JP4250849B2

JP4250849B2 - 電縫鋼管の製造方法および設備列

Info

Publication number: JP4250849B2
Application number: JP2000051433A
Authority: JP
Inventors: 高明豊岡; 元晶板谷; 章依藤; 良和河端; 昌利荒谷; 正徳西森; 能知岡部
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: JP2001239313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電縫鋼管の設備列に関する。
【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63-33105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2-24606 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、帯を500 〜900 ℃に加熱し、成形、電縫溶接を行うため、造管時のキズ発生、あるいは成形装置などの耐熱対策のためミルの構造が複雑化する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、しかも加工性に優れ、表面肌が美麗で焼付き疵もない製品管が得られる電縫鋼管の設備列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】
【０００８】
前記目的を達成するためになされた本発明は、帯鋼を払い出すアンコイラと、帯鋼を中継ぎ溶接する中継溶接機と、帯鋼を蓄えて払い出すルーパと、帯鋼をオープン管にロール成形するロール成形機と、オープン管を電縫溶接して管にする電縫溶接装置（誘導コイルおよびスクイズロール）と、管を絞り圧延するレデューサとをこの順に配置してなる電縫鋼管の製造設備列において、前記電縫溶接装置と前記レデューサの間に、管をビード切削するビード切削装置と、管を切断する切断機と、管内のビード切削屑を管外に排出するビード屑抜き装置と、管を全周加熱する加熱装置とをこの順に配置し、さらに、前記レデューサ内に絞り圧延途上の管を加熱する中間加熱装置を設けたことを特徴とする電縫鋼管の製造設備列（本発明設備列）である。
【０００９】
本発明設備列では、前記ビード切削装置と前記切断機の間に、管をビード圧延するビード圧延装置、管をシームアニールするシームアニール装置、管をシーム冷却するシーム冷却装置のうち１種を、または２種以上をこの順に、配置したものが好ましい。また、本発明設備列では、前記レデューサの下流に管を保熱または加熱する熱処理装置を配置したものが好ましい。また、本発明設備列では、前記ルーパと前記ロール成形機の間に帯鋼幅端部を面取り加工する面取り加工装置を配置したものが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、電縫溶接後の管（素管）を絞り圧延して製品管サイズに仕上げる。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。
【００１１】
電縫溶接後の管シーム部には、圧接（アプセット）により管厚み方向に押し出され盛り上がった溶融凝固部および未溶融増肉部からなるビードが存在し、このビード付きの管を絞り圧延すると、仕上寸法不良や圧延ロール損傷を招くので、絞り圧延の前にビード切削を行う必要がある。このビード切削は、ビードが 600℃以上にあるうちに行うのが、被削抵抗が小さくて好ましい。なお、ビード切削を行うには、切削バイトを管の外面側および内面側に配設して構成したビード切削装置を用いるのがよい。ビード切削を行うと、管内にビード切削屑が残るため、これを排出する必要があるが、絞り圧延後では排出困難となるケースが多い。そこで、本発明では、ビード切削してから絞り圧延するまでの間に管を切断してビード屑抜きを行うこととした。
【００１２】
絞り圧延において、圧延温度が400 ℃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、材料が青熱脆化し圧延中に破断するおそれや、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。一方、圧延温度がAc₃変態点（以下適宜単にAc₃と記す）超では、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。そのため、絞り圧延は400 ℃〜Ac₃の温度域で行う必要がある。なお、製品管の加工性をよりいっそう向上させるには、700 ℃〜Ac₃の温度域で絞り圧延するのが好ましい。
【００１３】
絞り圧延温度を400 ℃〜Ac₃の範囲に確保するためには、絞り圧延前の管を420 ℃〜Ac₃＋50℃、より好ましくは730 ℃〜Ac₃＋50℃に全周加熱する必要がある。
前記全周加熱の加熱方式はとくに限定されず、ゾーン長さの制約などを考慮して、炉加熱（輻射方式）、誘導加熱等の単独あるいは組合せを適宜採用すればよい。なお、輻射方式を採用した場合、管の輻射熱吸収を良くして炉加熱効率を高める観点から、加熱前の素管外面は黒色にしておくことが好ましい。管外面を黒色にするには、黒色スケール付きの帯鋼を用いる、管外面に黒色塗料を塗布するなど、種々の方法が採用できる。
【００１４】
絞り圧延は、Ｎ本の孔型ロールを円周方向に配置してなるスタンドを複数タンデムに配列して構成されたいわゆるＮロール方式のタンデム絞り圧延機（Ｎロールレデューサといい、ロール本数不特定の場合単にレデューサという）により連続的に行うのが好ましい。１スタンドのロール本数Ｎは３〜４が好適である。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、前記１パス当たりの縮径率は６％以上よりも８％以上がより好ましい。
【００１７】
ところで、前記ビード切削だけでは、ビードを完全に除去してシーム部の内外面をシーム部以外の管周部分（母材部）と面一に平滑化することは困難で、シーム部に若干の余肉部分が残り、これが絞り圧延で偏肉を生じる原因となることがある。そこで、かかる余肉部分を完全になくすために、ビード切削した管をさらにビード圧延することが好ましい。ビード圧延を行うには、ロールを管の内部と外部に配設して前記余肉部分を内外面から圧下するよう構成したビード圧延装置を用いるのが好適である。
【００１８】
また、シーム部はオーステナイト域からの冷却途上で組織変態を生じて硬化し、この硬化した部分が絞り圧延前の全周加熱では十分軟化せず、絞り圧延で偏肉を生じる原因となることがある。そこで、ビード切削した管を切断する前にシーム部を局部加熱して母材部と同程度に軟化させるいわゆるシームアニールを行うことが好ましい。局部加熱条件は、温度：Ac₃変態点− 100℃〜Ac₃変態点＋50℃×保持時間：１〜10秒が好ましい。局部加熱方式は特に限定されず、輻射方式、誘導方式のいずれも適宜選択採用できる。
【００１９】
また、限られたライン長でシーム部を自然放冷（空冷）するのでは全周加熱前にシーム部温度が母材部温度（ほぼ常温）まで降下せず、この温度差が全周加熱でも解消せず、絞り圧延において管周方向の温度差に応じた変形抵抗差により偏肉を生じることがある。そこで、管の切断前にシーム部を空冷よりも速く冷却するいわゆるシーム冷却を行うことが好ましい。シーム冷却の冷却方式は特に限定されず、衝風冷却、水スプレー冷却、ミストスプレー冷却等を適宜選択採用できる。
【００２０】
ビード圧延、シームアニール、シーム冷却は、必要に応じてこれらのうち１種または２種以上を実行すればよいが、ビード圧延と他１種以上を併せ行う場合には、シーム部がより高温（より低変形抵抗）の段階で行う方が装置負荷をより軽減できて有利なビード圧延を先にするのがよく、また、シームアニールとシーム冷却を併せ行う場合には、より高温側にあるシーム部温度を母材部温度に早く近づけるためにシーム冷却を後にするのがよい。
【００２１】
また、絞り圧延後の管は、程度の差はあれ加工硬化しているため、その用途によっては延性や加工性が不足する場合がある。そこで、必要に応じて絞り圧延後の管を保熱または加熱することにより、これに所望の延性や加工性を付与することが好ましい。この保熱または加熱の条件は、温度： 600℃以上Ac₃変態点未満×保持時間：10秒〜10分が好適である。保熱または加熱する手段は特に限定されず、炉、誘導コイル等々のいずれを選択採用してもよい。
【００２２】
また、造管用素材である帯鋼としては、熱延あるいは冷延鋼板を条切りしたものが使用されるが、電縫溶接の突き合わせ部となる帯鋼幅端部には一般に条切り時に生じたシヤーダレが存在し、これが接合不良の原因となることがある。そこで、ロール成形の前に帯鋼幅端部を面取り加工することにより、シヤーダレを除去し、幅端面形状を一定に整えることが好ましい。
【００２３】
本発明設備列は、図１（ａ）に第１例として示すように、帯鋼Ｓを払い出すアンコイラ１と、帯鋼Ｓを中継ぎ溶接する中継溶接機２と、帯鋼Ｓを蓄えて払い出すルーパ３と、帯鋼Ｓをオープン管Ｐ’にロール成形するロール成形機４と、オープン管Ｐ’を電縫溶接して管Ｐにする誘導コイル５Ａ、スクイズロール５Ｂと、管Ｐを絞り圧延するレデューサ６とをこの順に配置し、さらに、スクイズロール５Ｂとレデューサ６の間に、管Ｐをビード切削するビード切削装置７（７Ａは内面側、６Ｂは外面側）と、管Ｐを切断する切断機13と、管内のビード切削屑BSを管外に排出するビード屑抜き装置14と、管Ｐを全周加熱する加熱装置８を配置したものである。なお、20は絞り圧延後の管を処理する圧延後処理設備である。
【００２４】
加熱装置８としては、例えば図２の（ａ）に示すような加熱炉８Ａ、（ｂ）に示すような誘導コイル８Ｂ、（ｃ）に示すような加熱炉８Ａと誘導コイル８Ｂの組合せ、等々を適宜採用できる。なお図２（ｃ）では誘導コイル８Ｂを加熱炉８Ａの入側と出側の両方に設置しているが、場合に応じていずれか一方を省略してもよい。
【００２５】
また、例えば図２（ｄ）に示すように、レデューサ６内の適当なスタンド間に例えば誘導コイルからなる中間加熱装置16を設ける。これにより、圧延温度の下がり過ぎを防止できる。
圧延後処理設備20は、例えば図３の（ａ）に示すような第１型すなわちコイラ21で管Ｐを巻き取るタイプと、（ｂ）に示すような第２型すなわち管Ｐを切断機16で定尺に切断して冷却床22に配列するタイプのいずれであってもよい。なお、図３において、23は管を真っ直ぐに矯正する矯正機である。
【００２６】
本発明設備列では、ビード切削装置７と切断機13の間に、管をビード圧延するビード圧延装置、管をシームアニールするシームアニール装置、管をシーム冷却するシーム冷却装置のうち１種を、または２種以上をこの順に、配置することにより、本発明方法におけるビード圧延、シームアニール、シーム冷却の少なくともいずれかを効率よく実施することができる。なお、図４に示す第２例は、ビード圧延装置９、シームアニール装置10、シーム冷却装置11の３種を全て配置した実施形態であり、この実施形態では、ビード圧延、シームアニール、シーム冷却のいずれをも必要に応じて直ちに実施することができる。
【００２７】
また、本発明設備列では、図５に第３例として示すように、レデューサ６の下流の圧延後処理設備20に管Ｐを保熱または加熱する熱処理装置12を配置すれば、必要に応じて直ちに絞り圧延後の管を保熱または加熱してその材質を制御することができて好ましい。
また、本発明設備列では、図６に第４例として示すように、ルーパ３とロール成形機４の間に、帯鋼Ｓの幅端部を面取り加工する面取り加工装置15を配置することにより、オープン管エッジ部端面形状を確実に調整することができ、シヤーダレに起因する接合不良を防止することができる。
【００２８】
なお、図７には、本発明設備列の第５例として、アンコイラ１、中継溶接機２、ルーパ３、面取り加工装置15、ロール成形機４、誘導コイル５Ａ、スクイズロール５Ｂ、ビード切削装置７、ビード圧延装置９、シームアニール装置10、シーム冷却装置11、切断機13、ビード屑抜き装置14、加熱装置８、レデューサ６、圧延後処理設備20を順次配置したものを示す。レデューサ６内には中間加熱装置16を設けた。
【００２９】
第５例では、面取り加工装置15は帯鋼幅端面を刃物切削するよう構成され、ロール成形機４は帯板を連続的に曲げ加工してオープン管とするように構成され、誘導コイル５Ａは管の外周を取り巻くように構成され、スクイズロール５Ｂは加熱された帯両端面を圧接するように構成され、ビード圧延装置９はシーム部の内面側と外面側に圧延ロールを配置して構成され、シームアニール装置10は誘導加熱コイルで構成され、シーム冷却装置11はミストスプレー装置で構成されている。また、加熱装置８は図２（ｃ）の形態に構成され、レデューサ６は24スタンドの４ロールレデューサで構成されている。圧延後処理設備20は図５（ａ）のような形態に構成されている。なお、熱処理装置12は保熱・加熱両用の炉で構成されている。また、ビード屑抜き装置14は、管端から管内をエアブローまたはミストブローすることによりビード切削屑BSを押し出すよう構成されている。
【００３０】
【実施例】
図７に示した本発明設備列の第５例を用いて、ＪＩＳＳＴＫＭ13Ｂ相当組成（0.1 ％Ｃ−0.01％Si−0.8 ％Mn鋼，Ac₃＝ 849℃）の帯鋼をロール成形し電縫溶接して外径90mmφの管とし、ビード切削し、表１に示す各種条件でシーム部を処理し、所定の長さに切断後、ビード屑抜きを行い、加熱装置により表１に示す温度に全周加熱してからレデューサにて造管速度（レデューサ出側速度）200 〜 350ｍ/minで絞り圧延し、製品サイズＡ（肉厚2.3 mm×外径50.8mmφ）、Ｂ（肉厚2.0 mm×外径42.7mmφ）、Ｃ（肉厚1.8 mm×外径25.4mmφ）に仕上げる造管実験を行った。圧延供用スタンド数は製品サイズに応じて変更した。また、一部の管は絞り圧延後表１に示す条件で熱処理した。また、一部の帯鋼はロール成形前に幅端部の面取り加工を行った。
【００３１】
この造管実験では、絞り圧延時の圧延荷重、最終製品の表面肌、焼付疵、加工性を調査した。ここに、圧延荷重は同じ製品サイズの中で高位側５スタンドの平均が最も高かったものを100 とした指数で相対評価し、表面肌は目視および触診で◎（優）、○（良）、×（不良）を判定し、焼付疵は目視で○（無）、×（有）を判定し、加工性は伸び（ＥＬ）で評価した。
【００３２】
調査結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１に示すように、本発明の実施により、従来の冷間〜 400℃未満での絞り圧延時に生じる焼付疵（比較例１〜４）および、従来の熱間での絞り圧延時に生じる肌の劣化（比較例５）が解消された。さらに、従来の冷間〜 400℃未満の温度での絞り圧延では伸びが20％に達せず（比較例１〜４）加工性が不良であるのに対し、本発明では伸びが30％以上と良好である。
【００３５】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、加工性に優れ、表面肌が美麗で焼付疵もない電縫鋼管を、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】本発明設備列の第１例を示す配置図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は加熱装置の諸形態、（ｄ）は中間加熱装置の設置例を示す模式図である。
【図３】圧延後処理設備の第１型（ａ）、第２型（ｂ）を示す配置図である。
【図４】本発明設備列の第２例を示す配置図である。
【図５】本発明設備列の第３例を示す配置図である。
【図６】本発明設備列の第４例を示す配置図である。
【図７】本発明設備列の第５例を示す配置図である。
【符号の説明】
Ｓ帯鋼
Ｐ’オープン管
Ｐ管
BS ビード切削屑
１アンコイラ
２中継溶接機
３ルーパ
４ロール成形機
５Ａ誘導コイル
５Ｂスクイズロール
６レデューサ
７ビード切削装置（７Ａ内面側、６Ｂ外面側）
８加熱装置（８Ａ加熱炉、８Ｂ誘導コイル）
９ビード圧延装置
10 シームアニール装置
11 シーム冷却装置
12 熱処理装置
13、16 切断機
14 ビード屑抜き装置
15 面取り加工装置
16 中間加熱装置
20 圧延後処理設備
21 コイラ
22 冷却床
23 矯正機

Claims

帯鋼を払い出すアンコイラと、帯鋼を中継ぎ溶接する中継溶接機と、帯鋼を蓄えて払い出すルーパと、帯鋼をオープン管にロール成形するロール成形機と、オープン管を電縫溶接して管にする電縫溶接装置と、管を絞り圧延するレデューサとをこの順に配置してなる電縫鋼管の製造設備列において、前記電縫溶接装置と前記レデューサの間に、管をビード切削するビード切削装置と、管を切断する切断機と、管内のビード切削屑を管外に排出するビード屑抜き装置と、管を加熱する加熱装置とをこの順に配置し、さらに、前記レデューサ内に中間加熱装置を設けたことを特徴とする電縫鋼管の製造設備列。
前記ビード切削装置と前記切断機の間に、管をビード圧延するビード圧延装置、管をシームアニールするシームアニール装置、管をシーム冷却するシーム冷却装置のうち１種を、または２種以上をこの順に、配置したことを特徴とする請求項１に記載の設備列。
前記レデューサの下流に管を保熱または加熱する熱処理装置を配置したことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の設備列。
前記ルーパと前記ロール成形機の間に帯鋼幅端部を面取り加工する取り加工装置を配置した請求項１ないし３のいずれか一項に記載の設備列。