JP2019023332A - Tube end lid and manufacturing method of steel pipe using the same - Google Patents

Tube end lid and manufacturing method of steel pipe using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2019023332A
JP2019023332A JP2017142996A JP2017142996A JP2019023332A JP 2019023332 A JP2019023332 A JP 2019023332A JP 2017142996 A JP2017142996 A JP 2017142996A JP 2017142996 A JP2017142996 A JP 2017142996A JP 2019023332 A JP2019023332 A JP 2019023332A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steel pipe
lid
pipe
inner lid
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017142996A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6859886B2 (en
Inventor
山本 憲司
Kenji Yamamoto
憲司 山本
勇次 荒井
Yuji Arai
勇次 荒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp filed Critical Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Priority to JP2017142996A priority Critical patent/JP6859886B2/en
Publication of JP2019023332A publication Critical patent/JP2019023332A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6859886B2 publication Critical patent/JP6859886B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

To provide a pipe end lid capable of being easily installed and prevented from falling out during heat treatment.SOLUTION: A pipe end lid 1 which is attached to a pipe end of a steel pipe P includes: an inner lid 11 disposed inside the steel pipe P; a heat insulating material 12 disposed inside the steel pipe P at a position closer to the pipe end of the steel pipe P than the inner lid 11; and a connecting member 13 connecting an end face of the steel pipe P and the inner lid 11 to hold them at a certain distance.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、管端蓋及びそれを用いた鋼管の製造方法に関する。   The present invention relates to a tube end cap and a method for manufacturing a steel tube using the same.

鋼材の熱処理は機械部品や鉄鋼製品に所望の特性や性能を与えることを目的として古くから広く行われており、その本質は金属組織の調整である。なかでも「焼入れ」は熱処理の大半を占め、常温では通常フェライト・パーライト組織である被熱処理材をAc点(オーステナイト変態終了温度)以上の高温に加熱してオーステナイト化後、急冷してマルテンサイト組織を形成するものである。マルテンサイト組織は金属材料のすべての組織のなかでも最も高い強度を示し、あらゆる産業分野で利用されている非常に重要な組織形態である。 The heat treatment of steel has been widely performed for a long time for the purpose of imparting desired characteristics and performance to machine parts and steel products, and the essence is adjustment of the metal structure. In particular, “quenching” accounts for the majority of heat treatment, and at room temperature, the heat-treated material, which is usually a ferrite and pearlite structure, is heated to a temperature higher than Ac 3 point (austenite transformation end temperature) to become austenite and then rapidly cooled to martensite. It forms an organization. The martensite structure has the highest strength among all the structures of metal materials and is a very important structure used in all industrial fields.

管状体の焼入れにおいて最も留意すべき点は、周方向の均一冷却である。周方向の冷却が不均一となった場合、冷却中の鋼管の曲がりが発生する。この曲がりは鋼管が長くなるほど大きくなり、ライン搬送時のトラブルや曲がり矯正工程の追加など好ましくない事態を招く。鋼管の焼入れでは、鋼管を移動搬送しつつ冷却帯を通過させながら外面水冷することが好適である。外面水冷の均一化は環状主管に冷却ノズルを均等に配置するなどの手段で比較的簡単に実現できるが、内面水冷は技術的に課題が多いことに加え、設備構成を複雑化させることがその理由である。   The most important point in quenching the tubular body is uniform cooling in the circumferential direction. When the circumferential cooling becomes uneven, the steel pipe is bent during cooling. This bending becomes larger as the length of the steel pipe becomes longer, which leads to undesirable situations such as troubles during line conveyance and the addition of a bending correction process. In quenching a steel pipe, it is preferable to cool the outer surface with water while passing the cooling zone while moving and conveying the steel pipe. Uniform outer surface water cooling can be achieved relatively easily by means such as evenly arranging cooling nozzles in the annular main pipe, but internal water cooling has many technical problems and may complicate the equipment configuration. That is why.

鋼管の外面のみから冷媒を吹き付けても、管端部から鋼管の内部に冷媒が浸入する場合がある。鋼管の内部に冷媒が浸入すると、鋼管の内面が不均一に冷却され、曲がりの原因になる。鋼管肉厚が大きい場合は曲がりの悪影響は小さいが、そうであっても、硬さのばらつきなど、諸所の問題の原因となる。また、鋼管の内面を伝って冷媒が加熱炉に流入し、加熱炉を損傷させる恐れもある。   Even if the coolant is sprayed only from the outer surface of the steel pipe, the coolant may enter the steel pipe from the end of the pipe. If the refrigerant enters the inside of the steel pipe, the inner surface of the steel pipe is cooled unevenly, which causes bending. When the steel pipe wall thickness is large, the adverse effect of bending is small, but even so, it causes various problems such as variation in hardness. Further, the refrigerant may flow into the heating furnace along the inner surface of the steel pipe and may damage the heating furnace.

特開昭58−27331号公報には、搬送される管状物体に冷媒を噴射して冷却する冷却装置において、冷却水遮断用挿入円筒を設け、冷媒が管後端から管内に浸入することを防止することが記載されている。特許第5252131号公報には、鋼管を外面から水冷して焼入れする焼入れ方法において、管端部を空冷することが記載されている。特開2012−172173号公報には、加熱された鋼管を長手方向に沿って搬送しながら、鋼管の外周面に焼入れ水を搬送方向に対して傾斜して噴射し、鋼管を焼入れする方法において、鋼管の搬送方向の後端に蓋を取付けることが記載されている。実開昭61−77192号公報には、複数の鋼管に対し、管端蓋を連続的に自動溶接する装置が記載されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 58-27331, in a cooling device for injecting and cooling a refrigerant on a transported tubular object, an insertion cylinder for cooling water blocking is provided to prevent the refrigerant from entering the pipe from the rear end of the pipe. It is described to do. Japanese Patent No. 5252131 describes that a pipe end is air-cooled in a quenching method in which a steel pipe is cooled from the outside by water cooling. JP 2012-172173 A discloses a method of quenching a steel pipe by injecting quenching water to the outer peripheral surface of the steel pipe while inclining it with respect to the conveying direction while conveying the heated steel pipe along the longitudinal direction. It is described that a lid is attached to the rear end of the steel pipe in the conveying direction. Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-77192 discloses an apparatus for continuously and automatically welding a pipe end cover to a plurality of steel pipes.

特開昭58−27331号公報JP 58-27331 A 特許第5252131号公報Japanese Patent No. 5252131 特開2012−172173号公報JP 2012-172173 A 実開昭61−77192号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-77192

鋼管の内部への冷媒の浸入を抑制する手段としては、管端に蓋を取付けるのが簡便かつ確実である。蓋の取付けは、鋼管の管端に蓋を全周又はスポット溶接するのが一般的であるが、処理前の取り付け工程、及び処理後の蓋を含めた管端の切り落とし工程が必要になり、生産効率及び歩留まりが低下する。また、単なる挿入による取付けでは、熱処理中に蓋が脱落する場合がある。   As a means for suppressing the penetration of the refrigerant into the steel pipe, it is simple and reliable to attach a lid to the pipe end. Generally, the lid is attached to the pipe end of the steel pipe all around the spot or spot welded, but an attachment process before processing and a pipe end cutting process including the lid after processing are required. Production efficiency and yield decrease. Further, in the case of attachment by simple insertion, the lid may fall off during the heat treatment.

本発明の目的は、取付けが容易で、熱処理中の脱落を防ぐことができる管端蓋を提供すること、及びこれを用いた鋼管の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a tube end lid that is easy to attach and can be prevented from falling off during heat treatment, and to provide a method of manufacturing a steel pipe using the same.

本発明の一実施形態による管端蓋は、鋼管の管端に取付ける管端蓋であって、前記鋼管の内側に配置される内蓋と、前記鋼管の内側であって前記内蓋よりも前記鋼管の管端に近い位置に配置される断熱材と、前記鋼管の端面と前記内蓋とを接続して一定の距離に保持する接続部材とを備える。   A tube end cover according to an embodiment of the present invention is a tube end cover attached to a tube end of a steel pipe, and includes an inner lid disposed on the inner side of the steel pipe, an inner side of the steel pipe, and more than the inner lid. A heat insulating material disposed at a position close to a pipe end of the steel pipe, and a connection member that connects the end face of the steel pipe and the inner lid and holds the fixed distance.

本発明の一実施形態による鋼管の製造方法は、素管を準備する工程と、前記素管の管端の少なくとも一方に、前記管端蓋を取付ける工程と、前記管端蓋が取り付けられた素管を焼入れする工程とを備える。   A method of manufacturing a steel pipe according to an embodiment of the present invention includes a step of preparing a raw pipe, a step of attaching the pipe end lid to at least one of the pipe ends of the raw pipe, and a raw piece to which the pipe end lid is attached. Quenching the tube.

本発明によれば、取付けが容易で、熱処理中の脱落を防ぐことができる管端蓋が得られる。この管端蓋を用いて鋼管を製造することで、鋼管の曲がりを抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a tube end lid that can be easily attached and can be prevented from falling off during heat treatment. By manufacturing a steel pipe using this pipe end lid, bending of the steel pipe can be suppressed.

図1は、本発明の第1の実施形態による管端蓋の構成を示す分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a tube end cover according to a first embodiment of the present invention. 図2は、第1の実施形態による管端蓋を鋼管に取付けた状態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the pipe end lid according to the first embodiment is attached to a steel pipe. 図3は、本発明の一実施形態による鋼管の製造方法を示すフロー図である。FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a steel pipe according to an embodiment of the present invention. 図4は、熱処理ラインの一例の機能的構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of an example of the heat treatment line. 図5は、相変態を生じる一般的な鉄鋼材料の温度−伸び線図である。FIG. 5 is a temperature-elongation diagram of a general steel material that causes phase transformation. 図6は、本発明の第2の実施形態による管端蓋の構成を示す分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view showing the configuration of the tube end cover according to the second embodiment of the present invention. 図7は、第2の実施形態による管端蓋を鋼管に取付けた状態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the pipe end lid according to the second embodiment is attached to a steel pipe. 図8は、本発明の第3の実施形態による管端蓋の構成を示す分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view showing the configuration of the tube end lid according to the third embodiment of the present invention. 図9は、第3の実施形態による管端蓋を鋼管に取付けた状態を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the pipe end lid according to the third embodiment is attached to a steel pipe. 図10は、鋼管の内面の熱伝達率と鋼管内面の残留引張応力との関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the heat transfer coefficient on the inner surface of the steel pipe and the residual tensile stress on the inner surface of the steel pipe. 図11は、鋼管の底部に冷媒が滞留している状態を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which the refrigerant stays at the bottom of the steel pipe. 図12は、底部に冷媒が滞留しているときの鋼管の応力分布である。FIG. 12 shows the stress distribution of the steel pipe when the refrigerant stays at the bottom. 図13は、数値計算で使用したモデルである。FIG. 13 shows a model used in the numerical calculation. 図14は、間隙量の時間変化を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the change over time in the gap amount. 図15は、管端及び蓋の温度の時間変化を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing changes in temperature of the tube end and the lid over time. 図16は、断熱材がない場合における、冷却開始から25秒後の状態を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a state 25 seconds after the start of cooling in the absence of a heat insulating material. 図17は、断熱材がある場合における、冷却開始から100秒後の状態を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a state 100 seconds after the start of cooling in the case where there is a heat insulating material. 図18は、防水性能評価試験の概要を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing an outline of the waterproof performance evaluation test. 図19は、鋼管の搬送の状況を模式的に示す図である。FIG. 19 is a diagram schematically showing the state of conveyance of the steel pipe.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. The dimensional ratio between the constituent members shown in each drawing does not necessarily indicate the actual dimensional ratio.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態による管端蓋1の構成を示す分解斜視図である。図2は、管端蓋1を鋼管Pに取付けた状態を示す断面図である。管端蓋1は、鋼管Pの内側に配置される内蓋11と、鋼管Pの内側であって内蓋11よりも鋼管Pの管端に近い位置に配置される断熱材12と、鋼管Pの端面と内蓋11とを接続する接続部材であるステー13とを備えている。管端蓋1はさらに、鋼管Pの端面に隣接するように配置される外蓋14、外蓋14を固定するための連結ねじ15a等を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a tube end lid 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the pipe end lid 1 is attached to the steel pipe P. The pipe end lid 1 includes an inner lid 11 arranged inside the steel pipe P, a heat insulating material 12 arranged inside the steel pipe P and closer to the pipe end of the steel pipe P than the inner lid 11, and the steel pipe P. And a stay 13 which is a connecting member for connecting the end face and the inner lid 11. The tube end lid 1 further includes an outer lid 14 disposed so as to be adjacent to the end surface of the steel pipe P, a connection screw 15a for fixing the outer lid 14, and the like.

内蓋11は、鋼管Pの内側に配置できるように、鋼管Pの内径よりも外径が少し小さい円板形状を有している。内蓋11は、鋼管Pよりも線膨張係数αが大きい材質で形成されていることが好ましい。内蓋11の材質は、例えばステンレスである。内蓋11は、主に作業性の観点から、薄い方が好ましい。内蓋11の厚さは、好ましくは20mm以下であり、さらに好ましくは10mm以下である。   The inner lid 11 has a disk shape whose outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the steel pipe P so that it can be arranged inside the steel pipe P. The inner lid 11 is preferably formed of a material having a linear expansion coefficient α larger than that of the steel pipe P. The material of the inner lid 11 is, for example, stainless steel. The inner lid 11 is preferably thin from the viewpoint of workability. The thickness of the inner lid 11 is preferably 20 mm or less, and more preferably 10 mm or less.

断熱材12も、内蓋11と同様に、鋼管Pの内側に配置できるように、鋼管Pの内径よりも外径が少し小さい円板形状を有している。断熱材12は、耐熱性があることが好ましく、例えば、アルミナ等のセラミックの成形体等を用いることができる。   Similarly to the inner lid 11, the heat insulating material 12 also has a disk shape whose outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the steel pipe P so that it can be disposed inside the steel pipe P. The heat insulating material 12 preferably has heat resistance, and for example, a ceramic molded body such as alumina can be used.

本実施形態では、断熱材12は、内蓋11に固定されている。しかし、断熱材12は、例えばステー13に固定されていてもよいし、外蓋14に固定されていてもよい。断熱材12は、内蓋11よりも鋼管Pの管端に近い位置に配置されていればよい。   In the present embodiment, the heat insulating material 12 is fixed to the inner lid 11. However, the heat insulating material 12 may be fixed to the stay 13, for example, or may be fixed to the outer lid 14. The heat insulating material 12 should just be arrange | positioned in the position nearer to the pipe end of the steel pipe P than the inner lid 11.

ステー13は、鋼管Pの端面と内蓋11とを接続する。ステー13によって、内蓋11が鋼管Pの軸方向に移動しないようにすることができる。ステー13の材質は特に限定されず、例えば炭素鋼であってもよいし、ステンレスであってもよい。   The stay 13 connects the end surface of the steel pipe P and the inner lid 11. The stay 13 can prevent the inner lid 11 from moving in the axial direction of the steel pipe P. The material of the stay 13 is not specifically limited, For example, carbon steel may be sufficient and stainless steel may be sufficient.

ステー13の各々は、より具体的には、内蓋11と概略垂直な方向に延びる第1部分13aと、第1部分13aの一端に連続し、内蓋11と概略平行な方向に延びる第2部分13bとを含んでいる。ステー13の各々は、第2部分13bが鋼管Pの端面に接することによって、鋼管Pの端面と内蓋11との間の距離を規制する。図1では鋼管の周方向に8つのステー13を配置しているが、ステー13の数は任意である。   More specifically, each of the stays 13 includes a first portion 13a extending in a direction substantially perpendicular to the inner lid 11, and a second portion extending in a direction substantially parallel to the inner lid 11 and continuing to one end of the first portion 13a. Part 13b. Each of the stays 13 regulates the distance between the end surface of the steel pipe P and the inner lid 11 by the second portion 13b coming into contact with the end surface of the steel pipe P. In FIG. 1, eight stays 13 are arranged in the circumferential direction of the steel pipe, but the number of stays 13 is arbitrary.

本実施形態では、図2に示すように、ステー13の各々はねじ16によって内蓋11に固定されている。しかし、ステー13の固定方法は任意である。例えば、ステー13を断熱材12に固定することによって、ステー13と内蓋11とが連結されるようにしてもよい。なお、ステー13と鋼管Pとは、例えば、耐熱性の接着材等で固定してもよい。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, each of the stays 13 is fixed to the inner lid 11 with screws 16. However, the fixing method of the stay 13 is arbitrary. For example, the stay 13 and the inner lid 11 may be connected by fixing the stay 13 to the heat insulating material 12. In addition, you may fix the stay 13 and the steel pipe P with a heat resistant adhesive material etc., for example.

本実施形態のステー13は接続部材の例示であり、接続部材の構成はこれに限定されない。接続部材は、鋼管Pの端面と内蓋11とを接続して一定の距離に保持するものであればよい。   The stay 13 of this embodiment is an example of a connecting member, and the configuration of the connecting member is not limited to this. The connecting member may be any member that connects the end surface of the steel pipe P and the inner lid 11 and holds them at a certain distance.

外蓋14は、鋼管Pの開口を塞ぐように、鋼管Pの内径よりも外径が少し大きい円盤形状を有している。外蓋14は、熱変形をできるだけ抑制するため、線熱膨張係数αが小さい材量で形成されていることが好ましい。外蓋14の材質は例えば、炭素鋼である。外蓋14は、主に作業性の観点から、薄い方が好ましい。外蓋14の厚さは、好ましくは20mm以下であり、さらに好ましくは10mm以下である。   The outer lid 14 has a disk shape whose outer diameter is slightly larger than the inner diameter of the steel pipe P so as to close the opening of the steel pipe P. In order to suppress thermal deformation as much as possible, the outer lid 14 is preferably formed with a material amount having a small linear thermal expansion coefficient α. The material of the outer lid 14 is, for example, carbon steel. The outer lid 14 is preferably thin, mainly from the viewpoint of workability. The thickness of the outer lid 14 is preferably 20 mm or less, and more preferably 10 mm or less.

本実施形態では、外蓋14は、連結ねじ15aによって内蓋11と連結される。連結ねじ15aは、内蓋11aに溶接されている。外蓋14は、その中心に連結ねじ15aを通すための貫通孔14aを有している。貫通孔14aに連結ねじ15aを通し、ナット15bを締め付けることによって、外蓋14は、鋼管Pの端面にステー13を介して当接した状態で保持される。この構成によれば、外蓋14の脱着を簡便にできる。しかし、外蓋14の固定方法は任意である。例えば、内蓋11に連結ねじ15aの代わりに棒を溶接し、当該棒に外蓋14を溶接することで固定してもよい。   In the present embodiment, the outer lid 14 is coupled to the inner lid 11 by a coupling screw 15a. The connecting screw 15a is welded to the inner lid 11a. The outer lid 14 has a through hole 14a through which the connecting screw 15a is passed. The outer lid 14 is held in contact with the end surface of the steel pipe P via the stay 13 by passing the connecting screw 15a through the through hole 14a and tightening the nut 15b. According to this configuration, the outer lid 14 can be easily attached and detached. However, the fixing method of the outer lid 14 is arbitrary. For example, a rod may be welded to the inner lid 11 instead of the connection screw 15a, and the outer lid 14 may be welded to the rod.

[鋼管の製造方法]
次に、この管端蓋1を用いた鋼管の製造方法を説明する。以下、鋼管の製造方法に関する説明では、熱処理の対象となる鋼管を「素管」と呼ぶ。また、「素管」と区別して、熱処理されて製造された鋼管という意味で「鋼管」の用語を用いる。
[Manufacturing method of steel pipe]
Next, the manufacturing method of the steel pipe using this pipe end cover 1 is demonstrated. Hereinafter, in the description related to the method of manufacturing a steel pipe, the steel pipe that is the target of heat treatment is referred to as a “base pipe”. In addition, the term “steel pipe” is used in the sense of a steel pipe manufactured by heat treatment in distinction from the “element pipe”.

図3は、本発明の一実施形態による鋼管の製造方法を示すフロー図である。本実施形態による鋼管の製造方法は、素管を準備する工程(ステップS1)と、素管の管端の少なくとも一方に管端蓋1を取付ける工程(ステップS2)と、管端蓋1が取付けられた素管を焼入れする工程(ステップS3)とを備えている   FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a steel pipe according to an embodiment of the present invention. The method of manufacturing a steel pipe according to the present embodiment includes a step of preparing a raw pipe (step S1), a step of attaching a pipe end lid 1 to at least one of the pipe ends of the raw pipe (step S2), and the pipe end lid 1 being attached. And a step (step S3) of quenching the obtained raw pipe

熱処理の対象となる素管を準備する(ステップS1)。対象となる素管は限定されないが、本実施形態の製造方法は、炭素含有量が0.50〜0.60質量%である高炭素系材量の鋼管の製造に好適であり、特に高炭素系材量の油井管の製造に好適である。本実施形態の製造方法は、より具体的には、炭素含有量が0.50〜0.60質量%である低合金鋼及び高合金鋼の油井管の製造に特に好適である。   A raw tube to be heat-treated is prepared (step S1). Although the target pipe is not limited, the manufacturing method of the present embodiment is suitable for manufacturing a steel pipe having a high carbon material with a carbon content of 0.50 to 0.60% by mass, particularly high carbon. It is suitable for the production of oil well pipes of a system material amount. More specifically, the production method of the present embodiment is particularly suitable for production of oil well pipes of low alloy steel and high alloy steel having a carbon content of 0.50 to 0.60 mass%.

素管の管端の少なくとも一方に管端蓋1を取付ける(ステップS2)。管端蓋1は、素管の管端の両方に取付けることが好ましいが、冷媒を吹き付ける角度等によっては、前方及び後方の一方のみに取付けることでも、冷媒の浸入を抑制することができる。   The tube end lid 1 is attached to at least one of the tube ends of the raw tube (step S2). The tube end lid 1 is preferably attached to both of the tube ends of the raw tube. However, depending on the angle at which the refrigerant is blown or the like, the refrigerant can be prevented from entering even if it is attached only to the front or the rear.

管端蓋1が取付けられた素管を焼入れする(ステップS3)。具体的には、管端蓋1が取付けられた素管をAc点以上の温度まで加熱してオーステナイト変態させた後、マルテンサイト変態終了温度以下まで冷却してマルテンサイト変態させる。このとき、冷却速度が小さすぎると中間温度で等温変態が起こりマルテンサイト率の高い組織が得られなくなる。一方、冷却速度が大きすぎると曲がりや焼割れが生じる。そのため、冷却速度を適切に制御する必要がある。好ましくは、マルテンサイト変態開始温度まではできるたけ冷却速度を大きくし、マルテンサイト変態開始温度から冷却終了温度(マルテンサイト変態終了温度又は室温)まではできるだけ冷却速度を小さくする。 The raw tube to which the tube end lid 1 is attached is quenched (Step S3). Specifically, after heating the raw tube to which the tube end cap 1 is attached to a temperature of Ac 3 point or higher to austenite transformation, it cools to a temperature lower than the martensitic transformation end temperature to cause martensitic transformation. At this time, if the cooling rate is too low, an isothermal transformation occurs at an intermediate temperature and a structure having a high martensite ratio cannot be obtained. On the other hand, if the cooling rate is too high, bending and cracking occur. Therefore, it is necessary to appropriately control the cooling rate. Preferably, the cooling rate is increased as much as possible up to the martensite transformation start temperature, and the cooling rate is decreased as much as possible from the martensite transformation start temperature to the cooling end temperature (martensite transformation end temperature or room temperature).

図4は、熱処理ラインの一例である熱処理ライン100の機能的構成を示すブロック図である。熱処理ライン100は、焼入れ装置20及び焼戻し装置30を備えている。焼入れ装置20は、加熱装置21、冷却装置22、及び浸漬槽23を備えている。各装置の間には、搬送ローラ40(搬送装置)が配置されている。   FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of a heat treatment line 100 which is an example of the heat treatment line. The heat treatment line 100 includes a quenching device 20 and a tempering device 30. The quenching device 20 includes a heating device 21, a cooling device 22, and an immersion bath 23. A conveyance roller 40 (conveyance device) is disposed between the devices.

搬送ローラ40は、加熱装置21から冷却装置22へ、冷却装置22から浸漬槽23へ、浸漬槽23から焼戻し装置30へ、素管を順次搬送する。素管は、加熱装置21で加熱され、冷却装置22及び/又は浸漬槽23によって冷却される。素管はその後、焼戻し装置30によって再び加熱される。   The conveyance roller 40 sequentially conveys the raw tube from the heating device 21 to the cooling device 22, from the cooling device 22 to the immersion bath 23, and from the immersion bath 23 to the tempering device 30. The raw tube is heated by the heating device 21 and cooled by the cooling device 22 and / or the immersion bath 23. The blank tube is then heated again by the tempering device 30.

熱処理ライン100の構成によれば、加熱装置21によって素管をAc点以上に加熱した後、冷却装置22及び/又は浸漬槽23によって素管を冷却することによって、素管を焼入れすることができる。さらに、焼戻し装置30によって素管を所定の温度に加熱することによって、素管を焼戻しすることができる。焼戻しされた素管は例えば、図示しない冷却装置によって冷却された後、探傷装置などに搬送される。 According to the configuration of the heat treatment line 100, after heating the raw tube to Ac 3 points or more by the heating device 21, the raw tube is quenched by cooling the raw tube with the cooling device 22 and / or the immersion bath 23. it can. Furthermore, the raw pipe can be tempered by heating the raw pipe to a predetermined temperature by the tempering device 30. The tempered tube is cooled by a cooling device (not shown) and then transferred to a flaw detection device or the like.

熱処理ライン100の構成によれば、素管に焼入れ焼戻しの熱処理を連続して実施することができる。ただし、焼入れ焼戻しは連続して実施されなくてもよい。この場合、熱処理ライン100は、焼戻し装置30を含んでいなくてもよい。   According to the configuration of the heat treatment line 100, the base pipe can be continuously subjected to quenching and tempering heat treatment. However, quenching and tempering may not be performed continuously. In this case, the heat treatment line 100 may not include the tempering device 30.

冷却装置22は、詳しい構成は図示しないが、複数の冷却リングを備えている。複数の冷却リングの各々は複数のノズルを備えており、複数のノズルの各々から、冷却リングの内側を通過する素管の外面に冷媒を吹き付けることができるように構成されている。冷媒の量は冷却リング毎に制御できるように構成されおり、冷却リング毎の冷媒量と素管の搬送速度とを調整することによって、素管を最適な速度で冷却することができる。   Although the detailed structure is not illustrated, the cooling device 22 includes a plurality of cooling rings. Each of the plurality of cooling rings is provided with a plurality of nozzles, and is configured such that a refrigerant can be sprayed from each of the plurality of nozzles to the outer surface of the raw tube passing through the inside of the cooling ring. The amount of the refrigerant is configured to be controlled for each cooling ring, and the raw pipe can be cooled at an optimum speed by adjusting the refrigerant amount for each cooling ring and the conveying speed of the raw pipe.

浸漬槽23には、冷媒が充填されており、素管を浸漬させることで内外面から急冷することができる。熱処理対象の素管が焼割れ感受性の低い低中炭素鋼(C含有量0.30%未満)の場合、冷却装置22を使用せず、浸漬槽23だけを使用して素管を冷却することもできる。この場合、処理速度を大きくすることができる。一方、熱処理対象の素管が焼割れ感受性の高い素管の場合でも、冷却装置22によって鋼管を十分に冷却しておけば、浸漬槽23に浸漬しても曲がりや焼割れが発生することはない。   The immersion tank 23 is filled with a refrigerant, and can be rapidly cooled from the inner and outer surfaces by immersing the raw tube. When the raw pipe to be heat-treated is a low-medium carbon steel (C content less than 0.30%) with low susceptibility to fire cracking, the cooling pipe 22 is not used, and the raw pipe is cooled using only the immersion bath 23. You can also. In this case, the processing speed can be increased. On the other hand, even when the pipe to be heat-treated is a pipe with a high susceptibility to fire cracking, if the steel pipe is sufficiently cooled by the cooling device 22, bending or fire cracking may occur even if it is immersed in the immersion bath 23. Absent.

すなわち、焼入れ装置20の構成によれば、対象となる素管の性質に応じて、冷却装置22による冷却と浸漬槽23による冷却とを選択的に実施することができる。一方、焼割れ感受性の高い素管だけを対象とする場合、熱処理ライン100は浸漬槽23を含んでいなくてもよい。   That is, according to the configuration of the quenching device 20, the cooling by the cooling device 22 and the cooling by the immersion bath 23 can be selectively performed according to the properties of the target raw pipe. On the other hand, in the case where only an elementary tube having high susceptibility to burning cracks is targeted, the heat treatment line 100 may not include the immersion bath 23.

[管端蓋1の効果]
以下、管端蓋1の効果を説明する。図5は、相変態を生じる一般的な鉄鋼材料の温度−伸び線図である。この鋼は、図5に示すように、室温からAc点までは温度の上昇に伴い熱膨張するが、Ac点を超えるとオーステナイト変態によって収縮する(オーステナイト変態収縮)。その後、オーステナイトの線膨張係数で再び膨張して最高温度(Tmax)に到達する。冷却過程ではマルテンサイト変態が開始するまでオーステナイトの状態で過冷されるため、オーステナイトの線膨張係数で収縮し、マルテンサイト変態開始温度Ms(当該材量では300℃前後)に到達すると膨張を開始する(α変態膨張)。
[Effect of tube end cap 1]
Hereinafter, the effect of the tube end lid 1 will be described. FIG. 5 is a temperature-elongation diagram of a general steel material that causes phase transformation. As shown in FIG. 5, this steel thermally expands with increasing temperature from room temperature to Ac 1 point, but shrinks by austenite transformation (Austenite transformation shrinkage) when Ac 1 point is exceeded. Then, it expands again at the linear expansion coefficient of austenite and reaches the maximum temperature (Tmax). In the cooling process, since it is supercooled in the austenite state until martensitic transformation starts, it contracts with the linear expansion coefficient of austenite, and starts to expand when it reaches the martensitic transformation start temperature Ms (about 300 ° C. in the amount of the material). (Α transformation expansion).

鋼管の熱処理においても、加熱・冷却によって図5に示す膨張や収縮が発現する。そのため、単純な機械的手段では、熱処理の前後にわたって蓋を鋼管に固定しておくことは困難である。例えば、ねじの反力を利用して鋼管の内面に密着させる固定手段(突張り棒)によって蓋を固定した場合、室温では強固に固定できても、加熱・冷却によって緩みが生じる。特に、冷却過程のα変態膨張に突張り棒が追従できず、緩みが生じる。   Also in the heat treatment of a steel pipe, the expansion and contraction shown in FIG. Therefore, it is difficult to fix the lid to the steel pipe before and after the heat treatment by simple mechanical means. For example, when the lid is fixed by a fixing means (a stick rod) that makes close contact with the inner surface of the steel pipe using the reaction force of the screw, even if it can be firmly fixed at room temperature, loosening occurs due to heating and cooling. In particular, the tension rod cannot follow the α transformation expansion in the cooling process, and loosening occurs.

本実施形態の管端蓋1(図2)は、鋼管Pの内側に配置される内蓋11と、鋼管Pの内側であって内蓋11よりも鋼管Pの管端に近い位置に配置される断熱材12とを備えている。この構成によれば、冷却過程において、断熱材12によって内蓋11の温度低下が鋼管Pの温度低下よりも遅くなる。そのため、内蓋11の収縮が鋼管Pの収縮よりも遅くなり、内蓋11が鋼管Pによって締め付けられる、いわゆる「焼きばめ」に類似した効果が得られる。鋼管Pがマルテンサイト変態開始温度に到達するとα変態膨張によって膨張するが、焼きばめられた状態の内蓋11は、その反力を弱めながらも鋼管Pの膨張に追従する。そのため、冷却終了温度(マルテンサイト変態終了温度又は室温)まで脱落することなく、冷媒の浸入を抑制することができる。   The pipe end lid 1 (FIG. 2) of the present embodiment is arranged at an inner lid 11 disposed inside the steel pipe P, and at a position closer to the pipe end of the steel pipe P than the inner lid 11 inside the steel pipe P. The heat insulating material 12 is provided. According to this configuration, in the cooling process, the temperature decrease of the inner lid 11 is delayed by the heat insulating material 12 than the temperature decrease of the steel pipe P. Therefore, the shrinkage of the inner lid 11 is slower than the shrinkage of the steel pipe P, and an effect similar to so-called “shrink fitting” in which the inner lid 11 is tightened by the steel pipe P is obtained. When the steel pipe P reaches the martensite transformation start temperature, it expands by α transformation expansion, but the inner lid 11 in the shrink-fitted state follows the expansion of the steel pipe P while weakening its reaction force. Therefore, it is possible to suppress the intrusion of the refrigerant without dropping to the cooling end temperature (martensite transformation end temperature or room temperature).

内蓋11の外径が鋼管Pの内径に対して小さすぎると、上記の効果が十分に得られない。内蓋11の外径の下限は、好ましくは鋼管Pの内径の99%であり、さらに好ましくは鋼管Pの内径の99.5%である。内蓋11の外径の上限は、好ましくは鋼管Pの内径の99.7%である。   If the outer diameter of the inner lid 11 is too small with respect to the inner diameter of the steel pipe P, the above effects cannot be obtained sufficiently. The lower limit of the outer diameter of the inner lid 11 is preferably 99% of the inner diameter of the steel pipe P, and more preferably 99.5% of the inner diameter of the steel pipe P. The upper limit of the outer diameter of the inner lid 11 is preferably 99.7% of the inner diameter of the steel pipe P.

内蓋11は、鋼管Pよりも線膨張係数αの大きい材質で形成されていることが好ましい。この場合、加熱過程においても、内蓋11の熱膨張が鋼管Pの熱膨張よりも大きくなるため、内蓋11を鋼管Pの内面に密着させておくことができる。   The inner lid 11 is preferably formed of a material having a linear expansion coefficient α larger than that of the steel pipe P. In this case, since the thermal expansion of the inner lid 11 is larger than the thermal expansion of the steel pipe P even in the heating process, the inner lid 11 can be kept in close contact with the inner surface of the steel pipe P.

外蓋14は、内蓋11や断熱材12に冷媒が直接接触するのを抑制する。外蓋14は、冷媒と直接接触するため、大きく熱変形する場合がある。しかし、変形によって生じた隙間から冷媒が浸入しても、より内部への浸入は内蓋11によって抑制される。また、断熱材12が多孔質体や繊維であれば、少量の冷媒は吸収することができる。なお、冷媒を吹き付ける角度等によっては、管端蓋1は外蓋14を備えていなくてもよい。   The outer lid 14 prevents the refrigerant from coming into direct contact with the inner lid 11 and the heat insulating material 12. Since the outer lid 14 is in direct contact with the refrigerant, it may be largely thermally deformed. However, even if the refrigerant enters from the gap generated by the deformation, the inner lid 11 is further suppressed from entering the inside. Moreover, if the heat insulating material 12 is a porous body or a fiber, a small amount of refrigerant can be absorbed. The tube end lid 1 may not include the outer lid 14 depending on the angle at which the coolant is blown.

本実施形態による鋼管の製造方法は、鋼管が角型鋼管の場合にも適用可能である。この場合、内蓋11、断熱材12、外蓋14の平面形状を矩形にすればよい。   The method for manufacturing a steel pipe according to the present embodiment can also be applied when the steel pipe is a square steel pipe. In this case, the planar shape of the inner lid 11, the heat insulating material 12, and the outer lid 14 may be rectangular.

以上、本発明の一次実施形態による管端蓋1、及び管端蓋1を用いた鋼管の製造方法を説明した。本実施形態によれば、取付けが容易で、熱処理中の脱落を防ぐことができる管端蓋が得られる。また、この管端蓋を用いて鋼管を製造することで、鋼管の曲がりを抑制することができる。   In the above, the pipe end cover 1 by the primary embodiment of this invention and the manufacturing method of the steel pipe using the pipe end cover 1 were demonstrated. According to this embodiment, a tube end lid that can be easily attached and can be prevented from falling off during heat treatment is obtained. Moreover, the bending of a steel pipe can be suppressed by manufacturing a steel pipe using this pipe end cover.

[第2の実施形態]
図6は、本発明の第2の実施形態による管端蓋2の構成を示す分解斜視図である。図7は、管端蓋2を鋼管Pに取付けた状態を示す断面図である。管端蓋2は、管端蓋1の構成に加えて、鋼管Pの内側であって内蓋11よりも鋼管Pの管端に近い位置に配置され、内蓋11に連結された中蓋17をさらに備えている。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is an exploded perspective view showing the configuration of the tube end lid 2 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the pipe end lid 2 is attached to the steel pipe P. In addition to the structure of the tube end lid 1, the tube end lid 2 is disposed inside the steel pipe P and at a position closer to the tube end of the steel pipe P than the inner lid 11, and is connected to the inner lid 11. Is further provided.

中蓋17は、鋼管Pの内側に配置できるように、鋼管Pの内径よりも外径が少し小さい円板形状を有している。中蓋17は、鋼管Pよりも線膨張係数αが大きい材質で形成されていることが好ましい。中蓋17の材質は、例えばステンレスである。中蓋17は、主に作業性の観点から、薄い方が好ましい。中蓋17の厚さは、好ましくは20mm以下であり、さらに好ましくは10mm以下である。   The inner lid 17 has a disk shape whose outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the steel pipe P so that it can be arranged inside the steel pipe P. The inner lid 17 is preferably formed of a material having a linear expansion coefficient α larger than that of the steel pipe P. The material of the inner lid 17 is stainless steel, for example. The inner lid 17 is preferably thin, mainly from the viewpoint of workability. The thickness of the inner lid 17 is preferably 20 mm or less, and more preferably 10 mm or less.

中蓋17は、その中心に連結ねじ15aを通すための貫通孔17aを有している。中蓋17は、内蓋に近い側の外径が管端に近い側の外径よりテーパ状に小さくなる形状としている。貫通孔17aに連結ねじ15aを通し、ナット15cを締め付けることによって、中蓋17は、内蓋11に近づく方向に移動する。   The inner lid 17 has a through hole 17a through which the connecting screw 15a is passed. The inner lid 17 has a shape in which the outer diameter on the side close to the inner lid is smaller than the outer diameter on the side near the pipe end. By passing the connecting screw 15 a through the through hole 17 a and tightening the nut 15 c, the inner lid 17 moves in a direction approaching the inner lid 11.

管端蓋2ではさらに、中蓋17を内蓋11側に移動させることにより、ステー13が鋼管Pの径方向外側に広がるように構成されている。本実施形態では、具体的には、1つのステー13の第1部分13aと、これに対向するステー13の第1部分13aとの間隔よりも、中蓋17の外径の方が大きくなるように構成されている。   Further, the tube end lid 2 is configured such that the stay 13 extends outward in the radial direction of the steel pipe P by moving the inner lid 17 to the inner lid 11 side. In the present embodiment, specifically, the outer diameter of the inner lid 17 is larger than the distance between the first portion 13a of one stay 13 and the first portion 13a of the stay 13 opposed thereto. It is configured.

この構成によれば、ナット15cを締め付けることによって、中蓋17が内蓋11に近づく方向に移動するとともに、ステー13が鋼管Pの径方向外側に広がり、ステー13と鋼管Pの内面との間に接触反力が生じる。これによって、鋼管Pと管端蓋2とをより強固に固定することができる。   According to this configuration, by tightening the nut 15 c, the inner lid 17 moves in a direction approaching the inner lid 11, and the stay 13 extends outward in the radial direction of the steel pipe P, and between the stay 13 and the inner surface of the steel pipe P. Contact reaction force is generated. Thereby, the steel pipe P and the pipe end lid 2 can be more firmly fixed.

中蓋17はまた、鋼管Pと外蓋14との隙間から浸入した冷媒がさらに内部へ浸入するのを防ぐ役割も果たす。   The inner lid 17 also serves to prevent the refrigerant that has entered from the gap between the steel pipe P and the outer lid 14 from entering further inside.

中蓋17は、鋼管Pよりも線膨張係数αの大きい材質で形成されていることが好ましい。この場合、加熱過程においても、中蓋17の熱膨張が鋼管Pの熱膨張よりも大きくなるため、ステー13と鋼管Pの内面との間に接触反力を生じさせておくことができる。   The inner lid 17 is preferably formed of a material having a linear expansion coefficient α larger than that of the steel pipe P. In this case, since the thermal expansion of the inner lid 17 is larger than the thermal expansion of the steel pipe P even in the heating process, a contact reaction force can be generated between the stay 13 and the inner surface of the steel pipe P.

本実施形態では、中蓋17は、断熱材12と外蓋14との間に配置されている。しかし、中蓋17は、内蓋11と断熱材12との間に配置されていてもよい。すなわち、管端蓋2は、中蓋17を取付けた後、断熱材12を固定する構成であってもよい。   In the present embodiment, the inner lid 17 is disposed between the heat insulating material 12 and the outer lid 14. However, the inner lid 17 may be disposed between the inner lid 11 and the heat insulating material 12. That is, the tube end lid 2 may be configured to fix the heat insulating material 12 after the inner lid 17 is attached.

本実施形態においても、冷媒を吹き付ける角度等によっては、管端蓋2は外蓋14を備えていなくてもよい。また、本実施形態による鋼管の製造方法も、鋼管が角型鋼管の場合にも適用可能である。   Also in the present embodiment, the tube end lid 2 may not include the outer lid 14 depending on the angle at which the refrigerant is blown. Moreover, the manufacturing method of the steel pipe by this embodiment is applicable also when a steel pipe is a square steel pipe.

[第3の実施形態]
図8は、本発明の第3の実施形態による管端蓋3の構成を示す分解斜視図である。図9は、管端蓋3を鋼管Pに取付けた状態を示す断面図である。管端蓋3は、管端蓋2の構成に加えて、ステー13の各々に固定され、内蓋11に近づく方向に向かって厚さが大きくなるテーパ部材18をさらに備えている。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is an exploded perspective view showing the configuration of the tube end lid 3 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the pipe end lid 3 is attached to the steel pipe P. In addition to the configuration of the tube end lid 2, the tube end lid 3 is further provided with a taper member 18 that is fixed to each of the stays 13 and increases in thickness in a direction approaching the inner lid 11.

本実施形態のテーパ部材18は、より具体的には、断面が垂直三角形の三角柱の形状を有し、テーパを設けた面と反対側の面が、ステー13に溶接されている。テーパ部材18の具体的な形状は、図8及び図9に示すものに限定されない。テーパ部材は例えば、テーパを設けた面が曲面であってもよい。   More specifically, the taper member 18 of the present embodiment has a triangular prism shape whose section is a vertical triangle, and the surface opposite to the surface on which the taper is provided is welded to the stay 13. The specific shape of the taper member 18 is not limited to that shown in FIGS. For example, the tapered member may have a curved surface.

本実施形態によれば、テーパ部材18によって、ステー13と鋼管Pの内面との間に生じる接触反力をより大きくすることができる。これによって、鋼管Pと管端蓋3とをより強固に固定することができる。   According to the present embodiment, the contact reaction force generated between the stay 13 and the inner surface of the steel pipe P can be further increased by the taper member 18. Thereby, the steel pipe P and the pipe end lid 3 can be more firmly fixed.

本実施形態においても、冷媒を吹き付ける角度等によっては、管端蓋3は外蓋14を備えていなくてもよい。また、本実施形態による鋼管の製造方法も、鋼管が角型鋼管の場合にも適用可能である。   Also in the present embodiment, the tube end lid 3 may not include the outer lid 14 depending on the angle at which the coolant is blown. Moreover, the manufacturing method of the steel pipe by this embodiment is applicable also when a steel pipe is a square steel pipe.

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。なお、この実施例は本発明を限定するものではない。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated more concretely. In addition, this Example does not limit this invention.

[内面冷却の影響調査]
鋼管の内面冷却の影響を有限要素法(FEM)による数値解析によって調査した。図10は、鋼管の内面の熱伝達率(外面の熱伝達率hに対する比)と鋼管内面の残留引張応力との関係を示すグラフである。図10に示すとおり、内面の熱伝達率が外面の熱伝達率の50%となるとき、最も高い引張応力が発生する。内面の熱伝達率を外面と同等(100%)にすると応力は圧縮になるが、これは鋼管の内面を均一に冷却するという条件での結果である。
[Investigation of the effect of internal cooling]
The effect of cooling the inner surface of the steel pipe was investigated by numerical analysis using the finite element method (FEM). FIG. 10 is a graph showing the relationship between the heat transfer coefficient of the inner surface of the steel pipe (ratio to the heat transfer coefficient h of the outer surface) and the residual tensile stress of the inner surface of the steel pipe. As shown in FIG. 10, the highest tensile stress is generated when the heat transfer coefficient of the inner surface is 50% of the heat transfer coefficient of the outer surface. When the heat transfer coefficient of the inner surface is equal to that of the outer surface (100%), the stress becomes compressive, but this is a result of cooling the inner surface of the steel pipe uniformly.

図11に示すように、実際には鋼管Pの底部に冷媒Cが滞留し、円周方向に不均一な熱応力が生じていると考えられる。そこで、鋼管横断面をモデル化し、冷媒が滞留している部分の熱伝達率を外面と同等、それ以外の部分を空冷とした条件で残留応力を計算した。結果を図12に示す。図12に示すように、冷媒有無の境界部分で高い引張応力が発生することが分かった。   As shown in FIG. 11, it is considered that the refrigerant C actually stays at the bottom of the steel pipe P, and uneven thermal stress is generated in the circumferential direction. Therefore, the steel pipe cross section was modeled, and the residual stress was calculated under the condition that the heat transfer coefficient of the portion where the refrigerant stays is equal to the outer surface and the other portions are air-cooled. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 12, it was found that high tensile stress was generated at the boundary portion with or without the refrigerant.

[溶接蓋の検討]
次に、管端に蓋を溶接した場合の影響を、同じく数値解析によって調査した。数値解析では、鋼管外面付近の節点と、同位置にある蓋の節点とを結合拘束することによって溶接接合を模擬した。この場合の発生応力は369MPaであった。これに対し、結合拘束条件を解除すると、応力は344MPaまで低下した。このことから、溶接による拘束が応力を高める方向に作用することが分かった。さらに、溶接金属の材料特性をパラメータとして与えた場合、応力は422MPaまで上昇した。このことから、脆弱な溶接金属が割れの基点となることが示唆された。
[Examination of welding lid]
Next, the effect of welding a lid to the pipe end was also investigated by numerical analysis. In the numerical analysis, welding joint was simulated by constraining the joint near the outer surface of the steel pipe and the joint of the lid at the same position. The generated stress in this case was 369 MPa. On the other hand, when the binding constraint condition was released, the stress decreased to 344 MPa. From this, it was found that the restraint by welding acts in the direction of increasing the stress. Furthermore, when the material properties of the weld metal were given as parameters, the stress increased to 422 MPa. This suggests that fragile weld metal is the starting point for cracking.

[断熱材の効果の検討]
第1の実施形態の管端蓋1に準じた管端蓋(外面蓋14を除く)の構成を想定して、FEMによる数値解析を行い、冷却過程で鋼管と管端蓋との間に生じる間隙の大きさ等を計算した。図13に、数値計算で使用したモデルを示す。解析は鋼管、内蓋、断熱材から構成される二次元対象モデルを適用し、初期温度900℃から所定時間内の温度及び変形を計算した。条件は下記のとおりである。比較例として、断熱材を用いない場合の計算を実施した。
・鋼管材料 :0.5%C−1.0%Cr−0.7%Mo−0.015%Ti−0.002%B鋼
・鋼管寸法 :Φ426mm×t30mm×L2000mm
・蓋寸法 :Φ366mm×t10mm(鋼管と同材質)
・断熱材 :Φ366mm×t10mm(セラミック系耐熱性断熱材)
・初期温度 :900℃(加熱炉設定温度)
・水冷時間 :鋼管外面及び断熱材外面を水冷
・冷却熱伝達率:実測値から同定
[Examination of the effect of insulation]
Assuming the configuration of a tube end lid (excluding the outer surface lid 14) according to the tube end lid 1 of the first embodiment, a numerical analysis is performed by FEM, and occurs between the steel pipe and the tube end lid in the cooling process. The size of the gap was calculated. FIG. 13 shows a model used in the numerical calculation. In the analysis, a two-dimensional object model composed of a steel pipe, an inner lid, and a heat insulating material was applied, and the temperature and deformation within a predetermined time were calculated from an initial temperature of 900 ° C. The conditions are as follows. As a comparative example, calculation was performed when no heat insulating material was used.
Steel pipe material: 0.5% C-1.0% Cr-0.7% Mo-0.015% Ti-0.002% B steel Steel pipe dimensions: Φ426mm x t30mm x L2000mm
・ Lid dimensions: Φ366mm × t10mm (same material as steel pipe)
・ Insulating material: Φ366mm × t10mm (ceramic heat-resistant insulating material)
-Initial temperature: 900 ° C (heating furnace set temperature)
・ Water cooling time: Water cooling / cooling heat transfer coefficient of steel pipe outer surface and heat insulating material outer surface: identified from measured values

図14は、間隙量の時間変化を示すグラフである。図15は、管端及び蓋の温度の時間変化を示すグラフである。断熱材がない場合、冷却開始と同時に間隙が発生し始め、冷却開始後25秒後に1.6mm開口する。このときの様子を温度分布とともに図16に示す。これは、肉厚の薄い内蓋が短時間で温度低下し、熱収縮するためである。   FIG. 14 is a graph showing the change over time in the gap amount. FIG. 15 is a graph showing changes in temperature of the tube end and the lid over time. When there is no heat insulating material, a gap begins to be generated simultaneously with the start of cooling, and opens 1.6 mm 25 seconds after the start of cooling. The state at this time is shown in FIG. 16 together with the temperature distribution. This is because the inner cover with a small thickness drops in temperature in a short time and heat shrinks.

一方、断熱材がある場合、冷却開始後100秒まで間隙は生じない。このときの様子を温度分布とともに図17に示す。断熱材がある場合でも、鋼管がマルテンサイト変態によって膨張するため、100秒後以降では間隙が生じる。しかし、この時刻においては、焼割れの起点となり易い管端部の温度は180℃まで低下しており、マルテンサイト変態終了温度(当該材料では約200℃)以下となっているので焼割れは生じない。   On the other hand, when there is a heat insulating material, no gap occurs until 100 seconds after the start of cooling. The state at this time is shown in FIG. 17 together with the temperature distribution. Even when there is a heat insulating material, the steel pipe expands due to the martensitic transformation, so that a gap occurs after 100 seconds. However, at this time, the temperature at the end of the tube, which is likely to be the starting point of fire cracking, has dropped to 180 ° C. and is below the martensite transformation end temperature (about 200 ° C. for the material), so that fire cracking occurs. Absent.

この結果より、断熱材を用いることで、内蓋の脱落を防止できるとともに、内面に冷却水が浸入するのを防いで曲がりや焼割れを抑制できることが確認された。なお、ここでの検討では内蓋及び断熱材の厚さをともに10mmとしたが、これらの厚さや鋼管の寸法が異なれば、間隙を生じるタイミングや間隙量も変化する。最適な内蓋の厚さや断熱材の厚さは、数値計算によって求めることができる。   From this result, it was confirmed that by using the heat insulating material, it is possible to prevent the inner lid from falling off and to prevent the cooling water from entering the inner surface and to suppress the bending and the cracking. In the examination here, the thickness of the inner lid and the heat insulating material are both 10 mm. However, if the thickness and the dimensions of the steel pipe are different, the timing and the amount of the gap are also changed. The optimum thickness of the inner lid and the thickness of the heat insulating material can be obtained by numerical calculation.

[防水性能評価試験]
第3の実施形態の管端蓋3に準じた構成の管端蓋を作製し、ラボ試験設備を用いて防水性能評価試験を実施した。対象鋼管として、Φ356mm×t21mm×L2000mmの炭素鋼管を使用した。
[Waterproof performance evaluation test]
A tube end lid having a configuration similar to that of the tube end lid 3 of the third embodiment was produced, and a waterproof performance evaluation test was performed using a laboratory test facility. As the target steel pipe, a carbon steel pipe of Φ356 mm × t21 mm × L2000 mm was used.

試験の概要を図18に示す。鋼管Pの先端側に管端蓋3を装着し、加熱炉Qで950℃まで加熱・均熱後、水冷リングR設置位置まで速やかに搬送して定位置に留め、蓋装着部を170秒間水冷した。水冷リングRからの冷媒供給量は50m/hrとした。管端蓋3を装着した鋼管Pの先端部で冷却水の浸入があれば鋼管Pの後端部から流出する。当試験において、冷却時間内での水漏れは発生せず、管端蓋3の防水機能が満足できるものであることを確認した。 The outline of the test is shown in FIG. A pipe end lid 3 is attached to the tip side of the steel pipe P, heated and soaked to 950 ° C. in the heating furnace Q, quickly transported to the installation position of the water cooling ring R, and kept in place, and the lid attachment part is water cooled for 170 seconds. did. The amount of refrigerant supplied from the water-cooled ring R was 50 m 3 / hr. If cooling water enters at the front end of the steel pipe P to which the pipe end lid 3 is attached, the steel pipe P flows out from the rear end. In this test, it was confirmed that water leakage did not occur within the cooling time and the waterproof function of the tube end lid 3 was satisfactory.

[耐衝撃試験]
鋼管は、前工程から製造ラインを搬送され、加熱炉挿入口に到達する。図19は、鋼管の搬送の状況を模式的に示す図である。搬送の過程において、鋼管PはキッカーKによって持ち上げられた後、傾斜レールL上を転動し、ストッパーSで停止する。Φ356mm×t21mm×L12000mmの鋼管の管端に、管端蓋3を装着し、鋼管搬送時の耐衝撃性能を実搬送ラインで確認した。数回の衝撃テストの結果、管端蓋3が脱落することがないことを確認した。熱処理ラインで鋼管に最も大きな衝撃が加わるのはこの段階であり、これ以降の処理過程では衝撃は加わらない。
[Shock resistance test]
The steel pipe is conveyed through the production line from the previous process and reaches the heating furnace insertion port. FIG. 19 is a diagram schematically showing the state of conveyance of the steel pipe. In the process of conveyance, after the steel pipe P is lifted by the kicker K, it rolls on the inclined rail L and stops at the stopper S. The pipe end lid 3 was attached to the pipe end of a steel pipe of Φ356 mm × t21 mm × L12000 mm, and the impact resistance performance at the time of carrying the steel pipe was confirmed with an actual carrying line. As a result of several impact tests, it was confirmed that the tube end cap 3 did not fall off. It is at this stage that the greatest impact is applied to the steel pipe in the heat treatment line, and no impact is applied in the subsequent processing.

以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。   The embodiment of the present invention has been described above. The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

1,2,3 管端蓋
11 内蓋
12 断熱材
13 ステー(接続部材)
14 外蓋
15a 連結ねじ
15b,15c ナット
16 ねじ
17 中蓋
18 テーパ部材
1, 2, 3 Tube end cover 11 Inner cover 12 Heat insulation material 13 Stay (connection member)
14 outer lid 15a connecting screw 15b, 15c nut 16 screw 17 inner lid 18 taper member

Claims (6)

鋼管の管端に取付ける管端蓋であって、
前記鋼管の内側に配置される内蓋と、
前記鋼管の内側であって前記内蓋よりも前記鋼管の管端に近い位置に配置される断熱材と、
前記鋼管の端面と前記内蓋とを接続して一定の距離に保持する接続部材とを備える、管端蓋。
A pipe end lid attached to the pipe end of a steel pipe,
An inner lid disposed inside the steel pipe;
A heat insulating material disposed inside the steel pipe and at a position closer to the pipe end of the steel pipe than the inner lid;
A pipe end cover, comprising: a connection member that connects an end surface of the steel pipe and the inner lid and holds the steel pipe at a predetermined distance.
請求項1に記載の管端蓋であって、
前記鋼管の内側であって前記内蓋よりも前記鋼管の管端に近い位置に配置され、前記内蓋に連結された中蓋をさらに備え、
前記中蓋を前記内蓋に近づく方向に移動させることにより、前記接続部材が前記鋼管の径方向外側に広がるように構成されている、管端蓋。
The tube end cap according to claim 1,
An inner lid connected to the inner lid, the inner lid being disposed at a position closer to the pipe end of the steel pipe than the inner lid inside the steel pipe;
A tube end cover configured to move the inner lid in a direction approaching the inner lid so that the connection member extends radially outward of the steel pipe.
請求項2に記載の管端蓋であって、
前記接続部材に固定され、前記内蓋に近づく方向に向かって厚さが大きくなるテーパ部材をさらに備える、管端蓋。
The tube end cap according to claim 2,
A tube end lid, further comprising a taper member fixed to the connection member and having a thickness that increases in a direction approaching the inner lid.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の管端蓋であって、
前記鋼管の端面に隣接するように配置される外蓋をさらに備える、管端蓋。
The tube end cap according to any one of claims 1 to 3,
A tube end lid further comprising an outer lid disposed so as to be adjacent to an end surface of the steel pipe.
素管を準備する工程と、
前記素管の管端の少なくとも一方に、請求項1〜4のいずれか一項に記載の管端蓋を取付ける工程と、
前記管端蓋が取り付けられた素管を焼入れする工程とを備える、鋼管の製造方法。
Preparing a tube;
The process of attaching the pipe end lid according to any one of claims 1 to 4 to at least one of the pipe ends of the raw pipe;
Quenching the raw pipe to which the pipe end lid is attached.
請求項5に記載の鋼管の製造方法であって、
前記内蓋の線膨張係数が、前記鋼管の線膨張係数よりも大きい、鋼管の製造方法。
It is a manufacturing method of the steel pipe according to claim 5,
A method for producing a steel pipe, wherein the inner cover has a linear expansion coefficient larger than that of the steel pipe.
JP2017142996A 2017-07-24 2017-07-24 Pipe end lid and method of manufacturing steel pipe using it Active JP6859886B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017142996A JP6859886B2 (en) 2017-07-24 2017-07-24 Pipe end lid and method of manufacturing steel pipe using it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017142996A JP6859886B2 (en) 2017-07-24 2017-07-24 Pipe end lid and method of manufacturing steel pipe using it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019023332A true JP2019023332A (en) 2019-02-14
JP6859886B2 JP6859886B2 (en) 2021-04-14

Family

ID=65368871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017142996A Active JP6859886B2 (en) 2017-07-24 2017-07-24 Pipe end lid and method of manufacturing steel pipe using it

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6859886B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP6859886B2 (en) 2021-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100489123C (en) Method and apparatus for continuous heat treatment for long bar by inducted heating
JP5252131B2 (en) Hardening method of steel pipe
JP2008274433A (en) Method and apparatus for continuously processing long bar by heat treatment using induction heating
JP6587993B2 (en) Steel wire for spring and manufacturing method thereof
JP5041282B2 (en) Method for producing martensitic stainless steel pipe
JP6859886B2 (en) Pipe end lid and method of manufacturing steel pipe using it
CN105648195B (en) A kind of method for improving thermal treatment quality after P91, P92 high-temperature pipe site welding
JP7206966B2 (en) PIPE END CAP AND METHOD FOR MANUFACTURING STEEL PIPE USING IT
JP6575165B2 (en) Quenching device and steel pipe manufacturing method
JP2018009228A (en) Method for producing steel pipe and quenching device
JP6863158B2 (en) Pipe end lid and method of manufacturing steel pipe using it
JP2016079428A (en) Support tool for heat treatment
JP5504646B2 (en) Method of soaking and diffusion treatment of steel
JP2011006771A (en) Cooling method for preventing quenched crack at quenching time while shifting bar steel
JP4586593B2 (en) Steel pipe cooling method
KR100589982B1 (en) homogenizing furnace for heating successively
JPS5852428A (en) Heat treatment for improving stress of shaft
JPS6396220A (en) Quenching method for steel pipe
JP4455274B2 (en) Heat treatment method for thin steel pipe
JP6604843B2 (en) Mold cooling apparatus and method
SU1315487A1 (en) Method for cyclic heat treatment of medium-carbon and low-alloy steels
Mikhaylov et al. Possible causes of crack formation in the VPT-1400 lens compensator of the turbine unit
Alkali et al. Influence of preheat flux on the microstructure of 304 stainless steel
JPH0211724A (en) Method for preventing of hardening cracks at the time of subjecting steel tube to immersion hardening
JPS62124226A (en) Heat treatment of metal tube

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200304

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201020

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201021

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201109

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210309

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6859886

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151