金属二重管の製造方法
【課題】得られる金属二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させ、密着性を確保できる金属二重管の製造方法を提供する。
【解決手段】加工用ダイスとしてテーパーダイス２を用いる冷間引抜きによって、外管１１の内面に内管１２の外面が接してなる金属二重管１を製造する方法であって、下記（１）式により算出され、テーパーダイス２のアプローチ部２ａで外管１１と内管１２とが接触する長さＬ（ｍｍ）が、下記（２）式を満たす条件とし、空引きすることを特徴とする金属二重管の製造方法である。ここで、ｄｏ１は冷間引抜き前の外管１１外径（ｍｍ）、ｚは冷間引抜き前における外管１１と内管１２とのクリアランス（ｍｍ）、ｄ１は冷間引抜きにより得られた金属二重管１の外径（ｍｍ）、αはテーパーダイス２のアプローチ部２ａの角度（°）である。
Ｌ＝（ｄｏ１−ｄ１−２ｚ）／２ｓｉｎα ・・・（１）
１．３５≦１／Ｌ≦１０ ・・・（２）
【解決手段】加工用ダイスとしてテーパーダイス２を用いる冷間引抜きによって、外管１１の内面に内管１２の外面が接してなる金属二重管１を製造する方法であって、下記（１）式により算出され、テーパーダイス２のアプローチ部２ａで外管１１と内管１２とが接触する長さＬ（ｍｍ）が、下記（２）式を満たす条件とし、空引きすることを特徴とする金属二重管の製造方法である。ここで、ｄｏ１は冷間引抜き前の外管１１外径（ｍｍ）、ｚは冷間引抜き前における外管１１と内管１２とのクリアランス（ｍｍ）、ｄ１は冷間引抜きにより得られた金属二重管１の外径（ｍｍ）、αはテーパーダイス２のアプローチ部２ａの角度（°）である。
Ｌ＝（ｄｏ１−ｄ１−２ｚ）／２ｓｉｎα ・・・（１）
１．３５≦１／Ｌ≦１０ ・・・（２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きによる金属二重管の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、得られる金属二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させ、密着性を確保できるとともに、金属二重管の生産性を向上できる金属二重管の製造方法に関する。
【０００２】
なお、別に記載がない限り、本明細書における用語の定義は次のとおりである。
「面圧」：外管と内管の界面に発生する圧力であって、後述する算出式を用いた方法により測定することができる。
【背景技術】
【０００３】
高速増殖炉プラントでは、原子炉内の冷却に用いた高温の液体金属ナトリウムを蒸気発生器に導入し、水と熱交換して蒸気を発生させる。この際、上記の蒸気発生器を構成する伝熱管には、外管と内管とを機械的に密着させた二重壁構造の管材（以下、「二重管」という）が用いられる。蒸気発生器を構成する伝熱管に二重管を用いるのは、次の理由による。
【０００４】
蒸気発生器内では、伝熱管の内部に水が通され、その外部に液体金属ナトリウムが通される。このとき、伝熱管に肉厚方向へ貫通する亀裂が発生して液体金属ナトリウムが水と接触すると、爆発的な反応を起こすことから、伝熱管の肉厚方向に貫通する亀裂は、極めて危険である。
【０００５】
一重壁で構成されるソリッド管材は、内外面のいずれか一方面に発生した表面欠陥が他方面に伝播して肉厚方向に貫通した亀裂が発生しやすい。一方、二重管は、外管内面と内管外面とが機械的に接している構成であるから、壁面に発生した亀裂が他方の壁面に直ちに伝播して内管と外管の両方の肉厚を貫通する亀裂を発生するおそれがない。このように、二重管は耐亀裂性に優れることから、蒸気発生器を構成する伝熱管には二重管が用いられる。
【０００６】
一方、二重管は伝熱管として用いられるので、熱伝導性が優れていることが求められる。外管と内管に隙間が生じると、隙間に入り込んだ雰囲気が熱交換に介在することになり、熱伝導性が大きく損なわれる。このため、二重管では、外管と内管の界面に面圧を発生させることにより密着性を確保する。また、蒸気発生器に用いられた二重管の使用温度は、４５０℃〜５００℃となることから、この温度域を含めた広範囲の温度域で二重管の外管と内管の密着性を確保する必要がある。
【０００７】
二重管に面圧を発生させて密着性を確保する方法に関して従来から種々の提案がなされており、例えば特許文献１がある。特許文献１で提案される二重管の製造方法では、外管と内管の隙間を０．０２ｍｍ以下になるよう空引きやプラグ引きにより縮径加工して二重管とした後、中拡げプラグにより二重管の内管を拡径加工する。特許文献１で提案される二重管の製造方法では、中拡げプラグにより二重管の内管を拡管する際、内管を塑性変形により拡径させるのに対し、外管を弾性変形の範囲内で変形させることにより、外管に縮径方向の残留応力を生じさせて密着性を確保するとしている。
【０００８】
しかし、特許文献１に提案される二重管の製造方法では、空引きやプラグ引きによる縮径加工を行った後、別の工程で中拡げプラグにより拡径加工する必要があることから、工程の増加により生産性が悪化する。また、特許文献１に提案される二重管の製造方法では、中拡げプラグにより拡径加工する際に内管内面と中拡げプラグが接触することから、内管内面に潤滑処理を施す内面潤滑工程が必要となる。ここで、高速増殖炉の蒸気発生器で伝熱管として用いられる二重管は、一般的に長さが１５ｍ以上である長尺管であることから、二重管の内管および外管も長尺となる。このため、内管内面の潤滑処理で作業性が低下するので、二重管の生産性がさらに悪化する。また、内管内面の潤滑処理を施すことができる長さには限界があることから、より長尺な二重管を製造するのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５８−４１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の通り、従来の金属二重管の製造方法では、外管と内管の界面に面圧を発生させるため、縮径加工を行った後に中拡げプラグによる拡径加工したり、長尺な内管内面に潤滑処理を施したりする必要があることから、生産性が悪化する。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、得られる金属二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させ、密着性を確保できるとともに、金属二重管の生産性を向上できる金属二重管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記問題を解決するため、加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いた冷間引抜きであって、プラグを用いない空引きにより、得られる二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させる方法について検討した。
【００１３】
図１は、テーパーダイスを用いた空引きによる金属二重管の冷間引抜きの一例を示す模式図である。同図には、被加工材である外管１１および内管１２と、加工用ダイスであるテーパーダイス２とを示し、ハッチングを施した矢印で被加工材の引抜き方向を示す。テーパーダイス２は、外管１１および内管１２をダイスの入側から出側に案内するため、入側のアプローチ部２ａと、一定の内径を有し管材の加工形状を決定するベアリング部２ｂと、出側の逃げ部２ｃとを備える。テーパーダイス２のアプローチ部２ａの形状は、内径が縮小するテーパー状であり、両角で規定される。アプローチ部２ａの両角は、アプローチ部２ａの角度α（°）により、２αで表すことができる。
【００１４】
このようなテーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにより、得られる二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させるため、本発明者らは、冷間引抜き前の外管と内管とのクリアランスｚに注目した。ここで、外管と内管とのクリアランスｚは、図１に示すように、冷間引抜き前の外管内面と内管外面との間隔であり、冷間引抜き前の外管内径ｄｏ２と、冷間引抜き前の内管外径ｄｉ１とから、下記（３）式により求めることができる。
ｚ＝（ｄｏ２−ｄｉ１）／２ ・・・（３）
【００１５】
本発明者らは、後述する実施例の表２の試験番号１〜７に示すように外管と内管とのクリアランスｚを変更し、アプローチ部の両角（２α）が３０°であるテーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにより二重管を得る試験を行った。
【００１６】
図２は、冷間引抜き前の外管と内管とのクリアランスと冷間引抜きにより得られた二重管に発生した面圧との関係を示す図である。同図から、クリアランスが０．５ｍｍ未満と小さい場合は得られた二重管に発生した面圧がいずれも２０ＭＰａを超え、クリアランスを０．５〜０．７ｍｍと中程度の場合は得られた二重管に発生した面圧がいずれも３０ＭＰａを超え、クリアランスが０．７ｍｍを超えた場合は得られた二重管に発生した面圧はいずれも５ＭＰａ以下であった。
【００１７】
このように、本発明者らは、クリアランスを変更することにより得られた二重管に発生する面圧が変化し、クリアランスには最適値が存在することを明らかにした。本発明者らは、クリアランスを変更することにより得られる二重管の面圧が変化する現象を解明するため、テーパーダイスのアプローチ部およびベアリング部で外管および内管が変形するメカニズムを調査した。変形メカニズムの調査は、冷間引抜きを途中で中止し、この冷間引抜き途中の二重管を長手方向に平行な断面で切断し、切断面の形状を観察することにより行った。
【００１８】
図３は、長手方向に平行な断面で切断した冷間引抜き途中の二重管の切断面を示す模式図であり、同図（ａ）はクリアランスが小さい場合、同図（ｂ）はクリアランスが中程度の場合、同図（ｃ）はクリアランスが大きい場合をそれぞれ示す。同図には冷間引抜き途中の二重管１の外管１１および内管１２を示し、冷間引抜きを途中で中止した際にテーパーダイスのアプローチ部とベアリング部の境界と接触していた外管外面の位置を破線矢印で指し示す。同図では、左側がテーパーダイスの入側、右側がテーパーダイスの出側であり、冷間引抜きを途中で中止した際に破線矢印の左側の外管外面はアプローチ部と、破線矢印の右側の外管外面はベアリング部とそれぞれ接触していた。
【００１９】
変形メカニズムの調査では、テーパーダイスのアプローチ部およびベアリング部で外管および内管が変形する際のクリアランスの変化に着目し、クリアランスが０（ゼロ）となって外管内面と内管外面とが接触する位置１ａを確認した。その結果、クリアランスが小さい場合は、同図（ａ）に示すように、外管と内管の接触位置１ａは、アプローチ部とベアリング部の境界の前（左側）であり、アプローチ部による加工途中であった。また、クリアランスが小さい場合、内管の変形が大きいことが確認される。
【００２０】
また、クリアランスが中程度の場合、同図（ｂ）に示すように、外管と内管の接触位置１ａは、アプローチ部とベアリング部の境界の直前であり、アプローチ部とベアリング部の境界とほぼ同位置となった。クリアランスが大きい場合、同図（ｃ）に示すように、外管と内管の接触位置１ａは、アプローチ部とベアリング部の境界の後（右側）であり、アプローチ部による加工の際には外管と内管とは接触することがなかった。また、クリアランスが大きい場合、内管の変形はほとんど認められなかった。
【００２１】
このようにクリアランスを変更することにより、テーパーダイスのアプローチ部およびベアリング部で外管および内管が変形する際に外管と内管とが接触する位置が移動し、得られる二重管に発生する面圧が増減することが明らかとなった。そこで、本発明者らは、外管と内管の接触位置の移動を、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さ（以下、単に「接触長さ」ともいう）により評価することを試みた。
【００２２】
本発明で規定する外管と内管とが接触する長さＬは、前記図１に示すように、テーパーダイス２のアプローチ部２ａで外管１１の内面と内管１２の外面とが接触する長さである。この接触長さＬは、後述する（１）式（近似式）により算出することができるので、本発明者らは、接触長さと二重管に発生する面圧との関係を調査した。
【００２３】
後述する図４は、テーパーダイスのアプローチ部における外管と内管との接触長さと二重管に発生した面圧との関係を示す図である。同図から、テーパーダイスのアプローチ部で接触長さが短いほど、得られる二重管に発生する面圧が増加することが確認される（同図の破線矢印参照）。しかし、接触長さが０、すなわち、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触しない場合、得られる二重管に発生する面圧が著しく減少することが確認される。
【００２４】
また、接触長さが０．１以下になると外管および内管の部分的な真円度不良(楕円化)や偏肉の影響で円周方向で部分的に外管と内管が接触しない箇所が発生し始める。そのため、面圧が低下するおそれがある。従って、接触長さＬは０．１以上が必要である。
【００２５】
本発明者らは、接触長さが０を超える場合、すなわち、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する場合について、さらに接触長さの逆数（１／Ｌ）と二重管に発生する面圧との関係を確認した。
【００２６】
後述する図５は、接触長さの逆数と二重管に発生した面圧との関係を示す図である。同図から、接触長さの逆数（１／Ｌ）と二重管の面圧とが相関関係を有し、接触長さの逆数が増加するとともに二重管の面圧が向上することが確認される。すなわち、本発明者らは、テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにおいて、接触長さの逆数を適正化することにより、得られる金属二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させ、密着性を確保できることを明らかにした。また、接触長さの逆数を調整することにより、得られる二重管に発生する面圧を所望の値に制御できることを明らかにした。
【００２７】
本発明は、これらの知見に基づいて完成したものであり、下記の（１）および（２）に示す金属二重管の製造方法を要旨とする：
【００２８】
（１）加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いる冷間引抜きによって、外管の内面に内管の外面が接してなる金属二重管を製造する方法であって、
下記（１）式により算出され、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さＬ（ｍｍ）が、下記（２）式を満たす条件とし、空引きすることを特徴とする金属二重管の製造方法。
Ｌ＝（ｄｏ１−ｄ１−２ｚ）／２ｓｉｎα ・・・（１）
１．３５≦１／Ｌ≦１０ ・・・（２）
ただし、ｄｏ１は冷間引抜き前の外管外径（ｍｍ）、ｚは冷間引抜き前における外管と内管とのクリアランス（ｍｍ）、ｄ１は冷間引抜きにより得られた金属二重管の外径（ｍｍ）、αはテーパーダイスのアプローチ部の角度（°）である。
【００２９】
（２）前記外管および前記内管の材質を９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼とすることを特徴とする上記（１）に記載の金属二重管の製造方法。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の金属二重管の製造方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにおいて、前記（１）式により算出される接触長さの逆数を適正化することにより、得られる二重管に面圧を発生させて密着性を確保できる。
（２）接触長さの逆数を調整することにより、得られる二重管に発生する面圧を所望の値に制御できる。
（３）プラグを用いない空引きにより、得られる二重管の外管と内管に面圧を発生させることから、別工程による拡径加工や内管内面に潤滑処理が不要であり、生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】テーパーダイスを用いた空引きによる金属二重管の冷間引抜きの一例を示す模式図である。
【図２】冷間引抜き前の外管と内管とのクリアランスと冷間引抜きにより得られた二重管に発生した面圧との関係を示す図である。
【図３】長手方向に平行な断面で切断した冷間引抜き途中の二重管の切断面を示す模式図であり、同図（ａ）はクリアランスが小さい場合、同図（ｂ）はクリアランスが中程度の場合、同図（ｃ）はクリアランスが大きい場合をそれぞれ示す。
【図４】テーパーダイスのアプローチ部における外管と内管との接触長さと二重管に発生した面圧との関係を示す図である。
【図５】接触長さの逆数と二重管に発生した面圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
上述のとおり、本発明の金属二重管の製造方法は、加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いる冷間引抜きによって、外管の内面に内管の外面が接してなる金属二重管を製造する方法であって、前記（１）式により算出され、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さＬ（ｍｍ）が、前記（２）式を満たす条件とし、空引きすることを特徴とする。以下に、本発明の金属二重管の製造方法を、上記のように規定した理由および好ましい範囲について説明する。
【００３３】
前記図３を用いて説明したとおり、テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きでは、クリアランスを変更することによって、外管と内管との接触位置が移動する。すなわち、クリアランスを変更することによって、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さが変化する。このような外管と内管とが接触する長さＬは、クリアランスｚやテーパーダイスのアプローチ部の角度αを用い、近似式である前記（１）式により簡易に算出することができる。
【００３４】
この外管と内管とが接触する長さＬは、前記図１に示すように、テーパーダイス２のアプローチ部２ａでの接触長さである。接触長さＬ（ｍｍ）は、冷間引抜き前の内管外径ｄｉ１（ｍｍ）と、冷間引抜き後の内管外径ｄｉ１’（ｍｍ）と、テーパーダイスのアプローチ部の角度α（°）とを用いて下記（４）式により表すことができる。
Ｌ＝（ｄｉ１−ｄｉ１’）／２ｓｉｎα ・・・（４）
【００３５】
ここで、冷間引抜き前の内管外径ｄｉ１は、冷間引抜き前の外管外径ｄｏ１（ｍｍ）、外管肉厚ｔｏ（ｍｍ）およびクリアランスｚを用いて表すことができる。また、冷間引抜き後の内管外径ｄｉ１’は、冷間引抜き後の外管外径ｄ１、外管肉厚ｔｏ’（ｍｍ）を用いて表すことができる。したがって、上記式（４）は下記式（５）に変形できる。
Ｌ＝［（ｄｏ１−２ｔｏ−２ｚ）−（ｄ１−２ｔｏ’）］／２ｓｉｎα ・・・（５）
この上記（５）式において、ｔｏ≒ｔｏ’とすることにより、近似式として前記（１）式を導き出すことができる。
【００３６】
本発明の金属二重管の製造方法は、前記（１）式により外管と内管との接触長さを算出し、前記（２）式を満たす条件、すなわち、接触長さの逆数を１．３５以上１０以下とする。後述する図５に示すとおり、接触長さの逆数が大きいほど、すなわち、接触長さが短いほど得られる二重管に発生する面圧が向上することから、得られる二重管に３０ＭＰａ以上の面圧を発生させることができる。これは、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管が接触する長さが短いと、外管との接触により内管が変形する量が減少し、冷間引抜き後の内管に生じる拡径方向の残留応力が増大することによるものと推測される。
【００３７】
あるいは、引抜加工中のせん断変形により、未接触領域において外管の軸方向伸びが先行し、加工後に外管が内管よりも伸びていた分、より縮もうとするが、界面の摩擦抵抗拘束のため、軸方向応力が解放されず、外管に引張方向、内管に圧縮方向の残留応力が残り面圧が発生すると考えられる。このとき、外管と内管の接触領域が長いと内外管の間の相対すべりが起こりやすくなり、その前の未接触領域で発生した内外管の伸び量の差が縮まるため、面圧が低くなると推測される。
【００３８】
一方、接触長さの逆数が１．３５未満であると、得られる二重管に発生する面圧が３０ＭＰａ未満となる場合があり、蒸気発生器の伝熱管として４５０〜５００℃の高温下で長時間使用した場合に、密着性が不十分となり熱伝導性が悪化するおそれがある。
【００３９】
また、後述する図４に示すとおり、前記（１）式により算出される接触長さが０（ゼロ）、すなわち、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管が接触しない場合、得られる二重管に発生する面圧が著しく低下する。この場合、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管が接触せず、その後のベアリング部で外管と内管が接触するので、内管にほとんど変形が認められない。これにより、冷間引抜き後の内管に生じる拡径方向の残留応力が著しく低下し、二重管に発生する面圧が低下すると推測される。
【００４０】
接触長さの逆数が１０以上、すなわち、接触長さが０．１以下になると外管および内管の部分的な真円度不良(楕円化)や偏肉の影響で円周方向で部分的に外管と内管が接触しない箇所が発生し始める。そのため、面圧が低下するおそれがある。従って、接触長さＬは０．１以上が必要である。
【００４１】
本発明の金属二重管の製造方法は、テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにおいて、前記（１）式により算出される接触長さを適正化することにより、二重管に面圧を発生させて密着性を確保できる。したがって、本発明の金属二重管の製造方法は、二重管の密着性を確保するために、冷間引抜きを行った後に別工程で中拡げプラグを用いて内管を拡管する必要がない。また、プラグを用いないことから、内管内面に潤滑処理を施す必要がない。このため、本発明の金属二重管の製造方法は、生産性を向上することができるとともに、内管内面に潤滑処理を施すことが困難な長尺の二重管を製造できる。
【００４２】
また、後述する図５に示すとおり、接触長さの逆数と、得られる二重管に発生する面圧とは相関関係を有する。このため、本発明の金属二重管の製造方法は、クリアランスやテーパーダイスのアプローチ部の角度を変更して接触長さの逆数を調整することにより、得られる二重管に発生する面圧を所望の値に制御できる。
【００４３】
本発明の金属二重管の製造方法は、外管および内管の材質を９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼とするのが好ましい。９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼に相当する鋼として、例えば、発電用火力設備の技術基準の解釈に記載される火ＳＴＢＡ２８やＡＳＭＥ ＳＡ−２１３Ｇｒ．Ｔ９１を採用するのが一般的である。９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の具体的な化学組成例として、火ＳＴＢＡ２８の化学組成を示すと、次のとおりである。すなわち、質量％で、Ｃ：０．０８〜０．１２％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０％、Ｐ≦０．０２０％、Ｓ≦０．０１０％、Ｎｉ≦０．４０％、Ｃｒ：８．００〜９．５０％、Ｍｏ：０．８５〜１．０５％、Ｖ：０．１０〜０．２５％を含有（残部はＦｅ）する鋼である。
【００４４】
９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼は、高温特性（降伏点、クリープ強度）に優れていることから、ボイラ・熱交換器用合金鋼鋼管として広範囲に用いられており、金属二重管の内管および外管の材質がこの９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の場合には、本発明の製造方法の特徴が最大限に発揮される。
【実施例】
【００４５】
加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにより二重管を作製し、その際に前記（１）式により接触長さを算出するとともに、得られた二重管の面圧を測定する試験を行い、本発明の効果を検証した。
【００４６】
［試験方法］
本試験では、以下の手順により、外管または内管として用いる素管を作製した。
（１）熱間製管により中空素管を得た。
（２）得られた中空素管に冷間引抜き加工を施して所定寸法の素管に仕上げた。
（３）所望寸法に仕上げた素管に、焼ならし後焼戻しの熱処理を施した。
上記（２）の冷間引抜き加工の条件を変更することにより、外径および肉厚を調整して寸法が異なる素管を作製した。
【００４７】
上記の手順および条件により得られた素管を外管として用いる場合は、二重管とする際に合わせ面となる内面を一定の研磨量で研磨することにより表面スケールを除去した。また、素管を内管として用いる場合は、二重管とする際に合わせ面となる外面を一定の研磨量で研磨することにより表面スケールを除去した。本試験では、内管として用いる素管は、作業性が悪化することから内面に研磨を施すことなく用いた。このようにして寸法が異なる外管および内管を３種類ずつ準備した。
【００４８】
準備した外管と内管とを管あわせした後、前記図１に示すように、加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きを行い、外径１９．００ｍｍの二重管を得た。この際、それぞれ３種類を準備した外管および内管の組み合わせを変更し、外管と内管のクリアランスを調整した。表１に、試験条件として、テーパーダイスの寸法ならびに外管および内管とした素管の材質を示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
また、表２に、試験区分、外管および内管の種類および寸法、冷間引抜きの際に用いたテーパーダイスのアプローチ部の角度α、外管と内管とのクリアランスｚ、前記（１）式により算出した接触長さＬならびに接触長さの逆数（１／Ｌ）をそれぞれ示す。表２に示すクリアランスｚ、接触長さＬおよび接触長さの逆数（１／Ｌ）は、冷間引抜き前に測定した外管および内管の外径および内径を用いてそれぞれ算出した。
【００５１】
【表２】
【００５２】
［評価基準］
得られた二重管の外管と内管の界面に発生した面圧（ＭＰａ）は、以下の手順により外管の周方向および軸方向の歪みを測定し、算出した。
（ａ）二重管の外面に歪みゲージを貼り付ける。
（ｂ）内管を切削加工により除去する。
（ｃ）除去により生じる外管の円周方向および長手方向の歪みを測定し、下記（６）式および（７）式より面圧Ｐ（ＭＰａ）を算出する。
【００５３】
σｃ＝Ｅ／（１−μ2）×（εｃ＋μεａ） ・・・（６）
Ｐ＝（ｂ2−ａ2）／２ｂ2×σｃ ・・・（７）
ただし、外管の円周方向の応力をσｃ、外管のヤング率をＥ（ＧＰａ）、外管のポアソン比をμ、外管の円周方向の歪みをεｃ、外管の長手方向の歪みをεａ、外管の内径をａ（ｍｍ）、および外管の外径をｂ（ｍｍ）とする。
【００５４】
［試験結果］
図４は、テーパーダイスのアプローチ部における外管と内管との接触長さと二重管に発生した面圧との関係を示す図である。同図で破線矢印を用いて示すように、テーパーダイスのアプローチ部の角度にかかわらず、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さが短いほど、得られる二重管に発生した面圧が増加した。しかし、外管と内管とが接触する長さが０、すなわち、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触しない場合、得られる二重管に発生した面圧が著しく減少した。
【００５５】
図５は、接触長さの逆数と二重管に発生した面圧との関係を示す図である。同図から、テーパーダイスのアプローチ部の角度にかかわらず、接触する長さの逆数と二重管の面圧とが相関関係を有することが確認でき、接触長さの逆数が増加するとともに二重管の面圧が向上した。また、接触長さの逆数を１．３５以上とすることにより、得られる二重管に発生する面圧を３０ＭＰａ以上にできることが明らかになった。
【００５６】
これらから、本発明の金属二重管の製造方法は、前記（１）式により算出され、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さＬ（ｍｍ）が、前記（２）式を満たす条件とすることにより、得られる二重管に面圧を発生させて密着性を確保できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の金属二重管の製造方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにおいて、前記（１）式により算出される接触長さの逆数を適正化することにより、得られる二重管に面圧を発生させて密着性を確保できる。
（２）接触長さの逆数を調整することにより、得られる二重管に発生する面圧を所望の値に制御できる。
（３）プラグを用いない空引きにより、得られる二重管の外管と内管に面圧を発生させることから、別工程による拡径加工や内管内面に潤滑処理が不要であり、生産性を向上できる。
【００５８】
したがって、本発明の製造方法によれば、高速増殖炉プラントの蒸気発生器に用いる伝熱管に好適な金属二重管を提供できる。
【符号の説明】
【００５９】
１：金属二重管、 １１：外管、 １２：内管、 １ａ：外管と内管の接触位置、
２：テーパーダイス、 ２ａ：アプローチ部、 ２ｂ：ベアリング部、
２ｃ：逃げ部、 Ｌ：外管と内管との接触長さ、 ｚ：外管と内管とのクリアランス、
α：テーパーダイスのアプローチ部の角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きによる金属二重管の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、得られる金属二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させ、密着性を確保できるとともに、金属二重管の生産性を向上できる金属二重管の製造方法に関する。
【０００２】
なお、別に記載がない限り、本明細書における用語の定義は次のとおりである。
「面圧」：外管と内管の界面に発生する圧力であって、後述する算出式を用いた方法により測定することができる。
【背景技術】
【０００３】
高速増殖炉プラントでは、原子炉内の冷却に用いた高温の液体金属ナトリウムを蒸気発生器に導入し、水と熱交換して蒸気を発生させる。この際、上記の蒸気発生器を構成する伝熱管には、外管と内管とを機械的に密着させた二重壁構造の管材（以下、「二重管」という）が用いられる。蒸気発生器を構成する伝熱管に二重管を用いるのは、次の理由による。
【０００４】
蒸気発生器内では、伝熱管の内部に水が通され、その外部に液体金属ナトリウムが通される。このとき、伝熱管に肉厚方向へ貫通する亀裂が発生して液体金属ナトリウムが水と接触すると、爆発的な反応を起こすことから、伝熱管の肉厚方向に貫通する亀裂は、極めて危険である。
【０００５】
一重壁で構成されるソリッド管材は、内外面のいずれか一方面に発生した表面欠陥が他方面に伝播して肉厚方向に貫通した亀裂が発生しやすい。一方、二重管は、外管内面と内管外面とが機械的に接している構成であるから、壁面に発生した亀裂が他方の壁面に直ちに伝播して内管と外管の両方の肉厚を貫通する亀裂を発生するおそれがない。このように、二重管は耐亀裂性に優れることから、蒸気発生器を構成する伝熱管には二重管が用いられる。
【０００６】
一方、二重管は伝熱管として用いられるので、熱伝導性が優れていることが求められる。外管と内管に隙間が生じると、隙間に入り込んだ雰囲気が熱交換に介在することになり、熱伝導性が大きく損なわれる。このため、二重管では、外管と内管の界面に面圧を発生させることにより密着性を確保する。また、蒸気発生器に用いられた二重管の使用温度は、４５０℃〜５００℃となることから、この温度域を含めた広範囲の温度域で二重管の外管と内管の密着性を確保する必要がある。
【０００７】
二重管に面圧を発生させて密着性を確保する方法に関して従来から種々の提案がなされており、例えば特許文献１がある。特許文献１で提案される二重管の製造方法では、外管と内管の隙間を０．０２ｍｍ以下になるよう空引きやプラグ引きにより縮径加工して二重管とした後、中拡げプラグにより二重管の内管を拡径加工する。特許文献１で提案される二重管の製造方法では、中拡げプラグにより二重管の内管を拡管する際、内管を塑性変形により拡径させるのに対し、外管を弾性変形の範囲内で変形させることにより、外管に縮径方向の残留応力を生じさせて密着性を確保するとしている。
【０００８】
しかし、特許文献１に提案される二重管の製造方法では、空引きやプラグ引きによる縮径加工を行った後、別の工程で中拡げプラグにより拡径加工する必要があることから、工程の増加により生産性が悪化する。また、特許文献１に提案される二重管の製造方法では、中拡げプラグにより拡径加工する際に内管内面と中拡げプラグが接触することから、内管内面に潤滑処理を施す内面潤滑工程が必要となる。ここで、高速増殖炉の蒸気発生器で伝熱管として用いられる二重管は、一般的に長さが１５ｍ以上である長尺管であることから、二重管の内管および外管も長尺となる。このため、内管内面の潤滑処理で作業性が低下するので、二重管の生産性がさらに悪化する。また、内管内面の潤滑処理を施すことができる長さには限界があることから、より長尺な二重管を製造するのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５８−４１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の通り、従来の金属二重管の製造方法では、外管と内管の界面に面圧を発生させるため、縮径加工を行った後に中拡げプラグによる拡径加工したり、長尺な内管内面に潤滑処理を施したりする必要があることから、生産性が悪化する。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、得られる金属二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させ、密着性を確保できるとともに、金属二重管の生産性を向上できる金属二重管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記問題を解決するため、加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いた冷間引抜きであって、プラグを用いない空引きにより、得られる二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させる方法について検討した。
【００１３】
図１は、テーパーダイスを用いた空引きによる金属二重管の冷間引抜きの一例を示す模式図である。同図には、被加工材である外管１１および内管１２と、加工用ダイスであるテーパーダイス２とを示し、ハッチングを施した矢印で被加工材の引抜き方向を示す。テーパーダイス２は、外管１１および内管１２をダイスの入側から出側に案内するため、入側のアプローチ部２ａと、一定の内径を有し管材の加工形状を決定するベアリング部２ｂと、出側の逃げ部２ｃとを備える。テーパーダイス２のアプローチ部２ａの形状は、内径が縮小するテーパー状であり、両角で規定される。アプローチ部２ａの両角は、アプローチ部２ａの角度α（°）により、２αで表すことができる。
【００１４】
このようなテーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにより、得られる二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させるため、本発明者らは、冷間引抜き前の外管と内管とのクリアランスｚに注目した。ここで、外管と内管とのクリアランスｚは、図１に示すように、冷間引抜き前の外管内面と内管外面との間隔であり、冷間引抜き前の外管内径ｄｏ２と、冷間引抜き前の内管外径ｄｉ１とから、下記（３）式により求めることができる。
ｚ＝（ｄｏ２−ｄｉ１）／２ ・・・（３）
【００１５】
本発明者らは、後述する実施例の表２の試験番号１〜７に示すように外管と内管とのクリアランスｚを変更し、アプローチ部の両角（２α）が３０°であるテーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにより二重管を得る試験を行った。
【００１６】
図２は、冷間引抜き前の外管と内管とのクリアランスと冷間引抜きにより得られた二重管に発生した面圧との関係を示す図である。同図から、クリアランスが０．５ｍｍ未満と小さい場合は得られた二重管に発生した面圧がいずれも２０ＭＰａを超え、クリアランスを０．５〜０．７ｍｍと中程度の場合は得られた二重管に発生した面圧がいずれも３０ＭＰａを超え、クリアランスが０．７ｍｍを超えた場合は得られた二重管に発生した面圧はいずれも５ＭＰａ以下であった。
【００１７】
このように、本発明者らは、クリアランスを変更することにより得られた二重管に発生する面圧が変化し、クリアランスには最適値が存在することを明らかにした。本発明者らは、クリアランスを変更することにより得られる二重管の面圧が変化する現象を解明するため、テーパーダイスのアプローチ部およびベアリング部で外管および内管が変形するメカニズムを調査した。変形メカニズムの調査は、冷間引抜きを途中で中止し、この冷間引抜き途中の二重管を長手方向に平行な断面で切断し、切断面の形状を観察することにより行った。
【００１８】
図３は、長手方向に平行な断面で切断した冷間引抜き途中の二重管の切断面を示す模式図であり、同図（ａ）はクリアランスが小さい場合、同図（ｂ）はクリアランスが中程度の場合、同図（ｃ）はクリアランスが大きい場合をそれぞれ示す。同図には冷間引抜き途中の二重管１の外管１１および内管１２を示し、冷間引抜きを途中で中止した際にテーパーダイスのアプローチ部とベアリング部の境界と接触していた外管外面の位置を破線矢印で指し示す。同図では、左側がテーパーダイスの入側、右側がテーパーダイスの出側であり、冷間引抜きを途中で中止した際に破線矢印の左側の外管外面はアプローチ部と、破線矢印の右側の外管外面はベアリング部とそれぞれ接触していた。
【００１９】
変形メカニズムの調査では、テーパーダイスのアプローチ部およびベアリング部で外管および内管が変形する際のクリアランスの変化に着目し、クリアランスが０（ゼロ）となって外管内面と内管外面とが接触する位置１ａを確認した。その結果、クリアランスが小さい場合は、同図（ａ）に示すように、外管と内管の接触位置１ａは、アプローチ部とベアリング部の境界の前（左側）であり、アプローチ部による加工途中であった。また、クリアランスが小さい場合、内管の変形が大きいことが確認される。
【００２０】
また、クリアランスが中程度の場合、同図（ｂ）に示すように、外管と内管の接触位置１ａは、アプローチ部とベアリング部の境界の直前であり、アプローチ部とベアリング部の境界とほぼ同位置となった。クリアランスが大きい場合、同図（ｃ）に示すように、外管と内管の接触位置１ａは、アプローチ部とベアリング部の境界の後（右側）であり、アプローチ部による加工の際には外管と内管とは接触することがなかった。また、クリアランスが大きい場合、内管の変形はほとんど認められなかった。
【００２１】
このようにクリアランスを変更することにより、テーパーダイスのアプローチ部およびベアリング部で外管および内管が変形する際に外管と内管とが接触する位置が移動し、得られる二重管に発生する面圧が増減することが明らかとなった。そこで、本発明者らは、外管と内管の接触位置の移動を、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さ（以下、単に「接触長さ」ともいう）により評価することを試みた。
【００２２】
本発明で規定する外管と内管とが接触する長さＬは、前記図１に示すように、テーパーダイス２のアプローチ部２ａで外管１１の内面と内管１２の外面とが接触する長さである。この接触長さＬは、後述する（１）式（近似式）により算出することができるので、本発明者らは、接触長さと二重管に発生する面圧との関係を調査した。
【００２３】
後述する図４は、テーパーダイスのアプローチ部における外管と内管との接触長さと二重管に発生した面圧との関係を示す図である。同図から、テーパーダイスのアプローチ部で接触長さが短いほど、得られる二重管に発生する面圧が増加することが確認される（同図の破線矢印参照）。しかし、接触長さが０、すなわち、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触しない場合、得られる二重管に発生する面圧が著しく減少することが確認される。
【００２４】
また、接触長さが０．１以下になると外管および内管の部分的な真円度不良(楕円化)や偏肉の影響で円周方向で部分的に外管と内管が接触しない箇所が発生し始める。そのため、面圧が低下するおそれがある。従って、接触長さＬは０．１以上が必要である。
【００２５】
本発明者らは、接触長さが０を超える場合、すなわち、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する場合について、さらに接触長さの逆数（１／Ｌ）と二重管に発生する面圧との関係を確認した。
【００２６】
後述する図５は、接触長さの逆数と二重管に発生した面圧との関係を示す図である。同図から、接触長さの逆数（１／Ｌ）と二重管の面圧とが相関関係を有し、接触長さの逆数が増加するとともに二重管の面圧が向上することが確認される。すなわち、本発明者らは、テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにおいて、接触長さの逆数を適正化することにより、得られる金属二重管の外管と内管の界面に面圧を発生させ、密着性を確保できることを明らかにした。また、接触長さの逆数を調整することにより、得られる二重管に発生する面圧を所望の値に制御できることを明らかにした。
【００２７】
本発明は、これらの知見に基づいて完成したものであり、下記の（１）および（２）に示す金属二重管の製造方法を要旨とする：
【００２８】
（１）加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いる冷間引抜きによって、外管の内面に内管の外面が接してなる金属二重管を製造する方法であって、
下記（１）式により算出され、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さＬ（ｍｍ）が、下記（２）式を満たす条件とし、空引きすることを特徴とする金属二重管の製造方法。
Ｌ＝（ｄｏ１−ｄ１−２ｚ）／２ｓｉｎα ・・・（１）
１．３５≦１／Ｌ≦１０ ・・・（２）
ただし、ｄｏ１は冷間引抜き前の外管外径（ｍｍ）、ｚは冷間引抜き前における外管と内管とのクリアランス（ｍｍ）、ｄ１は冷間引抜きにより得られた金属二重管の外径（ｍｍ）、αはテーパーダイスのアプローチ部の角度（°）である。
【００２９】
（２）前記外管および前記内管の材質を９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼とすることを特徴とする上記（１）に記載の金属二重管の製造方法。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の金属二重管の製造方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにおいて、前記（１）式により算出される接触長さの逆数を適正化することにより、得られる二重管に面圧を発生させて密着性を確保できる。
（２）接触長さの逆数を調整することにより、得られる二重管に発生する面圧を所望の値に制御できる。
（３）プラグを用いない空引きにより、得られる二重管の外管と内管に面圧を発生させることから、別工程による拡径加工や内管内面に潤滑処理が不要であり、生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】テーパーダイスを用いた空引きによる金属二重管の冷間引抜きの一例を示す模式図である。
【図２】冷間引抜き前の外管と内管とのクリアランスと冷間引抜きにより得られた二重管に発生した面圧との関係を示す図である。
【図３】長手方向に平行な断面で切断した冷間引抜き途中の二重管の切断面を示す模式図であり、同図（ａ）はクリアランスが小さい場合、同図（ｂ）はクリアランスが中程度の場合、同図（ｃ）はクリアランスが大きい場合をそれぞれ示す。
【図４】テーパーダイスのアプローチ部における外管と内管との接触長さと二重管に発生した面圧との関係を示す図である。
【図５】接触長さの逆数と二重管に発生した面圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
上述のとおり、本発明の金属二重管の製造方法は、加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いる冷間引抜きによって、外管の内面に内管の外面が接してなる金属二重管を製造する方法であって、前記（１）式により算出され、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さＬ（ｍｍ）が、前記（２）式を満たす条件とし、空引きすることを特徴とする。以下に、本発明の金属二重管の製造方法を、上記のように規定した理由および好ましい範囲について説明する。
【００３３】
前記図３を用いて説明したとおり、テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きでは、クリアランスを変更することによって、外管と内管との接触位置が移動する。すなわち、クリアランスを変更することによって、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さが変化する。このような外管と内管とが接触する長さＬは、クリアランスｚやテーパーダイスのアプローチ部の角度αを用い、近似式である前記（１）式により簡易に算出することができる。
【００３４】
この外管と内管とが接触する長さＬは、前記図１に示すように、テーパーダイス２のアプローチ部２ａでの接触長さである。接触長さＬ（ｍｍ）は、冷間引抜き前の内管外径ｄｉ１（ｍｍ）と、冷間引抜き後の内管外径ｄｉ１’（ｍｍ）と、テーパーダイスのアプローチ部の角度α（°）とを用いて下記（４）式により表すことができる。
Ｌ＝（ｄｉ１−ｄｉ１’）／２ｓｉｎα ・・・（４）
【００３５】
ここで、冷間引抜き前の内管外径ｄｉ１は、冷間引抜き前の外管外径ｄｏ１（ｍｍ）、外管肉厚ｔｏ（ｍｍ）およびクリアランスｚを用いて表すことができる。また、冷間引抜き後の内管外径ｄｉ１’は、冷間引抜き後の外管外径ｄ１、外管肉厚ｔｏ’（ｍｍ）を用いて表すことができる。したがって、上記式（４）は下記式（５）に変形できる。
Ｌ＝［（ｄｏ１−２ｔｏ−２ｚ）−（ｄ１−２ｔｏ’）］／２ｓｉｎα ・・・（５）
この上記（５）式において、ｔｏ≒ｔｏ’とすることにより、近似式として前記（１）式を導き出すことができる。
【００３６】
本発明の金属二重管の製造方法は、前記（１）式により外管と内管との接触長さを算出し、前記（２）式を満たす条件、すなわち、接触長さの逆数を１．３５以上１０以下とする。後述する図５に示すとおり、接触長さの逆数が大きいほど、すなわち、接触長さが短いほど得られる二重管に発生する面圧が向上することから、得られる二重管に３０ＭＰａ以上の面圧を発生させることができる。これは、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管が接触する長さが短いと、外管との接触により内管が変形する量が減少し、冷間引抜き後の内管に生じる拡径方向の残留応力が増大することによるものと推測される。
【００３７】
あるいは、引抜加工中のせん断変形により、未接触領域において外管の軸方向伸びが先行し、加工後に外管が内管よりも伸びていた分、より縮もうとするが、界面の摩擦抵抗拘束のため、軸方向応力が解放されず、外管に引張方向、内管に圧縮方向の残留応力が残り面圧が発生すると考えられる。このとき、外管と内管の接触領域が長いと内外管の間の相対すべりが起こりやすくなり、その前の未接触領域で発生した内外管の伸び量の差が縮まるため、面圧が低くなると推測される。
【００３８】
一方、接触長さの逆数が１．３５未満であると、得られる二重管に発生する面圧が３０ＭＰａ未満となる場合があり、蒸気発生器の伝熱管として４５０〜５００℃の高温下で長時間使用した場合に、密着性が不十分となり熱伝導性が悪化するおそれがある。
【００３９】
また、後述する図４に示すとおり、前記（１）式により算出される接触長さが０（ゼロ）、すなわち、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管が接触しない場合、得られる二重管に発生する面圧が著しく低下する。この場合、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管が接触せず、その後のベアリング部で外管と内管が接触するので、内管にほとんど変形が認められない。これにより、冷間引抜き後の内管に生じる拡径方向の残留応力が著しく低下し、二重管に発生する面圧が低下すると推測される。
【００４０】
接触長さの逆数が１０以上、すなわち、接触長さが０．１以下になると外管および内管の部分的な真円度不良(楕円化)や偏肉の影響で円周方向で部分的に外管と内管が接触しない箇所が発生し始める。そのため、面圧が低下するおそれがある。従って、接触長さＬは０．１以上が必要である。
【００４１】
本発明の金属二重管の製造方法は、テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにおいて、前記（１）式により算出される接触長さを適正化することにより、二重管に面圧を発生させて密着性を確保できる。したがって、本発明の金属二重管の製造方法は、二重管の密着性を確保するために、冷間引抜きを行った後に別工程で中拡げプラグを用いて内管を拡管する必要がない。また、プラグを用いないことから、内管内面に潤滑処理を施す必要がない。このため、本発明の金属二重管の製造方法は、生産性を向上することができるとともに、内管内面に潤滑処理を施すことが困難な長尺の二重管を製造できる。
【００４２】
また、後述する図５に示すとおり、接触長さの逆数と、得られる二重管に発生する面圧とは相関関係を有する。このため、本発明の金属二重管の製造方法は、クリアランスやテーパーダイスのアプローチ部の角度を変更して接触長さの逆数を調整することにより、得られる二重管に発生する面圧を所望の値に制御できる。
【００４３】
本発明の金属二重管の製造方法は、外管および内管の材質を９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼とするのが好ましい。９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼に相当する鋼として、例えば、発電用火力設備の技術基準の解釈に記載される火ＳＴＢＡ２８やＡＳＭＥ ＳＡ−２１３Ｇｒ．Ｔ９１を採用するのが一般的である。９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の具体的な化学組成例として、火ＳＴＢＡ２８の化学組成を示すと、次のとおりである。すなわち、質量％で、Ｃ：０．０８〜０．１２％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０％、Ｐ≦０．０２０％、Ｓ≦０．０１０％、Ｎｉ≦０．４０％、Ｃｒ：８．００〜９．５０％、Ｍｏ：０．８５〜１．０５％、Ｖ：０．１０〜０．２５％を含有（残部はＦｅ）する鋼である。
【００４４】
９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼は、高温特性（降伏点、クリープ強度）に優れていることから、ボイラ・熱交換器用合金鋼鋼管として広範囲に用いられており、金属二重管の内管および外管の材質がこの９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の場合には、本発明の製造方法の特徴が最大限に発揮される。
【実施例】
【００４５】
加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにより二重管を作製し、その際に前記（１）式により接触長さを算出するとともに、得られた二重管の面圧を測定する試験を行い、本発明の効果を検証した。
【００４６】
［試験方法］
本試験では、以下の手順により、外管または内管として用いる素管を作製した。
（１）熱間製管により中空素管を得た。
（２）得られた中空素管に冷間引抜き加工を施して所定寸法の素管に仕上げた。
（３）所望寸法に仕上げた素管に、焼ならし後焼戻しの熱処理を施した。
上記（２）の冷間引抜き加工の条件を変更することにより、外径および肉厚を調整して寸法が異なる素管を作製した。
【００４７】
上記の手順および条件により得られた素管を外管として用いる場合は、二重管とする際に合わせ面となる内面を一定の研磨量で研磨することにより表面スケールを除去した。また、素管を内管として用いる場合は、二重管とする際に合わせ面となる外面を一定の研磨量で研磨することにより表面スケールを除去した。本試験では、内管として用いる素管は、作業性が悪化することから内面に研磨を施すことなく用いた。このようにして寸法が異なる外管および内管を３種類ずつ準備した。
【００４８】
準備した外管と内管とを管あわせした後、前記図１に示すように、加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きを行い、外径１９．００ｍｍの二重管を得た。この際、それぞれ３種類を準備した外管および内管の組み合わせを変更し、外管と内管のクリアランスを調整した。表１に、試験条件として、テーパーダイスの寸法ならびに外管および内管とした素管の材質を示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
また、表２に、試験区分、外管および内管の種類および寸法、冷間引抜きの際に用いたテーパーダイスのアプローチ部の角度α、外管と内管とのクリアランスｚ、前記（１）式により算出した接触長さＬならびに接触長さの逆数（１／Ｌ）をそれぞれ示す。表２に示すクリアランスｚ、接触長さＬおよび接触長さの逆数（１／Ｌ）は、冷間引抜き前に測定した外管および内管の外径および内径を用いてそれぞれ算出した。
【００５１】
【表２】
【００５２】
［評価基準］
得られた二重管の外管と内管の界面に発生した面圧（ＭＰａ）は、以下の手順により外管の周方向および軸方向の歪みを測定し、算出した。
（ａ）二重管の外面に歪みゲージを貼り付ける。
（ｂ）内管を切削加工により除去する。
（ｃ）除去により生じる外管の円周方向および長手方向の歪みを測定し、下記（６）式および（７）式より面圧Ｐ（ＭＰａ）を算出する。
【００５３】
σｃ＝Ｅ／（１−μ2）×（εｃ＋μεａ） ・・・（６）
Ｐ＝（ｂ2−ａ2）／２ｂ2×σｃ ・・・（７）
ただし、外管の円周方向の応力をσｃ、外管のヤング率をＥ（ＧＰａ）、外管のポアソン比をμ、外管の円周方向の歪みをεｃ、外管の長手方向の歪みをεａ、外管の内径をａ（ｍｍ）、および外管の外径をｂ（ｍｍ）とする。
【００５４】
［試験結果］
図４は、テーパーダイスのアプローチ部における外管と内管との接触長さと二重管に発生した面圧との関係を示す図である。同図で破線矢印を用いて示すように、テーパーダイスのアプローチ部の角度にかかわらず、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さが短いほど、得られる二重管に発生した面圧が増加した。しかし、外管と内管とが接触する長さが０、すなわち、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触しない場合、得られる二重管に発生した面圧が著しく減少した。
【００５５】
図５は、接触長さの逆数と二重管に発生した面圧との関係を示す図である。同図から、テーパーダイスのアプローチ部の角度にかかわらず、接触する長さの逆数と二重管の面圧とが相関関係を有することが確認でき、接触長さの逆数が増加するとともに二重管の面圧が向上した。また、接触長さの逆数を１．３５以上とすることにより、得られる二重管に発生する面圧を３０ＭＰａ以上にできることが明らかになった。
【００５６】
これらから、本発明の金属二重管の製造方法は、前記（１）式により算出され、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さＬ（ｍｍ）が、前記（２）式を満たす条件とすることにより、得られる二重管に面圧を発生させて密着性を確保できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の金属二重管の製造方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）テーパーダイスを用いた空引きの冷間引抜きにおいて、前記（１）式により算出される接触長さの逆数を適正化することにより、得られる二重管に面圧を発生させて密着性を確保できる。
（２）接触長さの逆数を調整することにより、得られる二重管に発生する面圧を所望の値に制御できる。
（３）プラグを用いない空引きにより、得られる二重管の外管と内管に面圧を発生させることから、別工程による拡径加工や内管内面に潤滑処理が不要であり、生産性を向上できる。
【００５８】
したがって、本発明の製造方法によれば、高速増殖炉プラントの蒸気発生器に用いる伝熱管に好適な金属二重管を提供できる。
【符号の説明】
【００５９】
１：金属二重管、 １１：外管、 １２：内管、 １ａ：外管と内管の接触位置、
２：テーパーダイス、 ２ａ：アプローチ部、 ２ｂ：ベアリング部、
２ｃ：逃げ部、 Ｌ：外管と内管との接触長さ、 ｚ：外管と内管とのクリアランス、
α：テーパーダイスのアプローチ部の角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いる冷間引抜きによって、外管の内面に内管の外面が接してなる金属二重管を製造する方法であって、
下記（１）式により算出され、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さＬ（ｍｍ）が、下記（２）式を満たす条件とし、空引きすることを特徴とする金属二重管の製造方法。
Ｌ＝（ｄｏ１−ｄ１−２ｚ）／２ｓｉｎα ・・・（１）
１．３５≦１／Ｌ≦１０ ・・・（２）
ただし、ｄｏ１は冷間引抜き前の外管外径（ｍｍ）、ｚは冷間引抜き前における外管と内管とのクリアランス（ｍｍ）、ｄ１は冷間引抜きにより得られた金属二重管の外径（ｍｍ）、αはテーパーダイスのアプローチ部の角度（°）である。
【請求項２】
前記外管および前記内管の材質を９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼とすることを特徴とする請求項１に記載の金属二重管の製造方法。
【請求項１】
加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いる冷間引抜きによって、外管の内面に内管の外面が接してなる金属二重管を製造する方法であって、
下記（１）式により算出され、テーパーダイスのアプローチ部で外管と内管とが接触する長さＬ（ｍｍ）が、下記（２）式を満たす条件とし、空引きすることを特徴とする金属二重管の製造方法。
Ｌ＝（ｄｏ１−ｄ１−２ｚ）／２ｓｉｎα ・・・（１）
１．３５≦１／Ｌ≦１０ ・・・（２）
ただし、ｄｏ１は冷間引抜き前の外管外径（ｍｍ）、ｚは冷間引抜き前における外管と内管とのクリアランス（ｍｍ）、ｄ１は冷間引抜きにより得られた金属二重管の外径（ｍｍ）、αはテーパーダイスのアプローチ部の角度（°）である。
【請求項２】
前記外管および前記内管の材質を９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼とすることを特徴とする請求項１に記載の金属二重管の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９２４５０（Ｐ２０１２−１９２４５０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３９９１７（Ｐ２０１２−３９９１７）
【出願日】平成２４年２月２７日（２０１２．２．２７）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２７日（２０１２．２．２７）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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