JPH10296326A

JPH10296326A - 接合鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH10296326A
Application number: JP11224397A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Toyooka; 高明豊岡; Yuji Hashimoto; 裕二橋本; Akira Yorifuji; 章依藤; Motoaki Itaya; 元晶板谷; Nobuki Tanaka; 伸樹田中; Masanori Nishimori; 正徳西森; Taro Kanayama; 太郎金山
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-10
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JP3348822B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ビード切削の必要がなく高い生産性が確保
できしかもシーム品質と表面肌に優れた鋼管を製造でき
る固相圧接造管法を工業的に実施可能とする接合鋼管の
製造方法を提案する。【解決手段】エッジ予熱装置６、エッジ加熱装置７、
スクイズロール８の各出側でエッジ予熱温度、エッジ加
熱温度、シーム部温度を夫々計測し、該計測値の変動お
よび板厚、通材速度の変更毎に、エッジ加熱温度から圧
接温度を算出し、圧接温度が許容範囲に収まるようにエ
ッジ加熱の入熱量を制御すると共に、シーム部温度と圧
接温度とから拡散接合温度域でのキープ時間を算出し、
キープ時間とエッジ予熱温度とが許容範囲に収まるよう
にエッジ予熱の入熱量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接合鋼管の製造方
法に関し、詳しくは、帯鋼を成形してオープン管とし、
該オープン管の両エッジ部を加熱・衝合・圧接すること
によって製造される接合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（帯鋼）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
電流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、続いて高周波電流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）1056〜1092
頁）。

【０００３】上記した高周波電流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。すなわち、第１
の加熱装置でオープン管の両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、すぐ下流に設けた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1350〜1400℃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局部的に昇温させ
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）1093〜1109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
するには、本発明者らの創案になる固相圧接造管法によ
るのが好適である。これは、連続的に、帯板をオープン
管に成形し、該オープン管の両エッジ部を２段階に誘導
加熱して平衡状態図における固液共存領域の下限近傍に
保って衝合・圧接する方法である。

【００１０】この固相圧接造管法では、両エッジ部を固
液共存領域の下限近傍、すなわち完全固相または液部微
量の固液共存相の状態に保って圧接するため、溶融ビー
ドが全く生じないか生じても極めて小さく、従来の電縫
管では不可欠のビード切削が不要となるため、高速造管
可能で生産性が高く、しかも従来の鍛接管の欠点である
酸化起因のシーム品質および表面肌の劣化もない。

【００１１】そこで本発明は、ビード切削の必要がなく
高い生産性が確保できしかもシーム品質と表面肌に優れ
た鋼管を製造できる固相圧接造管法を工業的に実施可能
とするための接合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、帯板を通材し
ながら、成形装置で幅方向の両エッジ部が対向するよう
に曲げ成形して素管とし、両エッジ部をエッジ予熱装置
でエッジ予熱後、エッジ加熱装置でエッジ加熱し、スク
イズロールで衝合・圧接して、この圧接部をシーム部と
する接合鋼管の製造方法であって、エッジ予熱装置、エ
ッジ加熱装置、スクイズロールの各出側でエッジ予熱温
度、エッジ加熱温度、シーム部温度を夫々計測し、該計
測値の変動および板厚、通材速度の変更毎に、エッジ加
熱温度から圧接温度を算出し、圧接温度が許容範囲に収
まるようにエッジ加熱の入熱量を制御すると共に、シー
ム部温度と圧接温度とから拡散接合温度域でのキープ時
間を算出し、キープ時間とエッジ予熱温度とが許容範囲
に収まるようにエッジ予熱の入熱量を制御することを特
徴とする接合鋼管の製造方法である。

【００１３】本発明では、上記要件に加え、成形前の帯
板全体を加熱炉で加熱し、その際、加熱炉出側で帯板加
熱温度を計測し、この帯板加熱温度が許容範囲に収まる
ように加熱炉の炉温を制御するのが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の入熱制御方法を
示すブロック図である。帯板１は連続的に通材されなが
ら、好ましくは加熱炉４で400 〜650 ℃に加熱された
後、成形装置５で幅方向の両エッジ部が対向するように
曲げ成形されて素管（オープン管）２となり、この素管
２は、その両エッジ部を、エッジ予熱装置６でキュリー
点以上に予熱（エッジ予熱）され、次いで、エッジ加熱
装置７で固液共存領域下限近傍に加熱（エッジ加熱）さ
れ、スクイズロール８で衝合・圧接されて、この圧接部
をシーム部とする接合鋼管３となる。

【００１５】エッジ予熱装置６、エッジ加熱装置７に
は、高周波電源に接続された誘導コイルが充てられ、夫
々の装置による入熱量は高周波電源の電流値を変更する
ことで調整される。上記固相圧接造管法の工業的実施を
確実にするには、ビード切削を不要化するために、圧接
時点での両エッジ部の温度（圧接温度）が固液共存領域
の下限近傍（溶融ビードがほとんど生じない温度範囲）
にあり、かつ、接合強度確保のために、圧接後のシーム
部が、ほとんど溶融しない接合界面に残存する酸化膜中
の酸素の鋼中拡散速度が大きい温度域（拡散接合温度
域）に、該拡散が進行して酸素が接合界面から十分逃散
するに必要な時間だけキープされる必要がある。

【００１６】そこで、本発明では、エッジ予熱装置６、
エッジ加熱装置７、スクイズロール８の各出側でエッジ
予熱温度、エッジ加熱温度、シーム部温度を夫々計測
し、該計測値の変動および板厚、速度（通材速度）の変
更毎に、エッジ加熱温度から圧接温度を算出し、この圧
接温度が許容範囲に収まるようにエッジ加熱の入熱量を
制御すると共に、シーム部温度と圧接温度とから拡散接
合温度域でのキープ時間を算出し、キープ時間とエッジ
予熱温度とが許容範囲に収まるようにエッジ予熱の入熱
量を制御するようにした。

【００１７】各温度の計測にあたっては、測定面内の温
度分布計測システムを備えた放射温度計を用いるのがよ
い。エッジ加熱温度から圧接温度を算出するには、厳密
にはエッジ加熱温度を初期条件、エッジ部形状および空
冷の熱伝達係数を境界条件として熱伝導方程式を解き、
エッジ部がエッジ加熱温度計測点から圧接点に達するま
での時間（距離／速度）経過後のエッジ部温度を計算す
ればよいが、予め計算した厳密解に基づき適宜定式化し
た簡易モデル式を用いて算出してもよい。

【００１８】圧接温度の許容範囲は帯板の組成に依存す
るが、例えば、JIS STKM13A 相当材では1350〜1490℃と
するのが好ましい。シーム部温度と圧接温度とから拡散
接合温度域でのキープ時間を算出するには、圧接点から
シーム部温度計測点までの時間（距離／速度）をｔ、圧
接温度とシーム部温度、拡散接合温度域下限との温度差
を夫々ΔＴ₁、ΔＴ₂とすれば、ｔ×（ΔＴ₂／Δ
Ｔ₁）を演算すればよい。

【００１９】拡散接合温度域は帯板の組成に依存する
が、例えば、JIS STKM13A 相当材では1300℃以上とする
のが好ましい。なお、上限は特に設ける必要はない。キ
ープ時間の許容範囲は下限のみ問題とすればよく、この
下限はエッジ予熱温度計測点におけるエッジ部の加熱幅
と関係し、加熱幅が大きいと小さくなる。このキープ時
間の下限は板厚、加熱幅の関数として予め実験により求
めて設定することができる。なお、加熱幅とはエッジ部
端面から管周方向に広がる所定温度以上に加熱された領
域の幅（片側、両側のいずれを代表値に選んでもよい）
であり、この所定温度は1000℃程度にとるのがよい。こ
の加熱幅はエッジ予熱温度の分布から直ちに導出でき
る。そこで、算出されたキープ時間が下限を下回れば、
加熱幅を現在値より広げてキープ時間の下限を引き下げ
るように、エッジ予熱の入熱量を制御することができ
る。

【００２０】エッジ予熱温度の許容範囲は、エッジ加熱
での誘導加熱電流効率の向上ならびにエッジ部端面内お
よび内外面コーナ部の温度均一化のために設けられ、管
の組成、板厚によって変わるが概して800 〜1300℃にあ
り、この許容範囲はキープ時間に応じたエッジ入熱制御
によるエッジ予熱温度変動範囲を含むので、キープ時間
とエッジ予熱温度の両方を制御因子とするエッジ予熱入
熱制御が可能である。

【００２１】この構成により、溶融ビードをほとんど生
じさせることなく素管の両エッジ部を圧接できかつ接合
鋼管のシーム部に十分な接合強度を付与することができ
るから、本発明によれば、ビード切削の必要がなく高い
生産性が確保できしかもシーム品質と表面肌に優れた鋼
管を製造できる上記固相圧接造管法が工業的に実施可能
となる。

【００２２】加熱炉４で帯板を全体加熱するのが好まし
いのは、エッジ予熱の負担を軽くでき、かつエッジ予熱
時の加熱幅が安定することによる。加熱炉４の炉温制御
は、加熱炉出側で計測した帯板加熱温度を好適範囲と照
合し該好適範囲に収めるように加熱炉４のヒータにフィ
ードバックする定石的方式（無論、速度と板厚を考慮）
を採用すれば足りる。帯板加熱温度の好適範囲は前記の
ように400 〜650 ℃である。なお、図示のように、成形
温度のモニタ用として成形装置５出側で素管温度を計測
してもよい。

【００２３】

【実施例】本発明を実施した固相圧接造管ラインでは造
管速度が最大200m／min と電縫管製造ラインの約２倍に
増速し、かつこのラインで製造された接合鋼管は、偏平
試験の偏平高さ比ｈ／Ｄが２ｔ／Ｄとなるシーム部強度
を有し、表面肌が電縫管なみに美麗であった。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ビード
切削の必要がなく高い生産性が確保できしかもシーム品
質と表面肌に優れた鋼管を製造できる固相圧接造管法が
工業的に実施可能となるという格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の入熱制御方法を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１帯板２素管（オープン管）３接合鋼管４加熱炉５成形装置６エッジ予熱装置７エッジ加熱装置８スクイズロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者西森正徳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)発明者金山太郎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】帯板を通材しながら、成形装置で幅方向
の両エッジ部が対向するように曲げ成形して素管とし、
両エッジ部をエッジ予熱装置でエッジ予熱後、エッジ加
熱装置でエッジ加熱し、スクイズロールで衝合・圧接し
て、この圧接部をシーム部とする接合鋼管の製造方法で
あって、エッジ予熱装置、エッジ加熱装置、スクイズロ
ールの各出側でエッジ予熱温度、エッジ加熱温度、シー
ム部温度を夫々計測し、該計測値の変動および板厚、通
材速度の変更毎に、エッジ加熱温度から圧接温度を算出
し、圧接温度が許容範囲に収まるようにエッジ加熱の入
熱量を制御すると共に、シーム部温度と圧接温度とから
拡散接合温度域でのキープ時間を算出し、キープ時間と
エッジ予熱温度とが許容範囲に収まるようにエッジ予熱
の入熱量を制御することを特徴とする接合鋼管の製造方
法。
【請求項２】成形前の帯板全体を加熱炉で加熱し、そ
の際、加熱炉出側で帯板加熱温度を計測し、この帯板加
熱温度が許容範囲に収まるように加熱炉の炉温を制御す
る請求項１記載の製造方法。