JPH0576380B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、スラリー輸送配管、粉粒体の空気
輸送配管等に用いる耐摩耗二重管の製造技術分野
に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明は低炭素鋼管等の高靱
性外管に対し、高炭素鋼管等の高焼入性の内管を
重層させた後機械的、或は、熱的手段等により嵌
合代を介して自緊させるようにした耐摩耗曲り二
重管の製造方法に関する発明であり、特に、上記
低炭素鋼管等の降伏点が低くて高靱性を有し焼入
性の低い外管に対し逆に高焼入性であつて焼入状
態では高降伏点の材料よりなる高炭素鋼管等の内
管を焼鈍状態にして内装重層させ、塑性拡径、或
は、縮径の変径を付与することにより該内外管を
密着させその状態で内管に急速加熱を加えて所定
の曲げを行い、その直後、又は、後に急冷して焼
入させることにより、マルテンサイト変態に伴う
膨脹により内管を増径して両管を嵌合緊着させ、
更には該焼入により内管を硬化させると共に降伏
点を上昇させた上で外管の弾性限度以上に内外両
管を一体的に縮径させてその降伏点差に基づく弾
性戻り差を利用して大きな嵌合代を得て自緊させ
るようにした耐摩耗曲り二重管の製造方法に係る
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
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、或いは、粉塵、硅砂
等粉粒体の空気輸送管等においては、管内面が著
しく摩耗しやすい。

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、摩耗したら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ことによつて
対処している。

しかしながら、この種の配管系において、曲り
管はとりわけ摩耗が激しく、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
と良い相関があり、耐摩耗性に優れた材料は一様
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以上の硬さをもつ。

＜発明が解決しようとする課題点＞ しかしながら、一方、硬さが硬くなる程、鉄鋼
材料の靱性は低下する傾向があり、上述した高ク
ロム鋳鉄等の耐摩耗材料から成る管は衝撃力が加
わると破損しやす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
性が共に極めて悪いので、第一に溶接による本体
へのフランジの取付けが不可能、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孔明け加
工が困難、第三に補修溶接が困難等種々の欠点が
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曲り管も使用されるようにな
つてきた。

この種のクラツド鋼曲り管は、通常遠心鋳造
法、或いは、内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、クラツド鋼曲り管は、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く材質の通常の単層鋼管より
格段に耐摩耗性が優れている。

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

したがつて、耐摩耗性のみからなる管と異な
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付けることも可能である。

さりながら、クラツド鋼管では製造方法の如何
によらず内張に引張応力が残存するため、割れを
生じやすい欠点がある。

又、一旦割れを生ずると内張と管本体とが冶金
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やすい不具合がある。

そこで、実用上充分な靱性をもつ外管と耐摩耗
性の優れた内管とを重層した二重管で、両管が冶
金的に接合していず、しかもある面圧をもつて接
触しており、内管が圧縮応力状態となるようにし
た自緊曲り二重管の開発が望まれている。

このような自緊二重管は、クラツド鋼管と同様
の利点をもち、しかも、上述したクラツド鋼管の
欠点が解消されるからである。

しかしながら、上述要請に適合する内面耐摩耗
曲り二重管を提供し得る従来技術は見当らない。

＜発明が解決しようとする問題点＞ これに対処するべく耐摩耗鋳鋼管や遠心鋳造法
による複重管が用いられるようになつている。

これらの耐摩耗配管はその高硬度という点では
優れてはいるものの、配管はその製造工程の制約
からユニツト状のものを継手や曲がり管を介して
現場にて所定態様にする必要がある。

この場合、現場継手の容易さや保守点検整備の
取外し等の点からフランジ継手が多く用いられる
が、前者の高硬度鋳鋼管ではその高硬度のために
フランジ部分の平面切削加工や孔開け加工がし難
いという難点がある。

この出願の発明の目的は上述従来技術に基づい
ては大きなニーズにより、耐摩耗複重管配管の曲
り管が望まれているのにも係わらず、これに対処
出来ないという問題点を解決すべき技術的課題と
し、内管を高硬度としながら、外管については高
靱性であつて、内管を強固にたが締めし、内管に
よる高硬度を向上せしめると共に内管の靱性不足
を補完出来るようにし、更に、直管素材から曲げ
が容易になし得そのうえ両者の緊密な嵌合にはマ
ルテンサイト変態膨脹を利用することも可能であ
るようにして各種産業における配管利用分野に益
する優れた耐摩耗曲り二重管の製造方法を提供せ
んとするものである。

〈問題点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
るこの出願の発明の構成は、前述問題点を解決す
るために鉄鋼材料がマルテンサイト変態する場合
に硬化すると共に膨脹する性質、及び、加熱によ
る軟化を介して曲げ加工し易い性質を共に利用
し、又、低い降伏点であつて高靱性を有し低焼入
性の材料からなる外管と、逆に高い焼入性を有す
ると共に焼入状態では高い降伏点を有する材料か
らなる内管とを該内管を焼鈍状態にして拡管、又
は、縮管する場合にはその応力歪曲線が両者共に
ほぼ近似し、したがつて、弾性戻り差がなく、密
着可能である性質を利用して相対重層後の外管と
内管の密着状態を現出し、その後上記マルテンサ
イト変態を利用し、内管に対し焼入を行うことに
より内管が外管に対し大きな嵌合代を得て緊結さ
れるようにし、併せて焼入の急速加熱時に加熱部
に曲げを所定に付与し、更に、少くとも外管の弾
性限度以上に内外管一体で縮径することにより、
両者の弾性戻り差を利用して曲げ状態での両管を
より強固に緊着嵌合させ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＞ 先づ、この出願の発明の実施例を図面に従つて
説明すれば以下の通りである。

先づ、この出願の発明の原理的根拠を説明する
と、鉄鋼材料は急速冷却によるマルテンサイト変
態を行うようにすると、その金属的性質により硬
度が急速に高まると共に膨脹するものがあり、例
えば、900℃〜100℃までの冷却を10⁴〜10secで行
うと、炭素量0.25％程度の低炭素鋼ではその硬度
はビツカース硬さで140〜180程度とほとんど硬度
上昇が見られないのに対し炭素量0.45％程度の高
炭素鋼では400〜800程度まで硬度が上がり、且
つ、膨脹することが分かつている。

そこで、このような低炭素鋼製等の低降伏点で
高靱性を有する管を外管として高炭素鋼等の高い
降伏点と高焼入性の管を内管として使用する場合
にその焼入による内管の増径により外管と内管に
大きな嵌合代を得させて緊着させることが出来、
同時に少くとも内管に焼入を与えて高硬度を付与
し、一方、外管は高靱性を具備していることによ
り内管をたが締めして実用的な内管耐摩耗曲り二
重管を得ることが出来るようにするものである。

そして、内管を予め焼鈍しておくことと加熱時
の軟化により曲げ加工がし易いという加工上の利
点が用いることが出来るようになる。

次に、この出願の発明の実施例を説明すると、
高い降伏点と高い焼入性を有する高炭素鋼製の直
管の内管１と低い降伏点、及び、高靱性を有する
材料として低炭素鋼製の直管の外管２を用い、該
外管と内管１の径差をR₁として該内管１と焼鈍
状態にして外管２に相対重層し、第１図に示す様
に外管２の外側からローラ３により該外管２、及
び、内管１に対し縮径作用を行つて両管を矢印の
方に引き出すと、両者は塑性変形して縮径される
が、第４図に示す様に内管１が焼鈍されているこ
とにより、外管２、及び、内管１の応力歪曲線は
ほぼ近似して弾性戻り差はなく、したがつて、外
管２は点線で示すイ，ロ，ハのカーブをたどり、
一方、内管１はイ′，ロ′，ハ′の経路をたどり、
（ロ′からハ及びハ′にかけてのグラフは実際には
重なつているが図示の関係上僅かにずらして示し
ている。）ローラ３通過後の縮径作用停止による
増径過程では外管２、及び、内管１は両者の径差
R₂がほぼ０になり、したがつて、内管１を予め
焼鈍しておくことにより、外管２と内管１とは第
１段階として密着した素材二重管とすることがで
きる。

而して、このようにして得られた素材二重管に
対し、例えば、内側から高周波誘導加熱手段４に
より内管１、及び、外管２に対して環状に急速加
熱を付与し、その直後に冷却手段５により急冷す
ると、前述原理理論により内管１に対しては焼入
れがなされてマルテンサイト変態による膨径が起
り外管２との管に嵌合代が得られて両管は緊着す
ることになる。

この間、回転する曲け作業兼引き出し手段６を
管端に螺子螺合固定連結してダイス７を介して引
き出すと、内管１と焼鈍と加熱作用により内管１
と外管２は一体曲げ加工され、更に、この出願の
発明においては上述ダイス７の作用等により第２
次的に両管に対し縮径作用を与え、この場合、内
管１の弾性限度以上に縮径させると、第３図に示
す様に外管２はイ，ロ，ハ内管１はイ′，ロ′，
ハ′をたどり、ダイス７に対する相対通過後縮径
作用が開放されて両管が増径するが、上記径
R₁′（実質的に０にされているが）はR₂の大きな
嵌合代を得て緊結され、したがつて、内管１に対
する外管２のだが締め効果は飛躍的に増大する。

尚、ΔRはダイス７による縮径代である。

又、内管１の弾性限度以上に縮径作用を施せ
ば、図示する様に嵌合応力向上に更に有効である
が、この場合、該内管１に亀裂等の破損が生じな
いように制御することが必要である。

このようにして設定長の曲り二重管８が形成さ
れるが、上述の如くその形成プロセスに際し、焼
入による内管の硬化と内外管緊結と曲げ作用が一
挙になされ、工程の短縮と作用能率の向上が図ら
れる。

而して、第２図に示す実施例においては上述実
施例のダイス７による第２次縮径プロセスを省略
した態様であるが、急速加熱手段４と急冷手段５
を用いて曲げ手段６により焼入作用と曲げ作用を
一度に付与するようにしたものであるが、先述し
た如く、内管１に対する焼入作用時にマルテンサ
イト変態による膨径と硬化により硬化緊結し、併
せて曲げ作用が行われるようにしたものであり、
内外管１，２は当該実施例においても緊結され、
内管は硬化される。

尚、この出願の発明の実施態様は上述各実施例
に限るものでないことは勿論であり、例えば、外
管に対し内管を焼鈍状態で相対重層して両者の応
力歪曲線がほぼ近似して弾性戻り差がないことの
利用による密着に際しては上述実施例の縮径操作
以外にも塑性拡径を行うようにしても良く、又、
両管密着後の二次縮径に際しての内管に対する焼
入は外管との一体焼入でも良く種々の態様が採用
可能である。

＜発明の効果＞ 以上、この出願の発明によれば、基本的に耐摩
曲り二重管の製造において、従来の鋳鋼法や遠心
鋳造法による高価な製造方法では不可能であつた
低コストで耐摩耗曲り二重管が製造出来、しか
も、外管による内管のたが締めにより結果的に曲
り二重管全体に高い靱性を付与させることが出来
るという優れた効果が奏され、外管と内管の材料
選択にも大きな自由度が得られそれにより、例え
ば、外管のユニツト配管の直管の曲り管による連
結が可能となるうえにフランジ溶接接合が出来、
該フランジに対する加工性が何等阻害されず、し
たがつて、配管の回り配管や蛇行配管設備がし易
いという優れた効果が奏される。

又、曲り管に於て外管と内管とが冶金的に接合
していず、しかも自緊状態であるために、内管に
貫通欠陥が生じても貫通欠陥が生じ難く、曲り二
重管の機能が終始保持されやすいという優れた効
果が奏される。

又、曲げ加工に際してもダイス等による縮径は
長さに関係なく行えるために管の製造がし易いと
いう優れた効果があり、これによつても曲げ縮管
による内管の肉厚に拘束されないという自由さが
あり、結果的に低コスト化が図れるという効果も
奏される。

而して、外管に低い降伏点の材料の管を用い、
又、内管に焼入状態で高い降伏点の管を用いるに
もかかわらず、初期外管に対する内管の相対重層
時に該内管を焼鈍状態にすることで両者の応力歪
曲線をほぼ近似させて弾性戻り差をなくすことが
出来、そのため、両管の密着を可能にすることが
出来、縮径の際に内管に対する焼入付与を介して
マルテンサイト変態時の内管の高硬度付与と共に
その膨脹をより効果的に利用することによつて嵌
合代を大きくし、強く自緊を得ることが出来る優
れた効果が奏される。

又、内管に高い焼入性の材料を用いることによ
り、管自体に極めて高い耐摩耗を付与することが
出来る効果があり、そして、外管に対し高靱性の
材料を用いることにより内管に対するたか締めを
介して全体として高き靱性を付与することが出
来、更に、不測にして内管に貫通欠陥等が発生し
ても外管まで達せずに管全体の機能を終始維持す
ることができるという優れた効果が奏される。

そして、この出願の発明では焼入れ効果、緊
結、曲げが一挙に行え工程短縮、能率向上が図れ
るという効果もある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の実施例の説明図であ
り、第１図は１実施例の緊結及び曲げ工程断面
図、第２図は別の実施例の第１図相当断面図、第
３図は二次縮径時の外管と内管の嵌合代付与の説
明グラフ図、第４図は外管に対する内管の相対重
層時の密着嵌合の説明グラフ図である。 ２……外管、１……内管、８……二重管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高靱性外管と高硬度内管とを重層させた後自
   緊させるようにした耐摩耗曲り二重管の製造方法
   において、低降伏点であつて高靱性の低焼入性を
   含む非焼入性材料より成る外管に高焼入性であつ
   て焼入状態では高い降伏点を有する材料より成る
   内管を焼鈍状態で重層して変径させ両管を密着さ
   せた後内外管を局所的に急速加熱して曲げを付与
   し併せて少くとも内管を急冷して焼入させ両管を
   自緊させるようにしたことを特徴とする耐摩耗曲
   り二重管の製造方法。 ２ 高靱性外管と高硬度内管とを重層させた後自
   緊させるようにした耐摩耗曲り二重管の製造方法
   において、低降伏点であつて高靱性の材料より成
   る外管に高焼入性であつて焼入状態では高い降伏
   点を有する材料より成る内管を焼鈍状態で重層し
   て変径させ両管を密着させた後内外管を局所的に
   急速加熱して曲げを付与し併せて少くとも内管を
   急冷して焼入させた後少くとも外管の弾性限度以
   上に両管一体で縮径させて自緊させるようにした
   ことを特徴とする耐摩耗曲り二重管の製造方法。