JP6007777B2

JP6007777B2 - 電縫鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP6007777B2
Application number: JP2012276012A
Authority: JP
Inventors: 嘉文軽部; 井口　敬之助; 敬之助井口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: JP2014117736A

Description

本発明は、電縫鋼管の製造方法に関するものである。

電縫鋼管の製造方法として、図１に示すように、鋼板をロール成形で次第に円形状に近づけていき、その後スクイズロール（以下「ＳＱロール」）直前で高周波電流を流し、円形鋼板のエッジを溶融させてＳＱロールで当該エッジに圧力をかけて溶接する技術（例えば、特許文献１）が広く採用されている。

ＳＱロールの前段に配置された複数段のフィンパスロール（以下「ＦＰロール」）では、図２に示すように、鋼板のエッジ１をフィン２で拘束しながら、フィンパスロールのフランジ間隔３を狭めることで、鋼板の板幅方向に絞り（リダクション）が加えられる。これにより、エッジバックリング抑制や、エッジ端面が平滑に磨かれて後工程の電縫溶接性が向上する、といった効果を得ることができる。

従来、各段のＦＰロール（図１に示す実施形態では４段から構成される）における絞り量の管理は、ＦＰロールの各段出側で鋼板の外周長を測定し、その測定値を基準として行われていた。

しかし、鋼板に曲げを加えた場合、図３に示すように、「オイラー・ベルヌーイの仮定」に従って、外周長における「伸び」が大きくなり、特に、板厚の厚い鋼板ほど、その傾向が顕著となる。

このため、板厚の肉厚による外周長伸びの変動が考慮されていない従来のリダクション設計では、同一の絞り量を加えた場合であっても、図４および図５に示すように、板厚の肉厚によって板厚中心の実際の絞り量は異なり、板厚の厚い鋼板ほど、本来成形に必要な絞り量以上に、過剰な絞り量が与えられる傾向があった。

過剰な絞り量が与えられると、図６に示すように、フィンパスの際にエッジ１近傍で、肉厚が不均一となる現象が生じ、電縫鋼管の内径真円度が悪化する問題があった。

特開２００６−２８９４４６号公報

本発明の目的は前記問題を解決し、フィンパスロールを用いたロール成形の際に、鋼板のエッジ近傍で、肉厚が不均一となる現象を回避し、内径真円度の良い電縫鋼管の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の電縫鋼管の製造方法は、複数段のフィンパスロールのフィンで、鋼板のエッジを拘束しながら、フィンパスロールのフランジ間隔を狭めて、鋼板の板幅方向に絞りを加える電縫鋼管の製造方法であって、金型の曲率半径Ｒと曲げ角度θ、および板厚ｔから、板厚中心に必要な絞り量X（任意）を与えた際の外周長絞り量X´を、下記数１式に基づいて各段ごとに算出し、この算出値に基づいて設計されたフィンパスロールを用いて絞り成形することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電縫鋼管の製造方法において、電縫鋼管が、（肉厚／外径）×１００＝７〜２５％の電縫鋼管であることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の電縫鋼管の製造方法において、電縫鋼管が、アズロールのシリンダー用鋼管、または、油井管、または、ラインパイプ、または一般配管用鋼管の何れかであることを特徴とするものである。

背景技術の欄に記載のように、板厚の肉厚による外周長伸びの変動が考慮されていない従来のリダクション設計では、同一の絞り量を加えた場合であっても、図４および図５に示すように、板厚の肉厚によって板厚中心の実際の絞り量は異なり、板厚の厚い鋼板ほど、本来成形に必要な絞り量以上に、過剰な絞り量が与えられる傾向があったが、本発明では、板厚の肉厚による外周長伸びの変動が考慮された上記数１式に基づいて各段のフィンパスロールにおける絞り量を決定するため、板厚の肉厚ごとに適切な絞り量が設定され、過剰な絞りを抑制することができる。下記式は、板がフィンパス金型に密着している前提で、板厚中心に必要な絞り量Ｘ（任意）を与えた際の外周長絞り量Ｘ´を、金型の曲率半径Ｒと曲げ角度θ、および板厚ｔから算出するものである。

請求項２記載の発明のように、上記式で絞り量を決定し、（肉厚／外径）×１００＝７〜２５％の電縫鋼管を製造した場合、エッジ近傍における増肉量を±５％に抑制することができる。ここで、増肉量とは上記数２式で定義される。
［数２］
増肉量 [％]＝{（増肉部平均厚−平均母材厚）／平均母材厚} ×１００
増肉部平均厚：図７における溶接部から円周方向両側それぞれに平均母材厚の３倍の距離の範囲内の増肉部最大肉厚ｔａ、ｔｂの平均で（ｔａ＋ｔｂ）／２
平均母材厚：図７における電縫溶接部を０°として、４５°位置から３１５℃位置まで２２．５°刻みで測定したｔ１〜ｔ１３の合計の平均
尚、ｔａ、ｔｂ、ｔ１〜ｔ１３の測定は製品となった電縫鋼管の片側管端でそれぞれの位置をマイクロメーターにて測定する。

電縫鋼管の製造ラインの概略図である。フィンパスロールにおけるロール成形の説明図である。鋼板の周長変化が、板厚方向ごとに異なることを説明する図である。板厚１５．３ｍｍの厚肉鋼板を、４段構成のＦＰロールでロール成形し、各段の出側で鋼板の外周長と板厚中心周長を測定した結果を示す図である。板厚３．０ｍｍの薄肉鋼板を、４段構成のＦＰロールでロール成形し、各段の出側で鋼板の外周長と板厚中心周長を測定した結果を示す図である。過剰な絞り量に起因する増肉現象の説明図である。増肉量の定義に用いる説明図である。本発明に用いる式の導出過程を説明する図である。本発明による増肉量削減効果を示すグラフである。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。図１に示すように、鋼板をロール成形で次第に円形状に近づけていき、その後ＳＱロール直前で高周波電流を流し、円形鋼板のエッジを溶融させてＳＱロールで当該エッジに圧力をかけて溶接する点は従来と同様である。

従来、複数段のＦＰロールにおけるリダクション設計は、ＦＰロールの各段出側で鋼板の外周長を測定し、その測定値を基準として行われており、板厚の肉厚による外周長伸びの変動が考慮されていなかったため、同一の絞り量を加えた場合であっても、図４、図５に示すように、板厚の肉厚によって板厚中心の実際の絞り量は異なり、板厚の厚い鋼板ほど、本来成形に必要な絞り量以上に、過剰な絞り量が与えられる傾向があった。

板厚中心の周長を測定し、その測定値を基準としてリダクション設計を行うことで、絞り量を適切に与えることは可能となるが、実操業で板厚中心周長の測定は困難である。そこで、本発明では、外周長伸びの変動を考慮した成形を行う為、板がフィンパス金型に密着している前提で、板厚中心に必要な絞り量X（任意）を与えた際の外周長絞り量X´を、金型の曲率半径Ｒと曲げ角度θ、および板厚ｔから上記数１式により算出し、この算出値に基づいて設計されたフィンパスロールを用いて絞り成形を行う。

図８には、上記式の導出過程の説明図を示している。

上記数１式は、「（ｎ段目）外周長絞り量（Ｘ´_ｎ）＝（ｎ段目）出側外周長−（ｎ−１段目）出側外周長・・・（数２）」で表されることに着目し、更に、「（ｎ段目）出側外周長＝（ｎ段目）出側狙い板厚中心周長＋（ｎ段目）金型の外周長と板厚中心周長の差・・・（数３）」および「（ｎ−１段目）出側外周長＝（ｎ−１段目）出側狙い板厚中心周長＋（ｎ−１段目）金型の外周長と板厚中心周長の差＝（ｎ段目）出側狙い板厚中心周長−（ｎ段目）板厚中心長絞り量（Ｘｎ）＋（ｎ−１段目）金型の外周長と板厚中心周長の差・・・（数４）」で表されることから、（数３）（数４）を（数２）に代入して導出されたものであり、上記数１式は、「（ｎ段目）外周長絞り量（Ｘ´ｎ）＝（ｎ段目）板厚中心長絞り量（Ｘｎ）＋（ｎ段目）金型の外周長と板厚中心周長の差−（ｎ−１段目）金型の外周長と板厚中心周長の差」を意味するものである。

このようにして製造された本発明の電縫鋼管は真円度に優れている。即ち、上記数２式による増肉量［％］が±５％以内に納まる。これは従来の電縫鋼管の＋１０％に比較し、大幅な改善となり、一般配管用は勿論、アズロールのシリンダー用鋼管、または、油井管、または、ラインパイプ用に適している。

板厚１５．３ｍｍ、１０．０ｍｍ、３．０ｍｍの３種類の鋼板を用いて、フィンパスロールにおけるリダクション設計を、板厚の肉厚による外周長伸びの変動が考慮されていない従来のリダクション設計（段落００１４に記載のフィンパスロールの各段出側で鋼板の外周長を測定し、その測定値を基準とする従来方法）、および、板厚の肉厚による外周長伸びの変動を考慮した本発明のリダクション設計（板厚中心に必要な絞り量X（任意）を与えた際の外周長絞り量X´を、金型の曲率半径Ｒと曲げ角度θ、および板厚ｔから上記数１式により算出する本発明方法）で行い、それぞれの設計通り製作されたフィンパスロールを用いて鋼板を絞り成形し、電縫鋼管を製造した。製造された各々の電縫鋼管について、増肉量［％］を調べた結果を示すグラフを図９に示している。

図９に示すように、本発明の方法によれば、全ての板厚において、増肉が抑制されること、特に、板厚の厚い鋼板において、その効果が顕著となることが確認された。

１エッジ
２フィン
３フランジ間隔

Claims

複数段のフィンパスロールのフィンで、鋼板のエッジを拘束しながら、フィンパスロールのフランジ間隔を狭めて、鋼板の板幅方向に絞りを加える電縫鋼管の製造方法であって、
金型の曲率半径Ｒと曲げ角度θ、および板厚ｔから、板厚中心に必要な絞り量X（任意）を与えた際の外周長絞り量X´を、下記数１式に基づいて各段ごとに算出し、この算出値に基づいて設計されたフィンパスロールを用いて絞り成形することを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
電縫鋼管が、（肉厚／外径）×１００＝７〜２５％の電縫鋼管であることを特徴とする請求項１記載の電縫鋼管の製造方法。
電縫鋼管が、アズロールのシリンダー用鋼管、または、油井管、または、ラインパイプ、または一般配管用鋼管の何れかであることを特徴とする請求項１記載の電縫鋼管の製造方法。