JPH11267764A - 二層ベンド管およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固形物搬送用配管材等として有用な高耐摩耗
性を有する二層ベンド管及びその製造方法を提供する。 【解決手段】この二層ベンド管は、内層が２７Ｃｒ鋳鉄
からなり、外層が炭素鋼である遠心力鋳造された二層直
管を、素管とし高周波曲げ加工により所望の曲げ管形状
に成形した管材である。曲げ加工の加工過程における内
層（２７Ｃｒ鋳鉄）の割れや管口径の座屈変形等を防止
するために、加工温度域を１０００〜１０５０℃とし、
かつ加工温度への昇温速度を５０〜２５０℃／秒、加工
後の冷却を５０℃／秒以下の降温速度とする。加工速度
は０．３〜０．８mm／秒の範囲が適当である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固形物輸送システ
ムを構成する配管材等の高耐摩耗性を要求される管材と
して有用な二層ベンド管およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種機械装置の苛酷な摩耗環境に供され
る部材料として、２７Ｃｒ鋳鉄などの高Ｃｒ鋳鉄材が使
用されている。２７Ｃｒ鋳鉄は卓抜した耐摩耗性を有
し、その管体は、固形物（石炭、セラミックス等の粉粒
体、土砂、都市ごみ等）の輸送システムを構成する配管
材として有用である。しかし、この材種は溶接性が悪
く、配管構成における継ぎ手の形成に溶接を適用するこ
とが困難なため、適用可能な継ぎ手の種類が制限され
る。

【０００３】この不便を解消する手段として、図３に示
すように、管体（１０）を二層構造とし、内層（１１）
を２７Ｃｒ鋳鉄で形成し、外層（１２）を溶接性に富む
炭素鋼で形成した二層管が提案され実用化されている。
これは、図示のように、外層（１２）を介して管材を突
き合せ溶接（Ｗ1）し、又は外層（１２）にフランジ
（１３）を溶接（Ｗ２)で取付けて管継ぎ手を形成する
ものである。その二層管（１０）は、遠心力鋳造法を利
用し、外層（１２）を形成する第１段の鋳造と、内層
（１１）を形成する第２段の鋳造からなる二段鋳造によ
り、外層と内層とが冶金的に強固に接合した積層体とし
て製造することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】配管構成に必要な、エ
ルボウ、Ｕ字管等の各種曲げ形状を有するベンド管は、
一般に遠心力鋳造管などの伸直形状の管材（直管）を素
管とし、これを曲げ加工することにより製造される。高
周波曲げ加工法は、このような曲げ管の工業的製造法と
して広く実用されている。しかし、２７Ｃｒ鋳鉄は極め
て脆く、曲げ加工になじまない材種とされており、これ
まで曲げ加工を適用してベンド管の製造を可能とした報
告例は見当たらない。

【０００５】従来より、２７Ｃｒ鋳鉄を管材料とするベ
ンド管の製造法として、例えば、所要形状に造型された
鋳型を用意し、置き注ぎ鋳造によりベンド管を鋳造し、
ついでその鋳造管材の管端に、鋳ぐるみ鋳造法を適用し
て炭素鋼等の溶接性に富むフランジを形設する、という
方法が採られている。しかし、その製造工程は著しく煩
瑣かつ非能率である。また、置き注ぎ鋳造管は、遠心力
鋳造管と比べて、引け巣などの鋳造欠陥を付随し易く、
品質の信頼性にも問題がある。本発明は、上記問題を解
決するためのベンド管およびその製造方法を提供するも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の二層ベンド管
は、２７Ｃｒ鋳鉄からなる内層と、炭素鋼からなる外層
とを有する遠心力鋳造管である二層直管を高周波曲げ加
工してなるものである。本発明の二層ベンド管を製造す
るための高周波曲げ加工は、遠心力鋳造された二層直管
（内層：２７Ｃｒ鋳鉄、外層：炭素鋼）を、昇温速度５
０〜２５０℃／分で、１０００〜１０５０℃に加熱し、
同温度域で、加工速度０．３〜０．８ｍｍ／秒の曲げ加
工を施し、曲げ加工につづく冷却を、降温速度５０℃／
分以下とすることにより行われる。

【０００７】本発明の二層管の内層を構成する２７Ｃｒ
鋳鉄は、硬質のマルテンサイト基地に、鉄・クロム系複
合炭化物が分散析出した白銑組織を有する高クロム鋳鉄
であり、Ｃ：２．０〜３．５重量％、Ｃｒ：２３〜３５
重量％を含有し、所望により、Ｖ：０．３〜１．５重量
％、Ｍｏ：１．０〜４．０重量％、Ｃｕ：０．５〜１．
２重量％、Ｎｉ：１．５〜３．０重量％等の１種ないし
２種以上の元素を添加された化学組成を有している。こ
の材料は、ＡＳＴＭ Ａ５３２クラスIIIの２５％Ｃｒ
鋳鉄にほぼ相当する。他方、外層を形成する炭素鋼は、
ＪＩＳ Ｇ５１０２「溶接構造用鋳鋼品」のＳＣＷ４１
０、４５０等、Ｃ：０．２２重量％以下、Ｓｉ：０．８
重量％以下、Ｍｎ：１．５重量％以下、所望により、適
量のＮｉ，Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等の１種ないし２種以上の元
素を含む化学組成を有するものが好ましく使用される。

【０００８】本発明における二層管（直管）の曲げ加工
は、内層（２７Ｃｒ鋳鉄）の割れを生じることなく所定
の曲げ加工が達成されるように、内層の伸びおよび絞り
がそれぞれ５０％以上となる温度域で行うことを必要と
する。図１は、２７Ｃｒ鋳鉄の延性、強度等の機械的性
質と温度との関係を示している（供試材：Ｃ２．３、Ｓ
ｉ１．０、Ｍｎ１．２、Ｃｒ２８、Ｍｏ１．５、Ｆｅ
Ｂａｌ、ｗｔ％）。図示のように、１０００℃以上の温
度域で伸びおよび絞り共に、５０％を越える高延性とな
る。従って、曲げ加工温度は、１０００℃以上であるこ
とを要する。

【０００９】管材温度を高めるほど、延性は増大する
が、１０５０℃を越えると、外層（炭素鋼）の組織粗大
化とそれに伴う肌荒れが顕著となり、製品管材の表面品
質を損なう原因となるので、１０５０℃を越えてはなら
ない。また、その曲げ加工においては、座屈による管口
径の楕円化等の好ましくない変形を生じないように、外
層と内層の強度をバランスさせることが必要である。こ
の両層の強度バランスは１０００℃〜１０５０℃の温度
範囲において確保することができる。しかも、この温度
域で曲げ加工して得られるベンド管の内層は、２７Ｃｒ
鋳鉄の高硬度を備えているので、調質熱処理を必要とせ
ず、そのまま配管材として使用することができる。

【００１０】本発明の曲げ加工は、上記曲げ加工温度と
共に、加工温度に到るまでの昇温速度、その加工温度域
で実施される加工速度、および加工後の冷却過程の降温
速度が重要である。加工温度域に到るまでの昇温速度
は、２５０℃／分以下の緩徐の昇温であることを要す
る。これを越えると、昇温過程で２７Ｃｒ鋳鉄層（内
層）の割れが生じ易くなるからである。しかし、５０℃
／分より低い昇温速度とする利益はなく、曲げ加工能率
を阻害するので、５０〜２５０℃／分とする。内層の割
れ防止および曲げ加工能率の点から、好ましくは７５〜
１２５℃／分の範囲に設定される。

【００１１】曲げ加工速度は、０．３〜０．８ｍｍ／秒
の範囲に調節される。加工速度の上限を０．８ｍｍ／秒
とするのは、これを越えると、内層（２７Ｃｒ鋳鉄）に
亀裂を生じ易くなるからである。しかし、０．３ｍｍ／
秒より低くする利益はなく、曲げ加工能率を損なうの
で、これを下限とする。加工後の冷却は、降温速度：５
０℃／分以下の緩徐の冷却であることを要する。これを
越える急速降温を適用すると、冷却過程での割れ発生傾
向が増大するからである。好ましくは、４５℃／分以下
である。この冷却は自然空冷を適用して行うことができ
る。なお、２０℃／分を下回る降温速度に調節する利益
はなく、その速度調整のための煩瑣な措置を要するだけ
である。

【００１２】本発明の二層ベンド管を成形する曲げ加工
は、高周波曲げ加工を適用して効率的に行うことができ
る。図２は、高周波曲げ加工の実施要領を示している。
図中、（１）は、管材（１０）の移送路を形成するガイ
ドローラ、（２）はその移送路の前端部に設置されてい
る高周波誘導加熱コイルである。管材（１０）は、高周
波誘導加熱コイル（２）に包囲された帯域を加熱され、
その加熱帯域は、管材の前進移送に伴って管軸方向に沿
って後端側へ移動していく。（３）は管材（１０）の移
送方向を制御するクランプアームである。クランプアー
ム（３）は、管材（１０）の前端部を握持するチャック
（３₁）を有し、基端側は支軸（３₂）により回動自在に
軸承されている。

【００１３】上記高周波曲げ加工装置において、クラン
プアーム（３）で先端側を握持拘束された管材（１０）
は、高周波コイル（２）で加熱（帯域加熱）されなが
ら、後端側から加えられる押圧力により一定の移送速度
で前方に押し出され、押し出し移送に伴うクランプアー
ム（３）の回動動作により湾曲形状に成形される。曲げ
加工される管材の昇温速度、加工温度等は、高周波コイ
ル（２）の電源出力、管材（１０）の送り速度などによ
り調節される。曲げ加工速度は、管材の送り速度と同等
である。形成されるベンド管の曲げ半径はクランプアー
ム（３）のアーム長さを増減調節することにより所望の
とおりに設定され、またクランプアーム（３）の回動角
度により、９０゜エルボウやＵ字管など所望の曲げ形状
・曲げ角度を有するベンド管を形成することができる。

【００１４】

【実施例】（１）供試管材 下記の遠心力鋳造二層管Ａ、Ｂを使用し、図２の高周波
曲げ加工装置により、ベンド管（エルボウ）を得る。加
工温度条件および加工結果を表１に示す。加工速度（送
り速度）は、０．４mm／秒に設定した。表２は、発明例
（Ｎｏ．２、Ｎｏ．５）の曲げ加工で得られた二層ベン
ド管（曲げ加工まま）について、内・外層の諸特性（常
温）の測定結果を示している。

【００１５】［管材Ａ］ 管サイズ（mm）：外径 237、外層厚 15.5、内層厚 2
0.5。 管材組成（wt％） 内層：C 2.18、Si 0.8、Mn 1.0、Cr 27.5、Mo 0.2
8、V 0.15、Fe残。 外層：C 0.16、Si 0.31、Mn 0.85、Fe 残。

【００１６】［管材Ｂ］ 管サイズ（mm）：外径 508、外層厚 15.5、内層厚 1
5.5。 管材組成（wt％） 内層：C 2.28、Si 0.49、Mn 0.96、Cr 27.9、Mo
0.4、Fe 残。 外層：C 0.22、Si 0.45、Mn 0.81、Fe 残。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】表１に示したように、発明例のものは、割
れの発生や肌荒れ等の異常を生じることなく、所定の曲
げ加工を達成している。比較例Ｎｏ．１１およびＮｏ．
１３は、加工温度への昇温速度が高過ぎたことにより、
昇温過程で２７Ｃｒ鋳鉄層（内層）に割れが発生し、他
方Ｎｏ．１２およびＮｏ．１４は加工温度が適切でない
ために、曲げ加工途中で内層に割れが発生している。更
に、Ｎｏ．１５およびＮｏ．１７は加工温度が高過ぎた
ことにより外層に肌荒れが生じ、Ｎｏ．１６およびＮ
ｏ．１８では、加工後の冷却（送風冷却）での降温速度
が高過ぎたため、内層に割れが発生している。また、表
２に示すように、発明例のものは、配管材等の構造材料
として必要な機械性質を有し、その内層は固形物搬送用
配管材として望まれる卓抜した高硬度を有している。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、２７Ｃｒ鋳鉄を内層と
して遠心力鋳造された二層直管を素管とし高周波曲げ加
工により効率よく二層ベンド管を製造することができ
る。遠心力鋳造管を素管としているので、置き注ぎ鋳造
管として製造されている従来のベンド管に比し、材質の
信頼性にも優れている。本発明の二層ベンド管は、高耐
摩耗性を要求される配管材、殊に粉粒体（粉炭、セラミ
ックス、鋳物砂等）、都市ごみ等の固形物搬送用配管材
として好適に使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】２７Ｃｒ鋳鉄の機械性質と温度との関係を示す
グラフである。

【図２】高周波曲げ加工を模式的に示す正面説明図であ
る。

【図３】二層管とその管継ぎ手の例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１：ガイドローラ ２：高周波誘導加熱コイル ３：クランプアーム ３₁：チャック ３₂：回動支軸 １０：二層管 １１：内層（２７Ｃｒ鋳鉄） １２：外層(炭素鋼) １３：フランジ W１、Ｗ２：溶接部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２７Ｃｒ鋳鉄からなる内層と、炭素鋼か
   らなる外層とを有する遠心力鋳造管である二層直管を高
   周波曲げ加工してなる二層ベンド管。
2. 【請求項２】 高周波曲げ加工法によるベンド管の製造
   方法において、２７Ｃｒ鋳鉄からなる内層と、炭素鋼か
   らなる外層とを有する遠心力鋳造管である二層直管を、
   昇温速度５０〜２５０℃／分で、１０００〜１０５０℃
   に加熱し、同温度域で、曲げ加工速度０．３〜０．８ｍ
   ｍ／秒の曲げ加工を施し、曲げ加工につづく冷却を、降
   温速度５０℃／分以下に調整することからなる二層ベン
   ド管の製造方法。