JPH1043873A

JPH1043873A - 鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH1043873A
Application number: JP20682696A
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; Toshio Onishi; 寿雄大西; Nobuki Tanaka; 伸樹田中
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 1998-02-17

Abstract

(57)【要約】【課題】優れたシーム品質及び表面肌を有する鋼管を
高い生産性で製造することができる、誘導加熱方式によ
る鋼管の製造方法を提案する。【解決手段】帯鋼を成形ロールにより連続的に成形し
てオープン管としたのち、オープン管を予熱して、つい
で、オープン管の両エッジ部に、誘導加熱により1300℃
以上、融点未満の温度域に加熱するエッジ加熱を施し、
スクイズロールで衝合し圧接する。予熱は800 ℃以下の
温度で行う。エッジ加熱および圧接は、大気より低い酸
素濃度雰囲気中あるいは、露点が−10℃以下の雰囲気中
で行うのがよい。圧接後、接合部が1300℃以上に保持さ
れる時間が、0.03sec 以上または雰囲気中の酸素濃度で
決まる時間以上とするのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管の製造方法に
関し、とくに、固相圧接による鋼管の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】溶接鋼管は、鋼板または鋼帯を管状に成
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、高周波誘導加熱
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、続いて高周波誘導加熱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）1056〜10
92頁）。

【０００３】上記した高周波誘導加熱を利用した電縫管
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。第１の加熱
装置でオープン管の両側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、
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1300℃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1400℃程度に昇温させてから、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）1056〜1092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】本発明は、上記問題を
有利に解決し、優れたシーム品質及び表面肌を有する鋼
管を高い生産性で製造することができる、誘導加熱方式
による鋼管の製造方法を提案することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、帯鋼を成形ロ
ールにより連続的に成形してオープン管とし、該オープ
ン管の両エッジ部を加熱し、スクイズロールで衝合接合
する鋼管の製造方法において、前記オープン管を予熱
し、これに続き前記オープン管の両エッジ部に、誘導加
熱により1300℃以上、融点未満の温度域に加熱するエッ
ジ加熱を施し、該スクイズロールで圧接することを特徴
とするシーム品質および表面肌の優れた鋼管の製造方法
であり、前記オープン管の予熱は800 ℃以下の温度で行
うのが好ましい。

【００１１】また、本発明では、前記エッジ加熱および
前記圧接は、大気より低い酸素濃度雰囲気中あるいは、
露点が−10℃以下の雰囲気中で行うのが好ましい。ま
た、本発明では、前記圧接後、接合部が1300℃以上に保
持される時間ｔ_k（sec ）が、0.03sec 以上または次式
（１）ｔ_k≧ａ・ｅｘｐ｛−ｂ・〔Ｏ₂〕^c｝ …… （１）（ここに、Ｏ₂：雰囲気中の酸素濃度（vol ％）、ａ＝
0.079 、ｂ＝1.5 、ｃ＝-0.14 ）を満足するのが好適で
ある。

【００１２】また、本発明では、前記圧接時に、管内外
からシーム部管材を拘束し、シーム部増肉を抑制しても
よい。また、本発明では、前記圧接後、圧接シーム部近
傍を圧延してもよい。また、本発明では、前記圧接後、
圧接シーム部外面の微小凹形状部を除去して外面を平滑
化してもよい。

【００１３】また、前記帯鋼は、エッジ部端面を平坦化
し、該エッジ部端面と該帯鋼表面とのなす角度が所定の
角度とするエッジ処理を施されたものが好ましい。さら
に、前記帯鋼端面のエッジ処理は成形ロールによる成形
前または成形後行ってもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明では、帯鋼を成形ロールに
より連続的に成形し、オープン管とする。成形は通常公
知の成形ロールによる方法が好適に適用できる。予熱
は、後に行うエッジ加熱時にエッジ部とその近傍の母管
との温度差を小さくし、固相圧接段階において、エッジ
部の温度および温度分布を固相圧接可能温度域に容易に
維持できるようにするために行う。

【００１５】予熱は、加熱炉を用いる方法、誘導コイル
を用いる誘導加熱方法、通電による抵抗加熱方法いずれ
も好適に適用できる。予熱温度は、800 ℃以下の温度範
囲とする。800 ℃を超える予熱は、接合すべきエッジ部
を含む管体全面に多量のスケールが生成し、鋼管のシー
ム品質および表面肌がともに劣化するため、800 ℃を予
熱温度の上限とした。なお、予熱温度が400 ℃未満で
は、エッジ加熱時に、エッジ部から母管側への熱拡散が
多いため、圧接時のエッジ部温度及び温度分布を固相圧
接可能温度域に維持できにくく、また、予熱温度が 650
℃を超えると、オープン管表面のスケールが生成しやす
くなり、このため、予熱温度は、400 〜 650℃の温度範
囲とするのが好適である。

【００１６】ついで、予熱を施されたオープン管の両エ
ッジ部は、さらに、1300℃以上、融点未満の温度域に加
熱するエッジ加熱が施される。エッジ加熱の加熱方式
は、エネルギー効率の観点から、誘導コイルによる誘導
加熱方式とする。エッジ加熱は、加熱効率の観点からオ
ープン管内に適当な大きさのインピーダを配設するのが
好ましいが、インピーダの大きさを小さくした場合ある
いはインピーダを配置しない場合でもエッジ加熱は可能
である。この場合は、エッジ部以外の管体も加熱されや
すくなる。

【００１７】オープン管の両エッジ部端面の温度は、誘
導加熱コイルの出力の調整により制御する。エッジ加熱
の温度が1300℃未満では、エッジ部端面の接合が不十分
となりシーム品質が劣化する。また、エッジ部端面の温
度が管材の融点を超えると、溶融した鋼が衝合接合時に
管内外にビード（余盛）を形成するため、ビード切削を
必要とする。このことからエッジ加熱は1300℃以上、融
点未満の固相圧接可能温度域とする。なお、好ましくは
1350℃以上融点未満、より好ましくは1400℃以上融点未
満である。

【００１８】本発明でいう固相圧接とは、ビード（余
盛）の盛り上がりを抑え、ビード切削を必要としない圧
接を意味する。本発明では、ビード（余盛）の盛り上が
り量を抑制するため、エッジ加熱温度は固相域の温度が
好ましいが、若干の液相が存在する融点未満の固液２相
域でも何ら不都合はない。

【００１９】誘導加熱時のエッジ部の温度分布を均一に
するために、本発明では、好ましくは、帯鋼のエッジだ
れを精整し、エッジ部端面を平坦化し、エッジ部端面と
帯鋼表面のなす角度が所定の角度とするのがよい。所定
の角度は60〜120 度が好ましい。このエッジだれの精整
は、コイルをペイオフする前あるいは、コイルをペイオ
フし成形ロールでオープン管に成形する前、あるいは成
形した後いずれで行ってもよい。エッジ処理は、エッジ
ミラーによる切削、グラインダによる研磨、またはエッ
ジャーロールによる圧延加工等により行うのが好まし
い。

【００２０】両エッジ部を上記固相圧接可能温度域に加
熱されたオープン管は、スクイズロールで両エッジ部を
衝合され、固相圧接される。圧接は、図３（ａ）に示す
ように、スクイズロールを圧接接合部管外面に当接する
位置に設置して行う方法と、図３（ｂ）に示すように、
スクイズロールを圧接接合部管外面に当接しない位置に
設置して行う方法および図３（ｃ）に示すように、外面
側はスクイズロール、内面側はロール等を圧接接合部に
当接する位置に設置して行う方法があるが、いずれの場
合でも何ら不都合は生じない。

【００２１】エッジ加熱および固相圧接は、大気中ある
いは、大気中より酸素濃度を低減された雰囲気中（シー
ルド雰囲気中）いずれでもよいが、シーム品質の点から
はシールド雰囲気中が好ましい。また、エッジ加熱およ
び固相圧接は、シーム品質の点から、露点が−10℃以下
の雰囲気中で行うのが好ましい。本発明者らは、圧接
後、接合部が1300℃以上に保持される時間ｔ_kにより、
鋼管のシーム品質が変化することを見いだした。シーム
品質（偏平高さ比ｈ／Ｄ）に及ぼすｔ_kと、酸素濃度の
関係を図２に示す。図２から、ｔ_kが長くなるにしたが
い、シーム品質が向上していることがわかる。また、雰
囲気中の酸素濃度が低減するにしたがい、同一シーム品
質を得るためにはｔ_kは短くしてもよいことがわかる。

【００２２】この時間ｔ_k（sec ）は、エッジ加熱、固
相圧接が大気中で行われた場合には、0.03sec 以上とす
ることが好ましい。一方、エッジ加熱、固相圧接が大気
中より酸素濃度が低い雰囲気（シールド雰囲気中）で行
われた場合は、ｔ_kは、次式（１）を満足する時間とす
ることが好ましい。ｔ_k≧ａ・ｅｘｐ｛−ｂ・〔Ｏ₂〕^c｝ …… （１）ここに、Ｏ₂：雰囲気中の酸素濃度（vol ％）、ａ、
ｂ、ｃ：定数で、低炭素鋼の場合ａ＝0.079 、ｂ＝1.5
、ｃ＝-0.14 である。より好ましくは、ａ＝0.23、ｂ
＝1.4 、ｃ＝-0.17 である。

【００２３】この時間ｔ_kは、エッジ加熱時の両エッジ
部端面の加熱温度、加熱幅を制御し、固相圧接時の両エ
ッジ部端面から管中央部へ向かっての管円周方向温度分
布を調整することにより、固相圧接後のシームの冷却速
度を調整し、制御する。固相圧接により形成された圧接
シーム部では、スクイズロールの圧接接合部外面への当
接の有無、エッジ部の到達温度あるいはスクイズロール
による管円周方向絞りの程度により図４（ａ) 、（ｂ）
に示すようにシーム部の管内外または管内に管体肉厚の
５％以上の増肉を生じることがある。このような場合に
は、圧接以降の適当な場所で、増肉したシーム部近傍を
圧延により減肉するのが好ましい。増肉したシーム部近
傍の圧延は、例えば、図５（ａ) に示す圧接シーム部圧
延用ロール１０により管内外から圧延する。圧接シーム
部圧延用ロール１０は、圧接シーム部外面圧延用ロール
１０ａ、圧接シーム部内面圧延用ロール１０ｂからな
り、１０ｂは圧接シーム部圧延用ロール支持棒１０ｃに
より支持されている。

【００２４】また、前記圧接方法のうち、圧接接合部管
内外面にロール等を当接させる方法を採用することによ
って、材料を上下方向に拘束し、圧接による増肉を５％
未満に抑え、圧接以降の圧延を不要とすることも可能で
ある。例えば、図５（ｂ）に示すスクイズロール６と圧
接シーム部内面拘束用ロール１１ａにより管内外から材
料を拘束し、圧接による増肉を抑制する。圧接シーム部
内面拘束用ロール１１ａは圧接シーム部内面拘束用ロー
ル支持棒１１ｂにより支持されている。

【００２５】固相圧接により形成された圧接シーム部で
は、帯鋼のエッジだれの程度、帯鋼のエッジ精整の精
度、圧接の方法あるいは圧接による増肉の度合いによ
り、圧接部の圧延の有無にかかわらず、図６に示すよう
に外面にウェルドラインと呼ばれる深さ0.2mm 程度の微
小な凹形状部分を生じることがあり、外観、シーム品質
に悪影響を及ぼす。このような場合には、圧接以降の適
当な場所でウェルドラインを除去して外面を平滑化する
のが好ましい。ウェルドラインの除去は、切削、研磨等
の加工を実施することにより行う。また、ウェルドライ
ンの除去は、圧接増肉部の圧延を行う場合には、圧延の
前後どちらで実施してもよい。

【００２６】以上述べたように、本発明によれば、オー
プン管の両エッジ部を固相圧接可能温度域に安定的に保
持でき、その後スクイズロールにより固相圧接して優れ
たシーム品質および表面肌を有する鋼管を高い生産性で
製造できる。

【００２７】

【実施例】図１に示す本発明の実施に好適な設備列を用
いた。板厚 3.5mmの帯鋼１を、成形ロール群３により連
続的に成形しオープン管７とし、さらにオープン管７を
加熱炉を有する管体予熱装置13により 400〜 650℃の温
度に予熱した。予熱したのち、ついで、オープン管両エ
ッジ部に表１に示す条件でエッジ加熱用誘導加熱コイル
５によりエッジ加熱を施し、圧接シーム部に当接する位
置に設置したスクイズロール６で固相圧接して、管寸
法：60.5mmφ×3.5 mmｔ、規格：STKM11A の鋼管８とし
た。製造された鋼管８のシーム品質、表面肌を調査し、
その結果を表１に併記する。シーム品質の評価は、鋼管
の偏平高さ比（ｈ／Ｄ、ｈ：偏平高さmm、Ｄ：鋼管の外
径mm）で行った。また、鋼管の表面肌の評価は、表面粗
さＲmax （μm ）で行った。なお、一部の鋼管について
は、エッジ加熱および固相圧接をシールド雰囲気中で行
った。

【００２８】

【表１】

【００２９】また、帯鋼を1300℃に加熱したのち、鍛接
により60.5mmφの鍛接管とし、従来例（No.10 ）とし
た。この鍛接管について、実施例と同様に鋼管の偏平高
さ比、表面粗さRmaxを測定し、表１に併記した。試験N
o.1〜No.3、No.7、No.8、No.11 、No.12 の本発明例で
は、偏平高さ比 0.3以下、表面粗さRmax 10 μm 以下で
あり、従来例の試験No.10 の鍛接管では、偏平高さ比0.
56、表面粗さRmax 37.5 μm であるのに対し向上してい
る。本発明の範囲を外れると、試験No.4、No.5のよう
に、偏平高さ比が大きくなり、また、試験No.9のよう
に、表面粗さRmaxが大きくなる。さらに、試験No.6のよ
うに、エッジ部端面が溶融すると余盛が形成され、ビー
ド切削する必要が生じるため、造管速度が100m/minに低
下する。

【００３０】また、本発明例の生産性は、30ton/hrと高
く、ビード切削する従来の電縫管の生産性が15ton/hrで
あるのに対し、生産性が著しく向上している。本発明例
の試験No.1、No.2、No.7では、圧接シーム部の管内面に
0.5 〜1.5mmの増肉がみられたが、圧接シーム部近傍を
管内外から圧延ロールで圧延し、0.2mm 以内に減肉し、
鋼管寸法の規格範囲内となった。

【００３１】また、試験No.3、No.8は、圧接位置におい
て管外面にスクイズロールを、管内面に圧延ロールをそ
れぞれ当接させ、材料を上下方向に拘束することによっ
て、圧接シーム部の増肉が0.1mm 以下で鋼管寸法の規格
範囲内となり、圧接以降の圧延が不要であった。本発明
例の試験No.11 では、帯鋼のエッジ処理（具体的にはミ
ーリングによる切削加工）を実施し、エッジ部角を直角
とした。エッジ処理を行った試験No.11では、エッジ処
理を行わなかった他の試験No.1に比べ偏平高さ比が小さ
くなっている。

【００３２】本発明例の試験No.12 では、エッジ加熱お
よび固相圧接時の雰囲気中の露点を−20℃に制御した。
これにより、雰囲気中の露点制御を行わなかった試験N
o.8に比べ偏平高さ比が小さくなっている。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、オープン管の両エッジ
部を固相圧接可能温度域に安定的に保持でき、優れたシ
ーム品質および表面肌を有する鋼管を高い生産性で製造
できるという格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に好適な鋼管製造設備列の１例を
示す説明図である。

【図２】固相圧接接合部のシーム品質に及ぼす圧接後13
00℃以上に保持される時間ｔ_kと雰囲気中の酸素濃度と
の関係を示すグラフである。

【図３】固相圧接時のスクイズロール、圧接シーム部内
面拘束用ロールと圧接接合部との位置関係を示す断面図
である。

【図４】固相圧接後の鋼管断面形状の例を示す断面図で
ある。

【図５】本発明の実施に好適な設備列の模式的部分断面
側面図である。

【図６】固相圧接後の圧接シーム部外面形状の１例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１帯鋼３成形ロール群５エッジ加熱用誘導加熱コイル６スクイズロール７オープン管８鋼管９圧接シーム部１０圧接シーム部圧延用ロール１０ａ圧接シーム部外面圧延用ロール１０ｂ圧接シーム部内面圧延用ロール１０ｃ圧接シーム部圧延用ロール支持棒１１ａ圧接シーム部内面拘束用ロール１１ｂ圧接シーム部内面拘束用ロール支持棒１２圧接シーム部外面ウェルドライン１３管体予熱装置

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者大西寿雄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)発明者田中伸樹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】帯鋼を成形ロールにより連続的に成形し
てオープン管とし、該オープン管の両エッジ部を加熱
し、スクイズロールで衝合接合する鋼管の製造方法にお
いて、前記オープン管を予熱し、これに続き前記オープ
ン管の両エッジ部に、誘導加熱により1300℃以上、融点
未満の温度域に加熱するエッジ加熱を施し、該スクイズ
ロールで圧接することを特徴とするシーム品質および表
面肌の優れた鋼管の製造方法。
【請求項２】前記オープン管の予熱は800 ℃以下の温
度で行うことを特徴とする請求項１記載の鋼管の製造方
法。
【請求項３】前記エッジ加熱および前記圧接は、大気
より低い酸素濃度雰囲気中で行うことを特徴とする請求
項１または２記載の鋼管の製造方法。
【請求項４】前記エッジ加熱および前記圧接は、露点
が−10℃以下の雰囲気中で行うことを特徴とする請求項
１、２または３記載の鋼管の製造方法。
【請求項５】前記圧接後、接合部が1300℃以上に保持
される時間ｔ_k（sec ）が、0.03sec 以上または下記
（１）式を満足するｔ_kであることを特徴とする請求項
１、２、３または４記載の鋼管の製造方法。記ｔ_k≧ａ・ｅｘｐ｛−ｂ・〔Ｏ₂〕^c｝ …… （１）ここに、Ｏ₂：雰囲気中の酸素濃度（vol ％）、ａ＝0.
079 、ｂ＝1.5 、ｃ＝-0.14 。
【請求項６】前記圧接時に、管内外面からシーム部管
材を拘束し、シーム部増肉を抑制することを特徴とする
請求項１、２、３、４または５記載の鋼管の製造方法。
【請求項７】前記圧接後、圧接シーム部近傍を圧延す
ることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６
記載の鋼管の製造方法。
【請求項８】前記圧接後、圧接シーム部外面の微小凹
形状部分を除去して外面を平滑化することを特徴とする
請求項１、２、３、４、５、６または７記載の鋼管の製
造方法。
【請求項９】前記帯鋼は、エッジ部端面を平坦化し、
該エッジ部端面と該帯鋼表面のなす角度を所定の角度と
するエッジ処理を施されたものであることを特徴とする
請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の鋼管
の製造方法。
【請求項10】前記帯鋼端面のエッジ処理を成形ロール
による成形前または成形後行うことを特徴とする請求項
９記載の鋼管の製造方法。