(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯鋼を予熱する予熱装置と、予熱された帯鋼を各ロールの配置位置を変えてサイズ・フリーとして成形加工する成形ロール群と、成形で得たオープン管の突き合せ部分を低周波から高周波の電流を切り替え、それぞれ別個に誘導加熱自在なエッジ予熱装置及びエッジ加熱装置と、加熱されたオープン管の突き合せ部分を圧するスクイズ・ロールと、圧接されたシーム部の内外面を平らにするシーム圧延ロールと、その上流又は下流にシーム部に生じたビードを切削するバイトとを順次配列した異種鋼管の兼用製造装置において、
前記エッジ予熱装置、前記エッジ加熱装置及び前記スクイズ・ロールをそれぞれ個別に台車に載せると共に、エッジ予熱装置を前記オープン管の搬送ラインに出し入れ自在とし、且つエッジ加熱装置及び前記スクイズ・ロールは前記エッジ予熱装置が抜けた搬送ライン位置に移動自在としたことを特徴とする異種鋼管の兼用製造装置。
【請求項２】
さらに、前記切削バイトも台車に載せ、前記スクイズ・ロールの後流側で搬送ラインに出し入れ自在としたことを特徴とする請求項１記載の異種鋼管の兼用製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異種鋼管の兼用製造装置に係わり、詳しくは、「電縫鋼管」と「固相圧接鋼管」とを兼用で製造する装置（設備列ともいう）の改造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、溶接鋼管は、サイズが小径、大径であることにかかわらず、鋼板（又は帯鋼）を管状に成形し、突き合せた継なぎ目を溶接して製造される。例えば、小径〜中径の電縫鋼管の製造方法は、成形ロールに帯鋼を連続的に供給し、円筒状に成形して継ぎ目が未接合の所謂「オープン管」とし、続いて該継ぎ目として互いに突き合わさっている帯鋼幅方向の両端面にそれぞれ電極を配置して通電し、電気抵抗に起因して発生するジュール熱で鋼の融点以上に加熱してから、スクイズ・ロールと称されるロールで該両端面を加圧して溶接するものである（例えば、第３版、鉄鋼便覧の第ＩＩＩ巻、（２）１０５６〜１０９２頁参照）。なお、近年は、電気抵抗溶接用電極に代え、管に接触することなく管の周囲に誘導コイルを設け、高周波誘導で加熱するようになっている。
【０００３】
上記高周波誘導による電縫鋼管の製造方法では、オープン管の両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、溶鋼の飛散（フラッシュ）が発生し易いという問題があった。そこで、これらの問題を解決する対策技術も提案されている（例えば、特開平２−２９９７８２号公報、特開平２−２９９７８３号公報等参照）
ところで、これらの対策技術では、帯鋼の両端部を均一に加熱することは示唆しているものの、両端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、ビード切削がネックとなって高速造管ができず、生産性が低いという問題があった。また、上記電縫鋼管の製造方法では、鋼管の製品寸法に合わせた成形ロールを用いなければならず、所謂小ロット・多品種生産に対応できないという問題があった。
【０００４】
そこで、本出願人は、先に特開平１０−０７１４２２号公報にて、上記電縫鋼管の製造技術の問題点を解消するため、加熱温度を比較的低くして継ぎ目を圧接する所謂固相圧接を用いた鋼管の製造方法及び製造設備列を提案した。その新しい設備列を用いれば、オープン管の突き合せ部を固相圧接が可能な温度域に安定して維持でき、シーム品質及び表面肌に優れた鋼管を、高生産性のもとで製造できるようになる。しかも、均熱炉の下流で絞り圧延機の上流にはインダクション・ヒータを設け、製造する鋼管の品種に対応して温度を調整するようにしたので、小ロット・多品種生産にも、対応できるようになる。
【０００５】
ところが、この設備列で使用される各装置は、大部分が前記電縫鋼管の製造にも使用できる可能性がある。また、製造した固相圧接鋼管は、主として中径以上の管を対象としており、薄肉で小径の管には、いまだ電縫鋼管が捨て難い面も有している。従って、溶接鋼管の製造メーカは、両方の製造工場を持っていることが望ましい。その場合、同一工場内に類似した設備列を２つ以上有することになり、特に、鋼管工場を新設する場合には、ほぼ類似したものを２つ以上建設することになる。これでは無駄が多いので、本出願人は、装置の有効利用の観点に立って技術的に検討し、特開２０００−２１０７１４号にて、電縫鋼管及び固相圧接鋼管を１つの設備列を兼用して製造可能な装置を別途提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この兼用製造装置で電縫鋼管を製造したところ、溶接作業に問題が生じた。それは、電縫鋼管を製造する場合には、該兼用製造装置において後述するエッジ予熱装置の電源を切り、該エッジ予熱装置をオープン管の単なる搬送路として利用するが、オープン管状態での搬送距離が長くなることに起因する。つまり、搬送中に溶接前の突き合わせ部分が成形直後の状態より徐々に大きく開いてしまい、溶接が不調又は不能になってしまう。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、成形後のオープン管の突き合わせ部分が溶接前に開かず、円滑且つ安定して電縫鋼管が製造可能な異種鋼管の兼用製造装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記の目的を達成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【０００９】
すなわち、本発明は、帯鋼を予熱する予熱装置と、予熱された帯鋼を各ロールの配置位置を変えてサイズ・フリーとして成形加工する成形ロール群と、成形で得たオープン管の突き合せ部分を低周波から高周波の電流を切り替え、それぞれ別個に誘導加熱自在なエッジ予熱装置及びエッジ加熱装置と、加熱されたオープン管の突き合せ部分を圧するスクイズ・ロールと、圧接されたシーム部の内外面を平らにするシーム圧延ロールと、その上流又は下流にシーム部に生じたビードを切削するバイトとを順次配列した異種鋼管の兼用製造装置において、前記エッジ予熱装置、前記エッジ加熱装置及び前記スクイズ・ロールをそれぞれ個別に台車に載せると共に、エッジ予熱装置を前記オープン管の搬送ラインに出し入れ自在とし、且つエッジ加熱装置及び前記スクイズ・ロールは前記エッジ予熱装置が抜けた搬送ライン位置に移動自在としたことを特徴とする異種鋼管の兼用製造装置である。この場合、さらに、前記切削バイトも台車に載せ、前記スクイズ・ロールの後流側で搬送ラインに出し入れ自在とするのが良い。
【００１０】
本発明では、固相圧接鋼管及び電縫鋼管の製造も兼ね備える１つの設備列において、電縫鋼管の製造時にオープン管の突き合わせ部分の溶接を、圧接鋼管の製造時に比べて早めるようにしたので、溶接の不調又は不能が回避できるようになる。その結果、兼用製造装置であっても、電縫鋼管を円滑に且つ安定して製造できるようになった。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯を交え、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
まず、本発明に係る兼用製造装置の理解を容易にするため、本出願人が特願平９−１５９６５５号公報（公開番号に直す）で提案した設備列を概説する。
【００１３】
それは、図３に示すように、多くの装置を順次配列したものである。アン・コイラ２でコイル状から平板状にされた帯鋼１は、先行する帯鋼の後端と後行する帯鋼の先端を接合装置３で溶接し、連続的に供給するようにしてある。そして、長い帯鋼１を一時的に貯えるルーパ４なる装置を経て、該帯鋼１は、予熱装置１２で８００℃以下の温度に予熱される。なお、この帯鋼予熱は、後述のオープン管８に成形した後に、管全体を予熱するようにしても良い。
【００１４】
予熱された帯鋼１は、一群のロール５で管状に成形される。この成形体は、帯鋼１の幅方向の両端を突き合わせているだけで、一体に接合されていないので、オープン管８と称されている。成形で得たオープン管８の突き合せ部分は、それぞれ別個に誘導加熱用コイルを備えたエッジ予熱装置６及びエッジ加熱装置７を通過し、最終的に融点に近い温度に加熱される。それでも、電縫鋼管と異なり、あくまでも固相状態にある。つまり、エッジ予熱は、帯鋼１の所謂「キュリー点」（９１０℃程度）以上で１３００℃未満とし、エッジ加熱は、１３００℃以上融点未満で行なう。このように予熱、加熱の温度範囲を段階的に分けるのは、一気に昇温すると、エッジ部に種々の不具合が起き、高速造管ができなくなるからである。なお、加熱源は、周波数１０〜４０ｋＨｚ程度の低周波電流である。この加熱されたオープン管８の突き合せ部分は、スクイズ・ロール９で圧接され、円周が一体化した鋼管１０となる。なお、エッジ予熱装置６、エッジ加熱装置７及びスクイズ・ロール９の配置は、図４に示すようになっている。
【００１５】
また、該鋼管１０は、後に図５で示すと同様に、冷却装置２５でシーム部に水を吹付て冷却し、均熱炉１４で再度均一に加熱され、必要に応じてインダクション・ヒータ１５により温度を所望値（１２５℃〜７２５℃）に調整する。かかる温度に調整された鋼管１０は、ロールを多段に配置した絞り圧延機１１（通常、ストレッチ・レデューサを使用）で外径を絞った後、ホットソー２４で所望長さに切断され、クーリング・ベッド２５、チップソー２６、矯正機２７、面取り機２９、印字装置２９等の精整装置１６を経てから、結束機３０で複数本を束ねて製品ロットとされる。
【００１６】
本出願人は、かかる設備列に、さらに以下のような手段を加え、電縫鋼管をも製造できるようにした。
【００１７】
まず、前記成形ロール群５であるが、それには、図６に示すように、帯鋼１の進行方向にエッジ曲げロール３１、センター曲げロール３２、ケージ・ロール３３及びフィンパス・ロール３４を組み合わせて配置し、それらの配置位置を管の進行方向に沿い移動自在とした所謂「チャンス・フリー」成形機を使用する。これによって、オープン管８の外径が種々変更になっても、同一の成形機で処置できる。つまり、従来の電縫鋼管製造時の欠点であったオープン管８の外径変更に伴うロール替えを不要にしたのである。
【００１８】
さらに、図６の前記エッジ加熱装置７に、低周波から高周波の電流を切り替えて供給可能な電源１７を接続するようにした。これによって、圧接鋼管の製造に際しては、周波数４０ｋＨｚ程度の低周波電流を、電縫鋼管の製造には、２００ｋＨｚ程度の高周波電流を切り替えて使用できるようにした。その結果、固相圧接に加え、溶融接合も可能となる。
【００１９】
加えて、電縫鋼管を製造する場合、帯鋼１は融点以上に加熱され、ビードの形成が避けられないので、スクイズ・ロール９の下流側には、ビードの研削バイト１８を設けるようにした。この研削バイト１８は、圧接鋼管の製造時に用いる前記シーム圧延ロール１９と切り替えて使用するように配置される。
【００２０】
さらに加えて、電縫鋼管は、冷却装置２３の下流側に配置されたプレス・カッタ２０で所望の長さに切断されると（図５参照）、ほぼ製品としての形態になる。そこで、均熱炉１４の上流側に、管の進行方向を変更し、それを直接精整装置１６へ送るための切り替えテーブル・ローラ２１を設けるようにもした。これによって、圧接鋼管が通る均熱炉１４や絞り圧延機１１での処理が省略できるのである。なお、この切り替えテーブル・ローラ２１について、本出願人は、特願２０００−２２６８７２号にて、別の鋼管搬送系切替装置を提案している。
【００２１】
以上のべたように、本出願人は、特願平９−１５９６５５号で提案した設備列に、上記４つの新しい手段を加味することで、圧接鋼管ばかりでなく、電縫鋼管をも製造できる図５に示すような兼用製造装置としたのである。なお、この兼用製造装置は、製造対象に応じて、それぞれ使用しないで良い装置は、運転せずに単に通過させたり、バイパス通路２２を設けるようにしてある。例えば、前記帯鋼の予熱装置１２は、電縫鋼管の製造では、使用しないので、バイパス通路２２を経由させるようにしてある。また、鋼管形状の矯正、面取り等の精整装置１６、印字２９、結束３０等の装置は、圧接鋼管及び電縫鋼管で同一のものを共用するようにしてある。
【００２２】
本発明は、かかる異種鋼管の兼用製造装置の前記問題点、つまり電縫鋼管製造時における溶接の不具合を解消するため、一例として図５に示した兼用製造装置へさらに下記のような改良を加えたものである。
【００２３】
すなわち、図１に示すように、前記エッジ予熱装置６、前記エッジ加熱装置７及び前記スクイズ・ロール９をそれぞれ個別に台車３５に載せるようにした。そして、該エッジ予熱装置６は、前記オープン管８の搬送ライン（製造ライン）３６に、必要に応じ出し入れ自在とした。つまり、電縫鋼管の製造時には前記エッジ予熱装置６が不要なので、前記搬送ラインの外に移動させ、圧接鋼管の製造時に再び元の位置に復帰させるのである。また、エッジ加熱装置７及び前記スクイズ・ロール９は、前記エッジ予熱装置６が抜けた搬送ライン上の位置に移動自在にした。なお、エッジ予熱装置６の移動先は、図１に点線で示す。これによって、エッジ加熱装置７及び前記スクイズ・ロール９は、以前より成形ロール群５の位置へより近くなり、オープン管の突き合わせ部分が広がる前に溶接でき、前記問題が解消される。ちなみに、エッジ予熱装置６が抜けることで、成形ロール群５とエッジ加熱装置７及びスクイズ・ロール９との間は、通常３．２ｍは短縮できる。
【００２４】
なお、これら装置の台車３５を移動させる具体的手段としては、特別に複雑な装置でなくても良く、台車３５を走らせるレール３７、台車の押し引きを行うプッシャ３８、移動を止めるストッパ３９等、公知のものを利用すれば良い。
【００２５】
本発明では、この場合、さらに前記研削バイト１８も台車３５に載せ、前記スクイズ・ロール９等が移動して空いた搬送ライン３６に（移動先は、図２の点線位置）、出し入れ自在とするのが良い。
【００２６】
【実施例】
本発明に係る異種鋼管の兼用製造装置を使用し、電縫鋼管及び圧接鋼管を製造した。製造した鋼管のサイズは、両者とも外径１４６ｍｍ×肉厚４．５ｍｍである。この装置の運転条件を、固相圧接鋼管及び電縫鋼管の製造時に別けて表１に示す。また、本発明の効果を確認するため、先に出願した装置（特開２０００−２１０７１４号記載）での製造も行った。これにより、電縫鋼管の製造時において、前記した成形ロール群とエッジ加熱及びスクイズ・ロールとの間の距離を短縮した場合（本発明例）を短縮しなかった場合（比較例）と比べたのである。なお、圧接鋼管の製造時における各装置の配列は、本発明に係る装置と先出願の装置とでは同様になる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
電縫鋼管製造時の溶接状況は、不具合の発生頻度（渦流探傷検査によるＥＣ不良）や製品合格率（目視検査）で評価し、製造後の製品鋼管の品質は、シーム部品質、表面粗度、焼き付き疵で評価した。なお、シーム部品質は、製品管に径方向に荷重を加え、破壊する時の偏平高さ比（ｈ／Ｄ）で行い、表面粗度は、表面粗度計で測定し、焼き付き疵は、目視検査で調査することで行われた。また、ｈは、破断時の偏平高さ、Ｄは製品管の外径である。
【００２９】
これらの成績を表２に、一括して示す。表２より、本発明に係る兼用製造装置を用いると、圧接鋼管と電縫鋼管のいずれも、品質に優れた鋼管になることが明らかである。また、本発明に係る装置は、特開２０００−２１０７１４号で提案した兼用製造装置を用いた場合に比べ、溶接不具合の発生頻度が著しく減少し、電縫鋼管の製造にとって非常に有効であることが確認できた。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、電縫鋼管及び固相圧接鋼管のいずれも製造できる兼用製造装置において、オープン管の突き合わせ部分の搬送中での開きが小さくなり、電縫鋼管の製造が以前より円滑で、且つ安定して行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る異種鋼管の兼用製造装置におけるエッジ予熱装置、エッジ加熱装置及びスクイズ・ロールの配置位置移動を説明する平面図である。
【図２】本発明に係る異種鋼管の兼用製造装置における研削バイトの配置位置移動を説明する平面図である。
【図３】特願平９−１５９６５５号で提案した設備列の一例を示す図である。
【図４】エッジ予熱装置、エッジ加熱装置、スクイズ・ロール及びシーム圧延ロールの配置を示す図である。
【図５】特開２０００−２１０７１４号公報で本出願人が先に提案した異種鋼管の兼用製造装置を示す図である。
【図６】図５の一部（成形ロール群〜冷却装置）を拡大した図である。
【符号の説明】
１    帯鋼
２    アン・コイラ
３    接合装置
４    ルーパ
５    成形加工装置（成形ロール群）
６    エッジ予熱装置
７    エッジ加熱装置
８    オープン管
９    スクイズ・ロール
１０  鋼管
１１  絞り加工装置（絞り圧延機）
１２  帯鋼予熱装置
１３  オープン管予熱装置
１４  均熱炉
１５  インダクション・ヒータ
１６  精整装置
１７  電源
１８  研削バイト
１９  シーム圧延ロール
２０  プレス・カッタ
２１  切り替えテーブル
２２  バイパス通路
２３  冷却装置
２４  ホット・ソー
２５  クーリング・ベッド
２６  チップ・ソー
２７  矯正機
２８  面取り機
２９  印字装置
３０  結束機
３１  エッジ曲げロール
３２  センター曲げロール
３３  ケージロール
３４  フィンパスロール
３５  台車
３６  搬送ライン
３７  レール
３８  プッシャ
３９  ストッパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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