JPH0450127B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 開示技術は外管と内管等を緊結させる耐摩耗性
の二重管等の長尺体の製造の技術分野に属する。

＜要旨の概要＞ 而して、この出願の発明はスラリー輸送、空気
輸送等に用いられる配管等の耐摩耗性等を向上さ
せるべく、例えば、外管、内管を相対重層させた
二重管を外管の周方向環状加熱手段とその加熱部
周辺の冷却手段とに対し管に対し相対的に軸方向
移動させ、外管の周方向環状加熱、及び、加熱部
周辺の冷却を軸方向に連続的に行つて内管に外管
を緊結させるように二重管等の長尺体の製造方法
に関する発明であり、特に、外管に対し環状加熱
と加熱部周辺の冷却を行うに際して加熱部周辺の
低温部により加熱部の膨径を拘束するようにし、
該加熱部を降伏せしめて冷却後加熱部の直径が初
期径より小さくなるようにする操作を軸方向連続
的に付与し、内体と外管の強い緊結の嵌合代が得
られるようにした長尺体の製造方法に係る発明で
ある。

＜従来技術＞ 周知の如く、配管は各種産業分野で流体の輸送
等に広く用いられており、これらの配管のうち、
例えば、石炭、各種鉱石、セメント等の固形物を
水に混ぜて運ぶスラリー輸送管、或は、砂塵、硅
砂等粉粒体の空気輸送管等においては管内面が著
しく摩耗しい易い。

而して、この種の配管には通常ガス管のような
安価な鋼管が用いられ、摩耗すると新しい管と交
換したり、摩耗部分に当て板を溶接したりする等
のメンテナンスによつて対処している。

＜発明が解決しようとする課題＞ ところで、特に耐摩耗性を要求されるような用
途の配管では高クロム鋳鉄等、耐摩耗性の優れた
材料より成る管が使用されることもある。

ところで、一般に、鉄鋼材料の耐摩耗性は硬さ
と深い相関があり、耐摩耗性に優れた材料は一般
に著しく硬い。

例えば、耐摩耗材料として良く使われる27Cr
鋳鉄はシヨア硬さで81以上の硬さを持つ。

さりながら、一方、硬さが硬くなるほど鉄鋼材
料の靭性は低下する傾向があり、上記高クロム鋳
鉄等の耐摩耗材料から成る管は衝撃力が加わる
と、破損し易いという欠点がある。

又、高硬度の耐摩耗材料は溶接性、及び、加工
性が共に著しく悪いため、第一に溶接による本体
へのフランジの取付が不可能であるという欠点が
あり、第二にフランジを一体形成させた場合にも
仕上げ加工や穴開け加工が困難である難点があ
り、第三に補修溶接が困難である等の不具合があ
る。

加えて、製造コストも高い不利点がある。

このようなことから、鋼管に耐摩耗材料を内張
した所謂クラツド鋼管も使用されるようになつて
きた。

この種のクラツド鋼管は通常遠心鋳造法、或
は、肉盛溶接法等により作られており、内張は管
本体に対し冶金的に接合している。

而して、クラツド鋼管は管の内面が耐摩耗性材
料によつて覆われているため、特に、耐摩耗性を
考慮していない材質の通常の単層鋼管より格段に
耐摩耗性が優れてはいる。

又、管自体は耐摩耗材料を具備する必要がない
ので、充分な靭性を持ち、溶接性良好な材質のも
のを採用出来る。

したがつて、耐摩耗性のみから成る管と異な
り、充分な耐衝撃性能を有し、又、フランジを別
体形成して溶接で取り付けることも可能である。

しかしながら、クラツド鋼管では製造方法の如
何によらず、内張管に引張応力が残存するため、
稼働中に所謂応力腐蝕割れを生じ易い欠点があ
る。

又、一旦割れを生ずると、内張管と管本体とが
冶金的に接合しているため、割れが管本体に容易
に伝播し、貫通割れとなり易い不都合さがある。

そこで、実用上充分な靭性を持つ外管と耐摩耗
性に優れた内管とを冶金的には接合せず、唯単に
重層し、しかも、ある面圧を持つて両管を接触さ
せることにより内管の内面側が圧縮応力状態とな
るようにした自緊二重管の開発が望まれている。

蓋し、自緊二重管は上記クラツド鋼管と同様の
利点を持ち、しかも、該クラツド鋼管の欠点が解
消されるからである。

ところで、従来の自緊二重管製造技術としては
第一に焼きばめ法、第二に拡管法、第三に熱拡管
法等がある。

しかしながら、内面が耐摩耗性の自緊二重管の
製造方法としてはこれらの方法にはそれぞれ問題
点がある。

まず、第一の方法は外管の内径、及び、内管の
外径に厳しい加工精度が要求されるが、内面が耐
摩耗性の二重管の場合、内管は加工性の悪い耐摩
耗材料であるので、所要の加工を行うのが非常に
難しい難点がある。

又、この方法では一般に長尺の内外管の嵌合が
極めて困難である。

更に、第二、第三の方法ではいづれも内管の塑
性拡管が行われるが、この場合、内管の強度（降
伏点）が非常に高いうえに耐蝕二重管等に比べて
内管がやや厚くなるので、極めて高い拡管圧力が
必要となり、実用的ではない不具合がある。

特に、第二の方法では外管の強度（降伏点）に
比べて内管の強度（降伏点）が高い二重管の場
合、内管を塑性拡管しても弾性戻りにより内外管
の間に〓間が生じるという不都合がある。

以上のように、耐摩耗二重管に対する強いニー
ズがあるにもかかわらず、従来技術では満足すべ
き条件を具備した耐摩耗二重管を提供出来なかつ
た。

そして、このことは耐摩耗性の中実体のバー材
等についても云えることであつて、強度を有する
中実丸棒に管体を皮覆する態様でも同様であり、
焼きばめで行うこと位置ずれ等がおきる問題があ
つた。

＜発明の目的＞ この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく
二重管等の長尺体の製造の問題点を解決すべき技
術的課題とし、内体に相対遊挿した外管に対し周
方向環状加熱、及び、その周辺の冷却作用を同時
併行的に管の軸方向を相対移動しながら連続的に
付与して外管を縮径させ、内体を外管によりたが
締めす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長尺体の製造方法を提供せ
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、
内管や中実丸棒等の内体に高い耐摩耗性を有する
材料を用い、一方、外管には高靭性を有する材料
を用い、両者を大きな嵌合代を介して緊結させる
に、周方向環状加熱手段と外管とを相対的に管の
軸方向移動させるようにし、この際、環状加熱手
段の後方、もしくは、前方、及び、後方に環状の
冷却手段を設けることにより、軸方向長さからみ
て、外管の加熱部分の両側で中心方向へ径方向の
押え曲げモーメントが作用するようにし、外管の
環状加熱部の膨径をその周辺の低温部分により拘
束して降伏させ、加熱直後の冷却により加熱部が
冷却後、初期径よりも縮径するようにし、このよ
うな加熱と冷却を軸方向に連続的に少くとも１回
付与することにより、高い嵌合度の長尺体が得ら
れるようにした技術的手段を講じたものである。

＜発明の基礎的背景＞ 一般に、管に対して環状に局部加熱、冷却処理
を施すことにより管径が変化する。

この現象は熱弾塑性挙動に起因する。

即ち、管の局部を加熱すると、加熱部は、熱膨
脹により膨径しようとするが、このとき、加熱部
の周辺を強制冷却すると、冷却部分によつて膨径
が拘束され、高温で降伏応力が低くなつているこ
とと相伴つて加熱部は容易に塑性変形し、自由膨
脹時に比べ、その膨脹量は著しく小さくなる。

その後の冷却時には、比較的自由に熱収縮する
ため、この熱履歴を受けた部分の管径は、初期径
より小さくなる。

この熱処理を、管の長手方向に連続して施すこ
とで、管径を一様に現象させることが出来、又、
部分的に施すことにより、管径を局部的に減少さ
せることも出来る。

第５図は、環熱縮径法（管に対し環状の加熱冷
却を付与して縮径する方法）により管径が変化す
る基礎的現象を、熱弾塑性解析によりシミユレー
トした態様を示したものであり、この場合、解析
モデルは炭素鋼管、高炭素鋼管等の軟鋼管（外径
165.2mmφ×肉厚5.5mm）で、解析条件としては、
管の長手方向に局部的に、環状に800℃まで急速
加熱し、冷却する熱履歴を管の長手方向に連続的
に与えたものである。

図中で、与えられた熱履歴に応じ発生する塑性
歪量と、これに対応する管径の過渡的変化量（共
に、板厚中央の値）を縦軸に、管の長手方向の座
標を横軸に示した。

加熱時は、見かけの膨径量は少なく、周方向に
大きな圧縮の塑性歪が発生し、冷却時には、引張
りの塑性歪が発生するものの、その量は加熱時に
比べて小さく、このため、冷却後、管に合縮の塑
性歪が残存し管径が減少することが分る。

更に、熱源の形状（加熱勾配、冷却勾配や最高
加熱温度等）を変えることにより発生する塑性歪
量が変化し、管径の変化量が変わることから、管
の材質や断面形状に応じて、所定の熱履歴を与え
ることで、管径の変化量が制御出来ることを示し
ている。

＜実施例＞ 次に、この発明の１実施例を図面に従つて説明
すれば以下の通りである。

図示実施例は長尺体としてのスラリー輸送管等
の耐摩耗性二重管の製造態様であり、外管１に
は、例えば、炭素量0.25％程度の低炭素鋼等の高
靭性のものを用い、又、内体の内管２としては耐
摩耗性を有する、例えば、炭素量0.55％程度の高
炭素鋼等を用いて焼入硬化させた内管２を全体冷
却した状態で相対遊挿して二重管素管３としてお
く。

而して、二重管素管３を矢印に示す様に、軸方
向に所定速度で移動させるようにセツトし、更
に、第２図に示す様に、外管１の外周の環状加熱
手段として、例えば、高周波誘導加熱装置４をセ
ツトすると共に該高周波誘導加熱装置４に所定距
離離して近接した軸方向前後に、例えば、水道水
等を噴出する環状の冷却装置５，５をセツトし、
二重管素管３を矢印方向に移動させることによつ
て加熱装置４、及び、冷却装置５，５は二重管素
管３に対し相対移動するようにされる。

そこで、所定の速度で二重管素管３を移動させ
ると、加熱装置４はその前後の冷却装置５，５に
よる外管１の冷却に対し加熱による膨径作用を付
与するが、このプロセスにおいて、模式的に第２
図に示す様に、外管１の加熱部分の両端が冷却部
分に対して自由端であれば、当該第２図に示す様
に、自由に膨径して周方向に突出するが、実際は
加熱部分に対し当該加熱部分はその両端が冷却部
分によつて拘束されているために、当該部分は第
４図に示す様に、長手方向に対し中心方向に向か
つて径方向の押え曲げモーメントＦが作用し、結
果的にリング状の湾曲した塑性変形部分が形成さ
れる。

そして、二重管素管３が矢印方向に相対移動す
ることにより、加熱装置４を介し加熱されて塑性
変形した部分は加熱部分を通過して冷却手段によ
り冷却されると、第３図に示す様に、逆に大きく
縮径され、そこで大きな嵌合代が得られて外管１
は内管２に対し緊結されることになる。

そして、この作用は外管１の全ての周方向部分
に作用するために、二重管素管３を軸方向に少く
とも連続的に相対移動することにより、外管１の
全ての部分が縮径し、全二重管素管３に於いてた
が締めによる縛りばめ状態が現出され、結果的に
大きな自緊二重管が形成される。

そして、上述緊結プロセスは内管２の肉厚に係
りなく行われ、又、軸方向長さにかかわらず、全
二重管素管３に於いて形成されるために、更に、
外管１と内管２の接合面の精度にもほとんど無関
係に行われることになり、内管２の肉厚が大で、
しかも、長尺管であるところの耐摩耗性二重管製
造には極めて効果的である。

次に上述実施例に則す実験例を示せば以下の通
りである。

第６図は、環熱縮径法による二重管製造におけ
る、環熱縮径処理ごとの外管１の外径変化量（累
積）と素管３の内外管の嵌合面圧の発生状況を示
すものであつて、内外管１，２の素管３が鋼管
（材質：STPG−38、形状：外管90A／Sch40、内
管80A／Sch40、φ165.2×5.5t）の場合を示して
いる。

加熱装置４は一次電力80kW、周波数0.7kHz 冷却装置５は水道水 最高加熱温度：800℃ 加熱部分（加熱コイル４）と冷却部分（冷却ノ
ズル５）の間隔：10mm 温度勾配：加熱側800℃／40mm＝20℃／mm程度 冷却側800℃／ ８mm＝100℃／mm程
度 曲げモーメントは生じる 移動速度：170mm／分 縮径量：0.5％／回 この場合、内外管１，２のクリアランス（直径
差）は1.5mmあり、これを４回の処理で内外管１，
２を接触させ、５回以後は内外管１，２は嵌合し
ていく。

又、縮径量は実施条件により任意に決めること
が出来るが、実際には、例えば、外管の直径の
0.5％程度１回である。

当該実験例のデータから分るように、内外管
１，２が接触するまでは処理回数が増すにつれ外
管１の縮径量が増え、内外管１，２が接触後、嵌
合面圧が発生している。

そして、更に、処理回数を増すと嵌合面圧が増
大することから、処理回数を制御することによつ
て、嵌合面圧を変え得ることが分る。

尚、この出願の発明の実施態様は上述実施例に
限るものでないことは勿論であり、例えば、内管
をセラミツク製のものにしたり、内管に耐蝕性材
料を用いたりする等種々の態様が採用可能であ
る。

又、対象は直管のみならず、ベント管等の曲管
等に対しても適応出来るものである。

そして、長尺体は配管のみならず、中実丸棒に
耐蝕、耐摩耗管材を嵌合するような態様材も可能
である。

尚、この出願の発明は線状加熱や冷却手段を移
動方向に付与する手段によるところの周方向増径
縮径手段と異なり、あくまで加熱された環状部分
の膨径が隣接低温部分により拘束され、加熱部分
が冷却後縮径することにより外管が内体に対し緊
結するようにしたものであり、その自緊メカニズ
ムは全く異なるものである。

＜発明の効果＞ 以上、この出願の発明によれば、基本的に外管
に比し内管等の内体の強度が高い耐摩耗性二重管
等の長尺体の製造に際し、極めて精度が高いもの
が得られる優れた効果が奏され、又、拡管圧等に
必要な強大な圧力等も要らず、製造に要する動力
費が安くて済み、低コストで製造出来る効果があ
る。

又、焼きばめ法等とは異なり、外管と内体の接
合面の精度もそれほど大きく要求されず、したが
つて、長尺管等も自由に製造出来るという優れた
効果が奏される。

又、内体が耐摩耗性であり、外管が高靭性であ
るような場合においても、何ら設計の自由度が拘
束されず、したがつて、外管と内体の材料選択も
自由であるという効果が奏される。

而して、外管に対する加熱冷却を軸方向に少く
とも１回相対移動して付与することにより、外管
の膨脹が押えられ、加熱部の全長に亙つて初期直
径より小さい径になる縮径作用が行われて内体に
対する大きな嵌合代が得られるという優れた効果
が奏される。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の１実施例の概略説明図
であり、第１図は外管と内管の相対重層時の部分
断面側面図、第２図は加熱により押え曲げモーメ
ント付与メカニズムの部分断面図、第３図は冷却
状態部分断面側面図、第４図はモーメント作用
図、第５図は環熱縮径法のシユミレーシヨングラ
フ図、第６図は環熱縮径の実験例のグラフ図であ
る。 Ｆ……押え曲げモーメント、１……外管、２…
…内体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内体に重層した外管に対し縮径作用を付与し
   て該外管を内体に緊結するようにした長尺体の製
   造方法において、上記外管に対する環状加熱を軸
   方向に相対移動しながら行い、加熱部の全長に亙
   り冷却後の外管の直径が初期径より小さくなるよ
   うにする操作を少くとも１回行つて内体と外管の
   嵌合度を高めるようにしたことを特徴とする長尺
   体の製造方法。 ２ 内体に重層した外管に対し縮径作用を付与し
   て該外管を内体に緊結するようにした長尺体の製
   造方法において、上記外管に対する環状加熱と冷
   却を軸方向に相対移動しながら行い、加熱部の全
   長に亙り冷却後の外管の直径が初期径より小さく
   なるようにする操作を少くとも１回行つて内体と
   外管の嵌合度を高めるようにしたことを特徴とす
   る長尺体の製造方法。