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
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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HPが、HP=0.6mm以上15mm以下、凹部9の幅WPが、WP=2.4mm以上300mm以下とされている。
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。
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。
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。
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。
本実施形態では、WR=3mm以上50mm以下、HR=1mm以上15mm以下とされている。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
一方、棒状部材26の突出高さhP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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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