WO2014188599A1 - 鋼管の製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a steel pipe including a pipe expanding step of expanding the steel pipe from the inside using a pipe expanding machine in which a plurality of pipe expanding dies having an outer peripheral surface having an arcuate cross section are arranged in the circumferential direction.
  • the manufacturing process of UOE steel pipes for oil well pipes, line pipes, etc. is a process of performing groove processing on the width direction end of the thick steel plate used as a raw material, the width direction end of the thick steel plate using a C-shaped press machine Forming the steel plate into a cylindrical shape so that the ends in the width direction of the steel plate face each other using a U-shaped and O-shaped press, A tack welding process in which thick steel plates are constrained, the end portions in the width direction of opposing thick steel plates are butted and tack welded, and a main welding process in which seam welding is performed on the inner and outer surfaces of the butted portions of the thick steel plates by the submerged arc welding method.
  • a predetermined roundness, straightness, and outer diameter dimension of the steel pipe by expanding the pipe from the inside of the steel pipe using a pipe expanding machine in which a plurality of pipe expanding dies having a circular arc-shaped outer peripheral surface are arranged in the circumferential direction. And a tube expansion step for forming the tube.
  • bending is performed by punching a thick steel plate placed on two linear dies arranged in parallel with a certain space between them.
  • a pressing method is also often used.
  • the bending press method is particularly suitable for manufacturing a steel pipe of a thick material or a high strength material.
  • UOE steel pipes for oil well pipes and line pipes are used by joining the pipe ends of UOE steel pipes by circumferential welding at the installation site. For this reason, when the roundness of the UOE steel pipe is low, the pipe ends of the UOE steel pipe cannot be butted together during circumferential welding. In addition, when the roundness of the UOE steel pipe is low, the steel pipe is easily deformed by pressure when the UOE steel pipe is laid in a high-pressure atmosphere such as deep sea. From such a background, a technique for improving the roundness of the UOE steel pipe in the pipe expansion process has been proposed (see Patent Documents 1 to 4).
  • JP 2010-167440 A Japanese Patent Laid-Open No. 03-094936 JP 59-183943 A JP-A 61-147930
  • the ratio of the curvature radius R1 of the outer peripheral surface of the expansion die to the target radius R0 of the inner surface of the UOE steel pipe (hereinafter referred to as the expansion R ratio) is close to 1.0. desirable.
  • the pipe expansion R ratio is closer to 1.0, the contact pressure of the pipe expansion die with respect to the inner surface of the UOE steel pipe increases, so that the pipe expansion die breaks down.
  • the pipe expansion R ratio is limited to about 0.9, and it has been difficult to further improve the roundness of the UOE steel pipe. From such a background, it has been expected to provide a technology capable of manufacturing a steel pipe having a high roundness without damaging the pipe expansion die.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a steel pipe capable of manufacturing a steel pipe having a high roundness without damaging a pipe expansion die.
  • the method of manufacturing a steel pipe according to the present invention forms a steel sheet into a cylindrical shape by a bending press method in which the steel sheet is squeezed with a punch having an outer peripheral surface having an arc-shaped cross section at the tip so that the widthwise ends of the steel sheet face each other.
  • Forming process, welding process in which the widthwise ends of steel plates are butted and welded, and a plurality of tube expansion dies having an outer peripheral surface having an arc-shaped cross section are expanded from the inside of the steel pipe using a tube expander arranged in the circumferential direction.
  • a ratio of the radius of curvature of the outer peripheral surface of the punch tip to the target radius of the inner surface of the steel pipe and the ratio of the radius of curvature of the outer peripheral surface of the expansion die to the target radius of the inner surface of the steel pipe The punch R ratio is less than 1, and the tube expansion R ratio and the punch R ratio satisfy the following formula (1).
  • the method for manufacturing a steel pipe according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the pipe expansion R ratio is in a range of 0.94 or more and less than 1.0.
  • a steel pipe having a high roundness can be manufactured without breaking the pipe expansion die.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a flow of a forming process of a bending press method in a method for manufacturing a steel pipe according to an embodiment of the present invention.
  • Drawing 2 is a mimetic diagram showing the composition of the pipe expander used in the manufacturing method of the steel pipe which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a cross section of a steel pipe.
  • FIG. 4 is a view showing an outer diameter and an inner diameter of a steel pipe after the steel pipe formed by the bending press method is expanded with a pipe expansion R ratio of 0.903.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outer diameter and an inner diameter of a steel pipe after the steel pipe formed by the bending press type forming process is expanded with a pipe expansion R ratio of 0.986.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the pipe expansion R ratio and the punch R ratio and the roundness of the steel pipe.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the pipe expansion R ratio and the punch R ratio and
  • the inventors of the present invention adopt a molding process of a bending press system (also referred to as a press bend system) instead of U-shaped or O-shaped press molding (hereinafter referred to as UO process).
  • UO process U-shaped or O-shaped press molding
  • the sheet width direction of the steel plate that is the material is divided into a large number of places to perform press forming, so even if there are fine irregularities as a whole in the circumferential direction when formed into a tube shape, The undeformed portion does not continue for a long time.
  • the U-shaped and O-shaped moldings are each performed once, so depending on the press conditions, the undeformed portion may be in the circumferential direction when molded into a tube shape. May last long. If there is an undeformed portion in the circumferential direction, a very large load is applied to the tube-expanding die that pushes the undeformed portion during tube expansion.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a flow of a forming process of a bending press method in a method for manufacturing a steel pipe according to an embodiment of the present invention.
  • the arrows in FIG. 1 indicate the movement of the steel plate S and the punch 2.
  • the steel sheet S when the steel sheet S is formed into a cylindrical shape by a bending press method, the outer surface of the steel sheet S on two linear dies 1a and 1b arranged in parallel with a certain space therebetween.
  • the operation of reducing the position of the inner surface side of the steel sheet S corresponding to the space between the dies 1a and 1b with the punch 2 while the side is supported is repeatedly executed from the both ends in the width direction of the steel sheet S toward the center in the width direction. Thereby, the steel plate S can be formed into a cylindrical shape.
  • FIG.2 is a mimetic diagram showing the composition of the pipe expander used in the manufacturing method of the steel pipe which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross section of a steel pipe.
  • the configuration of the pipe expander used in the present invention is not limited to the configuration shown in FIGS.
  • the pipe expander 11 used in the method for manufacturing a steel pipe according to an embodiment of the present invention is provided with a shaft-like boom 12 whose tip is inserted from one end of the steel pipe P, and a tip of the boom 12. And a pipe expanding head 14 for expanding the steel pipe P when the diameter is increased in the direction perpendicular to the axis.
  • the tube expansion head 14 includes a tapered outer peripheral surface 15 and a tube expansion die 16.
  • the taper outer peripheral surface 15 is provided at the distal end of the boom 12 and is reduced in diameter from the distal end side of the boom 12 toward the proximal end side.
  • the tube expansion die 16 is in sliding contact with the taper outer peripheral surface 15 and has a taper inner peripheral surface 16a having a diameter reduced from the distal end side to the base end side of the boom 12, a die outer peripheral surface 16b facing the inner peripheral surface of the steel pipe P, It has. As shown in FIG. 3, a plurality of tube expansion dies 16 are arranged along the circumferential direction of the tapered outer peripheral surface 15.
  • the tube expansion die 16 When expanding the steel pipe P using the tube expander 11 having such a configuration, first, the tube expansion die 16 is set to the tube expansion start position, and the boom 12 is moved backward from the tube expansion start position. Thereby, each of the pipe expansion dies 16 slidably contacting the tapered outer peripheral surface 15 by the wedge action is displaced in the radial direction, and the steel pipe P is expanded. And the unevenness
  • the boom 12 is advanced to the tube expansion start position, and the tube expansion die 16 is returned to the inner side in the axial vertical direction by a release mechanism (not shown), and then an amount corresponding to the pitch (length in the axial direction) of the tube expansion die 16.
  • the boom 12 is further advanced.
  • the tube expansion die 16 is set to a new tube expansion position, the above operation is repeated. Thereby, the pipe expansion of the steel pipe P can be performed over the entire length by the pitch of the pipe expansion die 16.
  • Example ⁇ 4 and 5 show the outer diameter (solid line) and the inner diameter (broken line) of the steel pipe P after expanding the steel pipe P formed by the bending press type forming process with the pipe expansion R ratio being 0.903 and 0.986, respectively.
  • FIG. 4 and 5 show the deviation of the radius from the radius average value at each point of the steel pipe P enlarged at a common magnification.
  • FIG. 6 and 7 are diagrams showing the relationship between the pipe expansion R ratio and the punch R ratio and the roundness of the steel pipe.
  • the punch R ratio means the ratio of the curvature radius RP1 of the outer peripheral surface of the punch tip to the target radius R0 of the inner surface of the steel pipe P.
  • the range of the value of the tube expansion die R ratio may be further within a range of 0.94 or more and less than 1.
  • the steel pipe is formed by the forming process of the bending press method, the pipe expansion R ratio and the punch R ratio are both less than 1, and the pipe expansion R ratio and the punch R ratio satisfy the above formula (1).
  • the roundness of the steel pipe can be improved without breaking the expansion dice by performing the forming process and the expansion process of the bending press method.
  • a steel pipe having a high roundness can be produced without breaking the pipe expansion die.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Abstract

鋼管（Ｐ）の製造方法は、鋼板（Ｓ）の幅方向端部同士が対向するように先端部に断面円弧状の外周面を有するパンチ（２）で鋼板を圧下するベンディングプレス方式で鋼板を円筒形状に成形する成形工程と、鋼板の幅方向端部同士を突き合わせて溶接する溶接工程と、断面円弧状の外周面を有する複数の拡管ダイス（１６）が円周方向に配置された拡管機（１１）を用いて鋼管の内側から拡管する拡管工程と、を含み、鋼管の内面の目標半径に対する拡管ダイスの外周面の曲率半径の比である拡管Ｒ比及び鋼管の内面の目標半径に対するパンチ先端部の外周面の曲率半径の比であるパンチＲ比が共に１未満であり、拡管Ｒ比及びパンチＲ比が所定の条件式を満足する。これにより、拡管ダイスを割損させることなく真円度が高い鋼管を製造することができる。

Description

鋼管の製造方法
　本発明は、断面円弧状の外周面を有する複数の拡管ダイスが円周方向に配置された拡管機を用いて鋼管を内側から拡管する拡管工程を含む鋼管の製造方法に関する。
　一般に、油井管用やラインパイプ用等のＵＯＥ鋼管の製造工程は、素材となる厚鋼板の幅方向端部に開先加工を施す工程、Ｃ字状のプレス機を用いて厚鋼板の幅方向端部の端曲げを行った後、Ｕ字状及びＯ字状のプレス機を用いて厚鋼板の幅方向端部同士が対向するように厚鋼板を円筒形状に成形する成形工程と、円筒形状の厚鋼板を拘束し、対向する厚鋼板の幅方向端部同士を突き合わせて仮付溶接する仮付溶接工程と、サブマージアーク溶接法によって厚鋼板の突き合わせ部の内外面にシーム溶接を施す本溶接工程と、断面円弧状の外周面を有する複数の拡管ダイスが円周方向に配置された拡管機を用いて鋼管の内側から拡管することによって鋼管を所定の真円度、真直度、及び外径寸法に成形する拡管工程と、を含んでいる。
　また、油井管用やラインパイプ用等の溶接鋼管の製造方法では、厚鋼板の幅方向端部同士が対向するように厚鋼板を円筒形状に成形する成形工程として、Ｕ字状及びＯ字状のプレス機を用いてＵ成形及びＯ成形を実施する方法ではなく、一定のスペースを隔てて平行に配置された２本の直線状のダイの上に載置された厚鋼板をパンチで圧下するベンディングプレス法もしばしば用いられる。ベンディングプレス法を用いた場合は、Ｕ成形やＯ成形を実施する場合に比べ、プレスの回数は増えるものの、より小さな圧下力で済む。このため、ベンディングプレス法は特に厚物材や高強度材の鋼管を製造する場合に適している。
　油井管用やラインパイプ用のＵＯＥ鋼管は、敷設場所においてＵＯＥ鋼管の管端同士を円周溶接によって接合することにより使用される。このため、ＵＯＥ鋼管の真円度が低い場合、円周溶接の際にＵＯＥ鋼管の管端同士を突き合わせて接合することができない。また、ＵＯＥ鋼管の真円度が低い場合には、ＵＯＥ鋼管が深海等の高圧雰囲気下に敷設された際、鋼管が圧力によって変形しやすくなる。このような背景から、拡管工程においてＵＯＥ鋼管の真円度を向上させる技術が提案されている（特許文献１乃至４参照）。
特開２０１０－１６７４４０号公報 特開平０３－０９４９３６号公報 特開昭５９－１８３９４３号公報 特開昭６１－１４７９３０号公報
　ＵＯＥ鋼管の真円度を向上させるためには、ＵＯＥ鋼管の内面の目標半径Ｒ０に対する拡管ダイスの外周面の曲率半径Ｒ１の比（以下、拡管Ｒ比と表記）が１．０に近いことが望ましい。しかしながら、拡管Ｒ比が１．０に近いほど、ＵＯＥ鋼管の内面に対する拡管ダイスの接触圧力が大きくなるために、拡管ダイスが割損してしまう。このため、従来の拡管工程では、拡管Ｒ比は０．９程度に制限され、ＵＯＥ鋼管の真円度をさらに向上させることが困難であった。このような背景から、拡管ダイスを割損させることなく真円度が高い鋼管を製造可能な技術の提供が期待されていた。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、拡管ダイスを割損させることなく真円度が高い鋼管を製造可能な鋼管の製造方法を提供することにある。
　本発明に係る鋼管の製造方法は、鋼板の幅方向端部同士が対向するように先端部に断面円弧状の外周面を有するパンチで鋼板を圧下するベンディングプレス方式で鋼板を円筒形状に成形する成形工程と、鋼板の幅方向端部同士を突き合わせて溶接する溶接工程と、断面円弧状の外周面を有する複数の拡管ダイスが円周方向に配置された拡管機を用いて鋼管の内側から拡管する拡管工程と、を含み、前記鋼管の内面の目標半径に対する拡管ダイスの外周面の曲率半径の比である拡管Ｒ比及び鋼管の内面の目標半径に対するパンチ先端部の外周面の曲率半径の比であるパンチＲ比は共に１未満であり、拡管Ｒ比及びパンチＲ比が以下の数式（１）を満足することを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　本発明に係る鋼管の製造方法は、上記発明において、前記拡管Ｒ比が０．９４以上１．０未満の範囲内にあることを特徴とする。
　本発明に係る鋼管の製造方法によれば、拡管ダイスを割損させることなく真円度が高い鋼管を製造することができる。
図１は、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法におけるベンディングプレス方式の成形工程の流れを示す概念図である。 図２は、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法において用いられる拡管機の構成を示す模式図である。 図３は、鋼管の断面を示す模式図である。 図４は、拡管Ｒ比を０．９０３としてベンディングプレス方式の成形工程によって成形された鋼管を拡管した後の鋼管の外径及び内径を示す図である。 図５は、拡管Ｒ比を０．９８６としてベンディングプレス方式の成形工程によって成形された鋼管を拡管した後の鋼管の外径及び内径を示す図である。 図６は、拡管Ｒ比及びパンチＲ比と鋼管の真円度との関係を示す図である。 図７は、拡管Ｒ比及びパンチＲ比と鋼管の真円度との関係を示す図である。
　本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねてきた結果、Ｕ字状やＯ字状のプレス成形（以下、ＵＯプロセス）に代えてベンディングプレス方式（プレスベンド方式ともいう）の成形工程を採用した場合、シーム溶接後の鋼管の形状がＵＯプロセスを行った場合と比べて良好である。このため、ＵＯプロセスを行った場合と比較して、拡管Ｒ比を大きくしても拡管ダイスが割損しないことを知見した。これは、次のような機構によるものと考えられる。ベンディングプレス方式の成形工程では、素材である鋼板の板幅方向を多数箇所に分割してプレス成形を行うため、管形状に成形された場合の周方向について、全体として細かい凹凸があっても、未変形部が長く連続することはない。これに対して、ＵＯプロセスの場合には、Ｕ字状及びＯ字状の成形がそれぞれ１回で行われるため、プレス条件によっては、管形状に成形された場合の周方向に未変形部が長く続くことがある。周方向に未変形部があると、拡管時にその未変形部を押す拡管ダイスには非常に大きな負荷が加わるため、割損しやすい。この現象は、拡管時により大きな面積で拡管ダイスの外周面が鋼管内面に接触する、拡管Ｒ比が大きく１に近いほど顕著となる。しかしながら、ベンディングプレス方式で成形された鋼管の場合には、周方向に未変形部が長く続くことがないため、ＵＯプロセスの場合に比べ、拡管Ｒ比が大きくても、拡管ダイスが割損することなく拡管作業を実施することができると考えられる。以下、図面を参照して、上記の知見に基づいて想到された本発明の一実施形態である鋼管の製造方法について説明する。
〔ベンディングプレス方式の成形工程〕
　始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法におけるベンディングプレス方式の成形工程の流れについて説明する。図１は、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法におけるベンディングプレス方式の成形工程の流れを示す概念図である。図１における矢印は、鋼板Ｓやパンチ２の動きを示す。
　図１に示すように、ベンディングプレス方式により鋼板Ｓを円筒形状に成形する際には、一定のスペースを隔てて平行に配置された２本の直線状のダイ１ａ，１ｂ上で鋼板Ｓの外面側を支持しつつ、ダイ１ａ，１ｂ間のスペースに対応する鋼板Ｓの内面側の位置をパンチ２で圧下する動作を鋼板Ｓの幅方向両端部から幅方向中心部に向かって繰り返し実行する。これにより、鋼板Ｓを円筒形状に成形することができる。
〔拡管機の構成〕
　次に、図２，３を参照して、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法において用いられる拡管機の構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法において用いられる拡管機の構成を示す模式図である。図３は、鋼管の断面を示す模式図である。但し、本発明において用いられる拡管機の構成は、図１，２に示す構成に限定されることはない。
　図２に示すように、本発明の一実施形態である鋼管の製造方法において用いられる拡管機１１は、先端が鋼管Ｐの一端から挿入される軸状のブーム１２と、ブーム１２の先端に設けられ、軸直角方向に拡径する時に鋼管Ｐを拡管する拡管ヘッド１４と、を備えている。拡管ヘッド１４は、テーパ外周面１５と、拡管ダイス１６と、を備えている。
　テーパ外周面１５は、ブーム１２の先端に設けられ、ブーム１２の先端側から基端側に向けて縮径している。拡管ダイス１６は、テーパ外周面１５に摺接し、ブーム１２の先端側から基端側に向けて縮径したテーパ内周面１６ａと、鋼管Ｐの内周面に対向するダイス外周面１６ｂと、を備えている。図３に示すように、拡管ダイス１６は、テーパ外周面１５の周方向に沿って複数配設されている。
　このような構成を有する拡管機１１を用いて鋼管Ｐを拡管する際には、始めに、拡管ダイス１６を拡管開始位置に合わせ、ブーム１２を拡管開始位置から後退させる。これにより、楔作用によってテーパ外周面１５に摺接した拡管ダイス１６のそれぞれが放射方向に変位し、鋼管Ｐが拡管される。そして、鋼管Ｐの断面形状の凹凸が小さくなり、鋼管Ｐの断面形状は真円形状に近くなる。
　次に、ブーム１２を拡管開始位置まで前進させ、図示しないリリース機構によって拡管ダイス１６を軸垂直方向の内側に復帰させてから、拡管ダイス１６のピッチ（軸方向の長さ）に応じた量だけブーム１２を更に前進させる。そして、拡管ダイス１６を新たな拡管位置に合わせてから上記の動作を繰り返し行う。これにより、拡管ダイス１６のピッチ分ずつ鋼管Ｐの拡管をその全長に渡って行うことができる。
〔実施例〕
　図４，図５はそれぞれ、拡管Ｒ比を０．９０３及び０．９８６としてベンディングプレス方式の成形工程によって成形された鋼管Ｐを拡管した後の鋼管Ｐの外径（実線）及び内径（破線）を示す図である。なお、図４，５は、鋼管Ｐの各点における半径の半径平均値からの偏差を共通の倍率で拡大して示したものである。
　図４，５に示すように、ベンディングプレス方式の成形工程によって成形された鋼管Ｐでは、拡管Ｒ比を０．９０３から０．９８６へと大きくすることによって、外径と内径との差が小さくなり、真円度が向上した。また、拡管Ｒ比を大きくしても拡管ダイスの割損は確認されなかった。
　図６，図７は、拡管Ｒ比及びパンチＲ比と鋼管の真円度との関係を示す図である。パンチＲ比とは、鋼管Ｐの内面の目標半径Ｒ０に対するパンチ先端部の外周面の曲率半径ＲＰ１の比を意味する。図６に示すように、拡管Ｒ比及びパンチＲ比が共に１未満であり、且つ、拡管Ｒ比及びパンチＲ比が以下に示す数式（１）を満足する場合、真円度が高い鋼管Ｐが得られることが確認できた。なお、図６中の直線Ｌ１は、関係式：拡管Ｒ比＝－０．３×パンチＲ比＋１．１８により表される直線である。また、図７に示すように、拡管ダイスＲ比の値の範囲をさらに０．９４以上１未満の範囲内としてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　以上のことから、ベンディングプレス方式の成形工程によって鋼管を成形すると共に、拡管Ｒ比及びパンチＲ比が共に１未満になり、且つ、拡管Ｒ比及びパンチＲ比が上述の数式（１）を満足するようにベンディングプレス方式の成形工程及び拡管工程を行うことによって、拡管ダイスを割損させることなく鋼管の真円度を向上できることが確認された。
　以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
　本発明によれば、拡管ダイスを割損させることなく真円度が高い鋼管を製造することができる。
　１ａ，１ｂ　ダイ
　２　パンチ
　１１　拡管機
　１２　ブーム
　１４　拡管ヘッド
　１５　テーパ外周面
　１６　拡管ダイス
　１６ａ　テーパ内周面
　１６ｂ　ダイス外周面
　Ｐ　鋼管
　Ｓ　鋼板

Claims (2)

  1. 　鋼板の幅方向端部同士が対向するように先端部に断面円弧状の外周面を有するパンチで鋼板を圧下するベンディングプレス方式で鋼板を円筒形状に成形する成形工程と、
    　鋼板の幅方向端部同士を突き合わせて溶接する溶接工程と、
    　断面円弧状の外周面を有する複数の拡管ダイスが円周方向に配置された拡管機を用いて鋼管の内側から拡管する拡管工程と、
    　を含み、
    　前記鋼管の内面の目標半径に対する拡管ダイスの外周面の曲率半径の比である拡管Ｒ比及び鋼管の内面の目標半径に対するパンチ先端部の外周面の曲率半径の比であるパンチＲ比が共に１未満であり、拡管Ｒ比及びパンチＲ比が以下の数式（１）を満足する
    　ことを特徴とする鋼管の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  2. 　前記拡管Ｒ比がさらに０．９４以上１．０未満の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の製造方法。
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