(57)【要約】      （修正有）【課題】電縫溶接される直前の突き合わせ端部形状をペネトレート（酸化物）排出に適合した形状にする方法を提供する。【解決手段】帯材２０をロール成形機４でロール成形し、幅端部を突き合わせて電縫溶接し管３０とするに際し、前記ロール成形の終盤であるフィンパス成形３の同一スタンドにより幅端部の内面側、外面側の双方に幅方向に垂直な端面に連なるテーパ形状を付与する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯材をロール成形し、幅端部を突き合わせて電縫溶接し管とする電縫管製造方法において、前記ロール成形の終盤であるフィンパス成形の同一スタンドでフィン形状の転写により幅端部の管外面側になる部分と管内面側になる部分の双方に幅方向に垂直な端面に連なるテーパ形状を付与することを特徴とする溶接部特性に優れた電縫管製造方法。
【請求項２】
前記テーパ形状の付与は、フィンパス成形の第１スタンドで行なうことを特徴とする請求項１に記載の溶接部特性に優れた電縫管製造方法。
【請求項３】
前記テーパ形状の付与は、フィンパス成形の最終スタンドで行なうことを特徴とする請求項１に記載の溶接部特性に優れた電縫管製造方法。
【請求項４】
前記テーパ形状は、前記幅方向に垂直な端面から幅方向内側への傾斜角度が２５〜５０°であり、帯材厚さ端から帯材厚さ方向内側への延在深さが帯材厚さの２０〜４５％であるものとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶接部特性に優れた電縫管製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部特性に優れた電縫管製造方法に関わり、特に、油井のラインパイプ向けなど溶接部靭性が要求される管あるいは油井のケーシングパイプなど溶接部強度が要求される管を製造する方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
通常、管は溶接管と継目無管に大別される。溶接管は、電縫鋼管を例とするように、帯材（板）をロール成形等によって丸めて幅端部を突き合わせて溶接して製造し、継目無管は、材料の塊を高温で穿孔しマンドレルミル等で圧延して製造する。溶接管の場合、一般に溶接部の特性は母材より劣ると言われ、管の適用に当たって、用途ごとに溶接部の靭性や強度の保証が常に議論されて問題となってきた。
【０００３】
例えば、原油や天然ガスなどを輸送するラインパイプでは、管を寒冷地に敷設することが多いため低温靭性が重要であり、また、原油採掘の油井では採掘管を保護するためのケーシングパイプが必要であり、管の強度が重要視される。
通常、管の母材となる熱延板は、管製造後の母材特性を考慮して成分設計や熱処理等が行われるため、母材の靭性や強度等の特性は確保される。
【０００４】
しかし、溶接部の特性は、母材の成分設計や熱処理以上に、溶接方法によって大きく左右されるため、特に、電縫溶接の場合は溶接部を母材同等の靭性や強度等の特性となしうる溶接技術の開発が重要であった。
電縫溶接の不良原因としては、ペネトレータと呼ばれる酸化物が被溶接帯材の幅端部に生成し、これが電縫溶接時に溶鋼とともに端面から排出されずに残留し、この残留したペネトレータ原因として靭性が低下し、また、強度不足になる例が多かった。
【０００５】
そこで、従来、ペネトレータを溶接部から除くため、溶接部の被溶接帯材の幅端面から積極的に溶鋼を排出する技術が鋭意検討されてきた。例えば、特許文献１や特許文献２などに、帯材の幅端部の形状について検討した例が記載されている。通常、帯材の幅端部はスリットや端面研削によってほぼ矩形端面（矩形端部の端面と同じ形状の端面）とされるが、特許文献１，２では、この幅端部を電縫溶接までに加工して、加工した幅端部形状によって電縫溶接時の溶鋼排出を良好にすることを目的としている。
【特許文献１】特開昭５７−３１４８５号公報
【特許文献２】特開昭６３−３１７２１２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、上記従来の方法では、電縫溶接直前の帯材幅端部のテーパ形状を狙いどおりのものとすることが難しく、電縫溶接管の溶接部の靭性を十分向上させるまでには至っていない。
例えば特許文献１の場合、フィンパス成形のフィンの角度を１段階としておいて、材料端部（帯材幅端部の意。以下同じ）を一部分接触させてテーパを付与する方法を採用している（図３参照）。しかし、本発明者らがこの方法を検討してみると、フィンパス成形のアプセット量を０からプラスに大幅に変更し、材料端部の一部のみをフィンに接触させようとしても著しく困難なことが判明した。これは材料端部がわずかしか加工硬化していないために、材料端部全体がフィン（の孔型）に完全充満し易くて、材料端部にフィンの形状がほぼ完全に転写されてしまうためである。あるいは、アプセット量をマイナスにすると、材料端部がフィン（の孔型）に全く充満しなくなり、一部分のみフィンに接触させることが著しく困難になることによる。
【０００７】
また、例えば特許文献２の場合、ロール成形途中のエッジャーロール圧延で材料端部に厚み方向全域にわたって一様に傾斜（厚さ方向に対して傾斜）した平滑面を付与した後、その一部のみをフィンパス成形でほぼ垂直（幅方向に対して垂直）にする方法を採用している（図４参照）。しかし、本発明者らが検討したところ、ロール成形途中のエッジャーロール圧延で材料端部に傾斜した平滑面を付与するには、特許文献２に記載されるとおり内面側（管内面側に対応する側）が外面側（管外面側に対応する側）よりも太いエッジャーロール12を用いて成形する必要があるが、材料内面側の端部がロールにより削り取られて、「ひげ」と称する余肉材が発生することがあって問題である。さらに、ロール成形される材料（帯材20）の横断面方向には管を外側に開く大きな反力が作用するため、エッジャーロール12と材料端部との相互圧力は必然的に小さくなる。その結果、特許文献１の場合と同様に、エッジャーロールでの材料端部の圧下では加工硬化しにくいまま、その後のフィンパス成形をされて、フィンパス成形でのアプセット量を軽減したとしても材料がフィン（の孔型）にほぼ充満するため、材料端部に特許文献２記載のような形状を付与することは困難であることがわかった。
【０００８】
このように、従来の技術では、電縫溶接される直前の突き合せ端部形状をペネトレータ排出に適合した形状にするのが難しいという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は次のとおりである。
１．  帯材をロール成形し、幅端部を突き合わせて電縫溶接し管とする電縫管製造方法において、前記ロール成形の終盤であるフィンパス成形の同一スタンドでフィン形状の転写により幅端部の管外面側になる部分と管内面側になる部分の双方に幅方向に垂直な端面に連なるテーパ形状を付与することを特徴とする溶接部特性に優れた電縫管製造方法。
【００１０】
２．  前記テーパ形状の付与は、フィンパス成形の第１スタンドで行なうことを特徴とする前項１に記載の溶接部特性に優れた電縫管製造方法。
３．  前記テーパ形状の付与は、フィンパス成形の最終スタンドで行なうことを特徴とする前項１に記載の溶接部特性に優れた電縫管製造方法。
４．  前記テーパ形状は、前記幅方向に垂直な端面から幅方向内側への傾斜角度が２５〜５０°であり、帯材厚さ端から帯材厚さ方向内側への延在深さが帯材厚さの２０〜４５％であるものとすることを特徴とする前項１〜３のいずれかに記載の溶接部特性に優れた電縫管製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、著しく良好な靭性および溶接強度を有する電縫管を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
従来の電縫管製造方法において、材料端部にテーパを付与するためにフィンパス成形を活用するには、ロール孔型に材料を充満させずに、フィンに材料端部の一部分を押し当ててテーパ形状を付与する方法が検討されていた。
しかし、本発明者らの検討によれば、ロール孔型に材料の円周方向全周が充満しなくとも、材料がフィンパス成形用のスタンドに装入される際に、帯材端部がフィンに強圧されて、材料端部がロール孔型のフィン部に完全充満するのである。すなわち、本発明者らは、円周方向両端部が未接合である開管状材料がフィンパス成形のスタンドに装入される場合、フィンに接触した材料端部とそのほぼ１８０°反対側に位置する開管底部分とが梁撓みの状態となって、断面（幅方向断面）を円弧状に曲げようとする材料の反力が大きく作用して、たとえ材料がロール孔型に充満しなくとも材料端部には円周方向に大きな圧縮力が作用し、その結果、材料端部はフィンに強圧されてフィンの形状がそのまま材料端部に転写されることを把握した。
【００１３】
そこで本発明者らは、上記のように材料端部がフィンに強圧されることに着目して、この現象を積極的に活用する手段を検討した。すなわち、フィンに２段階以上のテーパを付与しておけば、フィンパス圧延でのアプセット量が小さくとも０％以上であれば材料端部にはテーパ形状が充分に転写され、所望のテーパを付与できるわけでる。
さらに、材料端部に容易にテーパ形状を付与するには、１つのスタンド（フィンパス成形のスタンドの意。以下同じ）で内面側、外面側の双方に同時に付与すると良いことを見出した。すなわち、複数のスタンドを用いて、例えば、先に一のスタンドで外面側に、後に他のスタンドで内面側に、それぞれテーパを付与すると、先にテーパを付与された外面側の端部に、他のスタンドにおいてドッグボーンが形成されて目標とするテーパ形状を充分付与できない場合がある。
【００１４】
そこで、材料の両端部（円周方向両端部であり、ロール成形前の帯材の幅方向両端部に対応する）の内面側、外面側とも同一のスタンドで（同時に）テーパを付与すると、このような問題がなく安定してテーパを付与可能になる。
また、材料の内外面側に同一のスタンドでテーパを付与するに用いる１つのスタンドにおいては、フィン両側面に３段階の角度を有するフィン形状とすればよい。ただし、３段階としたフィンの角度のいずれかが、フィンパス成形のロールの垂直方向（の角度９０°）より大きな角度になると、材料端部がフィンにより削り取られて、「ひげ」と称する余肉材が発生することがあり、フィンパス成形時に疵を発生させたり、電縫溶接のスパークの原因となったりするので、フィンの角度は垂直方向（の角度９０°）以下にしておくとよい。なお、ここにいうフィンの角度とは、フィン側面内の仮想面をそのフィン回転中心軸側の端を不動としてフィン内側に倒していったときそれがフィン回転中心軸と平行になるまでの倒し角度である。
【００１５】
なお、フィンパス成形用の第1スタンドで帯材端部の内面側、外面側のいずれか一方または両方にテーパ形状を付与すると、帯材端部がフィンパストップロール（フィンロール）の水平部分（フィン両側の円弧状部分）から接触してロ一ル内部に入る（フィン側面に近づいていく）ため、帯材端部がロール孔型内のフィンテーパ部分に充満し易く安定してテーパ形状を付与しやすい。しかも、このようにして一旦テーパを付与された材料端部の当該付与部分は、強圧によって著しく加工硬化するため、その後のフィンパス成形を行ってもテーパは比較的潰れにくくなり、フィンパス成形後も前記付与されたままのテーパ形状を保持できる。
【００１６】
また、フィンパス最終スタンドで上記の材料端部にテーパを付与すると、そのすぐ後で電縫溶接が行われるため、潰れのない良好なテーパ形状を保持したまま電縫溶接が可能である。
本発明ではフィンパス成形のみを用いるため、エッジャーロールや研削ロールなどの設備が不要で、それらのロールや研削砥石の交換が不要となり、能率良く溶接品質の良い電縫管が製造できる。
【００１７】
さらに、圧接直前の帯材端部のテーパ形状の適正化を図った結果、各部のテーパにおいて、幅方向に垂直な端面から幅方向内側への傾斜角度が２５〜５０°であり、帯材厚さ端から帯材厚さ方向内側への延在深さが帯材厚さの２０〜４５％であるテーパ形状とすれば良いことを把握した。
すなわち、前記傾斜角度が２５°未満であると、板厚中央部からの溶鋼排出が不充分となってペネトレータが残留して電縫溶接部の靭性や強度が低下することがあり、一方、前記傾斜角度が５０°超であると、テーパ形状が溶接後に製品管の疵として残留しやすい。
また、前記延在深さが板厚の２０％未満であると、板厚中央部からの溶鋼排出が不充分となってペネトレータが残留しやすくなり、一方、前記延在深さが板厚の４５％超であると、未溶接の管状の帯材をスクイズロールで挟んで端部を圧接する際、相対する左右の両端部が上下にずれ易くて電縫溶接が正常にできず、製品としての管にすることができない場合が多々生じ、また、電縫溶接ができた場合でも、テーパ形状が溶接後に製品管の疵として残留しやすい。
【００１８】
図１は本発明の実施に用いられる電縫管製造ラインの１例を示す模式図である。このラインは、帯材20を、アンコイラ１から払い出し、レベラ２で平坦に矯正し、ロール成形機４で帯材20を徐々に丸めていき、丸めた帯材20の左右両幅端部を加熱実施部（誘導加熱手段）５と圧接実施部（スクイズロール）６からなる電縫溶接機で電縫溶接して管30となし、管30の溶接ビード部をビード切削機７で切削し、切削後の管30を、サイザー８で外径調整した後、管切断機９で所定長さに切断するという構成を有している。
【００１９】
ロール成形機４は、最下流段に、丸めた板端部を拘束して真円に近い形状（横断面形状）とするフィンパス成形３のスタンドを所定台数備えており、この例では第１スタンド3a、第２スタンド3bの全２スタンドよりなっているが、全１スタンドあるいは全３スタンド以上とされる場合もある。
本発明の実施にあたり、同一のフィンパス成形スタンド、例えば図１の第２スタンド3bを用いて、帯材20の幅端部の内面側（管内面に対応する側）と外面側（管外面に対応する側）にテーパを付与する場合、図２(a),(b)に示すように、第２スタンド3b内のフィン形状を３段階の角度を有するものとする。そのフィン形状は、図２(c）の目標テーパ形状に整合する図２(b)の形状に設計すればよい。なお、前述のように、外面側、内面側の傾斜角度α、γはともに２５〜５０°の範囲内とするのが好ましい。また、延在深さβ、δはともに板厚の２０〜４５％の範囲内とするのが好ましく、より好ましくは４１〜４５％の範囲内とすることである。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例に基づいて説明する。
ここでは、帯材（板）として板幅１９２０ｍｍ×板厚１９．１ｍｍの鋼帯を用いて、外径６００ｍｍの電縫管を製造した。製造した電縫管の溶接部から試験片を切り出してシャルピー試験を行い、性能を評価した。シャルピー試験片は、管長手方向位置の相違する１０点から1本ずつ、試験片長さ方向を管円周方向に平行にし、ノッチ長さ中心を溶接部肉厚中心位置として採取し、ＪＩＳ５号の２ｍｍＶノッチ衝撃試験片として、−４６℃での衝撃試験を行い、吸収エネルギー（衝撃強度）、脆性破面率を測定した。なお、吸収エネルギーは１２５Ｊ以上、脆性破面率は３５％以下を性能許容範囲とした。
【００２１】
（本発明例１）本発明例１では、図１と同様の電縫管製造ライン（ただし、フィンパス成形のスタンドは全３スタンドとした）を用い、フィンパス成形の第３（最終）スタンドのフィン形状を図２(b)と同様の３段階角度の形状（第１、第２スタンドでは通常の１段階角度の形状）として、このスタンドで板端部の内面側と外面側に図２(c)と同様のテーパ形状の付与を図った。目標テーパ形状は表１に示す通りとした。
【００２２】
（本発明例２）本発明例２では、図１と同様の電縫管製造ライン（フィンパス成形のスタンドは全２スタンド）を用い、フィンパス成形の第１スタンドのフィン形状を図２(b)と同様の３段階角度の形状（第２スタンドでは通常の１段階角度の形状）として、このスタンドで板端部の内面側と外面側に図２(c)と同様のテーパ形状の付与を図った。目標テーパ形状は表１に示す通りとした。
【００２３】
（本発明例３）本発明例３では、図１と同様の電縫管製造ライン（ただし、フィンパス成形のスタンドは全３スタンドとした）を用い、フィンパス成形の第２スタンドのフィン形状を図２(b)と同様の３段階角度の形状（第１、第３スタンドでは通常の１段階角度の形状）として、このスタンドで板端部の内面側と外面側に図２(c)と同様のテーパ形状の付与を図った。目標テーパ形状は表１に示す通りとした。
【００２４】
（従来例１）従来例１では、図１と同様の電縫管製造ライン（フィンパス成形のスタンドは全２スタンド、各スタンドのフィン形状は通常の１段階角度とした）を用い、図３に示す方法（特許文献１記載の方法）により、第１スタンド3aで内面側、第２スタンド3bで外面側にそれぞれテーパ付与を図った。目標テーパ形状は表１に示す通りとした。
（従来例２）従来例２では、図１と同様の電縫管製造ライン（フィンパス成形のスタンドは全２スタンド、各スタンドのフィン形状は通常の１段階角度とした）を用い、図４に示す方法（特許文献２記載の方法）により、フィンパス成形の上流側に設けたエッジャーロール12で板端部の板厚方向全域にわたる平テーパ（内面側ほど板内側に入る）を付与後、平テーパの外面側の部分をフィンパス成形の第１スタンド3aのフィンで圧して幅方向に垂直な状態にすることを図った。目標テーパ形状は表１に示す通りとした。
【００２５】
（従来例３）従来例３では、従来例１において、ロール成形前に板幅端部を平らに研磨して矩形端面とし、フィンパス成形ではテーパ付与を図らず、前記矩形端面が保全されるようにした（通常のフィンパス成形と同様）。
これらにより製造した電縫管の溶接部におけるシャルピー衝撃値と脆性破面率を測定した結果を表１に示す。また、電縫溶接直前の材料端部からテーパ形状観察用サンプルを切り出して断面形状を観察した結果も表１に付記した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１より、本発明例では、比較例と比べ、溶接部の衝撃強度が高く脆性破面率が小さくて、靭性が良好であって、製品の信頼性が高い。これに対し、従来例では、溶接部の衝撃強度が著しく低く脆性破面率が大きくて、靭性が低下しており、製品の信頼性に乏しかった。また、フィンパス成形後の電縫溶接直前における材料端部形状を比較すると、本発明例では内外面側双方に目標通りのテーパ形状を付与できたのに対し、従来例１、２ではいずれもテーパが不足しており、板厚方向に平滑化されてしまったことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施に用いられる電縫管製造ラインの１例を示す側面模式図である。
【図２】本発明に係るテーパ付与方法の１例を示す横断面模式図である。
【図３】従来のテーパ付与方法の１例（従来例１）を示す横断面模式図である。
【図４】従来のテーパ付与方法の１例（従来例２）を示す横断面模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  アンコイラ
２  レベラ
３  フィンパス成形
3a  フィンパス成形の第１スタンド
3b  フィンパス成形の第２スタンド
４  ロール成形機
５  加熱実施部（誘導加熱手段）
６  圧接実施部（スクイズロール）
７  ビード切削機
８  サイザー
９  管切断機
11  帯材の幅方向に垂直な端面
12  エッジャーロール
13  帯材の幅方向に垂直な端面と整合するフィン部分
20  帯材（板）
30  管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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