JP2009530499A - Manufacturing system for weldable and stainless steel tubular structures having high strength and products obtained therefrom - Google Patents

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Abstract

高い機械的強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システム及びそれにより得られる製品について記載されており、それは特に冷間引抜きのステンレス鋼を用いる製造に関するものであって、異なる厚さ及び形状に加工可能であり、動的用途に使用される軽量及び超軽量の構造フレームの製造に使用され、優れた機械的特性と溶接特性を有する。製造システムは、引き抜き装置を通過させるとともに、引き抜きのために組み合わせるために、管の端部を小さくするための傾斜作製工程と、材料を軟化させて変形しやすくするためのアニール熱処理工程を有する。システムには、材料の機械的特性を評価するための機械的試験と、材料の構造を観察し、それが引き抜きのための予め設定されたパラーメータの範囲内にあるかどうかを評価する金属組織学が含まれる。これらの工程の後に、表面の化学的調製工程があり、そこでは、管と引き抜き装置との間の接触面を滑らかにするとともに、材料を永久変形させる引き抜き時における膠着を抑制する。その工程は、管の厚さが所望の値になるまで繰り返して行う。工程が終了した後、仕上げの熱処理工程を行い、変形した鋼の構造を改質し、所望の最終特性を付与する。最後に、矯正工程を行い、引き抜いて炉で処理した管をまっすぐにし、そして不動態化工程を行い、緻密な酸化物のさびを生成させて鋼に耐蝕性を付与する。次いで、切断し、品質管理と包装を行う。A manufacturing system for weldable and stainless tubular structures having high mechanical strength and products obtained thereby are described, in particular relating to the production using cold drawn stainless steel, with different thicknesses. It can be machined into profile and shape, and is used in the manufacture of lightweight and ultra-light structural frames used in dynamic applications and has excellent mechanical and welding properties. The manufacturing system includes an inclined manufacturing process for reducing the end portion of the tube and an annealing heat treatment process for softening the material and making it easy to deform in order to pass through the drawing device and combine for drawing. The system includes a mechanical test to evaluate the mechanical properties of the material and a metallography that observes the structure of the material and evaluates whether it is within the preset parameters for withdrawal. Is included. After these steps, there is a surface chemical preparation step, which smoothes the contact surface between the tube and the drawing device and suppresses sticking during drawing which permanently deforms the material. The process is repeated until the tube thickness reaches the desired value. After the process is completed, a finishing heat treatment process is performed to modify the deformed steel structure and impart the desired final properties. Finally, a straightening step is performed to straighten the drawn and furnace-treated tube, and a passivation step is performed to produce dense oxide rust and impart corrosion resistance to the steel. Then, cut and perform quality control and packaging.

Description

本発明は、高強度を有する溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システム及びそれから得られた製品に関し、さらに詳しくは、異なる厚さと形状に加工可能であって、動的な用途、例えば、レーシングカー等の競争用車輌や、ハイエンド(high-end)自転車や、航空学に使用される軽量及び超軽量な構造用フレームの製造に適した高性能の機械的特性及び溶接特性を備えた、冷間引き抜きで製造するステンレス鋼の管状部材に関する。   The present invention relates to a manufacturing system for weldable and stainless steel tubular structures having high strength and products obtained therefrom, and more particularly, can be processed into different thicknesses and shapes and used in dynamic applications such as racing. Cool, with high performance mechanical and welding properties suitable for the production of competitive vehicles such as cars, high-end bicycles, and lightweight and ultralight structural frames used in aeronautics. The present invention relates to a stainless steel tubular member manufactured by thinning.

特に、上記の構造フレームには、強度と信頼性に加え、競走用車輌と航空学に用いる構造体の場合のように、軽量性と動的な圧力の下での優れた特性についての特別の性能が要求される。   In particular, the structural frame above has special strength and reliability, as well as light weight and excellent properties under dynamic pressure, as in the case of racing vehicles and aeronautical structures. Performance is required.

知られているように、動的な用途で使用される鋼製構造フレームは、異なる品質の鋼で製造され、金属の接続部材により相互に連結された、多極管(multi-way tubes)である。   As is known, steel structural frames used in dynamic applications are multi-way tubes made of different quality steels and interconnected by metal connecting members. is there.

一つの動的なフレームの例は、自転車を製造する時に使用されているものである。   An example of one dynamic frame is that used when manufacturing a bicycle.

ハイエンドの自転車のフレームを製造する場合、溶接部の近傍でも良好な機械強度を確保しながら軽量化を図り、かつ構造体の堅さを増加させ、美的外観及びデザイン的な理由だけでなく、大きな堅さをも付与するためには、特別の加工(ブローチ削り(broaching)及び/又はコーニング(coning)により、賦形するとともに管に沿って厚さを変化させる。)を行う必要がある。   When manufacturing high-end bicycle frames, the weight is reduced while ensuring good mechanical strength even in the vicinity of the welds, and the rigidity of the structure is increased. In order to impart rigidity as well, it is necessary to carry out special processing (forming by forming and changing the thickness along the tube by broaching and / or coning).

既に説明したように、問題の管は、溶接により互いに連結されていることが好ましい。平坦な接続にするためには、溶接部分でも材料の機械的特性を維持する必要があり、特別の技術で溶接する必要がある。用いた最初の溶接例は、TIGと呼ばれている(TIGは、タングステン不活性ガスを意味する。)。TIG溶接では、金属を加熱及び溶融するのに電気アークが使用されており、電気アークは、電極と溶接部分との間に発生させる。保護ガスは、ノズルを通過して、溶接バスとタングステン電極を保護する。TIG溶接における保護ガスの主たる目的は、部品のホットゾーンと溶融ゾーン、溶接材料、そして電極を周囲空気の悪影響から保護することにある。さらに、保護ガスは、アークの特性と溶接部分の美的外観にも影響を与える。TIG溶接の利点としては、接合部は高品質であること、スラグや飛散(spatter)が存在しないことが挙げられる。別の溶接方法として、鑞付けがある。これらの技術は、高度の正確性を必要とし、かつ熟練工が行うとしても精巧な溶接方法である。   As already explained, the tubes in question are preferably connected to each other by welding. In order to achieve a flat connection, it is necessary to maintain the mechanical properties of the material even in the welded part, and it is necessary to weld with a special technique. The first welding example used is called TIG (TIG means tungsten inert gas). In TIG welding, an electric arc is used to heat and melt the metal, and the electric arc is generated between the electrode and the welded part. The protective gas passes through the nozzle and protects the welding bath and the tungsten electrode. The main purpose of the protective gas in TIG welding is to protect the hot and melting zones of the part, the welding material, and the electrodes from the adverse effects of ambient air. Furthermore, the protective gas also affects the arc characteristics and the aesthetic appearance of the weld. Advantages of TIG welding include high quality joints and the absence of slag or spatter. Another welding method is brazing. These techniques require a high degree of accuracy and are elaborate welding methods even if performed by a skilled worker.

別の、より技術的に進化した溶接方法として、電子ビームやレーザ溶接が知られており、これらは、航空・宇宙分野に使用される部品の製造に使用されているが、自転車の分野には使用されていない。   Another more technologically advanced welding method is known as electron beam or laser welding, which are used to manufacture parts used in the aerospace field, but in the field of bicycles. not being used.

実際のところ、例えば、電子ビームは、特性の異なる2つの材料を高精度に溶接することができ、溶接ラインなしでそれらの材料を完全に付着(adhesion)させる。しかしながら、初期の投資額が高額であることに加え、電気の使用コストが、溶接する材料の大きさに比例して指数関数的に増加し、許容できない程の高額となる。   In fact, for example, an electron beam can weld two materials with different properties with high precision and completely adheres them without a welding line. However, in addition to the high initial investment, the cost of using electricity increases exponentially in proportion to the size of the material being welded, making it unacceptably high.

上述の理由に加え、電子ビーム溶接とレーザ溶接は、フレームのような特定の大きさの部品を接合する場合には適用できないため、自転車のフレーム製造分野に使用できるようにするためには、多大な投資を必要とする。さらに、溶接後、フレームを仕上げるにはさらに熱処理が必要であり、その結果移動コストがかかる等の問題があり、製造コストがかなり増大する。   In addition to the reasons described above, electron beam welding and laser welding are not applicable when joining parts of a specific size such as a frame, so that they can be used in a bicycle frame manufacturing field. Requires a lot of investment. Furthermore, after the welding, further heat treatment is required to finish the frame, resulting in problems such as high movement costs, resulting in a considerable increase in manufacturing costs.

すべての場合において、使用する溶接技術は、問題となるような結果又は他の事態を与えてはならず、さらには美観的に悪影響を与えるものであってもならない。   In all cases, the welding technique used must not give any problematic consequences or other events, and must not be aesthetically damaging.

現在、上記のフレーム製造に使用されるすべての品質の鋼は、溶接部分の機械的特性が弱いという問題を有しており、そのため、接合部の近傍に補強部材を取り付けざるを得なくなったり、厚みの大きな管状部材を使わざるを得ない、という問題がある(電子ビーム法やレーザ法を用いて溶接した鋼製の管状部材は除く。)。   Currently, all the quality steels used in the above frame production have the problem that the mechanical properties of the welded part are weak, so that it is necessary to attach a reinforcing member in the vicinity of the joint, There is a problem that a tubular member having a large thickness must be used (except for a tubular member made of steel welded by an electron beam method or a laser method).

動的フレームの製造における別の問題は、今日、最も使用されている鋼の類型(typologies)(すなわち、25CrMoのようなカーボン鋼)は、好ましい機械的特性を有するが、腐食し易く、管の内部と外部が劣化し、結果として強度と耐久性が明らかに低下する、という事実から明らかになったものである。劣化を防ぐために、保護塗料による保護と仕上げをさらに追加する必要がある。しかし、特別な高コストの技術を用いても腐食が起きる管内部を保護することはできない。 Another problem in the manufacture of dynamic frames is that today's most used steel typologies (ie, carbon steels such as 25CrMo 4 ) have favorable mechanical properties, but are prone to corrosion and tube It is clear from the fact that the inside and outside of the steel deteriorate and the strength and durability are clearly reduced as a result. In order to prevent deterioration, it is necessary to add further protection and finishing with protective paint. However, it is not possible to protect the inside of the pipe where corrosion occurs even if special high-cost technology is used.

保護用エナメルを用いると、フレームの製造及び維持管理によりもたらされるすべての環境への影響に加え、重量に関して悪影響が現れる。   The use of protective enamel has a negative impact on weight in addition to all the environmental impacts caused by the manufacture and maintenance of the frame.

弾性、強度そして軽量性に関し高性能を与える特定の非ステンレス鋼の中には、例えば、鋼15CrMoVがあり、それは塗装ではなくニッケルメッキがなされており、この場合、腐食防御は管の内部と外部とでなされている。ニッケルメッキ処理を行う場合、多くの悪影響を考慮する必要があり、適切にコントロールを行わないとさらに問題が発生する。事実、ニッケルメッキ処理において、環境に対し多大な悪影響を与える種々の有害物質、例えば、重金属、シアン化合物、そして強酸(硫酸、塩酸)の発生により、電解メッキの活性が環境に悪影響を与えることが知られている。無機塩、腐食製物質、そして溶剤を多量に使用すると、廃水と廃棄物の廃棄の両方の問題が発生する。さらに、加工により発生する有害な蒸気や粉体は、空気に大きな影響を与える。 Among the specific non-stainless steels that provide high performance in terms of elasticity, strength and light weight, for example, steel 15CrMoV 6 is nickel-plated rather than painted, in which case corrosion protection is applied to the interior of the tube. It is done with the outside. When performing nickel plating, it is necessary to consider many adverse effects, and further problems arise if not properly controlled. In fact, the activity of electroplating can adversely affect the environment due to the generation of various harmful substances, such as heavy metals, cyanide compounds, and strong acids (sulfuric acid, hydrochloric acid) that have a great negative impact on the environment in nickel plating processes. Are known. The use of large amounts of inorganic salts, corrosive substances, and solvents creates problems with both wastewater and waste disposal. Furthermore, harmful vapor and powder generated by processing have a great influence on air.

腐食しにくい他の物質の中で、アルミニウムとチタン(これらはここで説明する材料のカテゴリーには含まれず、そして多くの特別かつ未解決の問題を有する。)、そしてフェライトステンレス鋼(機械的特性が弱く、酸化され易い。)を除いて、上記の問題点に対する解決策がステンレス鋼について過去10年間検討されたが、現在に至るまですべての要求を満たすものはない。   Among other materials that are difficult to corrode, aluminum and titanium (which are not included in the material categories described here and have many special and unresolved problems), and ferritic stainless steel (mechanical properties) The solution to the above problem has been investigated for stainless steel for the past 10 years, except that it has not been able to meet all requirements to date.

事実、オーステナイトステンレス鋼(例えば、AISI 304、AISI 308等)は、良好な溶接性とステンレス特性を有するが、機械的特性が弱い。すなわち、それらは延性があり、硬くなく、(単相であり)硬化せず、事実、変態温度(AC3)より高温に加熱した後で急冷しても、構造は変化せず、オーステナイトのままである。   In fact, austenitic stainless steel (eg, AISI 304, AISI 308, etc.) has good weldability and stainless properties, but weak mechanical properties. That is, they are ductile, not hard, do not cure (single phase), and in fact, their structure does not change and remains austenite even when rapidly cooled after heating above the transformation temperature (AC3). is there.

より大きな機械的特性を付与するために、ステンレス鋼を機械的な力(例えば引き抜き)による処理により硬化させることができる。   In order to impart greater mechanical properties, stainless steel can be hardened by treatment with mechanical force (eg pulling).

しかしながら、この場合、溶接工程に関係した問題が未解決である。融点より高い温度に加熱すると、隣接する領域も加熱されるため(そして軟化する)、必要な機械的特性を得ることができない。溶接領域は、強度がより弱い場所として形成される。構造体の強度を確保する必要があるため、厚さを薄くしても、重量を大きく減らすほどの効果は期待できない。さらに、引き抜き(又は別の機械的な力)により一旦硬化させると、このタイプの鋼には別の加工上の複雑な問題が発生する。   However, in this case, problems related to the welding process are still unsolved. When heated to a temperature above the melting point, the adjacent regions are also heated (and soften), so that the required mechanical properties cannot be obtained. The weld area is formed as a place where the strength is weaker. Since it is necessary to ensure the strength of the structure, an effect that greatly reduces the weight cannot be expected even if the thickness is reduced. Moreover, once hardened by drawing (or another mechanical force), this type of steel presents other processing complications.

クロム−ニッケルステンレス鋼は硬化させることはできないが、クロムマルテンサイトステンレス鋼は硬化させることができる。   Chrome-nickel stainless steel cannot be hardened, but chromium martensitic stainless steel can be hardened.

換言すると、このタイプの鋼は、熱処理の間に溶解し、そして急冷されたオーステナイトは、マルテンサイト構造に変化し、高い機械的強度が得られる。   In other words, this type of steel melts during the heat treatment, and the quenched austenite changes to a martensitic structure and high mechanical strength is obtained.

クロム含量が13%より大きいマルテンサイト鋼は、さらに、良好な耐蝕性を有する。しかしながら、この場合においても、溶接工程に関係した問題が発生する。すなわち、溶接を行う場合、すべてのマルテンサイト鋼にはマイクロクラックが発生するため(実際には、炭素含量を0.20%より大きくすることでこれを防止することを勧める。)、たとえそれがわずかであっても強度を低下させ、とりわけ、動的圧力を受ける構造体の強度を低下させる。いずれの場合でも、それらは自硬鋼であるので、溶接の前に前加熱を行い、その後直ぐに焼戻し又はアニールを行うことが必要である。このことから、競走用車輌又は航空機用の大きな圧力を受けるフレームの製造のため、溶接する管を製造するためにこの材料を用いることは好ましくなく、高コストである。   Martensitic steel with a chromium content of greater than 13% further has good corrosion resistance. However, even in this case, problems related to the welding process occur. That is, when welding is performed, all martensitic steels generate microcracks (in fact, it is recommended to prevent this by making the carbon content greater than 0.20%). Even a slight reduction in strength reduces, inter alia, the strength of structures subjected to dynamic pressure. In either case, since they are self-hardening steels, it is necessary to preheat before welding and then immediately temper or anneal. For this reason, it is undesirable and expensive to use this material to manufacture the pipes to be welded for the manufacture of frames subjected to high pressure for racing vehicles or aircraft.

現在、市場には、析出硬化によるステンレス鋼(17−4PH鋼)も存在し、それは良好なステンレス鋼特性を有し、かつ合金元素(Al,Nb,Ti,Mo,Cu等)を含んでおり、その合金元素は、ヒートエージング処理の後、硬化相をマトリックスの中に析出させ、それにより、鋼に適度な引張強さと延性を伴った高強度を付与している。   Currently, there is also stainless steel (17-4PH steel) by precipitation hardening on the market, which has good stainless steel properties and contains alloying elements (Al, Nb, Ti, Mo, Cu, etc.). The alloy element, after heat aging treatment, precipitates the hardened phase into the matrix, thereby imparting high strength with moderate tensile strength and ductility to the steel.

マルテンサイト鋼の場合のように、これらのタイプの鋼は、引き続き再加工することは、多大なコストをかけない限り困難である。   As in the case of martensitic steels, these types of steels are difficult to reprocess continuously unless they are costly.

さらに、この場合、溶接工程で炭化物の析出が起きないので、溶接性の問題は未解決である。溶接時に弱点が形成させることが、結果として最終構造体の信頼性を低下させている。   Furthermore, in this case, no precipitation of carbides occurs in the welding process, so the problem of weldability is unsolved. The formation of weak spots during welding results in reduced reliability of the final structure.

その問題を避ける唯一の方法は、溶接工程に続いてさらに熱処理を行うことであるが、結果としてさらにコストが上昇するという加工上の問題をもたらす。   The only way to avoid that problem is to perform a further heat treatment following the welding process, which results in processing problems that further increase the cost.

また、上述の鋼に加え、別のステンレス材料が検討されている(例えば、アーメット(AerMet)100合金)。その材料の特徴は、5%より多い1種以上の合金元素を含むものであり、従来の考え方では”合金”とは見なされず、鉄、コバルト、ニッケルに基づく”超合金”である(すなわち、構造改質のメカニズムが異なり、特定の特性を付与することを可能とするものであり、添加元素の含有量だけでなく合金自身の複雑性にも依存するものである。)。   In addition to the steel described above, other stainless steel materials are being considered (eg, AerMet 100 alloy). The material features include more than 5% of one or more alloying elements and are not considered “alloys” in the traditional way of thinking, but are “superalloys” based on iron, cobalt and nickel (ie, The mechanism of structural modification is different and allows specific properties to be imparted, depending not only on the content of the additive elements but also on the complexity of the alloy itself.)

特に、これらの材料は、低弾性率を有し、鋼の場合よりも加工法がかなり複雑である。この材料を用いる場合、引き抜き、そして常にプレート溶接を用いて管を製造する(したがって、ビレット押し出しは決して使用しない。)。複雑な加工法と熱処理に加え、特定の直径と厚みに一旦製造したものは(すでに説明した材料のように)、製造が経済的ではなくなるため、コストをかけて改質することはない。さらに、溶接部分に近いフレーム部分は、外部の補強部材(ガスケット)を用いて強化する必要がある。   In particular, these materials have a low modulus of elasticity and are considerably more complicated to process than steel. When using this material, draw and always use pipe welding to make the tube (thus billet extrusion is never used). In addition to complex processing methods and heat treatments, once manufactured to a specific diameter and thickness (like the previously described materials), manufacturing is not economical and does not costly modify. Furthermore, the frame portion close to the welded portion needs to be reinforced using an external reinforcing member (gasket).

最後に、完全を期すため、ナノテクノロジーから得られた革新的な鋼であり、他の鋼のカテゴリーには入らない、ナノフレックス(Nanoflex)管の製造について説明する。   Finally, for the sake of completeness, we will describe the production of Nanoflex tubes, which are innovative steels derived from nanotechnology and do not fall into other steel categories.

その材料は、高強度が期待できるかなり有望な材料であり(熱処理で得られるのではなく、還元率(reduction percentage)によって得られる。)、理論的には、この鋼で製造した管は、今までの最高の機械的特性、加工特性、そして仕上げ特性を有している。しかしながら、ナノフレックスでも、溶接時にはいくつかの問題を抱えているという事実は別としても、この材料はまだ市販はされていない。   The material is a very promising material that can be expected to have high strength (not by heat treatment but by reduction percentage). In theory, the tube made of this steel is now Has the best mechanical properties, processing properties, and finishing properties. However, apart from the fact that nanoflex also has some problems during welding, this material is not yet commercially available.

本発明の目的は、高強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システム及びそれから得られた製品を用いて、上述の課題を克服して従来の技術の問題点を解決することであり、これにより、腐食が起きることがなく、高強度で、異なる厚さと形状を付与するための加工が容易であり、溶接部分の近傍における弱点部分の発生を抑制しながら容易に溶接できる、管を製造することが可能となる。   An object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems and solve the problems of the prior art by using a manufacturing system of a high-strength, weldable, stainless tubular structure and a product obtained therefrom. Thus, corrosion does not occur, high strength, easy processing for imparting different thicknesses and shapes, easy welding while suppressing the occurrence of weak points in the vicinity of the welded part, Tubes can be manufactured.

本発明の第2の目的は、高強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システム及びそれから得られた製品を製造することであり、これにより、溶接なしで製造された管を用いるために構造的に均一である、動的な用途に使用される軽量構造フレームや溶接された管状構造体、の製造に対する改良された技術的な対策を提供するものである。   A second object of the present invention is to produce a high strength, weldable, stainless steel tubular structure manufacturing system and products obtained therefrom, thereby producing a tube manufactured without welding. It provides an improved technical measure for the production of lightweight structural frames and welded tubular structures that are structurally uniform for use in dynamic applications.

本発明の第3の目的は、高強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システム及びそれから得られた製品を保有することであり、これにより高強度と、優れた安全性と品質を有する管を製造することができ、それにより、動的圧力にさらされるだけでなく、高強度が要求される過酷な条件、例えば、宇宙、航空学、核、化学、海、モータースポーツ、そしてサイクリング等の分野で使用可能な機械部品を製造することができる。   A third object of the present invention is to possess a high strength, weldable, stainless steel tubular structure manufacturing system and products obtained therefrom, thereby providing high strength and excellent safety. Pipes with quality can be manufactured, thereby not only being exposed to dynamic pressure, but also in harsh conditions where high strength is required, e.g. space, aeronautics, nuclear, chemistry, sea, motorsport, Machine parts that can be used in fields such as cycling can be manufactured.

本発明の別の目的は、高強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システム及びそれから得られた加工性の高い指標を有する製品を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a manufacturing system for a high-strength, weldable, stainless steel tubular structure and a product having a high workability index obtained therefrom.

本発明のさらに別の目的は、高強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システム及びそれから得られた製品を提供することであり、それにより、製品の全ライフサイクルに関係する環境問題の多くを減らすことができ、すなわち、製造工程におけるプロセスを減らし、その結果として毒性のある有害な物質の消費を減らし、そして製品の有効なライフタイムにおいて寿命を延ばすことを可能とし、安全基準を上げ、維持管理に必要な化学物質の使用を抑制し、そして有効なライフタイムの最後においては、すなわち廃棄段階では、原材料の特性を損なうことなく全体のリサイクルを可能とする(軟金属のリサイクルで代わりに起きているように)。   Yet another object of the present invention is to provide a manufacturing system for a high strength, weldable, stainless steel tubular structure and the product obtained therefrom, thereby relating to the entire life cycle of the product. Many of the environmental problems can be reduced, i.e., it is possible to reduce the process in the manufacturing process, consequently reducing the consumption of toxic and harmful substances, and extending the lifetime in the effective lifetime of the product, Raise standards, reduce the use of chemicals required for maintenance, and at the end of the effective lifetime, ie at the disposal stage, allow for total recycling without compromising the properties of the raw materials (soft metal Like happening instead in recycling).

本発明の少なからぬ目的は、高強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システム及びそれから得られる、簡単に製造でき優れた機能を有する製品を提供することである。   A considerable object of the present invention is to provide a high strength, weldable, stainless steel tubular structure manufacturing system and products obtained therefrom that can be easily manufactured and have superior functionality.

これら及び他の目的は、本発明の説明の過程で明らかになるが、以下のクレームに記載された通りの、高強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システム及びそれから得られる製品により実質的に解決される。   These and other objects will become apparent during the course of the description of the present invention, and are derived from a manufacturing system for a high strength, weldable, stainless steel tubular structure as set forth in the following claims. It is substantially solved by the product.

本発明のさらなる特性と利点は、高強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システム及びそれから得られる製品についての詳細な説明から明らかになる。本発明は、添付の図面を参照して以下に記載されている。図面は説明のためのものであり、発明を何ら限定するものではない。   Further properties and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the manufacturing system and the products obtained therefrom, which are high strength, weldable and stainless steel tubular structures. The present invention is described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are for illustrative purposes and do not limit the invention in any way.

本発明の方法は、”オーステナイト−マルテンサイト”で規定される鋼に対して使用するものであり、その化学組成としては、オーステナイトステンレス鋼は、炭素とモリブデンを含み、マルテンサイトステンレス鋼は、ニッケルとクロムを含んでいる。本発明では、オーステナイトステンレス鋼は、約95%に達するマルテンサイト率を有する。そのため、本発明の方法は、マルテンサイト鋼にも適用することができる。本発明の方法に好適に用いることができる鋼の一例は、X4CrNiMo 16−5−1と呼ばれるものである。   The method of the present invention is used for a steel defined by “austenite-martensite”. As for its chemical composition, austenitic stainless steel contains carbon and molybdenum, and martensitic stainless steel is nickel. And contains chrome. In the present invention, austenitic stainless steel has a martensite ratio reaching about 95%. Therefore, the method of the present invention can also be applied to martensitic steel. An example of steel that can be suitably used in the method of the present invention is called X4CrNiMo 16-5-1.

本発明の高強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システムは、実質的に以下の工程からなる。
マルテンサイト鋼又はオーステナイト−マルテンサイト鋼を熱加工して、未成品の管(プリフォームとして知られている。)を作製し、
傾斜(tip)を作製し、それにより管の端部を小さくして、引き抜き装置を通過できるようにし、そして引き抜きのためにつなぎ、
熱処理によるアニールを行い、それにより材料を軟化させて変形可能にし、
必要に応じて機械的試験を行い、材料の機械的特性が管を引き抜きに供するのに適しているかを判定し、
必要に応じて金属組織学を行って材料の構造の観察を行い、それが規定のパラメータの範囲内にあれば、続いて引き抜きを行うと判定し、そうでなければ加工するために軟化のためのアニール処理を行う必要があると判定し、
表面を化学的に調製し、それにより管と引き抜き装置との接触面を滑らかにし、膠着を防ぎ、
材料を永久変形させるように引き抜き、
仕上げの熱処理を行い、それにより変形させた鋼の構造を改質し、所望の仕上げ特性を付与し、
矯正処理をし、それにより、引き抜いて炉で処理した管を真っ直ぐにし、
不動態化処理を行い、それにより、鋼に緻密な酸化物のさびを付与し、そして耐蝕性を確保する。
The manufacturing system of the high strength, weldable and stainless steel tubular structure of the present invention substantially comprises the following steps.
Martensitic steel or austenitic-martensitic steel is heat-processed to produce a blank tube (known as a preform),
Create a tip, thereby reducing the end of the tube, allowing it to pass through the drawing device, and tethering for drawing,
Perform annealing by heat treatment, thereby softening the material and making it deformable,
Perform mechanical tests as needed to determine if the mechanical properties of the material are suitable for subjecting the tube to drawing,
If necessary, perform metallography to observe the structure of the material, and if it is within the specified parameters, determine that it will be subsequently drawn, otherwise soften it for processing. It is determined that it is necessary to perform the annealing treatment of
Chemically prepare the surface, thereby smoothing the contact surface between the tube and the drawing device, preventing sticking,
Pull out the material so that it is permanently deformed,
Heat treatment of the finish, thereby modifying the structure of the deformed steel, giving the desired finish properties,
Straighten the tube that has been pulled out and treated in the furnace,
Passivation treatment is performed, thereby imparting a dense oxide rust to the steel and ensuring corrosion resistance.

より取り扱いの容易な部品への管の切断、品質管理そして包装等の従来の工程を経て、本発明の方法は、終了する。   The process of the present invention is completed through conventional processes such as cutting the tube into easier-to-handle parts, quality control and packaging.

本発明の第一段階は、本発明の方法を実施するための最初の原材料である”プリフォーム”を得ることである。詳しくは、プリフォームは熱加工(約1300℃で)された管であり、すなわち、管を形成するホイールに巻き取らせたり、プレス機で押し出して作製する。プリフォームの特徴は、高温での加工に伴う典型的なものであり、酸化された表面、弱い耐性(coarse tolerances)、直径に比し大きな厚み、標準的な大きさのみしか得られないことである。   The first step of the present invention is to obtain a “preform” which is the first raw material for carrying out the method of the present invention. Specifically, the preform is a heat-processed tube (at about 1300 ° C.), that is, the preform is wound around a wheel forming the tube or extruded by a press. Preform characteristics are typical of high temperature processing, with oxidized surfaces, weak tolerances, large thickness relative to diameter, and only a standard size. is there.

プリフォームは、硬化及び焼戻された状態の材料から構成され、高強度を有しているため引き抜きはできない。機械的強度を減らすには、静置炉(又はシャフト炉、ロード炉等)での1段階のアニール処理、又は連続炉又はマッフル炉での多段階のアニール処理が必要であり、その後、引き抜き装置を通過させて、直径と厚さを減らすことができる。   The preform is made of a cured and tempered material and has high strength, so that it cannot be pulled out. To reduce the mechanical strength, a single-stage annealing process in a static furnace (or shaft furnace, load furnace, etc.) or a multi-stage annealing process in a continuous furnace or a muffle furnace is required. Let it pass to reduce diameter and thickness.

本発明の製造システムで用いるアニール熱処理は、雰囲気が制御された炉の中で行う必要があり、それにより材料の内部及び外部の表面の変質と、酸化と脱カーボンを防止することができる。”雰囲気が制御された”とは、不活性ガス(窒素、ヘリウム、アルゴン等)の雰囲気又は真空雰囲気を意味する。特に、本発明において好ましい雰囲気は、約50%の窒素と約50%の還元ガスとの混合物であり、その還元ガスには、例えば、蒸気改質から得られるような水素含有ガスを挙げることができる。   The annealing heat treatment used in the production system of the present invention needs to be performed in a furnace in which the atmosphere is controlled, thereby preventing alteration of the internal and external surfaces of the material, oxidation, and decarbonization. “Atmosphere is controlled” means an atmosphere of an inert gas (nitrogen, helium, argon, etc.) or a vacuum atmosphere. In particular, a preferred atmosphere in the present invention is a mixture of about 50% nitrogen and about 50% reducing gas, which may include, for example, a hydrogen-containing gas as obtained from steam reforming. it can.

さらに詳しくは、連続炉でアニール熱処理を行う場合、所望の技術的特性を持った加工材を得るためには、管の重量、移動速度及び移動時間、そして炉の異なる領域における温度に注意する必要がある。この熱処理は、以降の工程及び加工のための、材料に対する予備的処理である。   More specifically, when performing annealing heat treatment in a continuous furnace, it is necessary to pay attention to the weight of the tube, the moving speed and moving time, and the temperature in different areas of the furnace in order to obtain a workpiece with the desired technical characteristics. There is. This heat treatment is a preliminary treatment of the material for subsequent steps and processing.

アニール工程には、室温からアニール温度へ加熱する最初の加熱工程と、アニール温度における処理工程、そして冷却工程が含まれる。   The annealing step includes an initial heating step for heating from room temperature to the annealing temperature, a treatment step at the annealing temperature, and a cooling step.

室温からアニール温度への予備加熱は、通常1時間より短い時間で行う。   The preheating from room temperature to the annealing temperature is usually performed in a time shorter than 1 hour.

アニール処理は、600℃〜750℃、好ましくは650℃〜700℃で行う。本発明の好ましい態様としては、アニール処理は約680℃で行うことが好ましい。アニール処理の時間は少なくとも40分、好ましくは少なくとも1時間、さらに好ましくは3時間未満である。本発明の特に好ましい態様としては、アニール処理の時間は、1時間20分である。所望の特性、すなわち優れた機械的特性及び溶接特性を持った材料を得るには、処理温度と時間の組み合わせが重要である。一般的に、熱処理温度と処理時間は反比例するということが明確に言える。すなわち、上記の温度範囲の下限に近い温度で行う場合、処理時間を長くする必要がある。   The annealing treatment is performed at 600 ° C. to 750 ° C., preferably 650 ° C. to 700 ° C. In a preferred embodiment of the present invention, the annealing treatment is preferably performed at about 680 ° C. The annealing time is at least 40 minutes, preferably at least 1 hour, more preferably less than 3 hours. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the annealing time is 1 hour 20 minutes. The combination of processing temperature and time is important in order to obtain a material with the desired properties, i.e. excellent mechanical and welding properties. In general, it can be clearly said that the heat treatment temperature and the treatment time are inversely proportional. That is, when performing at the temperature close | similar to the minimum of said temperature range, it is necessary to lengthen processing time.

アニールした管を冷却することは非常に重要な操作である。制御された雰囲気でゆっくり冷却することが重要である。一般的に、冷却時間は2〜4時間である。   Cooling the annealed tube is a very important operation. It is important to cool slowly in a controlled atmosphere. Generally, the cooling time is 2 to 4 hours.

必要に応じ、材料を次の工程に送るために必要な特性と仕様を有しているかどうかを確認するため、材料を機械的試験と金属組織学に供し、機械的試験では材料の構造が管を引き抜きに供するのに適しているかを判定し、そして金属組織学では材料の構造が規定のパラメータの範囲内にあるかどうかを評価し、その結果に基づいて続いて引き抜きを行い、そうでなければ加工するために、軟化のためのアニール処理を行う必要がある。これらの検査は、定常的に行う必要はなく、選定したマルテンサイト又はオーステナイト−マルテンサイト鋼の完成工程についてのみ行えばよい。本発明の通常の操作では、これらの工程を行う必要はない。   If necessary, subject the material to mechanical testing and metallography to ensure that it has the properties and specifications necessary to send the material to the next process. The metallography is used to evaluate whether the structure of the material is within the specified parameters, and the subsequent extraction is performed based on the results. In order to process it, it is necessary to perform an annealing process for softening. These inspections do not need to be performed on a regular basis, and may be performed only for the completion process of the selected martensite or austenite-martensite steel. In the normal operation of the present invention, these steps need not be performed.

ここで、表面の化学的調製を含む次の工程のために材料を準備する。この工程では、適当な酸(硝酸−フッ化水素酸タイプ)を含む第1の管の中に管を所定時間(約40分)浸し、第2の管の水の中で濯ぎ、次にシュウ酸塩の浴の中に所定時間(約20分)浸し、最後に、管の外面を滑らかにするステアリン酸エステル(好ましくは3重量%)の中に浸す。好ましくは、酸処理では、56%硝酸を140kg/m使用し、38〜40%フッ化水素酸を40kg/m使用する。シュウ酸塩処理では、シュウ酸塩濃度は、一般的に、8〜16重量%である。 Here, the material is prepared for the next step including chemical preparation of the surface. In this step, the tube is immersed in a first tube containing a suitable acid (nitric acid-hydrofluoric acid type) for a predetermined time (about 40 minutes), rinsed in the water of the second tube, and then washed with Immerse in an acid salt bath for a predetermined time (about 20 minutes) and finally in stearic acid ester (preferably 3% by weight) which smoothes the outer surface of the tube. Preferably, the acid treatment uses 56% nitric acid at 140 kg / m 3 and 38-40% hydrofluoric acid at 40 kg / m 3 . In the oxalate treatment, the oxalate concentration is generally 8 to 16% by weight.

ここで、引き抜き工程のために材料を準備する。加工工程の始めに、引き抜き装置の器具に管を係合させるための傾斜を形成した。   Here, the material is prepared for the drawing process. At the beginning of the processing step, a ramp was formed to engage the tube with the instrument of the extraction device.

引き抜きは、本ケースの鋼においては、材料を永久変形させるための機械加工である。機械(引き抜き装置)を用いて冷間、したがって室温で行う。ここで、機械は材料に力を加えて、すなわち材料の一端を引張ることにより、最終形状を決定する引き抜き装置を通過させる。管の場合、引き抜き装置は、管の内部と外部を加工できるように設計されている。一端を引っ張られた鋼は、それから引き抜かれかつ通過する器具の形状に合わせて加工される。   Drawing is a machining process for permanently deforming the material in the steel case. It is carried out cold using the machine (drawing device) and thus at room temperature. Here, the machine applies a force to the material, i.e. pulls one end of the material, through a drawing device that determines the final shape. In the case of a tube, the drawing device is designed so that the inside and outside of the tube can be machined. The steel pulled at one end is then machined to the shape of the instrument that is drawn from and passed through.

本発明の製造システムでは、すべての器具は、加工される材料よりは機械的強度の大きな”硬い金属”で作製されている必要がある。   In the manufacturing system of the present invention, all instruments need to be made of a “hard metal” that has greater mechanical strength than the material being processed.

特に、本発明の引き抜き工程では、所望の厚さの管を得るために、複数の通路が設けられており、各通路では厚さを約20%減らすことができる。引き抜き速度は、材料の厚さに依存し、例えば最初の厚さが5mm〜1.75mmでは、引き抜き速度は適度でよく、薄くなれば遅くする。   In particular, in the drawing process of the present invention, a plurality of passages are provided in order to obtain a tube having a desired thickness, and the thickness can be reduced by about 20% in each passage. The drawing speed depends on the thickness of the material. For example, when the initial thickness is 5 mm to 1.75 mm, the drawing speed may be moderate, and the drawing speed is decreased.

今まで説明した引き抜きは、マンドレルを用いたものであるが、バー引き抜きや冷間ピルジャーローリング(pilger rolling)等の他の引き抜き技術も排除されるものではない。   The pulling described so far uses a mandrel, but other pulling techniques such as bar pulling and cold pilger rolling are not excluded.

引き抜き装置をすべて通過した後、炉の中を通過させることにより、引き続き熱処理を行うことが好ましい。そうしないと、材料が割れるリスクを持つことになる。その熱処理は、焼きならし(normalisation)と呼ばれ、管の厚さを一旦薄くする必要がある(直径約5cmの管では厚さが2mm未満)。   It is preferable to continue the heat treatment by passing through the furnace after passing through the drawing device. Otherwise, you have the risk of breaking the material. The heat treatment is called normalization, and it is necessary to once reduce the thickness of the tube (less than 2 mm for a tube having a diameter of about 5 cm).

炉に入れる前に、材料を洗浄して潤滑残留物を除去する。界面活性剤と炭酸塩を含む洗浄は、溶液が入った槽の中に材料を浸すことにより行う。   Prior to entering the furnace, the material is cleaned to remove any lubrication residues. Cleaning with surfactant and carbonate is performed by immersing the material in a bath containing the solution.

焼きならしは、通常、950℃〜1150℃で、10分以上1時間未満行う。   Normalizing is normally performed at 950 ° C. to 1150 ° C. for 10 minutes or more and less than 1 hour.

材料は所望の厚さが得られるまで、引き抜き、洗浄、炉を用いた熱処理による焼きならし、そして表面の化学的調製を別々に行う。   The material is pulled out, cleaned, normalized by heat treatment in a furnace, and the chemical preparation of the surface is performed separately until the desired thickness is obtained.

一旦所望の厚さの管が得られると、機械的特性(機械的強度、降伏強さ、そして伸び)を付与する仕上げの熱処理工程に材料を供する。   Once the desired thickness of the tube is obtained, the material is subjected to a finishing heat treatment step that imparts mechanical properties (mechanical strength, yield strength, and elongation).

仕上げ状態の管の形状と最終的な機械的及び所望の微細構造特性の両方の関数として規定される温度と処理時間を調整することで、制御された雰囲気下で、仕上げの焼き鈍し熱処理と歪みの開放が起きる。上記の焼き鈍しは、950℃〜1150℃で、10分以上1時間未満行う。厚さが2mm以上の管の場合、それより薄いものよりも処理時間を長くする必要があることに留意すべきである。   By adjusting the temperature and processing time defined as a function of both the finished tube shape and the final mechanical and desired microstructural properties, the annealing and heat treatment of the finish and strain are controlled in a controlled atmosphere. Opening occurs. The annealing is performed at 950 ° C. to 1150 ° C. for 10 minutes or more and less than 1 hour. It should be noted that for pipes with a thickness of 2 mm or more, the processing time needs to be longer than for thinner ones.

最後の焼きならし工程では、高品質の製品を製造するためには、冷却方法が重要である。その熱処理方法は、従来のチャンバー又はマッフル炉の中でオイルの中に浸すことにより冷却するという従来の熱処理とは大きく異なる。鋼をより速く冷やすために、現在は白熱鋼(900℃)を室温のオイルの中に浸している。オイルの熱交換容量は非常に高く(900℃ではオイルは蒸発しない。)、そのため、急冷することができる。しかしながら、この場合、管の表面はオイルに接触し、そこに酸化の原因となる”汚染”が発生し、そのため、焼戻し(tempering)熱処理が必要となる。しかし、焼戻しは、それにより回復不可能に変形してしまうため、薄い管(1mm未満)には適用できない。   In the final normalizing process, a cooling method is important for producing a high-quality product. The heat treatment method is significantly different from the conventional heat treatment in which cooling is performed by immersing in oil in a conventional chamber or muffle furnace. In order to cool the steel faster, incandescent steel (900 ° C.) is now immersed in room temperature oil. The heat exchange capacity of the oil is very high (the oil does not evaporate at 900 ° C.) and can therefore be rapidly cooled. However, in this case, the surface of the tube comes into contact with the oil, where “contamination” occurs that causes oxidation, and therefore a tempering heat treatment is required. However, tempering cannot be applied to thin tubes (less than 1 mm) because it irreversibly deforms.

本発明の製造システムでは、熱処理後、管の周囲の雰囲気を制御した状態で(詳しくは、管は冷却水には接触していない。)強制的に冷却する、急冷工程を行うことが好ましく、さらに管を室温まで戻す徐冷工程を行う。   In the production system of the present invention, after the heat treatment, it is preferable to perform a rapid cooling process in which the atmosphere around the tube is controlled (specifically, the tube is not in contact with the cooling water) and forcibly cooled, Further, a slow cooling step for returning the tube to room temperature is performed.

特に、冷却された制御された雰囲気を用いることが好ましくは、例えば、炉の下流側の冷却領域の内側に、加工される管の近傍となるように冷却水のジャケット又は配管を配置することができる。   In particular, it is preferable to use a cooled and controlled atmosphere, for example, a cooling water jacket or piping may be placed inside the cooling area downstream of the furnace, in the vicinity of the pipe being processed. it can.

従来技術の空冷法を用いた場合、熱はよりゆっくりと鋼から移動し、冷却は遅い。しかし、設備に上記の改良を施すことにより、十分な冷却速度を得ることができる。この場合、制御された雰囲気で加工を行うので、管の表面が破壊されることがない。約920℃(炉の出口温度)から約450℃へと急激に温度を降下させながら、30秒から2分、好ましくは約1分で管を加工することが重要である。   With the prior art air cooling method, heat moves more slowly from the steel and cooling is slower. However, a sufficient cooling rate can be obtained by making the above improvements to the equipment. In this case, since processing is performed in a controlled atmosphere, the surface of the tube is not destroyed. It is important that the tube be processed in 30 seconds to 2 minutes, preferably about 1 minute, with the temperature dropping rapidly from about 920 ° C. (furnace outlet temperature) to about 450 ° C.

さらに、材料を加熱することにより、鋼に対し、所望の最終製品に関係する特定の出発構造を付与することができる。   Furthermore, heating the material can give the steel a specific starting structure related to the desired end product.

さらに、処理時間により均一性を確保することができる。すなわち、鋼が、その全体積に亘り、均一であり、同じ構造である。   Furthermore, uniformity can be ensured by the processing time. That is, the steel is uniform and has the same structure throughout its entire volume.

最後に、冷却により、特定の構造とさらに機械的特性を得ることができる。すなわち、冷却速度を変えることにより、異なる構造を得ることができる。   Finally, specific structures and further mechanical properties can be obtained by cooling. That is, different structures can be obtained by changing the cooling rate.

ここで、本発明の製造システムは、管を矯正する工程を有し、さらにそれに続く酸洗い工程及び/又は不動態化工程を有する。この工程では、処理により管の表面には緻密な酸化クロムのさびが生成し、それにより耐蝕性が付与される。その方法は従来のものと同じであり、上記(酸洗い)と同様に酸浴を用いる酸処理を含み、続いて、洗浄し、そしてより弱い酸浴(例えば、希釈した硝酸)に浸し、不動態化させる。   Here, the manufacturing system of the present invention includes a step of straightening the tube, and further includes a subsequent pickling step and / or a passivating step. In this process, the process produces dense chromium oxide rust on the tube surface, thereby imparting corrosion resistance. The method is the same as the conventional one, and includes acid treatment using an acid bath as in the above (pickling), followed by washing and soaking in a weak acid bath (eg diluted nitric acid). Mobilize.

ここで、管を切断工程に供し、構造体のニーズに応じて所望の長さに切断し、保管のために包装し、販売する。切断は、酸洗い工程及び不動態化工程の前に行うこともできる。   Here, the tube is subjected to a cutting process, cut to a desired length according to the needs of the structure, packaged for storage, and sold. The cutting can also be performed before the pickling and passivating steps.

本発明の製造システムは、酸素が管の表面に接触するのを防止するため、これまでの工程をすべて、制御された雰囲気下で行う。これは、高温では酸化反応が非常に活性であり、増幅されやすいからである。   The production system of the present invention performs all the previous steps under a controlled atmosphere in order to prevent oxygen from coming into contact with the tube surface. This is because the oxidation reaction is very active at high temperatures and is easily amplified.

本発明のシステムを用いた管の製造が一旦終了すると、図9に示すようなフレームを製造するために、2個以上の部材を結合する必要があり、図3,4,7,8及び10に示すように、高度な職人技術を用いて溶接を行う。   Once the manufacture of the tube using the system of the present invention has been completed, it is necessary to combine two or more members to produce a frame as shown in FIG. As shown in Fig. 1, welding is performed using advanced craftsmanship techniques.

以上のようにして、本発明は目的を達成することができる。   As described above, the present invention can achieve the object.

実際、本発明の管状構造体の製造システムにより、優れた機械的特性と、優れた品質と安全基準を有する管を製造することができ、それにより、動的な圧力にさらされるだけでなく、高強度が要求される過酷な条件、例えば、宇宙、航空学、核、化学、海、モータースポーツ、そしてサイクリング等の分野で使用可能な機械部品を製造することができる。   In fact, the tubular structure manufacturing system of the present invention makes it possible to manufacture tubes with excellent mechanical properties and excellent quality and safety standards, thereby not only being subjected to dynamic pressure, Mechanical parts can be manufactured that can be used in harsh conditions where high strength is required, such as space, aeronautics, nuclear, chemistry, sea, motor sports, and cycling.

さらに、本発明の管状構造体の製造システムにより、
構造体の品質の向上が可能となり、それは、仕上げの引き抜き管では、マルテンサイト鋼の結晶構造を保持されているだけでなくさらに向上しており、それは図1に示した微細かつ均一な構造(制御された雰囲気での焼きならしによる)から明らかであり、これにより構造特性が確保され、特に最終製品の機械的強度は、出発材料と従来の熱処理、ここで、従来の熱処理は、オイル又は水中で行うもので、焼戻しが必要であるが、その焼戻しは薄い管には適用できないものであり、を行った材料のいずれよりも優れており
管の外部及び内部の表面仕上げが可能となり、それは、図11に示すように従来の方法で熱処理された管よりも優れており、そこでは、同じタイプの2個のステンレス管が比較されており、一方はオイルで処理され、他方は本発明のシステムを用いて空気で処理されており、最初のものは変形しわずかに不透明であるのに対し、2番目のものは、当初の形状を維持し完璧な光沢を有しており、
大きさ及び形状特性の保持が可能となり、
加工に伴う廃棄物や廃物を減らすことが可能となり、それは、従来及び現在の熱処理では避けることのできない問題点を解決できるものであり、例えば、変形や割れを理由に成形品を廃棄したり、さらに仕上げ処理として焼き戻し/歪み除去の必要性、図11に示すように熱及び酸化による不可避的な汚れを除去するための仕上げ用の内部/外部の表面処理の必要性、そしてその表面処理により、機械的なサテン仕上げや酸を用いた化学処理の必要性等を解決できるものであり、
環境への悪影響を低減することを可能とするものであり、それは、製造プロセスの環境へのすべての影響を減らすことができ、なぜなら、従来の熱処理に使用していたオイルの廃棄や、サテン仕上げに必要な酸物質の廃棄に関係する問題がなくなるからであり、優れたステンレス特性により安定化され、最後に軽度の不動態化工程を行うことで得られる最終製品の品質によりそれらの問題は時代遅れの問題となる。
Furthermore, by the tubular structure manufacturing system of the present invention,
It is possible to improve the quality of the structure, in that the finished drawn tube not only retains the martensitic steel crystal structure, but also improves the fine and uniform structure shown in FIG. This is clear from the normalization in a controlled atmosphere, which ensures structural properties, in particular the mechanical strength of the final product is the starting material and conventional heat treatment, where the conventional heat treatment is oil or It is performed in water and requires tempering, but that tempering is not applicable to thin tubes and is superior to any of the materials that have been subjected to, allowing for external and internal surface finish of the tube, 11, which is superior to a tube heat-treated by a conventional method, in which two stainless steel tubes of the same type are compared, one treated with oil and the other Is treated with air using the system of the present invention, the first one is deformed and slightly opaque, while the second one retains its original shape and has perfect gloss ,
Size and shape characteristics can be maintained,
It becomes possible to reduce waste and waste associated with processing, which can solve problems that cannot be avoided with conventional and current heat treatments, such as discarding molded products due to deformation and cracking, Further, the necessity of tempering / strain removal as a finishing treatment, the necessity of an internal / external surface treatment for finishing to remove inevitable dirt due to heat and oxidation as shown in FIG. 11, and the surface treatment , Which can solve the need for chemical satin finish and chemical treatment with acid,
It is possible to reduce the negative impact on the environment, which can reduce all the environmental impacts of the manufacturing process because of the disposal of oil used in conventional heat treatment and satin finish This is because there are no problems related to the disposal of the acid substances necessary for the process, which are stabilized by excellent stainless steel properties, and finally those problems are obsolete by the quality of the final product obtained by performing a mild passivation process. It becomes a problem.

今までの説明に加え、本発明の製造システムによれば、塗料に関係する悪影響も低減することができる。また、従来の鋼に比べ、材料の回収及びリサイクル性が大きく向上する。   In addition to the explanation so far, according to the manufacturing system of the present invention, it is possible to reduce adverse effects related to the paint. Moreover, material recovery and recyclability are greatly improved compared to conventional steel.

有益にも、本発明のシステムによれば、優れた溶接特性を保持することが可能であり(図3,4,5,6及び7に示す。)、特定の化学組成の材料を用いることにより、優れた溶接特性が得られ、図5に示すように溶接時にはマイクロクラックが発生していない。図5は、溶接線を囲むHAZ(熱変性領域)の拡大写真であり、そこでは、マルテンサイト変態が非常に限定されていることが明確に認められる一方、この領域ではマルテンサイト構造が保持され、第2の”混合”構造領域が溶接時の熱により形成されていることが認められる。溶接線は明確であり、どのような欠陥も認められない。   Beneficially, the system of the present invention can retain excellent welding properties (shown in FIGS. 3, 4, 5, 6 and 7), and by using materials of a specific chemical composition. Excellent welding characteristics are obtained, and no microcracks are generated during welding as shown in FIG. FIG. 5 is an enlarged photograph of the HAZ (thermally modified region) that surrounds the weld line, where it is clearly recognized that the martensitic transformation is very limited, while the martensitic structure is retained in this region. It can be seen that the second “mixed” structure region is formed by heat during welding. The weld line is clear and no defects are observed.

マイクロクラックがないことから、牽引試験で過重な圧力を受けた構造体は、図6に示すように、溶接部で割れたのではなく、管の非溶接線に沿って(すなわち、基材が)割れたものと説明できる。   Since there is no microcrack, the structure subjected to excessive pressure in the traction test is not cracked at the welded portion, as shown in FIG. ) Explain that it is broken.

通常、割れる部分は、溶接部(又はその近傍)である。それは、マイクロクラックの生成により材料が非常に脆弱となり、それにより脆弱部が形成される。   Usually, the cracked part is a welded part (or its vicinity). That is, the material becomes very fragile due to the generation of microcracks, thereby forming a fragile portion.

この問題を解決し、そして溶接部自身の近傍をより安全な状態とするために、通常、管に沿って厚みを変化させる方法が採用されており、これらの部分の厚さを増したり、補強部材を設ける。   In order to solve this problem and to make the vicinity of the weld itself safer, a method of changing the thickness along the pipe is usually adopted, and the thickness of these parts is increased or reinforced. A member is provided.

一方、ここで説明した、管で得られる溶接品質によれば、加工プロセスを簡単にすることができ、さらに新たな基準に基づき管の厚さを変化させる成形方法を用いることができるという新たな機会をも提供することができる。その方法は、重量を減らしながらフレームの形状安定性を向上させることを目的とするものであり、一体に組み立てられる部材の異なる部分に異なるレベルの所望の剛性を付与するものである。   On the other hand, according to the welding quality obtained with the pipe described here, the processing process can be simplified, and a new molding method that changes the thickness of the pipe based on a new standard can be used. Opportunities can also be provided. The method aims to improve the shape stability of the frame while reducing weight, and imparts different levels of desired stiffness to different parts of the integrally assembled members.

本発明の製造システムを用いて得られた、製品の向上した機械的特性を証明するため、現在市販されている最高の鋼類型と本発明のシステムを用いて製造した製品との間の比較を行った。以下の表に得られた結果を示す。   To demonstrate the improved mechanical properties of products obtained using the production system of the present invention, a comparison between the best steel types currently on the market and products produced using the system of the present invention went. The results obtained are shown in the following table.

Figure 2009530499
Figure 2009530499

一般的な特徴:
211,000MPaの高弾性率を有し、これはチタン管の2倍であり、アルミニウムの3倍であり、高い剛性を有する非常に軽量のフレームを製造することが可能となる。
General features:
It has a high elastic modulus of 211,000 MPa, which is twice that of a titanium tube and three times that of aluminum, making it possible to produce a very lightweight frame with high rigidity.

良好な膨張係数を有し、野外で20÷100℃≦0.00001mmであり、その寿命期間では構造体は優れた形状安定性及び寸法安定性を有している。   It has a good expansion coefficient, 20 ÷ 100 ° C. ≦ 0.00001 mm in the field, and the structure has excellent shape stability and dimensional stability during its lifetime.

有益にも、本発明のシステムにより得られる鋼は、ステンレスであり、かなり薄い厚さでも溶接が可能である。それは、溶接部の鋼と溶接部の周囲の鋼は、溶接時には加熱され、その後急冷されることにより、構造体の他の部分と同様の機械的特性を有することになるからである。   Beneficially, the steel obtained by the system of the present invention is stainless steel and can be welded even at a rather thin thickness. This is because the steel in the weld zone and the steel surrounding the weld zone have the same mechanical properties as the other parts of the structure by being heated during welding and then rapidly cooled.

上述の点に加え、本発明の製造システムを用いて製造した鋼は、既存の装置、工具、そして公知の技術を用いて加工することができるので、管状構造体の製造コストをかなり節約することができる。   In addition to the above points, steel manufactured using the manufacturing system of the present invention can be processed using existing equipment, tools, and known techniques, thus significantly reducing the manufacturing cost of the tubular structure. Can do.

有益にも、本発明のシステムを用いることにより、製品の全ライフサイクルに亘り関係する多くの環境への影響を回避することができる。製造工程においては、システムは工程を減らすことが可能であり、その結果、従来技術では発生していた毒性があり有害な物質の消費量を減らすことができ、製品の寿命に関し、優れた耐久性と安全基準が改善される効果を有し、そして維持管理に必要な化学物質の量を減らすこともでき、廃棄の段階では、原材料の特性を低下させることなくリサイクルすることが可能である(軟鋼のリサイクルで代わりに起きているように)。   Beneficially, by using the system of the present invention, many of the environmental impacts involved throughout the product life cycle can be avoided. In the manufacturing process, the system can reduce the process, and as a result, can reduce the consumption of toxic and harmful substances that have occurred in the prior art, and has excellent durability with respect to product life And safety standards can be improved, and the amount of chemicals required for maintenance can be reduced. At the disposal stage, it can be recycled without degrading the properties of the raw materials (mild steel). As happening instead in recycling).

今まで説明したことに加え、本発明のシステムは、多くの用途に使用でき、かつ明確に革新的で信頼性の高い生産を可能とするものであり、環状部材がビレット押し出しによる材料を用いて製造されるものであれば、溶接は不要であり、冷間引抜きによる。さらに、環状部材は、マルテンサイト鋼の優れた技術的特性とオーステナイト鋼の優れた溶接特性とを併せ持っているため、公知のTIGやMIGとも好適に溶接することが可能であり、先行技術において、高強度と封止特性を得るために必要とされる複雑な方法は不要である。   In addition to what has been described so far, the system of the present invention can be used for many applications and enables a clearly innovative and reliable production, where the annular member is made of billet extruded material. If manufactured, welding is not necessary, and it is by cold drawing. Furthermore, since the annular member has both the excellent technical characteristics of martensitic steel and the excellent welding characteristics of austenitic steel, it can be suitably welded to known TIG and MIG. There is no need for complex methods required to obtain high strength and sealing properties.

特に、上述の説明から明らかなように、得られた環状部材は、高強度(1.000÷1.300MPa)、高弾性率(211,000MPa、チタン管の2倍でアルミニウム管の3倍)、優れた寸法安定性(20÷100℃―0.0001mm)を有し、それにより使用時の形状安定性に優れており、ステンレスの長期間に亘り劣化しにくくかつ摩耗しにくいという特性に加え、種々の形状及び厚さに容易に加工することができ、優れた仕上げ表面を有する。   In particular, as is apparent from the above description, the obtained annular member has a high strength (1.000 ÷ 1.300 MPa), a high elastic modulus (211,000 MPa, twice the titanium tube and three times the aluminum tube). In addition to its excellent dimensional stability (20 ÷ 100 ° C-0.0001mm), it has excellent shape stability during use, and it is resistant to wear and wear over long periods of time. Can be easily processed into various shapes and thicknesses and has an excellent finished surface.

本発明の大きな利点として、本発明の鋼管は、実用性に非常に優れ、製造が容易で、優れた機能を有する。   As a great advantage of the present invention, the steel pipe of the present invention is very practical, easy to manufacture, and has excellent functions.

当然、本発明には多くの変形や変更が可能であるが、それらは、本発明の特徴的な概念の範囲に含まれるものである。   Naturally, many variations and modifications can be made to the present invention, and these are included in the scope of the characteristic concept of the present invention.

本発明の製造システムを用いて処理した後の、金属構造体の顕微鏡拡大写真である(100倍)。It is a microscope enlarged photograph (100 time) of a metal structure after processing using the manufacturing system of the present invention. 本発明の製造システムとブローチングを用いて処理した後の、金属構造体の顕微鏡拡大写真である(200倍)。It is a microscope enlarged photograph (200 times) of a metal structure after processing using the manufacturing system and broaching of this invention. 2つの管の接合部における溶接後の2つの異なる金属構造を示す顕微鏡拡大写真である。It is a microscope enlarged photograph which shows two different metal structures after welding in the junction part of two pipes. 溶接後の金属構造を示す別の顕微鏡拡大写真である(100倍)。It is another microscope enlarged photograph which shows the metal structure after welding (100 times). 本発明のシステムを用いて得られた金属の上の溶接部分を示す顕微鏡拡大写真である(50倍)。It is a microscope enlarged photograph (50 times) which shows the welding part on the metal obtained using the system of this invention. 牽引試験後の壊れた管を示す。Shows broken tube after traction test. 溶接部分の顕微鏡写真である。It is a microscope picture of a welding part. 本発明の製造システムで得られた管の溶接による接合を示す。The joining by welding of the pipe | tube obtained with the manufacturing system of this invention is shown. 本発明の製造システムで得られた管で製造したフレームを示す。The flame | frame manufactured with the pipe | tube obtained with the manufacturing system of this invention is shown. 図5の金属 分析用の溶接部の断面を示す。Fig. 6 shows a cross section of the weld for metal analysis in Fig. 5. オイル熱処理後の従来の管の表面外観と、同じ材料からなり本発明のシステムで処理した管との比較を示す。A comparison is made between the surface appearance of a conventional tube after oil heat treatment and a tube made of the same material and treated with the system of the present invention.

Claims (27)

高強度を有し、溶接可能でステンレスの管状構造体の製造システムであって、
マルテンサイト鋼又はオーステナイト−マルテンサイト鋼のプリフォームに対するアニール熱処理工程と、
管と引き抜き装置との接触表面を滑らかにするための表面の化学的調製工程と、
材料を永久変形させるための少なくとも1回の引き抜き通過工程とを、連続して行う環状構造体の製造システム。
A manufacturing system for a stainless steel tubular structure having high strength and being weldable,
An annealing heat treatment process for the martensitic steel or austenitic-martensitic steel preform;
A chemical preparation process of the surface to smooth the contact surface between the tube and the drawing device;
An annular structure manufacturing system in which at least one drawing-passing step for permanently deforming a material is continuously performed.
変形させた上記の鋼の構造を改質し、所望の最終特性を決定するための仕上げの熱処理工程を有する請求項1記載の環状構造体の製造システム。   The system for manufacturing an annular structure according to claim 1, further comprising a heat treatment step of finishing to modify the structure of the deformed steel and determine a desired final characteristic. 予め設定された厚さになるまで、少なくとも2回の引き抜き通過を行う、請求項1又は2に記載の環状構造体の製造システム。   The manufacturing system of the annular structure according to claim 1 or 2, wherein the drawing passage is performed at least twice until a predetermined thickness is reached. すべての引き抜き通過においては、それぞれ厚さを約20%減らす、請求項1、2又は3に記載の環状構造体の製造システム。   4. The manufacturing system for an annular structure according to claim 1, 2, or 3, wherein the thickness is reduced by about 20% in each drawing pass. 上記の少なくとも1回の引き抜き通過に先立って、上記環状構造体に対し焼きならしを行う請求項1から4のいずれか一つに記載の環状構造体の製造システム。   The annular structure manufacturing system according to any one of claims 1 to 4, wherein the annular structure is subjected to normalization prior to the at least one pull-out pass. 上記の焼きならしを、950℃〜1150℃の温度範囲で、10分より長く好ましくは1時間未満で行う請求項5記載の環状構造体の製造システム。   6. The system for manufacturing an annular structure according to claim 5, wherein the normalizing is performed in a temperature range of 950 ° C. to 1150 ° C. for more than 10 minutes and preferably less than 1 hour. 上記のマルテンサイト鋼又はオーステナイト−マルテンサイト鋼のプリフォームのアニール工程が、室温からアニール温度まで加熱する最初の工程と、アニール温度で処理する工程と、冷却する工程とを有し、上記のアニール温度で処理する工程を、600℃〜750℃、好ましくは650℃〜700℃の温度範囲から選択された温度で行う、請求項1から6のいずれか一つに記載の環状構造体の製造システム。   The annealing process of the martensitic steel or austenite-martensitic steel preform has an initial process of heating from room temperature to the annealing temperature, a process at the annealing temperature, and a cooling process. The manufacturing system of the annular structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the temperature treatment step is performed at a temperature selected from a temperature range of 600 ° C to 750 ° C, preferably 650 ° C to 700 ° C. . 上記アニール温度が、約680℃である請求項7記載の環状構造体の製造システム。   The annular structure manufacturing system according to claim 7, wherein the annealing temperature is about 680 ° C. 上記のアニール温度で処理する工程の時間を、少なくとも40分、好ましくは少なくとも1時間、さらに好ましくは3時間未満まで延ばす請求項7又は8に記載の環状構造体の製造システム。   9. The system for manufacturing an annular structure according to claim 7 or 8, wherein the time of the step of treating at the annealing temperature is extended to at least 40 minutes, preferably at least 1 hour, more preferably less than 3 hours. 上記のアニール温度で処理する工程を、約1時間20分まで延ばす請求項9記載の環状構造体の製造システム。   The system for manufacturing an annular structure according to claim 9, wherein the step of treating at the annealing temperature is extended to about 1 hour and 20 minutes. 上記の室温からアニール温度まで加熱する工程を、1時間以下で行う請求項8から10のいずれか一つに記載の環状構造体の製造システム。   The manufacturing system of the annular structure according to any one of claims 8 to 10, wherein the step of heating from the room temperature to the annealing temperature is performed in one hour or less. 上記の冷却する工程を、2〜4時間の範囲内で行う請求項8から11のいずれか一つに記載の環状構造体の製造システム。   The manufacturing system of the annular structure according to any one of claims 8 to 11, wherein the cooling step is performed within a range of 2 to 4 hours. 上記の表面の化学的調製工程において、酸を含む第1の管の中に環状構造体を所定時間、好ましくは約40分浸し、第2の管の水の中で濯ぎ、続いてシュウ酸塩の浴の中に所定時間、好ましくは約20分浸し、最後に、環状構造体の外面を滑らかにするためにステアリン酸エステル、好ましくは3重量%の中に浸す、請求項1から12のいずれか一つに記載の環状構造体の製造システム。   In the above surface chemical preparation step, the annular structure is immersed in the first tube containing acid for a predetermined time, preferably about 40 minutes, rinsed in the water of the second tube, followed by oxalate. 13. Soak in a bath of water for a predetermined time, preferably about 20 minutes, and finally soak in stearic acid ester, preferably 3% by weight, to smooth the outer surface of the annular structure. The manufacturing system of the cyclic structure as described in any one. 上記の酸処理では、56%硝酸を140kg/mと、38〜40%フッ化水素酸を40kg/mを使用し、上記のシュウ酸塩の処理では、シュウ酸塩の濃度が、一般的に、8〜16重量%の範囲である請求項13記載の環状構造体の製造システム。 In the above acid treatment, 56% nitric acid is 140 kg / m 3 and 38-40% hydrofluoric acid is 40 kg / m 3. In the above oxalate treatment, the concentration of oxalate is generally The system for manufacturing an annular structure according to claim 13, wherein the range is 8 to 16 wt%. 上記の仕上げの熱処理工程を、950℃〜1150℃の温度範囲、10分より長く1時間未満で行う請求項2から14のいずれか一つに記載の環状構造体の製造システム。   The manufacturing system of the annular structure according to any one of claims 2 to 14, wherein the finishing heat treatment step is performed in a temperature range of 950 ° C to 1150 ° C and longer than 10 minutes and less than 1 hour. 上記の仕上げの熱処理工程の後に、急冷工程とそれに続く徐冷工程とを有する請求項15記載の環状構造体の製造システム。   The ring structure manufacturing system according to claim 15, further comprising a rapid cooling step and a subsequent slow cooling step after the finishing heat treatment step. 上記の急冷工程では、上記環状構造体を、冷却され制御されたガス雰囲気に接触させる請求項16記載の環状構造体の製造システム。   The manufacturing system for an annular structure according to claim 16, wherein in the rapid cooling step, the annular structure is brought into contact with a cooled and controlled gas atmosphere. 上記の急冷工程では、上記環状構造体の温度を約920℃(炉の出口温度)から約450℃へと、30秒から2分の時間範囲内で、好ましくは約1分で下げる請求項16又は17に記載の環状構造体の製造システム。   17. In the quenching step, the temperature of the annular structure is decreased from about 920 ° C. (furnace outlet temperature) to about 450 ° C. within a time range of 30 seconds to 2 minutes, preferably about 1 minute. Or the manufacturing system of the cyclic | annular structure of 17. 上記の仕上げの熱処理工程に先立って、潤滑残留物を除去するために上記環状構造体を洗浄操作に供する請求項2から18のいずれか一つに記載の環状構造体の製造システム。   The manufacturing system for an annular structure according to any one of claims 2 to 18, wherein the annular structure is subjected to a cleaning operation in order to remove a lubricating residue prior to the finishing heat treatment step. 上記洗浄工程では、界面活性剤と炭酸塩とを含む溶液の中に浸す請求項19記載の環状構造体の製造システム。   The manufacturing system of the annular structure according to claim 19, wherein the washing step is immersed in a solution containing a surfactant and a carbonate. アニール、焼きならし、そして仕上げの熱処理の上記熱処理を、材料の内部及び外部の変質が起きないように、かつ酸化と脱カーボンを防止するために、制御された雰囲気を有する炉の中で行う請求項1から20のいずれか一つに記載の環状構造体の製造システム。   The above heat treatment of annealing, normalizing, and finishing heat treatment is performed in a furnace having a controlled atmosphere so that internal and external alteration of the material does not occur and to prevent oxidation and decarbonization. The manufacturing system of the annular structure according to any one of claims 1 to 20. 上記の制御された雰囲気が、約50%の窒素と約50%の還元ガスとの混合物であり、その還元ガスは、好ましくは蒸気改質等から得られる水素含有ガスである請求項21記載の環状構造体の製造システム。   22. The controlled atmosphere is a mixture of about 50% nitrogen and about 50% reducing gas, which is preferably a hydrogen-containing gas obtained from steam reforming or the like. An annular structure manufacturing system. 上記プリフォームが、マルテンサイト鋼又はオーステナイトーマルテンサイト鋼のビレット又は他の供給源を熱加工により、好ましくは押し出しにより製造した未成品の管である請求項1から22のいずれか一つに記載の環状構造体の製造システム。   23. The preform according to any one of claims 1 to 22, wherein the preform is a blank tube produced by thermal processing, preferably extrusion, of a billet or other source of martensitic steel or austenitic martensitic steel. Manufacturing system for annular structures. 上記環状構造体を、上記の仕上げの熱処理工程の後、酸洗い処理及び/又は不動態化処理に供する請求項1から23のいずれか一つに記載の環状構造体の製造システム。   The manufacturing system of the annular structure according to any one of claims 1 to 23, wherein the annular structure is subjected to a pickling treatment and / or a passivation treatment after the finishing heat treatment step. 請求項1から24のいずれか一つに記載の方法により得られ、溶接可能で高い機械的強度を有するマルテンサイト鋼又はオーステナイトーマルテンサイト鋼からなる環状構造体。   An annular structure made of martensitic steel or austenitic martensitic steel obtained by the method according to any one of claims 1 to 24 and capable of being welded and having high mechanical strength. 上記の鋼が、X4Cr−Ni−Mo 16−5−1である請求項25記載の環状構造体。   The annular structure according to claim 25, wherein the steel is X4Cr-Ni-Mo 16-5-1. 上記の鋼の引張り強度が、>1100N/mmである請求項25又は26に記載の環状構造体。 27. An annular structure according to claim 25 or 26, wherein the steel has a tensile strength of> 1100 N / mm < 2 >.
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