JPH01152217A

JPH01152217A - クラッド鋼管の熱処理装置

Info

Publication number: JPH01152217A
Application number: JP31044687A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Torigoe; 鳥越　猛
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1989-06-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、熱処理装置に関し、より具体的には８２３分
が多いサワー環境の油井等におけるラインパイプに使用
されるクラッド鋼管の熱処理装置に関するものである。

（従来の技術）近年の石油・天然ガス油井においては、井戸の深度が深
くなってきており、このため、塩素イオン、硫化水素ガ
ス等の腐食因子の増大や、温度、圧力の上昇を伴い、ま
た油井を回復するために炭酸ガス、海水等を井戸に圧入
することも行なわれる等、使用環境の苛酷化が著しい。

ここで使用されるラインパイプ材は、高温・高圧に耐え
る高い強度と、すぐれた耐食性が要請される。従来、こ
のパイプ材として、炭素鋼又は低合金鋼の単層管、オー
ステナイト系ステンレス鋼又はフェライトとオーステナ
イトの２相組織を有するステンレス鋼の単層管が使用さ
れている。しかし、炭素鋼や低合金鋼では耐食性に乏し
い、また、ラインパイプとして使用するにはパイプ連結
のために溶接工程が不可欠であることから、オーステナ
イト系ステンレス鋼では、溶接性を考慮して低炭素の材
料を選択せねばならず、従って、十分な強度が得られな
い、更に２相ステンレス鋼の場合でも、溶接時の熱影響
を受けて水素脆化が生じる等の問題のあることが最近に
なってわかってきている。

そこで、強度と耐食性の両特性を満足させるため、内側
をステンレス鋼、外側を炭素鋼又は低合金鋼によって形
成したいわゆるクラッド鋼管の使用が提案される。

ところで、炭素鋼、ステンレス鋼としての所定の材料特
性を発揮させるためには、これらの材料特性に合った熱
処理を行なうことが不可欠である。

即ち、炭素鋼又は低合金鋼に所定の強度及び靭性を付与
するためには、約９５０℃で加熱後焼入れ、約６００℃
での焼戻し、焼きならし等を行なう必要があり、一方、
ステンレス鋼の場合、所定の耐食性を付与するために、
約１０００〜１１５０℃に加熱後急冷し炭素分を基地中
に固溶させるいわゆる固溶化処理が必要である。

（解決しようとする問題点）しかし、このように熱処理条件が異なる一つの管体を、
加熱炉の中で適正な熱処理を施すことは至難である。即
ち、外層（炭素鋼）に合わせて熱処理条件を設定すると
、内Ｗｉ（ステンレス鋼）は炭化物の固溶状態が不十分
となって耐食性に乏しくなり、一方向層（ステンレス鋼
）に合わせて熱処理条件を設定すると、外層（炭素鋼）
は結晶粒が１■大化して強度及び靭性が不十分となる問
題があった。

そのため、ラインパイプ材としての使用にｆ＆適なりラ
ッド鋼管の普及が妨げられていた。

（問題点を解決する為の手段）このように、石油掘削産業においては、熱処理条件の異
なる異種材料から成る鋼管に適正な熱処理を施すことが
要請されている。

本発明は、かかる要請を満たしたクラッド鋼管の新規な
熱処理装置を提供するものである。

本発明に係るクラッド鋼管の熱処理装置は、中央部にク
ラッド鋼管の通路が形成され該通路内のクラッド鋼管を
外周面で略１０５０℃〜略１１００″Ｃ１内周面で略１
０３０℃〜略１０８０℃となるように急速加熱する高周
波加熱装Ｔｌ（２）と、加熱後のクラッド鋼管を強制的
に冷却するべく前記クラッド鋼管の通路へ向けて圧縮空
気の噴出ノズル（３３）を配設した冷却装置１！（３）
と、クラッド鋼管を前記高周波加熱装置（２）及び冷却
装置（３）に対して管軸方向に相対移動させる搬送装置
（４）とから構成されるものである。

尚、本発明の熱処理装置の対象とするクラッド鋼管は、
重重％にて、Ｎｉ：１％以下を含有し、炭素当量値が０
．４３％以下、残部実質的にＦｅからなる炭素鋼又は低
合金鋼の外層と、オーステナイト系ステンレス鋼又はフ
ェライト−オーステナイト２相ステンレス鋼の内層とか
ら構成されるものである。

（作　用）本発明の熱処理装置を用いた熱処理工程に於いて、搬送
装置（４）の駆動により、クラッド鋼管（１）は加熱装
置（２）の内側を通過して、クラッド鋼管の肉厚部の温
度が、外側表面で１０５０〜１１００℃、内側表面で１
０３０〜１０８０℃となるように急速加熱され、更に加
熱後、冷却装置（３）のノズル（３３）から噴出される
圧縮空気によって、クラッド鋼管の内側から肉厚部を強
制的に冷却される。

この結果、クラッド鋼管（１）の外層（１１）及び内Ｎ
Ｉ（１２）は、前述の夫々に適切な条件で熱処理が施さ
れることになる。尚、内層（１２）は、加熱装置（２）
によって加熱された直後、冷却装置（３）から圧縮空気
を直接に受けて急速に冷却され、適正な固溶化処理が施
される。

（発明の効果）本発明の熱処理装置を、所定成分の外層及び内層から成
るクラッド鋼管の熱処理に適用することによって、所望
の強度、靭性、耐食性を実現することが出来る。

（実施例）第１図乃至第３図は本発明に係る熱処理装置の一実施例
を示している。

クラッド鋼管（１）は、遠心力鋳造法により製造され、
外層（１１）は炭素鋼又は低合金鋼から形成され、内層
（１２）はオーステナイト系ステンレス鋼又はフェライ
ト−オーステナイト２相ステンレス鋼から形成される。

尚、外層（１１）の材料としては、例えば、Ｃ：０．１
（３％以下、Ｓ　ｉ＋０．４５％以下、Ｍｎ：　１．５
０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：０．２５％以下
、Ｍｏ：０．３０％以下、Ｖ：０．１０％以下、残部Ｆ
ｅ及び不可避の不純物からなるものが挙げられる。又、
内層（１２）の材料として、例えばオーステナイト系ス
テンレス鋼、フェライト−オーステナイト２相ステンレ
ス鋼が挙げられる。

クラッド鋼管（１）のサイズは、外径１６８．３＋ａｍ
、肉厚１５ｎｖ＋（外層１１１６１１１、内層４＋ａｍ
）、長さ略６ｍである。尚、肉厚は２５．４＋ｏｎ以下
、外径については略９０＋ｎ１１１〜３００１ｏｒｎの
ものが適用可能である。

第１図に示す様に、クラッド鋼管（１）は、複数段に配
備されたガイドローラ（５１）からなる案内装置（５）
の上に設置されている。ガイドローラ（５１）は、第３
図に示す様に外周面がクラッド鋼管（１）に沿う双曲面
に形成され、ローラ両端部が支柱（５２）　（５２）に
よって軸支されている。

加熱装置（２）は、高周波出力が７０〜９０ＫＷの高周
波電源（２２）が接続されたコイル（２１）を、クラッ
ド鋼管（１）の周囲に、ｉ！ｉｉ！置して構成される。

コイル（２１）による加熱帯の幅は略２０「ＩＩＩＩｌ
である。

尚、加熱装置（２）の出力は、鋼管の肉厚、鋼管内層部
への高周波電流の浸透深さ等を考慮して、クラッド鋼管
の内周面と外周面との温度差が略５０℃となる様に設定
される。

又、冷却装置（３）は、圧縮空気噴出ノズル（３３）を
前記コイル（２１）の中央部へ向けてクラッド鋼管（１
）内に配設された供給管（３２）と、該供給管（３２）
へ２〜４　ｋｇ／　ｃｍ”の圧縮空気を供給するニアコ
ンプレッサ（３１）とから構成され、供給管（３２）は
、ノズル（３３）近伊に装備した支持機ｔＩ＆（３４）
によって、クラッド鋼管（１）内の中心部に保持されて
いる。

搬送装置（４）は、クラッド鋼管（１）の管軸方向に沿
って一対のガイドレール（４２）　（４２）を互いに平
行に配設している１両ガイドレール（４２）　（４２）
の内面に夫々断面０字状の講（４６）を凹設すると共に
、両溝（４６）　（４６）に牽引板（４１）が摺動可能
に嵌められる。又、一方のガイドレール（４２）には溝
（４６）に沿ってラック（４３）を形成し、牽引板（４
１）上には、該ラック（４３）に噛合するビニオン（４
４）と、該ビニオン（４４）をギア（４５）を介して駆
動する、第１駆動部となる第１モータ（７）を配設して
いる。更に、牽引板（４１）の前部に、第２駆動部とな
る第２モータ（７１）を固定し、該モータ（７１）の出
力軸（７２）の先端部に、クラッド鋼管（１）を掴持す
る為のチャック（８）が装備されている。

又第１図に示す様に、加熱装置（２）によるクラッド鋼
管（１）の被加熱部へ向けて非接触型の温度計（６）を
配備し、該温度計（６）には温度表示器（６１）を接続
している。

前記第１モータ（７）及び第２モータ（７１）が起動す
ることにより、ビニオン（４４）が回転して牽引板（４
１）がガイドレール（４２）に沿って後方へ移動すると
共に、チャック（８）がモータ出力軸（７２）と一体に
回転する。これに伴って、クラッド鋼管（１）は、案内
装置（５）のガイドローラ（５１）上を案内されつつ、
高周波電流が流れるコイル（２１）の内側を、例えば０
．８ｍｍ／ｓｅｅの速度で矢印Ａの方向に搬送され、同
時に３ｒｐ−以上の速度で回転することとなる。

クラッド鋼管（１）の管軸方向の搬送速度は、温度表示
器（６１）に表示される管表面の温度を基準にして、最
適値に調節される。尚、温度計（６）の出力信号により
、搬送装置（４）の第１モータ（７）をフィードバック
制御することも可能である。

第４図に示す様に、クラッド鋼管（１）は、コイル（２
１）内の符号Ｂで示す領域が加熱され、該領域は、その
ｊ＆直ちにノズル（３３）から圧縮空気の噴射Ｃを受け
、管の内部から強制的に冷却されることになる。この際
、クラッド鋼管（１）は回転しつつ加熱及び冷却を受け
るから、管周方向に均一な熱処理が施される。

第５図は、本発明の熱処理装置を用いたときのクラッド
鋼管の昇温及び降温状態を定性的に表わすものである。

破線（９１）が外層の表面部、実線（９）が内層の表面
部における温度の状態を夫々示している。同図から明ら
かな様に、内層部は外層部に比べて緩やかな昇温カーブ
を描くが、加熱完了後は、室温の圧縮空気により急冷さ
れる。一方、外層部は、強制冷却される、内層部への熱
伝導に伴って、比較的績やかな降温カーブを１＋、＋い
て冷却されることになる。

第５図に於いては、外層（１１）は略１０８０℃まで昇
温しており、炭素鋼又は低合金鋼の本来の適正加熱温度
を遥かに超えているが、高周波熱処理の場合、急速に加
熱され、かつ所定の加熱温度での保持時間も極めて短い
から結晶粒は粗大化しない、また、内層部の炭化物の溶
は込みも十分であり、耐食性にすぐれることも裏付けら
れる。

本発明の熱処理装置による熱処理が施されたクラット鋼
管は、高い強度及び靭性並びに優れた耐食性を備えてい
る。従って、サワー環境での油井ラインパイプ部材とし
て使用するのに最適である。

また、同様な特性が要求される化学機器用の配管材の熱
処理にも好適である。

尚、クラッド鋼管（１）内層のステンレス鋼が炭化物の
溶は込み難い材質の場合、熱処理を実施する前に、予め
１０００〜１１５０℃の温度範囲で加熱し、その後放冷
する、いわゆる均質化処理をしておけば、本発明の熱処
理時に炭１ヒ物が極めて溶は込みやすく、耐食性だけで
なく、低温における靭性についても著しく高められる。

本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範
囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であること
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱処理装置の構成を示す一部破断
正面図、第２図は搬送装置の斜面図、第３図はガイドロ
ーラの斜面図、第４図はクラッド鋼管の熱処理状況を説
明する断面図、第５図は熱処理に於ける昇温−冷却カー
ブを示すグラフである。（１）・・・クラッド鋼管　　（２）・・・加熱装置（
２１）・・・コイル　　　　　（３）・・・冷却装置（
３３）・・・ノズル　　　　（４）・・・搬送装置出願
人　　　久保田鉄工株式会社Ｃ’（：）第５図

Claims

【特許請求の範囲】［１］炭素鋼又は低合金鋼の外層とオーステナイト系ス
テンレス鋼又はフェライト−オーステナイト２相ステン
レス鋼の内層とから構成されるクラッド鋼管の熱処理装
置に於いて、中央部にクラッド鋼管の通路が形成され該
通路内のクラッド鋼管を外周面で略１０５０℃〜略１１
００℃、内周面で略１０３０℃〜略１０８０℃となるよ
うに急速加熱する高周波加熱装置（２）と、加熱後のク
ラッド鋼管を強制的に冷却するべく前記クラッド鋼管の
通路へ向けて圧縮空気の噴出ノズル（３３）を配設した
冷却装置（３）と、クラッド鋼管を前記高周波加熱装置
（２）及び冷却装置（３）に対して管軸方向に相対移動
させる搬送装置（４）とから構成されることを特徴とす
るクラッド鋼管の熱処理装置。［２］搬送装置（４）は、クラッド鋼管を０．５〜１．
５ｍｍ／ｓの速度で管軸方向へ搬送する第１駆動部と、
クラッド鋼管に回転を与える第２駆動部とを具えている
特許請求の範囲第１項に記載の熱処理装置。