JP6589896B2 - 電縫鋼管の冷却方法および電縫鋼管の冷却設備ならびに電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接部強度に優れた電縫鋼管の冷却方法および電縫鋼管の冷却設備ならびに電縫鋼管の製造方法に関する。

従来、電縫鋼管の溶接部の冷却方法として、例えば、特許文献１に開示されているような水冷装置により外面側から冷却するという方法や、特許文献２に開示されているような鋼管浸漬焼入れ装置、特許文献３、４に開示されているような管内部に配管を設置した冷却方法が挙げられる。

特開平５−１７１２９４号公報 特開昭５９−３５６２７号公報 特開昭５２−５２１４１号公報 特開昭５３−７３４０７号公報

厚肉材において、特許文献１のような管外面側一方向からの冷却では、鋼管外面側と内面側で冷却速度の差が生じてしまい、板厚方向に均一な冷却速度が得られない。したがって、目標とする微細な組織が得られず、溶接部の強度が母材強度よりも低くなるという問題がある。また、特許文献２のような鋼管を水中に浸漬させ、かつ鋼管の内周面にノズルを使って冷却水を噴射させることで冷却する方法では、溶接部熱処理中にも冷却を行うことになり熱処理効率が著しく悪化するという問題がある。また、特許文献３、４のような配管を設置して鋼管内面を冷却する方法では、鋼管の溶接前の上流側から加熱設備を超えて冷却設備までの長さを有する冷却媒体の供給配管が必要となる。特に長尺品の製造においては、この冷却媒体の供給配管が非常に長くなるため、配管脱着が煩雑になるという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、溶接部強度に優れた電縫鋼管を得ることができる、電縫鋼管の冷却方法および電縫鋼管の冷却設備ならびに電縫鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、鋼管外面側および内面側の両方の溶接物を冷却するために、鋼管外面側の溶接部を冷却する冷却装置から鋼管外面側を冷却するとともに、鋼管内面側の溶接部を冷却する冷却装置を台車に搭載し、この台車を製造中の鋼管内部に挿入して鋼管内面側の溶接部を冷却することにより、板厚方向に均一な冷却速度が得られるとともに、鋼管内部に直接冷却媒体の供給配管を配設しなくても、鋼管内部を冷却することができることを見出した。

さらに、本発明では、台車に搭載された冷却装置が鋼管内部に挿入されていないときは（鋼管が冷却設備内に搬送されていない段階）、鋼管外面側の溶接部を冷却する冷却装置から、台車に搭載された鋼管内面側の溶接部を冷却する冷却装置内に、冷却媒体を直接供給することにより、鋼管内面側の溶接部を冷却する冷却装置内に冷却媒体を貯蔵する。これにより、造管中の鋼管が冷却設備内に搬送された際の鋼管内面側の溶接部の冷却に備えておく。一方で、台車に搭載された鋼管内面側の溶接部を冷却する冷却装置が鋼管内部に挿入されているとき（鋼管が冷却設備内に搬送されて、溶接部が冷却中の場合）、鋼管外面側の溶接部を冷却する冷却装置から台車に搭載された鋼管内面側の溶接部を冷却する冷却装置に、冷却媒体を直接供給することはできない。そこで、造管中の鋼管を冷却媒体の供給配管として用いることとした。すなわち、造管中の鋼管内部に造管方向上流側から冷却媒体を供給し、この冷却媒体を、台車に搭載された鋼管内面側の溶接部を冷却する冷却装置内のタンクに、ポンプを用いて汲み上げることで、鋼管内面側の溶接部を冷却する冷却装置内に冷却媒体を貯蔵する。このようにして、冷却媒体を鋼管内面側の溶接部を冷却する冷却装置へ供給することができる。したがって、従来のような長い供給配管が不要になり、配管脱着の手間を省くことができるという知見を得た。

本発明は以上の知見に基づいて完成されたものであり、具体的には以下のとおりである。
［１］鋼管外面側に設置されて鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置と、台車に搭載されて、鋼管内部に挿入することにより鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置とを備える冷却設備を用いて電縫鋼管溶接部を冷却することを特徴とする電縫鋼管の冷却方法。
［２］鋼管内部に前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置が挿入されていないとき、前記鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置から、前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置内に冷却媒体が供給されることを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管の冷却方法。
［３］鋼管内部に前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置が挿入されているとき、造管方向上流側から鋼管内部に冷却媒体が供給され、該冷却媒体は前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置内に汲み上げられることを特徴とする［１］または［２］に記載の電縫鋼管の冷却方法。
［４］鋼管外面側に設置されて鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置と、台車に搭載されて、鋼管内部に挿入することにより鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置とを備えることを特徴とする電縫鋼管の冷却設備。
［５］前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置内に造管方向上流側から鋼管内部に供給される冷却媒体を汲み上げるポンプをさらに備えることを特徴とする［４］に記載の電縫鋼管の冷却設備。
［６］帯鋼を電縫溶接する工程と、電縫溶接後の溶接部を焼鈍する工程と、焼鈍後の溶接部を冷却する工程とを備える電縫鋼管の製造方法であって、前記冷却する工程は、鋼管外面側に設置されて鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置と、台車に搭載されて、鋼管内部に挿入することにより鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置とを備える冷却設備を用いて電縫鋼管溶接部を冷却することを特徴とする電縫鋼管の製造方法。

本発明によれば、鋼管内部を冷却する冷却媒体を供給する長い配管が不要になる。また、本発明では、鋼管内面側の溶接部の冷却を行うことができるため、溶接部強度が母材強度よりも低くなるという問題が起こらず、溶接部強度に優れた電縫鋼管を得ることができる。

図１は、本発明の電縫鋼管の製造設備の一部を示す模式図である。 図２は、鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置が鋼管内に挿入されていない場合の、冷却媒体の供給方法を示す模式図である。 図３は、図２は、鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置が鋼管内に挿入されている場合の、冷却媒体の供給方法を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

本発明は、帯鋼を電縫溶接する工程と、電縫溶接後の溶接部を焼鈍する工程と、焼鈍後の溶接部を冷却する工程とを施して電縫鋼管を製造するに際し、台車に搭載されて、鋼管内部に挿入することにより鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置と、鋼管外面側に設置されて鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置とを備える冷却設備を用いて電縫鋼管溶接部を冷却することを特徴とする。

図１は、本発明の電縫鋼管の製造設備の一部を示す模式図であり、具体的には、電縫溶接後の溶接部を焼鈍する加熱設備１と、焼鈍後の溶接部を冷却する冷却設備２とを示す模式図である。なお、図中の矢印は、鋼管の造管方向を示す。

図１において、加熱設備１よりも下流側に設置される冷却設備２は、鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置３と、鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置４とからなる。冷却装置３と冷却装置４は、互いに対向するように設置される。また、冷却装置４は、台車５に搭載されており、台車５は搬送ローラー６上に設置される。また、台車５は、ワイヤー７に繋がれている。ワイヤー７により台車５の稼動を制御しており、台車５が下流に流されることを防止する。

冷却装置３は、冷却ヘッド３−１を備える。冷却装置３には、配管（図示しない）から冷却媒体が供給されており、鋼管外面側の溶接部に向けて、冷却ヘッド３−１を介して冷却媒体が適宜噴射される。

冷却装置４は、冷却ヘッド４−１を備える。後述する方法で冷却媒体が冷却装置４に供給される。鋼管内面側の溶接部に向けて、冷却ヘッド４−１を介して冷却媒体が適宜噴射される。

台車５には、タンク８が搭載されており、タンク８内に冷却装置４が設置されている。タンク８は上面が空いており、後述する方法で冷却媒体はタンク８内に貯蔵される。タンク８内に貯蔵された冷却媒体は、ポンプ９の駆動力に基づいて、冷却ヘッド４−１を介して噴射される。なお、ポンプ９は、例えば電源ケーブル１０に接続されていればよい。

本発明では、台車に搭載された冷却装置４を、鋼管内部に挿入することにより鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却することができる。したがって、鋼管内部に直接冷却媒体の供給配管を配設しなくても、鋼管内部を冷却することができる。

さらに本発明では、冷却装置４への冷却媒体を以下の方法で供給することが好ましい。

鋼管が溶接される前の場合（冷却装置４が鋼管内に挿入されていない場合）、冷却装置３から冷却装置４へ冷却媒体が供給される。これにより、造管中の鋼管が冷却設備２内に搬送された際の、鋼管内面側の溶接部の冷却に備えておく。図２に示すように、冷却装置３の冷却ヘッド３−１から冷却媒体１１が噴射され、タンク８に冷却媒体１１が供給される。タンク８は、上述したように上面が空いている。したがって、冷却ヘッド３−１から噴射された冷却媒体１１は、直接タンク８内に貯蔵される。

冷却装置４が鋼管内に挿入されている場合（造管中の鋼管が冷却設備２内に搬送されている場合）、冷却装置３と冷却装置４との間に製造中の鋼管が入り込んでいる。したがって、冷却設備２内に鋼管が搬送されている最中は、冷却装置３から冷却媒体を直接供給することができない。そこで、本発明では、図３に示すように、造管中の鋼管Ｓ内部に上流側から冷却媒体１１を供給する。この冷却媒体１１は、例えばポンプ１２を用いて冷却装置４内のタンク８に汲み上げればよい。その結果、冷却装置４が鋼管内部に挿入されている間においても、冷却装置４内のタンク８に冷却媒体１１を貯蔵することができる。本発明では、造管中の鋼管Ｓを供給媒体１１の供給配管として用いることができるため、従来のような長い供給配管が不要になり、配管脱着の手間を省くことができる。

したがって、本発明では、鋼管外面側の溶接部と鋼管内面側の溶接部の冷却の両方の冷却を行うことができるため、溶接部の組織微細化を図ることができる、その結果、溶接部強度に優れた電縫鋼管を得ることができる。

なお、台車５を鋼管Ｓに挿入する場合、例えば、シリンダー（図示しない）を用いて台車５を持ち上げて、鋼管Ｓ内に挿入すればよい。

また、造管中の鋼管Ｓ内部に上流側から冷却媒体を供給するタイミングとしては、帯鋼が冷却媒体を供給できる程度の管状体にロール成形された段階であればよい。

また、本発明の冷却設備は、従来、鋼管内部への冷却媒体の供給配管が長く、配管脱着が煩雑になるという長尺品に対して、好適に用いることができる。本発明の冷却設備は、３０ｍ以上の製品長、より好ましくは４０ｍ以上の製品長を有する電縫鋼管に、好適に用いることができる。

また、本発明において、冷却工程以外の製造工程については、特に限定されない。なお、電縫溶接する帯鋼の板厚は、鋼管外面側と内面側での冷却速度の差に起因する溶接部強度の問題の点から、２０〜２８ｍｍであることが好ましい。
また、焼鈍工程においては、溶接部強度の点から、鋼管溶接部をＡｃ_３変態点以上１０５０℃以下に加熱することが好ましい。

母材強度の異なる、板厚２５．４ｍｍ、外径５５８．８ｍｍ、ＡＰＩ Ｘ８０級の電縫鋼管（造管パイプ長：９０ｍ）を製造した。冷却条件については、本発明の冷却設備（発明例）を用いて鋼管外面側および内面側の両方の溶接部を冷却する場合と、従来の冷却設備（比較例）を用いて鋼管外面側の溶接部のみ冷却する場合の冷却をそれぞれ行った。また、冷却水量については、外面側の冷却水量を４４００Ｌ／分、内面側の冷却水量を８００Ｌ／分とした。

得られた電縫鋼管から試験片を採取して、引張試験を行い、溶接部強度および母材部強度をそれぞれ求めた。試験方法は以下の通りである。

（Ａ）引張試験
得られた電縫鋼管から、ＡＳＴＭ Ａ１３５の規定に準拠して試験片方向がＴ方向（鋼管の圧延方向（長手方向）に直交する方向）となるように、母材および溶接部の引張試験片をそれぞれ採取した。なお、母材の試験片については、溶接部から１８０度の位置を採取した。ＡＳＴＭ Ａ３７０の規定に準拠して引張試験を行い、母材および溶接部の引張強度（ＭＰａ）をそれぞれ測定した。

結果を表１に示す。

表１の結果から、従来の外面冷却のみでは、溶接部強度が母材部強度よりも３〜３０ＭＰａ程度劣っている。これに対して、発明例はいずれも、溶接部強度が母材部強度よりも２０〜３０ＭＰａ程度上回り、良好な結果が得られた。

１ 加熱設備（焼鈍設備）
２ 冷却設備
３ 鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置
３−１ 冷却ヘッド
４ 鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置
４−１ 冷却ヘッド
５ 台車
６ 搬送ローラー
７ ワイヤー
８ タンク
９ ポンプ
１０ 電源ケーブル
１１ 冷却媒体
１２ ポンプ
Ｓ 鋼管

Claims (4)

1. 鋼管外面側に設置されて鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置と、
   台車に搭載されて、鋼管内部に挿入することにより鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置と
   を備える冷却設備を用いて電縫鋼管溶接部を冷却し、
   鋼管内部に前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置が挿入されているとき、
   造管方向上流側から鋼管内部に冷却媒体が供給され、該冷却媒体は前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置内に汲み上げられることを特徴とする電縫鋼管の冷却方法。
2. 鋼管内部に前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置が挿入されていないとき、
   前記鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置から、前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置内に冷却媒体が供給されることを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管の冷却方法。
3. 鋼管外面側に設置されて鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置と、
   台車に搭載されて、鋼管内部に挿入することにより鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置と、
   前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置内に造管方向上流側から鋼管内部に供給される冷却媒体を汲み上げるポンプと
   を備えることを特徴とする電縫鋼管の冷却設備。
4. 帯鋼を電縫溶接する工程と、電縫溶接後の溶接部を焼鈍する工程と、焼鈍後の溶接部を冷却する工程とを備える電縫鋼管の製造方法であって、
   前記冷却する工程は、
   鋼管外面側に設置されて鋼管外面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置と、
   台車に搭載されて、鋼管内部に挿入することにより鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置と、
   前記鋼管内面側の電縫鋼管溶接部を冷却する冷却装置内に造管方向上流側から鋼管内部に供給される冷却媒体を汲み上げるポンプと
   を備える冷却設備を用いて電縫鋼管溶接部を冷却することを特徴とする電縫鋼管の製造方法。