JPS61283413A - 二重管製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、スラリー輸送、空気輸送等に供する内面の
耐摩耗性が優れた自緊二重管の製造技術分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この発明は、外管に対し内管を相対重層し、液
圧拡管等の手段により両管をほぼ密着させた後に加熱急
冷して内管を焼入硬化させると共に内管のマルテンサイ
ト変態に際しての膨脹により外管と内管を強固に緊結し
、内面に十分な耐摩耗性を具備させると共に内管に圧縮
残留応力を付与して割れが発生、伝播しないようにした
二重管の製造方法に関する発明であり、特に、低焼入性
を含む非焼入性の鋼よりなる外管に対して高い焼入性の
鋼よりなる内管を焼鈍状態、又は、規準状態として相対
重層させ、相対重層と共に、或いは、その後に内管の拡
管、又は、外管の縮径等の手段により両者を密着させ、
次いで、両者を加熱してその後、内管のみマルテンサイ
ト変態する範囲の冷却速度で急冷することにより内管を
焼入硬化し、同時にマルテンサイト変態によるｆｉｌｌ
脹を介して外管と内管を緊結するようにした二重管製造
方法に係る発明である。

〈従来技術〉 周知の如く、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十分な耐摩耗性を具備ざ
ゼておく必要がある。

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靭性が低下し、管が衝撃的な力
によって破壊し易くなる傾向があり、実用上の見地から
は単層の鋼管では付与しつ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所謂複
合機能を有する管が用いられるようになってきている。

該種複合機能管の製造には、管内面に硬化肉盛を施す方
法や遠心鋳造法により耐摩耗性材料を内張する方法が用
いられてきたが、製造過程で内張に引張残留応力を生じ
るため、外力が印加されると割れを生じやすく、又、内
張が管と冶金的に接合しているため一旦割れを生じると
貫通亀裂になり易いという欠点があった。

これに対し、外管に内管を相対重層して、内管に液体圧
力等を印加して機械的に拡管し、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に緊
結する所謂緊着二重管製造方法もあるが、耐摩耗性材料
よりなる内管は一般に著しく高強度、低靭性であるため
、前者の方法を採用するのは困雌であり、又、厳しい合
わせ精度の必要とされる後者の方法では長尺管の製作に
は向かない難点があり、事実上採用不可能であった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 他方、出願人の先願発明である特開昭５７−１５２３２
６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内管を緊結する優れた二重管製
造方法がある。

きりながら、この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配管材に用い、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
を緊結させるため、特に耐摩耗性の優れた材料を内管と
する二重管の製造には適さないという不都合さがあった
。

この発明の目的は上述従来技術に基づく出願人の先願発
明のマルテンサイト変態膨脹を介しての外管と内管の緊
結による二重管製造方法に伴う問題点を解決ずべき技術
的課題とし、外管と内管の緊結に充分な嵌合代を持たせ
、内管に充分な圧縮残留応力を付与して割れが生じない
ようにし、而も少ない製造工程で簡単な装置により製造
コストを安くすることが出来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二重管製造方法を
提供せんとするものである。

〈問題点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
述問題点を解決するために低炭素鋼等の非焼入硬化性、
或いは、焼入性の低い材質の配管材より成る外管に対し
て高炭素鋼、或いは、合金鋼等の焼入性が充分に高い製
管材より成る内管を焼純、又は、焼準し延性を持たせた
状態で相対重層して液圧拡管等により、両者を密着状態
に重層させ、次いで、両管を内管の変態温度以上に加熱
した後に内管がマルテンサイト変態を生ずる早い速度で
急冷することにより、内管に焼入硬化を生じさせると同
時にマルテンサイト変態による膨脹を介して内管を外管
に対して充分な嵌合代を有して緊結させ、又、内管を充
分に焼入硬化させることによって耐摩耗性を具備させる
と共に大ぎな圧縮残留応力を付与し、割れの発生、伝播
を防止するようにした技術的手段を講じたものである。

〈発明の原理態様〉 まず、この発明の原理的背景を説明すると、鉄鋼材料は
均一のオーステナイト状態から急冷していく場合、第１
図に示す様に、横軸に時間ｔを縦軸に温度θをとると、
冷却速度が十分に早い場合にはマルテンサイト変態を生
じて硬化する。

そして、第２図に示す様に、横軸に鉄鋼材料の炭素含有
量Ｗを縦軸に硬さト１をとると、急冷の結果得られる硬
さは、炭素含有量が多ければ多い程、又、冷却速度が早
ければ早い程大きくなる。

尚、炭素の代りにある種の合金元素を添加しても焼入硬
化の度合が高まる。

ところで、第３．４図に於て、横軸に温度θを縦軸に膨
脹率Δ１／ｌをとると、第３図に示す様に、焼鈍状態と
した鉄鋼材料を加熱、冷１１する工程でマルテンサイト
変態を生じない場合には温石と膨脹率の関係は加熱と冷
却の工程で略同−曲線をたどるのに対し、冷却速度が早
くて冷却工程でマルテンサイト変態を生じる場合には第
４図に示す様に急激な膨脹が起り冷却終了段階の体積は
加熱、冷却工程前と比べ膨脹する。

そこで、この発明は焼入性の高い鉄鋼材料、例えば、上
記高炭素鋼を内管とし、低焼入性を含む非焼入性の低炭
素鋼管を外管とし、内管を焼鈍もしくは焼串した状態で
両者を重層し、予め密着させた上で均一オーステナイト
化温度域に加熱した後、内管がマルテンサイト変態し、
外管がマルテンサイト変態しない範囲の冷却速度で急冷
し、マルテンサイト変態により内管が硬化すると共に膨
脹する現象を利用して外管に対する嵌合度を大きくし、
内管に圧縮残留応力を与えようとするものである。

ここで、内外管重層前に内管を焼鈍、もしくは、規準状
態としておく理由は重層後の焼入れで十分変態膨脹を生
じさせるためであるが、更に、高焼入性の鋼でも焼鈍、
もしくは、規準状態の場合には伸びと降伏点を低くする
ことが出来るので１重層後両管を一体として内管を塑性
域まで割れずに十分に拡管したり、又は、外管を縮径し
た後除荷すると弾性戻り差がほとんど生ぜず、隙間なく
密着させることを可能にするというメリットからでもあ
る。

〈実施例−構成〉 次に、この発明の１実施例を図面に従って説明すれば以
下の通りである。

第５図に示ず様に、非焼入硬化性、若しくは焼入性の低
い、例えば、炭素ｌ　Ｏ，２５％以下の低炭素ｕ４製の
外管１の内部に、その内径に近接して充分に遊挿可能な
外径を有する焼入性の高い材料、例えば、炭素ｆｉ　Ｏ
，５５％の高炭素鋼製の内管２を焼鈍、或いは、焼串し
た状態にして遊挿し相対型　　　）層する。

次に、第６図に示す様に、周知の拡管手段、例えば、液
圧拡管等により内管２を塑性域まで拡管増径し外管１と
内管２を密着させる。

この場合、内管２は焼鈍状態、又は、規準状態にあるた
めに柔かく、その密着はミクロ的に完全嵌着状態になる
。

尚、設計によっては上記外管１と内管２の相対重層時に
併せて拡管するようにしても良い。

次いで、このようにして得られた密着重層管を所定の加
熱炉にて８５０°Ｃに３０分保持した後油冷する。

この場合、外管１は上述の通り非焼入硬化性、或は、焼
入れ性が低いために焼入れ現象は生ぜず、内管２のみに
焼入れが生ずるが、内管２においては前述第４図に示す
様に、マルテンサイト変態が発生ずる低温領域では膨脹
して増径し、したがって、リニアに縮径する外管１との
間にＤの嵌合代が大きく現われて素材二重管３より外管
１に対する内管２の気密嵌着を介して二重管３′が得ら
れる。

因みに実験によれば、炭素ｆｉ　Ｏ，５５％の高炭素鋼
が焼鈍状態からマルテンサイトに変わったときの膨脹率
Δｌ／ｌは０．３％程度であり、このとき内管にはおよ
そ１５Ｋ［ｒ　／ｍｍ２の円周方向圧縮応力が導入され
た。

そして、その急冷工程にて、第２図に示した様に内管２
では急冷による硬化が起こり、ビッカース硬さ１４０程
度の焼鈍状態、又は、規準状態からごッカース硬さ　７
００程度のマルテンサイト状態に移り、十分な耐摩耗性
が付与された。

尚、外管の方は、加熱急冷してもほとんど硬さが変化せ
ず、１４０程度と軟かく、したがって、十分な靭性を保
持していた。

そして、この発明の実施例について在来態様のサンプル
管に対し評価試験を行った結果は次表の通りである。

尚、評価表示の○は製品としての合格を表わし、×は商
品としての不合格を示すものである。

したがって、上表の通りこの発明の実施例の耐摩耗二重
管は全ての条件を製品として満足することが分る。

〈実施例−作用〉 上述構成において得られた二重管３′を、例えば、スラ
リー輸送管に使用した場合、内管内を粉粒体を含む液体
、即ち、スラリーが人聞に流化しても該内管２は上述焼
入硬化により耐摩耗性が高められているために充分に使
用に耐える。

又、圧縮残留応力が大きいために割れが生じ難く、万−
割れが生じたとしても伝播し難い。

尚、この発明の実施態様は上述実施例に限るものでない
ことは勿論であり、例えば、外管と内管との相対重層侵
の両者の密着については上述実施例に欠いて外管を適宜
手段により縮径することにより密着嵌合させたりする等
種々の態様が採用可能である。

又、加熱、冷却の方法も、内管内面側から加熱急冷づる
等種々の態様が採用可能である。

そして、設計変更的には外管は低炭素鋼以外の素材によ
る外管でも良く、内管は上記高炭素鋼以外のものでも良
いことは勿論である。

又、この発明における外管の非焼入硬化性と低焼入性は
均等であり、内管についての使用状態が焼鈍状態と焼準
状態が均等であることも勿論である。

〈発明の効果〉 以上、この発明によれば、内面耐摩耗の二重管急冷の製
造方法において、単に従来使用されている拡管や縮管方
法を用いての加熱冷却制御を行うのみで充分な耐摩耗性
の良好な二重管を得ることが出来るという優れた効果が
奏され、したがって、設備的にも製造がし易く成り、低
コスト化を図ることが出来る優れた効果があり、又、Ｉ
ｊ造工程での各種の管理もし易くなるという優れた効果
が奏される。

而して、内管のマルテンサイト変態による膨脹を介する
ことにより、内管の外管に対する嵌合代を充分に大ぎく
取ることが出来ることによる緊結が得られる優れた効果
が秦される。

そして、外管に低焼入性を含む非焼入硬化性の外管を用
い、内管として焼入性が高く焼鈍状態、又は、焼準状態
の内管を用いることによる焼入硬化と外管との素材状態
での硬さの相違を介して、柔かい内管を用いるためにそ
の嵌合はミクロ的に緊結状態が現出出来るという優れた
効果が奏され、縮管時の割れも生ぜず、圧縮残留応力も
充分に付与出来る効果がある。

而して、従来、単層管では管に所要の靭性（伸び）を持
たせるために徹底して硬化焼入れすることは出来ずに焼
入を加減していたため、耐摩耗性を犠牲にしていた。

これに対しこの発明では、外管が非焼人材で十分な靭性
強度を分担し、外管が破壊に対する防御壁となるため、
内管は焼入材で硬化させ耐摩耗性能を分担させるため、
材料の焼入性能をフルに利用して高い硬度を付与し、従
来の１１１層管に比べて極めて高い耐摩耗性能を持たせ
ることが出来るという優れた効果が秦される。

更に、密着重層後の内管に対して加熱を与え、直ちにマ
ルテンサイト変態を生ずる冷却速度で急冷することによ
り、マルテンサイト変態による膨脹が大きく得られると
共に焼入硬化が得られて高い硬さを得ることが出来、そ
れによってスラリー輸送、粉粒体の空気輸送等における
内面摩耗が少なく、又、大きな嵌合代を１ｑられること
による内管の大きな圧縮残留応力により、割れが生じな
いという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の詳細な説明図であり、第１図はオース
テナイト状態からの冷却曲線、第２図は鋼中炭素量と焼
入による硬さの相関グラフ図、第３図はマルテンサイト
変態が起らない場合の加熱と冷ｆＪＩによる温度と膨脹
率との相関グラフ図、第４図はマルテンサイト変態が起
る場合の温度と膨脹率との相関グラフ図、第５〜８図は
二重管製造プロセス図である。 １・・・外管、　　２・・・内管、 ３・・・二重管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外管に内管を重層し内管のマルテンサイト変態による膨
   脹を介して両管を緊結させるようにした二重管製造方法
   において、内管に焼入性の良好な鉄鋼材料よりなる管を
   外管に低焼入性を含む非焼入性材料よりなる管を用い内
   管を焼鈍状態として両管を重層密着させた後、内外管の
   うち少くとも内管を加熱し、次いで内外管のうち少くと
   も内管を急速冷却し内管を焼入硬化すると共に内管のマ
   ルテンサイト変態に伴う膨径により両管を緊結するよう
   にしたことを特徴とする二重管製造方法。