JP4644934B2

JP4644934B2 - Ｕｏｅパイプの製造方法

Info

Publication number: JP4644934B2
Application number: JP2000382041A
Authority: JP
Inventors: 道雄山下; 春彦関; 浩山本; 勇安原; 宗義村上
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: JP2002178025A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、段階的に製造外径が決められているＵＯＥパイプの製造ラインにおいて、その中間サイズのパイプ径のＵＯＥパイプの製造を可能としたＵＯＥパイプの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＯＥパイプは、あらかじめ所定の材料長さに切断した板材をプレスして丸く成形し、対向端部を接合して製造される。
ＵＯＥパイプの代表例であるＵＯＥ鋼管の製造工程の代表的なフローを図２に示す。所定の材料長さに切断され（100 ）た板材は、まず端部研削され（110 ）、端曲げプレス（120 ）、Ｕプレス（130 ）、Ｏプレス（140 ）を行って円形に成形される。そして、仮付溶接を行った（150 ）後、突き合わせ端面の内外面溶接が行われる（160 ）。その後、エキスパンダ等を用いて拡管を行い（170 ）、所定のパイプ径とすると同時に、真円度も規定内となるように成形される。そして、水圧試験（180 ）、検査（190 ）が行われ、ＵＯＥパイプとして出荷される。
【０００３】
通常、石油や天然ガスの輸送用パイプラインに用いられるラインパイプ用鋼管外径は２inchきざみとなるインチサイズで規定されており、そのパイプ外径に適合した外径となるように２inchピッチ対応のインサートライナ３を積層してＯプレスを構成している。
当然ながら、以上のＵＯＥパイプの製造工程においては、成形するパイプ外径は段階的になる。インサートライナについていま少し詳しく述べると、Ｏプレス（140 ）の工程において、図３に示すように、一定の厚みを有するインサートライナ３をそれぞれ１層以上積層して上下のＯプレス金型2a、2bの内側に装着し、成形するパイプ外径に合わせた内径となるように調整を行う。インサートライナの厚みは固定しており、対応内径毎に用意されているインサートライナの積層により、段階的にしか製造内径を変更できない。
【０００４】
なお、既に説明したように、Ｏプレスは溶接、拡管前の工程であり、Ｏプレスにおいて成形されるパイプ外径は拡管工程における拡管率を見越した外径に設定される。
ところで、上述の通り、段階的なインチサイズに製造されるＵＯＥ鋼管の製造にあって、例えばミリ（mm）サイズの径のＵＯＥ鋼管のオーダが入り、その製造の必要が生じる場合があるが、従来はその中間サイズに適合したインサートライナをわざわざ別個に作成し、Ｏプレスに装着して製造していた。
【０００５】
しかしながら、この方法では、中間サイズとなる全ての外径ごとにインサートライナを用意しておくことが必要になり、また、そのインサートライナの変更に時間を要することから、各種インサートライナの製造、保有による製品パイプの製造コストアップと生産性低下につながるという問題があった。
そのため、特開平9-1234号公報では、後の拡管工程での拡管を複数回実施して拡管率を大きくすることを前提として、Ｏプレスでの目標パイプ径を、目標サイズよりも一回り小さくして成形するようにし、既存のインサートライナを活用することを提案している。
【０００６】
また、特開平9-29339 号公報では、上下の金型の一方を既存の金型とし、他方を新作して、互いに半径と中心位置を異ならせてＯプレスし、所定のパイプ径のＵＯＥ鋼管を成形することを提案している。そして、このようにすることで、金型費用を半減し、かつ、金型変更に要する段取り時間も大幅に削減することができるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平9-1234号公報に開示の方法では、拡管工程数の追加が必要である上、拡管率が大きくなりすぎ、ＵＯＥ鋼管の機械的性質（特に伸び特性）を劣化させる可能性が大きい。
また、特開平9-29339 号公報に開示の方法では、工程の追加や機械的性質の問題等は生じないものの、片側分の金型の新規製作は必要であり、また、段取り替えにおけるインサートライナ変更等に時間を要する問題は残る。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決することを目的として、新たな金型の作成が不要で、かつ、新たな工程の追加もせずに、ミリ（mm）サイズ等の中間外径のＵＯＥパイプを自在に製造できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、製造外径に応じて所定の材料長さに切断した板材を、ＵプレスでＵ字形に成形し、さらに金型と該金型に対応したインサートライナの交換で外径を段階的に設定可能なＯプレスでパイプ形に成形し、その後、成形した該板材の対向端部の接合を行い、最後に拡管を実施することで、段階的に設定した外径のＵＯＥパイプを製造するＵＯＥパイプの製造設備を用いて、前記の段階的に設定した外径の中間外径のＵＯＥパイプを製造するに際し、上下金型およびインサートライナの対向端面をあらかじめ研削してギャップを拡大しておき、前記中間外径に対し、大きい側のパイプ外径に適用するインサートライナを用いてＯプレスを行うことを特徴とするＵＯＥパイプの製造方法によって上記課題を解決した。
【００１０】
また、本発明は、前記の段階的に設定したパイプ外径が、インチサイズで設定されており、前記の中間となるパイプ外径が、ミリサイズのパイプ外径であることを好適とする。
また、本発明は、上記のＵＯＥパイプの製造方法において、前記の所定の材料長さ（Ｌ）を、Ｌ＝π・（Ｄ_o−ｔ）、但し、Ｄ_o：Ｏプレス完了後の目標パイプ外径、ｔ：板材厚、とし、前記Ｏプレスを所定の位置までプレスした際に、前記板材がインサートライナ内面に対し幾何学的に内接円となるようにしておくことを好適とする。
【００１１】
さらに、本発明は、上記いずれかのＵＯＥパイプの製造方法において、前記Ｏプレスに際し、そのプレスによる締め込み量を、ＵＯＥパイプのスプリングバック分を考慮した締め込み量とすることを好適とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、図４（ａ）に基づき、従来から実施しているインチサイズのＵＯＥ鋼管のＯプレスにおける通常の成形方法について説明する。図４（ａ）は、32インチの製品径のＵＯＥ鋼管の製造過程中、Ｏプレスでの成形工程における横と縦のそれぞれのパイプ外径の推移をグラフ化して例示したものであり、パイプ外径は図中の矢印方向に推移する。
【００１３】
図示例のように、成形するパイプがＯプレスの金型、インサートライナ内に充満するまでは、縦径の減少量と横径の増加量はほぼ等しくなる。また、この間では、パイプ全体としての圧縮変形は受けておらず、板材の形だけが変化する。その後、板材が金型、インサートライナ内に充満すると、更なるプレスに従って縦径の減少は進むものの、横径は増加することができず、その分パイプは全体として円周方向に圧縮を受けることになる。
【００１４】
本発明者らは、このように、板材が金型、インサートライナ内に充満するまでの成形工程では、パイプの形状を自由に変更することができる点に着目し、この特性を利用することで、使用する金型、インサートライナによって段階的に設定される製造外径よりも小さい外径のＵＯＥパイプを自在に成形可能であることを見出したのである。
【００１５】
すなわち、本発明では、あらかじめ板材の材料長さＬを、製造するＵＯＥパイプの周長に基づきＯプレス工程で充満状態での圧縮を受けるところまで到達しないとして各工程での拡管、圧縮分を補正した長さとなるように成形しておき、その材料長さＬとした板材に対しＯプレスを行い、金型、インサートライナ内に充満する手前までしか板材の成形を実施しないのである。
【００１６】
本発明方法での成形における縦と横のそれぞれのパイプ外径の推移の一例を図４（ｂ）に基づき説明する。
本発明の方法では、まず、従来と同じように金型を締め込んでプレスするが、そうしても、板材が充満することはなく、縦径が従来と同様の値となっても、横径は小さいままの縦長の形状となっている。そして、さらにプレスして図４（ｂ）中の破線上に乗るところまで締め込みを行うことで、金型よりも小さなパイプ径であって、縦径と横径とがほぼ同じ略真円のパイプとして成形することが可能となるのである。
【００１７】
この時の金型のプレス量は、拡管による増径を見越した、次式（１）に示すパイプ外径Ｄ' に対応する値になるように設定しておけばよい。
Ｄ' ＝Ｄ／（１＋Ｅ／100 ） …（１）、
但し、Ｄ：ＵＯＥパイプ外径（製品パイプ外径）、Ｅ：拡管率（％）である。
ここで、Ｏプレス後のパイプ径Ｄ' に対応する縦径として、Ｏプレス後のスプリングバック分を加味したＯプレス時の縦径を設定してもよい。すなわち、スプリングバック量を見込んで、所定量だけ過分にプレスして締め込むようにしておけば、図７（ｂ）に示すように、スプリングバック量を見込まない図７（ａ）に比べ、Ｏプレス後の成形形状が真円に近いため、通常、端曲げプレスをしても拡管後も接合部にわずかに残る非円形形状の名残が生じにくく、真円に近い。
【００１８】
ところで、上記の本発明方法では、パイプは金型内に完全には充満せず、圧縮変形を受けないことから、所定のパイプ外径Ｄとなるように成形しようとすると、その成形前の初期の材料長さＬを以下の式で求められる、Ｏプレスを所定の位置までプレスした際に、板材がインサートライナ内面に対し幾何学的に内接円となる長さとしておくことが必要である。
【００１９】
Ｌ＝π・（Ｄ' −ｔ） …（２）、
但し、ｔ：板厚である。
なお、（２）式は、通常、Ｏプレスの際に適用されている下記（３）式の切断長さ算出式において、Ｒをゼロに設定したものである。
Ｌ＝π・Ｄ' ／（１−Ｒ／100 ）−π・ｔ …（３）、
但し、Ｒ：圧縮率（％）である。
【００２０】
なお、上述の本発明方法にあって、スプリングバック量を見込む場合は、Ｏプレスの金型のプレス位置を、通常のプレス位置よりも深い位置とすることが必要になる。ところが、通常の金型では、例えば20インチサイズの金型の場合で、上下の金型のギャップを0.5 インチ（12.7mm）程度としていることから、そのままでは、金型が接触して十分なプレスを行うことができないことになる。
【００２１】
そのため、本発明方法においては、図１に示すように、あらかじめ上下の金型2a、2bのギャップを拡大しておくことが必須である。すなわち、金型2a、2bの対向端面2c、2dをあらかじめ研削しておき、研削量ａを十分に確保しておくことが必要である。その際、インサートライナ３も同様に研削しておく。言い換えると、上下の金型（インサートライナを含む。）のギャップを十分に確保しておき、Ｏプレスの過締め込みに対しても、上下金型がぶつからないようにしておくことが肝要である。
【００２２】
上述の本発明方法の採用によって、通常のサイズ、例えばインチ（inch）サイズ以外のパイプ外径、例えばミリ（mm）サイズのＵＯＥパイプを、金型の新作を行うことなく製造することができるようになるのである。
【００２３】
【実施例】
本発明方法を含む４種類の成形方法で板厚25mm、外径800mm のミリ（mm）サイズのＵＯＥ鋼管の製造を実施した。それらの製造条件を下記に示す。
（イ）比較例１：あらかじめ、外径800mm に対応したインサートライナをＯプレスの上金型と下金型に別個に装着しておく。そして、外径サイズ800mm のＵＯＥ鋼管を製造する場合の初期材料長さに切断した板材を、端曲げプレス、Ｕプレスを経て、上記金型でＯプレス成形を行い、溶接後拡管して外径800mm のＵＯＥ鋼管に仕上げた。
（ロ）比較例２：外径サイズ30inch（762mm ）のＵＯＥ鋼管を製造する場合の初期材料長さに切断した板材を、端曲げプレス、Ｕプレスを経て、外径30inch（762mm ）対応の既存の金型でＯプレス成形を行い、溶接後拡管を２度実施して、外径800mm のＵＯＥ鋼管に仕上げた。
（ハ）比較例３：外径サイズ800mm のＵＯＥ鋼管を製造する場合の初期材料長さに切断した板材を、端曲げプレス、Ｕプレスを経て、外径800mm と同じ周長になるように調整した外径32inch（813mm ）対応の上金型と、それより小径の新作の下金型を組み合わせたＯプレスで成形を行い、溶接後拡管して、外径800mm のＵＯＥ鋼管に仕上げた。
（ニ）本発明例：外径サイズ800mm のＵＯＥ鋼管を製造する場合で、かつ、Ｏプレスでの圧縮率がゼロに相当する初期材料長さに切断した板材を、端曲げプレス、Ｕプレスを経て、外径32inch（813mm ）対応の既存の上下金型のＯプレスでプレス成形を行い、溶接後拡管して、外径800mm のＵＯＥ鋼管に仕上げた。なお、Ｏプレス成形では、スプリングバック分を見込んだプレスを実施している。また、Ｏプレスの金型の端面はあらかじめ研削しておき、金型間のギャップを十分に確保しておくものとする。
【００２４】
以上の４つのケースについて、それぞれ、成形に要する時間、すなわち、製造時間の比較を実施した。その結果を図５に示す。ここで、図５では、縦軸に、通常（図２に示した従来方法により成形する際）の32inchのＵＯＥ鋼管の製造時間を基準時間として、それぞれの製造時間比をとっている。
次に、図６は、以上の４つのケースについて、成形後の硬度を比較したグラフである。なお、図６においても、縦軸は、同材質で通常（図２に示した従来の）方法により製造したＵＯＥ鋼管の硬度を基準として、それぞれの硬度レベル比を示している。
【００２５】
図５において、比較例１では、この径専用のインサートライナを上下金型に装着する必要が生じることから、その交換に時間を要することになる。そのため、特に、Ｏプレスでの処理時間が長いものとなる。比較例２では、金型交換などの時間は特に必要とならず、最終の拡管工程を２回実施する分のみ製造時間が長くなっている。また、比較例３では、この径専用のインサートライナを下金型に装着する必要が生じ、その交換に時間を要しており、比較例１よりは短いものの、製造時間は大幅に増加する。
【００２６】
一方、本発明例の場合、通常の32インチサイズのＵＯＥ鋼管と全く同一の製造時間で製造が可能であり、中間のミリ(mm)サイズの製造であっても能率は全く低下しない。
次に、図６に示す硬度の比較では、特に、比較例２の硬度が大幅に上昇しており、ＵＯＥ鋼管の製品規格から見ても機械的性質を満足させるのは非常に難しい結果となっている。その他のケースでは、本発明例を含み、硬度で特に問題となることはない。
【００２７】
以上、説明したように、本発明例では、特に専用の金型、インサートライナを用意することなく、効率よく、機械的性質も良好なＵＯＥ鋼管を生産能率を低下させずに製造することができるようになる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によって、あらかじめ、金型、インサートライナが用意されていない中間サイズのＵＯＥパイプを製造することが可能となる。また、新たな金型やインサートライナが不要で、かつ、新たな工程の追加も必要とせずに、ミリ（mm）サイズ等の中間外径のＵＯＥパイプを自在に製造できるようになる。
【００２９】
その結果、金型、インサートライナの製造に要するコストの削減と、段取り替え時間の短縮を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用するＯプレスの模式図である。
【図２】ＵＯＥパイプの製造工程を示すフロー図である。
【図３】ＵＯＥパイプのＯプレスの様子を示す模式図である。
【図４】ＯプレスにおけるＵＯＥパイプの縦径と横径の推移の一例を示すグラフであり、（ａ）は従来の場合を示し、（ｂ）は本発明方法の場合を示す。
【図５】本発明例と幾つかの比較例におけるＵＯＥパイプの製造時間比を示すグラフである。
【図６】本発明例と幾つかの比較例におけるＵＯＥパイプの硬度レベル比を示すグラフである。
【図７】本発明の派生的な実施形態を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ＵＯＥパイプ
2a （上側）金型
2b （下側）金型
2c、2d 対向端面
３インサートライナ

Claims

製造外径に応じて所定の材料長さに切断した板材を、ＵプレスでＵ字形に成形し、さらに金型と該金型に対応したインサートライナの交換で外径を段階的に設定可能なＯプレスでパイプ形に成形し、その後、成形した該板材の対向端部の接合を行い、最後に拡管を実施することで、段階的に設定した外径のパイプを製造するＵＯＥパイプの製造設備を用いて、
前記の段階的に設定した外径の中間外径のＵＯＥパイプを製造するに際し、
上下金型およびインサートライナの対向端面をあらかじめ研削してギャップを拡大しておき、
前記中間外径に対し、大きい側のパイプ外径に適用するインサートライナを用いてＯプレスを行うことを特徴とするＵＯＥパイプの製造方法。
前記の所定の材料長さ（Ｌ）を、
Ｌ＝π・（Ｄ_o−ｔ）、
但し、Ｄ_o：Ｏプレス完了後の目標パイプ外径、ｔ：板材厚、
とし、
前記Ｏプレスを所定の位置までプレスした際に、前記板材がインサートライナ内面に対し幾何学的に内接円となるようにしておくことを特徴とする請求項１に記載のＵＯＥパイプの製造方法。
前記Ｏプレスに際し、そのプレスによる締め込み量を、ＵＯＥパイプのスプリングバック分を考慮した締め込み量とすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のＵＯＥパイプの製造方法。