WO2011077650A1 - 冷間引抜用素管およびその製造方法並びに冷間引抜管の製造方法 - Google Patents

冷間引抜用素管およびその製造方法並びに冷間引抜管の製造方法 Download PDF

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仁寿 豊田
圭司 松本
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Definitions

  • the present invention relates to an element tube for cold drawing, a method for producing the element tube, and a method for producing a cold drawn pipe.
  • it is a cold drawing element tube used for manufacturing a steam generator heat transfer tube or the like in a nuclear power generation facility, and the cold drawing element tube that does not generate seizure or chatter vibration in the cold drawing process, and the cold drawing element tube.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a thin pipe for thinning, and a method for manufacturing a cold drawn pipe obtained by cold drawing the raw pipe.
  • Steam generator heat transfer tube A small-diameter long heat transfer tube used for steam generators in nuclear power generation facilities.
  • SG steam generator heat transfer tube for nuclear power generation
  • High-pressure lubrication drawing method After inserting the mother pipe into the high-pressure vessel and filling the high-pressure vessel with the lubricating oil, the pressure of the lubricating oil is increased to, for example, 40 Mpa or more with a pressure intensifier, and the inner and outer surfaces of this pipe are forcibly lubricated. This is a processing method for drawing a tube.
  • “Baking” A phenomenon in which friction is rapidly increased by contact between a workpiece and a tool (die, plug) due to poor lubrication of the inner surface of the workpiece, resulting in severe welding and roughening of the surface.
  • “Chattering vibration” Self-excited vibration caused by fluctuation of a friction coefficient generated between a workpiece and a tool (die, plug), and is a stick-slip phenomenon in which a stick state and a slip state are repeated.
  • “Raw tube inner surface roughness Ra” means the inner surface roughness of the tube expressed by the average surface roughness Ra defined in ANSI B46.1.
  • heat transfer tubes used by being incorporated in steam generators in nuclear power generation facilities and heat exchanger tubes incorporated in heat exchangers such as water heaters of various devices have a small diameter of 40 mm or less and a length of 15 m or more. It is manufactured as a long tube.
  • Such a small-diameter long tube is usually made of a seamless tube manufactured by a hot manufacturing method using a Eugene Sejurne type pipe making equipment, and after subjecting it to a bright heat treatment in a reducing atmosphere, Manufactured by thinning.
  • a high-pressure lubrication drawing method (high-pressure drawing method) has been developed that has a great effect on improving the quality of drawn tubes.
  • This method is a tube processing method in which a high-pressure vessel filled with a raw tube is filled with lubricating oil, and the raw tube is pulled out of the high-pressure vessel while performing drawing while supplying high-pressure lubricating oil. .
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a high-pressure lubrication drawing method in which a drawing process is performed while supplying a high-pressure lubricating oil.
  • the cylindrical container 4 whose one end is closed and whose open end is the telescopic structure 4a is used with the closed end side as a fulcrum.
  • the open end side is provided so as to be swingable so that the position is variable between the extraction pass line and the blank tube insertion line.
  • a plug support rod 5 for holding the plug 1 is disposed through the plug 1 in a die 2 fixedly arranged on the drawing pass line.
  • the container 4 is supplied and filled with high-pressure lubricating oil by the pump P, and the raw tube 3 is drawn out of the annular space from the vessel 4 to finish a drawn tube of a predetermined size.
  • the high pressure lubricating oil supplied and filled in the container 4 is continuously supplied to the inner and outer surfaces of the raw tube 3.
  • the airtight maintenance between the open end in the container 4 and the die 2 is such that the telescopic structure 4a provided on the open end side in the container 4 is pushed to the left in the figure by high-pressure lubricant. This is done automatically when the tip is pressed against the entrance surface of the die 2. Further, the airtightness between the plug 1 and the die 2 is maintained by the raw tube 3 during the drawing process.
  • Patent Document 1 discloses a drawing method in which a bright heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere having a dew point of ⁇ 50 ° C. or less on a workpiece before drawing in order to prevent chatter vibration generated in the workpiece.
  • a bright heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere having a dew point of ⁇ 50 ° C. or less on a workpiece before drawing in order to prevent chatter vibration generated in the workpiece.
  • chromium oxide (Cr 2 O 3 ), alumina oxide (Al 2 O 3 ), etc. during heat treatment, the fluctuation of the friction coefficient between the blank tube and the tool during drawing is suppressed, and chatter vibration is suppressed. It can be prevented.
  • Patent Document 2 discloses a plug used for drawing of a workpiece (lubricated heat-treated raw material) that has been subjected to a lubrication treatment, and a surface roughness Rmax of a portion that contacts the workpiece is set to 0.4.
  • a plug having a diameter of ⁇ 2.0 ⁇ m and a method for producing a drawn steel pipe using this plug are described.
  • the metal oxide is trapped in the minute recesses present on the plug surface, and the metal oxide fines overflowing from it cuts the lubricating oil film, increasing the frictional resistance and generating chatter vibration. It is said that chatter vibration can be prevented from occurring by appropriately adjusting the roughness and securing an oil pit having a sufficient capacity to collect lubricating oil.
  • Patent Documents 1 and 2 are effective methods for preventing chatter vibration.
  • these conventional technologies alone are not always perfect, and local seizure or chatter vibration may occur depending on the condition of the inner surface of the raw material tube, the state of oil lubrication film formation, the drawing conditions, etc. There is.
  • An object of the present invention is to provide a cold drawing element tube used for oil lubrication drawing processing in which an oil lubrication film is formed on the surface of the element tube, in particular, an SG pipe used for a steam generator of a nuclear power generation facility, and the like.
  • An object of the present invention is to provide a cold drawing element tube that is used for manufacturing a heat transfer tube, and that does not generate seizure or chatter vibration in the drawing process.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a cold drawing blank according to the present invention.
  • Cold drawing produced by using the cold drawing tube according to any one of (1) to (4) or produced by the method according to any of (5) to (7) A method for producing a cold drawn tube, characterized in that cold drawing is performed using an element tube.
  • the inner surface roughness of the element tube before drawing can be appropriately adjusted to obtain the drawing element tube of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a high-pressure lubrication drawing method in which a drawing process is performed while supplying a high-pressure lubricating oil.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the state of occurrence of seizure in high-pressure lubrication drawing.
  • FIG. 2A shows a case where the inner surface roughness before drawing is large
  • FIG. 2B shows a case where the inner surface roughness is small. .
  • the cold drawing raw tube of the present invention is based on the premise that the raw tube inner surface roughness before drawing is ANSI based on the premise that it is a drawing raw tube used for drawing to form an oil lubrication film on the surface of the workpiece.
  • the element tube When expressed by the average surface roughness Ra specified in B46.1, the element tube satisfies the following expression (i). 0.10 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 1.00 ⁇ m (i)
  • the reason why the inner surface roughness Ra before drawing satisfies the above formula (i) is to prevent seizure and chatter vibration during drawing.
  • the raw tube inner surface roughness Ra before drawing is less than 0.10 ⁇ m, chatter vibration occurs during drawing. Since the inner surface of the tube is smooth, the friction coefficient at the contact surface between the tool and the tube decreases, but on the other hand, it becomes difficult for lubricant to enter between the material and the tool (die, plug), and the coefficient of friction changes. This is because it tends to occur.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the state of occurrence of seizure in high-pressure lubrication drawing.
  • FIG. 2A shows a case where the inner surface roughness before drawing is large
  • FIG. 2B shows a case where the inner surface roughness is small.
  • the outer diameter of the workpiece (raw tube) 3 is reduced by a die (not shown), and the portion where the inner surface is in contact with the plug is shown enlarged.
  • a white arrow in the figure indicates a direction in which the raw tube 3 is pulled out.
  • an oil film 6 is formed on the surface of the plug 1 by high-pressure lubricating oil that is forcibly introduced between the tool and the raw pipe.
  • FIG. 2 (b) when the inner surface roughness of the tube 3 is small, there is no portion protruding on the surface of the tube 3, and the entire material is pressed against the surface of the plug 1 by a die. There is no direct contact with the plug 1.
  • the cold drawing element pipe of the present invention is a drawing element pipe used for both normal oil-lubricated drawing and high-pressure lubrication drawing processes, and the drawing element pipe is used for high-pressure lubrication drawing. It is desirable to adopt the embodiment. If the high-pressure lubrication drawing method is applied, as described above, the lubricating oil is supplied and filled at a high pressure between the base tube and the tool, so that no oil runs out during the drawing process.
  • the element pipe is an austenitic alloy element tube used for a steam generator heat transfer tube.
  • the steam generator heat transfer tube means a small-diameter long tube such as an SG tube used in a steam generator in a nuclear power generation facility or a heat transfer tube incorporated in a heat exchanger such as a water heater.
  • the chemical composition of the austenitic alloy tube of the present invention is, for example, in mass%, C: 0.15% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 2.0% or less, P: 0.030. %: S: 0.030% or less, Cr: 10.0-40.0%, Ni: 8.0-80.0%, Ti: 0.5% or less, Cu: 0.6% or less, Al : 0.5% or less and N: 0.20% or less, with the balance being Fe and impurities.
  • the typical compositions of the Ni-based alloy used in the SG tube are the following two types (a) and (b).
  • Ni-based alloy (30% Cr-9% Fe-60% Ni) defined by ASME SB-163 UNS N06690 has Cr of 14.0 to 17.0 mass% and Ni of 70 to 80 mass% Therefore, it is an alloy having excellent corrosion resistance in an environment containing chloride. More specific chemical composition is mass%, C: 0.15% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 2.0% or less, P: 0.030% or less, S: 0.030% Hereinafter, Cr: 14.0 to 17.0%, Fe: 6.0 to 10.0%, Ti: 0.5% or less, Cu: 0.6% or less, and Al: 0.5% or less A composition in which the balance is made of Ni and impurities is mentioned.
  • the inner surface roughness of the element tube is an average defined by ANSI B46.1.
  • the surface roughness Ra if it satisfies the following formula (ii), chatter vibration and seizure, for example, even a slight seizure that does not affect the quality can be prevented, which is desirable. . 0.10 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 0.50 ⁇ m (ii)
  • the upper limit of the average surface roughness Ra is set to 0.50 ⁇ m.
  • the upper limit of the inner surface roughness Ra is defined as 0.50 ⁇ m.
  • the manufacturing method of the cold drawing element pipe of the present invention is the manufacturing method of the cold drawing element pipe of the present invention described above, and is defined in the ISO 8486 1996 F standard on the inner surface of the original pipe before drawing.
  • the method is characterized in that blasting is performed using 100th to # 350th blast grains.
  • the cold-drawing element tube of the present invention particularly the cold-drawing element tube used for producing the heat transfer tube (for example, SG tube) for the steam generator in the nuclear power generation facility, is usually a Eugene Sejurne type pipe-making facility.
  • a drawing pipe having an outer diameter and a wall thickness that can be cold drawn by performing cold rolling after using a seamless pipe produced by a hot production method using It is manufactured by doing.
  • the cold drawing raw tube thus obtained is subjected to drawing by a high-pressure lubrication drawing method to produce a heat transfer tube for a steam generator such as an SG tube.
  • the inner surface roughness of the cold-drawn raw tube subjected to the cold rolling described above varies depending on the wear condition of the rolling roll and the setting conditions of the mandrel, roll, etc. Even if lubrication is performed, local seizure or chatter vibration may occur.
  • the inner surface roughness of the element pipe is adjusted by blasting the inner surface of the element pipe before drawing.
  • the blast grain is defined by the ISO standard and expressed by a count.
  • the ratio of the particle size contained in each blast grain is determined, and the roughness of the inner surface of the tube can be adjusted to a certain roughness range depending on the blast grain number used.
  • the roughness Ra of the inner surface of the tube is calculated by the above formula (i) It is possible to manufacture a drawing tube that satisfies the above requirements.
  • blast particles those usually used such as alumina particles may be used.
  • Zirconium oxide grains are desirable when a high-alloy base tube such as a Ni-based alloy is the object of processing.
  • zirconium oxide grains are supposed to be used when blasting an SG tube manufacturing tube used in nuclear power generation equipment. Furthermore, since the upper limit of the inner surface roughness Ra of the SG tube is defined as 0.50 ⁇ m, the upper limit of the inner surface roughness Ra of the elementary tube is 0.50 ⁇ m when the raw tube for SG tube production is targeted. It is desirable to perform blasting using such zirconium oxide grains.
  • blast particles made of zirconium oxide # 200- # 350 as defined in ISO 8486 1996 F standard are formed on the inner surface of the raw tube before drawing. It is desirable to adopt an embodiment in which the blasting process is performed. By adopting this method, as shown in Table 2 of Example 2 which will be described later, the raw tube inner surface roughness Ra can be surely made 0.50 ⁇ m or less.
  • the blast treatment is carried out in accordance with a conventional method, for example, by using an air-type injector and blowing blast particles with an air pressure of 0.29 to 0.49 MPa (3 to 5 kgf / cm 2 ) and an injection time of 3 to 10 minutes. Good.
  • Another method for manufacturing the cold drawing element tube of the present invention is the aforementioned method for manufacturing a cold drawing element tube according to the present invention, in which the inner surface of the element tube before drawing is pickled with hydrofluoric acid.
  • the inner surface roughness of the raw tube is adjusted so as to satisfy the formula (i) or the formula (ii).
  • the reason why the pickling treatment is performed on the inner surface of the raw pipe before drawing is to make the inner surface roughness Ra of the raw pipe satisfy the formula (i) or (ii).
  • the pickling treatment with hydrofluoric acid is performed on the inner surface of the raw tube, the grain boundaries on the surface are roughened. Therefore, this method can be applied to a raw tube having an inner surface roughness Ra of less than 0.10 ⁇ m.
  • a simple method is to immerse the raw tube in the pickling solution. It is desirable that the concentration of hydrofluoric acid (HF) in the pickling solution is 2 to 5%, and the concentration of nitric acid (HNO 3 ) is 5 to 10%. If the acid concentration is within this range, the treatment can proceed at an appropriate rate near room temperature.
  • the treatment temperature is preferably 30 to 50 ° C.
  • the immersion time is determined in advance according to the material of the raw tube, the concentration and temperature of the pickling solution, and the time required for the inner surface roughness Ra to satisfy the above formula (i) or (ii). Then, it may be determined appropriately based on that.
  • the inner surface roughness of the element tube before drawing can be appropriately adjusted to manufacture the cold drawing element tube of the present invention. Furthermore, according to the manufacturing method of the cold drawn pipe of the present invention, the obtained cold drawn raw pipe of the present invention is subjected to drawing processing, so that it is optimal for the production of a heat transfer pipe for a steam generator in a nuclear power generation facility. is there.
  • Example 1 Various types of inner surface roughness Ra are targeted for a Ni-based alloy (Inconel alloy: 30% Cr, 9% Fe, 60% Ni) having an outer diameter of 25.0 mm, a wall thickness of 1.65 mm and a length of 11400 mm.
  • a blank tube was prepared.
  • the inner surface roughness Ra of the raw tube was varied by subjecting the raw tube before drawing to blasting.
  • SV-3100S4 manufactured by Mitutoyo was used for measuring the roughness of the inner surface of the tube.
  • a small-diameter long tube (hereinafter referred to as a drawing) having a lubricating oil pressure of 120 Mpa, an outer diameter of 19.14 mm, a wall thickness of 1.14 mm and a length of 21700 mm by the high-pressure lubricating drawing method shown in FIG. (Referred to as a tube).
  • chatter vibration an internal eddy current flaw detection test was performed to determine whether or not it occurred, and an S / N ratio ⁇ 20 was used as a criterion for chatter vibration generation.
  • the seizure was limited to seizure on the inner surface, and the presence or absence of occurrence was determined by visual comparison with a seizure sample.
  • 3 to 13 corresponding to the examples of the present invention
  • chatter vibration and seizure affecting the quality did not occur.
  • the raw tube inner surface roughness Ra before drawing is 0.10 to 0.50 ⁇ m (test Nos. 3 to 9)
  • not only chatter vibration but also slight seizure does not occur, and a tube with better quality is obtained. It was.

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Abstract

 原子力発電設備の蒸気発生器用伝熱管等、小径長尺管の製造に用いられ、引抜加工において焼き付きやびびり振動が発生しない冷間引抜用素管、およびこの素管の製造方法、並びにその素管を冷間引抜して得られた冷間引抜管の製造方法である。油潤滑引抜加工に用いられる冷間引抜用素管にあっては、引抜前の素管内面の平均表面粗さRa(ANSI B46.1)が、0.10μm≦Ra≦1.00μmの条件を満たす。特に、蒸気発生器用伝熱管に使用されるオーステナイト合金製で、高圧潤滑引抜に用いられる素管にあっては、上記平均表面粗さRaが、0.10μm≦Ra≦0.50μmの条件を満足する。

Description

冷間引抜用素管およびその製造方法並びに冷間引抜管の製造方法
 本発明は、冷間引抜用素管およびこの素管の製造方法並びに冷間引抜管の製造方法に関する。特に、原子力発電設備における蒸気発生器用伝熱管等の製造に使用される冷間引抜用素管であって、冷間引抜加工において焼き付きやびびり振動が発生しない冷間引抜用素管、およびこの冷間引抜用素管の製造方法、並びにその素管を冷間引抜して得られた冷間引抜管の製造方法に関する。
 なお、別に記載がない限り、本明細書における用語の定義は次のとおりである。
 「蒸気発生器用伝熱管」:原子力発電設備における蒸気発生器等に用いられる小径長尺の伝熱管を指す。特に、原子力発電用の蒸気発生器用伝熱管を、ここでは、SG(steam generator)管と記す。
 「高圧潤滑引抜法」:高圧容器に母管を挿入し、高圧容器に潤滑油を充満させた後、増圧機により潤滑油を例えば40Mpa以上に昇圧して、この管内外面を強制潤滑した状態で管を引き抜く加工方法である。
 「焼き付き」:被加工材の内面の潤滑不良に起因して、被加工材と工具(ダイス、プラグ)との接触により摩擦が急激に増大し、激しい溶着が生じて面が荒れる現象である。
 「びびり振動」:被加工材と工具(ダイス、プラグ)との間に生じる摩擦係数の変動に起因した自励振動であり、スティック状態とスリップ状態を繰り返すスティックスリップ現象である。
 「素管内面粗さRa」:ANSI B46.1に規定される平均表面粗さRaで表した素管内面粗さを意味する。
 原子力発電設備における蒸気発生器に組み込んで使用される伝熱管や、各種機器の給水ヒーター等の熱交換器に組み込まれる伝熱管は、例えば、外径が40mm以下の小径で、長さが15m以上の長尺管として製造される。このような小径長尺管は、通常、ユジーンセジュルネ式製管設備を用いる熱間製造法によって製造された継目無管を素材とし、これに還元性雰囲気中で光輝熱処理を施した後、冷間引抜加工により製造される。
 一般に、管の冷間引抜加工では、熱処理を施した素管の内外表面に化成処理潤滑皮膜を形成する方法が用いられている。しかし、小径長尺管に対して化成処理潤滑皮膜を形成する場合には、化成処理時に素管の内面まで充分に処理することに留意しなければならず、その処理に多大の工数を要するとともに、使用する薬品が比較的高価であることから、作業コストが高くなる。さらに、原子力発電設備のSG管に使用されるNi基合金(インコネル系合金)においては、化成処理潤滑皮膜が形成されにくいという問題がある。
 そのため、最近では、素管の内外表面に油潤滑皮膜を形成する油潤滑引抜加工が行われている。この引抜加工方法は、化成処理潤滑皮膜を形成する方法に比べて、薬品が安価であり、その後の処理も比較的容易である。
 さらに、素管表面に油潤滑皮膜を形成する油潤滑引抜加工法の範疇に含まれる改良法として、素管と工具の間に高圧潤滑油を常時供給し、引抜加工の安定化を図るとともに、引抜管の品質向上に大きな効果を発揮する高圧潤滑引抜法(高圧抽伸法)が開発されている。この方法は、内部に素管を装入した高圧容器内に潤滑油を充満させ、高圧潤滑油を供給しつつ引抜加工を行いながら、素管を高圧容器外へ引き抜く、管の加工法である。
 図1は、高圧潤滑油を供給しつつ引抜加工を行う高圧潤滑引抜法を説明する図である。図1において、プラグ1およびダイス2を用いて素管3を引抜加工する際に、一方端が閉鎖され、解放端がテレスコピック構造4aとされた筒状の容器4は、閉鎖端側を支点に解放端側を引き抜きパスラインと素管挿入ラインとの間に位置可変なように揺動自在に設けられている。
 容器4内には、引き抜きパスラインに固定配置されたダイス2内にプラグ1を位置させて、プラグ1を保持するプラグ支持桿5が貫通配置されている。
 上記の容器4内には、光輝熱処理された素管3が装入され、図1に示すように、ダイス2とプラグ1で形成される環状空間に素管3の口絞り部を通した状態にセットされる。
 この状態でポンプPにより容器4内に高圧潤滑油を供給充填し、素管3を上記環状空間より容器4外へ引き抜いて所定の寸法の引抜管に仕上げる。この引抜加工の全工程において、素管3の内外表面には容器4内に供給充填した高圧潤滑油が連続的に供給される。
 このとき、容器4内の解放端とダイス2との間の気密保持は、容器4内の解放端側に設けられたテレスコピック構造4aが高圧の潤滑油によって図中の左方に押されてその先端がダイス2の入側面に圧接することで自動的に行われる。また、プラグ1とダイス2との間の気密は、引抜加工中の素管3によって維持される。
 この高圧潤滑引抜法を採用すれば、素管と工具の間に、高圧により潤滑油が供給、充填されるので、引抜加工中に油切れを生じることがなく、通常の油潤滑引抜加工において生じ易い焼き付きはほぼ防止することができる。しかしながら、高圧潤滑引抜法を採用する場合であっても、局部的に焼き付きが発生し、また、びびり振動が発生する場合がある。
 引抜加工中に焼き付きが発生すると、管製品の表面品質が悪化し、歩留り低下を招く。また、びびり振動が発生した場合は、管製品の内径が極めて微小ではあるが軸長方向に変動する。その管製品が原子力発電設備においてSG管として使用される場合には、内面渦流探傷検査において厳しい検査基準が設けられており、軸長方向の内径変動はノイズを発生させるため、探傷のS/N比(S:傷からの信号、N:ノイズ)を著しく低下させ、不合格判定の原因となる。
 焼き付きやびびり振動の発生防止については、従来から種々の提案がなされている。例えば、特許文献1には、被加工材に発生するびびり振動を防止するために、引抜加工前の被加工材に、露点が-50℃以下の水素雰囲気中で光輝熱処理を施す引抜加工方法が記載されている。熱処理中におけるクロム酸化物(Cr)、アルミナ酸化物(Al)等の生成を抑制することにより引抜加工中の素管と工具間の摩擦係数の変動を抑え、びびり振動を防止することができるとしている。
 特許文献2には、潤滑処理が施された被加工材(光輝熱処理された素管)の抽伸加工に用いられるプラグであって、被加工材と接触する部位の表面粗さRmaxを0.4~2.0μmとしたプラグ、およびこのプラブを用いた引抜鋼管の製造方法が記載されている。プラグ表面に存在する微小な凹部に金属酸化物がトラップされ、そこから溢れ出た金属酸化物の微粉が潤滑油膜を切るようになって摩擦抵抗が増加しびびり振動を発生するので、プラグの表面粗さを適度に調整して潤滑油が溜まるのに十分な容量をもったオイルピットを確保することにより、びびり振動の発生を防止できるとしている。
 特許文献1、2に記載される技術はそれぞれびびり振動の発生防止に有効な方法である。しかし、これら従来技術のみでは必ずしも万全とはいえず、被加工材である素管内面の状態、油潤滑皮膜形成の状態、引抜条件等によっては、局部的な焼き付きや、びびり振動が発生する場合がある。
特開2004-130325号公報 特開2005-144479号公報
 本発明の目的は、素管の表面に油潤滑皮膜を形成する油潤滑引抜加工に用いられる冷間引抜用素管、特に、原子力発電設備の蒸気発生器に用いられるSG管等、小径長尺の伝熱管の製造に用いられる冷間引抜用素管であって、引抜加工において焼き付きやびびり振動が発生しない冷間引抜用素管を提供することにある。本発明の他の目的は、本発明の冷間引抜用素管の製造方法を提供することにある。
 本発明の要旨は、次のとおりである。
 (1)被加工材の表面に油潤滑皮膜を形成する引抜加工に用いられる冷間引抜用素管であって、引抜前の素管内面粗さが、ANSI B46.1に規定される平均表面粗さRaで表したとき、下記(i)式を満たすことを特徴とする冷間引抜用素管。
     0.10μm≦Ra≦1.00μm  ・・・(i)
 (2)前記冷間引抜用素管が、高圧潤滑引抜に用いられる素管であることを特徴とする前記(1)に記載の冷間引抜用素管。
 (3)前記冷間引抜用素管が、原子力発電用の蒸気発生器用伝熱管に使用されるオーステナイト合金製の素管であることを特徴とする前記(2)に記載の冷間引抜用素管。
 (4)前記素管の内面粗さが、ANSI B46.1に規定される平均表面粗さRaで表したとき、下記(ii)式を満たすことを特徴とする前記(2)または(3)に記載の冷間引抜用素管。
     0.10μm≦Ra≦0.50μm  ・・・(ii)
 (5)前記(1)~(4)のいずれかに記載の冷間引抜用素管の製造方法であって、前記引抜前の素管内面に、ISO 8486 1996 F規格に規定される#100番手~#350番手のブラスト粒を用いてブラスト処理を施すことを特徴とする冷間引抜用素管の製造方法。
 (6)前記(4)に記載の冷間引抜用素管の製造方法であって、前記引抜前の素管内面に、ISO 8486 1996 F規格に規定される#200番手~#350番手の酸化ジルコニウム製のブラスト粒を用いてブラスト処理を施すことを特徴とする冷間引抜用素管の製造方法。
 (7)前記(1)~(4)のいずれかに記載の冷間引抜用素管の製造方法であって、前記引抜前の素管内面に弗硝酸による酸洗処理を施して、前記(i)式または(ii)式を満たすように素管の内面粗さを調整することを特徴とする冷間引抜用素管の製造方法。
 (8)前記(1)~(4)のいずれかに記載の冷間引抜用素管を用いて、または前記(5)~(7)のいずれかに記載の方法で製造された冷間引抜用素管を用いて、冷間引抜加工を行うことを特徴とする冷間引抜管の製造方法。
 本発明の冷間引抜用素管に対して素管表面に油潤滑皮膜を形成する引抜法を適用すれば、引抜加工において生じ易い焼き付きやびびり振動の発生を防止することができる。特に、当該素管を原子力発電設備の蒸気発生器に用いられるSG管等、小径長尺の伝熱管の製造用として用い、高圧潤滑引抜法を適用すれば、効果が大きい。
 本発明の冷間引抜用素管の製造方法によれば、引抜前の素管の内面粗さを適切に調整して本発明の引抜用素管を得ることができる。
図1は、高圧潤滑油を供給しつつ引抜加工を行う高圧潤滑引抜法を説明する図である。 図2は、高圧潤滑引抜加工における焼き付き発生の状況を説明する図であり、(a)は引抜前の素管内面粗さが大きい場合、(b)は素管内面粗さが小さい場合である。
 本発明の冷間引抜用素管は、被加工材の表面に油潤滑皮膜を形成する引抜加工に用いられる引抜用素管であることを前提とし、引抜前の素管内面粗さが、ANSI B46.1に規定される平均表面粗さRaで表したとき、下記(i)式を満たすことを特徴とする素管である。
     0.10μm≦Ra≦1.00μm  ・・・(i)
 引抜前の素管内面粗さRaが前記(i)式を満たすように規定するのは、引抜加工において、焼き付きやびびり振動の発生を防止するためである。
 引抜前の素管内面粗さRaが0.10μm未満であれば、引抜加工の際にびびり振動が発生する。素管の内面が平滑であるため、工具と素管との接触面における摩擦係数が低下するが、一方では素材と工具(ダイス、プラグ)間に潤滑油が入りにくくなり、摩擦係数の変動が生じ易くなるからである。
 引抜前の素管内面粗さRaが1.00μmを超えると、焼き付きが発生する。表面の粗度が大きい場合には、高圧潤滑油を供給しつつ引抜加工を行う高圧潤滑引抜法を採用しても、局部的な焼き付きの発生が避けられない。
 図2は、高圧潤滑引抜加工における焼き付き発生の状況を説明する図であり、(a)は引抜前の素管内面粗さが大きい場合、(b)は素管内面粗さが小さい場合である。この図は、ダイス(図示せず)により被加工材(素管)3の外径が減径され、内面がプラグと接触する部分を拡大して示している。図中の白抜き矢印は素管3が引き抜かれる方向を表す。
 図2に示すように、プラグ1の表面には工具と素管の間に強制的に導入された高圧潤滑油による油膜6が形成されている。図2(b)に示すように、素管3の内面粗さが小さい場合は、素管3表面に突出した部分がなく、材料全体がダイスによりプラグ1表面に押し付けられるので、素管3とプラグ1とが直接接触することはない。
 これに対し、図2(a)に示すように、素管3の内面粗さが大きい場合は、素管3表面に突出部(凸部)が多数存在しており、表面の凸部の一部が油膜6を通してプラグ1と接触し易い。そのため局部的な焼き付きが発生する場合があると推測される。
 本発明の冷間引抜用素管は、通常の油潤滑引抜加工および高圧潤滑引抜加工のいずれにも用いられる引抜用素管であるが、当該引抜用素管が高圧潤滑引抜に用いられることとする実施の形態を採ることが望ましい。高圧潤滑引抜法が適用されれば、前述のように、素管と工具の間に、高圧により潤滑油が供給、充填されるので、引抜加工中に油切れを生じることがない。
 本発明の冷間引抜用素管(前記の高圧潤滑引抜法が適用される素管)において、当該素管が蒸気発生器用伝熱管に使用されるオーステナイト合金製の素管とする実施形態を採ることができる。蒸気発生器用伝熱管とは、原子力発電設備における蒸気発生器に組み込んで使用されるSG管や、給水ヒーター等の熱交換器に組み込まれる伝熱管等の小径長尺管をいう。
 本発明のオーステナイト合金製の素管の化学組成としては、例えば、質量%で、C:0.15%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.0%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:10.0~40.0%、Ni:8.0~80.0%、Ti:0.5%以下、Cu:0.6%以下、Al:0.5%以下およびN:0.20%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなるものが望ましい。
 上記オーステナイト合金の中でも、耐食性、耐熱性に優れるインコネル系のNi基合金がより好ましい。具体的な化学組成を例示すると、質量%で、C:0.15%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.0%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:10.0~40.0%、Ni:45.0~80.0%、Ti:0.5%以下、Cu:0.6%以下およびAl:0.5%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる組成のNi基合金である。
 そのSG管に用いられるNi基合金の組成として代表的なものは、以下(a)、(b)の二種類である。
 (a)ASME SB-163 UNS N06690で規定されるNi基合金(30%Cr-9%Fe-60%Ni)は、Crを14.0~17.0質量%およびNiを70~80質量%含むため、塩化物を含む環境での耐食性に優れる合金である。より具体的な化学組成は、質量%で、C:0.15%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.0%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:14.0~17.0%、Fe:6.0~10.0%、Ti:0.5%以下、Cu:0.6%以下およびAl:0.5%以下を含有し、残部がNiおよび不純物からなる組成が挙げられる。
 (b)ASME SB-163 UNS N06600で規定されるNi基合金(15%Cr-9%Fe-75%Ni)は、Crを27.0~31.0質量%およびNiを55~65質量%含むため、塩化物を含む環境のほか、高温における純水およびアルカリ環境での耐食性にも優れる合金である。より具体的な化学組成は、質量%で、C:0.06%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.0%以下、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:27.0~31.0%、Fe:7.0~11.0%、Ti:0.5%以下、Cu:0.6%以下およびAl:0.5%以下を含有し、残部がNiおよび不純物からなる組成が挙げられる。
 本発明の冷間引抜用素管(前記原子力発電用の蒸気発生器用伝熱管に使用されるオーステナイト合金製の素管)において、素管の内面粗さが、ANSI B46.1に規定される平均表面粗さRaで表したとき、下記(ii)式を満たすものであれば、より確実にびびり振動および焼き付き、例えば品質に影響のない微少な焼き付きであっても防止することができるので、望ましい。
     0.10μm≦Ra≦0.50μm  ・・・(ii)
 前記(ii)式において、平均表面粗さRaの上限を0.50μmとするのは、より確実にびびり振動および焼き付きを防止できるのに加え、原子力発電設備で使用されるSG管の場合、その内面粗さRaの上限が0.50μmと規定されているからである。SG管製造用素管の内面粗さRaの上限を0.50μmとしておけば、引抜加工に際し品質に影響のない微少な焼き付きの発生をも防止することができ、この素管を用いて製造されるSG管の内面粗さRaを0.50μm未満にすることができる。
 本発明の冷間引抜用素管の製造方法は、前述の本発明の冷間引抜用素管の製造方法であって、引抜前の素管内面に、ISO 8486 1996 F規格に規定される#100番手~#350番手のブラスト粒を用いてブラスト処理を施すことを特徴とする方法である。
 本発明の冷間引抜用素管、特に、原子力発電設備における蒸気発生器用伝熱管(例えば、SG管)の製造に使用される冷間引抜用素管は、通常、ユジーンセジュルネ式製管設備を用いる熱間製造法によって製造された継目無管を素材とし、これに光輝熱処理を施した後、冷間圧延を行って冷間引抜が可能な外径、肉厚を有する引抜用素管とすることにより製造される。こうして得られた冷間引抜用素管に、高圧潤滑引抜法による引抜加工を施してSG管のような蒸気発生器用伝熱管が製造される。
 前記の冷間圧延を施したままの冷間引抜用素管の内面粗さは、圧延ロールの磨耗状況や、マンドレル、ロール等のセッティング状況によってばらつきがあり、この冷間引抜用素管に高圧潤滑引抜を行っても局部的な焼き付きや、びびり振動が発生する場合がある。
 そこで、本発明の引抜用素管の製造方法では、引抜前の素管内面にブラスト処理を施して素管の内面粗さを調整する。ブラスト粒は、ISO規格で定められ、番手で表現されているものを用いる。各番手のブラスト粒ではそれぞれ含まれる粒径の割合が決められており、用いるブラスト粒の番手によって素管内面の粗さはそれぞれ一定の粗さ範囲に調整することができる。
 ISO 8486 1996 F規格に規定される#100番手~#350番手のブラスト粒を用いて引抜前の素管内面にブラスト処理を施すことにより、素管内面の粗さRaが前記の(i)式を満たす引抜用素管を製造することができる。
 ブラスト粒としては、アルミナ粒など通常使用されているものを用いればよい。Ni基合金などの高合金製の素管が処理の対象である場合は、酸化ジルコニウム粒が望ましい。
 しかし、原子力発電設備で使用されるSG管製造用の素管を対象としてブラスト処理を行う場合は、酸化ジルコニウム粒を用いることとされている。さらに、SG管の内面粗さRaの上限は0.50μmと規定されているので、SG管製造用の素管を対象とする場合は、素管内面粗さRaの上限が0.50μmとなるような番手の酸化ジルコニウム粒を用いてブラスト処理を行うことが望ましい。
 この場合、本発明の冷間引抜用素管の製造方法としては、引抜前の素管内面に、ISO 8486 1996 F規格に規定される#200番手~#350番手の酸化ジルコニウム製のブラスト粒を用いてブラスト処理を施すこととする実施の形態を採ることが望ましい。この方法を採用することにより、後述する実施例2の表2に示すように、素管内面粗さRaを確実に0.50μm以下とすることができる。
 ブラスト処理は、常法に従い、例えば、空気式噴射機を用いて、空気圧を0.29~0.49MPa(3~5kgf/cm)、噴射時間を3~10分としてブラスト粒を吹きつければよい。
 本発明の冷間引抜用素管の製造方法の他の一つは、前述の本発明の冷間引抜用素管の製造方法であって、引抜前の素管内面に、弗硝酸による酸洗処理を施して、前記(i)式または(ii)式を満たすように素管の内面粗さを調整することを特徴とする方法である。
 引抜前の素管内面に、酸洗処理を施すのは、素管内面粗さRaが前記(i)式または(ii)式を満たすようにするためである。素管の内面に弗硝酸による酸洗処理を施すと、表面の粒界が荒れるので、この方法は、内面粗さRaが、0.10μm未満の素管に対して適用できる方法である。
 酸洗処理は、酸洗液中に素管を浸漬する方法が簡便である。酸洗液中の弗酸(HF)の濃度は2~5%、硝酸(HNO)の濃度は5~10%とするのが望ましい。酸の濃度がこの範囲内であれば、室温付近で、適度な速度で処理を進行させることができる。処理温度は、30~50℃が望ましい。また、浸漬時間は、素管の材質、酸洗液の濃度および温度等に応じて、素管内面粗さRaが前記(i)式または(ii)式を満たすのに必要な時間をあらかじめ把握しておき、それに基づき適宜定めればよい。
 本発明の冷間引抜用素管の製造方法によれば、引抜前の素管の内面粗さを適切に調整して本発明の冷間引抜用素管を製造することができる。さらに、本発明の冷間引抜管の製造方法によれば、得られた本発明の冷間引抜用素管に引抜加工を行うことから原子力発電設備における蒸気発生器用伝熱管等の製造に最適である。
 (実施例1)
 外径25.0mm、肉厚1.65mmおよび長さ11400mmのNi基合金(インコネル系合金:30%Cr、9%Fe、60%Ni)の素管を対象とし、種々の内面粗さRaを有する素管を準備した。素管の内面粗さRaは、引抜き前の素管にブラスト処理を施して種々に変化させた。管内面の粗さ測定には、ミツトヨ製SV-3100S4を使用した。
 これらの素管に対して、前記図1に示した高圧潤滑引抜法によって潤滑油圧力が120Mpaで、外径19.14mm、肉厚1.14mmおよび長さ21700mmの小径長尺管(以下、引抜管という)に引抜加工した。
 得られた引抜管について、びびり振動および焼き付きの発生状況を調査した。びびり振動については、内面渦流探傷試験を行って発生の有無を判定し、S/N比≦20をびびり振動発生の判定基準とした。焼き付きについては、内面の焼付きに限定し、目視で焼き付き見本と比較して発生の有無を判定した。
 調査結果を表1に示す。表1の「焼き付き」の欄の「微少」とは、品質に影響のない微少な焼き付きが発生したことを示す。また、「判定」の欄の記号の意味は次のとおりである。
 ◎:びびり振動および焼き付きのいずれも発生しなかったことを示す。
 ○:びびり振動および焼き付きの発生がないが、品質に影響のない微少な焼き付きが発生したことを示す。
 ×:びびり振動および焼き付きの一方または両方が発生したことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示した結果から次のことが判明した。びびり振動は、引抜前の素管内面粗さRaが小さい場合(試験No.1および2)に発生した。これは、素管内面粗さRaが小さい場合、工具と素管との摩擦係数が低下し、スリップし易くなったためと推測される。一方、焼き付きは、引抜前の素管内面粗さRaが大きい場合(試験No.14および15)に発生した。
 素管内面粗さRaが本発明の規定を満たす試験No.3~13(本発明例に該当する)では、びびり振動および品質に影響を及ぼす焼き付きは発生しなかった。特に、引抜前の素管内面粗さRaが0.10~0.50μm(試験No.3~9)では、びびり振動だけでなく微少な焼き付きも発生せず、より優れた品質の管が得られた。
 (実施例2)
 実施例1で用いたNi基合金(インコネル系合金)の素管と同じ材質、寸法の素管を対象とし、種々の内面粗さRaを有する素管を準備した。これらの素管に対して、番手の異なるブラスト粒を使用してブラスト処理を行い、処理後の素管内面粗さRaを測定した。管内面の粗さ測定には、ミツトヨ製SV-3100S4を使用した。
 ブラスト処理では、酸化ジルコニウム粒を使用し、空気式噴射機により、空気圧を3.9×10Pa(4kgf/cm)、噴射時間を5分として素管内面に吹きつけた。
 ブラスト前後の管内面の粗さ測定結果を表2に示す。これらのブラスト処理を行った素管に対して、実施例1と同様の高圧潤滑引抜法によって引抜加工した。得られた引抜管について、びびり振動および焼き付きの発生状況を調査した。
 調査結果を表2に示す。表2の「焼き付き」の欄の「微少」とは、品質に影響のない微少な焼き付きが発生したことを示す。また、「判定」の欄の記号の意味は次のとおりである。
 ◎:びびり振動および焼き付きのいずれも発生しなかったことを示す。
 ○:びびり振動および焼き付きの発生がないが、品質に影響のない微少な焼き付きが発生したことを示す。
 ×:びびり振動および焼き付きの一方または両方が発生したことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示した結果から次のことが判明した。
[ブラスト後の粗さRa]
 番手が#50の酸化ジルコニウム粒を用いてブラスト処理を施した場合(試験No.1~3)、ブラスト後の素管内面粗さRaは1.00μmを超えた。番手が#100、#200、#350と高くなるに伴い、素管内面粗さRaは段階的に減少した。ブラスト処理を、番手が#100~#350の酸化ジルコニウム粒を用いて行った試験No.4~12(本発明例に該当する)では、素管内面粗さRaを本発明で規定する範囲内(前記(i)式を満たす0.10~1.00μm)にすることができた。また、番手が#200~#350の酸化ジルコニウム粒を用いて行った試験No.7~12では、素管内面粗さRaを前記(ii)式を満たす0.10~0.50μmにすることができた。
[引抜加工後の判定]
 ブラスト後の素管内面粗さRaが1.00μmを超えた場合(試験No.1~3)には、焼き付きが発生した。ブラスト処理で素管内面粗さRaを0.10~1.00μmとした場合(試験No.4~12)には、びびり振動および品質に影響を及ぼす焼き付きは発生しなかった。特に、ブラスト後の素管内面粗さRaが0.10~0.50μm(試験No.7~12)では、びびり振動だけでなく微少な焼き付きも発生せず、より優れた品質の管が得られた。
 (実施例3)
 実施例1で用いたNi基合金(インコネル系合金)の素管と同じ材質、寸法の素管を対象とし、素管内面の粗さRaが、0.10μm未満の素管を準備した。これらの素管に対して、酸洗処理を行い、処理後の素管内面粗さRa測定した。
 酸洗処理では、4.5%のHFと9.5%のHNOを含有する、25℃の弗硝酸中に前記素管を浸漬し、浸漬時間を変化させた。
 酸洗前後の管内面の粗さ測定結果を表3に示す。これらの酸洗処理を行った素管に対して、実施例1と同様の高圧潤滑引抜法によって引抜加工した。得られた引抜管について、びびり振動および焼き付きの発生状況を調査した。
 調査結果を表3に示す。表3の「焼き付き」の欄の「微少」とは、品質に影響のない微少な焼き付きが発生したことを示す。また、「判定」の欄の記号の意味は次のとおりである。
 ◎:びびり振動および焼き付きのいずれも発生しなかったことを示す。
 ○:びびり振動および焼き付きの発生がないが、品質に影響のない微少な焼き付きが発生したことを示す。
 ×:びびり振動および焼き付きの一方または両方が発生したことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3に示した結果から次のことが判明した。
[酸洗後の粗さRa]
 浸漬時間が20分(試験No.1)では、酸洗が不十分であり、酸洗の前後で素管内面の粗さに顕著な変化はみられなかった。また、浸漬時間が480分および600分(試験No.6および7)では、酸洗が進みすぎ、素管内面の粗さRaは1.00μmを超えた。浸漬時間を60~360分の範囲内とした場合(試験No.2~5で、本発明例に該当する)、素管内面粗さRaを本発明で規定する範囲内にすることができた。すなわち、前記の弗硝酸濃度および温度条件の下では、処理時間を60~360分とすればよい。
[引抜加工後の判定]
 酸洗後の素管内面粗さRaが小さい場合(試験No.1)には、工具と素管との摩擦係数が低下し、スリップし易くなりびびり振動が発生した。また、酸洗後の素管内面粗さRaが1.00μmを超えた場合(試験No.6および7)には、焼き付きが発生した。
 これに対し、酸洗後の素管内面粗さRaを0.10~1.00μmとした場合(試験No.2~5)には、びびり振動および品質に影響を及ぼす焼き付きは発生しなかった。特に、酸洗後の素管内面粗さRaが0.10~0.50μm(試験No.2および3)では、びびり振動だけでなく微少な焼き付きも発生せず、より優れた品質の管が得られた。
 本発明の冷間引抜用素管およびこの素管の製造方法並びに冷間引抜管の製造方法は、原子力発電用の蒸気発生器用伝熱管(SG管)等、小径長尺管の製造に有効に利用することができる。
1:プラグ、 2:ダイス、 3:被加工材(素管)、 
4:容器、 4a:テレスコピック構造、 5:プラグ支持桿、 6:油膜

Claims (9)

  1.  被加工材の表面に油潤滑皮膜を形成する引抜加工に用いられる冷間引抜用素管であって、
     引抜前の素管内面粗さが、ANSI B46.1に規定される平均表面粗さRaで表したとき、下記(i)式を満たすことを特徴とする冷間引抜用素管。
         0.10μm≦Ra≦1.00μm  ・・・(i)
  2.  前記冷間引抜用素管が、高圧潤滑引抜に用いられる素管であることを特徴とする請求項1に記載の冷間引抜用素管。
  3.  前記冷間引抜用素管が、原子力発電用の蒸気発生器用伝熱管に使用されるオーステナイト合金製の素管であることを特徴とする請求項2に記載の冷間引抜用素管。
  4.  前記素管の内面粗さが、ANSI B46.1に規定される平均表面粗さRaで表したとき、下記(ii)式を満たすことを特徴とする請求項2または3に記載の冷間引抜用素管。
         0.10μm≦Ra≦0.50μm  ・・・(ii)
  5.  請求項1~4のいずれかに記載の冷間引抜用素管を用いて、冷間引抜加工を行うことを特徴とする冷間引抜管の製造方法。
  6.  請求項1~4のいずれかに記載の冷間引抜用素管の製造方法であって、
     前記引抜前の素管内面に、ISO 8486 1996 F規格に規定される#100番手~#350番手のブラスト粒を用いてブラスト処理を施すことを特徴とする冷間引抜用素管の製造方法。
  7.  請求項4に記載の冷間引抜用素管の製造方法であって、
     前記引抜前の素管内面に、ISO 8486 1996 F規格に規定される#200番手~#350番手の酸化ジルコニウム製のブラスト粒を用いてブラスト処理を施すことを特徴とする冷間引抜用素管の製造方法。
  8.  請求項1~4のいずれかに記載の冷間引抜用素管の製造方法であって、
     前記引抜前の素管内面に、弗硝酸による酸洗処理を施して、前記(i)式または(ii)式を満たすように素管の内面粗さを調整することを特徴とする冷間引抜用素管の製造方法。
  9.  請求項6~8のいずれかに記載の方法で製造された冷間引抜用素管を用いて、冷間引抜加工を行うことを特徴とする冷間引抜管の製造方法。
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