JPH0159332B2 - - Google Patents

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JPH0159332B2
JPH0159332B2 JP57189161A JP18916182A JPH0159332B2 JP H0159332 B2 JPH0159332 B2 JP H0159332B2 JP 57189161 A JP57189161 A JP 57189161A JP 18916182 A JP18916182 A JP 18916182A JP H0159332 B2 JPH0159332 B2 JP H0159332B2
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tube
compressive stress
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/30Finishing tubes, e.g. sizing, burnishing
    • 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
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 開示技術は化学プラント、油井管、油送管、熱
交換器等に用いる耐腐蝕性金属管の製造技術の分
野に属する。
<要旨の概要> この発明は油井管等の腐蝕をこうむる管壁面に
展延力を印加して自緊させると共に圧縮応力付与
して応力腐蝕割れ等を防ぎ得る金属管の製造方法
に関する発明であり、特に、ローラーにより局部
的な機械的圧力を金属管壁表面に印加し、管壁面
を圧迫しつつローラーを同方向に回転しつつ管軸
方向に連続的に移動することにより管壁表皮部を
展延拡張し、該展延拡張によつて生ずる自緊作用
を介し管壁表皮部に圧縮応力を内臓せしめるよう
にし、金属管壁が該金属管壁に接する腐蝕性流体
から腐蝕をこうむるのを防止するようにした耐腐
蝕性金属管の製造方法に係る発明である。
<従来技術> 周知の如く、化学プラント、油井管、油送管、
熱交換器等に使用される配管には耐高低温、強度
アツプ、耐腐蝕等それぞれの目的に応じ炭素鋼
管、或いは、不銹鋼管等が用いられる。
而して、近時これ等の配管に関し耐腐蝕性等に
おいて更に高い性能向上が要求されるようになつ
てきており、例えば、油井管に於いて、油井の深
さが10000mにもなるに及び、或いは、所謂二次
再開発油井に高温高圧の蒸気や塩水が注入される
ようになり、これまでとは比較にならない甚大な
腐蝕の被害が表面化し、特に、油井の深層部に於
ける高温高圧環境下の塩素イオンによる腐蝕亀裂
の問題や油井の中上層部に於ける比較的低温下の
硫化水素雰囲気による腐蝕亀裂の問題が生じてい
るが、これ等についての対策としては未だ明確な
解決策がないのが現状である。
これらの腐蝕亀裂の問題は単に油井管にとどま
らず、化学プラント、熱交換器用管、或いは、原
子力機器配管等にも発生しており、現在これらの
対策として第一には耐腐蝕性塗料の開発、第二に
は耐腐蝕性金属材料自体の新開発が進められてい
る。
<発明が解決しようとする問題点> 上記第一の塗料の開発に関しては腐蝕性媒体中
にINHIBITERと称せられる腐蝕抑制剤を混入す
る手段や管壁表面に耐腐蝕性樹脂を塗装する手段
等が開発されつつあるが、これらには保守の為の
煩瑣な手段手数を要し、且つ、耐腐蝕効果の点か
らみると何れも完全なものには至つていない。
他方、第二の耐腐蝕性金属材料の開発に関して
は世界的に材料メーカー、或いは、金属研究所等
により強力に新開発が進められてはいる。
ところで、一般的な材料上の特徴として鋼につ
いてはその強度が高くなるにつれて耐腐蝕性が低
下するのが普通であり、油井管に用いた場合、油
井が深くなるにつれて油井管は自重支持のために
その強度を増さねばならず、したがつて、油井管
が炭素鋼管である場合は強度が高くなるにつれて
耐腐蝕性は劣化する。
そこで、深層油井用としては必然的に高強度に
して、且つ、高い耐腐蝕性能を有する高強度不銹
金属管が要求される。
そして、不銹金属として代表的な所謂ステンレ
ス鋼の材質中に、耐腐蝕性の強いニツケルやクロ
ーム等の含有量が多くなるにつれて耐腐蝕性は増
大するが、一方において、強度は或る限度以上に
はならず、深層油井用油井管に必要とする強度を
満足するに至らない。
これに対しインコロイ825やインコネル625等の
高価格の高ニツケル合金は極めて高い耐腐蝕性能
を具備しているものの、強度については高張力炭
素鋼には及ばず、又、このように高ニツケル合金
といえども硫化水素、塩水、炭酸ガス等が混合し
た最悪の腐蝕環境では腐蝕亀裂を含む各種の腐蝕
に完全に耐え得るものではない。
即ち、耐腐蝕性高ニツケル合金においても、或
る腐蝕環境では炭酸ガス腐蝕には耐え得るが、硫
化水素腐蝕には耐え得ないとか、或は、硫化水素
腐蝕には耐えても、塩素イオン腐蝕には耐え得な
い等の腐蝕に対する選択的対抗性が存在するので
ある。
したがつて、様々な腐蝕環境に於いて、すべて
の種類の腐蝕媒体への耐腐蝕性能を有する金属材
料そのものは現存しないし、又、将来新しく開発
される期待性は著しく少い。
そして、例えば、これに近いものが開発された
としても、おそらく経済的に見合わない高価なも
のとなることは確実である。
ところで、一般に油井管等に発生する腐蝕の形
態としては水素誘起割れ、摩耗腐蝕、隙間腐蝕、
一般腐蝕、孔蝕、ブリスター、環状腐蝕等があ
り、これらに加えて硫化水素や塩素イオンによつ
て発生する腐蝕亀裂は配管にとり最も危険なもの
である。
最近の金属学の学理によれば、耐腐蝕性金属材
料に或る温度域で或る種の加工変形を与えると、
変形をうけた部分は耐腐蝕性を増大することが明
らかにされている、例えば、オーステナイト系ス
テンレス鋼に比較的低温において加工を与える
と、所謂加工誘起変態と称する組織変態を起し、
組織中にはマルテンサイトが生成され、且つ、組
織の塑性変形によつて組織中の転位が増殖して転
位のセル化が進み、これらが材料の応力腐蝕亀裂
抵抗を増進することが明らかにされている。
又、腐蝕亀裂に関しては腐蝕性媒体が硫化水
素、或は、塩素イオン等の何れであるにかかわら
ず、腐蝕性媒体に接する不銹金属材料の表面に引
張応力が内蔵される時はその材料がいかに強力な
耐腐蝕性金属材料であつても、腐蝕亀裂に対して
極めて危険な状態に曝されており、反対に金属材
料表面に圧縮応力を内蔵する時は圧縮応力内蔵の
程度の高い程腐蝕亀裂に対してより安全であるこ
とも明らかにされている。
耐腐蝕金属材料として一般に知られているニツ
ケルクローム系の不銹鋼管においては材料の線膨
脹係数が大きい関係上、又、その形状的特徴の故
に不銹鋼管が熱間成形後、或は、管材質改良の為
の熱処理後の放熱冷却期間中に管材料の均一冷却
が行なわれない関係上、管内壁の表皮部には引張
応力が残存するのが通例であり、特に、炭素鋼と
不銹鋼のクラツド鋼管においては線膨脹係数の大
きい不銹鋼側に大きな引張応力が内蔵されるので
ある。
而して、先述の如く如何に強力な耐腐蝕性金属
材料であつても、一度引張応力を付与されると、
一般腐蝕は云うに及ばず、就中、腐蝕亀裂に対す
る抵抗性はたちまち劣化することが判つている。
<発明の目的> この発明の目的は上述在来技術に基づく耐腐蝕
流体配管の問題点を解決すべき技術的課題とし、
金属材料成分の組合せ改良によつて材料の耐腐蝕
効果を求めたり、熱処理によつて材料の耐腐蝕効
果を求める従来法による金属治金的手段や金属材
料の表面を塗装したり、或は、腐蝕性媒体に腐蝕
抑制剤を混入して外部より金属材料を保護する方
法とは全く理念を異にし金属材料の内部に圧縮応
力を導入して金属材料の耐腐蝕性を付与する力学
的理念に基ずく手法を用い、各種産業における配
管利用分野に益し得、従来方法に比して技術的に
は画期的にして且つ経済的には極めて低価格な勝
れた耐腐蝕性金属管の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> 上述目的に沿い前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、耐腐蝕性流体に曝される配管の表皮部にロー
ラ等により機械的展圧力を局部的に印加し、該展
圧力を連続して全表皮部に与え、それにより自緊
させ、又、該表皮部に圧縮応力を内蔵させ、耐腐
蝕性を向上させるようにした技術的手段を講じた
ものである。
<実施例> 次にこの発明の実施例を図面に従つて説明すれ
ば以下の通りである。
第1図は原理態様図であり、炭素鋼として管1
の内壁を3とし管壁の肉厚をT1とする。
そこで、ローラ4を内壁3の一部に所定にセツ
トし、適宜手段を解してFなる力を内壁3の表皮
部に印加して圧迫すると、管壁3の肉厚T1は厚
みΔT2だけ凹み、T2の肉厚に減ぜられ、そこで、
ローラー4を管1の内壁3に沿つて周方向に所定
に回転すると、ΔT2なる凹みを有する管壁3の溝
5が管の内壁面に形成されることになる。
そして、ローラー4の回転を管軸方向に移動す
れば、ΔT2なる凹みを有する溝5は管軸方向に連
続して形成され、最終的には管壁3の肉厚T1
ΔT2を減じたT2の肉厚となり、管1の内壁3の
表皮部には減少した肉厚凹み分ΔT2に相当する円
周方向、及び、軸方向の展延が具現される。
さりながら、管壁3の展延は実際には展延効果
の及ばない外部の管壁に拘束されて展延部自身に
自緊現象を起こし、その結果、ローラー4によつ
て展延された管1の内壁3の表皮部には圧縮応力
が内蔵されることになる。
一方、管1の外壁2にローラー4を適宜にセツ
トし、該管1の外壁2の表皮部に展延力F′を印加
して圧迫し、上述内壁3に対し行つたと同様の操
作を外壁2に対しても施すと、管1の外壁2の表
皮部に同様に圧縮応力が内蔵される。
而して、上述工程を管1の外壁2、及び、内壁
3に実施した場合の管壁内に於ける応力分布の様
相を示せば第2図に示す通りで、外壁2、及び、
内壁3の表皮部には圧縮応力(−)が内蔵され、
壁の内部にはこの圧力応力に対応する引張応力
(+)が内蔵される。
そして、内外壁2,3双方の表皮部に圧縮応力
(−)が内蔵された管1は該管1の内外に腐蝕性
媒体が存在しても、これに対抗する耐腐蝕性能を
具備されるものである。
又、第3図に示す態様は管1の外壁2のみにロ
ーラ4による展延作用を付与した応力分布の様相
図で管1の外壁2の表皮部に圧縮応力(−)が内
蔵され、この場合は管1の外にある腐蝕性媒体よ
りの腐蝕に対抗性を具備することになる。
一方、第4図に示す態様は管内の腐蝕性媒体に
対してのみ対抗性を有するようにしたものであつ
て、管1の内壁3の表皮部のみに圧縮応力(−)
を内蔵せしめたものでである。
そして、第5,6図に示す実施例は炭素鋼外管
6にステンレス鋼内管7をクラツドして冶金的接
合面8を有するクラツド鋼管9内管壁にこの発明
の製造方法を適用した例であり、一般に炭素鋼と
ステンレス鋼のクラツド鋼管が熱間成形、及び、
熱処理の工程を経て製造された直後には線膨脹係
数が異なることの特徴として第5図に示すように
ステンレス鋼管7の材料内には引張応力(+)
が、又、炭素鋼管6の材料内には圧縮応力(−)
が内蔵される。
そして、該ステンレス鋼管7の材料内に内蔵さ
れる引張応力(+)は先述の如く腐蝕に対して非
常に悪い結果をもたらすものである。
そこで、炭素鋼6とステンレス鋼7とのクラツ
ド鋼管9に於いて、ステンレス鋼管7の材料内に
内蔵する引張応力(+)を何らかの方法によつて
圧縮応力に転換することが従来より試みられてい
るが、管の成形法とか熱処理法等金属冶金的技術
手段では至難とされていたが、ステンレス鋼内管
7材料の硬度が炭素鋼外管6材料の硬度より低い
ことを利用してローラー4による展圧力をステン
レス鋼内管7の内壁に印加し、内管7の表皮部に
圧縮応力を内蔵せしめたのが第5図に示す実施例
である。
又、第6図に示す実施例の様に該内管7の内壁
表皮部より更に深部のクラツド面8にまで展圧力
を及ぼして第5図に於ける応力分布を根本的に改
変し、ステンレス鋼内管7壁全体を展延し、展延
による自緊作用によつて内管7の壁全体に圧縮応
力を内薦せしめ、炭素鋼外管6壁にはこれに対応
する引張応力(+)を内蔵せしめて耐蝕性を付与
することが出来る。
而して、第5図、第6図に示す実施例は炭素鋼
外管6にステンレス鋼内管7をクラツドし冶金的
接合面8を有するクラツド鋼についてこの発明の
製造方法を適用した態様であるが、炭素鋼外管6
とステンレス鋼内管7が冶金的に接合しない接面
8のクラツド面を有する二重管にこの発明の製造
方法を適用することによつて、圧縮応力を内管壁
全体に、或は、内管壁表皮部に内装せしめこれに
より、内管内面に腐蝕抗性を具備せしめることが
出来る。
又、上述態様と逆に外管をステンレス鋼管とし
内管を炭素鋼管としたクラツド鋼管の外壁面に展
圧力を印加してステンレス鋼外管が管外の腐蝕性
媒体に対して腐蝕抗性を具備するようにすること
が出来る。
次に第7図に示す実施例について説明すると、
ベース10に設けたスタンド11,11に上述の
如く炭素鋼外管1をセツトし、ローラ4をアーム
12を介して有する自転モータ13を軸方向スラ
イド自在に設け、ビーム14を同芯状に炭素鋼管
1内に渡設しスタンド15、及び、巻取装置16
を有するスタンド17にツトし、リール18とモ
ータ13の芯19にケーブル20を張設してお
く。
そこで、炭素鋼管1の一端側でモータ13を回
転させ、ローラー4を管1の内壁面3に対し添接
押圧させ自公転々動させ、設定速度でケーブル2
0を引くことにより、ローラー4は管1の全内壁
面3を押圧展延する。
そして、前述の如く管1の内壁表皮部は展延に
より自緊され、圧縮応力が内蔵される。
又、図中の説明はローラーが管軸に直角の方向
に回転する場合を述べたものであるが、ローラー
の回転が管軸方向、或は、管軸に対して斜め方向
に回転する場合でもこの発明の基本原理である管
壁展延の効果には異るところがない。
又、この発明において対象管は単素材管、複素
材管のいづれかを問わず、展延をうける素材が展
延可能なものである限り何の制限も受けないもの
である。
<発明の効果> 以上この発明によれば、腐蝕性媒体に接しこれ
により腐蝕をこうむる可能性のある管の壁面の表
皮部に展延力を印加し、拡張作用を与えこれによ
る圧縮応力を残存せしめ高度の耐蝕性を容易にし
かも確実に且つ低コストで付与することが出来る
優れた効果を奏する。
而して、設定鋼の腐蝕性媒体の流過面にローラ
ー等により展圧力を印加するだけで良く、作業が
簡単で、工数も少く、それだけ製造が容易に行え
る効果がある。
しかも、この発明によれば既製薄肉管に対して
も施工が行える利点がある。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の実施例を示すものであり、第
1図は原理説明部分切截図、第2図は第1図応力
分布斜視図、第3,4図は第1図の外壁面及び内
壁面に対する展延力印加応力分布説明斜視図、第
5,6図は二重管の展圧力印加前後の応力分布斜
視図、第7図は具体的実施例の縦断図である。 1,9…金属管、F,F′…展圧力。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 金属管壁面に展延力を印加して圧縮応力を付
    与せしめるようにした耐腐蝕性金属管の製造方法
    において、該金属管壁面に展延ローラにより局部
    的機械的展延力を連続して付与し、該壁面の表皮
    部を展延拡張し、該展延拡張を介し自緊作用を生
    ぜしめて該金属管壁面の表皮部に圧縮応力を内蔵
    せしめ耐腐蝕性を具備させるようにしたことを特
    徴とする耐腐蝕性金属管の製造方法。
JP18916182A 1982-10-29 1982-10-29 耐腐蝕性金属管の製造方法 Granted JPS5978720A (ja)

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EP3971442B1 (en) * 2020-05-15 2025-07-09 Mitsubishi Steel Mfg. Co., Ltd. Hollow spring and manufacturing method therefor

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