説明

鋼管の拡管加工方法および拡管加工設備

【課題】従来よりも生産性を向上させ、さらに、従来よりも焼ならしのために必要なエネルギーが小さい拡管加工法および拡管加工設備を提供する。
【解決手段】先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工方法において、前記テーパ部を通過中の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱装置により加熱し、拡管直後の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱・保持装置により加熱・保持して焼ならし処理を施す。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼管の拡管加工方法および拡管加工設備に関し、詳しくは、先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、順次局部的に加熱しながらプラグに通して大径鋼管を製造する、鋼管の拡管加工方法および拡管加工設備に関する。
【背景技術】
【0002】
ボイラ用鋼管には、外径が450mm以上の大径鋼管が用いられることがあるが、このような大径鋼管に継目無鋼管を用いる場合、穿孔圧延によるのみでは製造が不可能である。
大径の継目無鋼管を製造する方法として、先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを用いて、継目無鋼管を拡管する方法が採用されている(特許文献1等を参照)。
【0003】
図3はこの方法の概要を示す側面断面図である。プラグ2は、先端側に向かって径が漸増するテーパ部20を有している。プラグ2の基端部21は径が最も小さくなっており、この部分にマンドレル3が接続されており、このマンドレル3によりプラグ2は支持されている。さらに、プラグ2のテーパ部20の外側にはインダクションヒータ4が備えられている。拡管加工を行う素材となる鋼管1は、マンドレル3の基端側(図中の左側)から装入され、押出部材5で鋼管1の尾端部10をプラグ2の方へ押出し、鋼管1をプラグ2に通過させることで拡管が施される。インダクションヒータ4による鋼管1の加熱は、鋼管1の変形を生じやすくするために行なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2001−113329号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このような従来技術により拡管された鋼管は、そのままでは、強度、延性等の必要材質が確保できないため、拡管加工の後には、焼ならし、焼戻しといった所定の熱処理が施される。この熱処理は、拡管後の鋼管を一旦常温にまで冷却した後、別の熱処理設備にて行なわれる。これは、拡管加工工程において、鋼管は一旦900℃程度にまで加熱されるものの、焼ならし処理に必要な温度にまで加熱していなかったり、拡管加工工程で焼ならし温度にまで加熱していたとしても、その後にすぐに冷却されてしまうため、焼ならしに必要な保持時間が確保できないため、別の熱処理設備で行なわざるを得ないためである。以上の説明した拡管加工および焼きならし処理では、拡管加工工程で鋼管温度を上昇させているにもかかわらず、拡管直後に常温まで冷却し、再度熱処理のための加熱を行っているので、生産性が悪く、さらに、加熱時に投入するエネルギーも大きいものであった。
【0006】
本発明は、このような問題に鑑みて、拡管加工後に焼ならしの処理を行って大径鋼管を製造するに際して、従来よりも生産性を向上させ、さらに、従来よりも加熱エネルギー原単位が小さい拡管加工法および拡管加工設備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】
【0007】
上記目的を達成する本発明は、
(1)先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工方法において、前記テーパ部を通過中の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱装置により加熱し、拡管直後の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱・保持装置により加熱・保持して焼ならし処理を施すことを特徴とする鋼管の拡管加工方法。
(2)先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工設備において、前記テーパ部の外側に拡管加工中の鋼管を加熱する加熱装置を備え、さらに、前記プラグの出側直近に、鋼管を加熱・保持する加熱保持装置を備えることを特徴とする鋼管の拡管加工設備。
である。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、拡管加工直後に加熱・保持を行うため、拡管加工中に加熱された熱を保有した状態で一旦常温まで冷却をされることなく、焼ならし処理を行なうことができ、大径鋼管の製造時間の短縮が可能となる。また、焼ならし処理のための昇温や焼ならし温度に保持するための使用エネルギーを削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態を示す側面断面図である。
【図2】拡管加工および焼ならし処理時の鋼管温度の経時変化の例を示すグラフであり、(a)は本発明例、(b)は従来例である。
【図3】従来技術の実施形態を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図1は本発明の実施形態に係る鋼管の拡管加工設備を示す側面断面図である。
プラグ2は、先端側(図中右側)に向かって径が漸増するテーパ部20を有している。プラグ2の基端部21は径が最も小さくなっており、この部分にマンドレル3が接続されており、このマンドレル3によりプラグ2は支持されている。マンドレル3は基端側でマンドレル支持部材6により支持されている。プラグ2のテーパ部20の位置には拡管加工する鋼管1を加熱する加熱装置4が備えられている。加熱装置4は、プラグ2による鋼管1の変形を容易にするために設けられるものであり、この例では、加熱装置4はインダクションヒータであり、加熱コイルが拡管加工中の鋼管1の外側を囲むように配置してある。拡管加工を行う素材となる鋼管1は、マンドレル3の基端側(図中の左側)から装入され、押出部材5で鋼管1の尾端部10をプラグ2の方へ押出し、鋼管1をプラグ2に通過させることで拡管が施される。図1の例では、プラグ2に通過させる鋼管1aの次材となる鋼管1bの尾端部10bを、押出部材5により先端方向へ押し、次材の鋼管1bの先端部11bによりプラグ2に通過させる鋼管1aの尾端部10bをプラグ2へと押込むようにしている。押出部材5の、鋼管1を押圧する押圧面5aと反対側の面が油圧シリンダ7により図中の矢印の方向へ押されることにより、押圧面5aが鋼管1をプラグ2へと押込む。マンドレル3の径、および、プラグ2の基端部21の径は、鋼管1の内径よりも小さく、プラグ2の先端部の最大径は鋼管1の内径よりも大きく設定されているので、プラグ2に鋼管1を通過させることで、鋼管1の内径がプラグ2の先端部の最も径が大きい部分の径と略一致するまで拡管される。
【0011】
さらに、本実施形態の拡管加工設備では、プラグ2の出側直近に、鋼管を加熱・保持する加熱・保持装置8を備えている。この例では、加熱・保持装置8は、インダクションヒータであり、加熱コイルが拡管加工直後の鋼管の外側を囲むように配置してある。加熱・保持装置8は、プラグ2で拡管加工された鋼管1を、焼ならし処理に必要な温度にまで加熱し、また、その温度で焼ならし処理に必要な時間保持することができる。本発明では、このプラグ2の出側直近に加熱・保持装置8を備えることにより、拡管直後の鋼管を加熱・保持装置8により加熱保持して、焼ならし処理を施すことができる。つまり、加熱装置4で加熱された鋼管1が、常温にまで冷却される前に、焼ならし処理を行なうことができる。そのため、焼ならし処理を行なうため加熱の開始は、加熱装置4を出た後の未だ温度が高い状態からとなるので、その分、常温から加熱を行う場合に比べて投入エネルギーは少なくて済む。また、この拡管加工設備により処理された鋼管1は、拡管加工と焼ならし処理とを連続して行なうことができるので、大径鋼管の製造時間の短縮が可能となる。
【0012】
なお、拡管加工は700℃以上で行なうことが好ましく、加熱装置4は鋼管1を700℃以上に加熱できる能力があることが好ましい。また、加熱・保持装置8と加熱装置4との間の間隔はなるべく小さいほうが、拡管加工時の熱を保持したまま焼ならしのための加熱・保持工程に進める観点から好ましい。拡管加工工程を経ないと製造できない大径鋼管の寸法は、外径が450mmΦ以上、肉厚が8mm以上であり、このような寸法に拡管加工された鋼管1の温度をなるべく高い温度のまま、好ましくは500℃以上で加熱・保持装置に挿入するためには、加熱装置4を出てから40分以内に加熱・保持装置に挿入することが好ましい。また、プラグ出側の鋼管1の移動速度は最も遅いもので50mm/分程度であり、このことから加熱装置4と加熱・保持装置8との間は2m以内とすることが好ましい。
【実施例】
【0013】
最終製品寸法が、外径457〜762mmφ、肉厚8〜45mm、長さ3000〜12000mmのボイラ用鋼管を、外径400〜430mmφ、肉厚8〜50mm、長さ5000〜13000mmの継目無鋼管を拡管加工することにより製造するにあたり、上述した本発明の拡管加工設備を用いた(本発明例)。
なお、拡管加工時の加熱温度、すなわち、加熱装置4による加熱温度(拡管加工温度)は700〜1100℃であり、加熱・保持装置8による焼ならし処理条件は、加熱温度850〜1100℃、保持時間は100〜1800秒である。鋼管1の搬送速度は、プラグ2の出側で50〜300mm/分であり、加熱装置4と加熱・保持装置8との間隔(図1中の長さL)は1.5mとした。よって、鋼管1が加熱装置4を出てから5〜30分後に加熱・保持装置8を通過することとなる。この時の、鋼管1の温度の経時変化の例(拡管後の鋼管の寸法:外径610mmφ、肉厚15mm、長さ6000mmの例)を図2(a)に示す。図2(a)から明らかなように、プラグ2による拡管加工時は鋼管1の温度が900℃となり、拡管加工後に加熱装置4を抜け出るために一旦、鋼管1の温度は、500℃まで下降するが、焼ならし処理のための加熱・保持装置8による加熱で、1060℃にまで上昇している。
【0014】
一方、従来例として、最終製品寸法が、上述した同様の寸法、すなわち、外径457〜762mmφ、肉厚8〜45mm、長さ3000〜12000mmのボイラ用鋼管を、外径400〜430mmφ、肉厚8〜50mm、長さ5000〜13000mmの継目無鋼管を拡管加工することにより製造するにあたり、図1に用いた拡管加工設備、すなわち、プラグ2出側の加熱・保持装置8を有していない拡管加工設備を用いて拡管加工を行った。そして、拡管加工後の鋼管1を常温にまで冷却した後、別の熱処理ラインで焼ならし処理を行なった。この時の、拡管加工温度および焼ならし処理条件は、上述した本発明例と同様である。
【0015】
図2(b)に、従来例の鋼管1の温度の経時変化の例(拡管後の鋼管の寸法:図2(a)の場合と同様)を示す。この例では、プラグ2による拡管加工時は鋼管1の温度が900℃となり、拡管加工後に加熱装置4を抜け出て、常温(20℃)まで冷却された。その後、別の熱処理ラインで焼ならし処理を1060℃で行なっている。
焼ならし処理に要する加熱原単位を比較したところ、従来例では500kWh/トンであったのに対し、本発明例では、320kWh/トンであり、本発明例では、280kWh/トンのエネルギー節約効果があった。
【符号の説明】
【0016】
1 鋼管
1a 拡管加工中の鋼管
1b 次材の鋼管
2 プラグ
3 マンドレル
4 加熱装置(インダクションヒータ)
5 押出部材
5a 押圧面
6 マンドレル支持部材
7 油圧シリンダ
8 加熱・保持装置(インダクションヒータ)
10 尾端部
10a 拡管加工中の鋼管の尾端部
10b 次材の尾端部
11 先端部
11b 次材の尾端部
20 テーパ部
21 基端部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工方法において、
前記テーパ部を通過中の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱装置により加熱し、拡管直後の鋼管を、該鋼管の外側に配置した加熱・保持装置により加熱・保持して焼ならし処理を施すことを特徴とする鋼管の拡管加工方法。
【請求項2】
先端側に向かって径が漸増するテーパ部を有するプラグを先端に備えたマンドレルの基端側から鋼管を装入し、前記テーパ部で前記鋼管を拡管加工する鋼管の拡管加工設備において、
前記テーパ部の外側に拡管加工中の鋼管を加熱する加熱装置を備え、さらに、プラグの出側直近に、鋼管を加熱・保持する加熱・保持装置を備えることを特徴とする鋼管の拡管加工設備。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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