JP2014073516A

JP2014073516A - ベンド鋼管の製造方法

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Publication number: JP2014073516A
Application number: JP2012222367A
Authority: JP
Inventors: Hajime Nakasugi; 甫中杉; Taira Ri; 平李; Toshiyuki Tanaka; 利幸田中
Original assignee: Kuroki Kogyosho Co Ltd
Current assignee: Kuroki Kogyosho Co Ltd
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2032-10-04
Also published as: JP5812293B2

Abstract

【課題】ベンド鋼管用鋼管の熱処理や加熱下の曲げ加工により、鋼管の内面にスケールが発生することを簡単かつ確実に防止でき、研磨、酸洗などによる内面スケールの除去工程が省略できるベンド鋼管の製造方法を提供すること。
【解決手段】耐食性鋼鋼管、又は耐食性鋼鋼管を内層とし、炭素鋼鋼管を外層とする二層鋼管の両端部を密閉し、密閉した鋼管の内部を脱気し、脱気後の鋼管を軸方向に移動させながら軸方向の一部全周を加熱し、その加熱部に曲げ応力を付与しながら曲げ加工及び熱処理（焼入れ）を施す。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステンレス鋼やニッケル系高合金鋼など耐食性の優れた耐食性鋼（高合金鋼）の単層鋼管、この単層鋼管を内層（鋼管の内面側）とし、炭素鋼を外層（鋼管の外面側）とする二層鋼管（クラッド鋼管）を素材とするベンド鋼管の製造方法に関する。

かかるベンド鋼管の素材であるストレート鋼管、例えばステンレス鋼やニッケル系高合金鋼などの耐食性鋼（高合金鋼）の単層鋼管は一般的な周知の製造方法で製造され、また、このような単層鋼管を内層（鋼管の内面側）とし、炭素鋼、低合金鋼などを外層（鋼管の外面側）とする二層鋼管も一般的な周知の方法で製造される。

ステンレス鋼管は、一般的な製造方法として、原料を溶解して得たビレットの圧延による製造方法で製造された鋼板を所定のサイズに切断し、Ｕ字からＯ字形に成形して縦シーム溶接することで製造される。

また、二層鋼管（クラッド鋼管）は、圧延クラッド鋼板を管に加工する方法、ＨＩＰ法、肉盛溶接法、遠心力鋳造法などによって製造される。圧延クラッド鋼を管に加工する方法では、例えば特許文献１の「高耐食クラッド鋼板の製造方法」で製造された二層鋼板を、特許文献２の「耐食性および靭性に優れたステンレスクラッド鋼管の製造方法」に記載のように、Ｕ字からＯ字形に成形して縦シーム溶接によって鋼管とする。ＨＩＰ法では、例えば特許文献３に記載されているように、内層材と外層材を所定の二層鋼管サイズになるように組立てた後に通常のＨＩＰ法によって二層鋼管とする。肉盛溶接法では、二層鋼管の外層に相当する鋼管の内面にステンレス鋼などの耐食性鋼を肉盛溶接する。遠心力鋳造法では、特許文献４の段落００１０に「クラッド管は、外層に炭素鋼又は低合金鋼、内層にステンレス鋼又は高合金鋼を用いて、遠心鋳造、焼嵌めなどにより製造することができる。」と記載されているように、外層となる炭素鋼鋼管を回転させて鋼管内面にステンレス鋼などの溶鋼を注ぎ込んで所定厚さの内層を形成する。これらの製造方法で造られる二層鋼管は、外層鋼管と内層鋼管は冶金的に接合され、所定のサイズのストレート鋼管である。

上述した単層鋼管（耐食性鋼鋼管）及び二層鋼管は、その製造過程又は製造後に所定の焼入れ、任意に焼戻しが施されて過酷な使用に耐え得る強度、靭性、耐食性などのより優れた特性が付与されて、例えば、サワーガス輸送用のラインパイプ、天然ガス輸送管、油送管などに使用される。これらの用途においては、当然、ストレート鋼管のみでなく曲げ加工されたベンド鋼管が必要である。

図１０は、従来のベンド鋼管の製造方法の工程を示すフローチャートである。図１０において、「耐食性鋼鋼管又は二層鋼管」Ｅ１は、一般的な方法によって実線矢印で示す順に「曲げ加工（高周波誘導加熱した後、急冷）」Ｅ２が施され、次いで「熱処理（焼戻し）」Ｅ３が実施された後、任意の方法で「内面及び外面の酸化物除去処理」Ｅ４を行って、最後に「管端部加工（ストレート鋼管との接合用開先加工）」Ｅ５を実施する。

従来のベンド鋼管の製造方法では、図１０に示す「曲げ加工（高周波誘導加熱した後、急冷）」Ｅ２においては、素材となる鋼管の内面を開放状態で加熱し、曲げ応力を付与して曲げ加工を施しながら急冷する。したがって、曲げ加工時に加熱部が大気にさらされ、鋼管の内外面が酸化する。更に、次の「熱処理（焼戻し）」Ｅ３においても鋼管の内外面は酸化する。

特許文献５には、図１０の「曲げ加工（高周波誘導加熱した後、急冷）」Ｅ２と同様の工程を含む「二層管の高周波曲げ加工方法」が記載されているが、特許文献５でも鋼管の内面を開放状態で加熱するため、表２の比較例１３，１４においては、内側層である管内面に多量のスケール発生と記載されている。また、他の発明例、比較例には内面スケールの状況は記載されていないが、管内面は大気中で７５０〜８９０℃に加熱されていることから酸化してスケールの発生を避けることはできない。

熱処理を伴う二層鋼管の製造においては、通常、管内面のスケール発生を避けるためには、加熱温度を下げて製造することになるが、曲げ加工性を維持し、かつ生産性を向上させるには所定の温度以上を維持しなければならない。したがって、特許文献５の方法では、管内面にスケールの発生を防止することは困難で、管内面スケールの除去工程が必須であり、結果として生産性の低下を招いている。特に、管内面が例えば上記特許文献４の実施例に記載されている高ニッケル合金鋼のような耐食性鋼（高合金鋼）である場合は、その管内面に発生したスケールの除去作業は後述するように容易なことではなく、除去作業に使用する処理剤による公害の発生も問題となる。

上記特許文献４には、熱処理による管内面の酸化防止方法として、「クラッド管の熱処理において、焼入れ加熱前に、管の内面全体に酸化防止剤を塗布する。」（段落０００６）方法が記載されている。すなわち、この酸化防止方法は、酸化防止剤を塗布して加熱された管内面が空気に触れるのを避けるための固形膜を形成させるものである。酸化防止剤については、「望ましい成分構成として、耐火粉（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２・ＳｉＯ_２・ＳｉＣ）、還元剤（Ａｌの金属粉）、被膜強化剤(リン片状珪酸化合物)、熱吸収改良剤(炭化物)及び粘結剤(有機又は無機バインダー)からなるものを挙げることができるが、この成分に限定されるものではない。」（段落００１１）とされている。

しかし、この特許文献４の酸化防止方法をベンド鋼管の製造方法に適用した場合、管内面に塗布した酸化防止剤が、曲げ加工時に管内面に発生する伸び又は圧縮によって剥離してしまい、加熱された管内面と大気との遮断効果は得られず管内面のスケール発生は回避できない。すなわち、特許文献４の酸化防止方法では、ベンド鋼管の製造において加熱された管内面にスケールの発生を防止することはできない。

特許文献６には、耐食性鋼のマルテンサイト系ステンレス鋼を単層鋼管とする、ラインパイプに用いられるベンド鋼管の製造方法及びラインパイプ用ベンド鋼管が記載されている。

この特許文献６には、ベンド鋼管の製造方法について、「ベンド管の製造方法は、直線状のラインパイプ用鋼管を準備する工程（鋼管準備工程）と、直線状のラインパイプ用鋼管を曲げ加工する工程（曲げ加工工程）と、曲げ加工された鋼管（ベンド管）を焼入れする工程（焼入れ工程）と、焼入れされたベンド管を焼戻しする工程（焼戻し工程）とを備える。」（段落００２７）と記載されている。

更に、上記の直線状のラインパイプ用鋼管を準備する工程（鋼管の準備工程）として、「上記化学組成のラインパイプ用鋼管を準備する。ラインパイプ用鋼管は、たとえば、以下の方法により製造される。上記化学組成の鋼を溶製し、連続鋳造法によりビレットにする。製造されたビレットを穿孔圧延してラインパイプ用鋼管にする。上述の方法では、ラインパイプ用鋼管として継目無鋼管を製造したが、サブマージドアーク溶接（ＳＡＷ）、メタルイナートガス溶接（ＭＩＧ）及びタングステンイナートガス溶接（ＴＩＧ）などを含む種々の溶接法により溶接された溶接管を製造してもよい。」（段落００２８）と記載されている。

続いて、製造方法の工程順に「曲げ加工工程」については「・・・、これにより、鋼管は高周波コイルで部分的に加熱されながら徐々に曲げ加工される。曲げ加工時、鋼管のうち、高周波コイルにより加熱された部分の温度範囲は９３０〜９７０℃である。・・・。」（段落００２９）、「焼入れ工程」については「・・・、したがって、焼入れ温度は８００℃以上にする。好ましい焼入れ温度は８５０℃以上であり、さらに好ましい焼入れ温度は８９０℃以上である。なお、好ましい均熱時間は、４５分以上であり、さらに好ましい均熱時間は５０〜６０分である。・・・」（段落００３１）、及び「焼戻し工程」については「ベンド管を焼入れ後、周知の焼戻しを実施する。焼戻し温度は、たとえば、６００℃〜７００℃であり、好ましい均熱時間は、４５〜６０分である。・・・。」（段落００３２）と各工程の加熱条件が詳細に記載されている。

しかしながら、特許文献６には、「・・・。そこで、種々の焼戻し温度でベンド管を製造した結果、焼戻し温度を９５０℃未満とすれば、製造されたベンド管が優れた耐ＳＳＣ性を有することを知見した。」（段落００１１）と記載されているのみで、上記した曲げ加工時の加熱条件９３０〜９７０℃及び熱処理の加熱条件（高温、大気中）による鋼管の内面の酸化スケールの発生防止対策については、記載も示唆もない。

特に、ステンレス鋼、ニッケル系高合金鋼などの耐食性鋼を内層とするベンド鋼管に内面スケールが発生すると、このスケールを酸洗により除去するには、硝酸や弗酸を用いる必要があり、その酸洗処理時に硝酸や弗酸が分解して有害なＮＯ_Ｘガスや弗化水素ガスが多量に発生し、環境上大きな問題がある。このため、排ガスを浄化処理する必要があるが、近年の公害規制の強化とともにその処理費用は著しく増大している。

特開２００３−２７１４０号公報特開昭６１−２６２４８４号公報特開平７−９１６７号公報特開平５−３０２１２３号公報特開平６−２２６３５８号公報特開２００８−２４００２１号公報

本発明が解決しようとする課題は、ベンド鋼管用鋼管の熱処理や加熱下の曲げ加工及び熱処理により、鋼管の内面にスケールが発生することを簡単かつ確実に防止でき、研磨、酸洗などによる内面スケールの除去工程が省略できるベンド鋼管の製造方法を提供することにある。

本発明は以下のベンド鋼管の製造方法を提供する。
（１）耐食性鋼鋼管、又は耐食性鋼鋼管を内層とし、炭素鋼鋼管を外層とする二層鋼管の両端部を密閉し、密閉した鋼管の内部を脱気する脱気工程と、脱気後の鋼管を軸方向に移動させながら軸方向の一部全周を加熱し、その加熱部に曲げ応力を付与しながら曲げ加工を施し、その加熱部を冷却する曲げ加工工程とを含むベンド鋼管の製造方法。
（２）前記脱気工程と前記曲げ加工工程との間に、鋼管を焼入れ処理する工程を含む（１）に記載のベンド鋼管の製造方法。
（３）前記曲げ加工工程の後に、曲げ加工した鋼管を焼戻し処理する工程を含む（１）又は（２）に記載のベンド鋼管の製造方法。
（４）前記脱気工程において、脱気後の鋼管内の真空度を１.５Ｐａ以下にする（１）から（３）のいずれかに記載のベンド鋼管の製造方法。
（５）曲げ加工されたベンド鋼管から前記シール部材を除去するシール部材除去工程を含む（１）から（４）のいずれかに記載のベンド鋼管の製造方法。

本発明の製造方法によれば、密閉した鋼管の内部を脱気し、その後に熱処理や加熱下の曲げ加工を行うので、加熱によりベンド鋼管内面にスケールが発生することを防止でき、研磨、酸洗などによる内面スケール除去工程を省略することができる。また、スケール発生の防止のための大掛かりな装置は不要で工程も簡単であり、所定のベンド鋼管の性能が得られ、生産性も向上し経済的にも有利である。

本発明のベンド鋼管の製造方法の各工程を示すフローチャートである。ストレート鋼管である単層鋼管の内部を脱気（真空化）するための両端部の密閉構造を示すとともに、その鋼管の内部を脱気する脱気装置の構成を示す模式図である。二層鋼管の両端部を密閉した一端部の密閉構造の断面を示す模式図である。図１に示した「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程の模式図である。図１に示した「曲げ加工」Ｃ４工程（曲げ加工装置）の模式図である。図５に示す曲げ加工装置により、鋼管の曲げ加工が曲げ角度θまで進んだ状況を示す。図４及び図５のＡ−Ａ断面による高周波誘導加熱コイルの模式図である。図４及び図５のＢ−Ｂ断面による冷却装置の模式図である。図８のＤ−Ｄ断面による冷却装置の模式図である。従来のベンド鋼管の製造方法の各工程を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では鋼管として「耐食性鋼鋼管」又は「内層が耐食性鋼の二層鋼管」を製造するが、本発明の製造方法は、他の鋼管の製造にも適用可能である。

図１は、本発明のベンド鋼管の製造方法の各工程を示すフローチャートである。本発明の製造工程は、一般的な製造方法で製造された「耐食性鋼鋼管」Ａ１（以下「単層鋼管Ａ１」という。）又は「内層が耐食性鋼の二層鋼管」Ｂ１（以下「二層鋼管Ｂ１」という。）（以下、Ａ１及びＢ１を併せて「鋼管１」という。）をベンド鋼管の素材鋼管として、「鋼管両端部密閉（シール部材接合）」Ｃ１、「管内脱気（真空化）」Ｃ２、及び「曲げ加工＋冷却：第２熱処理（焼入れ）」Ｃ４の３工程を必須とし、「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３又は「第３熱処理（焼戻し）」Ｃ５の工程を適宜組み合わせる構成とする。
これらの所定の熱処理を施し曲げ加工したベンド鋼管は、「管両端部加工（シール部材除去）」Ｃ６、及び通常の装置を使用して「外面酸化物除去処理（ショットブラスト処理など）」Ｄ１を経てベンド鋼管の「品質検査」Ｄ２及び「管端部加工（ストレート鋼管との接合開先加工）」Ｄ３を実施する。

以下、図１に示す各工程のうち主要な工程について詳細に説明する。

＜「管内脱気（真空化）」Ｃ２工程＞
図２は、ストレート鋼管である単層鋼管Ａ１の内部を脱気（真空化）するための両端部の密閉構造を示すとともに、その鋼管１の内部を脱気する脱気装置の構成を示す模式図である。図３は、炭素鋼鋼管の外層１１及び耐食性鋼鋼管の内層１２からなる二層鋼管Ｂ１の両端部を密閉した一端部の密閉構造の断面を示す模式図である。

図２において、一般的な方法によって製造された単層鋼管Ａ１は、円盤状のシール部材２を鋼管端部の開先加工部に嵌めこんでシール溶接部３を、例えばガスシールドアーク溶接することで、両端部が密閉される。図３に示す二層鋼管Ｂ１においても単層鋼管Ａ１と同様に両端部を密閉する。二層鋼管Ｂ１については、シール部材２を炭素鋼鋼管の外層１１に合わせて軟鋼材とすることで、溶接性も良く、内層１２の耐食性鋼の影響を受けない比較的浅い開先加工のシール溶接部３で密閉できる。

図２において、両端のシール部材２のうち、一方には真空バルブ６を有する脱気用の軟鋼製の脱気パイプ４が取り付けられている。また、脱気パイプ４の先は、真空バルブ６を介して真空ポンプ５につながっている。真空バルブ６と単層鋼管Ａ１との間には真空度メータ７が設けられている。図３においては図示を省略しているが、図２と同様に真空ポンプ５、真空バルブ６及び真空度メータ７を設ける。

図２に示す脱気装置にセットした単層鋼管Ａ１の管内脱気は、真空バルブ６を開き、真空ポンプ５によってその管内の空気を吸引し所定の真空度に、好ましくは１.５Ｐａ以下まで脱気する。

単層鋼管Ａ１の管内が所定の真空度になったことを真空度メータ７にて確認した後、真空バルブ６を閉じ、脱気パイプ４の一対の密閉パイプカット位置８で示す所定の位置を任意のフレーム（火炎）で約９００℃に加熱し、図示しない加圧器具を使用して矢印方向に加圧して脱気パイプ４を扁平状にする。これにより、脱気パイプ内面は加熱圧接され密着されて所定の真空度を維持できる。次いで、脱気パイプ４の圧接箇所の真空バルブ６側を切断して次工程に移送、又は一時保管場所に保管する。なお、密閉パイプカット位置８での脱気パイプ４の圧接及び切断は、あらかじめ設けられた任意の耐熱真空シールの接続構造を利用して行うこともできる。

＜「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程＞
図４は、図１に示した「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程の模式図である。図４において、鋼管１の「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程を実施するための第１熱処理装置は、図示しない架台に設けたテーブルローラ２４、搬送ローラ２６、加熱器Ｆ、冷却装置Ｇ、後部搬送ローラ２７、及び後部テーブルローラ２５から構成されている。これらのローラや各機器は、第１熱処理装置を通過する鋼管１を挟持できるように同心的に一列に配置され、搬送ローラ２６及び２７によって所定の搬送速度で鋼管１を供給し、排出する。

加熱器Ｆは、高周波電源２１及びこれに接続された高周波誘導加熱コイル２２（以下「加熱コイル２２」という。）からなる。加熱コイル２２は、後述する曲げ加工装置（図５）の高周波誘導加熱コイル３２（以下「加熱コイル３２」という。）と同じ構造であり、図４及び図５のＡ−Ａ断面による模式図である図７に示すように、加熱コイル２２（３２）は、鋼管１に対して同心となるように設置されている。

鋼管１は加熱コイル２２のコイル中を搬送され、高周波誘導加熱により全周にわたって均一に急加熱され、所定の温度（好ましくは１０００℃〜１２００℃）に加熱される。このとき鋼管１は、その厚みｔ方向（ｔ＝９〜２３ｍｍ程度）が均一に加熱される速度（好ましくは４０〜１２０ｍｍ／ｍｉｎ）で搬送される。具体的な搬送速度は、熱処理の諸条件及び供給電力も考慮し、所定の熱処理ができるように決定する。高周波電源３から供給する電源出力は３０〜３００ｋＷが好ましい。これらの熱処理条件は、鋼管１の材質規格、化学成分、材質グレード及びサイズなどを考慮し、所定の熱処理を施すことができ、かつ生産性を考慮して好ましい範囲内で決定する。

図４に示す冷却装置Ｇは、後述する曲げ加工装置（図５）の冷却装置３３と同じ構造であり、そのＢ−Ｂ断面による模式図を図８、図８のＤ−Ｄ断面による模式図を図９に示す。図８及び図９を参照すると、冷却装置Ｇは、冷却水供給口５１を有するリング状の冷却水管路５２（２３）、及び冷却水散水用のスリットノズル５３を有する。冷却水管路５２（２３）は鋼管１に対して同心となるようにセットされ、冷却水管路５２（２３）には、鋼管１の表面に向けて均一に散水できるようにスリット構造のスリットノズル５３が全周にわたって連続して設けられている。冷却水供給口５１から供給された冷却水２８は、スリットノズル５３から、加熱された鋼管１全周に向けて矢印５４の方向に均一に散水される。よって、冷却時の冷却水供給の不均一による変形、歪の発生を最小限に抑制できる。

図４に示すように「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程では、管両端部を密閉して管内を脱気した鋼管１は、テーブルローラ２４及び搬送ローラ２６によって搬送され、加熱器Ｆの加熱コイル２２で加熱されて所定の温度に達し、かつ全周が均一に加熱される。次いで鋼管１は、冷却装置Ｇからの鋼管１の全周にわたる散水２９によって急冷され、焼入れ処理が施される。この「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程においては、その前に上述の「管内脱気（真空化）」Ｃ２工程が実施されているので、鋼管１の内面にスケールの発生はない。

なお、「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程は、図４の工程に限定されず、鋼管１を既存の定置式の大型バッチ炉にて所定温度に均一加熱し、所定の温度に設定された冷媒循環槽（冷媒：水や油）に浸漬して「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程を実施することも可能である。

＜「曲げ加工＋冷却：第２熱処理（焼入れ）」Ｃ４工程＞
図５は、図１に示した「曲げ加工」Ｃ４工程の模式図である。図５に示す曲げ加工装置は、鋼管１を矢印３０方向に送り込む推進ロッド３８、鋼管１の後端部をクランプする後端部クランプ４１、鋼管１の搬送及び曲げ加工時の反力を受けるガイドローラ３１、鋼管１の曲げ加工部を加熱する高周波誘導加熱コイル３２（以下「加熱コイル３２」という。）、曲げ加工後にその曲げ加工部を冷却する冷却装置３３、鋼管１の先端部をクランプする先端部クランプ３４、及び回動軸３９を中心に回動する回動アーム３５から構成されている。

図６は、図５に示す曲げ加工装置により、鋼管１の曲げ加工が曲げ角度θまで進んだ状況を示し、破線で示す後端部クランプ４２が実線４２ａ、破線で示す鋼管１が実線１ａまで進み、ベンド鋼管が曲げ角度θまで製造された状況を示す。この「曲げ加工」Ｃ４工程の詳細は後述する。

ここで、冷却装置３３は、図１に示した「冷却：第２熱処理（焼入れ）」を実施するために設けられている。この「冷却：第２熱処理（焼入れ）」は、曲げ加工直後の鋼管１に冷却装置３３によって散水して急冷する焼入れ熱処理である。冷却装置３３の詳細構成は上述のとおりである。

＜「第３熱処理（焼戻し）」Ｃ５工程＞
図１に示した「第３熱処理（焼戻し）」Ｃ５工程では、通常の固定式炉で所定の焼戻し温度で所定の時間を保持した後に空冷又は炉冷する。この「第３熱処理（焼戻し）」Ｃ５工程は、上述した「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程、及び「第２熱処理（焼入れ）」によって硬化した鋼管１の靭性を向上させ、残留応力を除去する目的で行われる熱処理である。

なお、一般に使用されているベンド鋼管は、通常、中間部がベンド部、ベンド部以外の両サイドが所定の長さのストレート部（ストレート鋼管との接合のため）から構成されている。そこで、好ましい実施形態として図１では、「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程によって、鋼管１の全長（曲げ加工の前）に焼入れ処理が施され、その後、曲げ加工によって鋼管１のベンド部（加工部）が高温に加熱される。この段階で焼入れの熱処理をせず常温になるとベンド部の材質特性が変わるので、ベンド部に対する「第２熱処理（焼入れ）」が施される。更に、「第３熱処理（焼戻し）」Ｃ５工程によって、ベンド部及びストレート部を含む鋼管１の全体に焼戻し処理が施される。上記の各熱処理によって、ベンド鋼管（ベンド部及びストレート部を含む）のグレード及び材質特性などが均質化し安定する。

以上、図１に示す各工程を説明したが、本発明の主たる実施形態は以下の３形態である。

（１）実施形態１
実施形態１は、図１に示す「鋼管両端部密閉(シール部材接合)」Ｃ１工程から、実線Ｌ１、一点鎖線Ｌ２及びＬ３を経由するベンド鋼管の製造方法であり、「鋼管両端部密閉(シール部材接合)」Ｃ１工程後、「曲げ加工＋冷却：第２熱処理（焼入れ）」Ｃ４工程、及び「管両端部加工（シール部材除去）」Ｃ６工程を実施するベンド鋼管の製造方法である。

（２）実施形態２
実施形態２は、図１に示す「鋼管両端部密閉(シール部材接合)」Ｃ１工程から、実線Ｌ１、二点鎖線Ｌ４、Ｌ５及び６を経由するベンド鋼管の製造方法であり、実施形態１の製造方法に「第３熱処理（焼戻し）」Ｃ５工程を加えたものである。

（３）実施形態３
実施形態３は、図１に示す「鋼管両端部密閉(シール部材接合)」Ｃ１工程から、実線Ｌ１、及び破線のＬ７からＬ１０の工程を経由するベンド鋼管の製造方法であり、実施形態２の製造方法に「第１熱処理（焼入れ）」Ｃ３工程を加えたものである。

以下、実施形態３について、図１、図２、及び図４〜６を参照して、詳細に説明する。

両端部を密閉構造として図２に示す脱気装置によって脱気された鋼管１は、図４に示す第１熱処理装置によって焼入れ処理（「第１熱処理（焼入れ）」）される。次いでその鋼管１を、図５に示す曲げ加工装置において、後端部クランプ４１、搬送ローラ３１、加熱コイル３２、冷却装置３３、及び先端部クランプ３４に順次同心状に通し、その後、後端部クランプ４１及び先端部クランプの締め付けボルト４３、４４を強固に締め付けて鋼管１の先端部及び後端部を挟持し、搬送ローラ３１は鋼管１の外面に接触した状態として、曲げ加工装置への鋼管１の設置を完了する。搬送ローラ３１は駆動ローラであり鋼管１の外径サイズに合わせた溝加工のローラを使用する。

このように曲げ加工装置に設置された鋼管１は、図示しない電源から加熱コイル３２に高周波電力を供給して鋼管１を誘導加熱し、鋼管１の温度が所定に温度に達したら推進ロッド３８を前進させ、それに同期して回動軸３９を支点に回動アーム３５を回動させて鋼管１を継続して推進させて所定の半径Ｒに曲げる。図６に示すように鋼管１が所定の曲げ半径Ｒに曲った直後には冷却装置３３から所定量の散水が鋼管１の表面に休むことなく行われ、鋼管１は急冷（焼入れ）される。所定の曲げ角度θ、例えば目的とするθ：９０度まで曲げ加工及び熱処理（「曲げ加工＋冷却：第２熱処理（焼入れ）」Ｃ４工程）を継続する。この間、搬送ローラ３１は回動アーム３５による鋼管１の曲げに対する反力を受けて所定の曲げ半径Ｒを維持する。

曲げ加工されたベンド部４０を有するベンド鋼管は、曲げ加工装置から撤去され、次工程の「第３熱処理（焼戻し）」Ｃ５工程に供される。

以上の実施形態によって製造されたベンド鋼管は、両端部のシール部材を除去後、所定の品質検査、例えば外径や肉厚寸法などの検査に供され、その後、両端部に連結対象のストレート鋼管などと接合するための開先加工が施される。

また、ベンド鋼管の外面には、各工程での大気中の熱処理によりスケールが発生している。したがって、例えばベンド鋼管両端部のシール部材を除去した後、周知のショットブラスト、サンドペーパー研磨などによって清浄な表面にする。このように加工されたベンド鋼管は、例えば、ラインパイプ、プラントなどの構造部材に使用することができる。

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、以下の実施例において、第１熱処理装置に高周波誘導加熱方法を採用したが、定置式炉による加熱とすることもでき、加熱後の冷却には冷却水を用いたが、通常のノズルによるエアー冷却、ミスト冷却、また、これらと冷却水との任意の混合冷却媒体の噴霧、噴射による冷却とすることもできる。また、実施例などに使用した二層鋼管の外層材、内層材及び単層鋼管は、表１及び表２の使用した鋼種に限定されるものではなく、各種の用途に適用できる所定の強度などを有する炭素鋼、耐食性に優れた各種の鉄基合金鋼、ニッケル基合金鋼なども適用可能である。

表１に本発明の実施例及び比較例に使用した二層鋼管の外層材の主要成分及び該当規格を示す。

表２に本発明の実施例及び比較例に使用した単層鋼管、又は二層鋼管の内層材の主要成分例及び該当規格を示す。

表３に本発明の実施例及び比較例の素材鋼管のサイズ、構造、曲げ加工条件及び熱処理条件を示す。

表４に本発明の実施例及び比較例の曲げ加工及び熱処理した結果及び評価を示す。

表３及び表４において、試験Ｎｏ．１〜１５は本発明の構成要件を満足する実施例、Ｎｏ．１６〜２０は比較例である。

本発明の実施例である試験Ｎｏ．１〜１５のうち、Ｎｏ．１及び２の素材鋼管は、それぞれ表２に示す耐食性鋼鋼管Ｂ−３及びＢ−２を使用した単層鋼管の実施例である。Ｎｏ．３〜１５は、外層材に表１に示す炭素鋼（Ａ−１〜３）を使用し、内層材には表２に示す耐食性鋼（Ｂ−１〜４）を種々組合せ、またサイズを変更させた実施例である。また、Ｎｏ．４及び１０は上記実施形態１の実施例、Ｎｏ．５及び１１は上記実施形態２の実施例であり、それ以外は上記実施形態３の実施例である。

Ｎｏ．１〜１５の実施例では、いずれもベンド鋼管の内面に酸化物のスケールは発生せず、除せい度がＳａ1_1/2で良好であり、鋼管内面の研磨、酸洗などは不要であった。なお、ＪＩＳＺ０３１３の除せい度には、Ｓａ１、Ｓａ_１／２及びＳａ２、Ｓａ３があり、その順に鋼材表面の状態が良好となる。本発明では、除せい度がＳａ1_１／２以上を良好とした。

一方、比較例である試験Ｎｏ．１６〜１８及び２０については、曲げ加工は問題なくできたが、管内の脱気を行っておらず管内雰囲気が大気であるため、管内面にＦｅ酸化物、Ｃｒなどの合金酸化物が生成し黒色のスケールが発生してＪＩＳ
Ｚ０３１３の除せい度の評価がＳａ１となった。また、比較例である試験Ｎｏ．１９では、管内面に酸化防止剤を塗布したが、曲げ加工時に管内面の伸び又は縮みなどによって酸化防止剤が剥離して管内面が露出し、上記他の比較例と同様にスケールが発生した。

以上のとおり、本発明のベンド鋼管の製造方法では、単層鋼管又は二層鋼管の内層のステンレス鋼管やニッケル系高合金鋼管などの耐食性鋼鋼管の曲げ加工時の加熱、及びその前後の熱処理による内面スケールの発生をなくすことができ、従来の硝フッ酸などを使用した酸洗による内面スケールの除去作業が不要となるので、硝フッ酸などの廃液による環境汚染、廃液処理などの大きな問題を回避することができる。

本発明のベンド鋼管の製造方法を適用したベンド鋼管、特に耐食性鋼鋼管、又は耐食性鋼鋼管を内層とする二層鋼管を素材鋼管とするベンド鋼管は、サワーガスなどの輸送管であるラインパイプの曲がり部の構造部材、プラントの構造部材などの高耐食性が要求されるベンド鋼管として好適に使用することができる。

１、１ａ鋼管
Ａ１単層鋼管
Ｂ１二層鋼管
２シール部材
３シール溶接部
４脱気パイプ
５真空ポンプ
６真空バルブ
７真空度メータ
８密閉パイプカット位置
１１二層鋼管の外層
１２二層鋼管の内層
Ｆ加熱器
Ｇ冷却装置
２１高周波電源
２２加熱コイル（高周波誘導加熱コイル）
２３冷却水管路
２４テーブルローラ
２５後部テーブルローラ
２６搬送ローラ
２７後部搬送ローラ
２８冷却水
２９散水
３０鋼管移動方向
３１ガイドローラ
３２加熱コイル（高周波誘導加熱コイル）
３３冷却装置
３４先端部クランプ
３５回動アーム
３８推進ロッド
３９回動軸
４０ベンド部（加工部）
４２、４２ａ後端部クランプ
４３、４３ａ、４４締め付けボルト
Ｒ曲げ半径
θ 曲げ角度
５１冷却水供給口
５２冷却水管路
５３スリットノズル
５４散水

Claims

耐食性鋼鋼管、又は耐食性鋼鋼管を内層とし、炭素鋼鋼管を外層とする二層鋼管の両端部をシール部材で密閉し、密閉した鋼管の内部を脱気する脱気工程と、脱気後の鋼管を軸方向に移動させながら軸方向の一部全周を加熱し、その加熱部に曲げ応力を付与しながら曲げ加工を施し、その加熱部を冷却する曲げ加工工程とを含むベンド鋼管の製造方法。
前記脱気工程と前記曲げ加工工程との間に、鋼管を焼入れ処理する工程を含む請求項１に記載のベンド鋼管の製造方法。
前記曲げ加工工程の後に、曲げ加工した鋼管を焼戻し処理する工程を含む請求項１又は２に記載のベンド鋼管の製造方法。
前記脱気工程において、脱気後の鋼管内の真空度を１.５Ｐａ以下にする請求項１から３のいずれかに記載のベンド鋼管の製造方法。
曲げ加工されたベンド鋼管から前記シール部材を除去するシール部材除去工程を含む請求項１から４のいずれかに記載のベンド鋼管の製造方法。