JPH0454531B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、とくにロール穿孔圧延法や熱間押
出し法では直接製造し難い薄肉大径の継目無鋼管
を製造する方法に関する。 〔従来技術〕 例えば原子力発電関係の配管用鋼管ならびに継
手には溶接部のないことが求められる。溶接部が
あると、定期検査時にその部分の検査が必要で、
これは汚染環境での作業となつて安全性に問題が
ある他、定期検査のための停機期間を延長させる
ことにもなる、からである。 かかる用途に、いわゆる継目無鋼管が適するこ
とは言うまでもない。 ところで、このような用途の場合、サイズとし
てはかなり大径でしかも薄肉のものまで要求され
るが、上記の継目無鋼管は薄肉大径管をつくりづ
らい面がある。 すなわち、比較的大径の継目無鋼管は、いわゆ
るロール穿孔圧延法（マンネスマン法）でつくる
のが通例であるが、これは本来連続製管により大
量に製管するもので、現状の設備は大量需要製品
の寸法範囲を基にそれらが効率的に製造できるよ
うに製管可能範囲が設計されているため、余り大
径の具体的にはは430mm径をこえるようなものは
製造できなくなつている。 継目無鋼管製造の他の一方法として熱間押抜法
（エルハルト法）があり、これはマンネスマン製
管ができない可成り大径のものをつくることが可
能である。しかしながらこの方法も、製管条件と
してのｔ／Ｄ（ｔ：肉厚、Ｄ：外径）が制約され
（例えば外径450mmではｔ／Ｄ５％、同じく800
mmではｔ／Ｄ11％に限定される）、薄肉のもの
は製造できない憾みがある。エルハルト法は堅プ
レスで得たコツプ状素材をその内腔にマンドレル
を挿入し底部に力をかけてダイスに通過させるこ
とにより縮径減肉加工する方法で、薄肉製管にな
ると素材底部が破断するおそれが生じてくる。 エルハルト法で直かにつくり得ない薄肉大径管
を得る方法としては、３つある。まず、エルハル
ト法で大径管をつくり出しその内外面を機械加工
して薄肉化する方法、次に同じくエルハルト法に
より底部破断を防ぐため肉厚が底部側で大きくな
つた内面テーパ管をつくり同様に機械加工で仕上
げる方法、そして最後にマンネスマン法或いは熱
間押出し法で得た継目無鋼管を芯金を使つて冷間
で減肉拡径加工する方法、の３つである。 しかしながら前者２つの方法は、何れも機械加
工で仕上げるため、材料歩留り、製造コストの点
で劣るのみならず、エルハルト法自体能率的でな
いから生産性の面でも問題がある他、とくに第２
の方法ではテーパ状の特殊なマンドレルを準備し
なければならない不利がある。 減肉拡径加工を行う第３の方法は、具体的には
第９図に示すように台盤８上に立てた鋼管１に先
端が先細にテーパ状の芯金９を押し込んでゆく方
法であるが、これは１回当りの拡径量（加工度）
に限度があり、要求される製品径によつては数回
にも亘る拡管操作が必要となり、能率的な方法と
は言えない。それ許りか、加工回数を増すとそれ
に伴い軟化処理や潤滑処理の実施回数も増加する
から経済的にも問題となる。 〔発明の目的〕 本発明は、拡管加工によりマンネスマン法、エ
ルハルト法で直接製造できないような薄肉大径管
を機械加工なしで製造することができ、しかも１
回当りの拡管量をきわめて大きくとることができ
る能率的かつ経済的な継目無鋼管の拡管加工法を
提供するものである。 〔発明の構成〕 すなわち本発明は、ロール穿孔圧延法または熱
間押出し法にて得た継目無鋼管を素材とし、これ
を、先端側へ向つて径が前後２段に漸増するテー
パ部とその大径端に続き、中段部および後段部よ
り大きな外径に形成された平行部よりなる外面を
有するプラグを先端に備えたマンドレルにその基
端側から挿入し先端へ向けて押し進めてゆき、前
記プラグの近傍に設けた加熱手段により順次局部
加熱しながらプラグに通して拡径減肉拡径加工を
行うことを特徴とする継目無鋼管の拡管加工法と
要旨とする。 以下、図面に基いて本発明の方法を具体的かつ
詳細に説明する。 第１図イは本発明の拡管加工法の概念図で、１
は素管、２はマンドレル、３は加熱手段、４はチ
ヤツク、５はプツシヤーのヘツドである。 マンドレル２はマンドレル本体２０と該本体の
先端に付設された形のプラグ２１よりなる。マン
ドレル本体２０は使用素管１の内径より若干小さ
な径とし、その長さは少なくとも素管一本の長さ
よりいくらか大き目にする。プラグ２１は上記マ
ンドレル本体２０に接続し、基本的には先端側に
向つて径が漸増するテーパ部２２とその大径端に
続く平行部２３よりなる外面をもつ。なおプラグ
形状については後で更に詳しく述べる。 加熱手段３は、上記マンドレル本体２０の先端
部からプラグのテーパ部２２に対応し、同平行部
２３にも一部かかるように設けてある。加熱手段
としては、高周波コイルが好適であり、これは図
示のようにマンドレル２を同心的に囲繞するよう
に設けられる。 チヤツク４はマンドレル２の基端２′側を把持
して固定し、プツシヤーのヘツド５はそのマンド
レル２に挿入された素管１の後端１′に当てて素
管をマンドレルの先端側へ押し出すものである。 本発明の拡管加工法は、このような装置を用い
次のようにして実施される。 使用する素管１は、要求される製品寸法（目標
製管寸法）を基に後述のような拡管加工による寸
法変化を考慮して肉厚、外径を決める。素管はマ
ンネスマン法、熱間押出し法のどちらでつくつた
ものでもよい。経済性を考えるとマンネスマン法
の方が有利であるから、同法にて製造可能な寸法
範囲のものはこの方式によるのが望ましい。 かかる素管１を、必要により内面潤滑処理を行
つてから前記マンドレル２にその基端２′側より
挿入し、そのマンドレル２の基端部をチヤツク４
により把持固定した上で素管１の後端１′にプツ
シヤーヘツド５をセツトし素管１をマンドレル２
の先端側へ推進させる。 そうして、プツシヤーヘツド５に押されてマン
ドレル本体２０の先端部に来た素管１を、その進
行に伴つて先端から順次加熱手段３により加熱し
ながらプラグ２１に通してゆき、減肉拡管加工を
行うものである。（鎖線図示参照） この素管の加工は当該管の後端１′がプラグ２
１にかかる前に一旦停止し、ここで同図ロに示す
ように次の素管１０を前記先行材１の後に同様に
セツトしその後続素管１０の後端１０′をヘツド
５で押すことによつて前記加工途中の先行材１を
更に前方へ押し進めてやり、その残りの加工を完
了させてマンドレル先端から排出させる。このよ
うな操作サイクルの繰り返しにより次々と拡管加
工を行うものである。 さて、本発明の具体的な方法は、以上のような
ものであるが、ここで本発明の方法に使用するマ
ンドレルのプラグの形状について詳しく述べる。 第２図は同上プラグの好ましい一例を示したも
のである。プラグは先述のとおり、テーパ部２２
と平行部２３よりなるが、図示プラグではまずテ
ーパ部は前段２２ａと後段２２ｂの２つの部分に
分けられ、前段のテーパ角θ₁が後段のそれθ₂より
大きく形成してある。そして平行部２３は、前段
２３ａ、中段２３ｂ、後段２３ｃの３つに分けら
れ、中段の径Dbが前段、後段のそれDa，Dcより
も若干大きくなつている。 上記プラグ各部の寸法並びに機能について以下
に詳しく述べる。 〈テーパ部〉 テーパ角θ₁の大きい前段２２ａは、拡管加工の
大部分を行うところである。θ₁は当該部位での素
材処理状況、素材の変形抵抗、必要拡管量や肉厚
変化量、素材押圧力の設備的制約などから適宜決
められる。一既には言えないが、10゜θ₁15゜程
度が適当である。またこの前段部分の長さl₁とし
ては、テーパ部全体の長さｌの0.8倍ほどを目安
とすればよい。なお、素材処理状況によつては、
同部分２２ａのマンドレル本体２０側の一部に、
テーパ角が上記θ₁より小さい部分を適当につく
り、加工初期の、変形抵抗の低下がまだ不十分な
段階での加工の量を比較的小さく抑えるようにし
てもよい。 次にテーパ部の後段２２ｂは、前段２２ａで拡
管された素材の直進性を緩和し、続く平行部２３
に素材内面を沿わせる役目を果す。同部のテーパ
角θ₂は前記θ₁よりも遥かに小さいものとする必要
があり、具体的には2゜θ₂5゜程度が最適と言え
る。同部の長さl₂は前記前段２２ａの長さl₁との
関係から0.2×テーパ部全長ｌほどになる。 〈平行部〉 前段２３ａは、テーパ部２２で拡管された管の
変形を修正するための部分である。テーパ部２２
を通過する管は処理温度並びに潤滑剤分布の不均
一や偏肉等により楕円化や曲がりを起こす力を受
けるので、それによる変形を修正するものであ
る。この部分の径Daは次の中段２３ｂによる拡
管が適正量（２％程度）となるように決める。現
実には、製品管の内径に略等しくなる。 中段２３ｂは、上記前段２３ａを経て進んでき
た管を最終的に軽拡管して、真円度並びに曲がり
の矯正を行うとともに製品寸法に熱収縮量を考慮
したサイズを確保する部分である。この部分の径
Dbはしたがつて、製品内径に熱収縮量を見込ん
だだけの大きさとする。この中段２３ｂでの拡管
率は２％程度が適当である。 後段２３ｃは、管の冷却過程における曲がりの
発生や直円度の低下を防止する役目をする。この
部分は加熱手段３との関係において、管が降温を
示すところにくるように設けられ、その経Dcは、
前記中段２３ｂで加工された管がその中段と当該
部位前方位置での材料温度差により収縮したとき
のその内径より若干小さ目とする。径Dcが中段
２３３ｂと同程度では管が後段２３ｃを抱き込ん
だようになつて、後続管の加工遂行の妨げとな
る。 以上のような本発明の方法によれば、１回の加
工できわめて大きな、具体的には200％にも及ぶ
ような拡管量を確保することができるものであ
る。 本発明の方法において、拡管に伴う減肉或いは
縮長の寸法変化は、基本的には拡管量に比例的で
ある。第３図、第４図にその傾向を示す実験デー
タの例を掲げておく（図の鎖線はデータのばらつ
きの範囲を示す）これは、マンドレルのテーパ部
の傾斜条件を一定にして求めた関係である。拡管
に伴う減肉、縮長はまた、使用マンドレルの形状
および素管加熱のヒートパターンにも大きく影響
され、マンドレル形状ではテーパ部の傾斜が大き
く、またヒートパターンでは拡管加工中の部位の
温度が高いほど、減肉は小さく縮長率は大きくな
る傾向がある。 なお、本発明の方法では、上記プラグの平行部
の後段２３ｃ、つまりプラグの最終段において、
第５図（イは縦断側面図、ロは正面図）に示す如
く、管Ａの外周面に沿つて自転しながら円運動す
るスピニング倣いローラ６を併設し、拡管加工終
了後の管に連続的にスピニング加工を施すことに
より偏肉の是正やより一層の薄肉化を図るように
することもできる。のみならず、このスピニング
加工を利用すれば、必要に応じ肉厚段付管をつく
ることも可能となる。 また、加工する管の材質その他の条件によつて
は、プラグ２１を出た直後の段階で、第６図に示
すように管１を囲繞するように設けた環状ノズル
７により管に水またはエアーを全周均等に吹付け
て強制冷却を行うことにより、管の冷却過程での
曲がり発生（管の自重、冷却速度差等による）を
抑えるようにすることも、品質確保上有意なこと
である。 更にまた、加工に当り、前もつて素管毎に超音
波等による肉厚測定を行い、その素管情報を基
に、処理手段３による加熱の管軸方向および周方
向のパターンを制御することにより、製品肉厚精
度の向上をはじめ、偏肉の是正や加工による新た
な偏肉の発生の防止、更には曲がりの抑制をも図
り得る。処理手段が高周波コイルのようなもので
は、処理の管軸方向パターンはそのコイルへの給
電量を調整して、また同じく周方向パターンはコ
イル中心の管中心に対する位置関係（偏心量）を
調整することによつて、それぞれ任意に変化させ
ることができる。 また本発明の加工法を利用すれば、一本の管の
拡管を途中の段階で止め、そのままマンドレルか
ら取外すことによりテーパ段付管或いはレジユー
サ付管を得るといつたことも可能である。 〔発明の効果〕 次に、本発明の実施例を述べる。 第１表に示す材質、寸法（公称）の継目無鋼管
（マンネスマン法で得たもの）を素材とし、同表
に示した製品寸法、拡管率を目標に、本発明に従
つて第７図に示した各部寸法のプラグ２１を備え
たマンドレル２を用い、熱間減肉拡管加工を行つ
た。加熱手段は、高周波コイル３を第７図に表わ
したマンドレルとの位置関係になるように２段に
配置した。加工の条件は、ヒートパターン（管軸
方向）が第８図（マンドレル軸方向の位置を表わ
す横軸は第７図と対応）のとおりで、その他は第
２表に示した。なお、本例においては成形開始前
に高周波コイル３によりマンドレルそのものを予
熱しておいた。

【表】

【表】 このような拡管加工により12本の製品管を得た
が、その製品寸法並びに偏肉、真直度（曲がり）
真円度（楕円率）は次のとおりであつた。 ） 製品寸法 外径：394.1〜395.5mmφ、肉厚：15.2〜16.7mm ） 偏肉：第１０図に示す管の同一断面におけ
る周方向等分位置ａ〜ｈで測定した肉厚の最大
と最小の差の目標厚に対する割合で、最大12.7
％、最小5.5％、平均9.3％。 ） 真空度：第１１図に示す基準面Ｘに対する
管の曲り量δで、最大8.5mm、最小3.9mm、平均
5.2mm。 ） 真円度：管の同一断面において４方向（前
出第１０図鎖線の方向）に測定した外径の最大
と最小の差の目標外径に対する比率で、最大
1.3％、最小0.5％、平均0.8％。 この結果から、本発明法によれば安定した品質
の薄肉大径管が得られることが分る。 以上の説明から明らかなように本発明の方法
は、マンネスマン法、熱間押出し法で製造した継
目無鋼管を素材として、熱間減肉拡管加工により
大径管をつくり出すもので、機械加工が不要で材
料歩留りがよい上、１回当りの拡径量がきわめて
大きく設定できるから、経済的かつ能率的な大径
管製造が可能であり、したがつてとくにマンネス
マン法では製造できない外径約430mm以上の継目
無大径管の製造、更にはエルハルト法でも直接製
造不可能な外径約430mm以上でｔ／D5％未満の薄
肉大径管の製造において、コストの低減並びに製
造能率の向上に資するところがきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の拡管加工法を示す概念図、第
２図は本発明の方法に使用するマンドレルのプラ
グについてその好ましい形状を説明する図、第３
図、第４図は本発明に基く拡管加工に伴う減肉並
びに縮長の寸法変化の傾向を示す実験データを表
わしたもの、第５図は本発明の方法にスピニング
加工を組合せた状態を示す模式説明図で、イは縦
断側面図、ロは正面図である。第６図は本発明に
よる拡管加工終了直後に管を冷却する方式の説明
図で、イは縦断側面図、ロは正面図である。第７
図は本発明の実施例に用いたマンドレルと加熱手
段（高周波コイル）を示した説明図、第８図は同
実施例における材料加熱のヒートパターンを示す
図、第９図は従来の拡管法を示す説明図、第１０
図は製品の偏肉測定を説明する図、第１１図は製
品の真直度測定を説明する図である。 図中、１，１０：素管、２：マンドレル、２
０：マンドレル本体、２１：プラグ、２２：テー
パ部、２３：平行部、３：加熱手段、４：チヤツ
ク、５：プツシヤーヘツド、６：スピニング倣い
ローラ、７：環状ノズル、８：定盤、９：芯金。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ロール穿孔圧延法または熱間押出し法にて得
   た継目無鋼管を素材とし、これを、先端側へ向か
   つて径が前後２段に漸増するテーパ部とその大径
   端に続き、中段部が前段部および後段部より大き
   な外径に形成された平行部よりなる外面を有する
   プラグを先端に備えたマンドレルにその基端側か
   ら挿入し先端へ向けて押し進めてゆき、前記プラ
   グの近傍に設けた加熱手段により順次局部的に加
   熱しながらプラグに通して拡管減肉加工を行うこ
   とを特徴とする継目無鋼管の拡管加工法。