JPH10296492A

JPH10296492A - 鋼管シーム部の平滑化装置

Info

Publication number: JPH10296492A
Application number: JP11224197A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Toyooka; 高明豊岡; Yuji Hashimoto; 裕二橋本; Motoaki Itaya; 元晶板谷; Akira Yorifuji; 章依藤; Masanori Nishimori; 正徳西森
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-10

Abstract

(57)【要約】【課題】固相圧接管の造管途上で生じるシーム部の
増肉を解消できる鋼管シーム部の平滑化装置を提供す
る。【解決手段】ロール台車にタンデム配列され管１内で
シーム部の増肉３を圧潰する複数本の内面圧延ロール６
と、シーム部を介して内面圧延ロールと対抗するガイド
ロール８とを備え、次の要件(A),(B),(C) の最少１つを
満たす装置。(A)内面圧延ロール６の最少２本はロール
幅中心が圧延面上で接合界面４に関し互いに逆側にあ
る。(B) 内面圧延ロールの第１本目を除く最少１本が第
１本目よりも大きいロール幅でかつ中央の凹んだプロフ
ィルを有する。(C) ガイドロール８の最少第１本目と内
面圧延前の管11との無負荷接触時、該ガイドロール幅両
端の近傍かつ内側に増肉３に見合う大きさの隙間12がで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管シーム部の平
滑化装置に関し、とくに、オープン管の両エッジ部を固
相圧接適正温度域で衝合接合して製造される鋼管のシー
ム部に生じる増肉を圧延により平滑化するに適した鋼管
シーム部の平滑化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接鋼管は、鋼板または鋼帯（帯鋼）を
管状に成形しその継目を溶接したもので、小径から大径
まで各種の製造法によりつくられているが、主な製造法
として、電気抵抗溶接（電縫）、鍛接、電弧溶接による
ものが挙げられる。小径〜中径鋼管用としては、高周波
電流を利用した電気抵抗溶接法（電気抵抗溶接鋼管、電
縫管）が主として利用されている。この方法は、連続的
に帯鋼を供給し、成形ロールで管状に成形してオープン
管とし、続いて高周波電流によりオープン管の両エッジ
部端面を鋼の融点以上に加熱した後、スクイズロールで
両エッジ部端面を衝合溶接して鋼管を製造する方法であ
る（例えば、第３版鉄鋼便覧第III 巻（２）1056〜1092
頁）。

【０００３】上記した高周波電流を利用した電縫管の製
造方法では、オープン管の両エッジ部端面を鋼の融点以
上に加熱するため、電磁力の影響により溶鋼が流動し、
生成された酸化物が衝合溶接部に噛み込まれペネトレー
タ等の溶接欠陥あるいは、溶鋼飛散（フラッシュ）が発
生しやすいという問題があった。この
問題に対し、例えば、特開平2-299782号公報には、２つ
の加熱装置を有する電縫鋼管の製造法が提案されてい
る。すなわち、第１の加熱装置でオープン管の両エッジ
部の温度をキュリー点以上に加熱し、第２の加熱装置で
更に融点以上に加熱し、すぐ下流に設けたスクイズロー
ルで両エッジ部を衝合溶接して鋼管を製造する。また、
特開平2-299783号公報には、第１の加熱装置で周波数45
〜250kHzの電流を流し、両側エッジ部を予熱し、第２の
加熱装置で更に融点以上に加熱し、スクイズロールで両
エッジ部を衝合溶接して鋼管を製造する電縫管製造装置
が提案されている。

【０００４】しかしながら、これらの電縫管製造技術で
は、エッジ部を均一に加熱することは示唆しているもの
の、両エッジ部を鋼の融点以上に加熱するため、衝合溶
接時に、溶融した鋼が管の内外面に排出されビード（余
盛）が形成される。そのため、衝合溶接後に管内外面の
溶接ビードの除去が必要であり、ほとんどがビード切削
用バイトにより切削されて除去されている。

【０００５】このようなことから、この方法では、ビード切削用バイトの切削量の調整で、材料と時間の
ロスが発生する。ビード切削用バイトは消耗品であるため、造管速度に
よって異なるが、3000〜4000ｍのビード切削長毎にバイ
トを交換する必要があり、そのため、１時間程度ごとに
３〜５分間のバイト交換のためのラインの停止を余儀な
くされる。

【０００６】特に造管速度が100 ｍ／min を超える高
速造管では、ビード切削用バイトの寿命が短く、交換頻
度が高い。など、ビード切削がネックとなり、高速造管
ができないため生産性が低いという問題があった。一
方、比較的小径鋼管用として極めて高い生産性を有する
鍛接鋼管製造方法がある。この方法は、連続的に供給し
た帯鋼を加熱炉で1350〜1400℃程度に加熱した後、成形
ロールで管状に成形してオープン管とし、続いてオープ
ン管の両エッジ部に高圧空気を吹き付けて端面のスケー
ルオフを行った後、ウェルディングホーンにより端面に
酸素を吹き付け、その酸化熱で端面を局部的に昇温させ
てから、鍛接ロールで両エッジ部端面を衝合させ固相接
合して鋼管を製造する方法である（例えば、第３版鉄鋼
便覧第III 巻（２）1093〜1109頁）。

【０００７】しかし、この鍛接鋼管製造方法では、端面のスケールオフが完全ではないので、鍛接衝合部
へのスケール噛込みが発生し、シーム部の強度が母材部
に比べてかなり劣る。このため、偏平試験で、電縫鋼管
なら偏平高さ比ｈ／Ｄ＝２ｔ／Ｄ（ｔ：板厚）を達成で
きるのに対し、鍛接鋼管では偏平高さ比ｈ／Ｄが0.5 程
度に劣るものとなる。

【０００８】帯鋼を高温に加熱するため、管表面にス
ケールが生成し表面肌が悪い。など、造管速度が300m／
min 以上と速く生産性は高いが、シーム品質及び表面肌
が悪く、ＪＩＳのＳＴＫ等の強度信頼性や表面品質を要
求されるものは製造できないという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記問題を有利に解決
するには、本発明者らの創案になる固相圧接造管法によ
るのが好適である。これは、好ましくは材料全体を温間
温度域（概ね200 〜800℃）に保ちながら、オープン管
のエッジ部を、キュリー点以上融点未満の温度域（予熱
温度域という）に誘導加熱（エッジ予熱という）し、次
いで空冷により予熱温度域内でエッジ部の温度均一化を
行った後、固相圧接適正温度域（1300℃〜1500℃）に誘
導加熱（本加熱という）して衝合・圧接するという従来
にない造管法である。

【００１０】この固相圧接造管法で製造される鋼管（固
相圧接管）は、従来の電縫管、電弧溶接管のようにビー
ド切削の必要がないので高速造管が可能で生産性が高
く、しかも従来の鍛接管の欠点である酸化起因のシーム
品質および表面肌の劣化もない。ところが、図４
（ａ）、（ｂ）に示すように、圧接された管１のシーム
部２には、エッジ部の到達温度あるいはスクイズロール
による絞り込みの程度により、管内外側または管内側に
管体肉厚の５％以上の増肉（肉厚増分）３を生じること
がある。溶融ビードよりは盛り上がりが小さいものの、
このような増肉があると、伸管用素管、ボイラーチュー
ブ等の高寸法精度鋼管への適用が困難になる問題があ
る。

【００１１】ところで、従来の溶接鋼管では、管内面ビ
ードを圧延によって圧潰する技術が知られている（例え
ば、特公平1-42768 号公報（電縫管）、特公平2-29439
号公報（熱間溶接管）、特開昭62-137184 号公報（熱間
溶接管）等参照）。これらの技術は、シーム部を例えば
スクイズロールの片方と内面圧延ロールとで、また例え
ばスクイズロール出側にてガイドロールと内面圧延ロー
ルとで挟みこんで圧延し、管内面ビードを圧潰するもの
である。管外面ビードはスクイズロールによって形成を
抑えられ、管内面ビード形成後に内面圧延ロールによっ
て潰されるので、これらの技術を固相圧接管にも適用す
れば前記増肉が首尾よく圧潰されてシーム部が平滑化す
るように思える。

【００１２】しかしながら、とくに小径管（外径62mmφ
程度以下）の内面圧延では、スペース上の制約があるた
めに、内面圧延ロールのロール幅（胴長）を十分大きく
できないこと、あるいは、厚み、幅、長手の３方向とも
圧縮応力場であるため大きな圧延荷重が必要となるとこ
ろ、それに見合うだけの耐荷重、剛性を具備したサイズ
の内面圧延装置を装入し難いことから、増肉を十分に圧
潰する（圧延して潰す）ことができない。

【００１３】そのため、図５に示すように、シーム部を
（ａ）スクイズロール７の片方と内面圧延ロール６と
で、あるいは（ｂ）スクイズロール７出側でガイドロー
ル８と内面圧延ロール６とで、挟み込んで増肉３を圧延
しようとすると、内面圧延ロール６両端外側に肉厚の５
％以上の肉厚段差５が残り、また、（ｃ）シームねじれ
19がある場合には、図５（ｃ）に示すように、内面圧延
ロール６中心に関し管１の接合界面４のある側の内面圧
延ロール６端の外側に材料が逃げて新たな増肉３を生じ
やすくなり、シーム部の平滑化が困難であった。

【００１４】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
決するために、ビード切削の必要がなく高い生産性が確
保できしかもシーム品質および表面肌に優れた固相圧接
管の造管途上で生じるシーム部の増肉を解消できる鋼管
シーム部の平滑化装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、シーム部を有
する管内に配設可能なロール支持台車と、該ロール支持
台車にタンデムに配列・支持され管内でシーム部の増肉
（肉厚増分）を圧潰する複数本の内面圧延ロールと、シ
ーム部を介して前記内面圧延ロールの第１本目を除くま
たは含む各本と対抗するガイドロールとを備え、必要に
応じて前記ロール支持台車にかかる圧延反力を管外から
受け止める受けロールを備えた鋼管シーム部の平滑化装
置であって、さらに、下記の要件、、の少なくと
も１要件以上を備えたことを特徴とする鋼管シーム部の
平滑化装置である。

【００１６】記前記内面圧延ロールの少なくとも２本はロール幅中
心が圧延面上で管の接合界面に関し互いに逆側にあるこ
と。前記内面圧延ロールの第１本目を除く少なくとも１
本が前記第１本目よりも大きいロール幅でかつ中央の凹
んだロールプロフィルを有すること。前記ガイドロールの少なくとも第１本目が、内面圧
延前の管と圧延位置にて無負荷で接触させたとき該ガイ
ドロール幅両端の近傍かつ内側に前記増肉に見合う大き
さの隙間ができるロールプロフィルを有すること。

【００１７】ここに、内面圧延ロールあるいはガイドロ
ールの「第１本目」とは、通材の向きの上流側から起算
される配列順の第１番目を意味する。なお、シーム部に
当接する、スクイズロール、内面圧延ロールおよびガイ
ドロールは、曲げ強度15kg/mm²以上、耐熱衝撃温度差 1
50℃以上の特性を有することが好ましく、それらの素材
としては、窒化ケイ素系、炭化ケイ素系、ジルコニア
系、またはアルミナ系のセラミックスが最適である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の鋼管シーム部の
平滑化装置の概要を示す側断面図であり、（ａ）は内面
圧延ロール６が３本でその第１本目をスクイズロール７
と、第２本目以降をガイドロール８と対配置した例、
（ｂ）は内面圧延ロール６が３本で各本をガイドロール
８と対配置した例、（ｃ）は内面圧延ロール６が２本で
その第１本目をスクイズロール７と、第２本目をガイド
ロール８と対配置した例、（ｄ）は内面圧延ロール６が
２本で各本をガイドロール８と対配置した例である。

【００１９】同図に示すように、本発明の鋼管シーム部
の平滑化装置は、シーム部２を有する管１内に配設可能
なロール支持台車９と、該ロール支持台車９にタンデム
に配列・支持され管内でシーム部２の増肉３を圧潰する
複数本の内面圧延ロール６と、シーム部２を介して内面
圧延ロール６の第１本目を除く（図１（ａ）、（ｃ））
または含む（図１（ｂ）、（ｄ））各本と対抗するガイ
ドロール８とを備え、必要に応じてロール支持台車９に
かかる圧延反力を管外から受け止める受けロール10を備
え、さらに、上記要件、、の少なくともいずれか
を必須に備える。なお、図１において16は、ロール支持
台車９の長手方向位置固定用のロッドである。

【００２０】内面圧延ロール６をタンデムに配列したこ
とにより、ロール１本当たり（１スタンド当たり）の耐
荷重を軽減でき、ロール支持台車９を無理なく小径管に
装入できるサイズに構成できる。本発明では、内面圧延
ロール６は最少２本を要するが、本数の上限は適宜定め
ればよいので特に限定されない。

【００２１】第１本目の内面圧延ロール６に対抗するガ
イドロール８を設けない場合には、図１（ａ）、（ｃ）
に示すように、第１本目の内面圧延ロール６に対しては
スクイズロール７をガイドロール８として活用する。図
２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、要件、、を例示す
る正断面図であり、（Ａ）は、図１（ｂ）の第１〜第３
パス、（Ｂ）、（Ｃ）は図１（ｄ）の第１、第２パスの
圧延位置に対応する。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）の第１
パスに用いる第１本目のガイドロール８に代えて、図１
（ａ）、（ｃ）に示すように、スクイズロール７として
もよい。

【００２２】要件は、図２（Ａ）に示すように、内面
圧延ロール６の少なくとも２本（この例では第２、第３
本目）はロール幅中心が圧延面上で管１の接合界面４に
関し互いに逆側にあることである。なお、図１（ｄ）の
第１、第２本目の内面圧延ロール６を図２（Ａ）の第２
本目、第３本目のように配置してもよい。これにより、
第２、第３パスの組み合わせで接合界面４両側の圧延幅
が実質的に広がるので、肉厚段差５、あるいは図５
（ｃ）に示したシームねじれ19起因の新たな増肉３を効
果的に解消することができ、シーム部の平滑化が促進さ
れる。

【００２３】要件は、図２（Ｂ）に示すように、内面
圧延ロール６の第１本目を除く少なくとも１本（この例
では第２本目）が前記第１本目よりも大きいロール幅で
かつ中央の凹んだロールプロフィルを有することであ
る。これによれば、第１パスで圧延圧力の不足に起因し
て内面圧延ロール６両端の外側に生じた肉厚段差５は、
第２パスでは、内面圧延ロール幅端部に接触しかつ該ロ
ール幅中央部には管１が接触しないので、さらに高い圧
延圧力で圧延されることとなるから、シーム部の平滑化
が促進される。

【００２４】要件は、図２（Ｃ）に示すように、ガイ
ドロール８の少なくとも第１本目が、内面圧延前の管11
と圧延位置にて無負荷で接触させたとき該ガイドロール
幅両端の近傍かつ内側に増肉３に見合う大きさの隙間12
ができるロールプロフィルを有することである。これに
より、内面圧延時に増肉３がこの隙間12に逃げやすくな
って、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した肉厚段差５が第１パ
スで解消するか、解消しないまでも大幅に軽減され、第
２パス以降でのシーム部の平滑化が一層容易となる。

【００２５】本発明にあっては上記要件〜をそれぞ
れ単独で具備しても有効であるが、これらの二つ以上の
組み合わせを具備する鋼管シーム部の平滑化装置であれ
ば、増肉圧潰効果はさらに高まることが期待される。ま
た、本発明は、その構成から、従来の溶接管の内面ビー
ド圧延に用いても、従来以上のレベルでシーム部平滑化
を達成できることが自明である。

【００２６】なお、圧下位置を調整するために、ロール
支持台車９には、例えば図３に示すようなロール昇降機
構を設けるのが好ましい。この例では、ロール支持台車
９を上部、下部に分けてロッド16側に設けた蝶番14で連
結し、蝶番14を中心とする上部、下部の開度を楔13およ
び楔ホルダ17で調整するようにしている。なお、15は楔
13の押込位置調整用のボルトである。

【００２７】ところで、シーム部に当接する、スクイズ
ロール、内面圧延ロールおよびガイドロールは、増肉圧
潰の際に、管体からの反力によって15kg/mm²以上の曲げ
応力が生じ、かつ当該ロールの管体への当接面の圧接点
近傍とそれ以外の領域との温度差は150 ℃以上にまで達
していることが多い。そのため、これらのロールの寿命
延長のために、当該ロールの素材は、曲げ強度15kg/mm²
以上、耐熱衝撃温度差150 ℃以上の特性を有するものの
うちから選択することが好ましい。なお、ここで評価に
用いた耐熱衝撃温度差とは、材料試験片として３mm×４
mm×40mmの角棒（JIS ４点曲げ試験用の仕様）を使用し
て、試験片を所定温度まで加熱した後に、水中に投下し
た際に試験片にクラックが発生しない温度差（加熱温度
と水温との差）のことである。現状の技術水準に照らせ
ば、かかる素材としては、窒化ケイ素（Si₃N₄）系また
は炭化ケイ素（SiC ）系またはジルコニア（ZrO₂）系ま
たはアルミナ（Al₂O₃）系のセラミックスが最適であ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ビ
ード切削の必要がなく高い生産性が確保できしかもシー
ム品質および表面肌に優れた固相圧接管の造管途上で生
じるシーム部の増肉を解消でき、かつ従来の溶接鋼管の
内面ビードをもさらに効果的に圧潰できるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋼管シーム部の平滑化装置の概要を示
す側断面図である。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、要件、、を
例示する正断面図である。

【図３】ロール支持台車のロール昇降機構の例を示す側
断面図である。

【図４】シーム部の増肉を示す正断面図である。

【図５】従来の管内面圧延技術の問題点を示すシーム部
の正断面図である。

【符号の説明】

１管２シーム部３増肉（肉厚増分）４接合界面５肉厚段差６内面圧延ロール７スクイズロール８ガイドロール９ロール支持台車 10 受けロール 11 内面圧延前の管 12 隙間 13 楔 14 蝶番 15 ボルト 16 ロッド 17 楔ホルダ 19 シームねじれ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者板谷元晶愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者依藤章愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者西森正徳愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シーム部を有する鋼管の管内に配設可能
なロール支持台車と、該ロール支持台車にタンデムに配
列・支持され管内でシーム部の増肉を圧潰する複数本の
内面圧延ロールと、シーム部を介して前記内面圧延ロー
ルの第１本目を除くまたは含む各本と対抗するガイドロ
ールとを備え、さらに下記の要件、、の少なくと
も１要件以上を備えたことを特徴とする鋼管シーム部の
平滑化装置。記前記内面圧延ロールの少なくとも２本はロール幅中
心が圧延面上で管の接合界面に関し互いに逆側にあるこ
と。前記内面圧延ロールの第１本目を除く少なくとも１
本が前記第１本目よりも大きいロール幅でかつ中央の凹
んだロールプロフィルを有すること。前記ガイドロールの少なくとも第１本目が、内面圧
延前の管と圧延位置にて無負荷で接触させたとき該ガイ
ドロール幅両端の近傍かつ内側に前記増肉に見合う大き
さの隙間ができるロールプロフィルを有すること。
【請求項２】前記ロール支持台車にかかる圧延反力を
管外から受け止める受けロールを備えた請求項１記載の
装置。
【請求項３】シーム部に当接する、スクイズロール、
内面圧延ロールおよびガイドロールが、曲げ強度15kg/m
m²以上、耐熱衝撃温度差 150℃以上の特性を有する素材
からなる請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】前記素材が、窒化ケイ素系、炭化ケイ素
系、ジルコニア系、またはアルミナ系のセラミックスで
ある請求項３記載の装置。