JPH0787941B2 - 二重管製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、腐蝕性流体等の輸送用等の配管に於いて、
外管が耐圧性、耐熱性の炭素鋼やステンレス鋼の金属材
料であり、内管が耐蝕性、耐摩耗性の高いステンレス鋼
やクロモリ鋼の金属材料やアルミナに代表されるセラミ
ックス材料であったり等する緊結二重管の製造技術の分
野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明は炭素鋼製等の外管とSUS製等
の内管を遊挿状態等に相対重層する等して素管と成した
後に、リング状の高周波誘導加熱装置等により外管に対
し該素管の外側、或いは、金属材料の場合、内側から加
熱して固溶化熱処理を施し、更に、その前後において水
道水によるシャワーリング等を介して急冷する環熱縮径
や環熱膨径を行って外管を内管に、或いは、内管を外管
に対し緊結するようにする二重管の製造方法に関する発
明であり、特に、上記高周波誘導加熱装置等による固溶
化熱処理における環状加熱・冷却を、当該外管の降伏応
力に応じて塑性変形しないように環熱加熱の加熱温度を
制御する等してその後急冷するようにする等し、この
際、高周波誘導加熱装置による環状加熱と環状冷却とを
管体との軸方向相対移動、及び、相対回転を行うように
したり、又更に、環状加熱を管体の板厚方向に温度勾配
を付して行ったり、最高温度を上げるようにする等した
二重管製造方法に係る発明である。

〈従来の技術〉 周知の如く、配管は多くの分野に於いて各種産業でも広
く用いられており、本来的な流体輸送用ばかりでなく、
近時においては情報伝達用から構造部材等にも用いられ
るようになっており、したがって、配管の機能としては
単に強度、剛性等による耐圧性や耐熱性ばかりでなく、
撓性や耐蝕性、耐摩耗性等多くの複重した機能が求めら
れるようになり、しかも、これらの多重機能が求められ
るような厳しい条件下で稼動するものが必要になってき
ており、原子力産業や重化学工業等に於ける新技術分野
に於いては益々これらの複雑な多，高機能が求められる
ようになってきている。

しかしながら、新素材や新材料の開発が盛んではあるも
のの、現今の技術においてはこれらの複雑な機能や条件
を１つの材料で全て満足するような素材や材質のものは
未だ開発されておらず、したがって、例えば、用途に応
じて外管を炭素鋼製にして耐圧性、耐熱性を司どるよう
にし、内管をステンレス製等にして耐蝕性、耐摩耗性を
司どるようにし、両者を所定に緊結嵌合させた二重管等
の複重管が用いられるようにはなってきている。

さりながら、かかる二重管等に於ける外管（外側管）と
内管（内側管）の緊結に際してはこれまで、例えば、ク
ラッド法や焼き嵌め法、更には、水圧拡管法等も開発さ
れているが、それぞれ技術的に一長一短があり、又、経
済的にも見合わず、製品精度の信頼性にも欠ける等とい
う不都合さがあった。

これに対し、出願人の多くの先願発明、考案に示されて
いるような所謂熱拡管法や近時の環熱縮径法（環熱膨径
法）等が有効な二重管製造方法として研究開発実用化さ
れているが、外管と内管の嵌合力を強め、充分な緊結状
態を現出するために二次的に材質向上のための熱処理等
が必要とされており、例えば、環熱縮径法においては、
外管に炭素鋼製のものを用いた場合に、約800℃程度で
実用に耐える外管の縮径が行われ、炭素鋼の変態温度が
900℃程度であることから、これらの温度の範囲で環熱
加熱・冷却により有効な材質向上熱処理（焼準）を縮径
と併用して行うようにしていた。

尚、上述態様はγ系ステンレスとして用いた場合であ
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 然して、前述した如く、近時原子力プラントに於ける配
管や腐蝕性流体中等に於ける配管等の技術が必要になっ
てくると、二重管の外管が炭素鋼製のものばかりではな
く、例えば、ステンレス鋼やクロモリ鋼の特殊鋼にさ
れ、セラミックス製の内管に対し緊結嵌合されるような
態様が新しく求められるようになってきている。

しかも、かかるセラミックス製等の内管に対するステン
レス鋼やクロモリ鋼製等の外管の緊結嵌合にしてのオー
バーな緊結応力が生じた場合には、当該セラミックス製
の内管の稼動中における熱衝撃破壊や製造中のクラック
等が生ずる虞れがあり、したがって、配管の用途や外管
と内管の選択組合せによる最適緊結嵌合が求められねば
ならず、そのため、一挙に外管と内管を嵌合させること
よりも、複数回のパスを重ねて徐々にバラツキなく最適
嵌合応力を生ずるように緊結する環熱縮径（環熱膨径）
方法がにわかに脚光を浴びるようになってきた。

而して、かかる環熱縮径法を図面に従って略設すると、
第１図に示す様に、所定の外管１に対し内管２を間隙を
介して遊挿状態にして相対重層して素管３と成し、次い
で、第２図に示す様に、その相対重層された該素管３の
外管１の所定部位に環状加熱装置としての高周波誘導加
熱装置４と、該高周波誘導加熱装置４の前後で軸方向所
定間隔を介して環状冷却装置としての水道水等によるシ
ャワーリング冷却装置５を一体的にセットし、これらの
高周波誘導加熱装置４、及び、シャワーリング冷却装置
５に対し素管３を軸方向所定速度で相対移動させると共
に相対回転をさせていくと、階高周波誘導加熱装置４に
対応する外管１の部分が短管であってその両端が自由端
である場合には全体的に膨径するが、加熱部の両端がそ
れらの軸方向外側で拘束され、しかも、その前後におい
てシャワーリング冷却装置５により急冷されるために、
第３図に示す様に、押え曲げモーメントＦが作用して材
料調質熱処理がなされると共に、所謂環熱縮径がなされ
て第４図に示す様に、外管１は縮径し、かかるプロセス
を反復することにより、外管１は内管３に対し縮径して
所定に緊結嵌合されるようになる。

尚、内管２の環熱膨径については該内管２の内側に高周
波誘導加熱装置４、及び、シャワーリング冷却装置５を
セットして反り曲がりモーメントを内管２に付与するよ
うにして該内管２の外管１に対する膨径を行うようにす
る。

しかしながら、新しい需要が生じて外管１にステンレス
鋼やクロモリ鋼等を用いる場合には、炭素鋼を用いる場
合よりも変態温度が高く、しかも、降伏応力が高いため
に、従来の外管１が炭素鋼等である場合よりも加熱温度
を高くしなければならず、しかも、変態温度より低く抑
制するための熱管理が難しいという難点があった。

又、反復して行った複数種の実験によれば、高周波誘導
加熱装置４による外管１の板厚方向の加熱温度が均一分
布状態では充分に顕著な緊結嵌合応力を有する環熱縮径
が設計通りに得られないという不具合が発見された。

そして、管体の材質により環熱履歴が異なると熱処理後
の管体の材質が劣化するような場合もあることも発見さ
れた。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく環熱変径
による二重管等の複重管における外管と内管の材質の相
違に基づく環熱縮径（膨径）による緊結嵌合の問題点を
解決すべき技術的課題とし、外管を内管に対しワンパス
ずつ縮径して一定の緊結嵌合を得ることが出来る環熱変
径の利点を用いながらも、当該外管と内管の材質の組合
せに応じて外管熱処理を介しての最適緊結嵌合がなし得
るようにして各種産業に於ける配管技術利用分野に益す
る優れた二重管製造方法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〉 上記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、所定材質
の外管と内管とを間隙を介し遊挿状態にて相対重層して
素管と成し、その管体の所定部位にリング状に高周波誘
導加熱装置等の加熱装置をセットすると共に、その前後
少くともいずれか一方に水道水等によるシャワーリング
冷却装置等のリング状の冷却装置を一体的にセットし、
該環状加熱装置とリング状冷却装置と管体とを相対重層
した素管とを軸方向に所定に相対移動すると共に併せて
相対回転する等し、環状加熱による膨径とその前後によ
る膨径拘束を介し、又、加熱後の急冷等により外管が縮
径し、或いは、内管が膨径し、かかるプロセスを反復す
ることにより外管は内管に、或いは、内管が外管に緊結
嵌合するように際し、当該内外管の材質により加熱温度
を外管の変態温度以下に抑制しその降伏応力に応じた加
熱温度にして最大縮径率を得、確実で且つ顕著な縮径が
得られるように調質し、更には併せて素管の板厚方向に
加熱の加熱温度に勾配（板厚方向に温度差）を付与する
ようにし、より更には加熱温度の最高温度を上げて顕著
な縮径を得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。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の実施例を図面を参照して説明す
れば以下の通りである。

セラッミッス製の内管２に対して（焼準温度800〜850゜
の炭素鋼（S55C））製の外管１を前述同様第１図に示す
様に、当該内管２に対して所定の間隙を介し遊挿状態で
相対重層して素管の管体３とし、そして、第２図に示す
様に、該炭素鋼製の外管１の所定部位に環状加熱装置と
しての高周波誘導加熱装置４を所定にセツトし、又、管
体３の軸方向所定間隔を介して前後にリング状冷却装置
としての水道水によるシャワーリング冷却装置５を一体
的にセットし、高周波誘導加熱装置４による環状加熱
を、該外管１としての変態温度である900℃より低い例
えば850℃にし、管体３を軸方向に相対移動させると共
に、周方向に均質な縮径が出来るように周方向に相対回
転（管体３、加熱冷却装置4,5のいづれか一方、或い
は、双方の回転）させていくと、前述理論に示したよう
に、外管１としての炭素鋼管は焼準により材質が劣化す
ることなく、環熱縮径をされて縮径され、所定プロセス
上述環熱縮径を反復することにより外管１は内管２に緊
結嵌合するようにされ二重管６が得られる。

尚、環状加熱・冷却の処理において、管、もしくは、環
状加熱・冷却装置4,5を回転させることにより管周方向
の温度ムラを極めて小さくすることが出来る。

施工例としては、高周波誘導加熱コイル（コイル長さBm
m）４に対し、ある搬送速度（vmm/分）で管を軸方向に
移動させた場合、回転数（Nrpmの目安として、 とすることにより、コイル直下を回転しながら通過する
管の周方向の局部が必ずコイル直下（この部分での加熱
効果が最も高い）で一周することが出来、管を周方向の
温度ムラなく加熱することが出来る（第２図参照）。

そして、各環熱縮径プロセスにおける高周波誘導加熱装
置４による外管１に対する環状加熱に際し、外管１に付
与する加熱温度を焼準に合わせて850℃から800℃の差を
以って付与する。

又、上述加熱条件の変化等により素管３の受ける熱履歴
によっては該素管３の調質を行って材質の劣化を防止す
るようにする。

このようにすることにより、顕著な環熱縮径が得られ、
製造中における内管２のクラックや据付後の稼動中に於
ける破壊等が生じない。

又、上述環熱縮径において、加熱温度の最高温度を、例
えば、1050℃にすることにより縮径量を大きくすること
が出来る。

次に、第２の実施例においては外管１としてステンレス
鋼を用い固溶化熱処理温度より僅かに高い温度に環状加
熱・冷却する固溶化熱処理条件で行い、又、第５図に示
す様に、外管１の板厚方向にてその外表面と内表面の間
に100℃以内、例えば、50℃の温度勾配を付与したとこ
ろ、均質で大きな縮径率の縮径が得られた。

このようにすることにより、外管１には熱処理による変
質もおこらず、内管２にはクラック等が生ぜず、設計通
りの嵌合応力を有する二重管６が得られる。

又、かかる結果は実験により確認されているものであ
る。

尚、この出願の発明の実施態様は上述各実施例に限るも
のではないことは勿論であり、例えば、加熱温度を変化
させて管径変化量をコントロールしたり、又、先述した
如く外管１の縮径に代えて内管２の膨径を行って該内管
２を外管１に緊結し、その際、加熱部の最高温度を高く
したり、管の受ける熱履歴により管体の材質を調節した
りする等種々の態様が作用可能である。

そして、又、設計変更としては、外管１についてはその
材質は上記炭素鋼，ステンレス鋼に限らず、他の特殊鋼
の材質にも適用出来、又、設計態様によっては内管２を
縮径させることで外管１からの剥離を行うと共に該外管
１を膨径して内管２からの剥離を行い、該内管２や外管
１の交換等を行うようにすることも可能である。

そして、対象とする管体は二重管以外に三重管以上の複
重管についても適用可能であることも又勿論のことであ
る。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、基本的に近時多様な新
規ニーズのある外管と内管の組合せ材質の異なる二重管
等の複重管の環熱縮径（膨径）による緊結嵌合に際し、
内管（外管）に対する用途別の外管（内管）の降伏応力
に応じた環状加熱の温度を材質を劣化させる熱処理条件
に制御して付与するようにし、又、加熱・冷却設備と管
体を相対回転するようにしたことにより、外管は内管に
対し最適な縮径率で（内管は外管に最適な膨径を行っ
て）均一精度で嵌合され、したがって、製造中に於ける
オーバーな嵌合応力が外管や内管に付与されず、そのた
め、クラックや稼動中に於ける破壊等が生ぜず、配管の
耐久性が向上するという優れた効果が奏される。

而して、管体に対する環状加熱・冷却処理を該外管の板
厚方向に温度勾配を付して付与するようにすることによ
り管径変化量を変えられ、大きな緊結量が得られる優れ
た効果が奏される。そして、より更に顕著な縮径（膨
径）を得ることが出来るという効果が奏される。

このようにすることにより、二重管製造における外管の
材質を劣化することなく熱処理が効率的に行われ、設計
通りの理想的な二重管等が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は環熱縮径の基本的態様を示すものであり、第１図
は外管と内管の相対重層部分断面図、第２図は環状加熱
と環状冷却の部分断面図、第３図は外管に対する押え曲
げモーメント付与の模式斜視図、第４図は二重管形成部
分断面図、第５図は環状加熱の管肉厚方向の温度分布の
グラフ図である。 １……外管、２……内管 ３……素管、４……環熱加熱装置 ５……冷却装置、６……二重管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−233012（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−118306（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外管と内管を相対重層した素管に対し環状
   の局部加熱・冷却を付与することにより二重管を製造す
   る方法において、上記素管に対し、外管に対する加熱温
   度を該外管の変態温度以下に抑制しその降伏応力に応じ
   た加熱温度にし、而して素管と環状局部加熱・冷却とを
   相対回転させるようにすることを特徴とする二重管製造
   方法。
2. 【請求項２】上記環状局部加熱・冷却を相対回転させて
   行う処理を板厚方向に温度差を付与しながら行うように
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の二重
   管製造方法。
3. 【請求項３】上記環状局部加熱・冷却を相対回転させて
   行う処理をその加熱温度を変化させながら縮径量を変え
   て行うようにすることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の二重管製造方法。
4. 【請求項４】上記環状局部加熱・冷却を相対回転させて
   行う処理をその最高加熱温度を一定温度まで上げて行う
   ようにすることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の二重管製造方法。
5. 【請求項５】上記環状局部加熱・冷却を相対回転させて
   行う処理付与に際し、管体の材料を調質して行うように
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の二重
   管製造方法。