JPS5978720A - 耐腐蝕性金属管の製造方法 - 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】 開示技術は化学プラント、油側管、油送管、熱交換器等
に用いる耐腐蝕性金属管の製造技術の分野に属する。

而して、この発明は上記油井管等の腐蝕をこうむる管壁
面に展延力を印加して自緊させると共に圧縮応力付与し
て応力腐蝕割れ等を防ぎ得る金属色の製造方法に関する
発明であり、特に、ローラー等により局部的機械的圧力
を金属管壁表面に印加し、管壁面を圧迫しつつ該ローラ
ー等を同方向に回転しつつ管軸方向に連続的に移動す”
ることにより管壁表皮部を展延拡張し、該展延拡張によ
って生ずる自緊作用を介し管壁表皮部に圧縮応力を内臓
せしめるようにし、金属管壁が該金属管壁に接する腐蝕
性流体から腐蝕をこうむるのを防止づるようにした耐腐
蝕性金属管の製造方法に係る発明である。

周知の如く、化学プラント、油＋４管、油送管、熱交換
器等に使用される配管には耐高低温、耐強度、耐腐蝕等
それぞれの目的に応じ炭素鋼管、或いは、不銹＃ｌ管等
が用いられる。

而して、近似これ等の配管に関して耐腐蝕性等において
更に高い性能向上が要求されるにうになって来ており、
例えば、油井管にＪ３いて、油井の深さが１０．０００
ｍにもなるに及び、或いは、所謂２次再開発油井に高温
高圧の蒸気や塩水が注入されるようになり、これまでと
は比較にならない甚大な腐蝕の被害が表面化し、特に、
油井の深胴部における高温高圧環境下の塩素イオンによ
る腐蝕亀裂の問題や油井の中上胴部にお番プる比較的低
温下の硫化水素雰囲気による腐蝕亀裂の問題が生じてい
るが、これ等についての対策としては未だ明確な解決策
がないのが現状である。

これらの腐蝕亀裂の問題は単に油井管にとどまらず、化
学プラント、熱交換器用管、或いは、原子力機器配管等
にも発生しており、規在これらの対策として第１には耐
腐蝕性塗料の開発、第２には耐腐蝕性金属材料自体の新
開発が進められている。

上記第１の塗料の開発に関しては、腐蝕性媒体中に［Ｎ
ＨＩＢｒＴＥＲと称せられる腐蝕抑制剤を混入Ｊ゛る手
段や管壁表面に耐腐蝕性樹脂を塗装する手段等が開発さ
れつつあるが、これらには保守の為の煩瑣な手段手数を
要し、且つ、耐腐蝕効果の点からみると何れも完全なも
のには至っていない。

使方、第２の耐腐蝕性金属材料の開発に関しては世界的
に材料メーカー、或いは、金属研究所等により強力に新
開発が進められてはいる。

ところで、一般的な材料上の特徴として鋼についてはそ
の強度が高くなるにつれて耐腐蝕性が低下するのが普通
であり、油井管に用いた場合、油井が深くなるにつれて
油に管は自重支持の１＝めその強度を増さねばならず、
したがって、油井管が炭素鋼管である場合は強度が高く
なるにつれて耐腐蝕性は劣化する。

そこで、深層油井用としては必然的に高強度にして、且
つ、高い耐腐蝕性能を有する高強喰不銹金属管が要求さ
れる。

而して、不銹金属として代表的な所謂ステンレス鋼の材
質中において、耐腐蝕性の強いニッケルとかクローム等
の含有量が多くなるにつれて耐腐蝕性は増大するが、一
方において強度は成る限度以」−にはならず、深層油井
用油井管に必要と刀る強度を満足するに至らない。

これに対しインコロイ８２５やインコネル６２５等の高
価格の高ニッケル合金は極めて高い耐腐蝕性能を具備し
ているものの、強度については高張力炭素鋼には及ばな
いし、又このように高ニッケル合金といえども硫化水素
、塩水、炭酸ガス等が混合した最悪の腐蝕環境では腐Ｎ
ｌ＋亀裂を含む台秤の腐蝕に完全に耐え（ｑるものでは
ない。

ｌｊＪち、Ｍ腐蝕性高ニックル合金においても成る腐蝕
環境では炭酸ガス腐蝕には耐え得るが、硫化水素腐蝕に
は耐え１ｑないとか、或は、硫化水素腐蝕には耐えても
塩素イオン腐蝕には耐え得ない等の腐蝕に対する選択的
対抗性が存在するのである。

したがって、すべての腐蝕環境において、すべての種類
の腐蝕媒体への耐腐蝕性能を有Ｊる金属材料そのものは
現存しないし、又、将来新しく開発される期待性は著し
く少い。

そして、例えば、これに近いものが開発されたとしても
、おそらく経済的に見合わない高価なものとなることは
確実である。

ところで、一般に油井管等に発生する腐蝕の形態として
は水素誘起割れ、摩耗腐蝕、隙ｌｉｔ腐蝕、一般腐蝕、
孔蝕、ブリスター、環状腐蝕等があり、これらに加えて
硫化水素や塩素イオンににって発生Ｊ−る腐蝕亀裂は配
管にとり最も危険なものである。

而して、最近のｆＬｍ学の学理によれば耐腐蝕１！ｌ金
属材料に成る温度域で成る種の加工変形を与えると変形
をうけた部分は耐腐蝕性を増大することが明らかにされ
ている、例えば、オーステナイ］へ系ステンレス鋼に比
較的低温において加工を与えると、所謂加工誘起変態と
称する組織変態を起し、組織中にはマルテンサイトが生
成され、且つ、組織の塑性変形によって組織中の転位が
増殖して転位のセル化が進み、これらが材料の応力腐蝕
亀裂抵抗を増進することが明らかにされている。

又、腐蝕亀裂に関しては腐蝕性媒体が硫化水素、或は、
塩素イオン等の何れであるにかかわらず、腐蝕性媒体に
接する不銹金属材料の表面に引張応力が内蔵される時は
その材料がいかに強ノ〕な耐腐蝕性金属材料であっても
腐蝕亀裂に対して極めて危険な状態に曝されており、反
対に金属材料表面に圧縮応力を内蔵する時は圧縮応力内
蔵の程度の高い程腐蝕亀裂に対してより安全であること
も明らかにされている。

耐腐蝕金属材料として一般に知られているニッケルクロ
ーム系の不銹鋼管においては材料の線膨張係数が大きい
関係上、又、その形状的特徴の故に不銹鋼管が熱間成形
後、或は、管材質改良の為の熱処理後の放熱冷却期間中
に管材料の均一冷却が行なわれない関係上、管内壁の表
皮部には引張応力が残存Ｊ−るのが通例であり、特に、
炭素鋼と不銹鋼のクラツド鋼管においては線膨張係数の
大きい不銹鋼側に大きな引張応力が内蔵されるのである
。

而して、先述の如く如何に強力な耐腐蝕性金属材料であ
っても、一度引張応力を付与されると、一般腐蝕は云う
に及ばず、就中、腐蝕亀裂に対重る抵抗性はたちまち劣
化することが判っている。

この発明の目的は上述在来技術に基づく耐腐蝕流体配管
の問題点を解決すべき技術的課題とし、金属材料成分の
組合Ｕ−改良によって材料の耐腐蝕効果、をもとめたり
、熱処理によって材料の′＃４腐蝕効果をもとめる従来
法による金属冶金的手段ヤ金属材料の表面を塗装したり
式は腐蝕性媒体に腐蝕抑制剤を混入して外部より金属材
料を保護する方法とは全く理念を異にして、金属材料の
内部に圧縮応力を導入して金属材料の耐腐蝕性をイ」与
づる力学的理念に基ずく手法を用い、各種産業にお（）
る配管利用分野に益し得、従来方法に比して技術的には
画期的にして月つ経済的には極めて低価格な勝れた耐腐
蝕性金属管の製造方法を提供せんとするものである。

上）ホ目的に沿うこの発明の構成は前述問題点を解決す
るために耐腐蝕性流体に曝される配管の表皮部にローラ
等により機械的展圧力を局部的に印加し、該展圧ツノを
連続して全表皮部に与えそれにより自緊さｕ１又、該表
皮部に圧縮応力を内蔵させ、耐腐蝕性を向上させるよう
にした技術的手段を講じたことを要旨どするものである
。

次にこの発明の実施例を図面に従って説明づれば以上の
通りである。

第１図は原理説明図であり、炭素鋼とし【管１の内壁を
３とじ管壁の肉厚をＴ＋　と７る。

而して、ローラ４を内壁３の一部に適宜にセットし、適
宜手段を解してＦなるツノを内壁３の表皮部に印加して
圧ｉ１Ｊ　”Ｉると、管壁３の肉厚Ｔ１は厚みΔＴ２だ
け凹みＴ２の肉厚に減ぜられ、そこで、該ローラー４を
管１の内壁３に泊って円周方向に所定に回転すると、該
へＴ２なる凹みを右する管壁３の溝５が管の内壁面に形
成されることになる。

而して、該ローラー４の回転を管軸方向に移動すれば、
ΔＴ２なる凹みを有する溝５は管軸方向に連続して形成
され、最終的には管壁３の肉厚Ｔ１はΔＴ２を減じ１；
Ｔ２の肉厚とケリ管の内壁の表皮部には減少した肉厚凹
み分Δ王２に相当する円周方向及びＩｋｌ＋方向の展延
が具現される。

さりながら、該管壁３の展延は実際には展延効果の及ば
ない外部の管壁に拘束されて展延部自身に自緊現象を起
こし、その結果、ローラー４によって展延された管１の
内壁３の表皮部にはｆＥ縮応力が内蔵されることになる
。

一方、管１の外壁２にローラー４を適宜にセットし、熱
管１の外壁２の表皮部に展延力１：Ｉ　を印加して圧迫
し、上述内壁３に対し行ったと同様の操作を外壁２に対
してもＲ？Ｉと管１の外壁２の表皮部に同様に圧縮応力
が内蔵される。

而して、上述工程を管１の外壁２及び内壁３に実施した
場合の管壁内におジノる応力分布の様相を示せば第２図
に示す通りで外壁２及び内壁３（Ｄ表皮部には圧縮応力
（−）が内蔵され、壁の内部にはこの圧力応力に対応す
る引張応力〈」−）が内蔵される。

そして、内外壁２．３双方の表皮部に圧縮応力（−）が
内蔵された管１は熱管１の内外に腐蝕性媒体が存在して
もこれに対抗１゛る耐■）５蝕性能を具備されるもので
ある。

又、第３図に示す態様は管１の外壁２のみに展延作用を
態様した応力分布様相図で管１の外壁２の表皮部に圧縮
応力（−）が内蔵され、この場合Ｃよ管１の外にある腐
蝕性媒体よりの腐蝕に対抗性を具備づることになる。

一方、第４図に示す態様は管内の腐蝕性媒体に対しての
み対抗性を右づるようにしたものであつて、管１の内壁
３の表皮部のみに圧縮応力（−）を内蔵せしめたちので
ある。

ぞして、第５．６図に示１態様は炭素鋼外管Ｇにステン
レス鋼内管１をクラッドし冶金的接合面８を有づ−るク
ラッド鋼管９内管壁にこの発明の製造方法を適用した例
であり、一般に炭素鋼どステンレス鋼のクラッドｍ管が
熱開成形及び熱処理の工程を経て製造された直後におい
ては線膨服係数が異なることの特徴として第５図に示す
ようにステンレス鋼管７の材料内には引張応力（＋）が
、又、炭素鋼管６の材料内には圧縮応力（−）が内蔵さ
れる。

そして、該ステンレス鋼管７の材料内に内蔵される引張
応力（＋）は先述の如く腐蝕に対して非常に悪い結果を
もたらすものである。

そこで、炭素鋼６とステンレス鋼７とのクラツド鋼管９
においてステンレス鋼管７材料内に内蔵する引張応力（
−１−）を何らかの方法によって圧縮応力に転換するこ
とが従来より試みられているが管の成形法とか熱処理法
等金属冶金的技術手段では至難とされているが、ステン
レス鋼内管７材ｌｉｔの硬度が炭素鋼外管６材料の硬度
より低いことを利用してローラー４による展圧力をステ
ンレス鋼内管壁に印加し、内管表皮部に圧縮応力を内蔵
せしめたのが第５図である。又第６図の様に該内管壁表
皮部より更に深部のクラッド面８にまで展圧力を及ぼし
て第５図にお（）る応力分布を根本的に改変し、ステン
レス鋼内管７壁全体を展延し、展延による自緊作用によ
って内管１の壁全体にｙＦ縮応力を内蔵１！シめ、炭素
鋼外管６壁にはこれに対応づる引張応力（−ト）を内蔵
μしめて耐蝕性を付与覆ることが出来る。

而して、第５図第６図に示す実施例は炭素鋼外管６にス
テンレス鋼内管７をクラッドし冶金的接合面８を右づ゛
るクラツド鋼についてこの発明の製造方法を適用した態
様であるが、炭素鋼外管６とスフ“ンレス鋼内管７が冶
金的に接合しない接面８のクラッド面を有する二重管に
この発明の製造り法を適用覆ることによって圧縮応力を
内へ檗仝体に、或は、内管壁表皮部に内装せしめこれに
Ｊ、り内管内面に腐蝕抗性を具備せしめることが出来る
。

又、上述態様と逆に外管ステンレス鋼管どし内管を炭素
鋼管としたクラツド鋼管の外壁面に展圧力を印加してス
テンレス鋼外管が管外のｍ曲性媒体に対して腐蝕抗性を
具備づ−るようにすることが出来る。

次に第７図に示す実施例について説明づると、ベース１
０に設け！、：スタンド１１．１１に上述の如く炭素鋼
外管１をレッ１〜し、ローラ４をアーム１２を介して有
する自転モータ１３を軸方向スライド可能に設け、ビー
ム１４を同芯状に該炭素鋼、管１内に渡設しスタンド１
５及び巻取装置１６を有するスタンド１７にツトし、リ
ール１８どモータ１３の芯１９にケーブル２０を張設し
ておく。

そこで、炭素鋼管１の一端側でモータ１３を回転させ、
ローラー４を管１の内壁面３に対し添接押圧さＵ自公転
々肋さけ、設定速度でケーブル２０を引（ことによりロ
ーラー４は管１の全内壁面３を抑圧展延する。

そして、前述の如く管１の内壁表皮部は展延ににり自緊
され、圧縮応力が内蔵される。

以上説明図においては管の内壁面或は外壁面企ローラー
により展延づる態様について説明し・たちのであるがロ
ーラーに代えるに打撃ピーニング或はショツトブラスト
等による機械的展延の方法を用いる事も可能である。

又図中の説明はローラーが管軸に直角の方向に回転する
場合を述べたものであるが［」−ラーの回転が管軸方向
或は管軸に対して斜方向に回転す゛る場合でも本発明の
基本原理である管壁展延の効果には異る所がない。

又、この発明において対象管はＢ１１素材管、複素材管
のいづれかを問わず、展延をうける素材が展延可能なも
のである限り何の制限も受（〕ないしのである。

以上この発明によれば、腐蝕性媒体に接しこれにより腐
蝕をこうむる可能性のある管の壁面の表皮部に展延力を
印加し、拡張作用を与えこれによる圧縮応力を残存せし
め高度の耐蝕性を容易にしかも確実に且つ低コス１−で
付与することが出来る優れた効果を奏４る。

而して、設定鋼の腐蝕性媒体の流通面にローラー等にま
り展圧ノｊを印加するだ（）で良く、作業が簡単で、工
数し少く、それだけ製造が容易に行える効果がある。

しかも、この発明にＪ、れば既し！！ＪＲ１１肉管に対
しても施工が行える利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示づものであり、第１図は原
理説明部分切截図、第２図は第１図応力分布斜視図、第
３．４図は第１図の外壁面及び内壁面に対Ｊる展延ノｊ
印加応ツノ分布説明斜視図、第５．６図は二重管の展性
力印加前後の応力分布斜視図、第γ図は具体的実施例の
縦断図である。 １．９・・・金属管、　　「、１−′　・・・展圧力千
　υむ　　ンｉｉ　　　正　　書く自　発）昭和５７年
１２月１３日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　　殿 ２、発明の名称 耐腐蝕性金属管のｌｌｌｌｌ法 ３、補正をづる者 事件どの関係　　特￥［出願人 住　　所　　神戸市須磨区離宮ボＩ町１丁目２−２３４
、補正命令の日イ」　　（自発） ５、補正の対象 明細書 ６、補正の内容 別紙の通り。 １、特許請求の範囲を次の如く訂正しまづ。 ［金属管壁面に展延力を印加して圧縮比ノコをイ１与ｕ
しめるようにした耐蝕性金属管の製造方法にｄ３いて、
該金属管壁面に局部的１莢厩展延力を連続してイ」与し
該金属管壁の表皮部を展延拡張１）、該展延拡張を介し
自緊作用を生ぜしめて該金属管壁表皮部に圧縮応力を内
臓せしめ耐蝕性を具備させるＪ：うにしたことを特徴と
した耐腐蝕性金属管の製造方法。」 ２、明細１１第２頁第１４行目の「近似１を「近時」に
訂正しまＪ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属管壁面に展延力を印加して圧縮応力を付与せしめる
   Ｊ：うにした耐蝕性金属管の製造方法において、該金属
   管壁面に局部的展延力を連続して付与し該金属管壁の表
   皮部を展延拡張し、該展延力拡張を介し自緊作用を生ぜ
   しめて該金属管壁表皮部に圧縮応力を内臓せしめ耐蝕性
   を具備させるようにしたことを特徴とした耐腐蝕性金属
   管の製造方法。