JPH0331523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は発電・化学プラント用の配管系に使用
する高周波曲げ管の製造方法に係わるものであ
る。 （従来の技術） 従来、発電・化学プラント用に用いられる1.0
〜2.0×（管の外径）の小曲げ半径の炭素鋼曲げ管
としては日本工業規格JIS B2311、2312等に規定
されている溶接式管継手（以下、エルボと云う）
が用いられている。エルボの加工は日本鉄鋼協会
編第３版鉄鋼便覧P.179に掲載されている通常
ハンブルグ加工として知られる高温での拡管曲げ
加工で、材質的には素管と曲げ管とはほぼ同等の
性質を有する。しかしながら、その製品形状は
180度迄の曲げ角度を有する曲がり部のみの製品
であることから、配管施工時おいて溶接工数が多
くなること、また、これにともない溶接部の検査
工数も増加し、工期が長くなり工事費も高くなる
という問題がある。 そこで、溶接部を少なくする、即ち、曲げ部の
両端に直管部を有する曲げ管（以下、エルボレス
と云う）が要望されている。 エルボレスの製造法として、ひとつは、冷間曲
げがあるが、小曲げ半径のエルボレスを得ようと
すると曲がり部の断面形状寸法公差の内、偏平率
の寸法公差を満足しないため実用に適さないもの
となる。 もうひとつは、例えば特開昭53−135870号、特
開昭53−135871号公報で知られる高周波曲げ加工
がある。この加工方法では、曲げ半径が３×（管
の外径）超の場合には強制空冷により加熱曲げ加
工域をせまくすることで座屈することなく加工で
きるので、曲がり部の材質的な問題は生じない。
しかしながら、要望されるような1.0×3.0×（管
の外径）の小曲げ半径の場合には、座屈防止のた
め更に加熱曲げ加工域を狭める強制冷却が必要に
なる。そのために曲げ加工部の外表面層（表面下
１〜２mmまで）の冷却速度が速くなり、曲げ加工
部の外表面層の硬化が避けられない。通常、炭素
鋼鋼管の配管溶接において、破壊に対する安全性
の見地から実用に供しうる最高硬さとしてHv248
以下が望まれるが、前述の成分範囲では高周波曲
げ加工のままではこの硬さ規定を満足できないと
いう問題がある。この問題の解決法として、ひと
つに軟化焼鈍が有効であるが、エルボレスの形状
からして大型炉が必要でかつ生産性が低くコスト
が高いと云う問題がある。一方、本出願人らが先
に出願した特願昭62−7862号で示すように、炭素
鋼においてはＣ＋Mn／６≦0.33％を満足する炭
素鋼を素管とし、素管の外表面が850〜950℃にな
るまで加熱し、水冷をしながら曲げ加工すること
により高周波曲げ加工のままで低硬さのエルボレ
スを得る方法がある。しかしながら、この方法に
おいても、素管の肉厚が大きい場合には管外表面
の温度を950℃の上限の温度まで加熱しても管内
表面の温度が低く曲げ加工後の組織の安定化が図
れないし、組織の安定化を図ろうとすれば管外表
面の温度が950℃を越えてしまい曲げ加工後の管
外表面の硬さが高くなるという欠点があることか
ら、厚肉管のエルボレスは安定した品質を得るこ
とは困難である。 （発明が解決しようとする問題点） 即ち、本発明はかかる従来の欠点を克服したも
ので、ASTM A106Bクラス程度の機械的性質を
有する厚肉鋼管から、高周波曲げ加工により小曲
げ半径で、かつ、加工のままでHv248以下の安価
なエルボレスの製造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） 本発明者等は外表面層の硬度向上に及ぼす各種
成分の影響および高周波曲げ加工条件の影響を調
査した結果、素管の外表面温度が950℃超1050℃
以下の加熱温度においても、本発明鋼管は第１図
に示すように、式Ｃ＋Mn／６＋（Cr＋Mo＋
Ｖ）／５＋（Ni＋Cu）／15（以下Ｃ当量という）
によつて与えられるＣ当量と曲げ加工後の最大硬
さと良い相関を示すという知見を得た。 本発明は、上記の知見を基にして成されたもの
で、即ち、その要旨は、 (1) 曲率半径が管外径の３倍以下の高周波曲げ管
の製造方法において、 重量％で、 C0.05〜0.30％ Si0.10〜0.50％ Mn0.30〜1.50％ Ｐ≦0.03％ Ｓ≦0.03％ Al0.005〜0.05％ Ｎ≦0.015％ 残部はFeおよび不可避不純物からなり、Ｃ
＋Mn／６＋（Cr＋Mo＋Ｖ）／５＋（Ni＋
Cu）／５≦0.38％を満足する炭素鋼を素管と
し、素管の外表面が850〜1080℃になるまで加
熱し、水冷をしながら曲げ加工することを特徴
とする加工のままで低硬さの高周波曲げ管の製
造方法。 (2) 曲率半径が管外径の３倍以下の高周波曲げ管
の製造方法において、 重量％で、 C0.05〜0.30％ Si0.10〜0.50％ Mn0.30〜1.50％ Ｐ≦0.03％ Ｓ≦0.03％ Al0.005〜0.05％ Ｎ≦0.015％ かつ、 Cr≦0.50％ Ni≦0.50％ Mo≦0.50％ Ｖ≦0.10％ Ti≦0.05％ Nb≦0.05％ Ｂ≦0.003％ Cu≦0.50％ Zr≦0.05％ Ca≦0.005％ のうちの一種もしくは二種以上、 残部はFeおよび不可避不純物からなり、 Ｃ＋Mn／６＋（Cr＋Mo＋Ｖ）／５＋（Ni＋
Cu）／15≦0.38％を満足する炭素鋼を素管と
し、素管の外表面が850〜1050℃になるまで加
熱し、水冷をしながら曲げ加工することを特徴
とする加工のままで低硬さの高周波曲げ管の製
造方法にある。 なお本発明では曲げ管の素管として用いている
炭素鋼鋼管は継目無鋼管が好適であるが、電縫鋼
管、UO鋼管等の適用も可能である。 （作用） 第２図は本発明曲げ加工法の実施に使用する管
曲げ装置の一例を示すもので、１は曲げ加工すべ
き鋼管、２は該鋼管を支持案内する案内ローラ
ー、３は環状で前記鋼管１をその外周から局部的
に狭幅に加熱し冷却タンクを有する高周波誘導子
からなる加熱装置、４は先端部にクランプ５を備
えた回転自在の曲げアーム、６は管端部支持台、
７の矢印は３の加熱装置からスプレーされる冷却
水、斜線部の８は加熱加工域である。装置はクラ
ンプ５に鋼管１の先端部を緊締し、鋼管１を加熱
装置３により局部的に高温加熱すると共に適宜手
段により矢印方向に推進させることにより鋼管１
を曲げ加工できるようになつている。 以下に本発明の限定理由について説明する。ま
ず曲げ加工条件であるが、通常の曲げ加工条件に
おいては、高周波加熱コイルで加熱する場合に加
熱曲げ加工域を狭くするために、できるだけ幅の
狭いコイルを使用する。そのために、肉厚全体の
均一加熱は難しく外表面に比べて内表面の温度は
低くなる。管の肉厚が12.5mm〜50.4mmになると、
組織の安定化を図るために、外表面の加熱温度範
囲は950〜1050℃で操業する必要がある。即ち、
最低加熱温度は内表面の加熱温度をA_c3以上とす
るためである。管の肉厚が12.2mm未満であれば外
表面の加熱温度範囲は850〜950℃で操業できる。 曲げ半径の小さい高周波曲げ管を製造するとき
に引張り加工を受ける曲げ部の肉厚が減少するた
めに強制的に十分な軸方向圧縮力を負荷すること
が必要になる。このときに加熱加工幅が広くなる
と、曲げ加工開始後内側にしわが発生し、更に
は、座屈をおこし加工不能になる。従つて、でき
るだけ加熱加工幅を狭めるために加熱加工直後に
強制空冷よりは冷却効果のあるスプレー水冷を行
い、この水冷により水冷域の変形抵抗を加熱加工
域の変形抵抗よりも大幅に大きくして、上記諸問
題を解決しようとするものである。このスプレー
水冷は従来からの焼きいれを目的とした強制水冷
よりは冷却速度の遅いものである。 次に本発明に使用する素管の成分の限定理由に
ついて述べる。 Ｃは鋼管の強度を確保する上で必要な元素であ
りその機能を発揮するに必要な量0.05％以上であ
る。しかし、Ｃの含有量が0.30％を超えると鋼管
の溶接作業性を著しく損ねる上曲げ加工後の硬さ
が著しく高くなるので上限を0.30％とした。 Siは脱酸元素として使用される外高温強度確保
にも有効な元素であり、少なくとも脱酸機能を発
揮するためには0.10％以上必要である。しかし、
多量の含有は高周波曲げ加工性を損なうので上限
は0.50％とした。 MnはＣについで有効な強化元素でありその機
能を発揮するに必要な量は0.30％以上である。し
かし、過度の添加は曲げ加工後の最高硬さを高め
る上溶接作業性をも損なうのでその上限を1.50％
に規制した。 Ｐ、Ｓは不純物として混入する元素であるが、
高温曲げ加工時の割れ発生防止のため、各々の上
限を0.03％以下に規制した。 Alは細粒化元素としても有効な元素であり、
この添加によつて、Ｃ、SiおよびMnの上限含有
量の拡大を図ることができた。この機能を発揮す
るためには0.005％以上の含有を必要とするが、
多量の含有は鋼管の靭性を損なうので0.050％と
した。 Ｎは溶接性に支障を生じない範囲の0.015％を
上限とした。 以上の基本成分に加えて選択使用成分について
も以下の規制を設定した。 Nb、Ti、Zrはともに結晶粒微細化効果を有す
る元素であるが、その効果の飽和しない各々の添
加量0.05％を上限とした。 Ｖは細粒化と強化作用を有するが0.10％超では
効果が飽和するので、0.10％を上限とした。 Cr、Mo、Ni、Cuは強化元素として有効であ
るが何れも多量の添加は曲げ加工後の硬さを上昇
させるので各々の上限を0.50％に規制した。 Caは硫化物の形態制御を通じて靭性改善に寄
与するが、過度の添加は溶接性の劣化をもたらす
ので0.005％を上限とした。 Ｂは微量添加によつて鋼管の強度を上昇させる
効果があるが0.003％を超えた多量の添加では効
果が飽和するため上限を0.003％とした。 Ｃ当量の上限値は、前記高周波曲げ加工におけ
る条件にて曲げ加工後の外表面側の最大硬さとＣ
当量とがよい相関を示すことから、Hv248以下と
するために0.38％以下とした。 次に本発明鋼管の特徴を比較材と比べて実施例
で示す。 （実施例） 第１表は、いずれも曲げ加工に供した鋼管の化
学成分を示すものである。A1〜A8鋼管は比較鋼
管で、Ｃ当量が0.38％超の圧延のままの炭素鋼鋼
管で、B1〜B12鋼管は本発明鋼管で、Ｃ当量が
0.38％以下の圧延のままの鋼管である。

【表】

【表】 第２表は、第１表の鋼管の素管の機械的性質及
び曲げ加工条件および曲げ加工後の曲げ部の最大
硬さを示したものである。

【表】

【表】 機械的性質についてはJIS12号試験片を用いて、
引張強さ、伸びを測定した。 第２表に示すように、全ての供試管の最大加熱
温度は850〜1050℃で、スプレー水冷による高周
波曲げ加工を行つている。かかる条件で曲げ加工
を行つたときのＣ当量の最大硬さとの関係を第１
図に示す。第１図より明らかなように、Ｃ当量が
0.38％超のA1〜A8鋼管の比較鋼管はいずれも最
大硬さHv248以上となり実用に供し得ないことは
明らかである。 これに対して、本発明に使用する鋼管である
B1〜B12鋼管はＣ当量を0.38％以下とすることに
より、最大硬さHv248以下を満足する高周波曲げ
管を製造することを可能ならしめたものである。 （発明の効果） 本発明によれば、従来エルボにより構成される
発電・化学プラント用の小曲げ半径の曲げ管を、
継目無鋼管或はその他の製造法に製造された鋼管
を素管として高周波曲げによるエルボレスを製造
しうることとなり、大幅なコスト削減及び硬度が
低く安全性に寄与するという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣ当量と曲げ加工後の最大硬さHvと
の関係を示すグラフであり、このときの曲げ加工
条件は外表面の最大加熱温度は850〜1050℃、ス
プレー水冷である。第２図は本発明の実施例に使
用する曲げ機の一例の平面図である。 １……鋼管、２……案内ローラー、３……加熱
装置、４……曲げアーム、５……クランプ、６…
…管端部支持台、７……スプレー冷却水、８……
加熱加工域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 曲率半径が管外径の３倍以下の高周波曲げ管
   の製造方法において、 重量％で、 C0.05〜0.30％ Si0.10〜0.50％ Mn0.30〜1.50％ Ｐ≦0.03％ Ｓ≦0.03％ Al0.005〜0.05％ Ｎ≦0.015％ 残部はFeおよび不可避不純物からなり、Ｃ＋
   Mn／６＋（Cr＋Mo＋Ｖ）／５＋（Ni＋Cu）／15
   ≦0.38％を満足する炭素鋼を素管とし、素管の外
   表面が850〜1050℃になるまで加熱し、水冷をし
   ながら曲げ加工することを特徴とする加工のまま
   で低硬さの高周波曲げ管の製造方法。 ２ 曲率半径が管外径の３倍以下の高周波曲げ管
   の製造方法において、 重量％で、 C0.05〜0.30％ Si0.10〜0.50％ Mn0.30〜1.50％ Ｐ≦0.03％ Ｓ≦0.03％ Al0.005〜0.05％ Ｎ≦0.015％ かつ、 Cr≦0.50％ Ni≦0.50％ Mo≦0.50％ Ｖ≦0.10％ Ti≦0.05％ Nb≦0.05％ Ｂ≦0.003％ Cu≦0.50％ Zr≦0.05％ Ca≦0.005％ のうちの一種もしくは二種以上、 残部はFeおよび不可避不純物からなり、 Ｃ＋Mn／６＋（Cr＋Mo＋Ｖ）／５＋（Ni＋
   Cu）／15≦0.38％を満足する炭素鋼を素管とし、
   素管の外表面が850〜1050℃になるまで加熱し、
   水冷をしながら曲げ加工することを特徴とする加
   工のままで低硬さの高周波曲げ管の製造方法。