JPH10137863A - 液圧バルジ加工用表面処理鋼管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ユーザーにおける加工前の素管の脱脂、洗浄や
ペイント塗装、乾燥工程を省略することができ、素管切
断から液圧バルジ加工を連続的に行うことのできると共
に、成形加工後はアルカリ脱脂処理により容易に脱膜す
ることができる焼付き防止性能および潤滑性に優れた液
圧バルジ加工用表面処理鋼管を提供する。 【解決手段】鋼管の少なくとも外表面に、膜厚が０．５
〜１０μｍの潤滑用の脱膜型樹脂皮膜を備えていること
を特徴とする液圧バルジ加工用表面処理鋼管、およびこ
の脱膜型樹脂皮膜が膜厚が０．５〜１０μｍの水溶性樹
脂または水分散性樹脂の被膜である液圧バルジ加工用表
面処理鋼管。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液圧バルジ加工に供
する表面処理鋼管に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管の液圧バルジ加工は、配管の分岐部
に用いられるＴ型管継手（以下、Ｔ継手と記す）の代表
的な加工方法として知られている。

【０００３】図１はＴ継手の図で、（イ）は側面図、
（ロ）はＡ−Ａ中央断面図である。Ｔ継手１は母管部１
ａと高さＨの枝管部１ｂからなり、両者がスムースな曲
率（半径Ｒ）を有するクロッチ部１ｃで結ばれている。

【０００４】図２は、Ｔ継手の液圧バルジ加工に用いら
れる金型を示し、（イ）は長手方向断面図、（ロ）は側
面図である。金型２は上型２ａと下型２ｂからなり、上
下に分割できる構造になっている。

【０００５】上型２ａには半円形のダイス溝２ａ−１
が、下型２ｂには同じく半円形のダイス溝２ｂ−１とダ
イス孔２ｂ−２が設けられており、これらで形成される
金型内郭形状はＴ継手１の外郭形状と同一である。金型
２には一般に工具鋼が用いられ、熱処理あるいはクロム
メッキなどによって金型内郭部表面は硬質かつ平滑に仕
上げられている。

【０００６】図３は、Ｔ継手の液圧バルジ加工工程を示
す部分断面図である。

【０００７】図３（イ）は、Ｔ継手の母管部と同一の外
径Ｄ１、肉厚ｔａの管を所定長さＬ0 に切断した素管３
を液圧バルジ加工機（図示せず）に取り付けた下型２ｂ
のダイス溝２ｂ−１にセットし、液圧バルジ加工機の上
下方向加圧装置（図示せず）に取り付けた上型２ａを降
下せしめ、液圧バルジ加工の際に上型２ａが浮き上らな
いように、下型２ｂに所定の力で押しつけた状態を示
す。

【０００８】図３（ロ）は、液圧バルジ加工機の水平方
向加圧装置（図示せず）に取り付けた対向する押金４、
５を前進させて押金端面４ａ、５ａを素管端面３ａに押
し付け、ついで押金４の内部を貫通する加工液注入用管
路６を通して注入した加工液８で素管３の内部を充満さ
せた状態を示す。加工液としては、水に防錆を主目的と
した油分を混合させたエマルジョンを用いるのが一般的
である。この後、加工液８の圧力を増加させながら左右
の押金４、５を前進せしめると、下型ダイス孔２ｂ−２
の入口Ｒ部２ｂ−３を通過して材料がダイス孔２ｂ−２
の中に流入していく。

【０００９】図３（ハ）は、材料の長さがＴ継手母管部
の長さよりも僅かに長いＬ´まで縮むと同時に、ダイス
孔２ｂ−２と所定位置にあらかじめセットされたストッ
パ７で規制された形状の隆起部９ｂが形成された状態を
示す。この後、加工液８の圧力を低下、押金４、５を後
退および上型２ａを上昇させ、ストッパ７をシリンダ
（図示せず）で上昇させて半製品９を下型２ｂから取り
出す。

【００１０】図３（ニ）は、半製品の側面図である。隆
起部９ｂを高さＨの位置で切断し、母管部９ａを長さＬ
に仕上げ、必要に応じて熱処理を施すことによってＴ継
手が得られる。

【００１１】ところで、図３（ロ）〜（ハ）の加工工程
においては、材料には加工液８による数百〜千数百気圧
の内圧が作用し、これに押金４、５による軸方向圧縮が
加わるので、材料の外面と上型ダイス溝２ａ−１および
下型ダイス溝２ｂ−１には大きな圧力が作用する。

【００１２】また、加工硬化した材料が滑る下型ダイス
孔の入口Ｒ部２ｂ−３にも大きな圧力が作用する。この
状態で材料をダイス溝２ａ−１、２ｂ−１内で軸方向に
収縮、あるいはダイス孔２ｂ−２に流入させる際の摩擦
が次のような問題を引き起こす。

【００１３】第１は、半製品９の外面に擦り疵が生じ、
グラインダなどによる研磨手入れが必要となることであ
る。前述のごとく金型２の内郭部は硬質かつ平滑に仕上
げられてはいるが、摩擦条件が過酷であるために、連続
して加工を行うと金型にも擦り疵が発生する。金型表面
の研磨修正は生産の能率を低下させるばかりでなく、修
正が度重なると製品に寸法変化をきたしてしまう。この
場合には肉盛りと仕上げ加工が必要となるので金型の保
守費用が嵩んでしまう。

【００１４】第２は、材料が軸方向にすべりにくいため
に、管端部近傍での挫屈が生じ易くなり、薄肉品の加工
が困難となることである。

【００１５】図４は、挫屈が発生した状態を示す図であ
る。同図に示すように挫屈１０は管端部近傍で生じ易
い。

【００１６】第３は、材料がダイス孔２ｂ−２内に流入
しにくくなるために、隆起部の破断が生じ易くなること
である。

【００１７】図５は、隆起部の破断状態を示す斜視図で
ある。同図に示すように、材料がダイス孔に流入しにく
くなると隆起部の頂部で割れ１１が発生する。

【００１８】液圧バルジ加工における上記のような諸問
題を解消するためには、材料が金型と極めて高い面圧の
もとで摺動する際の摩擦抵抗を減少させることが重要で
ある。

【００１９】その対策として、素管の外表面に金型との
焼付き防止する処理が行われている。潤滑油を素管に塗
布する方法も考えられるが、金型との高面圧下での摺動
でこすり取られてしまうために効果が乏しい。金型内が
内圧付加のための水系の加工液で濡れているために潤滑
油の効果が低下することもある。

【００２０】そこで最も広く採用されているのはペイン
ト塗装である。所定長さに切断された素管を脱脂洗浄
し、その外面を吹き付け、あるいははけ塗りによって塗
装し、十分に乾燥固化させた後に液圧バルジ加工が行わ
れている。

【００２１】しかしながら、この方法には次のような問
題がある。

【００２２】第１は、素管の脱脂洗浄および塗装乾燥に
労力と工数がかかる。また、長尺の素管を所定の長さに
切断した後でペイント塗装されるため、素管切断工程と
液圧バルジ加工工程を連続させることができない。した
がって、工程毎に材料が滞留し、材料保管のための余分
なスペースを確保する必要があるばかりでなく、工程全
体の能率が上がらないことである。

【００２３】第２は、長尺の素管を所定の長さに切断し
た後、１個１個人手によてペイント塗装がおこなわれて
いるので、塗装に時間を要するばかりでなく、素管の曲
面部にペイントを均一に塗装するには熟練を必要とする
ことである。薄肉の素管の場合に、不均一な膜厚でペイ
ント塗装されると、液圧バルジ加工の軸圧縮の際に膜厚
の段差部で挫屈が生じ易くなる。また、塗膜が厚過ぎる
と金型に塗膜がこびりつき、これが次の加工で製品に押
し込み疵を発生させるので、その都度金型から塗膜を取
り除く手間がかかる。

【００２４】第３には、液圧バルジ加工の後で有機溶剤
などで塗膜を除去する必要がある場合に手間と工数がか
かり、作業環境面でも問題がある。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ユー
ザーにおける加工前の素管の脱脂、洗浄やペイント塗
装、乾燥工程を省略することができ、素管切断から液圧
バルジ加工を連続的に行うことができると共に、成形加
工後はアルカリ脱脂処理により容易に脱膜することがで
きる焼付き防止性能および潤滑性に優れた液圧バルジ加
工用表面処理鋼管を提供することである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解消すべく種々実験、検討した結果、素管の少なくと
も外表面に、膜厚が０．５〜１０μｍの脱膜型潤滑処理
皮膜を設けるのがよいこと、また脱膜型潤滑処理皮膜が
水溶性樹脂または水分散性樹脂をバインダー樹脂とした
樹脂被膜が好適であるとの知見を得た。本発明は、この
ような知見に基づきなされたもので、その要旨は、「鋼
管の少なくとも外表面に、膜厚が０．５〜１０μｍの潤
滑用の脱膜型樹脂皮膜を備えていることを特徴とする液
圧バルジ加工用表面処理鋼管、およびこの脱膜型樹脂皮
膜が膜厚が０．５〜１０μｍの水溶性樹脂または水分散
性樹脂の被膜である液圧バルジ加工用表面処理鋼管」に
ある。

【００２７】ここで、脱膜型とは、液圧バルジ加工後に
アルカリ水溶液等にて管表面から容易に被膜を除去する
ことができる型をいう。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の液圧バルジ加工用表面処
理鋼管における限定条件について以下に詳述する。

【００２９】（ａ）脱膜型樹脂皮膜 鋼管の少なくとも外表面に潤滑用の脱膜型樹脂皮膜を設
けるのは、バルジ加工時に鋼管とダイスとの摺動界面に
被膜を存在させることにより、焼き付きを防止するため
である。この被膜は、ダイスと鋼管との直接のメタル接
触を防止するスペーサとしての機能をもたせる。被膜に
必要な性能としては、摺動によって皮膜が剥離して工具
に堆積しないために、皮膜の密着性、潤滑性、可とう性
が挙げられる。さらに、加工後の脱膜性を良好とするた
め皮膜のアルカリ可溶性が必要である。

【００３０】加工後に脱膜が必要になるのは、バルジ成
形品が半製品の場合は、加工後の塗装性の確保のためで
ある。また、バルジ成形品が製品である場合は、加工時
の摺動により白濁した被膜を脱膜し、美麗な外観を確保
すると同時に、製品の使用環境によっては除々に脱離し
ていく被膜を予め全部脱膜して清浄性を確保するためで
ある。

【００３１】上記のような性能を満足する脱膜型樹脂皮
膜は、アルカリ可溶な樹脂の皮膜であり、滑剤、顔料、
防錆剤等の各種添加剤の添加により皮膜性能の制御が可
能である。

【００３２】バインダー樹脂としては、皮膜がアルカリ
による脱膜性を有するために、アルカリ水溶液に可溶な
水溶性樹脂または水分散性樹脂であるのが好ましい。

【００３３】一方で、皮膜が成形加工に適するために
は、バインダー樹脂がメタル表面との充分な密着性を有
することが必要である。この両者を両立するためには、
バインダー樹脂が、酸価にして １０ 〜１６０のカルボ
キシル基を有するビニール系樹脂またはビニール系共重
合体、或いは、これらの樹脂のエステル化物またはアミ
ド化物であることが好ましい。

【００３４】カルボキシル基による酸価が１０未満では
アルカリによる脱膜性が不芳となり、１６０を超えると
耐水性が悪化する。特に好ましくは、ポリアクリル酸、
または、ポリアクリル酸エステルの単重合体、またはこ
れらの樹脂と共重合可能な樹脂との共重合体であり、か
つ酸価が１０ 〜 １６０である。

【００３５】バインダ樹脂は、材料の塑性加工に追従す
るための可とう性を有する樹脂が好ましく、樹脂のガラ
ス転移温度が５〜１００℃がよい。ガラス転移温度が５
℃に満たない樹脂は、べと付きによる保管性およびハン
ドリング性の点で好ましくない。ガラス転移温度が１０
０℃を超えると成形加工時にかかる皮膜内応力が皮膜−
メタル界面密着力を凌駕するため、クラック発生、皮膜
脱落による焼き付き及び型カジリ等の問題が発生するお
それがある。

【００３６】滑剤は、ワックス、金属石鹸等の固体潤滑
剤が好ましい。特に摺動長の大きい高加工度、難加工に
対応するためには、メタル表面への吸着性を有する金属
石鹸の添加が好ましい。さらに、金属石鹸の持つアルカ
リ系水溶液に可溶な性質により、脱膜性への悪影響を低
減することが可能となる。

【００３７】一方で、ワックス系或いは無機系固体潤滑
剤は脱膜性を悪化させる他、特に比重の大きい無機系固
体潤滑剤は潤滑処理液の分散安定性を悪化させるので好
ましくない。

【００３８】金属石鹸は特に限定されなく、脂肪酸エス
テル系、リン酸エステル系、硫酸エステル系等の使用が
可能である。これらの金属石鹸はＣａ塩、Ｚｎ塩、等の
難溶性のものが好ましく、Ｋ塩、Ｎａ塩等は皮膜の耐水
性、耐食性を悪化させるため好ましくない。

【００３９】金属石鹸の添加量は１％以上２０％以下が
好ましい。金属石鹸の添加量が１％未満の場合は充分な
潤滑性が得られない。金属石鹸の添加量が２０％を超え
ると皮膜の耐水性が悪化し、さらに塗工時の泡立ち等の
製造性が悪化する。

【００４０】脱膜型樹脂皮膜は、均一に施す必要がある
が、脱膜型樹脂皮膜処理法としては、浸漬型処理→乾
燥、スプレー塗布→乾燥、刷毛塗り→乾燥等の方法でよ
い。このような脱膜型樹脂皮膜を施した鋼管を、液圧バ
ルジ成形加工後アルカリ脱脂により脱膜し、更に必要で
あればその後塗装を施すことができる。

【００４１】材料が炭素鋼管の場合は、成形加工用に施
した皮膜が、加工までの一時防錆処理となるため好まし
い。

【００４２】なお、素管の内表面は、特に被膜を設ける
必要はない。素管を液中に浸漬して被膜処理をおこなう
場合には、管内面にも被膜が形成されるがバルジ加工に
は影響をおよぼさない。

【００４３】（ｂ）脱膜型樹脂皮膜厚 脱膜型樹脂皮膜は、０．５μｍ以上、１０μｍ以下の膜
厚で鋼管の内外面のうちの少なくとも外面に設けている
ことが必要である。皮膜厚が０．５μｍに満たない場合
は充分な焼き付き防止効果が得られない。また、皮膜厚
が１０μｍを超えると、被膜の内部応力による剥離が頻
発する。工具への剥離物の蓄積が成形時に材料に押し込
み庇を発生させる等、バルジ成形性が悪化する他、脱脂
性が悪化する。また経済的にも過大な被膜厚みは無駄で
ある。好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である。

【００４４】

【実施例】板厚４．２ｍｍの熱間圧延鋼帯（炭素鋼：
Ｃ:０．０５％、Ｓｉ:０．１％、Ｍｎ:０．２５％）か
ら製造した電縫鋼管（外径:８９．１ｍｍ、肉厚:４．２
ｍｍ、長さ:５．５ｍ）を２４本用意した。これらの鋼
管表面を酸洗、ブラスト処理した後、表１に示す５種の
樹脂系をバインダー樹脂とする潤滑処理液に浸漬、次い
でオーブンにてPTM１００℃で乾燥して、表２に示す種
々の膜厚の液圧バルジ加工用の表面処理鋼管を得た。

【００４５】なお、膜厚の調整は、樹脂液への浸漬時間
を制御することによりおこなった。

【００４６】

【表１】

【００４７】表面処理鋼管を図３（イ）に示す長さＬ₀
＝３００ｍｍの素管に切断し、図３（ロ）に示すように
加工液（水に防錆油を濃度３％で混合したエマルジョ
ン）を素管に注入し、図３（ハ）に示すように軸方向圧
縮と最高５００ｋｇｆ／ｍｍ²の内圧を付加して液圧バ
ルジ加工を行った。

【００４８】目標とする図３（ニ）に示す半製品の寸法
は、母管部（９ａ）が外径Ｄ１＝８９．１ｍｍ、長さＬ
´＝１８０ｍｍ、隆起部（９ｂ）が外径Ｄ２＝８９．１
ｍｍ、高さＨ´＝６５ｍｍである。

【００４９】表２に示すサンプルNo.１−１〜４−６に
ついて、それぞれ１０回連続して液圧バルジ加工を実施
した。

【００５０】加工後の各Ｔ継手の外表面を観察し、破
断、擦り疵および押し込み疵の発生状況を調査した。結
果を表２に示す。

【００５１】

【表２】

【００５２】皮膜厚が樹脂系ａ潤滑処理では０．２μｍ
（サンプルNo.１−１）、樹脂系ｂ潤滑処理では０．３
μｍ（サンプルNo.２−１）、樹脂系ｃ潤滑処理では
０．１μｍ（サンプルNo.３−１）、樹脂系ｄ潤滑処理
では０．１μｍで（サンプルNo.４−１）では図６
（イ）に示す隆起部での破断が頻発した。

【００５３】また、鋼管の外表面に顕著な擦り疵が発生
したため、１０回の加工中に３回の金型研磨手入れを要
した。

【００５４】一方、皮膜厚が樹脂系ａ潤滑処理では１
７．１μｍ（サンプルNo.１−６）、樹脂系ｂ潤滑処理
では１４．３μｍ（サンプルNo.２−６）、樹脂系ｃ潤
滑処理では１２．３μｍ（サンプルNo.３−６）、樹脂
系ｄ潤滑処理では２０．２μｍで（サンプルNo.４−
６）では被膜剥離が発生し、その都度金型を清掃する必
要があった。また、剥離物によって鋼管の外表面に押し
込み疵が発生したので、半製品外面をグラインダにより
手入れをする必要があった。

【００５５】４種類の脱膜型潤滑処理皮膜の何れも皮膜
厚０．５〜１０μｍの範囲（サンプルNo.１−２〜No.１
−５、No.２−２〜No.２−５、No.３−２〜No.３−５、
No.４−２〜No.４−５）では全数良品となり、そのまま
図３（ニ）に示す半製品の頭部をＨ＝４１．２ｍｍの位
置で切断し、さらに母管端面を切削加工して図１に示す
Ｌ＝１７１．４ｍｍのＴ継手（１）を得た。

【００５６】

【発明の効果】本発明の予め脱膜型潤滑処理皮膜を施し
た鋼管を素管として、液圧バルジ成形加工することによ
り、効率よく良好な加工が可能となる。

【００５７】従来の問題点であった、素管の脱脂洗浄・
塗装乾燥工程が省略でき、大幅な工程の短縮化が図れ
る。また、素管状態でのスプレー塗装等による均一塗装
が行われるため、塗膜の均一性が良好で挫屈等が生じに
くい。

【００５８】さらに、成形加工後の脱膜型潤滑処理皮膜
の除去はフロン等の規制されている溶剤を使用すること
なく通常のアルカリ脱脂により容易に除去できる。この
ように、本発明によって得られる効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｔ型管継手の一例を示す図である。

【図２】Ｔ型管継手の液圧バルジ成形用金型の図であ
る。

【図３】Ｔ型管継手の液圧バルジ加工の工程を説明する
ための図である。

【図４】挫屈が発生した状態を示す図である。

【図５】隆起部の破断状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ Ｔ型管継手 ２ Ｔ型管継手の金型 ４、５ 押金 ６ 加工液注入用管路 ８ 加工液 11 破断部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼管の少なくとも外表面に、膜厚が０．５
   〜１０μｍの潤滑用の脱膜型樹脂皮膜を備えていること
   を特徴とする液圧バルジ加工用表面処理鋼管。
2. 【請求項２】脱膜型樹脂皮膜が水溶性樹脂または水分散
   性樹脂の被膜であることを特徴とする請求項１記載の液
   圧バルジ加工用表面処理鋼管。