(57)【要約】      （修正有）【課題】鋼管を大幅に縮径する必要がある場合でも、加工初期から中期における波状肌の発生を抑制するとともに、加工後期における割れを防止することができるテーパ鋼管の製造方法及びその装置を提供すること。【解決手段】加熱装置Ｈを通過させて鋼管Ｗを加熱しながら、鋼管Ｗ周面に絞り加工装置の絞りローラＲを当接して鋼管Ｗをテーパ加工するに際して、前記絞りローラＲによって成形された直後の鋼管部分を冷却水によって冷却するテーパ鋼管の製造方法において、加工中の鋼管Ｗの加工の進捗に合わせて冷却度合を減少させる。【選択図】図１
2010172957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱装置を通過させて鋼管を加熱しながら、鋼管周面に絞り加工装置の絞りローラを当接して鋼管をテーパ加工するに際して、前記絞りローラによって成形された直後の鋼管部分を冷却水によって冷却するテーパ鋼管の製造方法において、加工中の鋼管の加工の進捗に合わせて冷却度合を減少させるようにしたことを特徴とするテーパ鋼管の製造方法。
【請求項２】
加工の進捗を、鋼管の送り量及び／又は絞りローラの追い込み量で検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載のテーパ鋼管の製造方法。
【請求項３】
絞りローラの最終接点箇所から鋼管の出側の近傍の温度を測定し、該測定した温度に基づいて冷却度合を調節するようにしたことを特徴とする請求項１記載のテーパ鋼管の製造方法。
【請求項４】
鋼管を加熱する加熱装置と、鋼管周面に当接してテーパ加工を施す絞りローラと、前記絞りローラによって成形された直後の鋼管部分を冷却する冷却水を噴射する冷却ノズルを備えた冷却機構とからなるテーパ鋼管の製造装置において、前記冷却機構による鋼管の冷却度合を、加工中の鋼管の加工の進捗に合わせて減少させるように制御する制御機構を備えたことを特徴とするテーパ鋼管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーパ鋼管の製造方法及びその装置に関し、特に、長尺の鋼管（パイプ）を加熱雰囲気下でテーパ鋼管に塑性加工するに際し、加工中に生じることのある割れ等の不具合を防止することができるテーパ鋼管の製造方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、テーパ鋼管の製造方法としては、本発明者等が先に提案したテーパ鋼管の製造方法があり、係る製造方法に使用する絞りローラを用いたテーパ鋼管の製造装置の概略を図３に示す（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このテーパ鋼管の製造に用いるテーパ鋼管の製造装置１０は、長尺の鋼管Ｗを加熱雰囲気下でテーパ鋼管に塑性加工するもので、架体４上に載置する牽引力付加側回転機構台２と、架体５上に載置する回転駆動力付加側機構台３と、両架体４、５間に配設する絞り加工装置Ｓと、加熱装置Ｈとからなり、牽引力付加側回転機構台２及び回転駆動力付加側機構台３は、それぞれ走行駆動手段２ａ、３ａを備え、架体４、５上を回転軸６の方向に移行可能に構成する。走行駆動手段２ａ、３ａの構成は、特に限定されるものではないが、サーボモータや油圧モータ等によって回転するピニオンを、両架体４、５上に敷設したラックに噛み合わせて牽引力付加側回転機構台２及び回転駆動力付加側機構台３を移行させるように構成するようにしている。
【０００４】
そして、回転駆動力付加側機構台３には、軸回転手段３ｂを配設し、鋼管Ｗを回転軸６を軸心として回転駆動させるようにしている。
また、牽引力付加側回転機構台２には、同期駆動制御機構（図示せず）によって回動手段を設けてもよいが、ベアリングなどによって回動自在に支持し、単に従動するように構成することが好ましい。
【０００５】
上記構成のテーパ鋼管の製造装置１０を用いて行うテーパ鋼管の製造方法は、まず、鋼管Ｗのパイプ成形終端側をローダ機構（図示省略）や人手によって回転駆動力付加側機構台３の把持装置７に取り付ける。そして、走行駆動手段３ａによって回転駆動力付加側機構台３を牽引力付加側回転機構台２に近づく方向（図例左側）移動させ、牽引力付加側回転機構台２側で鋼管Ｗのパイプ成形始端側を把持したとき、回転駆動力付加側機構台３の走行駆動手段３ａを停止し、軸回転手段３ｂによって高速に鋼管Ｗを回転させるとともに、牽引力付加側回転機構台２の走行駆動手段２ａによって図例左側に引張力を付与し鋼管を順次移送し、加熱装置Ｈによって加熱された鋼管Ｗを振れ止めローラＦによって支持しながら絞り加工装置Ｓの絞りローラＲを鋼管Ｗの周面に当接して縮管（絞り加工）を開始する。
【０００６】
牽引力付加側回転機構台２を走行駆動手段２ａにより移行することによって鋼管Ｗを順次移送する際に、絞りローラＲによって加工される鋼管Ｗに対して引張力を付与することができる。本発明者らの実験によると、鋼管Ｗの両端に走行駆動手段２ａによるＡ方向（図３（ｂ）参照）の引張力を約２０ｔ、走行駆動手段３ａによる引止力（Ｂ方向の引張力（図３（ｂ）参照））を約５ｔ付加させて絞り加工を行うことによって長尺の鋼管（パイプ）を加熱雰囲気下でテーパ鋼管に塑性加工する際に、１回の操作で良好な塑性加工を行うことができる。
なお、引張力や引止力は、パイプサイズや肉厚等の変更に対応してその大きさを変えるようにすることはいうまでもない。
【０００７】
回転駆動力付加側機構台３の先端に配設した把持装置７が加熱装置Ｈを通過し、絞り加工装置Ｓの絞りローラＲによって、把持装置７に把持された鋼管Ｗの振れ止めローラＦの近傍まで絞り加工がなされたとき絞り加工は終了し（図３（ｂ）参照）、テーパ鋼管が製造される。
【０００８】
そして、このテーパ鋼管の製造装置１０による絞り加工の際には、図４に示すように、通常、鋼管Ｗに当接する絞りローラＲの発熱を抑えるために、冷却ノズルＶ３から冷却水を噴射し、絞りローラＲに対する冷却を行うとともに、絞りローラＲによって成形された直後のテーパ加工の施された鋼管Ｗの高温部分を冷却ノズルＶ（ノズル群Ｖ１及びノズルＶ２）によって冷却し、加工後のテーパ部分に波状肌の発生を抑制するようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１１０６１６号公報
【特許文献２】特開２００６−３２０９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、絞りローラＲによって成形された直後のテーパ加工の施された鋼管Ｗの高温部分を冷却する冷却ノズルＶは、図４に示すように、絞りローラＲの周面側方に配置されたノズル群Ｖ１と、絞りローラＲの側面に鋼管出側方向に直列配置されたノズル群Ｖ２とから構成され、ノズル群Ｖ１及びノズル群Ｖ２から噴射する冷却水によって集中的に冷却する（鋼管Ｗに対する絞りローラＲの最終接点箇所Ｐから鋼管Ｗの出側に向かう近傍の成形直後域（Ｃ１＋Ｃ２）を冷却する）ようにしている。
これによって、加工初期から中期においては、加工後のテーパ部分に波状肌の発生を抑制し、良好な加工を行うことが可能となるが、冷却水は、冷却水供給源ＣＳから常に一定の量が供給されているため、加工が進むにつれて断面積が減少する鋼管Ｗを冷やしすぎることとなり、特に、鋼管を大幅に縮径する必要のあるテーパ加工を施す際には、加工終期にテーパ加工を施した部分に割れが生じるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来のテーパ鋼管の製造方法及びその装置の有する問題点に鑑み、鋼管を大幅に縮径する必要がある場合でも、加工初期から中期における波状肌の発生を抑制するとともに、加工後期における割れを防止することができるテーパ鋼管の製造方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明のテーパ鋼管の製造方法は、加熱装置を通過させて鋼管を加熱しながら、鋼管周面に絞り加工装置の絞りローラを当接して鋼管をテーパ加工するに際して、前記絞りローラによって成形された直後の鋼管部分を冷却水によって冷却するテーパ鋼管の製造方法において、加工中の鋼管の加工の進捗に合わせて冷却度合を減少させるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
この場合において、加工の進捗を、鋼管の送り量及び／又は絞りローラの追い込み量で検出することができる。
【００１４】
さらにこれらの場合において、絞りローラの最終接点箇所から鋼管の出側の近傍の温度を測定し、該測定した温度に基づいて冷却度合を調節することができる。
【００１５】
また、上記テーパ鋼管の製造方法を実施する本発明のテーパ鋼管の製造装置は、鋼管を加熱する加熱装置と、鋼管周面に当接してテーパ加工を施す絞りローラと、前記絞りローラによって成形された直後の鋼管部分を冷却する冷却水を噴射する冷却ノズルを備えた冷却機構とからなるテーパ鋼管の製造装置において、前記冷却機構による鋼管の冷却度合を、加工中の鋼管の加工の進捗に合わせて減少させるように制御する制御機構を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のテーパ鋼管の製造方法及びその装置によれば、加工中の鋼管の加工の進捗に合わせて冷却度合を減少させることにより、鋼管を大幅に縮径する必要がある場合でも加工初期から中期における波状肌の発生を抑制するとともに、加工後期における割れを有効に防止することができるテーパ鋼管の製造方法及びその装置を提供することができる。
【００１７】
また、加工の進捗を、鋼管の送り量及び／又は絞りローラの追い込み量で検出することにより、加工によって縮径された鋼管の径を的確に判断して最適な冷却度合によって鋼管の冷却を行うことができる。
【００１８】
また、絞りローラの最終接点箇所から鋼管の出側の近傍の温度を測定し、該測定した温度に基づいて冷却度合を調節することにより、加工の進捗だけでなく、テーパ加工された鋼管の温度に基づいて、さらに詳細に冷却度合を調節することができ、鋼管の過冷却と冷却不足とを防止し、加工直後の鋼管に波状肌の発生を抑制しながら鋼管の割れを防止することができる適正な加工温度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のテーパ鋼管の製造装置の要部の一部切り欠きの正面図である。
【図２】冷却水の量を減量する方法を示し、（ａ）はバイパスラインを利用した例を、（ｂ）は複数の冷却ノズルを順次閉鎖する例を示す。
【図３】テーパ鋼管の製造方法の概略図で、（ａ）は加工前を、（ｂ）は加工後を示す。
【図４】従来のテーパ鋼管の製造装置の要部の一部切り欠きの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のテーパ鋼管の製造方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１〜図２に、本発明のテーパ鋼管の製造方法及びその装置の一実施例を示す。
本発明のテーパ鋼管の製造装置１は、図３に示す従来のテーパ鋼管の製造装置１０と同様、架体４上に載置する牽引力付加側回転機構台２と、架体５上に載置する回転駆動力付加側機構台３と、両架体４、５間に配設する絞り加工装置Ｓと、加熱装置Ｈとからなる。
そして、牽引力付加側回転機構台２及び回転駆動力付加側機構台３は、それぞれ走行駆動手段２ａ、３ａを備え、架体４、５上を回転軸６の軸方向に移行可能に構成している。
また、回転駆動力付加側機構台３には、軸回転手段３ｂを配設し、鋼管Ｗを回転軸６を軸心として回転駆動させるようにしている。
牽引力付加側回転機構台２には、同期駆動制御機構（図示せず）によって回動手段を設けてもよいが、ベアリングなどによって回動自在に支持し、単に従動するように構成することが好ましい。
絞り加工装置Ｓと加熱装置Ｈの間には長尺の鋼管Ｗを支持する振れ止めローラＦを配設するとともに、絞り加工装置Ｓの絞りローラＲによって加工されたテーパ部分を冷却する冷却ノズルＶを備えた冷却機構Ｃを配設するようにしている。
そして、本発明のテーパ鋼管の製造装置１は、前記冷却機構Ｃによる鋼管の冷却度合を、加工中の鋼管Ｗの加工の進捗に合わせて減少させるように制御する制御機構Ｍとを備えるようにしている。
【００２２】
そして、本発明のテーパ鋼管の製造方法は、加熱装置Ｈを通過させて鋼管Ｗを加熱しながら、鋼管Ｗ周面に絞り加工装置Ｓの絞りローラＲを当接して鋼管Ｗをテーパ加工するに際して、前記絞りローラＲによって成形された直後の鋼管部分（例えば、鋼管Ｗに対する、絞りローラＲの最終接点箇所Ｐから鋼管Ｗの出側に向けて成形管の最小外径の１〜２倍程度の範囲）を冷却水によって冷却し、加工中の鋼管Ｗの加工の進捗に合わせて、冷却度合を調節する手段としての冷却水の量を減少させるようにしている。
【００２３】
加工中の鋼管Ｗの加工の進捗の検出方法は、特に限定されるものではなく、加工開始からの経過時間や鋼管Ｗの非加工部分の残量等によって検出することができるが、本実施例においては、鋼管Ｗの送り量及び／又は絞りローラＲの追い込み量で検出するようにしている。
絞りローラＲによって加工されたテーパ部分を冷却する冷却水の量は、加工されることによって縮径される鋼管Ｗの断面の径に応じた量とすることが好ましく、鋼管Ｗの送り量や絞りローラＲの追い込み量によって鋼管Ｗの断面の径を知ることができるため、加工中の鋼管Ｗの加工の進捗の検出方法として鋼管Ｗの送り量及び／又は絞りローラＲの追い込み量で検出することが好ましい。
【００２４】
また、この際、絞りローラＲの最終接点箇所Ｐから鋼管Ｗの出側の近傍の温度を測定し、該測定した温度に基づいて減少させる冷却水の量を調節することによって、鋼管Ｗの断面の径が同じ場合でも、絞りローラＲの周辺の雰囲気温度の違いなどによって生じる加工温度の変動を抑制し、高品質なテーパ加工を行うことができる。
この場合、絞りローラＲの最終接点箇所Ｐから鋼管Ｗの出側の近傍とは、絞りローラＲの最終接点箇所Ｐから鋼管Ｗの出側に向けて成形管の最小外径（図例のＤ）の１〜２倍程度の範囲をいい、温度は、放射温度計等、非接触の温度計を用いて測定するようにする。
また、絞りローラＲ又は絞りローラＲによる鋼管Ｗの加工箇所の温度を直接測定して冷却水の量を調整するようにしても構わない。
【００２５】
冷却水の量を減少させる方法は、特に限定されるものではなく、電気制御式の開閉弁によってノズル群Ｖ１及びノズル群Ｖ２全体又は各ノズル群に複数の冷却ノズルを配設している場合は、各冷却ノズル毎に送水量を調節するほか、図２（ａ）に示すように、冷却水の配管に１又は複数のバイパスラインＢを設け、冷却水をバイパスラインＢに送ることによって冷却水の量を減少させるようにすることができる。
複数のバイパスラインＢを設ける場合は、バイパスライン毎のバイパス水量を設定し、加工の進捗に合わせて開放するバイパスラインＢを制御機構Ｍにより変更又は追加していくことによって最適な冷却水量とすることができる。
【００２６】
また、冷却水を噴出する複数の冷却ノズルＶに対して、図２（ｂ）に示すように、それぞれに開閉弁を配設し、制御機構Ｍにより開放する冷却ノズルの数を減少させることによって冷却水の量を減少させることもできる。
この場合、絞りローラＲの最終接点箇所Ｐに近い、ノズル群Ｖ１の開放数を調節することが好ましく、鋼管Ｗの加工の進捗に合わせてノズル群Ｖ１、特に、絞りローラＲの最終接点箇所Ｐに近い図例右側の冷却ノズルＶ１ａから順に閉鎖することが好ましい。
これは、最終接点箇所Ｐに近い冷却ノズルＶ１ａから噴出される冷却水によって、絞りローラＲが当接し、塑性加工がなされている部分に冷却作用を及ぼすこととなり、材料の肉流れが阻害されることがあるからで、加工の進捗に合わせて冷却ノズルＶ１ｂ、Ｖ１ｃを順次閉鎖していくこともできる。
【００２７】
また、冷却水としては、工業用水や一般研削・切削用潤滑液（クーラント）（本明細書においては、総称して、「冷却水」という。）を使用することができる。
また、冷却度合を調節する手段として、冷却水の量を減少させる以外に、冷却水の水温を上昇させるように制御することによって、冷却水の量を減少させる場合と同様の効果を得ることもでき、また、両者を併用することもできる。
【００２８】
次に、上記構成のテーパ鋼管の製造装置１を用いて、一般構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫ４００（ＪＩＳＧ３４４４））、８インチ（外径２１６ｍｍ）、厚み４．５ｍｍの鋼管Ｗを最小外径７５ｍｍまで縮径してテーパ鋼管に加工する方法を説明する。
【００２９】
本発明者等の実験によると、絞りローラＲによって鋼管Ｗを縮径してテーパ加工を施す場合、温度によって変化する鋼管Ｗの伸び率が約４０〜７０％、好ましくは５０〜６０％のときに、最適な加工を行うことができることが分かった。
そして、ＳＴＫ４００の場合、約６５０℃で４０％、約６７０℃で５０％、約７２０℃で６０％、約７７０℃で７０％の伸び率を示す。
【００３０】
そして、鋼管Ｗをテーパ加工するに際して、前記絞りローラＲによって成形された直後の鋼管部分を冷却ノズルＶのノズル群Ｖ１及びノズル群Ｖ２から噴射する冷却水によって冷却する。なお、本加工方法では、鋼管Ｗに対する絞りローラＲの最終接点箇所Ｐから鋼管Ｗの出側の方向に向かって５０ｍｍの範囲を冷却水により冷却するようにした。
鋼管Ｗの送り量及び／又は絞りローラＲの追い込み量から検出した加工の進捗に合わせて冷却水の量を減少させ、絞りローラＲが当接する加工箇所の温度を６５０℃以下にならないようにしながら絞りローラＲによって鋼管Ｗにテーパ加工を施す。
【００３１】
これによって、外径が２１６ｍｍ程度の鋼管を７５ｍｍ以下まで縮径する必要がある場合でも、加工初期から中期における波状肌の発生を抑制するとともに、加工後期における割れを防止し、精度の高いテーパ鋼管を製造することができる。
【００３２】
以上、本発明のテーパ鋼管の製造方法及びその装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のテーパ鋼管の製造方法及びその装置は、加工初期から中期における波状肌の発生を抑制するとともに、加工後期における割れを防止することができるという特性を有していることから、鋼管を大幅に縮径する必要があるテーパ鋼管の製造方法及びその装置の用途に好適に用いることができる。
また、適用対象も、新規のテーパ鋼管の製造装置のほか、既設のテーパ鋼管の製造装置に対しても、冷却機構を制御する制御機構を付設することによって適用を可能にすることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  テーパ鋼管の製造装置
Ｓ  絞り加工装置
Ｒ  絞りローラ
Ｈ  加熱装置
Ｖ  冷却ノズル
Ｃ  冷却機構
Ｍ  制御機構
Ｗ  鋼管（パイプ素材）
【図１】
2010172957.tif 000003
【図２】
2010172957.tif 000004
【図３】
2010172957.tif 000005
【図４】
2010172957.tif 000006