(57)【要約】【課題】  ＵＯＥ鋼管のＯ加工工程において使用されるＯプレス金型の少なくとも一部を硬くすることにより、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れるＯプレス金型を提供するとともに、この金型を用いたＯ加工工程を有するＵＯＥ鋼管の製造方法を提供する。【解決手段】  ＵＯＥ鋼管製造プロセスのＯ加工工程において使用される、上金型１０及び下金型２０を備えるプレス金型１００であって、上金型１０は、ＪＩＳ  Ｚ２２４６に準拠して測定されたショア硬さが４６以上である第１の部位と、ショア硬さが４６未満である第２の部位とを備え、少なくとも上金型の頂点１５が第１の部位に含まれることを特徴とする、プレス金型１００とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＯＥ鋼管製造プロセスのＯ加工工程において使用される、上金型及び下金型を備えるプレス金型であって、
前記上金型は、ＪＩＳ  Ｚ２２４６に準拠して測定されたショア硬さが４６以上である第１の部位と、
前記ショア硬さが４６未満である第２の部位とを備え、
少なくとも前記上金型の頂点が前記第１の部位に含まれることを特徴とする、プレス金型。
【請求項２】
前記第１の部位が、前記上金型頂点を中心とする４５°より小さい範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のプレス金型。
【請求項３】
ＵＯＥ鋼管の製造方法であって、
端部に曲げ加工を施された鋼板をＵ形に加工する第１工程と、
前記Ｕ形に加工された鋼板を、
上金型頂点を中心とする４５°より小さい範囲の硬さがＪＩＳ  Ｚ２２４６に準拠して測定されたショア硬さで４６以上であり、前記範囲以外の硬さが、前記ショア硬さで４６未満であることを特徴とするプレス金型、
を用いてＯ形に加工する第２工程と、を含むことを特徴とする、ＵＯＥ鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＯＥ鋼管の製造工程において使用されるＯプレス金型、及びＵＯＥ鋼管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＯＥ鋼管は、主として石油、天然ガス等の輸送のためのパイプライン用のラインパイプに使用される鋼管である。その名は、ＵＯＥ鋼管の代表的な製造工程に由来し、その製造工程は、大きく分けて２０程度の工程を含む。ＵＯＥ鋼管の製造工程の前半工程は、製造すべき鋼管の寸法に応じて鋼板を切断する工程、鋼板の端部を研削する工程、鋼板の端部に曲げ加工を施す工程、Ｕ加工によりＵ字管を得る工程、及びＯ加工によりオープンパイプを得る工程等を含み、かかる工程により加工された鋼板は、その後、鋼板両端に予め施された開先（通常Ｘ開先）上に仮付け溶接が施される工程、サブマージアーク溶接が施される工程、拡管（Expander）工程、水圧試験工程、及び検査工程等を経て、製品（鋼管）となる。
【０００３】
Ｕ加工後のＵ字管を、Ｏプレス成形によりＯ加工する場合には、通常、それぞれ半円形の上金型及び下金型により構成されるＯプレス金型が用いられる。この上金型及び下金型の半径は略同一であり、Ｏプレス成形時に絞り加工を加えて製品（鋼管）の真円度を向上させるため、その上金型及び下金型の端部は、真円を真っ二つにした半円の端部から０．５インチ（約１２．７ｍｍ）程度切除されているのが一般的である。
【０００４】
上記金型を用いてＵ加工後のＵ字管にＯプレス成形によるＯ加工を施すと、通常、Ｕ字管のエッジとＯプレス金型との間の摩擦により、金型、特に上金型内周側の頂点部を中心とした４５°より小さい範囲内において、焼き付きや磨耗が生じる。Ｏプレス金型におけるこの焼き付き及び磨耗は、プレス回数を重ねるごとに進行し、あるプレス回数を超えると、精緻に半円形であるべき上金型本来の形状を損なうことが知られている。このようにして本来の形状を損なった金型を使用してオープンパイプを製造すると、Ｕ字管エッジ部が損傷するため、その開先精度が悪化し、仮付け及びサブマージアーク溶接時における溶接品質が低下する。また、上記磨耗により金型の少なくとも一部はその内径が大きくなるため、絞り加工における加工精度低下の原因にもなり得る。この加工精度の低下は、Ｏプレス後のパイプの形状悪化を招き、その結果として、製品（鋼管）における真円度の低下を引き起こすため、Ｏプレス金型の磨耗を抑制する技術が望まれている。
【０００５】
これまでに、ＵＯＥ鋼管の製造方法に関しては、いくつかの技術が開示されている。例えば、特許文献１には、ＵＯＥ鋼管の製造可能径の範囲を拡大し得るＯプレス用金型及びこれを用いたＵＯＥ鋼管の製造方法が開示されている。また、特許文献２には、拡管後、鋼管の外表面及び内表面に熱処理を施して外圧負荷時の圧潰強度を改善し得るＵＯＥ鋼管の製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３９１１５号公報
【特許文献２】特開２００３−３４２６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術は、Ｏプレス金型の磨耗に関しては考慮されておらず、Ｏプレス金型の磨耗を抑制することは困難であるため、これらの製造方法を用いても、優れた真円度を有するＵＯＥ鋼管を得ることは困難である。
【０００７】
一方、Ｏプレス金型の磨耗を防ぐ方法としては以下に例示する手法等が検討可能である。例えば、金型自体を硬くして耐磨耗性を向上させる方法や、高周波による焼入れやクロムなどの硬質金属メッキを金型の表面全体に施す方法等である。しかし、これらの方法でＯプレス金型の耐磨耗性を向上させる場合、前者の方法において金型自体を硬くしすぎると、Ｕ字管がＯプレス金型に接触するときの衝撃力に金型が耐え切れない結果、金型の割れや破損が発生するおそれがある。一方、後者の方法により金型の表面全体に表面処理を施すと、高周波による焼入れでは焼入れ時の変形が大きいため金型を要求される寸法に仕上げることが困難になるほか、クロム等の硬質金属によるメッキを施すと、Ｕ字管エッジ部と金型表面との摺動によりメッキが剥離するため実用に耐えることが困難になる。
【０００８】
そこで、本発明は、ＵＯＥ鋼管のＯ加工工程において使用される、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れるＯプレス金型を提供するとともに、この金型を用いたＯ加工工程を有するＵＯＥ鋼管の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、ＵＯＥ鋼管製造プロセスのＯ加工工程において使用される、上金型（１０）及び下金型（２０）を備えるプレス金型（１００）であって、
上金型（１０）は、ＪＩＳ  Ｚ２２４６に準拠して測定されたショア硬さが４６以上である第１の部位と、
前記ショア硬さが４６未満である第２の部位とを備え、
少なくとも上金型の頂点（１５）が第１の部位に含まれることを特徴とする、プレス金型（１００）により、上記課題を解決しようとするものである。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れるプレス金型（１００）を提供することが可能になる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプレス金型（１００）であって、第１の部位が、上金型頂点を中心とする４５°より小さい範囲であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、上金型の頂点（１５）を中心とする４５°より小さい範囲（一般的なＵ加工後におけるＵ字管の端部がＯプレス金型の上金型内表面と接触する部位、及びＯプレス加工中に当該端部が上金型内表面を摺動すべき部位からなる範囲）の硬さがショア硬さで４６以上であり、この範囲以外における硬さがショア硬さで４６未満であるＯプレス金型（１００）とすることにより、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れるとともに、通常のＵＯＥ鋼管のＯ加工工程において好適に使用され得るプレス金型（１００）を提供することが可能になる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、ＵＯＥ鋼管の製造方法であって、
端部に曲げ加工を施された鋼板をＵ形に加工する第１工程（Ｓ４）と、
Ｕ形に加工された鋼板を、上金型頂点を中心とする４５°より小さい範囲の硬さが、ＪＩＳ  Ｚ２２４６に準拠して測定されたショア硬さで４６以上であり、この範囲以外の硬さが、ショア硬さで４６未満であることを特徴とするプレス金型を用いてＯ形に加工する第２工程（Ｓ５）と、
を含むことを特徴とする、ＵＯＥ鋼管の製造方法により、上記課題を解決しようとするものである。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、ＵＯＥ鋼管の製造工程に、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れるＯプレス金型を用いてＯプレス成形するＯ加工工程が含まれることにより、優れた真円度を有するＵＯＥ鋼管を得ることが可能なＵＯＥ鋼管の製造方法を提供することが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＵＯＥ鋼管のプレス金型及びＵＯＥ鋼管の製造方法によれば、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れるＯプレス金型を得ることが可能になるほか、優れた真円度を有するＵＯＥ鋼管を製造し得るＵＯＥ鋼管の製造方法を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明のプレス金型の実施形態例を示す正面図である。本発明のプレス金型１００は、上金型１０と下金型２０とを備え、上金型１０は、頂点部１５を中心とした４５°より小さい範囲Ａ内における硬さが、ＪＩＳ  Ｚ２２４６（２０００）に準拠して測定されたショア硬さ（以後、単に「ショア硬さ」と記述する。）で４６以上であり、上記範囲Ａ以外の部位の硬さは、ショア硬さで４６未満となっている。一方、下金型２０は、Ｕ加工工程により加工されたＵ字管のエッジによる磨耗が発生しないため、従来と同様の金型を使用することが可能である。
【００１８】
金型１００の上金型１０及び下金型２０の形状は、同一又は略同一であり、金型１００の内径Ｒは製造する鋼管（パイプ）の製品寸法により異なる値をとる。また、上金型１０及び下金型２０は半円形だが、Ｏ加工工程は絞り加工を含むため、上金型１０のエッジ部１１及び１２並びに下金型２０のエッジ部２１及び２２は、同一又は略同一形状である上金型１０及び下金型２０を当接させれば真円になる寸法線（図１に一点鎖線として記載）から、それぞれ切除量Ｂ（０．５インチ（約１２．７ｍｍ））ずつ切除されている。
【００１９】
ここで、上金型１０及び下金型２０の材質は、経験上、耐摩耗性と耐衝撃性とのバランスから、球状黒鉛鋳鉄（以後、「ＦＣＤ」と記述する。）が選ばれることが多いが、圧延材その他の材質を適用することができる。
また、上記範囲Ａ内の硬さをショア硬さで４６以上に上昇させる方法については、硬さを上昇させる範囲が局部的に限定されており、かつ、この範囲Ａは、金型１００全体の面積に比較して小さいため、焼入れ等、硬さを上昇させる方法であれば、種類を問わず適用することができる。
【００２０】
図２は、従来のＯプレス金型２００を示す正面図であり、図３は、従来のＯプレス金型２００によりＵ字管５０をＯ加工する場合におけるＯプレス上金型３０における頂点近傍の磨耗形態を示す正面図である。Ｕ字管５０をＯ加工する際、Ｕ字管のエッジ部５１、５２は、Ｏプレス上金型３０の内表面を摺動する。Ｕ字管のエッジ部５１及び５２が互いに磨耗範囲Ａ内に位置し、図３に示すような配置になると、上金型３０の磨耗は激しくなり、上金型の磨耗部３１及び３２の内径は、磨耗していない他の部位よりも大きくなる。かかる磨耗（磨耗量Ｃ）により上金型３０は変形するため、変形した上金型３０によるＯ加工を経たＵＯＥ管の真円度は低下する。したがって、本発明のプレス金型１００では、上金型１０の範囲Ａにおける硬さを、ショア硬さで４６以上とすることにより、上金型１０の磨耗を低減した。この上金型１０を備える本発明のプレス金型１００を用いてＯ加工する工程を有するＵＯＥ鋼管の製造方法によれば、優れた真円度を有するＵＯＥ鋼管を得ることが可能になる。
【００２１】
図４は、本発明のＵＯＥ鋼管の製造方法が採り得る一実施形態のうち、主な工程のみを示すフロー図である。本発明のＵＯＥ鋼管の製造方法では、まず、製造すべき鋼管の寸法に応じて鋼板が切断される（ステップＳ１）。ステップＳ１において切断された鋼板は、その端部が切削され（ステップＳ２）、切削された鋼板は引き続きその端部に曲げ加工（Ｃ加工）が施される（ステップＳ３）。ステップＳ３においてＣ加工が施された鋼板は、形状をＵ形に加工（Ｕ加工）され（ステップＳ４）、次いでその形状がＯ形に加工（Ｏ加工）される（ステップＳ５）。ステップＳ５においてＯ加工が施された鋼板は、その後、仮付け溶接（ステップＳ６）により端部の溶接が行われ、次いでサブマージアーク溶接（ステップＳ７）により、端部が完全に溶接される。ステップＳ７のサブマージアーク溶接により鋼板は鋼管となり、その後、拡管工程（ステップＳ８）により残留応力が除去され、水圧試験（ステップＳ９）及び検査（ステップＳ１０）を経て、ＵＯＥ鋼管が製造される。
本発明のＵＯＥ鋼管の製造方法では、上記ステップＳ５のＯ加工において、Ｏプレス金型１００を用いて鋼管の加工を行うことを特徴とする。本発明のＯプレス金型１００を用いる製造方法を採ることにより、優れた真円度を有するＵＯＥ鋼管を得ることが可能になる。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明の実施例及び比較例を示す。
表１に、本発明の実施例及び比較例において使用した外径２８インチ（約７１１ｍｍ）のＵＯＥ鋼管製造用のプレス金型と、これらの金型を用いて耐摩耗性及び耐衝撃性について評価した評価結果とを、あわせて示す。なお、本発明の実施例及び比較例において使用した下金型は、比較例１の上金型と同材質とした。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１における耐磨耗性の評価は、図３における磨耗量Ｃ、すなわち磨耗により本来の金型半径から変形した量を用い、この磨耗量の許容限度を３ｍｍ以下とし、Ｏプレス回数が５０００回未満で許容限を越える場合を×、同回数が５０００回以上１００００回未満で許容限を超える場合を△、及び同回数が１００００回を超えても許容範囲内の場合を○とそれぞれ判定した。一方、耐衝撃性は、金型自体の割れ、破損の有無により評価し、１００００回または磨耗量が許容限度を越える前に金型が割れ、破損を発生した場合を×、金型自体に割れも破損も存在しない場合を○とそれぞれ判定した。
耐磨耗性評価の結果を図５に示す。
【００２５】
（実施例１）
本実施例で使用した上金型の硬さは、磨耗範囲Ａの硬さがショア硬さでＨＳ４８であり、上記範囲Ａ以外の部位における硬さはＨＳ４０であった。一方、本実施例の上金型の材質は、ＦＣＤ７００とし、磨耗範囲Ａに焼入れ処理を施すことにより当該範囲の硬さを向上させた。
本実施例の金型は、１００００回のプレス回数を経た後においても磨耗量Ｃが許容限に収まり耐摩耗性に優れるとともに、割れ、破損の発生は無く、耐衝撃性にも優れていた。
【００２６】
（実施例２）
本実施例で使用した上金型の硬さは、磨耗範囲Ａの硬さがショア硬さでＨＳ６２であり、上記範囲Ａ以外の部位における硬さはＨＳ４１であった。一方、本実施例の上金型の材質は、ＦＣＤ７００とし、磨耗範囲Ａに焼入れ処理を施すことにより当該範囲の硬さを向上させた。
本実施例の金型は、１００００回のプレス回数を経た後においても磨耗量Ｃが０．５ｍｍ程度であり耐摩耗性に極めて優れるとともに、割れ、破損の発生は無く、耐衝撃性にも優れていた。
【００２７】
（比較例１）
本比較例で使用した上金型の硬さは、全範囲のショア硬さがＨＳ４０であった。したがって、磨耗範囲Ａの硬さは本発明の条件を満たさないが、上記範囲Ａ以外の部位における硬さは、本発明の条件を満たしていた。一方、本比較例の上金型の材質は、ＦＣＤ７００とした。
本比較例の金型は、５０００回のプレス回数で割れ、破損の発生は無かったが上記磨耗量の許容限を超え耐磨耗性に劣る。したがって、本比較例の上金型は、耐摩耗性において不十分な性能であるとの結果が得られた。
【００２８】
（比較例２）
本比較例で使用した上金型の硬さは、全範囲のショア硬さがＨＳ４７であった。したがって、磨耗範囲Ａの硬さは本発明の条件を満たすが、上記範囲Ａ以外の部位における硬さは、本発明の条件を満たしていなかった。一方、本比較例の上金型の材質は、ＦＣＤ７００とし、上金型全体に焼入れを施すことにより、金型全体の硬さを向上させた。
本比較例の金型は、１０００回のプレス回数を経た時点で、割れが発生した。したがって、上金型全体の硬さがショア硬さでＨＳ４６以上であると、耐衝撃性に劣るため、実用には供し難いとの結果が得られた。
【００２９】
（比較例３）
本比較例で使用した上金型の硬さは、全範囲のショア硬さがＨＳ３５であった。磨耗範囲Ａの硬さは本発明の条件を満たさないが、上記範囲Ａ以外の部位における硬さは、本発明の条件を満たしていた。一方、本比較例の上金型の材質は、ＦＣＤ５００とした。
本比較例の金型は、３０００回のプレス回数迄に上記磨耗量の許容限を大きく超えた。これに対し、割れ、破損の発生は無く、耐衝撃性に関しては優れていた。したがって、上金型全体が柔らかいと、耐衝撃性には優れる反面、耐摩耗性には劣るため、実用には供しにくいとの結果が得られた。
【００３０】
（比較例４）
本比較例で使用した上金型の硬さは、磨耗範囲Ａの硬さがショア硬さでＨＳ４５であるとともに、上記範囲Ａ以外の部位の硬さはショア硬さでＨＳ４０であった。したがって、磨耗範囲Ａの硬さは本発明の条件を満たさないが、上記範囲Ａ以外の部位における硬さは、本発明の条件を満たしていた。一方、本比較例の上金型の材質は、ＦＣＤ７００とし、磨耗範囲Ａに焼入れ処理を施すことにより当該範囲の硬さを向上させた。
本比較例の金型は、８０００回のプレス回数迄に上記磨耗量の許容限を超えた反面、割れ、破損の発生は無く耐衝撃性は優れていた。したがって、磨耗範囲Ａの硬さがショア硬さでＨＳ４６未満であると、耐摩耗性の点で不十分な金型になるとの結果が得られた。
【００３１】
以上の実施例及び比較例の結果から、磨耗範囲Ａの硬さをショア硬さで４６以上、その他の部分の硬さをショア硬さで４６未満（実施例１及び実施例２）とすることで耐磨耗性かつ耐衝撃性の優れたプレス金型を得ることが可能であることが見出された。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のプレス金型の実施形態例を示す図である。
【図２】従来のＯプレス金型を示す図である。
【図３】Ｏプレス上金型頂点近傍を示す図である。
【図４】ＵＯＥ鋼管の製造方法のフロー図である。
【図５】耐摩耗性テスト結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  上金型
２０  下金型
１５  頂点
５０  Ｕ字管
１００  Ｏプレス金型
【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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