JP2005531414A - シーム溶接空気焼入れ可能鋼管 - Google Patents
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Abstract
Description
空気焼入れ鋼帯は、ローラ成形で1つの管にされ(工程1)、連続プロセスでシーム溶接される(工程2)。溶接の直後、かつサイジングの前に、溶接部冷却速度はポジティブに制御される(工程3)。冷却速度は、溶接部が完全に硬化して脆くなってしまわないようにするプロファイルに保持し、溶接で生じる応力ならびにサイジングおよび歪み矯正パスの圧力で溶接部にひびが入らないようにする。
管の形成に使用される平坦な空気焼入れ可能鋼帯は、ローラ成形ミルに入る前に、異なるタイプの金属の薄い層で片側または両側を表面仕上げすることができる。それとは別に、管が成形された後、表面仕上げ層を付着させることもできる。この手法を採用することで、例えば、基本の管単独が有する耐食性よりも高い耐食性を備えるようにできる。高い腐食環境で使用する通常の表面仕上げ材料は、316ステンレス鋼とすることができる。表面仕上げ材料の選択に、導電性、表面粗さ、表面摩擦係数、色、および外観などの他の基準を採用することもできる。
本発明は、シーム溶接空気焼入れ可能ステンレス鋼管で形成された移動車両フレームを実現する。図6は、本発明の車両フレームを表現したものである。この材料の車両フレームは、従来の車両フレームに比べてかなり軽く、小型の推進システムを実現することができ、その結果、燃料効率を高め、車両コストを低減することができる。強度対重量比および剛性対重量比が高いので、本発明では、電動式車両、電気ハイブリッド式車両、または燃料電池駆動式車両などの代替え電動モータ車両技術を使用できる。車両フレームは、既存の複合材料または通常の鋼鉄を使った場合に比べてかなり安く、軽くできる。軽量の車両フレームが使用できることは、現在開発中の代替え動力源が最終的に、内燃機関と経済性の面で競合する可能性があることを意味する。多くの社会的メリットは、最も目立つ、エミッション削減を含む、きれいで、潜在的に効率を高められる電動車両を普及させることで生じるであろう。したがって、本発明の管は、地球温暖化が車両エミッションにより生じるのだから、地球温暖化の低減に寄与しうるであろう。
本明細書で開示されている管の他の優れた用途に、橋がある。世界の橋の多くは、古くなったり、今日の交通量に対応できるように建設されていないため、リプレースする必要があり、交通渋滞を悪化させる「ボトルネック」になってしまった。National Bridge Research Organizationによれば、米国だけでも、すべての橋の30.45%は、リプレースの対象となっている。このような規模のプロジェクトに取り組むに際して政府機関が直面している2つの問題が、コストと交通の途絶であり、これらの問題は両方とも、本明細書で開示されている新しい構造材料により解決される。
本発明は、さらに、極めて長い「橋」−つまり、高架式鉄道および車道−の建設に適している。図5は、本発明を表現したものである。
シーム溶接空気焼入れ可能ステンレス鋼管を、個人の家ならびに公共および工場用の建物を含む静的構造物内の構造媒体として使用すると多くの利点が得られる。
本発明の管システムでは、上水、下水、ならびに原油、精製鉱物油、および天然ガスなどのエネルギー産業製品の輸送を含む、流体および気体輸送の分野で実質的な経済的利得を得られる。多くの場合、例えば水平方向に長い導管が地上よりも高い位置にある場合や、内部圧力がある場合に、パイプの強度対重量比および剛性対重量比は重要である。これらの場合、シーム溶接空気焼入れ可能鋼管の強度対重量比および剛性対重量比が高いため、支持材の間の水平方向スパンを長くし、壁厚を薄くすることができるので、輸送およびパイプの配置に関して有利である。さらに、本発明のパイプは、例えばトラックトレーラーまたは船舶に取り付けられている移動式チューブミルを使用して、非常に長い連続する長さのままその場で生産することができる。こうして一本の長いパイプを生産すると、所定の用途に関して接合部が大幅に減り、このため、コストが低減され、パイプの強度対重量比が最大化される。
シーム溶接空気焼入れ可能ステンレス鋼管は、軽量、低いコスト、ならびに高い強度および剛性を持つため、航空機構造物用の理想的な材料となる。シーム溶接空気焼入れ可能ステンレス鋼管またはそれらから作られたトラス構造物は、翼桁を含む主要骨組みから座枠などの内部アクセサリまで、航空機構造物の多くの部品に使用することができる。通常の航空機材料は、価格が高い傾向があるが、本発明により、性能ペナルティなしで航空機建造のコストを低減することができる。
シーム溶接空気焼入れ可能鋼管は、ターボファンエンジン用のファンブレードおよびピストンエンジン用のコネクティングロッドを予め組み立てておくのに使用することが可能であり都合がよい。
シーム溶接空気焼入れ可能ステンレス鋼管の骨組み部材は、船舶の建造で使用することができ、従来の鋼を使用した場合に比べて重量軽減および耐腐食性の大幅な向上が見られる。
本発明の管は非常に強度が高く、管壁を薄くし、管壁の単位面積当たりの熱伝達を高められるため、熱交換器に使用することができる。耐腐食性が高いため、熱交換器の管の片側または両側を特別な材料の薄い層で表面仕上げして、所望の特性を得ることができる。
フレームの重量は、自転車では非常に重要であり、カーボンおよびチタンなどの軽量新材料は、非常に高価であるにもかかわらず、この用途に使われることが非常に多い。本発明によれば、高価な新材料で作られたものと本質的に同じ重量、強度、および剛性の自転車フレームを妥当なコストで生産することができる。例えば、延伸チタンは、まっすぐな材料では強度対重量比が高い。しかし、溶接部では、金属の熱の影響を受ける部位の強度が失われるため、かなりの壁厚にする必要がある。一定の強度の自転車を製作するために必要な金属の全質量は、本発明のチタンおよび410管の場合と類似している。コスト差は、本発明で作られたフレームに関して40倍安価であると推定される。
空気焼入れ可能ステンレス鋼は、本質的に、非常によいバネ特性を有する。したがって、本明細書で開示されている管は、螺旋型管およびトルク管などの構成でバネ媒体として使用することができる。代表的なバネと比較すると、シーム溶接空気焼入れ可能ステンレス鋼管のバネは、バネ媒体の無応力の中心コア領域をなくすことができるため軽量化され、また耐食性を高められる。シーム溶接空気焼入れ可能ステンレス鋼管の中空バネは、特に、車両総重量の低減が重要である移動車両の応用に適している。
本発明を採用すれば、車いすフレーム、松葉づえなどの身体障害者を補助するための安価で軽量な高性能装置を産することが可能になる。
ミサイルのケーシングおよびロケットのケーシング
本発明の管は、ミサイルおよびロケットの建造に使用すると有利であり、同じ強度の従来の材料と比べてミサイルおよびロケットの壁の厚さを薄くし、コストを低減することができる。壁の厚さを減らすと、所定の内部スペースに対し引きずりが減る。
本発明の管は、低コストであり高性能であるため、宇宙ステーションなどの大規模な宇宙または地球外構造物の建造で有利に使用することができる。
クレーンおよびガントリー、航空機製造を含む製造に使用される備品、コンクリート形態の支持および骨組み、キャットウォークおよびアクセス通路、はしご、柵の支柱および手すり、ボートのマストおよびボートの手すり、油圧および空気圧シリンダ、工具および用具、張り出している高速道路案内標識を含む、道路案内標識、街灯柱、信号灯柱、および旗竿、テントの支柱、天幕フレーム、傘、およびキャノピーフレーム、オールおよびパドルシャフト、ラケットフレーム、スキーのストック、および登山用具、エレベータカーおよびシャフト、幹線道路レール、建築掘割、採掘坑などの陥没防止装置、ダムの骨組み、屋根無し観覧席および一時的座席、プラットフォームおよび舞台、建物および船舶をサンドブラストするために使用されるものなどの足場フレームおよび一時的エンクロージャ用フレーム、カートップラック、光学式および無線望遠鏡、ソーホースおよび携帯型ベンチ、カメラ三脚を含む三脚、電柱を含む垂直の塔、無線塔、送電塔、ならびにスキーリフトおよび路面軌道塔、電気および光ファイバケーブル布線、煙出しおよび煙突、家具、ならびに貯蔵および圧力タンクなどがある。
壁厚0.020”(0.0508cm)、OD直径1.125”(2.8575cm)の100フィート(30.48m)の配管を製造した。これは、上述の方法でカリフォルニア州のUlbrich Steel of Fresno社の幅3.555”(9.0297cm)の410ステンレス鋼帯から本発明のミルで製造された。
上記の管から管のいくつかの部分を切り取り、他の延伸管とともに自転車フレームに組み立てる。組み立てられたフレームに含まれる延伸管は、後部三角形の壁厚0.020”(0.0508cm)0.5”(1.27cm)および0.625”(1.5875cm)のOD410ステンレス鋼延伸管部分を含んでいた。複数のシーム溶接および延伸管部分は、カリフォルニア州サンジエゴのSan Diego Welding Supply社が供給している標準410ステンレスフィラーロッドを用いるオハイオ州クリーブランドのLincoln Electric Company社製造のLincoln(登録商標)Squarewave TIG 255を使用し、溶接機のアンペアを約8から10Aの範囲で変調して、突き合わせ溶接を介して手で組み立てた。次に組み立てられたフレームをバッチタイプの真空炉で1900から2000°F(1037.8から1093.3℃)の範囲で熱処理した。カリフォルニア州の公認Metalcraft of El Cajon社が熱処理炉を提供した。
室温での疲労試験を実施して、自転車フレームの場合と同様の方法で硬化された本発明の硬化シーム溶接ステンレス鋼管の強度に関するデータを得た。
ASTM F 606−00に従ってサンプルを試験し、本発明の管の引っ張り強度を測定した。被加工製品では、14453lbs(6555.8kg)(206000psi)が加えられた。硬化された410の記帳されている値は、200000から210000psiである。これらのデータから、溶接部が構造全体にとって弱い部分になることはなく、この材料は類似の直径、壁厚、および材料の延伸管と同等であることがわかる。
図2および図3は、本発明のチューブミルの側面および上面図である。鋼帯10は、サイジングおよび成形ローラ16を通じて送られ、その後これは溶接ボックス20に送られる。溶接ボックス20の下流には、溶接された被加工製品の冷却速度を制御するため使用されるトーチアセンブリ18がある。その後、溶接された被加工製品はサイジングローラ14でサイジングされ、本発明のシーム溶接空気焼入れ可能管12の生産が行われる。
Claims (75)
- 空気焼入れ可能鋼からなり、および長手方向溶接シームを有する鋼管。
- 前記空気焼入れ可能鋼はステンレスである、請求項1に記載の鋼管。
- 空気焼入れ可能な前記ステンレス鋼は、マルテンサイトステンレス鋼である、請求項2に記載の鋼管。
- 前記マルテンサイトステンレス鋼は、400シリーズのステンレス鋼である、請求項3に記載の鋼管。
- 前記400シリーズのステンレス鋼は、410である、請求項4に記載の鋼管。
- 空気焼入れ可能鋼からなる鋼帯ストックを選択し、
前記鋼帯ストックを、隣接する端部を有する1つの管にローラ成形し、
前記隣接する端部を溶接して、シームを形成し、そして、
溶接シームの冷却速度を制御する
ことを含む、空気焼入れ可能鋼管を製造する方法。 - 空気焼入れ可能な前記鋼帯ストックは、ステンレス鋼である、請求項6に記載の方法。
- 前記ステンレス鋼は、マルテンサイトステンレス鋼である、請求項7に記載の方法。
- 前記ステンレス鋼は、400シリーズのステンレス鋼である、請求項7に記載の方法。
- 前記ステンレス鋼は410である、請求項7に記載の方法。
- ローラ成形される前に、空気焼入れ可能な前記鋼帯ストックを焼きなまし状態に置く、請求項6に記載の方法。
- 前記溶接シームの冷却速度を制御した後、前記管をサイジングし、そして、歪み矯正を行うことをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- シーム溶接された空気焼入れ可能鋼管を熱処理して、高強度状態にすることをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記溶接は、ガスタングステンアーク溶接である、請求項6に記載の方法。
- ローラ成形する前に、前記鋼帯ストック上に表面仕上げ層をラミネートすることをさらに含み、これにより複数の層を有する管を製造する、請求項6に記載の方法。
- 1つまたは複数のシーム溶接された空気焼入れ可能鋼管を含む2つ以上の部品を、1つのアセンブリに連結することを含む、複数の管を1つの構造物に組み立てる方法。
- 連結した後、前記アセンブリ全体を熱処理して、前記アセンブリの空気焼入れ可能部分に高強度状態を付与することを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記アセンブリに連結する前に、少なくとも1つのシーム溶接された空気焼入れ可能鋼管を熱処理して、高強度状態にすることを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記アセンブリは、荷重負担構造物である、請求項16に記載の方法。
- 前記アセンブリは、石油生産のための管である、請求項16に記載の方法。
- 前記アセンブリは、熱交換器の一部である、請求項16に記載の方法。
- 耐食性表面仕上げ層を、前記鋼管の1つまたは複数の内側および/または外側に形成することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 少なくとも1つのシーム溶接された焼入れ可能鋼管を含む荷重負担構造物。
- 少なくとも1つのシーム溶接された空気焼入れ可能鋼管を含む2つ以上の部分からなる1つのアセンブリを備え、組み立て後に、構造物全体に熱処理を施して、前記構造物の空気焼入れ可能部分に高強度状態を付与する、請求項23に記載の構造物。
- 前記構造物に連結する前に、少なくとも1つのシーム溶接された空気焼入れ可能鋼管を熱処理して、高強度状態にする、請求項23に記載の構造物。
- 少なくとも1つのシーム溶接された前記鋼管は、ステンレス鋼である、請求項23に記載の構造物。
- 少なくとも1つのシーム溶接された前記鋼管は、マルテンサイトステンレス鋼である、請求項26に記載の構造物。
- 前記マルテンサイトステンレス鋼は、400シリーズのステンレス鋼である、請求項27に記載の構造物。
- 前記400シリーズのステンレス鋼は、410である、請求項28に記載の構造物。
- 前記構造物内の前記鋼管の1つまたは複数は、その内側および/または外側に耐食性表面仕上げ層を含む、請求項23に記載の構造物。
- 前記構造物は静止している、請求項23に記載の構造物。
- 前記構造物は、荷重負担梁またはトラスである、請求項31に記載の構造物。
- 前記構造物は、橋である、請求項31に記載の構造物。
- 前記構造物は、高架式車道または鉄道である、請求項31に記載の構造物。
- 前記構造物は、建物である、請求項31に記載の構造物。
- 前記構造物は、海洋オイルリングである、請求項31に記載の構造物。
- 前記構造物は、イス、テーブル、またはその他の家具調度品である、請求項31に記載の構造物。
- 前記構造物は、移動車両である、請求項23に記載の構造物。
- 前記構造物は、自動車である、請求項38に記載の構造物。
- 前記構造物は、航空機である、請求項38に記載の構造物。
- 前記構造物は、自転車である、請求項38に記載の構造物。
- 前記管は、少なくとも1つのシーム溶接された空気焼入れ可能鋼管を含む流体取扱装置である、請求項1に記載の管。
- 前記装置は、少なくとも1つのシーム溶接された空気焼入れ可能鋼管を含む2つ以上の部分からなる1つのアセンブリを備え、組立て後、構造物全体に熱処理を施して、アセンブリの前記空気焼入れ可能部分に高強度状態を付与する、請求項42に記載の流体取扱装置。
- 前記装置内で連結する前に、少なくとも1つのシーム溶接された空気焼入れ可能鋼管を熱処理して、高強度状態にする、請求項42に記載の流体取扱装置。
- 少なくとも1つのシーム溶接された前記鋼管は、ステンレス鋼である、請求項42に記載の流体取扱装置。
- 少なくとも1つのシーム溶接されたステンレス鋼管は、マルテンサイトステンレス鋼である、請求項45に記載の流体取扱装置。
- 前記マルテンサイトステンレス鋼は、400シリーズのステンレス鋼である、請求項46に記載の流体取扱装置。
- 前記400シリーズのステンレス鋼は、410である、請求項47に記載の流体取扱装置。
- シーム溶接された焼入れ可能鋼管のうちの1つまたは複数は、腐食環境に接触するように構成された材料を含む、請求項42に記載の流体取扱措置。
- 接触材料は、シーム溶接された空気焼入れ可能鋼管の内側および/または外側の層である、請求項49に記載の流体取扱装置。
- 接触材料は、シーム溶接された空気焼入れ可能鋼管にラミネートされる、請求項49に記載の流体取扱装置。
- 接触材料は、前記鋼帯ストックを1本の管にローラ成形する前に、前記鋼帯ストックの片側または両側に形成される、請求項49に記載の流体取扱装置。
- 接触材料は、高耐食性グレードのステンレス鋼を含む、請求項49に記載の流体取扱装置。
- 接触材料は、ニッケルおよびモリブデンを含有する特殊マルテンサイトステンレス鋼合金である、請求項49に記載の流体取扱装置。
- 前記装置は、深海オイルライザーである、請求項42に記載の流体取扱装置。
- 前記装置は、油田ケーシングまたは配管である、請求項42に記載の流体取扱装置。
- 前記装置は、油田のサッカーロッドである、請求項42に記載の流体取扱装置。
- 前記装置は、流体輸送パイプである、請求項42に記載の流体取扱装置。
- 前記装置は、ガスパイプラインである、請求項42に記載の流体取扱装置。
- 前記装置は、熱交換器である、請求項42に記載の流体取扱装置。
- 腐食環境に接触するように構成された材料をさらに含む、請求項1に記載の空気焼入れ可能鋼管。
- 接触材料は、前記管の片側または両側の層である、請求項61に記載の空気焼入れ可能鋼管。
- 接触材料は、前記管にラミネートされる、請求項61に記載の空気焼入れ可能鋼管。
- 接触材料は、前記鋼帯ストックを1本の管にローラ成形する前に、前記鋼帯ストックの片側または両側に形成される、請求項61に記載の空気焼入れ可能鋼管。
- 接触材料は、高耐食性グレードのステンレス鋼を含む、請求項61に記載の空気焼入れ可能鋼管。
- 接触材料は、ニッケルおよびモリブデンを含有する特殊マルテンサイトステンレス鋼合金である、請求項61に記載の空気焼入れ可能鋼管。
- 前記管は、ハイドロフォーミング法で成形される、請求項1に記載のシーム溶接された空気焼入れ可能鋼管。
- 前記空気焼入れ可能鋼管は、ステンレス鋼である、請求項67に記載の鋼管。
- 空気焼入れ可能な前記ステンレス鋼は、マルテンサイトステンレス鋼である、請求項68に記載の鋼管。
- 前記マルテンサイトステンレス鋼は、400シリーズのステンレス鋼である、請求項69に記載の鋼管。
- 前記400シリーズのステンレス鋼は、410ステンレス鋼である、請求項70に記載の鋼管。
- 前記管の内側および/または外側に形成される耐食性表面仕上げ層をさらに含む、請求項67に記載の鋼管。
- 空気焼入れ可能鋼管を製造するように構成されたチューブミルであって、
成形ローラと、
シーム溶接機と、
冷却速度コントローラと、
サイジングおよび歪み矯正ローラと
を備えるところのチューブミル。 - 空気焼入れ可能ステンレス鋼管を製造するように構成されている、請求項73に記載のチューブミル。
- 前記冷却速度コントローラは、前記シーム溶接機の下流に配置された加熱装置である、請求項73に記載のチューブミル。
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