鋼管的制造方法
【專利摘要】對施加了端部彎曲的鋼板沿寬度方向進行多次三點壓彎而使其成型為圓筒狀，并將對接部焊接而形成管坯(1)，之后向上述管坯的內部插入具備多個擴管工具(2)的擴管裝置進行擴管來制造鋼管，在該方法中，使上述擴管工具(2)與經三點壓彎過程中的未變形部(9)的所有部位抵接來進行擴管，從而以較高生產性制造尺寸精度優(yōu)良的鋼管。此外，當上述擴管工具的個數(shù)為N時，優(yōu)選上述制造方法中的三點壓彎的次數(shù)為(aN－1)次(a為1、2等整數(shù))。
【專利說明】鋼管的制造方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于管線管（Line pipe)等的大徑且厚壁的鋼管（large-diameter and thick-walled steel pipe)的制造方法。

【背景技術】
[0002] 在用于管線管等的大徑且厚壁的鋼管中廣泛采用如下的所謂UOE鋼管，S卩，將作 為具有規(guī)定的寬度、長度以及板厚的材料的鋼板沖壓成型（press bending)為U字形，在進 而沖壓成型為〇字形后，將對接部焊接（welding the seam)而成為鋼管，然后進行增大上 述鋼管直徑的擴管成型（pipe expanding)來提高真圓度（roundness)。然而，在上述這樣 的UOE鋼管的制造方法中，在對鋼板進行沖壓成型而將其成型為U字形、0字形的工序中， 需要很大的沖壓力（press force),所以需要使用大規(guī)模的沖壓設備（press machine)。
[0003] 因此，開發(fā)了減小沖壓力來制造大徑且厚壁的鋼管的方法。例如以下的方法得以 實用化：在鋼板的寬度方向端部進行彎曲（端部彎曲（edge bend)多次的三點壓彎（three point press bending))而將鋼板成型為近似圓筒后，將對接部焊接而成為鋼管，然后向 該鋼管的內部插入擴管裝置（pipe expander)并擴管。上述擴管裝置具備多個擴管工具 (expander tool),該擴管工具具有將圓?。╟ircular arc)分割為多個的曲面（curved surface)，上述擴管裝置的作用是通過使該曲面與鋼管的內表面抵接并擴展擴展（擴管） 來修整鋼管形狀提高真圓度。
[0004] 在通過上述的方法制造鋼管的情況下，若增加三點壓彎的次數(shù)，雖然使所得到的 鋼管的真圓度提高，但鋼管的制造需要很長時間，所以生產性（productivity)降低。相反， 若減少三點壓彎的次數(shù)，雖使生產性提高，但鋼管的真圓度降低。因此，實際情況是根據(jù)鋼 管的尺寸，例如對于直徑為1200mm的鋼管，則按照經驗將三點壓彎的次數(shù)設定為50?60 次來進行制造。
[0005] 另一方面，研究了減少對鋼板施加的沖壓次數(shù)并且得到真圓度高的鋼管的技術。 例如專利文獻1公開了使用金屬模（die)進行4次沖壓加工（press bending)，進而在將對 接部焊接而形成鋼管后，加熱該鋼管而實施熱卷成型（hot rolled forming)來修整形狀的 技術。
[0006] 專利文獻1 :日本特開2005 - 324255號公報
[0007] 然而，專利文獻1的技術需要加熱鋼管，所以需要相應的加熱設備，導致制造成 本（production cost)的上升。另外，還存在的問題是導致運用加速冷卻（accelerated cooling)等技術而在材料鋼板中形成的強度（strength)、韌性（toughness)、焊接性（weld ability)等優(yōu)良的特性因鋼管的加熱而惡化。


【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術所存在的上述問題點而完成的，其目的在于提出一種在進 行多次三點壓彎來制造大徑且厚壁的鋼管時，不需要加熱鋼管并且即便減少上述三點壓彎 次數(shù)也能夠實現(xiàn)高的真圓度的鋼管的制造方法。
[0009] 通常為了提高鋼管的真圓度，以使得在沖壓中產生的變形部（deformation area) 不產生間隙（gap)的方式設定鋼管制造中的三點壓彎的次數(shù)及沖壓間隔（center to center spacing of dies)(鋼板的進給間距（feed pitch))。因此，若為了縮短鋼管的制 造時間而減少三點壓彎的次數(shù)，則沖壓間隔增大，通過三點壓彎來進行彎曲加工而形成的 變形部雖然成為圓弧狀（arc-like),但未被加工的未變形部（non-deformation area)呈 直線狀（flat)，所得到的鋼管的真圓度較低。
[0010] 因此，
【發(fā)明者】們對于提高進行多次三點壓彎來進行制造的鋼管的真圓度的方法， 多次著眼于研究在擴管時施加于鋼管的變形量（deformation amount)。結果發(fā)現(xiàn)如下的趨 勢，即，在擴管鋼管時，在插入到鋼管內部的擴管裝置的多個擴管工具所抵接的部位的變形 量（deformation amount)(擴展量（flaring amount))變大，而在擴管工具不抵接的部位 的變形量變小。
[0011] 而且，根據(jù)上述觀點想到，在進行三點壓彎后，對焊接完畢的鋼管進行擴管時，若 使擴管工具與還殘留為直線狀的未變形部抵接而進行擴管，則未變形部成型為圓弧狀， 并且形成與已經通過三點壓彎成型為圓弧狀的變形部連續(xù)的圓弧，從而能夠得到真圓度 高的鋼管，進而提出了本發(fā)明。此外，以后也將在上述焊接后、擴管前的鋼管稱為"管坯 (non-expanded pipe)，'。
[0012] 即，本發(fā)明提出一種鋼管的制造方法，對施加了端部彎曲的鋼板沿寬度方向進行 多次三點壓彎而使其成型為圓筒狀，并將對接部焊接而形成管坯，之后向上述管坯的內部 插入具備多個擴管工具的擴管裝置進行擴管來制造鋼管，所述鋼管的制造方法的特征在 于，使上述擴管工具與經三點壓彎過程中的未變形部的所有部位抵接來進行擴管。
[0013] 本發(fā)明的鋼管的制造方法的特征在于，當將上述擴管工具的個數(shù)設為N時，上述 三點壓彎的次數(shù)為（aN - 1)次（a為1、2等整數(shù)）。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，在進行三點壓彎成型來制造大徑且厚壁的鋼管時，不需要加熱鋼管 就能夠減少三點壓彎的次數(shù)，所以不會破壞在材料鋼板的制造過程中形成的強度、韌性、焊 接性等優(yōu)良特性，能夠以高生產性制造真圓度優(yōu)良的鋼管。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是說明本發(fā)明的管坯的制造工序的示意圖。
[0016] 圖2是說明三點壓彎的方法的示意圖。
[0017] 圖3是說明使用12個擴管工具將通過11次的三點壓彎成型而具有12個未變形 部的管坯進行擴管的鋼管A(發(fā)明例）的示意圖。
[0018] 圖4是說明使用10個擴管工具將通過19次的三點壓彎成型而具有20個未變形 部的管坯進行擴管的鋼管B(發(fā)明例）的示意圖。
[0019] 圖5是說明使用12個擴管工具將通過11次的三點壓彎成型而具有12個未變形 部管坯進行擴管的比較例A的示意圖。
[0020] 圖6是說明使用10個擴管工具將進行了 11次的三點壓彎的管坯進行擴管的比較 例的示意圖。
[0021] 圖7是說明偏差量（difference)m的圖。

【具體實施方式】
[0022] 首先，使用圖1說明本發(fā)明的鋼管的制造方法中的管坯的制造工序。
[0023] 使圖I (a)所示的板寬（plate width)為W的鋼板3的兩寬度端部（寬度為L)彎 曲而形成彎曲部（以后稱為"端部彎曲"）后，如圖1(b)所示那樣對寬度中心線CL的單側 一半從鋼板3的一方的寬度端部側向寬度中央進行多次三點壓彎4(但是，保留寬度中心 線CL的部分），將鋼板3的單側一半成型為近似半圓弧狀（circular shape)。這里，上述 三點壓彎如圖2(a)所示，在空開間隔而配置的2個下金屬模（lower die) 5a、5b上載置鋼 板3,利用上金屬模（upper forming tool)6的圓弧狀的曲面按壓鋼板3來實施彎曲加工 (bending)。另外，在三點壓彎4中利用上金屬模按壓的位置的間隔（以后，也稱為"進給間 距P"）為等間隔。但是，在鋼板3的兩寬度端部無法使用三點壓彎進行端部彎曲。其理由 是鋼板3的端部會從下金屬模脫落而無法進行三點壓彎。因此，端部彎曲通常由使用上下 1對金屬模的沖壓機來進行。
[0024] 接下來，如圖1(c)所示，對鋼板的寬度中心線CL剩下的單側一半等間隔地進行多 次三點壓彎4 (但是，保留寬度中心線CL的部分），將鋼板3成型為近似半圓弧狀。最后，如 圖I (d)所示，在寬度中心線CL的位置進行三點壓彎4從而將鋼板3的兩寬度端部對接，接 著，將上述對接部焊接而得到圖1(e)所示的管坯1。
[0025] 在如上述那樣得到的管坯1中，其剖面如圖3所示，存在圓弧狀的變形部8(實線 部）和直線狀的未變形部9 (點線部）。變形部8是通過上述圖1所示的一系列三點壓彎 而承受變形的部位（即被上金屬模6的圓弧狀的曲面按壓而承受變形的部位），未變形部9 是沒有通過上述三點壓彎而變形的部位。
[0026] 接著，向上述管坯的內部插入具備多個擴管工具的擴管裝置，上述擴管工具具有 將圓弧分割為多個的曲面，使擴管裝置沿徑向（radial direction)擴展而將管坯擴管從而 形成鋼管。如上所述，上述管坯中存在圓弧狀的變形部和直線狀的未變形部，所以為了提高 鋼管的真圓度，需要將直線狀的未變形部變形為圓弧狀。然而，擴管裝置的相鄰的擴管工具 間存在間隙，所以無法對管述沿周向（circumferential direction)均勻擴管。
[0027] 因此，在本發(fā)明中，在向管坯的內部插入具備多個擴管工具的擴管裝置并進行擴 管時，使擴管工具的圓弧狀的曲面與所有的未變形部抵接從而對管坯進行擴管。這樣，能夠 抑制不與擴管工具抵接的變形部的變形，使未變形部優(yōu)先變形，從而能夠形成使未變形部 與已經成型為圓弧狀的變形部連續(xù)的圓弧，進而提高鋼管的真圓度。
[0028] 如上述那樣，為了使未變形部高精度變形為圓弧狀，優(yōu)選使管坯的未變形部的個 數(shù)與插入到管坯內部的擴管裝置的擴管工具的個數(shù)相同。即，若擴管工具的個數(shù)為N個，則 優(yōu)選以使管坯的未變形部也為N處位置的方式進行三點壓彎。在該情況下，在N個擴管工 具的間隙排列1處位置的對接焊接部和（N - 1)處位置的變形部。另外，在該情況下，三點 壓彎次數(shù)可以是（N - 1)次。
[0029] 例如，上述圖3是未變形部9的個數(shù)與擴管工具2的個數(shù)一致的例子，S卩，是使用 12個擴管工具2將進行了 11次三點壓彎的管坯1進行擴管的例子的圖。如圖3所示，為了 使未變形部9的個數(shù)為12個位置，可以使對材料鋼板實施的三點壓彎4的次數(shù)為：圖I (b) 所示的對寬度中心線CL的單側一半實施的三點壓彎4為5次，圖I (c)所示的對另一方的 單側一半實施的三點壓彎4為5次，最后，圖I (d)所示的對寬度中心線CL的位置實施的三 點壓彎4為1次（合計11次）。原因是未變形部位于三點壓彎所形成的變形部之間（10個 位置）、以及端彎曲部與三點壓彎的變形部之間（2個位置）合計12個位置。并且，可以使 12個擴管工具分別與全部的12個位置的未變形部抵接來進行擴管。
[0030] 此外，在本發(fā)明中，管坯的未變形部的個數(shù)可以是插入管坯內部的擴管裝置的擴 管工具的個數(shù)的2倍、3倍等整數(shù)倍。圖4表示向進行19次三點壓彎而形成20個位置的未 變形部9的管坯1插入具有10個擴管工具2的擴管裝置進行擴管的例子，S卩，是未變形部 9的個數(shù)是擴管工具2的個數(shù)的2倍的例子。在該情況下，若使一個擴管工具抵接于相鄰 的2個位置的未變形部，則能夠使各擴管工具與全部的未變形部抵接。而且，如圖4所示， 為了相對于擴管工具的個數(shù)N而形成其兩倍的2N個位置的未變形部，所需的三點壓彎的次 數(shù)為（2N- 1次）即可。
[0031] 如上述那樣，在本發(fā)明中，在擴管工具的個數(shù)為N時，三點壓彎的次數(shù)為（aN - 1) 次（其中，a為任意整數(shù)）即可，上述圖3相當于a = 1的例子，圖4相當于a = 2的例子。 另外，即使a為3以上，未變形部也能夠以a個位置為單位與各擴管工具抵接，所以能夠使 全部的未變形部抵接擴管工具。
[0032] 這里，在本發(fā)明中，三點壓彎的鋼板的進給間距為等間隔，所以未變形部的間隔也 與沖壓時的進給間距相同。若將三點壓彎開始位置距離板寬中心的距離設為W tl、沖壓次數(shù) 設為M，則該進給間距Pp由下述（1)式表示。
[0033] Pp = 2ff〇/(M - 1) · · · (1)
[0034] 此外，若將材料鋼板的板寬設為W、端部彎曲寬度設為L，則上述Wtl為（W/2 - (L+PP/2))。因此，（1)式為
[0035] Pp = (ff - 2L) /M
[0036] 另外，若將擴管工具的個數(shù)（圓周的分割數(shù)）設為N，則擴管工具不接觸的部位為 N個位置，若將其間隔設為Pd，則通過下述（2)式表示。
[0037] Pd = W/N · · · (2)
[0038] 而且，為了使全部的擴管工具與全部的未變形部抵接，以使上述的Pp與Pd相同或 使上述的P p是將Pd以整數(shù)倍相除而得的值的方式，設定沖壓次數(shù)M以及端部彎曲長度L即 可。此外，在設定上述P p時考慮三點壓彎時的未變形部的寬度，使未變形部的整個區(qū)域與 擴管工具抵接，從而能夠進一步提高真圓度。
[0039] 如上述說明那樣，使用本發(fā)明的制造方法，當擴管工具的個數(shù)為N時，能夠將在制 造大徑且厚壁的鋼管時需要的三點壓彎的次數(shù)減少到（aN - 1)次（其中，a為1、2等整 數(shù)），所以能夠大幅度提高鋼管的生產性。另外，能夠以冷加工進行從鋼板的端部彎曲經由 三點壓彎直至擴管的全部工序，所以能夠不破壞材料鋼板的優(yōu)良特性來制造鋼管。本發(fā)明 在厚度為25. 4mm?50. 8mm的厚壁鋼管的制造中使用時效果特別顯著。
[0040] 實施例
[0041] 準備7張板寬W為3713mm的材料鋼板（板厚為25. 4mm、拉伸強度為745MPa? 757MPa)，利用曲率半徑（radius)為380mm的金屬模對該鋼板的兩寬度端部（寬度L :215mm 的范圍）以使卸載后的彎曲角度（bent angle;參照圖1(b))為16.9°的方式進行端部 彎曲，接著，使用曲率半徑為380mm的上金屬模對施有上述端部彎曲的鋼板進行三點壓彎 而成為圓筒狀后，焊接對接部而成為管述，然后，向上述管述的內部插入擴管裝置，該擴管 裝置具有與管坯內表面抵接的面的曲率半徑為580_的多個擴管工具，并施以擴管率（= IOOX (擴管后的直徑一擴管前的直徑）/擴管前的直徑）為1%的擴管來制造鋼管。此外， 如表1以及表2所示那樣使上述以外的三點壓彎條件以及擴管條件進行各種變化。
[0042] 首先，對于鋼管A(發(fā)明例）而言，以自寬度中心線朝向單側1492mm的位置為起 點，對上述材料鋼板進行5次向寬度中心線方向的進給間距P p為298mm的三點壓彎，接著， 以自鋼板的寬度中心線朝向另一側1492mm的位置為起點，對上述材料鋼板進行5次向寬度 中心線方向的進給間距P p為298mm的三點壓彎，最后，在寬度中心線的位置進行1次三點 壓彎（合計11次）從而形成近似圓筒狀的形狀，之后焊接鋼板寬端部的對接部而形成未變 形部的個數(shù)為12的管坯。此外，上述三點壓彎的卸載后的1次彎曲角度（參照圖2(b))為 29.6。。
[0043] 然后，向上述管坯的內部插入沿圓周方向排列有12個擴管工具的擴管裝置，如圖 1所示，使擴管工具與各個未變形部抵接，并且將管坯的焊接部配置于擴管工具間的間隙進 行擴管來制造鋼管。而且，上述擴管工具的與管坯內表面抵接的面是曲率半徑為580mm、角 度為27. 7°的圓弧。（擴管工具個數(shù)為12時，以下相同）。
[0044] 另外，鋼管B (發(fā)明例）所示的例子與鋼管A的情況一樣，以表1所示的條件制造 出未變形部的個數(shù)為10的管坯后，如表2所示，向該管坯的內部插入沿圓周方向排列有10 個擴管工具的擴管裝置，使擴管工具與各個未變形部抵接，并且將管坯的焊接部配置于擴 管工具間的間隙進行擴管來制造鋼管。而且，上述擴管工具的與管坯內表面抵接的曲率半 徑為580_的圓弧的張開角（圓弧角）為33. 4° (擴管工具個數(shù)為10時，以下相同）。
[0045] 另外，對于鋼管C(發(fā)明例）的例子，如表1所示，在進行19次三點壓彎而制造出 未變形部的個數(shù)為20的管坯后，如表2所示，向該管坯的內部插入沿圓周方向排列有10個 擴管工具的擴管裝置，使擴管工具逐個與2個位置的未變形部抵接進行擴管而制造鋼管。
[0046] 另一方面，在鋼管D(比較例）的例子中，以與鋼管A相同的條件制造出未變形部 的個數(shù)為12的管坯，并向該管坯的內部插入與鋼管A相同的、擴管工具個數(shù)為12的擴管裝 置，其中，如圖5所示，使各擴管工具與變形部抵接，S卩，以使未變形部處于擴管工具的間隙 的方式進行擴管來制造鋼管。
[0047] 另外，在鋼管E(比較例）的例子中，以與鋼管B相同的條件制造出未變形部的個 數(shù)為10的管述，并向該管述的內部插入與鋼管B相同的、擴管工具個數(shù)為10的擴管裝置， 其中，與圖5相同，使各擴管工具與變形部抵接，S卩，以使未變形部處于擴管工具的間隙的 方式進行擴管來制造鋼管。
[0048] 另外，在鋼管F(比較例）以及鋼管G(比較例）的例子中，以表1所示條件制造出 未變形部的個數(shù)為8或10的管述后,如表2所示，向上述管述的內部插入擴管工具的個數(shù) 與未變形部的個數(shù)不同的擴管裝置，在擴管工具與未變形部的一部分不抵接的狀態(tài)下進行 擴管來制造鋼管。作為參考，圖6示出了鋼管G的情況。
[0049] 對于如上述那樣得到的鋼管A?G，調查鋼管的真圓度和制造性，并將結果一并 標注于表2。此外，上述真圓度如圖7所示，使用度盤式指示器（dial gauge)沿圓周方向 以150mm的間隔測定鋼管11的外表面與假想真圓（virtual true circle) 10的偏差量 (difference)m，從而求得各鋼管的偏差量m的最大值mmax，以各鋼管的m max與鋼管D的mmax 的比（以下，將該比稱為"偏差指數(shù)（ratio)"）進行評價。即，鋼管D的偏差指數(shù)為1.00， 鋼管越接近真圓則偏差量m越接近零，S卩，偏差指數(shù)越小，表示鋼管的尺寸精度越高。另外， 以從最初的三點壓彎開始到最后的三點壓彎結束的時間評價生產性。 「00501 「衷 1?

【權利要求】
1. 一種鋼管的制造方法，對施加了端部彎曲的鋼板沿寬度方向進行多次三點壓彎而使 其成型為圓筒狀，并將對接部焊接而形成管坯，之后向所述管坯的內部插入具備多個擴管 工具的擴管裝置進行擴管來制造鋼管， 所述鋼管的制造方法的特征在于， 使所述擴管工具與經三點壓彎過程中的未變形部的所有部位抵接來進行擴管。
2. 根據(jù)權利要求1所述的鋼管的制造方法，其特征在于， 當將所述擴管工具的個數(shù)設為N時，所述三點壓彎的次數(shù)為（aN - 1)次（a為1、2等 整數(shù)）。
【文檔編號】B21D39/20GK104271279SQ201280072770
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2012年8月9日 優(yōu)先權日:2012年8月9日
【發(fā)明者】堀江正之, 安原勇 申請人:杰富意鋼鐵株式會社