JPS6341654B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、差厚鋼板を用いて端部増肉板巻き鋼
管の製造方法に関し、テンシヨンレグプラツトフ
オーム（TLP）係留部材用鋼板や石油掘削用ラ
イザー管などに使用される管端部に肉厚が中央部
に比べて厚くしかも薄肉部と厚肉部の境界が漸
増・減する外周面異径の板巻き法（板プレス成
型）によつて得られる管端部増肉鋼管の有利な製
造技術について提案する。

長さ10ｍ程度の鋼管を管軸方向に順次溶接して
連結し数100ｍもの長尺の構造部材としたものの
場合、例えば上記テンシヨンレグプラツトフオー
ム（TLP）用の係留部材などでは、特に引張外
力を想定すると継手部となる管端を設計上中央部
に比べて厚肉とすることが必要となる。これは、
いわゆる全強継手の概念に基づき、継手部に存在
する内部欠陥あるいは余盛、アンダーカツトなど
の形状的不連続部に起因する疲労、静的強度の低
下を、断面の増加で補い、そうすることによつて
部材全体に一様な所要の強度を確保することに特
色がある。

（従来の技術） 上述のような管端部の増肉化の技術としては、
従来、比較的小径で管厚の薄い場合、管端を加
熱した後に圧縮して増厚するというアプセツト法
が適用され、また、大径厚肉の場合には溶接肉
盛り法が用いられてきた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の方法の場合、例えば管
径20″、管厚1″の厚肉鋼管をアプセツトして管端
部を0.5″程度増肉するためには、極めて大規模な
設備が必要となる。一方、上記の溶接肉盛の場
合でも、溶接熱による部材の変形および靭性劣
化、さらには溶接残留応力の導入に基づく疲労強
度の低下が問題となるとともに溶接部で組成が不
連続になることより管全体にわたつて均質な部材
を得ることが不可能になる。

本発明は、アプセツト法や溶接による増肉化法
のもつ問題点を克服することを技術的課題とする
ものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、第１図に示すような、管内径に当る
面が管軸方向の全長にわたつて一定であり、一方
管外径を形成する面は管軸方向の両端部が膨らん
だ厚肉部１と管の中央部に当る薄肉部２とで構成
された段付きになつており、しかもその段付き部
（境界部３）が漸次的（なめらかに）に減肉・増
肉化するような鋼管を、第２図に示すような差厚
鋼板を素材としてプレス成型（板巻き）−溶接４
により得るための有利な手段について提案する。

かかる製造手段として本発明は、第１に、管軸
方向の少くとも一方の管端部が中央部に比べて厚
肉となる鋼管を製造するに際し、内周面側に当る
面がフラツトで外周面側に当る面が管端部の位置
において膨らんで厚肉となるとともにその肉厚の
変化が漸次的である差厚鋼板を素材とし、かかる
鋼板の差厚面側を段差付き雌型にセツトしてプレ
スすることにより次第に管状に成型し、その後、
溶接して鋼管とする方法、 第２に、管軸方向の少くとも一方の管端部が中
央部に比べて厚肉となる鋼管を製造するに際し内
周面側に当る面がフラツトで外周面側に当る面が
管端部の位置において膨らんで厚肉となるととも
にその肉厚の変化が漸次的である差厚鋼板を素材
とし、かかる鋼板の差厚面側を段差付き雌型にセ
ツトし、鋼管の肉薄中央部に対応する雌型部分に
該上記鋼板よりも柔かい素材の固形インサートを
介在させ、かかるインサート介在の下で該鋼板を
プレスすることにより次第に管状に成型し、その
後、溶接して鋼管とする方法を、好適例として提
案する。

このような方法の採用により、溶接目盛り法の
ような材質不連続部がなくなり、またアプセツト
法のような大規模な設備を必要とすることなど、
管合体に均質な端部増肉板巻き鋼管が得られる。

（作用） 本発明は、まず素材の準備が重要である。本発
明で用いる素材は、第２図に示すように、製品鋼
管（第１図）に対応させて厚肉部１′、薄肉部
２′、境界部３′を有する差厚鋼板Ｐを用いる。こ
の差板鋼板Ｐは上記境界部３′が圧延の段階でな
めらかに推移する（肉厚が漸次的に変化する）よ
うに製作されている。このような鋼板は、圧延
時、薄肉部２′での圧下量を大きくし、圧肉部
１′では小さくなるように調整して圧延し、製品
鋼管の寸法に見合うようなものに仕上げる。な
お、こうして得られた差厚鋼板Ｐの境界部３′の
漸次変化は圧延の負荷を漸次変えることにより必
然的に板厚がなめらかに推移するように形づくら
れる。その結果、製造鋼管の状態で応力が薄肉部
→厚肉部へとなめらかに伝達され、応力の集中が
発生しない利点が得られる。

こうした差厚鋼板Ｐを用いて、板巻きプレス成
形によつて円筒形に仕上げていく場合、素材の段
差に応じて使用する雌型５に工夫が必要となる。

この点に関して、従来の一般的な成形法につい
てみると、第３図および第４図に示すような雌型
５′、ロール６，６′がある。これについて説明す
ると、鋼板Ｐを該雌型５′、ロール６，６′上に設
置し、雄型７により圧下して所要の曲率を付与し
た後、鋼板Ｐを図面の矢印の方向へ徐々に移動さ
せ圧下位置を変えて最終的に円筒状に仕上げる。
この場合雌型５′、あるいはロール６，６′および
雄型７の鋼板Ｐとの接触面は、管軸方向に直線と
なつている。したがつて、本発明で用いる差厚鋼
板を同様の方式でセツト成形して鋼管とする場
合、雌型５′あるいはロール６，６′と該差厚鋼板
Ｐとの接触が管軸方向で不均一となる問題点が生
じる。すなわち、該差厚鋼板Ｐが外周面側では管
軸方向に沿つて凹凸を有するために、雄型７によ
る圧下時に雌型５′あるいはロール６，６′と該差
厚鋼板Ｐとは該鋼板の厚肉部１′では密着するも
のの、薄肉部２′および境界部３′では雌型５′、
あるいはロール６′との間に空隙が生じ、所要の
曲率を付与することができなくなり、それらの各
部では真円性、真直性が得られなくなる。

そこで、本発明端部増肉板巻き鋼管の製造方法
は、第５図に示すような雌型５を用いることとし
た。

この雌型５は、第５図−ａに示すような差厚鋼
板Ｐの薄肉部２′に接する部分をその膨らみの程
度に合わせて突出させたものとする。それに代え
て雌型５を第６図に示すような着脱可能なライナ
ープレート８を差厚鋼板外面形状に合わせてボル
ト１１などで取り付けても同様の効果があり、こ
のような雌型を用いると鋼管成形を通常のプレス
曲げ手法と同じく容易に実施しうる。なお上記ラ
イナープレート８には、例えば雌型と同等の材質
の鋼製のものを用いれば良い。

その他、本発明の実施に適合する雌型としては
第７，８図に示すような形式でもよい。すなわ
ち、雌型５ａ上に設置した差厚鋼板Ｐを雄型７に
より圧下し、その圧下位置を徐々に移動すること
により、鋼板Ｐに所要の曲率を付与するプレス曲
げ造管法において、雌型５ａと差厚鋼板薄肉部
２′との間の空隙を満たすべく、該差厚鋼板Ｐの
材質よりも柔かく圧下により容易に塑性変形しう
る固形インサート９を雌型５と差厚鋼板２との間
に設置し、しかる後に差厚鋼板とインサート９を
介在させてから雄型７により同時圧下して差厚鋼
板厚肉部１′、薄肉部２′、および境界部３′に同
じ曲率を付与せしめ、最終的な円筒状に成形する
ようにしてもよい。

本発明のかかる固形インサート９を用いる方法
においては、圧下時に差厚鋼板厚肉部１′は第８
図に示すように雌型５ａと直接接触するのは勿
論、薄肉部２′および境界部３′も第８，９図に示
すように圧下に伴う固形インサート９の変形によ
つて雌型５ａとの間の空隙が埋められることによ
り、該固形インサート９を介して雌型５ａと安定
して接触し、厚肉部１′、薄肉部２′、境界部３′
ともに所要の曲率および管軸方向に変化する外周
面形状が安定して得られる。

なお、プレス曲げ加工の最終段階では、ほぼ管
状に成形された該差厚鋼板Ｐにプレス雄型７が接
触することから、鋼管を外面から雄型７によつて
プレスする必要が生じる。そこで本発明では、雄
型７に例えば第５図ｂに示すような押型：すなわ
ちライナープレート８と同様の材質を有しかつ鋼
管厚肉部と薄肉部の板厚差と等しい厚さを有する
着脱可能な押型を、プレス雄型７に取付け、鋼管
厚肉部１、薄肉部２がともに同じプレス力が加わ
るようにして周方向両端を密着させて仮付を行い
鋼管成形を完了させるとよい。

その後、成型された鋼管について、例えばサブ
マージアーク溶接あるいはガスシールド溶接を行
つて、管軸方向に沿つて接合し、突合わせ溶接部
４を形成して鋼管を完成させる。

なお、管端部において内外面の両方が増肉され
た形状を有する鋼管に関しても、差厚鋼板薄肉部
と、雄型７、および雌型５との間にそれぞれライ
ナープレートを配置すれば製造が可能である。

（実施例） 例 １ 内径712mm（全長にわたつて一定）、管厚25mm、
長さ6000mm、が両管端部200mmづつを８mm増厚
（両管端部管径33mm）の鋼管製造例を以下に示す。
板厚境界部は8/300の直線勾配を有する。

使用した両端部増厚差厚鋼板（１＝250mm、２
＝5000mm、３＝300mm）の断面形状の差厚鋼板は
圧延により製造し、第６図に示す鋼管成形用雌型
を使つてプレス曲げ成形をした。

図示のプレス雌型５は、通常の鋼管成形に使用
されるもの、すなわち管軸方向に一様断面を有す
る形状のものを利用し、その差厚鋼板薄肉部２′
が接触する部分に、板厚８mm、長さ5500mmの鋼板
（管軸方向両端１０を270mmづつなめらかに減厚）
をライナープレート８として設置し、ボルト１１
を用いて雌形５に固定したものである。ここで同
ライナープレート８の両端にテーパー１０を設け
たのは差厚鋼板の境界部３の形状に合わせるため
でありプレス雄型７による圧下時に曲げ応力を同
部に伝達する役目を有する。ただ実験によれば、
このテーパー部は境界部３の全長（片側300mm）
にわたつてライナープレートと差厚鋼板とが密着
するように設ける必要は無いことが判つた。なぜ
ならば、20〜30mm程度の長さで、差厚鋼板の境界
部３と雌型５あるいはライナープレート９とが密
着しない場合でも周囲の塑性拘束により同部に曲
げ加工歪が同様に付与され、所要の曲率を有する
ように加工しうるからである。次いで、上記要領
にて圧下位置を管周方向に徐々に移動させて圧下
を繰り返すことにより、全周にわたつて所要の曲
げ変形を差厚鋼板に付与し、もつて管状に成形し
た。なお、プレス曲げ加工の最終段階では、ほぼ
管状に成形された該差厚鋼板Ｐにプレス雄型７が
接触することから、鋼管を外面から雄型７によつ
てプレスする必要が生じる。そこで本実施例では
雌型７に例えば第５図示の如きライナープレート
９と同様の材質の板厚８mm（鋼管厚肉部と薄肉部
の板厚差）、長さ4950mmの着脱可能な押型１０を
プレス雄型７に取付け、鋼管厚肉部１、薄肉部２
ともに同等のプレス力が加わるようにして周方向
両端を密着させて仮付を行い鋼管成形を完了させ
た。

その後、通常のサブマージアーク溶接機を用い
てシーム溶接鋼管を完成させた。上記シーム溶接
においては、Ｘ開先を加工したシーム部を鋼管、
内・外面よりSAW多層溶接した。なお、板厚の
相違にともなつて開先断面積が変化するが、溶接
スピードのみを適宜調整することによつて厚・薄
肉部とも連続した同一パス数で溶接を終了した。

製造後に同鋼管の形状計測を実施したところ管
軸方向の大曲り；2.0mm／6000mm、外径；(a)薄肉
部にて762−0.5mm〜＋2.0mm、(b)厚肉部にて778−
1.0mm〜＋1.5mmと高精度であることが判明した。
また同鋼管の機械的性質は、外面1/4ｔから採取
したASTM A370試験片により、T.S.＝薄肉部
63Kg／mm²、厚肉部61.5Kg／mm²、また２mmＶノツチ
衝撃試験の結果−20℃にて、厚肉部12.8Kgｍ、厚
肉部10.2Kgｍと極めて良好かつ均質なものであつ
た。

例 ２ プレス曲げを始めるにあたり、第９図に示すよ
うに管軸方向に連続した突起１２を有する雌型５
ａの上の差厚鋼板薄肉部２と接触する箇所に、あ
る程度の曲率を有する柔かい金属として鉛材のイ
ンサート９を設置した。ここで、雌型５ａの肩部
１３には鋼板への食い込みを無くすべく50〜100
mmＲの曲率を付けた。この時、鉛インサート９の
形状は、圧下時に雌型５ａと差厚鋼板薄肉部２′
との間に空隙が残らず、かつ雌型５ａの肩部１３
を完全に被うべく製造する鋼管の管径、肉厚にあ
わせて適宜調整した。次いで、第９図に示すよう
に雄型７を用いて差厚鋼板Ｐと鉛インサート９と
を同時に圧下し、雌型５ａと直接接触する差厚鋼
板厚肉部１′に雌型５ａの形状に応じた所要の曲
率を付与するとともに、薄肉部２′においても圧
下に伴う塑性変形により溝肉２′と雌型５ａとの
間の空隙を埋めた鉛インサート９を介して圧下力
を伝達し、同様の曲率を有する曲げ変形を加え
た。ここで圧下による鉛インサート９の雌型凹面
外への逃げは、雌型５ａに取り付けられた突起１
２がストツパーとして作用することにより防止さ
れる。しかる後に、通常のプレス曲げ造管法と同
様に該差厚鋼板をインサート９上で徐々に移動さ
せて圧下位置を変えることにより、管状に成形し
た。

ここで、該差厚鋼板のインサート９および雌型
上での移動をさらに容易にすべく、インサート９
と該鋼板Ｐとの間に摩擦抵抗の小さい薄膜、例え
ばテフロンシートなどをはさみ込んでも良い結果
を得るのに役立つた。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、大規模な
設備を必要とすることなく、管軸方向に材質が一
定である上、肉盛りの溶接が不要となる分溶接に
伴なう残留応力の問題が解消された端部増肉鋼管
を、板巻きプレスの効果的な実施によつて得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、端部増肉板巻き鋼管の斜視図、第２
図は、本発明で用いる差厚鋼板の斜視図、第３図
および第４図は、いずれも比較例の成形方法を示
す断面図、第５図のａ，ｂは、本発明の実施態様
下におけるプレス成形のもようを示す切欠き斜視
図、第６図は、本発明の実施例１で使用する雌型
の１例を示す切欠き斜視図、第７図および第８図
は、本発明の別の実施態様を示す（固形インサー
ト使用例）切欠き斜視図、第９図は、実施例２に
対応するプレス造管成形のもようを示す切欠き斜
視図である。 １…厚肉部、２…薄肉部、３…境界部、４…溶
接部、５，５ａ…雌型、６…ロール、７…雄型、
８…ライナープレート、９…固形インサート、１
０…押型、１１…ボルト、１２…突起、１３…肩
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管軸方向の少くとも一方の管端部が中央部に
   比べて厚肉となる鋼管を製造するに際し、内周面
   側に当る面がフラツトで外周面側に当る面が管端
   部の位置において膨らんで厚肉となるとともにそ
   の肉厚の変化が漸次的である差厚鋼板を素材と
   し、かかる鋼板の差厚面側を段差付き雌型にセツ
   トしてプレスすることにより次第に管状に成型
   し、その後、溶接した鋼管とすることを特徴とす
   る端部増肉板巻き鋼管の製造方法。 ２ 素材とする上記差厚鋼板として、製造時に薄
   肉中央部と厚肉管端部とで圧下量に差を付けて圧
   延したものを用いる特許請求の範囲１に記載の方
   法。 ３ 管軸方向の少くとも一方の管端部が中央部に
   比べて厚肉となる鋼管を製造するに際し内周面側
   に当る面がフラツトで外周面側に当る面が管端部
   の位置において膨らんで厚肉となるとともにその
   肉厚の変化が漸次的である差厚鋼板を素材とし、
   かかる鋼板の差厚面側を段差付き雌型にセツト
   し、鋼管の肉薄中央部に対応する雌型部分に該上
   記鋼板よりも柔かい素材の固形インサートを介在
   させ、かかるインサート介在の下で該鋼板をプレ
   スすることにより次第に管状に成型し、その後、
   溶接して鋼管とすることを特徴とする端部増肉板
   巻き鋼管の製造方法。 ４ 素材とする上記差厚鋼板として、製造時に薄
   肉中央部と厚肉管端部とで圧下量に差を付けて圧
   延したものを用いる特許請求の範囲３記載の方
   法。