JP4946731B2

JP4946731B2 - 耐座屈性能に優れる電縫管の製造方法

Info

Publication number: JP4946731B2
Application number: JP2007219837A
Authority: JP
Inventors: 一仁剣持; 泰康横山; 能知岡部; 坂田　　敬
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-08-27
Also published as: JP2009050890A

Description

本発明は、耐座屈性能に優れる電縫管の製造方法に関する。耐座屈性能に優れる電縫管とは、ラインパイプとして敷設された後、地震や凍土による座屈の影響を受けにくい電縫管のことである。

石油や天然ガス等を輸送するパイプラインには、多くはＵＯＥ鋼管が適用され、ＪＣＯ、スパイラル鋼管、シームレス鋼管、一部には電縫管も適用されている。
電縫管は、熱延帯板をロール成形して、板幅端部を突き合わせて電縫溶接して製造する。この電縫管製造工程の１例を図１に示す。この工程では、帯板20をアンコイラー１から払い出し、レベラー２で平坦に矯正した後、成形ロールスタンド群４でのロール成形により板幅を連続的に円弧形状に曲げていき、円弧形状となった板幅の両端部を加熱手段（コンタクトチップ）５で加熱しつつ突き合わせし、圧接手段（スクイズロール）６で圧接（溶接）して、この圧接してなるシーム部を有する管30とする。成形ロールスタンド群４は複数のブレークダウンロールスタンドおよびその他のロールスタンドからなる。各ブレークダウンロールスタンドでは、最上流側のブレークダウンロール第１スタンド３の場合を例として図３に示すように、凸ロール（上凸ロール）11と凹ロール（下凹ロール）12とからなるブレークダウンロール10が用いられる。また、電縫溶接機14は誘導加熱手段５と圧接手段６とからなる。

前記圧接後は、まずビード切削機７で管30のシーム部からビード（余肉）を切削除去し、次いでシームアニーラー15でシーム部周辺を熱処理して溶接歪みを取り去り、次いで管30をサイザー８に通して外径矯正を行い、最後に管切断機９で管30を所定の長さに切断する。
上記ロール成形では一般に帯板の幅を連続的に円弧形状に沿わせて曲げていくが、その途上では真円弧形状に沿わせることができないために、電縫管は他の鋼管に比較して機械特性が円周方向に不均一なものとなる。そのため、電縫溶接して管とした後、さらにサイザーで外径矯正して目標の真円度に近づけているが、円周方向の不均一歪みは残留したままである。

その結果、電縫管をラインパイプとして敷設すると、地震発生時に局部的に座屈しやすくてパイプが破損しやすい問題があり、また、凍土地帯に埋設すると、夏季の軟地盤と冬季の凍結地盤とが交互に繰り返されることによりパイプ長手方向に圧縮力が作用するため、パイプが局部的に座屈して折れ曲がりやすく、さらには破損にいたる問題を抱えている。

したがって、電縫管をラインパイプとして用いる場合は、その敷設条件に大きな制約が伴うため、電縫管の普及率はＵＯＥ鋼管等に比較すると低くならざるをえなかった。
そこで、従来から電縫管の普及を図るため、その素材に着目して、例えば特許文献１や特許文献２に示されるように、素材の改良によって降伏応力ＹＳと最大引張応力ＴＳとの比を大きくし、特にＹＳを低減して、座屈しにくい鋼管とする方法が提案されている。
特開昭５８−０３４１３３号公報特許第３９０３７４７号公報

しかしながら、上述のロール成形においては、特に、帯板が板幅中央部近傍（該帯板から製造される電縫管の１８０度位置近傍、すなわちシーム部から円周方向に約１８０度［１８０度±１０度］離れた部位、に対応する）で板幅方向に折れ曲がりやすく、この部分に歪みが集中し、管となった後も前記歪みが集中した状態が存続する結果、管の機械特性が円周方向に不均一となり、耐座屈性能に劣る電縫管が製造されてしまうという課題があった。

前記従来の方法は、いずれも帯板または鋼管全体の特性を変えるものであって、そこには前記課題はなんら示されていない。

発明者らは前記課題を解決するための手段を鋭意検討し、以下の要旨構成になる本発明をなした。
１．帯板をロール成形し板幅端部を突き合わせて電縫溶接する電縫管の製造方法であって、前記ロール成形の初期には上側の太鼓形状の凸ロールと下側の鼓形状の凹ロールとで構成されたブレークダウンロールスタンドを複数配置して用い、これらのうち、板を送る摩擦力を確保しつつ、板幅中央部の圧下率を０％にするブレークダウンロール第１スタンドのみにおいて凸ロールの、ロールバレル中央部に板幅の５〜２５％の軸方向幅を有する平坦化部分を設け、板幅中央部が圧下されないようにして成形を行うことを特徴とする耐座屈性能に優れる電縫管の製造方法。

ここで、板は帯板の略記である。

本発明によれば、ラインパイプとして敷設されたときに地震や凍土による座屈の影響を受けにくい電縫管を製造することができる。

発明者らは前記検討により、電縫管の機械特性の円周方向不均一が助長されているのは、前記１８０度位置近傍の機械特性が劣化し、特にその位置近傍のＹＳが他の位置のそれと比べて増加している所為であると看破した。そして、この位置近傍のＹＳが増加する原因は、この位置近傍に対応する板幅中央部近傍がロール成形の際にブレークダウンロールで圧下されて加工硬化することや、その後に円弧形状に曲げる際に前記板幅中央部近傍からの折れ曲がりが大きいことにあることを把握した。

図３に示されるように、ブレークダウンロール10は、太鼓形状（軸方向断面形状が外に凸の円弧形状）の凸ロール（上凸ロール）11と鼓形状（軸方向断面形状が外に凹の円弧形状）の凹ロール（下凹ロール）12とを組み合わせて構成されている。この上凸ロール11と下凹ロール12を上下に離間させてできる円弧状のギャップに板20を通すことで、板20の断面を円弧形状に成形する。なおＰは圧下力である。

そこで、ブレークダウンロールでの板幅中央部近傍の圧下に着目して検討を進めた。、この位置近傍の圧下を軽減できれば、円周方向にＹＳが不均一に分布する状態を解消できることが期待される。
中でもブレークダウンロール第１スタンドにおいては、板幅を直線形状から円弧形状に成形するため、板の幅方向両端部を支点として中央部を圧下する成形とならざるを得ない。その結果、ブレークダウンロール第１スタンドの円弧状のギャップの隙幅が円弧長方向に板厚とほぼ等しく分布していても、板幅中央部は圧下される。また、ブレークダウンロール第１スタンドは板を下流側に送る役目も担うため、ロールと板との摩擦力を充分確保する必要があり、数％以上の圧下を実施するのが常である。

これらより、板幅中央部は圧下により加工硬化してＹＳが増加しやすいわけである。
そこで、発明者らは板幅中央部の圧下を軽減して、ＹＳの増加を防止する方法を検討した。板幅中央部の圧下率を０％にする案があるが、圧下率を０％にすると板を送る摩擦力が不足する問題がある。
発明者らは板を送るに充分な摩擦力を確保しつつ、板幅中央部の圧下率を０％にするため、ブレークダウンロール第１スタンドの凸ロールに着目した。すなわち、例えば図２に示すように、凸ロール11として、ロールバレル中央部のみを軸方向（＝ロール軸方向）に平坦化してなる平坦化部分13を設けたものを用いれば、この平坦化部分13および/またはこの平坦化部分13と対向する凹ロール11の部分と板20との間に隙間ができて板幅中央部は圧下されず、しかも、板20の送り力はロールバレル中央部以外のロールバレル周辺部分で補うことができる。従来（図３）に比べると板20と凸ロール11との接触面積が減少するため、圧下率を多少増加させれば、中央部は圧下率０％のまま、周辺の圧下率により送り力の確保が可能となる。

なお、板幅中央部の圧下率が０％になっても、ブレークダウンロールによる板幅方向の曲げ応力が作用するため板幅中央部の歪みは０になるとは限らない。
ここで、前記平坦化部分の軸方向幅が板幅の５％未満では、その周辺（平坦化部分の両外側）での圧下による加工硬化が影響してＹＳ低減効果が不足する。一方、前記平坦化部分の軸方向幅が板幅の２５％超では、前記平坦化部分の幅が拡大することにより板と凸ロールとの摩擦力が減少して板の送りができなくなる。よって、前記平坦化部分の軸方向幅は板幅の５〜２５％とする。

質量％で０．０５％Ｃ、０．２％Ｓｉ、１．２％Ｍｎを含有する鋼組成の帯板（板幅１９００ｍｍ）を、図１に示した電縫管製造工程においてブレークダウンロール第１スタンド３の凸ロール11（図２あるいは図３）に関する条件のみを下記のように相異させ、他の条件は相同としてなる複数の工程のうちの各工程により加工して、外径６００ｍｍ、肉厚１９．１ｍｍの電縫管を製造した。なお、上記相同とした条件には図２、図３における圧下力Ｐも含まれる。
（条件１：本発明例１）凸ロール11は、ロールバレル中央部に軸方向幅４５０ｍｍ（板幅の２３．７％）の平坦化部分13を有するものとした（図２）。ブレークダウンロール第１スタンド３において板幅中央部は圧下されない。
（条件２：本発明例２）凸ロール11は、ロールバレル中央部に軸方向幅１００ｍｍ（板幅の５．３％）の平坦化部分13を有するものとした（図２）。ブレークダウンロール第１スタンド３において板幅中央部は圧下されない。
（条件３：比較例１）凸ロール11は、ロールバレル中央部に軸方向幅５５０ｍｍ（板幅の２８．９％）の平坦化部分13を有するものとした（図２）。ブレークダウンロール第１スタンド３において板幅中央部は圧下されない。
（条件４：比較例２）凸ロール11は、ロールバレル中央部に軸方向幅５０ｍｍ（板幅の２．６％）の平坦化部分13を有するものとした（図２）。ブレークダウンロール第１スタンド３において板幅中央部は圧下されない。
（条件５：従来例）凸ロール11は、ロールバレル中央部に軸方向幅０ｍｍ（板幅の０％）の平坦化部分13を有するもの、すなわち、平坦化部分13のない太鼓形状のものとした（図３）。ブレークダウンロール第１スタンドにおいて板幅中央部は圧下される。

各条件で製造した電縫管について、シーム部近傍、およびシーム部から円周方向にほぼ９０度とほぼ１８０度の各位置（それぞれ９０度位置近傍、１８０度位置近傍という）から、管長手方向にＪＩＳ１３号引張試験片を各々１０本切り出して引張試験し、機械特性を測定した。これらの測定結果のうち、９０度位置近傍のＹＳ（降伏応力），ＴＳ（最大引張応力）、および１８０度位置近傍のＴＳを表１に示す。なお、表１中のＹＳ、ＴＳの値はそれぞれ計１０点の測定値のうち最大と最小を除いた残りの８点についての平均値である。

表１より、本発明例では、１８０度位置近傍のＹＳが従来例よりも低くて、他の角度位置のＹＳに近い値を示し耐座屈性能に優れているが、これらに比較して、比較例および従来例では、１８０度位置近傍のＹＳが他の角度位置のＹＳより高くて、耐座屈性能に劣っていた。なお、比較例１は、板を送ることができず造管できていない。

電縫管製造工程の１例を示す模式図である。本発明に係るブレークダウンロール第１スタンドで用いられるブレークダウンロールの１例を示す模式図である。従来のブレークダウンロール第１スタンドで用いられるブレークダウンロールの１例を示す模式図である。

符号の説明

１アンコイラー
２レベラー
３ブレークダウンロール第１スタンド
４成形ロールスタンド群
５加熱手段（コンタクトチップ）
６圧接手段（スクイズロール）
７ビード切削機
８サイザー
９管切断機
10 ブレークダウンロール
11 凸ロール（上凸ロール）
12 凹ロール（下凹ロール）
13 平坦化部分
14 電縫溶接機
15 シームアニーラー
20 帯板(板）
30 管

Claims

帯板をロール成形し板幅端部を突き合わせて電縫溶接する電縫管の製造方法であって、前記ロール成形の初期には上側の太鼓形状の凸ロールと下側の鼓形状の凹ロールとで構成されたブレークダウンロールスタンドを複数配置して用い、これらのうち、板を送る摩擦力を確保しつつ、板幅中央部の圧下率を０％にするブレークダウンロール第１スタンドのみにおいて、凸ロールのロールバレル中央部に板幅の５〜２５％の軸方向幅を有する平坦化部分を設け、板幅中央部が圧下されないようにして成形を行うことを特徴とする耐座屈性能に優れる電縫管の製造方法。