WO2015166732A1 - 鋼管矢板の製造方法 - Google Patents

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shot peening
sheet pile
spiral
spiral steel
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PCT/JP2015/057708
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祐次 小林
崇志 近藤
勇将 山内
征 外山
Original Assignee
新東工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/12—Making tubes or metal hoses with helically arranged seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/028—Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/235—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/02—Sheet piles or sheet pile bulkheads
    • E02D5/03—Prefabricated parts, e.g. composite sheet piles
    • E02D5/04—Prefabricated parts, e.g. composite sheet piles made of steel
    • E02D5/08—Locking forms; Edge joints; Pile crossings; Branch pieces

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a steel pipe sheet pile.
  • Patent Document 1 describes a spiral steel pipe formed by bending a strip-shaped steel plate into a spiral shape and welding the edges in the width direction of adjacent steel plates.
  • Patent Document 2 describes a steel pipe sheet pile in which a joint is attached to a steel pipe body by welding.
  • spiral steel pipe Since the spiral steel pipe is manufactured from a strip-shaped steel plate, residual stress is generated inside the spiral steel pipe. Furthermore, when the joint is welded to the spiral steel pipe, the spiral steel pipe is heated by the welding heat, and when it is naturally cooled thereafter, the spiral steel pipe undergoes thermal shrinkage. Thus, when a spiral steel pipe is employ
  • a method of manufacturing a steel pipe sheet pile includes a steel pipe formed by attaching a joint to a spiral steel pipe obtained by bending a strip-shaped steel sheet into a spiral shape and welding adjacent edges in the width direction of the steel sheet. It is a manufacturing method of a sheet pile.
  • This manufacturing method includes a shot peening process and a joint mounting process. In the shot peening process, shot peening is performed on the spiral steel pipe. In the joint attachment process, the joint is welded and attached to the spiral steel pipe after the shot peening process.
  • this steel pipe sheet pile manufacturing method shot peening is performed before attaching the joint to the spiral steel pipe.
  • shot peening treatment compressive stress is applied to the spiral steel pipe, so that the tensile stress of the spiral steel pipe itself is canceled and reduced, and stress that counteracts thermal shrinkage due to welding when attaching the joint is applied in advance. I can leave.
  • transformation of a spiral steel pipe can be suppressed.
  • the manufacturing method of the steel pipe sheet pile mentioned above is the pipe axial direction before the shot peening process or after the shot peening process and before the joint mounting process.
  • the method may further include an evaluation step of cutting along the line and measuring a dimensional change at the cut portion. In this case, the effect of the shot peening process can be evaluated, and the conditions of the shot peening process can be optimized using the evaluation result.
  • shot peening in which the arc height value is in the range of 0.335 mmA to 0.523 mmA may be performed.
  • shot peening may be performed in which the projection speed of the projection material is in the range of 50 m / s to 73 m / s and the coverage is in the range of 100% to 300%.
  • the method for manufacturing a steel pipe sheet pile described above is after the shot peening process, and at least one of before and after the joint attachment process, to engage the end part of the spiral steel pipe with the end part of the spiral steel pipe of another steel pipe sheet pile. You may further provide the joint part formation process which forms this joint part. Thus, even if it is a case where the joint part which connects the edge parts of a spiral steel pipe is formed, a deformation
  • a method for manufacturing a steel pipe sheet pile that can suppress deformation of the spiral steel pipe when the steel pipe sheet pile is manufactured using the spiral steel pipe.
  • the steel pipe sheet pile manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment is used for, for example, revetment work, landfill work, or bank work.
  • the steel pipe sheet pile may be used for a water-impervious revetment structure in a disposal site where waste is landfilled.
  • FIG. 1 is a perspective view of a steel pipe sheet pile 1.
  • FIG. 2 is a plan view of the steel pipe sheet pile 1.
  • the steel pipe sheet pile 1 includes a spiral steel pipe 2 that is a steel pipe main body, and tubular joints 10 and 11 that are attached to the outer peripheral surface of the spiral steel pipe 2.
  • the spiral steel pipe 2 is a steel pipe and is formed by processing a strip-shaped steel plate as in the manufacturing method described later.
  • the diameter of the spiral steel pipe is, for example, about 400 to 1500 mm.
  • the strip-shaped steel plate is bent spirally around the tube axis (center axis) M1, and the edges 2a in the width direction of adjacent steel plates are welded to each other. Since the spiral steel pipe 2 is formed through bending, forming, welding, and the like, tensile stress is generated in the entire spiral steel pipe 2.
  • the joints 10 and 11 function as an engaging portion that connects adjacent steel pipe sheet piles 1 when the steel pipe sheet piles 1 are arranged adjacent to each other.
  • the joint 11 is attached to a position substantially half a circumference along the outer peripheral surface of the spiral steel pipe 2 from the attachment position of the spiral steel pipe 2 of the joint 10.
  • the number of joints and the attachment positions are not limited to the numbers and positions shown in FIGS. 1 and 2, and an appropriate number can be attached at an appropriate position.
  • only one joint 10 may be attached to the spiral steel pipe 2 as in a steel pipe sheet pile 1A shown in FIG.
  • the joint ⁇ is formed so that the angle ⁇ formed by the straight lines connecting the attachment positions of the two joints 10 and 11 and the steel pipe center is 90 ° to 180 °.
  • the attachment positions 10 and 11 may be set.
  • three joints 10 to 12 may be attached to the spiral steel pipe 2 as in a steel pipe sheet pile 1C shown in FIG. 3C, or four steel pipe sheet piles 1D shown in FIG.
  • Two joints 10 to 13 may be attached to the spiral steel pipe 2.
  • the joints 10 and 11 are attached by welding. In the joints 10 and 11, notches 10 a and 11 a are formed so that the adjacent steel pipe sheet piles 1 can be engaged with each other when they are connected.
  • connection state of the steel pipe sheet pile 1 will be described.
  • a plurality of steel pipe sheet piles 1 are connected and used.
  • the number of steel pipe sheet piles 1 to be combined is adjusted according to the height and width required for the enclosure wall.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which ends in the pipe axis direction of the steel pipe sheet pile 1 are connected to each other.
  • FIG. 4 as an example, three steel pipe sheet piles 1 are connected in the pipe axis direction.
  • the end of the steel pipe sheet pile 1 shown in FIG. 1 is connected to the end of another steel pipe sheet pile 1.
  • the connection location 15 is joined by welding, for example, and the connection joint 14 is provided.
  • the connection method to a pipe-axis direction is not restricted to welding. For example, you may connect by making the mechanical couplings (joint part) formed in the edge part of the steel pipe sheet pile 1 engage. The kind etc.
  • an internal thread part may be formed in the end part of one steel pipe sheet pile 1
  • an external thread part may be formed in the end part of the other steel pipe sheet pile 1 and both may be connected by screwing together. Or both may be connected by fitting.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which the steel pipe sheet pile 1 is connected in the horizontal direction.
  • (A) of FIG. 5 the horizontal connection of the steel pipe sheet pile 1 shown in FIGS. That is, when the joints 10 and 11 of the adjacent steel pipe sheet piles 1 are engaged, the steel pipe sheet piles 1 are connected in the horizontal direction.
  • the joints 10 and 11 are not limited to the steel pipes shown in FIGS. 1 to 3, and combinations of various shapes can be employed.
  • a steel pipe sheet pile 1E shown in FIG. 5B may be a combination of a steel pipe and a T-shaped steel, or a steel pipe sheet pile 1F shown in FIG. A combination with a T-shaped steel may be used.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a method for manufacturing the steel pipe sheet pile 1.
  • the manufacturing process (S100 to S104) of the spiral steel pipe 2, the shot peening process (S106), and the joint mounting process (S108) will be described as a series of processes in one factory. May be carried out in different factories.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the molding process.
  • a coil 3 around which a strip-shaped steel plate is wound is prepared, and a pinch roll (not shown) feeds the steel plate from the coil 3.
  • the leveler 4 removes the curl of the steel plate, and the side trimmer 50 trims the steel plate, thereby setting the width of the steel plate to a predetermined width.
  • the forming device 60 bends the steel plate in a spiral manner around the central axis.
  • the process proceeds to the welding process (S102).
  • the edges 2a in the width direction of adjacent steel plates are welded.
  • the process proceeds to a cutting process of cutting the steel pipe into a predetermined length (S104).
  • step S104 when a continuously formed and welded steel pipe has a predetermined length, an automatic traveling cutting machine (not shown) cuts the steel pipe. Thereby, the spiral steel pipe 2 by which the adjacent steel plate was connected by welding is manufactured.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the shot peening process.
  • the spiral steel pipe 2 is placed on the carriage 16 and conveyed to the shot peening facility 20.
  • a roller for rotating the spiral steel pipe 2 around the pipe axis M1 is provided.
  • a projection unit 6 that projects a projection material toward the spiral steel pipe 2 is disposed.
  • an impeller that projects a projection material by rotation is used as the projection unit 6.
  • the spiral steel pipe 2 conveyed to the shot peening facility 20 by the carriage 16 is projected by the projection unit 6 while being rotated about the pipe axis M1. Thereby, the shot peening process is performed on the entire outer peripheral surface of the spiral steel pipe 2.
  • the projection material is projected from the projection unit 6 toward the outer peripheral surface of the spiral steel pipe 2 under predetermined shot peening conditions.
  • An appropriate value can be set as the processing condition of shot peening.
  • the arc height value may be set in a range of 0.335 mmA to 0.523 mmA.
  • the arc height value is an index of shot peening strength and is a magnitude of warpage of a test plate (almen strip).
  • the arc height value indicates the magnitude of bending deformation in a predetermined length of the test plate, which is caused by shot peening one side of the test plate for obtaining the arc height value.
  • the projection speed of the projection material may be set within a range of 50 m / s to 73 m / s.
  • the coverage may be set in the range of 100% to 300%.
  • the coverage is an index of the processing time of the shot peening process, and represents the ratio between the indentation area and the total area of the workpiece in the shot peening as a percentage. That is, the coverage indicates the ratio of the area where the projection mark is generated by the shot peening process to the total surface area to be measured.
  • a compressive stress is applied to the spiral steel pipe 2 by the shot peening process.
  • the shot peening process is performed on the entire outer peripheral surface of the spiral steel pipe 2, the shot peening process ends.
  • the process of S106 is completed, the process proceeds to the joint mounting process (S108).
  • the deformation of the spiral steel pipe 2 can be easily suppressed as compared with other methods.
  • the following method can be considered as another method performed in order to suppress the deformation of the spiral steel pipe 2. For example, there is a method of mechanically applying reverse strain according to the residual stress after first evaluating the degree of residual stress of the spiral steel pipe 2.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a process for evaluating the residual stress of the spiral steel pipe 2.
  • the spiral steel pipe 2 is cut along the pipe axis direction (position Y in the figure). Or you may cut
  • the length D of the gap at the cut portion is measured.
  • the length D is also referred to as the “open” size.
  • the length D increases as the tensile stress F1 increases, and conversely decreases as the compressive stress F2 increases. For this reason, it is possible to grasp how much tensile stress is generated by measuring the length D. After that, as shown in FIG.
  • the hydraulic jack 17 is disposed in the spiral steel pipe 2, and a force corresponding to the tensile stress evaluated in the evaluation process is applied from the inside to deform the spiral steel pipe 2. .
  • the couplings 10 and 11 are welded (welding location P).
  • the hydraulic jack 17 is removed.
  • the perfect circle straightening process which further gives force to the spiral steel pipe 2 from the outside is performed. Thereby, the steel pipe sheet pile near a perfect circle is formed by the internal stress and thermal contraction of the spiral steel pipe 2.
  • an evaluation step of measuring a dimensional change of the length D after the cutting step of S104 shown in FIG. 6 and before the shot peening step of S106 may be further provided. For example, it may be determined whether or not the dimensional change is equal to or greater than a predetermined reference value. If the dimensional change is equal to or greater than the predetermined reference value, the processing conditions may be changed so that the intensity of shot peening increases. Or you may further provide the evaluation process which measures the dimensional change of the length D after the shot peening process of S106 shown in FIG. 6, and before the joint attachment process of S108. Thus, by evaluating the effect of the shot peening process, it is possible to optimize the condition of the shot peening process using the evaluation result.
  • the end of the spiral steel pipe 2 of the other steel pipe sheet pile 1 is connected to the end of the spiral steel pipe 2.
  • the spiral steel pipe 2 was manufactured by the manufacturing method of FIG. 6, and specimens 1 to 6 were prepared.
  • the diameter of the spiral steel pipe 2 used for the test is 800 mm.
  • shot peening equipment shown in FIG. 12 was used.
  • the spiral steel pipe 2 is attached to the jig 5.
  • the jig 5 is composed of a frame and has a stage 5a on which the spiral steel pipe 2 is placed.
  • the jig 5 is configured to be rotatable in a horizontal plane around the rotation axis M3.
  • a projection unit 6 that projects the projection material toward the spiral steel pipe 2 is disposed.
  • the projection unit 6 includes a plurality of impellers 6a and 6b.
  • the projection material is projected from the projection unit 6 toward the outer peripheral surface of the spiral steel pipe 2 under predetermined shot peening conditions. That is, the jig 5 and the projection unit 6 are operated so that the projection material collides with the outer peripheral surface.
  • test bodies 1 to 6 were subjected to shot peening treatment to obtain test bodies 1 to 6.
  • a steel material (SB10) manufactured by Shinto Kogyo was used as the projection material.
  • the shot peening process conditions were changed for each of the test bodies 1 to 6.
  • the changed processing conditions are a projection speed (m / s), a coverage (%), and an arc height value (mmA).
  • the treatment conditions for test bodies 1 to 6 are shown in Table 1 below.
  • the test body 7 is a comparative example. That is, the test body 7 is a test body that has not been subjected to shot peening.
  • Test 1 Opening measurement and stress measurement
  • the residual stresses were measured. Then, it cut
  • the residual stress was calculated by measuring the metal lattice spacing using X-rays. The results are shown in Table 2.
  • FIG. 13 is a measurement result of the opening (distance D) in the example and the comparative example.
  • FIG. 14 shows the measurement results of residual stress in Examples and Comparative Examples.
  • the distance D was 164 mm to 184 mm, and the average value of the distance D was 171 mm.
  • the test body 7 as a comparative example has a distance D of 210 mm. As described above, it was confirmed that the distance D is reduced by performing the shot peening process. That is, it was confirmed that the deformation of the spiral steel pipe is suppressed by adopting the processing method of the present embodiment.
  • the residual stress values were ⁇ 300 MPa to ⁇ 225 MPa, and the average value of the residual stress values was ⁇ 274 MPa.
  • the specimen 7 as a comparative example has a residual stress value of 138 MPa.
  • the spiral steel pipe 2 was manufactured by the manufacturing method of FIG. 6, and specimens 8 to 10 were prepared.
  • shot peening equipment shown in FIG. 12 was used. That is, using the above shot peening equipment, the test piece 8 to 10 was made by subjecting the spiral steel pipe 2 to shot peening treatment before the joint mounting step.
  • the projection speed (m / s) was 73 m / s.
  • the coverage (%) was 300%.
  • the shot peening processing conditions were changed for each of the test bodies 8 to 10.
  • the changed processing condition is a projection material. Table 3 below shows the processing conditions of the test bodies 8 to 10.
  • SB17 has an average particle size of 1.7 mm (equivalent to S170 of JIS (Japanese Industrial Standard) G5903)
  • SB10 has an average particle size of 1.0 mm (equivalent to S100 of JIS G5903)
  • SB6 has an average particle size of 0.00. 6 mm (equivalent to S70 of JIS G5903).
  • the test body 11 is a comparative example. That is, the test body 11 is a test body that has not been subjected to shot peening.
  • Test 2 Opening measurement and stress measurement
  • the residual stresses were measured.
  • the residual stress was measured without performing the shot peening treatment.
  • the residual stress was calculated by measuring the metal lattice spacing using X-rays. The results are shown in Table 4.
  • FIG. 15 is a measurement result of the opening (distance D) in the example and the comparative example.
  • FIG. 16 shows the measurement results of residual stress in the examples and comparative examples.
  • the distance D was 107 mm to 1184 mm, and the average value of the distance D was 152 mm.
  • the test body 11 as a comparative example has a distance D of 219 mm.
  • the residual stress value was ⁇ 312 MPa to ⁇ 269 MPa, and the average value of the residual stress value was ⁇ 288 MPa.
  • the specimen 11 as a comparative example had a residual stress value of ⁇ 54 MPa.

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Abstract

　鋼管矢板の製造方法は、帯状の鋼板が螺旋状に曲げ加工され、隣接する鋼板の幅方向の縁同士が溶接されてなるスパイラル鋼管に、継手を取り付けてなる鋼管矢板の製造方法であって、スパイラル鋼管にショットピーニングを行うショットピーニング工程と、ショットピーニング工程後に、継手をスパイラル鋼管に溶接して取り付ける継手取付工程と、を備える。

Description

鋼管矢板の製造方法
　本発明は、鋼管矢板の製造方法に関する。
　特許文献１には、帯状の鋼板が螺旋状に曲げ加工され、隣接する鋼板の幅方向の縁同士が溶接されてなるスパイラル鋼管が記載されている。特許文献２には、継手が鋼管本体に溶接により取り付けられた鋼管矢板が記載されている。
特許第５２６８７２８号公報 特開２０１２－１８０６８０号公報
　ところで、特許文献１記載のスパイラル鋼管を用いて特許文献２記載の鋼管矢板を製造することが考えられる。しかしながら、スパイラル鋼管を用いて鋼管矢板を製造する場合には、スパイラル鋼管が変形するおそれがある。
　以下、スパイラル鋼管の変形について概説する。スパイラル鋼管は、帯状の鋼板から製造されるので、スパイラル鋼管の内部に残留応力が発生している。さらに、継手をスパイラル鋼管に溶接する際には、溶接熱によってスパイラル鋼管が加熱され、その後に自然冷却される際、スパイラル鋼管に熱収縮が生じる。このように、スパイラル鋼管を鋼管矢板の鋼管本体として採用した場合には、スパイラル鋼管そのものが有する残留応力と、溶接に起因する熱収縮とによって、スパイラル鋼管が変形するおそれがある。
　本技術分野では、スパイラル鋼管を用いて鋼管矢板を製造する際に、スパイラル鋼管の変形を抑えることができる鋼管矢板の製造方法が望まれている。
　本発明の一側面に係る鋼管矢板の製造方法は、帯状の鋼板が螺旋状に曲げ加工され、隣接する前記鋼板の幅方向の縁同士が溶接されてなるスパイラル鋼管に、継手を取り付けてなる鋼管矢板の製造方法である。この製造方法は、ショットピーニング工程及び継手取付工程を備える。ショットピーニング工程では、スパイラル鋼管にショットピーニングを行う。継手取付工程では、ショットピーニング工程後に、継手をスパイラル鋼管に溶接して取り付ける。
　この鋼管矢板の製造方法によれば、スパイラル鋼管に継手を取り付ける前に、ショットピーニング処理が施される。このショットピーニング処理によって、圧縮応力がスパイラル鋼管へ付与されるので、スパイラル鋼管そのものが有する引張応力が打ち消されて低減されるとともに、継手を取り付ける際の溶接による熱収縮を打ち消す応力を予め付与させておくことができる。これにより、継手をスパイラル鋼管に溶接により取り付けて鋼管矢板を製造する際に、スパイラル鋼管の変形を抑えることができる。
　ここで、上述した鋼管矢板の製造方法は、ショットピーニング工程の前、又は、ショットピーニング工程の後であって継手取付工程の前に、スパイラル鋼管の全体又は切り離された一部を、管軸方向に沿って切断し、切断箇所の寸法変化を測定する評価工程をさらに備えてもよい。この場合、ショットピーニング処理の効果を評価することができるとともに、評価結果を用いてショットピーニング処理の条件を最適化することが可能となる。
　ショットピーニング工程では、アークハイト値が０．３３５ｍｍＡ～０．５２３ｍｍＡの範囲となるショットピーニングを行ってもよい。また、ショットピーニング工程では、投射材の投射速度が５０ｍ／ｓ～７３ｍ／ｓの範囲、かつ、カバレージが１００％～３００％の範囲となるショットピーニングを行ってもよい。このような範囲となるショットピーニングをすることで、スパイラル鋼管の変形を一層抑制することができる。
　上述した鋼管矢板の製造方法は、ショットピーニング工程の後であって、継手取付工程の前後の少なくとも一方において、スパイラル鋼管の端部に、他の鋼管矢板のスパイラル鋼管の端部と係合するための継手部を形成する継手部形成工程をさらに備えてもよい。このように、スパイラル鋼管の端部同士を連結させる継手部を形成する場合であっても、スパイラル鋼管の変形を抑制することができる。
　以上説明したように、本発明の一側面によれば、スパイラル鋼管を用いて鋼管矢板を製造する際に、スパイラル鋼管の変形を抑えることができる鋼管矢板の製造方法が提供される。
鋼管矢板の一例を示す斜視図である。 図１の鋼管矢板の平面図である。 継手の取り付け例を示す概要図である。 鋼管矢板の管軸方向への連結例を示す概要図である。 鋼管矢板の水平方向への連結例を示す概要図である。 鋼管矢板の製造方法を示すフローチャートである。 スパイラル鋼管の製造工程を説明する概要図である。 ショットピーニング工程を説明する概要図である。 継手の取付工程を説明する概要図である。 評価工程を説明する概要図である。 従来のスパイラル鋼管の矯正作業を説明する概要図である。 実施例におけるショットピーニング処理を説明する概要図である。 実施例及び比較例における開き（距離）の測定結果である。 実施例及び比較例における残留応力の測定結果である。 投射材ごとの開き（距離）の測定結果である。 投射材ごとの残留応力の測定結果である。 開き（距離）のアークハイト依存性を示す測定結果である。
　以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
　本実施形態に係る製造方法により製造された鋼管矢板は、例えば、護岸工事、埋立工事、又は、堤防工事等に用いられる。鋼管矢板は、具体的には、廃棄物を海面埋立処分する処分場の遮水性護岸構造に用いられる場合がある。
　最初に鋼管矢板の構造を説明する。図１は、鋼管矢板１の斜視図である。図２は、鋼管矢板１の平面図である。図１，２に示すように、鋼管矢板１は、鋼管本体であるスパイラル鋼管２と、スパイラル鋼管２の外周面に取り付けられた管状の継手１０，１１とを備えて構成されている。
　スパイラル鋼管２は、鋼製の管であり、後述する製造方法のとおり、帯状の鋼板を加工して形成される。スパイラル鋼管の直径は、例えば４００～１５００ｍｍ程度の大きさである。帯状の鋼板は、管軸（中心軸）Ｍ１を中心として螺旋状に曲げ加工され、隣接する鋼板の幅方向の縁２ａ同士が溶接されている。スパイラル鋼管２は、曲げ加工、形成加工及び溶接加工等を経て形成されるので、スパイラル鋼管２の全体に引張応力が発生している。
　継手１０，１１は、鋼管矢板１が隣接して配置された場合に、隣接する鋼管矢板１同士を連結させる係合部として機能する。ここでは、継手１０のスパイラル鋼管２の取り付け位置から、スパイラル鋼管２の外周面に沿って略半周した位置に継手１１が取り付けられている。なお、継手の数及び取り付け位置は、図１，２に示す数及び位置に限定されるものではなく、適宜の数を適宜の位置に取り付けることができる。例えば、図３の（Ａ）に示す鋼管矢板１Ａのように、１つの継手１０のみをスパイラル鋼管２に取り付けてもよい。あるいは、図３の（Ｂ）に示す鋼管矢板１Ｂのように、２つの継手１０，１１の取り付け位置と鋼管中心とをそれぞれ結ぶ直線の成す角θが９０°～１８０°となるように、継手１０，１１の取り付け位置を設定してもよい。あるいは、図３の（Ｃ）に示す鋼管矢板１Ｃのように、３つの継手１０～１２をスパイラル鋼管２に取り付けてもよいし、図３の（Ｄ）に示す鋼管矢板１Ｄのように、４つの継手１０～１３をスパイラル鋼管２に取り付けてもよい。継手１０，１１の取り付けは、溶接により行われる。継手１０，１１には、隣り合う鋼管矢板１を連結する際に、互いに係合できるように、切り欠き１０ａ，１１ａが形成されている。
　次に、鋼管矢板１の連結状態について説明する。工事現場等において、複数の鋼管矢板１が連結されて利用される。例えば、鋼管矢板１を囲い壁に用いる場合には、囲い壁に必要な高さ及び幅に応じて、組み合わされる鋼管矢板１の数が調整される。
　最初に、鉛直方向に鋼管矢板１を連結する場合を説明する。図４は、鋼管矢板１の管軸方向の端部同士が連結された状態を示す概要図である。図４では、一例として３つの鋼管矢板１が管軸方向に連結されている。図４に示すように、図１に示す鋼管矢板１の端部が、他の鋼管矢板１の端部と連結されている。連結箇所１５は、例えば溶接により接合され、連結継手１４が設けられている。なお、管軸方向への連結方法は溶接に限られるものではない。例えば、鋼管矢板１の端部に形成された機械式継手（継手部）同士を係合させることにより、連結してもよい。機械式継手の種類等は、特に限定されない。例えば、一方の鋼管矢板１の端部に雌ネジ部が形成され、他方の鋼管矢板１の端部に雄ネジ部が形成され、両者が螺合することにより連結されてもよい。あるいは、嵌め合わせによって両者が連結されてもよい。
　次に、水平方向に鋼管矢板１を連結する場合を説明する。図５は、鋼管矢板１が水平方向に連結された状態を示す概要図である。図５の（Ａ）では、図１，２，４に示す鋼管矢板１の水平方向への連結が示されている。すなわち、隣接する鋼管矢板１の継手１０，１１が係合することにより、鋼管矢板１が水平方向へ連結される。なお、継手１０，１１は図１～３に示す鋼管に限定されることはなく、種々の形状の組み合わせを採用することができる。例えば、図５の（Ｂ）に示す鋼管矢板１Ｅのように、鋼管とＴ形鋼との組み合わせであってもよいし、図５の（Ｃ）に示す鋼管矢板１Ｆのように、山形鋼とＴ形鋼との組み合わせであってもよい。
　以下、上記説明した鋼管矢板１の製造方法について説明する。図６は、鋼管矢板１の製造方法を示すフローチャートである。図６では、スパイラル鋼管２の製造工程（Ｓ１００～Ｓ１０４）、ショットピーニング工程（Ｓ１０６）、及び、継手取付工程（Ｓ１０８）を一連の流れとして１つの工場内での処理として説明するが、各工程をそれぞれ別の工場で実施してもよい。
　図６に示すように、最初に成形工程が実施される（Ｓ１００）。図７は、成形工程を説明する概要図である。図７に示すように、成形工程では、帯状の鋼板が巻かれたコイル３が用意され、図示しないピンチロールがコイル３から鋼板を送り出す。その後、レベラー４が鋼板の巻癖を除去し、サイドトリマー５０が鋼板をトリミングすることによって、鋼板の幅を所定の幅とする。その後、成形装置６０が、中心軸を中心として鋼板を螺旋状に曲げ加工する。成形工程が終了すると、溶接工程へ移行する（Ｓ１０２）。
　Ｓ１０２の工程では、隣接する鋼板の幅方向の縁２ａ同士が溶接される。溶接工程が終了すると、鋼管を所定の長さに切断する切断工程へ移行する（Ｓ１０４）。
　Ｓ１０４の工程では、連続的に成形及び溶接された鋼管が所定の長さとなった場合に、図示しない自動走行切断機が鋼管を切断する。これにより、隣接する鋼板が溶接により連結されたスパイラル鋼管２が製造される。
　次に、ショットピーニング工程が実施される（Ｓ１０６）。Ｓ１０６の処理では、Ｓ１０４の処理で切断されたスパイラル鋼管２に対してショットピーニング処理が施される。図８は、ショットピーニング工程を説明する概要図である。図８に示すように、スパイラル鋼管２は、台車１６に載置され、ショットピーニング設備２０へ搬送される。台車１６上には、管軸Ｍ１を中心としてスパイラル鋼管２を回転させるためのローラが設けられている。ショットピーニング設備２０は、投射材をスパイラル鋼管２に向けて投射する投射部６が配置されている。投射部６は、例えば、回転により投射材を投射するインペラ等が用いられる。台車１６によってショットピーニング設備２０へ搬送されたスパイラル鋼管２は、管軸Ｍ１を中心として回転させられながら、投射部６によって投射材が投射される。これにより、スパイラル鋼管２の外周面全体にショットピーニング処理が施される。ショットピーニング工程では、所定のショットピーニング条件にて、投射材が投射部６からスパイラル鋼管２の外周面に向けて投射される。ショットピーニングの処理条件は、適宜の値を設定することができる。例えば、アークハイト値は、０．３３５ｍｍＡ～０．５２３ｍｍＡとなる範囲で設定すればよい。アークハイト値は、ショットピーニング強度の指標であって、試験板（アルメンストリップ）の反りの大きさである。つまり、アークハイト値は、アークハイト値を求めるための試験板の片面をショットピーニングすることによって生じた、試験板の所定長さにおける曲がり変形の大きさを示す。また、投射材の投射速度は、５０ｍ／ｓ～７３ｍ／ｓとなる範囲で設定すればよい。また、カバレージは、１００％～３００％の範囲で設定すればよい。カバレージとは、ショットピーニング処理の処理時間の指標であって、ショットピーニングにおける圧痕面積と被加工物の総面積との比を百分率で表したものである。つまり、カバレージは、測定の対象となる全表面積に対して、ショットピーニング処理によって投射痕が発生した面積の割合を示す。ショットピーニング処理により、スパイラル鋼管２に圧縮応力が付与される。スパイラル鋼管２の外周面全体にショットピーニング処理が施されると、ショットピーニング工程は終了する。Ｓ１０６の工程が終了すると、継手取付工程へ移行する（Ｓ１０８）。
　Ｓ１０８の処理では、図９に示すように、付属品である継手１０，１１を、溶接によってスパイラル鋼管２の外周面に接合する。Ｓ１０８の処理が完了すると、鋼管矢板１の製造が完了する。
　以上で図６の説明を終了する。図６に示す製造方法によれば、ショットピーニング工程によってスパイラル鋼管２へ圧縮の残留応力が付与されるので、スパイラル鋼管２の製造工程で発生した引張応力が打ち消される。さらに、継手１０，１１をスパイラル鋼管２に溶接する際には、溶接熱によってスパイラル鋼管２が加熱され、その後に冷却されるので、スパイラル鋼管２に熱収縮が生じる。しかし、ショットピーニング工程によってスパイラル鋼管２へ圧縮の残留応力が予め付与されるので、スパイラル鋼管２に生じる熱収縮による変形が軽減又は抑制される。そして、スパイラル鋼管２の変形が抑制されることによって、ばらつきのない製品を製造することができる。また、上述した鋼管矢板１の連結に支障をきたすことを回避することができる。
　さらに、図６に示す製造方法を実行することによって、スパイラル鋼管２の変形の抑制を、他の方法と比べて簡易に実行することができる。スパイラル鋼管２の変形を抑制するために行われる他の方法としては、以下の方法が考えられる。例えば、最初にスパイラル鋼管２の残留応力の程度を評価した後に、残留応力に応じて機械的に逆歪みを付与する方法がある。
　図１０は、スパイラル鋼管２の残留応力の評価工程を説明する概要図である。図１０の（Ａ）に示すように、スパイラル鋼管２を管軸方向に沿って切断する（図中Ｙの位置）。あるいは、スパイラル鋼管２の一部を切断して切り離したリング状の試験部材を、管軸方向に沿って切断してもよい。切断後、図１０の（Ｂ）に示すように、切断箇所の隙間の長さＤを測定する。なお、長さＤは、「開き」の大きさともいう。長さＤは、引張応力Ｆ１が大きいほど長くなり、逆に圧縮応力Ｆ２が大きいほど短くなる。このため、長さＤを測定することで、どの程度の引張応力が発生しているのかを把握することができる。その後、図１１の（Ａ）に示すように、油圧ジャッキ１７をスパイラル鋼管２内に配置し、評価工程で評価された引張応力に応じた力を内側から付与させて、スパイラル鋼管２を変形させる。その後、図１１の（Ｂ）に示すように、継手１０，１１を溶接する（溶接箇所Ｐ）。溶接が終了すると、油圧ジャッキ１７を外す。そして、スパイラル鋼管２に外部から力をさらに付与する真円矯正工程を行う。これにより、スパイラル鋼管２の内部応力及び熱収縮により、真円に近い鋼管矢板が形成される。
　すなわち、真円に近い鋼管矢板を得るためには、油圧ジャッキ１７を用いて逆歪みを付与する「変形抑止作業」と、真円矯正する「真円矯正作業」とが必要になる。これに対して、図６に示す製造方法によれば、スパイラル鋼管２に継手１０，１１を取り付ける前に、ショットピーニング処理が施され、このショットピーニング処理によって、圧縮応力がスパイラル鋼管２へ付与されるので、スパイラル鋼管２そのものが有する引張応力が打ち消されて低減されるとともに、継手１０，１１を取り付ける際の溶接による熱収縮を打ち消す応力を予め付与させておくことができる。これにより、継手１０，１１をスパイラル鋼管２に溶接により取り付けて鋼管矢板１を製造する際に、スパイラル鋼管２の変形を簡易に抑えることができる。すなわち、「変形抑止作業」及び「真円矯正作業」を省略、又は、これらの作業の手間の軽減を図ることができる。
　以上、実施形態について説明したが本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
　例えば、図６に示すＳ１０４の切断工程後であって、Ｓ１０６のショットピーニング工程前に、長さＤの寸法変化を測定する評価工程をさらに備えてもよい。例えば、寸法変化が所定の基準値以上であるか否かを判定し、所定の基準値以上である場合には、ショットピーニングの強度が強くなるように、処理条件を変更してもよい。あるいは、図６に示すＳ１０６のショットピーニング工程後であって、Ｓ１０８の継手取付工程前に、長さＤの寸法変化を測定する評価工程をさらに備えてもよい。このように、ショットピーニング処理の効果を評価することで、評価結果を用いてショットピーニング処理の条件を最適化することができる。
　また、図６に示すＳ１０６のショットピーニング工程後であって、Ｓ１０８に示す継手取付工程の前後の少なくとも一方において、スパイラル鋼管２の端部に、他の鋼管矢板１のスパイラル鋼管２の端部と係合するための継手部を形成する継手部形成工程をさらに備えてもよい。このように、スパイラル鋼管２の端部同士を連結させる継手部を形成する場合であっても、スパイラル鋼管の変形を抑制することができる。
［上記実施形態に係る加工方法の効果の確認試験１］
［試験体］
　実施例として、図６の製造方法にてスパイラル鋼管２を製造し、試験体１～６を作成した。試験に用いたスパイラル鋼管２の直径は８００ｍｍである。なお、ショットピーニング工程は、図１２に示すショットピーニング設備を用いた。図１２に示す設備では、スパイラル鋼管２が冶具５に取り付けられる。冶具５は、枠体で構成されており、スパイラル鋼管２を載置するためのステージ５ａを有する。冶具５は、回転軸Ｍ３を中心として水平面内を回転可能に構成されている。冶具５の周囲には、投射材をスパイラル鋼管２に向けて投射する投射部６が配置されている。投射部６は、例えば、回転により投射材を投射するインペラ等が用いられる。ここでは投射部６は、複数のインペラ６ａ、６ｂにより構成されている。ショットピーニング工程では、所定のショットピーニング条件にて、投射材が投射部６からスパイラル鋼管２の外周面に向けて投射される。すなわち、外周面に投射材が衝突するように、冶具５及び投射部６が操作される。
　上記ショットピーニング設備を用いて、継手取付工程の前に、スパイラル鋼管２にショットピーニング処理を施し、試験体１～６とした。投射材は、新東工業製のスチール材（ＳＢ１０）を用いた。そして、試験体１～６それぞれで、ショットピーニングの処理条件を変更させた。変更させた処理条件は、投射速度（ｍ／ｓ）、カバレージ（％）及びアークハイト値（ｍｍＡ）である。試験体１～６の処理条件を以下の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 なお、試験体７は、比較例である。すなわち、試験体７は、ショットピーニング処理を施していない試験体である。
［試験１：開き測定及び応力測定］
　上記試験体１～７に対してショットピーニング処理を施した後に、残留応力をそれぞれ測定した。その後、管軸方向に沿って切断し、「開き」をそれぞれ測定した。「開き」としては、図１０の（Ｂ）に示す距離Ｄを計測した。残留応力については、Ｘ線を用いて金属の格子面間隔を測定して算出した。結果を表２に示す。また、図１３は、実施例及び比較例における開き（距離Ｄ）の測定結果である。図１４は、実施例及び比較例における残留応力の測定結果である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表２及び図１３に示すように、実施例である試験体１～６は、距離Ｄが１６４ｍｍ～１８４ｍｍとなり、距離Ｄの平均値は１７１ｍｍとなった。一方、比較例である試験体７は、距離Ｄが２１０ｍｍとなった。このように、ショットピーニング処理を施すことにより、距離Ｄが小さくなることが確認された。すなわち、本実施形態の加工方法を採用することによって、スパイラル鋼管の変形が抑制されることが確認された。
　また、表２及び図１４に示すように、実施例である試験体１～６は、残留応力値が－３００ＭＰａ～－２２５ＭＰａとなり、残留応力値の平均値は－２７４ＭＰａとなった。一方、比較例である試験体７は、残留応力値が１３８ＭＰａとなった。このように、ショットピーニング処理を施すことにより、残留応力値が小さくなることが確認された。すなわち、本実施形態の加工方法を採用することによって、スパイラル鋼管の変形が抑制されることが確認された。
［上記実施形態に係る加工方法の効果の確認試験２］
［試験体］
　実施例として、図６の製造方法にてスパイラル鋼管２を製造し、試験体８～１０を作成した。なお、ショットピーニング工程は、図１２に示すショットピーニング設備を用いた。すなわち、上記ショットピーニング設備を用いて、継手取付工程の前に、スパイラル鋼管２にショットピーニング処理を施し、試験体８～１０とした。投射速度（ｍ／ｓ）は、７３ｍ／ｓとした。カバレージ（％）は３００％とした。そして、試験体８～１０それぞれで、ショットピーニングの処理条件を変更させた。変更させた処理条件は、投射材である。試験体８～試験体１０の処理条件を以下の表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 ＳＢ１７は、平均粒径が１．７ｍｍ（ＪＩＳ（日本工業規格）　Ｇ５９０３のＳ１７０相当）、ＳＢ１０は、平均粒径が１．０ｍｍ（ＪＩＳ　Ｇ５９０３のＳ１００相当）、ＳＢ６は、平均粒径が０．６ｍｍ（ＪＩＳ　Ｇ５９０３のＳ７０相当）である。なお、試験体１１は、比較例である。すなわち、試験体１１は、ショットピーニング処理を施していない試験体である。
［試験２：開き測定及び応力測定］
　上記試験体８～１０に対してショットピーニング処理を施した後に、残留応力をそれぞれ測定した。試験体１１については、ショットピーニング処理を施すことなく、残留応力を測定した。その後、管軸方向に沿って切断し、「開き」をそれぞれ測定した。「開き」としては、図１０の（Ｂ）に示す距離Ｄを計測した。残留応力については、Ｘ線を用いて金属の格子面間隔を測定して算出した。結果を表４に示す。また、図１５は、実施例及び比較例における開き（距離Ｄ）の測定結果である。図１６は、実施例及び比較例における残留応力の測定結果である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表４及び図１５に示すように、実施例である試験体８～１０は、距離Ｄが１０７ｍｍ～１１８４ｍｍとなり、距離Ｄの平均値は１５２ｍｍとなった。一方、比較例である試験体１１は、距離Ｄが２１９ｍｍとなった。このように、投射材の材料を変更した場合であっても、ショットピーニング処理を施すことにより、距離Ｄが小さくなることが確認された。すなわち、投射材の材料に関わらず、本実施形態の加工方法を採用することによって、スパイラル鋼管の変形が抑制されることが確認された。
　また、表４及び図１６に示すように、実施例である試験体８～１０は、残留応力値が－３１２ＭＰａ～－２６９ＭＰａとなり、残留応力値の平均値は－２８８ＭＰａとなった。一方、比較例である試験体１１は、残留応力値が－５４ＭＰａとなった。このように、投射材の材料を変更した場合であっても、ショットピーニング処理を施すことにより、残留応力値が小さくなることが確認された。すなわち、投射材の材料に関わらず、本実施形態の加工方法を採用することによって、スパイラル鋼管の変形が抑制されることが確認された。
［開き（距離Ｄ）のアークハイト値依存性］
　表１及び表２に記載の内容から、開き（距離Ｄ）のアークハイト値依存性を求めた。結果を図１７に示す。図１７の数式は、データ点をフィッティングした結果である。図１７に示すように、アークハイト値が大きくなるほど、開きの大きさ（距離Ｄ）が小さくなる傾向が確認された。すなわち、ショットピーニングの強さと開きの大きさとは逆比例することが確認された。上記結果により、ショットピーニングの強さを調整することで、開きの大きさを調整することができることが確認された。
１…鋼管矢板、２…スパイラル鋼管、１０，１１，１２，１３…継手。

Claims (5)

  1. 　帯状の鋼板が螺旋状に曲げ加工され、隣接する前記鋼板の幅方向の縁同士が溶接されてなるスパイラル鋼管に、継手を取り付けてなる鋼管矢板の製造方法であって、
    　前記スパイラル鋼管にショットピーニングを行うショットピーニング工程と、
    　前記ショットピーニング工程後に、前記継手を前記スパイラル鋼管に溶接して取り付ける継手取付工程と、
    を備える鋼管矢板の製造方法。
  2. 　前記ショットピーニング工程の前、又は、前記ショットピーニング工程の後であって前記継手取付工程の前に、前記スパイラル鋼管の全体又は切り離された一部を、管軸方向に沿って切断し、切断箇所の寸法変化を測定する評価工程をさらに備える請求項１に記載の鋼管矢板の製造方法。
  3. 　前記ショットピーニング工程では、アークハイト値が０．３３５ｍｍＡ～０．５２３ｍｍＡの範囲となるショットピーニングを行う請求項１又は２に記載の鋼管矢板の製造方法。
  4. 　前記ショットピーニング工程では、投射材の投射速度が５０ｍ／ｓ～７３ｍ／ｓの範囲、かつ、カバレージが１００％～３００％の範囲となるショットピーニングを行う請求項１～３の何れか一項に記載の鋼管矢板の製造方法。
  5. 　前記ショットピーニング工程の後であって、前記継手取付工程の前後の少なくとも一方において、前記スパイラル鋼管の端部に、他の鋼管矢板のスパイラル鋼管の端部と係合するための継手部を形成する継手部形成工程をさらに備える請求項１～４の何れか一項に記載の鋼管矢板の製造方法。
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