JPH0455074A - クラッド管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、中空の外管材内に、中空または中実の内管材
を嵌合してなる組立素材を熱間加工してクラツド管とな
すクラッド管の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、油井管、ラインパイプや化学工業用配管等ではそ
の環境中にＨ，Ｓ、Ｃｏ、　笠の腐食性ガス、物質等が
多量に含まれることが多い、このような苛酷な使用条件
の場合には、シームレスクラッド管の使用が有利であり
、特に炭素鋼管、低合金鋼管等の内面に、ステンレスや
ニッケルを中心にした高合金分ような耐食性材料を内張
すしたクラツド管の使用が経済性、責源有効利用の観点
からも有利となる。

油井管やラインパイプに使用されるクラツド管では、母
材管と合せ活管が冶金的に結合していることが特に望ま
れる。このようなりラッド管を工業的に製造する方法と
しては、外管材（母材管）に内管材（合せ活管）を挿入
し、内外管材の隙間を密封するべく、両管端をＴＩＧ溶
接等で溶接し、密封された隙間の空気を不活性ガスでた
置換するか、もしくは真空脱気等により排除して内外管
材の接合面の酸化、腐食を防ぎつつ熱間圧延（例えばプ
ラグミル、マンドレルミル等）により接合を行う方法が
通常採用される。

このようなりラフト管の製造方法では、外管材に内管材
を嵌合してなる熱間圧延前の組立素材における間隙から
の空気排出程度が、熱間圧延後におけるクラツド管の接
合強度に大きな影響を及ぼす。そのため、組立素材の製
作にあっては、特開昭５３−１９９５８号公報に開示さ
れるように、外管材にその内径よりも大きい外径を有す
る内管材を強制的に嵌合させる圧入技術が多用されてい
る。また、特開昭６１−１９９５０４号公報には、この
圧入の後に両端で外管材と内管材との間をガラス材にて
溶融シールすることにより、両端のシール溶接を不要に
する技術も開示されている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかるに、いずれの技術にあっても、内管材（通常合材
）にその外径が外管材（通常母材）の内径以上のものを
用い、冷間圧入または外管加温圧入にて組立てるため、
組立てに圧入装置等の特別な装置が必要である外、工数
がかかってコスト上昇を招くのを避は得ない、また、通
常、合材厚さは母材厚さより薄く、必要以上に厚くする
必要ないが、圧入時の座屈（長尺はと顕著となる）発生
等を防止して作業能率の向上を図ろうとすると、必要以
上に厚くしなければならず、材料の無駄使いであると共
に、これもコスト上昇を招く、勿論、外管加温圧入を採
用すれば、上記２点の問題はある程度解消し得るとして
も、この加温時に外管表面が酸化されて接合性の低下を
招くことが新たな問題になる。

さらに、後者のガラス溶融シール技術では、上問題に加
えて次のような点も大きな問題になる。

加熱前の冷間状態のもとに装着されたガラスは、実験室
等での試験時に注意して取り扱う場合には剥離脱落する
ことはないかも知れないが、量産することが責務の実際
の生産工場における素材の搬送は大きな振動を伴うコン
ベアを用いて行われるから、穫めて容易に部分的あるい
は完全に剥離脱落してしまい、加熱時に何らの役にもた
たず、工業的に利用することは事実上不可能である。ま
た、仮に剥離脱落せずに熔融シールできたとしても、鋼
中からの発生ガスが排出されないから、部分的に接合強
度の低い部分の発生するのを防止できない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、圧入による
ことなく組立素材を簡単に作製し得、しかも内外管材間
の間隙からの空気完全排出による不活性ガスへの完全置
換および加熱加工中に鋼から発生するガスの可及的排出
を達成して冶金的高接合力を得るクラツド管の製造方法
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明のクラツド管の製造方法は、中空の外管材内に、
中空または中実の内管材を嵌合してなる組立素材を熱間
加工してクラツド管を製造する方法において、前記組立
素材として、加熱加工時における内外管材の間隙が、圧
延後端部所定領域にあっては僅かで、圧延先端から圧延
後端部にかけては圧延後端部所定長領域の間隙より若干
大きく、圧延先端面の内外管材重合部は円周気密シール
溶接してなり、圧延後端部の間隙内には加熱加工時に溶
融しない微粉末を充填すると共に、前記間隙に不活性ガ
スを充満してなる組立素材を用いることを特徴としてな
る。

本発明の別のクラツド管の製造方法は、中空の外管材内
に、中空または中実の内管材を嵌合してなる組立素材を
熱間加工してクラツド管を製造する方法において、前記
組立素材として、内外管材の間隙が、圧延後端部所定長
門域は加熱前後で実質ゼロで密接シールされ、圧延先端
から圧延後端部にかけては加熱加工時にゼロ若しくは若
干間隙を有し、圧延先端面の内外管材重合部は円周気密
シール溶接してなり、密接シールされた圧延後端部の内
外管材重合部の周方向の少なくとも１箇所に加熱温度よ
り若干低い温度で溶融する金属棒を管材軸方向に貫通充
填すると共に、前記間隔に不活性ガスを充満してなる組
立素材を用いることを特徴としてなる。

〔作　　用〕

第１図は本発明のクラツド管の製造方法に使用される典
型的な組立素材の断面図である。

組立素材の組立に際しては、先ず、アルゴン、窒素等の
無酸素雰囲気中で、外管材１０内に内管材２０が嵌合さ
れる。

外管材ｌＯは、内周面および外周面とも全長にわたって
同一径になっている。外管材ｌＯ内に嵌合される内管材
２０は、内周面が全長にわたって同一径とされているの
に対し、外周面は、圧延後端側の端部が他の部分に比し
て若干大径とされている。内管材２０の大径部２１外周
面には、凹溝２２が全周にわたって設けられており、該
凹溝２２に対向した外管材ｌＯの端部内周面にも、凹溝
１２が全周にわたって設けられている。そして、該凹溝
１２に連通して、外管材ｌＯの圧延後端例の端部には、
プラグ３０にて閉栓される管軸に直角な貫通孔１１が設
けられている。

外管材ｌＯと内管材２０とは間隙をもって嵌合される。

そのクリアランスは、大径部２１が形成された圧延後端
側の端部では、圧延のための加熱時にも０．０５〜０．
２ｍは確保されるようにするのがよい、圧延後端例の端
部における加熱時のクリアランスが０．０５閣未満では
、局部的に内外管が接触してガス排出が困難となり、０
．２鵬超ではこのクリアランス部に後述するＬＩｉ欅で
充填されるシール用粉末の保持が困難となる。他の部分
におけるクリアランスは、ガス流通保証のためこれより
大きいが、加熱時ｆ：１簡を超えないようにすることが
望まれる。他の部分における加熱時のクリアランスが１
ｍ超では、内外管の冶金的接合が困難となる。

外管材ｌＯの内周面粗度および内管材２ｏの外周面粗度
は、内外管材が圧入される場合はその密着性を高めるた
めにパフ仕上レベルは必要とされるが、外管材ｌＯおよ
び内管材２０にあっては、両者が間隙をもって嵌合され
るので、パフ仕上より粗い２５Ｓ程度まで許容される。

外管材ｌＯ内に内管材２０が嵌合されると、圧延先端側
の端面において外管材ｌＯと内管材２０との間をＴＩＣ
，溶接等のシール溶接４０により封止する。また、圧延
後端側の端部における凹溝１２および２２で囲まれた空
間に貫通孔１１を通じてシール用粉体５０を充填した後
、貫通孔１１をプラグ３０にて閉栓する。これにより、
内外管材の間にアルゴン、窒素等の無酸素雰囲気ガスが
封入される。

シール用粉体５０は、圧延のための加熱でも溶融しない
ガラス粉末、アルミナ粉末等の耐熱粉末であり、凹溝１
２および２２で囲まれた空間には、内外管材の間と外部
との間に圧力差がない場合に内外管材の間が外部からシ
ールされ、内外管材の間が外部より高圧力となった場合
に内外管材の間に介在する無酸素雰囲気ガスが外部へ排
出されるように充填される。この観点から、シール用粉
末５０の粒度としては、同一粒度のものを用いる場合に
は５０〜４００メツシユが望ましく、また、異なる粒度
のものを混合して用いる場合には前記５０〜４００メン
シユの粗粒粉末と、この粗粒粉末の約半分の１００〜８
００メノンユの細粒粉末とを１＝１で混合して用いるの
が望ましく、充填密度ばかさ比重で１．５　”２．０　
ｇ　／ｃｊ程度とするのが望ましい。

完成された組立素材は、所定温度に加熱後、その圧延先
端側より熱間圧延機に通される。

シール用粉体５０を充填するための凹溝１２および２２
の寸法は、圧延後端面より５〜２０■の位置で、幅２〜
５■、深さ１〜５閣程度に形成するのが望ましい、また
、貫通孔１１の口径とじては２〜５１程度とするのが望
ましい。

なお、この凹溝は必ずしも設ける必要ないが、外管材ｌ
Ｏに孔設した貫通孔１１からの粉末充填時に該粉末が内
外管材間を内実側へ侵入するのを可及的に防止するため
に設ける方が望ましい、また、この凹溝は内外管いずれ
か一方に設けることもできる。

本発明のクラツド管の製造方法によると、外管材１０の
内管材２０とが間隙をもって嵌合されるので、圧入に比
して嵌合作業が極めて簡単になる。

加熱時には、管隙間部の無酸素雰囲気ガスは熱膨張によ
り隙間部の内圧を上げ、鋼中よりの発生ガスにより更に
内圧を上げる。この高圧ガスは組立素材の圧延後端例の
端部内に充填されたシール用粉末５０の隙間を通過し管
内外同圧となるまで管外に排出され、管隙間部のガス濃
度を低くする作用をする。

また、接合圧延時は組立素材の圧延先端側より圧延が行
われることにより隙間部のガスは圧延後端側に押し出さ
れ、圧延後端の端部に充填されたシール用粉末５０を通
じて外部へ排出されて行き、真空脱気を行わずとも理想
に近い接合ができる。

圧延後端もシール溶接された組立素材では、たとえ真空
脱気されていても、鋼中で発生したガスは接合圧延が進
んでいくと同時に圧延後端側に皺寄せされて行き、圧延
後端部付近では高圧となり接合に悪影響をおよぼす。

なお、特開昭６１−１９９５０４号公報は、加熱時に外
管材が先に膨張して間隙が拡大する故、空気侵入が生じ
るとしているが、それは間隙が真空脱気された場合で、
間隙内に無酸素雰囲気ガスが封入されている場合には、
間隙内の無酸素雰囲気ガスと個体たる外管材との同一温
度における膨張比は約４００　：　１であり、間隙内の
圧力上昇量の方が前記間隙拡大により間隙内圧低下量よ
り張るかに大きいから、間隙内に外部から空気が侵入す
ることはありえない。

第２図は本発明の別のクラツド管の製造方法に使用され
る組立素材の断面図である。

この組立素材は、第１図に示された組立素材とは、内外
管材間のクリアランスと、圧延後端例の端部におけるシ
ール形態が異なっている。

すなわち、外管材ｌＯと内管材２０との間のクリアラン
スは、圧延後端例の端部が加工を受ける前は、圧延時の
管軸方向における通ガスを許容するために、圧延加熱時
に全長にわたって０■趙、ｌ■以下程度が確保されるよ
うになっている。

外管材１０内に内管材２０が嵌合されると、圧延後端例
の端部における内外管材間の周方向１箇所または複数箇
所に棒状の温度ヒユーズ６０を配置した状態で、この間
を密接シールするべく、内管材２０端部を外管材ｌＯの
内径と同−又はそれ以上に拡径させる。拡径後も温度ヒ
ユーズ６．０の一端は外部に露出し、他端は拡径加工部
より内実側へ延出して内外管材間の隙間に達している。

温度ヒエーズ６０は、圧延加熱温度よりも３０〜５０℃
低い融点を有する例えばＮｉ基合金のアモルファス等よ
りなる金属棒であり、圧延加熱温度に応して適当なもの
を選択使用する６例えば、Ｎｉ１合金アモルファスのう
ちＪＩＳ　　ＢＮｉ　−１Ａ規格品は融点が１１２５℃
、ＪＩＳ　　ＢＮｉ＝５規格品は融点が１１５０℃であ
る。

温度ヒユーズ６０の断面形状は円形、角形のいずれでも
よいが、断面積は、０．５〜３−１／ｎ（但し、ｎは温
度ヒユーズ６０の周方向配役本数）程度とするのが望ま
しい。

圧延後端例の端部における密接シール部の管軸方向長さ
は、接合界面直径の０．１〜０．５倍程度とするのが望
ましい。

他の組立仕様、例えば組立をアルゴン、窒素等の無酸素
雰囲気中で行うこと、圧延先端側の端部で外管材ｌＯと
内管材２０とを円周気密シール溶接することなどは、第
１図の組立素材の場合と同様である。従って、圧延後端
側の端部を密接シールすることにより、内外管材間の間
隙に無酸素雰囲気ガスが封入される。

なお、圧延後側の端部における密接シールは、第３図に
示すように、外管材ｌＯの端部を縮径す５ることによっ
ても可能である。

本発明の別のクラッド管の製造方法による場合にも、外
管材ｌＯとの内管材２０とが間隙をもって嵌合されるの
で、圧入に比して嵌合作業が簡単になる。

両端シール後は、内外管の間への大気侵入、浸水等が避
けられるので、長期間の保存、格納に耐えられる。

加熱時には、管隙間部の無酸素雰囲気ガスは熱膨張によ
り隙間部の内圧を上げ、鋼中よりの発生ガスにより更に
内圧を上げる。而して、その加熱温度が温度ヒエーズ６
０の融点に達すると、温度ヒユーズ６０が溶融して隙間
部の内圧により外部へ吹き飛ばされる。その結果、隙間
部内の高圧ガスが温度ヒユーズ６０の抜けた後の孔を通
過し管内外同圧となるまで管外に排出され、管隙間部の
ガス濃度を低くする作用をする。

また、接合圧延時も隙間部内のガスが温度ヒユーズ６０
の抜は孔より排出され、真空脱気を行わすとも理想に近
い接合ができる。

（実施例） 以下に本発明の詳細な説明する。

第１表に示す外管材（ＪＩＳ　　５ＴＰＡ２４）および
内管材（インコネル８２５：商品名）を用いて第１図に
示す組立素材を作製した。対向周面の粗度は１２Ｓとし
た。長さ１０閣にわたる圧延後端側の端部の対向周面（
長さ１０閣の中央）には、深さ１．５閣×幅３踵の凹溝
をそれぞれ形成した。各凹溝に囲まれた空間には、種々
粒度のアルミナ（Ａ／！、Ｏ，）を種々密度で充填した
。アルミナの充填仕様を第２表に示す。

作製された組立素材に対し、１２００°Ｃ×１５分均熱
、延伸比２．０１、拡径比１．０３４の条件で阻２ピア
サ−による熱間圧延を行って外径６１．０閣、全肉厚５
．４８閣、長さ６０３閤の製品に仕上げた。製造された
クラッド管の両端から５０閣の部分および中央部より各
採取した幅３０■の試片を展開してＪＩＳ　　００６０
１に限定された剪断試験を行った結果を第２表に示す。

比較のために、組立素材の両端を真空脱気後円周気密シ
ール溶接したもの（従来例）、圧延後端例のクリアラン
ス部にシール用粉末を充填しなかったもの（比較例）に
ついても同じ試験を行った。

第　　１ 表 第　　２ 表 第２表から明らかなように、本発明例の場合には全長に
わたってほぼ同様の接合強度が得られたが、従来例の場
合には圧延後端側にガスが凝集する結果後端側で接合強
度が低下している。

なお、比較例は試片作成時に内外管が剥離してしまい測
定不能であった。

内管材を第３表に示す外管材（ＪＩＳ　　５ＴＰＡ２４
）および内管材（インコネル８２５：商品名）を用いて
第２図に示す組立素材を作製した。

温度ヒユーズは、融点が１１５０°ＣのＪＩＳ　　ＢＮ
ｉ−５相当品（日本非晶質金属■製ＭＥＴ（１，ＬＡＳ
　　ＭＢＦ−５０）で、厚み０．５■、長さ１５閣で幅
を変化させた薄板棒状として、管周方向に１８０度離れ
た対向位置に介在させた。圧延後端側における密接ソー
ルは、外径３４閣のプラグを用いて管端から１２閣まで
の、ｓＪＩ域に行い、溶接しニーズは密接シール部の内
奥側に２閣突出するようにした。

作製された組立素材に対し、１１９０°ｃ×１５分均熱
、延伸比！、４９、拡管比１．０２９の条件で阻２ピア
サ−による熱間圧延を行って外径６１．７４鵬、全肉厚
７．７２ｍ、長さ４４７閣の製品に仕上げた。前記同様
の剪断試験の結果を第４表に示す。

参考のために、融点が１１６５℃のＮｉ基合金アモルフ
ァス（日本非晶質金属■製　ＭＥＴＣ，ＬＡＳ　　ＭＢ
Ｆ−７５）（比較例■）、融点が１１２５°ＣのＪＩＳ
　　ＢＮｉ−ＩＡ相当Ｎｉ基合金アモルファス（日本非
晶質金属■製　ＭＥＴＧＬＡＳ　　ＭＢＦ−１５）（比
較例■）よりなる温度ヒユーズ（いずれも１．５閣幅で
断面積０．７５■３／ケ）を使用した。

第４表から明らかなように、本発明例の場合には全長に
わたってほぼ同様の接合強度が得られたが、融点が高す
ぎるか、あるいは低すぎる場合には軸方向中央部で若干
接合しているのみで、両管端部は試片作成時に剥離して
しまって測定不能であった。

〔発明の効果］ 本発明のクラツド管の製造方法は、いずれも圧入に比し
て内外管材の対向表面仕上精度を低下させることができ
、かつ組立作業を簡単に行うことができる。しかも真空
脱気を必要とせず、さらに従来の不活性ガス置換を行う
両管端溶接シール方式に比して接合強度を向上させるこ
ともできる。

従って、クラツド管が低コストでしかも品質よく製造さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明のクラツド管の製造方法に使用
される組立素材の構造を例示する断面図である。 ｌＯ：外管材、２０：内管材、５０：シール用粉末、６
０：温度ヒユーズ。 出　願　人　　住友金属工業株式会社 （Ｑ） （ｂ） 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空の外管材内に、中空または中実の内管材を嵌
   合してなる組立素材を熱間加工してクラッド管を製造す
   る方法において、前記組立素材として、加熱加工時にお
   ける内外管材の間隙が、圧延後端部所定領域にあっては
   僅かで、圧延先端から圧延後端部にかけては圧延後端部
   所定員領域の間隙より若干大きく、圧延先端面の内外管
   材重合部は円周気密シール溶接してなり、圧延後端部の
   間隙内には加熱加工時に溶融しない微粉末を充填すると
   共に、前記間隙に不活性ガスを充満してなる組立素材を
   用いることを特徴とするクラッド管の製造方法。
2. （２）中空の外管材内に、中空または中実の内管材を嵌
   合してなる組立素材を熱間加工してクラッド管を製造す
   る方法において、前記組立素材として、内外管材の間隙
   が、圧延後端部所定長領域は加熱前後で実質ゼロで密接
   シールされ、圧延先端から圧延後端部にかけては加熱加
   工時にゼロ若しくは若干間隙を有し、圧延先端面の内外
   管材重合部は円周気密シール溶接してなり、密接シール
   された圧延後端部の内外管材重合部の周方向の少なくと
   も１箇所に加熱温度より若干低い温度で溶融する金属棒
   を管材軸方向に貫通充填すると共に、前記間隔に不活性
   ガスを充満してなる組立素材を用いることを特徴とする
   クラッド管の製造方法。