(57)【要約】  幅方向両端部に端曲げ加工が施された板材に、幅方向に沿って３回以上の曲げ加工を施してＵ字状断面をなす成形体を成形し、成形体にプレス加工を施すことにより、長手方向にシームギャップ部を有するオープン管とした後、シームギャップ部を接合して鋼管とする鋼管の製造方法であって、端曲げ加工前の板材の幅を板幅Ｗとしたとき、成形体は、板幅端部からＷ／４だけ離れた部位を中心に、他の領域に比較して小さな曲率を付与した軽加工部、または、曲げ加工を省略した未加工部を有し、オープン管の形状が、Ｕ字状断面の最下部を中心に板幅Ｗの２０［％］以上の範囲と、板幅端から板幅Ｗの１０［％］以上の範囲とが、鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状となるように、プレス加工する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向両端部に端曲げ加工が施された板材に、その幅方向に沿って３回以上の曲げ加工を施してＵ字状断面をなす成形体を成形し、次いで、該成形体にプレス加工を施すことにより、その長手方向にシームギャップ部を有する管体であるオープン管とした後、該シームギャップ部を接合して鋼管とする鋼管の製造方法であって、
前記端曲げ加工前の前記板材の幅を板幅Ｗとしたとき、
前記成形体は、板幅端部からＷ／４だけ離れた部位を中心に、他の領域に比較して小さな曲率を付与した軽加工部、または、曲げ加工を省略した未加工部を有し、
前記オープン管の形状が、前記Ｕ字状断面の最下部を中心に前記板幅Ｗの２０［％］以上の範囲と、前記板幅端から前記板幅Ｗの１０［％］以上の範囲とが、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状となるように、
プレス加工することを特徴とする鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する前記Ｕ字状断面の最下部を中心に前記板幅Ｗの２０［％］以上の範囲をＡとし、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する板幅両端から前記板幅Ｗの１０［％］以上の範囲の合計をＢとしたとき、式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の鋼管の製造方法。
２｜Ａ−Ｂ｜／（Ａ＋Ｂ）＜０．４  ・・・（１）
ここで、｜Ａ−Ｂ｜は、Ａ−Ｂの絶対値を示す。
【請求項３】
一対の金型のうちの一方の金型と前記成形体のＵ字開放側とが対向するように他方の金型に該成形体を載置して、該一対の金型で該成形体を挟み込んで該成形体にプレス加工を施すにあたり、
前記他方の金型は、
前記他方の金型に前記成形体を載置した状態で、前記Ｕ字状断面の最下部を中心に、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状となる範囲を除いて前記成形体が接触せず、
プレス加工が完了した状態で、前記他方の金型の一部に前記オープン管に接触しない加工面を備えており、
前記一方の金型は、
前記他方の金型に前記成形体を載置した状態で、前記成形体が接触せず、
プレス加工が完了した状態で、前記一方の金型の一部に前記オープン管に接触しない加工面を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管の製造方法。
【請求項４】
前記鋼管の外半径に相当する半径に対して±３．５［％］の範囲にある円弧部の半径を有する金型を用いてプレス加工を実施することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鋼管の製造方法。
【請求項５】
前記成形体のプレス加工に際して、前記成形体のプレス加工に用いるプレス金型の中心と、前記成形体の幅方向の中心とが一致していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鋼管の製造方法。
【請求項６】
前記成形体は、Ｕ字開放側を上方に向けたＵ字姿勢に保持されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鋼管の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の鋼管の製造方法において使用するプレス金型であって、
前記プレス金型は、前記成形体を挟持する一対の押圧体からなり、各金型の前記成形体と接触し得る面には、各金型の加工中心と一致する位置に円弧中心が位置するように、前記鋼管の外半径に相当する半径に対して±３．５［％］の範囲にある半径の円弧部が形成されており、
各金型における前記円弧部の中心角が７０度以上であり、両金型の前記中心角の角度の合計が３６０度未満であることを特徴とするプレス金型。
【請求項８】
両金型の前記中心角の角度が同じであることを特徴とする請求項７に記載のプレス金型。
【請求項９】
各金型は、前記円弧部の円弧方向両端にそれぞれつながった、直線部、または、該円弧部よりも曲率が小さい小曲率円弧部を有することを特徴とする請求項７または８に記載のプレス金型。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載のプレス金型を用いることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の製造方法、及び、その鋼管の製造方法に使用されるプレス金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼管を成形する技術としては、ＵＯＥ成形技術が広く普及している。このＵＯＥ成形技術は、鋼板を、まずＵ字状にプレス加工し、次いでＯ字状にプレス加工して、周方向で互いに向き合った板幅端間にシームギャップ部を有する管体であるオープン管とし、このオープン管のシームギャップ部を、溶接により突き合わせ接合することで鋼管とした後、さらに鋼管の径を拡大する拡管を行うものである。しかし、ＵＯＥ成形技術では、鋼板をＵ字状やＯ字状にプレス加工を施してオープン管を成形する工程において、高いプレス力を必要とすることから、大掛かりなプレス機を使用せざるを得ない状況にある。【０００３】
そこで、鋼管を製造するにあたって、プレス力を軽減してオープン管を成形する技術としては、例えば、鋼板の幅方向端部に曲げ加工を施して端曲げ部を付与した後、パンチ支持体に支持されたパンチと、ダイとによる複数回の３点曲げプレスを行って、鋼板を略円形にし、オープン管を成形するプレスベンド方式が実用化されている。一方で、このプレスベンド方式で成形したオープン管のシームギャップ部の開き量は、パンチ支持体の幅よりも大きくなるが、この開き量が大きすぎると、シームギャップ部を溶接するために、互いに向き合った板幅端を突き当ててシームギャップ部を閉じるために必要な力が大きくなり、シームギャップ部を閉じるための設備が大型化する。また、開き量が大きすぎるシームギャップ部を溶接した後の溶接部分には、スプリングバックによりシームギャップ部が開こうとする力が作用するため、溶接欠陥が生じやすく、その力が大きすぎると溶接部分が破断してしまう。【０００４】
そこで、プレスベンド後のオープン管のシームギャップ部の開き量を小さくするための技術が、特許文献１〜４に開示されている。特許文献１では、パンチ先端部とパンチ支持体との結合部を回転自由とすることにより、パンチ支持体の幅を小さくして、オープン管のシームギャップ部の開き量を小さくする技術が開示されている。特許文献２では、パンチの移動方向と直交する方向への板材の移動を制限する間隔保持手段を設け、板幅端部がパンチ支持体に接触することなく、最終曲げ加工において大きな加圧をしてオープン管のシームギャップ部の開き量を小さくする技術が開示されている。特許文献３では、最終圧下工程後の板幅端部とパンチ支持体との隙間を測定し、その隙間を極力小さくすることでオープン管のシームギャップ部の開き量を小さくする技術が開示されている。さらに、特許文献４では、最終曲げ工程の圧下時に板幅端間の間隔が所定の値となった時点を基準に、最終工程のパンチによる圧下量を定めることにより、それまでのプレスベンド成形工程で生じた形状の差によらず、オープン管のシームギャップ部の開き量を小さくする技術が開示されている。【０００５】
しかし、特許文献１〜４に開示された技術では、オープン管のシームギャップ部の開き量をパンチ支持体の幅より小さくすることができない。そこで、プレスベンド成形後のオープン管にさらに加工を加えてシームギャップ部の開き量を小さくする技術が、特許文献５〜９に開示されている。特許文献５では、プレスベンド後の鋼管に対して熱間ロール成形を行うことで、少ない荷重で成形する技術が開示されている。特許文献６には、スライドに装着した押圧材の傾きまたは歪の検出を可能とする歪検出器を配設するとともに、歪検出器の傾きまたは歪の検出に対応して押圧材を傾動可能または平行移動可能に配設し、成形材料をパイプ状にプレス成形するときに、押圧材の傾斜量または歪量に対して、その歪量が小さくなるように押圧材を傾斜または平行移動してプレス成形する技術が開示されている。特許文献７には、漸次成形される板材に進入する上側工具の長手方向軸線により規定される中央に関して、それぞれ左右で板材の内面に作用する少なくとも１回の曲げステップで、他の曲げステップに比べて僅かな成形を行うことによって、非円形のプリフォームを備えるスリット管を形成し、その後、外側から非円形のプリフォームにその都度適当に、中央の両側の予め僅かに成形された領域において作用する押し付け力を加えることにより、完成したスリット管を成形する技術が開示されている。さらに、特許文献８には、少なくとも２つのパイプ曲率に曲げられた部分の間に平坦な部分がある成形体に、少なくとも１か所の平坦な部分にのみ塑性変形を与えて所定の曲率にして、スリット部が閉じたパイプを成形する技術が開示されている。さらに、特許文献９には、他の領域に比較しごく僅かな曲率を付与した軽加工部を設けるか、もしくは、曲げ加工を省略した未加工部を設けるかした成形体を圧下してオープン管とする際に、軽加工部もしくは未加工部を拘束することなしに、押圧力を付加することで、スリット部を閉じたパイプを成形する方法が開示されている。また、その押圧の際には、開放部を上方に向けたＵ字姿勢で成形体が金型に保持され、成形体の最下端で支持することが推奨されている。【０００６】
特許文献１０及び１１では、Ｏプレス金型の内面の径と製品管の外径と異なる製品径のＵＯＥ管の製造技術が開示されている。特許文献１０にて開示している金型は、上下ダイの内面が横長円形の一部だけを切り欠いた形状であり、その金型の作用を説明する、特許文献１０の図３（ａ）及び図４（ａ）では、Ｏプレス金型の内面全体にＯ管が接触している。また、特許文献１１では、製品外径よりも大きな半径の円弧が内面に形成され、端面を予め研削しておきギャップを充分に大きくした金型を用い、金型内に材料を充満させて所定の圧縮を行った後、この成形したパイプを略９０［°］回転し、再度Ｏプレスを行うことによって円形に成形する方法が開示されている。このときの第１回目のＯプレス工程でも、金型全面に鋼管が密着した状態となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−８２２１９号公報
【特許文献２】特開２０１１−５６５２４号公報
【特許文献３】国際公開第２０１４／１８８４６８号
【特許文献４】国際公開第２０１４／１９２０４３号
【特許文献５】特開２００５−３２４２５５号公報
【特許文献６】特開２００５−２１９０７号公報
【特許文献７】特開２０１２−２５０２８５号公報
【特許文献８】米国特許第４１４９３９９号明細書
【特許文献９】国際公開第２０１６／０８４６０７号
【特許文献１０】特開２００３−３９１１５号公報
【特許文献１１】特開２００２−１７８０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献５に開示された技術では、加熱にかかる熱エネルギーの消費量を含めると製造コストの著しい上昇を招くという問題がある。また、この技術は、強度や靱性、溶接性を兼備するために加工熱処理プロセスを経て製造された板材を用いる場合に、その特性を損なうおそれもある。特許文献６〜８に開示された技術では、成形材料あるいは非円形のプリフォームを左右それぞれ別々に成形しているため、変形量が左右で異なった場合、溶接部分となるシームギャップ部あるいはスリット部に、段差（目違い）が形成されてしまうことが懸念される。また、これら技術では、１回で所望の形状にまで変形させようとすると局部に変形が集中し、鋼管の真円度を悪化させてしまうおそれがあることから、複数回にわたる変形が不可欠であり効率的な成形を行うにも限界がある。また、特許文献９に開示された技術では、下金型の半径がパイプ外径よりも大きいため、Ｕ字姿勢の成形体の最下端で曲げ戻しが行われ、ギャップ部が開くような変形が生じるため、スリット部の間隔を小さくできない場合がある。また、特許文献１０及び１１に開示された技術では、金型全面にＯ管が密着した状態でのプレス加工であるため、上述したように高いプレス力を必要とすることから、大掛かりなプレス機を使用せざるを得ない状況にあることは変わらない。【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、真円度の高い鋼管を効率的に成形することができる鋼管の製造方法及びプレス金型を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼管の製造方法は、幅方向両端部に端曲げ加工が施された板材に、その幅方向に沿って３回以上の曲げ加工を施してＵ字状断面をなす成形体を成形し、次いで、該成形体にプレス加工を施すことにより、その長手方向にシームギャップ部を有する管体であるオープン管とした後、該シームギャップ部を接合して鋼管とする鋼管の製造方法であって、前記端曲げ加工前の前記板材の幅を板幅Ｗとしたとき、前記成形体は、板幅端部からＷ／４だけ離れた部位を中心に、他の領域に比較して小さな曲率を付与した軽加工部、または、曲げ加工を省略した未加工部を有し、前記オープン管の形状が、前記Ｕ字状断面の最下部を中心に前記板幅Ｗの２０［％］以上の範囲と、前記板幅端から前記板幅Ｗの１０［％］以上の範囲とが、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状となるように、プレス加工することを特徴とするものである。【００１１】
また、本発明に係る鋼管の製造方法は、上記の発明において、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する前記Ｕ字状断面の最下部を中心に前記板幅Ｗの２０［％］以上の範囲をＡとし、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する板幅両端から前記板幅Ｗの１０［％］以上の範囲の合計をＢとしたとき、式（１）を満たすことを特徴とするものである。
２｜Ａ−Ｂ｜／（Ａ＋Ｂ）＜０．４  ・・・（１）
ここで、｜Ａ−Ｂ｜は、Ａ−Ｂの絶対値を示す。【００１２】
また、本発明に係る鋼管の製造方法は、上記の発明において、一対の金型のうちの一方の金型と前記成形体のＵ字開放側とが対向するように他方の金型に該成形体を載置して、該一対の金型で該成形体を挟み込んで該成形体にプレス加工を施すにあたり、前記他方の金型は、前記他方の金型に前記成形体を載置した状態で、前記Ｕ字状断面の最下部を中心に、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状となる範囲を除いて前記成形体が接触せず、プレス加工が完了した状態で、前記他方の金型の一部に前記オープン管に接触しない加工面を備えており、前記一方の金型は、前記他方の金型に前記成形体を載置した状態で、前記成形体が接触せず、プレス加工が完了した状態で、前記一方の金型の一部に前記オープン管に接触しない加工面を備えたことを特徴とするものである。【００１３】
また、本発明に係る鋼管の製造方法は、上記の発明において、前記鋼管の外半径に相当する半径に対して±３．５［％］の範囲にある円弧部の半径を有する金型を用いてプレス加工を実施することを特徴とするものである。【００１４】
また、本発明に係る鋼管の製造方法は、上記の発明において、前記成形体のプレス加工に際して、前記成形体のプレス加工に用いるプレス金型の中心と、前記成形体の幅方向の中心とが一致していることを特徴とするものである。【００１５】
また、本発明に係る鋼管の製造方法は、上記の発明において、前記成形体は、Ｕ字開放側を上方に向けたＵ字姿勢に保持されることを特徴とするものである。【００１６】
また、本発明に係るプレス金型は、上記の発明の鋼管の製造方法において使用するプレス金型であって、前記プレス金型は、前記成形体を挟持する一対の押圧体からなり、各金型の前記成形体と接触し得る面には、各金型の加工中心と一致する位置に円弧中心が位置するように、前記鋼管の外半径に相当する半径に対して±３．５［％］の範囲にある半径の円弧部が形成されており、各金型における前記円弧部の中心角が７０度以上であり、両金型の前記中心角の角度の合計が３６０度未満であることを特徴とするものである。【００１７】
また、本発明に係るプレス金型は、上記の発明において、両金型の前記中心角の角度が同じであることを特徴とするものである。【００１８】
また、本発明に係るプレス金型は、上記の発明において、各金型は、前記円弧部の円弧方向両端にそれぞれつながった、直線部、または、該円弧部よりも曲率が小さい小曲率円弧部を有することを特徴とするものである。【００１９】
また、本発明に係る鋼管の製造方法は、上記の発明の鋼管の製造方法において、上記の発明のプレス金型を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る鋼管の製造方法及びプレス金型においては、真円度の高い鋼管を効率的に成形することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施形態に係るプレスベンド方式でＵ字状断面をなす成形体を成形するのに用いるダイ及びパンチなどの外観斜視図である。
【図２】図２は、プレスベンド方式によりＵ字状断面をなす成形体を成形する手順を示す図である。
【図３】図３は、Ｕ字状断面をなす成形体の断面図である。
【図４】図４は、成形体にＯプレスを施してオープン管を成形する工程を模式的に示した図である。
【図５】図５は、上金型及び下金型の円弧部と直線部と中心角とについての説明図である。
【図６】図６は、オープン管のシームギャップ部の開き量と拘束範囲との関係を、プレス荷重と合わせて示したグラフである。
【図７】図７は、拘束範囲が０度の上金型及び下金型を用いてオープン管を成形した際の変形状況を模式的に示した図である。
【図８】図８は、拘束範囲と、オープン管のシームギャップ部を溶接で閉じたときの拡管前における鋼管の真円度との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、拘束範囲とプレス荷重との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、上金型及び下金型の個々の拘束範囲を変化させた場合におけるオープン管のシームギャップ部の開き量の結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、上金型及び下金型の個々の拘束範囲を変化させた場合における、オープン管のシームギャップ部を溶接で閉じて成形された拡管前の鋼管の真円度の結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、上金型及び下金型の個々の拘束範囲を変化させた場合におけるプレス荷重の結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、上金型の拘束範囲と下金型の拘束範囲とを同一として、プレスベンド後の成形体の軽加工部もしくは未加工部の長さを変化させた場合におけるシームギャップ部の開き量の結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、上金型の拘束範囲と下金型の拘束範囲とを同一として、プレスベンド後の成形体の軽加工部もしくは未加工部の長さを変化させた場合における拡管前の鋼管の真円度の結果を示すグラフである。
【図１５】図１５は、上金型の拘束範囲と下金型の拘束範囲とを同一として、プレスベンド後の成形体の軽加工部もしくは未加工部の長さを変えた場合におけるプレス荷重の結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、上金型及び下金型の円弧部の半径を変化させた場合におけるオープン管のシームギャップ部の開き量の結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、上金型及び下金型の円弧部の半径を変化させた場合におけるプレス荷重の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る鋼管の製造方法、及び、その鋼管の製造方法に使用されるプレス金型の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプレスベンド方式でＵ字状断面をなす成形体を成形するのに用いるダイ１及びパンチ２などの外観斜視図である。ダイ１は、複数の搬送ローラ３によって形成された、板材Ｓの搬送経路内に配置されており、板材Ｓを板材搬送方向に沿って２箇所で支持する左右一対の棒状部材１ａ，１ｂで構成されている。また、棒状部材１ａ，１ｂの板材搬送方向における間隔ｅは、最終的に成形される鋼管のサイズに応じて変更可能となっている。
【００２３】
パンチ２は、ダイ１に対して近接及び離隔する向きに移動可能となっており、板材Ｓを押圧する下向き凸状のパンチ先端部２ａと、このパンチ先端部２ａの背面（上端面）に同一の幅をもってつながり、パンチ先端部２ａを支持するパンチ支持体２ｂとから構成されている。パンチ支持体２ｂは、上端部が図示しない駆動手段に連結されており、その駆動手段によってパンチ先端部２ａに押圧力を付与することができるものである。
【００２４】
図２に、プレスベンド方式によりＵ字状断面をなす成形体Ｓ１を成形する手順を示す。なお、この手順は、予め端曲げ加工を施した板材Ｓに対して、図２の左列の上から下、次いで、図２の中央列の上から下、最後に図２の右列の順で、曲げ加工及び板材Ｓの送りを実施する場合の一例を具体的に示したものである。また、図２中のパンチ２や板材Ｓにそれぞれ付されている矢印は、各段階でのパンチ２や板材Ｓの移動方向を示している。
【００２５】
板材Ｓを出発材料として、この板材Ｓを管状に成形するには、まず、板材Ｓに端曲げ加工を施しておく。この端曲げ加工は、ダイ１及びパンチ２を用いて板材Ｓに曲げ加工を施す場合に比べて、相対的に曲げ難い板幅端部について行われるものであり、この端曲げ加工により板材Ｓの板幅端部に端曲げ加工部を設けておくことで、端曲げ加工部を設けない場合よりも、高い真円度の確保された鋼管が得やすくなる。なお、鋼管の真円度とは、鋼管の断面形状がどれだけ円に近いかを表す指標であり、鋼管の全周において近似円弧からの変動量の最大と最小との差を、鋼管径で除した率で示される値である。例えば、外直径Ｄの鋼管の任意の管長位置で管を周方向に、８等分、１２等分、１６等分、あるいは２４等分して対向する位置での外直径を測定し、それらのうちの最大径と最小径とをそれぞれＤｍａｘ、Ｄｍｉｎとした場合に、真円度［％］は｛（Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎ）／Ｄ｝×１００で定義される。真円度が０に近いほど、鋼管の断面形状が完全な円に近い形状となる。
【００２６】
端曲げ加工部が設けられた板材Ｓは、図１に示したダイ１の上に載置され、板材Ｓを所定の送り量で間欠的に送られつつ、図２に示す手順で、板材Ｓの幅方向に沿って３回以上の曲げ加工が施され、全体としてＵ字状断面をなす成形体Ｓ１に成形される。
【００２７】
図３は、Ｕ字状断面をなす成形体Ｓ１の断面図である。端曲げ加工前の板材Ｓの幅を板幅Ｗとしたとき、図３に示すように、成形体Ｓ１の一部分、特に板幅端からそれぞれＷ／４だけ離れた部位であるＷ／４部を中心に、曲げ加工を省略した未加工部Ｐが設けられている。この未加工部Ｐは、板材Ｓの送りを大きくしてパンチ２による押圧を省略することにより設けることができる。なお、成形体Ｓ１の一部分、特に板幅端からそれぞれＷ／４部を中心に、未加工部Ｐではなく、他の部分よりも曲率が小さな（他の部分と比較して、ごく僅かな曲率を付与した）軽加工部を設けても良い。その場合には、以下の説明において「未加工部Ｐ」を「軽加工部」に適宜読み替えれば良い。軽加工部は、パンチ２によって付加される押圧量を他の部分よりも小さくして圧下することにより設けることができる。
【００２８】
また、図１及び図２に示したパンチ２の形状は、パンチ先端部２ａの板材搬送方向における幅と、パンチ支持体２ｂの板材搬送方向における幅とを同じにしたＩ字形状のものであるが、パンチ２の形状としては、これに限るものでない。例えば、パンチ２として、パンチ先端部２ａの板材搬送方向における幅を、パンチ支持体２ｂの板材搬送方向における幅よりも大きくした、略逆Ｔ字形状のものを用いることもできる。パンチ支持体２ｂの板材搬送方向における幅が同じ場合、略逆Ｔ字形状のパンチ２を用いたほうが、Ｉ字形状のパンチ２を用いる場合に比べて、１回の押圧で、板材Ｓに対してより大きな面積を押圧することができ、押圧回数の低減を図ることが可能となる。
【００２９】
板材Ｓに対してプレスベンド方式により曲げ加工を施し、Ｕ字状断面をなす成形体Ｓ１を成形したら、図４に示すような一対の金型である上金型４及び下金型５からなるプレス金型を用いて成形体Ｓ１をＯ字状にプレス加工するＯプレスを施すことで、周方向で互いに向き合った板幅端部間にシームギャップ部Ｇを有する管体であるオープン管Ｓ２を成形する。
【００３０】
次に、図４を用いて、成形体Ｓ１にＯプレスを施してオープン管Ｓ２を成形する手順について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、上金型４と成形体Ｓ１のＵ字開放側とが対向するように（成形体Ｓ１のＵ字開放側が上方を向くように）、下金型５に成形体Ｓ１を設置して、上金型４と下金型５とで成形体Ｓ１を挟み込む。また、成形体Ｓ１のプレス加工に際しては、プレス金型の加工中心と、成形体Ｓ１の幅方向の中心とを一致させるようにしている。これにより、成形体Ｓ１のＵ字開放側において、板幅端部を左右均等に押圧することが可能となる。
【００３１】
なお、図５に示すように、上金型４及び下金型５の成形体Ｓ１と接触し得る面には、成形する鋼管の外径と同径または略同径であって中心角θの円弧部４ａ，５ａが形成されており、この範囲が鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状にプレス加工される。例えば、中心角θが３６０度の場合が、板幅の１００［％］が前記内接する形状にプレス加工される場合に相当することになる。なお、以後、円弧部４ａ，５ａの中心角θを拘束範囲と称し、その角度を３６０度で除した値が、鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状となるようにプレス加工される範囲となる。円弧部４ａは、上金型４の加工中心Ｏｐ４と一致する位置に円弧中心が位置しており、円弧部５ａは、下金型５の加工中心Ｏｐ５と一致する位置に円弧中心が位置している。また、上金型４は、円弧部４ａの円弧方向両端にそれぞれつながった直線部４ｂ１，４ｂ２を有しており、下金型５は、円弧部５ａの円弧方向両端にそれぞれつながった直線部５ｂ１，５ｂ２を有している。なお、上金型４及び下金型５においては、直線部４ｂ１，４ｂ２，５ｂ１，５ｂ２に替えて、円弧部４ａ，５ａよりも曲率が小さい小曲率円弧部を有するようにしてもよい。なお、本発明において、最終的に得られる鋼管の対称性を高める観点から、円弧部４ａ，５ａにつながった直線部４ｂ１，４ｂ２，５ｂ１，５ｂ２または小曲率円弧部は、加工中心Ｏｐ４，Ｏｐ５に対して、すなわち、円弧部４ａ，５ａの中心に対して対称であることが好ましい。また、鋼管の外半径に相当する半径に対して±３．５［％］の範囲にある円弧部の半径を有する金型を用いてプレス加工を実施することが好ましい。その理由については、後述する。
【００３２】
次に、上金型４と下金型５とで挟み込まれた成形体Ｓ１を、図４（ｂ）に示すように上金型４で圧下してＯプレスを施す。このとき、成形体Ｓ１における上金型４及び下金型５の円弧部４ａ，５ａと対向する部分は、上金型４及び下金型５によって拘束されるが、成形体Ｓ１の未加工部Ｐは、上金型４及び下金型５によって拘束されない。そのため、上金型４及び下金型５によって成形体Ｓ１の全周が拘束される場合に必要とされる押圧力よりも小さな押圧力で、図４（ｃ）に示すようなオープン管Ｓ２を成形することができる。
【００３３】
そして、本実施形態に係る鋼管の製造方法においては、上金型４と下金型５とからなるプレス金型によって、オープン管Ｓ２の形状が、Ｕ字状断面の最下部を中心に板幅Ｗの２０［％］以上（中心角θが７０度以上に相当）の範囲と、板幅端から板幅Ｗの１０［％］以上（中心角θが３５度以上に相当）の範囲とが、鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状となるように、成形体Ｓ１をプレス加工する。
【００３４】
そして、本実施形態においては、最終的に得られる鋼管形状を向上させる観点から、オープン管Ｓ２が金型に内接する範囲が、上金型４側と下金型５側とで、略同じ大きさであることが好ましい。すなわち、鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接するＵ字状断面の最下部を中心に板幅Ｗの２０［％］以上の範囲をＡとし、鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する板幅両端から板幅Ｗの１０［％］以上の範囲の合計をＢとしたとき、式（１）を満たすことが好ましい。
２｜Ａ−Ｂ｜／（Ａ＋Ｂ）＜０．４  ・・・（１）
ここで、｜Ａ−Ｂ｜は、Ａ−Ｂの絶対値を示す。
また、式（１）の意味については、後で詳述する。
【００３５】
本実施形態に係る鋼管の製造方法においては、オープン管Ｓ２を、所定の範囲で確実に金型に内接させ、良好な形状を得るためには、図５に示すように、プレス加工が施される前の成形体Ｓ１は、Ｕ字状断面内において、板幅中央部であるＷ／２部における接線ＴＬ１と、Ｗ／４部における接線ＴＬ２１，ＴＬ２２とのなす角θ１１，θ１２が３５度以上９０度未満であることが好ましい。さらに、プレス加工が施される前の成形体Ｓ１は、板幅端部における接線ＴＬ３１，ＴＬ３２と、Ｗ／４部における接線ＴＬ２１，ＴＬ２２とのなす角θ２１，θ２２が３５度以上９０度未満であることが好ましい。また、上金型４側と下金型５側とで内接する範囲を同じにするためには、接線ＴＬ１と接線ＴＬ２１，ＴＬ２２とのなす角θ１１，θ１２の和と、接線ＴＬ３１，ＴＬ３２と接線ＴＬ２１，ＴＬ２２とのなす角θ２１，θ２２の和と、が略同じであることが好ましい。
【００３６】
なお、これらの角度については、以下の理由により、Ｕ字状の成形体Ｓ１に曲げ加工する設備や、Ｕ字状の成形体Ｓ１をオープン管Ｓ２に加工する際の金型の形状を勘案して定める必要がある。これらの角度が大きすぎると、板幅端間の距離が小さくなる。その距離が、Ｕ字状の成形体Ｓ１に曲げ加工する際のパンチ支持体２ｂの幅より小さくなると、Ｕ字状の成形体Ｓ１を得ることができなくなる。一方、これらの角度が小さすぎると、Ｕ字状の成形体Ｓ１の板幅端間の距離が大きくなるので、Ｕ字状の成形体Ｓ１を金型に載置した際に、板幅端が上金型４の開口部よりも大きくなり、加工力を付与できなくなる。また、左右の未加工部Ｐの間の距離が大きくなり過ぎ、下金型５に正しく載置されなくなる。
【００３７】
また、一対の金型のうちの一方の金型である上金型４と成形体Ｓ１のＵ字開放側とが対向するように他方の金型である下金型５に成形体Ｓ１を載置して、上金型４と下金型５とにより成形体Ｓ１を挟み込んで成形体Ｓ１にプレス加工を施すにあたり、上金型４と下金型５とは、次のような加工面を備えている。すなわち、下金型５は、下金型５に成形体Ｓ１を載置した状態で、Ｕ字状断面の最下部を中心に、板幅Ｗの２０［％］以上（中心角θが７０度以上に相当）の範囲を除いて成形体Ｓ１が接触せず、プレス加工が完了した状態で、下金型５の一部にオープン管Ｓ２に接触しない加工面を備えている。また、上金型４は、下金型５に成形体Ｓ１を載置した状態で、成形体Ｓ１が接触せず、プレス加工が完了した状態で、上金型４の一部にオープン管Ｓ２に接触しない加工面を備えている。
【００３８】
そして、本実施形態においては、成形体Ｓ１のプレス加工に際して、成形体Ｓ１のプレス加工に用いるプレス金型の中心と、成形体Ｓ１の幅方向の中心とが一致していることが好ましい。これは、成形体Ｓ１の幅方向の中心に対して対称な力を加えることが、最終的に得られる鋼管の形状精度向上に寄与するからである。
【００３９】
そして、本実施形態においては、成形体Ｓ１は、Ｕ字開放側を上方に向けたＵ字姿勢に保持されることが好ましい。これは、一つには、この姿勢でプレス加工するほうが、作業がしやすいからである。また、別の理由としては、仮にＵ字開放側を下方に向けた場合には、成形体Ｓ１の自重が成形体Ｓ１の板幅端部に加わるため、板幅端部に、あるいは、金型に擦り疵をつける可能性があるので、それを避けるためである。
【００４０】
ここで、本実施形態においては、上金型４及び下金型５を用いて成形体Ｓ１にＯプレスを施してオープン管Ｓ２を成形する際、成形体Ｓ１における未加工部Ｐの中心から板幅端部に向かってＷ／４だけ離れた部位に押圧力が付加されるようにしているが、その理由は以下の通りである。すなわち、成形体Ｓ１の全体が円形になったときの曲げモーメントは、押圧部から中心角が角度φだけ離れた位置では、Ｍ＝Ｆ・ｒ・ｃｏｓφ（Ｆ：押圧力、ｒ：円の半径）となり、押圧部から９０度離れた位置で最大となり、変形も最大となる。そこで、未加工部Ｐの中心から９０度すなわち全周の１／４離れた位置に押圧力を付加することで、未加工部Ｐが効果的に変形することになる。このとき、曲げモーメントは、押圧力を付加する位置から９０度離れた位置が最大で、この位置から離れると小さくなっていく。そのため、未加工部Ｐに十分な塑性変形が生じるためには、未加工部Ｐの中心から板幅端部に向かってＷ／４±０．０７Ｗだけ離れた部位に押圧力を付加するのが好ましい。
【００４１】
また、本実施形態においては、未加工部Ｐの中心を、板幅端からＷ／４だけ離れた位置を含む部位に設けることにしたが、その理由は以下の通りである。すなわち、上述したように、押圧力は未加工部Ｐの中心から板幅端部に向かってＷ／４だけ離れた部位に付加することが望ましいが、成形体Ｓ１をオープン管Ｓ２とする段階で、成形体Ｓ１の形状は変化するので、上金型４と成形体Ｓ１との接触位置が変わり押圧力を付加する位置も変化する。未加工部Ｐを、成形体Ｓ１における板幅端からＷ／４だけ離れた位置を含む部位に設けた場合は、押圧力を付加する部分は常に成形体Ｓ１の板幅端部となり、未加工部Ｐが最も変形するようになる。このようにすることで、押圧位置を変えることなく、１回の押圧で未加工部Ｐに変形を与えることができる。また、未加工部Ｐを、押圧力を付加する位置すなわち成形体Ｓ１の板幅端からＷ／４±０．０７Ｗの範囲に設けるのが好ましい。
【００４２】
また、図４（ａ）及び図４（ｂ）のような押圧の初期の段階では、板幅端部が上金型４に接するので、未加工部Ｐは成形体Ｓ１の板幅端からＷ／４だけ離れた部位を含む部位に設けることが好ましい。
【００４３】
図６は、オープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇの開き量と拘束範囲との関係を、プレス荷重と合わせて示したグラフである。なお、図６に示す開き量と拘束範囲との関係、及び、プレス荷重は、オープン管Ｓ２の両端部を溶接後に拡管率１［％］の拡管による形状矯正を行って、引張強度６３０［ＭＰａ］、外径６６０．４［ｍｍ］、管厚４０．０［ｍｍ］の鋼管を成形する際におけるものである。
【００４４】
プレスベンド後の成形体Ｓ１は、その両側の板幅端からそれぞれＷ／４の部分に長さＷ／１２の未加工部Ｐを設け、板幅中央部における接線と、板幅端からＷ／４だけ離れた部位であるＷ／４部における接線とのなす角θ１１，θ１２が７５度、板幅端部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ２１，θ２２が７５度の形状とした。この成形体Ｓ１を拘束範囲が同じ上金型４と下金型５とで挟持した場合のものである。また、押圧量は、オープン管Ｓ２のＷ／２の部分を結んだ距離が、拡管前の直径と等しくなるようにしている（Ｏプレスでの圧下量は、縦径が拡管前の径と一致するようにしている）。図６から、拘束範囲が大きいほど、オープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇの開き量が小さくなることがわかる。
【００４５】
図７は、拘束範囲が０度の上金型４及び下金型５を用いてオープン管Ｓ２を成形した際の変形状況を模式的に示した図である。上金型４及び下金型５の拘束範囲が０度のときには、上金型４が成形体Ｓ１の両端部のみと接触し、下金型５が成形体Ｓ１の板幅中央部のみで接触するように、円弧部４ａ，５ａを鋼管外径の１．１６倍の直径を有する円弧とした場合である。図７（ａ）に示すように、成形体Ｓ１の断面を時計に見立てたときに６時部分のみが下金型５と接触するように、下金型５の円弧部５ａの径が鋼管径よりも大きな径となっている。そのため、図７（ｂ）に示すように、Ｏプレス中には成形体Ｓ１の６時部分及びその近傍に、下金型５の円弧部５ａになじむような曲げ戻しが生じ、曲率半径が鋼管径よりも大きくなる。そのため、Ｏプレス後では、図７（ｃ）に示すようなオープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇの開き量が、成形体Ｓ１の３時部分及び９時部分でのスプリングバックと合わせて大きなものとなる。
【００４６】
図８は、拘束範囲と、オープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇを溶接で閉じたときの拡管前における鋼管の真円度との関係を示すグラフである。図８から、拘束範囲が６０度の場合には、拘束範囲が０度の場合よりも真円度が悪くなっているが、拘束範囲を大きくすると真円度は良くなり、拘束範囲が７０度以上の場合では拘束範囲が０度の場合よりも真円度が良くなることがわかる。また、拘束範囲が１００度〜１１０度で最も真円度が良くなっているのがわかる。
【００４７】
図９は、拘束範囲とプレス荷重との関係を示すグラフである。図９から、拘束範囲が大きくなるとプレス荷重が大きくなるのがわかる。そのため、拘束範囲を大きくすると、オープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇの開き量は小さくなるが、プレス荷重が大きくなる分、プレス設備が大型化するので、所望の開き量が得られる範囲で拘束範囲を小さくするのが望ましい。例えば、プレス荷重を、上金型４及び下金型５で成形体Ｓ１の全周を拘束する上金型４及び下金型５の個々の拘束範囲が１８０度の場合の９０［％］以下とするには、拘束範囲を１５０度以下とすればよい。
【００４８】
図１０は、上金型４及び下金型５の個々の拘束範囲を変化させた場合におけるオープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇの開き量の結果を示すグラフである。図１１は、上金型４及び下金型５の個々の拘束範囲を変化させた場合における、オープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇを溶接で閉じて成形された拡管前の鋼管の真円度の結果を示すグラフである。図１２は、上金型４及び下金型５の個々の拘束範囲を変化させた場合におけるプレス荷重の結果を示すグラフである。なお、図１０〜図１２においては、図６、図８及び図９と同様の引張強度６３０［ＭＰａ］、外径６６０．４［ｍｍ］、管厚４０．０［ｍｍ］の鋼管を対象としており、横軸は上金型４及び下金型５の拘束範囲の平均値であり、下金型５の拘束範囲毎にグラフ中のシンボルを変えている。図中で、例えば、「下６０度」とは、下金型５における拘束範囲が６０度であることを意味する。
【００４９】
図１０から、上金型４及び下金型５の個々の拘束範囲によらず、上金型４及び下金型５の拘束範囲の平均値が大きくなると、オープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇの開き量は小さくなっていることがわかる。また、図１１から、上金型４と下金型５とのいずれかの拘束範囲が６０度未満の場合には、鋼管の真円度が悪くなっていることがわかる。そのため、上金型４及び下金型５の個々の拘束範囲は、上金型４と下金型５とで必ずしも等しくする必要はないが、鋼管の真円度が良好な形状を得るためには、上金型４及び下金型５の拘束範囲を、どちらも６０度を超える拘束範囲とするのが望ましい。また、図１２から、上金型４及び下金型５の拘束範囲の平均値が大きいほど、プレス荷重は大きくなることがわかる。そのため、許容できるプレス荷重の上限値を設定した場合には、そのプレス荷重の上限値に応じて、適用可能な上金型４及び下金型５の拘束範囲の平均値の範囲が決まる。
【００５０】
また、図１１において、上下の拘束範囲の差が３０度であり、その差が上下の拘束範囲の平均値の２９［％］である、上９０度／下９０度、上９０度／下１２０度、上１２０度／下９０度のものでは、溶接後の拡管前における真円度が１．５［％］以下と非常に優れている。一方、上下拘束範囲の差は３０度であるが、その差が上下拘束範囲の平均値の４０［％］と大きい、上９０度／下６０度のものは、溶接後の拡管前における真円度が２．０［％］と若干悪くなっている。このように、上下の拘束範囲の差を小さくすることで、良好な形状を得ることができる。すなわち、本発明においては、上下の拘束範囲の差を上下拘束範囲の平均値の４０［％］未満とすることが好ましく、３０［％］以下とすることがさらに好ましい。また、上下の拘束範囲の差を３０度未満とすることが好ましい。この上下の拘束範囲の差と上下拘束範囲の平均値との関係を言い換えれば、鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接するＵ字状断面の最下部を中心に板幅Ｗの２０［％］以上の範囲をＡとし、鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する板幅両端から板幅Ｗの１０［％］以上の範囲の合計をＢとしたとき、式（１）を満たすことが好ましい。
２｜Ａ−Ｂ｜／（Ａ＋Ｂ）＜０．４  ・・・（１）
ここで、｜Ａ−Ｂ｜は、Ａ−Ｂの絶対値を示す。
【００５１】
図１３は、上金型４の拘束範囲と下金型５の拘束範囲とを同一として、プレスベンド後の成形体Ｓ１の未加工部Ｐの長さＬを変化させた場合におけるシームギャップ部Ｇの開き量の結果を示すグラフである。図１４は、上金型４の拘束範囲と下金型５の拘束範囲とを同一として、プレスベンド後の成形体Ｓ１の未加工部Ｐの長さＬを変化させた場合における拡管前の鋼管の真円度の結果を示すグラフである。図１５は、上金型４の拘束範囲と下金型５の拘束範囲とを同一として、プレスベンド後の成形体Ｓ１の未加工部Ｐの長さＬを変えた場合におけるプレス荷重の結果を示すグラフである。なお、図１３〜図１５において、板幅中央部における接線と、板幅端からＷ／４だけ離れた部位であるＷ／４部における接線とのなす角をθ１１，θ１２、板幅端部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角をθ２１，θ２２としたとき、これらの角度は全て等しい値とし、それぞれ未加工部Ｐの幅に応じて変化させている。また、横軸は、上金型４の拘束範囲と下金型５の拘束範囲との平均値である。
【００５２】
図１３から、成形体Ｓ１の未加工部Ｐの長さＬや接線のなす角θ１１，θ１２，θ２１，θ２２の角度によらず、上金型４の拘束範囲と下金型５の拘束範囲との平均値が大きくなるほど、シームギャップ部Ｇの開き量は小さくなっており、また、上金型４の拘束範囲と下金型５の拘束範囲との平均値が同じ場合には、前記長さＬが長く、接線のなす角θ１１，θ１２，θ２１，θ２２の角度が小さいほど開き量が小さくなっていることがわかる。また、図１４及び図１５から、上金型４の拘束範囲と下金型５の拘束範囲との平均値が同じ場合には、鋼管の真円度及びプレス荷重に、成形体Ｓ１の未加工部Ｐの長さＬや接線のなす角θ１１，θ１２，θ２１，θ２２の角度による差異はほとんどみられないことがわかる。このように、上金型４の拘束範囲と下金型５の拘束範囲との平均値が同じ場合には、成形体Ｓ１の未加工部Ｐの長さＬを長く、接線のなす角θ１１，θ１２，θ２１，θ２２の角度を小さくすることで、鋼管の真円度やプレス荷重の差異を前記長さＬによって生じさせることなく、オープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇの開き量を小さくすることが可能となる。
【００５３】
図１６は、上金型４及び下金型５の円弧部半径を変化させた場合におけるオープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇの開き量の結果を示すグラフである。図１７は、上金型４及び下金型５の円弧部半径を変化させた場合におけるプレス荷重の結果を示すグラフである。なお、図１６及び図１７においては、上金型４及び下金型５の円弧部４ａ，５ａの中心角を４５度とし、円弧部４ａ，５ａの半径である円弧部半径を変えて、引張強度６３０ＭＰａ、外径６６０．４［ｍｍ］、管厚４０．０［ｍｍ」の鋼管を、縦径が拡管前の径と一致するようにＯプレスで圧下した場合を示している。また、図１６及び図１７の横軸は、円弧部半径と鋼管外半径（鋼管外径に相当する半径）との比であり、円弧部半径が鋼管外半径よりも大きい場合は１．０より大きくなり、円弧部半径が鋼管外半径よりも小さい場合は１．０よりも小さくなる。
【００５４】
図１６に示すように、上金型４及び下金型５の円弧部半径が鋼管外半径と等しい（図１６の横軸が１．０）ときには、シームギャップ部Ｇの開き量が最も小さくなっている。一方、上金型４及び下金型５の円弧部半径が鋼管外半径よりも大きくなると、図７で示したように成形体Ｓ１の６時部分及びその近傍に曲げ戻し変形が生じるため、上金型４及び下金型５の円弧部半径が大きくなるにしたがって、シームギャップ部Ｇの開き量が大きくなっている。また、上金型４及び下金型５の円弧部半径が鋼管外半径よりも小さくなると、上金型４及び下金型５の円弧部４ａ，５ａが終了した部分で曲げ戻し変形が生じるため、円弧部半径が小さくなるにしたがって、シームギャップ部Ｇの開き量が大きくなっている。このように、上金型４及び下金型５の円弧部半径が鋼管外半径と同じ場合が最も望ましいが、上金型４及び下金型５の円弧部半径が鋼管外半径に相当する半径±３．５［％］のときには、シームギャップ部Ｇの開き量が４０［ｍｍ］以下に抑えられている。
【００５５】
しかしながら、図１７からわかるように、プレス荷重は、円弧部半径が小さくなるにしたがって大きくなっており、特に円弧部半径が小さい場合には、プレス機の荷重も考慮してその半径を決める必要がある。
【００５６】
［実施例１］
エッジミラーを用いて開先を設けて、板幅Ｗを１９２８［ｍｍ］に加工した、長さ１０００［ｍｍ］、板厚４０［ｍｍ］、引張強度６３５［ＭＰａ］の鋼板に、端曲げを行った後、プレスベンド加工を行った成形体Ｓ１を準備した。次に、この成形体Ｓ１に対し、様々な拘束範囲の上金型４及び下金型５を用いて、３０［ＭＮ］のプレス機によりＯプレスを行うことで、成形体Ａ，Ｂを成形した。表１及び表２に、成形体Ａ，Ｂの形状を示す。なお、表１及び表２の「Ｎｏ．」における最初のアルファベットＡ，Ｂは、成形体の形状（成形体Ａ，Ｂ）を示しており、そのアルファベットＡ，Ｂの後の数字は、上金型４及び下金型５の拘束範囲の組み合わせを示している。
【００５７】
表１には、条件Ａとして板幅端からＷ／４部を中心に１６０［ｍｍ］（Ｗ／１２）の幅で未加工部を設け、板幅端部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ２１，θ２２が６５度、板幅中央部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ１１，θ１２が７３度とした成形体Ａを示している。表２には、条件Ｂとして板幅端からＷ／４部を中心に３２１［ｍｍ］（Ｗ／６）の幅（条件Ａの２倍の幅）で未加工部を設け、板幅端部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ２１，θ２２が５９度、板幅中央部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ１１，θ１２が６１度とした成形体Ｂを示している。なお、成形体Ａ，Ｂは、板幅端部の中央と板幅１／２を結ぶ直線に対して対称であり、表１及び表２には、その板幅１／２の部分の値を示している。また、Ｏプレス時における圧下量は、Ｗ／２部の外面側と板幅端部の外面側との距離が６５４［ｍｍ］となる圧下量とした。
【００５８】
そして、成形体Ａ，ＢのＯプレス後のオープン管Ｓ２の開き量を測定した後に、オープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇを溶接して外径６５４［ｍｍ］の鋼管を成形した後、その直径を周方向に２２．５度のピッチで８カ所測定し、前記直径の最大と最小との差を求めた。表１及び表２に、金型形状（拘束範囲）、プレス荷重、開き量、及び、真円度も合わせて示す。このときの真円度は、最大と最小の差を鋼管外径（前記直径の全測定値の平均値）で除した数字である。
【００５９】
なお、本実施例で使用した溶接機では、Ｏプレス後の開き量が４０［ｍｍ］を超えているものは、その開きを閉じることができず、別のプレス機で開きを閉じた状態で管軸方向の両端及び中央を仮溶接した後、シームギャップ部Ｇの全長の本溶接を行った。また、真円度については、拡管前で２．５［％］を合格の目安とした。これは、拡管前の真円度が２．５［％］以下であれば、拡管後の真円度を１．０［％］以下という良好な値にすることができるからである。
【００６０】
【表１】
2020054051.tif 000003
【００６１】
【表２】
2020054051.tif 000004
【００６２】
本発明例の範囲である、表１のＮｏ．Ａ１〜Ａ７，Ａ９，Ａ１０、表２のＮｏ．Ｂ１〜Ｂ７，Ｂ９，Ｂ１０では、開き量が小さく、真円度も良好である。特に、拘束範囲が９０度〜１１０度のものは、拡管を行わなくても真円度が１．０［％］以下となっている。また、拘束範囲の平均値が小さくなるほど、プレス荷重が小さくなっている。
【００６３】
これに対し、上金型４及び下金型５の拘束範囲が６０度と９０度との組み合わせになっている、表１のＮｏ．Ａ８，Ａ１１、表２のＮｏ．Ｂ８，Ｂ１１では、開き量は小さいが、真円度が悪くなっている。また、拘束範囲の平均値が６０度以下になっている、表１のＮｏ．Ａ１２〜Ａ１６、表２のＮｏ．Ｂ１２〜Ｂ１６では、開き量が大きく、特に、表１のＮｏ．Ａ１５，Ａ１６、表２のＮｏ．Ｂ１６では、シームギャップ部Ｇを溶接した後の溶接部分が破断したために真円度の測定はできなかった。
【００６４】
また、未加工部の幅が成形体Ａよりも大きい成形体Ｂを用いたものでは、成形体Ａを用いたものと比べて、プレス荷重及び真円度は略同じであったが、開き量が小さくなっている。
【００６５】
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【００６６】
［実施例２］
エッジミラーを用いて開先を設けて板幅１６３９［ｍｍ］に加工した、長さ１０００［ｍｍ］、板厚３１．８［ｍｍ］、引張強度７７９［ＭＰａ］の鋼板に、端曲げを行った後、プレスベンド加工を行った成形体Ｓ１を準備した。次に、この成形体Ｓ１に対し、様々な拘束範囲の上金型４及び下金型５を用いて、３０［ＭＮ］のプレス機によりＯプレスを行うことで、成形体Ａ，Ｂを成形した。表３及び表４に、成形体Ａ，Ｂの形状を示す。なお、表３及び表４の「Ｎｏ．」における最初のアルファベットＡ，Ｂは、成形体の形状（成形体Ａ，Ｂ）を示しており、そのアルファベットＡ，Ｂの後の数字は、上金型４及び下金型５の拘束範囲の組み合わせを示している。
【００６７】
表３には、条件Ａとして板幅端からＷ／４部を中心に１３７［ｍｍ］（Ｗ／１２）の幅で未加工部を設け、板幅端部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ２１，θ２２が６５度、板幅中央部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ１１，θ１２が７２度とした成形体Ａを示している。表４には、条件Ｂとして板幅端からＷ／４を中心に２７３［ｍｍ］（Ｗ／６）の幅（条件Ａの２倍の幅）で未加工部を設け、板幅端部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ２１，θ２２が５９度、板幅中央における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ１１，θ１２が６１度とした成形体Ｂを示している。なお、成形体Ａ，Ｂは、板幅端部の中央と板幅１／２を結ぶ直線に対して対称であり、表３及び表４には、その板幅１／２の部分の値を示している。また、Ｏプレス時における圧下量は、Ｗ／２部の外面側と板幅端部の外面側との距離が５５３［ｍｍ］となる圧下量とした。
【００６８】
そして、成形体Ａ，ＢのＯプレス後のオープン管Ｓ２の開き量を測定した後に、オープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇを溶接して外径５５３［ｍｍ］の鋼管を成形した後、その直径を周方向に２２．５度のピッチで８カ所測定し、前記直径の最大と最小との差を求めた。表３及び表４に、金型形状（拘束範囲）、プレス荷重、開き量、及び、真円度も合わせて示す。このときの真円度は、最大と最小の差を鋼管外径で除した数字である。
【００６９】
なお、本実施例で使用した溶接機では、Ｏプレス後の開き量が４０［ｍｍ］を超えているものは、その開きを閉じることができず、別のプレス機で開きを閉じた状態で管軸方向の両端及び中央を仮溶接した後、シームギャップ部Ｇの全長の本溶接を行った。また、真円度については、拡管を行うことで１．０［％］以下になる拡管前で２．５［％］を合格の目安とした。
【００７０】
【表３】
2020054051.tif 000005
【００７１】
【表４】
2020054051.tif 000006
【００７２】
本発明例の範囲である、表３のＮｏ．Ａ１〜Ａ７，Ａ９，Ａ１０、表４のＮｏ．Ｂ１〜Ｂ７，Ｂ９，Ｂ１０では、開き量が小さく、真円度も良好である。特に、拘束範囲が９０度〜１１０度のものは、拡管を行わなくても真円度が１．０［％］以下となっている。また、拘束範囲の平均値が小さくなるほど、プレス荷重が小さくなっている。
【００７３】
これに対し、上金型４及び下金型５の拘束範囲が６０度と９０度との組み合わせになっている、表３のＮｏ．Ａ８，Ａ１１、表４のＮｏ．Ｂ８，Ｂ１１では、開き量は小さいが、真円度が悪くなっている。また、拘束範囲の平均値が６０度以下になっている、表３のＮｏ．Ａ１２〜Ａ１６、表４のＮｏ．Ｂ１２〜Ｂ１６では、開き量が大きく、特に、表３のＮｏ．Ａ１５，Ａ１６、表４のＮｏ．Ｂ１６では、シームギャップ部Ｇを溶接した後の溶接部分が破断したために真円度の測定はできなかった。
【００７４】
また、未加工部の幅が成形体Ａよりも大きい成形体Ｂを用いたものでは、成形体Ａを用いたものと比べて、プレス荷重及び真円度は略同じであったが、開き量が小さくなっている。
【００７５】
［実施例３］
エッジミラーを用いて開先を設けて板幅２６８７［ｍｍ］に加工した、長さ１０００［ｍｍ］、板厚５０．８［ｍｍ］、引張強度７７９［ＭＰａ］の鋼板に、端曲げを行った後、プレスベンド加工を行った成形体Ｓ１を準備した。次に、この成形体Ｓ１に対し、様々な拘束範囲の上金型４及び下金型５を用いて、３０［ＭＮ］のプレス機によりＯプレスを行うことで、成形体Ａ，Ｂを成形した。表５及び表６に、成形体Ａ，Ｂの形状を示す。なお、表５及び表６の「Ｎｏ．」における最初のアルファベットＡ，Ｂは、成形体の形状（成形体Ａ，Ｂ）を示しており、そのアルファベットＡ，Ｂの後の数字は、上金型４及び下金型５の拘束範囲の組み合わせを示している。
【００７６】
表５には、条件Ａとして板幅端からＷ／４部を中心に２２４［ｍｍ］（Ｗ／１２）の幅で未加工部を設け、板幅端部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ２１，θ２２が７３度、板幅中央部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ１１，θ１２が７２度とした成形体Ａを示している。表６には、条件Ｂとして板幅端からＷ／４を中心に４４８［ｍｍ］（Ｗ／６）の幅（条件Ａの２倍の幅）で未加工部を設け、板幅端部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ２１，θ２２が５８度、板幅中央部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ１１，θ１２が５９度とした成形体Ｂを示している。なお、成形体Ａ，Ｂは、板幅端部の中央と板幅１／２を結ぶ直線に対して対称であり、表５及び表６には、その板幅１／２の部分の値を示している。また、Ｏプレス時における圧下量は、Ｗ／２部の外面側と板幅端部の外面側との距離が９０５［ｍｍ］となる圧下量とした。
【００７７】
そして、成形体Ａ，ＢのＯプレス後のオープン管Ｓ２の開き量を測定した後に、オープン管Ｓ２のシームギャップ部Ｇを溶接して外径９０５［ｍｍ］の鋼管を成形した後、その直径を周方向に２２．５度のピッチで８カ所測定し、前記直径の最大と最小との差を求めた。表５及び表６に、金型形状（拘束範囲）、プレス荷重、開き量、及び、真円度も合わせて示す。このときの真円度は、最大と最小の差を鋼管外径で除した数字である。
【００７８】
なお、本実施例で使用した溶接機では、Ｏプレス後の開き量が４０［ｍｍ］を超えているものは、その開きを閉じることができず、別のプレス機で開きを閉じた状態で管軸方向の両端及び中央を仮溶接した後、シームギャップ部Ｇの全長の本溶接を行った。また、真円度については、拡管を行うことで１．０［％］以下になる拡管前で２．５［％］を合格の目安とした。
【００７９】
【表５】
2020054051.tif 000007
【００８０】
【表６】
2020054051.tif 000008
【００８１】
本発明例の範囲である、表５のＮｏ．Ａ１〜Ａ７，Ａ９，Ａ１０、表６のＮｏ．Ｂ１〜Ｂ７，Ｂ９，Ｂ１０では、開き量が小さく、真円度も良好である。特に、拘束範囲が９０度〜１１０度のものは、拡管を行わなくても真円度が１．０［％］以下となっている。また、拘束範囲の平均値が小さくなるほど、プレス荷重が小さくなっている。
【００８２】
これに対し、上金型４及び下金型５の拘束範囲が６０度と９０度との組み合わせになっている、表５のＮｏ．Ａ８，Ａ１１、表６のＮｏ．Ｂ８，Ｂ１１では、開き量は小さいが、真円度が悪くなっている。また、拘束範囲の平均値が６０度以下になっている、表５のＮｏ．Ａ１２〜Ａ１６、表６のＮｏ．Ｂ１２〜Ｂ１６では、開き量が大きく、特に、表５のＮｏ．Ａ１５，Ａ１６、表６のＮｏ．Ｂ１６では、シームギャップ部Ｇを溶接した後の溶接部分が破断したために真円度の測定はできなかった。
【００８３】
また、未加工部の幅が成形体Ａよりも大きい成形体Ｂを用いたものでは、成形体Ａを用いたものと比べて、プレス荷重及び真円度は略同じであったが、開き量が小さくなっている。
【００８４】
［実施例４］
目標外径６２１［ｍｍ］〜６８７［ｍｍ］の鋼管を製造するために、エッジミラーを用いて開先を設けて板幅１８２６〜２０３２［ｍｍ］に加工した、長さ１０００［ｍｍ］、板厚４０［ｍｍ］、引張強度６３５［ＭＰａ］の鋼板に、端曲げを行った後、プレスベンド加工を行った成形体Ｓ１を準備した。次に、この成形体Ｓ１に対し、円弧部半径３２７ｍｍ、拘束範囲４５度の様々な上金型４及び下金型５を用いて、３０［ＭＮ］のプレス機によりＯプレスを行い、成形体Ｄ１〜Ｄ１１を成形した。表７に成形体Ｄ１〜Ｄ１１の成形条件を示す。成形体Ｄ１〜Ｄ１１には、初期の板幅Ｗに応じて、板幅端からＷ／４部を中心にＷ／１２の幅で未加工部を設け、板幅端部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ２１，θ２２を７５度とし、板幅中央部における接線と、Ｗ／４部における接線とのなす角θ１１，θ１２を７５度とした。また、ＯプレスではＷ／２部の外面側と板幅端部の外面側との距離が、表７に示すように初期の板幅Ｗに対応した値となるように圧下した。また、表７に、Ｏプレス圧下後の鋼管の外径を示す。
【００８５】
そして、これら成形体Ｄ１〜Ｄ１１のＯプレス後のオープン管Ｓ２の開き量を測定した。表７に、その結果としてプレス荷重及び開き量も合わせて示す。
【００８６】
【表７】
2020054051.tif 000009
【００８７】
円弧部半径と鋼管の外半径との比が１．００である、表７のＮｏ．Ｄ６の開き量が最も小さく、鋼管外半径が小さくまたは大きくなると、開き量が大きくなっている。また、実施例１で使用した溶接機で閉じることができる開き量４０［ｍｍ］以下となるのは、表７のＮｏ．Ｄ２〜Ｄ１０であり、円弧部半径と鋼管の外半径との比が０．９６〜１．０４となる。また、実施例１において溶接部破断が生じなかった開き量５０［ｍｍ］となるのも、表７のＮｏ．Ｄ２〜Ｄ１０であり、円弧部半径と鋼管の外半径との比が０．９６〜１．０４となる。
【００８８】
なお、シームギャップ部Ｇを溶接して閉じることのできる開き量や、溶接部破断が生じない開き量は、溶接設備や溶接方法により異なるが、上金型４及び下金型５の円弧部半径の目安は鋼管外半径の０．９６〜１．０４となる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、真円度の高い鋼管を効率的に成形することができる鋼管の製造方法及びプレス金型を提供することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１    ダイ
１ａ  棒状部材
１ｂ  棒状部材
２    パンチ
２ａ  パンチ先端部
２ｂ  パンチ支持体
３    搬送ローラ
４    上金型
４ａ  円弧部
４ｂ１  直線部または小曲率円弧部
４ｂ２  直線部または小曲率円弧部
５    下金型
５ａ  円弧部
５ｂ１  直線部または小曲率円弧部
５ｂ２  直線部または小曲率円弧部
【図１】
2020054051.tif 000010
【図２】
2020054051.tif 000011
【図３】
2020054051.tif 000012
【図４】
2020054051.tif 000013
【図５】
2020054051.tif 000014
【図６】
2020054051.tif 000015
【図７】
2020054051.tif 000016
【図８】
2020054051.tif 000017
【図９】
2020054051.tif 000018
【図１０】
2020054051.tif 000019
【図１１】
2020054051.tif 000020
【図１２】
2020054051.tif 000021
【図１３】
2020054051.tif 000022
【図１４】
2020054051.tif 000023
【図１５】
2020054051.tif 000024
【図１６】
2020054051.tif 000025
【図１７】
2020054051.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月26日(2020.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向両端部に端曲げ加工が施された板材に、その幅方向に沿って３回以上の曲げ加工を施してＵ字状断面をなす成形体を成形し、次いで、該成形体にプレス加工を施すことにより、その長手方向にシームギャップ部を有する管体であるオープン管とした後、該シームギャップ部を接合して鋼管とする鋼管の製造方法であって、
前記端曲げ加工前の前記板材の幅を板幅Ｗとしたとき、
前記成形体は、板幅端からＷ／４だけ離れた部位を中心に、他の領域に比較して小さな曲率を付与した軽加工部、または、曲げ加工を省略した未加工部を有し、
前記オープン管の形状が、前記Ｕ字状断面の最下部を中心に前記板幅Ｗの２０［％］以上の範囲と、前記板幅端から前記板幅Ｗの１０［％］以上の範囲とが、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状となるように、
前記鋼管の外半径に相当する半径に対して±３．５［％］の範囲にある円弧部の半径を有する金型を用いてプレス加工を実施することを特徴とする鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する前記Ｕ字状断面の最下部を中心に前記板幅Ｗの２０［％］以上の範囲をＡとし、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する板幅両端から前記板幅Ｗの１０［％］以上の範囲の合計をＢとしたとき、式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の鋼管の製造方法。
２｜Ａ−Ｂ｜／（Ａ＋Ｂ）＜０．４  ・・・（１）
ここで、｜Ａ−Ｂ｜は、Ａ−Ｂの絶対値を示す。
【請求項３】
一対の金型のうちの一方の金型と前記成形体のＵ字開放側とが対向するように他方の金型に該成形体を載置して、該一対の金型で該成形体を挟み込んで該成形体にプレス加工を施すにあたり、
前記他方の金型は、
前記他方の金型に前記成形体を載置した状態で、前記Ｕ字状断面の最下部を中心に、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状となる範囲を除いて前記成形体が接触せず、
プレス加工が完了した状態で、前記他方の金型の一部に前記オープン管に接触しない加工面を備えており、
前記一方の金型は、
前記他方の金型に前記成形体を載置した状態で、前記成形体が接触せず、
プレス加工が完了した状態で、前記一方の金型の一部に前記オープン管に接触しない加工面を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管の製造方法。
【請求項４】
前記成形体のプレス加工に際して、前記成形体のプレス加工に用いるプレス金型の中心と、前記成形体の幅方向の中心とが一致していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鋼管の製造方法。
【請求項５】
前記成形体は、Ｕ字開放側を上方に向けたＵ字姿勢に保持されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鋼管の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鋼管の製造方法において使用するプレス金型であって、
前記プレス金型は、前記成形体を挟持する一対の金型からなり、各金型の前記成形体と接触し得る面には、各金型の加工中心と一致する位置に円弧中心が位置するように、前記鋼管の外半径に相当する半径に対して±３．５［％］の範囲にある半径の円弧部が形成されており、
各金型における前記円弧部の中心角が７０度以上であり、両金型の前記中心角の角度の合計が３６０度未満であることを特徴とするプレス金型。
【請求項７】
両金型の前記中心角の角度が同じであることを特徴とする請求項６に記載のプレス金型。
【請求項８】
各金型は、前記円弧部の円弧方向両端にそれぞれつながった、直線部、または、該円弧部よりも曲率が小さい小曲率円弧部を有することを特徴とする請求項６または７に記載のプレス金型。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか１項に記載のプレス金型を用いることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鋼管の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼管の製造方法は、幅方向両端部に端曲げ加工が施された板材に、その幅方向に沿って３回以上の曲げ加工を施してＵ字状断面をなす成形体を成形し、次いで、該成形体にプレス加工を施すことにより、その長手方向にシームギャップ部を有する管体であるオープン管とした後、該シームギャップ部を接合して鋼管とする鋼管の製造方法であって、前記端曲げ加工前の前記板材の幅を板幅Ｗとしたとき、前記成形体は、板幅端からＷ／４だけ離れた部位を中心に、他の領域に比較して小さな曲率を付与した軽加工部、または、曲げ加工を省略した未加工部を有し、前記オープン管の形状が、前記Ｕ字状断面の最下部を中心に前記板幅Ｗの２０［％］以上の範囲と、前記板幅端から前記板幅Ｗの１０［％］以上の範囲とが、前記鋼管の外径と同径または略同径の円弧に内接する形状となるように、前記鋼管の外半径に相当する半径に対して±３．５［％］の範囲にある円弧部の半径を有する金型を用いてプレス加工を実施することを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明に係るプレス金型は、上記の発明の鋼管の製造方法において使用するプレス金型であって、前記プレス金型は、前記成形体を挟持する一対の金型からなり、各金型の前記成形体と接触し得る面には、各金型の加工中心と一致する位置に円弧中心が位置するように、前記鋼管の外半径に相当する半径に対して±３．５［％］の範囲にある半径の円弧部が形成されており、各金型における前記円弧部の中心角が７０度以上であり、両金型の前記中心角の角度の合計が３６０度未満であることを特徴とするものである。
【国際調査報告】
2020054051.tif 000027
2020054051.tif 000028
2020054051.tif 000029
2020054051.tif 000030