JP5298646B2 - 耐座屈性能に優れる電縫管ラインパイプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐座屈性能に優れる電縫管ラインパイプの製造方法に関し、特に、ラインパイプとして敷設後も地震や凍土による座屈への影響を受けにくい、耐座屈性能に優れる電縫管ラインパイプの製造方法に関する。

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、熱延帯板を素材とするワーク（加工対象物）を、ロール成形により連続的に板幅を丸めてオープン管状となし、丸まった板幅の両端面がＶ形に収束してなるシームを電縫溶接して製造する。しかし、前記ロール成形の途中では、ワーク断面形状を真円形状に沿わせることができないため、電縫管は他の鋼管と比べ円周方向に不均一な機械的特性を有する。そこで、電縫溶接して管とした後、さらにサイザーで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った。

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、夏季には軟化し冬季には凍結化する地盤変化によりパイプ長手方向に圧縮力が作用して、パイプが座屈して折れ曲がりやすく、さらには破損に至る問題を常に抱えていた。したがって、電縫管をラインパイプに適用する場合は、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得なかった。

従来から、電縫管の普及を図るため、例えば、特許文献１、２等に示されるように、素材の改良によって低温靭性にすぐれたＡＰＩ規格Ｘ８０鋼管や機械的複合特性を有するラインパイプ用鋼材の技術開発が行われている。
特開昭５８−３４１３３号公報 特許第３９０３７４７号公報

しかし、前記従来の技術はいずれも素材または鋼管の平均的な機械的特性を変えるものであって、成形途中で生じた不均一な歪による機械的特性を管円周方向に均一化するものではない。
本発明者らが、電縫管ラインパイプの円周方向機械的特性を調べたところ、ワークのロール成形時に、特に板幅中央部、すなわち管となった後の溶接部反対側となるほぼ１８０度の板底近傍位置に歪みが集中して機械的特性が低下し、このことが、管円周方向に不均一な特性を生じる大きな原因となっていた。しかも、造管後の管の矯正には、管を回転させずに孔型ロールによる微小量の縮径のみで矯正するサイザーが多用されるため、管円周方向の特定部位に集中する歪みを分散することが全くできていない。すなわち、従来の技術では、電縫管の耐座屈性能を十分向上させることはできず、この点が課題であった。

本発明は、前記課題を解決するためのものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（請求項１）
帯板を通材しつつロール成形し、突き合せた板幅両端部を電縫溶接して管となし、シームアニーラーで電縫溶接部に熱処理をし、切断した後、前記切断した管を、計３スタンド以上で、最前段を入側スタンド、最後段を出側スタンド、それらの間のスタンドを中央スタンドとして、入側、出側両スタンドのロール高さをほぼ同じとした回転矯正機にて回転させつつ矯正する電縫管ラインパイプの製造方法であって、前記矯正するにあたり、前記回転矯正機のロールには管外径以上の有効バレル長を有する鼓形ロールを用い、前記中央スタンドのロール高さを前記入側、出側両スタンドのそれに対し＋１５ｍｍ以上、＋４０ｍｍ以下の範囲で上昇または下降させることを特徴とする耐座屈性能に優れる電縫管ラインパイプの製造方法。

本発明によれば、電縫管の円周方向に比較的均一な機械的特性を得ることが可能であり、ラインパイプとして敷設後も地震や凍土による座屈の影響を受けにくい電縫管ラインパイプを製造することができる。

図１は、本発明の実施に適した電縫管造管ラインの１例を示す概略図である。図１の造管ラインでは、帯板がアンコイラー１で払出され、レベラー２で矯正され、次いでロール成形機４で板幅を丸めるようにロール成形され、ロール成形の最終段階でフィンパススタンド３により板幅両端部が突き合せされ、この突き合せされた両端部（溶接前のシーム）がコンタクトチップ等からなる誘導加熱手段５で誘導加熱された後、スクイズロールからなる圧接手段で接合される。この誘導加熱し接合することを電縫溶接するという。電縫溶接により帯板は管10となる。管10は、スクイズロール６出側でビード部切削機７によりビード部切削され、図示しないシームアニーラーで電縫溶接部（溶接後のシームとその周辺の熱影響部）を熱処理された後、管切断機９で所定の長さに切断される。切断後の管10は回転矯正機８で回転矯正される。なお、20は管10の通材方向（管長手方向にとられる）である。一方、図２に例示する従来多用される電縫管造管ラインでは、帯板を管10とし、ビード部切削および電縫溶接部熱処理を施すまでは図１と同じであるが、その後の工程が図1と異なる。すなわち、図２では、管10は、切断後回転矯正されるのではなく、サイザー11により外径調整された後、管切断機９で所定長さに切断される。

本発明に用いる回転矯正機は、管の真円度や曲がりを矯正するために用いられる場合がある。この回転矯正機は、表面形状を回転双曲面形状とする鼓形ロールを上下計２ロール有するスタンドを計３スタンド以上直列に配置してなり、その鼓形ロールで管を回転させながら通材方向（管長手方向）に送る機構を有するものである。
本発明者らは、回転矯正における材料（管となったワーク）の挙動を鋭意検討し、その結果、複数スタンドを用いる回転矯正では、スタンド間において管の長手方向に圧縮歪みが蓄積すること、あるいは、長手方向に圧縮歪み・引張歪みが交互に加わることを見出した。これらは、管の長手方向にバウシンガー効果と称する、材料の降伏応力を低減する効果が有効に働くことを示唆している。長手方向に圧縮歪みが加われば、その後の引張歪みを加える材料試験において降伏応力は低減しやすくなり、長手方向に圧縮・引張歪みが交互に作用すれば、材料内部に可動転位が増加して降伏応力は低減しやすくなる。しかも、その歪みは管が回転することにより、管円周方向に均一な歪みとなりやすく、さらに、降伏応力の円周方向分布を調査したところ、管全体の降伏応力が低減するだけでなく、その歪みが円周方向で均等化する傾向にあることを把握した。

一方、従来の電縫管製造においては、帯板を素材とするワークの幅を連続的に円弧形状に沿って曲げるようにロール成形し、そのロール成形途中ではワーク断面を真円に沿った形状とすることができないため、円周方向の不均一歪みが残留したままであった。本発明者らの調査結果によると、その原因として、サイザーが多用されることが挙げられた。サイザーでは、管を回転させずに孔型ロールによる微小量の縮径のみで矯正するため、管円周方向の特定部位に集中した歪みを分散することが全くできていなかったのである。

そこで、回転矯正における上記の有用な作用を活用して、造管後の電縫管に回転矯正を施せば、円周方向に不均一な電縫管の降伏応力を均一化できて、管の耐座屈性能を大幅に向上できる。その結果、この電縫管をラインパイプとして敷設すると、地震発生時にも局部的に座屈しにくくなってパイプが破損せず、また、このパイプを凍土地帯に埋設しても、夏季に軟化し冬季に凍結化する地盤変化によりパイプ長手方向に加わる圧縮力にも耐えて、パイプが座屈しにくくて折れ曲がりにくくなるわけである。

また、回転矯正でバウシンガー効果を管の円周方向、長手方向にできるだけ均等化するように働かせるには、管とロールとの接触回数を増やすことが必要である。本発明者らは、ロールの有効バレル長に着目して管との接触回数を増加させる方法を検討した。ここで、有効バレル長とはロールと管とが接触可能なロール幅方向（ロール軸方向）長さを指す。回転矯正に適用されるロールはロール軸方向を管の通材方向に対して傾斜させており、これにより管を通材させる推進力も得る。そのため、ロール面は、管との接触面積をできるだけ稼げるように、回転双曲面形状とされており、ロール形状は、バレルがロール軸方向中央で細くて端部に向かうほど太くなる、鼓形の形状を有する。

そこで、本発明者らは鼓形ロールの有効バレル長に着目し、ロールバイト内で管がロールと接触しながら少なくとも１回転以上回転する条件であれば、管の降伏応力を円周方向に均一化させやすいことを把握した。この条件を満たすには、鼓形ロールの有効バレル長を管外径以上にとればよいわけである。
また、回転矯正機は通常計３スタンド以上で構成され、各スタンドが上下計２ロールを有し、最前段を入側スタンド、最後段を出側スタンド、それらの間のスタンドを中央スタンドとして、入側、出側両スタンドのロール高さをほぼ同じ（誤差１ｍｍ未満で同じ）とし、これらのロール高さに対して中央スタンドのロール高さを上昇または下降させて管長手方向に曲げ歪みを加える。

そこで、本発明者らは、回転矯正機を使ってバウシンガー効果による材料の降伏点をさらに有効に低減する手段を鋭意検討した。その結果、回転矯正機の入側スタンドのロール高さ（略して入側ロール高さ）および出側スタンドのロール高さ（略して出側ロール高さ）に比較して、中央スタンドのロール高さ（略して中央ロール高さ）を＋１ｍｍ以上、＋４０ｍｍ以下の範囲で上昇または下降させるとよいことを見出した。

すなわち、入側、出側両ロール高さに対する中央ロール高さの上昇量または下降量を＋１ｍｍ未満とすると、管長手方向の圧縮歪が不足して材料の弾性変形以内となり、歪が入らないか著しく低くなる。また、中央ロール高さの上昇量または下降量を＋４０ｍｍ超とすると、管の曲げによる扁平量が著しく大きくなり、管の真円度が損われる。したがって、入側、出側両ロール高さに対する中央ロール高さの上昇量または下降量（略して中央ロール上昇量または中央ロール下降量）を＋１ｍｍ以上、＋４０ｍｍ以下とするのがよいのである。

質量％で０．０５％Ｃ、０．２％Ｓｉ、１．２％Ｍｎを含有する鋼組成になる帯板を素材とし、該素材を図１または図２に示した造管ラインに通し、管とした後の矯正条件を表１のＮｏ．１〜４欄に示す各条件に設定して、外径６００ｍｍ、肉厚１９．１ｍｍの電縫管を製造した。製造した電縫管の溶接部から円周方向にほぼ９０度の位置、および、ほぼ１８０度の位置（円弧形状の板底相当位置）から、管長手方向にＪＩＳ１３号引張試験片を各々１０本切り出し、引張試験を行って機械的特性を求めて評価した。
(Ｎｏ．１) 本発明例として、図１の造管ラインにて造管し、その際、計３スタンドからなる回転矯正機の鼓形ロールの有効バレル長、および、中央ロール上昇量をそれぞれ表１のＮｏ．１欄に示す値に設定した。
(Ｎｏ．２) 比較例として、図１の造管ラインにて造管し、その際、計３スタンドからなる回転矯正機の鼓形ロールの有効バレル長、および、中央ロール上昇量をそれぞれ表１のＮｏ．２欄に示す値に設定した。
(Ｎｏ．３) 比較例として、図１の造管ラインにて造管し、その際、計３スタンドからなる回転矯正機の鼓形ロールの有効バレル長、および、中央ロール上昇量をそれぞれ表１のＮｏ．３欄に示す値に設定した。
(Ｎｏ．４) 従来例として、図２の造管ラインにて造管し、その際、サイザーは４スタンド構成のものとした。

上記Ｎｏ．１〜４の各矯正条件で製造した電縫管について上記機械的性質を求めた結果を表１に示す。表１より、本発明例による電縫管では、１８０度位置近傍の降伏応力ＹＳが従来例よりも低くて、９０度位置近傍のそれに近い値を示し耐座屈性能に優れている。これに対し、比較例(Ｎｏ．２)による電縫管および従来例による電縫管では、１８０度位置近傍の降伏応力ＹＳが９０度位置近傍のそれより高くて、耐座屈性能に劣っている。また、比較例(Ｎｏ．３)の矯正条件では、管の回転矯正時に大きな偏平が生じるとともに、通材速度が著しく低下して、合格製品としての電縫管を製造できなかった。

本発明の実施に適した電縫管造管ラインの１例を示す概略図である。 従来多用される電縫管造管ラインの１例を示す概略図である。

符号の説明

１ アンコイラー
２ レベラー
３ フィンパススタンド
４ ロール成形機
５ 誘導加熱手段（コンタクトチップ）
６ 圧接手段（スクイズロール）
７ ビード部切削機
８ 回転矯正機
９ 管切断機
10 管
11 サイザー
20 通材方向

Claims (1)

1. 帯板を通材しつつロール成形し、突き合せた板幅両端部を電縫溶接して管となし、シームアニーラーで電縫溶接部に熱処理をし、切断した後、前記切断した管を、計３スタンド以上で、最前段を入側スタンド、最後段を出側スタンド、それらの間のスタンドを中央スタンドとして、入側、出側両スタンドのロール高さをほぼ同じとした回転矯正機にて回転させつつ矯正する電縫管ラインパイプの製造方法であって、前記矯正するにあたり、前記回転矯正機のロールには管外径以上の有効バレル長を有する鼓形ロールを用い、前記中央スタンドのロール高さを前記入側、出側両スタンドのそれに対し＋１５ｍｍ以上、＋４０ｍｍ以下の範囲で上昇または下降させることを特徴とする耐座屈性能に優れる電縫管ラインパイプの製造方法。

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