(57)【要約】【課題】電縫溶接直前の幅端部形状を適切な形状とすることができ、それによって、電縫溶接時に十分な溶鋼排出がなされて、ペネトレータが確実に取り除かれ、溶接部特性の良好な電縫管を得ることができる電縫管の製造装置を提供する。【解決手段】ロール成形機４が、少なくとも２段以上のテーパ形状を有するフィンを組み込んでなるフィンパス成形スタンド３を有しており、そのフィンパス成形スタンド３によって、帯板の幅端部に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】
少なくとも、帯板を供給する装置と、供給された帯板の形状を矯正する装置と、矯正された帯板のロール成形を行う装置と、ロール成形された帯板幅端部を誘導加熱する装置と、誘導加熱された帯板幅端部を圧接する装置とを備えた電縫管の製造装置において、前記ロール成形を行う装置が、少なくとも２段以上のテーパ形状を有するフィンを組み込んでなるフィンパス成形装置を有しており、該フィンパス成形装置によって、帯板の幅端部にテーパ形状を付与するようになっていることを特徴とする溶接部特性の良好な電縫管製造装置。
【請求項２】
前記フィンパス成形装置は、フィンパス成形の前段で、管の内径側となる帯板幅端部にテーパ形状を付与し、フィンパス成形の後段で、管の外径側となる帯板幅端部にテーパ形状を付与することを特徴とする請求項１に記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【請求項３】
帯板の幅端部に付与するテーパ形状は、板厚方向垂直端面からの角度を２５°〜５０°として、テーパ開始位置から終了位置までの板厚方向の長さを板厚の２０％〜４０％とすることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油井のラインパイプ向けなどの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の溶接部強度が要求される管の製造装置に関わる。
【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、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、管を寒冷地に敷設され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とされ、管の強度が重要視される。
【０００４】
溶接管の中でも電縫管は、溶接金属を用いずに溶接するため、その製造装置の構成は、少なくとも、帯板を供給する装置、供給された帯板の形状を矯正する装置、矯正された帯板のロール成形を行う装置、ロール成形された帯板幅端部を誘導加熱する装置、誘導加熱された帯板幅端部を圧接する装置からなっている。さらに、溶接された管の溶接部を熱処理する装置、管の外径形状を整える装置を具備する場合が多い。
【０００５】
なお、帯板のロール成形を行う装置は、帯板を弓なりに曲げるブレークダウンロールスタンド、弓なりに曲げられた帯板を管状に丸めるケージロールスタンド、丸められた後の管の形を整えるフィンパス成形スタンドからなっている。
【０００６】
そのような従来用いられている電縫管の製造装置の一例を図５に示す。帯板２０を供給するアンコイラ１と、帯板２０を平坦に矯正するレベラー２と、矯正された帯板２０を徐々に丸めていくロール成形機４と、丸めた帯板２０の左右両幅端部を誘導加熱する誘導加熱装置５と、誘導加熱された帯板幅端部を圧接して管２１となすスクイズロール（電縫溶接部）６と、管２１の溶接ビード部を切削するビード部切削機７と、切削後の管２１の外径を調整するサイザー８と、外径を調整された管２１を所定長さに切断する管切断機９とで構成されている。なお、ロール成形機４は最後段に所定台数（ここでは２台）のフィンパス成形スタンド１０を備えている。そのフィン形状は１段のテーパ形状からなっている。
【０００７】
そして、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て、母材の靭性や強度等の特性は確保される。
【０００８】
しかし、溶接部の特性は、母材の成分設計や熱処理等以上に、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技術の開発が重要であった。
【０００９】
電縫溶接の不良原因としては、ペネトレータと呼ばれる被溶接帯板の幅端部に生成する酸化物が、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を原因として靭性が低下し強度不足になる例が多かった。
【００１０】
そこで、従来、ペネトレータを溶接部から除くため、溶接部の被溶接帯板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、帯板の幅端面の形状について検討した例が記載されている。通常、帯板の幅端面はスリットや端面研削によってほぼ矩形を呈しているが、この幅端面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５７−０３１４８５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】
【００１１】
しかし、本発明者らが特許文献１に記載の方法を検討したところ、フィンパス成形におけるアプセット量を大幅に変更しても、帯板２０の幅端部の一部分のみをフィンパス孔型ロールのフィンに接触させることは著しく困難なことが判明した。これは、それまでの成形過程で帯板２０の幅端部はわずかしか加工硬化していないために、帯板の幅端部全体がフィンに沿って変形してフィン部に完全充満し易く、帯板の幅端部にフィンの形状が転写されてしまうためである。その結果、電縫溶接直前には帯板２０の幅端部が所望の形状になっていない。
【００１２】
また、本発明者らが特許文献２に記載の方法を検討したところ、ロール成形途中（フィンパス成形スタンドの上流側）でエッジャロール１１を用いて帯板２０の幅端部全体にテーパ形状を付与するには、この特許文献２に記載されるとおり、管外面側から管内面側にかけて直径が徐々に大きくなるエッジャロールを用いて成形する必要があるため、管内面側となる幅端部がエッジャ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、ロール成形される帯板２０の横断面方向には管状の帯板２０を外側に開く大きな反力が作用するため、エッジャロール１１と帯板２０の幅端部との圧力は必然的に小さくなる。その結果、前記特許文献１と同様に、エッジャロールでの幅端部の圧下では加工硬化しにくくなり、その後のフィンパス成形でアプセット量を軽減したとしても、帯板がフィン部にほぼ充満して、帯板２０の幅端部に特許文献２に記載のような形状を付与することは困難なことが確認された。
【００１３】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、電縫溶接直前の幅端部形状を適切な形状とすることができ、それによって、電縫溶接時に十分な溶鋼排出がなされて、ペネトレータが確実に取り除かれ、溶接部特性の良好な電縫管を得ることができる電縫管の製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述のように、特許文献１、２に記載の従来技術においては、帯板の幅端面にテーパ形状を付与するために、フィンパス孔型ロールのフィンに帯板の幅端部の一部分を押し当ててテーパ形状を付与するようにしているが、本発明者らの検討によれば、フィンパス孔型ロールに帯板の円周方向全周が充満しなくとも、帯板がフィンパス孔型ロールに装入される際に、幅端部がフィンに強圧されて、幅端部がフィン部に完全充満することを把握した。すなわち、帯板がフィンパス孔型ロールに装入される場合、フィンに接触した帯料の幅端部およびそのほぼ１８０度反対側に位置する帯板の幅中央部（管状の底の部分）とが梁撓みの状態となって、横断面を円弧形状に曲げようとする帯板の反力が大きく作用して、たとえ帯料がフィンパス孔型ロールに充満しなくとも、帯板の幅端部には円周方向に大きな圧縮力が作用し、その結果、帯板の幅端部はフィンに強圧されてフィンの形状がそのまま帯板の幅端部に転写されることを把握した。
【００１５】
そこで、本発明者らは、フィンパス成形において帯板の幅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ことで、帯板の幅端部に所定のテーパ形状を付与する方法を着想した。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、フィンパス成形でのアプセット量が小さくとも、帯板の幅端部に所望のテーパ形状を付与でき、それによって電縫溶接直前の帯板の幅端部形状を適切なテーパ形状とすることができることを見出した。
【００１６】
本発明は、上記のような考えに基づいており、以下の特徴を有している。
【００１７】
［１］少なくとも、帯板を供給する装置と、供給された帯板の形状を矯正する装置と、矯正された帯板のロール成形を行う装置と、ロール成形された帯板幅端部を誘導加熱する装置と、誘導加熱された帯板幅端部を圧接する装置とを備えた電縫管の製造装置において、前記ロール成形を行う装置が、少なくとも２段以上のテーパ形状を有するフィンを組み込んでなるフィンパス成形装置を有しており、該フィンパス成形装置によって、帯板の幅端部にテーパ形状を付与するようになっていることを特徴とする溶接部特性の良好な電縫管製造装置。
【００１８】
［２］前記フィンパス成形装置は、フィンパス成形の前段で、管の内径側となる帯板幅端部にテーパ形状を付与し、フィンパス成形の後段で、管の外径側となる帯板幅端部にテーパ形状を付与することを特徴とする前記［１］に記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【００１９】
［３］帯板の幅端部に付与するテーパ形状は、板厚方向垂直端面からの角度を２５°〜５０°として、テーパ開始位置から終了位置までの板厚方向の長さを板厚の２０％〜４０％とすることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、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】
【００２１】
本発明の実施形態を以下に述べる。
【００２２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る電縫管製造装置の基本構成を図１に示す。この電縫管製造装置の基本構成は、帯板２０を供給するアンコイラ１と、帯板２０を平坦に矯正するレベラー２と、矯正された帯板２０を徐々に丸めていくロール成形機４と、丸めた帯板２０の左右両幅端部を誘導加熱する誘導加熱装置５と、誘導加熱された帯板幅端部を圧接して管２１となすスクイズロール（電縫溶接部）６と、管２１の溶接ビード部を切削するビード部切削機７と、切削後の管２１の外径を調整するサイザー８と、外径を調整された管２１を所定長さに切断する管切断機９とからなっている。なお、ロール成形機４は最後段に所定台数（ここでは２台）のフィンパス成形スタンド４を備えている。
【００２３】
そして、この実施形態に係る電縫管製造装置は、フィンパス成形第１スタンド３ａのフィンは通常の１段階のテーパ形状になっているが、図２（ａ）に横断面図、図２（ｂ）にその部分詳細図を示すように、第２スタンド３ｂのフィンが２段階のテーパ形状（２段目のテーパ傾斜角度α、２段目の傾斜部垂直長さβ）を備えており、その形状を帯板２０の左右両幅端部に転写することによって、図２（ｃ）に示すように、管外面となる側の左右両幅端部に所定のテーパ形状（幅端面から管外面となる表面に向けての傾斜角度α、幅端面における開始位置の管外面となる表面からの板厚方向距離β）を付与するようになっている。
【００２４】
そして、帯板２０の左右両幅端部に付与するテーパ形状については、板厚方向垂直端面からの角度（帯板２０の幅端面から管外面となる表面に向けての傾斜角度）αが２５°〜５０°であり、テーパ開始位置から終了位置までの板厚方向の長さ（幅端面におけるテーパ開始位置と管外面となる表面との帯板板厚方向の距離）βが帯板板厚の２０％〜４０％となるようにしている。
【００２５】
なぜなら、傾斜角度αが２５°未満であると、帯板板厚中央部からの溶鋼排出が不十分となってペネトレータが残留して不良となり、電縫溶接後の靭性や強度が低下し、傾斜角度αが５０度を超えると、電縫溶接後にもそのテーパ形状が製品の管の疵として残留し問題である。また、テーパ開始距離βが板厚に対して２０％未満であると、板厚中央部の溶鋼排出が不十分となってペネトレータが残留しやすくなり、テーパ開始距離βが板厚に対して４０％を超えると、電縫溶接後にもそのテーパ形状が製品の管の疵として残留し問題である。
【００２６】
上記のようにして、この実施形態においては、フィンパス成形最終スタンド３ｂのフィン形状を２段階の角度を有する形状とし、そのフィン形状を帯板２０の左右両幅端部に転写するようにしているので、電縫溶接直前の帯板２０の幅端部形状を適切なテーパ形状とすることができる。その結果、電縫溶接時に十分な溶鋼排出がなされて、ペネトレータが確実に取り除かれるので、溶接部特性の良好な電縫管を得ることができる。
【００２７】
なお、上記において、２段階のテーパ形状を変更することによって、管内面側となる左右両幅端部に所定のテーパ形状を付与することもできる。
【００２８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る電縫管製造装置の基本構成も、前述の図１に示したものである。
【００２９】
そして、この第２の実施形態に係る電縫管製造装置は、フィンパス成形第１スタンド３ａのフィンは通常の１段階のテーパ形状になっているが、図３（ａ）に横断面図、図３（ｂ）にその部分詳細図を示すように、第２スタンド３ｂのフィンが３段階のテーパ形状（１段目の傾斜部垂直長さδ、２段目のテーパ傾斜角度γ、３段目のテーパ傾斜角度α、３段目の傾斜部垂直長さβ）を備えており、その形状を帯板２０の左右両幅端部に転写することによって、図３（ｃ）に示すように、管外面となる側の左右両幅端部に所定のテーパ形状（幅端面から管外面となる表面に向けての傾斜角度α、幅端面における開始位置の管外面となる表面からの板厚方向距離β）を付与するとともに、管内面となる側の左右両幅端部に所定のテーパ形状（幅端面から管内面となる表面に向けての傾斜角度γ、幅端面における開始位置の管内面となる表面からの板厚方向距離ψ）を付与するようになっている。ただし、３段階としたフィンのいずれかの角度がフィンパスロールの垂直方向より大きな角度になると、帯板の幅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以下にしておくとよい。
【００３０】
そして、帯板２０の左右両幅端部に付与するテーパ形状については、帯板２０の幅端面から管外面となる表面に向けての傾斜角度αおよび管内面となる表面に向けての傾斜角度γがそれぞれ２５°〜５０°であり、幅端面におけるテーパ開始位置と管外面となる表面との帯板板厚方向の距離βおよび管内面となる表面との帯板板厚方向の距離ψがそれぞれ帯板板厚の２０％〜４０％となるようにしている。
【００３１】
なぜなら、傾斜角度α、γが２５°未満であると、帯板板厚中央部からの溶鋼排出が不十分となってペネトレータが残留して不良となり、電縫溶接後の靭性や強度が低下し、傾斜角度α、γが５０度を超えると、電縫溶接後にもそのテーパ形状が製品の管の疵として残留し問題である。また、テーパ開始距離β、ψが板厚に対して２０％未満であると、板厚中央部の溶鋼排出が不十分となってペネトレータが残留しやすくなり、テーパ開始距離β、ψが板厚に対して４０％を超えると、電縫溶接後にもそのテーパ形状が製品の管の疵として残留し問題である。
【００３２】
上記のようにして、この実施形態においては、フィンパス成形最終スタンド３ｂのフィン形状を３段階の角度を有する形状とし、そのフィン形状を帯板２０の左右両幅端部に転写するようにしているので、電縫溶接直前の帯板２０の幅端部形状を適切なテーパ形状とすることができる。その結果、電縫溶接時に十分な溶鋼排出がなされて、ペネトレータが確実に取り除かれるので、溶接部特性の良好な電縫管を得ることができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る電縫管製造装置の基本構成も、前述の図１に示したものである。
【００３４】
そして、この第３の実施形態に係る電縫管製造装置は、図４（ａ）に横断面図、図４（ｂ）にその部分詳細図を示すように、前段のフィンパス成形第１スタンド３ａのフィンが２段階のテーパ形状（１段目の傾斜部垂直長さδ、２段目のテーパ傾斜角度γ）を備えており、その形状を帯板２０の左右両幅端部に転写することによって、図４（ｃ）に示すように、管内面となる側の左右両幅端部に所定のテーパ形状（幅端面から管内面となる表面に向けての傾斜角度γ、幅端面における開始位置の管内面となる表面からの板厚方向距離ψ）を付与するとともに、図４（ｄ）に横断面図、図４（ｅ）にその部分詳細図を示すように、後段の第２スタンド３ｂのフィンが２段階のテーパ形状（２段目のテーパ傾斜角度α、２段目の傾斜部垂直長さβ）を備えており、その形状を帯板２０の左右両幅端部に転写することによって、図４（ｆ）に示すように、管外面となる側の左右両幅端部に所定のテーパ形状（幅端面から管外面となる表面に向けての傾斜角度α、幅端面における開始位置の管外面となる表面からの板厚方向距離β）を付与するようになっている。
【００３５】
ちなみに、フィンパス成形第１スタンド３ａで管内面となる幅端部にテーパ形状を付与した場合、その部分は強圧によって著しく加工硬化するため、さらにフィンパス成形第２スタンド３ｂでテーパ形状を付与しても、第１スタンド３ａで付与したテーパ形状は比較的潰れにくい。したがって、フィンパス成形終了後の帯板の幅端部には管内面側および管外面側とも所定のテーパ形状が付与できるわけである。
【００３６】
そして、帯板２０の左右両幅端部に付与するテーパ形状については、帯板２０の幅端面から管外面となる表面に向けての傾斜角度αおよび管内面となる表面に向けての傾斜角度γがそれぞれ２５°〜５０°であり、幅端面におけるテーパ開始位置と管外面となる表面との帯板板厚方向の距離βおよび管内面となる表面との帯板板厚方向の距離ψがそれぞれ帯板板厚の２０％〜４０％となるようにしている。
【００３７】
なぜなら、傾斜角度α、γが２５°未満であると、帯板板厚中央部からの溶鋼排出が不十分となってペネトレータが残留して不良となり、電縫溶接後の靭性や強度が低下し、傾斜角度α、γが５０度を超えると、電縫溶接後にもそのテーパ形状が製品の管の疵として残留し問題である。また、テーパ開始距離β、ψが板厚に対して２０％未満であると、板厚中央部の溶鋼排出が不十分となってペネトレータが残留しやすくなり、テーパ開始距離β、ψが板厚に対して４０％を超えると、電縫溶接後にもそのテーパ形状が製品の管の疵として残留し問題である。
【００３８】
上記のようにして、この実施形態においては、フィンパス圧において、前段の第１スタンド３ａのフィン形状および後段の第２スタンド３ｂのフィン形状をそれぞれ２段階の角度を有する形状とし、それらのフィン形状を帯板２０の左右両幅端部に転写するようにしているので、電縫溶接直前の帯板２０の幅端部形状を適切なテーパ形状とすることができる。その結果、電縫溶接時に十分な溶鋼排出がなされて、ペネトレータが確実に取り除かれるので、溶接部特性の良好な電縫管を得ることができる。
【００３９】
なお、上述の第１〜第３の実施形態においては、フィンパス成形最終スタンド（ここでは、第２スタンド３ｂ）で帯板の管外面側あるいは管外面側の幅端部にテーパ形状を付与するようにしているのは、その直後に電縫溶接が行われるため、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からである。しかし、フィンパス成形開始スタンドや中間スタンドにおいて帯板の幅端部にテーパ形状を付与し、フィンパス成形最終スタンドではテーパ形状を付与しないようにしてもよい。いったん帯板の幅端部にテーパ形状を付与すれば、その幅端面は強圧によって著しく加工硬化するため、その後にフィンパス成形を行ってもテーパ形状は比較的潰れにくく、フィンパス成形終了後もそのテーパ形状を付与した状態が保持できる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例に基づいて説明する。
【００４１】
ここでは、板幅１９２０ｍｍ×１９．１ｔｍｍの帯板（鋼帯）を用いて、φ６００の電縫管を製造した。そして、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、脆性破面率を測定した。なお、吸収エネルギーは１２５Ｊ以上、脆性破面率が３５％以下を性能許容範囲とした。
【００４２】
（本発明例）本発明例として、前述の第２の実施形態に係る電縫管製造装置を用いて上記の電縫管を製造した。なお、管外面となる側の傾斜角度αおよび管内面となる側の傾斜角度γはともに２５°とした。
【００４３】
（従来例）  従来例として、図５に示した従来の電縫管製造装置を用いて上記の電縫管を製造した。
【００４４】
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。電縫溶接直前の帯板幅端部を切り出して採取し、その幅端部における形状を観察した結果も付記した。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１より、本発明例では、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。これに比較して、従来例では、溶接部の衝撃強度が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。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る電縫管製造装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電縫管製造装置の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電縫管製造装置の説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る電縫管製造装置の説明図である。
【図５】従来の電縫管製造装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  アンコイラ
２  レベラ−
３  フィンパス成形スタンド
３ａ  フィンパス成形第１スタンド
３ｂ  フィンパス成形第２スタンド
４  ロール成形機
５  誘導加熱装置
６  スクイズロール（電縫溶接部）
７  ビード切削バイト
８  サイザー
９  管切断機
１０  フィンパス成形スタンド
２０  帯板
２１  管
【図１】
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【図２】
2008093703.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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