JP6561909B2 - 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するものであり、詳しくは、偏肉および曲りを抑制した自動車、ボイラー、配管等の用途に好適な電縫鋼管の製造方法に関するものである。

電縫鋼管は、鋼帯を冷間加工で成形して製造するので、熱間加工で製造される継目無鋼管に比べて良好な寸法精度を有することが知られている。ところが電縫鋼管は、円筒状に成形した鋼帯の幅方向両端部を突き合わせて電気抵抗溶接するので、その溶接部（いわゆるビード）が電縫鋼管の内外面から突出して形成される。つまり、電気抵抗溶接した後の電縫鋼管の肉厚は素材の鋼帯の板厚と同じく均一であるが、溶接部（ビード）においてのみ肉厚が増大する。

そこで、電気抵抗溶接の後で電縫鋼管の内外面からビードが突出した部位（以下、内外突出部という）を切削して除去することによって、電縫鋼管のビードを含めて肉厚の均一化を図る技術が普及している。

さらに近年では、ビードの内外突出部を切削除去した電縫鋼管を加熱して、絞り圧延に供する技術が開発されている。絞り圧延は、ストレッチレデューサーあるいはサイザーを用いて、外径と肉厚を減少させることが可能であるから、様々な寸法の電縫鋼管を製造することができる。

そして、絞り圧延に先立って電縫鋼管を加熱するための手段として、短時間で加熱できる高周波誘導加熱が検討されている。

たとえば特許文献１には、サイザーの入側に誘導コイルを設置して電縫鋼管を加熱する技術が開示されている。この技術では、誘導コイルとサイザーの間に電縫鋼管を冷却するための水噴射ノズルが設置されている。しかし、その水噴射ノズルは、本来、ビードの熱処理を行なう焼鈍炉（いわゆるシームアニラー）で温度が上昇した電縫鋼管を冷却するためのものであるから、誘導コイルで加熱した電縫鋼管の特定の部位（たとえばビード）のみを冷却する機能は備わっていない。以下では、電縫鋼管のビード以外の部位、すなわち素材の鋼帯を円筒状に成形した部位を定常部と記す。

ビードの内外突出部を切削除去することによって、残置されるビードの肉厚は定常部よりも薄くなり易い。ビードの肉厚が薄くなった電縫鋼管を誘導コイルによって短時間で加熱すると、ビードの温度が定常部よりも上昇する。そして、高温のビードは変形抵抗が減少するので、その電縫鋼管の絞り圧延を行なうとビードが大きく変形して、絞り圧延から排出された電縫鋼管に偏肉が発生する。また、絞り圧延が終了した後の冷却過程にて収縮量の差が生じるので、電縫鋼管に曲りが発生する。

以上に説明したように、ビードの内外突出部を切削除去した電縫鋼管を高周波誘導加熱で加熱し、さらに絞り圧延を行なう製造工程において、絞り圧延が終了した後の電縫鋼管の偏肉および曲りを防止する技術は確立されていない。

特開2003-164908号公報

本発明は、従来の技術の問題点を解消し、ビードの内外突出部を切削除去した電縫鋼管を高周波誘導加熱で加熱し、さらに絞り圧延を行なうにあたって、絞り圧延が終了した後の偏肉および曲りを防止することが可能な電縫鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、ビードの内外突出部を切削除去した電縫鋼管を高周波誘導加熱で加熱し、さらに絞り圧延を行なうことによって偏肉および曲りが発生する現象は、ビードの温度が定常部よりも上昇することによる温度差が原因であることに着目した。つまり、高周波誘導加熱の出側でビードのみを冷却すれば、ビードと定常部の温度差を解消できる。

ところが電縫鋼管の製造ラインの操業状況によっては、ビードの内外突出部を切削除去した電縫鋼管を製造ラインから取り出して、ラックや倉庫等に一旦保管した後、再び製造ラインに搬入して高周波誘導加熱に供する場合がある。その場合は、高周波誘導加熱の入側にて、多数の電縫鋼管のビードを管軸に垂直な断面における所定の位置に整列させる作業は行なわない。したがってビードのみを冷却するためには、高周波誘導加熱の出側で夫々の電縫鋼管のビードを検出する必要がある。

そこで、高周波誘導加熱の出側で電縫鋼管のビードを検出するために、ビードと定常部の温度差を活用する。つまり、高周波誘導加熱の出側にて電縫鋼管の円周方向の複数点で温度を測定し、その温度分布において高温の部位（以下、高温部という）がビードであるから、その高温部のみにノズルから冷却水を噴射すれば、ビードのみを冷却することが可能である。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、鋼帯を円筒状に成形し、鋼帯の幅方向両端部を突き合わせて電気抵抗溶接して電縫鋼管とした後、電気抵抗溶接によって生じたビードの突出した部位を電縫鋼管の内外面から切削除去し、さらに電縫鋼管を高周波誘導加熱によって加熱して、引き続き、絞り圧延によって所定の寸法に仕上げる電縫鋼管の製造方法において、高周波誘導加熱によって加熱した電縫鋼管の円周方向の温度分布を測定し、温度分布の高温部に冷却水を噴射して冷却することによって電縫鋼管の円周方向の温度分布を均一にして絞り圧延に供する電縫鋼管の製造方法である。

本発明の電縫鋼管の製造方法においては、電縫鋼管の円周方向の温度分布を電縫鋼管の軸方向に連続的または間欠的に測定し、高温部の管軸方向の温度変化を計測するとともに、電縫鋼管を搬送コンベア上でトラッキングして、管軸方向の温度変化に応じて冷却水の噴射量を調整することが好ましい。また、絞り圧延をストレッチレデューサーで行なうことが好ましい。

本発明によれば、ビードの内外突出部を切削除去した電縫鋼管を高周波誘導加熱で加熱し、さらに絞り圧延を行なうにあたって、絞り圧延が終了した後の偏肉および曲りを防止することが可能となり、産業上格段の効果を奏する。

本発明の製造方法で電縫鋼管を製造するための設備の例を模式的に示す斜視図である。 電縫鋼管の曲りの例を模式的に示す斜視図である。 電縫鋼管の管端の例を模式的に示す側面図である。

図１は、本発明の製造方法で電縫鋼管を製造するための設備の例を模式的に示す斜視図である。ビードの内外突出部を切削除去した電縫鋼管１は、高周波誘導加熱を行なう誘導コイル２を通過する間に加熱され、さらに、外径と肉厚を減少するための絞り圧延を行なう圧延機３（以下、絞り圧延機という）を通過して、所定の寸法に仕上げられる。図１中の矢印Ａは電縫鋼管１の進行方向を示す。

誘導コイル２の出側に、電縫鋼管１の円周方向の温度分布を測定するための、リング状の温度測定器４が配設される。温度測定器４の構成は、特に限定せず、電縫鋼管１の外表面の温度を非接触で測定できるものを使用する。たとえば、リング状の構造体に多数の非接触式の温度計（たとえば放射温度計等）を、電縫鋼管１の外表面の温度測定が可能なように取付けることによって、円周方向の温度分布を測定できる。

さらに、誘導コイル２の下流側（絞り圧延機３の入側）に、リング状の冷却水ヘッダー５が配設される。冷却水ヘッダー５には、電縫鋼管１に冷却水を噴射する多数の冷却水ノズル６が配設される。

このようにして、ビードの内外突出部を切削除去した後の電縫鋼管１を高周波誘導加熱で加熱するとともに誘導コイル２から排出される電縫鋼管１の円周方向の温度分布を測定し、その温度分布のうちの最高温度Ｔ_HIGH（℃）と予め設定された閾値Ｍ（℃）とを比較して、Ｔ_HIGH≧Ｍとなった場合に、最高温度Ｔ_HIGHの位置（すなわち高温部）を管軸方向に延長した部位がビードであると判定する。こうしてビードを検出し、さらに冷却水ヘッダー５に配設された多数の冷却水ノズル６の中からビードに冷却水を噴射できる位置の冷却水ノズル６を選択して冷却水を噴射することによって、ビードのみを冷却することが可能となる。

ビードの検出および冷却水ノズル６の選択は、図１に示すような設備の操業中にオンラインで行なう必要があるので、演算装置を用いることが好ましい。
なお、Ｔ_HIGH＜Ｍとなった場合は、ビードと定常部が均一に加熱されたと判定して、冷却水の噴射は行なわない。

絞り圧延機３の入側におけるビードの温度の均一化を図るために、温度測定器４による円周方向の温度分布の測定を電縫鋼管１の進行に合わせて管軸方向にも行なって、最高温度Ｔ_HIGHの管軸方向の変化（すなわちビードの管軸方向の温度変化）を計測することが好ましい。ビードの管軸方向の温度変化は、常時連続的に計測しても良いし、一定の間隔を設けて断続的に計測しても良い。

そして温度測定器４から冷却水ヘッダー５に到る搬送コンベア上で電縫鋼管１をトラッキングして、ビードの温度変化に応じて冷却水の噴射量を調整することによって、ビードの管軸方向の温度変化を抑制することができる。電縫鋼管１のトラッキングおよび冷却水の噴射量の調整も操業中にオンラインで行なう必要があるので、演算装置を用いることが好ましい。

誘導コイル２による高周波誘導加熱によって大径の電縫鋼管１を加熱するのは困難であるから、本発明は比較的小径の電縫鋼管１に適用するのが好ましく、したがって、絞り圧延機３はストレッチレデューサーを使用するのが好ましい。

ビードの内外突出部を切削除去した電縫鋼管１（外径89.1mm、肉厚6.0mm）を、図１に示すように、誘導コイル２で加熱し、さらに温度測定器４で円周方向の温度分布を常時連続的に測定することによって、電縫鋼管１のビードを検出するとともに、ビードの管軸方向の温度変化を計測した。そして、搬送コンベア上で電縫鋼管１をトラッキングして、ビードの温度変化の生じた部位が冷却水ヘッダー５に到達した時に冷却水の噴射量を調整しながら、ビードのみの冷却を行なった。
こうしてビードと定常部の温度を均一にした電縫鋼管１を絞り圧延機３（ストレッチレデューサー）に装入して、製品寸法（外径25.4mm、肉厚6.0mm）に仕上げた。

次に、絞り圧延機３の出側のクーリングベッド上で電縫鋼管１を空冷し、室温まで冷却した後で、電縫鋼管１の曲り量Ｓ（mm）を測定した。曲り量Ｓは、図２に示すように、長さ6000mmの電縫鋼管１の両管端を結ぶ直線と電縫鋼管１の外面との距離の最大値を指すものとする。25本の電縫鋼管１について曲り量Ｓを測定したところ、平均2.0mmであった。

また、上記の曲り量Ｓを測定した夫々の電縫鋼管１の管端にて、ビード７を起点として90°間隔で４ケ所ずつの肉厚ｔ（mm）を測定し、４つの測定値の最大値ｔ_max、最小値ｔ_min、平均値ｔ_aveを求め、さらに偏肉率（％）を算出したところ、平均2.7％であった。偏肉率は下記の式で算出される値である。
偏肉率＝100×（ｔ_max−ｔ_min）／ｔ_ave
一方で、従来の操業データを解析して、同じ寸法の電縫鋼管１の曲り量Ｓと偏肉率を求めたところ、曲り量Ｓは平均6.0mm、偏肉率は平均6.6％であった。

つまり、ビードの内外突出部を切削除去した電縫鋼管を高周波誘導加熱で加熱し、さらに絞り圧延を行なう際に、本発明を適用することによって、電縫鋼管の曲りと偏肉を減少できることが確かめられた。

１ 電縫鋼管
２ 誘導コイル
３ 絞り圧延機
４ 温度測定器
５ 冷却水ヘッダー
６ 冷却水ノズル
７ ビード

Claims (3)

1. 鋼帯を円筒状に成形し、前記鋼帯の幅方向両端部を突き合わせて電気抵抗溶接して電縫鋼管とした後、前記電気抵抗溶接によって生じたビードの突出した部位を前記電縫鋼管の内外面から切削除去し、さらに前記電縫鋼管を高周波誘導加熱によって加熱して、引き続き、絞り圧延によって所定の寸法に仕上げる電縫鋼管の製造方法において、前記高周波誘導加熱によって加熱した前記電縫鋼管の円周方向の温度分布の測定を、リング状の構造体に多数の非接触式の温度計を取付けた温度測定器を用いて行ない、前記円周方向の前記温度分布の最高温度Ｔ _HIGH （℃）と予め設定された閾値Ｍ（℃）とを比較して、Ｔ _HIGH ≧Ｍとなった場合に、前記Ｔ _HIGH の位置がビードであると判定し、リング状の冷却水ヘッダーに配設された多数の冷却水ノズルの中から前記ビードに冷却水を噴射できる冷却水ノズルを選択して前記ビードに前記冷却水を噴射して冷却することによって前記電縫鋼管の円周方向の温度分布を均一にし、Ｔ _HIGH ＜Ｍとなった場合には前記冷却水の噴射は行なわずに、前記電縫鋼管を前記絞り圧延に供することを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
2. 前記電縫鋼管の円周方向の温度分布を前記電縫鋼管の軸方向に連続的または間欠的に測定し、前記高温部の管軸方向の温度変化を計測するとともに、前記電縫鋼管を搬送コンベア上でトラッキングして、前記管軸方向の温度変化に応じて前記冷却水の噴射量を調整す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。
3. 前記絞り圧延をストレッチレデューサーで行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の電縫鋼管の製造方法。
   

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