JP3746949B2 - エルボ管の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、石油精製、天然ガスなどの分野で使用され、内面が腐食環境に晒される圧力容器等のエルボ管の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油精製、天然ガスなどの分野で使用される配管類は、内面が腐食環境に晒されるため、高い耐食性が要求される。このため、低合金鋼からなる管の内面に耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼等を肉盛溶接する方法が採られている。
また、配管は直管の他に、配置位置によってはエルボ管が必要になる。エルボ管は、図３、４に示すように、楕円筒形の粗形直管１０を使用し、これを成型加工することによって所望形状のエルボ管１１として得ることができる。具体的には、図５に示すように、低合金鋼等からなる粗形直管１０を９００℃前後に加熱、保持後、大気中に取り出す。この粗形直管１０内に中子１２を挿入してプレス（図示しない）による熱間成形を行い、中子１２の表面形状の曲率に合わせて粗形直管１０に曲げ加工した後、室温まで冷却する。その後、得られたエルボ管１１の内側に溶接トーチ１３を配置して、管内面に低コストで溶接を行うことができる帯状電極肉盛溶接、フラックスコアードアーク溶接等によりステンレス鋼の肉盛溶接層１４を形成して耐食性を確保している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の製造方法により得られるエルボ管は、熱間成形後、内面手入れなどを行った後に肉盛溶接を行っており、作業に手間がかかる上に、肉盛溶接の作業性が悪く（管の形状制約のため下向きの溶接姿勢の維持に制限がある）、内面全面に渡って安定した肉盛厚さ、溶接部性状を得ることが難しかった。
そこで本発明者らは、比較的溶接作業が容易な状態にある、熱間成形前に肉盛溶接することも考慮したが、肉盛溶接後の熱間成形時に、母材と肉盛溶接層との変形抵抗の相違により肉盛溶接層に割れなどの欠陥が生じ易いなどの問題がある。
【０００４】
この発明は上記のような従来の課題を解決するためになされたものであり、成形時の溶接部割れを招くことなく、下向きの溶接姿勢が取れる粗形管内面の肉盛溶接施工を可能にし、よって安定した肉盛り厚さ、溶接部性状を有する溶接層を有するエルボ管が得られる製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のエルボ管の製造方法のうち第１の発明は、内面に肉盛溶接層を形成したエルボ管の製造方法において、粗形管の内面にＴＩＧ溶接によってオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛溶接層を形成した後、該粗形管に維持温度を８００℃以上にして熱間曲げ成形加工を０．０１／秒以下の歪み速度で施すことを特徴とする。
【０００６】
第２の発明のエルボ管の製造方法は、第１の発明において、前記熱間曲げ加工は、楕円筒形の粗形直管内に中子を挿入したプレスにより行うことを特徴とする。 第３の発明のエルボ管の製造方法は、第１または第２の発明において、前記オーステナイト系ステンレス鋼が安定化ステンレス鋼であることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、特定の性質に関し比較的劣っている管（母材）の内面に、該性質が優れる肉盛溶接層が形成されたエルボ管を製造する方法に関するものである。ここでいう特定の性質は、エルボ管が適用される用途によっても異なるが、代表的には耐食性が挙げられる。また管に用いられる材料としては、適用する用途において求められる特性（強度等）から適宜選定される。例えば、石油精製、天然ガスなどの分野で使用されることを前提にすれば管の材料として低合金鋼を用いたものが挙げられ、また同用途においては高い耐食性が要求されることから肉盛溶接層には耐食性に優れたステンレス鋼を用いたものが挙げられる。この肉盛用のステンレス鋼としては、Ｎｂ、Ｔｉなどを含むＪＩＳ ３４７系ステンレス鋼やＪＩＳ ３２１系ステンレス鋼等の安定化ステンレス鋼を代表的に例示することができる。
またエルボ管の形状は、想定される使用場所等によっても異なるものであり、本発明としては特定の形状に限定されない。また、エルボ管の成形前の粗材である粗形管は、エルボ管の形状、成形の内容によってその形状が定まる。要は、最終的な熱間成形加工前の形状のものをいう。通常は直管またはこれに近い形状を有する。
【０００８】
上記粗形管は、成形前にＴＩＧ溶接によって内面に肉盛溶接を施すが、この際の溶接条件は本発明としては特に限定されるものではなく、肉盛溶接層の厚さも適宜選定することができる。但し、肉盛溶接層の均一化を図るため、好適には溶接トーチを下向きに固定して溶接の施工を行う。この際には、粗形管を回転させつつ溶接を行うことによって粗形管の内周面の全面に渡って安定した肉盛厚さ、溶接部性状を有する肉盛溶接層を形成することができる。
なおＴＩＧ溶接法は、溶接部の溶け込みが他の溶接プロセスに比べて少なく、溶接金属部のガス成分も低いために高い延性を有する肉盛溶接層を得ることができる。
【０００９】
上記により肉盛溶接層を形成した粗形管は、熱間成形に備えて加工温度にまで加熱される。この時の加熱温度は、管の材質、肉盛溶接層の材質によっても異なるが、熱間加工に適した温度以上に加熱する。また、肉盛溶接層の溶接材料としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いている場合には、熱間成形時の材料温度が８００℃以上に維持されるようにするのが望ましい。これはステンレス鋼の肉盛溶接層では、肉盛溶接層の変形抵抗がひずみ速度に大きく依存する８００℃以上の温度で成形加工を行うことにより、肉盛溶接層での割れ等の欠陥の発生を歪み速度の調整等の成形条件によって防止することを可能とするものであり、そのために、歪み速度はできるだけ小さいものとする。例えば歪み速度を０．０１／ｓｅｃ以下とするのが望ましい。
なお、上記の維持温度は、加熱炉内での加熱、大気中取り出し後、熱間成形完了までの時間によりコントロールが可能であり、品質のばらつきを抑えることも容易である。ただし、本発明としては上記温度の維持方法は特に限定されるものではない。ここで、上記維持温度が８００℃未満になると、歪み速度を小さくしても変形抵抗の低下は少なく、よって歪み速度の調整による割れ等の発生の防止効果が小さくなる。
【００１０】
粗形管は上記のように所定の温度に加熱された後、所望のエルボ形状に熱間成形加工される。この加工の方法、内容は本発明としては特に限定されるものではなく、従来法と同様に中子を用いてプレス曲げ加工をする方法を採用するものであってもよい。
そして熱間成形加工においては、肉盛溶接層の延性が良好であることから肉盛溶接層での割れの発生が極力防止される。特に肉盛溶接層がステンレス鋼であって維持温度が上記のように８００℃以上に維持されている場合には、加工時の歪み速度を小さくすることによって肉盛溶接層の変形抵抗を顕著に小さくでき、よって母材との変形抵抗差を小さくして肉盛溶接層での割れの発生をより効果的に防止することができる。したがって、熱間成形後においても、肉盛溶接層は良好な性状を維持しており、所期の特性を十分に発揮することができる。
また、上記ステンレス鋼として、Ｎｂ、Ｔｉなどを含む３４７、３２１系ステンレス鋼等の安定化ステンレス鋼を用いる場合には、熱間成形時に８００℃以上に維持することによって肉盛溶接層がオーステナイト温度まで加熱、保持され、その後の空冷によって安定化熱処理を施すことになり、耐食性確保、σ脆化防止の観点から有利になるという効果もある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図１、２に基づいて説明する。
従来用いられている粗形直管と同形状の低合金鋼製粗形直管１を用意し、また、溶接材料としてＪＩＳ３０９および３４７オーステナイトステンレス鋼溶接材料を用意する。上記粗形直管１を図示しない回転ステージに設置し、粗形直管１の内部にＴＩＧ溶接トーチ２を下向きに配置する。次いで、トーチ２を下向き姿勢に維持したままで、粗形直管１を回転ステージによって回転させつつ上記溶接材料を用いてＴＩＧ溶接により粗形直管１の内面に肉盛溶接を行う。得られた肉盛溶接層３は、全体に肉盛厚さおよび性状が安定しており、溶接作業も効率よく行うことができる。
【００１２】
肉盛溶接層３を形成した粗形直管１は、その後９００℃に加熱、保持後、大気中に取り出し、中子４を粗形直管１内に挿入して図示しないプレスによる熱間成形を行い、中子４の曲率に合わせて曲げ加工を行った後、室温まで空冷する。この熱間成形の間は、粗形直管１の温度は８００℃以上に維持されている。
上記により内面に肉盛溶接層３ａが形成されたエルボ管５が得られる。肉盛溶接層３ａは、上記熱間成形加工によっても割れ等の発生はなく、所期の優れた耐食性が確保されている。また、熱間成形加工時の加熱およびその後の空冷によって肉盛溶接層３ａで安定化熱処理と同様の組織変化が生じている。
上記エルボ管は、従来法に比べ、作業効率よく製造することができ、また、本発明法によって得られたエルボ管は、肉盛溶接層が全体で均等に形成されていることから耐食性に関し従来法によって得られたエルボ管と同等以上の特性が得られている。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のエルボ管の製造方法によれば、粗形管の内面にＴＩＧ溶接によってオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛溶接層を形成した後、該粗形管に維持温度を８００℃以上にして熱間曲げ成形加工を０．０１／秒以下の歪み速度で施すので、作業工程が簡略化されるとともにエルボ管内面への肉盛溶接層の形成作業が容易になる。しかも形成される肉盛溶接層の厚さ、性状も内面全体で均等なものになり、肉盛溶接層での割れ等の発生も確実に防止されるという効果がある。
【００１４】
さらにＳＵＳ３４７などの安定化ステンレス鋼を溶接材料として用いると、溶接施工後、熱間成形時にオーステナイト化温度に加熱し、空冷する工程を経るのと同様になり安定化熱処理を施すと同じ効果があり、溶接金属中のσ相の析出による脆化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の製造過程を示す図である。
【図２】 図１のII部拡大断面図である。
【図３】 エルボ管の製造に用いる粗形直管の端面図および正面図である。
【図４】 エルボ管製造時の形状変化を示す斜視図である。
【図５】 従来のエルボ管の製造過程を示す図である。
【符号の説明】
１ 粗形直管
２ ＴＩＧ溶接トーチ
３ 肉盛溶接層
３ａ 肉盛溶接層
４ 中子
５ エルボ管

Claims (3)

1. 内面に肉盛溶接層を形成したエルボ管の製造方法において、粗形管の内面にＴＩＧ溶接によってオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛溶接層を形成した後、該粗形管に維持温度を８００℃以上にして熱間曲げ成形加工を０．０１／秒以下の歪み速度で施すことを特徴とするルボ管の製造方法。
2. 前記熱間曲げ加工は、楕円筒形の粗形直管内に中子を挿入したプレスにより行うことを特徴とする請求項１記載のエルボ管の製造方法。
3. 前記オーステナイト系ステンレス鋼が安定化ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１または２に記載のエルボ管の製造方法。

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