鋼管は、様々な用途に使用される長い中空の管です。鋼管は、溶接管とシームレス管の2つの異なる方法で製造されます。どちらの方法でも、まず鋼材を加工しやすい形状に鋳造します。その後、鋼材をシームレス管に伸ばすか、端を合わせて溶接することで管状に成形します。鋼管の最初の製造方法は1800年代初頭に導入され、その後着実に進化を遂げ、今日私たちが使用している現代的なプロセスへと発展しました。毎年、何百万トンもの鋼管が生産されています。その汎用性から、鋼管は鉄鋼業界で最も多く使用されている製品となっています。
歴史
人々は数千年もの間、パイプを使ってきました。おそらく最初の使用は、古代の農民が小川や川から水を畑に導いたことだったでしょう。考古学的証拠によると、中国では紀元前2000年頃から葦管を使って水を目的の場所に運んでいたことが示唆されています。他の古代文明でも使用されていた粘土管も発見されています。西暦1世紀には、ヨーロッパで最初の鉛管が建設されました。熱帯諸国では、竹管が水を運ぶのに使用されていました。植民地時代のアメリカでは、同様の目的で木材が使用されていました。1652年、ボストンで中空の丸太を使った最初の水道が作られました。
溶接管は、鋼板を溝付きローラーに通して円形に成形することで成形されます。次に、溶接前の管を溶接電極の横に通します。これらの装置によって管の両端が密封されます。
1840年には既に、鉄工職人たちは継ぎ目のない管を製造していました。ある方法では、まず固体の丸い金属ビレットに穴を開けます。次に、ビレットを加熱し、一連のダイスを通して引き伸ばすことで管を成形します。この方法は、中央に穴を開けるのが困難だったため、効率が悪く、片側がもう片側よりも厚くなる不均一な管になってしまいました。1888年、改良された方法が特許を取得しました。この方法では、固体のビレットを耐火レンガの芯の周りに鋳造します。冷却後、レンガを取り除き、中央に穴を開けます。その後、新しいローラー技術がこれらの方法に取って代わりました。
デザイン
鋼管には、継ぎ目のないシームレス管と、長さ方向に溶接された継ぎ目が1つずつある管の2種類があります。それぞれ用途が異なります。継ぎ目のない管は一般的に軽量で、肉厚が薄いのが特徴です。自転車や液体の輸送に使用されます。継ぎ目のない管は重く、剛性も高く、均一性が高く、通常はよりまっすぐな形状です。ガス輸送、電線管、配管などに使用されます。一般的に、継ぎ目のない管は、管に大きな負荷がかからない場合に使用されます。
原材料
パイプ製造の主な原料は鋼鉄です。鋼鉄は主に鉄で構成されています。合金に含まれるその他の金属としては、アルミニウム、マンガン、チタン、タングステン、バナジウム、ジルコニウムなどがあります。製造工程では、仕上げ材が使用される場合もあります。例えば、塗料などが挙げられます。
シームレスパイプは、加熱して固体のビレットを円筒形に成形し、その後、延伸して中空になるまで圧延する工程で製造されます。中空部分は不規則な形状であるため、弾丸状のピアサーポイントをビレットの中央に押し込みながら圧延します。シームレスパイプは、加熱して固体のビレットを円筒形に成形し、その後、延伸して中空になるまで圧延する工程で製造されます。中空部分は不規則な形状であるため、弾丸状のピアサーポイントをビレットの中央に押し込みながら圧延します。パイプがコーティングされている場合に使用されます。通常、生産ラインの最後に鋼管に少量の油が塗布されます。これはパイプを保護するのに役立ちます。実際には完成品の一部ではありませんが、硫酸はパイプを洗浄する製造工程の1つで使用されます。
製造プロセス
鋼管は2つの異なる工程で製造されます。両方の工程における全体的な製造方法は3つのステップから成ります。まず、鋼材をより加工しやすい形状に変換します。次に、連続または半連続生産ラインで鋼管を成形します。最後に、顧客のニーズに合わせて鋼管を切断・加工します。一部の鋼管製造業者では、チューブレーザー切断機チューブの競争力を高めるためにチューブを以前にカットまたは中空にする
シームレスパイプは、固体のビレットを加熱して円筒形に成形し、その後、延伸して中空になるまで圧延する工程で製造されます。中空部は不規則な形状をしているため、圧延中に弾丸状のピアサーポイントをビレットの中央に押し込みます。
インゴット生産
1. 溶鋼は、鉄鉱石とコークス（石炭を空気のない状態で加熱することで得られる炭素を豊富に含む物質）を炉で溶かし、その後、液体に酸素を吹き込むことで炭素の大部分を除去することで作られます。その後、溶鋼は大型で厚肉の鉄鋳型に流し込まれ、そこで冷却されてインゴットとなります。
2. 板やシートなどの平らな製品、または棒やロッドなどの長い製品を形成するために、インゴットは大きなローラーの間で非常に大きな圧力の下で成形されます。ブルームとスラブの製造
3. ブルームを製造するには、インゴットを2段重ねられた溝付き鋼製ローラーに通します。このタイプのローラーは「2段圧延機」と呼ばれます。場合によっては3段ローラーが使用されることもあります。ローラーは溝が重なるように設置され、互いに反対方向に動きます。この動作により、鋼は圧縮され、より薄く長い鋼片に引き伸ばされます。作業員がローラーを反転させると、鋼は再び引き戻され、より薄く長い鋼片になります。この工程は、鋼が目的の形状になるまで繰り返されます。この工程では、マニピュレーターと呼ばれる機械が鋼を反転させ、両面が均一に加工されるようにします。
4. インゴットは、ブルーム製造工程に似た工程でスラブに圧延されることもあります。鋼は2つのローラーを積層して通され、そこで伸ばされます。さらに、側面にはスラブの幅を制御するローラーも取り付けられています。鋼が所定の形状になったら、不均一な端部を切り落とし、スラブまたはブルームを短い片に切断します。その後の加工
5. ブルームは通常、パイプに加工される前にさらに加工されます。ブルームは、さらに圧延機に通されてビレットとなり、より長く、より細くなります。ビレットはフライングシャーと呼ばれる装置で切断されます。これは同期した一対のシャーで、移動するビレットと一緒に回転しながら切断します。これにより、製造工程を停止することなく効率的な切断が可能になります。これらのビレットは積み重ねられ、最終的にシームレスパイプになります。
6. スラブも再加工されます。可鍛性を持たせるため、まず2,200° F (1,204° C) まで加熱されます。これにより、スラブの表面に酸化皮膜が形成されます。この皮膜はスケールブレーカーと高圧水噴霧によって除去されます。その後、スラブは熱間圧延機の一連のローラーに送られ、スケルプと呼ばれる細い鋼帯に加工されます。この圧延機は最大で半マイル（約800メートル）にもなります。スラブはローラーを通過するにつれて、薄くも長くもなります。約3分で、1枚のスラブは厚さ6インチ（約15.2センチメートル）の鋼板から、長さが4分の1マイル（約1/4マイル）にもなる薄い鋼帯に加工されます。
7. 伸線後、鋼は酸洗されます。この工程では、硫酸が入った複数のタンクに鋼を通し、金属を洗浄します。仕上げに、冷水と温水ですすぎ、乾燥させた後、大きなスプールに巻き取り、パイプ製造工場へ輸送するために梱包されます。パイプ製造
8. スケルプとビレットはどちらもパイプの製造に使用されます。スケルプは溶接管に加工されます。まず、スケルプを巻き出し機にセットします。鋼材のスプールが巻き出される際に加熱されます。次に、鋼材は溝付きのローラーを通過します。ローラーを通過する際に、スケルプの端がローラーによってカールし、溶接されていないパイプが形成されます。
9. 次に、鋼管は溶接電極を通過します。これらの装置は、パイプの両端を密封します。溶接された継ぎ目は高圧ローラーを通過し、しっかりとした溶接部を形成します。その後、パイプは必要な長さに切断され、次の加工のために積み重ねられます。溶接鋼管は連続的な工程で、パイプのサイズにもよりますが、毎分1,100フィート（335.3 m）の速度で製造できます。
10. シームレスパイプが必要な場合、角ビレットが製造に使用されます。ビレットは加熱・成形され、円筒形（ラウンドとも呼ばれます）に成形されます。その後、このラウンドは炉に入れられ、白熱されます。加熱されたラウンドは、高圧で圧延されます。この高圧圧延により、ビレットは引き伸ばされ、中央に穴が開きます。この穴は不規則な形状をしているため、圧延中に弾丸状のピアサーポイントをビレットの中央に押し込みます。ピアシング工程後も、パイプの厚さや形状が不規則な場合があります。これを修正するために、さらに一連の圧延機に通されます。最終加工
11. どちらのタイプのパイプも、製造後、矯正機に通されることがあります。また、2本以上のパイプを接続できるようにジョイントが取り付けられることもあります。小径パイプの最も一般的なジョイントは、ネジ切りです。これは、パイプの端部にきつい溝を切るものです。パイプは測定機にも送られます。この情報とその他の品質管理データは、自動的にパイプにステンシルで印刷されます。その後、パイプに保護油が薄くスプレーされます。ほとんどのパイプは、通常、錆びを防ぐために亜鉛メッキまたは亜鉛コーティングが施されます。パイプの用途によっては、他の塗料やコーティングが使用される場合もあります。
品質管理
完成した鋼管が仕様を満たすように、様々な対策が講じられています。例えば、鋼管の厚さを規制するためにX線ゲージが使用されます。このゲージは2本のX線を利用して動作します。1本のX線は既知の厚さの鋼管に照射され、もう1本のX線は生産ラインを通過する鋼管に照射されます。2本のX線に差異が生じた場合、ゲージは自動的にローラーのサイズを調整して補正します。
パイプは工程の最後に欠陥がないか検査されます。パイプの検査方法の一つとして、特殊な機械を使用する方法があります。この機械はパイプに水を満たし、圧力を上げて圧力が保持されるかどうかを確認します。欠陥のあるパイプはスクラップとして返却されます。