JP3951391B2 - Manufacturing method of solid-phase bonded tube - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固相接合管の製造方法に関し、詳しくは、帯鋼を成形用ロールにより管状に加圧成形し、前記帯板および/または管状体の全体さらには両縁部を加熱した後に固相接合する固相接合管製造ラインに装備され、カリバをもつスクイズロールを円周方向に複数本配置してなり各スクイズロールで前記管状体の外径を絞り込んで両縁部を圧接しシーム部を形成するスクイズ装置を用いる固相接合管の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のスクイズ装置の一例を図4に示す。管状体(帯鋼)1は、その両縁部2,2が衝合され図示しない加熱手段によって溶接または固相接合可能な温度域に加熱された状態にあり、このスクイズ装置は、カリバ(孔型あるいは溝型)をもつ2本のスクイズロール3,3を、これらカリバが両縁部2,2の両側から管状体1外周に当接して矢印の向きに押し付け力が発生するような配置形態で保有する。この形態のスクイズ装置を横型スクイズ装置という。
【0003】
この押し付け力の円周方向成分によって、両縁部2,2が圧接(アップセット)されシーム部(接合部)が形成される。しかし、横型スクイズ装置には、両縁部2,2の周辺を厚み方向に拘束する手段がないため、図5に示すように、接合後の管10には、(a)接合部(シーム部)4周辺が管内面側に沈降変形する、あるいは(b)管外面側に隆起変形する、また、(c)溶融状態あるいは溶融直前の固相状態の両縁部がアップセットによって内外面側に盛り上がり、増肉する等の形状不具合が単独あるいは複合して発生しがちである。
【0004】
これら形状不具合は、後工程において、変形に対しては断面矯正、増肉に対しては圧延または切削による平滑化といった是正を必要とし、生産性を阻害するほか、かかる是正工程付加による設備費・作業費の加算に伴うコストアップをも招く。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記(a),(b)の変形と、(c)のうちの外面側増肉は、例えば図6に示すように、2本のスクイズロール3,3を、うち1本が管10のシーム部4に当接するような配置形態で保有するスクイズ装置によれば抑制可能である。この場合、矢印で示されるスクイズロール3,3による押し付け力の作用方向が前記横型スクイズ装置のそれとほぼ直交するから、この形態のスクイズ装置を竪型スクイズ装置という。この竪型スクイズ装置によれば、シーム部4に当接するスクイズロール(シーム当接ロール3A)がシーム部周辺の管外面を押さえ込んで拘束するので、前記沈降変形、隆起変形がなくなり、また外面側への増肉もなくなることが期待される。
【0006】
一方、前記(c)のうち内面側増肉は、例えば図2に示すように、スクイズ装置出側で管10の内面に、形成後間もない高温の内面側増肉を圧延する内面圧延ロール5を設けることにより消去可能である。
しかし、竪型スクイズ装置では、溶接点の直近にシーム部当接ロール3Aが当接するから、ロール側への接合電流(両縁部から溶接点にかけての部位を集中的に加熱するために直接通電または誘導によって管状体に流される高周波電流)の漏洩損を防止するために、シーム当接ロール3Aは、非磁性かつ絶縁性の材料で形成される必要があり、例えば窒化珪素(Si3O4 )やアルミナ(Al2O3 )などのセラミック材がこれに適合するが、これらのセラミック材は、耐熱、耐摩耗性に優れる反面、耐衝撃性あるいは耐熱衝撃性に問題がある場合が多いため、造管開始時に先端不良部からの衝撃、あるいは造管中に高温のシーム部との接触、放冷の繰り返しによる急激な温度変動、すなわち熱衝撃を受けて、割損することがある。
【0007】
ロールの割損が起こると、交換のためのダウンタイムが発生して生産性が損なわれる。また、一般にセラミックロールは通常使用される鉄系ロールと比較して高価であるため、原単位、生産コストの増加につながる。
そこで、本発明は、固相接合管の製造における接合の際のシーム部周辺の形状不具合発生を防止しつつロールの割損も防止できる固相接合管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、帯鋼を成形用ロールにより管状に加圧成形し、前記帯板および/または管状体の全体さらには両縁部を加熱した後に固相接合する固相接合管製造ラインに配備され、カリバをもつスクイズロールを円周方向に複数本配置してなり各スクイズロールで前記管状体の外径を絞り込んで両縁部を圧接しシーム部を形成するスクイズ装置を用いる固相接合管の製造方法において、前記スクイズロールのうち1本には、非磁性材料からなり、そのカリバ範囲にシーム部通過範囲が含まれるように配置され、該シーム部通過範囲に幅が管外径の5〜30%、深さが帯板の厚みの20〜100%の凹部が設けられたシームパスロールを用い、さらに、前記スクイズ装置の出側に配置した増肉圧延ロールを用いて、前記圧接により増肉したシーム部を管内外から挟んで圧延することを特徴とする固相接合管の製造方法である。
【0009】
前記シームパスロールは、曲げ強度15kgf/mm2 以上、耐熱衝撃温度差150 ℃以上のセラミック材で形成されたロールであることが好ましい。加えて増肉圧延ロールもこれと同様のセラミック材で形成されたロールであることがさらに好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明が適用される固相接合管製造ラインの一例を図3に示す。帯鋼1は加熱炉15等の加熱手段によって加熱され、成形用ロール7〜7群によって管状に加圧成形され、さらに衝合された両縁部2,2が、この例では誘導加熱装置21によって、加熱され、スクイズ装置8によって圧接される。この例のスクイズ装置8は4本のスクイズロールを有し、スクイズ装置8の出側には管内外に増肉圧延ロール6A,6Bが配置されている。なお、帯鋼は管状成形後にこれを加熱してもよく、また管状成形の前後両段階でこれを加熱してもよい。その場合には、成形用ロール群の出側、または入側出側両方に加熱炉等の加熱手段が設けられる。
【0012】
本発明に用いるスクイズ装置の一例を図1に示す。図1において、(a)は平面図、(b)は一部切欠側面図、(c)は(b)のAA矢視図であり、3Cはシームパスロール、9はロール台車、11は反力受けロール、30は凹部である。なお、前掲各図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。
図示のように、本発明に用いるスクイズ装置8は、前記竪型スクイズ装置に類するが、スクイズロール3〜3のうち1本はそのカリバ範囲にシーム部4通過範囲が含まれるように配置された非磁性絶縁材料からなるシームパスロール3Cであり、かつ該シームパスロール3Cのシーム部4通過範囲に幅が管外径の5〜30%、深さが管10(すなわち増肉したシーム部4の外面側端)との間に隙間ができる程度すなわち母材肉厚(帯板の厚み)の20〜100%の凹部30が設けられる。
【0013】
このような凹部30を設けることにより、高温のシーム部周辺(便宜上、高温部という)との反復接触を回避することができ、セラミック材等の非磁性絶縁材料に対する熱衝撃が緩和されてロールの割損を防止できる。凹部30の幅が管10の外径の5%未満であると、前記高温部との接触を回避するのが困難である。また、凹部30の幅が管10の外径の30%を超えると、シーム部周辺を拘束する作用が弱くなって図5(a),(b)に示した沈降変形、隆起変形を防止するのが困難になる。
【0014】
一方、図5(c)に示したシーム部の増肉に対しては、スクイズ装置8の出側の内外面側に増肉圧延ロール6A,6Bを設けたので、これによってシーム部4を挟み込んで圧延することでかかる増肉を消去することができる。内面側の増肉圧延ロール6Aは、図1(b)に示すように、管10内に装入可能なロール台車9にて支持することができる。なお、必要に応じて管10外面側に、ロール台車9に及ぼされる圧延反力を受ける反力受けロール11を設けてもよい。
【0015】
また、本発明者らの調査したところによれば、前記シームパスロールには管体からの反力によって15kgf/mm2 以上の曲げ応力が生じ、かつ高温部からの熱輻射により、凹部にあってはそれ以外のカリバ範囲に対して温度の等しい状態と150 ℃以上高い状態が繰り返されしかもその状態変化は急激に起こる。そのため、ロール割損防止のためには、曲げ強度15kgf/mm2 以上、耐熱衝撃温度差150 ℃以上の非磁性絶縁材料、なかでもセラミック材で形成されたロールであることが好ましい。なお、本発明において耐熱衝撃温度差とは、3mm×4mm×40mmの角棒試験片(JIS 4点曲げ試験用の仕様)を所定温度まで加熱した後水中に投下したとき、該試験片にクラックが発生しない温度差(加熱温度と水温との差)を意味する。現状の技術水準に照らせば、かようなセラミック材としては、、窒化珪素(Si3N4 )系、炭化珪素(SiC )系、ジルコニア(ZrO2)系、アルミナ(Al2O3 )系のものが適合するので、これらのいずれかを選択するのが望ましい。
【0016】
また、増肉圧延ロールとスクイズ装置との距離が短くて増肉圧延ロールへの接合電流の漏洩損も無視できないような場合には、増肉圧延ロールもセラミック材で形成する必要が生じるが、その場合、増肉圧延ロールにもシームパスロールと同程度の応力負荷、熱負荷がかかると考えられるので、増肉圧延ロール素材は、シームパスロール素材と同材質のものを使用することが望ましい。
【0017】
【実施例】
図3に示した固相接合管製造ラインにて、0.08%C鋼の帯(厚み3.2mm )から外径60.5mmの管を製造する工程に本発明を実施した。この実施例において、スクイズ装置には図1に示した装置を使用し、シームパスロールおよび増肉圧延ロールには窒化珪素系のセラミックロールを使用し、シームパスロールの凹部の幅を0.20D、深さを 0.5t(D:管外径,t:母材肉厚)とした。なおスクイズロールのスロート径は160mmφである。また、シームパスロールを凹部のないスクイズロール(シーム当接ロール)と交換した以外は実施例と同じ条件とした比較例による造管も行った。
【0018】
その結果、比較例では延べ造管長 600m付近でシーム当接ロールに亀甲状の微小クラックが発生し、さらに造管を続けたところ、延べ造管長 950mで該ロール表面の欠け落ちが発生し、管外面に疵が発生したため造管を中断してロール交換を行わねばならなかったのに対し、実施例では、延べ造管長3000mに達してもなおシームパスロール表面にクラックの発生が見られず、本発明に用いるスクイズ装置が耐久性に優れることが確認された。
【0019】
なお、定常造管状態でのシーム部周辺の変形や増肉による形状不具合に対しては、比較例、実施例ともその発生を効果的に抑制できていた。
【0020】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、固相接合管の製造における接合の際のシーム部周辺の形状不具合発生を防止しつつロールの割損も防止できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に用いるスクイズ装置の一例を示す(a)は平面図、(b)は一部切欠側面図、(c)は(b)のAA矢視図である。
【図2】 内面圧延ロールを示す断面図である。
【図3】 本発明が適用される固相接合管製造ラインの一例を示す模式図である。
【図4】 横型スクイズ装置を示す断面図である。
【図5】 横型スクイズ装置により接合された管の形状不具合を示す断面図である。
【図6】 竪型スクイズ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 管状体(帯鋼)
2 縁部
3 スクイズロール
3A シーム当接ロール
3C シームパスロール
4 接合部(シーム部)
5 内面圧延ロール
6A,6B 増肉圧延ロール
7 成形用ロール
8 スクイズ装置
9 ロール台車
10 管
11 反力受けロール
15 加熱炉
20 通電加熱装置
21 誘導加熱装置
30 凹部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a solid-phase bonded tube , and more specifically, a steel strip is pressure-formed into a tubular shape by a forming roll, and the whole of the belt plate and / or the tubular body and both edges are heated and then solidified. Equipped with a solid-phase bonded pipe production line for phase joining, a plurality of squeeze rolls with caliber are arranged in the circumferential direction, and each squeeze roll narrows the outer diameter of the tubular body and presses both edges to seam The present invention relates to a method for manufacturing a solid-phase bonded tube using a squeeze device for forming a squeeze.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional squeeze device is shown in FIG. The tubular body (band steel) 1 is in a state where both
[0003]
Due to the circumferential direction component of the pressing force, both
[0004]
These shape defects require corrections such as cross-section correction for deformation and smoothing by rolling or cutting for increased thickness in the post-process, which hinders productivity and increases the equipment costs and This also increases the cost associated with the addition of work costs.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The deformation of (a) and (b) and the outer wall thickness increase in (c) are, for example, as shown in FIG. 6, two
[0006]
On the other hand, as shown in FIG. 2 , for example, as shown in FIG. 2 , the inner surface side thickening is performed on the inner surface of the
However, in the saddle type squeeze device, the
[0007]
When roll breakage occurs, downtime for replacement occurs and productivity is impaired. In general, ceramic rolls are more expensive than commonly used iron-based rolls, leading to increased unit consumption and production cost.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a solid-phase bonded tube that can prevent the breakage of a roll while preventing the occurrence of a shape defect around a seam portion during bonding in the manufacture of a solid-phase bonded tube. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is deployed in a solid-phase bonded pipe manufacturing line in which a steel strip is pressure-formed into a tube shape by a forming roll, and the entire band plate and / or tubular body and both edges are heated and then solid-phase bonded. A solid-phase bonded tube using a squeeze device in which a plurality of squeeze rolls having a caliber are arranged in the circumferential direction, and each squeeze roll narrows the outer diameter of the tubular body and presses both edges to form a seam portion . in the manufacturing method, one of the squeeze roll is made of a nonmagnetic material, it is disposed to include seam passing range to the caliber range, 5 to width to the seam passing range of tube outer diameter Using a seam pass roll provided with a recess having a depth of 30% to 100% of the thickness of the strip, and further using a thickening roll disposed on the exit side of the squeeze device, the thickness is increased by the pressure welding. Is the meat seam inside or outside the pipe? It is a manufacturing method of solid phase bonding tube, wherein the benzalkonium be rolled across al.
[0009]
The seam pass roll is preferably a roll formed of a ceramic material having a bending strength of 15 kgf / mm 2 or more and a thermal shock temperature difference of 150 ° C. or more. In addition, it is more preferable that the thickening roll is a roll formed of the same ceramic material.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of a solid-phase bonded tube manufacturing line to which the present invention is applied is shown in FIG. The strip 1 is heated by heating means such as a
[0012]
An example of the squeeze device used in the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, (a) is a plan view, (b) is a partially cutaway side view, (c) is a view taken along arrow AA in (b), 3C is a seam path roll, 9 is a roll carriage, and 11 is a reverse side. A force receiving roll, 30 is a recess. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent part as each figure mentioned above, and description is abbreviate | omitted.
As shown in the figure, the
[0013]
By providing such a
[0014]
On the other hand, for the thickening of the seam portion shown in FIG. 5 (c), the
[0015]
Further, according to the investigation by the present inventors, a bending stress of 15 kgf / mm 2 or more is generated in the seam path roll by the reaction force from the pipe body, and the seam path roll has a recess in the seam by heat radiation from the high temperature part. In other words, the same temperature and the temperature higher by 150 ° C or more are repeated with respect to the other caliber ranges, and the state changes abruptly. Therefore, in order to prevent breakage of the roll, a roll formed of a nonmagnetic insulating material, particularly a ceramic material, having a bending strength of 15 kgf / mm 2 or more and a thermal shock temperature difference of 150 ° C. or more is preferable. In the present invention, the thermal shock temperature difference means that a 3 mm x 4 mm x 40 mm square bar test piece (spec for JIS 4-point bending test) is heated to a predetermined temperature and then dropped into water. It means the temperature difference (difference between heating temperature and water temperature) that does not occur. In light of the current technical level, such ceramic materials include silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), zirconia (ZrO 2 ), and alumina (Al 2 O 3 ). It is desirable to choose one of these because it fits.
[0016]
In addition, when the distance between the thickening roll and the squeeze device is short and the leakage loss of the junction current to the thickening roll cannot be ignored, the thickening roll needs to be formed of a ceramic material. In that case, it is considered that the thickening roll is subjected to the same stress load and heat load as the seam pass roll, so it is desirable to use the same material as the seam pass roll material. .
[0017]
【Example】
The present invention was carried out in a process of manufacturing a pipe having an outer diameter of 60.5 mm from a 0.08% C steel strip (thickness 3.2 mm) in the solid-phase bonded pipe manufacturing line shown in FIG. In this embodiment , the apparatus shown in FIG. 1 is used for the squeeze apparatus, a silicon nitride-based ceramic roll is used for the seam pass roll and the thickening roll, and the width of the recess of the seam pass roll is 0.20 D, The depth was 0.5 t (D: pipe outer diameter, t: base metal thickness). The squeeze roll has a throat diameter of 160 mmφ. Moreover, the pipe making by the comparative example which carried out the same conditions as an Example was also performed except having replaced the seam pass roll with the squeeze roll (seam contact roll) without a recessed part.
[0018]
As a result, in the comparative example, a tortoiseshell-shaped microcrack was generated on the seam abutting roll at a total tube length of about 600 m, and when the tube was further formed, the roll surface chipped off at a total tube length of 950 m. In the example, cracks were not seen on the surface of the seam path roll even when the total pipe length reached 3000 m, whereas the outer pipe had to be interrupted to replace the roll because wrinkles occurred on the outer surface. It was confirmed that the squeeze device used in the present invention is excellent in durability.
[0019]
It should be noted that the occurrence of deformation in the vicinity of the seam portion in the steady pipe-forming state and shape defects due to thickening could be effectively suppressed in both the comparative example and the example.
[0020]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, an excellent effect called Ru it can be prevented roll split loss while preventing the shape defect occurrence of seams around the time of joining in the manufacture of solid phase bonding tube.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing an example of a squeeze device used in the present invention , FIG. 1B is a partially cutaway side view, and FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an inner surface rolling roll .
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a solid-phase bonded tube production line to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a horizontal squeeze device.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a shape defect of a pipe joined by a horizontal squeeze device.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a saddle type squeeze device .
[Explanation of symbols]
1 Tubular body (band steel)
2 Edge
5
10 tubes
11 Reaction force receiving roll
15 Heating furnace
20 Electric heating device
21 Induction heating device
30 recess
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