(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅１９２０ｍｍ×厚さ１９．１ｍｍの帯材を成形し、その端部を突き合わせて電縫溶接して管とする過程の途中で、フィンパスロール圧延の後に、垂直端面から上下方６ｍｍの範囲に４０度の直線状テーパを付与した孔型ロールを千鳥状に配設し、該孔型ロールによる圧延を前記帯材の端部に施してテーパ形状を付与した後に電縫溶接することを特徴とする溶接部特性の良好なラインパイプもしくはケーシングパイプ向け電縫管製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部特性の良好な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の、溶接部の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、溶接部の強度が要求される管を対象とした製造方法に関わる。
【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、帯材の幅を丸め、丸めた幅の両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いわれ、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、管の敷設地が寒冷地に当たることが多いため低温靭性が重要であり、また、原油採掘用の油井では、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。
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。
【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、電縫溶接方法によって大きく左右されるため、溶接技術の開発が重要であった。
電縫溶接不良の原因としては、ペネトレータと呼ばれる、被溶接端面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たり強度不足になる例が多かった。
【０００５】
そこで、従来より、電縫溶接不良の主原因であるペネトレータを溶接部から除くため、被溶接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１〜５などに、被溶接端面の形状について検討した例が記載されている。すなわち、通常、被溶接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、これをロール成形の前にテーパ加工して、加工した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57-31485号公報
【特許文献２】特開昭63-317212号公報
【特許文献３】特開2001-170779号公報
【特許文献４】特開2001-259733号公報
【特許文献５】特開2003-164909号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、電縫管の製造過程では、帯材はロール成形された後、電縫溶接される。このロール成形では、帯材を管にするために帯材の幅の両端部近傍に円周方向の曲げを加えたり、あるいは、電縫溶接での被溶接端部の突き合わせ精度を良好に保つため、フィンパス圧延と呼ばれるロール成形で、帯材の丸めた幅の両端部を拘束して帯材の断面を円に近い形状とする工程が必要である。
【０００７】
これらロール成形過程において、例えばロール成形途中で曲げが加わると、ロール成形前に加工したテーパ形状がゆがんで、いびつな端部形状となり、電縫溶接時に十分な溶鋼排出ができず、ペネトレータを十分取り除くことができない。
また、上述のフィンパス圧延において、幅を丸めた帯材の断面を円形状にするためには、フィンパス圧延用ロールの孔型に、帯材の丸めた幅の両端部を十分充満させる必要があることから、当該端部はフィンに強圧されることになる。その結果、ロール成形前に加工していたテーパが潰れて、十分な量のテーパを確保できなくなるだけでなく、テーパ形状がフィンパス圧延条件に左右されてその形状の予測が困難であるため、いびつな端部形状となる場合もあって、電縫溶接時に十分な溶鋼排出ができず、ペネトレータを十分取り除くことができなくて、溶接品質を良好に保持することが著しく難しかった。
【０００８】
そこで、本発明は、電縫溶接直前の帯材の丸めた幅の両端部の形状を、確実に所望のテーパ形状となし、溶接品質を良好に保持しうる、溶接部特性の良好な電縫管製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
先述のように、従来の技術はいずれも、ロール成形の前に帯材の幅の両端面をテーパ加工するものである。これは、帯材の幅の端部が平坦な状態にあるため、端部を加工しやすいという理由で検討されたものであるが、反面、ロール成形の途中で曲げやフィンパス圧延が加わるため、溶接直前の、帯材の丸めた幅の両端部を確実に所望の形状に保つには著しく不利なものであった。
【００１０】
そこで、発明者らは、帯材の被溶接端部のテーパ加工を、上述の問題が生じないような工程により施すことを検討し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は、幅１９２０ｍｍ×厚さ１９．１ｍｍの帯材を成形し、その端部を突き合わせて電縫溶接して管とする過程の途中で、フィンパスロール圧延の後に、垂直端面から上下方６ｍｍの範囲に４０度の直線状テーパを付与した孔型ロールを千鳥状に配設し、該孔型ロールによる圧延を前記帯材の端部に施してテーパ形状を付与した後に電縫溶接することを特徴とする溶接部特性の良好なラインパイプもしくはケーシングパイプ向け電縫管製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電縫溶接直前の帯材の丸めた幅の両端部の形状を、確実に所望のテーパ形状となし、溶接品質を良好に保持しうるので、著しく良好な溶接部靭性及び溶接強度を有する電縫管を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において、帯材の成形とは、帯材の幅を段階的に丸めていって帯材の断面を円形状にするものであり、該成形の過程は、帯材の幅の両端部近傍の曲げ加工を行うロール成形初期段階と、帯材を最終的に円形状の断面に仕上げるフィンパス圧延段階とを有する。
まず、帯材の幅の端部近傍の曲げ加工は、ロール成形の初期段階で行われる。従って、この端部の曲げが行われた後に、端部にテーパ加工すると、曲げによるテーパ形状のゆがみがほとんどなく、良好なテーパ形状が保持できて良いわけである。しかし、曲げ加工後の端部は緩やかに曲がっており、研削などの端部除去手段では所望どおりのテーパ形状に加工することが難しい。その形状をオンラインで直接観察しつつ研削することが望ましいが、供給する潤滑剤や冷却水が悪影響して困難であり、その結果、形状を予測する手段しかないため、所望どおりのテーパ形状に加工し難いわけである。また、帯材の断面を徐々に円形状に近づけるため、帯材の幅の両端部が互いに接近してくる結果、その狭いすきまに研削装置を取り付けることも困難であった。
【００１３】
そこで、発明者らは鋭意検討した結果、成形の過程の途中に孔型ロールを設置して、その孔型形状を適切なもの、すなわち帯材の被溶接端部の目標形状に整合するもの、とすることで、帯材の幅の両端部が緩やかに曲がっていても、該両端部に所望どおりのテーパ形状を付与することが十分可能であることを把握した。すなわち、孔型ロールであれば、ロール孔型形状を予め決めて加工しておくことにより、帯材の幅の両端部が孔型ロールの孔型に充満しようとして曲がりの影響を相殺して、該両端部に所望どおりのテーパ形状を付与できるわけである。
【００１４】
次に、フィンパス圧延において、帯材の丸められつつある幅の両端部が強圧される場合は、フィンパス圧延を終えた帯材の丸めた幅の両端部にテーパ加工すると良いわけである。なお、フィンパス圧延後は、帯材の断面がほぼ円形状をなし、帯材の丸めた幅の両端部が互いに著しく近接しているため、研削などの端部除去手段では、その装置を取り付けることが著しく困難であった。そこで、発明者らは、上記と同じく、フィンパス圧延後（すなわち成形の過程の後でかつ電縫溶接の過程の前）に孔型ロールを設置して、その孔型形状を適切なもの、すなわち帯材の被溶接端部の目標形状に整合するもの、とすることで、帯材の丸めた幅の両端部に所望どおりのテーパ形状を付与することが十分可能であることを把握した。すなわち、孔型ロールであれば小型化が可能であり、帯材の丸めた幅の両端部相互間のすきまが極端に小さい場合でも、孔型ロールを帯材の進行方向に千鳥状に配列し、この配列に適応するロール孔型形状を予め決めて加工しておくことにより、帯材の丸めた幅の両端部が孔型ロールの孔型に充満して、該端部に所望どおりのテーパ形状を付与できるわけである。
【００１５】
これらにより、溶接直前の帯材の丸めた幅の両端部の形状を、所望どおりのテーパ形状とすることが可能となり、該端部からの溶鋼排出が十分行われて、ペネトレータを十分除去できる結果、溶接部の靭性や強度などの特性を良好に保持することが可能となるのである。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例に基づいて説明する。
ここでは、幅1920mm×厚さ19.1mmの鋼帯（帯材）２０を、図１又は図２に示すような、アンコイラー１、レベラー２、ロール成形機５、電縫溶接機（誘導加熱部６及びスクイズロール（電縫溶接部）７からなる）、サイザー９を順次配列した造管機に通して、外径600mmの鋼管（管）３０を製造した。なお、図１乃至図２において、８はビード部切削機、１０は管切断機である。
【００１７】
製造した鋼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異する１０点から１本ずつ、試験片長さ方向を管円周方向に平行とし、ノッチ長さ中心を溶接部肉厚中心位置として採取し、JIS ５号の2mmVノッチ衝撃試験片として、−46℃での衝撃試験を行い、吸収エネルギー及び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。
【００１８】
（参考例）  参考例では、図３に示す形状の孔型ロール４において、垂直端面１５のコーナから垂直端面１５の延長方向に上下とも5mmの位置までの範囲にとったテーパ域１３，１４内に、垂直端面１５からの角度（すなわち孔型のテーパ角度１１，１２）が３０度になるほぼ直線状のテーパを付与してなる、参考例用の孔型ロール４を用意し、これを、図１に示すように、ロール成形の過程の途中である、帯材２０の幅の両端部近傍の曲げ加工を行うブレークダウン第１スタンド３の出側に配設し、造管中に、参考例用の孔型ロール４にて帯材２０の幅の両端部を圧延することにより、同端部の上下部に所望のテーパ形状を付与した。その後、ロール成形を経て、電縫溶接し、サイザー圧延して、鋼管３０を製造した。製造した鋼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った。
【００１９】
（本発明例）  本発明例では、図３に示す孔型ロール４において、垂直端面１５のコーナから垂直端面１５の延長方向に上下とも6mmの位置までの範囲にとったテーパ域１３，１４内に、垂直端面１５からの角度（すなわち孔型のテーパ角度１１，１２）が４０度になるほぼ直線状のテーパを付与してなる、本発明例用の孔型ロール４を用意し、これを、図２に示すように、ロール成形の過程の後である、ロール成形機５の最終段のフィンパス圧延スタンドの後でかつ電縫溶接機の前段である誘導加熱部６の前に、千鳥状の配列形態で配設し、造管中に、本発明例用の孔型ロール４にて帯材２０の丸めた幅の両端部を圧延することにより、同端部の上下部に所望のテーパ形状を付与した。その後、電縫溶接し、サイザー圧延して、鋼管３０を製造した。製造した鋼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った。
【００２０】
（従来例１）  従来例１として、造管前に幅の両端面をほぼ矩形とした鋼帯２０（本発明例と同じ鋼種及びサイズのもの）を、図１において孔型ロール４を取り外した造管機に通して、鋼管３０を製造した。製造した鋼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った。
（従来例２）  従来例２として、孔型ロール４において、垂直端面１５のコーナから垂直端面１５の延長方向に上下とも2mmの位置までの範囲にとったテーパ域１３，１４内に、垂直端面１５からの角度が１０度になるほぼ直線状のテーパを付与してなる孔型ロール４を用意し、これを、従来例１で用いた造管機における、ロール成形の前であるレベラー２の後でかつブレークダウン第１スタンド３に入側に配設し、造管中に、帯材２０の幅の両端部を圧延することによりテーパ形状を付与し、ロール成形し、電縫溶接、サイザー圧延して、鋼管３０を製造した。製造した鋼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った。
【００２１】
これらにより製造した鋼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。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１より、従来例による製品鋼管は、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いのに対し、本発明例による製品鋼管は、溶接部の衝撃強度が高く脆性破面率が小さくて、靭性が良好であり、製品の信頼性が高いことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】参考例においてロール成形の過程の途中で孔型ロールによる圧延を行う例を示す電縫管製造工程図である。
【図２】本発明の実施形態においてロール成形の過程の後でかつ電縫溶接の過程の前で孔型ロールによる圧延を行う例を示す電縫管製造工程図である。
【図３】本発明に用いる孔型ロールの一例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  アンコイラー
２  レベラー
３  ブレークダウン第１スタンド
４  孔型ロール
５  ロール成形機
６  誘導加熱部
７  スクイズロール（電縫溶接部）
８  ビード部切削機
９  サイザー
１０  管切断機
１１，１２  孔型のテーパ角度
１３，１４  孔型ロールのテーパ域
１５  垂直端面
２０  鋼帯（帯材）
３０  鋼管（管）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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