粉末冶金加工を利用して一体型のヘッダ及び管取替え部分を製造する方法
【課題】コスト効率が高く、短い準備期間で可能で、かつ多くの取り付け溶接品を省くことができる、一体型のヘッダ及び管の取換え部分の製造方法を提供する。
【解決手段】一体型のヘッダ及び管取替え部分の製造方法であって、ヘッダと管の取替え部分のリバースモールド（逆形の型）を提供するステップと、微粒化鋼粉末を提供するステップと、リバースモールドを微粒化鋼粉末で充填するステップとを含んでいる。この方法は、モールドを熱間静水圧プロセス（ＨＩＰ）炉に挿入し、粉末を固めて焼結させ、ヘッダ及び管取替え部分の形状にするステップを更に含んでいる。
【解決手段】一体型のヘッダ及び管取替え部分の製造方法であって、ヘッダと管の取替え部分のリバースモールド（逆形の型）を提供するステップと、微粒化鋼粉末を提供するステップと、リバースモールドを微粒化鋼粉末で充填するステップとを含んでいる。この方法は、モールドを熱間静水圧プロセス（ＨＩＰ）炉に挿入し、粉末を固めて焼結させ、ヘッダ及び管取替え部分の形状にするステップを更に含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国仮出願６１／４８９５０５（出願日：２０１１年５月２４日）の優先権を主張する。
本出願は、一体型のヘッダ及び管の取替え部分の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの化石燃料プラントは連続的負荷運転のために建設され、現在重要なサイクル運転が出現し始めている。ヘッダおよび高温パイプなどの部材への大きな負荷は、一般的にしばしば部材の劣化、ひび割れおよび故障となるサイクル（繰返し）的運行を伴う。さらにサイクル運転は、ヘッダの長手方向の様々な部位での熱勾配をもたらし、これらの部位のオーバーヒートや損傷につながる可能性がある。損傷が発生したとき、ヘッダ全体を取り替えるか、またはヘッダの短い部位（通常およそ３フィート長（約９１ｃｍ）から８フィート長（約２４４ｃｍ））を取り除くかの選択に直面する。
【０００３】
炭素鋼又は低合金鋼のヘッダ、及び、ステンレス鋼のヘッダは、一般的にロール溶接（Ｒ＆Ｗ）プレート部分または押出しパイプ部分のいずれかを利用して作製される。貫通部（または穴）が、ヘッダの直径あたりで特定の長さに沿って特定の配向性にてヘッダに機械加工され、その後スタッブ管(stub tube)がその部材と接続される。スタッブ管は、製造者によって選択される多様な溶接方法によってヘッダに接続される。溶接させるヘッダに対するスタッブの形状（又は配置）のために、溶接はしばしば人力（手動）で行なわれ、検査が非常に困難である。従って、溶接の失敗と貫通部間の管すきま亀裂は、一般的な失敗メカニズムである。
【０００４】
取替え部分の入手は、しばしば１２ヶ月またはそれ以上の長い調達期間を必要とし、取替え部分または新しいヘッダが入手できるまで、製造者はプラントを休止させたり、収入を損失したりする結果となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】（なし）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの従来技術の欠点は、一体型のヘッダ及び管の取替え部分の製造方法を提供する本発明によって解消される。この方法は、ヘッダ取替え部分の製造に使用されていた従来の製造プロセスに対するコスト効率が高い代替策を提供し、短い準備期間を可能にし、多くの取り付け溶接品（ヘッダに対する幾多の管）を省くことができるため、ヘッダ取替え部分の全体的な品質を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの観点によれば、一体型のヘッダ及び管の取替え部分の製造方法は、ヘッダと管取替え部分のリバースモールド（逆形の型）を提供するステップと、微粒化鋼粉末を提供するステップと、リバースモールドを微粒化鋼粉末で充填するステップと、モールドを熱間静水圧プロセス（ＨＩＰ）炉に挿入し、粉末を固めて焼結させて、ヘッダと管取替え部分の形状にするステップとを含んでいる。
【０００８】
本発明とみなされる技術主題は、添付の図面と共に以下の説明を参考にすることで最も良く理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の一実施例に従う一体型のヘッダ・管取付物を示す。
【図２】図２は一体型のヘッダ・管取付物の製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［発明の詳細な説明］
【００１１】
図面によると、本発明の一実施例に従って形成された一体型のヘッダ・管取付部分が図１に符号「１０」で示されている。
【００１２】
本発明は、さらに短いリード時間と取替え部分の改良された全体的品質を提供する従来の製造プロセスに対する代替策を提供する。これは、全体的なＰＭ／ＨＩＰの一部として製造されるスタッブ管を備えた近似成形体である取替え部分を作製するため、粉末治金（ＰＭ）と熱間静水圧処理(ＨＩＰ)との組合せを利用する。スタッブ管をヘッダに結合させるのに溶接は不要である。このプロセスでは、やっかいな溶接結合部は完全に排除され、大幅に寿命が延びた一体型ヘッダアセンブリが得られる。この技術は、ヘッダとヘッダ取替物を扱う石油プラント、ＨＲＳＧプラント、およびその他の利用形態（化学、石油化学、パルプおよび紙）で利用されるヘッダに適用できる。
【００１３】
ヘッダ部分が一つの完成したシステムとして製造できるので、ＨＩＰ／ＰＭ技術はロール溶接または押出し製造ステップを排除する。さらに重要なことは、スタッブ管とヘッダが一つの継続的なＰＭ／ＨＩＰプロセスで一体的に製造されるので、ヘッダへのスタッブ管の結合工程が排除される。図２を参照すると、このプロセスは、ヘッダの図から得られる図１の短管部分を含む、損傷したヘッダ部分の正確な複製の設計（ブロック１１）を含む。次に、ヘッダ部分のリバースモールド（つまり成形容器）が、ヘッダ部分の最終形状を確立する炭素鋼材料から２つの半割体（またはそれ以上の分割体）によって形成される（ブロック１２）。モールドが組み立てられ、微粒化低合金鋼粉末で充填されて当該モールドを満たす（ブロック１３）。次に、モールドは真空化装置を用いて排気されて潜在的エアポケットを除去し、溶接によって密封される（ブロック１４）。
【００１４】
アセンブリ全体がその後ＨＩＰ炉に挿入され、高温および高圧処理され（通常は不活性アルゴン雰囲気下）、ヘッダの最終形状へと粉末を固めて焼結される（ブロック１６）。このアセンブリは、設定された時間、焼結温度に維持され、その後室温に冷却される（ブロック１７とブロック１８）。ヘッダを焼きならし及び焼戻し状態にするために追加の熱処理が必要となろう（ブロック１９）。この最終熱処理はモールドの内部又は外部で行なわれる。ヘッダが室温に戻ると、モールドの取り外しが必要となる（ブロック２０）。
【００１５】
この時点で、ヘッダは近似形状（ほぼ最終形状）の状態にある。最終的な（仕上がり）表面を得るべく残留物を除去するために、いく分かのクリーニングと研磨処理が必要であろう（ブロック２１）。この時点で２つの追加ステップも必要である。すなわち（１）内部貫通孔を作成するためにスタッブ管を中ぐり加工（穿孔）すること（ブロック２２）および（２）腔部領域の内径を面取りすること（ブロック２３）。これらのステップはＣＮＣミリング加工／穴あけ加工を利用して容易に達成できる。
【００１６】
これでスタッブ管はヘッダの一体的部分となり、過去において大きな問題であったヘッダとスタッブ管との間の溶接移行部は必要とされない。溶接部を取り除いたことは、熱膨張問題、金属疲労およびクリープ損傷の問題、並びに、しばしばスタッブ管の溶接取付部と関係するウエッジング(wedging)（くさび亀裂）を排除する。一体的スタッブ管であるため、当該スタッブ管を既存のボイラ管に取り付けるための溶接のみが必要であり、将来の損傷の可能性を大きく減少させる。形状は注意深く管理されるので、スタッブとヘッダとの間の反復可能なスムーズな移行部が達成でき、応力集中部形成の可能性を減少させる。
【００１７】
一体型のヘッダ及び管の取替え部分の製造方法について解説した。本発明の特定の実施例について解説したが、本発明の精神および範囲から逸脱せずに多様な改変が可能であることは当業者には明確であろう。従って、前述の本発明の好適実施例および本発明を実施するための最良形態の説明は例示的なものであり、本発明を限定することは意図されていない。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国仮出願６１／４８９５０５（出願日：２０１１年５月２４日）の優先権を主張する。
本出願は、一体型のヘッダ及び管の取替え部分の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの化石燃料プラントは連続的負荷運転のために建設され、現在重要なサイクル運転が出現し始めている。ヘッダおよび高温パイプなどの部材への大きな負荷は、一般的にしばしば部材の劣化、ひび割れおよび故障となるサイクル（繰返し）的運行を伴う。さらにサイクル運転は、ヘッダの長手方向の様々な部位での熱勾配をもたらし、これらの部位のオーバーヒートや損傷につながる可能性がある。損傷が発生したとき、ヘッダ全体を取り替えるか、またはヘッダの短い部位（通常およそ３フィート長（約９１ｃｍ）から８フィート長（約２４４ｃｍ））を取り除くかの選択に直面する。
【０００３】
炭素鋼又は低合金鋼のヘッダ、及び、ステンレス鋼のヘッダは、一般的にロール溶接（Ｒ＆Ｗ）プレート部分または押出しパイプ部分のいずれかを利用して作製される。貫通部（または穴）が、ヘッダの直径あたりで特定の長さに沿って特定の配向性にてヘッダに機械加工され、その後スタッブ管(stub tube)がその部材と接続される。スタッブ管は、製造者によって選択される多様な溶接方法によってヘッダに接続される。溶接させるヘッダに対するスタッブの形状（又は配置）のために、溶接はしばしば人力（手動）で行なわれ、検査が非常に困難である。従って、溶接の失敗と貫通部間の管すきま亀裂は、一般的な失敗メカニズムである。
【０００４】
取替え部分の入手は、しばしば１２ヶ月またはそれ以上の長い調達期間を必要とし、取替え部分または新しいヘッダが入手できるまで、製造者はプラントを休止させたり、収入を損失したりする結果となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】（なし）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの従来技術の欠点は、一体型のヘッダ及び管の取替え部分の製造方法を提供する本発明によって解消される。この方法は、ヘッダ取替え部分の製造に使用されていた従来の製造プロセスに対するコスト効率が高い代替策を提供し、短い準備期間を可能にし、多くの取り付け溶接品（ヘッダに対する幾多の管）を省くことができるため、ヘッダ取替え部分の全体的な品質を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの観点によれば、一体型のヘッダ及び管の取替え部分の製造方法は、ヘッダと管取替え部分のリバースモールド（逆形の型）を提供するステップと、微粒化鋼粉末を提供するステップと、リバースモールドを微粒化鋼粉末で充填するステップと、モールドを熱間静水圧プロセス（ＨＩＰ）炉に挿入し、粉末を固めて焼結させて、ヘッダと管取替え部分の形状にするステップとを含んでいる。
【０００８】
本発明とみなされる技術主題は、添付の図面と共に以下の説明を参考にすることで最も良く理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の一実施例に従う一体型のヘッダ・管取付物を示す。
【図２】図２は一体型のヘッダ・管取付物の製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［発明の詳細な説明］
【００１１】
図面によると、本発明の一実施例に従って形成された一体型のヘッダ・管取付部分が図１に符号「１０」で示されている。
【００１２】
本発明は、さらに短いリード時間と取替え部分の改良された全体的品質を提供する従来の製造プロセスに対する代替策を提供する。これは、全体的なＰＭ／ＨＩＰの一部として製造されるスタッブ管を備えた近似成形体である取替え部分を作製するため、粉末治金（ＰＭ）と熱間静水圧処理(ＨＩＰ)との組合せを利用する。スタッブ管をヘッダに結合させるのに溶接は不要である。このプロセスでは、やっかいな溶接結合部は完全に排除され、大幅に寿命が延びた一体型ヘッダアセンブリが得られる。この技術は、ヘッダとヘッダ取替物を扱う石油プラント、ＨＲＳＧプラント、およびその他の利用形態（化学、石油化学、パルプおよび紙）で利用されるヘッダに適用できる。
【００１３】
ヘッダ部分が一つの完成したシステムとして製造できるので、ＨＩＰ／ＰＭ技術はロール溶接または押出し製造ステップを排除する。さらに重要なことは、スタッブ管とヘッダが一つの継続的なＰＭ／ＨＩＰプロセスで一体的に製造されるので、ヘッダへのスタッブ管の結合工程が排除される。図２を参照すると、このプロセスは、ヘッダの図から得られる図１の短管部分を含む、損傷したヘッダ部分の正確な複製の設計（ブロック１１）を含む。次に、ヘッダ部分のリバースモールド（つまり成形容器）が、ヘッダ部分の最終形状を確立する炭素鋼材料から２つの半割体（またはそれ以上の分割体）によって形成される（ブロック１２）。モールドが組み立てられ、微粒化低合金鋼粉末で充填されて当該モールドを満たす（ブロック１３）。次に、モールドは真空化装置を用いて排気されて潜在的エアポケットを除去し、溶接によって密封される（ブロック１４）。
【００１４】
アセンブリ全体がその後ＨＩＰ炉に挿入され、高温および高圧処理され（通常は不活性アルゴン雰囲気下）、ヘッダの最終形状へと粉末を固めて焼結される（ブロック１６）。このアセンブリは、設定された時間、焼結温度に維持され、その後室温に冷却される（ブロック１７とブロック１８）。ヘッダを焼きならし及び焼戻し状態にするために追加の熱処理が必要となろう（ブロック１９）。この最終熱処理はモールドの内部又は外部で行なわれる。ヘッダが室温に戻ると、モールドの取り外しが必要となる（ブロック２０）。
【００１５】
この時点で、ヘッダは近似形状（ほぼ最終形状）の状態にある。最終的な（仕上がり）表面を得るべく残留物を除去するために、いく分かのクリーニングと研磨処理が必要であろう（ブロック２１）。この時点で２つの追加ステップも必要である。すなわち（１）内部貫通孔を作成するためにスタッブ管を中ぐり加工（穿孔）すること（ブロック２２）および（２）腔部領域の内径を面取りすること（ブロック２３）。これらのステップはＣＮＣミリング加工／穴あけ加工を利用して容易に達成できる。
【００１６】
これでスタッブ管はヘッダの一体的部分となり、過去において大きな問題であったヘッダとスタッブ管との間の溶接移行部は必要とされない。溶接部を取り除いたことは、熱膨張問題、金属疲労およびクリープ損傷の問題、並びに、しばしばスタッブ管の溶接取付部と関係するウエッジング(wedging)（くさび亀裂）を排除する。一体的スタッブ管であるため、当該スタッブ管を既存のボイラ管に取り付けるための溶接のみが必要であり、将来の損傷の可能性を大きく減少させる。形状は注意深く管理されるので、スタッブとヘッダとの間の反復可能なスムーズな移行部が達成でき、応力集中部形成の可能性を減少させる。
【００１７】
一体型のヘッダ及び管の取替え部分の製造方法について解説した。本発明の特定の実施例について解説したが、本発明の精神および範囲から逸脱せずに多様な改変が可能であることは当業者には明確であろう。従って、前述の本発明の好適実施例および本発明を実施するための最良形態の説明は例示的なものであり、本発明を限定することは意図されていない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型のヘッダ及び管取替え部分を製造する方法であって、
（ａ）ヘッダと管の取替え部分のリバースモールド（逆形の型）を提供するステップと、
（ｂ）微粒化鋼粉末を提供するステップと、
（ｃ）前記リバースモールドを前記微粒化鋼粉末で充填するステップと、
（ｄ）前記モールドを熱間静水圧プロセス（ＨＩＰ）炉に挿入し、前記粉末を固めて焼結させ、ヘッダ及び管取替え部分の形状にするステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２】
エアポケットを排除するため前記モールドを真空にするステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
真空状態を維持するために前記モールドを密封するステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記粉末を固めて焼結させるため、前記ＨＩＰ炉を高圧および高温にするステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ＨＩＰ炉は不活性ガス雰囲気下で高温および高圧にされる、ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ＨＩＰ炉を所定の時間だけ高温および高圧に維持するステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記モールドと焼結された粉末を室温に冷却するステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ヘッダ及び管取替え部分を熱処理するステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記ヘッダ及び管取替え部分を最終形状に仕上げ加工するステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記仕上げ加工ステップは、残留物を除去して最終表面を得るために前記ヘッダ及び管取替え部分の外面を研磨処理するステップを含んでいる、ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記仕上げ加工ステップは、内側貫通部を形成するため、前記ヘッダ及び管取替え部分のスタッブ管に穴あけ加工を施すステップを含んでいる、ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記仕上げ加工ステップは、前記ヘッダ及び管取替え部分の腔部領域の内側を面取りするステップを含んでいる、ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１】
一体型のヘッダ及び管取替え部分を製造する方法であって、
（ａ）ヘッダと管の取替え部分のリバースモールド（逆形の型）を提供するステップと、
（ｂ）微粒化鋼粉末を提供するステップと、
（ｃ）前記リバースモールドを前記微粒化鋼粉末で充填するステップと、
（ｄ）前記モールドを熱間静水圧プロセス（ＨＩＰ）炉に挿入し、前記粉末を固めて焼結させ、ヘッダ及び管取替え部分の形状にするステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２】
エアポケットを排除するため前記モールドを真空にするステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
真空状態を維持するために前記モールドを密封するステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記粉末を固めて焼結させるため、前記ＨＩＰ炉を高圧および高温にするステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ＨＩＰ炉は不活性ガス雰囲気下で高温および高圧にされる、ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ＨＩＰ炉を所定の時間だけ高温および高圧に維持するステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記モールドと焼結された粉末を室温に冷却するステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ヘッダ及び管取替え部分を熱処理するステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記ヘッダ及び管取替え部分を最終形状に仕上げ加工するステップをさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記仕上げ加工ステップは、残留物を除去して最終表面を得るために前記ヘッダ及び管取替え部分の外面を研磨処理するステップを含んでいる、ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記仕上げ加工ステップは、内側貫通部を形成するため、前記ヘッダ及び管取替え部分のスタッブ管に穴あけ加工を施すステップを含んでいる、ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記仕上げ加工ステップは、前記ヘッダ及び管取替え部分の腔部領域の内側を面取りするステップを含んでいる、ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２５５２０８（Ｐ２０１２−２５５２０８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１１３３１０（Ｐ２０１２−１１３３１０）
【出願日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【出願人】（５０７２９１５２３）エレクトリック パワー リサーチ インスティテュート，インク． (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１３３１０（Ｐ２０１２−１１３３１０）
【出願日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【出願人】（５０７２９１５２３）エレクトリック パワー リサーチ インスティテュート，インク． (15)
【Ｆターム（参考）】
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