JP7265131B2 - 金属管及び金属管の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態に係る金属管10の斜視図である。図2は、金属管10の縦断面図である。金属管10の縦断面とは、金属管10の中心軸X1を含む平面で金属管10を切断した断面をいう。中心軸X1に対して垂直な断面は横断面である。以下、中心軸X1が延びる方向を軸方向といい、金属管10の半径方向及び周方向を単に半径方向及び周方向という。
炭素(C)は、鋼中のオーステナイト相を安定化する。ただし、C含有量が多すぎる場合、粗大な炭化物が析出しやすくなり、鋼の耐食性、特に耐SCC性が低下する。したがって、C含有量は、0.008~0.03%である。
シリコン(Si)は、任意元素である。Siは、鋼を脱酸し、鋼の耐食性を高める。ただし、Si含有量が多すぎる場合、オーステナイト相の安定性が低下し、延性が低下する。したがって、Si含有量は、0~1%である。
マンガン(Mn)は、鋼を脱酸するとともに、オーステナイト相を安定化する。また、Mnは、σ相の析出を抑制しつつ、鋼の強度を高める。ただし、Mn含有量が多すぎる場合、鋼の耐食性が低下する。したがって、Mn含有量は、0.1~2%である。
クロム(Cr)は、鋼の耐食性を高める。ただし、Cr含有量が多すぎる場合、σ相に代表される金属間化合物が顕著に析出し、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Cr含有量は、20~35%である。
ニッケル(Ni)は、オーステナイト相を安定化し、鋼の耐食性を高める。ただし、Ni含有量が多すぎる場合、二相ステンレス鋼中のフェライト相の割合が減少する。さらに、σ相に代表される金属間化合物が顕著に析出する。したがって、Ni含有量は、3~10%である。
モリブデン(Mo)は、任意元素である。Moは、鋼の耐食性及び強度を高める。ただし、Mo含有量が多すぎる場合、σ相に代表される金属間化合物が顕著に析出する。したがって、Mo含有量は、0~5%である。
タングステン(W)は、任意元素である。Wは、鋼の耐食性を高める。ただし、W含有量が多すぎる場合、σ相に代表される金属間化合物が顕著に析出する。したがって、W含有量は、0~6%である。
銅(Cu)は、任意元素である。Cuは、オーステナイト相を安定化する。また、Cuは、フェライト相及びオーステナイト相の境界におけるσ相の生成を抑制する。Cuはさらに、鋼の強度を高める。ただし、Cu含有量が多すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は、0~3%である。
窒素(N)は、オーステナイト相を安定化する。Nは、二相ステンレス鋼の熱的安定性、強度及び耐食性を高める。ただし、N含有量が多すぎる場合、溶接欠陥であるブローホールが発生しやすくなる。さらに、溶接時の熱影響により粗大な窒化物が生成され、鋼の靭性及び耐食性が低下する。したがって、N含有量は、0.15~0.40%である。
次に、金属管10を製造する方法について説明する。金属管10の製造方法は、素管を準備する工程a)と、素管の管端部を加熱する工程b)と、素管の口絞り加工を行う工程c)とを備える。図3A~図3Eは、工程a)~工程c)を説明するための模式図である。
図3Aを参照して、工程a)では、金属の素管20を準備する。素管20は、例えば、マンネスマン製管法、又はユジーン・セジェルネ製管法等といった公知の製管法で継目無金属管を成形し、所定の長さに切断することで得られる。
工程b)では、素管20の管端部23を加熱する。素管20の管端部23は、金属管10の管端部13(図2)に相当する部分である。管端部23は、公知の加熱炉又は加熱装置を用い、σ相析出温度域未満の温度に加熱される。σ相析出温度域は、素管20においてσ相が析出する温度の範囲であり、素管20の材質及び温度保持時間に応じて定まる。工程b)では、素管20の材質と、管端部23が高温に保持される時間(金属管10の製造に要する時間)とに基づいてσ相析出温度域を導出し、このσ相析出温度域の下限値よりも低い温度に管端部23を加熱する。
工程c)では、素管20に対して口絞り加工を施して金属管10(図2)に成形する。
次に、金属管10を素材として新たな金属管を製造する方法について説明する。この製造方法は、口絞り金属管10を準備する工程と、準備された金属管10を引抜加工する工程と、を備える。図4は、金属管10の引抜加工に用いられる引抜装置40の模式図である。図5は、引抜装置40の部分拡大図である。
本実施形態では、口絞り金属管10の管端部13の外面131に、周方向に延びる溝133が設けられている。このため、金属管10が引抜加工に供され、管端部13がグリッパ42によって把持されたとき、グリッパ42の歯421を溝133に引っ掛けることができる。これにより、引抜加工の際、管端部13に対してグリッパ42が軸方向に滑るのを抑制することができる。その結果、グリッパ42の歯421に摩耗や欠け等が生じにくくなり、グリッパ42を長寿命化することができる。
グリッパの滑りを低減する溝の適切な位置を検証するため、有限要素法(FEM)による数値解析を実施した。FEM解析では、上記実施形態で説明した口絞り金属管10と同一形状を有する解析モデルを作成し、溝133の位置を変更しながら、引抜加工時の応力状態を調査した。FEM解析では、金属管10の引張強さを1100[MPa]とした。比較のため、管端部13に溝133が存在しない場合についても、引抜加工時の応力状態を調査した。
本開示による効果を確認するため、口絞り金属管の引抜試験を実施した。すなわち、複数種類の口絞り金属管を準備し、実際の引抜装置でこれらの金属管を引抜加工して管端部における破断の発生を調査した。また、金属管の種類ごとに引抜可能な本数を調査した。具体的には、金属管の種類ごとに、何らかの問題が発生して引抜試験を中断又は中止せざるを得なくなるまで引抜加工を実施し、引抜不能となった時点までの引抜本数を寿命本数とした。引抜試験の条件及び結果を表2に示す。
11:管本体
12:テーパ部
13:管端部
131:外面
133:溝
20:素管
23:管端部
231:外面
41:ダイス
42:グリッパ
421:歯
Claims (7)
- 引抜加工に供される金属管であって、
管本体と、
前記管本体の外径よりも小さい外径を有する管端部と、
前記管本体と前記管端部とを接続し、前記管端部に向かって縮径するテーパ部と、
を備え、
前記管端部は、
前記管端部の外面に形成され、前記金属管の周方向に延びる溝であって、前記管端部の基端から前記金属管の軸方向に前記管端部の前記外径の0.14倍以上離れて配置される前記溝、
を有する、金属管。 - 請求項1に記載の金属管であって、
前記管端部は、前記外面において平行に配置された複数の前記溝を有する、金属管。 - 請求項1又は2に記載の金属管であって、
前記金属管は、
質量%で、
C:0.008~0.03%、
Si:0~1%、
Mn:0.1~2%、
Cr:20~35%、
Ni:3~10%、
Mo:0~5%、
W:0~6%、
Cu:0~3%、及び、
N:0.15~0.40%を含有し、
残部がFe及び不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼管である、金属管。 - 引抜加工に供される金属管の製造方法であって、
a)金属の素管を準備する工程と、
b)前記素管の管端部を、前記金属のσ相析出温度域未満の温度に加熱する工程と、
c)加熱された前記管端部を外周側から加圧することにより、前記管端部を縮径させるとともに、前記管端部の外面に前記素管の周方向に延びる溝を形成する工程と、
を備え、
前記工程c)では、前記素管の軸方向において前記管端部の基端から縮径後の前記管端部の外径の0.14倍以上離れた位置に、前記溝を形成する、製造方法。 - 請求項4に記載の製造方法であって、
前記工程c)では、前記管端部の前記外面に、複数の前記溝を平行に形成する、製造方法。 - 請求項4又は5に記載の製造方法であって、
前記素管は、
質量%で、
C:0.008~0.03%、
Si:0~1%、
Mn:0.1~2%、
Cr:20~35%、
Ni:3~10%、
Mo:0~5%、
W:0~6%、
Cu:0~3%、及び、
N:0.15~0.40%を含有し、
残部がFe及び不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼管であり、
前記工程b)では、前記管端部を560℃以上、730℃以下の温度に加熱する、製造方法。 - 金属管の製造方法であって、
請求項1~3のいずれか1項に記載の金属管を準備する工程と、
前記金属管をダイスに通し、内面に複数の歯を有するグリッパで前記管端部を把持して、前記金属管を前記ダイスから引き抜く工程と、
を備える、製造方法。
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