JPH1024320A

JPH1024320A - 鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH1024320A
Application number: JP19697896A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Toyooka; 高明豊岡; Yuji Hashimoto; 裕二橋本; Motoaki Itaya; 元晶板谷; Akira Yorifuji; 章依藤; Toshio Onishi; 寿雄大西; Nobuki Tanaka; 伸樹田中
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】誘導加熱方式による鋼管の製造に際し、優れ
たシーム品質及び表面肌を有する鋼管を、ビード切削を
行なわずに、高い生産性で製造すること。【解決手段】発振周波数が100kHz未満の第１の誘導加
熱コイル１１でオープン管の母管全体を温間域に加熱し
た後、発振周波数が100kHz以上の第２の誘導加熱コイル
１２で上記オープン管の両エッジ部端面を固相圧接温度
域に加熱し、上記オープン管の両エッジ部をスクイズロ
ール１３により衝合し固相圧接シームするもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋼管の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管の製造方法として、従来技術１（鉄
鋼便覧第 3版1056〜1092頁）、従来技術２（鉄鋼便覧第
3版1093〜1109頁）、従来技術３（特開平2-299782）、
従来技術４（特開平2-299783）がある。

【０００３】従来技術１は、電縫鋼管の製造法に関する
ものであり、連続的に帯鋼を供給し、成形ロールで管状
に成形してオープン管とし、続いて高周波誘導加熱によ
りオープン管の両エッジ部端面を鋼の融点以上に加熱し
た後、スクイズロールで両エッジ部端面を衝合溶接して
鋼管を製造する方法である。そして、この従来技術１で
は、衝合溶接時に、管の内外面に溶融ビードを排出させ
るため、衝合溶接後に管内外面の溶融ビードの除去が必
要であり、ほとんどがビード切削用バイトにより切削さ
れて除去されている。

【０００４】従来技術２は、鍛接鋼管の製造法に関する
ものであり、連続的に供給した帯鋼を加熱炉で1300℃程
度に加熱した後、成形ロールで管状に成形してオープン
管とし、続いてオープン管の両エッジ部に高圧空気を吹
き付けて端面のスケールオフを行なった後、ウェルディ
ングホーンにより端面に酸素を吹き付け、その酸化熱で
端面を1400℃程度に昇温させてから、鍛接ロールで両エ
ッジ部端面を衝合させ固相接合して鋼管を製造する方法
である。

【０００５】従来技術３は、電縫鋼管の製造法に関する
ものであり、第１のワークコイルでオープン管の両側エ
ッジ部の温度をキューリー点以上に加熱し、第２のワー
クコイルで更に融点以上に加熱し、スクイズロールで両
エッジ部を衝合溶接して鋼管を製造するものである。

【０００６】従来技術４は、電縫鋼管の製造法に関する
ものであり、第１のワークコイルで周波数45〜250kHzの
電流を流し、両側エッジ部を予熱し、第２のワークコイ
ルで更に融点以上に加熱し、スクイズロールで両エッジ
部を衝合溶接して鋼管を製造するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来技術
には以下の如くの問題点がある。（従来技術１）ビード切削用バイトの切削量の調整で、材料と時間の
ロスが発生する。

【０００８】ビード切削用バイトは消耗品であるた
め、造管速度によって異なるが、3000〜4000m のビード
切削長毎にバイトを交換する必要があり、 3〜 5分程度
の交換時間毎にラインの停止を余儀なくされる。

【０００９】特に造管速度が100m/minを超える高速造
管では、ビード切削用バイトの寿命が短く、交換頻度が
高い。

【００１０】上記〜により、ビード切削がネック
となり、高速造管ができないため生産性が低い。

【００１１】（従来技術２）端面のスケールオフが完全ではないので、鍛接衝合部
へのスケール噛込みが発生し、シーム部の強度が母材部
に比べてかなり劣る。このため、偏平試験で、電縫鋼管
なら偏平高さ比ｈ／Ｄ＝ 2ｔ／Ｄ（密着）を達成できる
のに対し、鍛接鋼管では偏平高さ比ｈ／Ｄが 0.5程度に
劣るものとなる。

【００１２】熱間で管を製造するため、表面にスケー
ルが生成し表面肌が悪い。

【００１３】上記、により、造管速度が300m/min
以上と速く生産性は高いが、シーム品質及び表面肌が悪
い。従って、ＪＩＳのＳＴＫ等の強度信頼性や表面品質
を要求されるものは製造できない。

【００１４】（従来技術３、４）電縫鋼管のエッジ加熱
技術に関するものであり、エッジ部を均一に加熱するこ
とは示唆しているものの、オープン管の全体を予熱する
ことを示唆するところが全くない。

【００１５】本発明の課題は、誘導加熱方式による鋼管
の製造に際し、優れたシーム品質及び表面肌を有する鋼
管を、ビード切削を行なわずに、高い生産性で製造する
ことである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、帯鋼を連続的に成形ロールで管状に成形した後、該
管状のオープン管の両エッジ部を加熱し、スクイズロー
ルにより衝合接合する鋼管の製造方法において、発振周
波数が100kHz未満の第１の誘導加熱コイルでオープン管
の母管全体を温間域に加熱した後、発振周波数が100kHz
以上の第２の誘導加熱コイルで該オープン管の両エッジ
部端面を固相圧接温度域に加熱し、上記オープン管の両
エッジ部をスクイズロールにより衝合し固相圧接するよ
うにしたものである。

【００１７】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の本発明において更に、前記第１の誘導加熱コイルに
よる母管加熱温度が800 ℃以下であるようにしたもので
ある。

【００１８】請求項３に記載の本発明は、請求項１又２
に記載の本発明において更に、前記第２の誘導加熱コイ
ルによる固相圧接温度が1300℃〜管材融点未満であるよ
うにしたものである。

【００１９】請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３
のいずれかに記載の本発明において更に、大気中で固相
圧接した場合、前記固相圧接後のシーム温度を1300℃以
上で0.03秒以上保持するようにしたものである。

【００２０】請求項５に記載の本発明は、請求項１〜４
のいずれかに記載の本発明において更に、前記オープン
管の誘導加熱コイルによる加熱域及びスクイズロールに
よる固相圧接域の雰囲気が、シールド装置により大気よ
り低い酸素濃度雰囲気に設定されるようにしたものであ
る。

【００２１】請求項６に記載の本発明は、請求項５に記
載の本発明において更に、前記酸素濃度に応じて、前記
固相圧接後のシーム部温度を1300℃以上で(1) 式で表わ
される時間保持するようにしたものである。

【００２２】

【数２】ｔ_k ：1300℃以上保持時間（秒）Ｏ₂ ：酸素濃度（％）

【００２３】尚、シーム部温度を1300℃以上に保持して
いる時間が長いほど、Ｆｅの拡散が充分行なわれるた
め、強固な接合が達成でき、より好ましくは、下記(2)
式によるものとする。

【００２４】

【数３】

【００２５】請求項７に記載の本発明は、請求項５又６
に記載の本発明において更に、前記酸素濃度が 1％以下
に設定されるようにしたものである。

【００２６】本発明によれば下記〜の作用がある。オープン管の両エッジ部を固相圧接シームするもので
あり、電縫鋼管におけるような溶融ビードの発生に起因
するビード切削を伴うことがない。従って、高速造管が
でき、生産性が高い。

【００２７】熱間で造管するものでないため、固相圧
接部へのスケール噛込みがなく、シーム部の強度が高
い。

【００２８】熱間で造管するものでないため、表面で
のスケール生成がなく、表面肌が良い。

【００２９】母管加熱温度が 800℃以下であるものと
することにより、表面スケールの生成を防止し、表面肌
悪化を防止できる。

【００３０】固相圧接温度の下限を1300℃とすること
により、シーム品質を確保できる。また、固相圧接温度
の上限を管材融点（炭素鋼で1520〜1550℃程度）とする
ことにより、溶融ビードの発生を確実に防止できる。

【００３１】オープン管の第２の誘導加熱コイルによ
る加熱域及びスクイズロールによる固相圧接域の雰囲気
が、シールド装置により大気より低い酸素濃度雰囲気
（好適には 1％以下）に設定されるものとすることによ
り、固相圧接部まわりでのスケール生成を防止し、シー
ム品質及び表面肌を向上できる。

【００３２】前記酸素濃度に応じて、前記固相圧接後
のシーム部温度を1300℃以上で前記(1) 式で表わされる
時間保持することにより、固相接合部でのＦｅ拡散時間
を確保して固相圧接の接合強度（シーム品質）を向上で
きる。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は第１実施形態を示す模式
図、図２は固相圧接における加熱冷却曲線を示す模式
図、図３は固相圧接温度−シーム冷却速度の相関図、図
４は母管加熱温度−シーム冷却速度の相関図、図５は第
２実施形態を示す模式図、図６は酸素濃度−偏平高さ比
の相関図、図７は第１実施例における生産性向上効果を
示す模式図、図８は第１実施例における偏平高さ比向上
効果を示す模式図、図９は第１実施例における表面粗さ
向上効果を示す模式図、図１０は第２実施例における生
産性向上効果を示す模式図、図１１は第２実施例におけ
る偏平高さ比向上効果を示す模式図、図１２は第２実施
例における表面粗さ向上効果を示す模式図である。

【００３４】（第１実施形態）（図１〜図４）鋼管製造装置１０は、図１に示す如く、帯鋼を管状に成
形してオープン管１とする管成形装置を有するととも
に、このオープン管１を鋼管２とするための第１の誘導
加熱コイル１１、第２の誘導加熱コイル１２、スクイズ
ロール１３を有している。

【００３５】即ち、鋼管製造装置１０では、第１の誘導
加熱コイル１１でオープン管１の母管全体を温間域に加
熱し、第２の誘導加熱コイル１２でオープン管１の両エ
ッジ部端面を固相圧接温度域に加熱した後、スクイズロ
ール１３で衝合し固相圧接シームする。３はシームを示
す。

【００３６】ここで、第１の誘導加熱コイル１１は、オ
ープン管１の母管全体を加熱するため、高周波に比べて
電流の浸透深さが深く加熱効率のよい100kHz未満の周波
数に限定される。

【００３７】また、第２の誘導加熱コイル１２は、オー
プン管１の両側エッジ部のみを加熱するため、電流の浸
透深さが浅く加熱効率のよい100kHz以上の周波数に限定
される。

【００３８】第２の誘導加熱コイル１２によるエッジ端
面（シーム）の加熱冷却曲線と、第１の誘導加熱コイ
ル１１による母管の加熱冷却曲線を図２に示す。図２
において、Ｐは固相圧接点を示す。

【００３９】然るに、オープン管１の母管の加熱温度は
第１の誘導加熱コイル１１の出力の調整により任意に制
御できる。オープン管１の両エッジ端面の固相圧接温度
は第２の誘導加熱コイル１２の出力調整により任意に制
御できる。

【００４０】また、鋼管２の固相圧接後のシーム温度13
00℃以上の保持時間は、第１の誘導加熱コイルによる母
管の加熱温度の変更と、第２の誘導加熱コイルの加熱周
波数の変更で、エッジからの管円周方向の温度分布を調
整することにより制御できる。

【００４１】ここで、第２の誘導加熱コイル１２による
固相圧接温度とシーム冷却速度の組み合せが、シーム品
質（偏平高さ比ｈ／Ｄ）に及ぼす影響を調査した結果、
図３を得た。

【００４２】また、第１の誘導加熱コイル１１による母
管加熱温度とシーム溶接速度との関係を調査した結果、
図４を得た。

【００４３】本発明では、図３、図４により下記(a) 〜
(c) の操業条件を定めた。 (a) 固相圧接温度第２の誘導加熱コイル１２による固相圧接温度が1300℃
〜管材融点、より好適には1370〜1500℃であること。

【００４４】(b) シーム温度保持時間大気中で固相圧接した場合、前記固相圧接後のシーム温
度を1300℃以上で0.03秒以上保持する。

【００４５】(c) 母管加熱温度第１の誘導加熱コイル１１による母管加熱温度が 200〜
800℃、より好適には400〜 700℃であること。

【００４６】従って、本実施形態によれば、下記〜
の作用がある。オープン管１の両エッジ部を固相圧接シームするもの
であり、電縫鋼管におけるような溶融ビードの発生に起
因するビード切削を伴うことがない。従って、高速造管
ができ、生産性が高い。

【００４７】熱間で造管するものでないため、固相圧
接部へのスケール噛込みがなく、シーム部の強度が高
い。

【００４８】熱間で造管するものでないため、表面で
のスケール生成がなく、表面肌が良い。

【００４９】母管加熱温度が 800℃以下、より好適に
は400 〜700 ℃であるものとすることにより、表面スケ
ールの生成を防止し、表面肌悪化を防止できる。

【００５０】固相圧接温度の下限を1300℃、より好適
には1370℃とすることにより、シーム品質を確保でき
る。また、固相圧接温度の上限を管材融点（炭素鋼で15
20〜1550℃程度）、より好適には1500℃とすることによ
り、溶融ビードの発生を確実に防止できる。

【００５１】（第２実施形態）（図５、図６）鋼管製造装置２０が前記鋼管製造装置１０と異なる点
は、図５に示す如く、オープン管１の両エッジ部を固相
圧接シームする際の酸素濃度雰囲気をシールド装置２１
により制御可能としたことにある。即ち、鋼管製造装置
２０では、オープン管１の、第２の誘導加熱コイル１２
による加熱域及びスクイズロール１３による固相圧接域
の雰囲気が、シールド装置２１により大気より低い酸素
濃度雰囲気に設定されるようにしたものである。

【００５２】シールド装置２１による低酸素濃度化の手
段は、具体的には、誘導加熱コイル１２とスクイズロー
ル１２及びエッジ加熱された部分の鋼管を含む領域全体
をボックスで囲み、移動するパイプとボックスの間隙
は、ボックス側に固定されたシール材を間隙に充満させ
てシールする。

【００５３】一方、パイプ内面は、バーに支持された遮
蔽板で誘導加熱コイル１２入側とスクイズロール１３出
側を仕切り、移動するパイプと遮蔽板の間隙は、遮蔽板
側に固定されたシール材を間隙に充満させてシールす
る。

【００５４】前記のようにして作り出したボックス内及
びパイプ内面の準閉鎖空間に、窒素或いは他の不活性ガ
スを適当な流量で定常的に投入し、内部の空気を置換す
ることによって、酸素濃度を制御する。

【００５５】このとき、シールド装置２１により設定さ
れる酸素濃度に応じて、固相圧接後のシーム部温度を13
00℃以上で下記(1) 式で表わされる時間保持することに
より、固相接合部でのＦｅ拡散時間を充分確保でき、固
相圧接の接合強度（シーム品質）を向上できる。

【００５６】

【数４】ｔ_k ：1300℃以上保持時間（秒）Ｏ₂ ：酸素濃度（％）

【００５７】尚、シーム部温度を1300℃以上に保持して
いる時間が長いほど、Ｆｅの拡散が充分行なわれるた
め、強固な接合が達成でき、より好ましくは、下記(2)
式によるものとする。

【００５８】

【数５】

【００５９】前記鋼管製造装置１０において前述した固
相圧接における加熱冷却曲線（図２）、固相圧接温度−
シーム冷却速度の相関関係（図３）、母管加熱温度−シ
ーム冷却速度の相関関係（図４）は、鋼管製造装置２０
においても同様である。従って、前記鋼管製造装置１０
において定めた(a) 固相圧接温度、(b) シーム冷却速
度、(c) 母管加熱温度の操業条件は、鋼管製造装置２０
にも適用される。

【００６０】シールド装置２１により制御された酸素濃
度とシーム品質（偏平高さ比ｈ／Ｄ）との関係を調査し
た結果、図６を得た。図６によれば、酸素濃度を 1％以
下に設定することにより、シーム品質を向上できること
が認められる。

【００６１】即ち、本実施形態によれば、オープン管１
の第２の誘導加熱コイル１２による加熱域及びスクイズ
ロール１３による固相圧接域の雰囲気が、シールド装置
２１により大気より低い酸素濃度雰囲気（好適には 1％
以下）に設定されるものとすることにより、固相圧接部
まわりでのスケール生成を防止し、シーム品質及び表面
肌を向上できる。

【００６２】

【実施例】

（第１実施例）（表１、図７〜図９）前記鋼管製造装置１０を用いて、管寸法：42.7φ×2.3
t、規格：ＳＴＫ400 の鋼管を造管速度：150m/minで製
造した。

【００６３】本発明例と比較例について、表１の結果を
得た。

【００６４】

【表１】

【００６５】表１によれば、本発明例において下記〜
の効果を認めた。生産性向上（図７）従来の電縫管の生産性が9.6T/Hであったのに対し、本発
明例では20.6T/H に向上した。

【００６６】シーム品質向上（図８）従来の鍛接管の偏平高さ比ｈ／Ｄが 0.4〜 0.6であった
のに対し、本発明例では 0.3以下に向上した。

【００６７】表面肌向上（図９）従来の鍛接管の表面粗さＲｍａｘが30〜40μm であった
のに対し、本発明例では 8μm 以下に向上した。

【００６８】（第２実施例）（表２、図１０〜図１２）前記鋼管製造装置２０を用いて、管寸法：42.7φ×2.3
t、規格：ＳＴＫ400 の鋼管を造管速度：150m/minで製
造した。

【００６９】本発明例と比較例について、表２の結果を
得た。

【００７０】

【表２】

【００７１】表２によれば、本発明例において下記〜
の効果を認めた。生産性向上（図１０）従来の電縫管の生産性が9.6T/Hであったのに対し、本発
明例では20.6T/H に向上した。

【００７２】シーム品質向上（図１１）従来の鍛接管の偏平高さ比ｈ／Ｄが 0.4〜 0.6であった
のに対し、本発明例では 0.3以下に向上した。

【００７３】表面肌向上（図１２）従来の鍛接管の表面粗さＲｍａｘが30〜40μm であった
のに対し、本発明例では 8μm 以下に向上した。

【００７４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、誘導加熱
方式による鋼管の製造に際し、優れたシーム品質及び表
面肌を有する鋼管を、ビード切削を行なわずに、高い生
産性で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１実施形態を示す模式図である。

【図２】図２は固相圧接における加熱冷却曲線を示す模
式図である。

【図３】図３は固相圧接温度−シーム冷却速度の相関図
である。

【図４】図４は母管加熱温度−シーム冷却速度の相関図
である。

【図５】図５は第２実施形態を示す模式図である。

【図６】図６は酸素濃度−偏平高さ比の相関図である。

【図７】図７は第１実施例における生産性向上効果を示
す模式図である。

【図８】図８は第１実施例における偏平高さ比向上効果
を示す模式図である。

【図９】図９は第１実施例における表面粗さ向上効果を
示す模式図である。

【図１０】図１０は第２実施例における生産性向上効果
を示す模式図である。

【図１１】図１１は第２実施例における偏平高さ比向上
効果を示す模式図である。

【図１２】図１２は第２実施例における表面粗さ向上効
果を示す模式図である。

【符号の説明】

１オープン管２鋼管３シーム１０、２０鋼管製造装置１１第１の誘導加熱コイル１２第２の誘導加熱コイル１３スクイズロール２１シールド装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｂ 6/10 ３６１Ｈ０５Ｂ 6/10 ３６１ (72)発明者板谷元晶愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者依藤章愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者大西寿雄愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者田中伸樹愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯鋼を連続的に成形ロールで管状に成形
した後、該管状のオープン管の両エッジ部を加熱し、ス
クイズロールにより衝合接合する鋼管の製造方法におい
て、発振周波数が100kHz未満の第１の誘導加熱コイルでオー
プン管の母管全体を温間域に加熱した後、発振周波数が
100kHz以上の第２の誘導加熱コイルで該オープン管の両
エッジ部端面を固相圧接温度域に加熱し、上記オープン
管の両エッジ部をスクイズロールにより衝合し固相圧接
することを特徴とする鋼管の製造方法。
【請求項２】前記第１の誘導加熱コイルによる母管加
熱温度が800 ℃以下である請求項１記載の鋼管の製造方
法。
【請求項３】前記第２の誘導加熱コイルによる固相圧
接温度が1300℃〜管材融点未満である請求項１又は２記
載の鋼管の製造方法。
【請求項４】大気中で固相圧接した場合、前記固相圧
接後のシーム温度を1300℃以上で0.03秒以上保持する請
求項１〜３のいずれかに記載の鋼管の製造方法。
【請求項５】前記オープン管の誘導加熱コイルによる
加熱域及びスクイズロールによる固相圧接域の雰囲気
が、シールド装置により大気より低い酸素濃度雰囲気に
設定される請求項１〜４のいずれかに記載の鋼管の製造
方法。
【請求項６】前記酸素濃度に応じて、前記固相圧接後
のシーム部温度を1300℃以上で(1) 式で表わされる時間
保持する請求項５記載の鋼管の製造方法。【数１】ｔ_k ：1300℃以上保持時間（秒）Ｏ₂ ：酸素濃度（％）
【請求項７】前記酸素濃度が 1％以下に設定される請
求項５又は６記載の鋼管の製造方法。