JPH115123A

JPH115123A - 溶接鋼管の製造方法およびその装置

Info

Publication number: JPH115123A
Application number: JP15965497A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hashimoto; 裕二橋本; Takaaki Toyooka; 高明豊岡; Motoaki Itaya; 元晶板谷; Susumu Itaya; 進板谷; Tsutomu Ide; 勉井手
Original assignee: Kusakabe Denki KK; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Kusakabe Denki KK
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ケージロールまたはクラスタロールを用いて
鋼帯の成形を安定化させ優れた外観品質ならびに溶接品
質を確保し得る溶接鋼管の製造方法および装置を提供す
る。【解決手段】鋼帯１の進行方向両側に設けたケージロ
ール４の軸方向に作用する荷重を検出し、該荷重が最小
となるようにケージロール４の回転軸と造管ラインがな
す面上で、反時計方向または時計方向にケージロール４
の回転軸を傾斜させて造管する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ケージロールまたはク
ラスタロールを用いて鋼帯を成形しながら溶接鋼管を製
造する方法およびその装置に関するものである。

【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て製造される。溶接区間には各種の
製造方法があり、このうちケージロールを使用して鋼帯
を成形する製造ラインとして、従来知られている設備を
図11、図12に示す。図11はケージロールを使用した従来
のケージロール成形装置の平面図であり、図12は図11の
Ｖ−Ｖ視の断面図を示す。ケージロール成形装置100 は
上流から下流すなわち矢示Ｆ方向へロール幅が順次に小
さくなる複数のインナロール101 を中央に配し、また、
その両側に左右対象になるよう複数のケージロール102
を、成形状況に適合する高さおよび幅方向位置に配列し
てなる。それらのインナロール101 およびケージロール
102 によって、送り込まれた鋼帯１に対し内外から力を
加えて、該鋼帯１をＵ字状に、そして円形状の素管１Ａ
へと次第に屈曲させる。

【０００３】ところで、上記した従来のケージロール10
2 の先行技術として、例えば特開昭59−202122号公報に
は図13に示すようなロール面が凸曲面のもの、また特開
昭60−174216号公報には図14に示すようなロール面がフ
ラット面のもの、あるいは特開平３−174922号公報には
図15に示すようなロール面が凹曲面のものがそれぞれ開
示されている。これらのケージロールはいずれも各種の
製管サイズに兼用可能とされる。

【０００４】一方、連続ロール成形による他の造管設備
の一つに図16に示すようなクラスタロール成形装置110
を配設した溶接管の製造ラインがある。このクラスタロ
ール成形装置110 は、上下一対の水平ロールで構成され
る複数段の第１ブレークダウンロール111 と、その下流
に配設される上下一対の水平ロールで構成される第２ブ
レークダウンロール112 と、この第２ブレークダウンロ
ール112 を挟んで設けられる左右一対の垂直ロールで構
成される複数段のクラスタロール113 と、それに後続す
る上下一対の水平ロールで構成される複数段のフィンパ
スロール114 とからなり、鋼帯１を円形状の素管１Ａへ
と次第に屈曲させる。なお、この設備に使用されるクラ
スタロール113 には、単一曲率のロールや、特開昭62−
158528号公報に開示された多角形を基本とする伸開曲線
を断面形状とするロール等が用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したケー
ジロール成形装置100 に使用されるケージロール102
に、上記特開昭59−202122号公報および特開昭60−1742
16号公報に開示されたロール曲面が凸曲面あるいはフラ
ット面のロールを使用すると、成形された管のロール接
触部が筋状にフラット化して管の真円度が悪くなり、形
状品質が悪い。

【０００６】また、上記特開平３−174922号公報のよう
にロール曲面が凹曲面のものを使用すると、管のフラッ
ト化が改善され真円度の向上は図られるが、ステンレス
鋼等のようにロールの焼き付き現象が生じ易い鋼種でし
かも管製品の表面性状が鏡面仕上げなみに要求される場
合、管の表面にロールマークが転写され、その要求品質
を確保することは難しい。そこで、ソリブル油等でロー
ル潤滑すれば、ロールの焼き付きが抑制されロールマー
クの転写は無くなり外観品質上の問題は解決されるが、
逆にステンレス鋼等の溶接難材を造管するときにロール
潤滑すると溶接が不安定になり溶接部の強度が劣化する
恐れがある。

【０００７】一方、クラスタロール113 を配列したクラ
スタロール成形装置110 の場合もステンレス鋼等を無潤
滑で造管するとロールマークが発生し易い。さらに、従
来のケージロール成形装置100 およびクラスタロール成
形装置110 のいずれも、成形中の鋼帯が円周方向にロー
リングし易いという欠点を有する。これらの問題点を改
善しようとした従来技術として、例えば特開平６−3281
48号公報に、ケージロールの回転軸の方向を材料がケー
ジロール接触面を通過する際に生じる上下方向の滑りが
減少する方向に傾斜させる技術が開示されている。すな
わち、具体的にはライン方向に対するケージロール接触
点の材料進行角度とケージロールの回転方向角度のずれ
量が５°以下となるようにケージロール回転軸を傾斜さ
せるものである。しかし、実際にはミル稼働中にケージ
ロールと材料の接触点を検出することが難しく、ケージ
ロール接触点の材料進行角度を正確に測定できないた
め、ケージロールと材料間の滑りを確実に減少させるこ
とに無理があり、ロールマークや鋼帯のローリングを完
全に抑制することを目的とした技術には適さない。

【０００８】本発明は、従来技術の有する課題を解決す
べくなされたものであり、成形を安定化させ優れた外観
品質ならびに溶接品質を確保し得る溶接鋼管の製造方法
および装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の方法は、鋼帯を
移動して成形ロールにより鋼帯を曲げながら造管する溶
接鋼管の製造方法において、鋼帯の進行方向両側に設け
た前記成形ロールの軸方向に作用する荷重を検出し、該
荷重が最小となるように前記成形ロールの回転軸と造管
ラインがなす面上で、反時計方向または時計方向に前記
成形ロールの回転軸を傾斜させて造管することを特徴と
する。

【００１０】なお、前記成形ロールにケージロールを使
用するのがよく、このケージロールの上面および下面に
面したケージロール回転軸上に設けた荷重検出器により
測定された上面荷重Ｐ₁と下面荷重Ｐ₂の差Ａを計算
し、該Ａ値とあらかじめ設定された基準値Ｂとを比較し
てＡがＢを超える場合、前記ケージロールを反時計方向
または時計方向に傾斜するようにモータを回転させ、前
記Ａ値を前記基準値Ｂになるように前記ケージロールを
傾斜制御するのがよい。

【００１１】また、前記成形ロールにクラスタロールを
使用してもよく、このクラスタロールの上面および下面
に面したクラスタロール回転軸上に設けた荷重検出器に
より測定された上面荷重Ｐ₁と下面荷重Ｐ₂の差Ａを計
算し、該Ａ値とあらかじめ設定された基準値Ｂとを比較
してＡがＢを超える場合、前記クラスタロールを反時計
方向または時計方向に傾斜するようにモータを回転さ
せ、前記Ａ値を前記基準値Ｂになるように前記クラスタ
ロールを傾斜制御するようにしてもよい。

【００１２】また、本発明の装置は、鋼帯を移動して成
形ロールにより鋼帯を曲げながら造管する溶接鋼管の製
造装置において、前記成形ロールの回転軸に設けた荷重
検出器と、前記成形ロールの回転軸を傾斜させる成形ロ
ール傾斜調整装置およびその制御装置からなることを特
徴とする。なお、前記成形ロールがケージロールであっ
て、該ケージロールの上面および下面に面したケージロ
ール回転軸上に荷重検出器を設け、ロール回転軸を支持
する支持金具を円弧ガイドによって摺動可能に支持し、
該支持金具の一端に突出させた回転軸にウォームおよび
ウォームギアを介してモータにより支持金具を揺動させ
る成形ロール傾斜調整装置と、前記荷重検出器で検出さ
れた測定値を演算処理する制御装置とを備えるのがよ
い。

【００１３】また、前記成形ロールがクラスタロールで
あって、該クラスタロールの上面および下面に面したク
ラスタロール回転軸上に荷重検出器を設け、ロール回転
軸を支持する支持金具を円弧ガイドによて摺動可能に支
持し、該支持金具の一端に突出させた回転軸にウォーム
およびウォームギアを介してモータにより支持金具を揺
動させる成形ロール傾斜調整装置と、前記荷重検出器で
検出された測定値を演算処理する制御装置とを備えても
よい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図５は、成形過程中の素管１Ａを
真横から見たもので、素管１Ａの円周方向の任意の点、
例えば、素管エッジ部１ｅおよび素管サイド部１ｆの高
さ推移の一例を示す線図である。なお、この図５におい
て、素管ボトム部１ｂのラインの高さは一定である。図
５より、ケージロールまたはクラスタロール（以下、ケ
ージロールで代表させるものとする）が配列される上流
粗成形域における素管１Ａの円周方向の任意の点の高さ
は、上流から中流にかけて増加し、中流でピークを迎
え、下流になると減少する傾向にある。

【００１５】これに対し、図８に示すように、従来のケ
ージロール４の回転軸ｙの方向Ｚは、ライン方向Ｆに対
し直角であるため、材料との接触部におけるケージロー
ル４の回転方向Ｒは常にライン方向Ｆを向き、接触部に
おける材料の進行方向Ｍと異なる。したがって、材料が
個々のケージロール４に接触し通過する際、材料はロー
ル面を上下方向に滑り、ケージロール４と材料の間には
上下方向の摩擦力Ｓが発生する。ステンレス鋼等のよう
にロールの焼き付き現象が生じ易い鋼種をロール無潤滑
で造管すると、ケージロール４と材料の上下方向の摩擦
力Ｓが大きくなり、ロールマークが生じる原因となる。
また、上下方向の摩擦力Ｓはケージロール４側からみれ
ば材料を上下方向に押す力となるため、鋼帯の蛇行など
により左右ロールの力のバランスがくずれたとき鋼帯の
ローリングを増大させる原因となる。

【００１６】本発明者らは、ロールマークおよび成形の
安定性（鋼帯のローリング）の面で悪影響を及ぼすロー
ルと材料間に発生する上下方向の摩擦力Ｓに着目し、こ
の摩擦力Ｓを確実に減少させる技術を知見した。すなわ
ち、本発明法はケージロール４の上面および下面に荷重
検出器を装着して、ケージロール４の軸方向に作用する
荷重（以下、ロール軸方向荷重という）Ｐ（≒上下方向
の摩擦力Ｓ）を検出し、ロール軸方向荷重Ｐが減少する
ようにケージロール４の回転軸ｙの方向を、ケージロー
ル４の回転軸ｙとライン方向Ｆとがなす面上で図６に示
すように反時計方向に、あるいは図７に示すように時計
方向に傾斜せしめた。この結果、ロール接触部における
材料の進行方向Ｍとケージロール４の回転方向Ｒをほぼ
一致させることができる。これにより、材料がロール接
触面を通過する際の上下方向の滑りが小さくなり、ステ
ンレス鋼等の鋼帯をロール無潤滑で造管してもロールマ
ークは生じないし、また鋼帯のローリングも発生しにく
い。

【００１７】ロール軸方向荷重Ｐは、図９に示すよう
に、造管対象材の板厚ｔ、外径Ｄ、材料の降伏強度σy
および摩擦係数μの各物理的特性が大きいほど増加する
傾向にある。このロール軸方向荷重Ｐを減少させて０レ
ベルにするためには、ロール軸の傾斜角度αを、図10に
示すように、前記した造管対象材の各物理的特性が大き
いほど大きくする必要がある。また、ロール軸方向荷重
Ｐは、ライン長さ、スタンド数、鋼帯の曲げ角度配分な
どのパススケジュールにより異なるため、パススケジュ
ールに応じて回転軸の傾斜角度を調整する必要がある。
このように造管対象材やパススケジュールによりロール
軸方向荷重Ｐは異なるが、要はロール軸の傾斜角度を調
整して軸方向荷重Ｐを０レベルにしてやればよい。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
して詳しく説明する。図１は、本発明の実施例における
溶接鋼管の製造装置の概要を示す側面図であり、図２は
本発明に用いられるケージロール傾斜調整装置を示すも
ので、(a) は側断面図、(b) はそのＡ−Ａ矢視断面図で
ある。また、図３は本発明に用いられるケージロール傾
斜調整装置の制御回路の説明図である。

【００１９】これらの図において、２はエッジベンドロ
ール、３はインナロール、４はこれらのロールの両側に
配列されたケージロール、５は第１フィンパスロール、
６は第２フィンパスロールである。７はロータリシーム
ガイドロール、８は高周波溶接機、９はスクイズロール
である。これらのロールのうち、エッジベンドロール
２、インナロール３、第１および第２フィンパスロール
５，６およびロータリシームガイドロール７は、いずれ
も上ロールと下ロールからなり、複数のケージロール４
とスクイズロール９は、左ロールと右ロールとが対をな
して構成される。

【００２０】そこで、このように構成された本発明の成
形装置10を用いて素管を成形して溶接鋼管を製造する場
合は、矢示Ｆ方向に図示しない鋼帯１を送り込み、ま
ず、エッジベンドロール２によってその素管エッジ部１
ｅを曲げ加工する。次いでインナロール３で鋼帯１の素
管サイド部１ｆと素管ボトム部１ｂとの境界部ないし素
管ボトム部１ｂを圧下拘束するとともに、ケージロール
４で素管エッジ部１ｅないし素管サイド部１ｆに両側か
ら側圧を加えることにより断面小判状の素管１Ａに成形
する。

【００２１】次に、第１および第２フィンパスロール
５，６で、その素管１Ａを圧下成形して、素管サイド部
１ｆを張り出させるとともに、素管エッジ部１ｅおよび
上記各境界部を曲げ・曲げ戻し加工し、円形状に近づ
け、ロータリシームガイドロール７で素管１Ａの溶接姿
勢を整え、高周波溶接機８で継目に溶接電流を流して加
熱溶融させ、スクイズロール９でその継目をアプセット
接合する。

【００２２】ここで、ケージロール４を片側12個ずつ計
24個を両側に配列し、それぞれのロールは別個に回転軸
の方向を、該ロールの回転軸とライン方向Ｆとがなす面
上で反時計方向あるいは時計方向に傾斜調整可能な構造
のケージロール傾斜調整装置30を構成する。このケージ
ロール傾斜調整装置30について詳しく説明すると、図２
(a) ，(b)に示すように、ロール本体11のロール回転軸1
2に取り付けられた荷重検出器13と、ロール回転軸12を
軸支し揺動可能な支持金具17よりなる。荷重検出器13
は、ロール軸受15とブロック16によりロール本体11を回
転可能にするロール回転軸12の両端に固定されている。
前記支持金具17はその一端にキー19で固着された回転軸
18にウォーム20、ウォームギア21およびモータ24（図３
参照）により、円弧ガイド22およびすべり軸受23に支持
されながら揺動可能に取り付けられている。そして、荷
重検出器13で検出されたロール軸方向の荷重信号は図３
に示すように、信号ケーブル14を介して制御装置31に送
られ、演算結果は制御信号Ｃとしてモータ24に出力され
る。

【００２３】上記の制御装置31の機能について、図４を
参照しながら以下に説明する。まず、ケージロール４の上面のロール回転軸12上に設
置された荷重検出器13によって検出された上面荷重Ｐ₁
と、同じく下面に設置された荷重検出器13によって検出
された下面荷重Ｐ₂はそれぞれ信号ケーブル14を介して
制御装置31に入力される。なお、制御装置31にはあらか
じめ基準値Ｂが設定されている。そこで、制御装置31において上面荷重Ｐ₁と下面荷重
Ｐ₂の差Ａを下記(1) 式で演算する。

【００２４】Ａ＝Ｐ₁−Ｐ₂ ………………(1) ついで、(1) 式で求められたＡ値の絶対値｜Ａ｜とあ
らかじめ設定された基準値Ｂとを比較し、以下のような
傾斜指令をモータ24に出力する。 (a) ｜Ａ｜≦Ｂの場合は制御をしない。 (b) ｜Ａ｜＞ＢでかつＡ＞０の場合、ミルのオペレーシ
ョンサイドからみて反時計方向に傾斜させる傾斜指令を
出力する。

【００２５】(c) ｜Ａ｜＞ＢでかつＡ＜０の場合、ミル
のオペレーションサイドからみて時計方向に傾斜させる
傾斜指令を出力する。ここで、あらかじめ設定される基
準値Ｂは、あまり大きな値を設定すると効果が小さくな
る。たとえば２インチクラスの小径パイプでは100kg 以
下程度、20インチクラスの中径パイプでは1000kg以下程
度に設定するのが望ましい。なお、ケージロール４に
は、外径サイズ兼用のための手段として、図示はしない
がロールの進退調整手段、昇降調整手段も付加されてい
る。

【００２６】本発明の溶接鋼管製造装置を用いて、外径
60.5mm×肉厚3.0 mmのSUS430の鋼管を造管スピードが10
0m/minで、無潤滑で造管した結果を表１に示した。

【００２７】

【表１】

【００２８】ケージロール４を傾斜しない従来例では多
くのロールでロールマークが発生したのに対し、基準値
Ｂを100kg に設定した本発明例では、ロールマークの発
生が全くなく、外観がきれいで品質良好な鋼管を製造す
ることができた。なお、基準値Ｂを200kg に設定した比
較例の場合はその効果は認められるものの一部のロール
にロールマークが発生した。

【００２９】なお、上記実施例はケージロールを備えた
成形装置を用いた場合について述べたが、本発明はこれ
に限るものではなく、成形装置にクラスタロールを用い
た場合にも同様に適用し得ることは言うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ケージロールまたはクラスタロールの軸方向に作用する
荷重が減少するように該ロールの回転軸の方向を該ロー
ルの回転軸とライン方向とがなす面上で反時計方向ある
いは時計方向に傾斜させて造管することにより、溶接鋼
管の表面にロールマークを発生させることはなく、外観
を美麗にでき、品質を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における溶接鋼管の製造装置の
概要を示す側面図である。

【図２】本発明に用いられるケージロール傾斜調整装置
を示す、(a) は側断面図、(b)はＡ−Ａ矢視断面図であ
る。

【図３】本発明に用いられるケージロール傾斜調整装置
の制御系統を示す回路図である。

【図４】本発明に用いられる演算装置の機能を示す流れ
図である。

【図５】本発明の成形過程中の素管の円周方向の任意の
点の高さの推移の一例を示した説明図である。

【図６】本発明法においてケージロールを反時計方向に
傾斜した状態を示す模式図である。

【図７】本発明法においてケージロールを時計方向に傾
斜した状態を示す模式図である。

【図８】従来法によるケージロールの設定状態を示す模
式図である。

【図９】本発明の造管対象材の物理的特性とロール軸方
向荷重との関係を示す特性図である。

【図10】本発明の造管対象材の物理的特性とロール軸の
傾斜角度との関係を示す特性図である。

【図11】従来のケージロールの成形装置を示す平面図で
ある。

【図12】図11のＶ−Ｖ線に添う断面図である。

【図13】従来の凸曲面のロール面を備えたケージロール
による成形状態を示す模式図である。

【図14】従来のフラット面のロール面を備えたケージロ
ールによる成形状態を示す模式図である。

【図15】従来の凹曲面のロール面を備えたケージロール
による成形状態を示す模式図である。

【図16】従来のクラスタロールを用いた成形装置を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１鋼帯１Ａ素管１ｂ素管ボトム部１ｅ素管エッジ部１ｆ素管サイド部２エッジベンドロール３インナロール４ケージロール（クラスタロール）５第１フィンパスロール６第２フィンパスロール７ロータリシームガイドロール８高周波溶接機９スクイズロール 10 ケージロール傾斜調整装置 11 ロール本体 12 ロール回転軸 13 荷重検出器 14 信号ケーブル 15 ロール軸受 16 ブロック 17 支持金具 18 回転軸 19 キー 20 ウォーム 21 ウォームギア 22 円弧ガイド 23 すべり軸受 24 モータ 30 ケージロール傾斜調整装置 31 制御装置Ｐ₁ 上面荷重Ｐ₂ 下面荷重Ｃ制御信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者板谷進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)発明者井手勉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】鋼帯を移動して成形ロールにより鋼帯を
曲げながら造管する溶接鋼管の製造方法において、鋼帯の進行方向両側に設けた前記成形ロールの軸方向に
作用する荷重を検出し、該荷重が最小となるように前記
成形ロールの回転軸と造管ラインがなす面上で、反時計
方向または時計方向に前記成形ロールの回転軸を傾斜さ
せて造管することを特徴とする溶接鋼管の製造方法。
【請求項２】前記成形ロールにケージロールを使用す
ることを特徴とする請求項１記載の溶接鋼管の製造方
法。
【請求項３】前記ケージロールの上面および下面に面
したケージロール回転軸上に設けた荷重検出器により測
定された上面荷重Ｐ₁と下面荷重Ｐ₂の差Ａを計算し、
該Ａ値とあらかじめ設定された基準値Ｂとを比較してＡ
がＢを超える場合、前記ケージロールを反時計方向また
は時計方向に傾斜するようにモータを回転させ、前記Ａ
値を前記基準値Ｂになるように前記ケージロールを傾斜
制御することを特徴とする請求項２記載の溶接鋼管の製
造方法。
【請求項４】前記成形ロールにクラスタロールを使用
することを特徴とする請求項１記載の溶接鋼管の製造方
法。
【請求項５】前記クラスタロールの上面および下面に
面したクラスタロール回転軸上に設けた荷重検出器によ
り測定された上面荷重Ｐ₁と下面荷重Ｐ₂の差Ａを計算
し、該Ａ値とあらかじめ設定された基準値Ｂとを比較し
てＡがＢを超える場合、前記クラスタロールを反時計方
向または時計方向に傾斜するようにモータを回転させ、
前記Ａ値を前記基準値Ｂになるように前記クラスタロー
ルを傾斜制御することを特徴とする請求項４記載の溶接
鋼管の製造方法。
【請求項６】鋼帯を移動して成形ロールにより鋼帯を
曲げながら造管する溶接鋼管の製造装置において、前記成形ロールの回転軸に設けた荷重検出器と、前記成
形ロールの回転軸を傾斜させる成形ロール傾斜調整装置
およびその制御装置からなることを特徴とする溶接鋼管
の製造装置。
【請求項７】前記成形ロールがケージロールであっ
て、該ケージロールの上面および下面に面したケージロ
ール回転軸上に荷重検出器を設け、ロール回転軸を支持
する支持金具を円弧ガイドによって摺動可能に支持し、
該支持金具の一端に突出させた回転軸にウォームおよび
ウォームギアを介してモータにより支持金具を揺動させ
る成形ロール傾斜調整装置と、前記荷重検出器で検出さ
れた測定値を演算処理する制御装置とを備えたことを特
徴とする請求項６記載の溶接鋼管の製造装置。
【請求項８】前記成形ロールがクラスタロールであっ
て、該クラスタロールの上面および下面に面したクラス
タロール回転軸上に荷重検出器を設け、ロール回転軸を
支持する支持金具を円弧ガイドによて摺動可能に支持
し、該支持金具の一端に突出させた回転軸にウォームお
よびウォームギアを介してモータにより支持金具を揺動
させる成形ロール傾斜調整装置と、前記荷重検出器で検
出された測定値を演算処理する制御装置とを備えたこと
を特徴とする請求項６記載の溶接鋼管の製造装置。