JP4361985B2

JP4361985B2 - 加工性に優れた高周波電縫鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP4361985B2
Application number: JP06949799A
Authority: JP
Inventors: 一政垂水
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: JP2000263296A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶接部と母材部との間で材質的な変化を少なくし、加工性を改善した高周波電縫鋼管を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波電縫鋼管は、鋼帯を板幅方向に曲げ加工して筒状に成形し、板幅方向両端部を溶融溶接することにより製造されている。このとき、筒状に成形された鋼帯を取り囲むワークコイルに高周波電流を供給すると、板幅方向両端部が集中的に加熱され溶融する。ワークコイルの下流側には、加熱溶融した板幅方向両端部をスクイズロールで押圧するスクイズロールが設けられている。押圧された板幅方向両端部は、相互に融合して溶接部を形成する。
製造された電縫鋼管を観察すると、母材部表面から突出した外面ビードや内面ビードが溶接部に形成されている。母材部表面から突出したビードは、電縫鋼管の外観を劣化させるばかりでなく、後続する加工工程において支障となる。そこで、溶接後にビードを切削し、溶接部を母材部表面に揃えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビード処理は、電縫鋼管の表面を平滑にすることを主眼としており、通常１段のバイトでビード切削している。しかし、排ガス用途，配管継手等と電縫鋼管の適用分野が広くなるに応じて、非常に過酷な曲げ加工や拡管加工にも耐える電縫鋼管が要求されるようになってきた。
この点、１段バイトでビード切削した電縫鋼管では、溶接部と母材部との間で材質的な変動が大きすぎ、加工後の溶接部に亀裂，破断等が発生し易い。亀裂や破断が発生しないまでも、管壁が局部的に変形し、所定の断面形状をもった成形品が得られないことがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、通常のビード切削後に溶接部の歪み層を除去する２段目のビード切削を組み込むことにより、溶接部の材質を母材部に近づけ、電縫鋼管の加工性を向上させることを目的とする。
本発明の製造方法は、その目的を達成するため、筒状に成形した鋼帯の板幅方向両端部を高周波加熱してスクイズロールで押圧することにより溶接部を形成した後、スクイズロールの下流側に配置された１段目のバイトで母材面から突出する溶接部のビードを切削し溶接部の表面を母材部表面に揃え、次いで２段目のビード切削工具で溶接部の表層にある歪み層を切削除去することを特徴とする。
【０００５】
【作用】
高周波溶接では、図１に示すように、鋼帯を板幅方向に曲げ加工した筒状体Ｐ₀ をワークコイルＣに通し、ワークコイルＣに供給される高周波電流で筒状体Ｐ₀ を加熱する。高周波加熱により板幅方向両端部が溶融状態になった筒状体Ｐ₀ をスクイズロールＲで加圧することにより、板幅方向両端部が相互に融合し溶接部Ｗを形成する。
溶接部Ｗは、筒状体Ｐ₀ を加圧して形成されたものであるため、電縫鋼管Ｐ₁ の母材部から盛り上がったビードＢとなる。通常のビード処理では、造管方向Ｄに関してスクイズロールＲの下流側に配置されたバイトＢ₁ でビードＢを切削し、溶接部Ｗの表面を母材部表面に揃えている。
【０００６】
しかし、バイトＢ₁ で切削された後の溶接部Ｗは、図２の金属組織にみられるように歪み層が表層部にある。歪み層は、溶接時の急速加熱，急冷による熱影響及びバイトＢ₁ による切削加工で多量の歪みが導入された個所であり、母材部に比較して著しく硬質化している。溶接部Ｗ自体も、母材部に比較して溶接時の入熱によって硬質化している。このような歪み層のある溶接部Ｗをもつ電縫鋼管Ｐ₁ に過酷な曲げ加工や拡管加工を施すと、母材部との材質的な相違から溶接部Ｗに亀裂，破断，異常変形等の加工欠陥が持ち込まれ易い。
そこで、本発明においては、１段目のバイトＢ₁ で切削加工されたビードＢの表層にある歪み層を除去するため、１段目のバイトＢ₁ に続いて２段目のバイトＢ₂ を配置している。バイトＢ₂ によるビード切削量は、歪み層の除去を狙っていることからごく少量で十分である。この切削量は、材質，溶接条件等によっても変わるが、通常、厚さで５０〜２００μｍの範囲に設定される。
【０００７】
バイトＢ₂ により切削加工された後では、図３の金属組織にみられるように、溶接部Ｗは、表層に歪み層がなく、母材部と同様な組織になっている。また、溶接欠陥が残存しがちな歪み層がないため、応力疲労の起点となる部分も除去されることになる。しかも、少ない切削量で歪み層が除去されることから、バイトＢ₂ による切削加工では溶接部Ｗに歪みが実質的に導入されない。これに対し、１段目のバイトＢ₁ のみで歪み層まで除去しようとすると、切削加工により導入される歪み量が多くなり、また加工硬化により溶接部Ｗも硬質化するので、溶接部Ｗの材質を母材部に近づけることができない。
【０００８】
このようにして、２段階でビードＢを切削するとき、溶接部Ｗの表層から歪み層が効果的に除去され、溶接部Ｗの金属組織が母材部に近くなる。そのため、後述する実施例でみられるように、溶接部Ｗと母材部との間で材質的な違いが少なくなり、曲げ加工，拡管加工等の際に材質の相違に起因した加工欠陥の発生が抑制される。なお、２段目のビード切削加工には、バイトＢ₂ に替えてグラインダ，研磨ベルト等のビード切削工具を使用することもできる。ただし、ビード切削によって導入される歪み量が少なくなることから、溶接直後のビードＢが高温状態に維持されているとき２段目のビード切削加工も実施する方が好ましい。
【０００９】
外面ビードの切削に合せ、或いは外面ビード切削前後で、必要に応じて電縫鋼管Ｐ₁ の内面ビードが切削加工される。内面ビードの切削加工にも、同様な理由から２段に配置したバイトを使用できる。これにより、電縫鋼管Ｐ₁ は、外面，内面共に平滑な表面をもち、加工性に優れた製品鋼管に仕上げられる。
【００１０】
【実施例】
板厚１．５ｍｍのフェライト単相系ステンレス鋼帯［Ｃｒ：１０．５〜１２．０重量％，Ｃ：０．０３重量％以下，Ｓｉ：１．０重量％以下，Ｍｎ：１．００重量％以下，Ｔｉ：５×（Ｃ＋Ｎ）〜０．７５重量％）］を板幅方向に曲げ加工し、高周波誘導加熱で外径４８．６ｍｍの電縫鋼管を製造した。形成された溶接部を観察すると、母材部表面から高さ１ｍｍだけ外面ビードが突出していた。
（比較例：１段目のバイトのみで外面ビードを切削した場合）
１段目のバイトＢ₁ による切削量を外面ビードの突出高さに対応した値に設定し、スクイズロールＲから送り出された電縫鋼管Ｐ₁ の表面にある外面ビードＢを切削加工した。
【００１１】
（本発明例：１段目及び２段目のバイトを併用して外面ビードを切削した場合）比較例と同じ切削量に設定した１段目のバイトＢ₁ で外面ビードを切削加工した後、歪み層の厚みに相当する０．２ｍｍ厚に切削量を設定した２段目のバイトＢ₂ で外面ビードを切削加工した。
比較例，本発明例共に、溶接後に水冷する急冷方式，空冷する緩冷却方式の２様で電縫鋼管Ｐ₁ を製造した。
得られた電縫鋼管Ｐ₁ の表層部から５０μｍ深さにある位置の硬さを管円周方向に測定した。
図４の測定結果にみられるように、１段目のバイトＢ₁ のみでビートを切削加工した比較例では、溶接部中心線での硬さが２２０ＨＶを超えており、母材部の硬さとの間に大きな硬度差を生じていた。これに対し、２段階でビードを切削加工した本発明例では、溶接部中心線においても２００ＨＶ近傍まで硬さが低下しており、母材部との硬度差が大幅に軽減された。
【００１２】
板厚中心に沿って測定した電縫鋼管Ｐ₁ の硬度は、図５の調査結果にみられるように比較例，本発明例共に同じような分布をもっていた。図５を図４に対比すると、１段目のバイトＢ₁ のみでビードを切削加工すると、溶接部Ｗが依然として硬質の表層部をもっていることが判る。他方、２段階でビードを切削加工した本発明例では、溶接部Ｗの表層部と母材部及び溶接部の板厚方向中央部との間の硬度差が小さくなっている。
このように溶接部Ｗの表層部が改質されたため、本発明例の電縫鋼管を曲げ加工しても、溶接部に亀裂等の欠陥を発生させることなく、精度良く目標形状に成形できた。他方、１段目のバイトＢ₁ のみで切削加工した比較例の電縫鋼管を曲げ加工すると、ときとして溶接部に亀裂が発生するものがあり、また亀裂を発生しないまでも硬質の溶接部に起因して曲げ製品に異常変形が生じがちであった。
【００１３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、高周波溶接で形成された溶接部のビードを切削して溶接部を母材部と同じ表面に揃える１段目の切削加工を施した後、２段目の切削工程で溶接部の表層にある歪み層を切削除去している。２段目の切削工程では、僅かな切削量でビードが切削加工されるため、切削加工による歪みが導入されることはない。そのため、切削加工後の溶接部は母材部の材質に近づけられ、電縫鋼管の加工性が向上し、過酷な曲げ加工や拡管加工に耐える電縫管が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ってバイトを２段配置した電縫鋼管製造装置の要部
【図２】１段目のバイトで切削加工した後の溶接部を含む電縫鋼管断面の金属組織を示す写真
【図３】２段目のバイトで切削加工した後の溶接部を含む電縫鋼管断面の金属組織を示す写真
【図４】２段配置したバイトによるビードの切削加工が溶接部の材質改善に有効なことを示すグラフ
【図５】電縫鋼管の板圧中心部の硬さ分布を溶接部を中心として管円周方向に示したグラフ
【符号の説明】
Ｐ₀ ：鋼帯Ｐ₁ ：電縫鋼管Ｗ：溶接部Ｂ：ビード
Ｃ：ワークコイルＲ：スクイズロールＤ：造管方向
Ｂ₁ ：１段目のバイトＢ₂ ：２段目のバイト

Claims

筒状に成形した鋼帯の板幅方向両端部を高周波加熱してスクイズロールで押圧することにより溶接部を形成した後、スクイズロールの下流側に配置された１段目のバイトで母材面から突出する溶接部のビードを切削し溶接部の表面を母材部表面に揃え、次いで２段目のビード切削工具で溶接部の表層にある歪み層を切削除去することを特徴とする加工性に優れた高周波電縫鋼管の製造方法。