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CN1898042A - Uoe钢管的制造方法及其制造装置 - Google Patents

Uoe钢管的制造方法及其制造装置 Download PDF

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CN1898042A
CN1898042A CNA2004800383569A CN200480038356A CN1898042A CN 1898042 A CN1898042 A CN 1898042A CN A2004800383569 A CNA2004800383569 A CN A2004800383569A CN 200480038356 A CN200480038356 A CN 200480038356A CN 1898042 A CN1898042 A CN 1898042A
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Abstract

一种UOE钢管的制造方法和用于其的UOE钢管的制造装置，其特征在于，当以U形压力机成形U管后，得到的U管的开口宽度比后工序中的O形压力机的模直径大时，以设置于所述O形压力机的前工序或/和O形压力机的至少入口部的夹辊，从所述U管的前端侧，将U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小，同时向O形压力机内部搬送，向O形压力机的搬送结束后，将所述U管由O形压力机成形为O管。在此制造装置中，优选夹辊被内设于辊架，以多段构成。此外，优选夹辊具有缩小U管的开口宽度时的U管的隆起防止机构，具备搬送U管的功能。据此，能够高效率地制造相当于X80级的高强度用的UOE钢管。

Description

UOE钢管的制造方法及其制造装置
技术领域
本发明涉及～种UOE钢管的制造方法和用于其的制造装置，更详细地说，是涉及随着对象钢管的高强度化，将U形压制后的回弹大的材料作为原材的UOE钢管的制造方法及其制造装置。
背景技术
一直以来，大直径钢管的制造时，UOE钢管的制造方法被广泛地采用，其概略的制造工序，由“C形压制成形”～“U形压制成形”～“O形压制成形”～“内面·外面焊接”～“扩管”组成。
图1是说明经UOE钢管的制造工序中的“C形压制成形”、“U形压制成形”和“O形压制成形”的原材的成形状况的图。首先，在C形压制成形中，为了实现O形压制成形所需要的成形载荷的降低，并且抑制峰化(peaking)的发生，而在原材(厚板)的宽度方向的端部附近实施相当于钢管外径的弯曲加工。
其次，在U形压制成形中，采用具有开式模的U形压力机，将被C形压制成形的平板加工成U管状，制造能够向O形压力机的装置内搬送的U管1。此外，在O形压制成形中，采用具有闭式模的O形压力机，将被搬送的U管1成形加工成O形状。
如图1所示，经“C形压制成形”、“U形压制成形”、“O形压制成形”后，内面·外面被焊接的钢管，在直径尺寸和正圆度中，并不满足所要求的尺寸精度。为此，钢管还要实施扩管，所谓冷扩口的加工而进行钢管尺寸的矫正，并且使随着压制成形和焊接所形成的拉伸方向的内部应力减小，使夹紧方向的内部应力形成。
另一方面，在UOE钢管为对象的干线用管用的钢管中，从使油井、气井中采掘的原油、天然气等的搬送效率提高的观点出发，可经受高压搬送的高强度的干线用管的需要高涨。例如，随着钢管的高强度化，铺设钢管的薄壁化成为可能，能够使钢管的搬送和埋设的费用降低。
现在，作为干线用管用的钢管，在API(American Petroleum Institute)规格中规定有X42×X80级，不过作为UOE钢管实用干线用管所采用的限于X70级。X80级作为干线用管而实用化的极其罕见，现有的实用例也不过数例。这是因为，在X80级以上的高强度钢管中，难以使将屈服比定为API规格的X80级的容许屈服比，在例如93％以下，以及压制成形很困难。
特别是，对压制成形性，随着材料的高强度化，UOE钢管的U形压制成形后的回弹变大，随之而来的是U管的开口宽度变大。在以下的说明中，将U形压制成形后的U管的开口宽度，简称为“U管宽度”。
图2是表示U管宽度的发生状况和此U管宽度与O形压力机的模直径的关系的图。在此所谓U管宽度W，表示U管1的开口宽度的最大值。如图2(a)所示，当U管宽度W比O形压力机7的模直径大时，碍于模8而不能将U管1搬送至O形压力机7装置内。为此，如图2(b)所示，必须多次实施U形压制成形后，直到U管宽度W变得比O形压力机7的模直径小，才能将U管1向O形压力机7装置内搬送。
然而，在用于搬送U管的多数压制方式中，因为U形压制成形所要的时间增加，所以生产率显著降低。此外，因为经多次的U形压制，受到塑性变形的U管底部和其附近的加工硬化显著，所以在制管后的周方向的强度分布会变得不均一，并且钢管的屈服比也会上升。
为了使U形压制成形后的U管宽度减少，如图3所示，在采用冲头9和U形冲压模10进行U形压制成形时，与通常的冲头冲程相比，要加大U形压力机的冲头冲程而进行成形加工。图3(a)表示通常的冲头冲程下的成形，同(b)表示利用大的冲头冲程的成形。
图4是表示基于冲头冲程的差异的U形压制成形后的U管宽度的发生状况的图。图4(a)表示以通常的冲头冲程成形时的U管宽度Wa的发生状况，图4(b)表示以大的冲头冲程成形时的U管宽度Wb的发生状况。
通过以大的冲头冲程成形，能够使U形压制成形后的U管宽度Wb减少，但因为会成为如同(b)所示的形状，所以作为最终成品的钢管的正圆度恶化，并且还有在O形压制成形时引起U管1压曲的可能。
另一方面，对于将U形压制成形后的U管搬送至O形压力机装置内的机构，在特开昭59-232620号公报中，公开了在U形压力机装置和O形压力机装置之间设置闭合架(closing stand)，一边防止U管的倾斜一边进行向O形压力机装置内的搬送的方法。然而，设于上述特开昭59-232620号公报所公开的架子的旁辊的作用，不过是辅助U管向O形压力机装置内搬送的机构。为此，无法对应随着UOE钢管的高强度化的U形压制成形后的U管宽度的发生。
发明内容
本发明，为了解决随着上述的高强度干线用管的要求而产生的课题，其目的在于，提供一种UOE钢管的制造方法和使用其的制造装置，即使是制造高强度的UOE钢管，例如，制造API规定的X80级的UOE钢管时，也能够改善U形压制成形后发生的U管宽度，高效率地将U管搬送到O形压力机装置内。
本发明者们，为了解决上述的课题，在制造高强度的UOE钢管的方法中，进行了各种的研究，其结果着眼于在U形压制成形后设置的夹辊的作用及其效果。然后可知，使此夹辊具有夹紧U管的功能和使U管搬送的功能有效。
在具体的研究中，在UOE钢管的制造时，在U形压力机和O形压力机之间，使一组或多组的夹辊相对，在U管的夹紧的同时进行搬送。此外，夹辊的夹紧位置设定在适合于每种钢管尺寸的高度。
在U管的夹紧时，调整夹辊的工作冲程，夹紧U管的规定位置，与O形压力机装置的模径相比，缩小O形压力机侧的管端的U管宽度。此后，通过使夹辊和设置于U管下部的搬送辊转动，向下一个工序的O形压力机装置内搬送U管。
此外，因为根据夹辊的夹紧位置和初期的U管宽度，有U管的纵长方向的端部隆起的情况，所以配置从上侧防止U管的隆起的压辊。
U形压制成形后的U管宽度，依赖于钢管外径和壁厚等的钢管尺寸和材料强度，当然，为了使O形压力机侧的管端的U管宽度减少至规定，所需要的夹辊的夹紧冲程也变化。因此，研究了与代表性的钢管尺寸和材料强度对应的U管的夹紧量。
图5是表示在具体的研究中所用的夹辊的配置的图。内设于所配置的辊架6的夹辊3有2组，在图中的A侧配有O形压力机，U管1通过搬送辊2被搬送。使用的材料的屈服强度为700N/mm2、750N/mm2的2个种类。此外准备的U管的长度是12m，制管后的尺寸为外径24英寸、28英寸和壁厚12mm、14mm的组合。此外，图中的L为3m，夹紧位置的高度H为700mm。
在调整内设于辊架6的2组的夹辊3的高度(H：700mm)的同时，也将压辊4的位置根据钢管尺寸调整到适当的位置。实施夹紧直到图5中的A侧的管端的U管宽度变成O形压力机的模径的0.95倍，这时测定夹辊3夹紧所需的冲程。测定的冲程是从夹辊与U管接触，到A侧的管端的U管宽度变成规定的值的冲程(单侧：mm)。
表1出示根据上述的研究所得到的冲程的测定结果的一例。
[表1]
  钢管尺寸   屈服强度
  外径(inch)×壁厚(mm)   700(N/mm2)   750(N/mm2)
  24×12   175mm   200mm
  24×14   150mm   180mm
  28×12   190mm   220mm
  28×14   160mm   195mm
在未测定夹紧冲程的钢管尺寸中，能够根据由测定所得到的冲程，估计夹辊所需要的冲程。此外在制造高强度的钢管时，因为预想在U形成形后有相当大的回弹，所以需要适当地调整图5中的距离L和压辊的位置。
本发明基于上述的认识，以下述(1)～(3)的UOE钢管的制造方法和(4)～(7)的UOE钢管的制造装置为要旨。
(1)一种UOE钢管的制造方法，其特征在于，当以U形压力机成形U管后，得到的U管的开口宽度比后工序中的O形压力机的模直径大时，以设于所述O形压力机的前工序的夹辊，从所述U管的前端侧，将U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小，同时向O形压力机搬送，向O形压力机的搬送结束后，将所述U管以O形压力机成形为O管。
(2)一种UOE钢管的制造方法，其特征在于，当以U形压力机成形U管后，得到的U管的开口宽度比后工序中的O形压力机的模直径大时，以设于所述O形压力机的至少入口部的夹辊，从所述U管的前端侧，将U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小，同时向O形压力机的内部搬送，向O形压力机的搬送结束后，将所述U管以O形压力机成形为O管。
(3)一种UOE钢管的制造方法，其特征在于，当以U形压力机成形U管后，得到的U管的开口宽度比后工序中的O形压力机的模直径大时，以设于所述O形压力机的前工序的夹辊，从所述U管的前端侧，将U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小，同时向O形压力机搬送，接着，以设于所述O形压力机的至少入口部的夹辊，从所述U管的前端侧，将U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小，同时向O形压力机的内部搬送，向O形压力机的搬送结束后，将所述U管以O形压力机成形为O管。
(4)一种UOE钢管的制造装置，其特征在于，是上述(1)记载的制造方法所采用的制造装置，设置有：成形U管的U形压力机；夹辊，其设于所述O形压力机的前工序，将所述U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小；和O形压力机，其贯穿全长收置开口宽度被缩小的U管而成形为O管。
(5)一种UOE钢管的制造装置，其特征在于，是上述(2)记载的制造方法所采用的制造装置，设置有：成形U管的U形压力机；夹辊，其设于所述O形压力机的至少入口部，将所述U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小；和O形压力机，其贯穿全长收置开口宽度被缩小的U管而成形为O管。
(6)一种UOE钢管的制造装置，其特征在于，是上述(3)记载的制造方法所采用的制造装置，设置有：成形U管的U形压力机；夹辊，其设于所述O形压力机的前工序和其至少入口部，将所述U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小；和O形压力机，其贯穿全长收置开口宽度被缩小的U管而成形为O管。
(7)在上述(4)～(6)的UOE钢管的制造装置中，优选夹辊被内设于辊架，以多段构成。此外，优选夹辊具有缩小U管的开口宽度时的U管的隆起防止机构，具备搬送U管的功能。
在本发明中，“设于O形压力机的至少入口部的夹辊”的规定，是设想为如下情况，因为U形压制成形后的U管宽度，依赖于钢管外径和壁厚等的钢管尺寸和材料强度，所以变动大，当在O形压力机机身设置夹辊时，无需贯穿全长设置，也可以是根据U管宽度的发生状况，采用仅限定于O形压力机的入口部而设置的夹辊。
根据本发明的UOE钢管的制造方法及其制造装置，即使在制造相当于API规格规定的X80级的UOE钢管时，也能够改善发生于U形压制成形后的U管宽度，不受模干涉地将U管向O形压力机装置内搬送，所以能够高效地制造高强度用的UOE钢管。由此，能够适当地对应高强度干线用管的要求，可应用于各种的壁厚和钢管外径的高强度用的UOE钢管的制造。
附图说明
图1是说明经UOE钢管的制造工序中的“C形压制成形”、“U形压制成形”和“O形压制成形”的原材的成形状况的图。
图2是表示U管宽度的发生状况和此U管宽度与O形压力机的模直径的关系的图。
图3是说明经U形压制的U管的成形状况的图。
图4是表示基于冲头冲程的差异的U形压制成形后的U管宽度的发生状况的图。
图5是表示在具体的研究中采用的夹辊的配置的图。
图6是表示应用本发明的UOE钢管的制造工序中的装置配置例的图。
图7是表示内设于辊架的夹辊的结构的图，(a)表示正视结构，(b)表示俯视结构。
图8是表示本发明的O形压力机装置的结构的图，(a)表示正视结构，(b)表示俯视结构。
图9是表示由本发明的O形压力机装置成形输入完成了的U管的结构的图。
图10是表示通过设置于O形压力机的前工序的夹辊，夹紧U管的状态的图，(a)表示正视结构，(b)表示俯视结构。
图11是表示U管被搬送至O形压力机装置内的正前的辊架和O形压力机装置的俯视结构的图。
图12是表示U管被搬送至O形压力机装置内之后的辊架和O压力机装置的俯视结构的图。
图13是表示在O形压力机装置内使U管的搬送结束的状态的俯视结构的图。
图14是表示确认了本发明的效果(U管宽度/O形压力机的模直径)的结果的图。
具体实施方式
以下，基于图6～图14所示的具体例，详细说明本发明的内容及其带来的效果。
图6是表示应用本发明的UOE钢管的制造工序中的装置配置例的图。在图6所示的配置例中，夹辊3内设于辊架6，经U形压力机5的成形后，设置于O形压力机7的前工序。但是，在本发明中，不限定于此装置配置，也可以将夹辊3设于O形压力机7机身，此外还可以设于O形压力机的前工序和O形压力机机身。此外，U形压力机5、辊架6和O形压力机7之间由搬送辊2连结。
图7是表示内设于辊架的夹辊的结构的图，(a)表示正视结构，(b)表示俯视结构。夹辊3由2组构成，以能够根据钢管的尺寸调整夹紧位置的方式，除夹紧方向(水平方向)之外，还能够在垂直方向上移动。
此外，夹辊3通过驱动用马达3a可以旋转，通过夹紧U管1后使其驱动旋转，可以进行U管1的搬送。另外，在辊架6的上部设置有3个压辊4，该压辊4通过驱动用马达4a的运转，而能够在垂直和纵长方向上移动。
图8是表示本发明的O形压力机装置的结构的图，(a)表示正视结构，
(b)表示俯视结构。在O形压力机装置上设置有10组的导辊，不过通过使它们具有夹辊的功能，能够作为夹辊3使用。即，图8所示的导辊可以在夹紧方向(水平方向)上移动，能够夹紧被搬送到O形压力机7装置的U管，另外，通过驱动用马达3a可以旋转，通过夹紧U管后使其驱动旋转，可以进行U管的搬送。
如前述，U形压制成形后的U管宽度，依赖于钢管外径和壁厚等的钢管尺寸和材料强度，变动很大。为此，将设置于O形压力机机身的导辊作为夹辊使用时，不必贯穿O形压力机机身的全长使用，可以根据U管宽度的发生情况，以设置于O形压力机的入口部的夹辊，将U管宽度缩小为比O形压力机的模直径小，同时向O形压力机内部搬送。据此，在本发明中，当在O形压力机机身上设置夹辊时，规定夹辊至少设于入口部。
在O形压力机装置的模8的底面，设有搬送辊用开口部，在此位置上设置有搬送辊2。该搬送辊2能够通过驱动用马达旋转。另外，搬送辊2由气垫(air cushion)固定，若在U形压制成形时，施加一定以上的载荷，则搬送辊2成为沉陷构造。
图9是表示由本发明的O形压力机装置成形输入完成了的U管的结构的图。如图9所示，U管1的搬送结束，由O形压力机成形时，使整个的夹辊3或导辊，从上下模8之间后退，并且还要使整个的搬送辊2形成沉陷的状态。由此，可以进行U管1的O形压制成形。
接着，采用设置了内设于所述图7所示的辊架6的夹辊3，和所述图8、图9所示的夹辊3的O形压力机7装置，具体地，对夹紧U管1以缩小U管宽度的作业要领进行说明。U形压制成形的U管1，通过搬送用辊2的驱动，向内设夹辊3的辊架6搬送。这时，当U管宽度比O形压力机7的模径大时，需要U管的夹紧作业。
图10是表示通过设于O形压力机的前工序的夹辊，夹紧U管的状态的图，(a)表示正视结构，(b)表示俯视结构。夹辊3在夹紧方向(水平方向)上移动，夹紧U管1，直到辊架6输出侧的管端的U管宽度比O形压力机的模径小。这时，夹辊3的夹紧位置根据钢管的尺寸而被适当地调整。
另外，当初期的U管宽度相对于O形压力机的模径大时，由于夹辊3的夹紧，有时U管1的两管端会隆起。若与搬送辊2接触的部分隆起，则因为搬送U管1的功能降低，所以通过设置于辊架6的压辊4(图示为3个)，防止U管1的隆起。这时，压辊4的配置根据钢管尺寸被适当地调整。
接着，使在夹紧位置与U管1接触的夹辊3，和在U管1的底部接触的搬送辊2转动，而向O形压力机搬送U管1。
图11是表示U管被搬送至O形压力机装置内的正前的辊架和O形压力机装置的俯视结构的图。通过由内设于辊架6的夹辊3搬送夹紧的U管1，前端侧的U管宽度由于回弹，而与夹紧初期的状态相比变大。此外若继续这么搬送，则前端侧的U管宽度与O形压力机7的模径相比变大，与模8接触会给模8造成损伤，难以搬送U管1。
图12是表示U管被搬送至O形压力机装置内之后的辊架和O压力机装置的俯视结构的图。在图12中，设置于O形压力机7装置的导辊，作为夹辊3被使用。
在搬送到O形压力机7装置内的U管1的前端，到达O形压力机7的装置输入侧的夹辊3的设置位置的时点，该夹辊3在夹紧方向上移动，再次夹紧U管1，缩小U管宽度。接下来，一边通过设置于O形压力机的入口的夹辊3夹紧U管1，一边使夹辊3、搬送辊2和导辊驱动，将U管1进一步搬送到压力机7内部。
图13是表示在O形压力机装置内使U管的搬送结束的状态的俯视结构的图。U管1的搬送结束后，使整个的夹辊3或导辊，从上下模8之间后退，并且使整个的搬送辊2形成沉陷的状态，实施U管1的O形压制成形。
图14是表示确认了本发明的效果(U管宽度/O形压力机的模直径)的结果的图。供试材是屈服应力为700N/mm2，外径32英寸×壁厚16mm的钢管。当应用本发明时，夹辊的冲程，从先前的研究结果估计为140mm。
不应用本发明时，U管宽度与O形压力机的模径相比变大超过1.2倍，而不能向O形压力机装置内搬送。相对于此，在应用本发明时，U管宽度小至低于模径的0.95倍，向O形压力机装置内的搬送没有问题。
此外，作为供试材，采用屈服应力超过800N/mm2的超高强度钢，本发明可以适用。
工业上的利用可能性
根据本发明的UOE钢管的制造方法及其制造装置，即使在制造相当于API规格规定的X80级的UOE钢管时，也能够改善发生于U形压制成形后的U管宽度，不受模干涉而将U管向O形压力机装置内搬送，所以能够高效地制造高强度用的UOE钢管。
由此，能够适当地对应高强度干线用管的要求，可应用于各种的壁厚和钢管外径的高强度用的UOE钢管的制造，作为该制造方法或制造装置可广泛地利用。

Claims (9)

1、一种UOE钢管的制造方法，其特征在于，当以U形压力机成形U管后，所得到的U管的开口宽度比后工序中的O形压力机的模直径大时，由设于所述O形压力机的前工序的夹辊，从所述U管的前端侧，将U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小，同时向O形压力机搬送，向O形压力机的搬送结束后，将所述U管以O形压力机成形为O管。
2、一种UOE钢管的制造方法，其特征在于，当以U形压力机成形U管后，所得到的U管的开口宽度比后工序中的O形压力机的模直径大时，以设于所述O形压力机的至少入口部的夹辊，从所述U管的前端侧，将U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小，同时向O形压力机搬送，向O形压力机的搬送结束后，将所述U管以O形压力机成形为O管。
3、一种UOE钢管的制造方法，其特征在于，当以U形压力机成形U管后，所得到的U管的开口宽度比后工序中的O形压力机的模直径大时，以设于所述O形压力机的前工序的夹辊，从所述U管的前端侧，将U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小，同时向O形压力机搬送，接着，以设于所述O形压力机的至少入口部的夹辊，从所述U管的前端侧，将U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小，同时向O形压力机搬送，向O形压力机的搬送结束后，将所述U管以O形压力机成形为O管。
4、一种UOE钢管的制造装置，其特征在于，是权利要求1记载的制造方法中所采用的制造装置，设置有：成形U管的U形压力机；和夹辊，其设于所述O形压力机的前工序，将所述U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小；和O形压力机，其贯穿全长收置开口宽度被缩小的U管而成形为O管。
5、一种UOE钢管的制造装置，其特征在于，是权利要求2记载的制造方法中所采用的制造装置，设置有：成形U管的U形压力机；夹辊，其设于所述O形压力机的至少入口部，将所述U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小；和O形压力机，其贯穿全长收置开口宽度被缩小的U管而成形为O管。
6、一种UOE钢管的制造装置，其特征在于，是权利要求3记载的制造方法中所采用的制造装置，设置有：成形U管的U形压力机；夹辊，其设于所述O形压力机的前工序和其至少入口部，将所述U管的开口宽度缩小为比所述O形压力机的模直径小；和O形压力机，其贯穿全长收置开口宽度被缩小的U管而成形为O管。
7、根据要利要求4～6中的任一项记载的UOE钢管的制造装置，其特征在于，所述夹辊被内设于辊架上，以多段构成。
8、根据要利要求7记载的UOE钢管的制造装置，其特征在于，所述夹辊具有缩小U管的开口宽度时的U管的隆起防止机构。
9、根据要利要求7或8记载的UOE钢管的制造装置，其特征在于，所述夹辊具有搬送U管的功能。
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