(57)【要約】【課題】溶鋼排出に伴う酸化物等の欠陥排出を十分促進でき、しかも製造能率の低下を伴わない、溶接部特性の良好な電縫管の高能率製造方法を提供する。【解決手段】帯材100を成形し、その幅方向両端部を突き合わせて電縫溶接して管とする過程の中で、前記幅方向両端部に対し、その上下いずれか一面側（好ましくは上面側）の角部を切削または砥石研磨（砥石研磨手段４）でＲ加工し、他面側（好ましくは下面側）の角部を帯材成形途中のフィンパス成形（フィンパス成形ロール６）でＲ加工する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯材を成形し、その幅方向両端部を突き合わせて電縫溶接して管とする過程の中で、前記幅方向両端部に対し、その上下いずれか一面側の角部を切削または砥石研磨でＲ加工し、他面側の角部を帯材成形途中のフィンパス成形でＲ加工することを特徴とする溶接部特性の良好な電縫管の高能率製造方法。
【請求項２】
管内径側になる帯材上面側の角部を前記切削または砥石研磨でＲ加工し、管外径側になる帯材下面側の角部を前記フィンパス成形でＲ加工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高能率製造方法。
【請求項３】
前記Ｒ加工により付与するＲ形状の半径Ｒを、帯材厚みの20〜50％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高能率製造方法。
【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の高能率製造方法に関し、特に、油井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強度が要求される管の製造に好ましく用いうる、溶接部特性の良好な電縫管の高能率製造方法に関する。
【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（帯材の意。以下同じ）を丸めて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とされ、管の強度が重要視される。
また、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等以上に、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。
電縫溶接の不良原因としては、ペネトレータと呼ばれる溶接板材の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、従来技術として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、溶接部の板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１〜４などに、板端面の形状について検討した例が記載されている。
また、特許文献５には、電縫管の溶接時における板条材の両側縁部の突き合わせ圧力の調整を容易にし、溶接信頼性を高める目的で、板幅端部を種々の形状に面取り加工する旨記載されている。
【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2003-164909号公報
【特許文献５】特開2001-259733号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜４は、いずれも板端面にテーパを付与して、溶鋼とともにペネトレータを排出することを意図している。テーパを付与する理由は、板端面に容易に形状を与えやすいためと考えられる。しかし、直線あるいは平面状のテーパを与えると、溶鋼排出に伴う酸化物等の欠陥排出には十分でない場合が生じていた。
また、特許文献５には、突き合わせ圧力の調整を容易にする種々の面取り形状が開示されているものの、溶鋼とともにペネトレータを排出する点、およびそれにより溶接部特性（特に低温靭性）を改善する点については、一切記載がないから、そこに開示されている多様な面取り形状のうち、いずれの形状が溶接部特性（特に低温靭性）を改善するものなのか、全く不明である。
【０００７】
また、実際の電縫管製造工程では種々の厚みの板をロール成形して管にしている。板端部にテーパ形状を付与する手段を単独で用いた場合、例えば、切削バイトまたは研削ロールを板厚と同等の精度良い間隔で設置するための位置調整が必要で、従来は製造能率を著しく低下させていた。
そこで、本発明は、溶鋼排出に伴う酸化物等の欠陥排出を十分促進でき、しかも製造能率の低下を伴わない、溶接部特性の良好な電縫管の高能率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】
【０００８】
前記目的を達成した本発明は、以下のとおりである。
１．帯材を成形し、その幅方向両端部を突き合わせて電縫溶接して管とする過程の中で、前記幅方向両端部に対し、その上下いずれか一面側の角部を切削または砥石研磨でＲ加工し、他面側の角部を帯材成形途中のフィンパス成形でＲ加工することを特徴とする溶接部特性の良好な電縫管の高能率製造方法。
【０００９】
２．管内径側になる帯材上面側の角部を前記切削または砥石研磨でＲ加工し、管外径側になる帯材下面側の角部を前記フィンパス成形でＲ加工することを特徴とする前項１に記載の溶接部特性の良好な電縫管の高能率製造方法。
３．前記Ｒ加工により付与するＲ形状の半径Ｒを、帯材厚みの20〜50％とすることを特徴とする前項１または２に記載の溶接部特性の良好な電縫管の高能率製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電縫溶接時に突き合わせされる帯材幅方向両端部の形状をＲ形状とし、かつ、このＲ形状を帯材上面側角部と下面側角部とにそれぞれ別個の適切なＲ加工手段で付与するようにしたことにより、溶接部特性（特に低温靭性）に優れた電縫管を高能率に製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について、従来技術と対比しながら詳しく説明する。
前述のように、電縫溶接の不良原因としては、ペネトレータと呼ばれる板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強度不足になる例が多かった。
そこで、従来の技術はいずれも板端面にテーパを付与して、溶鋼とともにペネトレータを排出することを意図していた。テーパを付与する理由は、板端面に容易に形状を与えやすいためと考えられる。しかし、直線あるいは平面状のテーパを与えると、溶鋼排出に伴う酸化物等の欠陥排出には十分でない場合が生じた。
【００１２】
この原因を明らかにするため、本発明者らが鋭意検討した結果、次のことがわかった。すなわち、テーパを付与した板端面で、溶接開始時に発生する溶鋼は接触面積が小さいために少なく、電縫溶接のアプセット（圧接）によって溶接した部分の面積が増加し、これに伴って溶鋼の量は増加してくる。しかし、従来のテーパ形状では、溶鋼の排出角度（排出量）が一定になるため、板厚端部付近の溶鋼排出は十分であっても、板厚中央付近の排出は不十分となる場合があって、溶鋼が溢れて板表面で固化して蓋となり、後から溶接面から出ようとする溶鋼を妨害する場合があることを見出した。
【００１３】
そこで、本発明者らは溶接の時間経過に伴って、溶鋼が常に良好に排出される方法を鋭意検討した。その結果、板厚中央付近の溶接時には溶鋼が少なくて、板厚端部付近の溶接時には溶鋼が増加することから、常にほぼ一定の溶鋼を排出する端面形状が必要なことを把握した。
本結果に基づいて、種々の形状について検討したところ、板端面にＲ加工を施すことによって、溶鋼排出を常に良好できることを見出した。すなわち、Ｒ加工を施すと、板厚中央付近の溶接時には時間の経過とともに接触面積が急激に増加するため、溶鋼の排出量が増加し、板厚端部付近の溶接時には時間が経過しても接触面積が緩やかに増加するため、溶鋼の排出量は減少する。これらの作用によって、溶鋼排出を安定して行うことができて、溶接面から先に出た溶鋼が固化して蓋となって後から出ようとする溶鋼を妨害することがなくなるわけである。
【００１４】
これらにより、板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なわけである。
また、板端部のＲ加工は板厚方向の両側（上下両面側の角部）に付与すると効果が大きい。
また、Ｒ加工を孔型ロールで行うと、中途半端な塑性加工を板端部が受けるため、所望する形状を得ることが難しいが、切削または砥石研磨で行うことにより、所望する形状をそのまま得ることが可能である。また、フィンパス成形では、板を丸めて断面を円形形状とするため、板端部はフィンに強圧される。従って、所望するＲ形状を予めフィンに与えておくことによって、板端部形状を所望するＲ形状に十分近づけることが可能となるわけである。
【００１５】
そこで、ロール成形入側では、板はほぼ平坦であるため、切削または砥石研磨によってＲ形状を付与するとよい。これらＲ形状の付与手段は、装置が比較的大きいために設置スペースが必要であり、ロール成形途中やロール成形後では板端部同士の間隔が狭まるため設置し難い。また、切削や研削の装置は、装置単独で板を上下に拘束することが難しいため、板が通過する位置精度を保持する装置と合わせて、装置設置位置の精度が要求される。
【００１６】
従って、その装置の架台は剛性を高くする必要があって設置スペースがより広く必要とされるわけである。ここで、板の上下両端部（上下両面側の角部）ともに切削または砥石研磨すると、ロール成形途中のフィンパス圧延（フィンパス成形の意。以下同じ）において、板をフィンパス圧延ロールに充満させるため、板端部が強圧されて事前に付与したＲ形状が潰れて所望する形状が得られない場合がある。従って、フィンパス圧延における板端部の潰れを考慮して、予め大きなＲ形状を付与しておくのがよいが、板の上下両端部（上下両面側の角部）ともにＲ形状を付与するのは板厚の制限から大きなＲ形状を得るのが難しいため、片側（上下いずれか一面側の角部）のみを切削または砥石研磨するのがよいわけである。
【００１７】
次に、Ｒ形状を付与していない他方の端部（他面側の角部）については、フィンパス圧延を活用してＲ形状を付与することとした。上記の理由で片側のみＲ形状を付与したため、両端部ともＲ形状を付与するには、ロール成形途中またはロール成形後に反対側のＲ形状を付与すればよいであろう。
そこで、本発明者らは上記のフィンパス圧延で板端部が潰れやすいことに着目し、これを活用することとした。すなわち、フィンパス圧延ロールのフィンにＲ形状を付与して、フィンパス圧延の絞り量（アプセット量）に応じて、その角度と板端部が当たる位置を最適化すれば、上記ロール成形前にＲ形状を付与した板端部の反対側にもＲ形状を付与することができる。これはフィンパス圧延そのもので行うため、ロール成形によって板幅を丸められて狭められた板幅方向両端部間の距離が短くて近接していても、十分加工可能である。
【００１８】
こうして、電縫溶接直前には板上下両端部（板の上下両面側の角部）にＲ形状を付与できるわけである。
なお、切削や研削によるＲ加工は、比較的大きいその装置がロール成形入側のテーブルと干渉しないように板の上面側の角部に付与するとよく、また、板の下面側はロール成形後には管の外面側（外径側）となるため、下面側の角部へのＲ加工はフィンパス圧延のフィン形状の変更により付与するのがよい。
【００１９】
また、電縫溶接部直前のＲ形状について、上記の切削または研磨、フィンパス圧延を活用して最適化を図った結果、Ｒ加工の半径Ｒを板厚の20〜50％とすると良いことを把握した。すなわち、電縫溶接直前のＲ加工の半径Ｒを板厚の20％未満とすると板厚中央部からの溶鋼排出がやや不十分となってペネトレータが幾分残留し、電縫溶接後の靭性や強度が若干低下するためである。
【００２０】
また、半径Ｒを板厚の50％超にすると、Ｒ加工部の板幅方向距離が過小あるいは過大となり、過小の場合は、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、電縫溶接後の靭性や強度が低下することになり、一方、過大の場合は、アプセットが困難となって溶接部と母材部の境界付近で管肉厚不足（管肉厚が板厚未満となる現象）が生じやすくなる。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例に基づいて説明する。実施例では、図１に示す造管設備あるいはこれの一部を変更したものを用いた。この造管設備は、アンコイラー１、レべラー２、ロール成形機５、誘導加熱手段（誘導加熱コイル）７、スクイズロール８、ビード部切削手段（ビード部切削バイト）９、サイザ−10、管切断機11をこの順に配置してなる。ロール成形機５は、ブレークダウン第１スタンド４を含む粗成形段からフィンパス成形ロール６を含む仕上成形段まで、複数のロールスタンドを配列してなる。
【００２２】
この造管設備では、帯材（板）100をアンコイラー１で払出し、レべラー２で平らに矯正した後、ロール成形機５の粗成形段から仕上成形段にかけての複数のロールスタンドで、幅を徐々に丸めていき、フィンパス成形ロール６で仕上成形を行う。なお、帯材100の幅が実質的に丸められ始めるのはブレークダウン第１スタンド４からであるので、ロール成形前というのは、レべラー２出側からブレークダウン第１スタンド４の入側までを指す。
【００２３】
仕上成形後のオープン管状となった帯材100の幅方向（オープン管周方向）両端部を、誘導加熱手段６で加熱してスクイズロール８で圧接（電縫溶接）し、管となす。この管を、その溶接部のビードをビード切削手段９で切削除去した後、サイザ−10で定径圧延し、管切断機11で所定の長さに切断する。
図１の造管設備では、本発明の実施形態の１例として、ロール成形入側に、板上面側の角部を砥石研磨でＲ加工する（図２参照）ための砥石研磨手段３を配置するとともに、フィンパス成形ロール６のフィン隅部に、フィンパス成形で板下面側（管外径側）の角部をＲ加工する（図３参照）ためのＲ形状を付与している。
【００２４】
帯材として、板幅1920ｍｍ×板厚19.1ｍｍの鋼帯と、板幅1920ｍｍ×板厚15.3ｍｍの鋼帯とをこの順に用い、いずれの帯材の場合も製品管外径を600ｍｍとして鋼管（電縫管）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とり、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た。試験片温度−46℃で衝撃試験を行い、吸収エネルギー、脆性破面率を測定した。
【００２５】
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。
製造条件は以下の４通り（No.１〜４）とした。
（No.１）  本発明例として、図１の造管設備を用いて造管した。造管中に、ロール成形前の砥石研磨により板上面側の角部にＲ形状を付与し、次いでフィンパス成形により板下面側（管外径側）の角部にＲ形状を付与した。付与したＲ形状の半径Ｒは７ｍｍ（19.1ｍｍ板厚の47％、15.3ｍｍ板厚の46％）とした。
【００２６】
なお、19.1ｍｍから15.3ｍｍへの板厚切替の際に、研磨砥石の位置を下側に3.8ｍｍ移動させる微調整を行った。
（No.２）  本発明例として、図１において砥石研磨手段３の代りに切削ロール（図示省略）を配置した造管設備を用いて造管した。造管中に、ロール成形前の前記切削ロールを用いたロール切削により板上面側の角部にＲ形状を付与し、次いでフィンパス成形により板下面側（管外径側）の角部にＲ形状を付与した。付与したＲ形状の半径Ｒは４ｍｍ（19.1ｍｍ板厚の21％、15.3ｍｍ板厚の26％）とした。
【００２７】
なお、19.1ｍｍから15.3ｍｍへの板厚切替の際に、前記切削ロールの位置を下側に3.8ｍｍ移動させる微調整を行った。
（No.３）  比較例として、図１において砥石研磨手段３の代りに幅端部成形用孔型ロール（図示省略）を配置し、かつフィンパス成形ロール６のフィン隅部をほぼ直角形状とした造管設備を用いて造管した。造管中に、ロール成形前の前記幅端部成形用孔型ロールを用いた孔型圧延により板上下両面側の角部にＲ形状を付与した。付与したＲ形状の半径Ｒは３ｍｍ（19.1ｍｍ板厚の16％、15.3ｍｍ板厚の19％）とした。
【００２８】
なお、19.1ｍｍから15.3ｍｍへの板厚切替の際に、一旦製造ラインを止めて、前記孔型ロールを19.1ｍｍ用から15.3ｍｍ用へ交換した。
（No.４）  従来例として、比較例（No.３）で用いた造管設備において前記幅端部成形用孔型ロールを取外した造管設備を用いて造管した。板上下両面側の角部はほぼ矩形（ほぼ直角形状）のままである。
【００２９】
これらの条件で製造した鋼管の溶接部におけるシャルピー衝撃値（吸収エネルギー）と脆性破面率を測定した結果を表１に示す。また、同表には各例の製造時間を、比較例（No.３）のそれを１としてこれとの相対比で示した。
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のに対し、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。
【００３０】
また、本発明例では、比較例に比べて、著しく製造時間が短縮されており、本発明によれば、溶接部特性に優れた電縫管製品を高能率に製造可能であることがわかった。
【００３１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態の１例を示す造管設備の模式図である。
【図２】砥石研磨で板上面側の角部をＲ加工する実施形態の１例を示す模式図である。
【図３】フィンパス成形で板下面側（管外径側）の角部をＲ加工する実施形態の１例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  アンコイラー
２  レべラー
３  砥石研磨手段
４  ブレークダウン第１スタンド
５  ロール成形機
６  フィンパス成形ロール
７  誘導加熱手段（誘導加熱コイル）
８  スクイズロール
９  ビード部切削手段（ビード部切削バイト）
10  サイザ−
11  管切断機
100  帯材（板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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