JPS58927B2 - オ−ステナイト系ステンレス鋼管の曲げ加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はオーステナイト系ステンレス鋼管を曲げ加工す
る方法及びその装置に関するものである。

オーステナイト系ステンレス鋼管は原子カプラント、火
力プラントをはじめ、石油化学その他のプラントで多用
されているが、配管の溶接部特に曲り部分の溶接部が高
温高圧の蒸気によって腐食され易いとい５問題点がある
。

この問題点を解決するために、従来は、 １）局部的な溶体化処理を行なう。

２）溶接部に特殊な熱処理例えば、内面を冷却しながら
外面から強熱し、肉厚の内外に急激な温度勾配を起させ
て、溶接部ならびにその付近の管内面に圧縮応力を残留
させるような熱処理を行なう。

３）溶接時に特殊な溶接法例えば管内面に特殊合金を肉
盛してから溶接する方法により溶接する。

などの対策が講じられているが、万全を期するためには
、１）と２）、または３）と２）の処理を施す必要があ
るので、極めてコスト高となる。

このようにオーステナイト系ステンレス鋼管の配管がコ
スト高になる原因は、配管中に曲管部を形成する場合、
溶接により曲管な製作するからであり、従来、比較的大
径厚肉のステンレス鋼管を小さな相対半径で且つ肉厚を
減少させず、然も金属組織を改善しながら曲げ加工する
ことかできなかった事情から考えれば、止むを得なかっ
たのである。

然し乍ら、前記曲げ加工が可能となれば、産業上極めて
有用である。

本発明は上記のような見地から、比較的大径厚肉のステ
ンレス鋼管を小さな相対半径で且つ肉厚を減少させず、
然も金属組織を改善しながら曲げ加工できる方法を提供
することを目的としてなされたもので、その方法の構成
は、オーステナイト系ステンレス鋼管を誘導加熱又はガ
スバーナ等の加熱手段によって狭幅の環状帯域に均一に
加熱しながら該加熱帯域を彩管の長手方向に相対的に除
徐に移動させつつ該帯域に曲げモーメントを作用させて
曲げ加工する方法において、曲げ加工前に前記鋼管に付
着している熱脆性を促進する異物を除去した後、曲げの
中立軸に対して前記鋼管の最外側の肉厚減少をゼロ又は
略ゼロとするのに充分な圧縮力を、前記鋼管の曲げ加工
すべき部分の先端側に該鋼管の移動方向とは逆向きの力
を加えることにより、前記加熱帯域に加え、且つ、前記
加熱帯域を該鋼管の内面から冷却して前記鋼管内面に圧
縮応力を残留させることを特徴とするものであり、また
、その装置の構成は、曲げ加工すべきオーステナイト系
ステンレス鋼管を狭幅の環状帯域に加熱する誘導加熱又
はガスバーナ等による加熱装置と、該加熱装置を前記管
に対して相対的に移動させる装置と、前記管の加熱帯域
に曲げモーメントを与え且つ彩管を曲げる装置と、前記
の曲げの際に曲げの中立軸に対し前記管の最外側の肉厚
減少をゼロ又は略ゼロとするのに充分な圧縮力を前記管
の加熱帯域に加える装置と、前記加熱帯域を前記管の内
面から環状に且つ連続的に急冷する冷却装置とから成る
ことを特徴とするものである。

本来、オーステナイト系ステンレス鋼管を誘導加熱等に
よって急熱、急冷しながら曲げ加工すれば、曲げと同時
に溶体化処理をも施し得ることが知られているが、これ
には熱脆性割れという問題がある。

この熱脆性割れは管の表面に付着したアルミニウム、亜
鉛、銅などの異物が、管の加熱時、高熱下に地金に浸透
して微細な割れを生じる現象で、これを防止する方法と
して、予め管の表面を研磨し、異物を取り除いて地金へ
の拡散を防ぐと共に微少な傷をも除去して応力集中をな
くすようにしてから曲げ加工する方法が考えられ、既に
特願昭５２−１２７６０７号として特許出願中である。

この方法は前記の熱脆性割れを殆んど回避することがで
きて、極めて有効であるが、稀にはなお割れが発生する
ことがあるので、更に研究を重ねたところ、熱脆性割れ
は曲げの中立軸付近ないしその内側には発生せず、専ら
曲げ外側の引張し力下で塑性変形が行なわれる範囲に限
られていることを確認すると共に管の加熱帯域にその前
後から強力な圧縮力を加えながら曲げれば熱脆性割れを
防止できることを知得し、本発明を完成したのである。

而して、上記のように加熱帯域に強力な圧縮力を加える
と、肉厚の減少を防止できるので、二重の利益があるし
、また加熱帯域の急冷によって、溶体化処理をも同時に
施すことができる。

更に本発明方法の曲げ加工方法において、管の加熱帯域
をその内面から冷却すれば、管の内面に圧縮応力を残留
させることができるので、製品の、高温水や蒸気に対す
る耐食性が増大する。

次に本発明方法を実施するための装置を図に拠り説明す
る。

第１図は管の加熱帯域に充分強大な圧縮力をかけて減肉
を防止しながら曲げ加工する、特願昭５２−７３３３７
号として特許出願中の装置の実施例の一つを利用し、曲
げ れる管の加熱帯域を彩管の内面から冷却する装置を
付設した本発明装置の一例である。

即ち、図において、１は曲げ加工すべきオーステナイト
系ステンレス鋼管、２はその曲り部、３は管１の一端部
を把持するクランプ、４は該クランプ３を固定し且つ曲
げ中心軸５を中心として回転可能な曲げ腕で、軸５の両
側には鎖車６が固定されている。

７は環状の誘導子から成る加熱装置、８は高周波トラン
スであるが、加熱装置７には環状のガスバーナを用いて
もよい。

９は管１他端を把持固定するクランプで、台車１０上に
固定されているが、必要に応じては台車１０の進行方向
に対して直角且つ水平なピボットによって連結するよう
にしてもよい。

１１は管１を挾んでその両側に配設した油圧シリンダで
、それらのピストン杆１２にチェーン１３の一端を接続
し、該チェーン１３の他端を前記鎖車６にそれぞれ巻き
かけて鎖車６を強力に引張るようになっている。

１４は台車１００車輪、１５は該車輪１４を載せるレー
ル、１６は基台で先端に冷却用ジャケット１８を取附け
た送水管１７を、前記ジャケット１８が適正な位置に在
るように支持すると共に該送水管１７に冷却水を供給す
る役割をも果す。

以上により本発明装置の一例が構成されるが、この装置
において、軸５の中心をＯ９管１の中心軸をＸＸ′、鎖
車６のピッチ円の半径をｒ、中心０から直線Ｘ−Ｘ′
までの距離をＲ、、Ｒ−ｒ＝ｌとし、油圧シリンダ１１
は直線Ｘ−Ｘ′からｌの距離に位置させるものとする。

而して、上記装置は加熱装置７により管１をその外側か
ら狭幅に高温加熱し乍ら、油圧シリンダ１１によりチェ
ーン１３を引張る一方、管１の加熱帯域を冷却用ジャケ
ット１８から噴射される冷加水により冷却し乍ら管１を
曲げ加工するのであるが、この曲げ加工において、管１
に曲げを起させるための引張力なＰとすると、 Ｐｌ＝Ｍ となる。

ここで、Ｍは管１の加熱帯域において曲げを起すのに要
するモーメントであって、上式から、 となる。

即ち、ｒがＲに近くなるように鎖車６の径を大きくして
行くと、Ｐは極めて大きな力になり、その圧縮力によっ
て管１の曲げ外側の肉厚減少を完全に父は略完全に防止
できるし、また従来は管１の加熱帯域の冷却を管１の外
側から行なっていたため、管１の内面に引張応力が残留
していたのに対して、前記冷却を管１の内面から行なう
ことにより管１の内面に残留する応力は圧縮応力となる
ため、前述のように製品の、高温水や蒸気に対する耐食
性を増大させることができる。

一般の炭素鋼やクロム鋼、モリブデン鋼などの鋼管では
前記の曲げ加工時に加熱帯域を管の内面から冷却しても
内面の残留応力が必ずしも圧縮応力になるとは限らず、
熱履歴によって引張応力にも圧縮応力にもなるが、これ
は変態並にマルテンサイト生成の体積変化と熱による体
積変化の大小関係によるものである。

然し、オーステナイト系ステンレス鋼は急冷しても変態
しないので、内面から急冷すれば、必らず内面に残留す
る応力は圧縮応力になるのである。

而して、前述の圧縮の効果は、前記の肉厚減少即ち減肉
を防止するだけに止まらず、管の前述のような熱間的げ
において生じる偏平現象を極めて小さくする効果もあり
、またオーステナイト系ステンレス鋼の重大な欠点の一
つである熱脆性を緩和することに注目すべきである。

即ち、この熱脆性は、前述のように、管に付着したアル
ミニウム、亜鉛、鋼などの異物が高温下でオーステナイ
ト系ステンレスの地金に浸透して微少なヘヤークラック
を起すものであるが、曲げ加工中引張に、力を受けない
部分には決して発生しないので、オーステナイト系ステ
ンレス鋼管の曲げ加工に際し、予め管をよく研磨して前
記異物を除去し、曲げ加工時には上記のように管に圧縮
力をかけることによって、製品の熱脆性割れを完全に防
止できることが確認できたのである。

なお、上記の圧縮力は管の軸方向にかげるのであるが、
円周方向にも圧縮力として作用し、円周方向の引張応力
をも緩和することは当然である。

第２図は管１の曲り部２のみならず、その前後の直管部
をも連続して均一に熱処理して、曲げと直管部との間の
境界の金属組織に鋭敏化等の不都合が生じず、然も直管
部までその内面に圧縮応力を残留させるように曲げ加工
する方法を実施するための装置とその作業工程を示すも
ので、ａ、ｂ。

ｃ、ｄはそれぞれ熱処理開始、曲げ開始、曲げ終り、熱
処理路りの状態を示すものであり、図中、第１図と同一
符号のものは同一機能を果すものを示し、また図を分り
易くするために、第１図の油圧シリンダ１１を省略し、
その代りに矢印１３でチェーン１３に前述の引張力Ｐが
作用していることを示す。

更に第２図においては、管１の後端側のクランプ９は固
定台２０にガイド１９により滑動、固定自在に係合され
ていて、熱処理開始から曲げ終りまでは固定され、曲げ
終り後熱処理を続ける場合は固定から解放されて、後退
され得るようになっている。

また曲げ腕４は受は台２１に軸５により回転可能に取附
けられ、受は台２１はレール２２上に載せられて固定台
２０に向は移動可能で、加熱装置７は図示しない油圧シ
リンダの作用により移動する、該受は台２１の移動に並
行して移動できるようになっており、一方、冷却用ジャ
ケット１８を取附けた送水管１７は、これを台車１６ａ
に装着し、台車１６ａは加熱装置７と並行してレール２
２上を移動できるようになっている。

而して、第２図々示の装置の作用を工程に従って説明す
れば、次の通りである。

ａは熱処理開始の状態で、このとき、加熱装置７と冷却
用ジャケット１８は徐々に図の左方へ移動しているが、
クランプ３は未だ管１の先端部に達していない。

この状態から前記移動が進行してｂの状態となりクラン
プ３が管１の先端部を把持する位置に達したら、該クラ
ンプ３により管１の先端部を把持せしめて曲げを開始す
るのであるが、クランプ３はチェーン１３によりレバー
長１＝Ｒ−ｒ（第１図と同様）によって引張られるので
、曲げモーメントが発生し、管１の加熱帯域において曲
げが発生する結果、鎖車６が時計方向に回転し、受台２
１はチェーン１３の引張り速度より大きな速度で左方に
移動する。

このときの管１にかかる締力は第１図の場合と同様であ
るが、この大きな荷重は鎖車６から直接曲げ腕４、クラ
ンプ３を介して管の曲げ部２、管１に伝わり、左方のク
ランプ９、油圧シリンダ、ピストン杆、チェーン１３を
経由して一巡し、完全にバランスしてしまうので、軸５
、受は台２１に作用しないから、受は台２１は曲げの進
行と共に滑かに左方へ移動する。

こうして曲げが終了し、Ｃの状態になったら、油圧シリ
ンダを停止して、緩やかに圧力をゼロに低下させるが、
加熱装置７及び冷却用ジャケット１８はこれらを前記と
同一速度で移動させ続け、熱処理を続行する。

この熱処理が次第に進行し、加熱装置７と冷却用ジャケ
ット１８がクランプ９に近づいてきたらクランプ９を支
持案内するガイド１９を緩めて該クランプ９を後退させ
、ｄのように加熱装置７と冷却用ジャケット１８が管１
の左方に出外れ得るようにしたところで熱処理を終了す
るのである。

伺、図中、２３は受げローラで、曲げ始めは管１の一端
を支持し、曲げ進行中は左方へ移動し、曲げ終り時にＣ
のように下方へ下がり、加熱装置１等の通過を待って再
び管１を支持する。

上記装置は本発明方法を実施するための最も好ましい例
であるが、第１図の鎖車の代りに多角形のガイドを用い
てもよく、その多角形の辺の数はこれを極端に減らした
ようなものでもよい。

更に、前記鎖車の半径を曲げ半径より大きくして、それ
を固定端から引張ると同時に中心軸５を管１と平行に引
張ることを加味してもよい。

また、管１の加熱帯域に圧縮力をかける方法として、第
３図々示のように曲げ腕３にブレーキをかけて管１の後
端から強力に押すようにしてもよく、一方、第４図々示
のように管１の両端間に引張部材を張ってもよい。

即ち、第３図において、２４はそのピストン杆２５の先
端にチェーン１３を接続したブレーキ用の油圧シリンダ
、２６．２７は曲げ加工時反力を受けるローラ、２８は
曲げ腕４に固定しそのピストン杆２９の先端に当金３０
を設けた油圧シリンダで、管１の後端から圧力Ｐ′をか
けて鎖管１を押し曲げる際に油圧シリンダ２４によりチ
ェーン１３を引張して管１に圧縮力ｐｂをかける一方、
油圧シリンダ２８により当金３０を介して管１０曲り部
２を中心Ｏに向は押圧し、核的り部２が強大な圧力Ｐ′
により過度に変形しないようにするのであるが、この当
金３０は第１図及び第２図の装置にも付設することが望
ましい。

また、第４図において、３１は台車１０に定着し管１の
後端部を支持するテールクランプ３２は該クランプ３１
に遊挿した螺杵３３は該螺杵３２に螺合するナツトで、
螺杵３２の先端部と曲げ腕４とにチェーン３４を張架し
、曲げに際してはナツト３３を締付けて該チェーン３４
を緊張する。

３５．３６はフレームＦに配設した鎖車で、これら鎖車
にチェーン１３を掛回し、該チェーン１３０両端を台車
１００両側に固定してあり、鎖車あを時計方向に回転す
るように駆動すれば、管１に推力が与えられるようにな
っている。

而して、この図の場合、管１の曲げ外側にチェーン３４
が張架されるので、加熱装置７には冷却ノズルを一体に
具えたものを用い、管１をその内面から加熱、冷却する
ようにするようにし、加熱装置７に誘導子を用いた場合
、送水管１７に高周波トランス８からの導体３７を内蔵
させる。

尚、前記チェーン１３は第１，２図の場合と同様に油圧
シリンダで引張るようにしてもよい。

上記の装置においては、前述のように鎖車３５を駆動し
管１に推力を与えて鎖管１を推進する一方、チェーン３
４により鎖管１に圧縮力をかけながら、曲げ加工するよ
うになっているので、加熱装置７に付設した冷却ノズル
による内面冷却と相俟って、第１図乃至第３図の場合と
同様の曲げ加工を行なうことができる。

尚、本発明における加熱方法は、管が薄肉の場合は内外
いずれの面からでもよく、厚肉の場合には内外両面から
加熱するのがよい場合がある。

また溶体化処理と残留応力処理のための冷却速度を適当
に保つために内面冷却の位置から少し遅れた位置で外面
からも冷却し、そのずれを調節することが望ましい。

本発明は上述の通りであって、オーステナイト系ステン
レス鋼管を加熱手段によって狭幅の環状帯域に均一に又
は略均−に加熱しながら該加熱帯域な鎖管の長手方向に
相対的に徐々に移動させつつ該帯域に曲げモーメントを
作用させて曲げ加工するに際し、曲げの中立軸に対して
管の最外側の肉厚減少をゼロ又は略ゼロにするのに充分
な圧縮力を前記加熱帯域に加えるようにしたから、曲げ
加工された前記オーステナイト系ステンレス鋼管は曲げ
外側の肉厚が殆んど減少しないばかりでなく、熱脆性割
れ等の欠陥のない曲げ加工を行なうことができ、また前
記加熱帯域を管の内面から冷却することにより管の内面
に残留する応力を圧縮応力にすれば、高温水又は蒸気に
対する耐食性が増大し、更に曲げ部のみならず直管部ま
で前記と同様に加熱、冷却することにより管全体を熱処
理すれば、溶体化処理が施されて、全体として高温水又
は蒸気に対する耐食性の大きい管となる。

従って、本発明方法は原子カプラント、火力プラントそ
の他の高温、高圧部に用いるオーステナイト系ステンレ
ス鋼管の曲げ加工方法として好適であり、またその装置
は比較的軽量で簡易に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例の正面図、第２図は同別個装
置の工程順の正面図で、ａは熱処理開始時、同すは曲げ
開始時、同Ｃは曲げ終り時、同ｄは熱処理路り時を示す
ものであり、第３図及び第４図は曲げ加工時管に圧縮力
をかける方法の別個を示す説明図である。 １・・・曲げ加工すべきオーステナイト系ステンレス鋼
管、２・・・曲り部、３・・・クランプ、４・・・曲げ
腕、５・・・中水軸、６・・・鎖車、７・・・加熱装置
、９・・・クランプ、１０・・・台車、１１・・・油圧
シリンダ、１２・・・ピストン杆、１３・・・チェーン
、１４・・・車輪、１５・・・レール、１６・・・基台
、１６ａ・・・台車、１７・・・送水管、１８・・・冷
却用ジャケット、１９・・・ガイド、２０・・・固定台
、２１・・・受は台、２２・・・レール、２３・・・受
はローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ オーステナイト系ステンレス鋼管を誘導加熱又はガ
   スバーナ等の加熱手段によって狭幅の環状。 帯域に均一に又は略均−に加熱しながら該加熱帯域を彩
   管の長手方向に相対的に徐々に移動させつつ該帯域に曲
   げモーメントを作用させて曲げ加工する方法において、
   曲げ加工前に前記鋼管に付着している熱脆性を促進する
   異物を除去した後、曲げの中立軸に対して前記鋼管の最
   外側の肉厚減少をゼロ又は略ゼロとするのに充分な圧縮
   力を、前記鋼管の曲げ加工すべき部分の先端側に該鋼管
   の移動方向とは逆向きの力を加えることにより、前記加
   熱帯域に加え、且つ、前記加熱帯域な該鋼管の内面から
   冷却して前記鋼管内面に圧縮応力を残留させることを特
   徴とするオーステナイト系ステンレス鋼管の曲げ加工方
   法。