CN101421059A - 管的矫正方法及使用该矫正方法的管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种管的矫正方法及使用该矫正方法的管的制造方法,该管的矫正方法在使用设有沿上下方向相对配置的鼓形矫正用辊的辊式矫正机对管进行矫正时,辊式矫正机输出侧的至少三对矫正辊的至少外层部由弹性硬度Hs(JIS K 6301A型)为50~100的弹性体形成,并利用所述矫正辊对管施加如下的偏移量,即形成在与处在上下矫正用辊的交叉位置的管轴心相当的三处位置、并通过下述公式(1)规定的η为1.0×10-3~1.5×10-3的偏移量。由此,可使自管内表面的涡流探伤中的S/N比提高,从而提高检查效率,并且能够确保用于蒸汽发生器等的传热管的优良的品质精度。[公式1]η=(1/R)×(d/2)...(1);其中,在将管外径设为d(mm)、辊式矫正机的基台距离设为L(mm)、偏移量设为δ(mm)的情况下,R=(δ2+L2)/2δ。

Description

管的矫正方法及使用该矫正方法的管的制造方法
技术领域
本发明涉及对管的轴方向的弯曲以及横截面的歪曲(以下,称为“椭圆”)进行抑制的管的矫正方法以及管的制造方法。更为具体而言,涉及管的矫正方法以及使用该管的矫正方法的管的制造方法,该管的矫正方法确保了管的弯曲矫正精度,并且抑制了伴随弯曲矫正而产生的椭圆等,从而能够提高自管内表面的涡流探伤的伤痕检测信号与基础噪声(basenoise)之比(即,S/N比)。
背景技术
一般而言,用于在火力或核电站中使用的蒸汽发生器以及给水加热器等热交换器的U字状的传热管是通过将外径30mm以下的细径长条的传热管弯曲呈U字状而制成。该U字状的传热管通过自管内表面的涡流探伤进行用于伤痕检测的检查,来作为组装于热交换器后的使用前检查,或者作为使用一定期间后的定期检查。该自管内表面的涡流探伤的检查基准在核发电设备的安全性确保的必要方面极为严格。
在传热管制造后的出厂前检查中也要求通过与这些使用前检查以及定期检查相同的检查基准而进行的涡流探伤,其涡流探伤的结果是偏离检查基准的为不合格品,但即便在检测基准内,也要求将其结果按照每一根管与其轴向位置相关联地予以记录。
通常情况下,传热管是经由对使用热挤压制造出的管坯进行冷拉、冷轧等冷加工及热处理而制成,但作为之后的精整处理,是通过辊式矫正机对冷加工及热处理后产生的管的轴方向的弯曲以及椭圆进行矫正。在热交换器中,不仅使用了多个细径的传热管,而且随着热交换器的小型化使得传热管的设置空间也变得狭窄,因此,如果在传热管上产生弯曲,则在向热交换器组装时,会产生向其他部件的缓冲等不良情况。因而,在上述辊式矫正机中,必须确保弯曲矫正精度。
一般而言,用于精整处理的辊式矫正机采用了多个鼓型辊组合而成的倾斜辊式的结构。倾斜式辊矫正机通过辊的个数、排列(上下、左右方向)及配置(相对型、交错型)的组合而存在多种结构,但作为传热管的精整处理,采用相对配置的辊式矫正机。
图1是一例表示倾斜辊式矫正机的辊排列的图。辊式矫正机配备有在旋转轴方向相互交叉的状态下,沿上下方向相对配置的多对矫正辊Ra、Rb(将这些统称为“R”)。在如图所示的辊排列中,相对配置由输入侧、中央及输出侧构成的三对矫正辊,即Ra1与Rb1、Ra2与Rb2及Ra3与Rb3,并在输出侧矫正辊的出口配备辅助辊Rc。通常而言,将这种辊排列的辊式矫正机称为“(2-2-2-1)型矫正机”。
这些一对矫正辊Ra1、Rb1的相对间隔及交叉角度可分别独立地进行调整。进而,与一对矫正辊Ra1、Rb1相邻的一对矫正辊Ra2、Rb2的高度方向位置也可分别独立地进行调整。
在弯曲矫正时,按照被矫正管1的表面沿着矫正辊的表面的方式,对相对于被矫正管1的各矫正辊R的旋转轴的交叉角度θ、即辊角度进行调整,并设定矫正辊Ra1、Rb1的相对间隔稍微小于被矫正管1的外径而施加挤压(クラツシュ),并且通过调整相邻的一对矫正辊Ra2、Rb2的挤压高度来进行偏移(オフセツト),从而矫正弯曲以及椭圆。
对于矫正辊而言,由于要求有较高的刚性与耐磨损性,所以将工具钢或陶瓷作为原材料,其表面的形状形成为构成考虑了与被矫正管的接触面的鼓型的曲线,以便能够矫正规定范围内的外径的被矫正管。热处理后且利用上述辊式矫正机对弯曲以及椭圆矫正过的传热管,在经过切断等工序后,通过自管内表面的涡流探伤而进行出厂前检查。
图2是一例表示自传热管内表面的涡流探伤的结果的记录图。如图2所示,记录图中示出了来自按照检查基准规定的标准伤痕的信号S与具有一定周期P的信号N。该信号N被称为基础噪声,为了防止将由于传热管的轴方向上产生的细微尺寸变化而误判为因检测伤痕而引起的信号,以迅速地进行伤痕判定而实现检查效率的提高,需要尽可能地减小信号N的大小。在以下说明中,将来自标准伤痕的信号S与信号N之比称为“S/N比”。
例如,在进行自内表面的涡流探伤时,在根据记录图所示的信号进行自动判定的情况下,若基础噪声较大、即S/N较小,则来自微小缺陷的信号隐藏于基础噪声之中,导致难以区别微小缺陷与基础噪声。
由此,检察员在涡流探伤时以目视观察其结果,只要产生可疑的信号,便再次低速检查该部分,来区别微小缺陷与基础噪声,因此,检查效率很低。
如上所述,基础噪声是由于在传热管的轴方向上产生的细微尺寸变化而产生,因此,为了减小基础噪声,需要对传热管的轴方向的弯曲以及椭圆等尺寸变化加以抑制,即提高传热管的轴方向的整个范围内的尺寸精度。
通常而言,如下述的图3~图5所示,在利用辊式矫正机矫正管时,为了抑制管的轴方向的弯曲以及椭圆等尺寸变化,需要确定作为设定条件的辊角度、挤压(crush)量以及偏移(offset)量。
图3是说明辊矫正的设定条件中辊角度与和其对应的被矫正管的移动距离之间的关系的图。将被矫正管1的外径设为d(mm),被矫正管1的轴心与矫正辊R的旋转中心所呈的角度(以下,标记为“辊角度”)设为θ(°),则矫正辊R每旋转一次的被矫正管1的移动距离(以下,标记为“送管间距”)M(mm)通过下述公式(2)而规定。
M=π d t a n θ···(2)
图4是说明辊矫正的设定条件中挤压量的图。如图4所示,借助辊矫正而被负载挤压的被矫正管1b下压变形为椭圆形状。挤压量ε(mm)以变形前的被矫正管1a的外径d与矫正辊Ra及Rb的相对间隔s之差来表示,即相当于向被矫正管1的外径的下压量,通过使被矫正管1在整个长度的范围内承受反复下压从而实施弯曲矫正。挤压量ε(mm)通过使矫正辊Ra升降而设定。
图5是说明辊矫正的设定条件中偏移量的图。偏移量δ(mm)以中央一对矫正辊Ra2、Rb2的挤压高度的位移量来表示,通过对被矫正管1施加弯曲应力而进行弯曲矫正。偏移量δ(mm)通过使矫正辊Rb2上升来设定挤压高度而进行调整。
如上所述,在使用辊式矫正机进行矫正时,为了矫正弯曲,需要对管施加一定程度的挤压或偏移等负载,但是存在如下情况,即与其相伴的椭圆等尺寸变化变得显著。
具体而言,在现有蒸汽发生器及给水加热器等传热管的矫正之际,矫正前的尺寸精度非常优良的管,例如利用高压拉丝机拉拔加工的传热管中存在如下情况,即随着由辊式矫正机进行的矫正,矫正后的椭圆等大于矫正前的管截面面积,导致S/N比恶化。
另一方面,在传热管的矫正中,如果弯曲矫正不充分,则在向热交换器组装之际,会经常发生向其他部件的缓冲等,导致组装操作变难。因而,在传热管的矫正之际,确保管的弯曲矫正精度,并且抑制伴随弯曲矫正的尺寸变化尤为重要。对此,迄今以来,提出了各种矫正技术的方案。
首先,特开昭61—286025号公报公开了一种矫正方法,即以不使液压缸的管等中使用的管的内表面的圆度恶化来进行矫正为目的,使用倾斜相对式的辊式矫正机,对管施加偏移且对管施加未实质性地赋予挤压的规定载荷,同时进行矫正。
另外,特开2004—330297号公报公开了一种矫正方法,即为了抑制在对轴承套圈(べァリングレ—ス)等中使用的切割环的内外表面进行车削时的圆度不良,通过用偏移量在12mm以上、挤压量在0.6mm以下的多辊式矫正机进行矫正,降低在矫正后的管上产生的残余应力,减少车削加工时的尺寸变化,并且获得圆度优良的无缝钢管。
进而,特开昭60—184424号公报公开如下方法,即根据表示管的塑性区域的指标与预先求得的偏移量及挤压量的关系,来确定辊的偏移量及挤压量并设定辊位置以进行管的矫正,由此改善管的弯曲与圆度。
但是,如上所述的特开昭61—286025号、特开2004—330297号及特开昭60—184424号各公报中提出的矫正方法,并不是以为了提高自管内表面的涡流探伤中的S/N比而矫正管轴向的椭圆及弯曲为目的。
进而,特开2000—317521号公报公开了一种传热管的制造方法,即通过使用矫正用辊,可在自管内表面的涡流探伤中以较高的S/N比来进行检查,该矫正用辊的辊主体的至少外层部是由基于JIS K6301规定的弹性硬度试验(A型)的硬度为50~100的弹性体而形成。
但是,利用特开2000—317521号公报的制造方法获得的传热管的S/N比虽高于现有例,但检查效率并不是满足于制造现场的水准,还存在很大的可改进余地。即,为了提高检查效率,希望进一步提高矫正后的传热管的尺寸精度,可以利用更高的S/N比进行检查。
发明内容
如上所述,为了提高S/N比,需要对管的轴方向上产生的细微尺寸变化加以抑制。在管的尺寸变化很大时,涡流探伤时的基础噪声增大,导致难以区别检测管内表面的极其微小的伤痕时的信号与基础噪声。
本发明就是鉴于与成为这样的内表面涡流探伤对象的管的矫正相关的问题而作出的,其目的在于提供一种管的矫正方法以及使用该方法的管的制造方法,该管的矫正方法通过适当管理作为管的冷加工后的精整处理的矫正加工,从而能够确保管的弯曲矫正精度,并且抑制伴随弯曲矫正而产生的椭圆等尺寸变化,以使自管内表面的涡流探伤的S/N比提高。
本发明人为了解决上述问题,着眼于以下内容:多方面考虑了辊矫正条件与自管内表面的涡流探伤的S/N比的关系的结果为,涡流探伤时出现的基台噪声N所具有的一定周期P(以下,标记为“噪声间距(noise pitch”)与上述图3中所说明的矫正辊R的送管间距M基本一致。
根据该着眼内容,使用传热管,将辊矫正条件中的偏移量δ设为一定(10mm),对给挤压量ε与辊角度θ变化时的辊矫正后的管的S/N及弯曲状况带来的影响进行了调查。辊式矫正机采用如上述图1所示的七辊(2-2-2-1)式矫正机,输出侧的三对矫正辊采用覆盖了弹性硬度Hs为95的聚氨酯树脂的辊。作为试样件,使用如下管,即使用ASME SB—163 UNSNO 6690的Ni基合金,并借助使用了高压拉丝机的冷拉,精加工尺寸为外径19.14mm×壁厚1.125mm×长度10000mm的管。辊式矫正机的设定条件及其结果用表1表示。
表1所示的弯曲状况作为矫正后的管弯曲,尤其要观察管端部附近的弯曲(以下,称为“鼻曲(鼻曲がり)”)。该鼻曲是在称为冷拉与冷轧的冷加工中,或者在之后的热处理中产生的弯曲被辊式矫正机矫正后的弯曲。如表1中的弯曲状况所示,○表示管端至1000mm位置的弯曲量在1mm以下,弯曲的矫正处于良好状态,另外,×表示上述弯曲量超过1mm,弯曲的矫正处于不充分状态。
表1
Figure A200780013440D00081
注1)偏移量为10mm。
注2)挤压量表示输入侧/中央/输出侧。
另外,S/N比如下求得:以频率550kHz、自身比较型的条件涡流探伤管内表面,并以0.66mmΦ的钻孔作为标准伤痕,将以每一英尺区分管全长而计算求出的S/N比的数值中最低的数值作为该管的S/N比。
在偏移量δ为一定且使挤压量ε与辊角度θ变化的情况下,借助全部的条件,弯曲减少且矫正处于良好状态,但S/N比无法达到作为目标的30以上。
因此,可以认为:将挤压量与辊角度设为一定并使偏移量变化而进行管的矫正的结果是,通过使偏移量处于适当的范围,而能够在管的矫正后,消除鼻曲,确保弯曲矫正精度,并且也能够使自管内表面的涡流探伤的S/N比提高至作为目标的30以上。
本发明就是根据上述的见解所完成的,其主旨在于下述(1)的管的矫正方法以及(2)的管的制造方法。
(1)一种管的矫正方法,其使用设有鼓形矫正用辊的辊式矫正机,该鼓形矫正用辊在旋转轴方向互相交叉的状态下沿上下方向相对配置,其特征在于,所述辊式矫正机输出侧的至少三对矫正辊的辊主体的至少外层部由弹性硬度Hs(JIS K 6301A型)为50~100的弹性体形成,利用相对配置的所述输出侧的至少三对矫正辊,对管施加如下的偏移量,即形成在与处在上下矫正用辊的交叉位置的管轴心相当的三处位置、且通过下述公式(1)规定的η为1.0×10-3~1.5×10-3的偏移量。
[公式1]
η = 1 R × ( d 2 ) · · · ( 1 )
其中,当将管外径设为d(mm)、辊式矫正机的基台距离设为L(mm)、偏移量设为δ(mm)时,R=(δ2+L2)/2δ。
(2)一种管的制造方法,其特征在于,使用上述(1)所述的管的矫正方法进行管的制造工序中的至少最后的管矫正。
附图说明
图1是表示倾斜辊式矫正机的辊排列的一例的图。
图2是一例表示自传热管的内表面的涡流探伤的结果的记录图。
图3是说明辊矫正的设定条件中辊角度与和其对应的被矫正管的移动距离的关系的图。
图4是说明辊矫正的设定条件中挤压量的图。
图5是说明辊矫正的设定条件中偏移量的图。
图6是说明本发明所规定的η的图。
图7是表示在实施例获得的η与自管内表面的涡流探伤中的S/N比的关系的图。
具体实施方式
本发明的矫正方法是以使用设有在旋转轴的方向相互交叉的状态下沿上下方向相对配置的多个鼓型的矫正用辊的辊式矫正机而对管进行矫正作为前提,并以该辊式矫正机输出侧的至少三对矫正辊作为对象。为了对后述的η加以规定,需要求出三处的相当于曲率半径的圆弧R,因此,将输出侧的最后三座矫正辊作为对象。
在本发明的矫正方法中,辊式矫正机输出侧的三对矫正辊的辊主体的至少外层部需要由JIS K6301所规定的弹性硬度试验(A型)的硬度Hs(以下,标记为“硬度Hs”)为50~100的弹性体形成。
通过将弹性体用于矫正辊的外层部,赋予矫正辊的外层部适度的弹性,因此,与一直以来所使用的由金属形成外层部的矫正辊相比,因矫正辊的磨损而引起的管的尺寸变化少。
另外,就规定弹性体的硬度Hs的范围而言,若弹性体的硬度Hs在50以下,则管的弯曲无法充分地矫正,若硬度Hs在100以上,则矫正后的管的尺寸变化增大。
因而,通过将上述硬度Hs管理在50~100内,可对管的弯曲进行矫正,抑制管矫正后的尺寸变化,从而使自管内表面的涡流探伤时的S/N比提高。
只要本发明中采用的矫正辊是上述硬度Hs在规定范围内的弹性体即可,对材质没有特别规定,但优选耐磨损性优良的聚氨酯橡胶。
在传热管的弯曲矫正时,通过应用至少外层部是由弹性体形成的矫正辊,即可确保弯曲矫正精度,同时也可一定程度改进自管内表面的涡流探伤中的S/N比,但为了获得进一步改进的S/N比的传热管,需要使矫正时的矫正辊的设定条件、尤其是偏移量适当。并且,该偏移量δ在辊矫正的过程中,可表示为施加给管的η。
因而,在本发明的矫正方法中,需要通过输出侧的三对矫正辊对管施加如下的偏移量,即形成在相当于处于上下矫正用辊的交叉位置的管轴心的三处位置,并用下述公式(1)规定的η为1.0×10-3~1.5×10-3的偏移量。其中,在下述(1)式中,在将管外径设为d(mm)、辊式矫正机的基台距离设为L(mm)、偏移量设为δ(mm)的情况下,R=(δ2+L2)/2δ。
[公式1]
η = 1 R × ( d 2 ) · · · ( 1 )
图6是说明本发明中规定的η的图。本发明中规定的η被通过赋予基台距离L与偏移量δ而被规定的圆弧R与被矫正管的外径d所规定,因此,需要根据管的每段外径或者所应用的辊式矫正机进行管理。
如图6所示的结构,在具有由基台距离L及偏移量δ构成的、在轴方向互相交叉的状态下沿上下方向相对配置的三对矫正辊的辊式矫正机中,上述三对矫正辊分别远离L(mm)配置于输入侧(Ra1、Rb1)、中央(Ra2、Rb2)及输出侧(Ra3、Rb3)。
另外,中央辊对(Ra2、Rb2)按照规定的偏移量δ(mm)进行配置,并设定为可从位于相同高度的输入侧辊对(Ra1、Rb1)及输出侧(Ra3、Rb3)沿上下方向位移。
在偏移量δ、上述圆弧R及基台距离L之间,根据图6可知成立下述公式(3)的关系,因此,偏移量δ(mm)及圆弧R可通过下述公式(4)及公式(5)表示。
R2—L2=(R—δ)2      ···(3)
δ=R—(R2—L2)1/2    ···(4)
R=(δ2+L2)/2δ        ···(5)
在圆弧R处于上述公式(5)所示的关系时,如上述公式(1)所示,需要对偏移量δ进行管理,使得本发明所规定的η处于1.0×10-3~1.5×10-3的范围内。
若本发明规定的η不足1.0×10-3,则能够使矫正后的尺寸变化减少,但还残存管的弯曲、尤其是鼻曲,导致无法确保弯曲矫正精度。即,虽然尺寸精度得以提高,但矫正时施加给管的负载不足,导致残存管的弯曲。另一方面,若本发明规定的η超过1.5×10-3,则管的弯曲得以矫正,但施加给管的负载增强,导致矫正后的管的尺寸变化变大。
因而,在本发明的矫正方法中,对管施加由上述公式(1)规定的η为1.0×10-3~1.5×10-3的偏移量。只要η在上述范围内,便可确保管的弯曲矫正精度,并抑制随着弯曲矫正的尺寸变化,从而使自管内表面的涡流探伤中的S/N比提高。
在本发明的矫正方法中,将自管内表面的涡流探伤的S/N比的目标值设为30以上,但优选的是,通过对管施加由上述公式(1)规定的η为1.0×10-3~1.35×10-3的偏移量,可使管内表面涡流探伤中的S/N比达到50以上。
在本发明的矫正方法中,作为设定条件的矫正辊角度θ及挤压量ε因被矫正管的尺寸及材料而适合值不同,因此,无法一概地加以决定,但对于各个辊而言,优选设定辊角度为30°~33°,挤压量ε在2~3.5mm的范围内。
另外,在本发明的矫正方法中,对被矫正管的制造方法无特别限定,但是,由于矫正前的管的尺寸精度越精确,矫正后的管的椭圆等尺寸变化越少,自管内表面的涡流探伤中的S/N比也越高,因此,优选的是,在被矫正管的制造中,进行降低每一次的加工度的多次冷轧或者使用高压拉丝机的冷拉。
本发明的制造方法的特征在于,在管的制造工序中,至少最后的辊矫正使用本发明的矫正方法进行,由此,可适用于对自管内表面的涡流探伤具有要求的用于核用蒸汽发生器以及给水加热器等热交换器的传热管。实施例
根据实施例对本发明的矫正方法的效果进行说明。辊式矫正机采用如上述图1所示的七辊(2-2-2-1)式矫正机,输出侧的三对矫正辊采用覆盖了弹性硬度Hs为95的聚氨酯树脂的辊。
作为试样件,准备如下的试样件,使用ASME SB—163 UNS NO 6690的Ni基合金,并借助使用了高压拉丝机的冷拉,精加工尺寸为外径19.14mm×壁厚1.125mm×长度10000mm(以下,简记为“19Φ”)及外径16.03mm×壁厚1.0mm×长度10000mm(以下,简记为“16Φ”)。
在对准备的试样件进行辊矫正时,将辊式矫正机的基台距离L设为350mm,其设定条件为:辊角度θ及挤压量ε设为一定,使偏移量δ在6mm~11mm的范围内变化,使η在0.78×10-3~1.72×10-3的范围内变化。具体设定条件用表2及表3表示。
在对试样件进行矫正之后,以目视观察弯曲状况以及进行自管内表面的涡流探伤,并计算出此时的S/N比。
首先,表2示出了在试样件中使用19Φ件时的弯曲状况的观察结果及计算出的S/N比。需要说明的是,表2中所示的弯曲状况的评价标准及S/N比与上述表1所说明的评价相同。
[表2]
Figure A200780013440D00131
从表2所示的结果可知,η满足本发明的规定范围的试样No.2~4的S/N比在目标值30以上,弯曲状况也处于良好状态。另外,η不足本发明的规定范围的试样No.1可使S/N比提高,但无法矫正管的弯曲。另外,η超过本发明的规定范围的试样No.5及6的弯曲状况处于良好状态,但无法使S/N比提高。
同样,表3示出了在试样件中使用16Φ件时的弯曲状况的观察结果及计算出的S/N比。表3中所示的弯曲状况的评价标准及S/N比也与上述表1说明的评价相同。不过,涡流探伤的频率变更为750kHz。
从表3所示的结果可知,η满足本发明的规定范围的试样No.3~6的S/N比在目标值30以上,弯曲状况也处于良好状态。另外,η不足规定范围的试样No.1以及2可使S/N比提高,但无法矫正管的弯曲。
图7是表示通过实施例获得的η及自管内表面的涡流探伤中的S/N比的关系的图。无论试样件是19Φ件或者16Φ件中的哪一个,只要η在本发明规定的范围内,即不会产生管的弯曲残留,从而可确保弯曲矫正精度,同时使S/N提高至30以上。进而可知,在传热管适用的精加工尺寸在外径为30mm以下的范围内,η与自管内表面的涡流探伤中的S/N比的关系也几乎不受管的尺寸的影响。
工业方面可利用性
根据本发明的管的弯曲矫正方法,通过由弹性体形成矫正辊的外层部,并且适当设定偏移量,可确保管的弯曲矫正精度,并且抑制伴随弯曲矫正而椭圆等的产生,从而使自管内表面的涡流探伤中的S/N比提高,因此,可提高检查效率。由此,在用于火力或核电站中使用的蒸汽发生器以及给水加热器等热交换器的传热管中,由于能够确保优良的质量精度,因此,作为传热管能够具有很高的可靠性。
Figure A200780013440D00151

Claims (2)

1.一种管的矫正方法,其使用设有鼓形矫正用辊的辊式矫正机,该鼓形矫正用辊在旋转轴方向互相交叉的状态下沿上下方向相对配置,其特征在于,
所述辊式矫正机输出侧的至少三对矫正辊的辊主体的至少外层部由弹性硬度Hs(JIS K 6301 A型)为50~100的弹性体形成,
利用相对配置的所述输出侧的至少三对矫正辊,对管施加如下的偏移量,即形成在与处在上下矫正用辊的交叉位置的管轴心相当的三处位置、且通过下述公式(1)规定的η为1.0×10-3~1.5×10-3的偏移量。
[公式1]
η = 1 R × ( d 2 ) · · · ( 1 )
其中,当将管外径设为d(mm)、辊式矫正机的基台距离设为L(mm)、偏移量设为δ(mm)时,R=(δ2+L2)/2δ。
2.一种管的制造方法,其特征在于,使用权利要求1所述的矫正方法进行管的制造工序中的至少最后的管矫正。
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