JP6015686B2 - 電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電縫鋼管の製造方法に関し、より詳しくは、鋼帯をロール成形し、幅端部を突き合わせて電縫溶接した場合に、管内面側に発生するビード（以下、内面ビードと記す）の切削後の形状を適正化するとともに内面ビードの小型化を図り操業トラブルを抑止する電縫鋼管の製造方法に関する。

従来、電縫鋼管の製造において、溶接接合部の形状や溶接部の機械的特性を改善するため、溶接突合せ部となる鋼帯幅端面を成形加工することが一般に行われている。成形加工の方法としては、ロール成形前に鋼帯の幅端面に縦型ロール（エッジャーロール）を押し付けて成形する方法、あるいはロール成形の終盤にフィンパスロールで成形する方法が一般的である。

例えば、特許文献１には、帯材をロール成形し、幅端部を突き合わせて電縫溶接し管とする電縫管製造方法において、ロール成形の終盤であるフィンパス成形の同一スタンドでフィン形状の転写により幅端部の管外面側になる部分と管内面側になる部分の双方に幅方向に垂直な端面に連なるテーパ形状を付与する溶接部特性に優れた電縫管製造方法が開示されている。

また、特許文献２には、オープンパイプの突合せ部を溶接することで溶接鋼管を製造する溶接鋼管の製造方法であって、オープンパイプを形成する前に、素材帯鋼のエッジ側面に段付きロールを押し付けることによりエッジ側面の厚み方向に沿う中央部にノッチ形状の段差を形成する段付き加工を行い、段付き加工の後に、エッジ側面にフラットロールを押し付けることにより前記段差を押し広げてエッジ側面の厚みを増大させる溶接鋼管の製造方法が開示されている。

特開２００８−３０２３７９号公報 特開２０１０−２３４４０５号公報

しかしながら、内面ビードを切削後の溶接部近傍の鋼管内面形状に関しては、前記した従来技術であっても、十分に適正化が達成されているとはいえない。
特許文献１の場合、溶接時に生成したペネトレータが溶鋼とともに溶接部から排出され易くするための突合せ端面の成形技術であり、内面ビードの形状については一切考慮されていない。また、フィンパススタンドでの加工は、オープンパイプの外面律則となるため、被加工材の肉厚が変化した場合に内面側の加工量が異なることとなり、一定形状の内面ビードを得ることが困難となる場合がある。

特許文献２に記載された技術は、素材帯鋼が所定の幅に裁断された時の塑性変形により形成されたエッジ側面（幅端面）のダレ及びカエリという形状不良の影響を解消するために開発されたもので、オープンパイプを形成する前に、エッジ側面に段付きロールとフラットロールを押し付けることにより、裁断により減少したエッジ側面の厚みを増大させ、溶接後の溶接ビード近傍の厚みが小さい部位（溶接２番部）の厚みと母材部の厚みとの差を低減するとしている。しかしながら、目的がダレやカエリという形状不良を解消してエッジ側面の厚みと母材部の厚みとの差を小さくすることであるため、段付きロールでエッジ側面にノッチ形状の段差を形成する位置をエッジ側面の厚み方向に沿う中央部とし、加工量の規定もなく、安定して内面ビードを適正な形状にすることはできない。

また、一般に行われているロール成形前に鋼帯の幅端面にフラットな縦型ロール（エッジャーロール）を押し付けて成形する方法では、図４および図５に示すように、成形加工によって幅端面から少し鋼帯中央部側に入った位置が増肉するため、溶接後の内面ビード幅Ｗが大きくなるとともに溶接ビードが凹凸のある形状となり、内面ビードを切削した後にも溶接部近傍の凸部が大きく残るという問題があった。

本発明の目的は、溶接後の内面ビードを小さくするとともに、内面ビードを切削した後の溶接部近傍の鋼管内面形状を適正化し、内面ビード形状に起因した造管歩留りの低下を抑制する電縫鋼管の製造方法を提供することである。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した。その結果、ロール成形前に溶接突合せ部となる鋼帯幅端面に適正な局所加工を施すことによって、電縫溶接後の内面ビードを切削した後の溶接部近傍の鋼管内面形状を適正化することができることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の要旨からなる。
（１）鋼帯をロール成形し、幅端部を突き合わせて電縫溶接し管とする電縫鋼管の製造方法において、前記ロール成形前に、前記鋼帯の両幅端面に前記鋼帯の管内面となる表面側から０．２×ｔ〜０．５×ｔ（ここで、ｔ：鋼帯厚（ｍｍ））に当接する位置を高さが０．１×ｔ〜０．１８×ｔの頂点とする山形形状の圧延面を有するエッジャーロールを押し付けることにより前記両幅端面における管内面となる表面側から０．２×ｔ〜０．５×ｔの位置を最大深さとし、該最大深さが０．１×ｔ〜０．１８×ｔの凹み部を形成する加工を行った後、前記両幅端面に軸方向の曲率半径が８０ｍｍ以上の太鼓状ロールまたはフラットロールを押し付けることにより前記凹部を押し広げて前記幅端面を平坦にし、両幅端部の管内面側に増肉部を付与することを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
（２）前記増肉部の管内表面からの高さが０．０３×ｔ〜０．１×ｔであることを特徴とする（１）に記載の電縫鋼管の製造方法。

本発明により、電縫鋼管の溶接後の内面ビードを適正な形状にできるとともに、内面ビードを切削した後の溶接部近傍の鋼管内面形状を平滑にでき、内面ビードの形状不良による造管歩留りの低下を抑制することができる。

本発明の実施に用いられる電縫鋼管製造ラインの１例を示す模式図である。 本発明に係るエッジ成形機による鋼帯幅端部の成形加工を示す説明図である。 本発明に係る形状矯正が施された鋼帯を用いたオープンパイプの突合せ部、溶接部、ビード切削した溶接部、および切削された内面ビードの形状を模式的に示す断面図である。 従来のフラットロールによる鋼帯幅端部の成形加工を示す説明図である。 従来のフラットロールによる形状矯正が施された鋼帯を用いたオープンパイプの突合せ部、溶接部、ビード切削した溶接部、および切削された内面ビードの形状を模式的に示す断面図である。 内面ビード公差の定義を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施に用いられる電縫鋼管製造ラインの１例を示す模式図である。このラインは、鋼帯２０を、アンコイラ１から払出し、レベラ２で平坦に矯正し、エッジ成形機３で鋼帯２０の両幅端部を成形加工し、ロール成形機４で鋼帯２０を丸めていき、丸めた鋼帯２０の左右両幅端部を加熱装置６とスクイズロール７からなる電縫溶接機で電縫溶接して電縫鋼管３０となし、電縫鋼管３０の溶接ビード部をビード切削機８で切削し、切削後の電縫鋼管３０を、サイザー９で外径調整した後、所定長さに切断するという構成を有している。

エッジ成形機３は、通常、鋼帯２０の両幅端面側に配置されたエッジャーロールや研削ロールからなる設備で、本発明の実施形態では２スタンド（図１の３ａ、３ｂ）で構成する設備とし、上流側のエッジャーロール３ａを圧延面に凸部を有するロール、下流側のエッジャーロール３ｂを軸方向の曲率半径が８０ｍｍ以上の太鼓状ロールまたはフラットロールとする。エッジャーロール３ｂの軸方向の曲率半径が８０ｍｍ未満では、突合せ部の密着が不十分となり電縫溶接部に溶接欠陥が発生する原因となる。

次に、図２は、本発明に係るエッジ成形機による鋼帯幅端部の成形加工を示す説明図で、エッジャーロールと鋼帯幅端部近傍の断面を模式的に示す図である。図２（ａ）に示すように、スリット加工された鋼帯２０の両幅端面はほぼ平坦な形状であり、まず、前記両幅端面に圧延面に凸部を有する上流側のエッジャーロール３ａを押し付け、前記両幅端面の管内面となる表面から厚み方向距離ｙ１の位置に深さｘ１の凹部を付与する（図２（ｂ））。続いて、図２（ｃ）に示すように、下流側のエッジャーロール３ｂで前記両幅端面を押圧することで前記凹部を押し広げ前記両幅端面を平坦な形状とする。これにより、両幅端部に前記管内面となる表面からの高さがｄ２となる増肉部が形成される。なお、図２（ｃ）では、エッジャーロール３ｂの押圧が弱く、深さｘ２の凹部が残存した状態を図示しており、本発明法ではｘ２＝０となる。

鋼帯の幅端面にフラットロールを押し付けて成形する従来方法では、図４（ｂ）に示すように、幅端面から離れた部位の厚みが増大するため、溶接後にも溶接ビード近傍の母材部が増肉した状態で残存する（図５（ｂ））。この状態でビード切削されると、図５（ｃ）に示すように、特に管内面側で増肉部とビード切削部とで段差が生じ、図６に示す内面ビード公差が許容範囲を超える内面形状不良となる。内面形状不良は、一般に冷牽時などでスジ残りといわれる不具合を発生させる。

本発明の実施の形態の方法では、凹部が押し広げられることで、幅端面の管内面側に集中して増肉部が形成される。このような増肉部を幅端部の管内面側に集中させる鋼帯幅端部の成形加工を確実に行うため、前記凹部の最大深さとなる位置の管内面となる表面から厚み方向距離ｙ１を０．２×ｔ≦ｙ１≦０．５×ｔ（ここで、ｔ：鋼帯厚（ｍｍ））とし、前記凹部の最大深さｘ１を０．１×ｔ≦ｘ１≦０．１８×ｔとする。ｙ１が０．２×ｔ未満では上述した押し広げ効果が不足し、ｙ１が０．５×ｔを超えると内面側への必要増肉が得られない。また、ｘ１が０．１×ｔ未満では幅端面の管内面側の増肉量が不足し、０．１８×ｔ超えでは２段目の成形加工で凹部に溶接欠陥が発生する。１例として外径８９．１ｍｍで肉厚が異なる鋼管Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４のそれぞれ好ましい適正値を表２に示す。さらに、溶接後およびビード切削後の内面ビード部の高さを適正な量とするため、鋼帯幅端部の成形加工後の増肉部の前記管内面となる表面からの高さｄ２を０．０３×ｔ≦ｄ２≦０．１×ｔとすることが好ましい。

図３は、本発明の実施形態による鋼帯幅端部の成形加工が施された鋼帯を用いたオープンパイプの突合せ部、溶接部、ビード切削した溶接部、および切削されたビードの形状を模式的に示す断面図であり、図５は、鋼帯の幅端面にフラットロールを押し付けて成形する従来方法による鋼帯幅端部の成形加工が施された鋼帯を用いたオープンパイプの突合せ部、溶接部、ビード切削した溶接部、および切削されたビードの形状を模式的に示す断面図である。溶接後には鋼管内面に幅ｗ１、高さｈ１の溶接形状が形成され（図３（ｂ）、図５（ｂ））、その後のビード切削により鋼管内面の溶接部近傍は内面ビード公差ｈ０の形状となる（図３（ｃ）、図５（ｃ））。また、図３（ｄ）および図５（ｄ）に切削されたビードの形状を示す。

外径８９．１ｍｍ、肉厚７．５ｍｍの電縫鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４４５ ＳＴＫＭ１５Ａ）を製造するに際し、ロール成形前の鋼帯幅端部を、本発明法により成形加工した鋼管Ａ、本発明法の限定範囲外で成形加工した鋼管ＢおよびＣ、鋼帯の幅端面にフラットロールを押し付けて成形する従来方法で成形加工した鋼管Ｄの製造結果を表１に示す。
本発明例では、内面ビード公差の低減と内面ビード自体の小型化が達成され、調整素材の削減とビード切削トラブルの削減で歩留りが従来の９３．２４％から９４．３１％となり、１．０７％向上した。

１ アンコイラ
２ レベラ
３ エッジ成形機
４ ロール成形機
５ フィンパスロール
６ 加熱装置
７ スクイズロール
８ ビード切削機
９ サイザー
２０ 鋼帯
３０ 電縫鋼管

Claims (2)

1. 鋼帯をロール成形し、幅端部を突き合わせて電縫溶接し管とする電縫鋼管の製造方法において、前記ロール成形前に、前記鋼帯の両幅端面に前記鋼帯の管内面となる表面側から０．２×ｔ〜０．５×ｔ（ここで、ｔ：鋼帯厚（ｍｍ））に当接する位置を高さが０．１×ｔ〜０．１８×ｔの頂点とする山形形状の圧延面を有するエッジャーロールを押し付けることにより前記両幅端面における管内面となる表面側から０．２×ｔ〜０．５×ｔの位置を最大深さとし、該最大深さが０．１×ｔ〜０．１８×ｔの凹み部を形成する加工を行った後、前記両幅端面に軸方向の曲率半径が８０ｍｍ以上の太鼓状ロールまたはフラットロールを押し付けることにより前記凹部を押し広げて前記幅端面を平坦にし、両幅端部の管内面側に増肉部を付与することを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
2. 前記増肉部の管内表面からの高さが０．０３×ｔ〜０．１×ｔであることを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管の製造方法。

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