JPS62156224A - ステンレス鋼管等の残留応力改善方法 - 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」 本発明は、ステンレス鋼管等の残留応力改善方法に関す
るものである。

「従来の技術」 一般に、臨海地区の化学プラント、原子力発電プラント
等にはオーステナイト系ステンレス鋼管等が使用されて
いるが、これらの管では、海塩粒子による管外表面の応
力腐食割れ（以下、ＥＳＣＣという　）が問題となって
いる。この主因の一つは、管の溶接部の近傍に存在して
いる溶接残留応力であると考えられる。即ち、オーステ
ナイト系鋼管等にあっては、引っ張り応力と腐食因子と
が共存する場合、ＥＳＣＣが進行する傾向がある。

特に、溶接継手によって管体を連結して配管路を構成す
るようにしている場合は、溶接時の熱形１を受けて、溶
接部の近傍の表面に引っ張り残留応力が発生した状態と
なり易い。

従来、オーステナイト系ステンレス鋼管等におけろ残留
応力改善方法としては、例えば、特公昭５　Ｂ、−１７
８０７号「配管の熱処理方法」等に示されるように、管
の内部に腐食因子である流体を挿通させる使用条件であ
る場合に、管の内部に冷却水を挿通させなから管壁を誘
導加熱して、内外表面の温度差により、管の内面に圧縮
の残留応力を付与する技術等が搗案されている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、前述したように、海塩粒子による管外表
面のＥＳＣＣを問題としている場合に、このような従来
技術を適用しようとすると、例えばジャケットを管外表
面を覆うように被せて、冷却水を挿通させるとともに、
ジャケットの中に加熱用誘導加熱コイルを設置する必要
があって、冷却水及び誘導加熱コイルの干渉、既設設備
との干渉等を生じろ、また、装置が複雑となって、実用
上の制限が大きくなる等の問題点がある。

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、管体単独の状態、あるいは配管路が形成さ
れている状態等の影響を受けることがなく、ステンレス
鋼管等の外表面に残留圧縮応力を付与して耐食性を向上
させ得る方法の提供を目的とするものである。

「問題点を解決するための手段」 ステンレス鋼管等の厚肉状管壁を誘導加熱する工程と、
該工程により厚肉状管壁の温度が処理適温近傍に達した
ときに厚肉状管壁に連続している薄肉状管壁を誘導加熱
する工程と、該工程を付加した後の両管壁の温度が処理
適温に達しているときに管壁外表面に冷却流体を噴出さ
せて急冷する工程との有機的結合により、熱容量の相異
する厚肉状管壁及び薄肉状管壁両方を処理適温に導いて
、両管壁の温度差を少なくした状態としてから急冷する
ことにより、管壁の温度差に基づいて塑性変形を生じさ
せ、冷却後の状態において、管壁の外表面に圧縮残留応
力が付与されるようにしているしのである。

「実奄例」 以下、本発明に係るステンレス鋼管等の残留応力改善方
法を適用した一実施例を第１図ないし第５図に基づいて
説明する。

該−実施例では、第１図に示すように、オーステナイト
系ステンレス鋼からなるステンレス鋼管が、溶接継手（
溶接部）１によって、フランジ管２と直管３とを連続さ
せた構造となっており、溶接部１の近傍の外表面に圧縮
残留応力を付与するようにしているもので、［厚肉状管
壁加熱工程］、［薄肉状管壁加熱工程コ、［急冷工程コ
から構成されている。

［厚肉状管壁加熱工程］ 溶接部ｌの両側におけるフランジ管２と直管３との外表
面の一部が、改善処理対象範囲である場合、その対象範
囲の回りを囲うように、溶接部ｌを境界として電気的に
分割通電可能となっている誘導加熱コイル４を配置する
とともに、誘導加熱コイル４の間の部分等に、誘導加熱
部分に冷却水をスプレー状に噴出するための冷却水噴出
ヘッダ５を配置しておく。そして、ステンレス鋼管の内
部の流体を抜き取った状態、つまり、空気等の気体が存
在している状態で、厚肉状管壁側の誘導加熱コイル４に
通電して、誘導加熱により厚肉状管壁の温度（第２図に
おいてτｒ１−τｒ、の範囲におけろ厚肉状管壁の外表
面温度）を２００℃以上に導く。

また、この場合の厚肉状管壁の外表面温度は、第２図の
τｒ、の範囲における曲線■で示しているように、２０
０℃ないし５５０℃の温度（以下、この温度を処理適温
という　）となるように設定することを原則とする。

［薄肉状管壁加熱工程コ この上うな厚肉状管壁加熱工程の途中で、厚肉状管壁の
表面温度が、２００℃以上もしくはその近傍に達した場
合は、薄肉状管壁側の誘導加熱コイル４に通電して、薄
肉状管壁の温度を第２図の曲線■で示しているように、
はぼ厚肉状管壁の温度と一致するとともに、前記処理適
温を満足させるように導く。（第２図においてτｒ、で
示す範囲参照） これらの両工程を連続して行なうことにより、厚肉状管
壁と薄肉状管壁との外表面温度は、第１図及び第３図に
示すように、各位置ＡないしＥにおいて、それぞれ２０
０℃以上に設定される。また、管壁の内部温度ら管壁の
厚さ方向の熱伝達により、外表面温度と類似した温度に
なる（管壁がほぼ均一な温度となる　）。

［急冷工程〕 加熱コイルへの通電を停止し、次いで、冷却水噴出ヘッ
ダ５から、冷却水を管壁の外表面に向けてシャワー状に
噴出させ、ステンレス鋼管Ｐの外表面を急速に冷却する
とともに、この冷却状態をしばらくの間続行する。この
冷却によって、第２図にτＣの範囲におけろ各曲線■な
いし■で示すように、まず、管壁の外表面温度（曲線■
■）が急激に低下して、冷却が遅れる内表面温度（■■
）との間に、大きな温度差が生じる。第２図において、
厚肉状管壁の曲線■■あるいは薄肉状管壁の曲線■■を
、それぞれ比較することにより明らかなように、大きな
温度差が生じ、これら内外表面の温度差に基づいて熱応
力が発生する。冷却の遅れによってまだ高温状態となっ
ている管壁内部に、圧縮応力が冷却部には引っ張り応力
が付加される。第２図例に示すような条件であると、材
料の降伏点応力のほぼ２倍程度以上になって、管内面側
に圧縮方向の塑性変形が、外面側に引っ張りの塑性変形
が発生する。

そして、第２図における冷却時間τＣを長くして、フラ
ンジ管２と直管３とを構成している管壁の全体がほぼ常
温に戻してから、冷却水の噴出を停止する。管壁が常温
状態に戻ると、圧縮塑性変形分に対応した引っ張り応力
が管壁の内部に発生して、外表面にはその反対の圧′ａ
残留応力を付与することができる。

第４図は、処理前の応力状態を実線の曲線、処理後の応
力状態を破線の曲線で表しており、溶接線を中心として
なだらかな圧縮残留応力が生じており、管の円周方向に
も同時に同様の圧縮残留応力を付与することができる。

このように、各工程を宵機的に組み合わせることによっ
て、ステンレス鋼管の外表面に目的とする圧縮残留応力
を付与することができる。

また、これらの工程における詳細について補足説明する
と、処理適温が２００℃ないし５５０℃である理由は、
オーステナイト系ステンレス鋼の場合、管壁の内外表面
に２００℃以上の温度差を付与することができると、熱
応力に上り管壁の一部が材料の降伏点を越えて塑性変形
し、圧縮残留応力を発生することになるためであり、か
つ、５５０℃以下であると、母材の鋭敏化の発生を防止
することができるためである。そして、前記冷却継続時
間（τＣ）は、厚肉状管壁について、次式を満足させる
ようにする。

τＣ≧０．５ｔ”／ａ（秒ル・・・・・（ｉ）式ただし
、ｔ：管壁の厚さくｍｍ） ａ：温度伝導率（ｍｍ１７秒） 前記薄肉状管壁の加熱間′始時刻の設定は、管壁の厚さ
が相異する場合において、加熱時の温度上昇傾向が一様
でなく、管壁が厚いほど長い時間を必要とする。また、
一定温度に達するまでの時間（τｒ　）は、加熱強さが
同じであると仮定した場合、板厚のほぼ３乗に比例する
関係にあることが実験的に判明した。したがって、同じ
加熱強さの場合、厚肉状管壁の必要加熱時間（τｒ＋　
）と、薄肉状管壁の必要加熱時間（τｒｔ　）と、厚肉
状管壁の厚さｔｌと、薄肉状管壁の厚さｔ、との間には
、次式が成立する。

τｒ＋／　ｒ　ｒｔ＝　（ｔ＋／　ｔｔ　）’Ｘ　Ｋ　
・・・−（ｉｉ　）式ただし、Ｋは定数 一爪町１１．ｚ　３内律筈００小加楓閲袷■豫の匣内状
管壁の温度（Ｔ、）と目標温度の関係は、概略、次式で
表される。

ＴＩ　　＝Ｔｏ　　（１−（ｔ２／ｌｌ　　）’　　）
　　・・・・・・（山）式この（ｉｉｉ）式から例えば
り、＝０；５ｔ、であると、Ｔ、＝Ｔ、Ｘ０．８７５ となり、この例の場合は、厚肉状管壁が目標温度の約８
５％ないし９０％に達してから、薄肉状管壁の加熱を開
始するとよい。

一方、本発明を簡略的に実施する方法として、次のよう
にすることができろ。

（イ）厚さのことなる管壁を必ずしも同じ温度にする必
要がな（、厚肉状管壁（低、１１側）がほぼ２００℃で
、薄肉状管壁が５５０℃になってもよい。

この点から検討すると、１＋／１１≦１．３であれば、
同時加熱が可能である。

（ロ）ｔ＋／　ｔｔ＞　１　、３の時は、厚肉状管壁が
２００°Ｃないし２５０℃の温度に達してから、薄肉状
管壁の方を加熱する。この場合、薄肉状管壁側は、厚肉
状管壁の２倍以上の速さで昇温されろのて、厚肉状管壁
が５５０℃になる前に、薄肉状管壁が同じ温度となる。

［冷却時間についてコ ステンレス鋼管の内面温度は、配管据え付は後は計測で
きないので、ステンレス鋼管が十分冷却されたかどうか
は、外面温度と冷却時間との両方から判定する必要があ
る。その理由は、ステンレス鋼管の外表面温度で判定す
ると、第２図のように強い冷却をしたときの外表面温度
は短い時間で下がるが、内面温度はまだ高温であり、こ
の時点て冷却を停止すると、管壁の内部温度により外表
面１話度が再び高ＩＦＡとなるからである。

なお、本発明は次の実施態様を包含するものである。

■管壁に厚さの差がある場合に、厚肉状管壁を先に加熱
し、処理適温の（ｌ　　（ｔｓ／　ｔ＋　）’　）倍の
温度に達した後に、薄肉状管壁の加熱を開始して、両者
または一方が処理適温に達した後に外表面の急冷を実施
する方法。

■上記■において、厚肉状管壁の温度を２００℃近傍と
する方法。

「発明の効果」 以上説明したように本発明におけるステンレス鋼管等の
残留応力改善方法によれば、ステンレス鋼管に不拘−厚
さの管壁がある場合、厚肉状管壁を誘導加熱して、この
誘導加熱により厚肉状管壁の温度が処理適温近傍に達し
たときに、薄肉状管壁の誘導加熱を開始するようにして
、厚肉状管壁及び薄肉状管壁両方の温度が処理適温に達
している状態として、急冷前の両管壁の温度差を少なく
しておいてから、管壁外表面を急冷するもので６うり、
急冷によって管壁の内外表面温度差に基ついた塑性変形
を生じさせ、管壁の外表面に圧縮残留応力を付与して耐
食性を向上することができるものである。　また、ステ
ンレス鋼管等の外側において、誘導加熱及び冷却を行な
うものであるから、管体単独の状態、あるいは配管路が
構成されている状態等の影響を受けず、既設設備との干
渉等を生じることがなく、作業性が高い。さらに、実施
が容易で適用範囲を広くすることができる等の効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明のステンレス鋼管等の残留応力改善方法の
一実施例を示すもので、第１図はステンレス鋼管と加熱
及び冷却装置との配置関係説明図、第２図は工程の進行
と各部の温度との関係曲線図、第３図は第２図において
τ「１の時点の管壁に発生ずる応力の分布図、第４図は
応力改善処理前と改善処理後との外表面における応力線
図である。 ｌ・・・・・・溶接部、２・・・・・フランジ管、３・
旧・・直管、４・・・・・誘導加熱コイル、５・・・・
・冷却水噴出ヘッダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステンレス鋼管等の厚肉状管壁を誘導加熱する工程と、
   該工程により厚肉状管壁の温度が処理適温近傍に達した
   ときに厚肉状管壁に連続している薄肉状管壁を誘導加熱
   する工程と、該工程を付加した後の両管壁の温度が処理
   適温に達しているときに管壁外表面に冷却流体を噴出さ
   せて急冷する工程とを有することを特徴とするステンレ
   ス鋼管等の残留応力改善方法。