(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オープン管の両エッジ部を加熱し、スクイズロールにより衝合接合する鋼管の製造方法において、まずオープン管全体を  ２００℃〜  ７００℃に昇温し、ついで両エッジ部を２段階以上に分けて高周波加熱してキュリー点以上で融点未満の温度域に到達させ、さらに高周波加熱して衝合接合することを特徴とする鋼管の製造方法。
【請求項２】
２００  ℃〜７００  ℃のオープン管の両エッジ部をキュリー点以上融点未満の温度域に到達させる高周波加熱を、第２段目を１００ｋＨｚ未満かつ第１段目より低い周波数で行う請求項１記載の方法。
【請求項３】
両エッジ部の加熱に先立つオープン管の昇温を、オープン管を加熱して行う請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
両エッジ部の加熱に先立つオープン管の昇温を、オープン管に成形する前の帯鋼を加熱して行う請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
両エッジ部の加熱に先立つオープン管の昇温を、オープン管に成形する前の帯鋼を加熱しさらにオープン管を加熱して行う請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接鋼管の製造方法に関し、とくに、固相圧接による鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接鋼管は、鋼板または鋼帯を管状に成形しその継目を溶接したもので、小径から大径まで各種の製造法によりつくられているが、主な製造法として、電気抵抗溶接（電縫）、鍛接、電弧溶接によるものが挙げられる。
小径〜中径鋼管用としては、高周波誘導加熱を利用した電気抵抗溶接法（電気抵抗溶接鋼管、電縫管）が主として利用されている。この方法は、連続的に帯鋼を供給し、成形ロールで管状に成形してオープン管とし、続いて高周波誘導加熱によりオープン管の両エッジ部端面を鋼の融点以上に加熱した後、スクイズロールで両エッジ部端面を衝合溶接して鋼管を製造する方法である（例えば、第３版鉄鋼便覧第  ＩＩＩ巻（２）１０５６〜１０９２頁）。
【０００３】
上記した高周波誘導加熱を利用した電縫管の製造方法では、オープン管の両エッジ部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、溶鋼飛散（フラッシュ）が発生しやすいという問題があった。              この問題に対し、例えば、特開平２−２９９７８２号公報には、２つの加熱装置を有する電縫鋼管の製造法が提案されている。第１の加熱装置でオープン管の両側エッジ部の温度をキュリー点以上に加熱し、第２の加熱装置で更に融点以上に加熱し、スクイズロールで両エッジ部を衝合溶接して鋼管を製造する。また、特開平２−２９９７８３号公報には、第１の加熱装置で周波数４５〜２５０ｋＨｚの電流を流し、両側エッジ部を予熱し、第２の加熱装置で更に融点以上に加熱し、スクイズロールで両エッジ部を衝合溶接して鋼管を製造する電縫管製造装置が提案されている。
【０００４】
しかしながら、これらの電縫管製造技術では、エッジ部を均一に加熱することは示唆しているものの、両エッジ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、ほとんどがビード切削用バイトにより切削されて除去されている。
【０００５】
このようなことから、この方法では、
▲１▼ビード切削用バイトの切削量の調整で、材料と時間のロスが発生する。
▲２▼ビード切削用バイトは消耗品であり、造管速度によって異なるが、３０００〜４０００ｍのビード切削長毎にバイトを交換する必要があり、そのため、１時間程度ごとに３〜５分間のバイト交換のためのライン停止を余儀なくされる。
【０００６】
▲３▼特に造管速度が１００  ｍ／ｍｉｎ  を超える高速造管では、ビード切削用バイトの寿命が短く、交換頻度が高い。
など、ビード切削がネックとなり、高速造管ができないため生産性が低いという問題があった。
一方、比較的小径鋼管用として極めて高い生産性を有する鍛接鋼管製造方法がある。この方法は、連続的に供給した帯鋼を加熱炉で１３００℃程度に加熱した後、成形ロールで管状に成形してオープン管とし、続いてオープン管の両エッジ部に高圧空気を吹き付けて端面のスケールオフを行った後、ウェルディングホーンにより端面に酸素を吹き付け、その酸化熱で端面を１４００℃程度に昇温させてから、鍛接ロールで両エッジ部端面を衝合させ固相接合して鋼管を製造する方法である（例えば、第３版鉄鋼便覧第  ＩＩＩ巻（２）１０５６〜１０９２頁）。
【０００７】
しかし、この鍛接鋼管製造方法では、
▲１▼端面のスケールオフが完全ではないので、鍛接衝合部へのスケール噛込みが発生し、シーム部の強度が母材部に比べてかなり劣る。このため、偏平試験で、電縫鋼管なら偏平高さ比ｈ／Ｄ＝２ｔ／Ｄ（ｔ：板厚）を達成できるのに対し、鍛接鋼管では偏平高さ比ｈ／Ｄが０．５  程度に劣るものとなる。
【０００８】
▲２▼帯鋼を高温に加熱するため、管表面にスケールが生成し表面肌が悪い。
など、造管速度が３００ｍ／ｍｉｎ  以上と速く生産性は高いが、シーム品質及び表面肌が悪く、ＪＩＳのＳＴＫ等の強度信頼性や表面品質を要求されるものは製造できないという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を有利に解決し、優れたシーム品質及び表面肌を有する鋼管を高い生産性で製造することができる、高周波加熱接合方式での鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、オープン管の両エッジ部を加熱し、スクイズロールにより衝合接合する鋼管の製造方法において、まずオープン管全体を  ２００℃〜  ７００℃に昇温し、ついで両エッジ部を２段階以上に分けて高周波加熱してキュリー点以上で融点未満の温度域に到達させ、さらに高周波加熱して衝合接合することを特徴とする鋼管の製造方法である。
【００１１】
第２の本発明は、第１の本発明において、２００  ℃〜７００  ℃のオープン管の両エッジ部をキュリー点以上融点未満の温度域に到達させる高周波加熱を、第２段目を１００ｋＨｚ未満かつ第１段目より低い周波数で行うことを要旨とする。
第３の本発明は、第１または第２の本発明のいずれかにおいて、両エッジ部の加熱に先立つオープン管の昇温を、オープン管を加熱して行うことを要旨とする。
【００１２】
第４の本発明は、第１または第２の本発明のいずれかにおいて、両エッジ部の加熱に先立つオープン管の昇温を、オープン管に成形する前の帯鋼を加熱して行うことを要旨とする。
第５の本発明は、第１または第２の本発明のいずれかにおいて、両エッジ部の加熱に先立つオープン管の昇温を、オープン管に成形する前の帯鋼を加熱しさらにオープン管を加熱して行うことを要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
第１の本発明によれば、オープン管は、その全体が  ２００℃〜  ７００℃に昇温され、ついで両エッジ部が２段階以上の高周波加熱によりキュリー点以上で融点未満の温度域に昇温され、さらに高周波加熱されて衝合接合される。
オープン管全体を  ２００〜  ７００℃に昇温する（管体予熱という）のは、衝合接合時のエッジ部端面温度差を小さくするために必須の要件であり、これにより、エッジ部とエッジ部に連なる母管部との温度差が小さくなり、エッジ部から母管部への熱拡散が効果的に抑制できて、固相圧接のための周辺温度環境が整う。なお、固相圧接可能温度域は、１３００℃以上融点未満、好ましくは１３５０℃以上融点未満、より好ましくは１４００℃以上融点未満の温度域である。
【００１４】
管体予熱温度が  ２００℃未満のとき、エッジ部から母管部への熱拡散の抑制効果が小さく接合時の温度を固相圧接可能温度域に維持するのが困難となり、シーム品質が劣化する。他方、  ７００℃を超える管体予熱は、相対する接合すべきエッジ部を含む管体全面にスケールが生成・成長し、製品のシーム品質及び表面肌がともに劣化する結果を招く。なお、管体予熱において、より好ましいのは  ４００℃以上  ６５０℃以下の温度域である。
【００１５】
管体予熱で管全体が２００  〜７００  ℃に保持されたオープン管の両エッジ部は、キュリー点（７７０  ℃程度）以上融点未満好ましくは１３００℃未満の温度域まで、２段階以上の高周波加熱によって昇温される。そして、そこからさらに高周波加熱されて衝合接合される。衝合接合直前のエッジ部の高周波加熱を本加熱、その前段階の２段階以上の高周波加熱を予備加熱という。
【００１６】
エッジ部の加熱方法をこのように規定する理由を以下に述べる。
図３は鋼の比透磁率の温度依存性を示す特性図である。この図に示されるように、鋼はキュリー点以上の温度域で強磁性体から常磁性体に磁気変態し、比透磁率（対真空比）が１に近い値となる。一方、電流の浸透深さは次式（１）  で与えられる。
【００１７】
Ｓ＝α｛ρ／（μｒ  ｆ）｝１／２  ………（１）
ここに、Ｓ：浸透深さ（ｍ）、ρ：抵抗率（Ω・ｍ）、μｒ  ：比透磁率、ｆ：周波数（ｋＨｚ  ）、α：定数である。また、図４は、浸透深さの温度および周波数依存性を示す特性図である。
エッジ部を、本加熱前にキュリー点以上に予備加熱することにより、本加熱段階において、式（１）  で与えられ図４にも示される浸透深さが大きくなり、被接合面（エッジ部端面）内の温度が均一化の方向に向かう。
【００１８】
しかしながら、エッジ部のキュリー点以上への予備加熱を１段階の高周波加熱で行うのは、予備加熱終了時点（すなわち本加熱開始時点）でのエッジ部端面の温度差が十分に縮まらず、本加熱における誘導加熱でそれが拡大し、衝合接合の際に、角部の過剰溶融によるビードの盛り上がり、または面部の部分的接合不良のいずれかが発生しやすくなる。
【００１９】
これに対し、キュリー点以上融点未満の温度域への予備加熱を２段階以上に分けて行うことにより、この問題は解消し、衝合接合時点でのエッジ部端面全体を固相圧接可能温度域に安定的に保持できる。
なお、予備加熱、本加熱の高周波加熱は、直接通電による方法と誘導コイルによる方法とのいずれも適用可能であるが、直接通電による方法は管体にコンタクトチップを接触させねばならず、高速造管の際スパーク疵の原因となるから、非接触である誘導コイルによる方法（誘導加熱方式）のほうが好ましい。
【００２０】
第２の本発明は、第１の本発明において、エッジ部の予備加熱を２段階の高周波加熱で行うときの好適周波数を規定したもので、第２段目を１００ｋＨｚ未満かつ第１段目より低い周波数で行うものである。これにより、予備加熱終了時のエッジ部端面内温度差とその時点で角部を目標温度に到達させるに要する電流値との最適な組合せが得られる。
【００２１】
これに対し、第２段目を１００  ｋＨｚ  以上の周波数で予備加熱すると、所要電流値は節減できるが端面内温度差が拡大し、また第２段目を１００  ｋＨｚ  未満かつ第１段目以上の周波数とすると端面内温度差の拡大はないが、所要電流値が大幅に増大する。
第３〜第５の本発明は、管体予熱の具体的加熱方法に関する。管体予熱は、予備加熱段階でのエッジ部と母管部との温度差を小さくすることを骨子とするので、予備加熱直前のオープン管全体を  ２００〜  ７００℃の温度域に保持できさえすれば、加熱はオープン管自体に施しても、オープン管に成形する前の帯鋼に施しても、またその両方に施してもよく、本発明を適用する造管ラインの事情に応じて適宜選択可能である。なお、管体予熱の加熱方式は特に限定されず、炉内加熱、誘導加熱、通電加熱等いずれの方式で行ってもよい。
【００２２】
以上に述べたように、本発明によれば、高周波加熱方式を用いてスクイズロールの直前でエッジ部端面全域を固相圧接可能温度域に安定的に保持できるから、優れたシーム品質及び表面肌を有する鋼管を高い生産性で製造することができる。
【００２３】
【実施例】
図１は本発明の実施例に用いた装置列の模式側面図である。図１において、１はオープン管、２は鋼管、３はスクイズロール、４は本加熱コイル、５Ａ、５Ｂは２段階の予備加熱コイル、６は本加熱域、７は予備加熱域、８は加熱炉、１０はエッジ部である。
【００２４】
図２は、実施例の予備加熱パターンの例を示す線図であり、実線、点線はエッジ部１０の角部、面部の温度を夫々示し、図１と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。
オープン管１が加熱炉８で全体加熱（管体予熱）された後、順次、予備加熱域７、本加熱域６を経てスクイズロール３でエッジ部１０を固相圧接されて、鋼管２が形成されるように装置列を構成し、予備加熱域７における加熱方式は、予備加熱コイル５Ａ，５Ｂによる２段階誘導加熱方式とした。なお、特に限定されないが、予備加熱コイル５Ａ，５Ｂは水平型ワンターンコイルをタンデムに配置し、本加熱コイル４は垂直型スリーターンコイルを１段に配置した。
【００２５】
ところで、本発明は固相圧接法を採用するので電縫管のような溶接余盛部は形成されないが、圧接のアップセット量によっては圧接点において軟化部が外面余肉を生じることもあり得る。これを防ぐには、図１に示すように、スクイズロール３をそのロール面が圧接点を踏むように配置することが好ましい。
０．０８ｗｔ％炭素鋼の帯鋼を成形ロールにより成形してオープン管とし、これを図１の装置列に表１に示す種々の加熱条件で通し、両エッジ部を固相圧接して製造した寸法６０．５ｍｍＤ×６．０  ｍｍｔの鋼管について行った偏平試験の結果を同表１に示す。表１中、◎は偏平高さ比２ｔ／Ｄ（密着）まで割れなし、○は４ｔ／Ｄまで割れなし、×はそれ超えの偏平高さ比で割れを生じたものである。
【００２６】
【表１】
0003557813.tif 000002
【００２７】
いずれの鋼管も、エッジ部を予備加熱する前に加熱炉８でオープン管全体を  ６００℃に加熱して管体予熱を行った。この加熱による管体表面の肌荒れは認められなかった。
この状態から、鋼管Ａは予備加熱を行わずいきなり周波数４００ｋＨｚで本加熱したので、角部が融点直下に達したとき面部が１３００℃を下回り、シーム品質が劣化した。鋼管Ｂは、予備加熱域７を１本の誘導コイルでカバーして予備加熱を行ったものであるが、予備加熱終了時点での端面内温度差が１００  ℃以上となり、鋼管Ａ同様シーム品質が劣化した。
【００２８】
第１の本発明に従い予備加熱を２段階に分けて行った鋼管Ｃ〜Ｆは、いずれも予備加熱終了時点での端面内温度差１００  ℃未満で、偏平高さ比が４ｔ／Ｄ以下の良好なシーム品質が得られた。
これらのうち、２段目の周波数が１００  ｋＨｚ  以上で第２の本発明の規定外である鋼管Ｃ、Ｅは、端面内温度差が５０℃以上で、偏平試験において密着までに割れを生じ、２段目の周波数は１００  ｋＨｚ  未満であるが１段目の周波数と同じであって、第２の本発明の規定を外れる鋼管Ｆは、端面内温度差１０℃以内であり偏平試験では密着まで割れを生じなかったが、所要電流値が７０００Ａと大きかった。これに対し、第２の本発明の規定を満たす鋼管Ｄは、端面温度差１０℃以内であり偏平試験では密着まで割れを生ぜず、所要電流値も４４００Ａと適度に抑制された。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、高周波加熱方式を用いてスクイズロールの直前でエッジ部の全域を固相圧接可能温度域に安定的に保持できるから、優れたシーム品質及び表面肌を有する鋼管を高い生産性で製造することができるという格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に用いた装置列の（ａ）は模式側面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視図、（ｃ）はＢ−Ｂ矢視図である。
【図２】実施例の予備加熱パターンの例を示す線図である。
【図３】鋼の比透磁率の温度依存性を示す特性図である。
【図４】浸透深さの温度および周波数依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
１  オープン管
２  鋼管
３  スクイズロール
４  本加熱コイル
５Ａ，５Ｂ  予備加熱コイル
６  本加熱域
７  予備加熱域
８  加熱炉
１０  エッジ部
【図１】
0003557813.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003557813.tif 000005
【図４】
0003557813.tif 000006