JPH0128645B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電縫鋼管の製造方法に関する。 一般に、油井用等に用いられる鋼管は、帯鋼を
管状に成形して電縫溶接した後、ポストアニーラ
ーによつて局部加熱処理し、サイザーロールで真
円化した後、ひき続き矯正機によつて真直化して
いる。このような鋼管にあつては、鋼管の曲り量
が許要限界を越えると、鋼管に対するねじ切り加
工作業が著しく困難になつたり、油井掘削工事等
においてトラブルを生ずる。そこで、鋼管の仕上
げ寸法、特にその真直度に対する要求精度は、例
えば、油井の深井戸化等に伴つてより厳しくなつ
ている。すなわち、油井用鋼管の最大許容曲がり
量は、40フイート長等の定尺管において、数mm以
下とされている。 しかしながら、従来の製造方法による場合に
は、特にAPI（米国石油協会）規格Ｊ−55、Ｋ−
55、Ｎ−80等の高強度油井用電縫鋼管において、
第１図に示すように、長さＬの素管１に、最大曲
がり量Ｈの曲がりを生ずる場合があり、この素管
１の曲がりを後工程の矯正機で真直化する必要が
ある。ところが、この矯正に要するロール設定条
件の選択は極めて困難であり、矯正作業時間の増
加による生産性の低下、矯正不良に基づく形状お
よび寸法精度の低下等の問題を生じている。 本発明は、形状寸法精度の良好な電縫鋼管を安
定して製造することができる電縫鋼管の製造方法
を提供することを目的とする。 上記目的を達成するために、本発明は、曲げ成
形された帯鋼の両エツジを溶接することによつて
素管を形成し、該素管をサイザーロールによつて
定径成形する電縫鋼管の製造方法において、素管
の溶接部を含む直径を素管の縦径とし、素管の上
記縦径に直交する直径を素管の横径とする時、サ
イザーロール進入前の素管の横径に対する縦径の
なす比ｒ（縦径／横径）が1.04≦ｒ≦1.10となる
ように、サイザーロール進入前の素管にサイドロ
ールによる予変形を加えるようにしたものであ
る。 以下、本発明をより詳細に説明する。 まず、本発明成立の原理について説明する。す
なわち、電縫鋼管の製造においては、曲げ成形さ
れた帯鋼の両エツジを溶接することによつて素管
を形成し、該素管をサイザーロールによつて定径
成形している。ここで、素管の溶接部周辺は、溶
接および後続するポストアニーラーによる加熱処
理によつて他の部分に比較して強度および組織を
異にし、溶接部の円周方向には必然的に残留応力
分布の不均一、ならびに上流成形でのエツジ部
（溶接部相当）とその１８０度対向部との加工ひ
ずみ差による長手方向残留応力の不均一とを生ず
ることから、素管には円周方向各位置における長
手方向残留応力差に基づく曲がりを生ずることに
なる。そこで、本発明は、サイザーロール進入前
の素管の溶接部周辺に、第２図に示すサイドロー
ル１０によつて、曲げ一曲げ戻しの塑性変形を与
え、素管断面を縦長化することによつてサイザー
ロールにおける素管溶接部とその180度対向部の
長手方向変形を積極化しサイザー後の管長手方向
残留応力分布の均一化を図り、曲がりの発生を防
止するものである（なお、本発明においては、素
管の溶接部を含む直径方向を縦方向、その直径を
縦径として定義する）。すなわち、高張力油井用
鋼管として代表的なAPI規格Ｎ−80、外径114.3
mm、肉厚6.35mmなる電縫鋼管の製造において、サ
イザーロール進入前の素管の横径ａに対する縦径
ｂのなす比ｒ（ｂ／ａ）の変化と、サイザーロー
ル成形後の溶接部と母材部の長手方向における残
留応力差△σとの、切り出し法により求めた関係
を示せば第３図の通りとなる。この第３図によれ
ば、上記比ｒが1.04以上であれば、上記残留応力
差△σは略零となり、残留応力分布が略均一にな
ることが認められる。また、上記比が1.10を越え
ると、上記残留応力差△σは略零となつて残留応
力分布が略均一となるものの、この場合には、後
続するサイザーロールによる定径成形によつて真
円化する作業に困難を生ずるとともに、素管にロ
ール疵を与え易くなることが認められている。と
ころで、この第３図の例示は出願人が製造する電
縫鋼管の中で最も曲がりに対する許容が厳しく、
かつ素材のグレード（強度）が最高レベルのもの
の調査研究結果であり、他のグレード、サイズの
ものもほぼ第３図に示すｒ値1.04〜1.10を満足す
ることを条件に曲がり発生を抑制できる。すなわ
ち、第３図に例示する以外のものは少なくとも第
３図のｒ値の範囲内のｒ値をとれば曲がり発生を
抑制することができる。したがつて、本発明にお
いては、上記比ｒを1.04≦ｒ≦1.10となるように
サイドロール１０によつて予変形を加えた後サイ
ザーロールによつて定径成形するようにし、曲が
りの発生を防止可能としたものである。しかし
て、本発明において、素管に予変形を加えると
は、ほぼ真円に近い素管を管の幅方向に圧下する
ことにより、縦長につぶして偏平化「楕円化」す
ることであり、第６図に示す如くの変形を与える
ことである。この変形はサイドロール１０によつ
て与えられ、素管は一部（第６図のＡ部およびＢ
部）塑性変形し、サイドロール１０を通過した後
も縦長の楕円形状を保つ。本発明では、このサイ
ドロールによる加工後（通過後）の（縦径／横
径）の比ｒが1.04≦ｒ≦1.10になるように、サイ
ドロールにより素管に塑性変形を加え素管を楕円
化するものである。 ここで、サイザーロール進入前の素管に予変形
を加えることの意義としては、サイザーロール進
入前の素管を縦長に変形することにより、次工程
のサイザーロール成形において、溶接部とその
180度対向部の長手方向における変形（曲げおよ
び延び変形）を積極化し、上流工程（サイドロー
ル以前）で受けた上記両部の加工ひずみ差を極力
減少することにある。第７図にその変形の模式図
を示す。サイザーロール入側の素管周長がほぼ同
じでも、該サイザーロール入側の素管が縦長かど
うかによりサイザーロールバイト内における変形
が異なる。第７図を一例として説明すれば、縦径
ｂ１を有する素管がサイザーロールに進入する
と、この素管はロール中心よりldだけ手前位置に
てロールと接触し変形を受ける。この時、素管は
円周方向の絞り変形を受けると同時に、ロールバ
イト内にて特に溶接部およびその180度対向部が
長手方向に曲げ変形と延び変形とを受ける。この
加工変形が素管の曲がりを抑制することを坦うも
のとなる。しかも、この加工変形量が少ないと、
上流工程において生じた上記両部の加工ひずみ差
が減少せず結果として上記両部の残留応力が大の
まま残り、サイザーロール後における管の曲がり
を生ずる。本発明はこの点に着目してなされたも
のであり、後に詳述するように、サイザーロール
での上記両部の長手方向変形量を増加させること
により両部の加工ひずみ差を減少させ、それに基
づく上記両部の残留応力を均一化し、サイザーロ
ール後の管の曲がりを抑制できるようにしたもの
である。なお、第７図において、Ｋは溶接部、Ｌ
はその180度対向部、αは噛込み角、Ｒはロール
スロート半径、ｂ１はサイザーロール入口管縦
径、ｂ２はサイザーロール出口管縦径、ldはロー
ルと材料の投影接触長である。 第８図は、従来法における管の曲がり発生と、
その原因となる管の長手方向加工ひずみ（板厚中
央部の長手方向伸びひずみ）の管周方向分布、お
よびそれによる残留ひずみ発生との関係を示した
ものである。ここで、残留応力は応力−ひずみ関
係式に基づき計算される。残留応力は弾性応力内
であることを考えれば、残留応力は上記残留ひず
みと比例関係にあり、第８図の残留ひずみと同様
な傾向を呈する。一般に、電縫鋼管の成形では、
エツジ部が180度対向部に比べ成形過程で伸ばさ
れるため、溶接部凸曲がりとなりやすいが、スク
イズロールでの溶接により溶接部凹曲がりが加え
られ、これらの度合いにより凸曲がりあるいは凹
曲がりを発生する。この曲がり発生時には、その
原因として必ず第８図の如くの長手方向加工ひず
み（伸びひずみ）が管周方向、特にエツジ部（溶
接部）と180度対向部とで偏差を持つ型となつて
おり、これにより残留ひずみ、ひいてはこの残留
ひずみと前述の如く比例関係にある残留応力が生
じ管は曲がる。本発明は、前述の如く、この長手
方向加工ひずみの管周方向、特に溶接部と180度
対向部との相対差を小さくし、発生する残留応力
を小さくすることにより、管の曲がりを抑制しよ
うとするものであり、その長手方向加工ひずみの
円周方向不均一分布をサイザーロールでコントロ
ールするものである。 第９図、第１０図は本発明法におけるサイザー
ロールでの素管長手方向ひずみ分布の均一化原理
を従来法と比較して説明する線図である。第９図
Ａは従来成形法におけるサイザーロール前の素管
の長手方向ひずみ分布を示す線図、第９図Ｂは従
来成形法におけるサイザーロールで素管に加えら
れる長手方向ひずみ分布を示す線図、第９図Ｃは
従来成形法におけるサイザーロール後の素管の長
手方向ひずみ分布およびそれに基づく残留ひずみ
分布を示す線図、第１０図Ａは本発明法における
サイザーロール前の素管の長手方向ひずみ分布を
示す線図、第１０図Ｂは本発明法におけるサイザ
ーロールで素管に加えられる長手方向ひずみ分布
を示す線図、第１０図Ｃは本発明法におけるサイ
ザーロール後の素管の長手方向ひずみ分布および
それに基づく残留ひずみ分布を示す線図、第１１
図はすでにひずみ差のある２ケ所の部分に等しい
ひずみを付加した後のひずみ差の変化を示す応力
−ひずみ線図である。なお、第９図、第１０図に
おいて、Ｗは溶接部、180度は180度対向部を示
す。 すなわち、第９図Ａ、第１０図Ａはサイザーロ
ール前の素管における長手方向ひずみ分布の一例
を示す。このようにサイザーロール前の素管は上
流工程での成形、溶接により素管長手方向のひず
みが不均一になつている。このため素管は前述し
たとおり曲がりを生ずる。そこで、第９図Ｂ、第
１０図Ｂに示す如く、サイザーロールでの加工に
より素管長手方向に伸びひずみを付与して上記上
流工程での不均一ひずみ分布を均一化することが
考えられる。本発明法は前述した如くこの点に着
目し、サイザーロール前のサイドロールにて第６
図に示した如く素管を楕円化することによつて、
サイザーロール成形での溶接部と180度対向部に
おける長手方向伸びひずみの発生を大きくし、第
１０図Ｃに示す如くサイザーロール後の管の長手
方向ひずみの円周方向分布を均一化することによ
り、その残留ひずみ、ひいては残留応力を軽減す
ると同時に均一化するものである。 しかして、本発明のひずみ均一化原理のポイン
トは、ひずみ差のある素管に同一方向のひずみを
大きく付加すれば、そのひずみ差は減少するとい
うところにある。第１１図はその理由を応力−ひ
ずみ線図をモデル化して説明するものである。 すなわち、第１１図においてA0は素管溶接部
相当点、B0は180度対向部相当点であり、両者の
間にはすでにひずみ差△ε0＝１％があるものとす
る。 (a) 上記A0、B0にε1＝0.86％の小なる加工ひず
みを加えると、B0はB1を経てB2に至り、A0
はA1を経てA2（＝A0）に至る。この加工ひず
みε1を付加した後のA2、B2のひずみ差△ε1は
0.86％にまで減少するにすぎない。 (b) 上記(a)に対し、前記A0、B0にε2＝2ε1＝1.72
％の大なる加工ひずみを加えると、B0はB0″を
経てB3に至り、A0はA0″を経てA3に至る。こ
の加工ひずみε2を付加した後のA3、B3のひず
み差△ε2は0.71％にまで減少する。 上記(a)、(b)によれば、すでにひずみ差のある２
ケ所の部分に等しいひずみを付加する時、本発明
による如くそのひずみを大とするほど２ケ所のひ
ずみ差を減少し、均一化することができる。な
お、これは材料の加工硬化特性によるものであ
る。 第４図は本発明が適用される電縫鋼管製造ライ
ンの前段を示す平面図、第５図は同製造ラインの
後段を示す側面図である。すなわち、第４図に示
すように、帯鋼１１Ａは、成形初期および中期の
ブレイクダウンロール１２、サイドクラスターロ
ール１３によつて逐次円筒形状に成形された後、
仕上げ成形ロールとしてのタンデム型のフインパ
スロール１４によつて管周方向に圧下され、エツ
ジ部１１Ｅを成形された後、シームガイドロール
１５を経て、スクイズロール１６においてその両
エツジ部１１Ｅを溶接され、素管１１Ｂとなる。
素管１１Ｂは、第５図に示すように、ポストアニ
ーラー１７によつて溶接部を局部的に加熱処理さ
れ、空冷ゾーンを経て、水冷ゾーン１８、前述の
サイドロール１０、サイザーロール１９を通過し
た後、切断され、ひき続き矯正機２０を通過して
製品となる。 上記実施例による実施結果を、従来方法に基づ
く製造結果との対比において示せば、表１のよう
になる。

【表】 すなわち、表１は、外径114.3mm、肉厚6.35mmな
るAPI規格Ｎ−80、Ｊ−55、Ｋ−55の各高張力油
井用鋼管の製造において、サイザーロール進入前
の素管の前記比ｒを、従来方法についてはｒ＝
1.01〜1.02に設定し、本発明方法についてはｒ＝
1.05〜1.08に設定した場合に得られた平均最大曲
がり量を示す結果である。なお、上記従来方法に
おいてｒ＝1.01〜1.02に設定しとは、積極的にそ
のように設定したのではなく、サイザーロール進
入前の素管、すなわち成形、溶接、ポストアニー
ラ後の素管は通常ほぼｒ＝1.01〜1.02となつてお
り、特別な上流での加工を加えないかぎり通常で
はｒ＝1.05〜1.08にはならない。この表１によれ
ば、定尺長さ12ｍ当りの平均最大曲がり量が、本
発明方法の実施によつて顕著に減少することが認
められる。 すなわち、上記のような本発明方法によれば、
サイザーロール進入前の素管に加える予変形を加
えることにより、サイザーロール成形後の素管の
円周方向各位置における長手方向残留応力分布を
均一化し、局部的な曲げモーメントの発生を防止
することにより、曲がりの発生を抑制することが
可能となる。ここで、本発明方法は、強度がAPI
規格におけるＪ−55以上の油井用高強度電縫鋼
管、すなわち耐力（0.5％伸び）が38.7Kg／mm²以
上、引張強さが52.7Kg／mm²以上のものにおいて特
に有効であり、鋼管材質が高強度化すればする程
その効果が大となることが認められている。しか
しながら、本発明は、もちろん上記規格よりも低
強度の電縫鋼管に適用する場合にも効果があり、
油井用以外の用途の鋼管、例えばガス、水道用電
縫鋼管、ボイラー用電縫鋼管、材料用電縫鋼管等
の寸法精度、配管および設置精度の向上を図るこ
とも可能である。 以上のように、本発明は、曲げ成形された帯鋼
の両エツジを溶接することによつて素管を形成
し、該素管をサイザーロールによつて定径成形す
る電縫鋼管の製造方法において、素管の溶接部を
含む直径を素管の縦径とし、素管の上記縦径に直
交する直径を素管の横径とする時、サイザーロー
ル進入前の素管の横径に対する縦径のなす比ｒ
（縦径／横径）が1.04≦ｒ≦1.10となるように、
サイザーロール進入前の素管にサイドロールによ
る予変形を加えるようにしたものである。したが
つて、形状寸法精度の良好な電縫鋼管を安定して
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の管の長手方向曲がり状態を示す
正面図、第２図は本発明におけるサイドロールが
素管に与える予変形状態を示す正面図、第３図は
本発明におけるサイザーロール進入前の素管に加
える予変形状態と素管に残留する応力差との関係
を示す線図、第４図は本発明が適用される電縫鋼
管製造ラインの前段を示す平面図、第５図はその
後段を示す側面図第６図は本発明によるサイドロ
ールでの素管予変形状態を示す模式図、第７図は
サイザーロールにおける素管絞り成形過程を示す
模式図、第８図は管の加工ひずみと残留応力なら
びに曲がりとの関係を示す模式図第９図Ａは従来
成形法におけるサイザーロール前の素管の長手方
向ひずみ分布を示す線図、第９図Ｂは従来成形法
におけるサイザーロールで素管に加えられる長手
方向ひずみ分布を示す線図、第９図Ｃは従来成形
法におけるサイザーロール後の素管の長手方向ひ
ずみ分布およびそれに基づく残留ひずみ分布を示
す線図、第１０図Ａは本発明法におけるサイザー
ロール前の素管の長手方向ひずみ分布を示す線
図、第１０図Ｂは本発明法におけるサイザーロー
ルで素管に加えられる長手方向ひずみ分布を示す
線図、第１０図Ｃは本発明法におけるサイザーロ
ール後の素管の長手方向ひずみ分布およびそれに
基づく残留ひずみ分布を示す線図、第１１図はす
でにひずみ差のある２ケ所の部分に等しいひずみ
を付加した後のひずみ差の変化を示す応力−ひず
み線図である。 １０……サイドロール、１１Ａ……帯板、１１
Ｂ……素管、１６……スクイズロール、１９……
サイザーロール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 曲げ成形された帯鋼の両エツジを溶接するこ
   とによつて素管を形成し、該素管をサイザーロー
   ルによつて定径成形する電縫鋼管の製造方法にお
   いて、素管の溶接部を含む直径を素管の縦径と
   し、素管の上記縦径に直交する直径を素管の横径
   とする時、サイザーロール進入前の素管の横径に
   対する縦径のなす比ｒ（縦径／横径）が1.04≦ｒ
   ≦1.10となるように、サイザーロール進入前の素
   管にサイドロールによる予変形を加えることを特
   徴とする電縫鋼管の製造方法。