JPH10277639A

JPH10277639A - 鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH10277639A
Application number: JP9073297A
Authority: JP
Inventors: Toshio Onishi; 寿雄大西; Yoshinori Sugie; 善典杉江; Nobuki Tanaka; 伸樹田中; Koji Sugano; 康二菅野; Takaaki Toyooka; 高明豊岡; Yuji Hashimoto; 裕二橋本
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 1998-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】シーム部内面の増肉を抑制し、シーム部内面
を平滑化した鋼管の製造方法を提案する。【解決手段】帯鋼を成形ロールにより連続的に成形し
てオープン管とし、該オープン管の両エッジ部を誘導加
熱により２段階の加熱で、融点未満の温度域に加熱した
のち、シーム部に当接するように配設したスクイズロー
ルで衝合圧接する際に、スクイズロールで衝合圧接する
前に、オープン管両エッジ部の内面側となるエッジ端を
予成形する。予成形はオープン管成形前の帯鋼に施され
るのが好ましく、また、前記予成形はエッジャーロール
で行う面取り加工としてもよく、切削による面取り加工
としてもよい。さらに、衝合圧接後、圧接シーム部近傍
を管内外の圧延ロールで圧延し平滑化する。

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
関し、とくに、固相圧接による鋼管の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】溶接鋼管は、鋼板または鋼帯を管状に成
形しその継目を溶接したもので、小径から大径まで各種
の製造法によりつくられているが、主な製造法として、
電気抵抗溶接（電縫）、鍛接、電弧溶接によるものが挙
げられる。小径〜中径鋼管用としては、高周波誘導加熱
を利用した電気抵抗溶接法（電気抵抗溶接鋼管、電縫
管）が主として利用されている。この方法は、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（例えば、第３版鉄鋼便覧第III 巻（２）1056〜10
92頁）。

【０００３】上記した高周波誘導加熱を利用した電縫管
の製造方法では、オープン管の両エッジ部端面を鋼の融
点以上に加熱するため、電磁力の影響により溶鋼が流動
し、生成された酸化物が衝合溶接部に噛み込まれペネト
レータ等の溶接欠陥あるいは、溶鋼飛散（フラッシュ）
が発生しやすいという問題があった。この問題に対し、
例えば、特開平2-299782号公報には、２つの加熱装置を
有する電縫鋼管の製造法が提案されている。第１の加熱
装置でオープン管の両側エッジ部の温度をキュリー点以
上に加熱し、第２の加熱装置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。また、特開平2-299783号公報には、第１の加熱装
置で周波数45〜250kHzの電流を流し、両側エッジ部を予
熱し、第２の加熱装置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電
縫管製造装置が提案されている。

【０００４】しかしながら、これらの電縫管製造技術で
は、エッジ部を均一に加熱することは示唆しているもの
の、両エッジ部を鋼の融点以上に加熱するため、衝合溶
接時に、溶融した鋼が管の内外面に排出されビード（余
盛）が形成される。そのため、衝合溶接後に管内外面の
溶接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。

【０００５】このようなことから、この方法では、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。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、そのため、１時間程度ごとに
３〜５分間のバイト交換のためのラインの停止を余儀な
くされる。

【０００６】特に造管速度が100 ｍ／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。など、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という問題があった。一
方、比較的小径鋼管用として極めて高い生産性を有する
鍛接鋼管製造方法がある。この方法は、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（例えば、第３版鉄鋼便
覧第III 巻（２）1056〜1092頁）。

【０００７】しかし、この鍛接鋼管製造方法では、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（ｔ：板厚）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。

【０００８】帯鋼を高温に加熱するため、管表面にス
ケールが生成し表面肌が悪い。など、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
が悪く、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という問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記問題を有利に解決
するために、本発明者らは、両エッジ部を鋼の融点未満
の固相圧接適正温度域に加熱し衝合圧接する、固相圧接
による鋼管の製造方法を提案している。この固相圧接に
よる鋼管の製造方法は、従来の電縫管のようなビードの
発生がなくビード切削を必要としないので、高速造管が
可能で生産性が高く、また、従来の鍛接管のように酸化
起因のシーム品質および表面肌の劣化もない。

【００１０】しかしながら、固相圧接により形成された
圧接シーム部では、スクイズロールの圧接接合部外面へ
の当接の有無、エッジ部の到達温度あるいはスクイズロ
ールによる管円周方向絞りの程度（アップセット量）に
より図５（ａ) 、（ｂ）に示すようにシーム部の管内外
または管内に管体肉厚の５％以上の増肉を生じることが
ある。この圧接シーム部の増肉は、管内あるいは管内外
からの圧延により平滑化することができると考えられる
が、増肉量が多いか、平滑化のための圧延力が不足する
と図５（ｃ）に示すように肉厚偏差が大きくなり品質不
良となる。また、小径管では、管内面からの十分な圧延
力を作用できず問題として残されていた。

【００１１】本発明は、上記問題を有利に解決し、シー
ム部内面の増肉を抑制し、シーム部内面を平滑化した固
相圧接による鋼管の製造方法を提案することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、帯鋼を成形ロ
ールにより連続的に成形してオープン管とし、該オープ
ン管の両エッジ部を誘導加熱により融点未満の温度域に
加熱したのち、スクイズロールで衝合圧接する鋼管の製
造方法において、前記スクイズロールで衝合圧接する前
に、前記オープン管両エッジ部の内面側となるエッジ端
を予成形することを特徴とする鋼管の製造方法であり、
前記予成形はオープン管成形前の帯鋼に施されるのが好
ましく、また、前記予成形はエッジャーロールで行う面
取り加工としてもよく、切削による面取り加工としても
よい。

【００１３】また、本発明では、前記衝合圧接時に、ス
クイズロールをシーム部に当接するように配設して圧接
するのが好適である。さらに、本発明では、前記衝合圧
接後、圧接シーム部近傍を管内外の圧延ロールで圧延し
平滑化するのが好ましく、シーム部に当接するスクイズ
ロールが管外の圧延ロールを兼ねてもよい。

【００１４】また、本発明では、前記帯鋼を800 ℃以下
の温度で予熱したのちオープン管に成形するのが好まし
く、前記誘導加熱による加熱は２段階の加熱とするのが
好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明でいう固相圧接とは、ビー
ド（余盛）の盛り上がりを抑え、ビード切削を必要とし
ない圧接を意味する。本発明では、ビード（余盛）の盛
り上がり量を抑制するため、エッジ加熱温度は固相域の
温度が好ましいが、若干液相が存在する融点未満の固液
２相域の温度でもよい。

【００１６】本発明では、帯鋼を成形ロールにより連続
的に成形し、オープン管とする。成形は通常公知の成形
ロールによる方法が好適に適用できる。ついで、オープ
ン管の両エッジ部を誘導加熱により融点未満の温度域に
加熱し、スクイズロールで衝合し圧接して固相圧接鋼管
とする。本発明では、スクイズロールで圧接する前に、
オープン管両エッジ部の内面側となるエッジ端を予成形
する。

【００１７】予成形の形状はとくに限定しないが、例え
ば図２に示すように、両エッジ部の管内面側のエッジ端
を板厚方向にＴ₁、管周方向にＴ₂だけ、テーパ形状あ
るいはラウンド形状に面取り加工して成形するのがよ
い。また、適正な固相圧接のためには、適正な圧接量が
ある。例えばアップセット量は帯鋼の板厚程度とするの
がよい。本発明者らの知見では、この程度のアップセッ
ト量で圧接した場合、予成形を行わず圧接を行うとシー
ム部の肉厚は帯鋼板厚の1.3 〜1.5 倍となり、またシー
ム部の増肉幅は帯鋼板厚の２〜５倍となる。このことか
ら、予成形量は、板厚方向の予成形量Ｔ₁を0.1 〜0.5
t₁、管周方向の予成形量Ｔ₂を0.5 〜2.5 t₁（t₁：帯鋼
板厚）の範囲とするのが好ましい。これにより、圧接後
に形成される増肉量は少なく、圧接後シーム部の圧延を
必要としないほどになる。

【００１８】予成形は、予熱後で、オープン管成形前の
帯鋼に施されるのがよい。予成形の方法としては、エッ
ジャーロールによる圧延加工により面取り加工として行
うのが好ましい。また、ミーリング装置による切削、グ
ラインダによる研磨により行ってもよい。本発明では、
帯鋼の成形に先立って、帯鋼を予熱するのが望ましい。
予熱は、後に行うエッジ加熱時にエッジ部とその近傍の
母管との温度差を小さくし、固相圧接段階において、エ
ッジ部の温度および温度分布を固相圧接可能温度域に容
易に維持できるようにするために行う。予熱は、加熱炉
を用いる方法、誘導コイルを用いる誘導加熱方法、通電
による抵抗加熱方法いずれも好適に適用できる。

【００１９】帯鋼の予熱は、800 ℃以下の温度範囲とす
るのがよい。800 ℃を超える予熱は、帯鋼表面に多量の
スケールが生成し、鋼管のシーム品質および表面肌がと
もに劣化するため、800 ℃を予熱温度の上限とした。な
お、予熱温度が400 ℃未満では、エッジ加熱時にエッジ
部から母管側への熱拡散が多いため、圧接時のエッジ部
温度及び温度分布を固相圧接可能温度域に維持できにく
く、また、予熱温度が650℃を超えると、帯鋼表面のス
ケールが生成しやすくなり、このため、予熱温度は400
〜 650℃の温度範囲とするのが好適である。

【００２０】オープン管の両エッジ部は誘導加熱により
加熱されるが、先ず、オープン管の両エッジ部を予熱す
るのが望ましい。エッジ予熱は、誘導加熱方式とする。
このエッジ予熱によりエッジ部の温度を、キュリー点以
上1300℃未満とするのが望ましい。エッジ部をキュリー
点以上に加熱することにより、浸透深さが大きくなり、
被圧接面内の温度分布が均一化する方向に向かう。しか
し、この段階で一気に1300℃以上の温度域まで昇温する
と、角部のみが融点以上になり、接合時にビード（余
盛）が発生するため、高速造管ができなくなる。そこ
で、一旦キュリー点以上1300℃未満の温度域にエッジ部
を予熱するのである。

【００２１】エッジ予熱を施されたオープン管の両エッ
ジ部は、さらに、1300℃以上、融点未満の温度域に加熱
するエッジ加熱が施されるのが望ましい。エッジ加熱の
加熱方式は、エネルギー効率の観点から、誘導コイルに
よる誘導加熱方式とする。エッジ加熱の温度が1300℃未
満では、エッジ部端面の接合が不十分となりシーム品質
が劣化する。また、エッジ部端面の温度が管材の融点を
超えると、溶融した鋼が衝合接合時に管内外にビード
（余盛）を形成するため、ビード切削を必要とする。こ
のことからエッジ加熱は1300℃以上、融点未満の固相圧
接可能温度域とするのが望ましい。なお、好ましくは13
50℃以上融点未満、より好ましくは1400℃以上融点未満
である。

【００２２】両エッジ部を上記固相圧接可能温度域に加
熱されたオープン管は、スクイズロールで両エッジ部を
衝合され、固相圧接される。圧接は、図３（ａ）に示す
ように、スクイズロールを圧接接合部管外面に当接する
位置に設置して行う方法が管外面の増肉を抑制する意味
から最も好ましいが、図３（ｂ）に示すように、スクイ
ズロールを圧接接合部管外面に当接しない位置に設置し
て行う方法でも何ら不都合は生じない。

【００２３】固相圧接により形成された圧接シーム部で
は、スクイズロールの圧接接合部外面への当接の有無、
エッジ部の到達温度あるいはスクイズロールによる管円
周方向絞りの程度により、本発明のようにエッジ部内面
側を予成形してもわずかに増肉する場合がある。このよ
うな場合には、圧接以降の適当な場所で、増肉したシー
ム部近傍を圧延により減肉するのが好ましい。

【００２４】増肉したシーム部近傍の圧延は、例えば、
図４（ａ) に示す圧接シーム部圧延用ロール１０により
管内外から圧延する。圧接シーム部圧延用ロール１０
は、外面圧延用ロール１０ａ、内面圧延用ロール１０ｂ
からなり、１０ｂは圧接シーム部圧延用ロール支持棒１
０ｃにより支持されている。また、前記圧接方法のう
ち、圧接接合部管内外面にロール等を当接させる方法を
採用することによって、材料を上下方向に拘束し、圧接
による増肉を抑え、圧接以降の圧延を不要とすることも
可能である。例えば、図５（ｂ）に示すスクイズロール
６と圧接シーム部内面拘束用ロール１１ａにより管内外
から材料を拘束し、圧接による増肉を抑制する。圧接シ
ーム部内面拘束用ロール１１ａは圧接シーム部内面拘束
用ロール支持棒１１ｂにより支持されている。

【００２５】以上述べたように、本発明によれば、ビー
ド切削の必要がなくかつシーム部肉厚偏差の格段に少な
い鋼管を製造できる。

【００２６】

【実施例】図１に示す本発明の実施に好適な設備列を用
いた。板厚2.3 mmの帯鋼１を予熱炉２で連続的に予熱し
たのち、オープン管の内面側となる両エッジ部端をエッ
ジャーロールからなるエッジ予成形装置18によりテーパ
状に面取り加工し、ついで成形ロール群３により連続的
に成形しオープン管７とした。オープン管両エッジ部に
エッジ予熱用誘導加熱コイル４によりエッジ予熱を、さ
らにエッジ加熱用誘導加熱コイル５によりエッジ加熱を
施し、圧接シーム部に当接する位置に設置したスクイズ
ロール６でアップセット量２mmの固相圧接を行い、つい
で、管内外から圧延ロール10a 、10b により圧接シーム
部近傍を圧延して、管寸法：62.0mmφ× 2.3mmｔ、規
格：STK 相当品の鋼管８とした。製造された鋼管８のシ
ーム品質、表面肌およびシーム部長手方向の肉厚偏差を
調査し、その結果を表１に併記する。シーム品質の評価
は、鋼管の偏平高さ比（ｈ／Ｄ、ｈ：偏平高さmm、Ｄ：
鋼管の外径mm）で行った。また、鋼管の表面肌の評価
は、表面粗さＲmax （μm ）で行った。

【００２７】なお、エッジ部予成形を行わない例、ある
いはシーム部圧延を行わない例を比較例とした。

【００２８】

【表１】

【００２９】また、帯鋼を1300℃に加熱したのち、鍛接
により62.0mmφの鍛接管とし、従来例とした。実施例と
同様に鋼管の偏平高さ比、表面粗さRmax、シーム部長手
方向の肉厚偏差を測定し、表１に併記した。従来例の試
験No.5の鍛接管では、偏平高さ比0.56、表面粗さRmax 3
7.5 μm 、肉厚偏差−0.2 〜＋0.5mm であるのに対し、
試験No.1の本発明例では、偏平高さ比 0.3以下、表面粗
さRmax 10 μm 以下であり、かつ肉厚偏差±0.1mm であ
り、表面肌、シーム品質、シーム部の肉厚偏差も小さ
く、従来例に比較し向上している。

【００３０】一方、エッジ部を予成形し、シーム部圧延
を行わない本発明例（試験No.2）では、偏平高さ比0.3
以下、表面粗さRmax 10 μm 以下であるが、肉厚偏差が
±0.15mmと若干低下している。また、エッジ部予成形を
行わずシーム部圧延も行った比較例（試験No.3）では、
肉厚偏差は±0.3mm とさらに低下している。また、エッ
ジ部予成形もシーム部圧延も行わない比較例（試験No.
4）では、肉厚偏差は＋1.1 〜＋1.5mm と大幅に低下し
ている。

【００３１】また、エッジ部端面が融点以上に加熱した
比較例（試験No.5）では余盛が形成されビード切削を行
った。ビード切削後の肉厚偏差は−0.2 〜＋0.3mm と大
きな変動となっている。試験No.5はビード切削する必要
が生じるため、造管速度が100m/minに低下している。以
上述べたように、本発明によれば、ビード切削の必要が
なくかつシーム部肉厚偏差の格段に少ない鋼管を高い生
産性で製造できる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、ビード切削の必要がな
く、しかもシーム品質および表面肌に優れかつシーム部
肉厚偏差の格段に少ない鋼管を高い生産性で製造できる
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に好適な鋼管製造設備列の１例を
示す説明図である。

【図２】オープン管の両エッジ部の予成形形状の一例を
示す断面図である。

【図３】固相圧接時のスクイズロールと圧接接合部との
位置関係を示す断面図である。

【図４】本発明の実施に好適な設備列の模式的部分断面
側面図である。

【図５】固相圧接後の鋼管断面形状の例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１帯鋼２予熱炉３成形ロール群４エッジ予熱用誘導加熱コイル５エッジ加熱用誘導加熱コイル６スクイズロール７オープン管８鋼管９圧接シーム部１０圧接シーム部圧延用ロール１０ａ圧接シーム部外面圧延用ロール１０ｂ圧接シーム部内面圧延用ロール１０ｃ圧接シーム部圧延用ロール支持棒１１ａ圧接シーム部内面拘束用ロール１１ｂ圧接シーム部内面拘束用ロール支持棒１２圧接シーム部外面ウェルドライン１４アンコイラ１５接合装置１７ルーパ１８エッジ予成形装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ２３Ｋ 37/08 Ｂ２３Ｋ 37/08 ＣＨ０５Ｂ 6/10 ３６１Ｈ０５Ｂ 6/10 ３６１ (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 (72)発明者菅野康二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)発明者豊岡高明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)発明者橋本裕二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】帯鋼を成形ロールにより連続的に成形し
てオープン管とし、該オープン管の両エッジ部を誘導加
熱により融点未満の温度域に加熱して、スクイズロール
で衝合圧接する鋼管の製造方法において、前記スクイズ
ロールで衝合接合する前に、前記オープン管両エッジ部
の内面側となるエッジ端を予成形することを特徴とする
鋼管の製造方法。
【請求項２】前記予成形がオープン管成形前の帯鋼に
施されることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の製造
方法。
【請求項３】前記予成形がエッジャーロールで行う面
取り加工であることを特徴とする請求項１または２に記
載の鋼管の製造方法。
【請求項４】前記予成形が切削による面取り加工であ
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載
の鋼管の製造方法。
【請求項５】前記衝合圧接時に、スクイズロールをシ
ーム部に当接するように配設して圧接することを特徴と
する請求項１ないし４のいずれかに記載の鋼管の製造方
法。
【請求項６】前記衝合圧接後、圧接シーム部近傍を管
内外の圧延ロールで圧延し平滑化することを特徴とする
請求項１ないし５のいずれかに記載の鋼管の製造方法。
【請求項７】シーム部に当接するスクイズロールが管
外の圧延ロールを兼ねることを特徴とする請求項１ない
し６のいずれかに記載の鋼管の製造方法。