JPH0576381B2 - - 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曲り二重管の構成の技
術分野に属する。

而して、この発明は低炭素鋼管製等の高靱性の
外管に対し、高炭素鋼管等の焼入処理された高硬
度の内管が外管を相対重層させて自緊させ曲げ加
工する耐摩耗曲り二重管の製造方法に関する発明
であり、特に、上記低炭素鋼管製等の降伏点が低
くて高靱性を有し、焼入した場合の硬さが小さ
く、肉厚方向の硬さの差が小さい材料より成り、
端部にフランジが形成されている外管に対し、逆
に焼入した場合、硬さが大きく、肉厚方向の硬さ
の差が大きく、焼入状態では降伏点が高く、高硬
度の材料よりなる高炭素鋼管製等の内管を圧縮残
留応力を付与させて相対重層させ曲げ加工する耐
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、曲り管を含む配管は流体輸送等に
広く利用されており、そのうち、例えば、スラリ
ー輸送、或いは、粉粒体の空気輸送等に供され
る、配管には内面に充分な耐摩耗性を具備させて
おく必要があり、特に、曲り管にあつてはその必
要性が大きいものである。

しかしながら、配管用の鉄鋼材料は一般に硬さ
を高めて耐摩耗性を向上させると靱性が低下し、
不測にして管に衝撃的な力が印加されると破壊し
易くなる傾向があり、実用上の見地からは通常の
単層の鋼管では付与しうる耐摩耗性にはおのずか
ら限度がある。

これに対処するに鋼管に耐摩耗性材料を内張し
た複合機能を有する二重管等の重層管が用いられ
るようになつてきている。

該種複合機能を有する重層管の製造には、管内
面に硬化肉盛を施す技術や遠心鋳造法により管に
対し耐摩耗性の材料を内張する技術が用いられて
きたが、これらの技術では製造過程で内張材に引
張残留応力を生じるため、稼動中に外力が印加さ
れると割れを生じ易く、又、内張材が管と冶金的
に接合しているため一旦割れを生じると、貫通亀
裂状態になり易いという欠点があつた。

これに対し、外管に内管を相対重層して、該内
管内に液体圧力等を印加して機械的に拡管した
り、或いは、焼きばめ式に加熱膨脹した外管に内
管を嵌装した後冷却して外管を内管に緊結する所
謂緊着二重管製造技術もあるが、耐摩耗性材料よ
り成る管は一般に著しく高強度、低靱性であるた
め、前者の技術を採用するのは困難であり、又、
厳しい合わせ精度の必要とされる後者の技術では
長尺管の製造には向かない難点があり、実効上採
用不可能であつた。

＜発明が解決しようとする課題＞ 他方、出願人の先願発明である特開昭57−
152326号公報発明に示されている如く、適宜の相
対重層を介して外管に内管を嵌合し、マルテンサ
イト変態による内管の膨脹を介して外管と該内管
を緊結する秀れた二重管製造方法がある。

さりながら、当該先願発明では内管として加工
誘起マルテンサイトを生じる材質のものを用い、
該加工誘起マルテンサイト変態に際しての変態膨
脹により内外管を緊結させるようにするため、耐
摩耗性に優れた材料を内管とする二重管の製造に
は適するとは限らないという不都合さがあつた。

そして、配管は敷設等の都合により曲り管を介
装する場合が多いが、該曲り管１は第６図に示す
様に、継手フランジ２，２間に曲り管本体３を一
体的に有している態様がある。

かかる曲り管１にあつても直管の二重管との連
結に用いるには二重管式のものが適しているが、
曲り二重管も上述同様の問題があつた。

＜発明の目的＞ この発明の目的は耐摩耗複重管配管について曲
り管の需要が相当強くあるにもかかわらず、上述
従来技術に基づいては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
度にして耐摩耗性を高め、外管については高靱性
であつて、内管が強固にたが締めされ、硬度を向
上せしめると共に内管の靱性を補完出来るように
し、更に、直管素材から曲げ加工が容易になし
得、そのうえ、内管には圧縮残留応力も付与さ
れ、直管等に対する連結に際しフランジ継手を用
いるに外管の良好な溶接性等を用い、フランジの
溶接取付けが可能であ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摩耗曲り
二重管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、摩耗曲り二重管を製造するに際し、低い降伏
点であつて高靱性を有すると共に加工性の良好な
材料からなる外管と、焼入された状態では高い降
伏点であつて高硬度を有する材料からなる内管と
を相対重層して該外管と内管の密着状態を現出
し、該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、併せて内管に圧縮残留応力を付
与して内外管を曲げ、曲げ状態の外管の端部に継
手用のフランジを設け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第１〜５図の図面に
基づいて説明すれば以下の通りである。

尚、第６図と同一態様については同一符号を用
いて説明するものとする。

第１図に示す態様において、１′は曲り二重管
である。

そして、この発明の曲り二重管１の製造方法に
ついて説明すれば、まず原理的に鉄鋼材料を急速
冷却して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る。

例えば、900℃〜100℃までの冷却を10²〜10sec
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程度で殆ど硬度
上昇が見られないのに対し炭素量0.76％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。

材料全体が均一に冷却されるとすれば、およそ
10²sec以上の冷却速度でマルテンサイト変態によ
る焼入れが可能である。

そこで、低炭素鋼等の低降伏点と高靱性を有す
る管を外管４とし、一方、焼入された状態では高
硬度であり、高い降伏点を有する高炭素鋼等の管
を焼鈍して内管５として用い、内管の内側から後
述加熱、冷却を行うと、焼入による変態膨脹を介
して該内管５を増径させ、外管４と内管５に大き
な嵌合代を得させて緊着させることが出来、同時
に少くともに内管５に焼入によつて高硬度を付与
し、一方、高靱性を具備した外管４いより内管５
をたが締めして全体として靱性を有する耐摩耗な
曲り二重管１を得ることが出来る。

尚、曲げについては後述するプロセスにより行
われるものである。

そして、内管５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
利点を用いることが出来るようになる。

そこで、第２図に示す様に、焼入された状態で
は高硬度であつて、高い降伏点を有する高炭素鋼
製の直管の内管５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４を用
い、該外管４と内管５の径差をR₁として該内管
５を焼鈍状態にして外管４に相対重層し、当該第
２図に示す様に外管４の外側からローラ６，６…
…（当然鼓型のローラ）により該外管４、及び、
内管５に対し冷間押圧式に縮径作用を行つて該両
管４，５を矢印の方に引き出すと、該両管４，５
は塑性変形して縮径される。

ここで、内管５が焼鈍されていることにより、
第４図に示す様に、縦軸に応力Ｆを、横軸に径Ｒ
（歪）をとると、外管４、及び、内管５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４は点線で示すイ，ロ，ハのカーブをた
どり、一方、内管５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
て示してある。）両管４，５の径差はR₂となる。

このプロセスで鼓型のローラ６通過後の縮径作
用停止によるハ，ハ′からニ，ニ′の曲線をたどる
増径過程では外管４、及び、内管５は両者の径差
R₂がほぼ０になり、したがつて、該内管５を予
め焼鈍しておくことにより、外管４と内管５とを
第１段階としての密着した素材の二重管とするこ
とが出来る。

而して、このようにして得られる素材の二重管
に対し、例えば、内管５の内側から高周波誘導方
式等の加熱手段７により外管４、及び、内管５に
対して急速加熱を付与し、その直後にシヤワーリ
ング水等の冷却手段８により急冷すると、前述原
理理論により内管５に対しては焼入れがなされて
マルテンサイト変態により高硬度が付与されると
共に膨径が生じ、外管４との間に嵌合代が得られ
て両管４，５は緊着することになる。

そして、外管４により内管５がたが締めされ第
１次的に圧縮残留応力が印加される。

この間、回転する曲け作業兼引き出し手段９を
外管４の管端にネジ螺合等により固定連結して加
熱手段７と冷却手段８との間の部位にて該外管４
にセツトしたダイス１０を介して旋回状に引き出
すと、内管５の加熱作用により該内管５と外管４
は一体曲げ加工され（当業者に知られている如く
炭素鋼は700〜800℃以上の温度で引張強さの低下
と共に伸び、絞りが著しく増加し、容易に変形さ
せ得ることから、内管・外管の一体曲げ加工は可
能である。）、更に、この発明においては上述ダイ
ス１０の作用等により外管の熱膨脹を抑えると共
に第二次的に両管４，５に対し縮径作用を与え、
この場合、少くとも外管４の弾性限度以上に縮径
させると、第４図と同様縦軸に応力Ｆを、横軸に
径Ｒ（歪）をとると、第５図に示す様に、外管４
はイ，ロ，ハのカーブを、内管５はイ′，ロ′，
ハ′のカーブをたどり、ダイス１０に対する相対
通過後に縮径作用が開放されて両管４，５がハ，
ハ′からニ，ニ′へと増径するが、初期径差R₁′
（実質的に０になされているが）はR₂の大きな嵌
合代を得て緊結され、したがつて、内管５に対す
る外管４のだが締め効果は飛躍的に増大し、更
に、第二次的に内管５に圧縮残留応力が印加され
る。

尚、第５図に示すR₃′はダイス１０による外管
のみの縮径代である。

これに対し内管のみの縮径代はイ′−ロ′であり
この差が第二次的に内管５に印加される。

そして、当該第５図で「内管」と「外管」の径
が水平状に減少するのは、いずれの管も応力の増
大と共に降伏し、弾性領域（図中イ−ロ、及び、
イ′−ロ′）から塑性領域（ロ−ハ、及び、ロ′−
ハ′）になると、応力が増大しない状態で変形の
み進行することを模式的に示したものであり、
又、「内管」の方が「外管」よりも降伏点が高く、
高い応力まで弾性変形範囲内にあるため、ロ−ハ
とロ′−ハ′のレベルが異なつているものである。

このようにして設定長の曲り二重管１′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５の硬化と内外管４，５の緊結と
曲げ作用が一挙になされ、工程の短縮と作業能率
の向上が図れる。

而して、第３図に示す実施例においては上述実
施例のダイス１０による第２次縮径プロセスを省
略した態様であるが、内管５内からの急速加熱手
段７と急冷手段８を用いて加熱、冷却を行う極め
て短時間の間に旋回式の曲げ手段９により曲げ作
用を付与するようにしたものであり、先述した如
く、内管５に対する焼入作用時にマルテンサイト
変態により該内管５を硬化させると共に膨径させ
て外管４に対し緊結し、併せて、焼入時の加熱を
介しての軟化により曲げ作用が行われるように
し、内外管５，４は当該実施例においても緊結さ
れ、加えて内管５は硬化される。

而して、曲げ作業兼引き出し手段は加熱手段
７、冷却手段８の挿入代を有する充分な剛性を持
つものであり、管の寸法、目的の曲げ半径等によ
つて各種寸法・形状をとることが出来、電気的、
機械的な駆動力によりアーム部先端を中心として
旋回する。

第３図の実施例ではローラ６、及び、該ローラ
６の通過後、加熱手段７に達するまでの低温でま
だ強度を有する管の部分は曲がらず、加熱手段を
通過する管の部分が高温で降伏応力が低下してい
るために曲がり易くこの部分が曲げ加工される。

そして、外管４の端部に対して第１図に示す様
に、低炭素鋼製のフランジ２′を溶接して曲り二
重管１′が得られるが、該フランジ２′の外管４に
対する溶接は同質の低炭素鋼によることから容
易、且つ、確実に行なわれる。

尚、こ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、内外両
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い等種々の態様が採用
可能である。

そして、各管については液圧拡管、縮径、爆発
成形等も用いることが出来る。

又、フランジの接合は溶接以外も可能である。

＜発明の効果＞ 以上、この発明によれば、基本的に耐摩耗曲げ
二重管の製造方法において、従来の鋳鋼や遠心鋳
造による製造方法では不可能であつた低コストの
耐摩耗曲げ二重管が得られ、しかも、外管による
内管のたが締めにより、内管に圧縮残留応力が印
加され、結果的に曲げ二重管全体に高靱性を付与
することが出来、しかも、内管を高硬度とするこ
とにより充分な耐摩耗性を付与することが出来る
という優れた効果が奏される。

又、連結部に於ける継手用のフランジの外管端
部に対する溶接接合等が出来、該フランジに対す
るボルト孔加工性が何等阻害されないという優れ
た効果も奏される。

又、曲り二重管にあつては外管と内管とが自緊
状態にされるために、製品の内管に割れが生じて
も、内外管が製造時に冶金的に接合していないこ
ととも相俟つて貫通欠陥等が生じ難く、曲り二重
管の機能が終始保持され易いという優れた効果が
奏される。

又、結果的に耐摩耗機能の向上が図れるという
効果も奏される。

而して、製造時に外管に低い降伏点の材料の管
を用いることにより、又、内管に焼入された状態
では高い降伏点を有し高硬度の管を用いたことに
より、初期の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、両管の密着が可能にされることが出
来、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、内管に高硬度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、又、外管に対し高靱性の材料を用
いることにより製造時に内管に対するたが締め効
果がフルに発揮され、高い圧縮残留応力も付与出
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
ることが可能であるという優れた効果が奏され
る。

更に、内管を予め焼鈍して軟化させるようにす
ることにより内外管重層して緊結させた後の曲げ
加工がし易く、更に、焼入れの際の急加熱と同時
に曲げを付与出来るという優れた効果が奏され
る。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例の説明図であり、第１
図は製品の１態様の断面図、第２図は内外管の緊
結、及び、曲げ工程断面図、第３図は別の実施例
の第２図相当断面図、第４図は二次縮径時の外管
と内管の嵌合代付与の特性グラフ図、第５図は外
管に対する内管の相対重層時の密着嵌合の特性グ
ラフ図、第６図は従来技術に基づく曲り管の断面
図である。 ４……外管、５……内管、１′……曲り二重管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高靱性の外管４と高硬度の内管５とを相対重
   層して自緊させて曲け加工する耐摩耗曲り二重管
   １′を製造する方法において、低降伏点であつて
   高靱性の加工性の良好な材料より成る外管４に焼
   入状態では高降伏点であつて高硬度の材料より成
   る内管５を圧縮残留応力を付与させて密着自緊さ
   せ、内外管が密着自緊した状態の直管又は曲管に
   対して該内外管４を曲げ加工することを特徴とす
   る耐摩耗曲り二重管１′の製造方法。