JPS5935618A - 自在管やケ−ブルの外装のような細長材料の耐腐食割れ性を高める方法とその製造物 - 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】 本発明は、細長材料、詳細には冷間伸線により製造され
た金属材料の腐食割れに対する抵抗を高める方法と、こ
の方法により製造された材料に関する。

ある種の金属は、水性の腐食媒体、殊に硫化水素を含む
ものに晒されると、腐食割れに敏感になり、同時に引張
応力を受けると、応力の増加とともに腐食割れに対する
感受性が高まることが知られている。

実際には、この種の腐食は、伸線後に口・ツクウェル硬
度が２２を超える硬さを持つ、炭素の含有量の高い冷間
伸線炭素鋼で発生ずる。

一方、上記の品質限界よりも低い硬度の鋼は、硫化水素
を含む水性の環境にあワても腐食割れに対する感受性が
低い。

このような種類の腐食におかされ易い典型的な鋼の成分
は、例えば、Ｃ：０．８４％、Ｍｎ　：　　０．５７５
％、Ｓｉ　：　０．１７４％、Ｓ　：　　０．００８％
、Ｐ　：　　０．０１７％である。

この種の鋼は、「バテンテンイグ」とよばれる硬化処理
を受けた後、伸線及び冷間成形される。

このようにして得られる鋼の機械的特性を例ボすれば、
引張抵抗は１３６０ＨＰａ、　、０．２％弾性限界は１
２８０ＭＰａ、である。

本発明の重要な適用例を示すと、自在管や鋼線にらせん
状に巻いて外装を形成する細長金属材料の腐食割れを防
止することにある。

実際に、経験によると、特定の使用条件下、特に海水の
ように過激な環境に晒された場合では、外装は腐食割れ
による損傷を受は自在管や鋼線の破断に至る。

フランス国特許第１４２６１１３号、英国特許第１０５
４９７９号及び独国特許第１２２７４９１号により公知
である、金属の腐食に対する抵抗を高めるために施され
る方法では、金属は、サンド−ブラスト、ショット−ブ
ラスト、圧延、ローラの間を通す、エンボス加工、ハン
マリング及び研磨のような、冷間表面処理を行う。この
ような処理を施すと、表面付近におりる金属材料の圧Ｍ
（歪硬化）により、耐腐食性が高まる。しかし、このよ
うな処理が影響を及ぼす深さは僅かで、一般に、最大で
も０、ｌｌｌ１ｍである（非密に強いショット−ブラス
トでは、０．２ｍｍの厚さに達することもある）。

従来技術によって得られるこの処理の及ぶ厚さは不十分
である。というのは、このようにして得られた腐食割れ
に対する防御層は、その厚さが余りに小さいと、一般的
な金属腐食に耐えられないからである。後者の漸進的な
腐食は、前記の処理による圧縮された表面層を破壊し、
かくして金属は腐食割れに対して敏感になる。

本発明の主なる目的は、金属に、従来の工程によって付
与される保護層よりも厚さの大きい、腐食割れに対する
保護層を付与することにある。

本発明による、腐食割れに対する細長材料の抵抗を高め
る方法は、実用に供される以前に、腐食に晒される細長
材料の各部の少な（とも主表面に対して、前記材料の曲
がる方向に関して互い違い方向に一連の屈曲を与えるこ
とを特徴としている。

この一連の屈曲は、前記細長材料に、前記細長材料の中
心から主表面までの距離の少なくとも１／３に匹敵する
厚さの圧縮帯を生せしめる。

本発明の実用に好都合な実施態様によれば、前記の一連
の屈曲は、細長材料を、食い違い配列した複数のローラ
の間を通すことで与える。１１Ｉ長材料が通過するロー
ラの内連続した３個のローラは、中間のローラの最下点
から他の２１１１ｉ１のローラの最」二点を結んだ線に
降ろした垂線の長さをｈ、後者２個のローラの中心の距
離を２ｄとした時に、０．０２≦ｈ／ｄ≦０．３０ の関係をを満たずように、更に厳密には、０．０６≦ｈ
／ｄ≦０．２０ の関係を満たずように配列されている。

本発明は前記方法を経て得られる製品にも及ぶ。

詳細には、腐食割れに対する抵抗を持った細長金属材料
で、その内部の応力は、材料の表面に対して垂直な方向
、或いは、少なくとも、断面がより大きい方に対応する
而よりに対して垂直な方向で、圧縮帯、中立帯、引張帯
の順序で連続して分布しており、材料を予め交互に屈曲
する処理を施すことで、圧縮帯の厚さが材料の表面がら
中心までの距離の少なくとも１／３に相当する厚さとな
っている。

この細長材料は、単に上記ローラ群を通過させるか、或
いは、仏閣特許第１２４４０９７号及び第２０６１６９
８号、米国特許第３２６９００７及びスイス国特許第９
８１２１号により提示されたような手段を更に加えて通
過することで整直しても良い。

以下、本発明の一実施態様にそって説明する。

第２図に示すように、本発明に従う、冷間伸線材の腐食
割れに対する抵抗を高める工程では、材料１は食い違い
配列したローラ群２の間を通過する。

第２図は、３ａ、　３ｂ、に対応する２つの連続したロ
ーラ群を示す概略図である。

それぞれのローラ群では、ローラ２は一組のフＬ／−ム
（７Ｌ／−ム４ａ、５ａ、と４ｂ、５ｂ）に支持される
。フレーム４ａ、　４ｂをフレーム５ａ、５ｂに近付く
ように移動するべく、ジヤツキ６ａ、６ｂが配置しであ
る。

より詳細には、本発明による予備処理は、細長材料を食
い違い配列した複数のローラの間を通ずことで施され、
材料が通過するローラの内連続した３個のローラは、中
間のローラの最下点から他の２個のローラの最上点を結
んだ線に降ろした垂線Ｐの長さをｈ、後者２個のローラ
の中心間の距離を２ｄとした時に、 ０．０２≦ｈ／ｄ≦０．３０ の関係を満たずように配列されている（第２Δ図に示す
）。

より好ましくは、この関係は、 ０．０２≦ｈ／ｄ≦０．３０ を満たずように配列されている。

第２図に示すように、本発明による処理を施すための食
い違い配列したローラのＩＹ３ａを使用した後、全体に
ｈ／ｄ比のより小さい゛（例えば０．００５から０．０
３程度の）第２のローラ群３ｂを使用するとより良い効
果がＩＭられる。このローラ群３ｂは、鋼線を整直する
効果のある仕上げローラ群を構成しており、このローラ
群を出た鉄線は整直されている。

それぞれのローラ群ａｓｂ内では、ｈ／ｄ比は一定であ
るか、或いは、ローラ群の入側から出側に向って前記の
範囲内で増加するように調整されている。

もし必要ならば、材料ｌを何度もローラ群を通ずことも
効果的である。或いは２組以上のローラ群を通ずのも良
い。

金属材料の腐食割れに対する感受性は以下のように測定
される。細長材料は２つの固定点に固着され、この２つ
の固定点の間に位置する第３の固定点は、前記材料に漸
進的な屈曲を与える。このようにして屈曲された材料の
凸部は引っ張り応力を受ける。引っ張り応力は実際には
測定していないが、材料の持ち上がり高さｆを記録すれ
ば足りる。この持ち上がり高さは、ミリメートルで表示
してあり、２つの外側の固定点は、例えば１００ｉ＋宵
の間隔である。

このようにして引っ張り応力を受けている試験材料は、
＾ＳＴＭ　０１１４１規格に従って用意した合成海水か
ら気泡を取り除いて硫化水素を飽和させたものに浸され
る。試験は１６−２０℃で行われるよう調整され、腐食
割れが発生ずるまでの、時間（ｈｏｕｒ）で表わされる
経過時間ｔを記録する。

試幾↓ この試験は、本発明による処理を受けていない試験材料
（生鋼線）を試験している。この試験に供された試験材
料は断面が方形で６×３鰭の角形鋼線である。

第１図はこの試験によって得られた結果を示し、黒点は
折れた生鋼線に、その他は折れなかった生鋼線に対応す
る。

７龍以上持ち上げた試験材料は数時間で割れている。そ
れよりも低く持ち上げた試験材料は、忽ちその寿命が伸
び、５ｍｍ持ち上げた試験材料では１００時間経過後も
折れないものも見受けられる。

５ｍ■以下の持ち上がりが僅かなものは、対応する寿命
が特定できない。この試験に用いた鋼は０．７８％の炭
素を含み、破壊荷重は１４８５　ＭＰａ、弾性限界は０
．２％で１２８０　ＭＰａという特性を備える。５１■
の持ち上がりは実質的に弾性限界の７４％に対応する。

このような実験の結果、弾性限界の約７０％では、測定
不能な程長い寿命が獲得できることになる。

次に、本発明による処理を施された鋼線の耐腐食性の向
上について説明する。

試量１ 第２図に示したような、食い違い配列した加工誘導部材
２　（ローラ）を使用して、試験材料を相対する方向に
連続して屈曲するように構成した装置に、第１の試験に
供されたものと同じ材質の材料１を通す。（第１０ロー
ラ群３ａでは、ｈ／ｄ比は０．１８で一定であり、第２
のローラ群３ｂではｈ／ｄ比は入側の０．０６から出側
の０．０３まで変化する。）この処理の際、細長材料１
の断面において大きい方に対応する主表面がローラと接
触している。

第３図中では黒点により折れた鋼線を、その他により折
れなかった鋼線を示すが、この処理を受けた後細長材料
の耐腐食性は明らかに向上している。

実質的に弾性限界の１００％に相当する、１０ｍｍ近く
の持ち上がりに対応したものでも寿命を測定することが
できない。

一試１（屯 第４図は、第１、第２の試験使われたものと同し試験材
料を、第２の試験の装置であって、第１のローラ群のｈ
／ｄ比０．０１５、第２のローラ群のｈ／ｄ比は０．０
０４のものを通した後に試験をして得られた結果を示す
。第１の試験結果に比べて僅かの向上が見られ、寿命測
定不能は６鮪持ち上げたものにまで達しているが、第２
の試験で到達した結果よりも癌かに低い。

ｊ傳晩本 第１の試験に供したものと同じ材料の２つの主表面のそ
れぞれを、予め強度１２アルメン（＾Ｉｍｅｎ　）への
ショツトブラストによって処理したものから得られた結
果を第５図に示す。第１の試験に比較して僅かの耐腐食
性の向上が見られ、第３の試験と同様に６１持ち上げた
ものでも測定不能の寿命を持つものがあるが、第２の試
験に供されたものよりはかなり低い。

第６図は、生鋼線と、ショツトブラストだけを施した鋼
線と、互い違いの屈曲を施した鋼線の、厚さごとの残留
応力の分布を比較して示した図である。

０．８４％の炭素を含有する角形鋼線（５Ｘ　３　ｍｓ
の断面を持つ）は、機Ｊｔｎ工の鋼線にパテンティング
（特殊硬化処理）を施したものである。

鋼線の内部の応力は、鋼線の表面からの距離と、メガパ
スカルで表すべく測定した応力Ｓとの関係によって特定
し、金属の表面から縦の対称中心ＸＸ°に沿って測定し
た深さく鰭で表す）を横座標ｄとしたひとつのグラフ（
正の値で引張応力、負の値で圧縮応力を示す）上に記入
している。

鋼線内の応力を特定する手段は、所謂「ライズ」法或い
は「屈曲法」という、金属分野の技術者にはよく知られ
た方法で、”　Ｉｅ　Ｃｅｎｔｒｅ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕ
ｅｄｅｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　Ｍｅｃａｎｉｑｕｅ
ｓ　　″より出版されている季刊誌”　Ｌｅｓ　Ｍｅｍ
ｏｉｒｅｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｄｕ　Ｃ，Ｅ、Ｔ
、Ｉ。

■、″の１９７７年９月の第３１号の１２頁にも記載さ
れている。

第６図の曲線９は生鋼線の内部応力を示し、表面付近は
引張応力帯であり、圧縮応力は中心付近にみうけられる
。

同し鋼線の２つの主表面に強度Ｉ２アルメン（Ａｌｍｅ
ｎ　）　Ａのショツトブラストを施した。第６図（曲線
１０）に見られるように、圧縮応力が鋼線の外表面より
０．２ｍｍ以上の深さまで残っている。

第１のローラ群では前記ｈ／ｄ比が０．１８で一定にな
るように、第２のローラ群でば前記ｈ　／　ｄ　Ｊｕｌ
。

が人１則の０．０６から出１則の０．０３まで変化する
ように、食い違い配列した７個のローラよりなるローラ
群２組の間を通ずことによる、本発明に従う互い違いの
屈曲による機械処理を、他の実験と同じ材質の鋼線に施
した。ローラは直径５２ｃｍで、ｈは、３個の連続した
ローラについて、その中心のローラの最下点から、他の
２（ＴＩＡのローラの最上点を結んだ線に降ろした垂線
の長さであり、２ｄは前記他の２閣のローラの中心の間
隔である。

第６図の曲線１１は、本発明に従う処理の結果、厚さ３
１の角形鋼線のそれぞれの面から約１．１■冒の厚さ、
即ち、鋼線の厚さの２／３以上を占める厚さの圧縮応力
帯が発生し、引張応力帯は対称軸に極近い中心付近に移
動することを示す。

このように、本発明に従う処理を施した鋼線は、腐食割
れに対して高い抵抗を発揮する。

同じ材質による他の供試材に、上記限定値を超えたｈｌ
ｄ比で互い違いの屈曲を与える機械処理を施した。第１
０ローラ群ではｈ／ｄ比は０．０１５に設定され、第２
０ローラでは０．００４に設定されている。第６図の曲
線１２は、この処理を施しても残留応力が３鰭厚の角形
鋼線の０．２１以上には及ばないことを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の処理を行わない材料の試験結果を示す
。 第２図は、本発明による処理を施す為の装置の一例を示
す。 第２八図は、本発明による装置の作動状筋をより明確に
示した概略図である。 第３図は事前に機械処理を施すことによって得られる結
果を示す。 第４図及び第５図は、より小さな食い違い屈曲による処
理を施した鋼線と、ショツトブラストのみを施した鋼線
を試験した結果を比較のために示した図である。 第６図は、裸線の内部の応力分布と、事前に各種の処理
を施した鋼線の内部の応力分布を比較したものである。 （主な参照番号） ２：ローラ、 ３ａ：第１のローラ群、 ３ｂ：第２のローラ群、 ４ａ、　４ｂ、　５ａ、５ｂ、：フレーム出願人　アン
スチチュ　フランセ　デュペトロール 代理人　弁理士　新居　正彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１腐食に晒され得る用途に供される細長材料各部の
   少なくとも主表面に対して、該材料を実用に供する以前
   に、該材料の屈曲の向きが次々と反転するように連続し
   て曲げることにより、該材料の中心から該材料の表面ま
   での距離の少なくともｌ／３に等しい厚みの圧縮域を該
   材料に生せしめることを特徴とする、細長材料の耐腐食
   割れ性を高める方法。 （２）前記細長材料をくい違い配列した少なくとも第１
   のローラ群を通すことにより、該細長材料に前記の連続
   した屈曲を与えるように構成し、該長尺材料の通過する
   連続した３個のローラは、以下の条件を満たずことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ０．０２≦ｈ／ｄ≦０．３０ ただしｈは、中間ローラの最下点と、その両隣りの２つ
   のローラの最上点を結んだ線との距離であり、２ｄは、
   前記両隣りの２つのローラの中心間距離に相当する。 （３）前記ｈ／ｄ比は０．０６から０，２ｏまで変動す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の方法。 （４）前記細長材料は、前記の食い違い配列された第１
   のローラ群を通過した後、連続して、食い違い配列され
   、前記ｈ／ｄ比が第１のローラ群よりも小さい少なくと
   も１組の第２のローラ群を通過することを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の方法。 （５）前記第２０ローラ群は、そのｈ／ｄ比が０．００
   ５から０．０８であるように構成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載の方法。 （６）前記細長材料を、前記ｈ／ｄ比が実質的に一定で
   ある少なくとも１組のローラ群を通過させることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の方法。 （７）前記細長材料を、入り側から出側にむかって前記
   ｈ／ｄ比が増加する少なくとも１組のローラ群を通過せ
   しめることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の方
   法。 （８）内部の応力分布は、材料の表面に対して垂直な方
   向、あるいは、少なくとも、断面がより大きい方に対応
   する面に垂直な方向で、圧縮帯、中立帯、引張帯の順序
   で連続して構成されており、該材料に予め交互に屈曲す
   る処理を施すことで、圧縮帯の厚さが該材料の表面から
   中心軸までの距離の少なくとも１／３に相当する厚さで
   あることを特徴とする耐腐食割性に優れた金属製細長材
   料。