JP6037004B2 - 鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、拡管機を用いて鋼管を内側から拡管する拡管工程を含む鋼管の製造方法に関する。

一般に、ＵＯＥ鋼管の製造工程は、素材となる厚鋼板の幅方向端部に開先加工を施す工程、プレス機を用いて厚鋼板の幅方向端部の端曲げを行った後、順次、Ｕ字状、Ｏ字状に厚鋼板の幅方向端部同士が対向するように厚鋼板を円筒形状に成形する成形工程と、円筒形状の厚鋼板を拘束し、対向する厚鋼板の幅方向端部同士を突き合わせて仮付溶接する仮付溶接工程と、サブマージアーク溶接法によって厚鋼板の突き合わせ部の内外面にシーム溶接を施す本溶接工程と、拡管機を用いて鋼管の内側から拡管することによって鋼管を所定の真円度、真直度、及び外径寸法に成形する拡管工程と、を含んでいる。

油井管用やラインパイプ用のＵＯＥ鋼管は、敷設場所においてＵＯＥ鋼管の管端同士を円周溶接によって接合することにより使用される。このため、ＵＯＥ鋼管の真円度が悪い場合、円周溶接の際にＵＯＥ鋼管の管端同士を突き合わせて接合することができない。また、ＵＯＥ鋼管の真円度が悪い場合には、ＵＯＥ鋼管が深海等の高圧雰囲気下に敷設された際、鋼管が圧力によって変形しやすくなる。このような背景から、拡管工程においてＵＯＥ鋼管の真円度を向上させる技術が提案されている（特許文献１乃至５参照）。

特開２０１０−１６７４４０号公報 特開平０３−０９４９３６号公報 特開昭５９−１８３９４３号公報 特開平０９−００１２３４号公報 特開昭６１−１４７９３０号公報

拡管工程では、拡管前の管径に対する拡管前後の管径の差の比率（以下、拡管率）を大きくすることにより、より真円に近い断面形状を有する鋼管を製造することができる。しかしながら、拡管率を大きくするためには、拡管機の設備能力を大きくする必要がある。また、近年の鋼管の厚肉化及び高強度化に伴い、従来と同程度の拡管率の場合でも拡管の際により大きな設備能力が必要になっている。このため、従来の拡管機では、真円度向上に必要な大きな拡管率を確保できないことがあった。このような背景から、拡管機の設備負荷を大きくすることなく所望の真円度に鋼管を拡管できる技術の提供が期待されていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、拡管機の設備負荷を大きくすることなく鋼管の真円度を向上可能な鋼管の製造方法を提供することにある。

本発明に係る鋼管の製造方法は、所定の真円度が得られる拡管率を下限値及び鋼管を拡管する際の拡管機の設備負荷が許容範囲内になる拡管率の最大値を上限値とする拡管率の範囲内で鋼管を拡管する第１拡管工程と、鋼管の管径が目標値になる拡管率で前記第１拡管工程後の鋼管を拡管する第２拡管工程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る鋼管の製造方法は、上記発明において、前記第１拡管工程の拡管率の範囲が０．３％以上０．６％未満の範囲であることを特徴とする。

本発明に係る鋼管の製造方法は、上記発明において、前記鋼管の管厚が２５．４ｍｍ以上であることを特徴とする。

本発明に係る鋼管の製造方法によれば、拡管機の設備負荷を大きくすることなく鋼管の真円度を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法において用いられる拡管機の構成を示す模式図である。 図２は、鋼管の断面を示す模式図である。 図３は、拡管率０．３％の拡管処理前後の鋼管の管径の周方向位置依存性を示す図である。 図４は、真円度に及ぼす拡管率の影響を調査した結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法について説明する。

〔拡管機の構成〕
始めに、図１，２を参照して、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法において用いられる拡管機の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法において用いられる拡管機の構成を示す模式図である。図２は、鋼管の断面を示す模式図である。但し、本発明において用いられる拡管機の構成は、図１，２に示す構成に限定されることはない。

図１に示すように、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法において用いられる拡管機１は、先端が鋼管Ｐの一端から挿入される円筒状のブーム２と、ブーム２の先端に設けられ、軸直角方向に拡径する時に鋼管Ｐを拡管する拡管ヘッド４と、を備えている。拡管ヘッド４は、テーパ外周面５と、拡管ダイス６と、を備えている。

テーパ外周面５は、ブーム２の内部に設けられてブーム２とは独立に移動可能なプルロッド３の先端に設けられ、ブーム２の先端側から基端側に向けて縮径している。拡管ダイス６は、テーパ外周面５に摺接し、ブーム２の先端側から基端側に向けて縮径したテーパ内周面６ａと、鋼管Ｐの内周面に対向するダイス外周面６ｂと、を備えている。図２に示すように、拡管ダイス６は、テーパ外周面５の周方向に沿って複数配設されている。

〔拡管方法〕
次に、上記の拡管機１を利用して鋼管Ｐの拡管方法について説明する。

上記の拡管機１を利用して鋼管Ｐを拡管する際には、始めに、図示しない鋼管移動装置を用いて鋼管Ｐを移動することにより拡管ダイス６を拡管開始位置に合わせ、プルロッド３を拡管開始位置から後退させることによって１回目の拡管処理を行う。これにより、楔作用によってテーパ外周面５に摺接した拡管ダイス６のそれぞれが放射方向に変位し、鋼管Ｐが拡管される。そして、鋼管Ｐの断面形状の凹凸が小さくなり、鋼管Ｐの断面形状は真円形状に近くなる。次に、プルロッド３を拡管開始位置まで前進させ、図示しないリリース機構によって拡管ダイス６を軸垂直方向の内側に復帰させてから、拡管ダイス６のピッチ（軸方向の長さ）に応じた量だけ鋼管Ｐを更に移動させる。そして、拡管ダイス６を新たな拡管位置に合わせてから上記の動作を繰り返し行う。これにより、拡管ダイス６のピッチ分ずつ１回目の拡管処理を鋼管Ｐの全長に渡って行うことができる。１回目の拡管処理は、本発明に係る第１拡管工程に対応する。

なお、１回目の拡管処理では、拡管率の下限値は所定の真円度が得られる値に設定し、拡管率の上限率は鋼管Ｐを拡管する際の拡管機１の設備負荷が許容範囲内になる拡管率の最大値に設定する。

図３は、拡管率０．３％の拡管処理前後の鋼管の管径の周方向位置依存性を示す図である。なお、対象とした鋼管の外径は７６２ｍｍである。図３の縦軸は、ピーキング（ある周方向位置における管径の平均管径からの偏差）を示し、ピーキングが正であることは、その周方向位置における管径が平均管径より大きいことを意味する。図３の横軸は、鋼管の管径を測定する周方向位置であり、シーム溶接部に対応する周方向位置を０度とした時のどの角度の管径であるかを示すものである。図３に示すように、拡管処理前に最大２．５ｍｍあったピーキングが、拡管率０．３％の拡管処理を実施することにより１．５ｍｍ以下となり、真円度が向上することが知見された。

以上のことから、１回目の拡管処理の拡管率の下限値は０．３％とすることが好ましい。これは、図３に示すように、拡管率０．３％の拡管処理を実施すれば、大幅に真円度が改善され、後述の２回目の拡管処理においては、所定の拡管率の拡管をより少ない負荷荷重で実施することが可能となるからである。なお、１回目の拡管処理後の真円度は、鋼管の外径に対する比率で示した真円度で１．０％以下であることが好ましい。但し、１回目の拡管処理の拡管率を大きくしすぎると、後述の２回目の拡管処理において、十分な真円度を確保するのに必要な量の拡管率を確保することができなくなるため、１回目の拡管処理の拡管率の上限値は０．６％未満の範囲内、より好ましくは０．５％未満の範囲内とすることが好ましい。

次に、図示しない鋼管移動装置を用いて鋼管Ｐを移動することにより拡管ダイス６を再び拡管開始位置に合わせ、プルロッド３を拡管開始位置から再度後退させることによって２回目の拡管処理を行う。次に、プルロッド３を拡管開始位置まで前進させ、図示しないリリース機構によって拡管ダイス６を軸垂直方向の内側に復帰させてから、拡管ダイス６のピッチ（軸方向の長さ）に応じた量だけ鋼管Ｐを更に移動させる。そして、拡管ダイス６を新たな拡管位置に合わせてから上記の動作を繰り返し行う。これにより、拡管ダイス６のピッチ分ずつ２回目の拡管処理を鋼管Ｐの全長に渡って行うことができる。２回目の拡管処理は、本発明に係る第２拡管工程に対応する。

なお、２回目の拡管処理では、拡管率は鋼管Ｐの管径が目標値になる値に設定する。一般に、真円度が悪い鋼管では、真円度が良い鋼管と比較して、同じ拡管率まで鋼管Ｐを拡管する際の設備負荷は大きくなる。しかしながら、この拡管方法では、１回目の拡管処理によって鋼管の真円度が向上しているので、２回目の拡管処理における設備負荷は小さくなる。また、１回目の拡管処理によって鋼管の真円度が向上しているので、同じ設備負荷で一回だけ拡管処理を実施する場合の拡管率に比べて、１回目と２回目の拡管処理の拡管率の合計は大きくなり、その結果、真円度も向上する。

本実施例では、API（American Petroleum Institute）規格でＸ６５グレードの外径９１４．４ｍｍのＵＯＥ鋼管を製造する場合の真円度に及ぼす拡管率の影響を管厚が１９．０ｍｍ、２５．４ｍｍ、及び３１．８ｍｍのＵＯＥ鋼管について調査した。本実施例では、原則として２回の拡管処理を実施することとし、２回目の拡管処理が終了した時点での鋼管の外径と１回目の拡管処理を実施する前の鋼管の外径とから求めた拡管率を１．０％で一定にし、１回目の拡管率を０．２％から１．０％まで変化させて真円度に及ぼす１回目の拡管率の影響を調査した。

図４に調査結果を示す。図４（ａ）は鋼管の管厚が１９．０ｍｍである場合、図４（ｂ）は鋼管の管厚が２５．４ｍｍである場合、図４（ｃ）は鋼管の管厚が３１．８ｍｍである場合の調査結果である。また、図中、白丸（open circle）は１回目の拡管処理後の真円度、黒丸（solide circle）は２回目の拡管処理後の真円度を示す。

図４（ａ）に示すように、鋼管の管厚が１９．０ｍｍである場合、１回目の拡管率が０．２％から大きくなるに従って１回目の拡管処理後の真円度の値が小さく良好になった。また、１回目の拡管率が１．０％で２回目の拡管処理を実施しなかった場合の真円度は３．０ｍｍであった。一方、２回目の拡管処理後の真円度は概ね拡管処理が１回の場合に比べて小さくなり良好になった。また、１回目の拡管率が０．２％から大きくなるに従って２回目の拡管処理後の真円度は小さく良好になった。これは、１回目の拡管率が小さい場合（例えば拡管率が０．３％未満である場合）、真円度があまり改善しない状態で２回目の拡管処理を実施することとなり、拡管処理を２回に分けて実施することによる真円度改善効果が発揮されないのに対して、１回目の拡管率を０．３％以上とすることにより、拡管処理を２回に分けて実施することによる真円度改善効果が発揮されるためと考えられる。

なお、１回目の拡管率が０．３％である場合の１回目の拡管処理後の真円度は９．０ｍｍであり、これを鋼管の外径である９１４．４ｍｍに対する比率で示すと約１．０％（＝９．０ｍｍ／９１４．４ｍｍ）であるので、１回目の拡管処理後の真円度はパーセント表示で１．０％以下であることが好ましいことがわかる。１回目の拡管率が０．４％を超えると２回目の拡管処理後の真円度は増加に転じて少しずつ悪くなる。ここで、１回目の拡管率が０．６％以上である場合には、拡管処理を１回実施した場合と２回実施した場合との差が小さい。これは、１回目の拡管率が大きすぎると２回目の拡管率を十分に確保できず、最終的な真円度の向上にあまり効果がないためと考えられる。結局、２回目の拡管処理を実施して合計の拡管率を１．０％とすることにより、２回目の拡管処理後の真円度を最小２．９ｍｍにまで小さくすることができた。これは、拡管処理を１回実施した場合の真円度３．０ｍｍと同等であり、これにより、良好な真円度を確保する上で、拡管処理を２回に分けることが有効であることがわかった。従って、１回目の拡管率は好ましくは０．３％以上０．６％未満の範囲内、より好ましくは０．３％以上０．５％未満の範囲内であるとよい。

図４（ｂ）に示すように、鋼管の管厚が２５．４ｍｍである場合、１回目の拡管率を０．９％以上にすることは設備制約の上限を超えるため実施できなかった。このため、拡管処理を１回しか実施しない場合には、真円度は１回目の拡管率が０．８％の場合の真円度３．９ｍｍまでしか低減できなかった。しかしながら、１回目の拡管率を０．８％以下にして２回目の拡管処理を実施し、合計の拡管率を１．０％とすることは可能であったので、２回目の拡管処理後の真円度を最小２．９ｍｍにまで小さくすることができた。これは、拡管処理を１回実施した場合の真円度３．９ｍｍよりも良好な値であるので、これにより、良好な真円度を確保する上で拡管処理を２回に分けることが有効であることがわかった。この他の結果は、管厚が１９．０ｍｍである場合とほぼ同様であり、１回目の拡管率は好ましくは０．３％以上０．６％未満の範囲内、より好ましくは０．３％以上０．５％未満の範囲内であるとよい。

図４（ｃ）に示すように、鋼管の管厚が３１．８ｍｍである場合、１回目の拡管率を０．８％以上として拡管処理を実施することは設備制約の上限を超えるため、拡管処理を実施することができなかった。このため、拡管処理を１回しか実施しない場合、真円度は１回目の拡管率が０．７％の場合の真円度４．０ｍｍまでしか低減できなかった。一方、１回目の拡管率を０．２％にして２回目の拡管処理を拡管率０．８％で実施することは２回目の拡管処理が設備制約の上限を超えるため実施できなった。しかしながら、拡管処理を２回に分けることによって、２回目の拡管処理後の真円度を最小２．９ｍｍにまで小さくすることができた。これは、拡管処理を１回で実施した場合の真円度４．０ｍｍよりも良好な値であるので、良好な真円度を確保する上で拡管処理を２回に分けることが有効であることがわかった。この他の結果は、管厚が１９．０ｍｍである場合とほぼ同様であり、１回目の拡管率は好ましくは０．３％以上０．６％未満の範囲内、より好ましくは０．３％以上０．５％未満の範囲内であると良い。

以上の結果から、鋼管の管厚が例えば２５．４ｍｍ以上という厚肉鋼管を製造する場合には、拡管処理を２回に分けることによって拡管処理を１回のみで実施した場合に比べて良好な真円度が得られることが知見された。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、厚鋼板の幅方向端部同士が対向するように厚鋼板を円筒形状に成形する成形工程として、Ｕ字状及びＯ字状のプレス機を用いてＵ成形及びＯ成形を実施する方法ではなく、一定のスペースを隔てて平行に配置された２本の直線状のダイの上に載置された厚鋼板のスペース上の部分をパンチで圧下するベンディングプレス方法を用いた場合でも、拡管工程において本発明の技術を適用することができる。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

本発明によれば、拡管機の設備負荷を大きくすることなく鋼管の真円度を向上させることができる。

１ 拡管機
２ ブーム
４ 拡管ヘッド
５ テーパ外周面
６ 拡管ダイス
６ａ テーパ内周面
６ｂ ダイス外周面
Ｐ 鋼管

Claims (3)

1. 所定の真円度が得られる拡管率を下限値及び鋼管を拡管する際の拡管機の設備負荷が許容範囲内になる拡管率の最大値を上限値とする拡管率の範囲内で鋼管の内周側に拡管ダイスを当接させて鋼管を拡管する第１拡管工程と、
   鋼管の管径が目標値になる拡管率で前記第１拡管工程において拡管ダイスを当接させた鋼管の内周側の同一箇所に再度拡管ダイスを当接させて鋼管を拡管する第２拡管工程と、
   を含むことを特徴とする鋼管の製造方法。
2. 前記第１拡管工程の拡管率の範囲が０．３％以上０．６％未満の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の製造方法。
3. 前記鋼管の管厚が２５．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管の製造方法。

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