JP5637912B2 - 段付鋼管用カリバーロールおよび段付鋼管用カリバーロールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管の外表面に溝等の段部が一定のピッチで形成された段付鋼管を製造する際に使用される段付鋼管用カリバーロール、および、段付鋼管用カリバーロールの製造方法に関するものである。

従来、例えば特許文献１−３に開示されているように、鋼管の外表面に一定のピッチで溝等の段部が形成された段付鋼管が提供されている。
このような構造の段付鋼管は、鋼管杭等の土木用部材として使用されている。この段付鋼管は、外表面に形成された溝によって摩擦力およびグリップ力が大きくなり、地層やコンクリートとの密着性の向上および支持力の向上を図ることが可能となる。

また、段付鋼管においては、段部によって表面積が大きくなるため、伝熱効率が向上することになる。さらに、段部によって独特の外観を有していることから、この外観を利用して構造物の意匠性を向上させることも可能である。
以上のような利点も有していることから、段付鋼管は、前述の鋼管杭以外の用途においても使用が検討されている。

ここで、前述の段付鋼管は、例えば特許文献１−３に開示されているように、鋼管の造管ライン内において、熱間または温間で鋼管の外表面を押圧手段によって押圧して段部を成形することにより製造されている。段部を成形する押圧手段として、外周面に成形溝を有し、この成形溝内に、成形溝の内面から突出する凸部が形成された段付鋼管用カリバーロールが使用されている。複数の段付鋼管用カリバーロールの成形溝を対向配置することによって成形孔を画成し、この成形孔内に、造管された鋼管を通過させることにより、前述の凸部によって鋼管の外表面を押圧して段部を形成するのである。

特開昭５０−０３３９７１号公報 特開２００８−１７５０５５号公報 特許第４１０９６９８号公報

ところで、特許文献１−３に記載されているように、成形溝内に凸部を設けた段付鋼管用カリバーロールによって鋼管の外表面に段部を形成する場合には、段付鋼管用カリバーロールがロール軸回りに回転しながら、前記鋼管の外表面に凸部が押圧されることになる。このため、凸部には、段付鋼管用カリバーロールの回転方向に向けて大きな荷重が作用することになり、凸部が倒れるように変形したり折損したりしてしまうおそれがあった。特に、段付鋼管用カリバーロールの回転速度を速くした場合には、このような問題が顕著となるため、段付鋼管の製造効率を向上させることが困難であった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、凸部とロール本体との接合強度を向上させることにより、その使用寿命を大幅に延長させることができるとともに段付鋼管の製造効率を向上させることができる段付鋼管用カリバーロールおよびこの段付鋼管用カリバーロールの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る段付鋼管用カリバーロールは、鋼管の外表面に段部が一定のピッチで形成された段付鋼管を製造する際に使用される段付鋼管用カリバーロールであって、ロール軸回りに回転されるロール本体を有し、このロール本体の外周面に前記鋼管の外表面に接触させられる成形溝が形成されており、この成形溝内には、前記成形溝の内面から突出する凸部が設けられており、前記凸部は、前記ロール本体内部に埋め込まれるとともに一部が前記成形溝の内面から突出するように配置された少なくとも１本の棒状部材と、この棒状部材のうち前記成形溝の内面から突出した部分を覆うように形成された肉盛部と、を有しており、前記肉盛部は、前記ロール本体の前記成形溝の内面に配設された下地層と、前記凸部の突端側に配設された外表層と、を備え、前記棒状部材を覆うように、これら下地層及び外表層が配設されており、前記下地層は、前記外表層よりも前記ロール本体との接合性が良好な材質で構成されており、前記外表層は、前記下地層よりも耐摩耗性に優れた材質で構成されていることを特徴としている。

この構成の段付鋼管用カリバーロールにおいては、鋼管の外表面を押圧する凸部が、成成形溝の内面に一部が埋め込まれた少なくとも一本の棒状部材を有しているので、ロール本体に埋め込まれた棒状部材によって凸部に負荷されるロール回転方向の荷重を受けることができ、凸部のロール回転方向への折れ曲がり変形や折損を防止することができる。よって、この段付鋼管用カリバーロールの使用寿命を大幅に延長させることが可能となる。さらに、段付鋼管用カリバーロールの回転速度を速くすることができ、段付鋼管の製造効率を向上させることが可能となる。

ここで、前記肉盛部は、前記ロール本体の前記成形溝の内面に配設された下地層と、前記凸部の突端側に配設された外表層と、を備え、前記棒状部材の周囲を覆うように、これら下地層及び外表層が配設されており、前記下地層は、前記外表層よりも前記ロール本体との接合性が良好な材質で構成されており、前記外表層は、前記下地層よりも耐摩耗性に優れた材質で構成されていることが好ましい。
この場合、凸部が、前記肉盛部として下地層と外表層とを備えており、ロール本体側に配設された下地層が、前記外表層よりも前記ロール本体との接合性が良好な材質で構成されていることから、凸部とロール本体との接合強度の向上を図ることができる。また、前記外表層が、前記下地層よりも耐摩耗性に優れた材質で構成されているので、凸部の耐摩耗性を向上させることができ、凸部の早期劣化を防止することが可能となる。

また、前記下地層は、前記棒状部材のうち前記成形溝の内面から突出した部分を覆うように積層され、前記外表層は、前記下地層の上方に積層配置されており、前記下地層は、そのビッカース硬さが３００Ｈｖ以上３４０Ｈｖ以下とされており、前記外表層は、そのビッカース硬さが４５０Ｈｖ以上４７０Ｈｖ以下とされていることが好ましい。
この場合、ビッカース硬さが３００Ｈｖ以上３４０Ｈｖ以下とされた下地層が形成されているので、凸部に負荷される荷重をこの下地層によって吸収・緩和することができる。さらに、この下地層の上方にビッカース硬さが４５０Ｈｖ以上４７０Ｈｖ以下とされた外表層が形成されているので、凸部の耐摩耗性を向上させることができ、凸部の早期劣化を防止することが可能となる。

さらに、前記下地層と前記外表層との間には、前記下地層を構成する元素と前記外表層を構成する元素との相互拡散によって形成された拡散接合層が設けられていることが好ましい。
この場合、前記下地層と前記外表層とが相互拡散によって強固に接合されていることから、これら外表層と下地層との界面において亀裂等が発生することを防止できる。

また、前記棒状部材のうち前記成形溝の内面から突出した部分の一部が、前記肉盛部と一体化されていることが好ましい。
この場合、ロール本体に埋め込まれた棒状部材と前記肉盛部とが一体化することにより、凸部に負荷される荷重を棒状部材によって確実に受けることが可能となり、凸部のロール回転方向への折れ曲がり変形や折損を防止することができる。

さらに、前記棒状部材の直径が２ｍｍ以上とされ、前記棒状部材の埋め込み深さが４ｍｍ以上とされていることが好ましい。
この場合、ロール本体に埋め込まれた棒状部材の直径、および、埋め込み深さが前述の範囲内に設定されていることから、凸部に負荷される荷重を棒状部材によって確実に受けることが可能となる。

また、前記ロール本体のロール軸を含む断面において、前記成形溝の曲率半径中心を中心点とし、この中心点と前記成形溝の中央点とを結んだ基準線に対して＋４５°以上、および、−４５°以下の部分には、前記凸部の高さが低くされた逃げ部が形成されていることが好ましい。
成形溝においては、径方向外方（成形溝の端部）に位置する部分は、径方向内方（成形溝の中央部）に位置する部分に比べて周速度が速くなる。このことから、鋼管の外表面に成形溝内の凸部を押し付ける際に、成形溝の径方向外方（成形溝の端部）に位置する部分が先行して衝突することになる。そこで、前記成形溝の曲率半径中心を中心点とし、この中心点と前記成形溝の中央点とを結んだ基準線に対して＋４５°以上、および、−４５°以下の部分（すなわち、成形溝の径方向外方（成形溝の端部）に位置する部分）に、前記凸部の高さが低くされた逃げ部を形成することにより、凸部への衝撃を低減することが可能となる。

本発明に係る段付鋼管用カリバーロールの製造方法は、前述の段付鋼管用カリバーロールを製造する段付鋼管用カリバーロールの製造方法であって、前記ロール本体の成形溝の内面に挿入孔を穿設する穿孔工程と、穿設された挿入孔に前記棒状部材の一部を挿入する埋め込み工程と、前記成形溝の内面に肉盛部を形成する肉盛部形成工程と、を備え、前記肉盛部形成工程は、前記成形溝の内面に下地層となる下地基層を形成する下地基層形成工程と、前記下地基層の上に外表層となる外表基層を形成する外表基層形成工程と、を備えており、前記成形溝の内面に前記凸部を形成することを特徴としている。

この構成の段付鋼管用カリバーロールの製造方法においては、前記ロール本体の成形溝の内面に挿入孔を穿設する穿孔工程と、穿設された挿入孔に前記棒状部材を挿入する埋め込み工程と、を備えているので、ロール本体内部に埋め込まれた棒状部材を備えた凸部を確実に成形することが可能となる。
また、前記成形溝の内面に対して下地層となる下地基層を形成する下地基層形成工程と、前記下地基層の上に外表層となる外表基層を形成する外表基層形成工程と、を備えているので、ロール本体内部に埋め込まれた棒状部材と、下地層と、外表層と、を備えた凸部を確実に成形することが可能となる。

ここで、前記埋め込み工程では、ボルトを前記挿入孔にねじ込み、前記成形溝の内面から突出した前記ボルトの頭部を除去することにより、前記棒状部材を形成する構成とすることが好ましい。
この場合、汎用のボルトを利用して凸部を成形できることから、段付鋼管用カリバーロールを容易に製造することが可能となる。また、ボルトのネジ部がロール本体にねじ込まれることから、ネジ部が挿入孔の内周面に係合することになり、ボルト（棒状部材）の抜けを防止することができる。さらに、肉盛部とボルト（棒状部材）の接触面積が大きくなることから、ボルト（棒状部材）と肉盛部との間の剥離を防止することができる。また、ねじ込み量を調整することによって、ボルト（棒状部材）の埋め込み深さ、および、ボルト（棒状部材）の突出高さを容易に調整することが可能となる。

また、前記埋め込み工程では、前記棒状部材の埋め込み深さを４ｍｍ以上とし、前記棒状部材の突出高さを０．５ｍｍ以上１４．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
この場合、成形溝の内面においてロール本体内部に埋め込まれた棒状部材の埋め込み深さを４ｍｍ以上に設定することから、凸部に負荷される荷重を棒状部材によって確実に受けることが可能となる。また、棒状部材の突出高さを０．５ｍｍ以上１４．５ｍｍ以下の範囲内に設定することから、棒状部材と肉盛部とを強固に接合することが可能となる。

ここで、前記下地基層形成工程は、前記成形溝の内面に金属を肉盛溶接して前記下地基層を形成する構成とされており、前記金属を肉盛溶接する際に、溶接された金属に対してピーニング加工を施すことが好ましい。
この場合、下地基層を肉盛溶接によって形成する際に、肉盛溶接された金属に対してピーニング加工を実施していることから、形成された下地基層において残留応力が除去されることになる。よって、凸部の下地層における亀裂等の発生を抑制することができる。

また、前記外表基層形成工程の後にもピーニング加工をすることが好ましい。さらに、前記凸部の形状を整形する凸部整形工程を備えていることが好ましい。
この場合、凸部整形工程によって凸部の形状を精度良く成形することができ、段付鋼管を製造する際に、寸法精度良く段部を形成することができる。なお、この凸部整形工程では、ＮＣ加工機を用いて凸部を加工することが好ましい。また、細部においては手作業にて整形を行ってもよい。

さらに、前記下地基層形成工程では、前記下地基層の最大厚さを０．５ｍｍ以上１４．５ｍｍ以下とし、前記外表基層形成工程では、突端における前記外表基層の厚さを０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることが好ましい。
この場合、下地基層形成工程において、下地基層の最大厚さを０．５ｍｍ以上１４．５ｍｍ以下としていることから、外表基層形成工程の際の熱によって下地基層の一部が拡散しても、一定厚さの下地層が確実に形成されることになる。そして、形成された下地層によって凸部に負荷される荷重を確実に吸収することが可能となる。また、前記外表基層形成工程において、突端における前記外表基層の厚さを０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下としていることから、製造された凸部の突端に外表層が配設されることになり、この外表層によって凸部の耐摩耗性を向上させることができる。

このように、本発明によれば、凸部とロール本体との接合強度を向上させることにより、その使用寿命を大幅に延長させることができるとともに段付鋼管の製造効率を向上させることができる段付鋼管用カリバーロールおよびこの段付鋼管用カリバーロールの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態である段付鋼管用カリバーロールによって製造される段付鋼管の一例を示す説明図である。 図１に示す段付鋼管の段部（溝部）の断面説明図である。 図１に示す段付鋼管を製造する鋼管製造ラインの説明図である。 本発明の一実施形態である段付鋼管用カリバーロールの側面図である。 本発明の一実施形態である段付鋼管用カリバーロールの正面図である。 図５に示す段付鋼管用カリバーロールの凸部の拡大図である。 図６におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態である段付鋼管用カリバーロールの製造方法を示すフロー図である。 図８に示す段付鋼管用カリバーロールの製造方法の説明図である。 図８に示す段付鋼管用カリバーロールの製造方法の説明図である。 本発明の他の実施形態である段付鋼管用カリバーロールによって製造される段付鋼管の一例を示す説明図である。 本発明の他の実施形態である段付鋼管用カリバーロールの説明図である。

以下に、本発明の一実施形態である段付鋼管用カリバーロールおよび段付鋼管用カリバーロールの製造方法について、添付した図面を参照して説明する。

本実施形態である段付鋼管用カリバーロール１０は、図１に示す段付鋼管８を製造する際に使用されるものである。図１に示す段付鋼管８は、鋼管の外表面に一定のピッチで凹部９が形成されている。
この凹部９の延在方向に直交する断面は、図２に示すように、例えば三角形状をなしており、例えば凹部９の深さＨ_Ｐが、Ｈ_Ｐ＝０．６ｍｍ以上１５ｍｍ以下、凹部９の幅Ｗ_Ｐが、Ｗ_Ｐ＝２．４ｍｍ以上３００ｍｍ以下とされている。

次に、このような段付鋼管８を製造する鋼管製造ライン１について、図３を参照して説明する。
図３に示す鋼管製造ライン１は、いわゆる鍛接鋼管を製造するものである。この鋼管製造ライン１は、鋼帯６を管状に成形して鍛接する成形鍛接ロールユニット２と、成形された鋼管７を絞り加工する絞り加工ロールユニット３と、本実施形態である段付鋼管用カリバーロール１０を有する段付加工ユニット４と、切断機５と、を備えている。
この鋼管製造ライン１では、成形鍛接ロールユニット２において、加熱された鋼帯６を丸めて管状に成形するとともに鋼帯６の端部同士を接合して鋼管７とする。絞り加工ロールユニット３により、鋼管７に対して絞り加工を行って所定の径に調整する。そして、熱間または温間の条件下（例えば５００〜１３５０℃）で、段付加工ユニット４において鋼管７の外表面を押圧し、前述の凹部９が形成される。そして、切断機５によって所定長さに切断する。これにより、前述の段付鋼管８が製造されるのである。

次に、本実施形態である段付鋼管用カリバーロール１０について説明する。この段付鋼管用カリバーロール１０は、図４および図５に示すように、ロール軸Ｏを中心に回転されるロール本体１１を有しており、このロール本体１１の外周面には、径方向内方に向けて凹んだ成形溝１２が形成されている。なお、本実施形態では、ロール本体１１は、鋳鉄で構成されている。そして、この成形溝１２内には、成形溝１２の内面から突出する凸部２０が設けられている。
また、図４および図５に示すように、本実施形態においては、成形溝１２は、ロール軸線Ｏを含む断面において、半円状をなすように構成されている。すなわち、２つの段付鋼管用カリバーロール１０を、互いの成形溝１２同士が対向するように配置することで、鋼管７が通過される成形孔が画成されるように構成されているのである。

凸部２０は、ロール本体１１の周方向に複数設けられており、本実施形態では、図４に示すように４つの凸部２０が９０°間隔で配置されている。
この凸部２０は、図５に示すように、成形溝１２の内面に沿ってロール本体１１の幅方向に延在しており、本実施形態においては、凸部２０の突出方向から見てロール軸線Ｏに沿って延在するように構成されている。

ここで、本実施形態では、ロール本体１１のロール軸線Ｏを含む断面において、図６に示すように、成形溝１２の曲率半径中心を中心点Ｑとし、この中心点Ｑと成形溝１２の中央点Ｒとを結んだ基準線Ｓに対して、＋４５°以上、および、−４５°以下の部分には、凸部２０の高さが低くされた逃げ部２１が形成されている。なお、この逃げ部２１においては、凸部２０の幅寸法も薄くなるように構成されている。
また、凸部２０は、ロール本体１１内部に向けて埋め込まれるとともに一部が成形溝１２の内面から突出するように配置された少なくとも１本の棒状部材２６を備えている。本実施形態では、図６に示すように、７本の棒状部材２６が中心点Ｑを中心として等角度間隔（例えば１５°間隔）で配設されている。

凸部２０のうち棒状部材２６が配設された部分の断面を見ると、図７に示すように、突端に向かうにしたがい幅が漸次狭くなるように構成されている。ここで、凸部２０の幅Ｗ_Ｒ、および、高さＨ_Ｒは、鋼管７の外表面に形成する凹部９の幅Ｗ_Ｐ、深さＨ_Ｐに応じて、素管の肉厚、強度などにより設定されている。
本実施形態では、Ｗ_Ｒ＝３ｍｍ以上５０ｍｍ以下、Ｈ_Ｒ＝１ｍｍ以上１５ｍｍ以下とされている。

そして、この凸部２０は、前述のようにロール本体１１内部に向けて一部が埋め込まれた棒状部材２６と、この棒状部材２６のうち成形溝１２の内面から突出した部分を覆うように積層された肉盛部と、を備えている。
この肉盛部は、下地層２７と、この下地層２７の上部に積層配置された外表層２８と、を有しており、これら下地層２７と外表層２８との間に、下地層２７を構成する元素と外表層２８を構成する元素との相互拡散によって形成された拡散接合層２９が設けられている。

棒状部材２６は、例えば一般構造用鋼（ＳＳ４００等）で構成されており、本実施形態では、図９に示すように、一般構造用鋼（ＳＳ材）からなるボルト２２がロール本体１１にねじ込まれることによって形成されている。この棒状部材２６（ボルト２２）の直径は、凸部２０の幅Ｗ_Ｒに応じて変更されるものであるが、本実施形態では２ｍｍ以上に設定されている。また、この棒状部材２６の埋め込み深さｈ_Ｂは４ｍｍ以上とされており、棒状部材２６の径に応じて変更される。

ここで、下地層２７は、外表層２８を構成する材質よりもロール本体１１との接合性が良好な材質で構成されている。
また、外表層２８は、下地層２７を構成する材質よりも耐摩耗性に優れた材質で構成されている。

下地層２７は、例えばＮｉ−Ｆｅ合金で構成されており、そのビッカース硬さが３００Ｈｖ以上３４０Ｈｖ以下とされている。この下地層２７は、図７に示すように、成形溝１２の内面に上述のＮｉ−Ｆｅ合金等を肉盛溶接することによって形成されており、その最大厚さｔ_Ｓが、０．５ｍｍ以上１４．５ｍｍ以下に設定されている。
なお、この下地層２７を肉盛溶接によって形成する際の熱によって、棒状部材２６のうち成形溝１２の内面から突出した部分の一部が溶融して下地層２７と一体化することになる。

外表層２８は、例えばＮｉ−Ｃｒ合金で構成されており、そのビッカース硬さが４５０Ｈｖ以上４７０Ｈｖ以下とされている。この外表層２８は、図７に示すように、下地層２７の上に上述のＮｉ−Ｃｒ合金等を肉盛溶接することによって形成されており、凸部２０の突端部分における厚さｔ_Ｈは、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下とされている。
なお、この外表層２８を肉盛溶接によって形成する際の熱によって、下地層２７の一部と外表層２８の一部とが相互に拡散し、下地層２７と外表層２８との間に拡散接合層２９が形成されることになる。

次に、このような構成とされた段付鋼管用カリバーロール１０の製造方法について、図８から図１０を用いて説明する。
まず、図９に示すように、ロール本体１１の成形溝１２の内面に、棒状部材２６を埋めるための挿入孔２４を穿設する（穿孔工程Ｓ０１）。このとき、挿入孔２４の内周面にはドリルタップによって雌ネジ部（図示なし）を形成しておく。なお、本実施形態では、図６に示すように一つの凸部２０について７本の棒状部材２６を配設することから、それぞれの棒状部材２６に対応するように挿入孔２４を穿設することになる。

次に、この挿入孔２４に棒状部材２６を埋め込む（埋め込み工程Ｓ０２）。本実施形態では、ボルト２２を挿入孔２４にねじ込み（ねじ込み工程Ｓ２１）、ボルト２２の頭部２３をグラインダー等によって除去する（頭部除去工程Ｓ２２）。これにより、上述の棒状部材２６を形成する。なお、ねじ込み工程Ｓ２１では、ボルト２２のねじ込み深さｈ_Ｂが４ｍｍ以上となるように調整する。また、ねじ込み工程Ｓ２１および頭部除去工程Ｓ２２では、ボルト２２の突出高さｈ_Ｐが０．５ｍｍ以上１４．５ｍｍ以下となるように調整する。ボルト２２の突出高さｈ_Ｐは、目的とする下地層２７ａの高さと同程度とすることが好ましい。

次に、図１０に示すように、成形溝１２の内面に、Ｎｉ−Ｆｅ合金を肉盛溶接して下地基層２７ａを形成する（下地基層形成工程Ｓ０３）。このとき、肉盛溶接を複数回に分けて実施することによって、下地基層２７ａを、棒状部材２６の突端を覆うように形成する。

また、この下地基層形成工程Ｓ０３においては、Ｎｉ−Ｆｅ合金の肉盛溶接を実施する際に、溶接された金属に対してエアハンマによってピーニング加工を行う。このピーニング加工により、溶接されたＮｉ−Ｆｅ合金を速やかに冷却するとともに、Ｎｉ−Ｆｅ合金が凝固する際に発生する引張応力を除去する。これにより、形成される下地層２７（下地基層２７ａ）において、残留応力が低減されることになる。

なお、下地基層形成工程Ｓ０３において、棒状部材２６のうち成形溝１２の内面から突出した部分の一部が溶融して、形成される下地基層２７ａと一体化することになる。
次に、形成された下地基層２７ａに対してグラインダ加工等を行って下地基層２７ａの整形を行う（下地基層整形工程Ｓ０４）。このとき、下地基層２７ａの高さが所定高さとなるように調整しておく。

そして、下地基層２７ａの上に、Ｎｉ−Ｃｒ合金を肉盛溶接して外表基層２８ａを形成する（外表基層形成工程Ｓ０５）。このとき、肉盛溶接を複数回に分けて実施することによって、外表基層２８ａの厚さを調整する。外表基層２８ａを形成する際にピーニング加工を行うとよい。
また、外表基層形成工程Ｓ０５において、下地基層２７ａの一部と外表基層２８ａの一部とが相互に拡散することになり、下地基層２７ａと外表基層２８ａとの間に拡散接合層２９が形成されることになる。

次に、このようにして得られた凸部２０の形状を整形するために、ＮＣ加工機および手作業にて加工を行う（凸部整形工程Ｓ０６）。これにより、凸部２０の幅寸法、高さ寸法が、上述のように設定されるのである。このとき、外表基層２８ａのうち凸部２０の突端における厚さが０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように、凸部２０を整形することになる。
また、この凸部整形工程Ｓ０６においては、ロール本体１１のロール軸線Ｏを含む断面において、成形溝１２の曲率半径中心を中心点Ｑとし、この中心点Ｑと成形溝１２の中央点Ｒとを結んだ基準線Ｓに対して＋４５°以上、および、−４５°以下の部分に、凸部２０の高さを低く、かつ、幅を狭くした逃げ部２１を形成する。

以上のようにして、本実施形態である段付鋼管用カリバーロール１０が製造されることになる。

本実施形態である段付鋼管用カリバーロール１０によれば、成形溝１２の内面に凸部２０が形成されており、この凸部２０が、ロール本体１１内部に向けて一部が埋め込まれた棒状部材２６と、この棒状部材２６の一部と一体化された下地層２７と下地層２７の上に積層された外表層２８とを備えた肉盛部と、を有しているので、ロール本体１１に埋め込まれた棒状部材２６によって、凸部２０に対して負荷されるロール回転方向への荷重を受けることができ、凸部２０のロール回転方向への折れ曲がり変形や折損を防止することができる。

また、下地層２７が、外表層２８を構成する材質よりもロール本体１１との接合性が良好な材質で構成されているので、凸部２０とロール本体１１との接合強度の向上を図ることができる。
さらに、外表層２８が、下地層２７を構成する材質よりも耐摩耗性に優れた材質で構成されているので、凸部２０の耐摩耗性を向上させることができ、凸部２０の早期劣化を防止することが可能となる。

また、下地層２７が、ロール本体１１に一部が埋め込まれた棒状部材２６を覆うように積層されていることから、下地層２７とロール本体１１および棒状部材２６との接触面積が確保され、下地層２７がロール本体１１から剥離することが防止され、凸部２０の接合強度を確保することができる。
さらに、下地層２７のビッカース硬さが３００Ｈｖ以上３４０Ｈｖ以下とされていることから、凸部２０に負荷される荷重をこの下地層２７によって吸収・緩和することができる。
一方、外表層２８のビッカース硬さが４５０Ｈｖ以上４７０Ｈｖ以下とされていることから、凸部２０の耐摩耗性を確実に向上させることができ、凸部２０の早期劣化を防止することが可能となる。

また、下地層２７と外表層２８との間に、相互拡散によって形成された拡散接合層２９が設けられているので、これら外表層２８と下地層２７との界面において亀裂等が発生することを防止でき、凸部２０の耐衝撃性を向上させることができる。
さらに、棒状部材２６のうち成形溝１２の内面から突出した部分の一部が、下地層２７と一体化されているので、凸部２０に負荷される荷重を棒状部材２６によって確実に受けることが可能となり、凸部２０のロール回転方向への折れ曲がり変形や折損を防止することができる。
また、棒状部材２６の直径が２ｍｍ以上とされ、棒状部材２６の埋め込み深さが４ｍｍ以上とされているので、凸部２０に負荷される荷重を棒状部材２６によって確実に受けることが可能となる。

さらに、ロール本体１１のロール軸Ｏを含む断面において、成形溝１２の曲率半径中心を中心点Ｑとし、この中心点Ｑと成形溝１２の中央点Ｒとを結んだ基準線Ｓに対して＋４５°以上、および、−４５°以下の部分には、凸部２０の高さが低くされ、かつ、凸部２０の幅が狭くされた逃げ部２１が形成されているので、凸部２０のうち成形溝１２の径方向外方（成形溝１２の端部）に位置する部分が鋼管７の外表面に先行して衝突することが抑制され、凸部２０へ加わる衝撃を低減することができる。

本実施形態である段付鋼管用カリバーロール１０の製造方法によれば、ロール本体１１の成形溝１２の内面に挿入孔２４を穿設する穿孔工程Ｓ０１と、穿設された挿入孔２４に棒状部材２６を挿入する埋め込み工程Ｓ０２と、成形溝１２の内面に対して下地層２７となる下地基層２７ａを形成する下地基層形成工程Ｓ０３と、下地基層２７ａの上部に外表層２８となる外表基層２８ａを形成する外表基層形成工程Ｓ０５と、を備えているので、上述の凸部２０を形成することが可能となる。

また、下地基層形成工程Ｓ０３においては、Ｎｉ−Ｆｅ合金の肉盛溶接を実施する際に、エアハンマによってピーニング加工を行う構成とされているので、このピーニング加工により、形成された凸部２０の下地層２７において残留応力が低減されることになり、下地層２７に亀裂等が発生することを防止できる。詳述すると、本実施形態では、ロール本体１１が鋳鉄で構成され、下地層２７（下地基層２７ａ）がＮｉ−Ｆｅ合金で構成されていることから、Ｎｉ−Ｆｅ合金が冷えて収縮する際に、下地層２７（下地基層２７ａ）がロール本体１１から剥離してしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、溶接を実施しながらエアハンマでピーニングすることで、Ｎｉ−Ｆｅ合金を速やかに冷却しつつ引張応力を除去することにより、下地層２７（下地基層２７ａ）に亀裂が入ることが抑制され、鋳鉄からなるロール本体１１の上に下地層２７（下地基層２７ａ）を確実に積層することができるのである。

また、下地基層形成工程０３に後に、下地基層２７ａの形状を整形する下地層整形工程Ｓ０４を備えているので、下地基層２７ａを所定高さに設定することができる。よって、下地基層２７ａの上に外表基層２８ａを形成する際に、外表基層２８ａの厚さを精度良く調整することが可能となる。
さらに、外表基層形成工程０５の後に、凸部２０の形状を整形する凸部整形工程Ｓ０６を備えているので、この凸部整形工程Ｓ０６によって凸部２０の形状を精度良く成形することができ、段付鋼管８を製造する際に寸法精度良く溝部９を形成することができる。

また、埋め込み工程Ｓ０２においては、ボルト２２を挿入孔２４にねじ込むねじ込み工程Ｓ２１と、成形溝１２の内面から突出したボルト２２の頭部２３を除去する頭部除去工程Ｓ２２とを備えていることから、汎用のボルト２２を利用して凸部２０を成形することが可能となり、段付鋼管用カリバーロール１０を容易に製造することができる。また、ボルト２２のネジ部がロール本体１１にねじ込まれることから、ネジ部が挿入孔２４の内周面に係合することになり、ボルト２２（棒状部材２６）の抜けを防止することができる。さらに、ねじ込み量を調整することによって、ボルト２２（棒状部材２６）の埋め込み深さｈ_Ｂ、および、ボルト２２（棒状部材２６）の突出高さｈ_Ｐを容易に調整することが可能となる。

そして、埋め込み工程Ｓ０２では、棒状部材２６の埋め込み深さｈ_Ｂを４ｍｍ以上に設定しているので、凸部２０に負荷される荷重を棒状部材２６によって確実に受けることが可能となる。
一方、棒状部材２６の突出高さｈ_Ｐを０．５ｍｍ以上１４．５ｍｍ以下の範囲内に設定することから、棒状部材２６と下地層２７とを強固に接合することが可能となる。

さらに、下地基層形成工程Ｓ０３では、下地基層２７ａの厚さを０．５ｍｍ以上１４．５ｍｍ以下としていることから、外表基層形成工程Ｓ０５において下地基層２７ａの一部が拡散して拡散接合層２９を形成したとしても、下地層２７の厚さを確保することができる。よって、この下地層２７によって凸部２０に負荷される荷重を確実に吸収することが可能となる。
また、外表基層形成工程Ｓ０５では、突端部における外表基層２８ａの厚さを０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下としていることから、凸部整形工程Ｓ０６において凸部２０を加工しても、凸部２０の突端部分に外表層２８を１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲で配設することができ、この外表層２８によって確実に凸部２０の耐摩耗性を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態である段付鋼管用カリバーロールおよび段付鋼管用カリバーロールの製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図１に示す段付鋼管を製造するものとして説明したが、図示されたものに限定されることはなく、異なる形状の段部を有する段付鋼管を製造するものであってもよい。例えば、図１１に示すように、鋼管の外表面に鋼管の軸線に対して斜交する方向に延びる溝部１０９を有する段付鋼管１０８を製造するものであってもよい。このような段付鋼管１０８を製造する場合、図１２に示すような凸部１２０を有する段付鋼管用カリバーロール１１０を用いることになる。

また、凸部に対して７つの棒状部材を配設するものとして説明したが、これに限定されることはなく、成形溝の大きさ（段付鋼管の外径）や凸部の大きさ等を考慮して棒状部材の配設位置を適宜設計することが好ましい。
さらに、２つの段付鋼管用カリバーロールの成形溝を対向配置することによって、鋼管を通過させる成形孔を画成する構成として説明したが、これに限定されることはなく、３つ以上の段付鋼管用カリバーロールを用いて、前述の成形孔を画成してもよい。この場合、それぞれの段付鋼管用カリバーロールに形成される成形溝の大きさが小さくなることから、成形溝の端部と成形溝の中央部との周速度の差が小さくなり、本実施形態のように逃げ部を形成する必要がなくなる。

１０ 段付鋼管用カリバーロール
１１ ロール本体
１２ 成形溝
２０ 凸部
２１ 逃げ部
２２ ボルト
２３ 頭部
２４ 挿入孔
２６ 棒状部材
２７ 下地層
２７ａ 下地基層
２８ 外表層
２８ａ 外表基層
２９ 拡散接合層

Claims (12)

1. 鋼管の外表面に段部が一定のピッチで形成された段付鋼管を製造する際に使用される段付鋼管用カリバーロールであって、
   ロール軸回りに回転されるロール本体を有し、このロール本体の外周面に前記鋼管の外表面に接触させられる成形溝が形成されており、この成形溝内には、前記成形溝の内面から突出する凸部が設けられており、
   前記凸部は、前記ロール本体内部に埋め込まれるとともに一部が前記成形溝の内面から突出するように配置された少なくとも１本の棒状部材と、この棒状部材のうち前記成形溝の内面から突出した部分を覆うように形成された肉盛部と、を有しており、
   前記肉盛部は、前記ロール本体の前記成形溝の内面に配設された下地層と、前記凸部の突端側に配設された外表層と、を備え、前記棒状部材を覆うように、これら下地層及び外表層が配設されており、
   前記下地層は、前記外表層よりも前記ロール本体との接合性が良好な材質で構成されており、前記外表層は、前記下地層よりも耐摩耗性に優れた材質で構成されていることを特徴とする段付鋼管用カリバーロール。
2. 前記下地層は、前記棒状部材のうち前記成形溝の内面から突出した部分を覆うように積層され、前記外表層は、前記下地層の上方に積層配置されており、
   前記下地層は、そのビッカース硬さが３００Ｈｖ以上３４０Ｈｖ以下とされており、前記外表層は、そのビッカース硬さが４５０Ｈｖ以上４７０Ｈｖ以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の段付鋼管用カリバーロール。
3. 前記下地層と前記外表層との間には、前記下地層を構成する元素と前記外表層を構成する元素との相互拡散によって形成された拡散接合層が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の段付鋼管用カリバーロール。
4. 前記棒状部材のうち前記成形溝の内面から突出した部分の一部が、前記肉盛部と一体化されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の段付鋼管用カリバーロール。
5. 前記棒状部材の直径が２ｍｍ以上とされ、前記棒状部材の埋め込み深さ４ｍｍ以上とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の段付鋼管用カリバーロール。
6. 前記ロール本体のロール軸を含む断面において、前記成形溝の曲率半径中心を中心点とし、この中心点と前記成形溝の中央点とを結んだ基準線に対して、＋４５°以上、および、−４５°以下の部分には、前記凸部の高さが低くされた逃げ部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の段付鋼管用カリバーロール。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された段付鋼管用カリバーロールを製造する段付鋼管用カリバーロールの製造方法であって、
   前記ロール本体の成形溝の内面に挿入孔を穿設する穿孔工程と、穿設された挿入孔に前記棒状部材の一部を挿入する埋め込み工程と、前記成形溝の内面に肉盛部を形成する肉盛部形成工程と、を備え、
   前記肉盛部形成工程は、前記成形溝の内面に下地層となる下地基層を形成する下地基層形成工程と、前記下地基層の上に外表層となる外表基層を形成する外表基層形成工程と、を備えており、
   前記成形溝の内面に前記凸部を形成することを特徴とする段付鋼管用カリバーロールの製造方法。
8. 前記埋め込み工程では、ボルトを前記挿入孔にねじ込み、前記成形溝の内面から突出した前記ボルトの頭部を除去することにより、前記棒状部材を形成することを特徴とする請求項７に記載の段付鋼管用カリバーロールの製造方法。
9. 前記埋め込み工程では、前記棒状部材の埋め込み深さを４ｍｍ以上とし、前記棒状部材の突出高さを０．５ｍｍ以上１４．５ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の段付鋼管用カリバーロールの製造方法。
10. 前記下地基層形成工程は、前記成形溝の内面に金属を肉盛溶接して前記下地基層を形成する構成とされており、前記金属を肉盛溶接する際に、溶接された金属に対してピーニング加工を施すことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の段付鋼管用カリバーロールの製造方法。
11. 前記外表基層形成工程の後に、前記凸部の形状を整形する凸部整形工程を備えていることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の段付鋼管用カリバーロールの製造方法。
12. 前記下地基層形成工程では、前記下地基層の最大厚さを０．５ｍｍ以上１４．５ｍｍ以下とし、前記外表基層形成工程では、突端における前記外表基層の厚さを０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の段付鋼管用カリバーロールの製造方法。

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