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【発明の名称】 溶接部特性の良好な電縫管の製造装置
【発明者】 【氏名】剣持 一仁

【氏名】岡部 能知

【氏名】横山 泰康

【氏名】城澤 広幸

【氏名】澤木 哲郎

【要約】 【課題】電縫溶接前の帯板の幅端部に適切なテーパ形状を付与して溶接品質を良好に保持するとともに、製造能率の低下も抑止することができる、溶接部特性の良好な電縫管の製造装置を提供する。

【解決手段】レベラー2の後に、切削または研削手段3を備えているとともに、ロール成形機5が、2段テーパのフィン形状となったフィンパス成形スタンド4aを有しており、切削または研削手段3によって、帯板の上面側の幅端部にテーパ形状を付与し、フィンパス成形スタンド4aによって、帯板の下面側の幅端部にテーパ形状を付与する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも、帯板を供給する装置と、供給された帯板の形状を矯正する装置と、矯正された帯板のロール成形を行う装置と、ロール成形された帯板幅端部を誘導加熱する装置と、誘導加熱された帯板幅端部を圧接する装置とを備えた電縫管の製造装置において、前記帯板の形状を矯正する装置の後に、帯板の幅端部を切削する装置を備えているとともに、前記ロール成形を行う装置が、少なくとも2段以上のテーパ形状を有するフィンを組み込んでなるフィンパス成形装置を有しており、前記帯板の幅端部を切削する装置によって、帯板の幅端部の一方の表面側にテーパ形状を付与し、前記フィンパス成形装置によって、帯板の幅端部の他方の表面側にテーパ形状を付与するようになっていることを特徴とする溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【請求項2】
帯板の幅端部を切削する装置は、切削刃をロール状に配置してなる切削装置であることを特徴とする請求項1に記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【請求項3】
少なくとも、帯板を供給する装置と、供給された帯板の形状を矯正する装置と、矯正された帯板のロール成形を行う装置と、ロール成形された帯板幅端部を誘導加熱する装置と、誘導加熱された帯板幅端部を圧接する装置とを備えた電縫管の製造装置において、前記帯板の形状を矯正する装置の後に、帯板の幅端部を研削する装置を備えているとともに、前記ロール成形を行う装置が、少なくとも2段以上のテーパ形状を有するフィンを組み込んでなるフィンパス成形装置を有しており、前記帯板の幅端部を研削する装置によって、帯板の幅端部の一方の表面側にテーパ形状を付与し、前記フィンパス成形装置によって、帯板の幅端部の他方の表面側にテーパ形状を付与するようになっていることを特徴とする溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【請求項4】
前記帯板の幅端部を研削する装置は、ロール状の砥石からなる砥石研磨装置であることを特徴とする請求項3に記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【請求項5】
帯板の幅端部のそれぞれの表面側に付与するテーパ形状は、板厚方向垂直端面からの角度を25°〜50°として、テーパ開始位置から終了位置までの板厚方向の長さを板厚の20%〜40%とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、油井のラインパイプ向けなどの溶接部靭性が要求される管あるいは油井のケーシングパイプなどの溶接部強度が要求される管の製造装置に関わる。
【背景技術】
【0002】
通常、管は溶接管と継目無管に大別される。溶接管は、電縫鋼管を例とするように、板をロール成形等によって丸めて幅端部を突き合わせて溶接して製造し、継目無管は、材料の塊を高温で穿孔しマンドレルミル等で圧延して製造する。溶接管の場合、一般に溶接部の特性は母材より劣ると言われ、管の適用に当たって、用途ごとに溶接部の靭性や強度の保証が常に議論されて問題となってきた。
【0003】
例えば、原油や天然ガスなどを輸送するラインパイプでは、管を寒冷地に敷設されることが多いため低温靭性が重要であり、また、原油採掘の油井では採掘管を保護するためのケーシングパイプが必要とされ、管の強度が重要視される。
【0004】
溶接管の中でも電縫管は、溶接金属を用いずに溶接するため、その製造装置の構成は、少なくとも、帯板を供給する装置、供給された帯板の形状を矯正する装置、矯正された帯板のロール成形を行う装置、ロール成形された帯板幅端部を誘導加熱する装置、誘導加熱された帯板幅端部を圧接する装置からなっている。さらに、溶接された管の溶接部を熱処理する装置、管の外径形状を整える装置を具備する場合が多い。
【0005】
なお、帯板のロール成形を行う装置は、帯板を弓なりに曲げるブレークダウンロールスタンド、弓なりに曲げられた帯板を管状に丸めるケージロールスタンド、丸められた後の管の形を整えるフィンパス成形スタンドからなっている。
【0006】
そのような従来用いられている電縫管の製造装置の一例を図5に示す。帯板20を供給するアンコイラ1と、帯板20を平坦に矯正するレベラー2と、矯正された帯板20を徐々に丸めていくロール成形機5と、丸めた帯板20の左右両幅端部を誘導加熱する誘導加熱装置6と、誘導加熱された帯板幅端部を圧接して管21となすスクイズロール(電縫溶接部)7と、管21の溶接ビード部を切削するビード部切削機8と、切削後の管21の外径を調整するサイザー9と、外径を調整された管21を所定長さに切断する管切断機10とで構成されている。なお、ロール成形機5は最後段に所定台数(ここでは2台)のフィンパス成形スタンド11を備えている。そのフィン形状は1段のテーパ形状からなっている。
【0007】
そして、通常、管の母材となる熱延板は、管製造後の母材特性を考慮して成分設計や熱処理等が行われて、母材の靭性や強度等の特性は確保される。
【0008】
しかし、溶接部の特性は、母材の成分設計や熱処理等以上に、溶接方法によって大きく左右されるため、特に、電縫溶接の場合は溶接技術の開発が重要であった。
【0009】
電縫溶接の不良原因としては、ペネトレータと呼ばれる被溶接帯板の幅端部に生成する酸化物が、電縫溶接時に溶鋼とともに端面から排出されずに残留し、この残留したペネトレータを原因として靭性が低下し強度不足になる例が多かった。
【0010】
そこで、従来、電縫溶接不良の主原因であるペネトレータを溶接部から除くため、被溶接帯板の幅端面から積極的に溶鋼を排出する技術が鋭意検討されてきた。例えば、特許文献1や特許文献2などに、被溶接帯板の幅端面の形状について検討した例が記載されている。すなわち、通常、被溶接帯板の左右両幅端面はスリットや端面研削によってほぼ矩形を呈しているが、この左右両幅端面に対してロール成形の前においてそれぞれテーパ加工を施し、そのテーパ加工した幅端部形状によって電縫溶接時の溶鋼排出を良好にすることを目的としている。
【特許文献1】特開2001−170779号公報
【特許文献2】特開2003−164909号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかし、上記特許文献1、2に記載の従来の方法においては、単にテーパ加工手段として、孔型圧延ロール、切削バイト、研削ロールを羅列して紹介しているのみであるため、具体的に電縫管の製造工程に適用するには種々の問題があり、さらに詳細な検討が必要であった。
【0012】
すなわち、実際の電縫管製造工程では種々の厚みの帯板を電縫管にしており、例えば、孔型圧延ロールを用いて帯板の左右両幅端部にテーパ形状を付与する場合には、帯板の板厚ごとに異なる孔型圧延ロールを準備して、その孔型圧延ロールに交換しなくてはならないため、管の製造能率が低くなって問題であった。また、ロール成形の前に切削バイトや研削ロールで帯板幅端部にテーパ形状を付与した場合、フィンパス成形スタンドでのフィンパス圧延でテーパの大部分が潰れてしまうため、その潰れを考慮したテーパ形状を切削バイトや研削ロールで付与することは著しく難しかった。
【0013】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、電縫溶接前の帯板の幅端部に適切なテーパ形状を付与して溶接品質を良好に保持するとともに、製造能率の低下も抑止することができる、溶接部特性の良好な電縫管の製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明者らは、帯板の板厚が変わっても製造能率を低下させずに、帯板の幅端部に適切なテーパ形状を付与する方法について鋭意検討した結果、帯板の幅端面の上表面側と下表面側に対して、それぞれ個別にテーパ形状を付与することがよいことに思い至った。
【0015】
すなわち、一方の表面側の幅端部にテーパ形状を付与した後に、他方の表面側の幅端部にテーパ形状を付与するようにすれば、板厚が種々変化しても、それぞれのテーパ形状を付与する装置の上下位置を微調整するだけで済むので、製造能率を低下させることがない。
【0016】
また、ロール成形前に切削バイトまたは研削ロールで付与したテーパはフィンパス成形によって大部分は潰れるため、帯板厚みの1/2を超える著しく大きなテーパを付与しておく必要があるが、テーパ形状を付与する装置を複数持つことによって、帯板の一方の表面側の幅端部に大きなテーパを付与してフィンパス成形で潰れずにテーパを残存させることができて、かつ、他の装置によって、他方の表面側の幅端部にテーパを付与することが可能になるわけである。
【0017】
そして、ロール成形入側では帯板はほぼ平坦であるため、切削や研削によって一方の表面側の幅端部にテーパ形状を付与するとよい。これら切削や研削によるテーパ形状の付与装置は、装置規模が比較的大きいために設置スペースが必要であり、ロール成形途中やロール成形後では帯板を丸めて端部同士の間隔が狭まるため設置し難い。また、切削や研削を行う装置は、装置単独で帯板を上下に拘束することが難しいため、帯板が通過する位置を保持する装置と合わせて、設置位置の精度が要求される。従って、その装置の架台は剛性を高くする必要があって設置スペースがより広く必要とされるわけである。そこで、切削または研削装置はロール成形前に設置するのがよい。
【0018】
その際に、能率良く板幅左右の端部にテーパを付与するには、切削または研削装置を切削または研削ロールによるものとし、その切削または研削ロールを板厚方向垂直端面に対して傾斜して用いる装置とするとよい。
【0019】
また、他方の表面側の幅端部にテーパ形状を付与するには、ロール成形途中のフィンパス成形スタンドを活用するとよい。フィンパス成形スタンドでは帯板をフィンパスロールに充満させるため、板幅端部が強圧される。従って、フィンパス成形スタンドにおいて、フィン形状を2段テーパとして、このフィン形状を板幅端部の強圧を活用して帯板に転写させるとよいわけである。
【0020】
本発明は、上記のような考え方に基づいており、以下の特徴を有している。
【0021】
[1]少なくとも、帯板を供給する装置と、供給された帯板の形状を矯正する装置と、矯正された帯板のロール成形を行う装置と、ロール成形された帯板幅端部を誘導加熱する装置と、誘導加熱された帯板幅端部を圧接する装置とを備えた電縫管の製造装置において、前記帯板の形状を矯正する装置の後に、帯板の幅端部を切削する装置を備えているとともに、前記ロール成形を行う装置が、少なくとも2段以上のテーパ形状を有するフィンを組み込んでなるフィンパス成形装置を有しており、前記帯板の幅端部を切削する装置によって、帯板の幅端部の一方の表面側にテーパ形状を付与し、前記フィンパス成形装置によって、帯板の幅端部の他方の表面側にテーパ形状を付与するようになっていることを特徴とする溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【0022】
[2]帯板の幅端部を切削する装置は、切削刃をロール状に配置してなる切削装置であることを特徴とする前記[1]に記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【0023】
[3]少なくとも、帯板を供給する装置と、供給された帯板の形状を矯正する装置と、矯正された帯板のロール成形を行う装置と、ロール成形された帯板幅端部を誘導加熱する装置と、誘導加熱された帯板幅端部を圧接する装置とを備えた電縫管の製造装置において、前記帯板の形状を矯正する装置の後に、帯板の幅端部を研削する装置を備えているとともに、前記ロール成形を行う装置が、少なくとも2段以上のテーパ形状を有するフィンを組み込んでなるフィンパス成形装置を有しており、前記帯板の幅端部を研削する装置によって、帯板の幅端部の一方の表面側にテーパ形状を付与し、前記フィンパス成形装置によって、帯板の幅端部の他方の表面側にテーパ形状を付与するようになっていることを特徴とする溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【0024】
[4]前記帯板の幅端部を研削する装置は、ロール状の砥石からなる砥石研磨装置であることを特徴とする前記[3]に記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【0025】
[5]帯板の幅端部のそれぞれの表面側に付与するテーパ形状は、板厚方向垂直端面からの角度を25°〜50°として、テーパ開始位置から終了位置までの板厚方向の長さを板厚の20%〜40%とすることを特徴とする前記[1]〜[4]のいずれかに記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【発明の効果】
【0026】
本発明においては、著しく良好な靭性および溶接強度を有する電縫管を高能率に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
本発明の一実施形態を以下に述べる。
【0028】
本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を図1に示す。この電縫管製造装置は、帯板20を供給するアンコイラ1と、帯板20を平坦に矯正するレベラー2と、矯正された帯板20を徐々に丸めていくロール成形機5と、丸めた帯板20の左右両幅端部を誘導加熱する誘導加熱装置6と、誘導加熱された帯板幅端部を圧接して管21となすスクイズロール(電縫溶接部)7と、管21の溶接ビード部を切削するビード部切削機8と、切削後の管21の外径を調整するサイザー9と、外径を調整された管21を所定長さに切断する管切断機10とからなる基本構成を有している。なお、ロール成形機5は最後段に所定台数(ここでは2台)のフィンパス成形スタンド4を備えている。
【0029】
そして、この実施形態に係る電縫管製造装置は、上記の基本構成に加え、レベラー2とロール成形機5の間に、帯板20の上表面側の左右両幅端部にテーパ形状を付与するための切削または研削手段3を備えている。その切削または研削手段3は、図2に図1のA−A矢視図を示し、図3にその部分詳細図を示すように、切削刃をロール状に配置した切削工具3a(図3(a))またはロール状の研削砥石3b(図3(b))を、モータ3cで回転させるものであり、その切削面または研削面はロール軸と平行になっている。それを帯板20の幅方向に左右一対配置し、それぞれのロール軸を垂直方向から所定角度α傾斜させることによって、帯板20の上表面側の左右両幅端部に所定のテーパ形状(幅端面から上表面に向けての傾斜角度α、幅端面における開始位置の上表面からの板厚方向距離β)を付与するようになっている。なお、以下では、切削刃をロール状に配置した切削工具3aを切削ロール3a、ロール状の研削砥石3bを研削ロール3bと呼ぶことにする。
【0030】
さらに、この実施形態に係る電縫管製造装置は、図4(a)に図1のB−B矢視図を示し、図4(b)にその部分詳細図を示すように、フィンパス成形スタンド4の最終スタンド4aが、2段テーパ(2段目のテーパ傾斜角度α、2段目の傾斜部垂直長さβ)となったフィン形状を備えており、その形状を帯板20の幅端部に転写することによって、帯板20の下表面側(管21の外表面側)の左右両幅端部に所定のテーパ形状(幅端面から下表面に向けての傾斜角度α、幅端面における開始位置の下表面からの板厚方向距離β)を付与するようになっている。
【0031】
上記のように構成された電縫管製造装置においては、厚みが異なる帯板20を連続して通板した場合に、各帯板20ごとに上表面側および下表面側の左右両幅端部に所定のテーパ形状を付与する際には、切削ロール3aまたは研削ロール3bを所定角度αだけ傾斜させ、その高さ方向位置を微調整して、帯板20の上表面側の左右両幅端部を切削または研削することによって、帯板20の上表面側の左右両幅端部に所定のテーパ形状を付与するとともに、フィンパス成形の最終スタンド4aにおいて、帯板20の下表面側の左右両幅端部にフィン形状を転写することによって、帯板20の下表面側の左右両幅端部に所定のテーパ形状を付与する。これによって、従来技術のような、帯板の板厚ごとに孔型圧延ロールを交換したりする必要がないので、製造能率を低下させることなく、板厚に応じて帯板20の左右両幅端部に所定のテーパ形状を付与することができる。
【0032】
以上のように、この実施形態に係る電縫管製造装置においては、帯板20の板厚の変更にフレキシブルに対応して、電縫溶接前の帯板20の左右両幅端部に適切なテーパ形状を付与することができるので、溶接品質を良好に保持するとともに、製造能率の低下も抑止することができることから、溶接部特性の良好な電縫管を高能率に製造することが可能である。
【0033】
なお、帯板20の左右両幅端部に付与するテーパ形状については、板厚方向垂直端面からの角度(テーパ開始位置から終了位置までの板厚方向の長さ帯板20の幅端面から上表面あるいは下表面に向けての傾斜角度)αが25°〜50°で、テーパ開始位置から終了位置までの板厚方向の長さ(帯板20の幅端面におけるテーパ開始位置と上表面あるいは下表面からの距離)βが帯板板厚の20%〜40%であるのが好ましい。
【0034】
すなわち、傾斜角度αが25°未満であると、帯板板厚中央部からの溶鋼排出が不十分となってペネトレータが残留して不良となり、電縫溶接後の靭性や強度が低下し、傾斜角度αが50度を超えると、電縫溶接後にもそのテーパ形状が製品の管の疵として残留し問題である。また、距離βが板厚に対して20%未満であると、板厚中央部の溶鋼排出が不十分となってペネトレータが残留しやすくなり、距離βが板厚に対して40%を超えると、電縫溶接後にもそのテーパ形状が製品の管の疵として残留し問題である。
【実施例】
【0035】
以下、実施例に基づいて説明する。
【0036】
ここでは、板幅1920mm×19.1tmmの帯板(鋼帯)を用いて、φ600の電縫管を製造し、続いて、板幅1920mm×11.3tmmの帯板(鋼帯)を用いて、φ600の電縫管を製造した。
【0037】
そして、製造した電縫管の溶接部から試験片を切り出してシャルピー試験を行い、性能を評価した。シャルピー試験片は、管長手方向の相違する10点から1本ずつ、試験片長さ方向を管円周方向に平行にし、ノッチ長さ中心を溶接部肉厚中心位置として採取し、JIS5号の2mmVノッチ衝撃試験片として、−46℃での衝撃試験を行い、吸収エネルギー、脆性破面率を測定した。なお、吸収エネルギーは125J以上、脆性破面率が35%以下を性能許容範囲とした。
【0038】
(本発明例)本発明例として、図1に示した本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を用いて上記の電縫管を製造した。その際、帯板の上表面側の左右両幅端部にテーパ形状を付与するための切削または研削手段3として、図3(a)に示した切削ロール3aを用いた。また、上表面側および下表面側のテーパ形状の傾斜角度αはともに30°とした。
【0039】
(従来例) 従来例として、図5に示した電縫管製造装置を用いて上記の電縫管を製造した。
【0040】
これらにより製造した電縫管の溶接部におけるシャルピー衝撃値と脆性破面率を測定した結果を表1に示す。
【0041】
【表1】


【0042】
表1より、本発明例による電縫管は、溶接部の衝撃強度が高く脆性破面率が小さくて、靭性が良好であって、製品の信頼性が高い。これに対して、従来例による電縫管は、溶接部の衝撃強度が低く、脆性破面率が大きくて、靭性が低下しており、製品の信頼性に乏しい。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の説明図である。
【図2】図1のA−A矢視図である。
【図3】図2の部分詳細図である。
【図4】図1のB−B矢視図である。
【図5】従来の電縫管製造装置の説明図である。
【符号の説明】
【0044】
1 アンコイラ
2 レベラー
3 切削または研削手段
3a 切削ロール
3b 研削ロール
3c モータ
4 フィンパス成形スタンド
4a フィンパス成形の最終スタンド
5 ロール成形機
6 誘導加熱装置
7 スクイズロール(電縫溶接部)
8 ビード切削バイト
9 サイザー
10 管切断機
11 フィンパス成形スタンド
20 帯板
21 管
【出願人】 【識別番号】000001258
【氏名又は名称】JFEスチール株式会社
【出願日】 平成18年10月12日(2006.10.12)
【代理人】 【識別番号】100105968
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 憲一郎

【識別番号】100130834
【弁理士】
【氏名又は名称】森 和弘


【公開番号】 特開2008−93702(P2008−93702A)
【公開日】 平成20年4月24日(2008.4.24)
【出願番号】 特願2006−278601(P2006−278601)