JPS60162728A - 管の残留応力改善方法 - Google Patents
管の残留応力改善方法Info
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- JPS60162728A JPS60162728A JP59015773A JP1577384A JPS60162728A JP S60162728 A JPS60162728 A JP S60162728A JP 59015773 A JP59015773 A JP 59015773A JP 1577384 A JP1577384 A JP 1577384A JP S60162728 A JPS60162728 A JP S60162728A
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- JP
- Japan
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- pipe
- tube
- stress
- residual
- induction heating
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- Pending
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
- C21D9/14—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes wear-resistant or pressure-resistant pipes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/34—Methods of heating
- C21D1/42—Induction heating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
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- Materials Engineering (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は管の残留応力改善方法に係わり、特に、腐食性
物質が接触させられる管に用いて好適な残留応力改善方
法に関するものである。
物質が接触させられる管に用いて好適な残留応力改善方
法に関するものである。
「従来技術」 、
一般に、鉄鋼材料においては、引張シ応力と腐食性物質
とが共存する場合、応力腐食割れが急速に進行すること
が知られて埴る。
とが共存する場合、応力腐食割れが急速に進行すること
が知られて埴る。
そζで従来では、前述した問題点を解消する丸めに、管
の腐食性物質が存在する側の面に残存する残留引張力応
力を除去するか、あるいは該面に積極的に残留圧縮応力
を生じさせることが考えられておル、その−具体例とし
て、第１図〜第参図に示す残留応力改善方法が挙げられ
る。。
の腐食性物質が存在する側の面に残存する残留引張力応
力を除去するか、あるいは該面に積極的に残留圧縮応力
を生じさせることが考えられておル、その−具体例とし
て、第１図〜第参図に示す残留応力改善方法が挙げられ
る。。
ここに挙げる従来の残留応力改善方法は、管の内部に腐
食性物質が存在する場合に、鎖管の内面Ｋｎｎ正圧縮応
力生じさせるようにしたものである。
食性物質が存在する場合に、鎖管の内面Ｋｎｎ正圧縮応
力生じさせるようにしたものである。
すなわち、管１の外周に第７図に示すように誘導加熱コ
イル２を配設し、該誘導加熱コイル２によって管ｌを加
熱するとともに、管ｌの内部に冷却材（冷却水）Ｗを送
力込んで内面を冷却することにより、管１の内外面間Ｋ
ｍＪ図に示すように温度差Ｔを与えて、第３図に示すよ
うに管ｌの外面＠に降伏点以上の圧縮の熱応カーリσを
生じさせ、かつ、内面側に降伏点以上の引張シの熱応力
＋ｄ１を生じさせる。次いで前記誘導加熱を停止して管
ｌを冷却することにより、第φ図に示すように、管ｌの
外面＠に残留引張力応力＋４’を生じさせ、かつ、内面
側に残留圧縮応力−４′を生じさせるのである。
イル２を配設し、該誘導加熱コイル２によって管ｌを加
熱するとともに、管ｌの内部に冷却材（冷却水）Ｗを送
力込んで内面を冷却することにより、管１の内外面間Ｋ
ｍＪ図に示すように温度差Ｔを与えて、第３図に示すよ
うに管ｌの外面＠に降伏点以上の圧縮の熱応カーリσを
生じさせ、かつ、内面側に降伏点以上の引張シの熱応力
＋ｄ１を生じさせる。次いで前記誘導加熱を停止して管
ｌを冷却することにより、第φ図に示すように、管ｌの
外面＠に残留引張力応力＋４’を生じさせ、かつ、内面
側に残留圧縮応力−４′を生じさせるのである。
しかしながら、このような従来の残留応力改善方法−あ
っては、管ＩＫ３！ｌ留応力改善に必要な温度差を与え
るために、多くの冷却材Ｗを必要とし、ｉな、該冷却材
Ｗを送シ込む丸めの付帯設備を必要とする企め、作業が
煩雑化しやすいといった改善すべき問題点が残されてい
る。
っては、管ＩＫ３！ｌ留応力改善に必要な温度差を与え
るために、多くの冷却材Ｗを必要とし、ｉな、該冷却材
Ｗを送シ込む丸めの付帯設備を必要とする企め、作業が
煩雑化しやすいといった改善すべき問題点が残されてい
る。
「発明の目的」
本発明は前述した従来技術の諸事情に鑑みてなされたも
ので、冷却材を用いることなく管の内外面間に残留応力
改善に必要な温度差を与えることのできる管の残留応力
改善方法を提供することを目的とする。
ので、冷却材を用いることなく管の内外面間に残留応力
改善に必要な温度差を与えることのできる管の残留応力
改善方法を提供することを目的とする。
「発明の構成」
本発明は前述した目的を達成するために１周波数の異な
る複数の高周波によって管をその一方の面側から管厚方
向に異なる深さで誘導加熱することにより、高周波によ
って発生させられる熱を相互に重畳させて管の内外面間
に変態温度よシも低い温度でかつ降伏点以上の熱応力を
生じさせる温度差を与え、次いで管を冷却することによ
シ、管の他方の面側に残留圧縮応力を生じさせることを
特徴とする。
る複数の高周波によって管をその一方の面側から管厚方
向に異なる深さで誘導加熱することにより、高周波によ
って発生させられる熱を相互に重畳させて管の内外面間
に変態温度よシも低い温度でかつ降伏点以上の熱応力を
生じさせる温度差を与え、次いで管を冷却することによ
シ、管の他方の面側に残留圧縮応力を生じさせることを
特徴とする。
「実施例」
以下、本発明を第ｊ図〜第１ダ図に示す一実施例に基づ
き説明する。
き説明する。
本実施例は、腐食性物質を輸送する管の内面に残留圧縮
応力を生じさせんとし光ものである。
応力を生じさせんとし光ものである。
すなわち、管１の外周に誘導加熱コイル２を配設し、該
誘導加熱コイル２に１周波数の異なる一種の高周波から
なる第！図に示すような変調波を有する電流Ａあるいは
周波数の異なる一種の高周波を重畳させ上第を図に示す
ような重畳波を有する電流Ｂを流して、管１を管厚方向
に異なる深さで誘導加熱する。
誘導加熱コイル２に１周波数の異なる一種の高周波から
なる第！図に示すような変調波を有する電流Ａあるいは
周波数の異なる一種の高周波を重畳させ上第を図に示す
ような重畳波を有する電流Ｂを流して、管１を管厚方向
に異なる深さで誘導加熱する。
該誘導加熱の深さは、高周波の周波数に関連して次式で
与えられる。
与えられる。
Ｓ＝（コπＪ１０″″シμｒ６ｆ）−１・・・・・・・
・・（１）但し、Ｓ：誘導加熱の深さ σ：導体（管）の導電率 ｆ：高周波の周波数 μｒ：実効導磁率 このような誘導加熱を行なうことによシ、周波数の高い
高周波によって、第７図（ａ）、（ｂ）に示すように浅
い加熱領域深さＳｌの加熱が行なわれるとともに、温度
分布曲線工１で示す温度分布が管１に与えられ、また、
周波数の低い高周波によって、第を図（＆）、（ｂ）に
示すように深い加熱領域深さＳ２の加熱が行なわれると
ともに、温度分布曲線Ｉ２で示す温度分布が管１に与え
られ、かつ、該両温度分布が重畳させられる。この結果
、管１に、第２図において温度分布曲線Ｉ３で示すよう
に、大きな温度勾配を有する温度分布を生じさせること
ができる。
・・（１）但し、Ｓ：誘導加熱の深さ σ：導体（管）の導電率 ｆ：高周波の周波数 μｒ：実効導磁率 このような誘導加熱を行なうことによシ、周波数の高い
高周波によって、第７図（ａ）、（ｂ）に示すように浅
い加熱領域深さＳｌの加熱が行なわれるとともに、温度
分布曲線工１で示す温度分布が管１に与えられ、また、
周波数の低い高周波によって、第を図（＆）、（ｂ）に
示すように深い加熱領域深さＳ２の加熱が行なわれると
ともに、温度分布曲線Ｉ２で示す温度分布が管１に与え
られ、かつ、該両温度分布が重畳させられる。この結果
、管１に、第２図において温度分布曲線Ｉ３で示すよう
に、大きな温度勾配を有する温度分布を生じさせること
ができる。
前述した加熱操作を管ｌの内外面間に残留応力改善に必
要な温度差Ｔを生じさせるまで継続して行ない、第１０
図に示すように、管ｌの内面に降伏点以上の引張シの熱
応力＋σ１を生じさせ、また、管１の外面に降伏点以上
の圧縮の熱応力−σ１を生じさせる。そして、前記温度
差Ｔを生じさせるのに必要な時間は、前述したように管
１内の温 一度分布の勾配を大きくすることができるの
で、極めて短くて済む。
要な温度差Ｔを生じさせるまで継続して行ない、第１０
図に示すように、管ｌの内面に降伏点以上の引張シの熱
応力＋σ１を生じさせ、また、管１の外面に降伏点以上
の圧縮の熱応力−σ１を生じさせる。そして、前記温度
差Ｔを生じさせるのに必要な時間は、前述したように管
１内の温 一度分布の勾配を大きくすることができるの
で、極めて短くて済む。
次いで、前記誘導加熱を停止して管ｌを冷却することに
よシ、第１／図に示すように、管１の外面に残留引張シ
応力十σ２を生じさせ、かつ、管ｌの内面に残留圧縮応
力−σ２を生じさせる。
よシ、第１／図に示すように、管１の外面に残留引張シ
応力十σ２を生じさせ、かつ、管ｌの内面に残留圧縮応
力−σ２を生じさせる。
一方、前述した管ｌの冷却の過程で、管１の温度分布が
第２図の鎖線で示すように平均化されたのちにさらに低
下する現象が生じる。該現象に起因して、管１の内外面
間に第１コ図に示すように一様な圧縮の熱応力−σ３が
生じ、さらに管１の冷却にともなって、第１Ｊ図に示す
ように管１の内外面間に一様な残留引張シ応力＋σ３が
生じて前述した残留応力＋σ２−σ２と重畳する。
第２図の鎖線で示すように平均化されたのちにさらに低
下する現象が生じる。該現象に起因して、管１の内外面
間に第１コ図に示すように一様な圧縮の熱応力−σ３が
生じ、さらに管１の冷却にともなって、第１Ｊ図に示す
ように管１の内外面間に一様な残留引張シ応力＋σ３が
生じて前述した残留応力＋σ２−σ２と重畳する。
この結果、冷却後における管ｌには、前記残留応力＋σ
２．−σ２と残留側、張応力十σ３との和の残留応力が
生じさせられる。
２．−σ２と残留側、張応力十σ３との和の残留応力が
生じさせられる。
そして、冷却された管ｌに生じる残留応力は、前述した
ように、管１の内外面間に温度差Ｔを生じさせるのに必
要な時間が短く、平均温度の上昇を極力抑えるとともに
温度差Ｔを十分に生じさせることができるので、前記残
留圧縮応力−σ２の絶対値を残留引張シ応力＋σ３の絶
対値よシも大きくすることができる。したがって、冷却
後における管１の内面に第１４ｃ図に示すように残留圧
縮応力−σ４を生じさせることができる。
ように、管１の内外面間に温度差Ｔを生じさせるのに必
要な時間が短く、平均温度の上昇を極力抑えるとともに
温度差Ｔを十分に生じさせることができるので、前記残
留圧縮応力−σ２の絶対値を残留引張シ応力＋σ３の絶
対値よシも大きくすることができる。したがって、冷却
後における管１の内面に第１４ｃ図に示すように残留圧
縮応力−σ４を生じさせることができる。
ここで、前述した本実施例を管厚Ｊａｇｍのステンレス
鋼管に周囲温度１０℃下で適用する場合における諸条件
について一例を示せば次のとおシである。
鋼管に周囲温度１０℃下で適用する場合における諸条件
について一例を示せば次のとおシである。
Ａ）高周波の周波数：ｆ１＝ユｊＫＩｌｚ、ｆｚ＝！ｏ
ＯＨｚＢ）加熱領域の深さ； Ｓ１＝１０ｗｘ、、Ｓｇ
＝コＯｗＩＣ）ｖｓ誘導加熱Ｄ出力； ｉ ｏ ｏ ｏ
ｋＷＤ）加熱時間 ；ノ０５〜３０戴 該Ａ）〜ｎ）の条件のもとに前記ステ／レス鋼管の処理
を行なった場合、該ステンレス鋼管の内外面間に約コｊ
０℃〜３００℃の温度差を生じさせ、かつ、冷却後にお
ける内面に−！ｋｇ／−以下の残留圧縮応力を生じさせ
ることがてきる。
ＯＨｚＢ）加熱領域の深さ； Ｓ１＝１０ｗｘ、、Ｓｇ
＝コＯｗＩＣ）ｖｓ誘導加熱Ｄ出力； ｉ ｏ ｏ ｏ
ｋＷＤ）加熱時間 ；ノ０５〜３０戴 該Ａ）〜ｎ）の条件のもとに前記ステ／レス鋼管の処理
を行なった場合、該ステンレス鋼管の内外面間に約コｊ
０℃〜３００℃の温度差を生じさせ、かつ、冷却後にお
ける内面に−！ｋｇ／−以下の残留圧縮応力を生じさせ
ることがてきる。
一方、第１ｊ図は、本発明の他の実施例を示すもので、
管ｌの長さ方向に沿う誘導加熱の範囲りを広くすること
によって、管ｌの冷却時に温度が平均化されることによ
シ生ずる残留引張シ応力十σ３の影響を抑えて、管１の
内面に生じる残留圧縮応力−σ４を大きくするようにし
たものである。
管ｌの長さ方向に沿う誘導加熱の範囲りを広くすること
によって、管ｌの冷却時に温度が平均化されることによ
シ生ずる残留引張シ応力十σ３の影響を抑えて、管１の
内面に生じる残留圧縮応力−σ４を大きくするようにし
たものである。
すなわち、前記管ｌの平均半径なＲとし、また管厚をｔ
として、前記誘導加熱の範囲りを３９４ｉ以上に設定す
ると、管１の被加熱部分が、第１ｊ図に示すように、管
径が大きくなるように熱変形して、該被加熱部分の管ｌ
の長さ方向く沿う変形に対する拘束力が減少する。ｔｆ
ｔ１被加熱部分の両端における種々の拘束が被加熱部分
の中心におよぶことを極力抑えることができる。
として、前記誘導加熱の範囲りを３９４ｉ以上に設定す
ると、管１の被加熱部分が、第１ｊ図に示すように、管
径が大きくなるように熱変形して、該被加熱部分の管ｌ
の長さ方向く沿う変形に対する拘束力が減少する。ｔｆ
ｔ１被加熱部分の両端における種々の拘束が被加熱部分
の中心におよぶことを極力抑えることができる。
し光がって、冷却の過程において温度が平均化されるこ
とＫともなって生じる一様な圧縮の熱応力−σ３を減少
させることができ、かつ、冷却後における残留引張力応
力＋σ３を減少させて、管１の内面に生じる最終的な残
留圧縮応力−σ４を大きくすることができる。
とＫともなって生じる一様な圧縮の熱応力−σ３を減少
させることができ、かつ、冷却後における残留引張力応
力＋σ３を減少させて、管１の内面に生じる最終的な残
留圧縮応力−σ４を大きくすることができる。
なお、前記実施例中、１つの誘導加熱コイル２によりて
変調波Ａあるいは重畳波Ｂを用いて誘導加熱を行なう例
について説明し七が、とｎＫ代えて、多数の誘導加熱コ
イルを用い、各誘導加熱コイルのそれぞれに異なる周波
数の高周波を流すことによって誘導加熱を行なうように
してもよい「発明の効果」 以上説明したように本発明に係わる管の残留応力改善方
法によれば、次のような優れ九効果を秦する。
変調波Ａあるいは重畳波Ｂを用いて誘導加熱を行なう例
について説明し七が、とｎＫ代えて、多数の誘導加熱コ
イルを用い、各誘導加熱コイルのそれぞれに異なる周波
数の高周波を流すことによって誘導加熱を行なうように
してもよい「発明の効果」 以上説明したように本発明に係わる管の残留応力改善方
法によれば、次のような優れ九効果を秦する。
■ 深さの異なる複数の誘導加熱を内時に行なって管を
加熱することにより、該管忙勾配の大きい温度分布を生
じさせることができるので、管の内外面間に残留応力改
善に必要な温度差を十分かつ迅速に与えて冷却材を不要
にすることができる。
加熱することにより、該管忙勾配の大きい温度分布を生
じさせることができるので、管の内外面間に残留応力改
善に必要な温度差を十分かつ迅速に与えて冷却材を不要
にすることができる。
■ 複数の高周波の周波数を選択して組み合わせること
によシ、加熱領域の深さや温度分布の勾配を容易に調整
することができるので、管厚の変化等に対応して最適な
温度分布を生じさせることができる。
によシ、加熱領域の深さや温度分布の勾配を容易に調整
することができるので、管厚の変化等に対応して最適な
温度分布を生じさせることができる。
■ 前記効果の相乗作用によシ、管の残留応力の改善を
確実かつ効率よ〈実施することができる。
確実かつ効率よ〈実施することができる。
図面中、第１図〜第参図は従来の管の残留応力改善方法
の一例を示すもので、第７図は管の加熱および冷却操作
を説明するための概略側面図、第一図は管の内外面間の
温度分布を示す模擬図、第３図は管の内外面間に生じる
熱応力を示す模擬図、第１図は管の内外面間に生じる残
留応力を示す模擬図、第ｊ図〜第７４Ｃ図は本発明の一
実施例を示すもので、第よ図および第を図は高周波を示
す模擬図、第７図および第ｒ図は各高周波による加熱領
域の深さおよび管の内外面間に生じさせられる温度分布
を示す模擬図、第り図は、各高周波によって最終的ＫＩ
’に生じさせられる温度分布を示す模擬図、第１０図お
よび第１Ｊ図は管の内外面間に生じさせられる熱応力を
示す模擬図、第１１図および第１Ｊ図は管の内外面間に
生じさせられる残留応力を示す模擬図、第１参図は管の
内外面間に最終的に生じさせられる残留応力を示す模擬
図、第１ｊ図は本発明の他の実施例を説明するための加
熱方法を示す概略図である。 ｌ・・・・・・管、２・・・・・・紡導加熱ツイル、Ａ
、Ｂ・・・・・・電流、Ｓ ｓ ＊ Ｓ ２・・・・・
・加熱領域深さ、Ｉｘ＊Ｉｚｅ１３・・・・・・温度分
布曲線。 出願人 石川島播磨重工業株式会社 ｅｅｅｏｏｅｅｏｅ。 第２図 第３図 第４図 ８犯 −α′ 第５図 第６図 第７図 （０）（ｂ） 第８図 （０） （ｂ） 第９図 第１Ｏ図 第１図 第１２図 第１３図 第１４図
の一例を示すもので、第７図は管の加熱および冷却操作
を説明するための概略側面図、第一図は管の内外面間の
温度分布を示す模擬図、第３図は管の内外面間に生じる
熱応力を示す模擬図、第１図は管の内外面間に生じる残
留応力を示す模擬図、第ｊ図〜第７４Ｃ図は本発明の一
実施例を示すもので、第よ図および第を図は高周波を示
す模擬図、第７図および第ｒ図は各高周波による加熱領
域の深さおよび管の内外面間に生じさせられる温度分布
を示す模擬図、第り図は、各高周波によって最終的ＫＩ
’に生じさせられる温度分布を示す模擬図、第１０図お
よび第１Ｊ図は管の内外面間に生じさせられる熱応力を
示す模擬図、第１１図および第１Ｊ図は管の内外面間に
生じさせられる残留応力を示す模擬図、第１参図は管の
内外面間に最終的に生じさせられる残留応力を示す模擬
図、第１ｊ図は本発明の他の実施例を説明するための加
熱方法を示す概略図である。 ｌ・・・・・・管、２・・・・・・紡導加熱ツイル、Ａ
、Ｂ・・・・・・電流、Ｓ ｓ ＊ Ｓ ２・・・・・
・加熱領域深さ、Ｉｘ＊Ｉｚｅ１３・・・・・・温度分
布曲線。 出願人 石川島播磨重工業株式会社 ｅｅｅｏｏｅｅｏｅ。 第２図 第３図 第４図 ８犯 −α′ 第５図 第６図 第７図 （０）（ｂ） 第８図 （０） （ｂ） 第９図 第１Ｏ図 第１図 第１２図 第１３図 第１４図
Claims (1)
- 周波数の異なる複数の高周波によって管を一方の面側か
ら厚さ方向く異なる深さで誘導加熱することにより、鎖
管の内外面間に変態温度よりも低い温度でかつ相異なる
方向の降伏点以上の熱応力を生じさせる温度差を与え、
次いで、前記誘導加熱を停止して管を冷却することによ
シ、管の他方の面側に残留圧縮応力を生じさせることを
特徴とする管の残留応力改善方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59015773A JPS60162728A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 管の残留応力改善方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59015773A JPS60162728A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 管の残留応力改善方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60162728A true JPS60162728A (ja) | 1985-08-24 |
Family
ID=11898124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59015773A Pending JPS60162728A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 管の残留応力改善方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60162728A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5049207A (en) * | 1988-09-05 | 1991-09-17 | Topy Industries Limited | Heat treatment process for bushing used in track of endless track tractor |
| JP2004292853A (ja) * | 2003-03-26 | 2004-10-21 | Denki Kogyo Co Ltd | 棒状部材の高周波焼入方法とその装置 |
| JP2005320626A (ja) * | 2004-04-06 | 2005-11-17 | Hitachi Ltd | 熱処理方法及びその装置 |
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-
1984
- 1984-01-31 JP JP59015773A patent/JPS60162728A/ja active Pending
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