JPS634910B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、管内を流れる海水あるいは浄水が凍
結しても破裂しない様な優れた延性を有するTi
製伝熱管を製造する方法に関するものである。 〔従来の技術〕 熱交換器の中には、管内に海水あるいは浄水等
を流し、管外に０℃より低い温度の媒体（例えば
LNG等）を接触させ、海水等の保有熱によつて
低温媒体を蒸発させるものがあり、該熱交換器の
具体例としてシエルアンドチユーブタイプの熱交
換器が挙げられる。そしてこの様な熱交換器の伝
熱管用材料としては耐食性（耐海水性等）が優れ
ているという理由からTiが適用されており、帯
状Tiを幅方向に湾曲させ、突き合わせ端部を溶
接して製造されるTi製シーム溶接管が汎用され
ている。 しかるに上記Ti製シーム溶接管は耐食性の面
では要求を十分に満足しているにもかかわらず溶
接部の延性等が悪い為管内を流れる海水等が凍結
したときに管に亀裂が生じ易く、著しい場合には
破裂に至るという欠点がある。即ちTi製シーム
溶接管内には、後述する原因によつて異物等が付
着し付着物の存在によつて海水等の流通が悪くな
ると流通悪化部分の海水等が低温媒体によつて過
度に冷却されその凍結によつて海水等の流通が更
に悪化して凍結量が増大し遂には閉塞してしまう
ことがある。この結果Ti製シーム溶接管は海水
等の凍結による管内体積の膨張に伴う大きな内圧
を受け、溶接部及びその近傍に亀裂が発生し破裂
に至る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 そこで本発明者等は、上記亀裂等の発生原因を
明らかにすべくTi製伝熱管のシーム溶接部分の
金属組織を調べたところ溶接部及びその近傍の金
属組織が針状組織を呈しており、この部分の延性
が母材より低い為に亀裂等が発生し易くなつてい
るということが確認された。従つて延性向上の為
には溶接部金属組織の改良が必要であると考えら
れた。 本発明はこうした知見を基に更に研究を重ねた
結果完成されたものであつて、管内の海水等が凍
結しても破損することのないTi製伝熱管を製造
しようとするものである。 〔問題点を解決する為の手段〕 この様な目的を達成した本発明方法は、シーム
溶接法で製造されたTi製管を断面減少率が30％
以上となる様に引抜加工し、次いで600〜800℃で
熱処理する点に要旨を有するものである。 〔作用〕 本発明においては、溶接部及びその近傍の金属
組織の延性を改善するに当たつては製品径より大
径のTi製シーム溶接管を製造しておく。次いで
これを引抜加工に付して製品径のTi製シーム溶
接管を得るが、引抜加工における断面減少率は30
％以上に設定しなければならない。これは引抜加
工（冷間加工）によつてTi管内に存在する転移、
点欠陥等の格子欠陥の数を増加させて再結晶を起
こし易くする為であり、これによつて再結晶温度
（熱処理温度）が低下せしめられる。即ち断面減
少率が30％以下の場合には上記熱処理温度下にお
いても、均一な再結晶を行なわしめることができ
ず、溶接部が混粒状態となり、材料強度、延性値
でばらつきが大きく、品質の均一なTi管が得ら
れない。 次に上記の様に引抜加工したTi製シーム溶接
管を熱処理して再結晶させるが、このときの熱処
理温度は600〜800℃に設定する必要がある。上記
熱処理によつて溶接部及びその近傍を含む全ての
金属組織は延性の優れた均一で粒径の大きい等軸
晶組織に改善される。即ち本発明者等の研究によ
ると満足できる延性等を得る為にはTi金属の平
均結晶粒径を20〜100μｍとする必要があるが、
熱処理温度が600℃未満の場合には平均結晶粒径
が20μｍに到達せず延性の十分な改善は期待でき
ない。一方熱処理温度が800℃を超えると平均結
晶粒径が100μｍを超える大きさとなり延性等が
低下し過ぎて破断し易くなる。 本発明の基本構成は上記の通りであるが、製品
径より大径のTi製シーム溶接管を製品径まで引
抜加工するに当たつては第１図に示す様に中心部
に芯金１を挿入し、芯金１と共に大径Ti管２を
矢印方向に引抜いてダイス３及び芯金１の両面か
ら管２を挾圧して管の外径及び肉厚を製品寸法ま
で仕上げることが望まれる。これにより寸法精度
を高めることができるだけでなく、管内面の溶接
ビードによる突出部も平滑化することができる。 又本発明はTi製管の材質を特に制限するもの
ではないが、不純物元素であるFe及びＯについ
てはその含有量を夫々0.08重量％以下、0.10重量
％以下に制限することが望ましい。即ちこれらの
不純物元素の増加はTi材に析出あるいは固溶す
ることにより、Ti管の強度を上げる役割とはう
らはらに、延性を下げる害があり、溶接部の延性
改善のためにも上記含有量以下にしなければなら
ない。 〔実施例〕 実験１ シーム溶接法により外径25.4mm、肉厚1.24mmの
大径Ti製シーム溶接管を製作した。これを第１
図に示す如く芯金１を用いた引抜加工に供し、外
径17.0mm（製品径）、肉厚1.0mmの管２を得た（断
面減少率：50％）。次いで該製品径管を熱処理温
度700℃で0.25時間焼鈍し、得られたサンプルを
氷結繰返し試験に付したところ第１表に示す結果
が得られた。尚従来法により得たTi製シーム溶
接管を用いて同様の試験を行ない、これを比較例
とした。 （氷結繰返し試験） サンプル管に水を満たし完全にシールした後、
−50℃の試験槽に浸漬して氷結させた。以下氷解
させた後、さらに水を満たして完全にシールし上
記試験槽に浸漬する操作を繰返し管に亀裂が生じ
るまでの回数を調べた。

【表】 第１表に示す様に、No.２では氷結繰返し回数が
１〜２回の段階ですでに管に亀裂が生じたが、No.
１は氷結繰返し回数が５回になつて始めて亀裂が
発生した。 又上記実施例において、引抜加工前のTi製シ
ーム溶接管の金属組織及び熱処理後のTi製シー
ム溶接管の金属組織を調べると、第２，３図（引
抜加工前の溶接部金属組織を示す図面代用写真）
及び第４図（第３図相当部分の熱処理後の組織を
示す図面代用写真）に示す結果が得られた。 第２，３図に示す様に、引抜加工前の溶接部及
びその近傍には針状組織が見られたが、熱処理に
よつて第４図に示す様に均一で大径の等軸晶組織
へ改善することができた。 実験２ 引抜加工時の断面減少率が25％、30％及び50％
となる様に大径Ti製シーム溶接管を製作し、製
品径へ引抜加工した後、700℃で熱処理した。溶
接部の金属組織を調べたところ第５図及び第６図
（いずれも図面代用写真）に示す結果が得られた。 第５図に示す様に、断面減少率が25％の場合に
は約10〜110μｍの大きさの結晶粒が混在した状
態であつた。この様な混在状態においては溶接部
近傍の延性、強度のばらつきが大きくなり、氷結
繰返し回数は３回未満のものもあつた。これに対
し断面減少率が30％と50％の場合には第６図に示
す様に断面減少率が25％のものに比較して、より
均一で一定の大きさ（48μｍ）の結晶粒組織が得
られ、十分な延性が得られた。上記結果から断面
減少率は30％以上に設定する必要のあることが分
かつた。 実験３ 断面減少率が50％のTi製シーム溶接管（引抜
加工材）を、熱処理温度を種々変更して焼鈍し
た。得られた溶接管の溶接部結晶粒径と氷結繰返
し回数の関数を調べたところ第２表に示す結果が
得られた。

〔発明の効果〕

本発明は以上の様に構成されており、Ti製シ
ーム溶接管を断面減少率が30％以上となる様に引
抜加工し、次いで600〜800℃で熱処理するので、
溶接部の金属組織を延性の優れたものとすること
でがき、管内の海水等が凍結しても亀裂等を生ず
ることのないTi製伝熱管を提供することができ
る。かくして上記Ti製伝熱管を組込んだ熱交換
器の安全性を飛躍的に高めることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は引抜加工方法の一例を示す断面説明
図、第２，３図は引抜加工前の溶接部金属組織を
示す図面代用写真、第４図は熱処理後の溶接部金
属組織を示す図面代用写真、第５，６図は断面減
少率の影響を示す溶接部金属組織の図面代用写
真、第７図は溶接部中心からの長さ方向変位点に
おける円周方向伸びを結晶粒径毎に調べたグラフ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シーム溶接法で製造されたTi製管を断面減
   少率が30％以上となる様に引抜加工し、次いで
   600〜800℃で熱処理することを特徴とするTi製
   伝熱管の製造方法。