JPS6021128A - 鋼管の曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、熱間加工によって鋼管を曲げ加工［ｆｉの
技術的背景とその問題点３ 石油精製プラント、化学プラントおよび発電プラント等
の工業分野では、多数の鋼管が用いられている。上記の
プラントで鋼管を屈曲して配管するには、所定の曲率を
有する鋳鉄製のエルボを用い、このエルボの両端に直線
状の鋼管を溶接することにより行なわれている。

ところが近年上記鋼管の屈曲配管は、寸法精度の良好な
熱間曲げ加工により行なわれることが多い。つまり、直
線状鋼管の必要部分を所定の曲率に直接曲げ加工し、そ
の屈曲部に直線状配管を溶接して、鋼管を屈曲配管する
のである。この熱間曲げ加工は、鋼管の外表面に高周波
コイルを設置し、この高周波コイルに通電して＠管を局
部的に加熱し曲げ加工を施すものである。この加熱温度
は、鋼管が炭素鋼、低合金鋼等のフェライト鋼の場合に
は、フェライトおよびオーステナイトの混合組織がオー
ステナイトになる状態、すなわち鋼の状態図におけるＡ
３変態温度以上に設定されている。これにより、良好な
加工性が確保される。さらに、この曲げ加工を採用する
場合には、前述のエルボを用いる場合に較べ、溶接箇所
を低減できるという利点がある。

しかしながら、上記鋼管の熱間曲げ加工では、曲げ加工
される部分けＡ３変態温度以上まで加熱されるが、他の
加工されない部分は室温状態とされるため、鋼管は、Ａ
３変態温度以上の温度から室温壕での温度分布を有する
ことになる。そして、この温ｊ随分布のうち、Ａ３変態
温度直下の部分は、オースブナイトとフェライトとが共
存した状態となるため、冷却（急冷）後、硬式マルテン
サイトと軟質のフェライトとの７μ合組織となり、強度
が著しく低１；する。

この状！、！Ｊ４が、必述の、８３図（Ｂ）の折れ線（
ｂ）に示されろ。仁の折れＡＭ（ｂ）は、外ｆｆ：、３
５０　ｍｍ、肉厚８０ｍｍの９　Ｃｒ　銅管ケ用い、Ｆ
ｅ−Ｃｒ系状態図におけるＡ３変態温度以上の温１支た
る９５０℃に加熱して曲げ加工を施したときの、鋼管の
長手方向の各位置における硬さケ示す。Ｍ′市・におけ
る屈曲部近傍の直線状部分は、加熱時Ａ３変態温度直下
（約８００〜９００″Ｃ）となるため、冷却後曲の位Ｉ
直の硬さが１８０前後であるのに対し、その硬さは１１
０程となす、啄めて低い。

また、高周波コイルは鋼管の外表面を撞い、誘導電流は
＠管の外表面を流ルるため、′Ａ菅がノＪ肉の場合には
、鋼管の外表面は誘導電流により直接加熱されるが、鋼
管内側は伝熱により加熱される。

この加熱温度はともにＡ３変態温度以上、すなわち鋼の
焼入加熱温度となり、さらに鋼管の外表面は内側より高
温となる。したがって、これらの焼入加熱温度の相違に
起因して、鋼管冷却後、厚肉鋼管の半径方向に強度の不
均質が生ずる。

この状態が、後述の第４装置の折れ線（ｄ）に示される
。この折れｉ　（ｄ）も第３図と同一の試料を同一の温
度に加熱したときのものである。ただ折れ線（ｄ）は、
曲げ加工を施した曲げ部分における半径方向各位置の硬
さを示したものである。鋼管の内側は硬度が低く、外表
面に向うにつれてイ使度が高くなっている。

以上のように、従来の熱間曲げ加工では、曲は加工を施
した鋼管は、その長手方向および半径方向ともに強度が
不均質（ｆこなるという問題点を生ずる。

〔発明の目的〕

この発明は上記問題点を考慮してなされたものであり、
強１髪差のない、均質な曲げ鋼管を得ることができる鋼
管の曲げ加工方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的全達成するために、この発明に係る鋼管の曲げ
加工方法は、鋼管を、鋼の状態図におけるＡ１変ｊ占温
度以下の温度に加熱して曲げ加工するものであり、加熱
される鋼管に、鋼の状態図におけるＡ３変態温度直下の
部分が生じないようにし、かつ、加熱＠度ケ焼入加熱温
度以下に設定して、加熱温度差の影響を低減するもので
ある。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明に係る鋼８ｇの曲げ加工方法を丸施す
る鋼管曲げ加工装置を示す平面図である。

鋼゛げ１の端部はストック３に当接支持される。

このストック３は鋼管１の長手方向に移動可能とされて
、鋼管１に、矢印Ｅ方向の推力を付与する。

また、鋼管１の長手方向所定位１べには、′Ｊ１４管１
の外表面に沿って、ドーナツ形状の高周波コイル７が配
設される。この高周波コイル７は＠管１の外表面との間
に適当なりリアランスを刹するとともに、高周波′電流
が流される。この高周波電流によって、鋼管１の高周波
コイル７直下の部分に誘導電流が流れ、この部分が帯状
に加熱される。

さらに、鋼管１における高周波コイル７の近傍でストッ
ク３の反対位置は、クランプ９に把持される。このクラ
ンプ９はアーム１１を介して、装置本体に取り付けられ
る支点１３に回転自在に支持される。この支点１３は、
高周波コイル７の軸方向中央位置でこれに鉛直な平面内
に位置する。これにより、クランプ９に把持された鋼管
１は、矢印Ｅ方向の移動に際し、高周波コイル７によっ
て加熱された部分が直ちに曲げ加工される。また、アー
ム１１の長さは、鋼管１の所望の曲率を考元ハして設定
される。なお、符号１５はガイドローラであり、次に、
上記鋼管の曲げ加工装置を用いた鋼管の曲げ方法を説明
する。

まず、鋼管１の投手方向所定位置に高周波コイル７を配
設するとともに、ストック３により鋼管１の端部を当接
支持する。次に、フランジ９で鋼管１を把持する。この
状態で高周波コイル７に筒周波電流全流し、鋼管１にお
ける高周波コイル直下の部分を局部的に加熱する。

加熱部分が設定温度になった段階でストック３から鋼管
１に矢印Ｅ方向の推力を作用させ、鋼管ｌを同方向に移
動させる。この移動に追従して、クランプ９およびアー
ム１１が所望の曲率半径で回動し、これにより、鋼管１
はその加熱部分が、第２図にｙｒ’−Ｇれるように曲げ
カＵ工でれる。

上記加熱部分の設定温度は、銅の状態図におけるＡ１変
態温＋ｆｆｉより５０　℃低い温度を上限温度とし、鋼
の再結晶温度を下限温度とする範囲内で定められる。

Ａ１変態温度とは、フェライトをベースにしたフェライ
ト鋼において、フェライトとセメンタイトとの共析組織
であるノＱ−ライトが加熱によりオーステナイトに変化
する温度であり、この温＋ｇは炭素鋼又はステンレス鋼
等の合金鋼の動きにそれぞれ異なる。例えば炭素鋼では
７２３℃、９Ｃｒ鋼では８３０℃である。また、Ａ１変
態温要上り５（１”Ｃ低い温度は、一般に鋼の焼きもど
し温度である。この温度を一ヒ限としたのは、鋼管１の
温１及を高めて加工性を良好とするが、胃めすぎること
により生ずる冷却後の鋼管１の材質変化を防止するため
である。

また、再ｍｌ晶温１変を下限としたのは、曲げ加工によ
っても残留応力を生せしめないブこめである。このよう
に再結晶温をを下限としたため、熱間曲げ加工で生じた
歪エネルギは鋼・−１の冷却中に開放される。

上記実施例によれば、鋼の状態図におけるＡ１変態温度
より５０℃低い温度から鋼の再結晶温度の範囲内で銅・
旨１を曲げ加工することから、’６Ｍｌ＆１の曲げ部か
ら曲げ加工されない直線状管部までの加熱温度分布が、
暁もどし温度から室温までの温度分布となる。したがっ
て、加熱される＠管にＡ□変態１１′！度以上でＡ３変
態温度直下の温度になる部分が存在せず、そのため曲げ
加工をして冷却をした後の鋼管１は均質な強度を得るこ
とができる。

この状態が第３図（Ｂ）の折れ線（ａ）に示される。嬉
３図（Ｂ）は曲げ鋼管の長手方向硬度を示すグラフであ
る。その横軸は鋼管の長手方向位１ばを示し、また縦軸
は鋼管の硬さを示す。試料は外径３５０ｍｍ。

肉厚８０ｍｍの９Ｃｒ鋼賃であり、加熱温度はＦｅ−Ｃ
ｒ系状態図におけるＡ１変態温度たる８３０°Ｃから５
０℃を引いた７８０℃である。鋼管のイ吠さけビッカー
ス硬度計で測定したビッカース硬さであり、第３図（Ａ
）に示される如く、鋼管の長手方向に沿って、鋼管の直
線状部分から曲り部にかけて肉厚中央位置で測定した値
である。折れ線（ａ）によれば、鋼管の長手方向硬さは
、直線状管部から曲ｐ部にかけて１８０近傍とほぼ均質
である。これは、同図折れ線（ｂ）に示される従来例の
場合（同様の試料を９５０℃に加熱して曲げ加工し、同
様に測定したもの）に較べ、その均質の程度が著しく良
好である。

また、前述の如く、曲げ加工の加熱温度が鋼のＡ１変態
温度以下５０℃から鋼の再結晶温＋ｆ−ｊでの温度範囲
とされるため、加熱温ＩＩ　１ｌ−ｉ件Ｈの焼入加熱温
度以下と々る（通常、鋼の焼入れは鋼のＡ３変態温度以
上でおこなわれる。）。したがって、鋼管が厚肉であり
、加熱時鋼管の半径方向に温度差が生じても、この温度
差に基づき冷却後鋼管の半径方向に強度むらが生ずるこ
とはない。つまり鋼管の半径方向も均質な強度となる。

この状態が第４図（Ｂ）の折れ線（Ｃ）に示される。第
４図（Ｂ）は曲げ鋼管の曲げ部における半径方向硬さを
示すグラフである。その横１ｌｑ１１は鋼管の曲げ部の
半径方向位＠を示し、また縦軸は鋼管の硬さを示す。試
料および加熱温度ともに第３図（Ｂ）折れ線（ａ）の場
合と同様であり、さらに硬さも同様にビッカース硬さで
ある。また、この硬さは、第４図（Ａ）に示される如く
、鋼管の曲げ部の断面を半径方向に内側から外表面に向
かって５ｍｍ間隔で測定した値である。折れ線（Ｃ）に
よれば、鋼管の曲げ部の半径方向硬さはビッカース硬さ
１６０乃至１８０の範囲となり均質である。折れ線（ｄ
）に示される従来例、すなわち同様の試料を９５０℃に
加熱して曲げ加工し同様に測定したものに較べ、硬さの
均質の程度は顕著である。

さらに、噌ａの加熱温度は、前述の如く鋼の焼入加熱温
度以下とされるため、曲げ加工後焼きもどしをして、鋼
管の材質を改善する必要がない。

また、低温加熱のためスケールの生成も少なく、スケー
ル除去作業も容易となる。故に、曲げ鋼管の製造工程が
単純化され、安価な曲は鋼管を提供することができる。

なお、上記実施例では、鋼管の曲げ加工の刀日熱温吸の
上限をＡ□変態温度以下５０℃とするものにつき説明し
たが、Ａ１変、＋７Ｎ温度を上限とするものであっても
よい（第２実施例）。この場合にも、曲げ鋼管の強度を
均質にすることができる。さらに、この場合には加工温
度を旨めることがでさることから、前記実施例に較べ加
工性をより良好とすることができ、ストック３から鋼管
に作用する推力を減少させることができる。

まブこ、前記実施例および１Ａ３Ｊ２Ａ３側では、曲げ
加工の加熱温度の不眠を鋼の再結晶温度とする場合につ
き説明したが、この再結晶温度以下の温度を曲げ加工の
加熱温度の下限とするものであってもよい１（ｇ３実施
例）。この場合にも、均質な強度の曲げ鋼管を得ること
ができる。ただ、この場合には曲げ加工による残留応力
が生ずることになるが、この残留応力は曲げ加工後焼も
どし処理を施すことにより除去される。

〔発明の効果〕

この発明に係る鋼管の曲げ加工方法によれば、鋼管を、
鋼の状態図におけるＡＩ変態温度以ｒの温ＩＷに加熱し
て曲げ加工１−ることがら、加工後の曲は鋼管の強度を
極めて均質とすることができるという効果を肩“する。

′また、加熱温度がＡ１変態温度以下と低温であるため
、スケールの除去作梁も容易となり、また鋼の再結晶温
度を下限温度とする。嚇せには加工後の焼もどし処理も
不要となるので、曲げ痢Ｉαを安価に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

７１１図はこの発明に係る鋼管の曲げ加工方法を実施す
る（（、Ｐ尚の曲げ加工装置を示す千面図、第２図は第
１図のに・・ｌ’ｉｒの曲げ加工装置における鋼管の曲
げ加工状態を示す作動図、第３図（Ａ）は曲げ鋼管の長
手方向に沿う一部切欠Ｗｉ面図、ル３図（Ｂ）は曲げｔ
銅管の長手方向硬さを示すグラフ、第４図（Ｎは曲げ鋼
管の曲げ部の半径方向に沿う断面図、第４図（Ｂ）は曲
げクシ訃αの曲げ部における半径方向の硬さを示すグラ
フである。 １・・・別置、３・・・ストック、７・・・高周波コイ
ル、９・・・クランプ、【１・・・アーム。 代理人弁理士　則　近　憲　佑　（ほか１名）第１図 ５ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼管を、鋼の状態図におけるＡ１変態温度以下の温
   度に加熱して曲げ加工することを特徴とする鋼・９の曲
   げ加工方法。 ２、前記Ａｌ変態温度以下の温度は、Ａ１変態温度より
   関“°Ｃ低い温度を上限温度とする特許請求の範囲第１
   項記載の＠管の曲げ加工方法。 ３、前記Ａ□変態温度以下の温度は、鋼の再結晶温度を
   下限部ＩＬとするＩ特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の鋼管の曲げ加工方法。