JP4698946B2 - 金属管の製造方法 - Google Patents
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Description
1.(a)金属管ブランクと、(b)最小ギャップを有してこの管ブランクにより取り囲まれ、これと線接触する、細長い金属コアとを含むアセンブリを提供し、コアと管との間に潤滑剤が有効に用いられてもよく、
2.前記アセンブリを機械的加工により伸張し、これを管ブランクが所望の寸法を有する管に変換されるまで、コアとブランクとが同様の塑性流動速度を有する高温で行ってもよく(熱間加工)、またはアニール状態から冷間引抜きされ、
3.管ブランクの再結晶温度より高い温度にて、長さ方向の圧力下でアセンブリを真直ぐにしながら(straightening)、伸張したアセンブリを加熱処理し、
4.ステップ(3)の後、コアの長さ全体が延伸した状態になり、管は実質的に延伸しない処理をコアに対して行い、
5.延伸したコアを管から取り除き、
6.ステップ(5)の後、処理ステップ(1)から(5)を繰り返してより小さい管サイズを得ることもでき、
7.ステップ(5)の最終コア除去(decore)の後で、かつ仕上げサイズの前に、好ましくは、管に対し、引き続き変形可能でないマンドレルまたは遊動プラグ上を引抜きパス(drawing pass)を行い、及び/または空引き処理と組み合わせて、表面品質を改良するとともに、径及び壁の寸法の精度を高め、
8.ステップ(7)の最終引抜きパスの後、再結晶温度より高い温度で、長さ方向の圧力下にて真直ぐにしながら、管を加熱処理する。
本発明で使用されるコアは満足できる結果を提供しなければならず、同時に、管ブランクとコアとのアセンブリが組み立てられ、アセンブリが機械的に加工され、機械的加工の完了後、コアが延伸された状態に変換される。コアが機械的加工及びコア除去の容易性の要件を満たすようにコア金属を選択する基準が、先行特許(米国特許第5,709,021号)に記載されている。形状記憶合金、例えばNiTiの管の製造のために、本発明に開示される改良の基準を満たすには、コア金属も好ましくは、選択された加工条件下で実質的に同じ加工特性を有するNiTi合金であり、これにより、コアが管から押出し成形される、または管に引き込まれる程度が制限される。また、NiTiコア金属が変形した状態で、20℃を超える逆マルテンサイト変態開始(As)温度(reverse martensitic transformation start temperature)を有することも好ましい。アセンブリを周囲以下温度または低温で延伸して製造することにより、超弾性コアも適当に機能する。このようなNiTiコアは、減少した径に変形され、管ブランクとともに組み立てられ、その後、アニーリング処理中にAf温度以上に加熱されると、元の径を回復する。また、米国特許第4,631,094号に記載されるように、元来超弾性のコアは、例えば、回復可能な歪み限界を超えて延伸することによって過剰変形(over-deformed)する可能性もあり、オーステナイト変態温度を一時的に周囲温度以上に上昇させる。このような過剰変形後の元来超弾性のコアは、オーステナイト変態温度以上に加熱されるまで、変形状態において安定したジオメトリを有する。このような処理を用いることで、元来超弾性のコアを、低温まで冷却することなく挿入及び除去できる。開始寸法及び仕上げ寸法を適切に選択することで、形状記憶によるコア直径の回復が、コアと管ブランクとのアセンブリギャップを最小減にする。例えば、直径1.00インチのコアを、内径が1.02インチのブランクに組み立てると、アセンブリギャップは0.02インチになる。本発明によれば、NiTiコアは、スエージ加工、引抜き加工、または延伸加工により、組み立てが簡単な減少径に冷間加工でき、加熱すると、その直径の2%を回復することができ、1.00インチの仕上げ直径に心なし研磨される。心なし研磨されたNiTiコアが管ブランクと組み立てられてアセンブリを形成し、その後、加熱されることによりコアの形状回復を誘引する。こうして、コアの2%の直径回復によって0.02インチのアセンブリギャップが消滅し、後続の減面処理において、管ブランクの内径IDをコアの直径に抗してスムーズに減少することができる。コアの直径にぴったり抗してブランクのIDを減少させることで、後続の減少ステップにおけるスムーズなID仕上げを確実に維持できる。この処理は、コアを除去する中間ステップの後にコア材料を再挿入するために、ステップ(5)においても使用することができる。
第1の処理ステップに続き、管ブランクとコアとのアセンブリに、管が所望の最終寸法を有するまでアセンブリを伸張するための機械的加工を施す。このような処理には、高温及び/または低温引抜きステップ後のアニーリングを伴う低温での、徐々に減少する直径のダイスによる複数引抜き(multiple drawing)を含む。本発明では、管ブランクとコアとが同様の塑性流動特性を有するアセンブリであっても、管と引抜きダイスとの間に大きな摩擦が存在するため、通常の引抜き処理では、しばしば、管とコアとの間に異なる伸長を引き起こすことがわかった。さらに、引抜き温度を変えることで、コアと管との相対的な伸長を操作することができ、したがって、適切に最適化された引抜き温度を選択すれば、管とコアとの相対的な伸長差を最低限にして、ID対ODの比及びIDの滑らかさをより良く維持できることもわかった。例えば、Ti−55.8wt.%Niの管とTi−54.5wt.%Niのコアとによるアセンブリを400℃未満の温度で引抜くと、常にコアよりも管の方が伸長が大きくなるが、引抜き温度を600℃に上げると、管とコアとの伸長が同様になる。管を600℃で引抜くことによりIDとODの比がより良く維持され、それより高いまたは低い温度で引抜いた管に比べ、ID表面がはるかに滑らかになることが認められた。
コア除去処理については、米国特許第5,709,021号に記載されている。
ここに説明した改良を用いたとしても、変形可能なマンドレル処理では寸法の公差、特に壁厚の精度に固有の限界が見られることがわかった。例えば、変形可能なマンドレル処理を用いて1.25インチのODから0.05インチのODに引抜いた後のTi−55.8wt%Ni管は、0.88から0.92の範囲の一般的な同心度(concentricity)(最小厚さ/最大厚さ)を有する。しかしながら、高い(熱間またはウォーム引抜き)温度と周囲(冷間引抜き)温度のいずれかでの変形可能マンドレル引抜き処理によって製造された管を取り出し、変形可能でないマンドレルの多数回のパスによって管を引抜くことにより同心度及び寸法制御がかなり改良されることが判明した。例えば、変形可能なマンドレル処理を用いて製造され、0.92の同心度を有する0.235インチのODと0.196インチのIDを有する管を取り出し、続いて、この管を、硬化スチールの固定マンドレルを用いて0.192インチODに引抜いた場合、同心度が徐々に0.95まで改良された。他の例では、変形可能なマンドレル処理によって製造された0.062インチOD及び0.0508インチIDの管は、通常、0.902から0.926の範囲の同心度を有する。このサイズの管は、同一の変形可能なマンドレル処理によって、まず0.083インチOD及び0.0626インチIDに形成し、コア除去及びアニーリングの後、変形可能でない硬化スチールマンドレルを使用して、0.062インチOD及び0.0508インチIDに引抜くことでも製造できる。このようなハイブリッド引抜き処理によって製造された管は、一貫して、より良く制御された寸法及び一般に0.946から0.978の範囲の改良された同心度を示す。遊動プラグ引抜き処理を用いても同心度に関して同様の改良が達成されるはずである。変形可能でないマンドレル処理または遊動プラグ処理もまた、OD及びID、したがってOD/ID比をよりよく制御するが、これは、ODが引抜きダイスのサイズによって正確に制御され、IDはマンドレルまたはプラグの径によって正確に寸法決めされるためである。
次に、図面を参照する。図1及び図2は、本発明における開始材料としての使用に適し、コア2を取り囲む管ブランク1を含むアセンブリを示す。管ブランク1とコア2との間には、潤滑剤の非常に薄い層3が設けられている。図3は、図1及び図2に示される初期アセンブリの機械加工によって準備され、管11と伸長したコア12とを含む、伸長されたアセンブリを示す。
Claims (30)
- 継目なし管の製造方法であって、
アセンブリを用意し、該アセンブリは、
i金属管ブランクと、
ii前記管ブランクによって、間に最小ギャップを有して取り囲まれ、かつ接触される、形状記憶効果材料を冷間加工した細長い金属コアと、を含み、
前記管ブランクが所望の寸法の管に変換されるまで、機械加工によって前記アセンブリを伸長し、
前記伸長したアセンブリを加熱処理して前記コアの形状回復を誘引し、
(i)前記コアが長さ全体で延伸された状態になり、(ii)前記管を実質的に延伸しない処理を前記コアに行い、
前記延伸したコアを前記管から取り除き、
さらに、前記管に対し、変形可能でないマンドレル上での引抜きパスを行い、径及び壁の寸法精度を高め、内径及び外径の表面品質を高める、
方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、前記管に対し、遊動プラグ上での引抜きパスを行う、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、さらに、その後、前記管に対して遊動プラグ上での引抜きパスを行うステップを含む、方法。
- 請求項1に記載の方法において、延伸された状態の前記コア金属は、20℃より高い逆マルテンサイト変態開始(As)温度を有する、方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記コアは、減少された径に変形され、前記管ブランクに組みつけられ、その後、加熱処理においてAf温度より高温に加熱されると、元の直径の少なくとも一部を回復する、方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記コア金属は、周囲温度において少なくとも部分的な超弾性を示し、20℃より低い逆マルテンサイト変態開始(As)温度を有する、方法。
- 請求項4に記載の方法において、前記コアは、前記As温度より低温で、延伸されて前記管ブランクに組み付けられる、方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記ステップ「b」は熱間引抜きであり、引抜きにおける前記コアと前記管との相対的な伸長を解消する、方法。
- 請求項8に記載の方法において、前記熱間引抜きにおける温度は、前記管と前記コアとの相対伸長差を最小化するために選択される、方法。
- 請求項9に記載の方法によって製造された継目なし管において、前記引抜き周囲温度は、約200℃から700℃である、管。
- 請求項1に記載の方法において、前記管はNiTiであり、前記コアはNiTiであり、前記コアは前記管と同様の流動特性を有する、方法。
- 請求項11に記載の方法において、延伸された状態の前記NiTiコア金属は、20℃より高い逆マルテンサイト変態開始(As)温度を有する、方法。
- 請求項12に記載の方法において、前記コアは、前記管ブランクとで形成される、径が減少したアセンブリに変形され、その後、加熱中に前記Af温度より高温に加熱されると、少なくとも元の径の一部を回復する、方法。
- 請求項11に記載の方法において、前記コア金属は、周囲温度において少なくとも部分的な超弾性を示し、20℃より低い逆マルテンサイト変態開始(As)温度を有する、方法。
- 請求項14に記載の方法において、前記コアは、前記As温度より低温で、延伸されて前記管ブランクと組み付けられる、方法。
- 請求項13または15に記載の方法において、開始寸法及び仕上げ寸法は、前記コアの直径の形状記憶による回復が前記コアと前記管ブランクとのアセンブリギャップを最小化するように選択される、方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記コアが使用され前記管ブランクに組み付けられ、加熱により前記コアの形状回復力が誘導されて、任意のギャップを最小化するとともに、後続の減少処理において前記コアの直径に抗する管ブランクIDのスムーズな減少を可能にするとともに、後続の減少処理においてスムーズなID仕上げの維持を確保する、方法。
- 請求項17に記載の方法において、コア除去の中間ステップの後にコアを再挿入するために、5ステップ目において心なし研磨を用いる、方法。
- 継目なし管を製造する方法であって、
(i)金属管ブランクと、(ii)前記管ブランクによって、間に最小ギャップを有して取り囲まれ、かつ接触される、冷間加工した細長い金属コアと、を含むアセンブリを用意し、
機械加工によって前記アセンブリを伸長し、
前記伸長したアセンブリを加熱処理して前記コアの形状回復を誘引し、
前記コアが長さ全体で延伸された状態になり、前記管を実質的に延伸しない処理を前記コアに行い、
前記延伸したコアを前記管から取り除き、
前記管に対して変形可能でないマンドレルまたは遊動プラグ上で引抜き、これにより、径及び壁の寸法精度を高め、内径及び外径表面品質を改良する、方法。 - 請求項19に記載された方法によって製造された継目なし管。
- 請求項1に記載の方法によって製造された継目なし管において、前記変形された状態の前記コア金属は、20℃より高い逆マルテンサイト変態開始(As)温度を有する、管。
- 請求項1に記載の方法によって製造された継目なし管において、前記コアは、減少された径に変形され、前記管ブランクに組みつけられ、その後、加熱処理においてAf温度以上に加熱されると、加熱処理中に元の直径の少なくとも一部を回復する、管。
- 請求項1に記載の方法によって製造された継目なし管において、前記コア金属は、周囲温度において少なくとも部分的な超弾性を示し、20℃より低い逆マルテンサイト変態開始(As)温度を有する、管。
- 請求項1に記載の方法によって製造された継目なし管において、前記管はNiTiであり、前記コアはNiTiであり、前記コアは前記管と同様の流動特性を有する、管。
- 請求項24に記載の継目なし管において、変形状態の前記NiTiコア金属は、20℃より高い逆マルテンサイト変態開始(As)温度を有する、管。
- 請求項24に記載の継目なし管において、前記コアは、前記管ブランクとで形成される、径が減少したアセンブリに変形され、その後、前記Af温度以上に加熱されると、加熱中に少なくとも元の径の一部を回復する、管。
- 請求項24に記載の継目なし管において、前記コア金属は、周囲温度において少なくとも部分的な超弾性を示し、20℃より低い逆マルテンサイト変態開始(As)温度を有する、管。
- 請求項27に記載の継目なし管において、前記コアは、前記As温度より低温で、延伸されて前記管ブランクと組み付けられる、管。
- 請求項1に記載の方法において、前記コアと前記管ブランクとの間に潤滑剤が使用される、方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記潤滑剤はグラファイト及び/または二硫化モリブデンである、方法。
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