JPH10296493A - 鋼管シーム部の平滑化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 固相圧接管の造管途上で生じるシーム部の
増肉を解消できる鋼管シーム部の平滑化装置を提供す
る。 【解決手段】 シーム部２を踏むように配置されたスク
イズロール７の出側にて管１内面のシーム部を平滑化す
る鋼管シーム部の平滑化装置であって、スクイズロール
の出側の管内に配置されたロール支持台車９、ロール支
持台車に支持されてシーム部の増肉３を圧潰する内面圧
延ロール６、内面圧延ロールとシーム部を介して対抗す
るガイドロール６を備え、さらに、該ガイドロールの
下流近傍で管に長手方向の張力を付与するピンチロール
10、内面圧延ロールの近傍で管内面から管に周方向の
張力を付与する複数の内面押圧ロール、スクイズロー
ルの出側で管内面から管周を拡げる拡管工具の少なくと
もいずれかを備えた装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管シーム部の平
滑化装置に関し、とくに、オープン管の両エッジ部を固
相圧接適正温度域で衝合接合して製造される鋼管のシー
ム部に生じる増肉を圧延により平滑化するに適した鋼管
シーム部の平滑化装置に関する。

【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、好ましくは材料全体を温間
温度域（概ね200 〜800℃）に保ちながら、オープン管
のエッジ部を、キュリー点以上融点未満の温度域（予熱
温度域という）に誘導加熱（エッジ予熱という）し、次
いで空冷により予熱温度域内でエッジ部の温度均一化を
行った後、固相圧接適正温度域（1300℃〜1500℃）に誘
導加熱（本加熱という）して衝合・圧接するという従来
にない造管法である。

【００１０】この固相圧接造管法で製造される鋼管（固
相圧接管）は、従来の電縫管、電弧溶接管のようにビー
ド切削の必要がないので高速造管が可能で生産性が高
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。ところが、図４
（ａ）、（ｂ）に示すように、圧接された管１のシーム
部２には、エッジ部の到達温度あるいはスクイズロール
による絞り込みの程度により、管内外側または管内側に
管体肉厚の５％以上の増肉（肉厚増分）３を生じること
がある。溶融ビードよりは盛り上がりが小さいものの、
このような増肉があると、伸管用素管、ボイラーチュー
ブ等の高寸法精度鋼管への適用が困難になる問題があ
る。

【００１１】ところで、従来の溶接鋼管では、管内面ビ
ードを圧延によって圧潰する技術が知られている（例え
ば、特公平1-42768 号公報（電縫管）、特公平2-29439
号公報（熱間溶接管）、特開昭62-137184 号公報（熱間
溶接管）等参照）。これらの技術は、シーム部を例えば
スクイズロールの片方と内面圧延ロールとで、また例え
ばスクイズロール出側にてガイドロールと内面圧延ロー
ルとで挟みこんで圧延し、管内面ビードを圧潰するもの
である。管外面ビードはスクイズロールによって形成を
抑えられ、管内面ビード形成後に内面圧延ロールによっ
て潰されるので、これらの技術を固相圧接管にも適用す
れば前記増肉が首尾よく圧潰されてシーム部が平滑化す
るように思える。

【００１２】しかしながら、とくに小径管（外径62mmφ
程度以下）の内面圧延では、スペース上の制約があるた
めに、内面圧延ロールのロール幅（胴長）を十分大きく
できないこと、あるいは、厚み、幅、長手の３方向とも
圧縮応力場であるため大きな圧延荷重が必要となるとこ
ろ、それに見合うだけの耐荷重、剛性を具備したサイズ
の内面圧延装置を装入し難いことから、増肉を十分に圧
潰する（圧延して潰す）ことができない。

【００１３】そのため、図５に示すように、シーム部を
（ａ）スクイズロール７の片方と内面圧延ロール６と
で、あるいは（ｂ）スクイズロール７出側でガイドロー
ル８と内面圧延ロール６とで、挟み込んで増肉３を圧延
しようとすると、内面圧延ロール６両端外側に肉厚の５
％以上の肉厚段差５が残り、また、（ｃ）シームねじれ
19がある場合には、図５（ｃ）に示すように、内面圧延
ロール６中心に関し管１の接合界面４のある側の内面圧
延ロール６端の外側に材料が逃げて新たな増肉３を生じ
やすくなり、シーム部の平滑化が困難であった。

【００１４】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
決するために、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および表面肌に優れた固相圧接
管の造管途上で生じるシーム部の増肉を解消できる鋼管
シーム部の平滑化装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、シーム部に当
接するように配置されたスクイズロールの出側に配設さ
れて管内面のシーム部を平滑化する鋼管シーム部の平滑
化装置であって、前記スクイズロールの出側の管内に配
置されたロール支持台車と、該ロール支持台車に支持さ
れてシーム部の増肉を圧潰する内面圧延ロールと、該内
面圧延ロールとシーム部を介して対抗するガイドロール
とを備え、さらに、 該ガイドロールの下流近傍で管外周に当接し通材の
向きに回転して管に長手方向の張力を付与するピンチロ
ール、 前記ロール支持台車に支持され前記内面圧延ロール
の近傍で管内面を押圧して管に周方向の張力を付与する
複数の内面押圧ロール、 前記ロール支持台車に支持され前記スクイズロール
の出側で管内面を押圧して管周を拡げる拡管工具、の少
なくともいずれかを備えたことを特徴とする鋼管シーム
部の平滑化装置（本発明装置）である。

【００１６】なお、前記のスクイズロール、内面圧延ロ
ール、ガイドロール、ピンチロールのうち少なくともシ
ーム部に当接するロールは、曲げ強度15kg/mm²以上、耐
熱衝撃温度差 150℃以上の特性を有することが好まし
く、それらの素材としては、窒化ケイ素系、炭化ケイ素
系、ジルコニア系、またはアルミナ系のセラミックスが
最適である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、上記要件を備えた本発
明装置の概要を示す側断面図である。この装置は、スク
イズロール７の出側の管１内に配置されたロール支持台
車９と、該ロール支持台車に支持されてシーム部２の増
肉３を圧潰する内面圧延ロール６と、該内面圧延ロール
６とシーム部２を介して対抗するガイドロール８とを備
え、さらに、該ガイドロール８の下流近傍で管外周に当
接し通材の向きに回転して管１に長手方向の張力を付与
するピンチロール10を備えている。

【００１８】スクイズロール７は、圧接時にシーム部２
外面側の増肉発生を抑止するために、その片方がシーム
部２に当接しこれを押圧するように配置される。管１に
長手方向の張力を付与するには、ピンチロール10で管１
を軽圧下しながらスクイズロール７よりも速い周速で回
転して管１を通材の向きに送り出せばよい。なお、図１
において16は、ロール支持台車９の長手方向位置固定用
のロッドである。

【００１９】これにより、内面圧延中の管１の長手方向
のメタルフローが促進され、図５に示したような肉厚段
差５の発生を、また多少のシームねじれ19があっても新
たな増肉３の発生を共に抑制することができ、効果的に
シーム部を平滑化できる。図２は、上記要件を備えた
本発明第２装置の概要を示す（Ａ）は側断面図、
（Ｂ）、（Ｃ）は内面押圧ロールの配置例を示す正断面
図である。この装置は、スクイズロール７の出側の管１
内に配置されたロール支持台車９と、該ロール支持台車
に支持されてシーム部２の増肉３を圧潰する内面圧延ロ
ール６と、該内面圧延ロール６とシーム部２を介して対
抗するガイドロール８とを備え、さらに、前記ロール支
持台車に支持され前記内面圧延ロール６の近傍で管１内
面を押圧して管１に周方向の張力を付与する複数の内面
押圧ロール11を備えている。

【００２０】内面押圧ロール11の押圧力はロール支持台
車９を介して例えば油圧シリンダにより付与できる。な
お、内面押圧ロール11は、同図（Ａ）では内面圧延ロー
ル６の入側・出側に配置した例を示したが、内面圧延ロ
ール６と同じ長手方向位置に配置してもよく、また、同
じ長手方向位置で周方向に均等配置する本数として、同
図（Ｂ）では２本、（Ｃ）では４本設けた例を示した
が、本数は２本以上であればスペースの許すかぎり何本
でもよい。

【００２１】これにより、内面圧延中の管１の周方向の
メタルフローが促進され、本発明第１装置同様、図５に
示したような肉厚段差５の発生を、また多少のシームね
じれ19があっても新たな増肉３の発生を共に抑制するこ
とができ、効果的にシーム部を平滑化できる。図３は、
上記要件を備えた本発明第３装置の概要を示す（Ａ）
は側断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ矢視図である。この
装置は、スクイズロール７の出側の管１内に配置された
ロール支持台車９と、該ロール支持台車に支持されてシ
ーム部２の増肉３を圧潰する内面圧延ロール６と、該内
面圧延ロール６とシーム部２を介して対抗するガイドロ
ール８とを備え、さらに、前記ロール支持台車９に支持
され前記スクイズロール７の出側で管１内面を押圧して
管周を拡げる拡管工具12を備えている。

【００２２】拡管工具12は、管１内面との擦れによる内
面疵の発生を防止すべく、図示のように、管１内面に当
接するコロ13を備えるのが好ましい。拡管工具12の押圧
力はロール支持台車９を介して例えば油圧シリンダによ
り付与できる。これにより、シーム部２はスクイズロー
ル７の出側で周方向に引っ張られて増肉３が塑性変形し
肉厚を減じたのちに内面圧延されるから、内面圧延時の
圧潰代が低減し、効果的にシーム部を平滑化できる。

【００２３】本発明にあっては上記要件〜をそれぞ
れ単独で具備しても有効であるが、これらの二つ以上の
組み合わせを具備する鋼管シーム部の平滑化装置であれ
ば、増肉圧潰効果はさらに高まることが期待される。ま
た、本発明は、その構成から、従来の溶接管の内面ビー
ド圧延に用いても、従来以上のレベルでシーム部平滑化
を達成できることが自明である。

【００２４】ところで、前記のスクイズロール、内面圧
延ロール、ガイドロール、ピンチロールのうち少なくと
もシーム部に当接するロールは、増肉圧潰の際に、管体
からの反力によって15kg/mm²以上の曲げ応力が生じ、か
つ当該ロールの管体への当接面の圧接点近傍とそれ以外
の領域との温度差は150 ℃以上にまで達していることが
多い。

【００２５】そのため、これらのロールの寿命延長のた
めに、当該ロールの素材は、曲げ強度15kg/mm²以上、耐
熱衝撃温度差150 ℃以上の特性を有するもののうちから
選択することが好ましい。なお、ここで評価に用いた耐
熱衝撃温度差とは、材料試験片として３mm×４mm×40mm
の角棒（JIS ４点曲げ試験用の仕様）を使用して、試験
片を所定温度まで加熱した後に、水中に投下した際に試
験片にクラックが発生しない温度差（加熱温度と水温と
の差）のことである。現状の技術水準に照らせば、かか
る素材としては、窒化ケイ素（Si₃N₄ ）系または炭化ケ
イ素（SiC ）系またはジルコニア（ZrO₂）系またはアル
ミナ（Al₂O₃ ）系のセラミックスが最適である。

【００２６】

【発明の効果】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高い生産性が確保できしかもシー
ム品質および表面肌に優れた固相圧接管の造管途上で生
じるシーム部の増肉を解消でき、かつ従来の溶接鋼管の
内面ビードをもさらに効果的に圧潰できるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１装置の概要を示す側断面図である。

【図２】本発明第２装置の概要を示す（Ａ）は側断面
図、（Ｂ）、（Ｃ）は内面押圧ロールの配置例を示す正
断面図である。

【図３】本発明第３装置の概要を示す（Ａ）は側断面
図、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ矢視図である。

【図４】シーム部の増肉を示す正断面図である。

【図５】従来の管内面圧延技術の問題点を示すシーム部
の正断面図である。

【符号の説明】 １ 管 ２ シーム部 ３ 増肉（肉厚増分） ４ 接合界面 ５ 肉厚段差 ６ 内面圧延ロール ７ スクイズロール ８ ガイドロール ９ ロール支持台車 10 ピンチロール 11 内面押圧ロール 12 拡管工具 13 コロ 16 ロッド 19 シームねじれ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シーム部に当接するように配置されたス
   クイズロールの出側に配設されて管内面のシーム部を平
   滑化する鋼管シーム部の平滑化装置であって、前記スク
   イズロールの出側の管内に配置されたロール支持台車
   と、該ロール支持台車に支持されてシーム部の増肉を圧
   潰する内面圧延ロールと、該内面圧延ロールとシーム部
   を介して対抗するガイドロールとを備え、さらに、 該ガイドロールの下流近傍で管外周に当接し通材の
   向きに回転して管に長手方向の張力を付与するピンチロ
   ール、 前記ロール支持台車に支持され前記内面圧延ロール
   の近傍で管内面を押圧して管に周方向の張力を付与する
   複数の内面押圧ロール、 前記ロール支持台車に支持され前記スクイズロール
   の出側で管内面を押圧して管周を拡げる拡管工具、の少
   なくともいずれかを備えたことを特徴とする鋼管シーム
   部の平滑化装置。
2. 【請求項２】 前記のスクイズロール、内面圧延ロー
   ル、ガイドロール、ピンチロールのうち少なくともシー
   ム部に当接するロールは、曲げ強度15kg/mm²以上、耐熱
   衝撃温度差 150℃以上の特性を有する素材からなる請求
   項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記素材が、窒化ケイ素系、炭化ケイ素
   系、ジルコニア系、またはアルミナ系のセラミックスで
   ある請求項２記載の装置。