特許 6015295 電縫溶接管の熱処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6015295

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】電縫溶接管の熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   B21C 37/08 20060101AFI20161013BHJP

【ＦＩ】

   B21C37/08 F

   B21C37/08 R

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-211602(P2012-211602)

(22)【出願日】2012年9月26日

(65)【公開番号】特開2014-65053(P2014-65053A)

(43)【公開日】2014年4月17日

【審査請求日】2015年8月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126701

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100130834

【弁理士】

【氏名又は名称】森 和弘

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 周一

(72)【発明者】

【氏名】坂下 重人

(72)【発明者】

【氏名】坪内 進

【審査官】 酒井 英夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１４０２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３７１５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１６１５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２３１１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２３１１２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｃ ３７／０８，５１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電縫鋼管の熱処理方法であって、ビードトリマーの下流側に、複数の誘電子を備えた熱処理装置を配置した電縫鋼管製造ラインにおいて前記熱処理装置によりビード切削後の溶接部を熱処理する際、ビード切削後における溶接部近傍の鋼管外表面温度分布を基にシーム推定位置Ｐを求めると共に、熱処理後における溶接部近傍の鋼管外表面温度分布を基にシーム推定位置Ｑを求め、求められたシーム推定位置Ｐおよびシーム推定位置Ｑを結ぶ線を用いて鋼管外表面における溶接部の位置を求め、前記熱処理装置の誘電子を前記溶接部を倣うように制御することを特徴とする電縫鋼管の熱処理方法。

【請求項2】

前記電縫鋼管製造ラインにおける電縫溶接後の電縫鋼管の進行方向をＺ軸、電縫鋼管の進行方向と鉛直方向をＹ軸、電縫鋼管の進行方向と水平直角方向をＸ軸とし、
前記熱処理装置によりビード切削後の溶接部を熱処理する際、
ビード切削後における溶接部近傍の鋼管外表面温度分布を基にシーム推定位置Ｐを求めると共に、熱処理後における溶接部近傍の鋼管外表面温度分布を基にシーム推定位置Ｑを求め、
求められたシーム推定位置Ｐとシーム推定位置Ｑを結ぶ、ＸＺ平面の線ａの上にシームがあるものとして、前記熱処理装置の誘電子を線ａ上に位置するように制御することを特徴とする請求項１に記載する電縫鋼管の熱処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電縫溶接管の溶接部を熱処理する際、溶接部近傍の温度分布を利用して求めた溶接部の位置を倣って熱処理する電縫溶接管の熱処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電縫鋼管の製造において、電縫溶接された溶接部（シーム部、シーム溶接部と記載する場合がある）の位置を検出する技術は、ビード切削の加工精度、溶接部の熱処理品質、および溶接部非破壊検査の精度に影響するため、非常に重要である。

【0003】

特に、ラインパイプ規格において、溶接部性能を向上させることを目的に、内面までの焼きならしが義務付けられているため、溶接後の熱処理を行う際に、溶接部を精度良く検出することは重要である。

【0004】

電縫鋼管の溶接部は、製造プロセス上、管表面に垂直な直線状となり、鋼管の外表面上の溶接部より、管厚方向における溶接部の位置を推定することは比較的容易である。

【0005】

しかし、溶接後の熱処理を行う際に、鋼管の外表面において溶接部の位置を特定することは、溶接ビードが切削されており、溶接部が外観上、鋼管母材部と大きな差異がなく困難で、幾つかの方法が検討提案されている。

【0006】

特許文献１は、電縫管のシーム部検出方法に関し、電縫溶接直後の電縫管周上の温度分布を測定し、溶接による高温部を検出することでシーム部の位置検出を行う方法の場合、溶接後の熱処理工程後においては検出精度が低下することを解決するため、電縫溶接直後において、シーム部の位置検出を行い、その結果により、予め、マーキングを施し、マーキング部と非マーキング部との放射率の違いによりマーキング位置を検出して、当該マーキング位置を基に、熱処理時や熱処理後のシーム部検出を行うことが記載されている。

【0007】

特許文献２は、電縫管のシーム位置検出装置に関し、電縫溶接する際のシーム位置検出を、シーム部を光源により照射しながら、シーム部周辺の反射強度をイメージセンサ等により検出し、得られた反射強度分布を二値化処理して行う装置において、反射強度分布がシーム位置の特定が困難な異常波形とならないように、シーム位置を挟んで左右対称に配置される一対の光源を鋼管断面の水平方向に移動させてその間隔を変化させたり、鋼管に対する軸方向角度および鋼管断面の周方向角度を変えて移動させることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平０３−２６４８０３号公報

【特許文献2】特開平０３−１５８７０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１記載のマーキングされたマークを基にシーム部を検出する方法では、シーム部検出装置により、溶接直後で高温となっているシーム部を検出し、その検出結果をもとにマーキング装置を用いてマーキングを行うため、シーム部検出装置とマーキング装置の両方が必要で設備的負荷が大きい。

【0010】

また、特許文献２記載のビード切削部の反射強度を利用した方法では、ビードの片取りや切削不安定部で切削刃が上下に動いて切削幅が変動するうなりや、ビビリなどで乱されたビード形状に対応することが困難で、設備的負荷が小さく、ビード切削後のシーム部を高精度に検出する方法は確立されていない。

【0011】

そのため、ビード切削後に溶接部を熱処理する際、熱処理装置を溶接部に高精度に倣わせることが困難で、ビード切削後のシーム部に熱処理を確実に施せるよう溶接部周辺を広く熱処理することより熱処理装置から溶接部への入熱量が大きくなり、熱処理コストが上昇していた。

【0012】

そこで、本発明は、ビード切削後と熱処理後における溶接部近傍の鋼管外表面温度分布を用いて、熱処理装置を溶接部に高精度に倣わせ、熱処理コストを低減することが可能な電縫鋼管の熱処理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】

【0013】

本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．電縫鋼管の熱処理方法であって、ビードトリマーの下流側に、複数の誘電子を備えた熱処理装置を配置した電縫鋼管製造ラインにおいて前記熱処理装置によりビード切削後の溶接部を熱処理する際、ビード切削後と、熱処理後における溶接部近傍の鋼管外表面温度分布を基に鋼管外表面における溶接部の位置を求め、前記熱処理装置の誘電子を前記溶接部を倣うように制御することを特徴とする電縫鋼管の熱処理方法。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、電縫溶接管の溶接部を熱処理する際に必要となる溶接部の位置を、高精度で推定することが可能なため、熱処理装置から溶接部への入熱変動幅が±3ｍｍ程度の幅となって入熱能率が向上し、使用エネルギー、又は設備増強を最小限に抑えた厚肉材の工程生産が可能になり、産業上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の原理を説明する図で、（ａ）は本発明を適用するライン構成を備えた電縫鋼管製造ラインの模式図、（ｂ）は本発明の原理を説明する図。

【図2】電縫鋼管製造ラインの溶接部熱処理装置前のセンサで計測したシーム溶接部近傍の外表面温度分布を模式的に示す図。

【図3】電縫鋼管製造ラインの溶接部熱処理装置後のセンサで計測したシーム溶接部近傍の外表面温度分布を模式的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明は、電縫鋼管の溶接部を、ビード切削した後のシーム部周辺温度分布から求まる溶接部の位置情報より、熱処理後のシーム部周辺温度分布において求めることを特徴とする。以下、説明する。

【0017】

図１は、本発明の原理を説明する図で、（ａ）は本発明を適用するライン構成を備えた電縫鋼管製造ラインの模式図、（ｂ）は本発明の原理を説明する図を示す。

【0018】

図示した電縫鋼管製造ラインは、電縫溶接時の入熱を最大限に利用して熱処理を行うため、熱延鋼板１をシーム溶接するスクイズロール２、ビードトリマ３、及びビードトリマ３に可能な限り近接して配置する溶接部熱処理装置４で構成される。溶接部熱処理装置４は、複数の誘電子４１、冷却装置４２を備え、溶接部に焼鈍及びノルマ、焼入れ、焼戻し等の能動的冷却、加熱を行うもので、図は焼入れ焼戻しプロセスを行う場合を示す。以下の説明では、前記ラインにおける電縫溶接後の電縫鋼管の進行方向をＺ軸、電縫鋼管の進行方向と鉛直方向をＹ軸、電縫鋼管の進行方向と水平直角方向をＸ軸とする固定座標系を用いる。

【0019】

溶接部熱処理装置４は管進行方向に誘導子４１が複数設置されており、前記誘導子４１は個別に管進行方向と、管進行方向に垂直な円周方向に移動が可能である。ビードトリマ３と溶接部熱処理装置４の間に、溶接部温度分布が計測可能な、例えば放射温度計である、センサ５を配置し、溶接部熱処理装置４の下流側にセンサ5と同じ機能のセンサ6を配置する。センサ5とセンサ6は前記ラインにおける固定座標系のＺ軸上に設置する。

【0020】

本発明ではまず、シーム溶接後にビードトリマー３でビード切削した後のシーム溶接部近傍の外表面温度分布をセンサ５で計測する。図２にセンサ５で計測したシーム溶接部近傍の外表面温度分布を模式的に示す。

【0021】

図において横軸は図１の固定座標系のＸ軸上の距離（ｍｍ）で、前記ラインにおけるセンサー５のＸ軸上の位置を原点０とする。（＋）の数値はセンサー５からセンサー６をみて、電縫鋼管の進行方向の左側におけるＸ軸上の距離を、（−）の数値は電縫鋼管の進行方向の右側におけるＸ軸上の距離を示す。

【0022】

図２に示す外表面温度分布において、外面温度１５０〜５０℃の中から選んだ閾値Ｔ（℃）と外表面温度分布曲線とが交わる交点Ａ，Ｂの中点Ｐを求め、シーム推定位置Ｐとする。閾値Ｔは、温度変化が急激で溶接による加熱領域の端部を特定しやすい外面温度１５０〜５０℃の範囲で、任意の温度に設定する。

【0023】

シーム溶接部でビード切削を行うと高温となったシーム溶接部が削除されるので、外表面温度分布で、極大値Ｃ、ＤとなるＸ座標軸上の位置がビード切削跡の幅方向両端部の位置となる。

【0024】

次に、ビード切削した後のシーム溶接部近傍を熱処理装置４で熱処理した後の外表面温度分布（以下、熱処理後の外表面温度分布）をセンサ６で計測する。図３にセンサ６で計測した熱処理後の外表面温度分布を模式的に示す。

【0025】

図３に示す熱処理後の外表面温度分布の両側のそれぞれで最初の極大値をＥ、Ｆとし、Ｘ軸上に、線分Ｅ−Ｆ間で、｜Ｃ−Ｐ｜：｜Ｄ−Ｐ｜＝｜Ｅ−Ｑ｜：｜Ｆ−Ｑ｜となるＱを求め、シーム推定位置Ｑとする。極大値Ｃ、Ｄと同様に、極大値Ｅ、Ｆは、これらのＸ座標軸上の位置がビード切削跡の幅方向両端部の位置に相当する。

【0026】

本発明では、電縫鋼管製造ラインの、Ｚ軸上のセンサ５の位置におけるＸ軸上のシーム推定位置Ｐと、Ｚ軸上のセンサ６の位置におけるＸ軸上のシーム推定位置Ｑを結ぶ、ＸＺ平面の線（図１（ｂ）の線ａ）の上にシームがあるものとして、溶接部熱処理装置４の各誘導子４１を当該線上に位置するように制御し、溶接部を倣わせる。

【0027】

Ｚ軸上の位置Ｎ（図１に示す電縫鋼管製造ラインでは誘導子４１が５台のため、Ｎ＝１〜５）における誘導子の場合、ロール芯（Ｚ軸）から線ａまでのＸ方向距離ｂ（Ｎ）は、図１（ｂ）の幾何学的関係（スクイズロール位置をＸＹＺ座標の原点０とする）より（１）式で求まる。
（Ｌ（Ｎ）−Ｌ（Ｐ））（Ｑ−Ｐ）／（Ｌ（Ｑ）−Ｌ（Ｐ））＋Ｐ・・・（１）
式において、Ｌ（Ｎ）、Ｌ（Ｐ）、Ｌ（Ｑ）は位置Ｎ，Ｐ，ＱのＺ軸上の座標点、Ｐ、ＱはＺ軸上の座標点Ｐ、ＱにおけるＸ方向長さとする。

【0028】

なお、点Ｑの導出に当っては、完全なトラッキングが行われる前提で絶対距離を用いても良いが、板の波うち起因によるビード切削端部位置の時間的変動が大きいこと、メジャリングのトラッキング誤差から、フィードバックが過度に鋭敏になることを防ぐため、切削部間距離の比を時間的に丸めたものとした。

【0029】

このように、本発明によれば、溶接部の位置を、高精度で推定することが可能なため、熱処理装置から溶接部への入熱変動幅が±3ｍｍ程度以内となって入熱能率が向上する。電縫鋼管で最初に溶接された部分がＺ軸上のセンサ５を通過してからセンサ６を通過するまでの部分（一般的な電縫鋼管製造ラインで約６ｍの長さ）は本発明法を適用することができないが、通常、捨て代とされている部分で、熱処理における溶接部の倣い精度は要求されない。

【実施例】

【0030】

図１に示した電縫鋼管製造ラインを用いて、本発明法と従来法によるシーム部の検出を行って、外径と管厚の組み合わせが異なる複数の鋼管を製造した。従来法はセンサ６による熱処理後の外表面温度分布におけるシーム位置を極大値Ｅ，Ｆの中点とした。

【0031】

検出精度の検証は、製造した鋼管の管断面におけるシーム位置左右のＡ１浸透幅の差を用いた。表１に試験結果を示す。本発明法によれば従来法と比較して、シーム位置左右のＡ１浸透幅の差が小さく、熱処理装置の誘電子のシーム追従精度が従来法と比較して良好であった。Ａ１浸透幅は、熱処理後に溶接線直角方向に切り出したシーム部のマクロ断面におけるシーム中心から左右それぞれの熱影響部（Ａｃ１変態点以上に加熱された領域でナイタール腐食により現出される）の幅とする。

【0032】

【表1】

【符号の説明】

【0033】

１ 熱延鋼板
２ スクイズロール
３ ビードトリマ
４ 溶接部熱処理装置
４１ 誘電子
４２ 冷却装置
５、６ センサ
ａ 線
ｂ 距離

【図2】

【図3】

【図1】