JPH0586299B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、スラリー輸送配管、空気輸送配管
等に用いる耐摩耗性の二重管の製造の技術分野に
属する。

〈用語の説明〉 この出願の発明では、内外管について、重層と
は内外管の両管を軸芯を合わせて組み合わせるこ
とを示し、外管を内管に外挿、或いは、内管を外
管に内挿した状態を意味し、相対重層とは外管を
固定し、内管を挿入すること、もしくは、内管を
固定し、外管を挿入すること、もしくは、これら
の組み合せによる重層の意味である。

又、嵌合とは内外管の嵌め合いを示し、嵌合代
は両管の緊結の際の当該嵌め合い代を示す物理量
である。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明は低炭素鋼管等の高靱
性の外管に対し、高炭素鋼管等の高硬度の内管を
重層させた後機械的、或いは、熱的手段により嵌
合代を介して自緊させるようにした耐摩耗二重管
の製造方法に関する発明であり、特に、上記高炭
素鋼管等の内管の降伏点が低く、高靱性を有する
外管に対し、焼入状態では降伏点が高く、高硬度
の材料よりなる高炭素鋼管等の内管を焼純状態に
して相対重層させ、塑性変形を伴なう内管の拡
径、或は、外管の縮径を付与することにより内外
管を密着させ、その状態で少くとも内管を焼入さ
せることにより、該内管を硬化させて耐摩耗性を
付与すると共にマンテンサイト変態による膨脹に
より、内管を増径して両管を嵌合緊着させ、更に
は内管に対する焼入により該内管の降伏点を上昇
させたうえで少くとも外管の弾性限度以上に内外
両管を一体的に縮径させてその弾性戻り差を利用
して大きな嵌合代を得て、自緊させるようにした
耐摩耗二重管の製造方法に係る発明である。

〈従来の技術〉 周知の如く、配管は流体輸送等に広く利用され
ており、そのうち、例えば、スラリーの輸送、或
いは、粉粒体の空気輸送等に供される配管には内
面に充分な耐摩耗性を具備させておく必要があ
る。

しかしながら、配管用の鉄鋼材料は一般に硬度
を高めて耐摩耗性を向上させると靱性が低下し、
管が衝撃的な力によつて破壊し易くなる傾向があ
り、実用上からは単層の鋼管では材質的に付与し
得る耐摩耗性にはおのずから限度がある。

これに対処するに鋼管に耐摩耗性の高い材料を
内張することにより輸送機能と耐摩耗性機能の複
合機能を付与した二重管が用いられるようになつ
てきている。

〈発明が解決しようとする課題〉 かかる複合機能を有する二重管の製造には、こ
れまで、例えば、管内面に硬化肉盛を施す方法や
遠心鋳造法により耐摩耗性の高い材料を内張する
方法が用いられてきたが、製造過程で内張材に引
張残留応力を生じるため、外力が印加されると割
れを生じ易く、又、内張材が管と冶金的に接合し
ているため一旦割れを生じると亀裂が止まらない
という欠点があつた。

これに対し、外管に内張材相当の内管を相対重
層して、該内管に液体圧等を印加したり、内径よ
り大きな中子を通して機械的に拡管し、或いは、
焼きばめ式に加熱膨脹した外管に内管を重層後該
外管を冷却して緊結する所謂緊着二重管の製造方
法もあるが、耐摩耗性材料より成る内管は一般に
高強度、低靱性であるため、前者の方法を採用す
るのは困難であり、又、厳しい合わせ精度が必要
とされる後者の方法では長尺管の製作には向かな
い難点があり、実用上の採用は不可能であつた。

他方、出願人の先願発明である、例えば、特開
昭57−152326号公報発明に示されている如く、内
外管の相対重層の後、加熱後、急冷することによ
り生じるマルテンサイト変態による内管の膨脹を
介して外管と内管を緊結する二重管製造方法があ
る。

しかしながら、かかる二重管製造方法では内管
として加工誘起マルテンサイト変態を生じる材質
のものを用い、該加工誘起マルテンサイト変態に
際しての変態膨脹により内外管を緊結させるた
め、特に耐摩耗性に優れた材料を内管とする二重
管の製造に適さないという不都合さがあつた。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は、より長寿命の耐摩耗
性の配管が望まれているのにもかかわらず、上述
の従来技術ではこれに対処出来ないという問題を
解決すべき技術的課題とし、高靱性の外管と高硬
度の内管とを相対重層し、内管のマルテンサイト
変態に伴う膨脹、或は、内外管の降伏強さの差に
基づく弾性戻り差を利用して嵌合応力を導入し、
高靱性の外管が、高硬度ではあるものの、低靱性
の内管をたが締めすることにより管全体が配管と
して充分な靱性を有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耐摩耗二重
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
るこの出願の発明の構成は、前述課題を解決する
ために、低い降伏点であつて高靱性を有する材料
から成る外管と、高い降伏点と高硬度を有する材
料から成る内管とを該内管を焼純状態にして機械
的に拡管、又は、縮管する場合にはその荷重−変
位曲線が両管共にほぼ近似し、したがつて、弾性
戻り差が無く、密着可能である性質を利用して相
対重層後の外管と内管の密着状態を現出し、その
後、少くとも内管に対し焼入を行うことにより該
内管の硬度を高めると共にマルテンサイト変態に
伴う膨径により大きな嵌合代を生ぜしめて内外管
が緊結されるようにすることを基幹とし、該内外
管の緊結後、更に、続いて外管の弾性限界以上に
内外管を縮径することにより、弾性戻り差を利用
して内外両管をより強固に緊着嵌合させることが
出来るようにした技術的手段を講じたものであ
る。

〈発明の原理的背景〉 次に、この出願の発明の原理的根拠を説明する
が、高炭素鋼材料には加熱後急速冷却によつてマ
ルテンサイト変態を行うようにすると、その金属
組成により硬度が急速に高まると共に膨脹するも
のがあり、例えば、900℃から100℃までの冷却を
10secより短い時間をかけて行うと、炭素量0.25
％程度の低炭素鋼ではその硬度がビツカース硬さ
で140〜180程度で、硬度や降伏点の著しい上昇は
見られないのに比し、炭素量0.55％程度の高炭素
鋼ではビツカース硬さで400〜800程度まで硬度が
上がり、降伏点も著しく上昇すると共にいく分膨
脹することが分かつている。

そこで、低炭素鋼等の降伏点が低く、高靱性を
有する管を外管とし、高炭素鋼等の高い降伏点と
高硬度の管を内管として使用する場合にその焼入
による内管の増径により外管と内管に大きな嵌合
代を生じさせて緊着させることが出来、同時に少
くとも内管を焼入し、高硬度を付与し、一方、外
管は高靱性を具備していることにより内管をたが
締めして実用的な高硬度二重管を得ることが出来
るものである。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の実施例を図面に従つて
説明すると、焼入状態では高い降伏点と高硬度を
有する高炭素鋼製の内管２と、低い降伏点、及
び、高靱性を有する低炭素鋼製の外管１を用い、
該外管１と内管２の初期径差をR₁として該内管
２を予め焼純状態にして外管１に相対重層し、第
４図（当該第４図で図示の都合上内外管１，２の
初期径差をR₁を示すためデフオルメして間隙の
ある状態を示してある。）に示す様に、外管１の
外側からダイス３により該外管１、及び、内管２
に対し縮径作用を行うように両管１，２を矢印の
方に引き出すと、両管１，２は弾塑性変形して縮
径されるが、横軸に直径の変化量（変位量）Ｒ
（原点に対し左にいく程、直径が小さくなる）を、
縦軸に縮径荷重Ｆ（原点に対し上にいく程、縮径
荷重が大きくなる）をとる第１図に示す様に、内
管２が予め焼純されていることにより、外管１、
及び、内管２の荷重−変位曲線はほぼ近似して弾
性戻り差はなく、したがつて、外管１は点線で示
すイ，ロ，ハの点線で示す経路をたどり、一方、
内管２はイ′，ロ′，ハ′の実線に示す経路をたど
り、（ロ′からハ、及び、ハ′にかけてのグラフの
点線、及び、実線の経路は実際には重なつている
のであるが、図示の関係上、当該第１図では僅か
にずらして示してある。）ダイス３通過後の縮径
作用停止による弾性戻り過程では外管１はハ，ニ
の経路を、又、内管２はハ′，ニ′の経路をとり、
両者の径差R₂、即ち、間隙はほぼ０になり、し
たがつて、内管２を予め焼純しておくことによ
り、外管１と内管２には第１段階として第４図右
側に示す密着した素材二重管４とすることが出来
る。

而して、このようにして得られた素材二重管４
において、次の第２段階として例えば、内側から
図示しない高周波誘導加熱装置による加熱を内管
２に付した後、水冷する手段による内管２に対し
て焼入を付与すると、前述原理的背景の理論によ
り該内管２に対しては高硬度が付与され、且つ、
降伏点が上昇して増径し、第２図に示す様に、内
外管１，２の径差R₁′（R₁＜R₁′とされて両管１，
２は嵌合出来ることになる。

これまでのプロセスはこの出願の第１の発明を
成すものである。

而して、内外管１，２に径差R₁′を付与する上
述プロセスの後に更にダイス３を外管１の外側か
ら作用させて第二次的に内外両管１，２に対し縮
径作用を与えて内管２にその弾性範囲内で、且
つ、外管１の弾性限界以上に縮径させると、当該
第２図に示す様に、外管１はイ，ロ，ハ、内管は
イ′，ロ′，ハ′の経路をたどり、ダイス３に対す
る相対通過後は縮径作用が開放されて両管１，２
が増径し外管はニ、内管はニ′に至る。

内外管１，２の初期径差R₁′は出来るだけ小さ
いことが望ましいが、径差R₂の大きな嵌合代を
得て緊結され、したがつて、内管２に対する外管
１の嵌合分は増大する。

上述プロセスで経路イ，ロの傾きと経路イ′，
ロ′の傾きはダイス３の相対通過プロセス時で材
質形状が変わらなければ同じであるが、材質形状
（径と肉厚）等が異なる場合は異なることになる。

尚、ΔRはダイス３による外管の縮径代であ
る。

そして、上の如く、外管１の弾性限界以上に第
二次的に縮径が作用するプロセスでは、第３図
（外管１の経路イ，ロ，ハ，ニ、内管２の経路
イ′，ロ′，ハ′，ニ′）に示す様に、縮径代R₂は
大きく嵌合分は最も大きく、又、安定して生じる
ので、生産性が高く更に有効であるが、この場
合、内管２を塑性変形させるため、亀裂等の破損
が生じないように制御することが必要である。

上述第１，２図の引き続きのプロセスがこの出
願の第２の発明を示すものであるが、内外管１，
２を密着させるための第一回の縮径と、両管一体
で外管１の弾性限界以上に塑性変形させるための
第二回の縮径とを２度加える必要がある。

尚、この出願の発明の実施態様は上述実施例に
限るものでないことは勿論であり、例えば、外管
に対し内管を焼純状態で相対重層して両管の荷重
−変位曲線がほぼ近似して弾性戻り差が無いこと
の利用による密着に際しては上述実施例の縮径操
作以外にも塑性拡径を行うようにしても良く、
又、両管密着後の二次縮径に際しての内管に対す
る焼入は外管との一体焼入でも良い等種々の態様
が採用可能である。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、基本的に耐摩
耗二重管の製造において、従来の肉盛法や遠心鋳
造法による高価な製造方法によらず、低コストで
耐摩耗性の二重管が出来、外管による内管のたが
締めにより結果的に二重管全体に高靱性も得られ
るという優れた効果が奏され、外管と内管の材料
選択にも大きな自由度が得られ、それにより、例
えば、複数の両端にフランジで付けたユニツト管
を各々のフランジを介して連結する場合、各二重
管の外管にフランジを溶接接合が可能な低炭素鋼
を用いることが出来るので、通常の配管に用いる
フランジが使え、ユニツト管の製造がし易いとい
う優れた効果が奏される。

又、外管と内管とが自緊状態であるために、内
管に貫通欠陥が生じても、管全体として内外管が
冶金的に接合されておらず、又、外管が高靱性で
あるために貫通欠陥が生じ難く、二重管の機能が
終始保持されやすいという優れた効果が奏され
る。

又、長尺管の製造に際しても、ダイス等による
縮径は長さに関係なく行えるために、その製造が
し易いという優れた効果があり、液圧拡管法等に
よる場合に比して内管の肉厚に拘束されないとい
う自由さがあり、ダイス等による縮径の際にも大
きな力を必要とせず、動力費も節減され、結果的
に低コストが図れるという効果も奏される。

而して、外管に低い降伏点の材料の管を用いる
ことにより、又、内管に焼入状態では高い降伏点
を有する管を用いたことにより、初期の外管に対
する内管の相対重層時に該内管を焼純状態にする
ことで両者の応力歪曲線をほぼ近似させて弾性戻
り差を無くすことが出来、そのため、両管の密着
を可能にすることが出来、第一次の縮径に続く第
二次の縮径の際に内管に対する焼入付与を介して
マルテンサイト変態時の内管の高硬度付与と共に
その膨脹をより効果的に利用することによつて嵌
合代を大きくし、この出願の第２の発明に示す如
く強く自緊を得ることが出来る優れた効果が奏さ
れる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の実施例の説明図であ
り、第１図は外管に対する内管の相対重層時の密
着時の特性グラフ図、第２，３図は二次縮径時の
外管と内管の嵌合代付与の特性図、第４図は縮径
プロセスの断面図である。 １……外管、２……内管、４……二重管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高靱性の外管１と高硬度の内管２とを重層し
   て自緊させるようにした耐摩耗二重管の製造方法
   において、低降伏点であつて高靱性の材料より成
   る外管１に焼入状態では高降伏点を有する高硬度
   の材料より成る内管２を焼純状態で重層して縮径
   させて両管を密着させた後内管２を焼入させて両
   管１，２を自緊させるようにすることを特徴とす
   る耐摩耗二重管の製造方法。 ２ 高靱性の外管１と高硬度の内管２とを重層さ
   せた後自緊させるようにした耐摩耗二重管の製造
   方法において、低降伏点であつて高靱性の材料よ
   り成る外管１に焼入状態では高降伏点を有する高
   硬度の材料より成る内管２を焼純状態で重層して
   縮径させて両管を密着させた後少くとも内管２を
   焼入させ、その後少くとも外管１の弾性限界以上
   に両管１，２を第二次的に縮径させて自緊させる
   ようにすることを特徴とする耐摩耗二重管の製造
   方法。