JPH0931541A

JPH0931541A - 高Ｃｒフェライト鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH0931541A
Application number: JP20291995A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Asakura; 大輔朝倉; Ryuichi Ishii; 龍一石井; Kazuaki Ikeda; 一昭池田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-02-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高Ｃｒフェライト鋼管の肉厚方向に沿う材料強
度などの材料特性を鋼管全体にわたり均等に且つ比較的
容易に調整する高Ｃｒフェライト鋼管の製造方法を提供
する。【解決手段】高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からなる素管を
熱間加工して曲げ管１を形成し、その曲げ管１を焼なら
しした後に肉厚方向の内面５および外面６を冷却システ
ムＣＳ１の要部構成を成す複数のブロア（外面用ブロア
２、２及び内面用ブロア３）で同時に強制空冷する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高Ｃｒフェライ
ト鋼管の製造方法に係り、特に熱間加工した曲げ管の再
熱処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、発電プラント等の配管装置には、
多くの種類の鋼管が使用されている。これらの鋼管の内
で高温・高圧等の使用条件を満足させるものとして、近
年、高温下での機械的特性がすぐれた高Ｃｒフェライト
系耐熱鋼からなる鋼管（以下、「高Ｃｒフェライト鋼
管」と呼ぶ）が注目されている。この高Ｃｒフェライト
鋼管は、実際に、蒸気タービン用の主蒸気リード管など
の配管装置に使用され始めている。

【０００３】このように配管装置に使用される高Ｃｒフ
ェライト鋼管の曲げ管（「曲り管」、「ベンド・パイ
プ」とも言う）は、直線状鋼管（素管）の必要部分を曲
げ加工して製造されている。この曲げ加工には、通常、
直線状鋼管を所定の温度まで加熱し、鋼管の材料強度を
低下させた状態で加工力を加えて塑性変形させる熱間曲
げ加工が採用されている。

【０００４】この熱間曲げ加工の加熱温度は、通常、鋼
種に応じた様々の温度に設定されるが、高Ｃｒフェライ
ト鋼管の場合には、良好な曲げ加工性確保のため、オー
ステナイト領域、即ち鋼の状態図におけるＡ₃変態温度
以上に設定されることが多い。

【０００５】しかし、Ａ₃変態温度以上に加熱された高
Ｃｒフェライト鋼管は、冷却中にマルテンサイト変態を
生じる場合があり、この場合には冷却後の機械的性質が
加熱前と全く異なってしまうので、実際の使用が困難と
なることが多い。

【０００６】そこで、高Ｃｒフェライト鋼管の機械的特
性を再び調整するため、通常、熱間曲げ加工後に再び、
熱処理炉で焼ならし及び焼戻しの再熱処理を行うように
なっている。この再熱処理後の冷却方法としては、通
常、熱処理炉で加熱された鋼管を熱処理炉から外に出し
て大気放冷している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上述した高Ｃｒフェライト鋼管にあっては、熱間加工に
起因して変化する機械的特性を調整するために再熱処理
しているのにもかかわらず、その再熱処理後の冷却方法
に起因して所望の機械的性質や耐水蒸気酸化性などの材
料特性が得られないといった問題があった。この問題
は、特に鋼管の厚肉が大きくなる程、顕著であった。

【０００８】例えば、鋼管の機械的特性については、鋼
管が肉厚になると、その体積が肉厚の三乗で増大するの
に対し表面積は二乗で増大することから、冷却に必要な
表面積が体積に対して幾何学的に少なくなって温度が低
下しにくく、特に鋼管の内面は構造上、ふく射熱により
温度が低下しにくいため、鋼管の材料強度が肉厚方向に
沿って不均一となってしまうといった問題があった。し
かも、本来の機械的性質を得るためには、高Ｃｒフェラ
イト鋼管の鋼種ごとに異なる適切な冷却速度で冷却させ
る必要もあり、冷却速度管理が煩雑となっていた。

【０００９】また、鋼管の耐水蒸気酸化性については、
冷却状態に基づく結晶粒径に起因して低下させてしま
い、蒸気配管などの蒸気にさらされる鋼管には殆ど使用
できなかった。

【００１０】一方、上述の再熱処理後に鋼管の表面の一
部には、酸化被膜が不均一に生成してしまい、これをブ
ラストしても酸化被膜を完全に除去できず、鋼管の外観
を著しく損ない、製品化できないものがあった。

【００１１】この発明は、このような従来の問題を改善
するもので、高Ｃｒフェライト鋼管の肉厚方向に沿う材
料強度などの材料特性を鋼管全体にわたり均等に且つ比
較的容易に調整する高Ｃｒフェライト鋼管の製造方法を
提供することを、第１の目的とする。

【００１２】また、高Ｃｒフェライト鋼管の耐水蒸気酸
化性の低下を抑制する高Ｃｒフェライト鋼管の製造方法
を提供することを、第２の目的とする。

【００１３】さらに、高Ｃｒフェライト鋼管の表面に生
成する酸化被膜を確実に且つ比較的容易に除去できる高
Ｃｒフェライト鋼管の製造方法を提供することを、第３
の目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１記載の発明に係る高Ｃｒフェライト
鋼管の製造方法は、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からなる
素管を熱間加工して曲げ管を形成し、その曲げ管を焼な
らしし、この後に当該曲げ管の肉厚方向の内面および外
面を同時に複数のブロアで強制空冷するようになってい
る。

【００１５】また請求項２記載の発明は、高Ｃｒフェラ
イト系耐熱鋼からなる素管を熱間加工して曲げ管を形成
し、その曲げ管を焼ならしし、この後に複数のブロアが
配置された室内に搬送し、その室内の環境を所定の室温
を維持するように制御した状態で上記曲げ管の肉厚方向
の内面および外面を同時に上記複数のブロアにより強制
空冷するようになっている。

【００１６】また請求項３記載の発明は、高Ｃｒフェラ
イト系耐熱鋼からなる素管を熱間加工して曲げ管を形成
し、その曲げ管を焼ならしし、この後に油槽内に搬送
し、その油槽内の油を循環させながら上記曲げ管の肉厚
方向の内面および外面を同時に油冷却するようになって
いる。

【００１７】また請求項４記載の発明は、高Ｃｒフェラ
イト系耐熱鋼からなる素管を熱間加工して曲げ管を形成
し、その曲げ管を焼ならしし、この後に当該曲げ管の肉
厚方向の内面および外面を同時に冷媒により強制冷却す
るようになっている。

【００１８】上記第２の目的を達成するために、請求項
５記載の発明に係る高Ｃｒフェライト鋼管の製造方法
は、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からなる素管を熱間加工
して曲げ管を形成し、その曲げ管を焼ならしし、この後
に当該曲げ管を上記高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の所望の
結晶粒度に基づく冷却速度で冷媒により強制冷却するよ
うになっている。

【００１９】上記第３の目的を達成するため、請求項６
記載の発明に係る高Ｃｒフェライト鋼管の製造方法は、
高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からなる素管を熱間加工して
曲げ管を形成し、その曲げ管を焼ならしし、この後に当
該曲げ管の表面に生成された酸化被膜を除去し、その
後、上記曲げ管を焼戻しし、この後に当該曲げ管の表面
に再び生成された酸化被膜を除去するようになってい
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、請求項１記載の発明の実施の形
態（以下、「第１実施形態」）を図１〜図５に基づき説
明する。この第１実施形態は、通常のブロアを適用した
冷却システム（冷却装置）を用いて実施するものであ
る。

【００２１】図１に示す冷却システムＣＳ１は、焼なら
し及び焼戻し用の熱処理炉の外部に配置されるもので、
高温状態の高Ｃｒフェライト鋼管の曲げ管（以下、単に
「鋼管」）１を強制空冷するようになっている。

【００２２】この冷却システムＣＳ１は、鋼管１の外側
を取り囲むように配置される複数のブロア（送風装
置）、即ち鋼管１の外面送風用の少なくとも２台の外面
用ブロア２、２と、鋼管１の内面送風用の内面用ブロア
３とを備える。

【００２３】外面用ブロア２、２の夫々は、所定の送風
機構（図示しない）を装備したもので、その送風機構の
動作により略放射方向に送風可能な送風口を備える。こ
の外面用ブロア２、２の夫々は、その送風口からの略放
射方向の送風領域が鋼管全体の外面６の周囲、例えば鋼
管全体の少なくとも内周側及び外周側を夫々カバーする
位置に配置されている。

【００２４】内面用ブロア３は、所定の送風機構（図示
しない）を装備したもので、その送風機構の動作により
略直線方向に送風可能な送風口を備える。この内面用ブ
ロア３は、その送風口から送風される空気の流れを鋼管
１の内面に供給可能な位置、即ち鋼管１の一方の端面に
略対向する位置に配置されている。

【００２５】ここで、この実施形態の作用を説明する。

【００２６】まず、熱間曲げ加工後の鋼管１を熱処理炉
内で焼ならし及び焼戻しし、その後に炉内から炉外に取
り出した温度の高い鋼管１を冷却システムＣＳ１内にセ
ットし、この状態で冷却システムＣＳ１を起動させたと
する。この起動に際し、外面用ブロア２、２の夫々から
所定速度で送風された空気の流れが鋼管１の外面６に到
達する（図１中の矢印４ａ…４ａ参照）と共に、内周用
ブロア３から所定速度で送風された空気の流れが一方の
端面（入口）から内面５を通って他方の端面（出口）に
到達する。即ち、内周用ブロア３により鋼管１内の高温
空気が滞留することなく常時、外部へ排出される（図１
中の矢印４ｂ参照）。

【００２７】そこで、鋼管１の外面６からの冷却が肉厚
方向に沿って強制的に進行する共に、この外面６よりも
構造上冷却に不利な内面５からの冷却も肉厚方向に沿っ
て同時に且つ強制的に進行する。

【００２８】従って、この実施形態では、鋼管１の外面
６と内面５とが同時に且つ鋼管全体にわたり肉厚方向に
沿って殆ど均等に強制冷却されるため、従来の大気放冷
に比べると、鋼管１全体の強度特性などの材料特性も大
幅に向上するようになる。特に、鋼管１が厚肉になる
程、上述の冷却効果をより一層発揮させることができ
る。

【００２９】ここで、この実施形態による鋼管１の材料
特性を検証する実験を試みた。この実験は、高Ｃｒフェ
ライト系鋼材料からなる所定規格の鋼管（火ＳＴＰＡ２
８鋼管、口径４５０Ａ、肉厚１００ｔ）を用いて熱間曲
げ加工および再熱処理を行った後に、冷却条件を変えて
作成した鋼管の曲げ管製造試験およびビッカース硬さ試
験を行うものである。ここで、冷却条件は、従来の大気
放冷による場合とこの実施形態の強制空冷による場合と
に設定した。曲げ管製造試験は、再熱処理後の鋼管の内
面と外面とに熱電対を設置し、その熱電対で両者の温度
を時系列に測定して鋼管の冷却状態を調べた。ビッカー
ス硬さ試験は、鋼管断面の内面から肉厚中央を経て外面
に至る肉厚方向上で所定間隔毎にビッカース硬さを測定
し、そのビッカース硬さに代表される強度特性を調べ
た。

【００３０】まず、従来の大気放冷による場合を説明す
る。

【００３１】図２（ａ）及び（ｂ）は、大気放冷中の鋼
管１ａの曲げ管製造試験の結果を説明するものである。
この測定結果によると、鋼管１ａの内面５と外面６は、
焼戻し後に所望の材料特性を得るのに適切な冷却状態
（図中の冷却曲線ａ参照）と比べ、比較的緩やかに冷却
されることが確認された（図中の冷却曲線ｂ及びｃ参
照）。

【００３２】図３（ａ）及び（ｂ）は、大気放冷後の鋼
管１ａのビッカース硬さの測定結果を説明するものであ
る。この測定結果によると、上述の大気放冷中の鋼管１
ａの冷却状態を反映して、鋼管１ａのビッカース硬さＨ
ｖは外面６から内面５にかけて低下していた。この測定
結果に対応して、焼戻し後の鋼管１ａの引張強さも外面
６から内面５にかけて低下していることが確認された。

【００３３】次に、この実施形態の強制空冷による場合
を説明する。

【００３４】図４（ａ）及び（ｂ）は、強制空冷中の鋼
管１ｂの曲げ管製造試験の結果を説明するものである。
この測定結果によると、鋼管１ｂの内面５と外面６は、
上述の適切な冷却状態（図中の冷却曲線ａ参照）と比
べ、より速やかに冷却されることが確認された（図中の
冷却曲線ｂ及びｃ参照）。

【００３５】図５（ａ）及び（ｂ）は、強制空冷後の鋼
管１ｂのビッカース硬さの測定結果を説明するものであ
る。この測定結果によると、上述の強制空冷中の鋼管１
ｂの冷却状態を反映して、鋼管１ｂのビッカース硬さＨ
ｖは外面６から内面５にわたりほぼ均一（２２０Ｈｖ付
近）であった。この測定結果に対応して、焼戻し後の鋼
管１ｂの引張強さも肉厚方向に沿ってほぼ均一であるこ
とが確認された。

【００３６】このように鋼管の材料特性を検証する実験
においても、従来の大気放冷と比べたこの実施形態の強
制空冷による上述の効果を確認できた。

【００３７】次に、この実施形態の変形例を図６（ａ）
及び（ｂ）に基づき説明する。この変形例は、上述の内
面用ブロア３に多孔ノズルを設け、この多孔ノズルを用
いて鋼管１の内面５を更に均一に強制冷却するものであ
る。

【００３８】図６に示す多孔ノズル１０は、鋼管１の内
径よりも小さい口径を有し、内面用ブロア３の送風口３
ａから鋼管内を挿通可能に延びる湾曲自在のフレキシブ
ル配管である。この多孔ノズル１０の外側表面には多数
の孔１０ａ…１０ａが形成されており、その各孔１０ａ
…１０ａから鋼管１の内面５に向けて空気を噴出可能と
なっている。

【００３９】ここで、内面用ブロア３の送風口３ａに多
孔ノズル１０を接続し、この多孔ノズル１０を熱処理後
に炉から出した高温状態の鋼管１内に挿入し、上述の冷
却システムＣＳ１（図６中では外面用ブロア２、２を便
宜上、省略）を起動させたとする。この起動に際し、内
面用ブロア３の送風口３ａから多孔ノズル１０内に送風
された空気が各孔１０ａ…１０ａから鋼管１の内面５に
向けて噴出され、その内面５からの冷却がほぼ均等に進
む。

【００４０】従って、本変形例では、上述の実施形態と
同等の効果に加え、特に曲げ管の長さが長い場合であっ
ても、鋼管内面に対して殆ど均等に強制冷却できるとい
った利点がある。即ち、曲げ管の長さが長い場合には、
内面用ブロアからの空気が鋼管内を通過する間に鋼管内
面と空気との間で行われる熱交換作用により鋼管内の温
度が上昇し、その結果、鋼管内部の送風の入口側とその
出口側との温度差がより一層大きくなるため、上述の実
施形態では入口側と同等の強制空冷効果を出口側で得る
ことが難しくなる。これに対し、本変形例では鋼管内面
に対して殆ど均等な強制冷却を実施できる。

【００４１】（第２実施形態）次に、請求項２記載の発
明の実施の形態（以下、「第２実施形態」）を図７〜図
９に基づいて説明する。

【００４２】最初に、請求項２記載の発明の着想点を説
明する。まず、上述した強制空冷中の鋼管１の冷却状態
を室内の環境を変えて検証する実験を試みた。この実験
は、焼なまし後（約１０００℃）の高Ｃｒフェライト系
鋼の所定規格の鋼管（火ＳＴＰＡ２８鋼管、口径３５０
Ａ、肉厚６０ｔ、長さ５ｍ）からなる曲げ管を室内で強
制空冷する間、その室内の環境条件を変えたときの室温
及び鋼管の温度を同時に測定するものである。

【００４３】ここで、実験に使用した装置は、図７に示
すように、上述と同じ複数のブロア（図示しない）が配
置される所定広さ（例えば、約２０ｍ×２０ｍ×２０
ｍ）の部屋（室）７に室温計２３、大型の換気窓２４、
２４、および鋼管１の外面６の温度測定用の温度計２５
を備えたものである。室内の環境は、換気窓２４、２４
を締め切った状態と全開にした状態に設定した。

【００４４】図８（ａ）は、換気窓２４、２４を締め切
った状態での実験結果を説明するグラフである。この実
験結果によると、室温が約７０度まで上昇し、鋼管１の
外面６からの冷却が比較的ゆるやかに進行していること
が確認された（図中の室温曲線ｄおよび冷却曲線ｃ参
照）。

【００４５】図８（ｂ）は、換気窓２４、２４を全開に
した状態での実験結果を説明するグラフである。この実
験結果によると、上述と比べ、室温の温度上昇が比較的
少なく、鋼管１の外面６からの冷却が比較的速やかに進
行していることが確認された（図中の室温曲線ｄおよび
冷却曲線ｃ参照）。

【００４６】従って、上述の実験結果から、鋼管の強制
空冷時に室温上昇を抑制し、室温が一定レベルを維持す
るように室内の環境を制御することで、鋼管の冷却効果
がより一層高められることが明らかとなった。

【００４７】そこで、第２実施形態に戻り、上述の実験
結果に基づく着想点を適用した冷却システムを図９に基
づき説明する。

【００４８】図９に示す冷却システムＣＳ２ａは、焼な
まし後の鋼管１が置かれる部屋７に強制冷却用の複数の
ブロア（即ち、外面用ブロア２、２と内面用ブロア３）
と、室温をほぼ一定に保つエアーコンディショナー８と
を備える。そこで、複数のブロアにより鋼管１が強制空
冷される間、エアーコンディショナー８により部屋７の
温度が予め設定された適宜な温度に保たれるので、上述
の冷却効果をより一層高めることができる。

【００４９】また、図１０に示す冷却システムＣＳ２ｂ
は、上述の実施形態の変形例を示すもので、エアーコン
ディショナー８に代わって、大型の換気ファン９、９を
取り付けたものである。そこで、複数のブロアにより鋼
管１が強制空冷される間、換気ファン９、９により鋼管
１から熱を受け取った空気が換気され、室内の温度上昇
が抑制されるので、上述の冷却効果をより一層高めるこ
とができる。

【００５０】（第３実施形態）次に、請求項３記載の発
明の実施の形態（以下、「第３実施形態」）を図１１に
基づいて説明する。

【００５１】図１１に示す冷却システムＣＳ３は、熱処
理炉から搬出された温度の高い鋼管１が投入される、油
焼入れ用の油１２を入れた油容器（油槽）１１と、鋼管
１内部の油１２を循環させて滞留を防ぐための内面用ス
クリュー１４と、油容器１１内の油１２を循環させて油
温度を均一化するための循環用スクリュー１５と、油容
器１１内の油１２と鋼管１との間の熱交換による温度上
昇を抑制し、油温度を一定に保つ油温度調節機１６とを
備えている。

【００５２】ここで、冷却システムＣＳ３を起動させる
と、鋼管１が投入された油容器１１内の油温度が油温度
調節器１６にてほぼ一定に保たれ、循環用スクリュー１
５にて油容器１１内の油１２が容器全体にわたり循環さ
れ、内面用スクリュー１４にて鋼管１の内面に沿って油
１２が循環される（図中の矢印１３参照）。

【００５３】従って、鋼管１の肉厚方向の内面および外
面が油１２により同時に強制冷却されるため、第１実施
形態と同等の効果が得られる。

【００５４】（第４実施形態）次に、請求項４記載の発
明の実施の形態（以下、「第４実施形態」）を図１２に
基づいて説明する。

【００５５】図１２に示す冷却システムＣＳ４は、熱処
理炉から搬出された温度の高い鋼管１が搬入される部屋
７と、この部屋７にＮ₂又はＣＯ₂などの極低温の液化
ガス（冷媒）を流量調節弁１９およびノズル１９ａの通
路を介して供給するための液化ガスタンク１８とを備え
る。ノズル１９ａの先端部は、部屋７内に搬送された鋼
管１の一方の端部を臨む位置に配設されている。

【００５６】ここで、流量調節弁１９を開状態に操作す
ると、液化ガスタンク１８内の液化ガスが流量調節弁１
９およびノズル１９ａの通路を介して部屋７内の鋼管１
の内面に沿う一方の端部に向けて噴射される。

【００５７】このように噴射された液化ガスが鋼管１か
ら熱を奪って一気に気化し、その気化したガスが鋼管１
内に沿って他方の端部から鋼管１外へ流れ（図１２中の
矢印１７参照）、鋼管１の内面５が強制冷却される。ま
た、液化ガスの噴出量に比例して部屋７内の温度が急激
に下がり、鋼管１の外面６も強制冷却される。

【００５８】従って、この実施形態でも、第１実施形態
と同等の効果が得られる。なお、この実施形態は、鋼管
の内面に向けて極低温の液化ガスを噴出させる構成とし
てあるが、本発明はこれに限定されるものではない。例
えば、鋼管の内面だけでなく外面に向けて液化ガスを噴
出させる装置（ノズルなど）を設けてもよい。また、第
１実施形態の変形例と同様の多孔ノズルを設けることに
より、より一層冷却効果を高めることができる。

【００５９】（第５実施形態）次に、請求項５記載の発
明の実施の形態（以下、「第５実施形態」）を図１３及
び図１４に基づいて説明する。

【００６０】最初に、請求項５記載の発明の着想点を説
明する。一般に、鋼管の耐水蒸気酸化特性は化学成分や
結晶粒径などに影響を受け、例えば結晶粒径については
微細な程、向上することが知られている。従って、耐水
蒸気酸化特性を改善するためには、結晶粒径をより微細
に形成させる必要がある。そこで、熱処理後の冷却速度
を極低温の冷媒（Ｎ₂又はＣＯ₂などの液化ガス）を用
いて増加させる点に着目した。即ち、鋼管の内面を強制
的に冷却することで、耐水蒸気酸化特性を発揮させる結
晶の微細領域が形成される。

【００６１】以下、上述の着想点を適用した第５実施形
態を説明する。ここで、この実施形態は、蒸気配管など
の鋼管内部（内面）が蒸気にされされる配管装置に使用
される高Ｃｒフェライト鋼管に適用するものである。

【００６２】この実施形態は、上述の第４実施形態の構
成と同等の冷却システムＣＳ４を適用したもので、この
冷却システムＣＳ４が、焼なまし後の高Ｃｒフェライト
鋼管の内面を所定の冷却速度で強制冷却するようにＮ₂
などの液化ガスを噴出するようになっている。ここで、
冷却速度は、図１３に示すように、鋼管１の内面側に耐
水蒸気酸化特性を発揮可能な結晶の微細領域（細粒層）
２０が形成される所望の速度に設定した。

【００６３】次に、この実施形態により形成された鋼管
の内面における結晶の微細領域を具体的に検証するた
め、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、内面状態
（金属組織）を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察し、
従来の鋼管の内面状態と比較してみた。ここで、観察対
象の鋼管には高Ｃｒフェライト系鋼の所定規格の鋼管
（火ＳＴＰＡ２８鋼管）を用いた。

【００６４】図１４（ａ）は、焼ならし後に大気放却
し、焼戻した場合の従来の鋼管の内面状態を示すもので
あり、同図（ｂ）は、焼ならし後に液化ガス（Ｎ₂）で
強制冷却し、上記と同じ条件で焼戻した場合の本実施形
態による鋼管の内面状態を示すものである。これによ
り、この実施形態の鋼管の内面状態は、従来の鋼管の内
面状態と比べ、結晶粒が全体的に微細になっていること
が確認された。

【００６５】従って、高Ｃｒフェライト鋼管の内面に生
成する結晶が微細となって、これにより、従来と比べ、
耐水蒸気酸化性が大幅に向上するようになる。

【００６６】なお、この実施形態は、蒸気配管等の鋼管
内部が蒸気にされされる場合として内部の結晶粒度の細
粒化に着目した一例であったが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。例えば、発電プラント等の鋼管やチ
ューブ材の外部が水蒸気にさらされる場合には、鋼管の
外面の結晶粒度を細粒化する必要があるので、鋼管の外
面を極低温の冷媒で強制冷却することが望ましい、（第６実施形態）次に、請求項６記載の発明の実施の形
態（以下、「第６実施形態」）を図１５及び図１６に基
づいて説明する。

【００６７】最初に、請求項６記載の発明の着想点を説
明する。従来、厚肉の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からな
る素管を熱間曲げ加工後に熱処理した曲げ管は、その表
面に生成した酸化被膜（酸化スケール）を熱処理後にブ
ラスト処理等により剥離していた。しかし、高Ｃｒフェ
ライト鋼管の表面をブラスト処理しても、その表面の一
部にはアバタ状の生成物が残ることが多かった。この原
因を化学分析で調べたところ、アバタ状の生成物は表面
に残存した酸化被膜であることが確認された。

【００６８】このアバタ状生成物である酸化被膜の発生
原因を図１５（ａ）及び（ｂ）に基づき検討してみる。

【００６９】図１５（ａ）及び（ｂ）は、熱処理後の高
Ｃｒフェライト鋼管の表面状態を説明するものである。
同図（ａ）において、鋼管１の表面（内面５及び外面
６）には、焼なましに起因する第１の酸化被膜２１上に
焼戻しに起因する第２の酸化被膜２２が覆うように２層
状に付着しているのが確認された。この２層状の酸化被
膜の内の第１の酸化被膜２１が欠如している部分は、焼
なまし後の冷却中に自然剥離したたためと考えられる。

【００７０】従って、鋼管１の表面には酸化被膜２１、
２２が不均一に生成し、特に２層部分は酸化被膜が厚く
且つ硬く付着しているため、従来の製造工程におけるブ
ラスト処理では酸化被膜の剥離が難しく、その結果、ア
バタ状に残存してしまうことが明らかとなった。

【００７１】そこで、焼戻し後に酸化被膜を均一に生成
させることに着目した。即ち、焼なまし後にブラスト
し、第１の酸化被膜２１を全て剥離してから焼戻しする
ことで第２の酸化被膜２２だけを熱処理後に生成させ
る。これにより、最終的に生成する酸化被膜は、殆ど均
一の厚さを有する１層部分、即ち第２の酸化被膜だけと
なっているので、この第２の酸化被膜を最終的にブラス
トすれば、従来の不均一な２層状態に起因したアバタ状
の生成物が残存することなく、全て剥離できる。

【００７２】以下、第６実施形態に戻り、製造工程を図
１６に基づいて説明する。

【００７３】まず、第１工程Ｓ１にて予め準備した高Ｃ
ｒフェライト耐熱鋼からなる直線鋼管（素管）を所定の
加熱温度で熱間曲げ加工して所定の曲率に沿う曲げ鋼管
を形成する。

【００７４】次いで、第２工程Ｓ２にて曲げ鋼管を元の
直線鋼管と同等の材料特性に戻すため、所定の温度で焼
ならしする。その結果、曲げ鋼管の表面上（外面及び内
面）には第１の酸化被膜２１が生成される。

【００７５】そこで、第２工程Ｓ２の焼ならし後に、上
記第１又は第２実施形態と同等の強制空冷を行い、その
強制空冷が完了した時点で第３工程Ｓ３に以降し、第１
の酸化被膜２１を剥離除去するためのブラスト処理を行
う。その結果、曲げ鋼管の表面状態は殆ど地肌の状態に
戻る。

【００７６】次いで、第４工程Ｓ４にて曲げ鋼管を焼戻
しする。この焼戻し後に上述と同等の強制空冷を行う
と、第２の酸化被膜２２が地肌状態の曲げ鋼管の表面上
に殆ど均一の厚さで生成される。

【００７７】そこで、第５工程Ｓ５にて第２の酸化被膜
２２を除去するために再びブラスト処理を行うと、従来
のようにアバタ状生成物が残存することなく、鋼管の表
面が殆ど元の素管と同様の地肌状態に戻る。従って、最
終的に得られる鋼管を表面性状の良好な製品として提供
することができる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明に係る高Ｃｒフェライト鋼管の製造方法にあっては、
焼ならし後の曲げ管の肉厚方向の内面および外面を同時
に複数のブロアで強制空冷するようにしたため、曲げ管
の肉厚方向が鋼管全体にわたり殆ど均等に冷却され、こ
れにより、鋼管全体にわたり素管と同等以上で且つ殆ど
均質の強度などの材料特性を有する曲げ管を製造でき
る。特に、今後の高温化の要求に伴って使用が求められ
る可能性が高い高Ｃｒフェライト鋼管の内の特に厚肉鋼
管に対して、上記効果を最大限に発揮させることができ
る。

【００７９】また請求項２記載の発明にあっては、室内
の環境を所定の室温を維持するように制御した状態で、
焼ならし後の曲げ管の肉厚方向の内面および外面を同時
に複数のブロアにより強制空冷するようにしたため、上
述の請求項１記載の発明と同等の効果に加え、冷却速度
管理が容易となるほか、強制空冷効果をより一層高め、
材料特性の保証が高まるようになる。

【００８０】また請求項３記載の発明にあっては、油槽
内の油を循環させながら焼ならし後の曲げ管の肉厚方向
の内面および外面を同時に油冷却するようにしたため、
上述の請求項１記載の発明と同等の効果に加え、強制空
冷よりも冷却速度管理がより一層容易となって、材料特
性の保証も高まるようになる。

【００８１】また請求項４記載の発明にあっては、焼な
らし後の曲げ管の肉厚方向の内面および外面を同時に冷
媒に強制冷却するようにしたため、上述の請求項１記載
の発明と同等の効果に加え、強制空冷又は油焼入れによ
る場合よりも高い冷却速度で得ることができる。

【００８２】請求項５記載の発明に係る高Ｃｒフェライ
ト鋼管の製造方法にあっては、焼ならし後の曲げ管を高
Ｃｒフェライト系耐熱鋼の所望の結晶粒径に基づく冷却
速度で冷媒により強制冷却するようにしたため、曲げ管
の表面部に結晶粒径の微細な領域が形成され、素管と同
等又はそれ以上に耐水蒸気酸化性の優れた表面をもつ鋼
管を提供できる。

【００８３】請求項６記載の発明に係る高Ｃｒフェライ
ト鋼管の製造方法にあっては、焼ならし後に曲げ管の表
面に生成された酸化被膜を除去してから焼戻しをかけ、
その後に再び曲げ管の表面に生成された酸化被膜を除去
するようにしたため、酸化被膜を確実に且つ比較的容易
に除去でき、これにより、鋼管外観を損なう事態を大幅
に抑制できる。また、高Ｃｒフェライト鋼管の種類によ
っては表面処理が難しい酸化被膜の発生を殆ど防止で
き、表面性状が比較的良好な鋼管を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の冷却システムの要部構成を示す
概略図。

【図２】従来の鋼管断面に沿うビッカース硬さを説明す
る図で、（ａ）は測定位置を示す鋼管の断面図、（ｂ）
は硬さ状態を説明するグラフ。

【図３】従来の鋼管表面における冷却状態を説明する図
で、（ａ）は測定位置を示す鋼管の断面図、（ｂ）は冷
却状態を説明するグラフ。

【図４】第１実施形態の鋼管断面に沿うビッカース硬さ
を説明する図で、（ａ）は測定位置を示す鋼管の断面
図、（ｂ）は硬さ状態を説明するグラフ。

【図５】第１実施形態の鋼管表面における冷却状態を説
明する図で、（ａ）は測定位置を示す鋼管の断面図、
（ｂ）は冷却状態を説明するグラフ。

【図６】第１実施形態の変形例の冷却システムを説明す
る図で、（ａ）は概略全体図、（ｂ）は概略断面図。

【図７】第２実施形態の実験に使用した装置の概略全体
図。

【図８】第２実施形態の実験結果（室温の変化と鋼管の
冷却状態）を説明する図で、（ａ）は換気窓を締め切っ
た場合のグラフ、（ｂ）は換気窓を全開にした場合のグ
ラフ。

【図９】第２実施形態の冷却システムの要部構成を示す
概略図。

【図１０】第２実施形態の変形例の冷却システムの要部
構成を示す概略図。

【図１１】第３実施形態の冷却システムを説明する図
で、（ａ）は概略全体図、（ｂ）は概略側面図。

【図１２】第４実施形態の冷却システムの概略全体図。

【図１３】第５実施形態の鋼管の内面状態を説明する概
略断面図。

【図１４】鋼管の内面状態を顕微鏡写真（倍率１００
倍）で説明する図で、（ａ）は従来の鋼管の説明図、
（ｂ）は第５実施形態の鋼管の説明図。

【図１５】第６実施形態の鋼管の表面状態を説明する図
で、（ａ）は概略全体図、（ｂ）は概略側面図。

【図１６】第６実施形態の製造工程を説明する概略のフ
ローチャート。

【符号の説明】

ＣＳ１、ＣＳ２ａ、ＣＳ２ｂ、ＣＳ３、ＣＳ４冷却シ
ステム１鋼管（高Ｃｒフェライト鋼管）２、２外面用ブロア３内面用ブロア３ａ送風口５内面６外面７部屋８エアーコンディショナー９、９換気ファン１０多孔ノズル１０ａ…１０ａ孔１１油容器１２油１４内面用スクリュー１５循環用スクリュー１６油温度調節機１８液化ガスタンク１９流量調節弁１９ａノズル２０結晶の微細領域（細粒層）２１第１の酸化被膜２２第２の酸化被膜２３室温計２４、２４換気窓２５温度計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からなる素管
を熱間加工して曲げ管を形成し、その曲げ管を焼ならし
し、この後に当該曲げ管の肉厚方向の内面および外面を
同時に複数のブロアで強制空冷することを特徴とする高
Ｃｒフェライト鋼管の製造方法。
【請求項２】高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からなる素管
を熱間加工して曲げ管を形成し、その曲げ管を焼ならし
し、この後に複数のブロアが配置された室内に搬送し、
その室内の環境を所定の室温を維持するように制御した
状態で上記曲げ管の肉厚方向の内面および外面を同時に
上記複数のブロアにより強制空冷することを特徴とする
高Ｃｒフェライト鋼管の製造方法。
【請求項３】高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からなる素管
を熱間加工して曲げ管を形成し、その曲げ管を焼ならし
し、この後に油槽内に搬送し、その油槽内の油を循環さ
せながら上記曲げ管の肉厚方向の内面および外面を同時
に油冷却することを特徴とする高Ｃｒフェライト鋼管の
製造方法。
【請求項４】高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からなる素管
を熱間加工して曲げ管を形成し、その曲げ管を焼ならし
し、この後に当該曲げ管の肉厚方向の内面および外面を
同時に冷媒により強制冷却することを特徴とする高Ｃｒ
フェライト鋼管の製造方法。
【請求項５】高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からなる素管
を熱間加工して曲げ管を形成し、その曲げ管を焼ならし
し、この後に当該曲げ管を高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の
所望の結晶粒径に基づく冷却速度で冷媒により強制冷却
することを特徴とする高Ｃｒフェライト鋼管の製造方
法。
【請求項６】高Ｃｒフェライト系耐熱鋼からなる素管
を熱間加工して曲げ管を形成し、その曲げ管を焼ならし
し、この後に当該曲げ管の表面に生成された酸化被膜を
除去し、その後、上記曲げ管を焼戻しし、この後に当該
曲げ管の表面に再び生成された酸化被膜を除去すること
を特徴とする高Ｃｒフェライト鋼管の製造方法。