JP7276533B1 - 鋼管端部の加工装置、鋼管端部の加工方法、及び、鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効果的に鋼管端部の真円度を向上させることができる鋼管端部の加工装置、鋼管端部の加工方法、及び、鋼管の製造方法を提供すること。【解決手段】鋼管の管端部を加工する鋼管端部の加工装置であって、鋼管を鋼管端部の外周面に接して下方から支持する２本の支持ロールと、２本の支持ロールの中間位置で鋼管端部の内周面側から鋼管端部に押し込みを与える１本の内面押し込みロールと、鋼管端部の外周面に接して上方から鋼管端部に押し込みを与える２本の外面押し込みロールと、鋼管を回転させる回転駆動手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管端部の加工装置、鋼管端部の加工方法、及び、鋼管の製造方法に関する。

鋼管、特にＵＯＥ鋼管などの大径鋼管は、その軸心方向端部を他の鋼管とつなぎ合わせて、ラインパイプ、油井管、及び、柱材などとして用いられる。この場合、鋼管の端部同士をつなぎ合わせる際に段差が生じると、その部分に応力集中が生じやすく破壊の起点となりやすい。そのため、鋼管の端部同士をつなぎ合わせても段差が生じにくい鋼管が望まれる。鋼管の段差は、鋼管の端部における真円度が良好でないことが原因の一つとなる。鋼管端部の真円度が悪いと、例えば、鋼管の端部にネジ切りを行う際にネジの山高さや谷深さが不足して所望のネジ形状が得られない場合がある。

鋼管端部の真円度を向上させる目的から、鋼管端部の内周面側と外周面側とに少なくとも一対の矯正ロールを配置して、鋼管を回転させながら鋼管端部の周方向に沿って繰り返し曲げを付与する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、鋼管端部の内周面側と外周面側とにそれぞれ２本の矯正ロールを配置して、３ロールベンダーの原理により鋼管端部の周方向に沿って曲げ、曲げ戻し変形を付与する方法が開示されている。その場合、鋼管の回転方向に沿って、目標の曲率よりも大きな曲率を付与する第１の曲げ矯正と、目標の曲率に近づけるための第２の曲げ矯正により鋼管端部の真円度を向上させている。

また、特許文献２には、リング状のケーシングを用いて、鋼管端部をケーシングの内周面に装入し、鋼管端部の内周面側から矯正ロールによる押圧を行うことで鋼管端部に塑性変形を付与する方法が開示されている。そして、特許文献２に開示された方法を用いることにより、鋼管端部がケーシングの内周面に倣うように変形して、鋼管端部の真円度が向上するとされている。

また、特許文献３には、鋼管端部の外周面に接して下方から支持する２本の支持ロールを管周方向に間隔を開けて配置するとともに、内周面に接する１本の押込みロールを２本の支持ロールの管周方向中間位置に配置した設備が開示されている。そして、特許文献３に開示された設備を用い、２本の支持ロールの間隔を変更可能とする構造にすることによって、矯正効果を向上させて鋼管端部の真円度を向上させることができるとされている。

特開平６－１９８３３７号公報 特開２０１２－２２３８１７号公報 特開２００３－１７０２２３号公報

特許文献１に開示された方法は、鋼管端部の内周面側に複数のロールを挿入して鋼管端部の矯正を行うものであるが、スペースの限られた鋼管の内周面側に複数のロールを配置するための設備の構造が複雑になってしまう。また、鋼管端部の内周面側に設置する複数のロールは、鋼管端部の内径に沿うように配置する必要があるため、矯正を行う鋼管の内径に応じて、複数のロールを支持する支持部を交換する必要が生じる。このため、矯正を行う鋼管の内径が変わるたびに支持部の交換作業に時間を要し、生産能率が低下するという問題がある。さらに、複数のロールを配置する場合には、内周面側のロール径を小さくする必要があるが、矯正に必要な負荷が大きくなると内周面側のロールがたわんでしまうため、必要な荷重をかけることができない場合があり、充分な矯正効果が得られないという問題がある。

また、特許文献２に開示された方法では、鋼管の外径がケーシングの内周面の径によって決まるため、加工を行う鋼管の外径に対応したケーシングが必要となり、製造する鋼管の外径の数に応じた複数のケーシングを準備しなければならず、製造コストが増大するといった問題がある。また、鋼管の外径が変わる場合にケーシングの交換作業が必要となるため、鋼管の生産能率が低下するという問題がある。

また、特許文献３に開示された設備は、２本の支持ロールと、その２本の支持ロールの間に配置された内周面側の押込みロールとによって、鋼管端部に曲げ変形を与えるものであり、鋼管端部を外周面側に張り出すように曲げる変形（鋼管の周方向での曲率を大きくする変形）を与えることができる。しかしながら、鋼管端部の周方向における曲率を小さくする曲げ変形を付与することができないため、目標とする曲率よりも矯正前の鋼管端部の周方向の曲率が大きい場合には十分な矯正効果が得られない点で、改善の余地がある。

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、効果的に鋼管端部の真円度を向上させることができる鋼管端部の加工装置、鋼管端部の加工方法、及び、鋼管の製造方法を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼管端部の加工装置は、鋼管の管端部を加工する鋼管端部の加工装置であって、前記鋼管を鋼管端部の外周面に接して下方から支持する２本の支持ロールと、前記２本の支持ロールの中間位置で前記鋼管端部の内周面側から前記鋼管端部に押し込みを与える１本の内面押し込みロールと、前記鋼管端部の外周面に接して上方から前記鋼管端部に押し込みを与える２本の外面押し込みロールと、前記鋼管を回転させる回転駆動手段と、を備えることを特徴とするものである。

また、本発明に係る鋼管端部の加工装置は、上記の発明において、前記内面押し込みロールの押し込み量を制御する内面押し込み制御手段と、前記外面押し込みロールの押し込み量を制御する外面押し込み制御手段と、を備えることを特徴とするものである。

また、本発明に係る鋼管端部の加工装置は、上記の発明において、前記内面押し込みロールの押し込み量の設定値と、前記２本の外面押し込みロールの押し込み量の設定値と、を算出して設定する押し込み量設定手段を備えることを特徴するものである。

また、本発明に係る鋼管端部の加工装置は、上記の発明において、前記２本の外面押し込みロールは、前記外面押し込みロールの前記鋼管端部との接点と前記鋼管端部の中心点とを結ぶ直線と、前記２本の支持ロールに基づく基準線に対する垂線とでなす角度が、いずれも４５［°］未満となるように配置されることを特徴とするものである。

また、本発明に係る鋼管端部の加工装置は、上記の発明において、前記２本の支持ロール、前記内面押し込みロール、及び、前記２本の外面押し込みロールが、前記鋼管端部と管軸方向で接する長さは、いずれも前記鋼管の管外径Ｄに対して０．２Ｄ以上であることを特徴とするものである。

また、本発明に係る鋼管端部の加工方法は、鋼管の管端部を加工する鋼管端部の加工方法であって、前記鋼管端部の外周面に接して下方から支持する２本の支持ロールに載置した前記鋼管を回転させる前記鋼管の回転駆動ステップと、前記２本の支持ロールの中間位置に配置した１本の内面押し込みロールと、前記鋼管端部の外周面に接して上方に配置した２本の外面押し込みロールとを用いて、前記鋼管端部に押し込みを与えるロール押し込みステップと、を含み、前記ロール押し込みステップは、前記内面押し込みロールによって前記鋼管端部の内周面側から前記鋼管端部に押し込みを与える内面押し込みステップと、前記２本の外面押し込みロールによって前記鋼管端部に押し込みを与える外面押し込みステップと、を含むことを特徴とするものである。

また、本発明に係る鋼管端部の加工方法は、上記の発明において、前記鋼管端部に対する前記内面押し込みロールと前記外面押し込みロールとの押し込みを維持したまま、前記鋼管を少なくとも１回転させる加工ステップと、前記内面押し込みロールと前記外面押し込みロールとを開放するロール開放ステップと、を含むことを特徴とするものである。

また、本発明に係る鋼管端部の加工方法は、上記の発明において、前記加工ステップにおける、前記内面押し込みロールによる前記鋼管端部への押し込み量、及び、前記２本の外面押し込みロールによる前記鋼管端部への押し込み量の少なくとも一つの設定値は、前記鋼管の属性情報に応じて設定されることを特徴とするものである。

また、本発明に係る鋼管の製造方法は、上記の発明の鋼管端部の加工方法を用いて鋼管を製造することを特徴とするものである。

本発明に係る鋼管端部の加工装置、鋼管端部の加工方法、及び、鋼管の製造方法は、効果的に鋼管端部の真円度を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る鋼管端部の加工装置の側面図である。 図２は、鋼管端部の管軸方向の横断面から見た図であって、図１のＡ－Ａ矢視図である。 図３は、ロール支持部における内面押し込みロール及び外面押し込みロールの支持機構と、押し込み量の調整機構との一例を説明するための図である。 図４は、ロール支持部における内面押し込みロール及び外面押し込みロールの支持機構と、押し込み量の調整機構との他例を説明するための図である。 図５は、実施形態に係る鋼管端部の加工装置における各ロールの位置関係を説明するための図である。 図６は、実施形態に係る鋼管端部の加工装置が備える制御装置を説明するための図である。 図７は、実施形態に係る鋼管端部の加工方法について説明するための図である。 図８は、支持ロールの中間位置に配置した内面押し込みロールにより鋼管端部の内周面側から鋼管端部に押し込みを与えた場合の鋼管端部の変形状態を説明するための図である。 図９は、鋼管端部の外周面に接して上方に配置した２本の外面押し込みロールにより鋼管端部に押し込みを与えた場合の鋼管端部の変形状態を説明するための図である。 図１０は、内面押し込みロールによる鋼管端部の押し込みと、外面押し込みロールによる鋼管端部の押し込みとの両者による鋼管端部の変形を説明するための図である。

以下に、本発明に係る鋼管端部の加工装置、鋼管端部の加工方法、及び、鋼管の製造方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００の側面図である。図２は、鋼管端部１ＥＰの管軸方向の横断面から見た図であって、図１のＡ－Ａ矢視図である。

本実施形態において、鋼管端部１ＥＰとは、鋼管１の一方の端部を表し、鋼管１の管端から管軸方向に沿って管外径Ｄの２倍程度の距離までの範囲をさす。実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００は、このような鋼管端部１ＥＰに対して、その全範囲または一部の範囲に対して真円度を向上させるための加工を行う装置である。また、本実施形態において、鋼管１の管端とは、鋼管端部１ＥＰの最端部を指すものとする。

図１及び図２に示すように、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００は、鋼管１を鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏに接して下方から支持する２本の支持ロール２ａ，２ｂと、２本の支持ロール２ａ，２ｂの中間位置で鋼管端部１ＥＰの内周面１ｉ側から鋼管端部１ＥＰに押し込みを与える１本の内面押し込みロール３と、鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏに接して上方から鋼管端部１ＥＰに押し込みを与える２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂと、鋼管１を回転させる回転駆動手段である回転駆動部６とを備えている。

支持ロール２ａ，２ｂと、内面押し込みロール３と、外面押し込みロール４ａ，４ｂとは、鋼管１の管軸方向に平行に配置され、それぞれの軸心に対して回転可能な構造を備えている。また、図１に示すロール支持部５には、内面押し込みロール３を支持し、内面押し込みロール３を上下方向に移動させる内面押し込み部８と、外面押し込みロール４ａ，４ｂを支持し、外面押し込みロール４ａ，４ｂを上下方向に移動させる外面押し込み部９とを備える。なお、支持ロール２ａ，２ｂは、ロール支持部５によって支持されていてもよいが、ロール支持部５とは分離して工場床等に直接設置されていてもよい。

支持ロール２ａ，２ｂは、鋼管１の鋼管端部１ＥＰを支持するロールである。支持ロール２ａ，２ｂは、鋼管１を全体として支持する必要はなく、鋼管端部１ＥＰが水平に保持されるように鋼管端部１ＥＰを支持するものでよい。その場合、図１に示すように、鋼管支持部７によって鋼管１を全体として支持する。鋼管支持部７は、支持ロール２ａ，２ｂと同様の１対のロールによって鋼管１を回転可能に支持するのが好ましい。

支持ロール２ａ，２ｂは、図１に示すように、鋼管１の一方の管端から管軸方向に一定の長さＬＳの範囲で鋼管端部１ＥＰに接するように配置される。支持ロール２ａ，２ｂが鋼管端部１ＥＰを支持する長さＬＳは、鋼管１の管外径Ｄに対して０．２Ｄ以上の範囲であるのが好ましく、より好ましく１．０Ｄ以上の範囲である。さらに好ましくは、鋼管端部１ＥＰの全体を支持する２．０Ｄ以上である。鋼管端部１ＥＰを確実に支持するためである。

内面押し込みロール３は、図２に示すように、管軸方向と直交する支持ロール２ａ，２ｂの並び方向（水平方向）で、支持ロール２ａの回転中心Ｏ_２ａと支持ロール２ｂの回転中心Ｏ_２ｂとの間の中間位置に、内面押し込みロール３の回転中心Ｏ_３が位置するように配置されており、鋼管１の内周面１ｉ側から鋼管端部１ＥＰに下方へ押し込みを与える。なお、支持ロール２ａ，２ｂの中間位置とは、内面押し込みロール３の回転中心Ｏ_３の水平方向における位置が、２本の支持ロール２ａ，２ｂの回転中心Ｏ_２ａ，Ｏ_２ｂの水平方向の位置の中間にあることを意味する。

外面押し込みロール４ａ，４ｂは、図２に示すように、鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏに接して上方から鋼管端部１ＥＰに押し込みを与えるように配置されている。なお、鋼管端部１ＥＰの上方とは、少なくとも鋼管端部１ＥＰの回転中心Ｏ_１を通る水平方向に延びる直線Ｌ１よりも高さ方向で上側を意味する。また、外面押し込みロール４ａ，４ｂが、鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏと接する位置については後述する。

実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００は、鋼管端部１ＥＰの所定の範囲で加工を行うよう、内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂの位置が設定される。

図１に示すように、内面押し込みロール３が鋼管１の管端から管軸方向に沿って鋼管端部１ＥＰの内周面１ｉに接する長さＬＩは、鋼管１の管外径Ｄに対して０．２Ｄ以上の範囲であるのが好ましく、より好ましくは１．０Ｄ以上の範囲である。また、長さＬＩは、支持ロール２ａ，２ｂによる鋼管端部１ＥＰの支持長さＬＳと同じか、その支持長さＬＳよりも大きくするのが好ましい。内面押し込みロール３による鋼管端部１ＥＰへの曲げ変形を効果的に付与するためである。

一方、図１に示すように、外面押し込みロール４ａ，４ｂが鋼管端部１ＥＰの管軸方向に沿って鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏに接する長さＬＯは、鋼管１の管外径Ｄに対して０．２Ｄ以上の範囲であるのが好ましく、より好ましくは１．０Ｄ以上の範囲である。また、長さＬＯは、内面押し込みロール３が鋼管１の管端から管軸方向に沿って鋼管端部１ＥＰの内周面１ｉに接する長さ（内面押し込みロール３が鋼管１の内周面１ｉ側で鋼管端部１ＥＰに押し込みを与える長さ）ＬＩと同じか、その長さＬＩよりも大きくするのが好ましい。内面押し込みロール３の押し込みによって曲げ変形を付与する鋼管端部１ＥＰの範囲に対して、外面押し込みロール４ａ，４ｂにより効果的な曲げ戻し変形を付与するためである。

ただし、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとが、鋼管端部１ＥＰの管端から管軸方向に接する長さＬＩ，ＬＯは、任意に設定できることが好ましい。その場合、鋼管支持部７に対して鋼管１を管軸方向に移動させて、鋼管端部１ＥＰの位置調整を可能とする機構を用いることができる。また、ロール支持部５が、内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂと共に鋼管１の管軸方向に移動させることができるように、ロール支持部５を軌道上に設置して、ロール支持部５の位置調整ができる構造としてもよい。

実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００は、図１に示すように、鋼管１を回転させる回転駆動部６を備えている。本実施形態においては、支持ロール２ａを駆動ロールとして、回転駆動部６によって支持ロール２ａを回転駆動させることにより、鋼管１を回転させる。

なお、回転駆動部６としては、支持ロール２ａ，２ｂ、内面押し込みロール３、及び、外面押し込みロール４ａ，４ｂの少なくともいずれかのロールを、駆動ロールとして回転駆動させることによって、鋼管１を回転させる方式を採用してもよい。この場合の回転駆動部６は、回転駆動させる駆動ロールの軸端部を、必要に応じて減速機を介して駆動用電動機と接続し、駆動用電動機の出力を制御することにより駆動ロールの回転を制御する方式を用いることができる。また、回転駆動部６によって回転駆動させるロールとしては、支持ロール２ａ，２ｂのどちらか一方または両方を駆動ロールとして選択し、鋼管１を回転させるようにするのが好ましい。これは、鋼管１の自重により鋼管１を回転させるための摩擦力が大きくなり、駆動ロールと鋼管１との間でスリップが生じるのを抑制して、安定した鋼管１の回転を実現しやすいからである。ただし、回転駆動部６は、鋼管支持部７を構成するロールを回転させる機構であってもよく、あるいは、鋼管１を直接挟持する機構を用いて、鋼管１を回転させる方式であってもよい。

なお、図１は、鋼管１の管軸方向で一方の管端部に対する鋼管端部１ＥＰの加工装置１００を示したものであるが、鋼管１の管軸方向で他方の端部に対しても、同様の加工装置１００を配置してもよい。

図３は、ロール支持部５における内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂの支持機構と、押し込み量の調整機構との一例を説明するための図である。図４は、ロール支持部５における内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂの支持機構と、押し込み量の調整機構との他例を説明するための図である。

内面押し込みロール３は、一方の端部が不図示の軸受部によって支持されており、その軸受部が内面ロールチョック１０に保持される構造となる。これにより、内面押し込みロール３は片持ち式でロール支持部５に支持されている。ロール支持部５には、内面押し込みロール３が上下方向に移動可能なように、ロール支持部５のハウジング５１における内面側に不図示のガイド部を備えている。

さらに、ロール支持部５には、内面押し込みロール３による鋼管端部１ＥＰへの押し込み量を変更するための内面押し込み部８と、内面押し込みロール３の上下方向の位置を検出する内面押し込み位置検出器１２とが設けられている。

図３に示す例では、ハウジング５１が２本の支柱に固定されたハウジング梁５２を備えている。内面押し込み部８はハウジング梁５２に固定されており、内面押し込み部８によって内面押し込みロール３を上下方向に移動させることが可能な構造となっている。

一方、図４に示す例では、内面押し込み部８がハウジング５１の下部に固定された内面押し込み部８によって、内面押し込みロール３を上下方向に移動させることが可能な構造となる。

図３及び図４のいずれの構造の場合にも、内面押し込み部８は、油圧式、空圧式、及び、電動機式などの駆動源を用いて、内面ロールチョック１０の上下方向の位置を変化させることにより、内面押し込みロール３を上下方向に移動させるように構成される。

内面押し込み位置検出器１２は、接触式または非接触式の変位センサによって、内面ロールチョック１０を保持するハウジング５１に対する内面押し込みロール３の相対変位を測定する装置である。ただし、ハウジング５１以外の固定構造物として、支持ロール２ａまたは支持ロール２ｂと、内面押し込みロール３との相対変位を測定するようにしてもよい。

また、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００は、内面押し込みロール３の鋼管端部１ＥＰへの押し込み量を制御する内面押し込み制御手段である内面押し込み制御部１３を備えている。内面押し込み制御部１３は、内面押し込み位置検出器１２が検出した内面押し込みロール３の位置情報に基づいて、内面押し込みロール３の押し込み量が所定の値となるように内面押し込み部８の制御を行う。

外面押し込みロール４ａ，４ｂは、それぞれの端部が不図示の軸受部によって支持されており、その軸受部が外面ロールチョック１１に保持される構造となっている。これにより、外面押し込みロール４ａ，４ｂは、それぞれが片持ち式でロール支持部５に支持される。また、ロール支持部５には、外面押し込みロール４ａ，４ｂが上下方向に移動することが可能なように、ロール支持部５のハウジング５１における内面側に不図示のガイド部を備えている。

さらに、ロール支持部５には、外面押し込みロール４ａ，４ｂによる鋼管端部１ＥＰへの押し込み量を変更するための外面押し込み部９と、外面押し込みロール４ａ，４ｂの上下方向の位置を検出する外面押し込み位置検出器１４とを備えている。

外面押し込み部９は、油圧式、空圧式、及び、電動機式などの駆動源を用いて外面ロールチョック１１の上下方向の位置を変化させることによって、外面押し込みロール４ａ，４ｂを上下方向に移動させる装置である。

外面押し込み位置検出器１４は、接触式または非接触式の変位センサによって、外面ロールチョック１１を保持するハウジング５１に対する外面押し込みロール４ａ，４ｂの相対変位を測定する装置である。ただし、ハウジング５１以外の固定構造物として、支持ロール２ａまたは支持ロール２ｂと、外面押し込みロール４ａ，４ｂとの相対変位を測定するようにしてもよい。

また、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００は、外面押し込みロール４ａ，４ｂの鋼管端部１ＥＰへの押し込み量を制御する外面押し込み制御手段である外面押し込み制御部１５を備えている。外面押し込み制御部１５は、外面押し込み位置検出器１４が検出した外面押し込みロール４ａ，４ｂの位置情報に基づいて、外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込み量が所定の値になるように外面押し込み部９の制御を行う。

なお、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００は、外面押し込みロール４ａ，４ｂをそれぞれ保持する２つの外面ロールチョック１１と、２つの外面ロールチョック１１のそれぞれを上下方向に移動させることが可能な外面押し込み部９と、外面押し込みロール４ａ，４ｂの位置情報を検出する外面押し込み位置検出器１４とを備え、外面押し込み制御部１５によって外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込み量を、それぞれ制御するように構成してもよい。

また、内面押し込み部８は、内面押し込みロール３を上下方向に移動させることが可能な構造であればよく、内面押し込み部８によって押し込みを付与する方向と、内面押し込みロール３の移動方向とが必ずしも平行である必要はない。これは、例えば、内面押し込み部８としてカム機構を利用した構造とする場合には、内面押し込み部８が押し込みを付与する方向と、内面押し込みロール３の移動方向とが平行とはならないからである。

同様に、外面押し込み部９は、外面押し込みロール４ａ，４ｂを上下方向に移動させることが可能な構造であればよく、外面押し込み部９によって押し込みを付与する方向と、外面押し込みロール４ａ，４ｂの移動方向とが必ずしも平行である必要はない。

上記の通り、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとは、ロール支持部５によって片持ち式で支持されることになる。この場合、内面押し込みロール３が鋼管端部１ＥＰへの押し込みを行う場合に負荷される荷重は、概ね０．１～１５［ＭＮ］となり、外面押し込みロール４ａ，４ｂが鋼管端部１ＥＰへの押し込みを行う場合に負荷される荷重は、概ね０．０２～３［ＭＮ］となる。そのため、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとは、このような荷重に耐えられるように、金属製のロールを用いるのが好ましく、より好ましくは鋼製ロールを用いる。また、ロールの自重によるたわみを低減するために、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとには、中実ロールだけでなく、中空ロールを適用してもよい。また、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとしては、必ずしも金属製のロールに限定されず、例えば、炭素繊維を含む複合材料などの軽量素材からなるロールを用いてもよく、前記荷重に対してロールのたわみ変形を低減できる一定の剛性を有する素材からなるロールを用いてもよい。

さらに、外面押し込みロール４ａ，４ｂについては、外面ロールチョック１１により支持される位置とは異なる位置で、外面押し込みロール４ａ，４ｂのたわみ変形を抑制するための支持機構を別途設けてもよい。例えば、外面押し込みロール４ａ，４ｂの軸受部とは反対の端部に補強ロールを設けて、その補強ロールを工場床に設置した不図示の他のハウジングによって支持する構造としてもよい。

なお、支持ロール２ａ，２ｂ、内面押し込みロール３、及び、外面押し込みロール４ａ，４ｂは、軸心方向に沿って直径が必ずしも一定でなくてもよい。例えば、ロール支持部５により片持ち式で支持されるロールのたわみ変形に応じて、ロール支持部５から軸心方向で離れるにしたがって、ロール径が大きくなるものを用いてもよい。これは、内面押し込みロール３や外面押し込みロール４ａ，４ｂによる鋼管端部１ＥＰの押し込み量が、管軸方向に沿って一定になるように調整できるからである。

図５は、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００における各ロールの位置関係を説明するための図である。

図５では、鋼管端部１ＥＰを支持する支持ロール２ａ，２ｂが、同一のロール径を有するロールであって、ロールの回転中心の上下方向の位置（高さ）も同一となる例を示している。ここで、２つの支持ロール２ａ，２ｂに対して、支持ロール２ａ，２ｂに基づく基準線ＢＬ１を定義する。支持ロール２ａ，２ｂに基づく基準線ＢＬ１とは、鋼管端部１ＥＰの管軸方向に垂直な（直交する）断面内で、２つの支持ロール２ａ，２ｂの断面形状から特定される２つの円の共通接線のうち上側の接線をいう。図５に示す例では、支持ロール２ａ，２ｂに基づく基準線ＢＬ１は、水平方向に延びる直線となる。

また、本実施形態では、２つの支持ロール２ａ，２ｂに鋼管１の外直径に相当する直径Ｄ０の仮想的な真円を想定し、これを仮想真円１Ａと呼ぶ。さらに、仮想真円１Ａが２つの支持ロール２ａ，２ｂに載置された場合の円の中心を、鋼管端部１ＥＰの中心点Ｏ_１Ａと呼ぶ。そして、鋼管端部１ＥＰの中心点Ｏ_１Ａを原点として、支持ロール２ａ，２ｂに基づく基準線ＢＬ１に垂直で下側に向かう方向をｙ座標とし、このｙ座標と直交する方向をｘ座標とする座標系（ｘ－ｙ座標）を定義する。

この場合、内面押し込みロール３は、その回転中心Ｏ_３のｘ座標が、支持ロール２ａ，２ｂの回転中心Ｏ_２ａ，Ｏ_２ｂの２つのｘ座標の中間になるように配置される。これにより、内面押し込みロール３は、水平方向で２つの支持ロール２ａ，２ｂの中間位置に配置されることになる。また、内面押し込みロール３が、鋼管端部１ＥＰへ押し込みを行う際に移動する方向はｙ軸の正の方向（下方向）となる。内面押し込みロール３の押し込み量は、鋼管端部１ＥＰの内周面１ｉと内面押し込みロール３とが接触を開始する位置を基準（ゼロ点）として、内面押し込みロール３の移動方向の変位量によって定義できる。内面押し込みロール３の押し込み量の基準となるゼロ点は、鋼管端部１ＥＰの内周面１ｉが真円形状であると仮定した場合に、その真円形状と内面押し込みロール３とが接する位置としてもよい。以下の説明では、内面押し込みロール３の押し込み量を内面圧下量とも呼ぶ。なお、図５に示した配置から分かるように、内面押し込みロール３の押し込み量が大きすぎると、支持ロール２ａ，２ｂと内面押し込みロール３とが干渉するため、内面圧下量には上限値が存在する。

外面押し込みロール４ａ，４ｂは、外面押し込みロール４ａ，４ｂの外周円が、仮想真円１Ａに接するように配置される。この場合、外面押し込みロール４ａと外面押し込みロール４ｂとは、必ずしも左右対称に配置される必要はない。しかし、外面押し込みロール４ａ，４ｂは、外面押し込みロール４ａ，４ｂの回転中心Ｏ_４ａ，Ｏ_４ｂと鋼管端部１ＥＰの中心点Ｏ_１Ａとを結ぶ直線Ｌ２，Ｌ３と、支持ロール２ａ，２ｂに基づく基準線ＢＬ１の垂線ＰＬ１とでなす角度θ１，θ２が、いずれも４５［°］未満となるように配置されるのが好ましい。図５に示す例では、外面押し込みロール４ａの回転中心Ｏ_４ａと鋼管端部１ＥＰの中心点Ｏ_１Ａとを結ぶ直線Ｌ２と、支持ロール２ａ，２ｂに基づく基準線ＢＬ１の垂線ＰＬ１とでなす角度θ１が４５［°］未満であって、外面押し込みロール４ｂの回転中心Ｏ_４ｂと鋼管端部１ＥＰの中心点Ｏ_１Ａとを結ぶ直線Ｌ３と、支持ロール２ａ，２ｂに基づく基準線ＢＬ１の垂線ＰＬ１とでなす角度θ２が４５［°］未満であることが好ましい。角度θ１または角度θ２のいずれかが４５［°］以上の場合、鋼管端部１ＥＰを下方向に押し込む効果が低下するため、鋼管端部１ＥＰに十分な曲げ変形を与えることができないからである。ただし、外面押し込みロール４ａと外面押し込みロール４ｂとの中心間の距離が小さすぎると、外面押し込みロール４ａ，４ｂ同士が干渉するため、角度θ１及び角度θ２の取り得る範囲は、外面押し込みロール４ａ，４ｂの直径や仮想真円１Ａの直径Ｄ０に応じて幾何学的な関係により下限値が決定される。

このとき、外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込み量は、鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏと外面押し込みロール４ａ，４ｂとが接触する位置を基準（ゼロ点）として、外面押し込みロール４ａ，４ｂが移動するｙ軸の正の方向（下方向）への変位量によって定義できる。外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込み量の基準となるゼロ点は、鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏが真円形状であると仮定した場合に、その真円形状と外面押し込みロール４ａ，４ｂとが接する位置としてもよい。以下では、外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込み量を外面圧下量とも呼ぶ。なお、外面押し込みロール４ａと外面押し込みロール４ｂとの移動方向は、必ずしも図５におけるｙ軸の方向に限定されない。外面押し込みロール４ａと外面押し込みロール４ｂとは、鋼管端部１ＥＰへの押し込み量の増加に伴って、鋼管端部１ＥＰの中心点Ｏ_１Ａの方向に移動するようにしてよい。また、外面押し込みロール４ａと外面押し込みロール４ｂとは、鋼管端部１ＥＰへの押し込み量の増加に伴って、支持ロール２ａ，２ｂの回転中心Ｏ_２ａ，Ｏ_２ｂを結ぶ直線Ｌ４の中点Ｏ_２２に向かうように移動するようにしてもよい。これにより、外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込みが進展しても、鋼管端部１ＥＰを全体として変形させる効果が維持されるため、鋼管端部１ＥＰの真円度を向上させやすいからである。なお、２つの外面押し込みロール４ａ，４ｂの外面圧下量は、必ずしも同一である必要はない。外面圧下量は２つの外面押し込みロール４ａ，４ｂのそれぞれに対して設定され制御されてもよい。

支持ロール２ａ，２ｂの直径Ｄ２ａ，Ｄ２ｂは、鋼管１の管端部を支持できるように任意の径を選択できる。本実施形態では、支持ロール２ａ，２ｂの直径Ｄ２ａ，Ｄ２ｂは、加工する鋼管１の外直径に相当する仮想真円１Ａの直径Ｄ０に対して０．１Ｄ０～０．５Ｄ０の範囲とするのが好ましい。支持ロール２ａ，２ｂの直径Ｄ２ａ，Ｄ２ｂが０．１Ｄ０よりも小さいと、鋼管端部１ＥＰを支持するには支持ロール２ａ，２ｂの強度が不足する場合があるからである。また、支持ロール２ａ、２ｂの直径Ｄ２ａ，Ｄ２ｂが０．５Ｄ０よりも大きいと、支持ロール２ａ，２ｂが鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏと接触する２点間の距離が大きくなり、内面押し込みロール３による鋼管端部１ＥＰに十分な曲げ変形を付与できない場合があるからである。また、支持ロール２ａと支持ロール２ｂとの回転中心Ｏ_２ａ，Ｏ_２ｂの間隔（支持ロール間隔）は、鋼管端部１ＥＰを支持できる範囲で任意のロール間隔（支持ロール間隔）に設定することができる。本実施形態における支持ロール間隔は、仮想真円１Ａの直径Ｄ０に対して０．２Ｄ０～０．７Ｄ０の範囲とするのが好ましい。支持ロール間隔が０．２Ｄ０よりも小さいと、鋼管１を回転させた際に鋼管端部１ＥＰの支持ロール２ａ，２ｂによる支持が不安定となって、鋼管１が支持ロール２ａ，２ｂから落下するおそれがあるからである。また、支持ロール間隔が０．７Ｄよりも大きいと、上記と同様に内面押し込みロール３の押し込みを行っても鋼管端部１ＥＰに十分な曲げ変形を付与できない場合があるからである。なお、支持ロール２ａ，２ｂの直径Ｄ２ａ，Ｄ２ｂと支持ロール間隔とは、支持ロール２ａと支持ロール２ｂとが幾何学的な関係から干渉しないように設定する。

内面押し込みロール３の直径Ｄ３は、鋼管１の内側に挿入できるように任意の径を選択できる。本実施形態では、内面押し込みロール３の直径Ｄ３は、仮想真円１Ａの直径Ｄ０に対して０．１Ｄ０～０．８Ｄ０の範囲とするのが好ましい。内面押し込みロール３の直径Ｄ３が０．１Ｄ０よりも小さいと、鋼管端部１ＥＰに押し込みを与える場合に内面押し込みロール３の強度が不足する場合があるからである。また、内面押し込みロール３の直径Ｄ３が０．８Ｄ０よりも大きいと、内面押し込みロール３が鋼管端部１ＥＰに押し込みを行う際に支持ロール２ａ，２ｂとの幾何学的な関係により内面圧下量の上限値が制限される場合や、鋼管端部１ＥＰに付与される曲げ曲率が内面押し込みロール３の半径とおおむね一致してしまい、鋼管端部１ＥＰに十分な曲げ変形を付与できない場合があるからである。

外面押し込みロール４ａ，４ｂの直径Ｄ４ａ，Ｄ４ｂは、鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏの上方から鋼管端部１ＥＰに押し込みを与えるために任意の径を選択できる。本実施形態では、外面押し込みロール４ａ，４ｂの直径Ｄ４ａ，Ｄ４ｂは、仮想真円１Ａの直径Ｄ０に対して０．１Ｄ０～０．５Ｄ０の範囲とするのが好ましい。外面押し込みロール４ａ，４ｂの直径Ｄ４ａ，Ｄ４ｂが０．１Ｄ０よりも小さいと、鋼管端部１ＥＰに外周面１ｏから押し込みを与える場合に、押し込みに対する反力によって外面押し込みロール４ａ，４ｂの強度が不足する場合があるからである。また、外面押し込みロール４ｂの直径Ｄ４ｂが０．５Ｄ０よりも大きいと、外面押し込みロール４ｂの回転中心Ｏ_４ｂと鋼管端部１ＥＰの中心点Ｏ_１Ａとを結ぶ直線Ｌ３と、支持ロール２ａ，２ｂに基づく基準線ＢＬ１の垂線ＰＬ１とでなす角度θ２が大きくなり、鋼管端部１ＥＰを全体として押しつぶすように変形させる効果が低下する場合があるからである。

ところで、図５に示す鋼管端部１ＥＰの加工装置１００は、支持ロール２ａと支持ロール２ｂとが、同一のロール径（直径）であって、且つ、同一の高さに配置されている。しかし、支持ロール２ａと支持ロール２ｂとは、必ずしも同一のロール径（直径）とする必要はなく、同一の高さに配置されなくてもよい。その場合に、支持ロール２ａ，２ｂに基づく基準線ＢＬ１は水平方向の線ではなく、一定の傾斜を有することになるが、図５に示す各ロールの相対的な位置関係を維持したまま、全体を支持ロール２ａ，２ｂに基づく基準線ＢＬ１の傾斜に合致するように回転させた構成をとってもよい。鋼管１を回転駆動させた際に支持ロール２ａ，２ｂが鋼管端部１ＥＰを支持できていれば、ロール配置全体が傾斜していても鋼管端部１ＥＰの真円度を向上させる効果は変わらないからである。

図６は、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００が備える制御装置２０を説明するための図である。

実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００は、鋼管端部１ＥＰの加工を行うための制御装置２０を備えている。制御装置２０は、鋼管１を支持ロール２ａ，２ｂに載置する動作を設定するための載置設定部２１と、内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂの鋼管端部１ＥＰへの押し込み動作を設定するためのロール位置設定部２２と、鋼管１の回転動作を設定するための回転動作設定部２３とを備える。制御装置２０は、載置設定部２１、ロール位置設定部２２、及び、回転動作設定部２３の各機能をコンピュータソフトウェア上で、すなわちコンピュータ読取り可能なプログラムを実行することで実現するため演算処理機能を有するコンピュータシステムである。そして、このコンピュータシステムは、ハードウェアに予め記憶された各種専用のコンピュータプログラムを実行することにより、前述した各機能をソフトウェア上で実現できるようになっている。

載置設定部２１は、鋼管１を支持ロール２ａ，２ｂに載置すると共に、内面押し込みロール３を鋼管１の管端から管軸方向に沿った所定の範囲で接触するように配置する。また、内面押し込みロール３が鋼管端部１ＥＰの内周面１ｉに接する位置まで移動させることにより、内面圧下量のゼロ点を設定するように内面押し込みロール３の動作を制御してもよい。また、載置設定部２１は、外面押し込みロール４ａ，４ｂが鋼管１の管端から管軸方向に沿った所定の範囲で接触するように外面押し込みロール４ａ，４ｂの位置を調整する。また、外面押し込みロール４ａ，４ｂが鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏに接するように移動させて、外面圧下量のゼロ点を設定するように外面押し込みロール４ａ，４ｂの動作を制御してもよい。

回転動作設定部２３は、鋼管１を回転させる回転駆動部６に対して、鋼管１を所定の回転速度で回転するよう指令を出力する。また、回転動作設定部２３は、鋼管１を回転する回数や回転角度を設定して、設定された条件で回転の開始や停止の動作を行うように回転駆動部６に対して指令を出すように構成してよい。

ロール位置設定部２２は、内面押し込み動作設定部２２１と外面押し込み動作設定部２２２と押し込みパターン設定部２２３とを備えている。

内面押し込み動作設定部２２１は、内面押し込みロール３による鋼管端部１ＥＰの押し込みが、設定された内面圧下量となるように、内面押し込みロール３の位置制御ための指令を内面押し込み制御部１３に出力する。また、内面押し込み動作設定部２２１は、内面押し込みロール３の位置制御に際して、内面押し込みロール３の押し込みを開始するタイミングや押し込みを終了して内面押し込みロール３を開放するタイミング、あるいは、押し込みを行う速度や開放を行う速度を設定するように構成されてもよい。

外面押し込み動作設定部２２２は、外面押し込みロール４ａ，４ｂによる鋼管端部１ＥＰの押し込みが、設定された外面圧下量となるように、外面押し込みロール４ａ，４ｂの位置制御のための指令を外面押し込み制御部１５に出力する。また、外面押し込み動作設定部２２２は、外面押し込みロール４ａ，４ｂの位置制御に際して、外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込みを開始するタイミングや押し込みを終了して外面押し込みロール４ａ，４ｂを開放するタイミング、あるいは、押し込みを行う速度や開放を行う速度を設定するように構成されてもよい。

なお、内面圧下量及び外面圧下量の設定は、例えば、加工対象となる鋼管１ごとにオペレータが入力した設定値を用いることができる。その場合、制御装置２０は、不図示の入力部と通信可能に接続され、入力部において入力される内面圧下量及び外面圧下量のそれぞれの設定値を、ロール位置設定部２２に送り、ロール位置設定部２２が内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂの動作を設定する。

押し込みパターン設定部２２３は、内面押し込みロール３の押し込み量（内面圧下量）の設定値と、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込み量（外面圧下量）の設定値と、を算出して設定する押し込み量設定手段である。押し込みパターン設定部２２３は、内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂが鋼管端部１ＥＰへ押し込みを行う際の、押し込みを開始するタイミングや、押し込みを行う押し込み速度、所定の圧下量を維持して鋼管端部１ＥＰの加工を行う際の鋼管１の回転回数、押し込みを終了してロールを開放するタイミング、及び、ロールを開放する際の移動速度などを設定するようにしてもよい。

押し込みパターン設定部２２３が設定する内面圧下量及び外面圧下量は、加工対象となる鋼管１に応じて過去の加工実績を蓄積しておき、蓄積したデータベースに基づいて設定テーブルを生成しておき、加工対象となる鋼管１に応じて押し込みパターン設定部２２３が設定するようにしてもよい。一方、押し込みパターン設定部２２３は、加工対象となる鋼管１の属性情報に応じて、内面圧下量と外面圧下量とを算出するのが好ましい。鋼管１の属性情報とは、鋼管１の寸法情報や材質情報を指す。鋼管１の寸法情報は、鋼管１の外直径、内直径、及び、肉厚などの鋼管１の寸法に関する情報である。また、鋼管１の寸法情報には、鋼管端部１ＥＰの加工前の真円度に関する情報や、目標とする加工後の真円度に関する情報を含んでもよい。鋼管１の材質情報は、鋼管１の降伏応力、引張強度、及び、硬さなど鋼管１の機械的性質に関する情報である。鋼管１の属性情報は、鋼管端部１ＥＰの周方向に対して曲げ変形を付与する場合に、曲げ曲率や曲げ戻しの曲率、加工反力に影響を与え、加工後の鋼管端部１ＥＰの真円度に影響を与える。

押し込みパターン設定部２２３が設定する内面圧下量及び外面圧下量は、加工対象となる鋼管端部１ＥＰが曲げ変形及び曲げ戻し変形を受ける際に、鋼管端部１ＥＰの表面が降伏する条件に基づいて設定するのが好ましい。鋼管端部１ＥＰの表面近傍で塑性変形が生じることにより、周方向に沿って曲率の均一化効果が得られるからである。

例えば、鋼管１の管厚ｔ、ヤング率Ｅ、及び、降伏強度Ｙに対して、鋼管端部１ＥＰに対して下記数式（１）に示す曲率変化Δκ０を付与することにより、鋼管端部１ＥＰの表面近傍で塑性変形が発生する。

したがって、押し込みパターン設定部２２３が設定する内面圧下量は、鋼管端部１ＥＰの初期曲率から上記数式（１）に示す曲率変化Δκ０よりも大きな曲率変化が生じるように設定する。具体的には、２本の支持ロール２ａ，２ｂ、１本の内面押し込みロール３、及び、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの直径がいずれも３００［ｍｍ］であって、支持ロール２ａ，２ｂの回転中心Ｏ_２ａ，Ｏ_２ｂの間の距離が４５０［ｍｍ］の場合に、外径９１４．４［ｍｍ］、管厚３８．１［ｍｍ］、及び、降伏強度４５０［ＭＰａ］の鋼管１に対する内面圧下量は、１．７［ｍｍ］以上で設定されるのがよい。ただし、内面圧下量が過大になると、内面押し込みロール３と支持ロール２ａ，２ｂとの隙間が管厚と同程度となってしまうため、内面圧下量は５０［ｍｍ］以下であることが好ましい。

一方、外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込みにより鋼管端部１ＥＰの表面が降伏する条件は、曲り梁の弾性たわみ変形に関する理論に基づいて、外面圧下量と鋼管端部１ＥＰに付与される曲げモーメントとの関係を数値計算によって算出し、鋼管端部１ＥＰの軸心方向における単位長さあたりの曲げモーメントが、下記数式（２）の弾性限界曲げモーメントＭｅよりも大きくなるように外面圧下量を設定する。

例えば、外面押し込みロール４ａ，４ｂによる外面圧下量は、仮想真円１Ａの直径Ｄ０に対して０．５～５［％］の値で設定するのが好ましい。外面押し込みロール４ａ，４ｂにより鋼管端部１ＥＰが全体として押しつぶされる変形となり、鋼管端部１ＥＰの表面近傍で塑性変形が生じるからである。具体的には、上記例において、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの回転中心Ｏ_４ａ，Ｏ_４ｂの間の距離が４５０［ｍｍ］である場合に、外面圧下量は４．５［ｍｍ］以上で設定するのが好ましい。ただし、外面圧下量が過大になると、外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込みにより鋼管端部１ＥＰがつぶれた形状となってしまい、効果的な加工ができないため、外面圧下量は４５［ｍｍ］以下であることが好ましい。

実施形態にかかる鋼管端部１ＥＰの加工方法は、鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏに接して下方から支持する２本の支持ロール２ａ，２ｂに載置した鋼管１を回転させる回転駆動ステップと、２本の支持ロール２ａ，２ｂの中間位置に配置した１本の内面押し込みロール３により鋼管端部１ＥＰの内周面１ｉ側から鋼管端部１ＥＰに押し込みを与えると共に、鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏに接して上方に配置した２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂにより鋼管端部１ＥＰに押し込みを与えるロール押し込みステップとを含む工程によって実行される。また、ロール押し込みステップの後に、内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込みを維持したまま、鋼管１を少なくとも１回転させる加工ステップと、内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂを開放するロール開放ステップとを含むのが好ましい。さらに、ロール押し込みステップにおける内面圧下量と外面圧下量との少なくとも一方は、加工を行う鋼管１の属性情報に応じて設定されるのが好ましい。

実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工方法において、加工対象となる鋼管１は、金属管であればその種類を問わない。その中で溶接鋼管を対象とするのが好ましい。溶接鋼管は、素材となる鋼板に対してＵプレスやプレスベンド法などを用いてオープン管を成形し、突合せ溶接を行った後に拡管機を用いた拡管を行うのが一般的である。その場合、複数に分割されたダイスを備える拡管機により拡管を行うことが多いので、鋼管端部１ＥＰの周方向形状も多角形になりやすく真円度を向上させる必要性が高いからである。

このような観点から、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工方法は、外径４００～１６２５．４［ｍｍ］、管厚６．３５～５０．８［ｍｍ］、降伏強度１７０～９００［ＭＰａ］、及び、引張強度３１０～１０３３［ＭＰａ］の鋼管１を対象とするのが好ましい。これは、一般に拡管機を用いた拡管を行う場合が多いからである。特に、降伏強度が４１４［ＭＰａ］以上、引張強度が５１７［ＭＰａ］以上である鋼管１は、スプリングバックが大きく、オープン管の成形工程や拡管工程での形状が変動しやすいため、このような比較的高強度の鋼管１を対象とするのがより好ましい。また、鋼管端部１ＥＰを突き合わせる際に、鋼管端部１ＥＰの段差が一定の値（例えば、２．４［ｍｍ］以下）となるように管理される場合があり、鋼管端部１ＥＰの外径が大きいほど外径に対する段差の比率を高精度に管理する必要がある。そのため、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工方法は、鋼管端部１ＥＰの外径が６００［ｍｍ］以上の鋼管１に適用するのが好適である。また、鋼管端部１ＥＰを突き合わせる際に、施工時の段差を解消する際、鋼管端部１ＥＰを拘束する必要があるものの、管厚が厚い鋼管１に対しては非常に大きな拘束力を付与する必要が生じるため、施工前の鋼管端部１ＥＰの真円度を良好に加工できる点で、管厚が１９［ｍｍ］以上であることが好ましい。この場合、鋼管端部１ＥＰの外径に対する管厚の比率が２．０［％］以上の鋼管１を対象に適用するのが好ましい。

図７は、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工方法の制御の一例を示したフローチャートである。図７に示した実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工方法では、鋼管１の載置ステップＳ１と鋼管１の回転駆動ステップＳ２とロール押し込みステップＳ３と加工ステップＳ４とロール開放ステップＳ５とが実施される。

鋼管１の載置ステップＳ１は、加工対象となる鋼管１を支持ロール２ａ，２ｂに載置すると共に、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとが鋼管１の管軸方向に沿って接触する長さを調整し、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込み量の基準点（ゼロ点）を設定する工程である。鋼管１の載置ステップＳ１は、制御装置２０における載置設定部２１によって行うことができる。実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工装置１００に加工対象の鋼管１が設置され、加工の準備が整った段階で鋼管１の載置ステップＳ１が終了し、鋼管１の回転駆動ステップＳ２に移行する。

回転駆動ステップＳ２は、支持ロール２ａ，２ｂによって支持された鋼管端部１ＥＰを所定の回転速度で回転させる工程である。回転駆動ステップＳ２は、制御装置２０の回転動作設定部２３によって行うことができる。なお、鋼管１の回転駆動ステップＳ２を開始する際に、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとは、必ずしも鋼管端部１ＥＰと接している必要はない。予め内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとが鋼管端部１ＥＰと接触しない待機位置に設定しておき、鋼管端部１ＥＰが設定された速度で回転するまで待機位置にあるようにしてもよい。内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとが、鋼管端部１ＥＰと接触した状態で、鋼管１の回転を開始すると、鋼管端部１ＥＰにすり疵が発生する場合があるからである。鋼管１の回転駆動ステップＳ２は、鋼管１が予め設定された回転速度で回転するようになったら終了し、ロール押し込みステップＳ３に移行する。

ロール押し込みステップＳ３は、内面押し込みロール３が鋼管端部１ＥＰに押し込みを与える内面押し込みロール３の押し込みステップＳ３１と、外面押し込みロール４ａ，４ｂが鋼管端部１ＥＰに押し込みを与える外面押し込みロールの押し込みステップＳ３２とからなる。内面押し込みロール３の押し込みステップＳ３１は、内面押し込みロール３が待機位置から設定された内面圧下量になるように、内面押し込みロール３の位置を制御する工程である。外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込みステップＳ３２は、外面押し込みロール４ａ，４ｂが待機位置から設定された外面圧下量になるように、外面押し込みロール４ａ，４ｂの位置を制御する工程である。内面押し込みロール３の押し込みステップＳ３１と、外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込みステップＳ３２とは、必ずしも同時に実行されなくてもよく、いずれか一方のステップを先行して実行し、他方のステップが遅れて実行されるようにしてもよい。これらの動作は、制御装置２０においてロール位置設定部２２が設定した条件に基づいて行うことができる。ロール押し込みステップＳ３は、内面押し込みロール３の押し込みステップＳ３１と外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込みステップＳ３２との両方が終了した場合に終了する。これにより、加工ステップＳ４に移行する。

加工ステップＳ４は、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとによる鋼管端部１ＥＰへの押し込み量として設定された内面圧下量と外面圧下量とを維持したまま、所定の回転回数または回転角度で鋼管１を回転させる工程である。加工ステップＳ４は、制御装置２０におけるロール位置設定部２２によって実行することができる。加工ステップＳ４における鋼管１の回転回数または回転角度は、予めオペレータが入力部で設定した設定値が用いられてよく、制御装置２０が鋼管１の属性情報に基づいて押し込みパターン設定部２２３が設定した条件が用いられてよい。この場合、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとによる鋼管端部１ＥＰへの押し込みが、設定された内面圧下量と外面圧下量とを維持したまま、少なくとも１回転の回転を鋼管１に付与するのが好ましい。これは、鋼管端部１ＥＰの周方向に沿った全長に対して曲げ加工を付与することによって、真円度が向上しやすいからである。加工ステップＳ４は、所定の回転回数または回転角度での回転が実行されたときに終了し、ロール開放ステップＳ５に移行する。

ロール開放ステップＳ５は、内面押し込みロール３を設定された内面圧下量に対応する位置から鋼管端部１ＥＰと接触しない位置まで開放する内面押し込みロール３の開放ステップＳ５１と、外面押し込みロール４ａ，４ｂを設定された外面圧下量に対応する位置から鋼管端部１ＥＰと接触しない位置まで開放する外面押し込みロール４ａ，４ｂの開放ステップＳ５２とからなる。ロール開放ステップＳ５は、制御装置２０のロール位置設定部２２において設定された条件に従って動作するようにしてもよい。その場合、内面押し込みロール３の開放ステップＳ５１と、外面押し込みロール４ａ，４ｂの開放ステップＳ５２とは、必ずしも同時に実行されなくてもよく、いずれか一方のステップを先行して実行し、他方のステップが遅れて実行されるようにしてもよい。なお、内面押し込みロール３の開放と、外面押し込みロール４ａ，４ｂの開放とは、急速に開放するよりも、徐々に開放を行うのが好ましい。内面押し込みロール３の開放ステップＳ５１において、内面押し込みロール３が内面圧下量の位置から鋼管端部１ＥＰとの接触が解消するまでの間に、鋼管１の１回転以上回転するように、内面押し込みロール３の開放速度を設定するのが好ましい。同様に、外面押し込みロール４ａ，４ｂの開放ステップＳ５２においては、外面押し込みロール４ａ，４ｂが外面圧下量の位置から鋼管端部１ＥＰとの接触が解消するまでの間に、鋼管１の１回転以上回転するように、外面押し込みロール４ａ，４ｂの開放速度を設定するのが好ましい。これは、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとの開放を急速に行うと、鋼管１の回転状態が不安定となって、鋼管端部１ＥＰの真円度を悪化させる場合があるからである。

図８は、支持ロール２ａ，２ｂの中間位置に配置した内面押し込みロール３により鋼管端部１ＥＰの内周面１ｉ側から鋼管端部１ＥＰに押し込みを与えた場合の鋼管端部１ＥＰの変形状態を説明するための図である。なお、図８では、鋼管端部１ＥＰの一部のみを図示している。

図８に示すように、内面押し込みロール３によって鋼管端部１ＥＰに押し込みを与えると、２つの支持ロール２ａ，２ｂと内面押し込みロール３との間で３点曲げによる曲げ加工が付与される。これにより、２つの支持ロール２ａ，２ｂの間では、図８中に実線で示した鋼管１における鋼管端部１ＥＰの周方向に沿った曲率が、図８中に破線で示した鋼管１における鋼管端部１ＥＰに曲げ加工が付与される前の初期の曲率よりも大きくなるように変形が付与される。

図９は、鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏに接して上方に配置した２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂにより鋼管端部１ＥＰに押し込みを与えた場合の鋼管端部１ＥＰの変形状態を説明するための図である。

図９に示すように、外面押し込みロール４ａ，４ｂによって鋼管端部１ＥＰに押し込みを与えると、支持ロール２ａ，２ｂによって支持される鋼管端部１ＥＰが全体として上方から押しつぶされる変形が生じる。そして、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂによって鋼管端部１ＥＰを押し込むことにより、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの間を通過する際に、鋼管端部１ＥＰには周方向に沿った曲率が初期の曲率よりも小さくなるように変形が付与される。これにより、鋼管端部１ＥＰは周方向に沿って曲げ戻し変形を受ける。本実施形態として、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂを用いるのは、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの間で鋼管端部１ＥＰの周方向に沿った曲率を小さくする変形が付与されるので、鋼管端部１ＥＰが２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの間を通過する間、曲げ戻し変形が維持され、真円度を向上する効果を高めることができるからである。

そして、鋼管端部１ＥＰは、鋼管１が回転することにより、内面押し込みロール３によって曲率が大きくなる曲げ変形と、外面押し込みロール４ａ，４ｂによって曲率が小さくなる曲げ戻し変形とを受ける。鋼管端部１ＥＰが周方向に沿った曲げ変形及び曲げ戻し変形を受けると、鋼管端部１ＥＰの周方向に沿った曲率が一定の値に収束し、その結果、鋼管端部１ＥＰの真円度が向上することになる。

図１０は、内面押し込みロール３による鋼管端部１ＥＰの押し込みと、外面押し込みロール４ａ，４ｂによる鋼管端部１ＥＰの押し込みとの両者による鋼管端部１ＥＰの変形を説明するための図である。なお、図１０中、一点鎖線で囲った領域ＦＡは、鋼管端部１ＥＰの曲率を大きくする曲げ変形が付与される領域である。また、図１０中、二点鎖線で囲った領域ＦＢは、鋼管端部１ＥＰの曲率を小さくする曲げ戻し変形が付与される領域である。

図１０では、鋼管１が反時計回り方向に回転している状態を示している。このとき、鋼管端部１ＥＰの周方向における６時方向の位置では、内面押し込みロール３の押し込みによって鋼管端部１ＥＰの曲率を大きくする変形が付与され、支持ロール２ｂと接触することにより曲げ戻し変形を受ける。さらに、３時方向の位置では、鋼管端部１ＥＰの曲率を大きくする曲げ変形が付与され、０時方向の位置では２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの間で曲げ戻し変形が付与される。そして、９時方向の位置では、再び曲率が大きくなるように曲げ変形が付与され、支持ロール２ａと接触する位置で曲げ戻し変形が付与される。

このように、鋼管１が１回転する間に、３回の曲げ変形と３回の曲げ戻し変形とが交互に付与されることによって、鋼管端部１ＥＰの周方向に沿った曲率が一定の値になり鋼管端部１ＥＰの真円度が向上する。このとき、それぞれの位置での曲げ変形や曲げ戻し変形の曲率は、内面圧下量及び外面圧下量の設定値に応じて変化させることができるため、鋼管端部１ＥＰの真円度を向上させる効果を高めることができる。

加工を行う前の鋼管端部１ＥＰにおける周方向の曲率は、周方向に沿って変動している場合が多く、製品として目標の曲率よりも大きな曲率を有する領域と、目標の曲率よりも小さな曲率を有する領域とを含むことが多い。これに対して、実施形態に係る鋼管端部１ＥＰの加工方法によれば、曲率が大きい領域に対しては２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの間における曲げ戻し変形により曲率が小さくなり、曲率が小さい領域に対しては内面押し込みロール３による曲げ変形により曲率が大きくなる。このように、鋼管端部１ＥＰの周方向に沿った曲率を大きくする変形と小さくする変形とを繰り返し付与できるため、加工を行う前の鋼管端部１ＥＰが、目標の曲率よりも大きな曲率の領域と小さな曲率の領域との両方を有している場合にも、加工後の鋼管端部１ＥＰの曲率を均一にすることができる。

また、本発明は、鋼管１を製造する鋼管の製造方法に含まれる鋼管端部の加工方法として適用することができ、公知または既存の製造ステップにおいて、鋼管１の管端部を加工するようにしてもよい。

（実施例１）
本発明の実施例１として、２本の支持ロール２ａ，２ｂ、１本の内面押し込みロール３、及び、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの直径がいずれも３００［ｍｍ］であって、胴長部の長さが９００［ｍｍ］とする鋼管端部１ＥＰの加工装置１００を用いて、鋼管端部１ＥＰの加工を行った結果について説明する。

実施例１の鋼管端部１ＥＰの加工装置１００は、２本の支持ロール２ａ，２ｂの中心間距離が４５０［ｍｍ］であり、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの中心間距離が４５０［ｍｍ］である。内面押し込みロール３及び２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂは、図５に示すロール配置において、２本の支持ロール２ａ，２ｂに対して左右対称となるように配置した。

加工対象とする鋼管１は、外径３６インチ（９１４．４［ｍｍ］）、管厚１．５インチ（３８．１［ｍｍ］）、長さ４０フィート（１２．８［ｍ］）の鋼管であり、その引張強度は５６０［ＭＰａ］であった。先ず、加工対象の鋼管端部１ＥＰに対する加工準備として載置ステップＳ１を実行し、支持ロール２ａ，２ｂ、内面押し込みロール３、及び、外面押し込みロール４ａ，４ｂが、鋼管１の管端から管軸方向に沿った接触長が６００［ｍｍ］となるように、鋼管端部１ＥＰを載置した。そして、内面押し込みロール３の押し込み量の基準となるゼロ点は、鋼管端部１ＥＰの内周面１ｉが真円形状であると仮定した場合に、その真円形状と内面押し込みロール３とが接する位置とした。また、外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込み量の基準となるゼロ点は、鋼管端部１ＥＰの外周面１ｏが真円形状であると仮定した場合に、その真円形状と外面押し込みロール４ａ，４ｂとが接する位置とした。次に、鋼管１の回転駆動ステップＳ２として、回転動作設定部２３が、予め設定された回転速度で鋼管１を回転するように制御を行った。

次に、ロール押し込みステップＳ３として、内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂが所定の押し込み量となるように、ロール位置設定部２２による制御を行った。このとき、内面圧下量及び外面圧下量は、鋼管端部１ＥＰの表面近傍が降伏条件を満たすように、それぞれ１．８［ｍｍ］及び１８［ｍｍ］に設定した。また、内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂは、押し込みの開始から完了までの時間が同一になるように制御を行い、実施例１では鋼管１が１回転する間に、内面押し込みロール３の圧下量がゼロから１．８［ｍｍ］に変化し、外面押し込みロール４ａ，４ｂの圧下量がゼロから１８［ｍｍ］に変化するように、ロール位置設定部２２による制御を行った。そして、ロール押し込みステップＳ３が終了すると、加工ステップＳ４に移行し、内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂが、所定の内面圧下量と外面圧下量とを維持したまま、鋼管１を２回転させることで、鋼管端部１ＥＰの周方向に沿った全周で曲げ変形及び曲げ戻し変形を付与した。さらに、ロール開放ステップＳ５では、鋼管１が１回転する間に内面圧下量と外面圧下量とがそれぞれ半分の値になるまで内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂを開放し、その後の１回転で内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂの押し込み量がゼロになるようにロールの開放を行った。

一方、本発明の比較例として、下記の条件の比較例１と比較例２とについて検証を行った。比較例１の条件としては、実施例１と同様の鋼管端部１ＥＰの加工装置１００を用いて、内面押し込みロール３による内面圧下量の設定は実施例１と同一であるが、外面押し込みロール４ａ，４ｂを鋼管端部１ＥＰと接触しない位置に退避させ、鋼管端部１ＥＰへの押し込みを行わなかった。比較例２の条件としては、外面押し込みロール４ａ，４ｂによる外面圧下量の設定は実施例１と同一であるが、内面押し込みロール３は鋼管端部１ＥＰと接触しない位置に退避させ、鋼管端部１ＥＰへの押し込みを行わなかった。なお、加工対象とした鋼管１は、いずれもＵＯＥ鋼管であり、拡管機の操業条件を同一の条件で加工を行った鋼管１を、実施例１と比較例１と比較例２とでそれぞれ２０本ずつ用意して、上記の鋼管端部１ＥＰの加工装置１００により各条件の加工を行った。

加工後の鋼管端部１ＥＰの真円度を測定した結果を表１に示す。なお、鋼管端部１ＥＰの真円度は、鋼管端部１ＥＰの外径形状について、真円からのズレの程度を表す指標である。ここでは、鋼管端部１ＥＰを周方向に３６０分割して、それぞれの位置で測定した鋼管端部１ＥＰの外径から、最大径と最小径とをそれぞれＤｍａｘとＤｍｉｎとして、（Ｄｍａｘ－Ｄｍｉｎ）／Ｄ０により真円度を定義した。この場合の仮想真円１Ａの直径Ｄ０は４５７．２［ｍｍ］である。なお、真円度がゼロに近いほど、鋼管端部１ＥＰの断面形状が完全な円に近い形状であることを示す。また、鋼管端部１ＥＰの真円度についての合否は、真円度が０．５［％］以下であれば「合格」、０．５［％］を超える場合を「不合格」と判定し、加工を行った鋼管１の全体の本数に対する合格率を算出した。

表１から、本発明の実施例１によれば、内面押し込みロール３と外面押し込みロール４ａ，４ｂとの両方を用いて鋼管端部１ＥＰに押し込みを与えることにより、加工後の鋼管端部１ＥＰの真円度が大幅に向上していることがわかる。これに対し、外面押し込みロール４ａ，４ｂを開放したままで鋼管端部１ＥＰを加工した比較例１と、内面押し込みロール３を開放したままで鋼管端部１ＥＰを加工した比較例２とでは、加工後の真円度についてほとんど改善効果がみられなかった。

（実施例２）
本発明の実施例２では、実施例１で用いた鋼管端部１ＥＰの加工装置１００に対して、条件Ａ～条件Ｆとして、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの中心間距離を３００～７００［ｍｍ］の範囲で変更し、鋼管端部１ＥＰの加工を行った結果について説明する。加工対象とする鋼管１は、実施例１と同じ工程で製造した鋼管を用いた。

また、実施例２では、実施例１と同様に、鋼管１の載置ステップＳ１と回転駆動ステップＳ２とを実行し、ロール押し込みステップＳ３、加工ステップＳ４、及び、ロール開放ステップＳ５における内面押し込みロール３及び外面押し込みロール４ａ，４ｂの動作や、内面圧下量及び外面圧下量の設定も実施例１と同様とした。このようにして、鋼管端部１ＥＰの加工を行って、鋼管端部１ＥＰの真円度を測定した結果を表２に示す。

表２から、本発明の実施例２によれば、２本の外面押し込みロール４ａ，４ｂの中心間距離が最も小さい３００［ｍｍ］の場合（条件Ａ）と、最も大きい７００［ｍｍ］の場合（条件Ｆ）とに、加工後の真円度が他に比べて悪くなる傾向もみられるものの、いずれの条件でも加工前に比べて鋼管端部１ＥＰの真円度が向上していることがわかる。

１ 鋼管
１Ａ 仮想真円
１ＥＰ 鋼管端部
１ｉ 内周面
１ｏ 外周面
２ａ，２ｂ 支持ロール
３ 内面押し込みロール
４ａ，４ｂ 外面押し込みロール
５ ロール支持部
６ 回転駆動部
７ 鋼管支持部
８ 内面押し込み部
９ 外面押し込み部
１０ 内面ロールチョック
１１ 外面ロールチョック
１２ 内面押し込み位置検出器
１３ 内面押し込み制御部
１４ 外面押し込み位置検出器
１５ 外面押し込み制御部
２０ 制御装置
２１ 載置設定部
２２ ロール位置設定部
２３ 回転動作設定部
５１ ハウジング
５２ ハウジング梁
１００ 加工装置
２２１ 内面押し込み動作設定部
２２２ 外面押し込み動作設定部
２２３ 押し込みパターン設定部

Claims (9)

1. 鋼管の管端部を加工する鋼管端部の加工装置であって、
   前記鋼管を鋼管端部の外周面に接して下方から支持する２本の支持ロールと、
   前記２本の支持ロールの中間位置で前記鋼管端部の内周面側から前記鋼管端部に押し込みを与える１本の内面押し込みロールと、
   前記鋼管端部の外周面に接して上方から前記鋼管端部に押し込みを与える２本の外面押し込みロールと、
   前記鋼管を回転させる回転駆動手段と、
   を備えることを特徴とする鋼管端部の加工装置。
2. 請求項１に記載の鋼管端部の加工装置において、
   前記内面押し込みロールの押し込み量を制御する内面押し込み制御手段と、
   前記外面押し込みロールの押し込み量を制御する外面押し込み制御手段と、
   を備えることを特徴とする鋼管端部の加工装置。
3. 請求項２に記載の鋼管端部の加工装置において、
   前記内面押し込みロールの押し込み量の設定値と、前記２本の外面押し込みロールの押し込み量の設定値と、を算出して設定する押し込み量設定手段を備えることを特徴する鋼管端部の加工装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鋼管端部の加工装置において、
   前記２本の外面押し込みロールは、前記外面押し込みロールの前記鋼管端部との接点と前記鋼管端部の中心点とを結ぶ直線と、前記２本の支持ロールに基づく基準線に対する垂線とでなす角度が、いずれも４５［°］未満となるように配置されることを特徴とする鋼管端部の加工装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鋼管端部の加工装置において、
   前記２本の支持ロール、前記内面押し込みロール、及び、前記２本の外面押し込みロールが、前記鋼管端部と管軸方向で接する長さは、いずれも前記鋼管の管外径Ｄに対して０．２Ｄ以上であることを特徴とする鋼管端部の加工装置。
6. 鋼管の管端部を加工する鋼管端部の加工方法であって、
   前記鋼管端部の外周面に接して下方から支持する２本の支持ロールに載置した前記鋼管を回転させる前記鋼管の回転駆動ステップと、
   前記２本の支持ロールの中間位置に配置した１本の内面押し込みロールと、前記鋼管端部の外周面に接して上方に配置した２本の外面押し込みロールとを用いて、前記鋼管端部に押し込みを与えるロール押し込みステップと、
   を含み、
   前記ロール押し込みステップは、
   前記内面押し込みロールによって前記鋼管端部の内周面側から前記鋼管端部に押し込みを与える内面押し込みステップと、
   前記２本の外面押し込みロールによって前記鋼管端部に押し込みを与える外面押し込みステップと、
   を含むことを特徴とする鋼管端部の加工方法。
7. 請求項６に記載の鋼管端部の加工方法において、
   前記鋼管端部に対する前記内面押し込みロールと前記外面押し込みロールとの押し込みを維持したまま、前記鋼管を少なくとも１回転させる加工ステップと、
   前記内面押し込みロールと前記外面押し込みロールとを開放するロール開放ステップと、
   を含むことを特徴とする鋼管端部の加工方法。
8. 請求項７に記載の鋼管端部の加工方法において、
   前記加工ステップにおける、前記内面押し込みロールによる前記鋼管端部への押し込み量、及び、前記２本の外面押し込みロールによる前記鋼管端部への押し込み量の少なくとも一つの設定値は、前記鋼管の属性情報に応じて設定されることを特徴とする鋼管端部の加工方法。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の鋼管端部の加工方法を用いて鋼管を製造することを特徴とする鋼管の製造方法。

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