JPH0450129B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 開示技術は外層管と内層管を両者の間の中層材
を介して緊結させる耐摩耗性、耐蝕性等の複層管
の製造の技術分野に属する。

＜要旨の概要＞ 而して、この発明は腐蝕性流体の輸送、スラリ
ー輸送、粉粒体空気輸送等に用いられる配管の耐
摩耗性、耐蝕性等を向上させるべく、例えば、高
靭性の外層管と高耐摩耗性の内層管とを重層し、
このようにした重層素管をその外層管の外側の環
状加熱、及び、その軸方向前後の周辺冷却手段に
対し軸方向に相対移動させ、素管の局所環状加熱
を軸方向に連続的に行うことにより外層管を膨径
させ、外層管と内層管とを緊結させるようにした
複層管の製造方法に関する発明であり、特に、外
層管と内層管との間に中層材を熱抑制材として介
装させておき、該中層材によつて外層管に対する
加熱が内層管に及ばないようにして外層管の外側
からの環状加熱、及び、その軸方向前後の冷却を
素管との軸方向相対移動中に行つて、内層管の冷
却状態を維持しつつ外層管の環状加熱部分の膨径
をその周辺の冷却部分によつて拘束して降伏さ
せ、その後の冷却工程で加熱付与部分を収縮、縮
径させることによつて外層管が充分な嵌合代をも
つて中層材を介して内層管に緊結するようにした
複層管の製造方法に係る発明である。

＜従来の技術＞ 周知の如く、配管は各種の産業分野で流体の輸
送等に広く用いられているが、これらの配管のう
ち、例えば、石、炭各種鉱石、セメント等の固形
物を水に混在させて運ぶスラリー輸送管、或い
は、粉塵、硅砂等粉粒体の空気輸送管等において
は、管内面が輸送に伴つて著しく摩耗し易く、
又、腐蝕も生じ易いという不都合さがある。

而して、この種の配管にはこれまで通常ガス管
のような安価な鋼管が用いられ、摩耗したり腐蝕
すると新しい管と交換したり、摩耗部分や腐蝕部
分に当て板を溶接したりすることによつて対処し
ていた。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、特に、耐摩耗性や耐腐蝕性を要
求されるような用途の配管では、高クロム鋳鉄等
耐摩耗性や耐蝕性に優れた材料より成る管が使用
されることもあつた。

ところで、一般に、鉄鋼材料の耐摩耗性、耐蝕
性は固さと良い相関がある。

そして、耐摩耗性に優れた材料は一様に著しく
硬く、例えば、耐摩耗材料としてよく使用される
27Cr鋳鉄は、シヨア硬さで81以上の硬さを有す
る。

さりながら、一方、硬さが大きくなる程鉄鋼材
料の靭性は低下する傾向があり、上述した高クロ
ム鋳鉄等の耐摩耗材料から成る管は衝撃力が加わ
ると破損し易いという欠点がある。

又、高硬度の耐摩耗材料は溶接性、及び、加工
性が共に著しく悪いため、第一に溶接による管本
体へのフランジの取付等が不可能であるマイナス
点もあり、第二にフランジを一体形成させた場合
にも仕上げ加工や孔開け加工が困難であり、第三
に補修溶接が困難である等の難点がある。

加えて、製造コストも高い不利点もある。

このようなことから、鋼管を外層管としたこれ
に耐摩耗材料の内層管を緊結した所謂クラツド鋼
複層二重管も使用されるようになつてきた。

この種のクラツド鋼複層管は、通常遠心鋳造
法、或いは、肉盛溶接法等により作られており、
内層管は外層管に対し冶金的に接合されている。

而して、クラツド鋼管は、外層管の内面が耐摩
耗材料の内層管によつて覆われているため、特
に、耐摩耗性を考慮していない材質の通常の単層
鋼管より格段に耐摩耗性が優れている。

そして、耐摩耗材料のみから成る管と異なり、
充分な耐衝撃性能を有し、又、フランジを別体形
成して溶接で取付けることも可能ではある。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、クラツド鋼製複層管では製造方
法の如何によらず内層管に引張応力が残留するた
め、製造時、並びに、稼動中に割れを生じ易い不
都合さがある。

又、一旦割れを生ずると、内層管と外層管とが
冶金的に接合しているため、割れが外層管にも容
易に伝播し貫通割れとなりやすい不利点がある。

そこで、実用上充分な靭性を有する外層管と耐
摩耗性に優れた内層管とを重層した二重管で、両
管が冶金的に接合しておらず、しかも、ある面圧
をもつて接触しており、内層管が圧縮応力状態と
なるようにした自緊二重管等の複層管の開発が望
まれている。

蓋し、かかる自緊二重管等の複層管は、クラツ
ド鋼管と同様の利点をもち、しかも、上述したク
ラツド鋼管の欠点が解消されるからである。

ところで、従来の自緊二重管製造技術として
は、第一に焼きばめ法、第二に拡管法、第三に出
願人の開発した多くの先願発明の熱拡管法等があ
る。

しかしながら、これらの方法には内層管が耐摩
耗性、耐蝕性を有する自緊複層管の製造方法とし
ては、それぞれ好ましくない点がある。

まず、第一の方法は、外層管の内径と内層管の
外径に厳しい加工精度が要求されるが、内側が耐
摩耗性の二重管の場合、内層管は加工性の悪い耐
摩耗材料であるので、所要の加工を行うが非常に
難しい難点がある。

加えて、この方法では一般に長尺管の嵌合が不
可能といつても過言ではない。

又、第二、第三の方法ではいずれも内層管の塑
性拡管が行われるが、この場合、内層管の強度
（降伏点）が非常に高いうえに耐蝕二重管等に比
べて内層管が厚くなるので、極めて高い拡管圧力
が必要となり実際的ではない欠点がある。

特に、第二の方法では、内層管の強度（降伏
点）に比べて外層管の強度（降伏点）が高く、こ
の種二重管の場合、内層管を塑性拡管しても弾性
戻りにより内層管、外層管の間に〓間が生じる不
具合がある。

以上のように、耐摩耗二重管に対する強いニー
ズがあるにもかかわらず、従来技術では満足すべ
き条件を具備した耐摩耗二重管を提供出来なかつ
た。

＜発明の基礎的背景＞ 一般に、管に対して環状に局部加熱，冷却処理
を施すことにより管径が変化する。

この現象は熱弾塑性挙動に起因する。

即ち、管の局部を加熱すると、加熱部は、熱膨
脹により膨径しようとするが、このとき、加熱部
の周辺を強制冷却すると、冷却部分によつて膨径
が拘束され、高温で降伏応力が低くなつているこ
とと相伴なつて加熱部は容易に塑性変形し、自由
膨脹時に比べ、その膨脹量は著しく小さくなる。

その後の冷却時には、比較的自由に熱収縮する
ため、この熱履歴を受けた部分の管径は、初期径
より小さくなる。

この熱処理を、管の長手方向に連続して施すこ
とで、管径を一様に減少させることが出来、又、
部分的に施すことにより、管径を局部的に減少さ
せることも出来る。

第６図は、環熱縮径法（管に対し環状の加熱冷
却を付与して縮径する方法）により管径が変化す
る基礎的現象を、熱弾塑性解析によりシミユレー
トした態様を示したものであり、この場合、解析
モデルは軟鋼管（外径165.2mmφ×肉厚5.5mm）
で、解析条件としては、管の長手方向に局部的
に、環状に800℃まで急速加熱し、冷却する熱履
歴を管の長手方向に連続的に与えたものである。

図中で、与えられた熱履歴に応じ発生する塑性
歪量と、これに対応する管径の過渡的変化量（共
に、板厚中央の値）を縦軸に、管の長手方向の座
標を横軸に示した。

加熱時は、見かけの膨径量は少なく、周方向に
大きな圧縮の塑性歪が発生し、冷却時には、引張
りの塑性歪が発生するものの、その量は加熱時に
比べて小さく、このため、冷却後、管に圧縮の塑
性歪が残存し管径が減少することが分る。

更に、熱源の形状（加熱勾配，冷却勾配や最高
加熱温度等）を変えることにより発生する塑性歪
量が変化し、管径の変化量が変わることから、管
の材質や断面形状に応じて、所定の熱履歴を与え
ることで、管径の変化量が制御出来ることを示し
ている。

＜発明の目的＞ この発明の目的は前述従来技術に基づく二重管
等の複層管の製造の問題点を解決すべき技術的課
題とし、外層管、中層材、内層管を相対遊挿した
素管の外層管に対しその外側から周方向の環状加
熱作用とその軸方向前後の冷却作用を同時併行的
に、例えば、軸方向に相対移動しながら連続的に
付与し、中層材の外層管からの内層管に対する加
熱抑制作用で内層管を冷却状態に維持することに
より外層管を縮径させ、中層管を介し内層管を外
層管がたが締めするようにして、各種産業におけ
る配管技術利用分野に益する優れた複層管の製造
方法を提供せんとするものである。

＜課題を解決するための手段・作用＞ 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とす
るこの発明の構成は、前述課題を解決するため
に、三重管等の複層管を内層管に高い耐摩耗性を
有する材料を用いて縮径させて圧縮残留応力を付
与し、耐蝕性を具備させるに際し、絶縁性や断熱
性の高い熱抑制材としての中層材を介し耐摩耗性
に優れた内層管と外層管とを相対重層して素管と
し、外層管に対する周方向の環状加熱手段とその
軸方向前後の環状冷却手段と素管とを相対的に軸
方向相対移動させるようにし、この際該環状加熱
手段の後方、もしくは、前方と後方に冷却手段を
設けることにより、軸方向長さからみて、加熱部
分の後方、又は、前方と後方にて中心方向への径
方向の抑え曲げモーメントが作用するようにし、
しかも、外層管に対する環状加熱が中層材の熱抑
制機能により内層管に及ばないようにし、素管は
加熱部で膨径しようとするが、該加熱部の軸方向
片側、又は、両側の冷却部分により拘束されて降
伏し、加熱直後の冷却により初期径よりも縮径す
るようにして外層管と中層材と内層管は緊結さ
せ、内層管には強い圧縮残留応力が付与され、耐
摩耗性、耐蝕性が向上す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１実施例を第１〜５図の図面
に従つて説明すれば以下の通りである。

図示実施例は、複層管としてのスラリー輸送管
等の耐摩耗性、及び、耐蝕性を有する三重管の製
造態様であり、外層管１には、例えば、炭素量
0.25％程度の低炭素鋼等の高靭性のものを用い、
又、内層管２としては耐摩耗性を有する、例え
ば、炭素量0.55％程度の高炭素鋼等を用いて、焼
入硬化させた状態のものを用い両者の間にはオー
スナイト系のステンレス鋼製の中層材としての簿
肉の中層管３を巻装して三者を相対遊挿して三重
管素管４としておく。

而して、該三重管素管４を矢印に示す様に、軸
方向に所定速度で移動させるようにセツトし、更
に、第２，５図に示す様に、外層管１の外周に環
状に加熱手段として、例えば、高周波誘導加熱装
置５をセツトすると共にこれに所定距離離して近
接した軸方向前後に、例えば、水道水等の環状の
シヤワー装置の冷却装置６，６をセツトし、三重
管素管４を矢印方向に移動させることにより環状
加熱装置５と環状冷却装置６，６は三重管素管４
に相対移動するようにされる。

そこで、所定速度で該三重管素管４を軸方向に
移動させると、環状加熱装置５はその前後の環状
冷却装置６，６による外層管１の冷却に対し、誘
導加熱による膨径作用を付与するが、このプロセ
スにおいて模式的に第２図の点線のＡに示す様
に、加熱部分の両端が冷却部分に対して自由端で
あれば、当該第２図に示す様に、自由に膨径して
周方向に突出するが、実際は加熱部分に対し当該
加熱部分はその軸方向両端が冷却部分によつて拘
束されているために、当該部分は第４図の模式態
様に示す様に、長手方向に対し中心方向に向かつ
て径方向の押え曲げモーメントＦが作用し、結果
的に周方向のリング状の湾曲した塑性変形部分が
成形される。

そして、三重管素管４が第２，５図の矢印に示
す様に、軸方向に相対移動することにより、環状
加熱装置５により加熱されて塑性変形した部分は
加熱部分を通過して環状冷却装置６によつて冷却
されると、第３図に示す様に、逆に大きく縮径さ
れ、そこで大きな嵌合代が得られ、しかも、内層
管２には圧縮力が作用されて外層管１は内層管２
に対し中層管３を介してたが締めて緊結されるこ
とになる。

而して、この間、外層管１と内層管２との間に
は透磁率が低く磁気遮蔽機能に優れたオーステナ
イト系ステンレス鋼の薄肉の中層管３が介装され
ているため環状加熱装置５の誘導コイルによる磁
場を内層管２に対しては確実に遮断し、内層管２
の加熱昇温を抑制し、したがつて、該内層管２は
冷却状態を保つて外層管１の縮径作用によつて緊
結が促進されていく。

尚、中層管３は薄肉のため、外層管１の内層管
２に対する縮径作用はほとんど阻害されない。

そして、この作用は外層管１の全ての周方向部
分に作用するために、三重管素管４を軸方向に連
続的に相対移動することにより、外層管１の全て
の部分が縮径し、三重管素管３に全ての領域に於
いて縛りばめ状態が現出され、それにより内層管
２には大きな圧縮残留応力が形成され、結果的に
大きな自緊三重管７が形成される。

そして、上述緊結プロセスは内層管２の肉厚に
係わりなく行われ、又、軸方向長さに無関係に全
三重管素管４に於いて形成されるために、更に外
層管１と内層管２の中層管３との各接合面の精度
にもほとんど無関係に行われることになり、内層
管２の肉厚が大で、しかも、長尺管であるところ
の耐摩耗性耐蝕性三重管製造には極めて効果的で
ある。

そして、本処理は１回でも良いが、１回だけで
はなく、２回以上繰り返すことで、その縮径量を
増大させることが出来る。

次に前述実施例に則す実験例を示せば以下の通
りである。

第７図は、環熱縮径法による三重管製造におけ
る、環熱縮径処理ごとの外層管１の外径変化量
（累積）と中層材３の内外管の嵌合面圧の発生状
況を示す実験例であつて、両者が鋼管（材質：
STPG−38，形状：外層管90A／Sch40，中層材
80A／Sch40）の場合を示している。

この場合、両者のクリアランス（直径差）は
1.5mmであり、これを４回の処理で両者を接触さ
せ、５回以後は両者は嵌合していく。

ここで、クリアランスは両者を重層するに足り
る程度で良く、実用上は、例えば、１〜５mm程度
である。

又、縮径量は実施条件により任意に決めること
が出来るが、実際には、例えば、外管の直径の
0.5％程度である。

当該実験例のデータから分るように、両者が接
触するまでは処理回数が増すにつれ外層管１の縮
径量が増え、両者が接触後、嵌合面圧が発生して
いる。

そして、更に、処理回数を増すと嵌合面圧が増
大することから、処理回数を制御することによつ
て、嵌合面圧を変え得ることが分る。

尚、この発明の実施態様は前述実施例に限るも
のでないことは勿論であり、中層材は中層管に限
らず、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼や
非磁性鋳鉄等の粉末を外層管と内層管の間に充填
したり、又、環状加熱装置は誘導加熱装置に代え
て電熱加熱装置を用いる場合には中層材として石
綿帯を内層管に巻装したり、ジルコニア等のセラ
ミツクスを内層管外面に溶射したりする断熱材の
介装をしたりすることも可能であり、そして、内
層管をセラミツクスとしたり、耐蝕性三重管の製
造、即ち、内層管に耐蝕性材料を用いたりする等
種々の態様が採用可能である。

そして、内層管内に適量の冷却手段を付与する
ことも可能である。

又、対象は直管のみならず、ベント管等の曲管
等に対しても適応出来るものである。

そして、上述プロセスを反復することにより四
重管以上の複層管の製造も可能である。

而して、この発明は線状加熱や冷却手段を移動
方法に付与する手段によるところの周方向増径縮
径手段を用いる態様と異なり、あくまで加熱され
た管の環状部分の膨径が隣接する冷却部分により
拘束され、該加熱部分が冷却後縮径することによ
り縮径されて、例えば、三重管の製造時に外層管
が中層管を介して内層管に対し緊結するように作
用するものであり、その自緊メカニズムは全く異
なるものである。

＜発明の効果＞ 以上、この発明によれば、基本的に三重管等の
複重管の製造に際し、外層管を縮径させることが
出来、それによつて外層管に比し内層管の強度が
高い耐摩耗性三重管等の外層管の縮管と内層管の
拡管による両者のクリアランス等が生ずる虞がな
く、自緊複重管としては極めて精度が高いものが
得られる優れた効果が奏される。

又、外層管がその外側から環状加熱、及び、そ
の軸方向前後の環状冷却を受ける際に磁気遮蔽機
能や断熱機能に優れた中層管等の中層材を外層管
と内層管の間に介装することにより、内層管に外
層管からの電熱や加熱が伝わらず、冷却状態を維
持した状態で緊結されるため、緊結の嵌合代が大
きくとれ、それだけ内層管に圧縮残留応力が強く
形成され、製品配管に際し配管の応力腐蝕割れ等
が生じないという効果が奏され、結果的に耐摩耗
性が耐蝕性により保証されるという優れた効果が
奏される。

そして、拡管圧に必要な強大な圧力等も要ら
ず、製造に際する動力費が安くすみ、低コストで
製造出来るという効果がある。

又、従来の焼きばめ法等とは異なり、外層管と
内層管の間の中層材に対する接合面の精度もそれ
ほど大きく要求されず、したがつて、長尺管等も
自由に製造できるという優れた効果が奏される。

又、内層管が耐摩耗性であり、外層管が高靭性
であるような場合においても、何等設計の自由度
が拘束されず縮径出来、したがつて、外層管と内
層管の材料選択も自由であるという利点がある。

このようにして、耐摩耗性、耐蝕性に優れた複
層管が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図の図面はこの発明の１実施例の概略
説明図であり、第１図は中層材を介しての外層管
と内層管の相対重層時の部分断面側面図、第２図
は環状加熱による押え曲げモーメント付与のメカ
ニズムの部分断面図、第３図は環状冷却による押
え曲げモーメントを介しての縮径メカニズムの断
面図、第４図は押え曲げモーメント付与の模式斜
視図であり、第５図は加熱冷却の斜視図、第６図
は環熱縮径法の基礎現象のシユミレーシヨングラ
フ図、第７図は環熱縮径の実験例のグラフ図であ
る。 １……外層管、２……内層管、３……中層材、
５……環状加熱（手段）、６……環状冷却（手
段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外層管と内層管との間に中層材を介して素管
   となし外管に加熱と冷却を付与して緊結する複層
   管の製造方法において、上記中層材を外層管の内
   層管に対する熱抑制材とし、而して素管と該素管
   の外層管の外側の加熱手段とその軸方向前後の冷
   却手段とを軸方向に相対移動させ、外層管に対し
   その外側から周方向の環状加熱とその軸方向前後
   両側での環状冷却を同時併行裡に付与し加熱部の
   熱膨脹をその両側の低温部により拘束して膨径を
   抑えると共に内層管の昇温を中層材により抑制す
   るようにし、併せて該加熱部を冷却手段を介して
   の冷却により収縮させ、その部分の直径をして初
   期径より小さくなるようにし、加熱部の全長に亙
   り冷却後の管径が初期径より小さくなるようにし
   たことを特徴とする複層管の製造方法。