JPS61119619A - 金属管の熱処理方法 - Google Patents

金属管の熱処理方法

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JPS61119619A
JPS61119619A JP59240241A JP24024184A JPS61119619A JP S61119619 A JPS61119619 A JP S61119619A JP 59240241 A JP59240241 A JP 59240241A JP 24024184 A JP24024184 A JP 24024184A JP S61119619 A JPS61119619 A JP S61119619A
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metal tube
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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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】 「産業上の利用分野J 本発明は、金属管の熱処理方法に係わり、特にエアポケ
ットが発生し易い1g雑な構造の金属管に用いて好適な
熱処理方法に関するものである。
「従来の技術」 一般に、金属材料、例えば原子力や化学プラント等に多
用されているオーステナイト系ステンレス調等において
は、引っ張り応力と腐食因子とが共存する場合、腐食割
れが急速に進行することか知られている。
従来、このような金属管の応力を改善する場合、金属管
の中に冷却水を挿通させながら、金@管を誘導加熱して
、金属管の内外面に降伏点以上の熱応力が生じる温度差
を与えて、金f1管の継ぎ目等の溶接部付近の内面に残
留圧縮応力を発生させた状態とする応力改善方法か考え
られている。
「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、このような方法は、直管等の単純な形状
には適用可能であるが、二重管のような複雑な形状の金
属管には適用が困難であり、また、適用可能であったと
しても、例えば第1図に示すように、水平に敷設された
金属管1が、単管部2と二重管部3とを有するとともに
、リング状中空部7の部分に中空部の内径が大きくなっ
た膨出中空部8が介在している場合であると、第1図矢
印で示すようにリング状中空部7に冷却水を挿入しても
、膨出中空部8に冷却水が満たされないで空気が残る部
分、いわゆるエアポケット9が生じて、このエアポケッ
ト9の付近の冷却効果が低下して、金属管1の周方向の
熱処理条件に「むら」が生じて、安定した圧縮応力を与
えることができなくなるという問題点がある。
本発明は、このような従来技術の問題点を有効に解決す
るとともに、金属管のエアポケットを除去して周方向の
応力改善効果の「むら」を少なくして熱処理の安定性を
高め、また、配管路の信頼性を向上させることを目的と
するものである。
「問題点を解決するための手段」 このような目的を達成するため、第1の発明は、金属管
の膨出中空部付近に冷却水を存在させた状轢で金属管を
加熱するととらに、膨出中空部に核沸騰及び膜沸騰を生
じさせて残留空気を排出し、該膜沸騰温度と金属管表面
温度との差により、膨出中空部付近における管壁の熱処
理を施した後、加熱を停止して冷却させることにより、
リング状中空部に面する管の内面に残留圧縮応力を生じ
させるものであり、また、第2の発明は、金属管の二重
管部と単管部との間の膨出中空部付近に冷却水を存在さ
せた状態で金属管を加熱し、膨出中空部に核沸騰及び膜
沸騰を生じさせて残留空気を排出するとともに、膨出中
空部付とにおける単管部の管壁内外表面に降伏点以上の
熱応力を発生させる温度差を与え、次いで二重管部の管
壁内外表面付近に降伏点以上の熱応力を発生させる短時
間加熱を行なった後、時間差をおいて前記単管部の加熱
を停止させる如くすることを特徴とするものである。
「実施例」 以下、本発明を第1図ないし第3図に示す金属管に適用
した実施例について説明する。
第1図例の金属管lは、単管部2と二重管部3とが水平
に連結された構造であり、これらは、例えば原子力圧力
容器4のノズル5にサーマルスリーブ6を設けた構造で
ある。また、この金属管lは、水平に連続している単管
部2の流路が、第1図のA点で挟められて、サーマルス
リーブ6に導かれるとともに、ノズル5とサーマルスリ
ーブ6との間のリング状中空部7が、B点で内径が大き
くなって膨出中空部8が生じている。
このような構造の金属管lに第1図矢印で示すように冷
却水を送り込むと、リング状中空81! 7に停滞水が
存在するとともに、リング状中空部7の一部である膨出
中空部8には、冷却水が満たされないで空気が残る部分
、つまり、エアポケット9が彩成された部分が残る。以
下、エアポケット9の除去を行ないながら残留応力の改
善が実施されろ。
即ち、単管部2をコイルXにより誘導加熱して、溶接部
【0付近の管壁の温度を第4図の時−刻T0ないしT1
で示すように上げ、このときの伝達熱により、二重管部
分を加熱する。このとき、リング、状中空部7の冷却水
が停滞しているために、モデル点Bはモデル点りよりも
高い温度となるが、モデル点Bが、二重管部3の内面に
核沸騰を生じさせる温度に達すると、発生蒸気とともに
エアポケット9の空気が徐々に追い出され、また、核沸
騰が生じている状$では、その蒸発熱の消費のためにエ
アポケット9の付近の温度が、第3図周方向の池の部分
より一時低くなり、空気の追い出しが進行するにともな
って、代わりに冷却水が入り込み、膨出中空部8の周方
向の全部が冷却水と接触した状態となり、膜沸騰状態に
移行する。ただし、モデル点Bの温度が膜沸騰を生じさ
せる温度(例えば3Kgf/cm”で約 130℃)に
満たないときは、前に述べたように、第1図に示すコイ
ルYを通電して補助加熱を実施する。なお、第4図にお
いて、曲線A〜Dは、モデル点A−Dと対応する。
そして、膨出中空部8h<@沸暁状聾となると、エアポ
ケット9か除去されて周方向にほぼ一定な温変分布とな
るために、膜沸騰温度を一つの基準として、溶接部10
付近の管壁の内外面の間(モデル点C−Dの間)に、温
度差を与えろ (なお、この誘導加熱に加えてコイルY
を補助的に使用して乙良い)。該温度差は、変轡温度よ
りら低い範囲て管壁に相異なる方向の降伏点以上の鴇応
力を発生させるに必要な範囲であり、温度がほぼ定常状
態となる加熱時間T、は、次式によって求めることがで
きる。
T、≧0.7 (L、)”/ a  −−−−(1)た
だし、Ll−最大肉厚部の厚さ a一温度拡散係数 第5図は加熱時間13時における金属管lの各部の温度
分布を示しており、例えばモデル点C−Dについて検討
すると、温度がそれぞれ5506C・ 200℃で、降
伏点以上の熱応力を発生させるのに十分な温度差(オー
ステナイト系ステンレスの場合200℃以上)である。
なお、モデル点Bの付近が膜沸騰状態となっているかど
うかは、第4図の曲線Bか矢印Xて示ずように、残留空
気と発生蒸気とが入れ代わることに基づく激しい温度か
なくなっているか、あるいは、膜沸騰温度θに達してい
るか等を検出することで確認するとよい。この場合、通
常は、膨出中空部8の付近に温度計を挿入することが困
難であるため、エアポケット9が生しているときに、金
属管1を加熱したときのモデル点A等の表面温度の変化
と、残留空気除去処理後に同一条件で金属管1を加熱し
たときの同一点の温度変化とを予め比較して、その差を
求めておき、これを基準とする等により、第4図の曲線
Bの変化を加熱時間T1あるいはその前で検出するよう
にすることが有効である。
次いで、二重管部3をコイルYにより誘導加熱して、金
属管lを重複加熱状態とするととらに、ノズル5との溶
接部10付近の管壁との内外面の間(モデル点A−Bの
間)に第4図時間T1ないしT。
で示すように温度差を与える。
この際の加熱時間T、 −T、は次式によって求めるこ
とができる。
T、−T、 = (0,05−0,2)(Lt)’/ 
a・−・(2)ただし、L2−管壁の厚さ また、加熱時間T、−T、は時間か短く、いわゆる超2
1速加熱である。そして、第6図は時間17時における
金属管1の管壁温度分布を示しており、例えばモデルa
A−8について検討すると、温度がそれぞれ450℃・
180℃で、降伏点以上の熱応力を発生させ得る温度差
となっている。かつ、第6図に示すように金属管lの全
加熱範囲を通して、曜さ方向にほぼ一様な温度分布か与
えられた状態である。
次いで、金v4管1をほぼ均一な速度で冷却すると、冷
却水に接触している部分等に残留圧縮応力を発生さ仕る
ことかできろ筈であるか、第1図に示」−金属管lは、
流水と停滞水との冷却能力の差が太きいため、同時に加
熱を停止すると、流水に接触している部分か先に冷却さ
れ、二重管部3、例えばモデルへA−Bに付近等かいわ
ゆるホットスポットとして残り、応力改善効果を低減す
る原因となりかねない。そこで、コイルYによる誘導加
熱を停止し、第4図の時間T、ないしT3で示すように
二重管部3の冷却を先に始める。
この冷却に必要な時間T3  T−は、概ねTz  T
−≧(L、)’/ a −−−−(3)で与えられる。
このような設定をして、時刻T、にコイルXによる誘導
加熱を停止して冷却すると、第7図に示すような残留圧
縮応力を得ることができる。第7図について補足説明す
ると、サーマルスリーブ6を除く金属管1の内面付近に
発生する残留応力は、周方向応力(IlooP 5TR
ESS) 、及び、管軸方向応力(AX I^L)が実
線及び鎖線で示すようになり、特に溶接部付近等、例え
ばモデル点Bに代表されるように、応力を数片したい部
分で、かつ、エアポケット9が発生し易い部分では、そ
れぞれ残留圧縮応力を生した状態、つまり、金属管1を
流れる流体が餌食因子を含有ずろらのであって乙、餌食
因子によって腐食割れの発生を抑制し、かつ、若干の腐
食割れが本然処理前にあってら、その進行を妨げろ状聾
とすることができるものである。また、第7図において
、金属管1をメツツユ分割した部分は、残留応力を求め
るときの有限要素を示し、金属管1内面に位置する任き
の有限要素から垂線を引いたとき、曲線と交差した点の
残留応力値と対応することを表している。
なお、ここまで第1図例の金属管lについて説明したが
、類似する他の管体、任意の方向に敷設された管体等に
ついても同様な熱処理方法により実施し得ることは勿論
であり、例えば単管状でエアポケットが生じ易いものや
、停滞水が生じ易いしの等に有効である。
「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、次のような効果を
奏することができる。
(a)金属管が水平に敷設されて停滞水が生じ易い場合
、あるいはエアポケットが生じ易い金属管の形状である
場合等において、金属管内面の応力改善を実施し、腐食
割れの発生、成長を抑制することができる。
(b)熱処理の途中でエアポケットが除去されるため、
金属管の周方向の応力改善効果の「むら」を少なくして
、配管路の信頼性を向上させることができる。
CC)金属管の形状が複雑な場合でも、別々にかつ時間
差をおいて誘導加熱することにより、目的とする残留圧
縮応力を付与することができ、また、適用範囲が広く容
易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の熱処理方法を適用した金属管の例を示
す一部を省略した縦断面図、第2図は第1図の鎖線1部
分の拡大図、第3図は第1図の■−■線矢視図、第4図
は第1図にモデル点AないしDで示す部分の加熱工程と
温度との関係曲線図、第5図は第4図のT、における金
属管の温度分布図、第6図は第4図のTtにおける金属
管の温度分布図、第7図は第4図の冷却後に金属管に発
生する残留応力を示す曲線図である・        
       ;l・・・・・・金属管、2・・・単管
部、3・・・・・二重管部、7・・・・リング状中空部
、8・・・・膨出中空部、9・・・エアポケット、lO
・・・・溶接部。 第1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (i)金属管の膨出中空部付近に冷却水を存在させた状
    態で金属管を加熱するとともに、膨出中空部に核沸騰及
    び膜沸騰を生じさせて残留空気を排出し、該膜沸騰温度
    と金属管表面温度との差により、膨出中空部付近におけ
    る管壁の熱処理を施すことを特徴とする金属管の熱処理
    方法。 (ii)金属管の二重管部と単管部との間の膨出中空部
    付近に冷却水を存在させた状態で金属管を加熱し、膨出
    中空部に核沸騰及び膜沸騰を生じさせて残留空気を排出
    するとともに、膨出中空部付近における単管部の管壁内
    外表面に降伏点以上の熱応力を発生させる温度差を与え
    、次いで二重管部の管壁内外表面付近に降伏点以上の熱
    応力を発生させる短時間加熱を行なった後、時間差をお
    いて前記単管部の加熱を停止させることを特徴とする金
    属管の熱処理方法。
JP59240241A 1984-11-14 1984-11-14 金属管の熱処理方法 Expired - Lifetime JPH0699755B2 (ja)

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