JP4661370B2 - 電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電縫鋼管の製造方法に係わり、とりわけ、製品歩留り及び製品鋼管の肉厚精度を従来より向上させる製造技術に関する。

電縫鋼管には、例えば図６に示すような製造工程（ライン）を経て製造されるものがある。素材としてのコイル状に巻かれた鋼帯１（コイル１個分に相当する鋼帯の長さは２００〜１８００ｍで、幅方向の平均肉厚は１．５〜９．０ｍｍ程度）をアンコイラー２で連続的に巻き戻し、中継ぎと称して先行コイルの後端部と後行コイルの先端部とを溶接で順次接合し、水平に走行させながら一群の成形ロール３で幅方向に丸めて円筒状に成形する。成形後の円筒体は、まだ鋼帯の幅方向端部が突き合わされただけの状態にあるので、その突合せ部分を誘導コイル４で加熱してからスクイズロール５で圧接（溶接）し、ビードと称する溶接部の肉の盛り上がりをビード切削バイト６で除去して、管体とする。上記の圧接は連続的に行われるので、得られた管体は非常に長いものになる。そこで、該管体は、走間切断機（カットオフという）７で３５〜５０ｍ程度の長さに切断して、中間製品としての管体（電縫母管８と称する）にする。引き続き、この電縫母管８は、図示していないインダクションヒーター等で再加熱され、ロールスタンドを多段に配置したホットストレッチレデューサー（以下、ＨＳＲと略す）と称する圧延機９で、スタンド毎のロール回転数を変更し、スタンド間で管体にかかる張力を変化させて所謂「テーパー」を形成する状態で圧延し、管径を最終製品の寸法まで絞ってから、ホットソー１０で製品鋼管（以下、単に鋼管ともいう）１１の長さに切断し、検査工程を経てユーザーに出荷される。

なお、上記した製造方法では、母管１本分の処理が終了したら次の母管を間欠的に圧延するという所謂「バッチ操業」による方法であるが、別の方法として、成形後の前記カットオフ７による管体切断を省き、連続的に絞り圧延する（つまり、前記母管８を形成しない）所謂「連続操業」を行っても良い。

ところで、かかる電縫鋼管の製造方法を実際に実施するに当たり、現在は、円筒状成形、圧接工程等を省いた図５に示すように、鋼帯１の板厚及び前記電縫母管８（以下、単に母管という）の外径の測定を行わずに公称値（以下、記号：ｎｏｍｉｎａｌで示す）どおりと見なし、ＨＳＲ９入側の母管体積が出側の製品寸法に切断された各製品鋼管１１の合計体積（以下、鋼管総体積という）と一致していることを前提とした「伸ばし長さ比管理」と称する操業を行っている。つまり、母管体積（＝板厚ｔ_nominal×母管外径Ｄ_nominal×π×母管長さＬ_nominal）が出側の鋼管総体積（＝鋼管の肉厚×鋼管の外径×π×鋼管の総長さｌ_nominal：ただし、この製品鋼管１１には先後端に生じ、スクラップとして廃棄されるクロップ１４をも含める）と同じであるから、図４より明らかなように、もし鋼管１１の合計長さが計算上の仮定（目標）長さと異なる場合（合計長さが長い≒肉厚が薄いｔ_thin場合及び長さが短い≒肉厚が厚いｔ_thick場合の２通りある）は、鋼管１１の肉厚が目標どおりになっていないとして、鋼管の肉厚測定前にＨＳＲ９の各ロールの回転数を変更して肉厚を目標どおりに調整する操業方法である。図４では，このロール回転数の変更をテーパーＵＰ，テーパーＤＯＷＮで表している。図５に示したように、母管８はＨＳＲ９で先細にテーパーを形成するような状態で圧延されるからであり、テーパーＵＰとは、テーパ量（％）＝各スタンドの新回転数／旧回転数に従い、テーパー量を大きくするように，テーパーＤＯＷＮとは、テーパー量を小さくするように、圧延機９の各スタンドのロール回転数を調整することである。つまり、各ロールスタンドでのロール間隔を一定に設定した後、それらロール間隔を変更しないで、ロールの回転数だけを変更すれば、圧延中に各ロールスタンド間で母管８に異なった張力が作用するようになり、母管のテーパー状態が変わり、それに伴って肉厚も変わるのである。前記図５は、成形、圧接工程等を省いてこの操業方法を模式的に示したもので、当該図５より、従来は、母管８の長さを一定時間毎にＭ／Ｒ（Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｒｏｌｌの略）１２で測定し、カットオフ７で切断すると共に、肉厚の測定前で製品鋼管１１の長さを別のＭ／Ｒ１３で測定し、その測定値を目標長さと比較して、ＨＳＲ９の各ロールスタンドでのロール回転数をそれぞれ変更する肉厚の所謂「フィードバック制御」である。なお、このフィードバック制御を実施するには、前記テーパー量とロール回転数との関係を明確にしておく必要がある。しかしながら、その関係は、過去の操業データに基づいて、母管のサイズ及び鋼種毎に定めることが可能である。

ところが、上記の操業例は、同一のコイルで電縫鋼管を製造する場合であり、実際の操業では、同一の製品ロット内で多数のコイルを順次処理する。そのようにコイルが替わると、同一製品ロット内であっても、替えたコイルの鋼帯板厚が前のコイルの鋼帯板厚と異なっている可能性がある。上記の操業例では、前記したように、母管及び製品の外径並びに板厚が公称どおり、つまりＭ／Ｒ１２，１３での測定誤差はないと仮定した上で成り立っており、もし仮に実際の鋼帯板厚が公称値よりも厚い場合は、実績鋼管の合計長さ≒目標（仮定）の合計長さであるにもかかわらず、図３に示すように、製品鋼管の肉厚が厚くなってしまう。従って、同一の製品ロット内でコイルが替わり鋼帯板厚が変化した場合には、前回に処理したコイルでの母管と同じテーパー状態で（同一のロール回転数で）圧延すると、肉厚の厚い製品を製造することになる。しかしながら、現在はコイルを構成する鋼帯の板厚は測定されておらず、コイルが替わった際の鋼帯１の板厚変化が不明であるため、コイルを替えた際に母管８のテーパー状態の変更は特に行なわずに、以下のような操業で対処している。

すなわち、図３に示すように、肉厚検査で製品鋼管１１の肉厚を測定するまで過肉厚の鋼管を造管し（母管４〜６本分に相当）、肉厚検査で肉厚を確認後に始めて前記テーパー状態の調整（つまり、ロール回転数の変更）を行い母管１本分の造管を行い、後端のクロップが延長した分だけ、次の母管８のカットオフ７による切断長さを短縮する。従って、この母管８の短縮が行われるまで後端のクロップ１４が長くなってしまう母管８を圧延することになり（母管５〜１３本に相当）、過肉厚製品の製造ばかりでなく、後端のクロップ１４の延長等により歩留り低下を招くという問題を抱えている。

本発明は、かかる事情に鑑み、過肉厚製品の製造を防止できるばかりでなく、後端クロップが長くなり過ぎるような電縫母管の発生を防止し、製品歩留りを従来より向上可能な電縫鋼管の製造方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、鋼帯からなるコイルを巻き戻し、先行コイルの後端部と後行コイルの先端部とを溶接で順次接合し、成形ロール群で該鋼帯の幅方向端部を突き合わせて円筒状に成形、突き合わせ部分を加熱、圧接してから一定長さの管体に切断し、引き続き該管体を再加熱した後、ロールスタンドを多段に配設した圧延機で絞り圧延し、その絞り圧延が、該圧延機の出側で前記コイル１個分で生じる製品総長さを測定し、該測定値と目標総長さとの差が解消するように、各ロールスタンドでのロールの回転数を変更するものである電縫鋼管の製造方法において、まず、前記鋼帯の板厚を測定し、該板厚測定値に基づき、前記管体の体積が常に目標体積値に一致するように該管体を切断すると共に、該管体の肉厚が製品の目標肉厚値になるように、前記圧延機の各ロールスタンドでのロールの回転数を変更することを特徴とする電縫鋼管の製造方法である。

本発明によれば、過肉厚製品の製造を防止するばかりでなく、後端クロップが長くなり過ぎるような電縫母管の発生を防止し、製品歩留りを従来より向上できる。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

まず、発明者は、上記問題点の克服には、「鋼帯の板厚及び前記電縫母管（以下、単に母管という）の外径は公称の値どおりと見なし、ＨＳＲ入側の母管体積が出側の製品寸法に切断された各鋼管の合計体積（以下、鋼管総体積という）に一致している」との従来操業における前提を改める必要があると考えた。つまり、ＨＳＲ入側の母管体積と出側の製品寸法に切断された各鋼管の合計体積（以下、鋼管総体積という）とが、仮定ではなく、実際に一致するような対策を施すようにするのである。

そのため、本発明では、まず、図１に示すように、板厚計１５を製造ラインに新設し、鋼帯１の板厚をカットオフ７への切断命令を発信する時期まで連続的に精度良く実測すると共に、その測定値（Ｔ_PV）をトラッキングする装置１６（例えば、コンピュータ）を設けた。ここで、板厚計１５は、公知のもので良く、例えばレーザー距離計等が利用できる。また、該トラッキング装置１６は、鋼帯１の長手方向１ｍ毎に板厚をトラッキングできるようにする。そして、該トラッキング装置１６からの情報を受けて、母管体積が常に所望の値で一定（つまり、ＨＳＲ出側の総製品長さが目標製品総長さと同じ）になるように，公称長さ（Ｌ_nominal）からの補正値（δＬ）を計算すると共に、該補正値（δＬ）をカットオフ７へ出力する母管の切断長さ（Ｌ）を変更する制御装置１７（別のコンピュータ）も設けた。

Ｌ＝Ｌ_nominal＋δＬ
ここで、δＬは、板厚ｔ_nominal×母管外径Ｄ_nominal×π×母管長さ（Ｌ_nominal＋δＬ）＝鋼管の目標肉厚ｔｍ×鋼管の目標外径ｄｍ×π×鋼管の総長さｌ_nominal：より求まる。

このような板厚計１５、トラキング装置１６及び制御装置１７を新設することにより、ＨＳＲ９入側の母管体積と出側の製品寸法に切断された各鋼管の合計体積（以下、鋼管総体積という）とは、常に所望の値で一定となり、前記した「後端クロップが長くなり過ぎる」ような母管８の発生が解消されるようになる。

次に、従来は、一定長さに切断した母管を、ロールスタンドを多段に配設した圧延機９での絞り圧延に際して、「伸ばし長さ比管理」、つまり圧延機の出側で製品総長さを測定し、該測定値と目標総長さとの差が解消するように、各ロールスタンドでのロールの回転数を前記フィードバック制御で変更するようにしていたが、本発明では、製品肉厚の精度をさらに高めるため、そのフィードバック制御に加えて、フィードフォワードでロールの回転数を調整することも導入した。

そのため、図１に示すように、前記フィードバック制御を行うためのプロセスコンピューター１８に、前記鋼帯１の板厚を測定し、該板厚測定値に基づき、前記母管８の体積が常に目標体積値に一致するように切断された該母管８の情報受け、該母管８の肉厚が製品の目標肉厚値になるように、前記圧延機での母管８のテーパー量（状態）をも予め計算するソフト（モデル２）を内臓させるようにした。つまり、該テーパー量をＴＰ＝ＴＰ_nominal＋ＴＰ_SR-FF＋ＴＰ_SR-FBとして求めるのである。

ここで、ＴＰ：本発明実施時のテーパー量、
ＴＰ_nominal：通常のテーパー量、
ＴＰ_SR-FF：フィードフォワード制御時のテーパー量補正値
ＴＰ_SR-FB：従来のフィードバック制御時のテーパー量補正値
なお、ＴＰ_SR-FF：及びＴＰ_SR-FB：は、スタンド間ストレッチ係数とロールバイト内の力のつりあいより求めれば良い。

そして、上記計算で決まったテーパー量（ＴＰ）で絞り圧延を行うため、該テーパー量を各ロールの回転数に変換して出力するコンピュータ１９も別途設けた。ここでも、テーパー量とロール回転数との関係及びロール回転数と製品肉厚との関係は、予め過去の操業データ、試験操業等で定めておくことになる。

これらの装置を利用したフィードフォワード制御を加えることで、製品の肉厚が従来より精度良く目標値を達成するようになり、過肉厚製品の製造が防止できるようになる。従って、従来のフィードバック制御による肉厚調整に加えて、上記した母管８の切断制御及び製品肉厚のフィードフォワード制御を同時に行う本発明によれば、製品歩留り従来より格段に向上するばかりでなく、過肉厚製品の製造も防止できるようになる。

以上述べた本発明は、電縫鋼管の造管が「バッチ操業」で行う場合に適用されるものである。ところが、前記した「連続操業」には、該本発明は適用できない。そこで、発明者は、「連続操業」の造管にも適用可能な技術についても検討した。

「連続操業」では、「バッチ操業」のような電縫母管は製造しない。つまり、連続した長尺の管体を造管してから、一定長さの電縫母管と称する中間鋼管を形成せずに、一気に絞り圧延して製品寸法にする必要がある。従って、母管体積を一定とする考えは採用できず、「一定時間に通過する管体の体積は一定である」との前提をして、長尺管体のＨＳＲの入側速度と出側速度との比を用いたフィードバック制御を導入する。

具体的には、図２に示すように、前記板厚計１５及びトラキング装置１６を利用し、鋼帯１の板厚情報をトラッキングする。そして、そのトラッキングしたうち、製品鋼管の１本分に必要な情報（１カット板厚情報という）と、既存のＭ／Ｒ１２，１３を用いて測定したＨＳＲの入側速度（Ｖｉ＝Ｖ_nominal＋δＶ）及び出側速度（Ｖｏ＝Ｖ´_nominal＋δＶ´）とを前記コンピュータに入力して、記憶させてあるテーパー量計算ソフトを用い、製品１本毎に目標肉厚を達成するテーパー量をＴＰ＝ＴＰ_nominal＋ＴＰ_TPδ_V,δ_Vとして計算する。

ここで、ＴＰ：製品１本毎に目標肉厚を達成するテーパー量、
ＴＰ_nominal：通常のテーパー量
ＴＰ_TPδ_V,δ_V：ＨＳＲの入側速度と出側速度との比で決まるテーパー量補正値
なお、計算には、ＨＳＲの入側速度（Ｖｉ）／出側速度（Ｖｏ）の比とテーパー量との関係が必要であるが、それも予め過去の操業データ、試験操業等で定めておけば良い。また、テーパー量とロール回転数との関係及びロール回転数と製品肉厚との関係についても同様である。

そして、得られたＴＰを達成するための各ロールの回転数（Ｎ＝Ｎ_nominal＋Ｎ_TP）を前記別のコンピュータ２０で計算し、その回転数に変更して長尺の管体を絞り圧延するようにした。

ここで、Ｎ：本発明によるロールの回転数、
Ｎ_nominal：通常のロール回転数、
Ｎ_TP：ＨＳＲの入側速度と出側速度との比で決まるテーパー量補正値に対応するロール回転数の補正値
これにより、電縫鋼管の製造において、「連続操業」でまったくクロップを発生させずに、製造した電縫鋼管の肉厚を「バッチ操業」に適用する上記本発明で製造した場合と同程度にすることができるようになる。

鋼種ＡＰＩ５ＡＮ８０Ｃのコイル状鋼帯を素材にして、図６に示した設備列を用い、サイズが外径２５．４ｍｍφ×肉厚４．５ｍｍ×長さ５．５ｍの電縫鋼管を製造した。製造方法は、肉厚のフィードバック制御を取り入れた「伸ばし長さ比管理」と称する方法（図５参照）及び本発明に係る方法の２通りであるが、本発明に係る方法は、各コイルを順次処理するバッチ操業（図１参照）とコイルを順次溶接して連接させた連続操業（図２参照）とに分けて、それぞれ個別に行った。絞り圧延機としては、ロールスタンドが最大１６段もしくはそれ以下のものを用い、各ロールスタンドに孔型サイズの異なる４つのロールを組み合わせて管体の通過する間隔を形成した。

従来の操業方法では、電縫母管の長さをカットオフ７で常時一定長さの４７．３ｍに切断して、「伸ばし長さ比管理」によりテーパー量を１０．０〜１２％の範囲でロールの回転数をフィードバック制御で変更して絞り圧延を行った。その結果、表１に示すように、コイル１個分当たりのクロップ発生量がかなり多く、製品歩留りは９２．３％であった。また、製品鋼管の肉厚は、４．３２〜４．５８ｍｍであり、目標の４．３５〜４．５５ｍｍを外れるものも相当量発生していた。

これに対して、操業中における鋼帯板厚（幅方向平均値）を新設した板厚計１５で測定したところ、５．０３〜５．０７ｍｍの範囲で変動していた。そこで、本発明の「バッチ操業」を適用して、電縫母管の長さを該母管の体積が常に目標体積値（４７．３２８ｍ³）に一致するように切断すると共に、その情報を受けて製品肉厚を目標肉厚にするようにテーパー量を参考にロールの回転数を予め変更するフィードフォワード制御を加えた。

その結果、表１に示すように、コイル１個分当たりのクロップ発生量が従来に比べて０．２３％も減り、製品歩留りは９４．２％に向上した。また、製品鋼管の肉厚は、４．３４〜４．４４ｍｍであり、目標の４．３５〜４．５５ｍｍを外れるものはほとんどなかった。

また、引き続いて、ＨＳＲの入側速度と出側速度との比でテーパー量の補正値を決めてからロール回転数を変更する本発明に係る「連続操業」を実施したが、表１に示すように、「バッチ操業」の場合と同様に、製品肉厚は目標から外れることがほとんどなかった。

本発明に係る電縫鋼管の製造方法を説明するフロー図である。 別形態の本発明に係る電縫鋼管の製造方法を説明するフロー図である。 従来の電縫鋼管の製造方法で生じる問題点を説明する図である。 従来の電縫鋼管の製造方法で生じる問題点の別態様を説明する図である。 従来の電縫鋼管の製造方法を説明するフロー図である。 電縫鋼管を製造する設備列の１例を示すフロー図である。

符号の説明

１ 鋼帯
２ アンコイラー
３ 成形ロール
４ 誘導コイル
５ スクイズロール
６ ビード切削バイト
７ 走間切断機（カットオフ）
８ 電縫母管
９ 圧延機（ＨＳＲ）
１０ ホットソー
１１ 製品鋼管（鋼管）
１２ Ｍ／Ｒ
１３ 別のＭ／Ｒ
１４ クロップ
１５ 板厚計
１６ トラッキング装置
１７ 制御装置
１８ プロセスコンピュータ
１９ コンピュータ
２０ ＴＶモニタ
２１ インダクションヒーター

Claims (1)

1. 鋼帯からなるコイルを巻き戻し、先行コイルの後端部と後行コイルの先端部とを溶接で順次接合し、成形ロール群で該鋼帯の幅方向端部を突き合わせて円筒状に成形、突き合わせ部分を加熱、圧接してから一定長さの管体に切断し、引き続き該管体を再加熱した後、ロールスタンドを多段に配設した圧延機で絞り圧延し、その絞り圧延が、該圧延機の出側で前記コイル１個分で生じる製品総長さを測定し、該測定値と目標総長さとの差が解消するように、各ロールスタンドでのロールの回転数を変更するものである電縫鋼管の製造方法において、
   まず、前記鋼帯の板厚を測定し、該板厚測定値に基づき、前記管体の体積が常に目標体積値に一致するように該管体を切断すると共に、該管体の肉厚が製品の目標肉厚値になるように、前記圧延機の各ロールスタンドでのロールの回転数を変更することを特徴とする電縫鋼管の製造方法。

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