JPS6023892B2 - 厚肉鋼管製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋼管製造法とりわけ管厚／管外径が２％以上
というような厚肉鋼管の製造法に関する。

溶接鋼管の製造法の一例として、従来ＵＯＥ方式による
鋼管製造法が知られている。

この方法は一般に、鋼板の緑部を開先加工し、ついで、
クリンピングプレスにより鋼板緑部にいわゆる鼻曲げ加
工を施し、ついで鋼板をＵプレスによりＵ字状に成形し
、それから０プレスにより円形状となるように成形し、
０成形素材の突合せ部の仮付け溶接後、内面溶接及び外
面溶接を行い、それからメカニカルエキスパンダー等で
拡管することにより鋼管を製造するものである。このＵ
ＯＥ方式は、上記工程の特性から大蓬鋼管の製造法とし
て利用されているが、深海用ラインパイプや構造用鋼管
など高い強度が要求され、その管厚／管外径が２％以上
というような大径厚肉鋼管をこのＵＯＥ方式で製造する
場合には大きな問題がある。

即ち、その問題はピーキングの発生を避けられないとい
うことである。しかしてピーキングとは、鋼管の関先突
合せ部の外径からのズレ、つまり第１図の６で示すよう
な栗型の程度（真円Ｑからの突出度）をいうものである
。

このピーキングは、０プレス後の溶接時に接合面の不安
定化をもたらして溶接欠陥の発生原因となり、更に熔接
後に残留したピーキングは、拡管工程でシーム溶接部に
大きな角変形をもたらしていわゆる拡管割れを発生させ
、更に製品となった後も使用時の内圧負荷により応力集
中をきたし破壊の原因となりやすいという問題を生む。
従って、ＵＯＥ方式による造管工程においては、溶接前
に開先突合せ部のピーキングをできるだけ減少させるこ
とが必要となる。

このようなピーキングを減少させる技術としては、まず
前述したクリンピングプレスによる鼻曲げ加工を利用す
る方法が考えられる。だが、この鼻曲げ加工は、第２図
のように、２点Ｆ，Ｆ間の曲げモーメントＭ＝ＦＩによ
って行われるものであり、従ってピーキングを減少させ
るべく鋼板の緑近くを曲げるには、１→０となり、この
ことから曲げに必要な力Ｆは無限大となる。そのため、
一般に鋼板の縁から１．０〜１．５ｔ（ｔは板厚）は、
どうしても未加工状態つまり直線状のままとなる。第３
図は実際に１５００トンのクリンピングプレスで鼻曲げ
加工を行った鋼板の、外径２４ィン升こ○プレス後のピ
ーキング実績を示すものであるが、この第３図から明ら
かな如く、板厚及び材料強度（表中のＸ６５，Ｘ４２は
いずれも材料名）が高くなるほどピーキング量が著しく
大きくなっており、従ってクリンピングブレスだけでは
厚肉鋼管のピーキング減少効果は充分とはいえない。

ピーキングを減少させる方法として次に考えられるのは
○プレスによる鼻曲げ加工である。

この方法によれば鋼板に対し上ダイスＡと下ダイスＢに
より成形時に周方向圧縮歪を与えるので、該圧縮過程で
ピーキングは若干軽減はされる。しかし、この０プレス
による鼻曲げ加工は、第４図に示す如く、一種の座屈現
象であって、モーメントを与える支点間距離１が小さく
、極めて効率が悪いものである。従って、この０プレス
自体でピーキング減少を図るには、極めて大きなプレス
荷重を必要とし、たとえばＡＰＩグレードＸ６５，ｔ／
Ｄ＞５％，管長１２肌の鋼管のピーキングを減少させる
には、数万トン以上の○プレスパワーが必要となり、こ
のようなパワーを発生できる装置は大がかりとなって設
備的にも不可能となり、また非常に高価となる。本発明
は上記したような従来の○プレスを用いる厚肉鋼管製造
上の問題点を除去し、溶接前の関先突合せ部のピーキン
グを極少にコントロールし得る方法を提供せんとするも
のである。

しかして、この目的を達成するため、本発明は、熔接前
の成形工程として、特殊なシュリンカーダィスを備えた
アプセツトシユリンカ山を用いてシュリンク加工を行う
ようにしたものである。

詳述すると本発明は、０プレスにより予め丸く成形され
た素材を、アプセツトシユリンカ−により溶接後の拡管
工程とは逆に外面から加圧して縮管することを基本的内
容とする。かくすれば○形素材に対する周方向の圧縮作
用で開先突合せ付近が鼻曲げされ、ピーキング減少が可
能となる。そして、このようなシュリンク加工方式を採
用した場合、一度に縮督される量は一般にパイプ長で１
の程度である。そのため○プレスのように全長にわたり
一度に圧縮する方式に〈らべ成形荷重は少なくて済むメ
リットがある。だが、こうしたアプセツトシュリンカ一
によるピーキング減少機構そのものは、前記第４図の○
プレスによる座屈現象と本質的に変わらない。

そのため、単にアプセットシュリンカ一で縮管するだけ
では、やはりピーキング減少の効率が充分でなく、かつ
またピーキング減少のために過大な圧縮塑性変形をパイ
プ全体に与え、バウシンガ−効果による強度低下及び塑
性変形による靭性劣化をまねくことになる。そこで、本
発明は、０プレス後アプセツトシュリンカ一によりシュ
リンク加工するに際し、特にシュリンカーダィスを、複
数個の縮管用ダイスと、０成形素材の開先部に対応する
カリバー面に断面逆Ｒ状の曲率又は直線状の異形部材を
設けた関先部用のシュリンカーダィスとで構成し、前記
線管用シュリンカ−ダイスにより○成形素材に周方向の
圧縮を加えると同時か、またはこれと独立して異形部を
有するシュリンカーダィスにより○成形素材の開先部を
半径方向で内方に押圧し、これにより主として関先部の
みを効果的に曲げ変形させ、残余の○成形素材部分には
適度な圧縮塑性変形を与えないようにしたものである。

以下本発明を添付図面に基づいて説明すると、厚肉鋼管
を製造するにあたっては、造管すべき厚肉鋼板をエッジ
プレーナーで閥先加工し、ついで厚肉鋼板の緑部をクリ
ンピングプレスの如きにより全長にわたり鼻曲げ加工し
、それからＵプレスにより厚肉鋼板をＵ字形に成形した
後、０プレスに移送し、ここで○字形に成形する。

このような工程までは従来の造管方法と同様であるが、
本発明は、０プレスにより丸められた○形素材を、つい
で溶接前にアプセットシュリンカーダィスによりシュリ
ンク加工し、しかも該シュリンク加工に際し、アプセツ
トシュリンカーダィスとして特殊構造のものを用い、こ
れで○成形素材の開先突合せ部を曲げ加工するものであ
る。

第５図ないし第８図は上記本発明で特徴とするアプセッ
トシュリンカ‐及びこれによる加工状況を示すもので、
これら図面において１は○成形素材、１１，１１は○成
形素材１の閥先突合せ部、２は本発明によるアプセツト
シュリンカ‐である。しかして、上記アプセットシュリ
ンカ一は、図示しないベースにより固定された外筒３と
、この外筒３の内側に配置され後端部周方向に数個所連
結した縦管用シリンダー５により外筒３の管軸方向に摺
動自在となった内筒４と、この内筒４の周方向複数個所
（たとえば１０〜１２個所）から内方に突出するシュリ
ンカーダイス６，６′とを備えているが、前記シュリン
カーダイス６，６′のうち○成形素材１の開先突合せ部
１１，１１に対応しない各シュリンカーダィス６は、そ
の外面長手方向に勾配が形成され断面が台形状をなすと
共にその外面に、あり６１が形成され、一方内筒４の内
面からこれと一体又は一体的に突設したテーパセグメン
ト７の内面も長手方向に勾配配が形成されると共にその
勾配面に、あり溝７１が形成され、このあり溝７１に前
記あり６１を鉄袋させることで、各シュリンカーダィス
６は内筒４内に保持され、かつ前記縮管用シリンダー５
の作動による内筒４及びテーパセグメント７の移動によ
り、あり溝７１の勾配分下降（内筒求心方向へ移動）す
るようになっている。

一方、前記○成形素材１の関先突合せ部１１，１１に対
応するシュリソカーダィス６′は、前述した縞管用のシ
ュリンカーダィス６とカリバー形状が異なり、かつ縮管
用のシュリンカーダィス６と切り離され単独で作動し得
るようになっている。即ち、前記関先突合せ部用のシユ
リンカーダィス６′は、そのカリバー面６２に、第８−
ａ図に示す如く、断面逆Ｒ状の曲率をもつ異形部材６３
又は第８一ｂ図に示すように直線状の異形部材６３１を
ダイス長手方向にわたり突設した構造となっているもの
であり、かっかかるシユリンカーダィス６′を単独で作
動させるため、第６図と第７図のように前記内筒４の一
部に筒軸万向に沿ったガイド溝４１を形成し、このガイ
ド溝４１に摺動ブロック９を擬装すると共に、該摺動ブ
ロック９の一端に外筒３等の適当な固定物に固定された
開先部用シリンダー１０の作動ロッド１０１を連結し、
そのような摺動ブロック９の内側にテーパセグメント７
′を固定し、該セグメント７′の内面にセグメント長手
方向に沿った勾配を設けると共にこの勾配面に、あり溝
７１′を設け、前記あり溝７１′に、閥先部用の前記シ
ュリンカーダィス６′の外面長さ方向に設けたあり６１
′を鉄装させ、これによ前記シュリンカーダィス６′を
、内筒４中で突出状態に保持すると共に、開先部用シリ
ンダー１０の作動による摺勢ブロック９及びテーパセグ
メント７′の移動によりシュリンカーダイス６′を下降
させるようにしている。そして、前記シュリンカーダィ
ス６′の下降を円滑に行わせるため、摺敷ブロック９の
長さ方向一端に案内板１２を延設し、また摺動ブロック
９の長さ方向他端には固定ボルト１４により別の案内板
１３を固定し、それら各案内板１２，１３を、０成形素
材１を外囲する固定台１５，１６の表面に沿って摺動さ
せるようになし、更に前部側の固定台１６にシュリンカ
ーダィス６′の先端面と当俵し得るストッパー１６１を
設けている。

なお、前記開先突合せ部用のシュリンカーダィス６′に
おける異形部材６３は、シュリンク加工後、素管がスプ
リングバックした際に所定の曲率の関先突合せ部１１，
１１となるよう、鋼板の板厚、材料強度等を考慮してカ
リバー面６２からの高さｈと幅ｂを設定すべきであり、
そしていずれの場合にも異形部材の頂点と両側とをなめ
らかな曲線でつなぐものである。しかして、０プレスを
終えた０成形素材１を図示しない移送手段により内筒４
中に送り込み、この状態で縮管用のシリンダー５を作動
させる。

かくすれば、内筒４が外筒３内を超動し、それにより内
筒４の周方向に複数個配されているテーバセグメント７
も摺動するので、このテーパセグメント７に鞍菱されて
いる各縮管用のシュＩＪンカーダイス６は、テーパセグ
メント７とでなす勾配面により下降し、各シュリンカー
ダィス６のカリバ一面で仮想形成される円周が縮少する
。そのため内筒４中に装入されている○成形素材１はそ
の外圧により周方向の圧縮力を加えられ縮管し、次に再
び縮管用のシリンダー５を作動させて内筒４を逆進させ
れば○成形素材１の負荷が消失するから、次に○成形素
材１を所要長さ移動させ、それから再び縮管用のシリン
ダー５によりシュリンカーダィス６を下降させて次の縮
管を行い、以下このような動作を反復することで○成形
素材１の全長にわたり縮管を実施するものである。以上
はアプセットシュリンカ一による通常のシュリンク加工
であるが、本発明は、瀦管用のシリンダー５と関先部用
のシリンダー１０及びシュリンカーダィス６，６′によ
り○成形素材１を所要長さあてずつ順次開先突合せ部１
１，１１を含む全周同時に縞管するか、又は前記縮管用
のシリンダー５及びシュリンカーダィス６にて続菅後に
単独で開先部用のシリンダー１川こより関先突合せ部１
１，１１のみをシュリンカーダイス６′にて押し曲げす
るものである。

即ち、縮管用シリンダー５の作動と同時に開先部用のシ
リンダー１０を作動させれば、摺敷ブロック９が内筒４
と共に移動（第６図で右方から左方へ）し、これにより
テーパセグメント７′も同方向へ同量移動し、該テーパ
セグメント７′のあり溝７１′と鉄袋する関先部用のシ
ュリンカーダィス６′は、互いの勾配面により前記縮管
用のシュリンカーダィス６と同様に下降する。

だが、関先部用のシュリンカーダイス６′のカリバー面
６２から断面逆Ｒ状の曲率をもつ異形部村６３が突出し
ているので、０成形素材１の開先突合せ部１１．１１は
、第７図のように前記異形部材６３によりその高さｈ分
だけ板厚方向に曲げモーメントが付加され、これにより
関先突合せ部１１，１１は逆に内向き気味に巻き込まれ
るかたちに変形され、続いて加圧の解放によるスプリン
グバックで所定の曲率に復元するものである。しかして
このような加工は、０プレス及び単なるシュリンク加工
のようなパイプの周方向に伝達される力による圧縮座屈
で行われるのでないため極めて効率がよいものとなる。
一方、０成形素材１の材料強度や板厚等によっては、上
記同時加工により逆にマイナスのピーキングが生ずるケ
ースや、あるいはいまだピーキングが残るケースもある
。

このような場合は開先部用のシュリンカーダィス６′を
縮管用のシュリンカーダィス６と切り離し単独作動させ
る。即ち、前者のようにマイナスのピーキングが生ずる
おそれのあるような場合には、糠管用のシリンダー５と
同時には開先部用のシリンダー１０を作動させず縦管用
のシリンダー５の作動後に開先部用のシリンダー１０だ
けを作動させる。かくすれば、第６図において内筒４が
静止したままその内側で摺動ブロック９が移動し、それ
によりテーパセグメント７′を介して開先用のシュリン
カーダィス６′が下降し、異形部材６３により開先突合
せ部１１，１１が加圧される。このときには縮管用のシ
ュリンカーダィス６による縮管つまり圧縮座屈作用が加
わらず、関先突合せ部１１，１１だけに効果的に押し変
形力が働く。故に関先部用のシリンダー１０のストロー
クを調整すれば前記シュリンカーダィス６′の下降量が
変化し、これで関先部の押込み量が変わるので、ピーキ
ング量をマイナスとならぬよううまくコントロールする
ことが可能である。また、前記した縮管用のシリンダー
５と閥先部用のシリンダー１０を同時作動させてもなお
関先突合せ部１１，１１の突出が残る場合には、縞管用
シリンダー５を作動させている状態で更に関先部用のシ
リンダー１０のストロークを増し、シュリンカーダィス
６′の下降量を増加させる。

かくすれば関先突合せ部１１，１１に対する異形部材６
３の押込み量が増すため関先突合せ部１１，１１は確実
に押圧変形され、ピーキング量を極少にすることが可能
となる。なお、本発明においては、関先部用のシュリン
カーダイス６′が他のダイスと独立し、かつテーパセグ
メント７′とあり溝により着脱可能になっている。

そのため前述したシリンダー５，１０の作動タイミング
、ストローク量に加え、異形部材６３の高さの異なった
シュリンカーダィス６′と交換することによっても、前
述したピーキングのコントロールが可能である。そして
、前記のようなシュリンク加工を行った後、素管の開先
部を仮付溶接し、更に内外面をシーム溶接し、その後拡
管機により拡管して製品とする。

これらの工程については従前の鋼管製造法と同様である
。なお、以上は本発明法をＵＯＥ方式に適用した場合を
例にとって説明したが、本発明は単にかかるＵＯＥ方式
に限定されるものではなく、最終部工程で○プレスを行
なった後アプセットシュリンカ一を用いる全ての鋼管製
造方法に適用することが可能である。

次に、本発明による厚肉鋼管製造法の具体的な実施例を
示すと下記の通りである。

実施例 １直径２４インチで板厚が４種（０．５インチ
，１インチ，１．５インチ及び２インチ）、グレードが
Ｘ４２及び×６５の厚肉鋼管を製造するにあたり、厚肉
鋼板をＵプレス及び○プレスし、次にその０成形素材を
、第５図ないし第８−ａ図に示す如く、縮管用シュリン
カーダィスと断面逆Ｒ状の曲率の異形部材のある関先部
用シュリンカーダィスを備えたアプセツトシユリンカ一
によりシユリンク加工した。そしてこの本発明法と比較
するため、縦管用シュリンカーダイスだけによりシユリ
ンク加工を実施した。それらによる加工を行った場合の
ピーキング減少効果を示すと、第９図の如くである。

この第９図から明らかなように、断面逆Ｒ状の異形部材
を有するダイスを用いた本発明法によれば、ピーキング
量を著しく減少できることがわかる。実施例 ２ 直径２４インチ、板厚１．５インチ、グレードＸ６５の
厚肉鋼管を得るにあたって、異形部材を有するシュリン
カーダィスの関先突合せ部に対する押し込み量Ｗを種々
変化させてシュリンク加工を行った。

その場合の押し込み量とピーキング量の関係を示すと第
１０図の如くである。この第１０図から明らかなように
、シユリソカーダィスおける異形部材の押し込み量１を
大きくすればピーキングは減少するが、余り押し込み量
を大きくするとスプリングバック後でもマイナスのピー
キングとなる。

しかし本発明では関先部用の独立したシリンダーがある
ためこの開先部用のシリンダーにより押し込み量を適当
に調整するだけでピーキングの小さい良好な形状の厚肉
鋼管が得られることがわかる。なお、上記試験に際し異
形部材の幅も８０〜２００肋と種々変化させてみたが、
ピーキングへの影響は少なかった。

以上はシュリンカーダィスとして第８−ａ図に示したカ
リバ一面に断面逆Ｒ状の異形部村を有するものを例にと
って説明したが、第８−ｂ図に示したカリバー面に直線
状の異形部材を有するシュリンカーダィスであってもそ
の作用効果は基本的には同じである。

以上のように本発明によるときには、造管すべき鋼板を
最終部工程の０プレスの後アプセットシユリンカ‐でシ
ユリンク加工し、しかもこのとき特に関先部に対応する
ダイスだけに断面逆Ｒ状の曲率又は直線状の異形部材を
設けた複数個のシュリンカーダィスを用い、この異形部
材を有するシュリンカーダイスを他のシュリンカーダイ
スによる縮管動作と同時かまたは独立して動作させ、０
成形素材の開先突合せ部を押圧変形させるようにしたの
で、過大な圧縮塑性変形を素材全体に与えることなく、
また小さな成形荷重でピーキングを著しく減少させるこ
とができるというすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼管突合せ部のピーキングを示す説明図、第２
図は厚肉鋼管製造時の鋼板鼻曲げ加工を原理的に示す説
明図、第３図は鼻曲げ加工を行った後０プレスを実施し
た場合の板厚とピーキング量の関係を示すグラフ、第４
図は○プレスによる鼻曲げ加工を原理的に示す説明図、
第５図は本発明厚肉鋼管製造法に用いるアプセットシュ
リンカ一の説明図、第６図は本発明方法における関先部
用のシュリンカーダイス及びこれによる加工状態を示す
半断側面図、第７図は第６図皿一皿線に沿う断面図、第
８−ａ図及び第８−ｂ図は本発明における開先部用のシ
ュリンカーダィスの縦断面図、第９図は本発明方法によ
るピーキング減少効果を単なるシュリンク加工法と比較
して示すグラフ、第１０図は本発明方法において関先突
合せ部の異形部材押し込み量を種々変えた場合のピーキ
ング量を示すグラフである。 図において、１は○成形素材、２はアプセットシュリン
カ一、５は縞管用シリンダー、６は縦管用のシユリンカ
ーダイス、６′は関先部用のシユリンカーダイス、１０
は開先部用のシリンダー、１１，１１は開先突合せ部、
６２……カリバ−面、６３は断面逆Ｒ状の異形部材、６
３１は直線状の異形部材を各示す。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第８‐ｏ図 第８‐ｂ図 第１０図 第６図 第７図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 造管すべき鋼板を最終部工程のＯプレスによりＯ成
   形し、ついでアプセツトシユリンカーによりＯ成形素材
   を縮管加工するに際し、シユリンカーダイスとして複数
   個の縮管用のダイスと、Ｏ成形素材の開先部に対応する
   カリバー面に異形部材を有しかつ前記縮管用のダイスと
   独立して作動し得る開先部用のダイスとを備えたアプセ
   ツトシユリンカーを用い、Ｏ成形素材に周方向の圧縮を
   加えると同時か、またはこれと独立して前記異形部を有
   するダイスによりＯ成形素材の開先部を押圧変形させる
   ことを特徴とする厚肉鋼管製造方法。 ２ 前記第１項において、異形部材を断面逆Ｒ状とした
   ことを特徴とする厚肉鋼管製造方法。 ３ 前記第１項において、異形部材の鋼管開先部との接
   触部を直線状としたことを特徴とする厚肉鋼管製造方法
   。