JP6183907B2

JP6183907B2 - 鋼管の製造方法及びその製造装置

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Publication number: JP6183907B2
Application number: JP2014071451A
Authority: JP
Inventors: 俊博三輪; 具視西村; 原田　孝; 孝原田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015193017A

Description

本発明は、３点曲げプレスにより、板材をその送給方向に沿い逐次押圧して曲げ加工を施すことによって、例えば、ラインパイプ等に使用される大径、かつ厚肉の鋼管を効率的に製造するのに適した鋼管の製造方法及びその製造装置に関するものである。

ラインパイプ等に使用される大径、かつ厚肉の鋼管を製造する技術としては、所定の長さ、幅、板厚を有する鋼板を、Ｕ字状にプレス加工し、次いで、О字状にプレス成形したのちその端部を、溶接により突き合わせ接合することによって鋼管となし、さらに真円度を高めるべく、その径を拡大（いわゆる拡管）するようにした、いわゆるＵＯＥ成形技術が広く普及している。

しかし、上記ＵＯＥ成形技術では、鋼板をプレス加工してＵ字状、О字状に成形する工程において高いプレス圧力を必要とすることから大掛かりなプレス機械を使用せざるを得ない状況にある。

このため、最近では、この種の鋼管を製造するに当たっては、プレス圧力を軽減する技術の検討がなされており、この点に関して、例えば、特許文献１には、曲げ加工すべき板材を、下型（ダイズ）により２箇所で支持し、この下型の相互間に上型により該板材を押し込む３点曲げ加工により板材の曲げ形状を制御するようにしたプレス成形技術が開示されている。

特開平１１―１２９０３１号公報

ところで、従来の３点曲げ加工では、効率化を図るべく、板材の端部をフリーにして曲げ加工を行った場合に以下に述べるような不具合が生じることが懸念された。

すなわち、上型を板材に作用させると該上型を支点にして板材の未加工部分が浮き上がる一方、曲げ加工を終えて該上型が板材から離れるときに、浮き上がった板材が降下して搬送ローラ群に衝突することになるため該板材に疵を生じさせるとともに、製造設備自体に損傷を与えることにもなっていた。特に、近年、ラインパイプは大径化や厚肉化の傾向にあり、鋼管素材の板材の重量も増加しているため、上記のような、板材が降下して搬送ローラ群に衝突する際の衝撃は、益々問題視されている。

そこで、本発明の目的は、板材から鋼管を製造すべく、３点曲げ加工を行う場合において発生する板材の浮き上がりに伴う疵の発生を防止するとともに、板材の衝突による製造設備の損傷等のトラブルを回避することができる鋼管の製造方法及び製造装置を提案するところにある。

本発明は、板材の送給経路を形成する搬送ローラ群に沿って配置されたダイにより板材を２箇所で支持し、該板材の間欠送りのもとに該ダイの支持相互間で該板材にパンチを押し当てて３点曲げ加工を施すことによりオープン管とした後、該オープン管の開放部を突き合わせ接合することによって鋼管を製造する方法において、前記３点曲げ加工の際に浮き上がった板材を、該搬送ローラ群に向けて降下、到達する前にガスシリンダを介して支持された支持体にて受け止めることにより該板材の、該搬送ローラ群との直接的な衝突を防止することを特徴とする鋼管の製造方法である。なお、本発明において、オープン管とは、板材を円筒状に成形して互いに向き合った板端部が溶接されていない状態の管体のことを称する。

また、本発明は、板材の送給経路を形成する搬送ローラ群と、この搬送ローラ群に沿って配置され、該板材を２箇所で支持するダイと、該板材の間欠送りのもとに該ダイの支持相互間で該板材に押し当てて３点曲げ加工を施してオープン管を成形するパンチと、得られたオープン管の開放部を突き合わせ接合して鋼管とする接合手段とを備えた鋼管の製造装置であって、前記ダイの導入側、導出側のそれぞれの、前記搬送ローラ群の下側に、ガスシリンダを介して支持され、該搬送ローラ群のローラ相互間を通して送給ラインよりも上に上昇可能な支持体を設け、前記支持体は、前記３点曲げ加工の際に浮き上がった板材を、該ローラ群に向けて降下、到達する前に受け止める受け部を有することを特徴とする鋼管の製造装置である。

上記の構成からなる鋼管の製造装置においては、
１）支持体を、ダイの導入側、導出側のそれぞれにおいて、ダイの長手方向に沿い少なくとも２つ配置されたもので構成すること、
２）支持体を、先端部に受け部を有し、中央部で枢軸を介して揺動可能に支持された梃子式のアームを備えたもので構成し、該アームの後端をガスシリンダで連結すること、
が、本発明の課題を解決するための具体的手段として好ましい。

本発明の鋼管の製造方法によれば、３点曲げ加工によって前記搬送ローラ群から浮き上がった板材を、搬送ローラ群に向けて降下、到達する前にガスシリンダを介して保持された支持体にて受け止めるようにしたため、該板材が、搬送ローラ群と直接衝突するのを防止することが可能となり、板材における疵の発生、製造設備の損傷を回避することができる。

また、本発明の鋼管の製造装置によれば、ダイの導入側、導出側のそれぞれの、搬送ローラ群の下側に、ガスシリンダを介して支持され、該搬送ローラ群のローラ相互間を通して送給ラインよりも上に上昇可能な支持体を設けるとともに、該支持体を、３点曲げ加工によって浮き上がった板材を、該搬送ローラ群に向けて下降、到達する前に受け止める受け部を有するものにて構成したため、設備の複雑化、大型化を伴うことなしに板材における疵の発生、製造設備の損傷等を防止することができる。

また、本発明の上記構成からなる鋼管の製造装置によれば、支持体を、ダイの導入側、導出側のそれぞれにおいて、該ダイの長手方向に沿い少なくとも２つ配置されたもので構成したため、３点曲げ加工によって浮き上がった板材を、搬送ロール群に衝突する前に確実に受け止めることができる。

また、本発明の鋼管の製造装置によれば、支持体を、先端部に前記受け部を有し、中央部で枢軸を介して揺動可能に支持されたアームを備えたもので構成し、該アームの後端を、ガスシリンダに連結するようにしたため、装置のコンパクト化が可能となり既設設備への適用も容易となる。

さらに、本発明の鋼管の製造装置によれば、アームの後端をガスシリンダに連結するようにしたため、受け部にて板材を受け止めるとき、衝突に伴う衝撃を効果的に吸収することができる。

（ａ）（ｂ）は、本発明にしたがう鋼管の製造装置の実施の形態を３点曲げ加工を行う部分について模式的に示した図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。鋼管の製造要領を示した図である。

以下、本発明を図面を用いてより具体的に説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、本発明に従う鋼管の製造装置の実施の形態を３点曲げ加工を行う部分に示したものである。

図における符号１は、加工すべき板材Ｓの搬送経路（搬送テーブル）を形成する搬送ローラ群、２は、板材Ｓをその搬送方向の２箇所において支持するダイである。ダイ２は、頂部に半径Ｒの円弧が施され、搬送方向と交差する向きに延伸する棒状部材から構成されており、製造すべき鋼管のサイズに応じてその中心間隔Ｌを変更することができるようベース２aに配置されている。

また、３は、ダイ２の支持相互間（中心間隔Ｌ）で板材Ｓをその送給方向（送り方向）に沿い逐次押圧することによって３点曲げ加工を施すパンチである。

パンチ３は、板材Ｓに直接接して該板材Ｓを押圧する下向き凸状の金型本体３ａと、この金型本体３ａの背面につながり、該金型本体３ａを保持する保持体３ｂから構成されている。

なお、図１においては、金型本体３ａの幅と保持体３ｂとの幅が一致したものを例として示したが、パンチ３は図示したような形状のものに限定されることはなく、例えば、金型本体３ａの幅が保持体３ｂの幅よりも広い、逆Ｔ字状のパンチを用いることもできる。

保持体３ｂは、具体的構造については図示はしないが、その上端部に、油圧シリンダの如き手段が連結されたスライダーが備えられており、該手段を駆動することによってパンチ３を昇降させることができるようになっている。

さらに、図における符号４は、ダイ２の導入側、導出側のそれぞれの、搬送ローラ群の下側に設けられ、３点曲げ加工によって浮き上がった板材Ｓを、搬送ローラ群１に向けて下降、到達する前に受け止める支持体である。

この支持体４は、先端部に受け部４ａを有し、中央部で枢軸Ｐを介して揺動可能に支持された梃子式のアーム４ｂを備えたもので構成されており、その後端４ｃは、ベース２ａの側壁に設けられたガスシリンダ５に連結されている。

受け部４ａとしては、表面にウレタンゴムの如き軟質材が焼き付けられ、枢軸を介して回転可能に保持されたローラ等を適用することができる。

なお、支持体４を構成する梃子式のアーム４ｂの形状は、特に図示したものに限定されることはなく、受け部４ａとガスシリンダ５との位置関係に応じて、枢軸Ｐを通る一直線上のアームや、受け部４ａやガスシリンダ５等の動作点から枢軸Ｐまでは直線状で、かつ、枢軸Ｐにおいては屈曲するアームや、あるいは、枢軸Ｐから動作点まで屈曲するアーム、等を採用することができる。

ガスシリンダ５のシリンダロッドを作動させて支持体４のアーム４ｂを図１（ａ）の仮想線で示すように、枢軸Ｐを中心に適宜時計周り、半時計周りに揺動させることにより支持体４は昇降する。アーム４ｂの揺動にて、受け部４ａを搬送ローラ群１の送給ラインｅの上（ローラ上面を結ぶ水平線）に位置させ、該受け部４ａの姿勢をそのまま維持することで３点曲げ加工の際に浮き上がった板材Ｓを、搬送ローラ群１に到達する前に受け止めることができる。

板材Ｓを受け止めるとき、該アーム４ｂには、ある程度の衝撃が加わり、アーム４ｂの後端４ｃが上昇するように枢軸Ｐを支点に揺動することになるが、該後端４ｃにはガスシリンダ５が連結しており、その際に加わる衝撃は、該ガスシリンダ５により速やかに吸収され、板材Ｓが支持体４に接触しても疵が発生することがない。

上記の構成からなる製造装置を用い、３点曲げ加工により鋼管を製造するには、一定の送り量のもとで板材Ｓを送給し、図２に示すように、板材Ｓの先端側、後端側からそれぞれその中央部に向けて順次パンチ３を押し当てて３点曲げ加工を行い（例えば、加工前半において２７回の押圧、加工後半において２７回の押圧、中央部１回の押圧）オープン管Ｓ_１としたのち、得られたオープン管Ｓ_１につき、その開放部を溶接機の如き接合手段により突合せ接合し、さらに必要に応じてその下流で拡管を施す。

なお、本発明において、板材Ｓを先端側から加工していく加工前半においては、図１（ａ）の、パンチ３の左側がダイ２の導入側となり、右側がダイ２の導出側となる。また、板材Ｓを後端側から加工していく加工後半においては、図１（ａ）のパンチ３の左側がダイ２の導出側となり、右側がダイ２の導入側となる。

支持体４の受け部４ａをローラで構成した場合、該受け部４ａは、送給ライン上に配置しておくことができ、板材Ｓを受けるとき、５０〜２００ｍｍ程度上昇させる。

また、支持体４は、ダイ２の導入側、導出側のいずれにおいても、浮き上がった板材Ｓを確実に受け止めるため、すなわち、加工後半のように板材Ｓのほぼ半分程度が湾曲した状態にあっても確実に受け止めることができるように、板材Ｓの押圧中心（プレス中心）から５００〜１５００ｍｍの範囲に受け部４ａが位置するように、支持体４を配置するのが好ましい。

支持体４の上昇タイミングとしては、パンチ３が押し当てられて板材Ｓが浮き上がり、それが搬送ローラ群１に接触するまでの間に上昇させる。

支持体４を昇降させるには、例えば、受け部４ａに荷重センサー等の検知手段を設けておき、板材Ｓが浮き上がったことを該検知手段により検知し、その検知結果に基づいてガスシリンダ５のシリンダロッドを作動させればよい。ガスシリンダ５の衝撃吸収能は、使用する板材Ｓのサイズや重量に応じて適宜変更される。

本発明では、板材Ｓを受け止めた際の衝撃を緩和する具体的手段としてガスシリンダ５を適用する場合について説明した。ガスシリンダ５としては、動作ガスに圧縮空気を用いるエアシリンダを採用することができるほか、窒素ガスやアルゴンガス等の気体を用いたシリンダを用いることもできる。

なお、油圧シリンダのような液圧式のシリンダを採用することも可能であるが、その場合には、衝撃吸収機能を確保するために液圧変化を適切に制御する必要があり、油等の作動液体を適切に逃がす機構が必要となる。よって、そのような付加的な機構を必要としないガスシリンダを適用するのが好ましく、費用対策降下の観点から、エアシリンダを適用することがさらに好ましい。

３点曲げ加工によって得られたオープン管Ｓ_１を、その加工部分から効率的に搬出するために該オープン管Ｓ_１を図１（ｂ）の矢印の方向に向けて搬出する搬送手段（図示せず）を設けておくことができる。

搬送手段としては、例えば、ダイ２の相互間に配置され、該ダイ２にて支持されるオープン管Ｓ_１に向けて近接、離隔可能な搬送ローラ群を適用することが可能である。

搬送ローラ群によるオープン管Ｓ_１の搬送は、該搬送ローラ群を直接駆動することにより行ってもよいし、該搬送ローラ群に駆動系を設けず、該搬送ローラ群とは別に、オープン管Ｓ_１の長手方向端部を押圧する押圧機構を設け、この押圧機構を使用して搬出するようにしてもよい。

また、本発明に係る鋼管の製造装置においては、３点曲げ加工を行う部分の他、プレス加工によって成形されたオープン管Ｓ_１の開放部を突き合わせた状態で溶接して鋼管とする溶接機（接合手段）を配置するが、該溶接機としては、例えば、仮付溶接機、内面溶接機、外面溶接機という３種類の溶接機で構成されるものを適用する。かかる溶接機において、仮付溶接機は、ケージロールにより突き合わせ面を適切な位置関係で連続的に密着させ、密着部をその全長にわたって溶接するものである。

仮付された管は、次に、内面溶接機により突き合わせ部の内面から溶接（サブマージアーク溶接）され、さらに、外面溶接機により突き合わせ部の外面から溶接（サブマージアーク溶接）される。

上記溶接機（接合手段）と３点曲げ加工を行う部分との位置関係は特に限定されず、任意に変更される。

本発明においては、支持体４として、先端に受け部４ａを有し、後端４ｃをガスシリンダ５に連結したアーム４ａにて構成したため、搬送ローラ群１の下部に大きなスペースを確保することなしにその配置が可能となり、配置位置の制約を緩和することができる。

厚さ３１．８ｍｍ、サイズ３６５０×１２０００ｍｍのラインパイプ用鋼板（ＡＰＩグレードＸ１００）を用い、直径４８インチの鋼管を成形すべく、先端部の半径：７５ｍｍ、相互間隔ｅ（中心間の距離）：４５０ｍｍに設定した上掲図１に示した如き構成になるダイ１に載置して、半径４００ｍｍになる加工面を有する幅（厚さ）２００ｍｍのパンチにより、押圧力（荷重）６０ＭＮ、板材送りピッチ６０ｍｍ、押圧回数５５回（板材Ｓの搬送方向の先端側から２７回、後端側から２７回、中央部で１回）として３点曲げ加工を施し、その際、上掲図１（ａ）（ｂ）に示す如き支持体４にて浮き上がった板材Ｓを受け止めるようにして、得られたオープン管の外表面における疵の有無についての調査を行った。

その結果、鋼管の外表面には疵の発生は認められないことが確認された。

本発明によれば、３点曲げ加工に際して板材が浮き上がっても、浮き上がった板材が搬送ローラ群に降下、衝突する前に、支持体により受け止めることができるので、板材における疵の発生を防止することが可能であり、また、設備の損傷を効果的に回避し得る。

１搬送ローラ群
２ダイ
２ａベース
３パンチ
３ａ金型本体
３ｂ保持体
４支持体
４ａ受け部
４ｂアーム
４ｃアームの後端
５ガスシリンダ
Ｓ板材
Ｐ枢軸

Claims

板材の送給経路を形成する搬送ローラ群に沿って配置されたダイにより板材を２箇所で支持し、該板材の間欠送りのもとに該ダイの支持相互間で該板材にパンチを押し当てて３点曲げ加工を施すことによりオープン管を成形した後、該オープン管の開放部を突き合わせ接合することによって鋼管を製造する方法において、
前記３点曲げ加工の際に浮き上がった板材を、該搬送ローラ群に向けて降下、到達する前にガスシリンダを介して保持された支持体にて受け止めることにより該板材の、該搬送ローラ群との直接的な衝突を防止することを特徴とする鋼管の製造方法。
板材の送給経路を形成する搬送ローラ群と、この搬送ローラ群に沿って配置され、該板材を２箇所で支持するダイと、該板材の間欠送りのもとに該ダイの支持相互間で該板材に押し当てて３点曲げ加工を施してオープン管を成形するパンチと、得られたオープン管の開放部を突き合わせ接合して鋼管とする接合手段とを備えた鋼管の製造装置であって、
前記ダイの導入側、導出側のそれぞれの、前記搬送ローラ群の下側に、ガスシリンダを介して支持され、該搬送ローラ群のローラ相互間を通して送給ラインよりも上に上昇可能な支持体を設け、
前記支持体は、前記３点曲げ加工の際に浮き上がった板材を、該搬送ローラ群に向けて下降、到達する前に受け止める受け部を有することを特徴とする鋼管の製造装置。
前記支持体は、前記ダイの導入側、導出側のそれぞれにおいて、前記ダイの長手方向に沿い少なくとも２つ配置されたものであることを特徴とする請求項２に記載した鋼管の製造装置。
前記支持体が、先端部に前記受け部を有し、中央部で枢軸を介して揺動可能に支持された梃子式のアームを備え、該アームの後端を、前記ガスシリンダに連結してなることを特徴とする請求項２または３に記載した鋼管の製造装置。