JPS6186028A - 端部増肉板巻き鋼管の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、差厚鋼板を用いて端部増肉板巻き鋼管の製造
方法に関し、テンションレグプラットフォーム（Ｔ　Ｌ
　Ｐ　）係留部材用鋼管や石油掘削用ライザー管などに
使用される管端部に肉厚が中央部に比べて厚くしかも薄
肉部と厚肉部の堤弄が漸Ｊ）り・減する外周面異径の板
巻き法（板プレス成型）によって（ｑられる管端部増肉
鋼管の右利な製造技術について提案する。

長さ１０＋ｎ程度のｕＡ管を管軸方向に順次溶接して連
結し数１００ｍもの長尺の構造部材としたものの場合、
例えば上記テンションレグプラットフォーム（ＴＬＰ）
用の係留部材などでは、特に引張外力を想定すると継手
部となる管端を設計上中央部に比べて厚肉とすることが
必要となる。これは、いわゆる全強継手の概念に基づき
、継手部に存在する内部欠陥あるいは余盛、アンダーカ
ットなどの形状的不連続部に起因する疲労、静的強度の
低下を、断面の増加で補い、そうすることによって部材
全体に一様な所要の強度を確保することに特色がある。

（従来の技術） 上述のような管端部の増肉化の技術としては、従来、■
比較的小径で管厚の薄い場合、管端を加熱した復に圧縮
して増厚するというアブレット法が適用され、また、■
大１￥厚肉の場合には溶接肉盛り法が用いられてきた。

（発明が解決しようとする問題点ン しかしながら、上記■の方法の場合、例えば管径２０”
　、管厚１″の厚肉鋼管をアプセットして管端部をｏ　
、　ｓ　″程度増肉するためには、極めて大規模な設備
が必要となる。一方、上記■の溶接肉盛の場合でも、溶
接熱による部材の変形および靭性劣化、さらには溶接残
留応力の導入に基づく疲労強度の低下が問題となるとと
もに溶接部で組成が不連続になることより管全体にわた
って均質な部材を得ることが不可能になる。

本発明は、アプセット法や溶接による増肉化法のもつ問
題点を克服することを技術的課題とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、第１図に示すような、管内径に当る面が管軸
方向の全長にわたって一定であり、一方管外径を形成す
る面は管軸方向の両端部が膨らんだ厚肉部１と管の中央
部に当る薄肉部２とで構成された段付きになっており、
しかもその段付き部（境界部３）が漸次的（なめらかに
）に減肉・増肉化づるような鋼管を、第２図に示すよう
な差厚鋼板を糸材としてプレス成形（板巻き、）−溶接
（４）により得るための有利な手段について提案する。

かかる製造手段として本発明は、第１に、管軸方向の少
くとも一方の管端部が中央部に比べて厚肉となる鋼管を
製造するに際し、内周面側に当る面がフラットで外周面
側に当る面が管端部の位置にｄ３いて膨らんで厚肉どな
るとともにその肉厚の変化が漸次的である差厚鋼板を素
材とし、かかる鋼板の差厚面側を段差付き畑型にセット
してプレスすることにより次第に管状に成型し、その後
、溶接して鋼管とする方法、 第２に、管軸方向の少くとも一方の管端部が中央部に比
べて厚肉となる鋼管を製造づるに際し内周面側に当る面
がフラットぐ外周面側に当る面が管端８１１のｌｌ２ｉ
＋′７にＪｊいて膨らんでル肉となるどどしにその肉厚
の変化が漸次的である差厚鋼板を素材どし、かかる鋼板
の差厚面側を段差付き雌型にセットし、鋼管の肉薄中央
部に対応する雌型部分に該上記鋼板よりも柔かい素材の
固形インサートを介在させ、かかるインサート介在の下
で該鋼板をプレスすることにより次第に管状に成型し、
その後、溶接して鋼管とする方法を、好適例として提案
する。

このような方法の採用により、溶接目盛り法のような材
質不連続部がなくなり、またアプセット法のような大規
模な設備を必要とすることなど、管全体に均質な端部増
肉板巻き鋼管が得られる。

（作　　用） 本発明は、まず素材の準備が重要である。本発明で用い
る木材は、第２図に示すように、製品鋼管（第１図）に
対応させで厚肉８Ｉ１１−、薄肉部２′、境界部３−を
有する差厚鋼板Ｐを用いる。

この差板鋼板Ｐは上記境界部３−が圧延の段階でなめら
かに推移づる（肉厚が漸次的に変化する）ように製作さ
れている。このような鋼板は、圧延時、薄肉部２″での
圧下辺を大きくし、圧肉部１′では小さくなるように調
整して汁延し、製品鋼管の寸法に見合うようなものに仕
上げる。なお、こうして得られた差厚鋼板Ｐの境界部３
−の漸次変化は圧延の負荷を漸次変えることにより必然
的に板厚がなめらかに推移するように形づくられる。

その結果、製品鋼管の状態で応力が薄肉部→厚肉部へと
なめらかに伝達され、応力の集中が発生しない利点が得
られる。

こうした差厚鋼板Ｐを用いて、板巻きプレス成形によっ
て円筒形に仕上げていく場合、素材の段差に応じて使用
する雌型５に工夫が必要となる。

この点に関して、従来の一般的な成形法についてみると
、第３図および第４図に承りような雌型５′、ロール６
．６−がある。これについて説明すると、鋼板Ｐを該雌
型５′、ロール６．６−上に設置し、雄型１により圧下
して所要の曲率を付与した後、鋼板Ｐを図面の矢印の方
向へ徐々に移動させ圧下位置を変えて最終的に円筒状に
仕上げる。

この場合雌型５′、あるいはロール６．６−および雄型
７の鋼板Ｐとの接触面は、管軸方向に直線となっている
。したがって、本発明で用いる差厚鋼板を同様の方式で
プレス成形して鋼管とする場合、雌型５−あるいはロー
ル６．６′と該差厚鋼板Ｐとの接触が管軸方向で不均一
となる問題点が生じる。

すなわち、該差厚鋼板Ｐが外周面側では管軸方向に沿っ
て凹凸を有するために、雄型７による圧下時に雌型５′
あるいはロール６．６′と該差厚鋼板Ｐとは該鋼板の厚
肉部１′では密着するものの、薄肉部２−Ｊ３よび境界
部３′では雌型５−１あるいはロール６″との間に空隙
が生じ、所要の曲率を付与することができなくなり、そ
れらの各部では真円性、真直性が得られなくなる。

そこで、本発明端部増肉板巻き鋼管の製造方法は、第５
図に示すような１ｉ型５を用いることとした。

この雌型５は、第５図−（ａ　）に示すような差厚鋼板
Ｐの薄肉部２−に接する部分をその膨らみの程度に合わ
ゼで突出させたものとする。それに代えて雌型５を第６
図に示すような着脱可能なライナープレート８を差厚鋼
板外面形状に合わせてボルト１１などＣ取り付けても同
様の効果があり、このような雌型を用いると鋼管成形を
通常のプレス曲げ手法と同じく容易に実施しうる。なお
上記ライナープレート８には、例えば雌型と同等の材質
の鋼製のものを用いれば良い。

その他、本発明の実施に適合する雌型としては第７．８
図に示すような形式でもよい。すなわち、雌型５ａ上に
設置した差厚鋼板Ｐを雄型７により辻ドし、その圧下位
ｎを徐々に移動することにより、鋼板Ｐに所要の曲率を
付与するプレス曲げ造管法において、継型５ａと差厚鋼
板薄肉”１１２′との間の空隙を満たすべく、該差厚鋼
板Ｐの材質よりも柔かく圧下により容易に塑性変形しつ
る同形インサート９をｊｌ型５と差厚鋼板２との間に設
置し、しかる後に差り鋼板とインサート９を介在させて
から雄型７により同時圧下して差厚鋼板厚肉部１−２薄
肉部２′、および境界部３−に同じ曲率を付与せしめ、
ｒＡ終的な円筒状に成形づるようにしてもよい。

本発明のかかる固形インサート９を用いる方法においで
は、圧下時に差厚鋼板厚肉部１−は第８図に示すように
雌型５ａと直接接触するのは勿論、薄肉部２−および境
界部３′も第８．９図に示すように圧下に伴う固形イン
サート　９の変形によつＣ雌型５ａとの間の空隙が埋め
られることにより、該固形インサート　９を介して雌型
５ａと安定して接触し、厚肉部１′、薄肉部２−９境界
部３−ともに所要の曲率および管軸方向に変化する外周
面形状が安定しＣ得られる。

なお、プレス曲げ加工の最終段階では、はぼ管状に成形
された該差厚鋼板Ｐにプレス雄型７が接触することから
、鋼管を外面から雄型７によってプレスする必要が生じ
る。そこで本発明では、雄型７に例えば第５図−（ｂ）
に示すような押型：すなわちライナープレート８と同様
の材質を有しかつ鋼管厚肉部と薄肉部の板厚差と等しい
厚さを有する＠脱可能な押型を、プレス雄型１に取付け
、鋼管厚肉部１，７＃肉部２がともに同じプレス力が加
わるようにして周方向両端を密着さゼて仮付を行い鋼管
成形を完了させるとよい。

その後、成型されたｍ管についＣ１例えば１Ｊブマージ
アーク溶接あるいはガスシールド溶接を行って、管軸方
向に沿って接合し、突合わせ溶接部４を形成して！＃管
を完成させる。

なお、管端部において内外面の両りが増肉された形状を
有する鋼管に関しでも、差厚鋼板薄肉部ど、７４１型１
、Ｊｊよび順／［１５どの間にそれぐれノイＪ−プレー
トを配置ずれば製造が可能である。

（実施例） 例−１ 内径７１２Ｉ＋ｉ　　（全長にわたって一定）、管厚２
！１ｍｌ。

良さ６０００ｍｍ、が両管端部２００■づつを８１増〃
（両管端部管径３３ｍｍ　）のｍ管製造例を以下に示す
。

ｆｆｉ厚境界部は８／　３００の直線勾配を有する。

使用した両端部増厚差厚１４仮（１＝２５０ｉｍ　。

２−５０００＋ｎｉ、　　３＝３００ａｍ　）の断面形
状の差厚Ｗ４仮は１［延により製造し、第６図に示す鋼
管成形用雌型を使ってブレス曲げ成形をした。

図示のブレス雌型５は、通常のＷＡ管成形に使用される
もの、すなわら管軸方向に一様断面を有する形状のもの
を利用し、イの差厚鋼板薄肉部２′が接触する部分に、
板厚８ｍｓ　、長さ５５００ａ＋ｍの鋼板（管軸方向両
端１０を２７０ｎｕｅづつなめらかにｇ厚）をライナー
プレー１−８として設置し、ボルト１１を用いて目形５
に固定したものである。ここで同ライナープレート８の
両端にテーパー１０を設けたのは差厚ｍｍの境界部３の
形状に合わせるためでありブレス雄型７による圧下時に
曲げ応力を同郡に伝達覆る役目を有する。ただ実験によ
れば、このテーパ一部は境界部３の全長（片１１１１３
００ＩＩｌ）にわたってライナープレートと差厚鋼板と
が密着するように設ける必要は無いことが判った。なぜ
ならば、２０〜３０１程度の長さで、差厚鋼板の境界部
３と雌型５あるいはライナープレート９とが密着しない
場合でも周囲の塑性拘束により同郡に曲げ加工歪が同様
に付与され、所要の曲率を有するように加工しうるから
である。次いで、上記要領にて圧下位置を管周方向に徐
々に移動させ圧下を繰り返すことにより、全周にわたっ
て所要の曲げ変形を差厚鋼板に付与し、もつで管状に成
形した。なお、ブレス曲げ加工の最終段階では、はぼ管
状に成形された該差厚鋼板Ｐにブレス雄型７が接触する
ことから、鋼管を外面から雄型７によつＣブレスする必
要が生じる。そこで本実施例ではＩｎ型７に例えば第５
図示の如きライナ−プレート９と同様の材質の板厚８ｎ
ｕｎ　　（鋼管厚肉部と薄肉部の板厚差）、長さ４９　
、’＋　０１１１１１の着１１Ｑ　ＤＩ能／、ｉ　１Ｉ
ｌＩ型１０をブレス雄ＪＸ！ｌに取付け、鋼管厚肉ｍ１
．薄肉部２と６に同等のプレス力が加わるようにして周
り向両端を密着させて仮付を行い鋼管成形を完了さヒた
。

その侵、通常のサブマージアーク溶接機を用いてシーム
溶接鋼管を完成させた。上記シーム溶接においては、Ｘ
開先を加工したシーム部を鋼管、内・外面よりＳＡＷ多
層溶接した。なお、板厚の相ｊｆｆにともなって同先所
面積が変化するが、溶接スピードのみを適宜調整するこ
とによって厚・薄肉部とも連続した同一パス数で溶接を
終了した。

製造後に同鋼管の形状計、ｌ！＋＋を実施したところ管
軸方向の大曲り；　　２．Ｏｗ＋ｍ／　６００（ｈｌｌ
ｍ、外径；（ａ）ａ白部ニア　７６２−０．り１１１１
〜＋　２．０１１１１１．　　（ｂ　）厚肉部にて　７
７８−１．Ｏｔａｍ　〜＋　　１．５ａ＋ｍとｇ精度で
あることが判明した。また同鋼管の機械的性質は、外面
１／４［から採取したＡＳＴＭ　　Ａ　３７０試験片に
より、Ｔ、Ｓ、＝薄肉品６３ｋｇ／　＊ｉ　、厚肉部６
１．５ｋｇ　／ｓｉ、　！り２ＩＩ１ｍ　Ｖ／ッチｉｉ
ｉ撃試験１ａ果−２０℃ニテ、厚肉部１２．８に８ｍ　
、厚肉部１０．２ｉ、Ｂ　ｍと極めて良好かつ均質なも
のであった。

例−２ プレス曲げを始めるにあたり、第９図に示ずように管軸
方向に連続した突起１２を有する雌型５ａの上の差厚鋼
板薄肉部２と接触する箇所に、ある程度の曲率を有する
柔かい金属として鉛材のインサート　９を設置した。こ
こで、−Ｉ型５ａの肩部１３には鋼板への食い込みを無
くすべり５０〜１００ａ＋ｍ　Ｒの曲率を付けた。この
時、鉛インサート９の形状は、圧下時にＩＩ！￥！５ａ
と差厚鋼板薄肉部２′との間に空隙が残らず、かつ■型
５ａの肩部１３を完全に被うべく製造する鋼管の管径、
肉厚にあわせて適宜調整した。次いで、第９図に示すよ
うに雄型７を用いて差厚鋼板Ｐと鉛インザート９とを同
時に圧下し、雌型５ａと直接接触する差厚鋼板１１肉部
１−に−１型５ａの形状に応じた所要の曲率を付与する
とと６に、薄肉部２−にｄ３いでも圧下に伴う塑性変形
により溝肉２−と雌型５ａとの間の空隙を埋めた鉛イン
サート９を介して圧下刃を伝達し、同様の曲率を有する
曲げ変形を加えた。ここで圧下による鉛イン（ナート９
の燗型凹面外への逃げは、雌５°１５ａに取り付けられ
た突起１２がストッパーとしＣ作用づ−ることにより防
止される。しかる俊に、通常のプレス曲げ造管法と同様
に該差厚鋼板をインサート９上で徐々に移動させて圧下
位置を変えることにより、管状に成形した。

ここで、該差厚鋼板のインサート９および雌型上での移
動をさらに容易にすべく、インサート９と該鋼板Ｐとの
間に摩擦抵抗の小さい薄膜、例えばテフロンシートなど
をはさみ込んでも良い結果を得るのに役立った。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、大規模な設陥を必
要とすることなく、管軸方向に材質が一定である上、肉
盛りの溶接が不要となる分溶接に伴なう残留応力の問題
が解消された端部増肉鋼管を、板巻きプレスの効果的な
実施によって得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、端部増肉板巻き鋼管の斜視図、第２図は、本
発明で用いる差η鋼板の斜視図、第３図および第４図は
、いずれも比較例の成形方法を示１所面図、 第５図の（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施態様下におけ
るプレス成形のもようを示す切欠き斜視図、 第６図は、本発明の実施例−１で使用する雌型の１例を
示す切欠き斜視−、 第７図および第８図は、本発明の別の実施態様を示す（
固形インサート使用例）切欠き斜視図、第９図は、実施
例２に対応するプレス造管成形のもようを示す切欠き斜
視図である。 １・・・厚肉部　　　　　２・・・薄肉部３・・・境界
部　　　　　４・・・溶接部５．５ａ・・−雌型　　　
　６・・・ロール７・・・雄型　　　　　　８・・・ラ
イナープレート９・・・固形インサート　１０・・・押
型１１・・・ボルト　　　　　１２・・・突起１３・・
・肩部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管軸方向の少くとも一方の管端部が中央部に比べて
   厚肉となる鋼管を製造するに際し、内周面側に当る面が
   フラットで外周面側に当る面が管端部の位置において膨
   らんで厚肉となるとともにその肉厚の変化が漸次的であ
   る差厚鋼板を素材とし、かかる鋼板の差厚面側を段差付
   き雌型にセットしてプレスすることにより次第に管状に
   成型し、その後、溶接して鋼管とすることを特徴とする
   端部増肉板巻き鋼管の製造方法。 ２、素材とする上記差厚鋼板として、製造時に薄肉中央
   部と厚肉管端部とで圧下量に差を付けて圧延したものを
   用いる特許請求の範囲１に記載の方法。 ３、管軸方向の少くとも一方の管端部が中央部に比べて
   厚肉となる鋼管を製造するに際し内周面側に当る面がフ
   ラットで外周面側に当る面が管端部の位置において膨ら
   んで厚肉となるとともにその肉厚の変化が漸次的である
   差厚鋼板を素材とし、かかる鋼板の差厚面を 段差付き雌型にセットし、鋼管の肉薄中央部に対応する
   雌型部分に該上記鋼板よりも柔かい素材の固形インサー
   トを介在させ、かかるインサート介在の下で該鋼板をプ
   レスすることにより次第に管状に成型し、その後、溶接
   して鋼管とすることを特徴とする端部増肉板巻き鋼管の
   製造方法。 ４、素材とする上記差厚鋼板として、製造時に薄肉中央
   部と厚肉管端部とで圧下量に差を付けて圧延したものを
   用いる特許請求の範囲３記載の方法。