鋼管製造の設備列

【課題】１つの設備列で電縫鋼管及び固相圧接鋼管の製造を可能とする鋼管の設備列を提供する。
【解決手段】帯鋼の予熱装置１２と、成形ロール群５と、成形で得たオープン管の突合せ部分を加熱するエッジ予熱及び加熱装置６，７と、オープン管の突合せ部分を圧するスクイズ・ロールと、圧接されたシーム部の圧延ロール２０及び冷却装置２６と、鋼管を均一加熱する均熱炉１４と、温度を調整するヒータ１５と、外径の絞り圧延機１１と、切断機とを順次配列した鋼管製造の設備列において、前記成形ロール群５をサイズ・フリーとし、エッジ加熱装置６，７に低周波、高周波の切り替え自在な加熱電源を接続し、シーム部ビードの切削バイトを設けるようにした。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管の製造設備列に関し、詳しくは、所謂「電縫鋼管」と「固相圧接鋼管」とを同一の設備列で製造可能にする技術である。
【０００２】
【従来の技術】通常、溶接鋼管は、サイズが小径、大径であることにかかわらず、鋼板（又は帯鋼）を管状に成形し、突き合せた継なぎ目を溶接して製造される。そして、その製造方法は、電気抵抗溶接（電縫）、鍛接、電弧溶接等、溶接の種類で区別されている。
【０００３】例えば、小径〜中径の鋼管は、主として、高周波電流を利用した電気抵抗溶接が利用され、得られた鋼管は、電気抵抗溶接鋼管とか電縫鋼管と称されている。この製造方法は、成形ロールに帯鋼を連続的に供給し、円筒状に成形して継ぎ目が開いた所謂「オープン管」とし、続いて該継ぎ目として互いに突き合わさっている帯鋼幅方向の両端面にそれぞれ電極を配置して通電し、電気抵抗に起因して発生するジュール熱で鋼の融点以上に加熱してから、スクイズ・ロールと称されるロールで該両端面を加圧して溶接するものである（例えば、第３版、鉄鋼便覧の第III巻、（２）１０５６〜１０９２頁参照）。なお、近年は、電気抵抗溶接用電極に代え、管に接触することなく管の周囲に誘導コイルを設け、高周波誘導で加熱するようになったが、この方法で製造した鋼管も電縫鋼管と称している。
【０００４】上記した高周波誘導による電縫鋼管の製造方法では、オープン管の両エッジ部端面を鋼の融点以上に加熱するため、電磁力の影響により溶鋼が流動し、生成された酸化物が衝合溶接部に噛み込まれペネトレータ等の溶接欠陥あるいは、溶鋼飛散（フラッシュ）が発生し易いという問題があった。
【０００５】この問題に対し、例えば、特開平２−２９９７８２号公報には、２種の加熱装置を有する電縫鋼管の製造法が提案されている。第１の加熱装置でオープン管の両側端部（エッジ部ともいう）の温度をキュリー点以上に加熱し、第２の加熱装置で更に融点以上に加熱し、スクイズ・ロールで両端部を衝合溶接して鋼管を製造する。また、特開平２−２９９７８３号公報には、第１の加熱装置で周波数４５〜２５０kHzの電流を流し、両側端部を予熱し、第２の加熱装置で更に融点以上に加熱し、スクイズ・ロールで両端部を衝合溶接して管を製造する電縫鋼管の製造装置が提案されている。
【０００６】しかしながら、これらの電縫鋼管の製造技術では、帯鋼の両端部を均一に加熱することは示唆しているものの、両端部を鋼の融点以上に加熱するため、衝合溶接時に、溶融した鋼が管の内外面に排出されビード（余盛）が形成される。そのため、衝合溶接後に管内外面の溶接ビードの除去が必要であり、ほとんどが切削用バイトで切削され、除去されている。
【０００７】このようなことから、電縫鋼管の製造方法では、■ビード切削用バイトの切削量の調整で、材料と時間のロスが発生する。
【０００８】■ビード切削用バイトは消耗品であるため、造管速度によって異なるが、３０００〜４０００ｍのビード切削長毎にバイトを交換する必要があり、そのため、１時間程度毎に３〜５分間のバイト交換があり、ライン停止を余儀なくされる。
【０００９】■特に造管速度が１００ｍ／ｍｉｎを超える高速造管では、ビード切削用バイトの寿命が短く、交換頻度が高い。など、ビード切削がネックとなり、高速造管ができないため生産性が低いという問題があった。
【００１０】また、上記した電縫鋼管の製造方法では、鋼管の製品寸法に合わせた成形ロールを用いなければならず、所謂小ロット・多品種生産に対応できないという問題があった。
【００１１】そこで、本出願人は、先に特願平９−１５９６５５号（平成９年６月１７日出願）にて、上記電縫鋼管の製造技術の問題点を解消するため、加熱温度を低くして継ぎ目を圧接する所謂固相圧接を用いた鋼管の製造方法及び製造設備列を提案した。
【００１２】その設備列は、帯鋼１を払い出すアン・コイラ２と、帯鋼の接合装置３と、帯鋼を貯えるルーパ４と、帯鋼を成形加工する成形ロール群からなる成形加工装置５と、誘導加熱コイルを有するエッジ予熱装置６と、誘導加熱コイルを有するエッジ加熱装置７と、オープン管８を衝合接合するスクイズ・ロール９を有する圧接装置と、鋼管１０を温間で絞り圧延する複数の絞り圧延機からなる絞り加工装置１１とを順次配列し、さらに、前記成形加工装置５の入側に帯鋼１を予熱する帯鋼予熱装置１２、および／または前記成形加工装置５の出側にオープン管８を予熱するオープン管予熱装置１３を配置したものである。この新しい設備列を用いれば、オープン管８の突き合せ部を固相圧接が可能な温度域に安定して維持でき、シーム品質及び表面肌に優れた鋼管１０を、高生産性のもとで製造できるようになる。しかも、均熱炉１４の下流で絞り圧延機１１の上流にはインダクション・ヒータ１５を設け、製造する鋼管１０の品種に対応して温度を調整するようにしたので、小ロット・多品種生産にも、対応できるようになる。
【００１３】ところで、この設備列で使用される各装置は、大部分が前記電縫鋼管の製造にも使用できる可能性がある。また、製造した固相圧接鋼管は、主として中径以上の管を対象としており、薄肉で小径の管には、いまだ電縫鋼管が捨て難い面も有している。従って、溶接鋼管の製造メーカは、両方の製造工場を持っていることが望ましい。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その場合、同一工場内に類似した設備列を２つ以上有することになる。特に、鋼管工場を新設する場合には、ほぼ類似した装置を２つ以上建設することになる。これでは、無駄が多く、設備の有効利用の観点に立って技術的に検討する余地があると考えられる。
【００１５】本発明は、かかる事情に鑑み、１つの設備列で電縫鋼管及び固相圧接鋼管の製造を可能とする鋼管の設備列を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】発明者は、上記の目的を達成するため、前記した固相圧接の設備で電縫鋼管をも製造できるように鋭意検討し、本発明を完成させた。
【００１７】すなわち、本発明は、帯鋼を予熱する予熱装置と、予熱された帯鋼を成形加工する成形ロール群と、成形で得たオープン管の突き合せ部分をそれぞれ別個に誘導加熱するエッジ予熱装置及びエッジ加熱装置と、加熱されたオープン管の突き合せ部分を圧するスクイズ・ロールと、圧接されたシーム部の内外面を平らにするシーム圧延ロールと、シーム部を冷却する冷却装置と、冷却された鋼管を再度均一に加熱する均熱炉と、均熱炉から出たの温度を調整するインダクション・ヒータと、鋼管の外径を絞る複数の絞り圧延機と、鋼管を所望長さに切断する切断機とを順次配列した鋼管製造の設備列において、前記成形ロール群を各ロールの配置位置を変えてサイズ・フリーとし、前記エッジ加熱装置に低周波から高周波の電流を切り替え、供給する加熱電源を接続して溶融接合も可能とし、前記シーム圧延ロールの上流又は下流にシーム部に生じたビードを切削するバイトを設けると共に、前記冷却装置の下流に、プレス・カッタで切断された鋼管を、前記均熱炉を通さずに精整装置へ送る切り替へテーブルを設けたことを特徴とする鋼管製造の設備列である。
【００１８】また、本発明は、前記成形ロール群の下流にオープン管を加熱するオープン管予熱装置を設けたことを特徴とする鋼管製造の設備列である。
【００１９】さらに、本発明は、前記エッジ予熱装置、エッジ加熱装置及びスクイズ・ロールを囲み、雰囲気を変更するガス供給手段を設けたことを特徴とする鋼管製造の設備列である。
【００２０】加えて、本発明は、前記スクイズ・ロールの下流にシーム部外面の微小凹形状部分を解消し、平滑にするウエルド・ライン除去装置を設けたことを特徴とする鋼管製造の設備列でもある。
【００２１】本発明では、固相圧接鋼管の製造設備列に電縫鋼管の製造能力も兼ね備えるようにしたので、１つの設備列で適宜各装置を選択、使用して電縫鋼管及び固相圧接鋼管のいずれでも製造できるようになる。また、いずれの鋼管も小ロット・多品種生産が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】まず、本発明に係る設備列の理解を容易にするため、本出願人が特願平９−１５９６５５号公報で提案した設備列を概説する。
【００２４】それは、図３に示すように、多くの装置を順次配列したものである。アン・コイラ２でコイル状から平板状にされた帯鋼１は、先行する帯鋼の後端と後行する帯鋼の先端を接合装置３で溶接し、連続的に供給するようにしてある。そして、長い帯鋼１を一時的に貯えるルーパ４なる装置を経て、該帯鋼１は、予熱装置２５で８００℃以下の温度に予熱される。なお、この帯鋼予熱は、後述のオープン管８に成形した後に、管全体を予熱するようにしても良い。
【００２５】予熱された帯鋼１は、一群のロールで管状に成形される。この成形体は、帯鋼１の幅方向の両端を突き合わせているだけで、一体に接合されていないので、オープン管８と称されている。成形で得たオープン管８の突き合せ部分３５は、それぞれ別個に誘導加熱用コイルを備えたエッジ予熱装置６及びエッジ加熱装置７を通過し、最終的に融点に近い温度に加熱される。それでも、電縫鋼管と異なり、あくまでも固相状態にある。つまり、エッジ予熱は、帯鋼１の所謂「キュリー点」（９１０℃程度）以上で１３００℃未満とし、エッジ加熱は、１３００℃以上融点未満で行なう。このように予熱、加熱の温度範囲を段階的に分けるのは、一気に昇温すると、エッジ部に種々の不具合が起き、高速造管ができなくなるからである。なお、加熱源は、周波数１０〜４０ｋＨｚ程度の低周波電流である。この加熱されたオープン管８の突き合せ部分３５は、図４に示すスクイズ・ロール９で圧接され、円周が一体化した鋼管１０となる。このエッジ予熱、加熱圧接は、大気中で行なっても良いが、後述のシーム部品質の点から酸素のない雰囲気で行なうのが好ましい。そのため、エッジ予熱、加熱装置６，７、スクイズ・ロール９を囲む部屋（図示せず）を別途設け、その中に不活性ガスを吹込むガス供給手段（例えば、ボンベ、ノズル等）を配置してある。なお、エッジ予熱装置６、エッジ加熱装置７及びスクイズ・ロール９の配置は、図６に示すようになっている。
【００２６】次に、圧接された部分をシーム部というが、その部分の内外面には、図５に示すように、管体肉厚の５％以上の増肉３６を生じることがある。その対策として、シーム部近傍を図６に示す圧延ロール２０で平滑にする。また、該シーム部には、帯鋼１の所謂「エッジだれ」等に起因して、図７に示すようなウエルド・ライン２５と称される深さ０．２ｍｍ程度の微小名な凹形状部が生じる。そこで、それを除去するため、ウエルド・ライン除去装置１６（通常、切削、研磨ができるグラインダ等が使用される）が設けてある。
【００２７】そして、該シーム部に水を吹付て冷却し、冷却された鋼管１０は、均熱炉１４で再度均一に加熱し、必要に応じてインダクション・ヒータ１５により、温度を所望値（１２５℃〜７２５℃）に調整する。かかる温度に調整された鋼管１０は、ロールを多段に配置した絞り圧延機１１（通常、ストレッチ・レデューサを使用）で外径を絞った後、所望長さに切断され、矯正機３０、面取り機３１、印字装置３２等の精整装置１７を経て製品鋼管となる。
【００２８】このように、特願平９−１５９６５５号で提案した圧接鋼管の製造設備列は、シーム部が不完全で絞り圧延ができないという従来技術を、段階的で慎重な予熱、加熱によって改め、品質良好な鋼管を高速で生産できるようにした。
【００２９】本発明は、かかる設備列を、さらに電縫鋼管をも製造できるようにしたものであり、そのために加えた手段を、図１及び図２を参照して、以下に説明する。
【００３０】まず、前記成形ロール群５であるが、それには、図２に示すように、帯鋼１の進行方向にエッジ曲げロール、センター曲げロール、ケージ・ロール及びフィンパス・ロールを組み合わせて配置し、それらの配置位置を移動自在とした所謂「チャンス・フリー」成形機を使用する。これによって、オープン管８の外径が種々変更になっても、同一の成形機で処置できる。つまり、従来の電縫鋼管製造時の欠点であったオープン管８の外径変更に伴うロール替えを不要にしたのである。
【００３１】次に、本発明では、図２の前記エッジ加熱装置７に、低周波から高周波の電流を切り替えて供給可能な電源１８を接続するようにした。これによって、圧接鋼管の製造に際しては、周波数４０ｋＨｚ程度の低周波電流を、電縫鋼管の製造には、２００ｋＨｚ程度の高周波電流を切り替えて使用できるようにした。その結果、固相圧接に加え、溶融接合も可能となる。
【００３２】また、電縫鋼管の製造では、帯鋼１の融点以上に加熱され、ビードの形成が避けられないので、スクイズ・ロール９の下流側には、ビードの研削バイト１９を設けるようにした。この研削バイト１９は、圧接鋼管の製造時に用いる前記シーム圧延ロール２０と切り替えて使用するように配置される。
【００３３】さらに、電縫鋼管は、冷却装置２６の下流側に配置されたプレス・カッタ２１で所望の長さに切断されると、ほぼ製品としての形態になる。そこで、本発明では、均熱炉１４の上流側に、管の進行方向を変更し、それを直接精整装置１７へ送るための切り替えテーブル２２を設けるようにした。これによって、圧接鋼管が通る均熱炉１４や絞り圧延機１１での処理が省略できるのである。
【００３４】以上のべたように、本発明は、特願平９−１５９６５５号で提案した設備列に上記４つの手段を加味することで、圧接鋼管ばかりでなく、電縫鋼管をも製造できるようになる。なお、それらの製造に際しては、それぞれ使用しないで良い装置は、運転せずに単に通過させたり、バイパス通路２４を設けるようにすれば良い。例えば、前記帯鋼の予熱装置２３は、電縫鋼管の製造では、使用しないので、バイパス通路２４を経由させるようにしてある。また、鋼管形状の矯正、面取り等の精整装置１７、印字３２、結束３３等の装置は、圧接鋼管及び電縫鋼管で共用できるので、図１に示したように、同一のものを使用するようにしてある。
【００３５】
【実施例】図１に示した本発明に係る鋼管の製造設備列を使用し、電縫鋼管及び圧接鋼管を製造した。製造した鋼管のサイズは、両者とも外径１４６ｍｍ×肉厚４．５ｍｍである。また、図１の設備列で使用する装置とその運転条件を一括して表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】製造後の製品鋼管の品質は、シーム部品質、表面粗度、焼き付き疵で評価した。そのうち、シーム部品質は、製品管に径方向に荷重を加え、破壊する時の偏平高さ比（ｈ／Ｄ）で行い、表面粗度は、表面粗度計で測定し、焼き付き疵は、を調査することで行われた。なお、ｈは破断時の偏平高さ、Ｄは製品管の外径である。
【００３８】これらの成績を表２に、一括して示す。表２より、圧接鋼管と電縫鋼管を同一の設備列で製造しても、品質に優れた鋼管が生産できることが明らかである。
【００３９】
【表２】

【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、１つの設備列で、適宜各装置を選択使用して電縫鋼管及び固相圧接鋼管のいずれでも製造できるようになった。また、いずれの鋼管も、小ロット・多品種生産が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋼管製造の設備列を説明する概略図である。
【図２】図１の一部を拡大した図である。
【図３】特願平９−１５９６５５号で提案した設備列の一例を示す図である。
【図４】スクイズ・ロールの概略を示す図であり、（ａ）は鉛直方向、（ｂ）は水平方向に圧接する場合である。
【図５】シーム部での増肉を示す図であり、（ａ）は内面のみ、（ｂ）は両面で増肉した場合である。
【図６】エッジ予熱装置、エッジ加熱装置、スクイズ・ロール及びシーム圧延ロールの配置を示す図である。
【図７】ウエルド・ラインを示す図である。
【符号の説明】
１帯鋼
２アン・コイラ
３接合装置
４ルーパ
５成形加工装置（成形ロール群）
６エッジ予熱装置
７エッジ加熱装置
８オープン管
９スクイズ・ロール
１０鋼管
１１絞り加工装置（絞り圧延機）
１２帯鋼予熱装置
１３オープン管予熱装置
１４均熱炉
１５インダクション・ヒータ
１６ウエルド・ライン除去装置
１７精整装置
１８電源
１９研削バイト
２０シーム圧延ロール
２１プレス・カッタ
２２切り替えテーブル
２３帯鋼予熱装置
２４バイパス通路
２５ウエルド・ライン
２６冷却装置
２７ホット・ソー
２８クーリング・ベッド
２９チップ・ソー
３０矯正機
３１面取り機
３２印字装置
３３結束機
３４サイザー
３５突き合わせ部分（継ぎ目）
３６増肉

【特許請求の範囲】
【請求項１】帯鋼を予熱する予熱装置と、予熱された帯鋼を成形加工する成形ロール群と、成形で得たオープン管の突き合せ部分をそれぞれ別個に誘導加熱するエッジ予熱装置及びエッジ加熱装置と、加熱されたオープン管の突き合せ部分を圧するスクイズ・ロールと、圧接されたシーム部の内外面を平らにするシーム圧延ロールと、シーム部を冷却する冷却装置と、冷却された鋼管を再度均一に加熱する均熱炉と、該均熱炉から出た鋼管の温度を調整するインダクション・ヒータと、鋼管の外径を絞る複数の絞り圧延機と、鋼管を所望長さに切断する切断機とを順次配列した鋼管製造の設備列において、前記成形ロール群を各ロールの配置位置を変えてサイズ・フリーとし、前記エッジ加熱装置に低周波から高周波の電流を切り替え、供給する加熱電源を接続して溶融接合も可能とし、前記シーム圧延ロールの上流又は下流にシーム部に生じたビードを切削するバイトを設けると共に、前記冷却装置の下流に、プレス・カッタで切断された鋼管を、前記均熱炉を通さずに精整装置へ送る切り替へテーブルを設けたことを特徴とする鋼管製造の設備列。
【請求項２】前記成形ロール群の下流にオープン管を加熱するオープン管予熱装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の鋼管製造の設備列。
【請求項３】前記エッジ予熱装置、エッジ加熱装置及びスクイズ・ロールを囲み、雰囲気を変更するガス供給手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の鋼管製造の設備列。
【請求項４】前記スクイズ・ロールの下流にシーム部外面の微小凹形状部分を解消し、平滑にするウエルド・ライン除去装置を設けたことを特徴とする請求項１〜３記載の鋼管製造の設備列。

【図１】