JPS5832005B2 - 配管用スパイラル鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は配管用スパイラル鋼管の製造方法に関し、ライ
ンパイプの如きに利用される管体をスパイラル鋼管とし
て製造せしめ、しかもこの鋼管内部に存する残留応力を
適切に除去して内圧を受けた場合における変形を防止し
、品質的に優れた該スパイラル鋼管を提供しようとする
ものである。

スパイラル鋼管は成形客扱のままで製品化されるもので
あることよりしてその成形時における残留応力をそのま
ま残しており、公称応力以下の内圧による負荷応力で塑
性変形が進行する。

即ち上記したような成形時の残留応力分布状態は第１図
のＡに示されている通りであって、管内面側）こおいて
−δｙ１管外面側において＋δｙとなるＡＢＣＤのよう
な広がり勝手の応力が鋼管に残留しており、斯かる鋼管
に対して内圧を負荷し負荷応力を与えると第１図Ｂに示
すようにＡＥ部分が直ちに塑性変形を起し、比較的低い
負荷応力においても残留ひずみが発生することになる。

このようなことは該スパイラル鋼管の製造過程中におけ
る水圧試験段階においても、又実際の使用段階において
も大きな問題とならざるを得す、即ち製造過程中の試験
段階において試験水圧が高く又鋼管外径の大きい管はこ
の残留ひずみによって製品外径公差を越えた変形を生ず
ることとなり、このことは実用段階においても同じであ
って、斯かる現象は何れにしてもこの種スパイラル鋼管
が低級のものと着像されざるを得ないようなこととなり
、製品仕様において管の外径公差を規定し、しかもライ
ンパイプとしては専らＵＯＥプロセスによるべきものと
されている。

然して本発明者等はこのようなスパイラル鋼管における
欠点を防止するため上記したような残留応力のコントロ
ールを行うことについては別に提案した。

即ちこの方法は第６図に示す通りであって外周拘束ロー
ル４゜４．４・・・・・・内に鋼板５を送り込んで造管
するに当り該鋼板５を従来のように造管の下端面に対し
て単に平坦な切線方向を採って速り込むことなく鋼板装
入口における外周に設けられた第１０−ル４１と第２０
−ル４２との間における内側に設けられた内側ロール４
３により造管半径Ｒよりも小さな中立面半径ｒによった
初期曲げを加えることにより前記したような残留応力を
コントロールしようとするものであって、このようなコ
ントロールによりそれなりの効果を挙げることができる
。

然しこのような初期曲げ半径ｒを用いた残留応力コント
ロールによっても上記のような残留応力を消去するよう
なことは実地的、理論的に不可能であって、理想的なコ
ントロールが得られた場合においても第２図Ａに示すよ
うな残留応力が残り、それが水圧負荷時において同図Ｂ
のようになり、依然としてその塑性変形を生せしめるこ
ととなる。

而して上記したＵＯＥプロセスによればこのような欠点
がないとしても、その設備が大型となり、又管体を形成
する鋼板全体に対して同時に成形操作されるものである
ことよりして大きな曲げ加工力を必要とし、製造可能範
囲が限定されることよりして一定寸法以上のものはスパ
イラルプロセスによらざるを得ない。

従ってこのスパイラルプロセスによる具体的な製造に当
っては上記したような径変化を防止するために降伏強度
が必要以上に相当に高い材料を使用し、或いは板厚を相
当に犬とした厚いコイルを使用するようなことが必要で
あって、何れにしても製造原価の高い不経済な生産とな
らざるを得ない不利がある。

本発明は上記したような従来のものの不利、欠点を解消
するように研究を重ねて創案されたものであって、公知
のようなスパイラル鋼管製造方式によって製造され、そ
の成形時に発生した残留応力を製造過程における水圧試
験前に拡管処理して解消するものであり、この拡管処理
は１〜１．５％程度の拡管であって斯様な拡管を行うこ
とにより公称応力迄の如何なる負荷応力に対しても塑性
変形を生ずることのない製品を経済的且つ的確に得しめ
ることができる。

即ち前記したようにスパイラル鋼管がその造管過程にお
いて内部に生ずる残留応力δｒｅは上記した第１図、第
２図の場合において夫々第４．５図に示す如くであって
、これを次式のように表わすことができる。

であり、又 ｒ：造管時の初期曲げ中立面半径であって後述する第６
図に示す通りである。

Ｒ：製品中立面半径 Ｅ：弾性係数 然してこのような残留応力を有する管に水圧による負荷
応力を与えた場合、この管内に発生する応力δＳは次の
ようになる。

δ８＝δｒｅ＋δ 従ってδＳ−δｙにて塑性変形が開始するから第４図、
第５図又は前記したδｒｅの式において、δ、ｅ≧δツ
ーδ の部分において塑性変形が進行し、膨大化の原因となる
わけであり、この膨大化量が公称応力（ＳＭＹＳ）の９
０％および１００％の負荷応力についてでのようになる
かを求めてみると第７図のようになる。

即ち第７図に示されるように９０％ＳＭＹＳにおいては
前記したような初期曲げ半径ｒを適正にすることにより
膨大化量はかなり小さくすることができるが、１００％
ＳＭＹＳの場合は初期曲げ半径ｒを如伺様に設定しても
膨大化量は少くとも０．０７％以上の値となり問題とな
る場合が出て来る。

従ってこのような公称応力以下の負荷応力で膨大化を発
生させないためには δｒｅ＝０ とする必要があり、このようにするには製造工程におい
て管を適当に拡管することが好ましく、この拡管をなせ
ばそれ以前において生じた残留応力を消去することがで
きる。

蓋しこの具体的な工程はアンコイラ−に掛けられたコイ
ルをレベラーストリップウエルダー、サイドトリマーや
シエバーの如きを介してドライブロールに送り、このド
ライブロールから適宜プレフォーミングロールを経て成
形機に供給されたス） ＩＪツブ５を上記した第６図に
示すように第１０−ル４１と第２０−ル４２の間におけ
る内側ロール４３によって前記ｒによる初期曲げを加え
てから外周拘束ロール４゜４．４・・・・・・によって
所定半径Ｒに従い拘束せしめた条件下で自動溶接して管
体とし、これを順次探傷機によって探傷してから走行切
断機で切断し、検査手直しをなした後の如きにおいて一
般的にはそのまま水圧試験するものであるのに対し、本
発明方法においては前記したような拡管処理をなし、そ
の後に水圧試験し、端面仕上げ後更に検査手直して製品
とするものである。

上記拡管の程度については本発明者等が具体的に検討し
たところによると１％未満ではなお残留応力を適切に消
去することができないで水圧試験時の如きにおいて塑性
変形を生ずる可能性が残り、又１．５％を越えるような
拡管をなすことは管体に対して別の障害を与える可能性
があり、この限度内で本発明の目的を充分に達すること
ができ、外周拘束型造管機の場合のみならず内周拘束型
造管機の場合においても適用することができる。

又上記した拡管処理の方法としては如何なる方法を採用
してもよいが、メカニカルエキスパンダーを用いる場合
の具体的な態様は第３図に示されている通りであって、
拡管用ダイス３をロール２上に置かれたスパイラル鋼管
１内に挿入し、ロール２の回転によってスパイラル管１
を適切に回転させつつ送り込み、それによってスパイラ
ル管１に部分的に拡管処理しつつその全長に亘っての処
理を行うものであるが、この場合において前記した拡管
用ダイス３にはスパイラル角度に合致した溝部６を形成
しておきスパイラル鋼管における溶接ビードが適切にこ
の溝部６に収容された状態で拡管処理することにより、
このメカニカルエキスパンダーによった公知のような拡
管を円滑に実施し得る。

又水圧拡管による場合においてもその水圧拡管用ダイス
に前記したようなスパイラル角に合致した溝をつけ、ス
パイラル鋼管の外面ビードがこの溝に納まるように装入
して実施することにより溶接ビードを損傷することなし
に円滑に拡管し得るものであって、倒れの場合において
も溶接部が管体円周上における１カ所又は特定個所に集
中しておらず、スパイラル状を以て全周に分散された状
態をなすこの対称鋼管においては斯様な拡管処理によっ
て殊更に品質を低下せしめることもない。

本発明によるものの具体的な実施例について説明すると
、公称外径が１５２４ｍｍで、管厚が１２．７ｍｍであ
り、長さが１５ｍのスパイラル鋼管を６０キロ級鋼によ
って造管するに当って本発明に従い前記公称外径より小
径である１５０１７１Ｘ７１１として造管してから、そ
の管端部１００１ｎ７１Ｌの範囲に亘って管端部公差範
囲１５２３．２〜１５２６．４山の中間である１５２３
．１ｉｍまで第３図に示し前述したようなメカニカルエ
キスパンダーを用いて拡管し、次いで３８ｋｇ／ｍｍの
水圧試験を行った。

得られたスパイラル鋼管の造管時における寸法分布状態
は１５２０．３〜１５２３．６關の範囲内であり、又水
圧試験後の寸法分布は１５２３．５〜１５２６．５７ｎ
ｒ／Ｌの非常に狭い範囲内に分布したものであって、好
ましいスパイラル鋼管であることが確認された。

上記したような本発明によるときは配管用スパイラル鋼
管の製造に当って鋼管内部に存する残留応力を適切に除
去して水圧試験又は実用上において内圧を受けた場合に
おける変形を適切に防止し、品質的に優れたスパイラル
鋼管を提供することができるものであり、又それによっ
て降伏強度の必要以上に高い材料や板厚を必要以上に犬
とした鋼板を準備することなしに目的の製品を得しめ、
製造原価の低い経済的な生産をなし得る等の作用効果を
有しており、この種スパイラル鋼管製造工業上その効果
の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を示すものであって、第１図は
スパイラル鋼管の残留応力分布状態とその水圧負荷時の
応力状態を示す説明図、第２図は理想的なコントロール
を行った場合の残留応力状態とその水圧負荷時の応力状
態とを示した説明図、第３図は本発明によって拡管処理
する手法の１つであるメカニカルエキスパンダーの説明
図、第４図はストリップに対する初期曲げ半径を製品径
に等しくした成形手法による残留応力分布の説明図、第
５図はこの初期曲げ半径を製品径より小としたコントロ
ールを行った場合の残留応力分布の説明図、第６図はこ
の第５図に示したコントロールによりスパイラル鋼管を
得る手法の説明図、第７図は初期曲げ半径と水圧検査後
の残留ひずみの関係を示した図表である。 然してこれら０図面において、１はスパイラル鋼管、２
はスキュコンベア、３は拡管ダイス、４は外周拘束ロー
ル、５はストリップ、６はビード保護溝、４１は第１０
−ル、４２は第２０−ル、４３は内側ロールを示すもの
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 配管用スパイラル鋼管を製造するに当り、成形後に
   おける水圧試験前に１〜１．５％の拡管処理することを
   特徴とする配管用スパイラル鋼管の製造方法。