JPH11156431A

JPH11156431A - 鋼管シーム部の冷却方法および装置

Info

Publication number: JPH11156431A
Application number: JP32305097A
Authority: JP
Inventors: Nobuki Tanaka; 伸樹田中; Masahiro Kagawa; 正弘香川; Yoshinori Sugie; 善典杉江; Toshio Onishi; 寿雄大西; Koji Sugano; 康二菅野; Masaaki Shoji; 雅朗正司
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】絞り圧延の高縮径化の阻害要因である偏肉
を軽減するために、従来の鍛接造管法のみならず、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温間固相圧接法
にも適用可能な、偏熱低減効率の高い鋼管シーム部の冷
却方法および装置を提案する。【解決手段】衝合圧接後絞り圧延前の鋼管１のシーム
部10に、ガイド５Ａ付き固体冷媒供給装置５を用いて固
体冷媒４を連続的に押し当てる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管シーム部の冷
却方法に関し、とくに、オープン管両エッジ部を加熱し
衝合接合して造管し、引き続き温間で絞り圧延すること
により製造される鋼管の、絞り圧延前のシーム部と母材
部との温度差を小さくするための鋼管シーム部の冷却方
法および装置に関する。

【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
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）
1056〜1092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。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
するには、本発明者らの創案になる温間固相圧接法によ
るのが好適である。これは、連続的に、帯鋼をオープン
管に成形し、オープン管両エッジ部を1300〜1500℃程度
に誘導加熱後固相圧接して圧接部をシーム部とする母管
となし、次いで絞り圧延して製品管とするもので、成
形、固相圧接、絞り圧延の一連の工程において母材部
（材料における誘導加熱時の両エッジ部、固相圧接後の
シーム部を除く部分）を温間温度域（概ね200 〜800
℃）に保つことが特徴である。

【００１０】この温間固相圧接法で製造される鋼管は、
従来の電縫管では不可欠のビード切削が不要のため高速
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。
しかしながら、絞り圧延機入側でシーム部に母材部との
周方向温度差にして数百℃の偏熱が生じているために周
方向で大きな変形抵抗差を生じ、同じ縮径率で偏熱がな
い場合に比べて絞り圧延後の製品管の偏肉率（定義：
（最大肉厚−最小肉厚）／平均肉厚×100 （％））が大
きくなり、そのため、絞り圧延の高縮径化が困難である
という問題がある。

【００１１】このような、偏熱起因の偏肉を防止するに
は、絞り圧延機入側または同機内上流側スタンド間でシ
ーム部を強制冷却して偏熱を解消することが考えられ、
同様の問題を抱える従来の鍛接造管法（熱間固相圧接
法）では、そのための冷却手段がいくつか提案されてい
る（特開昭55-27401号公報、特開昭56-50717号公報、特
開昭59-159215 号公報、特開昭60-261618 号公報、特開
昭61-49709号公報など参照）。

【００１２】しかし、これらの従来の冷却手段は、いず
れもノズルからシーム部（鍛接管では鍛接部と称され
る）に冷却水を吹きつけるものであり、冷却水が母材部
にも一部かかって母材部も加速冷却されてしまうため
に、母材部が所望の絞り圧延温度域を下回らないうちに
シーム部の温度を母材部の温度に近づけることが難し
い。そこで、本発明は、絞り圧延の高縮径化の阻害要因
である偏肉を軽減するために、従来の鍛接造管法のみな
らず、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温間
固相圧接法にも適用可能な、偏熱低減効率の高い鋼管シ
ーム部の冷却方法および装置を提案することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の本発明（本発明方
法）は、衝合圧接後絞り圧延前の鋼管のシーム部に、固
体冷媒を連続的に押し当てることを特徴とする鋼管シー
ム部の冷却方法である。ここに、固体冷媒とは、氷、ド
ライアイス等、シーム部に当接した際に当接部において
速やかに融解さらには蒸発し、または昇華する物質を意
味する。

【００１４】固体冷媒には氷を用いるのが経済的であ
る。また、必要に応じて、シーム部以外の鋼管部分（母
材部）に流れようとする融液を、例えば吹き飛ばしある
いは吸引して、排除する。ただし、固体冷媒が昇華性物
質（例えばドライアイス）であればその必要はない。な
お、絞り圧延前のシーム部の粗さを調整したければ、固
体冷媒にアルミナ、酸化クロム等の研磨材を含有させる
こともできる。

【００１５】第２の本発明（本発明装置）は、前記本発
明方法の実施に用いて好適な、スクイズロールと絞り圧
延機との間を通過する鋼管のシーム部に前記固体冷媒を
連続的に押し当て可能なガイド付き固体冷媒供給装置か
らなることを特徴とする鋼管シーム部の冷却装置であ
る。固体冷媒供給装置は、送給用のコンベア（搬送機）
または連続鋳造用のアイスキャスタ（冷媒鋳造機、氷の
場合には製氷機）等で構成できる。また、前記冷却装置
には、必要に応じて、固体冷媒の融液を排除する融液除
去装置、例えば、ブロア（送風機）またはサッカ（吸引
機）を付加する。なお、アイスキャスタには、必要に応
じて、固体冷媒にアルミナ、酸化クロム等の研磨材を含
有させるミキサ（混合機）を設ける。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態の
（ａ）は模式的側面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢視図で
あり、スクイズロール２により衝合圧接されて造管され
た鋼管１のシーム部10に、絞り圧延機（レデューサ）３
の入側で板状または棒状の固体冷媒４を連続的に押し当
てている状態を示している。固体冷媒４は保護・案内用
のガイド５Ａを介して固体冷媒供給装置５によって供給
される。

【００１７】本発明によれば、固体冷媒４をシーム部10
に直接押し当てて冷却するので、母材部の加速冷却を伴
わずシーム部10のみを冷却することができるようにな
り、液体冷媒をシーム部に吹きつける従来法よりも、シ
ーム部10の偏熱を格段に効率よく抜熱することができ
る。固体冷媒供給装置５は、当該装置外で所定サイズに
調整された固体冷媒４の送給経路を有し該経路をガイド
５Ａに直結させてなるコンベアで構成してもよく、ま
た、液体冷媒から固体冷媒４を連続鋳造可能な連続鋳造
鋳型を有し該鋳型をガイド５Ａに直結させてなるキャス
タで構成してもよい。

【００１８】シーム部10が鋼管１の上側に位置し、氷等
の融解性の固体冷媒４を押し当てた際に融液が下方の母
材部に流れて母材部の冷却が促進されてしまうような場
合には、かかる融液を吹き飛ばすブロアあるいは融液を
吸引するサッカ等の融液除去装置を要所に設けて排除す
るのがよい。図１には、融液除去装置11として、固体冷
媒４のシーム部10との接触部周辺にエアを噴出して融液
を吹き飛ばすように構成したブロアを適用した例を示し
た。

【００１９】なお、シーム部10が鋼管１の下側に位置す
るか、母材部に流れる前に融液が蒸発するか、もしくは
固体冷媒４としてドライアイス等の昇華性物質を用いる
場合には、上記融液除去装置11を設ける必要はない。ま
た、衝合・圧接時、シーム部は1300〜1500℃で圧接し、
その時の母材部は200 〜800 ℃であり、シーム部のみス
ケールが発生し、そのまま絞り圧延を実施した場合、シ
ーム部の表面粗さが母材部に比べて粗くなり外観を損な
うという憂いがある。

【００２０】これに対しては、固体冷媒４にアルミナ、
酸化クロム等の研磨材を含有させるのが好適である。こ
の含有量はシーム部10と母材部との粗さが同レベルにな
る量を目安として適宜決定される。これにより、シーム
部10は固体冷媒４によって冷却されると同時に固体冷媒
４中の研磨材によって母材部粗さに近い粗さに研磨され
るので、鋼管１外周の粗さが均等化され、絞り圧延機３
のロール寿命が延長することが期待される。

【００２１】このことから、固体冷媒供給装置５を前記
アイスキャスタで構成する場合には、前記研磨材を含有
させるためのミキサ（混合機）を設けておくのがよい。

【００２２】

【実施例】前記温間固相圧接法に従い、造管速度 100ｍ
／min でスクイズロール出側の母管寸法が60.5mmφ（外
径）×3.0mmt（肉厚）になるように造管し、スクイズロ
ールと絞り圧延機との間でシーム部を冷却した後、外径
絞り率65％の絞り圧延を施して製品管とする製管工程に
おいて、シーム部冷却装置をノズル水冷方式とした従来
例（ノズル当たり水量５ｌ／min ×ノズル72本）と、シ
ーム部冷却装置を図１に例示した本発明装置とし、固体
冷媒４を氷、固体冷媒供給装置５を製氷機とした本発明
例（ガイド５Ａ当たり氷量20ｌ／min ×ガイド６本）の
二通りで、シーム部冷却を実施した。なおこれらの例で
は、材料の母材部が保持されるべき温間温度域は600 〜
700 ℃である。

【００２３】従来例、本発明例について、冷却装置の入
側・出側で放射温度計により実測した鋼管（母管）シー
ム部、母材部の各温度および両部の温度差ならびに絞り
圧延後の製品管の偏肉率を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に示すように、従来例では、冷却装置
出側でのシーム部、母材部の温度差が186 ℃、偏肉率が
14.3％であるのに対し、本発明例ではそれぞれ17℃、2.
4 ％と格段の改善が認められた。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、従来の鍛接造管法のみ
ならず、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温
間固相圧接法にも適用可能な、偏熱低減効率の高い鋼管
シーム部の冷却方法および装置が具現するから、絞り圧
延の高縮径化の阻害要因である偏肉が軽減されることと
なり、鍛接管、温間固相圧接管の生産性がさらに向上す
るという効果を奏する。また、絞り圧延機ロールの寿命
延長も図ることができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の（ａ）は模式的側面図、
（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢視図である。

【符号の説明】

１鋼管２スクイズロール３絞り圧延機（レデューサ）４固体冷媒５固体冷媒供給装置５Ａガイド 10 シーム部 11 融液除去装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉江善典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)発明者正司雅朗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】衝合圧接後絞り圧延前の鋼管のシーム部
に、固体冷媒を連続的に押し当てることを特徴とする鋼
管シーム部の冷却方法。
【請求項２】固体冷媒が氷である請求項１記載の方
法。
【請求項３】シーム部以外の鋼管部分に流れようとす
る融液を排除する請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】固体冷媒がドライアイスである請求項１
記載の方法。
【請求項５】固体冷媒に研磨材を含有させる請求項１
〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】スクイズロールと絞り圧延機との間を通
過する鋼管のシーム部に固体冷媒を連続的に押し当て可
能なガイド付き固体冷媒供給装置からなることを特徴と
する鋼管シーム部の冷却装置。
【請求項７】固体冷媒供給装置が、送給用のコンベア
または連続鋳造用のアイスキャスタからなる請求項６記
載の装置。
【請求項８】固体冷媒の融液を排除する融液除去装置
が付加されてなる請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】アイスキャスタが、固体冷媒に研磨材を
含有させるミキサを有する請求項７または８に記載の装
置。