(57)【要約】【課題】  溶接部の機械的性質を向上するＵＯＥ鋼管の製造方法及びＵＯＥ鋼管の製造設備を提供する。【解決手段】  ＵＯＥ鋼管の製造設備には、Ｏ状にプレスされた鋼管１の突合端部をサブマージアーク溶接する溶接機３が配され、溶接機３の搬送方向下流側には溶接部加工装置２が配される。溶接部加工装置２は、鋼管１を左右両側から挟み込む１対の成型ロール２２，２２、及び、鋼管１の突合端部外周面を鋼管１の外径側から内径側に向かう方向に押さえるように配設されるガイドロール２１からなる。このＵＯＥ鋼管の製造設備においては、溶接部１ａが熱間で圧縮加工を施されるため、溶接部１ａは優れた機械的性質を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＯＥ鋼管の製造において、エッジミーリング、Ｃプレス、Ｕプレス、Ｏプレスを経て鋼板を突合端部口開状の鋼管形状に成型した後、突合端部をサブマージアーク溶接により溶接し、その溶接部に対し熱間で圧縮加工を施すことを特徴とするＵＯＥ鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記圧縮加工は、前記溶接部に対し鋼管円周方向に圧縮加工を施すものであることを特徴とする請求項１に記載のＵＯＥ鋼管の製造方法。
【請求項３】
前記圧縮加工は、前記溶接部に対し鋼管円周方向に圧縮加工を施すとともに、前記鋼管の外径側から内径側に向かう方向にも圧縮加工を施すものであることを特徴とする請求項１に記載のＵＯＥ鋼管の製造方法。
【請求項４】
エッジミーリング、Ｃプレス、Ｕプレス、Ｏプレスを経て鋼板を突合端部口開状の鋼管形状に成型した後、突合端部を溶接するサブマージアーク溶接機と、前記サブマージアーク溶接機による溶接方向下流に配設されて溶接部に熱間で圧縮加工を施す圧縮加工手段とを備え、
前記圧縮加工手段は、前記鋼管を左右両側から挟み込む１対の成型ロールと、前記突合端部外周面を鋼管の外径側から内径側に向かう方向に押さえるガイドロールと、を備えることを特徴とするＵＯＥ鋼管の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
アーク溶接により溶接を行うＵＯＥ鋼管の製造方法及びＵＯＥ鋼管の製造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＵＯＥ鋼管は、一般に、図７に示すごとく、エッジミーリング、Ｃプレス、Ｕプレス、Ｏプレスを経て鋼板を突合端部口開状の鋼管形状に成型した後、突合端部を溶接し、その後に拡管することにより製造される。図８の従来例では、Ｏ状にプレスされた鋼管１の突合端部が上方に向けて搬送され、溶接機３によって連続的にサブマージアーク溶接が行われる。この溶接機３は、フラックス供給管３１から鋼管１の突合端部間に粉状フラックス５を供給し、その供給された粉状フラックス５の中に挿入された溶接用ワイヤ３３にアーク放電を行わせることによりサブマージアーク溶接を行うものである。このようにして、サブマージアーク溶接がなされた溶接部１ａは、母材とは異なる特性を有する溶接金属部及び熱影響部（以下、「ＨＡＺ部」と記すこともある。）から構成され、この溶接部１ａの品質は、フラックス等の溶接材料の成分や溶接条件（電流・電圧・溶接速度・入熱等）によって左右される。このため、ＵＯＥ鋼管に求められる機械的性質に応じて、これらを調整して、溶接を行っている。ＵＯＥ鋼管のサブマージアーク溶接の例を特許文献１に示す。
【０００３】
ここで、突合端部の溶接方法としては、サブマージアーク溶接以外にも電縫溶接等がある。電縫溶接では、素材鋼板を一群の成型ロールによって連続成型した後に、突合端部を電気溶接する。図９の例では、電縫溶接を行う給電用接触子９３，９３の搬送方向前方に直ぐ１対のスクイズロール９２，９２が配置されており、両給電用接触子９３，９３からの高周波電流の供給により鋼管９１の突合端部が加熱され、この加熱により１４００℃前後になった突合端部がスクイズロール９２，９２によって加圧、圧着される。給電用接触子９３，９３に替えて、非接触の誘導加熱用電極を用い、非接触にて突合端部に誘導電流を発生させて加熱し、加圧、圧着が行われるタイプのものもある。
【特許文献１】特開平６−３２８２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のように溶接材料の成分、溶接条件や素材鋼板の成分等を調整する場合には、溶接部の機械的性質を向上する一方で、他の品質（溶接欠陥の発生を防ぐ等）を損なったり、溶接の能率が低下したりする場合がある、という問題点があった。このため、溶接部の品質の向上には一定の限界があった。
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、溶接部の機械的性質を向上するＵＯＥ鋼管の製造方法及びＵＯＥ鋼管の製造設備を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る本発明のＵＯＥ鋼管の製造方法は、ＵＯＥ鋼管の製造において、エッジミーリング、Ｃプレス、Ｕプレス、Ｏプレスを経て鋼板を突合端部口開状の鋼管形状に成型した後、突合端部をサブマージアーク溶接により溶接し、その溶接部に対し熱間で圧縮加工を施すことを特徴とする。
本発明によれば、溶接部に対し熱間で圧縮加工を施すことにより、同部に塑性変形を起こして再結晶を促進させるため、溶接部の機械的性質が向上する。また、圧縮加工により、溶接部内部の空隙欠陥（ブローホール等）を圧着して消滅させることができ、溶接部の品質も向上する。
【０００６】
熱間とは、例えば５００℃〜１０００℃である。
請求項２に係る本発明のＵＯＥ鋼管の製造方法は、請求項１に係る本発明において、前記圧縮加工は、前記溶接部に対し鋼管円周方向に圧縮加工を施すものであることを特徴とする。
ここで、溶接部に作用する鋼管円周方向に圧縮加工を施すとは、鋼管円周方向つまり、突合端部同士を互いに近づける方向に圧縮することである。
【０００７】
請求項３に係る本発明のＵＯＥ鋼管の製造方法は、請求項１に係る本発明において、前記圧縮加工は、前記溶接部に対し鋼管円周方向に圧縮加工を施すとともに、前記鋼管の外径側から内径側に向かう方向にも圧縮加工を施すものであることを特徴とする。
請求項４に係る本発明のＵＯＥ鋼管製造設備は、エッジミーリング、Ｃプレス、Ｕプレス、Ｏプレスを経て鋼板を突合端部口開状の鋼管形状に成型した後、突合端部を溶接するサブマージアーク溶接機と、前記サブマージアーク溶接機による溶接方向下流に配設されて溶接部に熱間で圧縮加工を施す圧縮加工手段とを備え、前記圧縮加工手段は、前記鋼管を左右両側から挟み込む１対の成型ロールと、前記突合端部外周面を鋼管の外径側から内径側に向かう方向に押さえるガイドロールと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＵＯＥ鋼管の製造において、溶接部の機械的性質が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１に、第１実施形態に係るＵＯＥ鋼管の製造設備の構成を示す。
エッジミーリング、Ｃプレス、Ｕプレス、Ｏプレスを経て鋼板を突合端部口開状の鋼管形状に成形した、突合端部開口状の鋼管（以下、単に鋼管）１は、図１に示すように、複数の搬送ロール４により形成される搬送路上を搬送され、その搬送路の途中には溶接機３が配設され、その溶接機３の搬送方向下流側直近には溶接部加工装置２が配設されている。なお、鋼管１は、突合端部を上方に向けて搬送される。
【００１０】
溶接機３は、鋼管１の突合端部に対してサブマージアーク溶接を行うものである。
溶接部加工装置２は、鋼管１を挟んで左右両側に配設される１対の成型ロール２２，２２を備え、溶接機３よりも搬送方向下流側に配設され、溶接機３によって形成した溶接部１ａに対し熱間で圧縮加工を施すものである。本実施形態では、溶接部加工装置２に搬送される溶接部１ａの温度は、溶接から約２０〜３０秒内外を経過し、５００℃〜１０００℃となっている。
【００１１】
前記成型ロール２２は、上下方向にその回転軸が向くように配設されるとともに、鋼管１の外周面に上下に離れた２箇所（第１の接触箇所、第２の接触箇所）で当接するように楕円の円弧形状とされた鼓状のロールであり、搬送される鋼管１の幅よりも若干狭い間隔をもって１対が配設される。なお、１対の成型ロール２２，２２のそれぞれにバックアップロール２３が設けられている。
【００１２】
上記のような第１実施形態に係るＵＯＥ鋼管の製造設備の動作、作用及び効果について説明する。
鋼管１の突合端部が溶接機３に搬送されてきて、サブマージアーク溶接された溶接部１ａがさらに搬送され、成型ロール２２に至ると、狭い成型ロール２２，２２間を通り抜ける際に鋼管１は左右両側から挟みこまれて鋼管円周方向に圧縮される方向に力を受ける。
【００１３】
この力は、図１（ｂ）に示すように、溶接部１ａから遠い側の第１の接触箇所２箇所で鋼管１の左右両側から鋼管１の略中心に向かって水平方向に働く第１の力と、溶接部１ａに近い側の第２の接触箇所２箇所で鋼管１の外径側から内径側に向かって斜め下方に働く第２の力と、に分けて考えることができる。
このうち、第１の力により、溶接部１ａは鋼管円周方向に圧縮される方向に力を受ける。この力はまた、鋼管１を上下方向に膨らませようとする力としても作用する。
【００１４】
また、第２の力は、溶接部１ａに対し鋼管円周方向に作用する水平成分と下方に作用する鉛直成分に分けて考えることができる。このうち鉛直成分は、上記第１の力による鋼管１の上下方向への膨らみを抑制しようとする力として作用する。この作用により、図１（ｃ）に示すように鋼管１が変形しようとする作用が抑制される。
この成型ロール２２，２２による圧縮加工前後の溶接部１ａの断面を図２（ｂ）に示す。実線は成型ロール２２，２２通過前（圧縮加工前）の溶接部１ａを、一点鎖線は成型ロール２２，２２通過後（圧縮加工後）の溶接部１ａの溶接金属部を示す。これらの図に示すように、圧縮加工により溶接部１ａには鋼管円周方向に塑性変形が生じている。
【００１５】
このように、溶接部１ａに対して圧縮加工を施すことにより、溶接部１ａが塑性変形を起こして再結晶が促進され、同部の機械的性質が向上する。
さらに、圧縮加工により、溶接部１ａ内部の空隙欠陥（ブローホール等）を圧着して消滅することができ、溶接部１ａの品質も向上する。
なお、上記実施形態においては鼓状の成型ロール２２を用いたが、成型ロール２２の形状は特に限定されない。例えば、上記鋼管１と接触する２箇所にそれぞれ別の成型ロールを配置してもよい。また、鋼管１との接触箇所は２箇所（左右合わせれば４箇所）に限定されず、１箇所（同２箇所）又は３箇所（同６箇所）以上であってもよい。
（第２実施形態）
図３に、第２実施形態に係るＵＯＥ鋼管の製造設備の構成を示す。
【００１６】
第２実施形態は、第１実施形態と略同様の構成であるが、溶接部加工装置２の構成が異なっている。以下、この異なる点を中心に説明する。
溶接部加工装置２は、第１実施形態のものと若干形状の異なる１対の成型ロール２２，２２と、ガイドロール２１と、を備え、第１実施形態と同様、溶接部１ａに対して圧縮加工を施すものである。
【００１７】
成型ロール２２は、第１実施形態と同様に全体が鼓状であるが、鋼管１と１箇所で接触するような形状にしてある。
ガイドロール２１は、搬送方向に沿う方向に回転する円板状のロールであり、１対の成型ロール２２，２２の間でかつ鋼管１の突合端部外周面を鋼管１の外径側から内径側に向かう方向に押さえるように配設される。
【００１８】
上記のような第２実施形態に係るＵＯＥ鋼管の製造設備の動作、作用及び効果について説明する。
鋼管１の突合端部が溶接機３に搬送されてきて、サブマージアーク溶接された溶接部１ａがさらに搬送され、溶接部加工装置２に至ると、溶接部１ａは成型ロール２２，２２によって左右両側から挟みこまれて鋼管円周方向に圧縮される方向に力を受けるとともに、ガイドロール２１からも鋼管１の外径側から内径側に向かって圧縮される方向に力を受ける。
【００１９】
このとき、成型ロール２２，２２から受ける力は、鋼管１の左右両側から鋼管１の略中心に向かって水平方向に働く力による。この力により、溶接部１ａは鋼管円周方向に圧縮される方向に力を受ける。この力はまた、鋼管１を上下方向に膨らませる力としても作用する。
ガイドロール２１により突合端部外周面を鋼管１の外径側から内径側に向かう方向に押さえる力は、鉛直下方に働くものであり、上記成型ロール２２，２２から付与される力により鋼管１が上下方向に膨らもうとするのを抑制するように作用する。この作用により、図１（ｃ）に示すように鋼管１が変形しようとする作用が抑制される。
【００２０】
また、このガイドロール２１から付与される鉛直下方に働く力に加えて溶接部１ａは鋼管円周方向に圧縮される方向に力を受けるため、第２実施形態では、溶接部１ａは成型ロール２２，２２により鋼管円周方向、そして、ガイドロール２１により鋼管１の外径側から内径側に向かう方向（鋼管径方向）に、それぞれ圧縮され、溶接部１ａには鋼管円周方向並びに鋼管径方向の塑性変形が起こる。
【００２１】
このように、溶接部１ａに対して圧縮加工を施すことにより、溶接部１ａが塑性変形を起こして再結晶が促進され、同部の機械的性質が向上する。
さらに、圧縮加工により、溶接部１ａ内部の空隙欠陥（ブローホール等）を圧着して消滅することができ、溶接部１ａの品質も向上する。
また、副次的ではあるが、ガイドロール２１の形状や接触条件を適正化することにより、鋼管１外周面のビード形状や寸法を調整することも可能である。
【００２２】
なお、上記第２実施形態では、第１実施形態とは別な形状の成型ロール２２，２２を用いているが、第１実施形態と同じ形状の成型ロール２２，２２を用い、ガイドロール２１に加えて鋼管１の外径側から内径側に向かう方向に力を付与するようにしてもよい。
【実施例１】
【００２３】
本発明の効果を確認するために行ったシャルピー衝撃試験及び溶接継手の引張試験について説明する。
両試験に用いた鋼管１は、上記第１実施形態又は第２実施形態に係るＵＯＥ鋼管の製造設備を用いて製造した。
このとき、種々の力の水準の圧縮加工を施し、溶接部１ａに生じる塑性変形の程度の異なる鋼管１を種々製造し、両試験を行った。そのひずみ（εW，εT，ε）を表１に併記する。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１中のεW，εT，εは下記の式（１）〜式（３）によって求められる値である。
εW＝（Ｗ0−Ｗ1）／Ｗ0・・・式（１）
εT＝（Ｔ1−Ｔ0）／Ｔ0・・・式（２）
ε＝εW／εT・・・式（３）
なお、図２に示すように、Ｗ0は溶接直後の溶接部１ａの幅、Ｗ1は成型ロール通過後の溶接部１ａの幅、Ｔ0は溶接直後の溶接部１ａの厚さ、Ｔ1は成型ロール通過後の溶接部１ａの厚さである。なお、第２実施形態については図４に示す。
(シャルピー衝撃試験)
シャルピー衝撃試験は、溶接金属部及びＨＡＺ部についてＡＳＴＭ  Ａ３７０の規定に準拠して行った。
【００２６】
試験片８は、ＡＳＴＭ  Ａ３７０の規定に準拠し、鋼管１から切り出し、図５に示すように、前面８１の中央部分に幅２ｍｍ、深さ２ｍｍの切欠き８３を設けた。符号８３Ｌは切欠き８３の底である。
各試験片８の切り出し位置を図６に一点鎖線で示す。ここで、図６中の符号１Ａは母材、１Ｂは溶接金属部、１ＣはＨＡＺ部である。溶接金属部１Ｂについてのシャルピー衝撃試験の試験片８は、図６(ａ)に示すように、切欠きの底８３Ｌが溶接金属部の中央であるように切り出した。また、ＨＡＺ部１Ｃについてのシャルピー衝撃試験の試験片８は、図６(ｂ)に示すように、中点Ｐが溶接金属部１ＢとＨＡＺ部１Ｃとの境界を境に切欠きの基準線Ｌ（Ｖ字状の切欠きの淵）が中点Ｐにて丁度２分されるように切り出し、ＨＡＺ側寄り１ｍｍの位置が切欠きの底８３Ｌとなるようにした。
【００２７】
シャルピー衝撃試験の試験条件を以下に示す。
鋼管規格：ＡＰＩ  ５Ｌ  ×７０  ＰＬＳ
鋼管外径：１２１９ｍｍ
試験温度：−４０℃
（継手引張試験）
引張試験では、ＡＰＩ  ５Ｌに規定される引張試験片のうちのＦ試験片を用いてＡＰＩ  ５Ｌに規定される方法に準拠して引張試験を行い、引張強度（Ｔ．Ｓ．）を測定した。
【００２８】
シャルピー衝撃試験及び引張試験の結果を表１に示す。なお、各比較例は、従来通り圧縮加工を施さずに製造した鋼管である。
同表に示すように、実施例は、溶接金属部及びＨＡＺ部におけるシャルピー衝撃試験での吸収エネルギー、引張強度のいずれの数値も各比較例を上回り、低温靭性、引張強度などの機械的性質に優れることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態に係るＵＯＥ鋼管の製造設備の構成を示す図である。
【図２】（ａ）は溶接部加工装置の通過前後における鋼管の溶接部の様子を示す図、（ｂ）は圧縮加工前後の溶接部の断面図である。
【図３】第２実施形態に係るＵＯＥ鋼管の製造設備の構成を示す図である。
【図４】溶接部加工装置の通過前後における鋼管の溶接部の様子を示す図である。
【図５】ＡＳＴＭ  Ａ３７０に規定されるシャルピー衝撃試験片の図である。
【図６】（ａ）は、溶接金属部についてのシャルピー衝撃試験の試験片の鋼管における切り出し位置を示す図であり、（ｂ）は、ＨＡＺ部についてのシャルピー衝撃試験の試験片の鋼管における切り出し位置を示す図である。
【図７】ＵＯＥ鋼管の製造工程の概略を示す図である。
【図８】従来のサブマージアーク溶接を示す図である。
【図９】従来の電縫溶接を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１     鋼管
１Ａ   母材
１Ｂ   溶接金属部
１Ｃ   ＨＡＺ部
１ａ   溶接部
２     溶接部加工装置
２１   ガイドロール
２２   成型ロール
２３   バックアップロール
３     溶接機
３１   フラックス供給管
３３   溶接用ワイヤ
４     搬送ロール
５     フラックス
８     試験片
Ｐ     中点
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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