JP4535204B1 - Forged steel pipe with excellent flare workability - Google Patents
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Abstract
【課題】フレア加工性に優れた鍛接鋼管を提供する。
【解決手段】外径21.7mmφ〜114.3mmφ、肉厚1.8mm〜6.1mm、引張強度(TS)290N/mm2〜500N/mm2、伸び率23%〜90%であって、コーン拡管し接合部に割れが生じた際の拡管比率(A)が下記<1>式を満足する鍛接鋼管に限定した。A={H×tan(θ/2)+(DR/2)}/(DR/2)≧−0.0004×DR+1.3=B…<1>、ただし、A:コーン拡管比率、H:コーン押し込み量(拡管開始高さと拡管後に割れが発生した直後の高さの差)、θ:コーン全角、DR:鍛接鋼管外径、B:鋼管外径から決まる規定値
【選択図】図2A forged steel pipe having excellent flare workability is provided.
SOLUTION: The outer diameter is 21.7 mmφ to 114.3 mmφ, the wall thickness is 1.8 mm to 6.1 mm, the tensile strength (TS) is 290 N / mm 2 to 500 N / mm 2 , and the elongation is 23% to 90%. The pipe expansion ratio (A) when cracking occurred in the part was limited to forged steel pipes satisfying the following formula <1>. A = {H × tan (θ / 2) + (DR / 2)} / (DR / 2) ≧ −0.0004 × DR + 1.3 = B ... <1>, where A: cone expansion ratio, H: cone push-in Amount (difference between the pipe expansion start height and the height immediately after cracking after expansion), θ: full cone angle, DR: forged steel pipe outer diameter, B: specified value determined from steel pipe outer diameter [selection figure] Fig. 2
Description
本発明は、フレア加工のような強加工に供されても接合部に割れが発生しにくい、フレア加工性に優れた鍛接鋼管に関するものである。 The present invention relates to a forged steel pipe excellent in flare workability in which cracks are hardly generated in a joint even when subjected to strong work such as flare work.
水道管やガス管等の敷設にあたって、鋼管同士をつなぐ場合、従来は、鋼管端部の外径にねじ切りを行って、鋼管外径とほぼ同じ内径を有してその内径にねじ切りした短尺鋼管でつないでいたが、鋼管の外径にねじ切りするとともに、その鋼管を短尺鋼管でつなぐ手間が掛かり、短尺鋼管を別途準備して内径にねじ切りする必要があるなど、敷設の能率が低く、また、著しくコストが掛かっていた。 When connecting steel pipes when laying water pipes or gas pipes, it is conventional to use a short steel pipe that has an inner diameter that is approximately the same as the outer diameter of the steel pipe. However, it took time and effort to connect the steel pipe with a short steel pipe, and it was necessary to prepare a short steel pipe separately and screw it to the internal diameter. It was costly.
そこで、近年、鋼管の端部を拡げる、いわゆるフレア加工を行なって、フレア部分を鋼管と一体のフランジとすることにより、簡便で能率よく鋼管をつなぐ方法が採用され始めている。
このフレア加工は、鋼管端部をつば出しする強加工であるため、この強加工に耐える性能を有するものとして電縫鋼管が適用されているが、電縫鋼管は高価なため、廉価な鍛接鋼管の適用が図られている。
Therefore, in recent years, a method of connecting steel pipes simply and efficiently has been started by performing so-called flare processing that expands the end of the steel pipe and making the flare part an integral flange with the steel pipe.
Since this flaring is a strong process that pulls out the end of the steel pipe, the ERW steel pipe is applied as having the ability to withstand this strong process, but since the ERW steel pipe is expensive, it is an inexpensive forged steel pipe. Is being applied.
従来の鍛接管は、接合部の強度が低くて、強加工すると接合部を起点として割れが発生しやすいため、フレア加工用素材のような用途に適用するには不十分な性能と言われてきた。
鍛接鋼管の製造は、図1に一例を示すとおり、スリットした鋼帯2をエッジ成形機4で成形し、加熱炉5にて加熱し、その鋼帯を成形鍛接機6で管状に連続成形しつつ、衝合端部(鋼帯幅端部)にノズル7で酸素および/または空気を吹き付けて酸化熱により昇温させ、鍛接して接合し、あるいはさらに絞り圧延を行って、鍛鋼接管8に仕上げている。なお、図示していないが、スリットした鋼帯のエッジ(幅端部)を切削してからエッジ成形する場合もある。
Conventional forged welded pipes have low joint strength, and cracking is likely to occur at the joint when starting strong, so it has been said to have insufficient performance for applications such as flaring materials. It was.
As shown in FIG. 1, forged steel pipes are manufactured by forming a
製造した鍛接鋼管は、接合部に酸化物などが残留しやすくて、また、接合部の外面および内面に筋状の疵が発生し、フレア加工のような強加工において接合部に割れが発生していた。接合部の外面側の筋は、加熱前のスリットした鋼帯のエッジに発生したダレが鍛接時に残留したものである。また、内面側の筋は鍛接時に衝合端部近傍が盛り上がってビード部を形成し、この谷間が筋になったものである。 The manufactured forged steel pipes are prone to oxides remaining in the joints, and streaks are generated on the outer and inner surfaces of the joints, causing cracks in the joints during strong processing such as flaring. It was. The streaks on the outer surface side of the joint are the ones that occurred at the edge of the slit steel strip before heating and remained during forging. Further, the inner surface side muscles are raised near the abutting end portion at the time of forging to form a bead portion, and this valley is a muscle.
そこで、従来は、特許文献1〜3に示されるように、接合部における、外面側の筋深さ、内面側のビード高さ、内面側の筋深さ、接合部の介在物などを特定の範囲に規制することによって、接合部の強度向上を図った鍛接鋼管を提供していた。
Therefore, conventionally, as shown in
本発明は、前記課題を解決し、フレア加工のような強加工を行なっても、接合部から割れることのほとんど無い鍛接鋼管を提供するものであり、その要旨構成は以下のとおりである。 This invention solves the said subject, and provides the forge-welded steel pipe which hardly breaks from a junction part, even if it performs strong processing like flare processing, The summary structure is as follows.
(1) 外径21.7mmφ〜114.3mmφ、肉厚1.8mm〜6.1mm、引張強度(TS)290N/mm2〜500N/mm2、伸び率23%〜90%であって、コーン拡管し接合部に割れが生じた際の拡管比率(A)が下記<1>式を満足し、接合部肉厚の鋼管肉厚に対する比が1.00以上であり、ビード部最大肉厚の鋼管肉厚に対する比が1.010以上であり、且つ、前記ビード部最大肉厚が前記接合部肉厚よりも大きいことを特徴とするフレア加工用鍛接鋼管。
A={H×tan(θ/2)+(DR/2)}/(DR/2)≧−0.0004×DR+1.3=B …<1>
ただし、A:コーン拡管比率
H:コーン押し込み量(拡管開始高さと拡管後に割れが発生した直後の高さの差)
θ:コーン全角
DR:鍛接鋼管外径
B:鋼管外径から決まる規定値
(1) Outer diameter 21.7mmφ-114.3mmφ, Wall thickness 1.8mm-6.1mm, Tensile strength (TS) 290N / mm 2 -500N / mm 2 , Elongation 23% -90% The pipe expansion ratio (A) when cracking occurs satisfies the following formula <1>, the ratio of the joint thickness to the steel pipe thickness is 1.00 or more, and the ratio of the maximum bead thickness to the steel pipe thickness is A wrought forged steel pipe for flaring characterized by being 1.010 or more and the bead portion maximum wall thickness being larger than the joint wall thickness .
A = {H × tan (θ / 2) + (DR / 2)} / (DR / 2) ≧ −0.0004 × DR + 1.3 = B... <1>
However, A: Cone expansion ratio H: Cone push-in amount (difference between the expansion start height and the height immediately after cracking after expansion)
θ: full-width cone
DR: Forged steel pipe outer diameter B: Specified value determined from steel pipe outer diameter
本発明の鍛接鋼管は、フレア加工のような強加工を受けても、接合部に割れをほとんど発生させないから、フレア加工のような強加工の製品歩留まりを大幅に向上させる効果を奏する。 The forged welded steel pipe of the present invention has the effect of greatly improving the product yield of strong processing such as flaring because it hardly generates cracks even when subjected to strong processing such as flaring.
鍛接鋼管は、そのサイズは、外径21.7mmφ〜114.3mmφ、肉厚1.8mm〜6.1mmであって、材質は、引張強度(TS)が290N/mm2〜500N/mm2、伸び率が23%〜90%である。なお、材質である引張強度(TS)および伸び率は、JIS 11号試験、JIS 12号試験、JIS 5号試験、JIS 1号試験等のいずれで測定してもよい。
鍛接鋼管をフレア加工のような強加工に供する場合、従来から接合部に割れが発生して問題であったため、鍛接鋼管製造段階において、接合部が良好であるか否かを見極めて確実に品質を確保しておく必要がある。
The forged steel pipe has an outer diameter of 21.7 mmφ to 114.3 mmφ and a wall thickness of 1.8 mm to 6.1 mm. The material is a tensile strength (TS) of 290 N / mm 2 to 500 N / mm 2 and an elongation of 23. % To 90%. In addition, the tensile strength (TS) and elongation rate which are materials may be measured by any of JIS No. 11 test, JIS No. 12 test, JIS No. 5 test, JIS No. 1 test and the like.
When a forged steel pipe is subjected to strong processing such as flaring, it has been a problem because cracks have conventionally occurred in the joint. Therefore, it is extremely reliable to check whether the joint is good at the forged steel pipe manufacturing stage. It is necessary to secure.
そこで、この接合部の強度を評価する方法として、コーン拡管試験を採用した。すなわち、フレア加工は接合部を含めて鋼管端部を広げる加工であることから、評価試験においても鋼管の接合部に張力を付与する評価方法が必要である。そこで、コーン拡管により接合部に張力を加える試験で評価を行った。コーン拡管試験では、図2に示すように、拡管治具であるコーン9を台に固定して、鍛接鋼管8を上部から押し込んで拡管するか、あるいは鍛接鋼管を固定して上部からコーンを押し込むことによって拡管し、接合部に張力が作用する。したがって、フレア加工で鍛接鋼管接合部に加わる張力をコーン拡管試験で代替することができて、割れ評価が可能なわけである。
Therefore, a cone tube expansion test was adopted as a method for evaluating the strength of the joint. That is, since the flare process is a process of expanding the end of the steel pipe including the joint, an evaluation method for applying tension to the joint of the steel pipe is also required in the evaluation test. Therefore, evaluation was performed by a test in which tension was applied to the joint by cone expansion. In the cone expansion test, as shown in FIG. 2, the cone 9 as a tube expansion jig is fixed to the base and the forged
そこで、まず、フレア加工に供して割れが発生しなかった鍛接鋼管について、フレア加工部に隣接する原管部分を採取し、その原管のコーン拡管試験を行って接合部の割れを観察した。その結果、コーン全角(θ)を変更すると、全角(θ)が小さい場合は、コーン押し込み量(H)を大きくすると接合部に割れが発生し、全角(θ)が大きい場合は、コーン押し込み量(H)が小さくても接合部に割れが発生した。 Therefore, first, forged welded steel pipes that were subjected to flare processing and cracks did not occur, a raw pipe part adjacent to the flare processed part was collected, and a cone expansion test of the raw pipe was performed to observe cracks in the joint part. As a result, if the cone full angle (θ) is changed, if the full angle (θ) is small, increasing the cone push-in amount (H) will cause cracks in the joint, and if the full angle (θ) is large, the cone push-in amount Even if (H) was small, cracks occurred in the joint.
本発明者らが調べた結果、コーン拡管による接合部の割れは、フレア加工と同様に、鍛接鋼管端部から発生するため、拡管した管と原管それぞれの円周方向長さの比が大きく影響することから、鍛接鋼管の肉厚、拡管のコーン形状によらずに管外径から決まる規定値Bを用いて、以下の<1>式で整理できることがわかった。
A={H×tan(θ/2)+(DR/2)}/(DR/2)≧−0.0004×DR+1.3=B …<1>
ただし、A:コーン拡管比率
H:コーン押し込み量(拡管開始高さと拡管後に割れが発生した直後の高さの差)
θ:コーン全角
DR:鍛接鋼管外径
B:鋼管外径から決まる規定値
したがって、製造した鍛接鋼管のコーン拡管試験における拡管比率(A)が、上記<1>式を満足する領域に入れば、フレア加工に供した際に割れが発生しないことがわかった。
As a result of investigation by the present inventors, the crack of the joint due to the cone expansion occurs from the end of the forged steel pipe as in the case of flare processing, so the ratio of the circumferential length of the expanded pipe and the original pipe is large. As a result, it was found that the following formula <1> can be arranged using the specified value B determined from the pipe outer diameter regardless of the wall thickness of the forged steel pipe and the cone shape of the expanded pipe.
A = {H × tan (θ / 2) + (DR / 2)} / (DR / 2) ≧ −0.0004 × DR + 1.3 = B... <1>
However, A: Cone expansion ratio H: Cone push-in amount (difference between the expansion start height and the height immediately after cracking after expansion)
θ: full-width cone
DR: Forged steel pipe outer diameter B: Specified value determined from steel pipe outer diameter Therefore, if the expansion ratio (A) in the cone expansion test of the manufactured forged steel pipe enters the region that satisfies the above formula <1>, it is used for flare processing. It was found that no cracks occurred when
一方、鍛接鋼管にフレア加工のような強加工を施す場合に接合部が割れやすい理由として、鍛接鋼管の製造時に、接合部に酸化物などが残留しやすくて、また、接合部の内外面に筋状の疵が発生するためと考えられていた。すなわち、接合部に残留した酸化物や接合部の内外面の筋状疵が割れ発生の起点となりやすいと考えられてきたわけである。したがって、これら接合部が割れる原因に基づいて、過去に、特許文献1〜3に記載されるように、接合部の介在物を低減させて、外面または内面の筋を低減させる鍛接鋼管の提供がなされてきた。しかし、これらを適切にするだけでは、十分な接合部の強度が得られず、問題となっていた。
On the other hand, the reason why joints are easily cracked when performing strong processing such as flaring on forged steel pipes is that oxides, etc. are likely to remain in the joints during the manufacture of forged steel pipes. This was thought to be due to the formation of streaks. That is, it has been considered that the oxide remaining in the joint and the streaks on the inner and outer surfaces of the joint are likely to be the starting point of cracking. Therefore, based on the cause of the breakage of these joints, as described in
そこで、本発明者らは、図3に示す接合部13の肉厚すなわち接合部肉厚14に着目した。従来の接合部強度が低い鍛接鋼管を詳細に観察すると、接合部肉厚14がいずれも短いために、フレア加工のような強加工における鋼管円周方向に作用する強い張力に対して、接合部の強度が不足していることを見いだしたわけである。
接合部の強度についてさらに詳細に述べると、鋼管肉厚15に比べて、接合部肉厚14が短くなると接合部強度が低くなり、長くなると接合部強度が向上することを把握した。すなわち、フレア加工のような強加工においては、鋼管端部およびその周辺が拡管されつつ鋼管円周方向に拡がっていく。その際、鋼管端部および周辺では、鋼管円周方向に過大な張力が作用する。この張力は、鋼管の肉厚が薄い部分に集中しやすい。そのため、接合部の肉厚が薄い場合、すなわち、接合部肉厚が鋼管肉厚より短い場合、接合部に応力集中して割れやすくなるわけである。
Therefore, the inventors paid attention to the thickness of the
When the strength of the joint portion is described in more detail, it is understood that the joint strength is lowered when the
本発明では、図4に示す接合部13の肉厚すなわち接合部肉厚14を鋼管肉厚15より長くして、すなわち、接合部肉厚14の管肉厚15に対する比を1.00以上とすることにより、フレア加工のような強加工における過大な張力による応力集中を緩和できて、<1>式で示されるAがBに近い場合でもフレア加工時の割れ発生を防止することができる。
In this onset bright, and longer than the thickness i.e. the
また、接合部の割れにつながる応力集中は、接合部の界面だけでなく、その周辺にも作用している。そこで、図3および図4に示す接合部肉厚14だけでなく、その周辺に生成するビード部16にも着目した。ビード部16とは、接合時に衝合端部が盛り上がった部分であり、鍛接鋼管の場合、主に内面側に盛り上がりやすいが、外面側にもわずかに盛り上がる場合がある。このビード部16の盛り上がりが大きいと、接合部肉厚14も増大しやすくて、断面の単位面積あたりの張力が小さくなって、応力集中が緩和され、接合部への過大張力の集中を緩和することができる。したがって、接合部だけでなく、その周辺のビード部も肉厚を増加させることによって、フレア加工などの強加工における接合部周辺の応力集中をさらに緩和できて、割れを防止できるわけである。本発明者らが定量的に検討したところ、図4に示すビード部の最大肉厚17と鋼管肉厚15との比を1.010以上とすることで、<1>式で示されるAがBに非常に近い場合でもフレア加工時の割れ発生を充分に防止できることを把握した。
Further, the stress concentration that leads to the cracking of the joint acts not only on the interface of the joint but also on the periphery thereof. Therefore, attention is paid not only to the
なお、鋼管肉厚15とは、鍛接鋼管の円周方向の平均肉厚でもよく、接合部の反対側の部位の肉厚でもよく、接合部周辺で肉厚がほぼ同等となる特定位置、例えば接合部肉厚相当の距離分だけ接合部から離した部位の肉厚、接合部を挟んで鋼管円周方向1/4の範囲で平均した肉厚など、としてもよい。
なお、<1>式で示される規定値Bを用いて、フレア加工に供される鍛接鋼管の品質検査に活用できて、不良品を排除して、良好な製品を提供できる。
Note that the steel
The specified value B expressed by the formula <1> can be used for quality inspection of forged steel pipes subjected to flare processing, and defective products can be eliminated to provide good products.
また、上記のフレア加工性に優れた鍛接鋼管を製造するには、図1における鍛接鋼管製造工程のノズル7で吹き付ける空気中の酸素濃度を22体積%以上とすると良い。これにより、接合部肉厚が増加して鋼管肉厚に対する比が1.00以上となりやすく、また、ビード部最大肉厚も増加して鋼管肉厚との比が1.010以上になりやすく、接合部の割れ防止に著しく有効である。 Moreover, in order to manufacture the forged welded steel pipe having excellent flare workability, the oxygen concentration in the air blown by the nozzle 7 in the forged welded pipe manufacturing process in FIG. 1 is preferably 22% by volume or more. As a result, the joint wall thickness increases and the ratio to the steel pipe wall thickness tends to be 1.00 or more, and the maximum bead thickness increases to the ratio of the steel pipe wall thickness to 1.010 or more. It is extremely effective for prevention.
図1に一例を示す製造工程で、鍛接鋼管を製造した。すなわち、鋼帯2をエッジ成形機4で成形して、加熱炉5で融点以下の温度まで加熱し、成形鍛接機6でロール成形しつつ、衝合端部にノズル7で空気および/または酸素を吹き付け、その直後に衝合端部を鍛接して接合し、次いで絞り圧延を行って鍛接鋼管を製造した。該製造した鍛接鋼管について、コーン拡管の条件を種々変更してコーン拡管試験を行い、コーン拡管比率(A)を求めると共に、フレア加工(押し拡げ率1.3)における接合部の割れ発生状態を観察した。その結果を表1に示す。
A forged steel pipe was manufactured in the manufacturing process shown in FIG. That is, the
表1には、製造した鍛接鋼管のサイズや材質も併記した。これら鍛接鋼管のサイズは、外径21.7mmφ〜114.3mmφ、肉厚1.8mm〜6.1mmであって、その材質は、引張強度(TS)が290N/mm2〜500N/mm2、伸び率が23%〜90%の範囲である。また、本実施例ではコーンへの鋼管押し込み速度は5mm/分とした。なお、これに拘るものではなく、一連の試験範囲で、0.001mm/分〜1000mm/分の押し込み速度の範囲内からいずれの値を選択してもよい。 Table 1 also shows the size and material of the manufactured forged steel pipe. These forged steel pipes have an outer diameter of 21.7 mmφ to 114.3 mmφ, a wall thickness of 1.8 mm to 6.1 mm, and the material has a tensile strength (TS) of 290 N / mm 2 to 500 N / mm 2 and an elongation of 23. % To 90%. In this example, the steel pipe pushing speed into the cone was 5 mm / min. Note that the present invention is not limited to this, and any value may be selected from the range of the pushing speed of 0.001 mm / min to 1000 mm / min in a series of test ranges.
表1において、本発明例No.1〜13は、いずれも<1>式を満足する(コーン拡管比率(A)が管径から決まる規定値(B)以上である)ものにおいて、さらに、接合部肉厚14の鋼管肉厚15に対する比が1.00以上で、かつ、ビード部最大肉厚17の鋼管肉厚15に対する比が1.010以上であるという最良の形態であり、フレア加工において接合部に割れが発生せずに良好であった。
In Table 1, Invention Examples Nos. 1 to 13 satisfy the formula <1> (the cone expansion ratio (A) is equal to or greater than a specified value (B) determined from the tube diameter). This is the best mode in which the ratio of the
これらに対し、比較例No.14〜17は、いずれも<1>式を満足せず、フレア加工において接合部に割れが発生した。 On the other hand, Comparative Examples No. 14 to 17 did not satisfy the <1> formula, and cracks occurred in the joints during flare processing.
本発明の鍛接鋼管は、接合部強度が良好であり、フレア加工のような強加工に供しても接合部が割れることが無く、著しく良好な性能を有しており、廉価な鍛接鋼管への厳しい要求にも充分耐えるものであって、その効果は極めて大きいものである。 The forged welded steel pipe of the present invention has a good joint strength, and even when subjected to strong processing such as flare processing, the joint does not crack, has a remarkably good performance, and is an inexpensive forged steel pipe. It can withstand severe demands, and its effects are extremely great.
1 コイラー
2 スリットした鋼帯
3 ルーパー
4 エッジ成形機
5 加熱炉
6 成形鍛接機
7 ノズル
8 鍛接鋼管
9 コーン
13 接合部
14 接合部肉厚
15 鋼管肉厚
16 ビード部
17 ビード部の最大肉厚
DR 鍛接鋼管外径
H コーン押し込み量
θ コーン全角
DESCRIPTION OF
13 Joint
14 Joint thickness
15 Steel pipe wall thickness
16 Bead section
17 Maximum wall thickness of bead
DR Forged steel pipe outer diameter H Cone push amount θ Cone full angle
Claims (1)
A={H×tan(θ/2)+(DR/2)}/(DR/2)≧−0.0004×DR+1.3=B …<1>
ただし、A:コーン拡管比率
H:コーン押し込み量(拡管開始高さと拡管後に割れが発生した直後の高さの差)
θ:コーン全角
DR:鍛接鋼管外径
B:鋼管外径から決まる規定値
Outer diameter 21.7mmφ ~ 114.3mmφ, wall thickness 1.8mm ~ 6.1mm, tensile strength (TS) 290N / mm 2 ~ 500N / mm 2 , elongation 23% ~ 90% When the pipe expansion ratio (A) occurs, the following formula <1> is satisfied , the ratio of the joint wall thickness to the steel pipe wall thickness is 1.00 or more, and the ratio of the maximum bead thickness to the steel pipe wall thickness is 1.010 or more. A wrought forged steel pipe for flaring , wherein the maximum thickness of the bead portion is larger than the thickness of the joint portion .
A = {H × tan (θ / 2) + (DR / 2)} / (DR / 2) ≧ −0.0004 × DR + 1.3 = B... <1>
However, A: Cone expansion ratio H: Cone push-in amount (difference between the expansion start height and the height immediately after cracking after expansion)
θ: full-width cone
DR: Forged steel pipe outer diameter B: Specified value determined from steel pipe outer diameter
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