JPH04197518A - めっき鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、成形ロールを使用しない、いわゆるロールレ
スフォーミング法をめっき鋼帯に適用し幅方向両端部を
突合せ溶接して鋼管を製造する方法に関する。

〔従来の技術］ 銅帯から管体を製造する従来の方法では、多数のタンデ
ムミルに配置されたカリバーを有するフォーミングロー
ル、ケージロール等からなるロール成形機が使用されて
いる。

しかし、この方法では、多段の成形スタンドが配置され
た成形機を必要とするため、設備的な負担が大きくなる
。また、設備の複雑化に伴って保守・点検等の作業も面
倒なものとなる。そして、径の異なる管体を製造しよう
とするとき、成形ロールの組替えが長時間を要する作業
となる。しかも、板幅に比較し板厚が小さな鋼帯を製管
用素材とすると、曲げ過程における弾性変形による影響
や大きなエツジストレッチに起因した縁彼等の欠陥が発
生し易く、製造された管体の真円度が劣化すると共に、
溶接自体も困難になる。

本発明者等は、このような問題を解消した製管方法とし
て、従来の成形ロールを使用することなく、金属ストリ
ップが有する弾性力を利用して管状ｉこ成形する方法（
以下、これをロールレスフォーミング法という）を開発
し、特開昭６２．−、．１７５６−１’１号公報、特開
平１−４８６２４号公報等・で紹介している。

たとえば、特開昭６２−１７６６１１号公報では、第６
図に概要を示した設備構成を使用している。アンコイラ
１から送り出された金属ストリ・ツブＳは、ガイドロー
ル２を経て予変形部３に送り込まれる。予変形部３は、
小径の曲げロール３ａ及び大径のサポートロール３ｂを
備＾ており、サポートロール３ｂの表面にポリウレタン
等の弾性ライニング３Ｃが施されている。

そして、得られる管体の内面側が曲げロール３ａ側に接
触するように、金属ストリップＳを曲げロール３ａとサ
ポートロール３ｂとの間に送り込む。金属ストリップＳ
が曲げロール３ｂで塑性的げを受けるため、幅方向に一
様な曲げ応力が予変形部３を通過した後の金属ストリッ
プＳに残留する。

曲げ及び曲げ戻しにより残留応力が付与された金属スト
リップＳは、保形ロール４．サイドロール５及び送りロ
ール６を経て下流側に送られる。

この送り過程で、金属ストリップＳは、長手方向の変形
が拘束されているので、残留応力によって管状に弾性変
形する。そして、管状に成形された金属ストリップＳは
、保形ロール４及びサイドロール５により形状が拘束さ
れた状態で、幅方向両端部が突き合わされる。この突合
せ部を溶接トーチ７で溶接することにより、管体が得ら
れる。

この方法においては、弾性変形を利用して金属ストリッ
プＳを管状に成形するため、得られた管体の真円度は優
れたものとなる。また、金属ストリップＳを管状に曲げ
加工する成形ロールを必要としないため、設備構成が簡
単になり、特に薄肉管の製造に適した方法である。

また、特開平２−７５４１８号公報では、第７図に示し
た概略構成をもつ予変形部を提案した。

この予変形部３では、一対の大径ロール３ｄ及び３ｅの
間に曲げロール３ｆを配！している。金属ストリップＳ
は、大径ロール３ｄと曲げロール３ｆの間を通過した後
、曲げロール３ｆを周回し、大径ロール３ｅと曲げロー
ル３ｆとの間から送り出される。この走行過程で、金属
ストリップＳに曲げ及び曲げ戻しによる残留応力が付与
される。

この予変形部３は、小径の曲げロール３ｆをバックアッ
プする機構を省略することができ、所定の残留応力を金
属ストリップＳに付与することが容易となる。

［発明が解決しようとする課題］ 前述したロールレスフォーミング法をＡρ、２０等のめ
っき層が形成されためっき鋼帯に適用して鋼管を製造し
ようとすると、銅帯の表面にあるめっき層が溶接条件を
不安定にしたり、溶接部の組織を劣化させることがある
。

たとえば、Ａｆｆめっきされたオーステナイトステンレ
ス鋼帯を素材として、幅方向両端部を突合せ溶接して鋼
管を製造すると、めっき層のＡＩ２が溶接部の組織内に
取り込まれる。Ａ℃は１強力なフェライト形成元素であ
ると共に、Ｆｅとの間に高い硬度の金属間化合物ＦｅＡ
ｇ、を形成する。そのため、溶接部は、オーステナイト
マトリックスにフェライト相が混在し、しかも硬質粒子
ＦｅＡ１が分散した極めて靭性の低い組織になる。その
結果、得られた鋼管にバルジ加工やコルゲート加工を施
すと、多数の亀裂、破断等の欠陥が溶接部に発生する。

また、Ｚｎめっき鋼帯では、溶接作業中に蒸気圧が高い
Ｚｎが優先的に蒸発するため、溶接条件が不安定になる
。このような問題は、オーステナイトステンレス鋼帯に
限ったものではなく、普通鋼、耐候性鋼等を基質とする
めっき鋼帯においても同様に生じる。

基質とめっき層との物性の違いに起因する欠陥を防止す
るためには、溶接に先立って被溶接部の表面からめっき
層を除去することが必要となる。

しかし、ロールレスフォーミング法に使用される素材は
、−船釣に薄肉の銅帯である。この薄肉鋼帯の幅方向端
部表面に形成されためっき層を研削により完全に除去す
ると、基質の研削も行われ、端部が薄肉化する。他方、
基質の研削を回避しようとする゛と、めっき層が幅方向
端部に一部残留したままで研削を終了せざるをえない。

その結果、依然として、残留Ａｆｆの取込みによって溶
接部の性質劣化が見られる。

本発明は、このような問題を解消すべく案出されたもの
であり、研削後にめっき層の一部が残留している幅方向
端部をトリミングすることによって、溶接時の溶融プー
ルにめっき金属が取り込まれることを防止し、しかも開
先精度を良好に維持して突合せ溶接を行い、健全な溶接
部をもつ溶接鋼管を製造することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の溶接鋼管製造方法は、その目的を達成するため
、幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しによる残留曲げ応力
が付与されためっき鋼帯を幅方向にカールさせて円筒体
とし、幅方向両端部を突合せ溶接して鋼管を製造する際
、前記めっき鋼帯の幅方向両端部を研磨してめっき層を
除去し、次いでめっき層が残留する部分をトリミングし
た後、前記幅方向端部を突合せ溶接することを特徴とす
る。

使用される材料としては、ＡＱ、Ｚｎ等をめっきしたス
テンレス鋼帯、普通鋼鋼帯、耐候性鋼帯等の各種のめっ
き鋼帯がある。　　　　　　　　５．。

［作　用］ めっき鋼帯の幅方向端部を研削してめっき層を除去する
と、研削後の端部は、第１図（ａ）に示すような断面形
状になる。すなわち、めっき鋼帯Ｓの表面にあるめっき
層Ｓ、、Ｓ、は、幅方向端部表面で研削除去される。し
かし、端縁近傍に、若干のめっき層Ｓ、が残留する。ま
た、基質Ｓ０も多少研削されており、端縁にダレ部Ｓ４
が形成される。

残留めっき層Ｓ３を完全に研削除去しようとすると、第
１図（ｃ）に示すように基質Ｓ。の研削量を大きくしな
ければならない。その結果、幅方向端部が薄肉化し、ロ
ールレスフォーミングするときの残留応力の付与が不十
分となる。しかも、′ダレ部Ｓ４が大きくなる。そのた
め、めっき鋼帯を幅方向にカーリングさせ幅方向端部を
突合せるとき、高い精度で溶接開先を形成することがで
きない。また、溶接条件が不安定となり、溶接不能にな
ることもある。

本発明においては、この残留めっき層Ｓ３が付着してい
るダレ部Ｓ４を、第１図（ｂ）に示すようにトリミング
し、めっき鋼帯Ｓから分離する。

このトリミングにより、溶接に悪影響を与える残留めっ
き層Ｓ、が無（なると共に、めっき鋼帯Ｓの幅方向端部
の形状特性も向上する。そのため、研削後のめっき鋼帯
Ｓをロールレスフォーミングしたときに、必要な大きさ
の曲げ歪みが幅方向端部にも付与され、成形された円筒
体の真円度が高くなる。また、突合せ端部の肉厚も確保
されるため、高精度で溶接開先が形成される。更に、溶
接部に取り込まれる残留めっき層Ｓ、かないため、安定
した条件下で溶接が行われ、ミクロクラック等の欠陥が
ない優れた品質の溶接部が得られる。

本発明は、たとえば第５図に概略を示した前処理ライン
で採用される。めっき鋼帯Ｓは、アンコイラ−Ｃ１から
４基直列に配置した研削装置Ｐ。

〜Ｐ４に送り出される。それぞれの研削装置Ｐ１〜Ｐ４
で幅方向両端部のめっき層が研削により除去された後、
めっき鋼帯Ｓは、洗浄機Ｗ及び乾燥機りを経て、エツジ
トリマーＴに送られる。エツジトリマーＴでは、研削に
よってダした幅方向両端部をトリミングし、めっき鋼帯
Ｓの幅を一定に揃える。次いで、めっき鋼帯Ｓは、コイ
ラーｑ２に巻き取られる。

研削装置Ｐ、−Ｆ’、は、めっき鋼帯Ｓの幅方向両端部
の表面及び裏面にそれぞれ対向する研削ヘッドＨ１〜Ｈ
４、及びめっき鋼帯Ｓを介し研削ヘッドＨ１〜Ｈ４と対
になったバックアップロールＢ１〜Ｂ４を備えている。

研削ヘッドＨ１〜Ｈ４は、それぞれ駆動モータＭ、〜Ｍ
４で回転され、めっき鋼帯Ｓに対する押圧力が圧力設定
機Ｆ、〜Ｆ４で調整される。これらの研削装置Ｐ１〜Ｐ
４で、めっき鋼帯Ｓの幅方向両端部の表面及び裏面が順
次研削され、めっき層が除去される。

コイラー０２に巻き取られためっき鋼帯Ｓは、第６図、
第７図等に示したロールレスフォーミング設備に搬送さ
れ、製管される。なお、′Ｍ５図に示したような前処理
ラインをロールレスフォーミング設備自体に組み込み、
研削、洗浄、成形、溶接を一貫したラインで行うことも
できる。

エツジトリマーＴは、めっき鋼帯Ｓの幅方向両端部を僅
か１ｍｍ程度の幅でトリミングするために、走行してい
るめっき鋼帯Ｓとトリミング工具との位置関係を精度良
く維持することが必要である。そこで、たとえば第２図
に示す案内機構をめっき鋼帯Ｓの搬送路両側に配置する
。

すなわち、走行方向りに移動しているめっき鋼帯Ｓの幅
方向端縁を検出するために、光センサ−１０等の検出器
をめっき鋼帯Ｓの上流側に配置する。光センサ−１０は
、めっき鋼帯Ｓの幅方向に関して複数配置することが好
ましい。

光センサ−１０で検出された端縁情報は、検出信号ａと
して制御回路１１に入力される。制御回路１１では、検
出された端縁位置に応じて、めっき鋼帯Ｓの幅方向に対
するガイドロール１２の傾斜角度αを演算する。演算結
果は、制御信号すとしてガイドロール１２のシャフト旋
回機構に送られる。

たとえば、トリミング工具１３がめつき綱ＷｒＳの幅方
向に関して所定位置より内側にあるとき、外側の光セン
サ−１０でめっき鋼帯Ｓの端縁が検出され、その検出結
果に基づきガイドロール１２の傾斜角度αを大きくする
。これにより、ガイドロール１２の搬送力Ｆがめつき鋼
帯Ｓの内側に向かい、その分力Ｆ１によってめっき鋼帯
Ｓが第２図で下側に押される。その結果、めっき鋼帯Ｓ
の幅方向端縁から所定の距離にあるトリミングライン１
４にトリミング工具１３が一致する。

逆に、トリミング工具１３が所定位置よりも外側にある
とき、めっき鋼帯Ｓの幅方向端縁を内側の光センサ−１
０で検出し、ガイドロール１２の傾斜角度αを小さ（し
、或いは逆方向に傾斜させる。そして、第２図でめっき
鋼帯Ｓを上側に変位させ、トリミングライン１４にトリ
ミング工具１３を一致させる。

このように、めっき鋼帯の搬送状態を幅方向に修正しな
がらトリミング工具１３に送り込むために、僅か１ｍｍ
程度の幅であっても、正確なトリミングが行われる。ま
た、このトリミングによってめっき鋼帯Ｓが一定幅にな
るので、ロールレスフォーミングで円筒体に成形したと
きの形状も安定する。

［実施例］ 以下、Ａｌめっきオーステナイトステンレス鋼帯による
鋼管製造に本発明を適用した実施例を説明する。

めっき鋼帯としては、板厚が０．４０ｍｍで板幅１６２
．Ｏｍｍのステンレス鋼帯５ＵＳ３０４に目付は量４０
ｇ／ｍ”ｆ厚み１５ｕｍｌのＡｌ１．めっき層を形成し
たものを使用した。

このめっき鋼帯の幅方向両端部を研削し、端縁から５ｍ
ｍの幅にわたってＡｆｆめっき層を除去した。なお、研
削ヘッドには、１．０ｇ／ｃｍ’の充填密度でポリビニ
ルアルコールと微細な八β２０、粒子とを混合し、繊維
状に紡糸・成形した砥石を使用した。そして、圧下刃５
ｋｇｆでめっき銅帯の端部表面に押し付け、毎分６００
回転の回転速度で回転させた。

研削後の端部を観察したとき、第１図（ａ）に示すよう
に、端部のめっき層Ｓ、、Ｓ、が除去されていた。また
、この部分で基質Ｓ０は、若干研削され、平均０．３８
ｍｍの厚みになっていた。しかし、端縁近傍に残留する
めっき層Ｓユが、めっき鋼板Ｓの長平方向に沿って１０
〜２０個／ｍの割合で検出された。この残留めっき層Ｓ
、の最大幅は、０．５ｍｍであった。

そこで、残留めっき層Ｓ、及びダレ部Ｓ４を除去するた
め、めっき鋼帯Ｓの端縁から１ｍｍの位置にトリミング
ラインを設定し、第２図に示したエツジトリマーでトリ
ミングした。

次いで、めっき鋼帯は、第７図に要部を示したロールレ
スフォーミング設備により、直径５０．８ｍｍの管状に
成形された。そして、幅方向両端部をＴＩＧ溶接し、５
ｍ／分の速度でステンレス鋼管を製造した。なお、溶接
条件は、溶接電流を１５０Ａとし、シールドガスとして
若干の水素を含有するアルゴンガスを使用した。

得られた溶接部は、第３図に示すようにフェライト相を
実質的に含まないオーステナイト組織をもっていた。ま
た、溶接部の硬度を調査したところ、母材とほぼ同じＨ
ｖ１９０の硬度をもっていた。

これに対し、めっき層を除去せずに溶接することにより
得られた溶接部には、めっき層のＡｌ１を取り込んだ結
果としてフェライト相や金属間化合物ＦｅＡｌ２の析出
が見られ、非常に高い高度をもっていた。特に、ビード
中央付近での硬度が著しく上昇していた。

また、トリミングしないことを除き、他は同じ条件下で
溶接したものにあっても、フェライト相や金属間化合物
ＦｅＡｌ２の析出が見られた。これは、残留めっき層Ｓ
、のＡ℃が溶接部に取り込まれたことに起因するものと
考えられる。

得られたステンレス溶接鋼管を第４図に示す工程でコル
ゲート加工し、フレキシブルチューブを製造した。

先ず、肉厚０．４ｍｍ、外径５０．８ｍｍの溶接鋼管を
長さ３００ｍｍに切り出し、試験片２゜を用意した（第
４図ａ）。

試験片２０の一端側開口をプラグ２１で塞ぎ、内部に加
圧水２２を充満させ、他端側聞口をプラグ２３で閉塞し
た。そして、試験片２０を上金型２４及び下金型２５で
挟み、試験片２０の一端を反力受け２６に固定し、他端
に配置した加圧具２７を介し加工圧力Ｆを加えた（第４
図ｂ）。

上金型２４及び下金型２５には、製造しようとするフレ
キシブルチューブの輪郭に対応した凹部２８が形成され
ている。そのため、加工圧力Ｆによって上金型２４及び
下金型２５を反力受け２６に押し付けると、凹部２８に
対応した膨出部２９が試験片２０に形成される（第４図
Ｃ）。

このようにして、拡管率４２％で、山ピッチｐが２０ｍ
ｍのフレキシブルチューブ３ｏが得られた（第４図ｄ）
。

得られたフレキシブルチューブ３０の溶接部を観察した
。研削及びトリミングによりめっき層を除去した銅帯か
ら得られた溶接鋼管では、亀裂。

破断等の欠陥が溶接部にみられなかった。他方、第１図
（Ｃ）に示すように研削のみでめっき層を除去した銅帯
から得られた溶接鋼管では、膨出部に形状不良が散見さ
れた。

この対比から明らかなように、研削及びトリミングによ
り幅方向両端部にある／ｌめっき層を除去した後で、め
っき鋼帯を溶接するとき、良好な加工性をもつ溶接部が
得られ、高度の加工率が要求されるコルゲート加工、バ
ルジ加工等に対しても十分な耐力をもつ溶接鋼管が得ら
れる。

なお、以上の実施例では、Ａｌ１めっきオーステナイト
ステンレス鋼から溶接鋼管を製造する場合を説明した。

しかし、本発明は、これに拘束されるものではなく、Ａ
２めっきフェライトステンレス鋼、Ｚｎめっきオーステ
ナイトステンレス鋼。

Ａｌ１めっき普通鋼、Ｚｎめっき普通鋼等の銅帯をロー
ルレスフォーミングによって成形し、溶接することに対
しても同様に適用される。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては、幅方向両端
部のめっき層を研削及びトリミングによって完全に除去
した後で、めっき鋼帯をロールレスフォーミングして溶
接するため、端部に残留するめっき層が溶接条件や溶接
部の組織等に悪影響を与えることがない。また、ロール
レスフォーミングで製管したとき、真円度の高い筒状に
成形することができる。しかも、幅方向端部が研削によ
って過度に薄肉化することがないので、高精度で開先を
形成することが可能となる。そのため、得られた溶接部
が母材とほぼ同様な性質を持ち、高度の加工を施すこと
ができ、形状特性に優れた溶接鋼管が製造される。

【図面の簡単な説明】

第１図はめっき鋼帯の研削状態を説明するための図、第
２図はトリミング工具とめっき鋼板との位置関係を制御
する機構を示し、第３図はＡｆｆめっき層を研削除去し
ためっき鋼帯の幅方向両端部を突合せ溶接することによ
って得られた溶接部の組織を示し、第４−図は溶接鋼管
をコルゲート加工するときの工程を説明するための図、
第５図はめっき鋼帯の前処理ラインの一例を示す。他方
−１第６図及び第７図は、本発明者等が先に提案した設
備構成を示す。 Ｓ：めっき鋼帯　　　　Ｓｏ：基質 Ｓ＋、Ｓｚ：めっき層　　　Ｓ３：残留めっき層Ｓ４：
ダレ部 １０：光センサ−１１：制御回路 １２ニガイドロール　　１３：トリミング工具１４ニド
リミングライン ａ：検出信号　　　　　ｂ二制御信号 Ｆ１：めっき鋼帯Ｓを幅方向に移動させる分力甲６図 第７図 第１図 第２図 第３図 ＩＣ，１０ｐｍ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）幅方向に一様な残留曲げ応力が付与されためっき
   鋼帯を幅方向にカールさせて円筒体とし、幅方向両端部
   を突合せ溶接して鋼管を製造する際、前記めっき鋼帯の
   幅方向両端部を研磨してめっき層を除去し、次いでめっ
   き層が残留する部分をトリミングした後、前記幅方向端
   部を突合せ溶接することを特徴とする溶接鋼管製造方法
   。
2. （２）請求項１記載のめっき鋼帯が、Ａｌめっきオース
   テナイトステンレス鋼帯であることを特徴とする溶接鋼
   管の製造方法。