JP2008194744A - 電縫鋼管の矯正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】４００℃以上Ａ_Ｃ３変態点以下の温度域で絞り圧延した後、所定の長さに切断して得られる断面略丸形状の電縫鋼管を、その真直度を高めるために、クロス配置した上下一対の回転矯正ロールで回転させつつ前進させて回転矯正する際、溶接ビード部のねじれ角を所定範囲内とすることができる電縫鋼管の矯正方法を提供する。
【解決手段】上下一対の回転矯正ロールの軸芯のなすクロス角を９０度以上１０５度以下とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、４００℃以上Ａ_Ｃ３変態点以下の温度域で絞り圧延した後、所定の長さに切断して得られる断面略丸形状の電縫鋼管を、その真直度を高めるために、クロス配置した上下一対の回転矯正ロールで回転させつつ前進させて回転矯正する際、溶接ビード部のねじれ角を所定範囲内とすることができる電縫鋼管の矯正方法に関する。

電縫鋼管の製造には、オープン管の円周方向端部を電気抵抗によるジュール熱で加熱して圧接・接合する電気抵抗溶接法が主として採用されている。このような電縫鋼管は、帯鋼をロール成形してオープン管とする成形工程と、オープン管を電縫溶接して素管とする電縫溶接工程と、素管を絞り圧延して外径が製品サイズに近い断面略丸形状の電縫鋼管とする絞り圧延工程と、絞り圧延して得られる断面略丸形状の電縫鋼管を所定の長さに切断する切断工程と、を経て製造されている。

近年、伸びが高く加工性に優れる電縫鋼管の製造方法およびその設備列が提案され、実現されている（特許文献１）。この特許文献１記載の電縫鋼管の製造法は、素管全体を加熱した後、４００℃以上Ａ_Ｃ３変態点以下、好ましくは７００℃以上Ａ_Ｃ３変態点以下の温度域で絞り圧延する方法（以下、ＨＩＳ法）であり、それに加えて素管全体を加熱する前に、電縫溶接工程で形成される溶接ビード部の盛り上がりを切削・除去した後、部分的にビード圧延や部分的にビード部の熱処理を行うという方法である。またさらに、絞り圧延工程の後工程で鋼管全体の熱処理を行うことも好適としている。

図１には、本発明を適用して好適なＨＩＳ法を採用した電縫鋼管の製造設備の一例を示した。図１（ａ)中、９は素管全体を加熱する加熱装置を示し、たとえば誘導コイル９Ａが好適である。誘導コイル９Ａはレデューサ（絞り圧延機）７に近接して配置され、矢印方向に走行する素管全体を誘導加熱し、絞り圧延機７で絞り圧延するとき、前記した温度域とする能力をもつ。なお、図１（ａ)中、右側に示した８は、製品の長さに応じて電縫鋼管Ｗを所定の長さに切断する切断機である。この切断機８よりも上流側の工程は、連続的に帯鋼Ｓから外径が製品サイズに近い断面略丸形状の電縫鋼管Ｗを造る造管工程である。

このＨＩＳ法によれば、素管を冷間で絞り圧延する方法に比べて圧延負荷を軽減でき、レデューサ（絞り圧延機）７での縮径率を大きくとることが可能であり、小ロット・多品種の電縫鋼管製品の生産を有利に行うことができる。縮径率は式（１）で定義される。
縮径率＝{（絞り圧延前の素管の外径−絞り圧延後の電縫鋼管の外径）／絞り圧延前素管の外径}×１００（％）・・・（１）
ところで、ＨＩＳ法で電縫鋼管Ｗを製造する際、製品サイズに合わせて絞り圧延機７による縮径率を２０％以上、好ましくは６０％以上とする場合がある。このようにしてＨＩＳ法で製造する電縫鋼管Ｗは、その真直度に対して厳しい要求がある。このため、切断工程の後工程で、図２（ａ）に示したような回転矯正式の矯正装置１０を用い、所定の長さに切断して得られる断面略丸形状の電縫鋼管Ｗを回転矯正することが必須である。この電縫鋼管の曲がりを取る回転矯正式の矯正装置１０は、上下一対の回転矯正ロール１１をクロス配置したロールスタンドが複数タンデムに配列してなる。
特開２００１−２３９３１５号公報

しかし、この回転ロール式の矯正装置１０を用い、ＨＩＳ法で製造した断面略丸形状の電縫鋼管Ｗを回転矯正した場合、溶接ビード部のねじれ角が９０度を超えてしまうという、大変厄介な問題が生じた。
回転ロール式の矯正装置１０を用い、電縫鋼管Ｗの真直度を高める機能を発揮させるには、上下一対の回転矯正ロール１１の軸芯１１Ａ、１１Ｂのなすクロス角θを０度よりも大きい角度に設定し、たとえば図２（ａ）、（ｂ）に示すように、上下一対の回転矯正ロール１１を回転方向１２で示す方向に回転駆動させることで、所定の長さの電縫鋼管Ｗへ、回転方向１３に向けて回転させる力、および前進方向１４に向けて前進させる力を与える必要がある。その際、電縫鋼管Ｗの曲がりを取るためにクロス角θを１０５度よりも大きい角度に設定し、上下一対の回転矯正ロール１１の間にそれを通して回転矯正すると、溶接ビード部のねじれ角が９０度を超えてしまう場合があり、溶接ビード部のねじれ角を所定範囲内、たとえば１０度以内にしたいという要求に応えることが難しいという問題があった。

ここで、図３、４には、溶接ビード部Ｒのねじれ角αが回転矯正前に比べて後の方が大きいことを示した。一般的にＨＩＳ法で製造した電縫鋼管Ｗにおいて、所定の長さＬ＝６ｍ（ただし、製品により異なる）当たりの回転矯正前の溶接ビード部Ｒのねじれ角αの値は１０度以内、回転矯正後のそれは９０度を超える。Ｐ、Ｑは、溶接ビード部上の点である。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、４００℃以上Ａ_Ｃ３変態点以下の温度域で絞り圧延した後、所定の長さに切断して得られる断面略丸形状の電縫鋼管を、その真直度を高めるために、クロス配置した上下一対の回転矯正ロールで回転させつつ前進させて回転矯正する際、溶接ビード部のねじれ角を所定範囲内とすることができる電縫鋼管の矯正方法を提供することを目的とする。

本発明者は、ＨＩＳ法で製造した電縫鋼管製品の溶接ビード部ねじれの原因について鋭意検討し、その原因が、矯正装置の各ロールスタンドにクロス配置した上下一対の回転矯正ロールのクロス角にあることを突き止め、本発明をなした。
すなわち、本発明は、帯鋼をロール成形してオープン管とする成形工程と、前記オープン管を電縫溶接して素管とする電縫溶接工程と、前記素管を加熱した後、４００℃以上Ａ_Ｃ３変態点以下の温度域で絞り圧延して断面略丸形状の電縫鋼管とする絞り圧延工程と、前記断面略丸形状の電縫鋼管を所定の長さに切断する切断工程と、得られた所定の長さの電縫鋼管を、クロス配置した上下一対の回転矯正ロールの間に通して回転矯正する回転矯正工程と、を有する電縫鋼管の製造工程において、前記上下一対の回転矯正ロールの軸芯のなすクロス角を９０度以上１０５度以下としたことを特徴とする電縫鋼管の矯正方法である。

さらに望ましくは、クロス角を93度以上99度以下とする。

本発明によれば、回転矯正した後の溶接ビード部のねじれ角を、回転矯正する前のレベルに維持できる。この結果、電縫鋼管にねじり変形を付与することなく、電縫鋼管製品の溶接ビード部のねじれ角を所定範囲内、たとえば１０度以内とすることができる。

まず本発明を適用して好適な電縫鋼管の製造設備について詳細に説明する。
図１（ａ）中、左端の１は電縫鋼管の素材である帯鋼Ｓを巻き戻すアンコイラーを示し、２は繰り返し曲げ加工を行うことにより帯鋼Ｓを平坦とするレベラーを示す。３、４は帯鋼Ｓの両耳部を切り落とし、平坦としされた帯鋼Ｓをロール成形し、略丸形状のオープン管とする複数の成形ロールを示す。成形ロール３、４のロール配置を図１（ｂ）に示した。ケージロール３は、両エッジ部を除去した帯鋼Ｓからオープン管の下半分をロール成形し、フィンパスロール４は、オープン管の上半分をロール成形する役割をもつ。

５はオープン管を電縫溶接することで素管とする電縫溶接機であり、誘導コイル５Ａと一対のスクイズロール５Ｂを具備する。このような電縫溶接機５によれば、略丸形状のオープン管の円周方向端部を電気抵抗によるジュール熱で加熱しつつ、一対のスクイズロール５Ｂで管外周面を押し付け、良好に圧接・接合することができる。６はオープン管の円周方向端部を圧接・接合することで形成された盛り上がり部を除去する内外面ビード切削機、７は前述した絞り圧延機であり、そのロール配置を図１（ｃ)に示した。

絞り圧延機７は、複数スタンドの４ロールレデューサで構成されている。このロールスタンドは図示していないが、たとえば２４スタンドとされ、各スタンドの４ロールレデューサで溶接ビード部Ｒを有する素管を絞り圧延して、外径が製品サイズに近い断面略丸形状の電縫鋼管Ｗにする。つまり、４ロールレデューサのロールの内周形状は、上流側ほど、より素管に近い形状とされ、下流側ほど、外径が製品サイズに近い断面略丸形状とされている。ＨＩＳ法で電縫鋼管製品を製造するに際しては絞り圧延機７に近接配置された加熱装置９、たとえば誘導コイル９Ａで矢印方向に走行する素管全体を誘導加熱し、絞り圧延機７で絞り圧延するときの温度域を４００度以上Ａ_Ｃ３変態点以下とする。

絞り圧延機７で、外径が製品サイズに近い断面略丸形状とされた電縫鋼管Ｗは、切断機８で所定の長さに切断され、得られた所定の長さの電縫鋼管Ｗが矯正装置１０に通され、回転矯正された後、冷却床で冷却される。
以上説明した電縫鋼管の製造設備を用い、ＨＩＳ法で製造した電縫鋼管製品の溶接ビード部ねじれの原因が、矯正装置１０の各ロールスタンドにクロス配置した上下一対の回転矯正ロールのクロス角にあることを突き止めた実験結果について説明する。

この実験は、図２に示した上下一対の回転矯正ロール１１の軸芯１１Ａ、１１Ｂのなすクロス角θを変えることにより、溶接ビード部Ｒのねじれ角αが所定の長さの電縫鋼管を回転ロール式の矯正装置１０に通す前後で変化するのか、否かを調査したものである。なお、実験に使用した電縫鋼管のサイズは、外径＝２２．２〜１０１．６ｍｍ、肉厚２．０〜６．０ｍｍ、Ｌ＝６ｍとした。また、この実験に使用した電縫鋼管の回転矯正前の溶接ビード部Ｒのねじれレベルは、ねじれ角αで１０度以内であった。

その結果から、所定の長さＬの電縫鋼管Ｗを回転ロール式の矯正装置１０に通して回転矯正した場合、クロス角θを１０５度よりも大きい角度に設定すると、回転矯正後の溶接ビード部のねじれ角αが９０度を超えてしまう場合があり、上下一対の回転矯正ロール１１の軸芯１１Ａ、１１Ｂのなすクロス角θを１０５度以下とすることで、回転矯正後の溶接ビード部Ｒのねじれ角αを１０度以内にできた。

一方、クロス角θが過小（たとえばθ＝０度）であると、上下一対の回転矯正ロール１１と鋼管との接触部を介して鋼管側へ付与される力の周方向成分がゼロ（ゼロの場合：鋼管Ｗを回転方向１３へ回転できない）近くとなり、回転矯正が不十分となるから、クロス角θを９０度以上に設定する。
以上の結果から、上下一対の回転矯正ロール１１の軸芯１１Ａ、１１Ｂのなすクロス角θを９０度以上１０５度以下とした。

さらに望ましくは、安定して回転矯正するため、クロス角度αを９３度以上９９度以下とする。

図１に示した電縫鋼管の製造設備を用い、ＪＩＳ ＳＴＫＭ13Ｂ相当の帯鋼をロール成形してオープン管とし、このオープン管を電縫溶接した後、内外面ビード切削して外径が９０ｍｍの素管とした。次いでこの素管を４００度以上Ａ_Ｃ３変態点以下の温度域で絞り圧延し、外径４２．７ｍｍ、肉厚２．０ｍｍの断面略丸形状の電縫鋼管とした後、所定の長さＬ＝６ｍに切断した。この切断工程の後工程で外径が製品サイズに近い電縫鋼管Ｗを回転ロール式の矯正装置１０に供給して回転矯正する際、上下一対の回転矯正ロール１１の軸芯１１Ａ、１１Ｂのなすクロス角θを９５度に設定した。そして、断面略丸形状の電縫鋼管の前進方向１４への速度を１００ｍｐｍとした（図２参照）。

この結果、回転矯正後の電縫鋼管の溶接ビード部Ｒのねじれ角αを１０度以内にでき、従来のように溶接ビード部のねじれ角が９０度を超える場合がなくなった。また本発明を適用し、クロス角θを９５度に設定した場合、回転矯正後の電縫鋼管の真直度は従来のものと同程度であった。

本発明を適用して好適な電縫鋼管の製造設備の一例を示す斜視図（ａ）、（ｂ）および側面図（ｃ）である。 本発明を適用した電縫鋼管の矯正装置を示す斜視図（ａ）、およびその要部を示す平面図（ｂ）である。 回転矯正する前の溶接ビード部のねじれ状態を示す斜視図（ａ）、およびその要部を示す正面図（ｂ）である。 回転矯正した後の溶接ビード部のねじれ状態を示す斜視図（ａ）、およびその要部を示す正面図（ｂ）である。

符号の説明

θ クロス角
α ねじれ角
Ｐ、Ｑ 溶接ビード部上の点
Ｒ 溶接ビード部
Ｓ 帯鋼（素材）
Ｗ 電縫鋼管
Ｌ 長さ
１ アンコイラー
２ レベラー
３ ケージロール（成形ロール）
４ フィンパスロール（成形ロール）
５ 電縫溶接機
５Ａ 誘導コイル
５Ｂ スクイズロール
６ 内外面ビード切削機
７ レデューサ（絞り圧延機）
８ 切断機
９ 加熱装置
９Ａ 誘導コイル
１０ 矯正装置
１１ 回転矯正ロール
１１Ａ、１１Ｂ 軸芯
１２、１３ 回転方向
１４ 前進方向

Claims (1)

1. 帯鋼をロール成形してオープン管とする成形工程と、前記オープン管を電縫溶接して素管とする電縫溶接工程と、前記素管を加熱した後、４００℃以上Ａ_Ｃ３変態点以下の温度域で絞り圧延して断面略丸形状の電縫鋼管とする絞り圧延工程と、前記断面略丸形状の電縫鋼管を所定の長さに切断する切断工程と、得られた所定の長さの電縫鋼管を、クロス配置した上下一対の回転矯正ロールの間に通して回転矯正する回転矯正工程と、を有する電縫鋼管の製造工程において、前記上下一対の回転矯正ロールの軸芯のなすクロス角を９０度以上１０５度以下としたことを特徴とする電縫鋼管の矯正方法。

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