーム31によって鋼管21に曲げモーメントが付与され、鋼管21は加熱部41のところで曲げ変形し、且つ曲げ変形を生じた直後の部分が冷却媒体35で冷却固化される。そして、図5に示すように、鋼管21が矢印B方向の移動を続け、それによって旋回アーム31が旋回することにより、鋼管21が連続的に熱間曲げ加工される。なお、曲げ開始時以外には、鋼管21の内側に配置された冷却装置38による冷却媒体の鋼管内面への吹き付けは行っても、行わなくてもよい。
【0022】
熱間曲げ加工が進行し、図6に示すように、鋼管21の曲げ加工すべき区間の後端が誘導コイル34による加熱領域に接近した時点で、鋼管21の内部の冷却装置38が冷却媒体39の鋼管内面への吹き付けを開始する。この時の冷却装置38により冷却媒体39を吹き付けて冷却する領域は、図7に拡大して示すように、鋼管21の実肉部分を外面側から誘導コイル34で加熱する際の加熱領域内に曲げ終了側(即ち加熱終了側、矢印C側)から食い込んだ領域、すなわち、赤熱開始側の一部領域とし、加熱部41の内面側での赤熱開始位置41bを外面側の赤熱開始位置41aよりも曲げ開始側(即ち加熱開始側、矢印B側)にずらしている。かくして、曲げ終了部における加熱部41の等温線43、43a、43b等は肉厚方向に対して傾斜した状態となるので、この加熱部41が、鋼管21の曲げ加工すべき区間の後端に達する迄この状態を維持させる。そして、所定の曲げ加工が行われた時点で、テールクランプ36による鋼管21の移動及び誘導コイル34による加熱を停止し、曲げ加工を終了する。以上の工程により、図2に示すように、曲げ部21Aと、その両端に続く直管部21B、21Cを有した構成の曲げ鋼管21が製造される。なお、図3〜図7の各図において、冷却媒体35、39を斜めに吹き付けているのは、対象面上の一線を境として、その一方側の領域を冷やし、他方側の領域を冷やさないようにするためであって上記一線は言わば冷却前線である。冷却領域の規制は冷却前線とすべき線上にエアを噴射することによっても行える。
【0023】
以上の工程において、曲げ加工の開始時即ち加熱開始時には、図4に示すように、赤熱状態に加熱した加熱部41の加熱開始側の端部には、肉厚方向に対して傾斜した等温線42、42a、42bが形成されており、また、曲げ加工の終了時即ち加熱終了時にも、図7に示すように、赤熱状態に加熱した加熱部41の加熱終了側の端部には、肉厚方向に対して傾斜した等温線43、43a、43bが形成されている。しかして、熱影響ライン22、23は、これらの等温線42、42a、42b又は等温線43、43a、43bに平行に生じることから、曲げ部21Aの両端に、肉厚方向に対して傾斜した熱影響ライン22、23が生じることになる。
【0024】
ここで、図4における等温線42、42a、42bの傾斜、或いは図7における等温線43、43a、43bの傾斜の度合は、冷却媒体39の吹き付けにより冷却される領域の前線を鋼管21の軸線方向に移動させることにより、或いは冷却媒体の吹き付け量を増減させて冷却効果を変化させること等により調整可能である。従って、これらの調整によって熱影響ライン22、23の傾きを所望のように調整できる。
【0025】
なお、上記実施例では、誘導コイル34を曲げ基準面P−P上に常時位置させる構成としているが、本発明はこの構成に限らず、曲げ加工の開始時及び終了時に誘導コイル34を移動させる場合にも適用可能である。例えば、図2に示すような曲げ鋼管において、曲げ部21Aの両端の直管部に移行する部分の曲率をなだらかに変化させるため、曲げ開始時には、図3において誘導コイル34を曲げ基準面P−Pより右方向に離れた所望位置に位置させ、その状態で熱間曲げ加工を開始すると共に誘導コイル34を曲げ基準面P−Pに向かって移動させ、曲げ基準面P−Pに達した後は、その位置に停止させて曲げ加工を継続し、曲げ終了時には、誘導コイル34を図6に示す位置から左方向に離れた所望位置まで順次移動させて曲げ加工を終了するという曲げ方法(ぼかし曲げ)が知られており、この場合にも本発明を適用可能である。また、曲げ部21Aの両端の直管部を適当な長さだけ熱処理するため、曲げ開始前に、図3において誘導コイル34を曲げ基準面P−Pより右方向に離れた位置に位置させ、その位置で加熱を開始すると共に誘導コイル34を曲げ基準面P−Pに向かって移動させて鋼管の熱処理を行い、曲げ基準面P−Pに達した後は、その位置に停止させて曲げ加工を行い、曲げ終了時には、誘導コイル34を図6に示す位置から左方向に所望量だけ移動させて熱処理を行うという方法も知られており、この場合にも本発明を適用可能である。いずれの場合においても、誘導コイル34による加熱開始時及び加熱終了時にはそれぞれ、図4、図7に示すように内面側からの冷却媒体39の吹き付けによる冷却によって、等温線42、43を肉厚方向に対して傾斜させればよい。
【0026】
次に、図3に示す装置を用いて、鋼管に対して曲げ加工を行った結果を表1に示す。使用した鋼管は、グレード;API−X65のものであり、これを曲げ半径が3DR(Dは鋼管外径)及び5DRとなるように曲げ加工した。得られた曲げ加工鋼管の曲げ開始側の熱境界部(直管部と曲げ部の境界部分)を切断して断面を観察し、熱影響ラインの傾斜角θ(図1参照)を測定した。また、その熱境界部が標点間の中央となるように試験片を切り出し、JIS 12C号の試験片とした。この試験片について、鋼管の長手方向引張試験を行い、耐力、引張強さ及び伸びを測定した。これらの結果を表1に示す。更に、比較のため、曲げ半径が5DRとなるように曲げ加工した曲げ加工鋼管の直管部及び曲げ部についても、同様の引張試験を行ったので、その結果を表1に示す。
【0027】
【表1】
【0028】
表1から分かるように、熱影響ラインを肉厚方向に対して傾斜させることにより、耐力、引張強さが増加しており、特に、傾斜角θを47°以上とした場合にその効果が顕著に現れ、直管部や曲げ部にほぼ匹敵するような強度特性となっていた。
【0029】
【発明の効果】
以上のように、本発明の熱間曲げ加工金属条材は、曲げ加工時の熱境界部に生じる熱影響ラインに沿って生じる軟化部を肉厚方向に対して傾斜させたことにより、その熱境界部に生じる軟化部による条材軸線方向の強度低下を少なくできており、換言すれば、熱境界部の条材軸線方向の強度が従来に比べて大きくなっており、その結果、埋設配管や建築物の構造体として使用し、大地震などで過大な力が作用した際の耐久性のレベルが向上するという効果を有している。
【0030】
また、本発明方法は、金属条材の熱間曲げ加工を行う場合に、前記金属条材の実肉部分を片面側から加熱し、加熱開始時に或いは加熱終了時に、加熱領域内の特定領域に反対面側から冷却媒体を吹き付けるという簡便な手段によって、前記実肉部分内における等温線を肉厚方向に対して傾斜させて、得られた曲げ加工金属条材の加熱開始部或いは加熱終了部における熱境界部の熱影響ラインを肉厚方向に対して傾斜させる構成としたので、熱境界部の強度低下を低減した曲げ加工金属条材を安価に製造できるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱間曲げ加工金属条材の熱境界部を示す概略断面図
【図2】本発明の一実施例による熱間曲げ加工鋼管の概略断面図
【図3】図2に示す熱間曲げ加工鋼管を製造する曲げ加工装置の概略断面図
【図4】図3に示す装置において、加熱開始時の鋼管の実肉部分及びその周辺を示す概略断面図
【図5】図3に示す装置を、曲げ加工の途中の状態で示す概略断面図
【図6】図3に示す装置を、曲げ加工の終了時の状態で示す概略断面図
【図7】図6における鋼管の実肉部分及びその周辺を示す概略断面図
【図8】従来の熱間曲げ加工鋼管の熱境界部の概略断面図及びその部分の熱履歴及び表面硬度を示すグラフ
【符号の説明】
11 金属条材
11a 高温加熱部
11b 非加熱部
11c 軟化部
16 熱影響ライン
21 熱間曲げ加工鋼管(金属条材)
21A 曲げ部
21B 直管部
22、23 熱影響ライン
31 旋回アーム
32 クランプ
34 誘導コイル
35 冷却媒体
36 テールクランプ
38 冷却装置
39 冷却媒体
40 支持部材
41 加熱部
42、42a、42b 等温線
43、43a、43b 等温線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hot-bending metal strip formed by hot-bending a partial section in the longitudinal direction of a metal strip such as a steel pipe or H-shaped steel, and a manufacturing method thereof, for example, oil and gas transport pipes, etc. The present invention relates to a hot-bending metal tube suitable for use in a particularly high security requirement and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of manufacturing a metal tube having a bent portion and a straight portion, a method of hot bending a desired section in the longitudinal direction of a straight tube is generally used. The heating coil is formed by heating the narrow area in the longitudinal direction of the straight metal tube to a red-hot state that is easily plastically deformed by an induction coil arranged so as to surround it, and a bending moment is applied to the heating coil. Then, the heating part is moved in the longitudinal direction of the metal tube by moving the induction coil relative to the metal tube in the longitudinal direction while bending and deforming immediately after cooling. It was performed by a method in which the operation was sequentially advanced and the entire desired section was bent and deformed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the bent tube manufactured by the above-described hot bending method has a region heated during hot bending (hereinafter referred to as a heated region) and a region not heated (hereinafter referred to as a non-heated region). The strength (proof strength, tensile strength, etc.) of the boundary portion (hereinafter referred to as the thermal boundary portion) tended to decrease compared to other regions. This decrease in strength is not large and occurs in a narrow region, and does not cause a problem with respect to the stress applied to the pipe body due to the transport pressure during normal fluid transport by the pipe body. In many cases, pipes are also buried and used, and since large bending stresses and tensile stresses are applied to the pipes, especially in the event of a large earthquake, recently there is an interest in the strength of the thermal boundary part of the bent pipes described above. It has come to reach.
[0004]
Therefore, the present inventors examined the reason why the strength of the thermal boundary portion of the hot-bending tube was lowered, and obtained the following results. In FIG. 8, a tubular body (API-X65, UOE steel pipe having an outer diameter of 615 mm and a wall thickness of 20.2 mm) 1 is heated to a red hot state by an
[0005]
As described above, the tendency of the strength in the tube axis direction of the thermal boundary portion to decrease is caused by the softened portion 1c. Therefore, the softened portion may be eliminated in order to solve the problem. For this purpose, it is conceivable to heat treat the softened portion. However, even if only the softened portion is heat-treated, new softened portions are formed at both ends of the heat-treated region, which is not a solution. Therefore, the bending operation and the operation of continuously heat-treating the entire length of the straight portion of the tube (the portion that becomes the non-heating portion 1b and the softening portion 1c) so as to have the same thermal history as the bending processing section are performed. Things are done as needed. However, the amount of operations and man-hours increases as the straight portion is heat-treated, resulting in a problem that productivity is lowered and cost is increased.
[0006]
The above-mentioned problems have arisen for metal strips other than pipes.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems, and reduces the strength reduction that has conventionally occurred in the thermal boundary portion without performing a heat treatment, and increases the strength of the thermal boundary portion and the hot-bending metal strip and its An object is to provide a manufacturing method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, by softening unit occurring in the boundary portion or thermal boundary portion of the heating area and the unheated area when hot bending, to reduce the decrease in strength of the elongated member axially occurs along the heat-affected line softened the Rutotomoni its inclination angle is inclined with respect to the thickness direction parts, high temperature heating unit not only softened portion in cross section cut in the thickness direction at any position of the softened portion, at least one of the non-heated part is present It is determined as follows. Cut thus softening portion occurring along the heat-affected line by which is inclined with respect thickness direction, the metal strip material in the thickness direction at an arbitrary position of the softened portion (perpendicular to the strip member axis) In the cross section, not only the softened part with low strength, but also at least one of the high-temperature heated part and non-heated part with high strength exists, and the overall strength in the axial direction of the strip is only the softened part. Larger than Thus, it is possible to reduce the strength reduction in the strip axis direction at the thermal boundary portion and increase the strength.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The hot-bending metal strip of the present invention is obtained by subjecting a part of the linear metal strip in the longitudinal direction to hot bending, and hot bending at at least one of the bending start portion and the bending end portion. the Rutotomoni its inclination angle is inclined softening portion occurring along the heat-affected line relative thickness direction in the boundary portion between the heating area and the unheated area during processing, the thickness direction at any position of the softened portion The cut cross section is defined so that not only the softened portion but also at least one of the high temperature heating portion and the non-heating portion exists . The form of the metal strip targeted by the present invention is arbitrary. For example, steel pipes such as round steel pipes and square steel pipes, H-shaped steels, T-shaped steels, U-shaped steels (or C-shaped steels), L-shaped steels, etc. The shape steel, rod-shaped or plate-shaped steel materials, etc. can be mentioned. In particular, it is preferable to apply the present invention to the pipe used for the buried pipe because the buried pipe may be subjected to an excessive force when a liquefaction phenomenon occurs due to a large earthquake. Since metal strips other than steel also soften to a greater or lesser extent through heating, they can be applied to the present invention.
[0010]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the actual part of the thermal boundary portion of the
[0011]
Here, the strength in the strip axis direction of the thermal boundary portion increases as the inclination angle θ increases, but in addition, the thickness of the
[0012]
In the hot-bending metal strip, the thermal boundary portion exists not only at the start position of the hot bending process but also at the end position of the bending process. The present invention is most preferably applied to both the start position and the end position, but may be applied to only one of them as necessary.
[0013]
Next, the manufacturing method of the hot bending metal strip of this invention is demonstrated. Since the above-described heat-affected
[0014]
More specifically, one embodiment of the method of the present invention relates to a heating start part, and a heating part is formed by heating a narrow region in the longitudinal direction of a linear metal strip to a red hot state. In the method of hot bending a desired section in the longitudinal direction by applying a bending moment to the heating portion to cause bending deformation, and immediately moving the heating portion in the longitudinal direction of the metal strip while cooling. The cooling medium disposed on the opposite surface side is cooled from the opposite surface side by the cooling means disposed on the opposite surface side in such a manner that the actual meat portion of the metal strip is heated from one surface side at the start of heating and is simultaneously encroached into the heating region from the heating start side. By spraying, the isothermal line is inclined with respect to the thickness direction by shifting the position of the cooling front on the opposite surface side in the actual meat portion from the one surface side to the heating end side. And by this structure, the heat influence line of the thermal boundary part in a heating start position can be inclined with respect to the thickness direction.
[0015]
Further, another embodiment relates to a heating end portion, and heats a narrow region in a longitudinal direction of a linear metal strip in a red hot state to form a heating portion, and a bending moment is applied to the heating portion. In the method of hot bending the desired section in the longitudinal direction by moving the heating part in the longitudinal direction of the metal strip while cooling immediately after being applied, the metal strip is heated at the end of heating. The actual meat portion is heated from one side and simultaneously blown into the heating area from the heating end side by spraying a cooling medium from the opposite surface side by cooling means disposed on the opposite surface side. The isotherm is inclined with respect to the thickness direction by shifting the position of the red hot front on the opposite surface side to the heating start side from the one surface side. And by this structure, the heat influence line of the thermal boundary part in a heating end position can be inclined with respect to the thickness direction.
[0016]
When the above-described method is applied to a metal tube, the metal tube is heated by an induction coil from the outer surface side, and the cooling unique to the method of the present invention is cooled by blowing a cooling medium from the inner surface side. It is preferable because the equipment configuration for carrying out can be simplified. In this case, the cooling immediately after the bending deformation from the start to the end of bending may be performed from the inner surface side together with the cooling according to the method of the present invention, or from the outer surface side as usual. Further, it may be performed from both sides, such as in the case of a thick-walled tube.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the Example which applied this invention when a metal strip is a steel pipe is described. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a hot bent steel pipe (metal strip) 21 according to an embodiment of the present invention. This hot-bending
[0018]
Next, a method for manufacturing the hot-bending
[0019]
[0020]
Next, a bending method using the apparatus having the above configuration will be described. First, the
[0021]
In FIG. 3, heating is started by the
[0022]
When the hot bending progresses and the rear end of the section of the
[0023]
In the above process, at the start of bending, that is, at the start of heating, as shown in FIG. 4, an isotherm inclined toward the thickness direction is formed at the heating start side end of the
[0024]
Here, the inclination of the
[0025]
In the above embodiment, the
[0026]
Next, Table 1 shows the results of bending the steel pipe using the apparatus shown in FIG. The steel pipe used was of grade; API-X65, and was bent so that the bending radius was 3DR (D is the outer diameter of the steel pipe) and 5DR. A thermal boundary portion (boundary portion between the straight tube portion and the bent portion) on the bending start side of the obtained bent steel pipe was cut and the cross section was observed, and the inclination angle θ (see FIG. 1) of the heat affected line was measured. Further, a test piece was cut out so that the thermal boundary portion was in the center between the gauge points, and a test piece of JIS 12C was obtained. About this test piece, the longitudinal direction tensile test of the steel pipe was done, and yield strength, tensile strength, and elongation were measured. These results are shown in Table 1. Further, for comparison, the same tensile test was performed on the straight pipe portion and the bent portion of the bent steel pipe bent to have a bending radius of 5DR, and the results are shown in Table 1.
[0027]
[Table 1]
[0028]
As can be seen from Table 1, the yield strength and the tensile strength are increased by inclining the heat-affected line with respect to the thickness direction, particularly when the inclination angle θ is 47 ° or more. The strength characteristics were almost comparable to those of straight pipes and bent parts.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the hot-bending metal strip of the present invention has its heat produced by inclining the softened portion that occurs along the heat-affected line generated at the thermal boundary portion during bending with respect to the thickness direction. The strength reduction in the strip axis direction due to the softened portion at the boundary portion can be reduced, in other words, the strength in the strip axis direction of the thermal boundary portion is larger than before, and as a result, Used as a building structure, it has the effect of improving the level of durability when an excessive force is applied in a major earthquake.
[0030]
Further, in the method of the present invention, when hot bending of the metal strip material is performed, the actual meat portion of the metal strip material is heated from one side, and at the start of heating or at the end of heating, it is applied to a specific region within the heating region. By a simple means of spraying the cooling medium from the opposite surface side, the isotherm in the actual meat portion is inclined with respect to the thickness direction, and the obtained bent metal strip material is heated at the heating start portion or at the heating end portion. Since the heat-affected line at the thermal boundary portion is inclined with respect to the thickness direction, the bent metal strip having reduced strength reduction at the thermal boundary portion can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a thermal boundary portion of a hot-bending metal strip of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a hot-bending steel pipe according to an embodiment of the present invention. 4 is a schematic cross-sectional view of a bending apparatus for producing the hot-bending steel pipe shown in FIG. 4. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the actual part of the steel pipe at the start of heating and its periphery in the apparatus shown in FIG. Fig. 6 is a schematic cross-sectional view showing the apparatus shown in Fig. 6 in a state in the middle of bending. Fig. 6 is a schematic cross-sectional view showing the device shown in Fig. 3 in a state at the end of bending. Fig. 7 Fig. 8 is a schematic cross-sectional view showing a portion and its periphery. Fig. 8 is a schematic cross-sectional view of a thermal boundary portion of a conventional hot-bending steel pipe, and a graph showing the thermal history and surface hardness of the portion.
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09405298A JP3856940B2 (en) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | Hot-bending metal strip and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09405298A JP3856940B2 (en) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | Hot-bending metal strip and its manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11267763A JPH11267763A (en) | 1999-10-05 |
JP3856940B2 true JP3856940B2 (en) | 2006-12-13 |
Family
ID=14099789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09405298A Expired - Fee Related JP3856940B2 (en) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | Hot-bending metal strip and its manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3856940B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150043854A1 (en) * | 2011-12-20 | 2015-02-12 | Patrik Dahlman | Method and Component |
-
1998
- 1998-03-23 JP JP09405298A patent/JP3856940B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11267763A (en) | 1999-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10016802B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing a bent product | |
US10697034B2 (en) | System and method for producing a hardened and tempered structural member | |
JP2007083304A (en) | Method for bending metallic material, bending apparatus, bending equipment train and bent product using the same | |
CN104971959A (en) | High-strength closed sectional material hot roll forming process | |
US4796798A (en) | Method of and apparatus for continuous production of seam-welded metal tubing | |
AU7612096A (en) | Stainless steel surface claddings of continuous caster rolls | |
JP3856940B2 (en) | Hot-bending metal strip and its manufacturing method | |
KR20200129193A (en) | Method of manufacturing a coiled tubing string | |
JP2001162305A (en) | Manufacturing method of steel tube | |
JPS617019A (en) | Method and device for bending work and heat treatment of metallic pipe | |
JP4018331B2 (en) | Double taper steel wire and its continuous heat treatment method and apparatus | |
JP4132246B2 (en) | Method for producing ERW steel pipe for hydroforming | |
JPH06330177A (en) | Heat treatment apparatus for round corner part of large diameter square steel tube | |
JPH09143567A (en) | Production of high strength steel tube | |
JP2852312B2 (en) | Heat treatment method for large diameter square steel pipe | |
JPH0953121A (en) | Heat treatment of locally thickened metallic bar stock and apparatus therefor | |
JP3651279B2 (en) | Seam processing temperature control equipment line | |
JPH11189843A (en) | Resistance welded steel tube excellent in hot dip galvanizing crack resistance, and its production | |
JPS6046321A (en) | Manufacture of seam welded pipe | |
JPH09302416A (en) | Heat treatment of metallic bar stock | |
JPH04272135A (en) | Method and device for rolling wire and barstock | |
JP2002178042A (en) | Manufacturing method of metal bar to be bent | |
JPH11207409A (en) | Method for bending metallic bar and device therefor | |
JPH10258311A (en) | Manufacture of square metallic tube | |
JPS5818404B2 (en) | It's important to know what's going on. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040716 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060609 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060620 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060821 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060912 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060913 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090922 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100922 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120922 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120922 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130922 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |