(57)【要約】      （修正有）【課題】フレア加工性に優れた鍛接鋼管を提供する。【解決手段】外径21.7ｍｍφ〜114.3ｍｍφ、肉厚1.8ｍｍ〜6.1ｍｍ、引張強度（ＴＳ）290Ｎ/ｍｍ２〜500Ｎ/ｍｍ２、伸び率23％〜90％であって、コーン拡管し接合部に割れが生じた際の拡管比率（Ａ）が下記<1>式を満足する鍛接鋼管に限定した。Ａ＝｛Ｈ×tan(θ/2)＋(DR/2)｝/(DR/2)≧−0.0004×DR＋1.3＝Ｂ…<1>、ただし、Ａ：コーン拡管比率、Ｈ：コーン押し込み量（拡管開始高さと拡管後に割れが発生した直後の高さの差）、θ：コーン全角、DR：鍛接鋼管外径、Ｂ：鋼管外径から決まる規定値【選択図】図２
2011078996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径21.7ｍｍφ〜114.3ｍｍφ、肉厚1.8ｍｍ〜6.1ｍｍ、引張強度（ＴＳ）290Ｎ/ｍｍ２〜500Ｎ/ｍｍ２、伸び率23％〜90％であって、コーン拡管し接合部に割れが生じた際の拡管比率（Ａ）が下記<1>式を満足することを特徴とするフレア加工性に優れた鍛接鋼管。
Ａ＝｛Ｈ×tan(θ/2)＋(DR/2)｝/(DR/2)≧−0.0004×DR＋1.3＝Ｂ      …<1>
ただし、Ａ：コーン拡管比率
Ｈ：コーン押し込み量（拡管開始高さと拡管後に割れが発生した直後の高さの差）
θ：コーン全角
DR：鍛接鋼管外径
Ｂ：鋼管外径から決まる規定値
【請求項２】
接合部肉厚の鋼管肉厚に対する比が1.00以上であることを特徴とする請求項１に記載のフレア加工性に優れた鍛接鋼管。
【請求項３】
ビード部最大肉厚の鋼管肉厚に対する比が1.010以上であることを特徴とする請求項２に記載のフレア加工性に優れた鍛接鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレア加工のような強加工に供されても接合部に割れが発生しにくい、フレア加工性に優れた鍛接鋼管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水道管やガス管等の敷設にあたって、鋼管同士をつなぐ場合、従来は、鋼管端部の外径にねじ切りを行って、鋼管外径とほぼ同じ内径を有してその内径にねじ切りした短尺鋼管でつないでいたが、鋼管の外径にねじ切りするとともに、その鋼管を短尺鋼管でつなぐ手間が掛かり、短尺鋼管を別途準備して内径にねじ切りする必要があるなど、敷設の能率が低く、また、著しくコストが掛かっていた。
【０００３】
そこで、近年、鋼管の端部を拡げる、いわゆるフレア加工を行なって、フレア部分を鋼管と一体のフランジとすることにより、簡便で能率よく鋼管をつなぐ方法が採用され始めている。
このフレア加工は、鋼管端部をつば出しする強加工であるため、この強加工に耐える性能を有するものとして電縫鋼管が適用されているが、電縫鋼管は高価なため、廉価な鍛接鋼管の適用が図られている。
【０００４】
従来の鍛接管は、接合部の強度が低くて、強加工すると接合部を起点として割れが発生しやすいため、フレア加工用素材のような用途に適用するには不十分な性能と言われてきた。
鍛接鋼管の製造は、図１に一例を示すとおり、スリットした鋼帯２をエッジ成形機４で成形し、加熱炉５にて加熱し、その鋼帯を成形鍛接機６で管状に連続成形しつつ、衝合端部（鋼帯幅端部）にノズル７で酸素および/または空気を吹き付けて酸化熱により昇温させ、鍛接して接合し、あるいはさらに絞り圧延を行って、鍛鋼接管８に仕上げている。なお、図示していないが、スリットした鋼帯のエッジ（幅端部）を切削してからエッジ成形する場合もある。
【０００５】
製造した鍛接鋼管は、接合部に酸化物などが残留しやすくて、また、接合部の外面および内面に筋状の疵が発生し、フレア加工のような強加工において接合部に割れが発生していた。接合部の外面側の筋は、加熱前のスリットした鋼帯のエッジに発生したダレが鍛接時に残留したものである。また、内面側の筋は鍛接時に衝合端部近傍が盛り上がってビード部を形成し、この谷間が筋になったものである。
【０００６】
そこで、従来は、特許文献１〜３に示されるように、接合部における、外面側の筋深さ、内面側のビード高さ、内面側の筋深さ、接合部の介在物などを特定の範囲に規制することによって、接合部の強度向上を図った鍛接鋼管を提供していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2007-152430号公報
【特許文献２】特開平10-263846号公報
【特許文献３】特開平4-270009号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決し、フレア加工のような強加工を行なっても、接合部から割れることのほとんど無い鍛接鋼管を提供するものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
(1)  外径21.7ｍｍφ〜114.3ｍｍφ、肉厚1.8ｍｍ〜6.1ｍｍ、引張強度（ＴＳ）290Ｎ/ｍｍ２〜500Ｎ/ｍｍ２、伸び率23％〜90％であって、コーン拡管し接合部に割れが生じた際の拡管比率（Ａ）が下記<1>式を満足することを特徴とするフレア加工性に優れた鍛接鋼管。
Ａ＝｛Ｈ×tan(θ/2)＋(DR/2)｝/(DR/2)≧−0.0004×DR＋1.3＝Ｂ      …<1>
ただし、Ａ：コーン拡管比率
Ｈ：コーン押し込み量（拡管開始高さと拡管後に割れが発生した直後の高さの差）
θ：コーン全角
DR：鍛接鋼管外径
Ｂ：鋼管外径から決まる規定値
(2)  接合部肉厚の鋼管肉厚に対する比が1.00以上であることを特徴とする(1)に記載のフレア加工性に優れた鍛接鋼管。
(3)  ビード部最大肉厚の鋼管肉厚に対する比が1.010以上であることを特徴とする(2)に記載のフレア加工性に優れた鍛接鋼管。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鍛接鋼管は、フレア加工のような強加工を受けても、接合部に割れをほとんど発生させないから、フレア加工のような強加工の製品歩留まりを大幅に向上させる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】鍛接鋼管の製造工程の一例を示す概略図
【図２】コーン拡管試験の一例を示す概略図
【図３】鍛接鋼管の接合部周辺の断面形状の一例（その１）を示す概略図
【図４】鍛接鋼管の接合部周辺の断面形状の一例（その２）を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
鍛接鋼管は、そのサイズは、外径21.7ｍｍφ〜114.3ｍｍφ、肉厚1.8ｍｍ〜6.1ｍｍであって、材質は、引張強度（ＴＳ）が290Ｎ/ｍｍ２〜500Ｎ/ｍｍ２、伸び率が23％〜90％である。なお、材質である引張強度（ＴＳ）および伸び率は、JIS 11号試験、JIS 12号試験、JIS ５号試験、JIS １号試験等のいずれで測定してもよい。
鍛接鋼管をフレア加工のような強加工に供する場合、従来から接合部に割れが発生して問題であったため、鍛接鋼管製造段階において、接合部が良好であるか否かを見極めて確実に品質を確保しておく必要がある。
【００１３】
そこで、この接合部の強度を評価する方法として、コーン拡管試験を採用した。すなわち、フレア加工は接合部を含めて鋼管端部を広げる加工であることから、評価試験においても鋼管の接合部に張力を付与する評価方法が必要である。そこで、コーン拡管により接合部に張力を加える試験で評価を行った。コーン拡管試験では、図２に示すように、拡管治具であるコーン９を台に固定して、鍛接鋼管８を上部から押し込んで拡管するか、あるいは鍛接鋼管を固定して上部からコーンを押し込むことによって拡管し、接合部に張力が作用する。したがって、フレア加工で鍛接鋼管接合部に加わる張力をコーン拡管試験で代替することができて、割れ評価が可能なわけである。
【００１４】
そこで、まず、フレア加工に供して割れが発生しなかった鍛接鋼管について、フレア加工部に隣接する原管部分を採取し、その原管のコーン拡管試験を行って接合部の割れを観察した。その結果、コーン全角(θ)を変更すると、全角(θ)が小さい場合は、コーン押し込み量(Ｈ)を大きくすると接合部に割れが発生し、全角(θ)が大きい場合は、コーン押し込み量(Ｈ)が小さくても接合部に割れが発生した。
【００１５】
本発明者らが調べた結果、コーン拡管による接合部の割れは、フレア加工と同様に、鍛接鋼管端部から発生するため、拡管した管と原管それぞれの円周方向長さの比が大きく影響することから、鍛接鋼管の肉厚、拡管のコーン形状によらずに管外径から決まる規定値Ｂを用いて、以下の<1>式で整理できることがわかった。
Ａ＝｛Ｈ×tan(θ/2)＋(DR/2)｝/(DR/2)≧−0.0004×DR＋1.3＝Ｂ      …<1>
ただし、Ａ：コーン拡管比率
Ｈ：コーン押し込み量（拡管開始高さと拡管後に割れが発生した直後の高さの差）
θ：コーン全角
DR：鍛接鋼管外径
Ｂ：鋼管外径から決まる規定値
したがって、製造した鍛接鋼管のコーン拡管試験における拡管比率（Ａ）が、上記<1>式を満足する領域に入れば、フレア加工に供した際に割れが発生しないことがわかった。
【００１６】
一方、鍛接鋼管にフレア加工のような強加工を施す場合に接合部が割れやすい理由として、鍛接鋼管の製造時に、接合部に酸化物などが残留しやすくて、また、接合部の内外面に筋状の疵が発生するためと考えられていた。すなわち、接合部に残留した酸化物や接合部の内外面の筋状疵が割れ発生の起点となりやすいと考えられてきたわけである。したがって、これら接合部が割れる原因に基づいて、過去に、特許文献１〜３に記載されるように、接合部の介在物を低減させて、外面または内面の筋を低減させる鍛接鋼管の提供がなされてきた。しかし、これらを適切にするだけでは、十分な接合部の強度が得られず、問題となっていた。
【００１７】
そこで、本発明者らは、図３に示す接合部13の肉厚すなわち接合部肉厚14に着目した。従来の接合部強度が低い鍛接鋼管を詳細に観察すると、接合部肉厚14がいずれも短いために、フレア加工のような強加工における鋼管円周方向に作用する強い張力に対して、接合部の強度が不足していることを見いだしたわけである。
接合部の強度についてさらに詳細に述べると、鋼管肉厚15に比べて、接合部肉厚14が短くなると接合部強度が低くなり、長くなると接合部強度が向上することを把握した。すなわち、フレア加工のような強加工においては、鋼管端部およびその周辺が拡管されつつ鋼管円周方向に拡がっていく。その際、鋼管端部および周辺では、鋼管円周方向に過大な張力が作用する。この張力は、鋼管の肉厚が薄い部分に集中しやすい。そのため、接合部の肉厚が薄い場合、すなわち、接合部肉厚が鋼管肉厚より短い場合、接合部に応力集中して割れやすくなるわけである。
【００１８】
本発明の好適形態では、図４に示す接合部13の肉厚すなわち接合部肉厚14を鋼管肉厚15より長くして、すなわち、接合部肉厚14の管肉厚15に対する比を1.00以上とすること（本発明(2)）により、フレア加工のような強加工における過大な張力による応力集中を緩和できて、<1>式で示されるＡがＢに近い場合でもフレア加工時の割れ発生を防止することができる。
【００１９】
また、接合部の割れにつながる応力集中は、接合部の界面だけでなく、その周辺にも作用している。そこで、図３および図４に示す接合部肉厚14だけでなく、その周辺に生成するビード部16にも着目した。ビード部16とは、接合時に衝合端部が盛り上がった部分であり、鍛接鋼管の場合、主に内面側に盛り上がりやすいが、外面側にもわずかに盛り上がる場合がある。このビード部16の盛り上がりが大きいと、接合部肉厚14も増大しやすくて、断面の単位面積あたりの張力が小さくなって、応力集中が緩和され、接合部への過大張力の集中を緩和することができる。したがって、接合部だけでなく、その周辺のビード部も肉厚を増加させることによって、フレア加工などの強加工における接合部周辺の応力集中をさらに緩和できて、割れを防止できるわけである。本発明者らが定量的に検討したところ、本発明(2)においてさらに、図４に示すビード部の最大肉厚17と鋼管肉厚15との比を1.010以上とすること(本発明(3))で、<1>式で示されるＡがＢに非常に近い場合でもフレア加工時の割れ発生を充分に防止できることを把握した。
【００２０】
なお、鋼管肉厚15とは、鍛接鋼管の円周方向の平均肉厚でもよく、接合部の反対側の部位の肉厚でもよく、接合部周辺で肉厚がほぼ同等となる特定位置、例えば接合部肉厚相当の距離分だけ接合部から離した部位の肉厚、接合部を挟んで鋼管円周方向1/4の範囲で平均した肉厚など、としてもよい。
なお、<1>式で示される規定値Ｂを用いて、フレア加工に供される鍛接鋼管の品質検査に活用できて、不良品を排除して、良好な製品を提供できる。
【００２１】
また、上記のフレア加工性に優れた鍛接鋼管を製造するには、図１における鍛接鋼管製造工程のノズル７で吹き付ける空気中の酸素濃度を22体積％以上とすると良い。これにより、接合部肉厚が増加して鋼管肉厚に対する比が1.00以上となりやすく、また、ビード部最大肉厚も増加して鋼管肉厚との比が1.010以上になりやすく、接合部の割れ防止に著しく有効である。
【実施例】
【００２２】
図１に一例を示す製造工程で、鍛接鋼管を製造した。すなわち、鋼帯２をエッジ成形機４で成形して、加熱炉５で融点以下の温度まで加熱し、成形鍛接機６でロール成形しつつ、衝合端部にノズル７で空気および/または酸素を吹き付け、その直後に衝合端部を鍛接して接合し、次いで絞り圧延を行って鍛接鋼管を製造した。該製造した鍛接鋼管について、コーン拡管の条件を種々変更してコーン拡管試験を行い、コーン拡管比率（Ａ）を求めると共に、フレア加工（押し拡げ率1.3）における接合部の割れ発生状態を観察した。その結果を表１に示す。
【００２３】
表１には、製造した鍛接鋼管のサイズや材質も併記した。これら鍛接鋼管のサイズは、外径21.7ｍｍφ〜114.3ｍｍφ、肉厚1.8ｍｍ〜6.1ｍｍであって、その材質は、引張強度（ＴＳ）が290Ｎ/ｍｍ２〜500Ｎ/ｍｍ２、伸び率が23％〜90％の範囲である。また、本実施例ではコーンへの鋼管押し込み速度は５ｍｍ/分とした。なお、これに拘るものではなく、一連の試験範囲で、0.001ｍｍ/分〜1000ｍｍ/分の押し込み速度の範囲内からいずれの値を選択してもよい。
【００２４】
表１において、本発明例No.１〜１３は、いずれも<1>式を満足する（コーン拡管比率（Ａ）が管径から決まる規定値（Ｂ）以上である）ものにおいて、さらに、接合部肉厚14の鋼管肉厚15に対する比が1.00以上で、かつ、ビード部最大肉厚17の鋼管肉厚15に対する比が1.010以上であるという最良の形態であり、フレア加工において接合部に割れが発生せずに良好であった。
【００２５】
これらに対し、比較例No.１４〜１７は、いずれも<1>式を満足せず、フレア加工において接合部に割れが発生した。
【００２６】
【表１】
2011078996.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の鍛接鋼管は、接合部強度が良好であり、フレア加工のような強加工に供しても接合部が割れることが無く、著しく良好な性能を有しており、廉価な鍛接鋼管への厳しい要求にも充分耐えるものであって、その効果は極めて大きいものである。
【符号の説明】
【００２８】
１  コイラー
２  スリットした鋼帯
３  ルーパー
４  エッジ成形機
５  加熱炉
６  成形鍛接機
７  ノズル
８  鍛接鋼管
９  コーン
13  接合部
14  接合部肉厚
15  鋼管肉厚
16  ビード部
17  ビード部の最大肉厚
DR  鍛接鋼管外径
Ｈ  コーン押し込み量
θ  コーン全角
【図１】
2011078996.tif 000004
【図２】
2011078996.tif 000005
【図３】
2011078996.tif 000006
【図４】
2011078996.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月9日(2010.4.9)
【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】
外径21.7ｍｍφ〜114.3ｍｍφ、肉厚1.8ｍｍ〜6.1ｍｍ、引張強度（ＴＳ）290Ｎ/ｍｍ２〜500Ｎ/ｍｍ２、伸び率23％〜90％であって、コーン拡管し接合部に割れが生じた際の拡管比率（Ａ）が下記<1>式を満足し、接合部肉厚の鋼管肉厚に対する比が1.00以上であり、ビード部最大肉厚の鋼管肉厚に対する比が1.010以上であり、且つ、前記ビード部最大肉厚が前記接合部肉厚よりも大きいことを特徴とするフレア加工用鍛接鋼管。
Ａ＝｛Ｈ×tan(θ/2)＋(DR/2)｝/(DR/2)≧−0.0004×DR＋1.3＝Ｂ      …<1>
ただし、Ａ：コーン拡管比率
Ｈ：コーン押し込み量（拡管開始高さと拡管後に割れが発生した直後の高さの差）
θ：コーン全角
DR：鍛接鋼管外径
Ｂ：鋼管外径から決まる規定値
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
(1)   外径21.7ｍｍφ〜114.3ｍｍφ、肉厚1.8ｍｍ〜6.1ｍｍ、引張強度（ＴＳ）290Ｎ/ｍｍ２〜500Ｎ/ｍｍ２、伸び率23％〜90％であって、コーン拡管し接合部に割れが生じた際の拡管比率（Ａ）が下記<1>式を満足し、接合部肉厚の鋼管肉厚に対する比が1.00以上であり、ビード部最大肉厚の鋼管肉厚に対する比が1.010以上であり、且つ、前記ビード部最大肉厚が前記接合部肉厚よりも大きいことを特徴とするフレア加工用鍛接鋼管。
Ａ＝｛Ｈ×tan(θ/2)＋(DR/2)｝/(DR/2)≧−0.0004×DR＋1.3＝Ｂ      …<1>
ただし、Ａ：コーン拡管比率
Ｈ：コーン押し込み量（拡管開始高さと拡管後に割れが発生した直後の高さの差）
θ：コーン全角
DR：鍛接鋼管外径
Ｂ：鋼管外径から決まる規定値
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明では、図４に示す接合部13の肉厚すなわち接合部肉厚14を鋼管肉厚15より長くして、すなわち、接合部肉厚14の管肉厚15に対する比を1.00以上とすることにより、フレア加工のような強加工における過大な張力による応力集中を緩和できて、<1>式で示されるＡがＢに近い場合でもフレア加工時の割れ発生を防止することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、接合部の割れにつながる応力集中は、接合部の界面だけでなく、その周辺にも作用している。そこで、図３および図４に示す接合部肉厚14だけでなく、その周辺に生成するビード部16にも着目した。ビード部16とは、接合時に衝合端部が盛り上がった部分であり、鍛接鋼管の場合、主に内面側に盛り上がりやすいが、外面側にもわずかに盛り上がる場合がある。このビード部16の盛り上がりが大きいと、接合部肉厚14も増大しやすくて、断面の単位面積あたりの張力が小さくなって、応力集中が緩和され、接合部への過大張力の集中を緩和することができる。したがって、接合部だけでなく、その周辺のビード部も肉厚を増加させることによって、フレア加工などの強加工における接合部周辺の応力集中をさらに緩和できて、割れを防止できるわけである。本発明者らが定量的に検討したところ、図４に示すビード部の最大肉厚17と鋼管肉厚15との比を1.010以上とすることで、<1>式で示されるＡがＢに非常に近い場合でもフレア加工時の割れ発生を充分に防止できることを把握した。