JPH04147705A - 耐腐蝕性金属管製造用定圧型展延ローラ装置 - Google Patents

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〉 開示技術は、化学プラントの油、ガス等の輸送管や油井
管、熱交換器等に用いる耐腐蝕性の金属管の製造の技術
分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この発明は、内壁部に展延ローラによる展延力
を印加して所要の圧縮残留応力を付与して非冶金的、或
いは、冶金的に内外管を重層された金属管や単層金属管
を含む金属管の管内壁部の耐腐蝕性を高めるようにした
耐腐蝕性金属管製造用の定圧型展延ローラ装置に関する
発明であり、特に、油圧ピストン、シリンダユニット装
置を通じて一定圧力でそのローラ支持金物に支持された
展延ローラを管径の変化、管径不整管にかかわらず、所
定の一定の均一の圧力をもって管壁に圧接し、該展延ロ
ーラを回転しつつ管軸方向に連続的に移動することによ
り管内壁部を展延し、管内部全般に亘り所要にして均一
なる圧縮残留応力を内蔵せしめることによって管内壁に
対し均一、且つ、効果的な耐腐蝕性を与えるようにした
耐腐蝕性金属管製造用定圧型展延ローラに係る発明であ
る。

〈従来の技術〉 周知の如く、配管はさまざまな分野に用いられているが
、基本的配管態様は流体物質の輸送を行うものであり、
その機能維持には種々の条件がある。

而して、流体物質を輸送する金属管の輸送機能を損うも
のとしてその内面に発生する腐蝕があり、それには色々
の形態がある。

その中でも、硫化物や塩化物を含む流体によって引き起
こされる応力腐蝕亀裂は当該金属管にとって極めて危険
なものであり、場合によると稼働中に不測の事態を惹起
する。

該種応力腐蝕亀裂は上記硫化物や塩化物を含有する腐蝕
流体が接触する金属材料に対し耐腐蝕性のものを用いた
り、圧縮応力を内蔵せしめることによってこれを防ぎ得
ることは当業者ならずとも知られており、したがって、
圧縮残留応力内蔵の方法は応力腐蝕亀裂をおこさない材
料の改良開発と共にかねてより種々開発研究され、基本
的には実用化されてきている。

かかる応力腐蝕亀裂を起こさない金属材料については、
例えば、ニッケル、モリブテン等高価なハイアロイ金属
材料を含むことから単層金属管材料の素材としてこのよ
うな高価材料を使うことは生産上経済的に成立しないも
のである。

近時、油井管や油、ガス輸送管のように耐腐蝕性と共に
大きな強度が要求される金属管として単層管を用いるに
は単一金属材料でこれらの条件を満し得る素材が開発さ
れていないことから二重金属管が使用されるようになっ
たが、構造としては腐蝕流体に接する内壁部のみにハイ
アロイ金属の内管を用い、外管には強度が高く、且つ、
比較的安価な炭素鋼を用いる態様がある。

該種二重金属管は大別して二種類あり、その一つは内外
管が冶金的に接合されているものであり、他の一つは内
外管が非冶金的に密着接合されているものである。

而して、前者の内外管が冶金的に接合されている二重金
属管は、内外管を熱間において鍛接するものであって製
造のための設備費が高価になるという不利点があり、又
、高温における強度の異なる異種の金属を管という形状
に鍛接することは当業者にとり、極めて難しい技術であ
り、しばしば製造プロセスで鍛接面に鍛接不良という欠
陥を生ずる虞がある。

これに対し、後者の内外管が非冶金的に接合される二重
金属管は、内管を外管に相対挿入の状態において互いに
緊着締結するもので、その緊着締結の際、管に強度の圧
縮残留応力が内蔵される利点があり、又、製造設備も鍛
接法に比べて安価であるメリットがある。

このかなりの利点がある内外管を非冶金的に接合する二
重金属管の製法としては基本的に二種の方法が考えられ
る。

その一つの方法は、縮径法で一般に焼きばめ法と称せら
れ、外管を熱膨張させた後、内管を相対的に嵌め込む方
法や内管を相対重層した外管を局部加熱冷却する線状加
熱法である。

他の一つの方法は、逆方式の拡径法で外管内に相対的に
挿入した内管を液圧により膨径して外管に圧着する方法
があり、又、機械的に内管壁を展延して管径を拡大して
外管に圧着す・る方法があり、それには所謂ショットピ
ーニング法とが展延ローラ法があって、例えば、ボイラ
チューブの拡管等に真円回転型の展延ローラが用いられ
ている。

更に、別の方法として縮径法、拡径法の両者を折衷した
所謂熱液圧波管法がある。

そして、上記展延ローラ法は、上記の如く拡径法の中の
機械的展延法ｊこ属し、重層、単層を含む金属管の内壁
部に圧縮残留応力を内蔵させることに利用される。

第９図に示す態様の如く二重金属管３の内管４の内面を
ローラ１によって展延した場合、該内管４、及び、外管
５の管壁に発生する残留応力の分布の態様であって、図
に於いて内管４の管壁には圧縮残留応力−が、外管５の
管壁には引張残留応力十が基本的に誘引される状態が示
されている。

そして、展延ローラＩの展延力が大になるにつれ、内蔵
される圧縮残留応力の一値（内側）は大となり、最後に
展延変形が塑性域に至ると、材料の降伏応力値にまで達
する。

又、それにつれて図示する様に、外管５内に内蔵される
引張残留応力の十値も高くなる。

そして、これ等それぞれの残留応力値が高くなるにつれ
て、二重金属管３の内外管４．５の緊着性は高くなるが
、該緊着性は内外管が冶金的に接合された二重金属管に
も、又、内外管が非冶金的に接合された二重金属管にも
適用される内外管間のオートフレッテージと称せられる
自緊性に基づくものである。

第１０図は二重金属管３の内管４の内壁面に加えられる
展延ローラ１の展圧力が不充分であるとき発生する残留
応力は点線で示すように極めて低い値となることが示さ
れているものである。

しかしながら、金属管に内蔵される圧縮残留応力は先述
した如く金属の耐腐蝕性を高めることは当業者ならずと
も良く知られているが、該圧縮残留応力は金属材料加工
の過程において発生するもので、展延ローラ等による金
属加工の程度が過度になると、金属材料の材質を傷め、
折角の圧縮応力の残留にかかわらず、却って耐腐蝕性を
損う結果となる。

これが必要にして均一なる加工によって必要にして均一
なる残留応力を管径の変化にかかわらず、管面のいかな
る部位に於いても、又、随時に確実に再現出来る製造法
が求められる理由である。

ところで、大量生産の過程を経て製造され、市販される
金属管には不可避的に生ずる公差があるが、許容範囲で
あって実用的には何の支障もない少量の管径の不整があ
る。

そして、金属管の内壁部に極めて精密な誤差の範囲で確
実に均一に圧縮残留応力を内蔵せしめるための精密展延
加工は、公差で許される少量の管径の不整に対しても難
しい技術とされ、上記従来のボイラチューブの拡管等に
使用される真円回転型の展延ローラでは通常の管の拡管
による圧縮残留応力付与は不可能であった。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記従来の真円回転型展延ローラは、回転軸のまわりに
展延ローラが遊転するようにされているので、回転軸径
が変らない限り、展延ローラの遊転外径は不変であって
、展延加工される管の内径が不整である場合は、展延ロ
ーラの遊転外径とこれに接する管の内径が均一に接触せ
ず、部位によって管内壁部の展延加工度に不整が生ずる
不都合さがある。

即ち、第８図に示す様に、展延ローラ１によって内壁部
が展延される管が真円形断面の管３′から楕円形断面の
管３′に変化する場合、ｒ′を楕円形断面の管３′の長
半径、ｒ′を短半径とすると、当該態様において、真円
回転型ローラの展延ローラ１の当接部位が楕円形断面の
管３′の長半径ｒ′の位置にある時は該展延ローラ１と
管内面の間に図示する様に、Δｒ′の間隙量が生じて所
要の展延が出来なくなる。

又、展延ローラ１の当接部位が短半径ｒ′の位置にある
時は、重なり量Δｒ′が生じて過度の展延加工が行われ
、従来の真円回転型ローラ装置では前述の如く実効上支
障はないとされながらも、量産的に管径不整が通例とさ
れる一般の金属管の均一展延が困難である。

蓋し、一般に金属材料の過度に亘る加工は上述した如く
当該金属材料の耐腐蝕性を損うことが知られており、こ
のことから、金属二重管の内管を含めて金属材料に耐腐
蝕性に必要な圧縮残留応力を与えるための加工は技術的
に極めてデリケートな作業であり、又、いかなる部位に
もいかなる時にも所要にして、且つ、均一な圧縮残留応
力を与える作業は前述の如く極めて困難な作業となる難
点があるからであった。

かかる従来の技術の真円回転型の展延ローラ１は、回転
軸がテーパ状に形成され、回転軸径を軸方向部位により
変化させるようにされているが、展延ローラｌの回転位
置と回転軸径の位置がセットされて一旦展延加工が開始
され、展延ローラｌが回転を始めると、該展延ローラ１
の遊転外径を変化さすことは出来ず、したがって、従来
の真円回転型の展延ローラｌによっては不整径管の内壁
部を均一に展延することが出来ないという欠点がある。

金属管の内壁部に圧縮残留応力を内蔵して当該金属管の
耐腐蝕性を高め得ることは前述の如く良く知られておい
るか、他方単層金属管にしても、又、冶金的に接合した
二重金属管にしても、その製造中に熱間からの冷却の過
程において内壁部に引張残留応力が内蔵されるのが普通
である。

したがって、かかる金属内壁部の引張残留応力を圧縮残
留応力に転換して、耐腐蝕性を付与するためには前述の
縮径法や拡管法を用いることが考えられるが、いづれに
も熱や圧力液を使用する複雑な設備を必要とすることか
らコスト高につながるデメリットがあり、又、加工度の
制御が著しく困難で管理操作が煩瑣であって、再現性の
ある残留応力発生に帰することはなり難い難点がある。

そして、真円回転型ローラ装置は比較的簡便な手段であ
るが、不整径金属管の内壁部に圧縮残留応力の改造のた
めに用いることは不適である不都合さがあった。

〈発明の目的〉 この発明の目的は上述従来技術に基づく管径が不整な金
属管の内壁部に圧縮残留応力を導入したり、残留応力の
転換を行う問題点を解決すべき課題とし、金属管の内壁
部に確実な再現性をもって圧縮残留応力を付与し、所要
にして均一なる金属展延加工を行うことが出来るように
して各種産業における配管技術利用分野に益する優れた
耐腐蝕性金属管製造用定圧型展延ローラ装置を提供せん
とするものである。

〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの発
明の構成は、前述課題を解決するために、耐腐蝕性金属
管装置用の定圧型展延ローラ装置は、たとえ、対象とす
る被展延金属管の内面が不整径であっても、常に一定の
展圧力を管内面に付与して金属内壁部を全面に亘り均一
に展延するようにし、その展延性はピストン、シリンダ
内の油圧を所定の値に設定することによって与えられる
展延ローラの管壁に対する展圧力が一定で管内壁部を均
一に展延し、且つ、ローラ展延力を管径の不整。

管内の部位、又、時の如何にかかわらず、一定にして確
実に均一な展延を再現して金属管内壁部に所要の圧縮残
留応力を設計通りに正確に内蔵せしめることが出来るよ
うにした技術的手段を講じたものである。

〈実施例〉 次に、この発明の実施例を図面に基づいて説明すれば以
下の通りである。

尚、第８〜１０図と同一態様部分は同一符号を用いて説
明するものとする。

第１図に示す実施例は、３ケの延展ローラをもつ従来の
真円回転型ローラ装置を示す基本的態様であり、１は展
延ローラ、２は該展延ローラＩを回転させる内側軸方向
に配設された回転軸、３は二重金属管で内管４と外管５
から成っており、展延ローラｌは外側を内管４に、内側
を回転軸２に当接して自転的に公転周回転動するように
され、又、次遅の如く軸方向に自進するようにされてい
る。

そして、回転軸２の中心から内管４内面の当該距離（半
径）はｒで示されている。

而して、内管４の内面を展延ローラＩ、１．１が回転軸
２に当接しながら回転しつつ、管径方向に押圧力を印加
して内管４の内壁部を展延し拡管して圧縮残留応力を内
蔵させて耐腐蝕性二重金属管を製造する。

而して、一般に展延ローラ１の軸心と回転軸２の軸心は
平行ではなく、所定角度傾斜して装備されているので、
該展延ローラ１の回転につれて展延ローラ１は管３　（
内管４）の展延面に沿って管軸方向に自進するようにさ
れている。

又、該展延ローラ１の展延半径ｒは回転軸２の軸径を変
化することによって調節出来るが、回転軸２の回転中は
自由に調節することが出来ないので一定である。

第２図に示す実施例は、２ケの延展ローラ１゜１をもつ
第１図の基本的実施例の設計変更態様であり、実質的に
上述実施例と変りはない。

第３図に示す実施例は、具体的な構造の態様であり、こ
の発明の耐腐蝕性金属管製造用の定圧型展延ローラ装置
が常に一定の、且つ、均一な展圧力をもって楕円形断面
管３′の内壁部を均一に展延することが出来るようにさ
れているものであって、展延ローラ１が管内壁面に沿っ
て回転するにつれて軸方向に自進し、管内壁部全般に亘
って展延する具体的構造を示している。

図中に於いて、６は油圧ピストン、シリンダユニット装
置で、展延ローラ１に対するローラ支持金物７と油圧伝
導金物８より成り、この発明の定圧型展延ローラ装置は
油圧ピストン、シリンダユニット装置６と展延ローラ１
により構成される。

図示態様では上記ローラ支持金物７は油圧ピストン、シ
リンダユニット装置６のピストンとされているものであ
り、油圧伝導金物８はシリンダ機能を成している。

尚、９は圧力油通路、１０はシール用のパツキンである
。

次に、第４図に示す実施例は、上述第３図に示した実施
例に対応する他の具体的構造の実施例を示す態様で、図
中にはローラ支持金物７′がピストン、シリンダユニッ
ト装置６′のシリンダを構成している。

当該第４図の実施例に於いても９は圧力油通路で、上記
ローラ支持金物？’　、？’　に油圧力を付与するよう
にされている。

第３，４図の実施例において、展延される管３′、３＃
／が楕円形断面管であって、展延ローラ１の管内壁への
当接点が長半径ｒ　／、短半径ｒ′いづれの部位にあっ
ても、該展延ローラｌを支持する油圧ピストン、シリン
ダユニット装置６゜６′に付与される油圧力は常に一定
で、該油圧ピストン、シリンダユニット装置６．６′に
よって支持される展延ローラ１の楕円形断面管３′３″
の内面を展延する展圧力は常に一定であるようにされて
いるものである。

かくして、楕円形断面管３Ｚ３＃／の長半径ｒ　、短半
径ｒ′の位置に於いては勿論のこと、管周、管長方向に
ついて管のいづれの部位に於いても、この発明の耐腐蝕
性金属製造用の定圧型展延ローラ装置によって展延され
た管に内蔵される圧縮残留応力値は一定である。

そして、油圧ピストン、シリンダユニット装置６．６′
の一定の油圧をもって支持される展圧ローラｌは管内壁
面のいづれの場所に於いても同じ展圧力をもって管内壁
面を展延し、いかなる時においても同じ展延力を再現す
ることが出来る。

第５図に示す実施例は、単層金属管３１の内面を展延ロ
ーラＩにより展延した時に発生する残留応力の分布の応
用例の態様を示したもので、管の内壁部３１’に残留圧
縮応力が外壁部３１′には残留引張応力が発生する様相
を示している。

第６図に示す実施例は、長さ方向に一様な断面形状をも
たない長尺管３２に対してもこの発明の耐腐蝕性金属管
製造用の定圧型展延ローラ装置の適用によって、管内壁
部の長さ方向に７様の残留圧縮応力を導入し得ることを
示す態様であって、長さ方向に非均−断面＋２’　、　
＋２’を模式的に示しである。

第７図に示す実施例は１．非真円形断面管にして楕円形
断面管３３、及び、異状形断面管３３′にこの発明の耐
腐蝕性金属管製造用の定圧型展延ローラ装置を適用して
管内壁部の円周方向に一様に残留圧縮応力を導入し得る
応用例の態様である。

尚、この発明の耐腐蝕性金属管製造用定圧型展延ローラ
装置の用途は、上述の各実施例に説明された如く、金属
管の内壁部に残留圧縮応力を内蔵さすことにより、当該
金属管に耐腐蝕性を付与したり、又、二重金属管の内外
管に高度の緊着性を付与するに止まらず、従来の真円回
転型ローラ装置の主たる用途とされる管径の拡張、或い
は、ボイラチューブの管端壁孔への展延結着等その他種
々の拡管用途に利用され得ることは勿論のことである。

〈発明の効果〉 以上、この発明によれば、基本的に二重管、単層管を問
わず金属管の内壁部に展圧ローラを介して所要にして、
且つ、均一なる圧縮残留応力を残留せしめ確実簡単にし
てその再現を可能ならしめる耐腐蝕性金属管を製造する
ことが出来るという優れた効果が奏される。

そして、管径の変化を問わず、管径不整の金属管に対し
てもその内壁面に展延ローラの均一な展延力を印加する
ことが出来、管内壁の展延を行いながら圧縮残留応力を
内蔵させることが出来る優れた効果が奏される。

そして、二重金属管は内外管の冶金的接合、非冶金的接
合のものを問わず適用可能であり、その限り、汎用性が
あり、設計の自由度が大きくとれる効果がある。

又、展延ローラの回転軸に対する遊転外径を調整出来る
ので、上記管径不整のものに対しても均一な展延、圧縮
残留応力を付与することが出来る効果があり、過度の展
延加工による圧縮残留応力が低減されない利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜７図は、この発明の詳細な説明図であり、第１図
は真円回転型ローラ装置による管展延操作を示す原理態
様の実施例の断面図、第２図は該第１図の均等の他の原
理的態様の実施例の断面図、第３図はこの発明の具体的
実施例の断面図、第４図は第３図に均等な他の実施例の
断面図、第５図は内面に展延操作を施した時に生ずる応
力分布の模、成因、第６図は長さ方向に−様な断面形状
をもたない長尺管に定圧展延操作を施す実施例の側面図
、第７図は非真円形断面管に展延操作を施す実施例の断
面図、第８図は真円回転型ローラ装置による非真円形断
面管の展延操作を示す模式断面図、第９図は内外管壁に
生ずる応力の分布の態様を示す模式断面図、第１０図は
第９図の操作においてローラ装置の展圧力が異なる時の
応力分布の態様を示す模式図である。 ３・・・金属管　　　　　　４・・・内壁（内管）６・
・・油圧ピストン、シリンダユニット装置ｌ・・・展延
ローラ　　　　７・・・ローラ支持金物８・・・油圧伝
導金物 ３　・金属管　　　　　　４　・内壁（内管）６・・・
油圧ピストン、シリンダユニット装置１０ど ９−″ 第 （又 第

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属管の内壁部を展延して耐腐蝕性金属管を製造する展
   延ローラ装置において、展延ローラが油圧ピストン、シ
   リンダユニット装置により支持され、而して該油圧ピス
   トン、シリンダユニットにはローラ支持金物が展延ロー
   ラを支持し、該ローラ支持金物は油圧伝導金物にシール
   裡に進退自在に嵌装されていることを特徴とする耐腐蝕
   性金属管製造用定圧型展延ローラ装置。