(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接あるいは圧接鋼管の内部に出し入れ自在なロール支持台車と、該ロール支持台車に立設された支持部材の軸受で支えられ、該鋼管の溶接あるいは圧接されたシーム部を内面側から圧する内面圧延ロールと、前記シーム部を挟み前記内面圧延ロールと対向する位置で、該鋼管の外表面を圧するガイドロールとを備えた鋼管の内面ビード圧延装置において、
前記軸受を、ニードル軸受とし、前記ロール支持台車に、潤滑剤保持室に収容した潤滑剤に、高圧のガス圧力でピストンを作動させて、該ニードル軸受に前記潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段を設けると共に、該潤滑剤供給手段を水冷ジャケットで覆ったたことを特徴とする鋼管の内面ビード圧延装置。
【請求項２】
前記ニードル軸受の材質を、高クロム軸受鋼、炭素工具鋼、ニッケルモリブデン鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロム鋼、これらの１種を浸炭若しくは高周波焼き入れしたもの、又は窒化珪素若しくはアルミナとすることを特徴とする請求項１記載の鋼管の内面ビード圧延装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管の内面ビード圧延装置に係わり、詳しくは、管状に成形した鋼板の端部同士を突き合わせて溶接、圧接して製造した溶接鋼管又は圧接鋼管の内面ビードを平滑にする技術である。
【０００２】
【従来の技術】
溶接鋼管あるいは固相圧接鋼管は、図２に示す工程を経て製造される。すなわち、最終的にフィンパスロール１で管状に成形した鋼板の端部同士を互いに突き合わせ、該突き合せ部分（オープンシーム部ともいう）を電気抵抗あるいは高周波電流誘導コイル２で加熱した後、スクイズロール３なる加圧装置で圧接する。その際、鋼管内面の溶接あるいは圧接された部分（以下、シーム部６という）には、図４（ｃ）に示すような肉の盛り上がった部分（以下、内面ビード４という）が形成されることが多い。なお、シーム部６は、鋼管５の長手方向に直線状に形成される。このシーム部６に内面ビード４が存在すると、その鋼管５は、高寸法精度を要求されるボイラーチューブ等の素管には適用できなくなる。そのため、以前より対策が検討され、前記シーム部６がまだ高温状態にあるうちに該内面ビード４を圧延で潰して平滑にする技術が、多々公開されている（例えば、特公平１−４２７６８号、特公平２−２９４３９号、特開昭６２−１３７１８４号、特開平１０−２９６４９３号の各公報参照）。
【０００３】
これら公報に記載の技術は、いずれも、管外にガイドロール７なる外面押え手段を、管内に内面圧延ロール８を配置し、これらロール間を通過する前記シーム部６を圧延して、内面ビード４を潰すものである。従って、管内には、内面圧延ロールを支持し、走行するロール支持台車９が配置されている。
【０００４】
ところで、この内面圧延ロール８の支持部は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ロール支持台車９上に立設した支持部材１０の側壁に孔１１を開けて形成されている。つまり、回転する内面圧延ロール８の軸１２は、支持部材１０の側壁で直接受けて摺動する所謂「すべり軸受」構造で支持されていた。
【０００５】
しかしながら、上記した従来の内面ビード圧延装置では、ロール支持台車９に設けられた内面圧延ロール８の上記支持部に問題があった。つまり、管外に配置するガイドロール７は、その支持部にいつでも潤滑剤が供給できるが、ロール支持台車９が管５内にあると、内面圧延ロール８の支持部には潤滑剤を供給できない。ロール支持台車９を管内に装入する際に、該支持部に潤滑剤を予め供給することができるので、その供給量で十分な潤滑ができる場合には、問題はない。ところが、内面ビード４の圧延時に前記シーム部６の温度が１０００℃程度になる固相圧接鋼管では、シーム部６以外の温度が６００℃もある。このような高温環境下では、潤滑剤は変質（炭化）して潤滑能力を失い、内面圧延ロール８は、その支持部に焼き付くことがある。
【０００６】
また、鋼管自体が重かったり、その走行速度を高めると、短時間のうちに内面圧延ローラ８の軸１２が、図３（ｃ）に示すように、付け根部分で破損するという問題もあった。従って、該鋼管５を製造する操業は停止を免れず、生産性が著しく低い状況にあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、４００℃以上の高温領域で使用しても、円滑に運転可能な鋼管の内面ビード圧延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、上記目的を達成するため、高温対策及びその対策に都合の良い軸受の発見に努力し、その成果を本発明に具現化した。
【０００９】
すなわち、本発明は、溶接あるいは圧接鋼管の内部に出し入れ自在なロール支持台車と、該ロール支持台車に立設された支持部材の軸受で支えられ、該鋼管の溶接あるいは圧接されたシーム部を内面側から圧する内面圧延ロールと、前記シーム部を挟み前記内面圧延ロールと対向する位置で、該鋼管の外表面を圧するガイドロールとを備えた鋼管の内面ビード圧延装置において、前記軸受を、ニードル軸受とし、前記ロール支持台車に、潤滑剤保持室に収容した潤滑剤に、高圧のガス圧力でピストンを作動させて、該ニードル軸受に前記潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段を設けると共に、該潤滑剤供給手段を水冷ジャケットで覆ったことを特徴とする鋼管の内面ビード圧延装置である。
【００１０】
特に、本発明では、前記ニードル軸受の材質を、高クロム軸受鋼、炭素工具鋼、ニッケルモリブデン鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロム鋼、これらの１種を浸炭若しくは高周波焼き入れしたもの、又は窒化珪素若しくはアルミナから選ばれた１種とすることが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、鋼管の内面圧延ロールの軸受が、高温においても円滑に作動するようになり、該軸受部において焼き付いたり、該ロールの軸が根元で破損することがなくなる。その結果、従来はたびたび起きていた溶接鋼管あるいは固相圧接鋼管製造ラインの臨時停止が解消され、生産性が向上するようになった。
【００１３】
【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。
【００１４】
まず、従来の内面ビード圧延方法を説明する。それは、溶接又は圧接装置の後流に配置されて、連続的に移動して来た鋼管の前記シーム部の内面側を圧延するものである。鋼管５は、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、シーム部６を上方に向け、サポートロール１３上を低速度で走行している。また、このシーム部６は、鋼管５の外面側に配置したガイドロール７で圧下されている。かかる状況において、該鋼管５の内部に、内面圧延ロール８を備えたロール支持台車９を装入し、その内面圧延ロール８と前記ガイドロール７とでシーム部６を挟み、該シーム部６の内面を圧延する。このロール支持台車９には、内面圧延ロール８を支持する支持部材１０が立設され、該支持部材１０の側壁には、軸受による支持部が設けてある（前記図３参照）。また、該ロール支持台車９自体は、鋼管５の内部を走行できるように車輪１４を備えている。なお、内面圧延ロール８や車輪１４の鋼管内面と接する面１５は、該鋼管内面のサイズや形状に一致するようにしてある。さもないと、鋼管５は、この内面圧延によって望まない形状に変形してしまうからである。
【００１５】
次に、発明者は、かかる内面圧延ロール８の前記支持部が４００℃以上の高温雰囲気でも、長期間にわたり正常に作動させることを研究した。従来から採用している「すべり軸受」構造の支持部は、摺動によって内面圧延ロール８の軸１２に余分な力が作用するので、「ころがり軸受」にすることを摸索した。その結果、球軸受、コロ軸受の材質を変更しても良いが、これら球軸受、コロ軸受より構造が簡単で、破損が生じ難いという観点から、ニードル軸受を採用するともっと良いことがわかった。つまり、ニードル軸受１６は、図１に示すように、球やコロを支える内外輪がなく、細長い円形断面のニードル１７と保持器１８さえあれば良いので、耐熱性材質を使用すれば、高温でも耐久力があるし、また内面圧延ロール８の軸１２には、摺動摩擦ではなく、摩擦抵抗のより小さいコロガリ摩擦を受けると考えたのである。例えば、１本のニードルは、外径３ｍｍ，長さ８ｍｍ程度で、前記軸１２の周囲に２０本程度配置されることになる。そして、ある耐熱性を有する材料でニードル軸受１６を試作して試用したところ、良好な結果が得られたので、上記内面ビード圧延装置にニードル軸受１６を採用して本発明を完成させたのである。
【００１６】
引き続き、発明者は、上記ニードル軸受１６を採用した支持部のさらなる改良を図るため、潤滑剤の供給についての研究を行なった。そして、内面ビード６の圧延中でもニードル軸受１６に潤滑剤１９を供給する下記の手段を新たに開発した。
【００１７】
それは、図５（ａ）に示すように、高圧ガス２０でピストン２１を作動させるシリンダ２２を利用するものである。つまり、ピストン２１を挟みガス室２３と反対側に、潤滑剤１９を収容する潤滑剤保持室２４及び潤滑剤１９の吐出口２５を設けたものである。これにより、必要な時に高圧ガス２０をガス室２３に加えると、潤滑剤１９が吐出口２５から排出される。実際に、圧延時にニードル軸受１６に該潤滑剤１９を供給するため、本発明では、前記シリンダ２２をロール支持台車９上に載置するようにした。つまり、図５（ｂ）に示すように、ロール支持台車９上の内面圧延ロール８の支持部や車輪１４より先端側に、該シリンダ２２を横倒し状態に固定し、潤滑剤１９の供給配管２６、高圧ガス２０の導入配管２７を接続したのである。なお、潤滑剤１９は、該潤滑剤供給手段の使用前に予め潤滑剤保持室２４に収容させておく。それでも、長時間の使用ができるからである。
【００１８】
なお、発明者の試用によれば、潤滑剤１９には、グラファイト、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤とグリース等の液体潤滑剤とを混合した物が良好であった。
【００１９】
また、発明者は、この潤滑剤１９の潤滑能力を高温で維持したり、前記潤滑剤供給手段を保護するため、前記シリンダ２２を水冷ジャケット２８（冷却水の供給配管は省略）で覆うようにもした。これによって、上記潤滑剤１９は、３００℃までその能力を低下させることなく使用できるようになった。さらに、本発明では、内面圧延ロール８の支持部の温度を低下させるため、内面圧延ロール８や車輪１４の支持部材１０及び前記シリンダ２２を別途円筒状部材３０で部屋状に囲み、該部屋の中を窒素ガス等でパージするようにしても良い。
【００２０】
【実施例】
図１に示した固相圧接鋼管の製造ラインで、鋼種ＳＴＫ４００の鋼帯を用いて、鋼管の走行速度１１０ｍ／ｍｉｎで、サイズが外径１４６ｍｍ，肉厚３．０ｍｍの固相圧接鋼管を連続的に製造した。その際、該製造ラインには、本発明に係る内面ビード圧延装置を配設し、かかる圧延装置による内面ビードの平滑状況を調査した。なお、この場合、ニードル軸受の材質は、高炭素クロム軸受鋼を高周波焼き入れしたものを使用し、潤滑剤は、固体のＭｏＳ2を含む高温グリースとした。また、潤滑剤供給手段のシリンダへは、流量５０リットル／ｍｉｎで冷却水を常時流した。また、潤滑剤の供給に用いた窒素ガスの圧力は４ｋｇ／ｃｍ2で、１０分毎にピストンを作動させた。
【００２１】
その結果を、従来の内面ビード圧延装置を用いた場合と比較して表１に示す。なお、製品内面の平滑状況は、肉厚測定で判断し、製品としての合格率で評価した。表１より、本発明に係る内面ビード圧延装置の採用で、製品合格率は従来より格段と向上し、且つ生産性も飛躍的に伸びることがわかる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、鋼管の内面圧延ロールの軸受が、高温においても円滑に作動するようになり、該軸受部において焼き付いたり、該ロールの軸が根元で破損することがなくなった。その結果、鋼管内面ビードの平滑化が安定して行なえるようになると共に、従来たびたび起きていた溶接鋼管あるいは固相圧接鋼管製造ラインの臨時停止が解消され、生産性が向上するようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ニードル軸受に内面圧延ロールの軸を挿入した状況を示す縦断面図である。
【図２】溶接鋼管及び固相圧接鋼管の製造ラインの一部を示す図である。
【図３】内面圧延ロールの支持部を示す図であり、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、側面図（ｃ）は、ロール軸の破損状況である。
【図４】従来の内面ビード圧延装置を示す図であり、（ａ）は縦断面，（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視，（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ矢視である。
【図５】本発明に係る潤滑剤供給手段を示す図であり、（ａ）は、供給原理を（ｂ）は具体的な供給手段である。
【符号の説明】
１    フィンパスロール
２    電気抵抗、あるいは高周波電流誘導コイル
３    スクイズロール
４    内面ビード
５    鋼管
６    シーム部
７    ガイドロール
８    内面圧延ロール
９    ロール支持台車
１０  支持部材
１１  孔
１２  ロールの軸
１３  サポートロール
１４  車輪
１５  鋼管内面と接する面
１６  ニードル軸受
１７  ニードル
１８  保持器
１９  潤滑剤
２０  高圧ガス
２１  ピストン
２２  シリンダ
２３  ガス室
２４潤滑剤保持室
２５  吐出口
２６  供給配管
２７  導入配管
２８  水冷ジャケット
２９  円筒状部材
【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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