JPS6156746A - 継目無鋼管の拡管加工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、とくにロール穿孔圧延法や熱間押出し法で
は直接製造し難い薄肉大径の継目無鋼管を製造する方法
に関する。

〔従来技術〕

例えば原子力発電関係の配管用鋼管ならびに継手には溶
接部のないことが求められる。溶接部があると、定期検
査時にその部分の検査が必要で、これは汚染環境での作
業となって安全性に問題がある他、定期検査のための停
機期間を延長させることにもなる、からである。

かかる用途に、いわゆる継目無鋼管が適することは言う
までもない。

ところで、このような用途の場合、サイズとしてはかな
り大径でしかも薄肉のものまで要求されるが、上記の継
目無鋼管は薄肉大径管をつくりつらい面がある。

すなわち、比較的大径の継目無鋼管は、いわゆるロール
穿孔圧延法（マ／不スマン法）でつくるのが通例である
が、これは本来連続製管により大量に製管するもので、
現状の設備は太部需要製品の寸法範囲を基にそれらが効
率的に製造できるように製管可能範囲が設計されている
ため、余り大径の具体的には４３０ｍｍ径をこえるよう
なものは製造できなくなっている。

継目無鋼管製造の他の一方法として熱間押抜１去（ｍル
ハル）　ｉｌ　）があり、これはマン不スマノ製管がで
きない可成り大径のものをつくることが可能である。し
かしながらこの方法も、製管条件としてのｔ／Ｄ（ｔ　
：肉厚、Ｄ：外径）が制約され（例えば外径４５０ｍｍ
ではｔ／Ｄ：２５％、同じ（８００ｍｍではｔ／Ｄ≧１
１％に限定される）、薄肉のものは製造できない憾みが
ある。エルハルト法は堅プレスで得たコンブ状素材をそ
の内腔にマンドレルを挿入し底部に力をかけてダイスに
通過させることににより縮径減肉加工する方法で、薄肉
製管になると素材底部が破断するおそれが生じてくる。

エルハルト法で直かにつくり得ない薄肉大径管を得る方
法としては、３つある。まず、エルハルト法で大径管を
つ（り出しその内外面を機械加工して薄肉化する方法、
次に同じくエルハルト法により底部破断を防ぐため肉厚
が底部側で大きくな１１　　　　　　　った内面テーパ
管をつくり同様に機械加工で仕上げる方法、そして最後
にマンネスマン法或いハ熱間押出し法で得た継目無鋼管
を芯金を使って冷間で減肉拡径加工する方法、の３っで
ある。

しかしながら前者２つの方法は、何れも機械加工で仕上
げるため、材料歩留り、製造コストの点で劣るのみなら
ず、エルハルト法自体能率的でないから生産性の面でも
問題がある他、とくに第２の方法ではテーパ状の特殊な
マンドレルを準備しなければならない不利がある。

減肉拡径加工を行う第３の方法は、具体的には第９図に
示すように台盤（８）上に立てた鋼管（１）に先端が先
細りテーパ状の芯金（９）を押し込んでゆく方法である
が、これは１回当りの拡径量（加工度）に限度があり、
要求される製品径によっては数回にも亘る拡管操作が必
要となり、能率的な方法とは言えない。それ許りか、加
工回数を増すとそれに伴い軟化処理や潤滑処理の実施回
数も増加するから経済的にも問題となる。

〔発明の目的〕

本発明は、拡管加工によりマンネスマン法、エルハルト
法で直接製造できないような薄肉大径管を機械加工なし
で製造することができ、しかも１回当りの拡管量をきわ
めて大きくとることができる能率的かつ経済的な継目無
鋼管の拡管加工法を提供するものである。

〔発明の構成〕

すなわち本発明は、ロール穿孔圧延法または熱間押出し
法にて得た継目無鋼管を素材とし、これを、先端側へ向
って径が漸増するテーパ部とその大径端に続く平行部よ
りなる外面を有するプラグを先端に備えたマンドレルに
その基端側から挿入し先端へ向けて押し進めてゆき、前
記プラグの近傍に設けた加熱手段により順次局部加熱し
ながらプラグに通して拡径減肉加工を行うことを特徴と
する継目無鋼管の拡管加工法を要旨とする。

以下、図面に基いて本発明の方法を具体的かつ詳細に説
明する。

第１図ビ）は本発明の拡管加工法の概念図で、（１）は
素管、（２）はマンドレル、（３）は加熱手段、（４）
はチャック、（５）はプツンヤーのヘッドである。

マンドレル（２）はマンドレル本体（２０）と該本体の
先端に付設された形のプラグ（２１＋よりなる。マンド
レル本体（２０１は使用素管（１）の内径より若干小さ
な径とし、その長さは少なくとも素管一本の長さよりい
くらか太き目にする。プラグ（２１）は上記マンドレル
本体（社）に接続し、基本的には先端側に向って径が漸
増するテーパ部にとその大径端に続く平行部（２３１よ
りなる外面をもつ。なおプラグ形状については後で更に
詳しく述べる。

加熱手段（３）は、上記マンドレル本体のの先端部から
プラグのテーパ部のに対応し、同平行部の）にも一部か
かるように設けである。加熱手段としては、高周波コイ
ルが好適であり、これは図示のようにマンドレル（２）
を同心的に囲繞するように設けられる。

チャック（４）はマンドレル（２）の基端（ｈ側を把持
して固定し、プッシャーのヘッド（５）はそのマンドレ
ル（２）に挿入された素管（１）の後端（１′）に当て
て素管をマンドレルの先端側へ押し出すものである。

本発明の拡管加工法は、このような装置を用い次のよう
にして実施される。

使用する素管（１）は、要求される製品寸法（目標製管
寸法）を基に後述のような拡管加工による寸法度化を考
慮して肉厚、外径を決める。素管はマンネスマン法、熱
間押出し法のどちらでつくったものでもよい。経済性を
考えるとマンネスマン法の方が有利であるから、同法に
て製造可能な寸法範囲のものはこの方式によるのが望ま
しい。

かかる素管（１）を、必要により内面潤滑処理を行って
かう前記マンドレル（２）にその基端（））側より挿入
し、そのマンドレル（２）の基端部をチャック（４）に
より把持固定した上で素管（１）の後端（１′）にプッ
シャーヘッド（５）をセットし素管（１）をマンドレル
（２）の先端側へ推進させる。

そうして、ブツ／ヤーヘッド（５）に押されてマンドレ
ル本体＠）の先端部に来た素管（１）を、その進行に伴
って先端から順次加熱手段（３）により加熱しながらプ
ラグ（２１）に通してゆき、減肉拡管加工を行うもので
ある。（鎖線図示参照） １　　　　　　この素管の加工は当該素管の後端（１′
）がプラグ＋２１１にかかる前に一旦停止し、ここで同
図（ロ）に示すように次の素管（１０）を前記先行材（
１）の後に同様にセットしその後続素管（１１１Ｉｌの
後端（１σ）をヘッド（５）で押すことによって前記加
工途中の先行材（１）を更に前方へ押し進めてやり、そ
の残りの加工を完了させてマンドレル先端から排出させ
る。このような操作サイクルの繰り返しにより次々と拡
管加工を行うものである。

さて、本発明の具体的な方法は、以上のようなものであ
るが、ここで本発明の方法に使用するマンドレルのプラ
グの形状について詳しく述べる。

第２図は同上プラグの好ましい一例を示したものである
。プラグは先述のとおり、テーパ部ツと平行部のよりな
るが、図示プラグではまずテーパ部は前段（２２ｇ）と
後段（ｚ２ｂ）の２つの部分に分けられ、前段のテーパ
角（θ１）が後段のそれ（σ２）より大きく形成しであ
る。そして平行部（２３１は、前段■ω、中段（２３ｂ
）　、　後段Ｇ２３ｃ）（＋）　３　ツＩｃ　分ケラレ
、中段ノ径（′ＤＤ）が前段、後段のそれ■０■υより
も若干大きくなっている。

上記プラグ各部の寸法並びに機能について以下に詳しく
述べる。

くテーパ部〉 テーパ角（θ１）の大きい前段Ｇ２２ａ）は、拡管加工
の大部分を行うところである。θｌは当該部位での素材
加熱状況、素材の変形抵抗、必要拡管量や肉厚変化量、
素材押圧力の設備的制約などから適宜法められる。−既
には言えないが、１０°くθ１く１５゜程度が適当であ
る。またこの前段部分の長さく／１）としては、テーパ
部全体の長さに）の０．８倍はどを目安とすればよい。

なお、素材加熱状況によっては、同部分（２２ａ）のマ
ンドレル本体（２０）側の一部に、テーパ角が上記θ１
より小さい部分を適当につくり、加工初期の、変形抵抗
の低下がまだ不十分な段階での加工の量を比較的小さく
抑えるようにしてもよい。

次にテーパ部の後段（２２ｂ）は、前段Ｃ２ωで拡管さ
れた素材の直進性を緩和し、続く平行部１２３）に素材
内面を溢わせる役目を果す。同部のテーパ角（θ２）は
前記θ１よりも遥かに小さいものとする必要があり、具
体的には２°〈θ２＜５°程度が最適と言える。

同部の長さく１２）は前記前段（２２ａ）の長さく１１
）との関係から０．２×テ一パ部全長１ｅ））はどにな
る。

〈平行部〉 前段（２３ａ）は、テーパ部＠で拡管された管の変形を
修正するための部分である。テーパ部＠を通過する管は
加熱温度並びに潤滑剤分布の不均一や偏肉等により楕円
化や曲がりを起こす力を受けるので、それによる変形を
修正するものである。この部分の径（Ｉｌｋ）は次の中
段（２３ｂ）による拡管が適正量（２係程度）となるよ
うに決める。現実には、製品管の内径に略等しくなる。

中段（２３ｂ）は、上記前段（２３ａ）を経て進んでき
た管を最終的に軽拡管して、真円度並びに曲がりの矯正
を行うとともに製品寸法に熱収縮量を考慮したサイズを
確保する部分である。この部分の径（ＤＯ）はしたがっ
て、製品内径に熱収縮量を見込んだだけの大きさとする
。この中段Ｃ２３ｂ）での拡管率は２多種度が適当であ
る。

後段Ｃｌ２３ｃ）は、管の冷却過程における曲がりの発
生や直円度の低下を防止する役目をする。この部分は加
熱手段（３）との関係において、管が降温を示すところ
にくるように設けられ、その径（Ｄａ）は、前記中段（
２３ｂ）で加工された管がその中段と当該部位前方位置
間での材料温度差により収縮したときのその内径より若
干小さ目とする。径（ＤＣ）が中段（２３ｂ）と同程度
では管が後段０３Ｃ）を抱き込んだようになって、後続
管の加工遂行の妨げとなる。

以上のような本発明の方法によれば、１回の加工できわ
めて大きな、具体的には２００係にも及ぶような拡管量
を確保することができるものである。

本発明の方法において、拡管に伴う減肉或いは縮長の寸
法変化は、基本的には拡管量に比例的である。第３図、
第４図にその傾向を示す実験データの例を掲げておく（
図の鎖線はデータのばらつきの範囲を示す。）これは、
マンドレルのテーバ部の傾斜条件を一定にして求めた関
係である。拡管に伴う減肉、縮長はまた、使用マンドレ
ルの形状および素管加熱のヒートパターンにも大きく影
：１　　　　　　グされ、マンドレル形状ではテーパ部
の傾斜が大きく、またヒートパターンでは拡管加工中の
部位の温度が高いほど、減肉は小さく縮長率は大きくな
る傾向がある。

なお、本発明の方？去では、上記プラグの平行部の後段
（，２３ｃ）、つまりプラグの最終段において、第５図
（ケ）は縦断側面図、仲）は正面図）に示す如く、管Ｃ
ＡＩの外周面に浴って自転しながら円運動するスピニン
グ倣いローラ（６）を併設し、拡管加工終了後の管に連
続的にスピニング加工を施すことにより偏肉の是正やよ
り一層の薄肉化を図るようにすることもできる。のみな
らず、このスピニング加工を利用すれば、必要に応じ肉
厚段付管をつくることも可能となる。

また、加工する管の材質その他の条件によっては、プラ
グ（２１）を出た直後の段階で、第６図に示すように管
（１）を囲繞するように設けた環状ノズル（７）により
管に水またはエアーを全周均等に吹付けて強制冷却を行
うことにより、管の冷却過程での曲がり発生（管の自重
、冷却速度差等による）を抑えるようにすることも、品
質確保上有意なことである。

更にまた、加工に当り、前もって素管毎に超音波等によ
る肉厚測定を行い、その素管情報を基に、加熱手段（３
）による加熱の管軸方向および周方向のパターンを制御
することにより、製品肉厚精度の向上をはじめ、偏肉の
是正や加工による新たな偏肉の発生の防止、更には曲が
りの抑制をも図り得る。加熱手段が高周波コイルのよう
なものでは、加熱の管軸方向パターンはそのコイルへの
給電量を調整して、また同じく周方向パターンはコイル
中心の管中心に対する位置関係（偏心量）を調整するこ
とによって、それぞれ任意に変化させることができる。

また本発明の加工法を利用すれば、一本の管の拡管を途
中の段階で止め、そのままマンドレルから取外すことに
よりテーバ段付管或いはレジューサ付管を得るといった
ことも可能である。

〔発明の効果〕

次に、本発明の実施例を述べる。

第１表に示す材質、寸法（公称）の継目無鋼管（マンネ
スマン法で得たもの）を素材とし、同表に示した製品寸
法、拡管率を目標に、本発明に従って第７図に示した各
部寸法のプラグ（２１）を備えたマンドレル（２）を用
い、熱間減肉拡管加工を行った。

加熱手段は、高周波コイル（３）を第７図に表わしたマ
ンドレルとの位置関係になるよう番こ２段に配置した。

加工の条件は、ヒートパターン（管軸方向）が第８図（
マンドレル軸方向の位置を表わす横軸は第７図と対応）
のとおりて、その他は第２表に示した。なお、本例にお
いては成形開始前に高周波コイル（３）によりマンドレ
ルそのものを予熱しておいた。

第１表 第２表 このような拡管加工により１２本の製品管を得たが、そ
の製品寸法並びに偏肉、真直度（曲がり）真円度（楕円
率）は次のとおりであった。

１）製品寸法 外径：３９４．．１〜３９５．５印ｆ、肉厚二１５．２
〜１６．７印ゝ！　　　　　　１＋）偏肉：第１０図に
示す管の同一断面における周方向等分位置ｔａ＋〜（ｈ
）で測定した肉厚の最大と最小の差の目標厚に対する割
合で、最大１２．７％、最小５．５チ、平均９．３％。

１１１）真直度、第１１図に示す基準面Ｘに対する管の
曲り量（δ）で、最大８．５　ｍｍ　、最小３９胴、平
均５．２印ｆ［ｌ。

１り真円度：管の同一断面（こおいて４方向（前出第１
０図鎖線の方向）に測定した外径の最大と最小の差の目
標外径に対する比率で、最大１．３％、最小０．５％、
平均０，８％。

この結果から、本発明法によれば安定した品質の薄肉大
径管が得られることが分る。

以上の説明から明らかなように本発明の方法は、マンネ
スマン法、熱間押出し法で製造した継目無鋼管を素材と
して、熱間減肉拡管加工により大径管をつくり出すもの
で、機械加工が不要で材料歩留りがよい上、１回当りの
拡径量がきわめて大きく設定できるから、経済的かつ能
率的な大径管製造が可能であり、したがもてとくにマン
不スマノ去では製造できない外径約４３０ａ＋ｍ以上の
継目無大径管の製造、更にはエルハルト法でも直接製造
不可能な外径約４３０ｍｍ以上でｔ／Ｄ５％未満の薄肉
大径管の製造において、コストの低減並びに製造能率の
向上に資するところがきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の拡管加工法を示す概念図、第２図は本
発明の方法に使用するマンドレルのプラグについてその
好ましい形状を説明する図、第３図、第４図は本発明に
基く拡管加工に伴う減肉並びに縮長の寸法変化の傾向を
示す実験データを表わしたもの、第５図は本発明の方法
にスピニング加工を組合せた状態を示す模式説明図で、
旧は縦断側面図、（ロ）は正面図である。第６図は本発
明による拡管加工終了直後に管を冷却する方式の説明図
で、（イ）は縦断側面図、（ロ）は正面図である。第７
図は本発明の実施例に用いたマンドレルと加熱手段（高
周波コイル）を示した説明図、第８図は同実施例におけ
る材料加熱のヒートパターンを示す図、第９図は従来の
拡管法を示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロール穿孔圧延法または熱間押出し法にて得た継
   目無鋼管を素材とし、これを、先端側へ向つて径が漸増
   するテーパ部とその大径端に続く平行部よりなる外面を
   有するプラグを先端に備えたマンドレルにその基端側か
   ら挿入し先端へ向けて押し進めてゆき、前記プラグの近
   傍に設けた加熱手段により順次局部的に加熱しながらプ
   ラグに通して拡径減肉加工を行うことを特徴とする継目
   無鋼管の拡管加工法。