(57)【要約】【要  約】【課  題】  ＣＢＲ成形法にさらなる改良を加えて小径超薄肉の超高強度溶接鋼管を製造できるようにした溶接鋼管の製造方法および装置を提供する。【解決手段】  最終のセンターベンドロール４ＣＢを出てから両側部をケージロールＣＲで連続的に拘束支承されながら第１フィンパスロール１Ｆに入るまでの間の素管２の底部に近い両側部分を内面側から押えローラ５で肉厚方向に押すことを旨とした方法および装置である。【選択図】          図５
2005066679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＢＲ成形法を用いた溶接鋼管の製造方法において、最終のセンターベンドロールを出てから両側部をケージロールで連続的に拘束支承されながら第１フィンパスロールに入るまでの間の素管の底部に近い両側部分を内面側から押えローラで肉厚方向に押すことを特徴とする溶接鋼管の製造方法。
【請求項２】
エッジベンドロール、センターベンドロール群、フィンパスロール群あるいはさらにロータリーシームガイドロールをこの順に配置し、かつエッジベンドロールの出側から第１フィンパスロール入側にかけてのライン区域に、帯板両幅端部から素管両側部にかけての部位を連続的に拘束支承するケージロールを配置してなるＣＢＲ成形ミルと、該ＣＢＲ成形ミルを出た素管の継目を溶接温度に加熱する溶接機と、該加熱された継目を圧接するスクイズロールとを有する溶接鋼管の製造装置において、最終のセンターベンドロールと第１フィンパスロールとの間に、素管の底部に近い両側部分を内面側から肉厚方向に押すインナーローラを配置したことを特徴とする溶接鋼管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接鋼管の製造方法および装置に関し、詳しくは、ＣＢＲ成形法（チャンスフリー張出しロール成形法）により帯板の幅を丸めてオープン管状の素管を形成し、該素管の円周方向の継目を溶接して溶接鋼管を製造する溶接鋼管の製造方法において、前記ＣＢＲ成形法を、小径（外径１００ｍｍ以下）超薄肉（肉厚２ｍｍ未満）の超高強度（ＴＳ８００ＭＰａ超級）溶接鋼管の製造に適応させた溶接鋼管の製造方法、および該方法の実施に適した装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
電縫鋼管製造工程において、材料である帯板をオープン管状の素管へと成形するためのロール成形技術として、ＣＢＲ成形法（チャンスフリー張出しロール成形法；Chance-free roll forming）が知られている（例えば、非特許文献１、特許文献１、２、３等参照。）。なお、特許文献１〜３では、ＣＢＲ成形法なる呼称を用いていないが、実質的にＣＢＲ成形法に包含される技術を開示している。ＣＢＲ成形法は、上流成形で帯板幅端部の曲げ成形と帯板幅中央部の曲げ成形を行い、小判型の素管を形成し、下流成形（フィンパス成形）で素管バルジング型の横径張出し成形を行うとともに、各スタンドでの素管円周方向の分担化成形を行うものであり、特に、第１フィンパスロールでは素管円周の４箇所を製品半径より小さい半径に成形するオーバーベンド成形を行うという特徴を有する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、ＣＢＲ成形法でのフィンパス成形フラワー（フラワーとは造管パスライン方向に垂直な材料断面の外形線が描く図形を指す。）は、図１（ａ）に示す従来のサーキュラーベンド主体の成形法での２ラディアス（Ｒ１，Ｒ２）に対し５ラディアス（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５）の設計となっている。ＣＢＲ成形法では、第１フィンパスロールで、素管サイド部相当のＣ部の曲げ成形を抑制して、ＢおよびＢ’部に製品半径より小さい曲げ半径となるオーバーベンド成形を加える。そして第２フィンパスロール（あるいはさらに第３フィンパスロール）で、Ｃ部を張出し曲げ成形するとともに、ＢおよびＢ’部の曲げ戻し成形を行い、全体を製品曲率に近づけていく。なお、Ａ，Ｄ部は上流成形にてほぼ所定の曲率まで成形される。
【０００３】
これによれば、素管継目のＶシェイプ角度の拡大、ロール疵の抑制、残留応力の低減などといったいくつかの優れた特性がもたらされる。
【０００４】
上記ＣＢＲ成形法の実施には、例えば図２に平面図で示すようなライン構成になるＣＢＲ成形ミルが用いられる。すなわち、ＣＢＲ成形ミルは、上流側から、帯板１幅端部の曲げを行うエッジベンドロールＥＢ、帯板１幅中央部圧下を行うセンターベンドロール群（例えばセンターベンドロール１ＣＢ，２ＣＢ，３ＣＢ，４ＣＢからなる）、素管２バルジング型の横径張出し成形を行うとともに各スタンドでの素管円周方向の分担化成形を行うフィンパスロール群（例えば第１、第２フィンパスロール１Ｆ，２Ｆからなる）とをこの順に配置し、かつ、エッジベンドロールＥＢ出側から第１フィンパスロール１Ｆ入側にかけてのライン区域に、帯板１幅端部から素管２両側部にかけての部位を連続的に拘束支承する複数のケージロールＣＲを配置してなる。このようなＣＢＲ成形ミルを用いることで、帯板１幅中央部圧下を行うセンターベンドロール１ＣＢ，２ＣＢ，３ＣＢ，４ＣＢと、これらセンターベンドロールの両側で帯板１幅端部から素管２両側部にかけての部位を連続的に拘束支承する複数のケージロールＣＲとにより帯板１中央部の曲げ成形が行われ、小判型の素管２が形成される。また、センターベンドロール１ＣＢ，２ＣＢ，３ＣＢはいずれも分割されたツイン型ロール構造を有し、板厚および外径サイズの変更に対し、ロールを幅方向に移動調整するとともに板厚方向の圧下調整を行い、同時にケージロールＣＲも前記サイズの変更に応じて位置調整を行い、ロール兼用を行う。
ＣＢＲ成形ミルの出側には、素管２の継目を溶接温度に加熱する抵抗溶接機ＲＷＤおよび該加熱された継目を圧接するスクイズロールＳＱが配置される。この抵抗溶接機ＲＷＤに代えて、例えば図３に側面図で示すようにスクイズロールＳＱ入側に誘導溶接機ＩＷＤを配置してもよい。また、この例に示されるように、フィンパスロール２Ｆと誘導溶接機ＩＷＤの間に、溶接前の継目を拘束するロータリーシームガイドロールＲＳＧを配置してもよい。
【特許文献１】特開昭６１−１３５４２８号公報
【特許文献２】特開平３−１８０２１２号公報
【特許文献３】特開２０００−３４３１３４号公報
【非特許文献１】豊岡ら：川崎製鉄技報２２（１９９０）４，２３６−２４４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＢＲ成形法は、上述のように電縫溶接用の素管（オープン管）を有利に造管できる技術である。しかしながら、これまで製造実績のなかった強度ＴＳ１０００ＭＰａ級、肉厚１．４ｍｍ未満、外径８９ｍｍの溶接鋼管の製造要求があり、この要求に応えるべく従来のＣＢＲ成形法で素管を造管し、該素管を溶接して溶接鋼管を試作する実験を行ったところ、図４に示すように、第１フィンパスロール入側での実フラワー10が目標の設計フラワー11どおりの形状にならず、そのためフィンパスロール成形段階でエッジウェーブが生じ、溶接が安定しなくなるという問題が、未解決課題として残っていることが判明した。本発明は、この課題を解決し、ＣＢＲ成形法にさらなる改良を加えて小径（外径１００ｍｍ以下）超薄肉（肉厚２mm未満）の超高強度（ＴＳ８００ＭＰａ超級）溶接鋼管を製造できるようにした溶接鋼管の製造方法および装置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】
【０００６】
発明者らは前記目的を達成するために鋭意検討し、その結果、従来のＣＢＲ成形法では、帯板中央部の圧下と帯板両幅端部の拘束支承とによって小判型のフラワー形状を得ようとするが、最終のセンターベンドロール出側から第１フィンパスロール入側までの間は素管にかかる外力が両側からのケージロールによる押し力のみとなっており、そのような外力負荷条件下では、帯板が超薄肉で超高強度の材料である場合、剛性が強すぎて素管底部に曲げ応力が集中し、腰折れが起こってしまうために、目標フラワー形状となり難いことがわかった。そして、この困難は、素管の底部に近い両側部分を内面側から肉厚方向に押すことにより克服できることがわかった。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、ＣＢＲ成形法を用いた溶接鋼管の製造方法において、最終のセンターベンドロールを出てから両側部をケージロールで連続的に拘束支承されながら第１フィンパスロールに入るまでの間の素管の底部に近い両側部分を内面側から押えローラで肉厚方向に押すことを特徴とする溶接鋼管の製造方法である。
【０００８】
また、本発明は、エッジベンドロール、センターベンドロール群、フィンパスロール群あるいはさらにロータリーシームガイドロールをこの順に配置し、かつエッジベンドロールの出側から第１フィンパスロール入側にかけてのライン区域に、帯板両幅端部から素管両側部にかけての部位を連続的に拘束支承するケージロールを配置してなるＣＢＲ成形ミルと、該ＣＢＲ成形ミルを出た素管の継目を溶接温度に加熱する溶接機と、該加熱された継目を圧接するスクイズロールとを有する溶接鋼管の製造装置において、最終のセンターベンドロールと第１フィンパスロールとの間に、素管の底部に近い両側部分を内面側から肉厚方向に押すインナーローラを配置したことを特徴とする溶接鋼管の製造装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＣＢＲ成形法を用いた溶接鋼管の製造方法において、最終のセンターベンドロール出側から第１フィンパスロール出側までの間で、両側部をケージロールで押されている素管の底部に近い両側部分を内面側からロールで肉厚方向に押すようにしたので、その間における素管の底部への曲げ応力の集中を緩和することができる。したがって、超薄肉、超高強度の帯板を小径に造管する場合でも、腰折れが生じず、設計フラワーどおりの素管を得ることができるようになり、フィンパスロール成形段階でエッジウェーブが生じることはなく、溶接が安定するので、小径超薄肉の超高強度溶接鋼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】
【００１０】
本発明では、図２あるいは図３に示したようなライン構成のＣＢＲ成形ミルにおいて、センターベンドロール群内の最終のもの（例えばセンターベンドロール４ＣＢ）と第１フィンパスロール１Ｆとの間の素管２内面側に、例えば図５に示すような押えローラ（インナーローラ）５をホルダ８で支持したものを配置し、これを用いて素管２の底部に近い両側部分、すなわち底部とケージロールＣＲ接触部との間の、外面側が無拘束状態となっている、左右各一箇所ずつ計二箇所の部分（この部分を押え部という。）に肉厚方向の押し力を加える。この押し力の下方向分力に対抗して素管２をパスライン位置に保持するために、素管２の底部は下支えローラ６で支承される。ここで、押え部を上記二箇所としたのは、押え部を底部も含めた範囲とすると、押えロールの中央と端とで比較的大きな周速差が生じて、内面擦り疵発生の原因となるからである。
【００１１】
押えローラ５の押し力は、素管２の実フラワーが設計フラワーに一致するように、材料の剛性等に応じて過不足のない適正なレベルに調整される必要がある。押し力が弱すぎると押え部が設計フラワーの内側に移行して腰折れ防止効果に乏しく、逆に押し力が強すぎると押え部が設計フラワーの外側に移行して素管が下膨れ形に変形しがちとなる。この押し力の調整を容易に実行可能とするために、押えローラ５を支持するローラ支持アーム７を、押し力の調整が可能な押し手段、例えば手動ジャッキあるいはバネ定数可変なバネあるいは内圧可変な流体圧シリンダ等で支持するのが好ましい。
【００１２】
図５に示した左右同軸型の押えローラ５をＣＢＲ成形ミルに取り付けた状態の一例を図６に示す。図示のように、この例では、センターベンドロール２ＣＢ，３ＣＢ，４ＣＢを一括支持するフレームの支柱15をケージロールＣＲの最終番目と第１フィンパスロール１Ｆとの間に立設し、該支柱15に取り付けた手動ジャッキ９にてローラ支持アーム７を支持するようにした。この例では、エッジベンドロールＥＢのロール軸位置からスクイズロールＳＱのロール軸位置までのパスライン長さを１０３４５ｍｍとした。
【００１３】
押えローラ５は、図５に示したような左右同軸型に限らず、例えば図７に示すような、左右の押えローラ５Ａ，５Ｂの軸を通材方向で相異なる位置に配置した千鳥配置型としてもよい。この千鳥配置型は、左右同軸型に比べて小型に構成できるから、収容スペースに余裕ができて、左右対向型を収容可能な最小径よりもさらに小径の素管内へも収容することができる。なお、図７（ａ）に図示したケージロールＣＲおよび下支えローラ６は、図７（ｂ）では図示を省略した。
【００１４】
また、本発明では、押えローラの代わりにシューを用いることもできる。押えローラに代えてシューを用いた場合は、軸受を省略できてホルダをさらに小型化できるから、より小径の素管内へ収容可能であるが、摺動による内面疵ができやすい点に留意する必要がある。
【実施例】
【００１５】
図６に示した装置を用いてＣＢＲ成形法により帯板から素管を造管しその継目を溶接するという方法で、ＴＳ１０００ＭＰａ、肉厚１．４ｍｍ、外径８８ｍｍの電縫鋼管（ＪＩＳ  ＳＴＫＭ相当）の製造を試行した。押えロール（インナーロール）の押し力は手動ジャッキで最大９８００Ｎに設定した。その結果、フィンパス成形段階でのエッジウェーブの発生は無く、溶接が安定して推移し、目標どおりの品質の製品が得られた。なお、比較のため、図６の装置から押えロールを取り外した以外は同上の方法で、同上の電縫鋼管の製造を試行したが、フィンパス成形段階でエッジウェーブが発生し、溶接が不安定となって、冷接等の欠陥が多発した。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】サーキュラーベンド主体の成形法（ａ）とＣＢＲ成形法（ｂ）とのフィンパス成形フラワーの対比説明図である。
【図２】従来のＣＢＲ成形ミルのライン構成の一例を示す平面図である。
【図３】従来のＣＢＲ成形ミルのライン構成の一例を示す側面図である。
【図４】従来技術の問題点を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態の一例を示す左右同軸型押えロールの断面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図６】本発明を適用したＣＢＲ成形ミルのライン構成の一例を示す装置全体の側面図である。
【図７】本発明の実施形態の一例を示す千鳥配置型押えロールの断面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００１７】
１  帯板
２  素管（オープン管）
３  溶接鋼管（電縫鋼管）
５，５Ａ，５Ｂ  押えローラ（インナーローラ）
６  下支えローラ
７  ローラ支持アーム
８  ホルダ
９  手動ジャッキ
10  第１フィンパスロール入側での実フラワー
・  第１フィンパスロール入側での設計フラワー
15  支柱
20  通材の向き
１ＣＢ，２ＣＢ，３ＣＢ，４ＣＢ  センターベンドロール
１Ｆ，２Ｆ  第１、第２フィンパスロール
ＣＲ  ケージロール
ＥＢ  エッジベンドロール
ＩＷＤ  溶接機（誘導溶接機）
ＲＷＤ  溶接機（抵抗溶接機）
ＲＳＧ  ロータリーシームガイドロール
ＳＱ  スクイズロール
【図１】
2005066679.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005066679.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月29日(2003.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
１  帯板
２  素管（オープン管）
３  溶接鋼管（電縫鋼管）
５，５Ａ，５Ｂ  押えローラ（インナーローラ）
６  下支えローラ
７  ローラ支持アーム
８  ホルダ
９  手動ジャッキ
10  第１フィンパスロール入側での実フラワー
11  第１フィンパスロール入側での設計フラワー
15  支柱
20  通材の向き
１ＣＢ，２ＣＢ，３ＣＢ，４ＣＢ  センターベンドロール
１Ｆ，２Ｆ  第１、第２フィンパスロール
ＣＲ  ケージロール
ＥＢ  エッジベンドロール
ＩＷＤ  溶接機（誘導溶接機）
ＲＷＤ  溶接機（抵抗溶接機）
ＲＳＧ  ロータリーシームガイドロール
ＳＱ  スクイズロール