JP5644577B2

JP5644577B2 - 鋼管の拡管加工方法および拡管加工設備

Info

Publication number: JP5644577B2
Application number: JP2011035352A
Authority: JP
Inventors: 南部　征一郎; 征一郎南部; ▲教▼次板倉; 勝村　龍郎; 龍郎勝村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: JP2012170982A

Description

本発明は、鋼管の拡管加工方法および拡管加工設備に関し、詳しくは、先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、順次局部的に加熱しながらプラグに通して大径鋼管を製造する、鋼管の拡管加工方法および拡管加工設備に関する。

ボイラ用鋼管には、外径が450mm以上の大径鋼管が用いられることがあるが、このような大径鋼管に継目無鋼管を用いる場合、穿孔圧延によるのみでは製造が不可能である。
大径の継目無鋼管を製造する方法として、先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを用いて、継目無鋼管を拡管する方法が採用されている（特許文献１等を参照）。

図３はこの方法の概要を示す側面断面図である。プラグ２は、先端側に向かって径が漸増するテーパ部２０を有している。プラグ２の基端部２１は径が最も小さくなっており、この部分にマンドレル３が接続されており、このマンドレル３によりプラグ２は支持されている。さらに、プラグ２のテーパ部２０の外側にはインダクションヒータ４が備えられている。拡管加工を行う素材となる鋼管１は、マンドレル３の基端側（図中の左側）から装入され、押出部材５で鋼管１の尾端部１０をプラグ２の方へ押出し、鋼管１をプラグ２に通過させることで拡管が施される。インダクションヒータ４による鋼管１の加熱は、鋼管１の変形を生じやすくするために行なわれる。

特開２００１−１１３３２９号公報

このような従来技術により拡管された鋼管は、そのままでは、強度、延性等の必要材質が確保できないため、拡管加工の後には、焼ならし、焼戻しといった所定の熱処理が施される。この熱処理は、拡管後の鋼管を一旦常温にまで冷却した後、別の熱処理設備にて行なわれる。これは、拡管加工工程において、鋼管は一旦900℃程度にまで加熱されるものの、焼ならし処理に必要な温度にまで加熱していなかったり、拡管加工工程で焼ならし温度にまで加熱していたとしても、その後にすぐに冷却されてしまうため、焼ならしに必要な保持時間が確保できないため、別の熱処理設備で行なわざるを得ないためである。以上の説明した拡管加工および焼きならし処理では、拡管加工工程で鋼管温度を上昇させているにもかかわらず、拡管直後に常温まで冷却し、再度熱処理のための加熱を行っているので、生産性が悪く、さらに、加熱時に投入するエネルギーも大きいものであった。

本発明は、このような問題に鑑みて、拡管加工後に焼ならしの処理を行って大径鋼管を製造するに際して、従来よりも生産性を向上させ、さらに、従来よりも加熱エネルギー原単位が小さい拡管加工法および拡管加工設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、
（１）先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側からボイラ用鋼管である鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工方法において、前記テーパ部を通過中の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱装置により７００〜１１００℃に加熱し、拡管直後の鋼管を、該鋼管の外側かつ前記加熱装置から２ｍ以内に配置した加熱・保持装置により８５０〜１１００℃に加熱・１００〜１８００秒間保持して焼ならし処理を施すことを特徴とする鋼管の拡管加工方法。
（２）先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側からボイラ用鋼管である鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工設備において、前記テーパ部の外側に拡管加工中の鋼管を７００〜１１００℃に加熱する加熱装置を備え、さらに、前記プラグの出側直近かつ前記加熱装置から２ｍ以内に、鋼管を８５０〜１１００℃に加熱・１００〜１８００秒間保持する加熱保持装置を備えることを特徴とする鋼管の拡管加工設備。
である。

本発明によれば、拡管加工直後に加熱・保持を行うため、拡管加工中に加熱された熱を保有した状態で一旦常温まで冷却をされることなく、焼ならし処理を行なうことができ、大径鋼管の製造時間の短縮が可能となる。また、焼ならし処理のための昇温や焼ならし温度に保持するための使用エネルギーを削減することが可能となる。

本発明の実施形態を示す側面断面図である。拡管加工および焼ならし処理時の鋼管温度の経時変化の例を示すグラフであり、（ａ）は本発明例、（ｂ）は従来例である。従来技術の実施形態を示す側面断面図である。

図１は本発明の実施形態に係る鋼管の拡管加工設備を示す側面断面図である。
プラグ２は、先端側（図中右側）に向かって径が漸増するテーパ部２０を有している。プラグ２の基端部２１は径が最も小さくなっており、この部分にマンドレル３が接続されており、このマンドレル３によりプラグ２は支持されている。マンドレル３は基端側でマンドレル支持部材６により支持されている。プラグ２のテーパ部２０の位置には拡管加工する鋼管１を加熱する加熱装置４が備えられている。加熱装置４は、プラグ２による鋼管１の変形を容易にするために設けられるものであり、この例では、加熱装置４はインダクションヒータであり、加熱コイルが拡管加工中の鋼管１の外側を囲むように配置してある。拡管加工を行う素材となる鋼管１は、マンドレル３の基端側（図中の左側）から装入され、押出部材５で鋼管１の尾端部１０をプラグ２の方へ押出し、鋼管１をプラグ２に通過させることで拡管が施される。図１の例では、プラグ２に通過させる鋼管１ａの次材となる鋼管１ｂの尾端部１０ｂを、押出部材５により先端方向へ押し、次材の鋼管１ｂの先端部１１ｂによりプラグ２に通過させる鋼管１ａの尾端部１０ｂをプラグ２へと押込むようにしている。押出部材５の、鋼管１を押圧する押圧面５ａと反対側の面が油圧シリンダ７により図中の矢印の方向へ押されることにより、押圧面５ａが鋼管１をプラグ２へと押込む。マンドレル３の径、および、プラグ２の基端部２１の径は、鋼管１の内径よりも小さく、プラグ２の先端部の最大径は鋼管１の内径よりも大きく設定されているので、プラグ２に鋼管１を通過させることで、鋼管１の内径がプラグ２の先端部の最も径が大きい部分の径と略一致するまで拡管される。

さらに、本実施形態の拡管加工設備では、プラグ２の出側直近に、鋼管を加熱・保持する加熱・保持装置８を備えている。この例では、加熱・保持装置８は、インダクションヒータであり、加熱コイルが拡管加工直後の鋼管の外側を囲むように配置してある。加熱・保持装置８は、プラグ２で拡管加工された鋼管１を、焼ならし処理に必要な温度にまで加熱し、また、その温度で焼ならし処理に必要な時間保持することができる。本発明では、このプラグ２の出側直近に加熱・保持装置８を備えることにより、拡管直後の鋼管を加熱・保持装置８により加熱保持して、焼ならし処理を施すことができる。つまり、加熱装置４で加熱された鋼管１が、常温にまで冷却される前に、焼ならし処理を行なうことができる。そのため、焼ならし処理を行なうため加熱の開始は、加熱装置４を出た後の未だ温度が高い状態からとなるので、その分、常温から加熱を行う場合に比べて投入エネルギーは少なくて済む。また、この拡管加工設備により処理された鋼管１は、拡管加工と焼ならし処理とを連続して行なうことができるので、大径鋼管の製造時間の短縮が可能となる。

なお、拡管加工は７００℃以上で行なうことが好ましく、加熱装置４は鋼管１を７００℃以上に加熱できる能力があることが好ましい。また、加熱・保持装置８と加熱装置４との間の間隔はなるべく小さいほうが、拡管加工時の熱を保持したまま焼ならしのための加熱・保持工程に進める観点から好ましい。拡管加工工程を経ないと製造できない大径鋼管の寸法は、外径が４５０ｍｍΦ以上、肉厚が８ｍｍ以上であり、このような寸法に拡管加工された鋼管１の温度をなるべく高い温度のまま、好ましくは500℃以上で加熱・保持装置に挿入するためには、加熱装置４を出てから40分以内に加熱・保持装置に挿入することが好ましい。また、プラグ出側の鋼管１の移動速度は最も遅いもので50ｍｍ／分程度であり、このことから加熱装置４と加熱・保持装置８との間は２ｍ以内とすることが好ましい。

最終製品寸法が、外径457〜762ｍｍφ、肉厚8〜45mm、長さ3000〜12000mmのボイラ用鋼管を、外径400〜430ｍｍφ、肉厚8〜50mm、長さ5000〜13000mmの継目無鋼管を拡管加工することにより製造するにあたり、上述した本発明の拡管加工設備を用いた（本発明例）。
なお、拡管加工時の加熱温度、すなわち、加熱装置４による加熱温度（拡管加工温度）は７００〜１１００℃であり、加熱・保持装置８による焼ならし処理条件は、加熱温度８５０〜１１００℃、保持時間は100〜1800秒である。鋼管１の搬送速度は、プラグ２の出側で50〜300ｍｍ／分であり、加熱装置４と加熱・保持装置８との間隔（図１中の長さＬ）は1.5ｍとした。よって、鋼管１が加熱装置４を出てから5〜30分後に加熱・保持装置８を通過することとなる。この時の、鋼管１の温度の経時変化の例（拡管後の鋼管の寸法：外径610ｍｍφ、肉厚15ｍｍ、長さ6000ｍｍの例）を図２（ａ）に示す。図２（ａ）から明らかなように、プラグ２による拡管加工時は鋼管１の温度が900℃となり、拡管加工後に加熱装置４を抜け出るために一旦、鋼管１の温度は、500℃まで下降するが、焼ならし処理のための加熱・保持装置８による加熱で、1060℃にまで上昇している。

一方、従来例として、最終製品寸法が、上述した同様の寸法、すなわち、外径457〜762mmφ、肉厚8〜45mm、長さ3000〜12000mmのボイラ用鋼管を、外径400〜430mmφ、肉厚8〜50mm、長さ5000〜13000mmの継目無鋼管を拡管加工することにより製造するにあたり、図１に用いた拡管加工設備、すなわち、プラグ２出側の加熱・保持装置８を有していない拡管加工設備を用いて拡管加工を行った。そして、拡管加工後の鋼管１を常温にまで冷却した後、別の熱処理ラインで焼ならし処理を行なった。この時の、拡管加工温度および焼ならし処理条件は、上述した本発明例と同様である。

図２（ｂ）に、従来例の鋼管１の温度の経時変化の例（拡管後の鋼管の寸法：図２（ａ）の場合と同様）を示す。この例では、プラグ２による拡管加工時は鋼管１の温度が900℃となり、拡管加工後に加熱装置４を抜け出て、常温（20℃）まで冷却された。その後、別の熱処理ラインで焼ならし処理を1060℃で行なっている。
焼ならし処理に要する加熱原単位を比較したところ、従来例では５００ｋＷｈ／トンであったのに対し、本発明例では、３２０ｋＷｈ／トンであり、本発明例では、２８０ｋＷｈ／トンのエネルギー節約効果があった。

１鋼管
１ａ拡管加工中の鋼管
１ｂ次材の鋼管
２プラグ
３マンドレル
４加熱装置（インダクションヒータ）
５押出部材
５ａ押圧面
６マンドレル支持部材
７油圧シリンダ
８加熱・保持装置（インダクションヒータ）
１０尾端部
１０ａ拡管加工中の鋼管の尾端部
１０ｂ次材の尾端部
１１先端部
１１ｂ次材の尾端部
２０テーパ部
２１基端部

Claims

先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側からボイラ用鋼管である鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工方法において、
前記テーパ部を通過中の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱装置により７００〜１１００℃に加熱し、拡管直後の鋼管を、該鋼管の外側かつ前記加熱装置から２ｍ以内に配置した加熱・保持装置により８５０〜１１００℃に加熱・１００〜１８００秒間保持して焼ならし処理を施すことを特徴とする鋼管の拡管加工方法。
先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側からボイラ用鋼管である鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工設備において、
前記テーパ部の外側に拡管加工中の鋼管を７００〜１１００℃に加熱する加熱装置を備え、さらに、プラグの出側直近かつ前記加熱装置から２ｍ以内に、鋼管を８５０〜１１００℃に加熱・１００〜１８００秒間保持する加熱・保持装置を備えることを特徴とする鋼管の拡管加工設備。