JPS59199117A - Ｕｏｅ方式による鋼管製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＵＯＥ方式による鋼管製造法の創案に係ジ、よ
り具体的にはＵＯ］１８鋼管製造プロセスにおける０成
形のための成形プレス能力を大幅に縮減し、しかも比較
的簡易な設備によって有利且つ的確に目的の鋼管を製造
することのできる方法を提供しようとするものである。

大径鋼管を製造するための代表的方法としてＵＯＥ鋼管
製造法は従来から一般的に知られている。即ちこのＵＯ
Ｅ鋼管の製造は一般的ｌこその概略を第２図に示す如く
で以下のようなプロセスによって行われる。

■素材厚板の・陥出しく切削）および開先の切削加工（
第２図人） ■板幅方向端部のクリンピングによる成形（第２図Ｂ） ■板中火部（幅方向）をＵ形プレスしぞ屈曲成形（鳩２
図Ｃ） ■０プレスしでＯ形（こ成う（第２１’、］　Ｄ　）■
０形状ｉこ浴接仮付け。

■内外面よジ５ＡＷ（又はＭＩＧ）溶接して背体々する
。

■真円Ｆ１ｉを得るため管を１．５多以下の拡管率で拡
管する・ ■精整して製品とする。

ところでこれらのプロセスにおいて、■■の過程は同じ
厚板（こ対する成形であるとしても部分的な成形である
のに対し、■の０プレス成形は厚板全般（こ対する成形
であり、特（こ圧縮を伴う成形であることからプレス成
形能力（最大負荷荷重）は著しく高いものとならざるを
得ないことは周知の通りである。即ちこのＯプレス行程
に必要とされる成形能力は１例として４２キロ、４１２
累材（ＡＰＩＸ４２　）を用い板厚が２５．４ｍｍで外
径５１Ｑｍｘ、長さが１２／ｒＬのものを成形するの（
こ約３４０００１−ンの荷重が必要であり、近時需要が
増大しつつある例えば厚さ５０，８ｉｇ、外径６１０朋
で長さが１２ＩｒＬの前記×４２材（こよる厚肉成形に
即応するには同じ１２／７Ｌ長さのもので５００００　
トン或いはそれ以上に達する成形能力が要請され、上記
のような０プレス１行程のために著しく巨大な設備が要
求される。これは該ＵＯＷプロセス自体を著しく不利な
ものとぜざるを得ない。

本発明者等は上記したような従来のＵＯＥ方式によるも
のの不利を改善すべく仔細な検討を重ねた結果、前記従
来法（こおいて、とてつもなく大きなプレス能力が要求
される早出は、この従来法の場合にＯｅ、杉時に円周方
向に圧縮を加え、０成形後の形状を確保する方式に従う
ものであることは明かにした。つまりこの従来法におけ
るＯ成形は第１図人に示すような素材板１０の端部１０
ａ、、１０ａ間における突き合わせ形状の確保（ピーキ
ングという）と、この第１図人に示すようなりｘとＤｙ
を等しくする真円Ｋ　（Ｄｘ−Ｄｘ／Ｄ）の確保という
２つの目的を満足せしめなければならない。即ちこのＯ
成形時に円周方向（素材板幅方向）において充分な圧縮
がなされないならば第３図と第６図に示すようにピーキ
ング量が大となり、真円度も劣ったものとならざるを得
す、この真円度およびピーキング量を低くおさえるには
従来において範径量が０．４≠前後又はそれ以上ｔこな
ｐ、そのための負荷は著しく大きい。これを具体的に数
値解析して得られた荷重ストローク関係は第４＠に示す
通りであって、荷重は〔Ｐ〜慴ｅ：ＰＲは材質、寸法に
よらない無次元表次で、Ｐ＝荷重畑、Ｒ＝管半径（−）
であり、又Ｍｅは降伏曲げモーメント（ｍｍ））であっ
てストロークはＳ／ａとして無次元化して示したが、こ
の第４図において６０二〇　’２）０紗ａ、ｂ、ｃ、ｄ
、ｅは前記■の端部的げのない場合の基準線であり、そ
のａ、ｂ間（チェ９０°〜０°：第５図参照）が第１段
階で、ｂ−ｃ間び＝０°〜ｆ÷−４５°）が第２段階に
和尚するが、その後はストロークとともに急激船こ荷重
が増加し、途中のｄ点（す＝　−７５’　）で同様の変
化を示すが。

８点で降伏圧縮荷重に達する。

θＣが１６°、３２°、４８°のものはそれぞれに相当
する端部的げが形成された場合であるが、このように外
部的げを形成しでもａ−、、ｂ、ｂ−ｗｃ間ｌこおける
様相かそれなり（こ異るだけで０点では５前降であった
ものがｅ点Ｏこおいては５７にも遅し、０点までのスト
ロークに要した荷重の１０倍前後をかけなければ０成形
のための円周方向における材料の降伏（絞り開始）がな
されないもので、従来法では菅円周方向に絞りを加え、
円周方向に塑性変形を与えるものであるから前記８点よ
りも１＠ｊＩＶ′−荷重によって成形されることとなる
。

然して前記したような第４図のプレス成形過程について
考えてみると、前記した０点は成形の第２段階が終了し
た点であって、力の作用する角度　が、Ｕ成形された素
材板をＯプレス型内に装入し゛Ｃ第５図に示すようにｐ
＝９０°からＵ曲げ素材板の両端が接合したψ二〇°の
状態を経、更に成形されて素材板が０プレス成形型内に
凹入せしめられ、即ち素材板に対する成形力作用角度が
負側となってψニー４５°の状態となうた時点であり、
この時点においては細部形状ｔこおいては鉋も角一応管
状（０形）に成形されたものと看做すことができる。従
来法においてはこの成形力作用角変φ＝−４５°から更
にプレスされること（こよって第４図に示したようなす
＝−５０〜−７０’のような各過程を経て０プレス成形
の第３段階であるＰ、＝−７０°程度の６点（こ達し、
更（こは第４段階のｅ点へと進むものであるが、上記の
ようにφニー４５°（こ遅するならば第５図の状態から
して一応管状と看做し得るからこの状態でプレス成形を
停止しても所Ｎｕ）成形は得られたものであ、す１本発
明ｔこおいてはこのような成形時点をＯプレス停止時点
とする。但しこのようなＣ点で的確に停止することは実
地的に必ずしも容易でなく、このＣ点より前記０点番こ
到る間の任意の時点を選ぶことができ、仮ＤＩこｅ点で
あるとしても円周方向における材料の降伏は未だなされ
ていないわけであるから適切な成形プレス能力低減を得
しめることができる。

ところでこのような！＝−４５°のＣ点又はそれ以降の
ｅ点に到る範囲内において０プレス成形を停止するなら
ば前記したピーキングが大きくなり拡管割れの発生を避
は得ないことになり、又真円度に劣ったものとなって■
の拡管行程ｌこおいて不都合を来す。即ちこのよ−うな
技術関係について更に仔細を説明すると、前記第５図の
ナニー４５°の状態では第１図に示したようなピーキン
グが相当（こ大きいものとなることは明かで、これは端
部成形が充分（こなされないこと、成形後のスプリング
バックなど（こ因るものであるが、このようにピーキン
グが大きい場合はその後の工程における時に前記■の拡
管時において第１図（Ｂ）（こ示したような内面溶・筬
止端部に大きな角変形が生じて割れが発生する。第２図
に示した外径２４吋管で端部曲げ条件が０．９５几Ｘ２
００ｍｍの場合の許容ピーキング量は０から約２．Ｑ７
１ｍであり、強度の低い４２キロ級鋼の場合は０．４俤
の外周絞ｐ（こより充分な成形がなされピーキングも低
くなっているとしても強度の高い６５キロ級鋼について
はなおピーキングが大きく拡管時の割れ発生が見越され
、４２キロ級鋼においても圧縮率が前記の程度に達しな
いときはピーキングが大きくそれなりの割れ発生の危険
１がある。

そこでこのピーキングとの関係について本発明者等が更
に検討を進め、前記した■の板福方向端部曲げにおける
曲げ半径Ｒｃと製品半径Ｒとの関係について整理した結
果は第７図に示す通りであって、前記Ｒｃ／Ｒの値が適
正に選ばれるならばピーキング量を２　ｒｒａｎ／１０
０ｔａｎ以下の許容範囲に保持することが可能である。

このＲｅ外の具体的数値としては素材銅版の強度によっ
てそれなりに異ることは明がであるが、例えば前記４２
キロ級鋼の場合には０．７〜０．８５で許容範囲となる
ことは明かであり、強度の比較的高い６５キロ級鋼であ
ってもＲｅ／Ｒが０．６２〜０８７５程度で許容範囲と
することができる。強度がそれら４２キロ級鋼と６５キ
ロ級鋼の間に入る場合は固より、６５キロ級より更に強
度の高い場合および４２キロ級より低い場合においても
ピーキングを許容範囲内とするためのＲｅ／Ｒ値を若干
の実地的ないし理論的検討によって容易に求めることが
できる。なおこのような端部曲げＲｅ／Ｒの最適値につ
いては従来法における端部曲げ最適値と実態を異にする
ことは、明かで、従来法によるものでは製品半径Ｒを目
標とした端部曲げであるからＲｅ／Ｒの値が強度などと
は関係なしに０．９以上とすることになるが、本発明に
より前記Ｃ点までのＯプレス成形でピーキング許容範囲
とするための端部曲げは素材板の強度を考慮して決定す
べく、前記４２キロ級鋼の場合でもこのＲｅ／Ｒが０．
８５以下である。

前記したφ＝−４５のｃ点でＯ成形を停止した場合にお
いて第２図に示した真円度に関し劣ったものとなること
は明がで、このように真円度の劣ったものは■の拡管行
程で不都合な釆す。即ちこの関係は第７図に示す通りで
、真円度の悪い場合はメカニカルエキスパンダーなどの
拡管機構に装入して処理したときに内部の型（セグメン
ト）が片肖りしてセグメントに剪〜１力が作用しこれを
破損させると共に中心が出ないため拡管成形後に成品曲
りが生ずるなどの問題があって、許谷曲り範囲内とし且
つセグメント破損のない拡管を得るだめの拡管前真円度
にはこの第７図に示すような限界がある。然して前記し
た従来法においてその成形がＣ点→ｄ点→ｅ点と進行し
、更に０３％圧縮と進行した場合の真円度の状態につい
ては別に第９図に示すが、許容範囲に入るのは実質的に
０．３％圧縮のみであり、６点以下のものでは許容真円
度範囲に殆んど入らない。従って上記０点でＯ成形を停
止したものに対し本発明では拡管ラインにおいて真円度
矯正するもので、具体的には拡管工程において前記した
ようなメカニカルエキスパンダーに入る直前に少くとも
上下、左右から矯正処理するロールを設定して得られた
素管の真円度な連続的に自動測定しつつ送り込み、矯正
佐のスプリングバックを見込んでロール押込みを決定す
る。初期千円の大きい程基準外径からの押込量δは次式
で求められる。

δ＝ｆ（δｙ、ｊ＋Ｄ＋ＤＹ　Ｄｘ） ｄｙ：降伏強度 ｔ：肉厚 Ｄ：外径 ＤＹ−Ｄｘ：真円度 即ちこのような本発明の矯正を行うための装置は第１０
図以下に示す通りであって、シリンダー２によって素管
２０内に装入されたダイス２１をコーン２２とジョー２
３およびスペーサ２４の如きを介し拡径操作せしめ、即
ちシリンダー２で進退されるドローバ−２＆をホーン２
５内に第１０図の左側にスライドさせて拡径せしめるよ
うにされたものにおいて、前記ダイス２１の直前に矯正
ロール３を配設して真円度の矯正を行わしめる。

或いは第１１図に示すように拡管をなすダイス２１の直
上に矯正ロール３を配設する。

このような矯正ロール３群の具体的な配設関係について
は別に第１２図と第１３図に示す通りであって、支持フ
レーム４に第１３図に示すように８つのロール３が設け
られ、これらのロール３は拡管前における目標外径の真
円度位置に設定機構５でセットし、素管２０を装入して
から拡管な開始するが、ダイス２１の位置をドローバ−
２ａによって測定し、ダイス２１が素管２０に接触し、
ロール３を押す位置までダイス２１が拡径操作されたと
ころを測定検出してダイス２１を押さないように矯正ロ
ールが適切に逃げるようになっている。

前記した矯正ロール３は場合によっては第１４図に示す
ように４個を上下左右に配設したものでもよいが、更に
プレスする抑圧片でもよい。

上記したような本発明によるものの具体的な実施例につ
いて説明すると以下の如くである。

Ｘ４２、およびＸ６５のグレードである鋼を用い、外径
が１２２０−で板厚が２５．４　ｍおよび３１．７５＋
＋＋ｍの鋼管を製造する場合に従来法による場合のＯプ
レス荷重およびそれによって得られる真円度は次の第１
表に示す通りであり、管径および板厚によってそれなり
に異るとしても一般的に３００００−４００００　）ン
に達する。

第　　　１　　　表 これに対し本発明により前記した本発明に従い前記した
第４図の０点を少許超えた素材板に対する成形力作用角
度φ＝−４８°まで〇プレスし、次いで真円度矯正ロー
ル３による矯正を加えながら拡管処理したものは、第１
０図の拡管直前で矯正した場合の荷重及び真円度矯正ロ
ール３の荷重とそれによって得られた真円度は次の第２
表の通りである。

第　　　２　　　表 又第１１図に示すようにエキスパンダー直上において矯
正ロールにより矯正した場合は次の第３辰に示す通りで
ある。

第３表 即ち何れにしてもＯプレス成形のための荷重が少くとも
数分の１以下に低減し得るものであることは明かであっ
て、場合によっては１０分の１以下となる。

以上説明したような本発明によるときはＵＯＥ鋼管製造
プロセスにおいて著しく巨大なプレス成形力を必要とす
るＯ成形のための成形プレス能力を大幅に縮減して従来
法によるものの１０分の１近い成形力に適切に目的の大
型厚肉鋼管を製造し得るものであり、即ちこのような鋼
管製造設備の能力を著しくコンパクト化して低コストな
設備により有効な鋼管の製造を図り、更には従来法にお
いて設備的制限の故に製造し得なかった大型厚肉鋼管の
製造を既存設備によって充分に可能ならしめるものであ
って、しかも設備的に拡管ライン自体で処理することが
でき、特別な工程の如きを必要としないものであるから
工業的にその効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第１図
は鋼管断面形状とピーキング真円度の関係を示した説明
図で板端部間における溶接部の状態をも併せて示し、第
２図はこの種ＵＯＥ方式による素材板に対する成形過程
を段階的に示した説明図、第３図はその板幅による直径
に対する縮径との関係を示した図表、第４図はＯプレス
成形行程における型間隔と荷重との関係を示した図表、
第５図はその各段階における変形形状即ち素材板に対す
る成形力作用方向の関係を要約して示した図表、第６図
はアップセット量と直径精度の関係を示した図表、第７
図は端部曲げ条件とピーキングの関係を示した図表、第
８図は拡管前真円度と拡管時の曲りの関係を示した図表
、第９図はＯブレス成形における各成形段階゛と真円度
の関係を示した図表、第１０図は本発明における矯正ロ
ール部分の１例を示した断面図、第１１図はその別の例
を示した第１０図と同様な断面図、第１２図はそのロー
ル配置関係を示した正面図、第１３図はその断面図、第
１４図は矯正ロール配置関係の別の例を示した正面図で
ある。 然してこれらの図面において、２はシリンダー、２ａは
ドローバ−１３は矯正ロール、４はフレーム、５は設定
伍構、１０は素材板、１０ａはその端部、２０は累管、
２１はダイス、２２はコーン、２３はジョー、２４はス
ペーサ、２５はホーンを示すものである。 第　　６′ｌ 町　４　藺 ９！間隔（欽） 第　　６　冊 孫ψ前１円／Ｊ　’　（ｎｙ　ｎｘ） 包　／　圃 屓″か段階 第　／４　圓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 素材板をＵ成形、Ｏ成形してから溶接し次いで所定の拡
   管を行って鋼管を、製造するに当り。 前記０成形を上記素材板（こ対する成形力作用角変が−
   ４デ以上でしかも円周方向圧縮の行われない範囲で停止
   すると共に該Ｏ成形に先行して上記１材板の端部に加え
   られる端部曲げ（こおける曲げ半径をこのＯ成形時の素
   材板端部開−こおけるピーキング許容範囲内に選び、前
   記溶接によって得られた素管をその後の拡管ラインにお
   いて真円度矯正することを・特徴とするＵＯＥ方式によ
   る鋼ｉｎ造渣。