JPS6037209A - 冷間引抜鋼管の製造方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷間引抜鋼管の製造方法と装置に関する。

更に詳細には、本発明はストレートシーム電縫管から内
外面の滑らかな冷間引抜鋼管を製造する方法と装置に関
する。

冷間引抜鋼管は表面性状及び寸法精度が良く、更にダイ
ス内面に当接しながら管が変化する変形機構自体の特性
より薄肉、小径の管や異形の管の多品種少量生産にも適
している。更に、冷間引抜条件と熱処理条件を組合せて
機械的性質をコントロールして製品の付加価値を高める
ことができる。

しかしながら鋼管、特に安価な電縫鋼管の冷間引抜加工
は複雑な工程となるため電縫管工場の電縫溶接ラインと
は別個のラインで行われたり、或いは二次加工メーカー
の手で行われてきた。電縫管の冷間引抜加工は次のよう
な工程からなる。

（１）熱処理工程 電縫管継目溶接部の硬度を低減するために必要であり、
例えば焼串又は焼戻しを行う。

（２）酸洗工程 熱処理により何着した表面のスケールを５〜２０％硫酸
等で除去する。

（３１ｉ’ｌｌ滑処理工程 引抜加工のためリン酸塩又は金属石ケンの潤滑皮膜を形
成する。

（４）口絞り工程 引抜加工時に鋼管にチャ・ツクを取付けるためにロータ
リースウェージャで先端部を予め絞る。

（５）冷間引抜工程 ダイスを用いて電縫管を１本ずつ引抜く。

（６）口絞り部の切落とし及び精整工程このような従来
の冷間引抜加工は、多数の工程を内包し、（１）処理に
長時間を要する（通常２乃至３日）　、（２１処理コス
トが高額になる（脱脂費用も含む酸洗費用、潤滑処理費
用等’）　、ｆ３）歩留まりが悪い（口絞り部の切落と
し等が必要なため通常２乃至３％悪化してしまう）等の
欠点を持っている。

他方、電縫管から小径の鋼管を製造する方法としては熱
間ストレンチレデューサ又は冷間レデューサを用いるこ
とがある。しかしながら、これらの設備は大がかりなも
ので設備費が高く、且つ変形機構が複雑なため一定の寸
法、形状の製品を得ることが困難である。

従って、本発明の目的は上述の従来技術の問題を解決し
、より単純な電縫管の冷間引抜方法を提供することにあ
る。

更に、本発明の目的はストレートシーム電縫管から内外
面の滑らかな冷間引抜鋼管を製造する方法と装置とを提
供することにある。

発明の原理 従来の電縫管の冷間引抜加工を複雑且つ長時間のものと
する最大の原因は溶接部の硬度を低減するための熱処理
工程にあると本発明者らは考え、これを省略する可能性
を検討して本発明を完成したものである。もし熱処理を
省略することが可能ならば、スケール除去のための酸洗
工程も省略可能であり、他の工程は電縫管製造ラインの
電）Ｍ溶接機の後方に溶接ビード除去手段、潤滑油付与
手段、引抜ダイス等をタンデムに配置することによって
電縫工程と連続して行うことが可能となる。

即ち、熱処理工程を省略すると、従来別のライン又は工
場で行われていた冷間引抜加工を電縫管製造ラインと同
一のライン上で連続処理することが可能である点に本発
明者らは着眼したものである。

第１図は電縫鋼管の溶接部及びその近傍の硬度分布を示
す。硬度試験片は０．４％Ｃ−１，５％Ｍｎ鋼帯を溶接
速度３０ｍ／分でヒート係数１３．２の条件で４５Φｍ
ｍＸ４．Ｏｖａにサーマツール溶接した後、内外面の溶
接ビードを除去したものである。図中、横軸Ｗは溶接部
中心からの周方向の距離を示し、緬軸はｌｏｋ＋ｒの荷
重をかけて測定したビッカース硬度ＨｖｌＯを示す。こ
のように溶接部は加熱・加圧、溶融、冷却の熱サイクル
を受けるため著しく硬度が上昇し、塑性変形が困難とな
っている。

第２図は溶接部の硬度低減のための熱処理を受けていな
い、即ち電１溶接後に内外面溶接ビードを除去したまま
の電縫管を冷間引抜加工した場合の溶接部とその他の部
分の肉厚の変化量の差を示している。試験片は０．１２
％Ｃ−０，４％Ｍｎ鋼帯を５０ｍ／分の速度で３００　
、ＫＨｚの高周波誘導溶接で製造した電縫鋼管であり、
アプローチ角度の異なるダイスを用いて空引き引抜加工
を行った。引抜加工前の試験片の直径Ｄｏは３４Φｎ１
肉厚ＴＯは４．５１１であった。第２図（Ａ）に示すよ
うに、引抜加工後の溶接部の肉厚をＴ１、その他の部分
の肉厚をＴ２とし、外径の減小量をΔＤとする。外径リ
ダクション率ΔＤ／Ｄ。（％）を変えて試験した結果を
第２図（Ｂ）に示す。

この第２図（Ｂ）で文字ａで示すように、アンダーカッ
トｉが比較的大きい（約０．１ｍ）場合、折線Ａのよう
に、外径リダクション率が増加すると共に溶接部以外が
増肉する結果アンダーカット量も増加している。これに
対して、文字すで示すようにアンダーカット量が小さい
（約Ｏｗｍ）場合、外径リダクション率の増加に伴いア
ンダーカットの仰向が増していくが、折線Ｂを折線Ａと
比較して見ると、その傾向ばＡの場合程顕著でないこと
がわかる。逆に、文字Ｃで示すようにハイカットの場合
（約−０，１ｍｍ）　、折線Ｃのように、外径リダクシ
ョン率の増加に従って溶接部以外が増肉してＴ１とＴ２
の差は縮小していく。しかしながら、ハイカットのコー
ナ一部（両縁）が残存してノツチ状になっていく。

このように、連続して空引き引抜加工によって外径を絞
ると、ビード部近傍のアンダーカット量は外径リダクシ
ョン率の増加に従って増加する一般的傾向がある。この
増カ旧頃向は引抜加工前のアンダーカット量が大きい程
顕著である。溶接部近傍の形状がアンダーカットになっ
ていると、鋼管としての商品価値を著るしく低下させる
だけでな（、溶接部の内面にノツチ状の溝として残り、
実用的な機械的性質に悪影響を与えて腐食などの問題も
発生する。こうした機械的性質の悪化と腐食の問題はビ
ード部近傍がハイカットの場合にも無縁ではない。この
場合もハイカットコーナ一部に２本のノツチ状の溝が残
るがらである。

従って、従来技術に於いてはこの溶接部の硬度の影響を
除去するために熱処理を不可欠の工程としていたもので
ある。

本発明者らは上述した電縫管の冷間引抜加工の工程合理
化、更には電流ラインとの連続化の目的のもとに種々実
験を市ね、次のことを発見したものである。即ち、電縫
溶接したままの電縫管であってもアプローチ角度及び外
径リダクション率を適当に組合せると肉厚部の変化量を
ゼロとすることが可能であることを発見したものである
。

本発明はこの発見に基づくものであり、内外面溶接ビー
トを除去したままの電縫素管（勿論定寸に切断した電縫
鋼管であってもよい）を冷間引抜加工するに際し、目標
外径リダクション率（電縫管外径と加工すべき冷間引抜
鋼管の外径より予め決められている）に応じて肉厚の変
化量をゼロにするアプローチ角度のダイスを選び、この
ダイスにより引抜加工して内面の滑らかな鋼管を提供す
ることに成功したものである。

更に、１回の引抜加工で肉厚の変化量をゼロにするアプ
ローチ角度が大きすぎ、機械的に冷間引抜が不可能或い
は著しく困難なときは冷間引抜加工をアプローチ角度の
相違するダイスを使用して、２回以上に分けて冷間引抜
加工を行い、１回目の肉厚増加分を２回目以降の引抜加
工で肉厚を減少せしめて吸収し、全体として肉厚変化量
をゼロ又は小さな値にすることが可能である。

従って、現存の電縫管製造ラインの電縫溶接機の後方に
アプローチ角度の相違する２つのダイスをタンデムに設
けて、これらのダイスを適宜アプローチ角度、外径リダ
クション率を変更するようラインを改造すると、所定寸
法の電縫素管から大きな製品寸法幅且つ種々の形状で内
面の清らかな冷間引抜鋼管を連続的に製造することが可
能である。

この本発明の基礎となるダイスのアプローチ角度、外径
リダクション率による肉厚変化のデータを第３図を参照
して説明する。

第３図において、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）
は、それぞれ、素管の肉厚／外径比Ｔｏ／Ｄｏ−５％、
１０％、１５％および２０％という代表的な場合°に対
応する実験データのグラフであって、異なったアプロー
チ角αをパラメータとして引抜加工した場合の増肉率Δ
Ｔ　／　Ｔｏ　（％）を外径リダクション率ΔＤ　／　
Ｄｏ（％）に対してプロットしてものである。ここで、
Ｔｏは引抜加工前の肉厚、ΔＴは加工による増肉を表し
ている。尚、冷間引抜は一定速度で行ったものである。

第３図に見られるように、素管の肉厚／外径比Ｔｏ／　
Ｄｏについてダイスのアプローチ角αを選定すると増肉
率ΔＴ　／　Ｔ　ｏ（％）が外径リダクション率ΔＤ／
Ｄｏ（％）のある関数としてプロットできることがわか
る。換言すれば、所定の外径リダクション率に刻してア
プローチ角度を選定すれば増肉率が決定されるわけであ
る。従って、素管の肉厚／外径比のグラフを始めに選択
し、次にそのグラフから、ｌａ械的に無理のない外径リ
ダクション率の範囲（通常２％ないし３５％）で増肉率
をゼロにするアプローチ角のダイスを選定するスケジュ
ールを決定する。選定したダイスを用いて引抜加工を行
う。もしこの引抜で意図した外径リダクション率が上記
の範囲内であればこの１回のパスで加工を終了する。し
かし、製品とするのに必要な外径リダクション率が該範
囲を越えている場合は、１回目のパスの後、新たに肉厚
／外径比を測定して、その測定比に対応するグラフを選
択して、そのグラフから、前回の増肉を吸収するよう減
肉して、トータルとして増肉をゼロにするアプローチ角
を選定するスケジュールを決定し、選定したアプローチ
角のダイスで引抜加工を行う。この２回目のパスで所望
の外径まで縮径し引抜加工を終了する。しかしながら、
未だに所望の外径に通していなければ、３回目以降のパ
スを同様なスケジュールで繰り返す。

上の記載では、１回目から２回目のパスに移行する際肉
厚／外径比を測定してか、１回目のパスに対応するグラ
フから、増肉率ΔＴ／Ｔｏ（％）をゼロにする外径リダ
クション率ΔＤ　／　Ｄｏ（％）を読み取り、この値か
ら縮径後の直径を計算して、肉厚も同様にグラフから読
取り、計算して、新たに肉厚／外径比を計算してその計
算比に対応するグラフを選択することもできる。これを
繰り返せば、グラフからΔＤ／Ｄｏ（％）等を読み取る
作業と肉厚／外径比を計算する簡単な作業だけで、数回
のパス（電縫鋼管ミルラインではアプローチ角の相違す
る複数個のダイス）を用いれば増肉なしに所望の外径リ
ダクション率が得られることが容易にわかり、その全ス
ケジュールに従って連続して引抜加工をライン中で行う
ことができる。

つまり、複数回で引抜加工を行うときは、最終的に母材
の増肉をゼロ又は最小にすれば良いので、各回のパスで
増肉率をゼロにするスケジュールを選ばなくともよい。

たとえば、各パスで選定すべきアプローチ角が運転上で
制限を受けて増肉（又は減肉）があっても、その後それ
を打ち消すように減肉（又は増肉）するスケジュールを
用いて最終的に増肉をゼロ又は最小に抑えることもでき
る。

このようにすれば、加工条件自体に制約があってもその
制約の範囲で自由にスケジュールの数と内容を選択でき
るわけである。

本発明の詳細な説明 以下に本発明による電縫管から冷間引抜鋼管を製造する
方法を適用するミルライン１０のレイアウトを第４図を
参照して説明する。まず材料となる鋼帯１１゜を例えば
、複数対の■（バーチカル）ロール１２ａとＨ（ホリゾ
ンタル）ロール１２ｂとからなるフォーミングミル１２
で成形し管形の鋼帯１１１にする。この管形の鋼帯１１
１の継目を、例えば、高周波誘導加熱溶接のウエルダ１
３で接合して製管する。ウエルダ１３は、ワーク（イン
ダクション）コイル１３ａと一対のスクイズロール１３
ｂとから構成しである。溶接後の素管１１２は、外面用
のパイ目４（内面用のバイトは図示省略）でその内外面
ビード切削をした後、クーラント帯１５を通すことによ
って冷却する。バイト１４はクーラント帯１５の下流に
位置してもよい。冷却後の素管１１２は、連続引抜加工
を行う前に、給油ポンプ１６から潤滑油の供給を受ける
と共にブツシュ・ポインタ１７によって芯合わせされて
、本発明の方法に用いる連続引抜機１８によって引抜加
工される。

潤滑油としては硫黄分を３〜１５ｗ　ｔ％含み、４０℃
に於ける粘度が２００〜５０００　ｃｓｔの硫化油脂を
使用するのが好ましい。さらに上記硫化油脂に粒径２０
０μｍ以下の熱可塑性高分子ポリマーの粉体を５〜３０
ｗ　ｔ％混入したものを使用することができる。

この連続引抜機１８は、例えば２個のタンデム配置のダ
イス１９１及び１９２と、このダイス１９１及び１９２
と組み合わせて素管１１２を連続して冷間引抜加工する
引抜機構２１とから構成される。ダイスのアプローチ角
αは、上述するように、絞り条件に従って適当に選ぶも
のである。また、ダイスの個数は２個以上でもよい。引
抜機構２１は、ミルライン上にタンデム配置されている
一対のキャッチング装置をマウントしたキャリッジ２１
ａが相補的に素管１１２を、キャッチング−引抜−関放
一原点復帰を繰り返すことによって、連続的にライン方
向の引抜力を発生する機構である。

キャリッジ２１ａの素管送り速度はスクイズロール１３
ｂによる素管の送り速度と同期している。この速度はロ
ール１３ｂの速度を検出し、各個所の素管の外径、肉厚
とから体積一定の法則によって容易に算出することがで
きる。

冷間引抜された素管１１３は、ストレートナ２２で曲が
り矯正を行った後所望の寸法にフライングプレスカッタ
２３を用いて切断される。切断後の鋼管１１５は、通常
のように、管端加工と防食加工等を行って製品として出
荷される。

以下に、本発明の方法を実施例により説明する。

実施例 内外面の溶接ビードをバイトにより除去した電縫溶接素
管（Ｄ　＝　３４＋＋ｕｎ、　Ｔ　＝　３．５ｍｍ　）
を２３．１φｎｘ３．５２ｍに引抜加工した。この場合
以下の（１）、（２）の２バスで行った。

（１１Ｔｏ　／　Ｄ　ｏ　＝　１０．３　（％）、α＝
３０°でΔＤ／Ｄ＝１５（％）の外径リダクションを加
える。

る。この場合、近似的には第４図（Ｂ）の文字ｄで示し
であるように、このバスによる冷間引抜で、素管は２８
．９φｖｎａ　Ｘ　３．５　ｔａ　（増肉なし）に加工
される。

（２）加工後は、”Ｔ”ｏ／　Ｄｏ＝　１２．１％にな
り、今度はアプローチ角２０°で２０％の外径絞りを加
える。

この２回目のバスで、素管は２３．１Φ、　Ｘ　３．５
２ｍｍ！（増肉は０．６％）に引抜加工される。

この結果母材増肉は０　、０２ｍｍに抑えられた。

これに反して、同じ３４φ龍Ｘ３，５ｍの素管を１パス
でα−２０％のダイスを用いて引抜加工すると、Ｔｏ　
／Ｄ。＝　１０．３　（％）であるから、近似的には第
４図（Ｂ）の文字ｅで示される絞り条件となる。

この場合ΔＤ／Ｄｏ＝３２％となり、得られる増肉ばグ
ラフ上では３．５　Ｘｏ、０２Ｂ　＝０．１　（ｍｍ）
となる。

この場合の実績値は、ｆｌられた冷間引抜鋼管の母材肉
厚が３．６３　（ｍｍ）でアンダー化が０．１２０であ
った。

このように１パスでα−２０’のダイスを使用した場合
の増肉的０．１　（ｍｍ）に比べて、本発明に従って増
肉を最小にするスケジュールを選んで２バスで引抜加工
を行えば、母材増肉は０．０２　（ｍｍ）に抑えること
ができる。

以上詳述したように、本発明によれば、母材の増肉が小
さく、従って管周方向の偏肉が発生せず内外面の滑らか
な冷間引抜鋼管を製造することができる。

また、電縫素管の製造と連続して引抜加工を行うので処
理時間が大幅に短縮される。さらに、酸洗は通常行われ
ている素管のコイル酸洗によって代用するので、処理費
用も大幅に低減する。その上、口絞り加工は、連続引抜
加工のためのスタート時の１回で十分で、このため歩留
の低下は０．１％以下である。

装造工程を大巾に短縮すること以外の本発明の効果を列
挙すると次の如くである。

■　薄肉且つ小径の鋼管の連続製造が容易となる。

■　内外面性状の良好な鋼管かえられる。

■　寸法精度のよい鋼管を製造できる。

■　多才法仕様の鋼管を同一のフォーミングミルによっ
て製造可能となり、工数の多いロール替えを減らすこと
ができる。

■　特殊断面形状の鋼管が製造可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、素管溶接部及びその近傍の硬度分布を示すグ
ラフである。 第２図は、本発明の原理を示す・説明図で、（Ａ）は電
Ｆ１１鋼管の溶接部の拡大図、（Ｂ）は内面ビード部の
アンダーカット量を変えた空引きした場合の増肉を外径
リダクション率に対してプロットしたグラフである。 第３図は、本発明の方法を実施するスケジュールを図示
したものであり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は
、それぞれ、素管の肉厚／外径比が５％、１０％、１５
％および２０％という代表的な場合引抜加工装置を含む
電縫鋼管製造ラインの一例を示す。 （主な参照番号） １１ｏ：鋼帯、　１１１：管形の鋼帯、１１２：電縫素
管、１１３：冷間引抜素管、１１４：冷間引抜鋼管、１
２：フォーミングミル、１３：ウェルダ、 １４：内外面のビード切削用バイト、 １５：クーラント帯、　１８：連続引抜機、１９１．１
９２　：ダイス、２１：引抜機構、２３：フライングプ
レス力ツタ、 出願人　住友金属工業株式会社 代理人　弁理士　新居止音 第１図 −ｙ５−ｙｏ　−５θ　５１σ　１５ Ｗｃ物４ａ） 第２図 ｊ５＠腸塾 Ｔｔ　−Ｔ＋　（ｓ犠） 第３図 ４”／Ｔｏ’％）　Ｔｏ／Ｄ。＝ヲ外 ４１；’Ｔｏ’％）　Ｔｏ／Ｄａ　＝　７０斧第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内外面溶接ビードを除去したストレートシーム電
   縫管を、肉厚の変化を最小とするアプローチ角度のダイ
   スにより冷間引抜加工することを特徴とする冷間引抜鋼
   管の製造方法。
2. （２）上記の冷間引抜加工をアプローチ角度の相違する
   ２個以上のダイスを用いて行い、これらの冷間引抜加工
   に於けるそれぞれのアプローチ角度と外径リダクション
   率ば冷間引抜加工前の電縫管の肉厚と外径の比及び製造
   すべき冷間引抜鋼管の外径に基づいて肉厚の変化を最小
   とするように決定することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の冷間引抜鋼管の製造方法。
3. （３）銅帯を管状に成形するフォーミングミルと；該銅
   帯の継目を溶接する電縫溶接機と；溶接された素管の内
   面及び外面の溶接ビードをそれぞれ除去する手段と； 第１ダイスと； 該第１ダイスとアプローチ角度の相違する第２ダイスと
   ； 該第２ダイスの出口から素管を連続的に引抜く手段と； 冷間引抜された素管を切断する手段； とからなり、これらが連続に同一製造ライン上に配列さ
   れていることを特徴とする冷間引抜鋼管の製造装置。