長尺鋼管の熱処理方法
【課題】熱処理により鋼管の内面にスケールが生成することを簡単かつ確実に防止でき、研磨、酸洗等による内面スケール除去工程を省略できる、長尺鋼管の熱処理方法を提供する。
【解決手段】長尺鋼管１の両端部を密閉し、密閉した長尺鋼管１の内部を脱気し、又は脱気後に不活性ガス若しくは還元性ガスを封入し、次いで長尺鋼管１を軸方向移動させながら全周加熱し、その後冷却する。
【解決手段】長尺鋼管１の両端部を密閉し、密閉した長尺鋼管１の内部を脱気し、又は脱気後に不活性ガス若しくは還元性ガスを封入し、次いで長尺鋼管１を軸方向移動させながら全周加熱し、その後冷却する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺鋼管の製造過程で行う焼入れ等の熱処理方法に関する。なお、本発明が熱処理の対象とする長尺鋼管は、主として、内径が６０ｍｍ以上で、ステンレス鋼管、Ｎｉ系合金鋼管等の耐食性の長尺鋼管である。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼管等の長尺鋼管は、一般的な周知の製造法で製造される。この長尺鋼管は、焼入れして強度、靭性、耐食性等のより優れた特性を与えて、例えば、サワーガス輸送用のラインパイプ、天然ガス輸送管、油送管などの内張り鋼管として使用される。この長尺鋼管の焼入れは、連続的に処理するのが一般的である。また、焼入れ方法やその条件は長尺鋼管の鋼種やサイズ、製品の要求される品質によって定められる。
【０００３】
従来、長尺鋼管の製造過程において長尺鋼管を連続焼入れする方法として、特許文献１に記載された方法がある。この特許文献１の方法では、成形途中の管内から溶接後の管内にかけて挿入された不活性ガス供給管に、気密性パッキン及び通気性パッキンを、気密性パッキンが溶接位置より上流側において管状成形を実質的に終了した成形管の内面に密着し、通気性パッキンが溶接位置より下流側において溶接管を内面側から保持するように取り付ける。そして、不活性ガス供給管の先端部を閉塞して、パッキン間に位置する部分にノズル孔を設け、溶接製管中にノズル孔から不活性ガスを排出することにより、管内のパッキン間に不活性ガスを充満させると共に、その不活性ガスを下流側の通気性パッキンを通して下流側へ流動させることにより、溶接部近傍及び溶接部近傍以降の管内に不活性ガスを供給充満させる。この状態で、前記溶接部より下流側のライン中で、内部に不活性ガスが充満された溶接管を高周波誘導加熱手段により管全周にわたって１０００〜１１００℃に１００℃／秒以上の昇温速度で急速局部加熱し、均熱後その加熱部を急冷する。
【０００４】
このように特許文献１の方法では、熱処理により鋼管の内面にスケールが生成しないように、管内を不活性ガスで充満させるようにしている。しかし、特許文献１の方法において、上流側の気密性パッキンは管内面を摺動するので、連続操業による摺動で磨耗して気密性が低下する。また。下流側のパッキンは通気性を有し、その下流は１気圧の空気とつながっている。したがって、特許文献１の方法では、管内を不活性ガス雰囲気に維持することは困難であり、内面スケールの生成を十分には防止することができない。また、強いて管内を不活性ガス雰囲気に維持するには、連続して大量の不活性ガスを供給し、１気圧以上の不活性ガス雰囲気を形成しなければならず、経済性及び生産性の観点から実質的には困難である。特に、鋼管の径が大きくなると、特許文献１の方法で内面スケールの生成を防止することは困難である。
【０００５】
内面スケールが生成すると、研磨、酸洗等の内面スケール除去工程が必要になる。ステンレス鋼管等の耐食性鋼管のスケールを酸洗により除去するには、硝酸や弗酸を用いる必要があり、その酸洗処理時に硝酸や弗酸が分解して有害なＮＯＸガスや弗化水素ガスが多量に発生し、環境上大きな問題がある。このため、排ガスを浄化処理する必要があるが、近年の公害規制の強化とともにその処理費用は著しく増大している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７８７５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、熱処理により鋼管の内面にスケールが生成することを簡単かつ確実に防止でき、研磨、酸洗等による内面スケール除去工程を省略できる、長尺鋼管の熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の熱処理方法を提供する。
（１）長尺鋼管の両端部を密閉し、密閉した長尺鋼管の内部を脱気し、又は脱気後に不活性ガス若しくは還元性ガスを封入し、次いで長尺鋼管を軸方向移動させながら全周加熱し、その後冷却する長尺鋼管の熱処理方法。
（２）脱気後の長尺鋼管内の真空度が１.５Ｐａ以下である（１）に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
（３）不活性ガス若しくは還元性ガスの封入後の長尺鋼管内の圧力が１×１０４Ｐａ〜１５×１０４Ｐａである（１）に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
（４）冷却された長尺鋼管を挟持しつつ搬送する矯正ローラを用いて長尺鋼管の変形を矯正する（１）〜（３）のいずれかに記載の長尺鋼管の熱処理方法。
（５）冷却された長尺鋼管の外表面スケールを除去する（１）〜（４）のいずれかに記載の長尺鋼管の熱処理方法。
（６）前記外表面スケールをインラインにて除去する（５）に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱処理方法によれば、密閉した長尺鋼管の内部を脱気し、又は脱気後に不活性ガス若しくは還元性ガスを封入した上で熱処理を行うので、熱処理により鋼管の内面にスケールが生成することを確実に防止でき、研磨、酸洗等による内面スケール除去工程を省略することができる。また、大掛かりな装置は不要で工程も簡単であり、不活性ガス等を大量に使用する必要もないので、経済的にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の熱処理方法の各工程を実施する装置例であり、加熱方法が高周波誘導加熱である本発明の一実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】冷却工程後の長尺鋼管を搬送しつつ変形を矯正する一対の矯正ローラを示す図１のＡ−Ａ図である。
【図３】図１の搬送矯正工程後にスケール除去工程を設けた装置例であり、本発明の一実施形態の構成を示す模式図である。
【図４】図１及び図３に示す冷却工程のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図４に示す環状の冷却水路及び散水用のスリットノズルを示すＤ−Ｄ断面図である。
【図６】図３に示す長尺鋼管の外表面に生成したスケールを除去するベルトサンダーのＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図１に示す高周波誘導加熱による加熱方法をフレーム加熱に置き換えた加熱工程例の模式図である。
【図８】図７に示すリングガスバーナによるフレーム加熱装置のＥ−Ｅ断面図である。
【図９】図１に示す高周波誘導加熱による加熱装置のワークコイルを加熱昇温と温度保持に区分したワークコイルに置き換えた加熱装置例の模式図である。
【図１０】本発明による長尺鋼管の両端部の密封、脱気又は脱気後のガス封入、封止の工程を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る熱処理方法の基本的な構成を示す模式図である。同図に示す熱処理する長尺鋼管１は、あらかじめ鋼管内部を脱気、又は脱気した後、所定のガスを充填して封止されている。長尺鋼管１の脱ガス、又は脱ガス後のガス封入の実施態様について、図１０を用いて説明する。
【００１３】
図１０において、一般的な方法によって製造された長尺鋼管１は、円盤状の鋼管端部シール部材２を鋼管端部に嵌めこんでシール溶接部５１を、例えば、ガスシールドアーク溶接して両端部を密閉される。両端の鋼管端部シール部材２のうち、一方には第２真空バルブ５８を有する脱気用又はガス供給用の軟鋼製の脱気パイプ５２が取り付けられている。また、脱気パイプ５２の先は、第１真空バルブ５５を介して真空ポンプ５３に、また、ガスバルブ５７を介してガスボンベ５６につながっている。第１真空バルブ５５と真空ポンプ５３との間には第１真空メータ５４が設けられ、第２真空バルブ５８と長尺鋼管１との間には第２真空メータ５９が設けられている。ガスボンベ５６は、Ａｒ、Ｈｅの不活性ガス、弱還元性ガス、Ｈ２ガス等のボンベであり、ガス成分とその混合割合は長尺鋼管１の材質等に応じて使い分ける。
【００１４】
長尺鋼管１は、密閉された鋼管内部を脱気して所定の真空度にして、又は脱気後特定のガス成分を封入し所定の圧力にして、加熱し冷却される。この加熱、冷却によって長尺鋼管１、又は封入したガスは膨張し収縮するので管内部の圧力は変化して大気圧との差が生じ、更に加熱中に長尺鋼管１の降伏強度が下がることで鋼管が収縮若しくは膨張し、又は破壊することがある。
【００１５】
加熱中の長尺鋼管１の圧潰圧力Ｐｃは、式Ｐｃ＝σ［Ｄ２−（Ｄ−２ｔ）２］／（２Ｄ２）で表される。ただし、σ：加熱時の鋼の降伏強度、Ｄ：管外径、ｔ：管厚みである。本発明が主として対象とする、ステンレス鋼又はＮｉ系合金（Ｃｒ含有量：１５質量％以上、Ｎｉ含有量：４質量％以上）からなり内径が６０〜３３０ｍｍの長尺鋼管１の場合、圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ以上であれば、長尺鋼管１は焼入れの温度まで加熱しても、大きく変形又は破壊することはないが、Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満であると長尺鋼管１は大きく変形又は破壊するおそれがある。本発明の好ましい実施形態では、これらの長尺鋼管１の加熱中の形状変化を考慮して、鋼管内の真空度又は封入ガスの圧力を決定する。
【００１６】
図１０に示すようにセットした長尺鋼管１の真空度又は封入ガスの圧力調整は、第１真空バルブ５５、第２真空バルブ５８及びガスバルブ５７を閉めて状態から開始する。まず、第１真空バルブ５５及び第２真空バルブ５８を開き、真空ポンプ５３によってその管内の空気を所定の真空度、好ましくは１.５Ｐａ以下、より好ましくは０.２Ｐａ以下まで脱気する。加熱中の長尺鋼管１の圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ以上であれば問題ないが、Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満の場合は、ガスバルブ５７を開き、例えば不活性ガスのＡｒ又はＡｒ＋Ｈ２の混合ガスを供給して第２真空メータ５９を見ながら管内の圧力を１×１０４Ｐａ〜１５×１０４Ｐａの範囲にする。
【００１７】
すなわち、加熱時の長尺鋼管１の圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満であって長尺鋼管１内の圧力が１×１０４Ｐａ未満では、加熱時に長尺鋼管１が変形（縮径状態）又は潰れるおそれが高い。一方、ガスを封入した後の圧力が１５×１０４Ｐａを超えると、加熱時に管内の封入ガスが膨張して長尺鋼管１が変形（拡径状態）又は破裂するおそれが高い。
【００１８】
長尺鋼管１の管内が所定の真空度又はガス圧力になった後、第２真空バルブ５８を閉じ、軟鋼製脱気パイプ５２の一対の矢印６０で示す所定の位置を任意のフレーム（火炎）で約９００℃以上に加熱し、図示しない加圧器具を使用して矢印６０方向に加圧して脱気パイプ５２を扁平状にする。これにより、パイプ内面は圧接され密閉されて所定の真空度又はガス圧力を維持できる。次いで、脱気パイプ５２の圧接箇所の第２真空バルブ５８側を切断して熱処理工程のテーブルに移送、又は保管場所に保管する。以下に説明する長尺鋼管１は、各図において、鋼管端部シール部材２に残存する脱気パイプ５２の端部の図示を省略する。また、矢印６０で示す位置での脱気パイプ５２の切断は、あらかじめ設けられた任意の耐熱真空シールの接続構造とすることもできる。
【００１９】
図１において、本発明の長尺鋼管１の熱処理工程は、図示しない架台に設けたテーブルローラ７、搬送ローラ８、高周波誘導加熱装置Ｇ、冷却装置Ｈ、矯正装置Ｊ、及び後部搬送ローラ９から構成されている。これらの各装置は、長尺鋼管１を通し、挟持できるように同心的に一列に設置され、長尺鋼管１を所定の移動速度で供給し、排出する。
【００２０】
図１の前記一連の工程に長尺鋼管１の熱処理によって外表面に生成したスケールを除去するスケール除去装置Ｋを設けた工程例を図３に示す。スケール除去装置Ｋは、図３には図示しない通常のショットブラストに置き換えてスケール除去することも可能である。
【００２１】
図１に戻って、高周波誘導加熱装置Ｇは、高周波電源３及びこれに接続されたワークコイル４からなる。長尺鋼管１はワークコイル４のコイル中を通され、全周にわたって均一に急加熱され、所定の温度（９５０℃〜１２００℃）に加熱された後、長尺鋼管１の厚み（ｔ＝２〜５ｍｍ）が均一に加熱されるまで所定の時間（好ましくは３〜６分間）保持される。長尺鋼管１の搬送速度は、これらの諸条件及び供給電力を考慮し、所定の熱処理ができるように決定する。高周波電源３から供給する電源周波数は、１〜５ｋＨｚか好ましい。
【００２２】
また、図９に示す高周波誘導加熱装置は、長尺鋼管１を急加熱昇温する高周波誘導加熱装置（昇温）Ｍ１及び所定の温度を所定時間保持するための高周波誘導加熱装置（保温）Ｍ２からなり、それぞれが高周波電源４１、４３及びワークコイル４２、４４からなる。
【００２３】
昇温用のワークコイル４２は急加熱するために保温用のワークコイル４４に比較してコイルの巻き数、巻き密度を高くし、又は高周波電源４１から供給する電力（周波数等）を調整する。好ましい供給電力例として、高周波電源４１、４３はそれぞれ、３ｋＨｚである。
【００２４】
図１、図４及び図５に示す冷却装置Ｈは、リング状冷却水管路５、その冷却水管路５に設けた冷却水供給口２５、及び冷却水散水用のスリットノズル２６を有する。なお、図４は図１の冷却装置ＨのＢ−Ｂ断面図であり、図５は図４のリング状冷却水管路５のＤ−Ｄ断面図である。
【００２５】
冷却水供給口２５から供給された冷却水１２は、冷却水管路５の全周にわたって連続するスリット構造のスリットノズル２６から、加熱された長尺鋼管１に均一に矢印１３の方向に全周にわたってむらなく散水される。よって、冷却時の冷却水供給の不均一による変形、歪の発生を最小限に抑制できる。
【００２６】
矯正装置Ｊは、図２に示すように、熱処理された長尺鋼管１を挟持して略全周を囲むように対向し、かつ変形した外径を所定の外径に矯正できるように、矯正ローラ６のカリバー１０のサイズが設定されている。矯正装置Ｈの矯正ローラ６は、図示しない駆動装置によって回転し、さらに矯正ローラ６の軸間距離は変形の矯正状況に合わせて調整することができる。長尺鋼管１の変形量は、式 ＯＲ％＝［（外径−変形後の外径）／外径］×１００によって算出できる。ＯＲ２％以下が好ましい。
【００２７】
長尺鋼管１の熱処理の一つである焼入れ方法は、均一加熱及び均一冷却を目的とする方法設計であるが、本発明が主として対象とする長尺鋼管１は長さが３ｍ〜１５ｍ、かつ比較的大径（内径が６０ｍｍ以上）の肉厚の小さい長尺鋼管であり、焼入れ生産性の観点から急熱、均熱化、急冷を条件として設計するので、変形及び歪の発生を０％にすることは困難である。そこで、発生した長尺鋼管１の変形は矯正装置Ｊを使用して矯正できる変形レベルにして、ラインパイプ等の内張り鋼管としての品質を確保する。
【００２８】
図３に示すスケール除去装置Ｋは、長尺鋼管１の両サイドに設けた一対のベルトサンダー２２を、長尺鋼管１の全周を覆うように、かつ巻き付くように交差させてセットする構造であり、図６にその一方のベルトサンダー２２のＣ−Ｃ図を示す。図３に示すスケール除去装置Ｋはライン上にありインラインでスケール除去を実施するが、ライン外の任意の場所でスケール除去を実施することもできる。
【００２９】
図６に示すようにエンドレスにベルト加工された研磨布紙のベルトサンダー２２は、駆動プーリ２１及びガイドプーリ２３によってベルトサンダー２２の研磨面が長尺鋼管１の外周面に接触して研磨する構造となっている。駆動プーリ２２の設置位置を調整することで一つのベルトサンダー２２が長尺鋼管１に接触する円周角を１８０度強とし、両サイドに設けた一対のベルトサンダー２２によって長尺鋼管１の全周を研磨する。また、長尺鋼管１の軸方向に対して斜めに対称に設けた一対のスケール除去装置Ｋは、ベルトサンダー２２によって長尺鋼管１にかかる研磨時の摩擦による回転力を相殺して被加工部材である長尺鋼管１を安定させることができる。ベルトサンダー２２として、耐食性鋼の長尺鋼管１の研磨にはＪＩＳ Ｒ６２５６「研磨ベルト」を使用するのが望ましい。
【００３０】
長尺鋼管１に熱処理によって生成したスケールを除去する方法として、図示しないショットブラストがある。通常使用されているショットブラストには、機械式又は空気式によって投射材である鋳鉄などのアトマイズ法で製造された球形粒子、アルミナ、カーボランダムなどの球形粒子等を投射してスケールを除去する。
【００３１】
ショットブラストによるスケール除去装置は装置構造の関係から図３のようにインラインで実施することが好ましい。図示しない予めセットされたショットブラスト装置は長尺鋼管１の全外周面のスケールが研磨除去されるように、長尺鋼管１の外周側に独立して設けたレール上に、複数の投射口からの投射材が鋼管外周面に当たる範囲を適宜ラップするように設置し、かつ投射口を揺動、及び長尺鋼管１の回転を適度に組み合わせて施工する。長尺鋼管１の表面に生成した酸化物スケールの成分、性質、厚さ等を考慮して投射材の種類とその粒子径、投射圧力及び投射量を選択する。
【００３２】
図７に示すフレーム（火炎）加熱装置Ｌは、図１及び図９に示した高周波誘導加熱装置Ｇ又はＭ１、Ｍ２に代わる加熱装置である。図８は図７に示すフレーム加熱装置３３のＥ−Ｅ断面図である。図７のフレーム加熱装置Ｌは、リングガスバーナ３１、３２及び３３の３つのバーナからなる装置例である。
【００３３】
リングバーナ３１〜３３は、図８に示すように長尺鋼管１の全周を囲むようにリング状であり、長尺鋼管１の外表面に向けて火口３５が等間隔で設けられている。リングガスバーナへのガス供給は、全ての火口３５のフレーム（火炎）が均一になるように、リングの両サイド２ヶ所に設けたガス供給口３４から行うようにした。長尺鋼管１の加熱温度、保温時間に対応して、リングバーナの設置数、各バーナの火口３５の大きさ、数、並べ方等を任意に設計したバーナを使用する。フレーム加熱装置Ｌのフレームとしては、プロパン炎等の天然ガス炎を使用することができる。
【００３４】
以上の実施形態によって熱処理された長尺鋼管は鋼管両端のシール部を切断除去して、例えば、炭素鋼又は低合金鋼を外管用鋼管とするラインパイプ用の高耐食性二重金属管の内張りに使用することができる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、以下の実施例において、所定の焼入れ温度で所定時間保持後の冷却には冷却水を用いたが、通常のノズル及び冷却媒体を使用するエアー冷却、ミスト冷却、また、これらと冷却水との任意の混合冷却媒体の噴霧、噴射によることもできる。
【００３６】
表１に本発明の実施例及び比較例に使用した長尺鋼管１の成分系とその成分例及び該当規格を参考に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表２に本発明の実施例及び比較例の焼入れ条件を示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
表３に本発明の実施例及び比較例の焼入れした結果及び評価を示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
表３に示す長尺鋼管の変形量は、上述の式 ＯＲ％＝［（外径−変形後の外径）／外径］×１００によって算出し、ＯＲ２％以下を良好とした。長尺鋼管の外面酸化は目視により判断した。内面酸化は目視及びＪＩＳ
Ｚ０３１３の除せい度の評価に準じて評価した。ＪＩＳ Ｚ０３１３の除せい度には、Ｓａ１、Ｓａ１／２及びＳａ２、Ｓａ３があり、その順に鋼材表面の状態が良好となる。本発明では、除せい度がＳａ１／２以上を良好とした。
【００４３】
表２及び３において、試験番号１〜９は、いずれも本発明の熱処理条件を満足する実施例である。すなわち、試験番号１〜３及び６は、両端を密閉した長尺鋼管の内部を所定の真空度まで脱気し、次いで長尺鋼管を軸方向に移動させながら全周加熱し、その後冷却したものである。また、試験番号４、５及び７〜９は、鋼管の加熱時の圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満であったので、長尺鋼管の内部を０.０３Ｐａの真空度まで脱気した後、試験番号５以外はＡｒ＋４％Ｈ２ガスを、試験番号５はＡｒガスを封入し、管内圧力を５×１０４Ｐａとして、加熱及び冷却を行った。加熱は、試験番号１〜６については図１の高周波誘導加熱装置Ｇにより行い、試験番号８及び９については図９の昇温用及び保温用の高周波誘導加熱装置Ｍ１、Ｍ２により行った。試験番号７については、図７のフレーム加熱装置Ｌにより加熱し、フレームとしてはアセチレンガスのフレームを用いた。冷却は、図１の冷却装置Ｈにより行った。また、いずれの試験番号においても、インライン若しくはライン外でのベルトサンダーによる研磨、又はショットブラスト研磨によって外表面スケールを除去した。ショットブラスト研磨では、アルミナ粒子４００番を投射材とし、投射圧力は６ｋｇ／ｃｍ２、投入量は４００ｇ／ｍｉｎとした。
【００４４】
表３に示すとおり、試験番号１〜９は、変形量、内面酸化及び外面酸化の評価結果はいずれも良好であった。
【００４５】
なお、試験番号１は、脱気後の真空度を１０Ｐａと、試験番号２、３及び６の０.０３Ｐａよりも低真空度としている。試験番号１で使用した鋼種ＥはＮｉ含有量が７３質量％であり、表１の他の鋼種よりも高耐食性であるため、真空度が１０Ｐａでも内面酸化は許容範囲であったが、より広い鋼種に適用するには、脱気後の真空度は１.５Ｐａ以下とすることが好ましく、０.２Ｐａ以下とすることがより好ましい。
【００４６】
試験番号１０も本発明の熱処理条件を満足する実施例である。試験番号１０は、鋼管の加熱時の圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満である鋼管について、脱気後の真空度を０.０５Ｐａとし、そのまま加熱及び冷却したものである。加熱時の圧潰圧力Ｐｃが小さかったため、加熱及び冷却直後は変形量ＯＲ％が２．４０と悪かったが、図１及び２に示した矯正装置Ｊによる矯正を実施することにより、変形量ＯＲ％は０．５０と良好になった。ただし、鋼管の加熱時の圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満の場合、上記のように加熱及び冷却後の変形が大きくなるので、この場合、上述した試験番号４、５及び７〜９のように脱気後にガス封入を行うことが好ましい。
【００４７】
試験番号１１は、上述の特許文献１の方法に準じた比較例である。不活性ガスを流すだけでは、内面酸化を防止することはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の熱処理方法では、ステンレス鋼管、Ｎｉ系合金鋼管等の熱処理による内面スケールの発生を抑え、従来の硝フッ酸等を使用した酸洗による内面スケールの除去作業をなくしたので、硝フッ酸等の廃液による環境、廃液処理等の大きな問題を避けることができる。また、高温加熱、急冷による長尺鋼管の降伏強度の低下、管内ガスの膨張、収縮による長尺鋼管の変形を最小限に抑えるか、発生した変形を矯正することによって所定の変形の範囲に抑えることができる。よって、本発明の熱処理方法を適用した長尺鋼管は、サワーガス等の輸送管であるラインパイプの高耐食性を有する内張り鋼管、一般用の耐食性鋼管として使用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 長尺鋼管
２ 鋼管端部シール部材
３ 誘導加熱用高周波電源
４ ワークコイル
５ リング状冷却水管路
６ 矯正ローラ
７ テーブルローラ
８ 搬送ローラ
９ 後部搬送ローラ
１０ カリバー
１１ 回転軸
１２ 冷却水
１３ 散水
１４ 鋼管搬送方向
２０ 加熱装置
２１ 駆動プーリ
２２ ベルトサンダー
２３ ガイドプーリ
２４ ベルトサンダー回転方向
２５ 冷却水供給口
２６ スリットノズル
３１、３２、３３ リングガスバーナ
３４ ガス供給口
３５ 火口
４１ 高周波電源（昇温）
４２ ワークコイル（昇温）
４３ 高周波電源（保温）
４４ ワークコイル（保温）
５１ シール溶接部
５２ 脱気パイプ
５３ 真空ポンプ
５４ 第１真空メータ
５５ 第１真空バルブ
５６ ガスボンベ
５７ ガスバルブ
５８ 第２真空バルブ
５９ 第２真空メータ
６０ 脱気パイプカット位置
Ｇ 高周波誘導加熱装置
Ｈ 冷却装置
Ｊ 矯正装置
Ｋ スケール除去装置
Ｌ フレーム加熱装置
Ｍ１ 高周波誘導加熱装置（昇温）
Ｍ２ 高周波誘導加熱装置（保温）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺鋼管の製造過程で行う焼入れ等の熱処理方法に関する。なお、本発明が熱処理の対象とする長尺鋼管は、主として、内径が６０ｍｍ以上で、ステンレス鋼管、Ｎｉ系合金鋼管等の耐食性の長尺鋼管である。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼管等の長尺鋼管は、一般的な周知の製造法で製造される。この長尺鋼管は、焼入れして強度、靭性、耐食性等のより優れた特性を与えて、例えば、サワーガス輸送用のラインパイプ、天然ガス輸送管、油送管などの内張り鋼管として使用される。この長尺鋼管の焼入れは、連続的に処理するのが一般的である。また、焼入れ方法やその条件は長尺鋼管の鋼種やサイズ、製品の要求される品質によって定められる。
【０００３】
従来、長尺鋼管の製造過程において長尺鋼管を連続焼入れする方法として、特許文献１に記載された方法がある。この特許文献１の方法では、成形途中の管内から溶接後の管内にかけて挿入された不活性ガス供給管に、気密性パッキン及び通気性パッキンを、気密性パッキンが溶接位置より上流側において管状成形を実質的に終了した成形管の内面に密着し、通気性パッキンが溶接位置より下流側において溶接管を内面側から保持するように取り付ける。そして、不活性ガス供給管の先端部を閉塞して、パッキン間に位置する部分にノズル孔を設け、溶接製管中にノズル孔から不活性ガスを排出することにより、管内のパッキン間に不活性ガスを充満させると共に、その不活性ガスを下流側の通気性パッキンを通して下流側へ流動させることにより、溶接部近傍及び溶接部近傍以降の管内に不活性ガスを供給充満させる。この状態で、前記溶接部より下流側のライン中で、内部に不活性ガスが充満された溶接管を高周波誘導加熱手段により管全周にわたって１０００〜１１００℃に１００℃／秒以上の昇温速度で急速局部加熱し、均熱後その加熱部を急冷する。
【０００４】
このように特許文献１の方法では、熱処理により鋼管の内面にスケールが生成しないように、管内を不活性ガスで充満させるようにしている。しかし、特許文献１の方法において、上流側の気密性パッキンは管内面を摺動するので、連続操業による摺動で磨耗して気密性が低下する。また。下流側のパッキンは通気性を有し、その下流は１気圧の空気とつながっている。したがって、特許文献１の方法では、管内を不活性ガス雰囲気に維持することは困難であり、内面スケールの生成を十分には防止することができない。また、強いて管内を不活性ガス雰囲気に維持するには、連続して大量の不活性ガスを供給し、１気圧以上の不活性ガス雰囲気を形成しなければならず、経済性及び生産性の観点から実質的には困難である。特に、鋼管の径が大きくなると、特許文献１の方法で内面スケールの生成を防止することは困難である。
【０００５】
内面スケールが生成すると、研磨、酸洗等の内面スケール除去工程が必要になる。ステンレス鋼管等の耐食性鋼管のスケールを酸洗により除去するには、硝酸や弗酸を用いる必要があり、その酸洗処理時に硝酸や弗酸が分解して有害なＮＯＸガスや弗化水素ガスが多量に発生し、環境上大きな問題がある。このため、排ガスを浄化処理する必要があるが、近年の公害規制の強化とともにその処理費用は著しく増大している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７８７５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、熱処理により鋼管の内面にスケールが生成することを簡単かつ確実に防止でき、研磨、酸洗等による内面スケール除去工程を省略できる、長尺鋼管の熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の熱処理方法を提供する。
（１）長尺鋼管の両端部を密閉し、密閉した長尺鋼管の内部を脱気し、又は脱気後に不活性ガス若しくは還元性ガスを封入し、次いで長尺鋼管を軸方向移動させながら全周加熱し、その後冷却する長尺鋼管の熱処理方法。
（２）脱気後の長尺鋼管内の真空度が１.５Ｐａ以下である（１）に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
（３）不活性ガス若しくは還元性ガスの封入後の長尺鋼管内の圧力が１×１０４Ｐａ〜１５×１０４Ｐａである（１）に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
（４）冷却された長尺鋼管を挟持しつつ搬送する矯正ローラを用いて長尺鋼管の変形を矯正する（１）〜（３）のいずれかに記載の長尺鋼管の熱処理方法。
（５）冷却された長尺鋼管の外表面スケールを除去する（１）〜（４）のいずれかに記載の長尺鋼管の熱処理方法。
（６）前記外表面スケールをインラインにて除去する（５）に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱処理方法によれば、密閉した長尺鋼管の内部を脱気し、又は脱気後に不活性ガス若しくは還元性ガスを封入した上で熱処理を行うので、熱処理により鋼管の内面にスケールが生成することを確実に防止でき、研磨、酸洗等による内面スケール除去工程を省略することができる。また、大掛かりな装置は不要で工程も簡単であり、不活性ガス等を大量に使用する必要もないので、経済的にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の熱処理方法の各工程を実施する装置例であり、加熱方法が高周波誘導加熱である本発明の一実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】冷却工程後の長尺鋼管を搬送しつつ変形を矯正する一対の矯正ローラを示す図１のＡ−Ａ図である。
【図３】図１の搬送矯正工程後にスケール除去工程を設けた装置例であり、本発明の一実施形態の構成を示す模式図である。
【図４】図１及び図３に示す冷却工程のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図４に示す環状の冷却水路及び散水用のスリットノズルを示すＤ−Ｄ断面図である。
【図６】図３に示す長尺鋼管の外表面に生成したスケールを除去するベルトサンダーのＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図１に示す高周波誘導加熱による加熱方法をフレーム加熱に置き換えた加熱工程例の模式図である。
【図８】図７に示すリングガスバーナによるフレーム加熱装置のＥ−Ｅ断面図である。
【図９】図１に示す高周波誘導加熱による加熱装置のワークコイルを加熱昇温と温度保持に区分したワークコイルに置き換えた加熱装置例の模式図である。
【図１０】本発明による長尺鋼管の両端部の密封、脱気又は脱気後のガス封入、封止の工程を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る熱処理方法の基本的な構成を示す模式図である。同図に示す熱処理する長尺鋼管１は、あらかじめ鋼管内部を脱気、又は脱気した後、所定のガスを充填して封止されている。長尺鋼管１の脱ガス、又は脱ガス後のガス封入の実施態様について、図１０を用いて説明する。
【００１３】
図１０において、一般的な方法によって製造された長尺鋼管１は、円盤状の鋼管端部シール部材２を鋼管端部に嵌めこんでシール溶接部５１を、例えば、ガスシールドアーク溶接して両端部を密閉される。両端の鋼管端部シール部材２のうち、一方には第２真空バルブ５８を有する脱気用又はガス供給用の軟鋼製の脱気パイプ５２が取り付けられている。また、脱気パイプ５２の先は、第１真空バルブ５５を介して真空ポンプ５３に、また、ガスバルブ５７を介してガスボンベ５６につながっている。第１真空バルブ５５と真空ポンプ５３との間には第１真空メータ５４が設けられ、第２真空バルブ５８と長尺鋼管１との間には第２真空メータ５９が設けられている。ガスボンベ５６は、Ａｒ、Ｈｅの不活性ガス、弱還元性ガス、Ｈ２ガス等のボンベであり、ガス成分とその混合割合は長尺鋼管１の材質等に応じて使い分ける。
【００１４】
長尺鋼管１は、密閉された鋼管内部を脱気して所定の真空度にして、又は脱気後特定のガス成分を封入し所定の圧力にして、加熱し冷却される。この加熱、冷却によって長尺鋼管１、又は封入したガスは膨張し収縮するので管内部の圧力は変化して大気圧との差が生じ、更に加熱中に長尺鋼管１の降伏強度が下がることで鋼管が収縮若しくは膨張し、又は破壊することがある。
【００１５】
加熱中の長尺鋼管１の圧潰圧力Ｐｃは、式Ｐｃ＝σ［Ｄ２−（Ｄ−２ｔ）２］／（２Ｄ２）で表される。ただし、σ：加熱時の鋼の降伏強度、Ｄ：管外径、ｔ：管厚みである。本発明が主として対象とする、ステンレス鋼又はＮｉ系合金（Ｃｒ含有量：１５質量％以上、Ｎｉ含有量：４質量％以上）からなり内径が６０〜３３０ｍｍの長尺鋼管１の場合、圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ以上であれば、長尺鋼管１は焼入れの温度まで加熱しても、大きく変形又は破壊することはないが、Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満であると長尺鋼管１は大きく変形又は破壊するおそれがある。本発明の好ましい実施形態では、これらの長尺鋼管１の加熱中の形状変化を考慮して、鋼管内の真空度又は封入ガスの圧力を決定する。
【００１６】
図１０に示すようにセットした長尺鋼管１の真空度又は封入ガスの圧力調整は、第１真空バルブ５５、第２真空バルブ５８及びガスバルブ５７を閉めて状態から開始する。まず、第１真空バルブ５５及び第２真空バルブ５８を開き、真空ポンプ５３によってその管内の空気を所定の真空度、好ましくは１.５Ｐａ以下、より好ましくは０.２Ｐａ以下まで脱気する。加熱中の長尺鋼管１の圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ以上であれば問題ないが、Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満の場合は、ガスバルブ５７を開き、例えば不活性ガスのＡｒ又はＡｒ＋Ｈ２の混合ガスを供給して第２真空メータ５９を見ながら管内の圧力を１×１０４Ｐａ〜１５×１０４Ｐａの範囲にする。
【００１７】
すなわち、加熱時の長尺鋼管１の圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満であって長尺鋼管１内の圧力が１×１０４Ｐａ未満では、加熱時に長尺鋼管１が変形（縮径状態）又は潰れるおそれが高い。一方、ガスを封入した後の圧力が１５×１０４Ｐａを超えると、加熱時に管内の封入ガスが膨張して長尺鋼管１が変形（拡径状態）又は破裂するおそれが高い。
【００１８】
長尺鋼管１の管内が所定の真空度又はガス圧力になった後、第２真空バルブ５８を閉じ、軟鋼製脱気パイプ５２の一対の矢印６０で示す所定の位置を任意のフレーム（火炎）で約９００℃以上に加熱し、図示しない加圧器具を使用して矢印６０方向に加圧して脱気パイプ５２を扁平状にする。これにより、パイプ内面は圧接され密閉されて所定の真空度又はガス圧力を維持できる。次いで、脱気パイプ５２の圧接箇所の第２真空バルブ５８側を切断して熱処理工程のテーブルに移送、又は保管場所に保管する。以下に説明する長尺鋼管１は、各図において、鋼管端部シール部材２に残存する脱気パイプ５２の端部の図示を省略する。また、矢印６０で示す位置での脱気パイプ５２の切断は、あらかじめ設けられた任意の耐熱真空シールの接続構造とすることもできる。
【００１９】
図１において、本発明の長尺鋼管１の熱処理工程は、図示しない架台に設けたテーブルローラ７、搬送ローラ８、高周波誘導加熱装置Ｇ、冷却装置Ｈ、矯正装置Ｊ、及び後部搬送ローラ９から構成されている。これらの各装置は、長尺鋼管１を通し、挟持できるように同心的に一列に設置され、長尺鋼管１を所定の移動速度で供給し、排出する。
【００２０】
図１の前記一連の工程に長尺鋼管１の熱処理によって外表面に生成したスケールを除去するスケール除去装置Ｋを設けた工程例を図３に示す。スケール除去装置Ｋは、図３には図示しない通常のショットブラストに置き換えてスケール除去することも可能である。
【００２１】
図１に戻って、高周波誘導加熱装置Ｇは、高周波電源３及びこれに接続されたワークコイル４からなる。長尺鋼管１はワークコイル４のコイル中を通され、全周にわたって均一に急加熱され、所定の温度（９５０℃〜１２００℃）に加熱された後、長尺鋼管１の厚み（ｔ＝２〜５ｍｍ）が均一に加熱されるまで所定の時間（好ましくは３〜６分間）保持される。長尺鋼管１の搬送速度は、これらの諸条件及び供給電力を考慮し、所定の熱処理ができるように決定する。高周波電源３から供給する電源周波数は、１〜５ｋＨｚか好ましい。
【００２２】
また、図９に示す高周波誘導加熱装置は、長尺鋼管１を急加熱昇温する高周波誘導加熱装置（昇温）Ｍ１及び所定の温度を所定時間保持するための高周波誘導加熱装置（保温）Ｍ２からなり、それぞれが高周波電源４１、４３及びワークコイル４２、４４からなる。
【００２３】
昇温用のワークコイル４２は急加熱するために保温用のワークコイル４４に比較してコイルの巻き数、巻き密度を高くし、又は高周波電源４１から供給する電力（周波数等）を調整する。好ましい供給電力例として、高周波電源４１、４３はそれぞれ、３ｋＨｚである。
【００２４】
図１、図４及び図５に示す冷却装置Ｈは、リング状冷却水管路５、その冷却水管路５に設けた冷却水供給口２５、及び冷却水散水用のスリットノズル２６を有する。なお、図４は図１の冷却装置ＨのＢ−Ｂ断面図であり、図５は図４のリング状冷却水管路５のＤ−Ｄ断面図である。
【００２５】
冷却水供給口２５から供給された冷却水１２は、冷却水管路５の全周にわたって連続するスリット構造のスリットノズル２６から、加熱された長尺鋼管１に均一に矢印１３の方向に全周にわたってむらなく散水される。よって、冷却時の冷却水供給の不均一による変形、歪の発生を最小限に抑制できる。
【００２６】
矯正装置Ｊは、図２に示すように、熱処理された長尺鋼管１を挟持して略全周を囲むように対向し、かつ変形した外径を所定の外径に矯正できるように、矯正ローラ６のカリバー１０のサイズが設定されている。矯正装置Ｈの矯正ローラ６は、図示しない駆動装置によって回転し、さらに矯正ローラ６の軸間距離は変形の矯正状況に合わせて調整することができる。長尺鋼管１の変形量は、式 ＯＲ％＝［（外径−変形後の外径）／外径］×１００によって算出できる。ＯＲ２％以下が好ましい。
【００２７】
長尺鋼管１の熱処理の一つである焼入れ方法は、均一加熱及び均一冷却を目的とする方法設計であるが、本発明が主として対象とする長尺鋼管１は長さが３ｍ〜１５ｍ、かつ比較的大径（内径が６０ｍｍ以上）の肉厚の小さい長尺鋼管であり、焼入れ生産性の観点から急熱、均熱化、急冷を条件として設計するので、変形及び歪の発生を０％にすることは困難である。そこで、発生した長尺鋼管１の変形は矯正装置Ｊを使用して矯正できる変形レベルにして、ラインパイプ等の内張り鋼管としての品質を確保する。
【００２８】
図３に示すスケール除去装置Ｋは、長尺鋼管１の両サイドに設けた一対のベルトサンダー２２を、長尺鋼管１の全周を覆うように、かつ巻き付くように交差させてセットする構造であり、図６にその一方のベルトサンダー２２のＣ−Ｃ図を示す。図３に示すスケール除去装置Ｋはライン上にありインラインでスケール除去を実施するが、ライン外の任意の場所でスケール除去を実施することもできる。
【００２９】
図６に示すようにエンドレスにベルト加工された研磨布紙のベルトサンダー２２は、駆動プーリ２１及びガイドプーリ２３によってベルトサンダー２２の研磨面が長尺鋼管１の外周面に接触して研磨する構造となっている。駆動プーリ２２の設置位置を調整することで一つのベルトサンダー２２が長尺鋼管１に接触する円周角を１８０度強とし、両サイドに設けた一対のベルトサンダー２２によって長尺鋼管１の全周を研磨する。また、長尺鋼管１の軸方向に対して斜めに対称に設けた一対のスケール除去装置Ｋは、ベルトサンダー２２によって長尺鋼管１にかかる研磨時の摩擦による回転力を相殺して被加工部材である長尺鋼管１を安定させることができる。ベルトサンダー２２として、耐食性鋼の長尺鋼管１の研磨にはＪＩＳ Ｒ６２５６「研磨ベルト」を使用するのが望ましい。
【００３０】
長尺鋼管１に熱処理によって生成したスケールを除去する方法として、図示しないショットブラストがある。通常使用されているショットブラストには、機械式又は空気式によって投射材である鋳鉄などのアトマイズ法で製造された球形粒子、アルミナ、カーボランダムなどの球形粒子等を投射してスケールを除去する。
【００３１】
ショットブラストによるスケール除去装置は装置構造の関係から図３のようにインラインで実施することが好ましい。図示しない予めセットされたショットブラスト装置は長尺鋼管１の全外周面のスケールが研磨除去されるように、長尺鋼管１の外周側に独立して設けたレール上に、複数の投射口からの投射材が鋼管外周面に当たる範囲を適宜ラップするように設置し、かつ投射口を揺動、及び長尺鋼管１の回転を適度に組み合わせて施工する。長尺鋼管１の表面に生成した酸化物スケールの成分、性質、厚さ等を考慮して投射材の種類とその粒子径、投射圧力及び投射量を選択する。
【００３２】
図７に示すフレーム（火炎）加熱装置Ｌは、図１及び図９に示した高周波誘導加熱装置Ｇ又はＭ１、Ｍ２に代わる加熱装置である。図８は図７に示すフレーム加熱装置３３のＥ−Ｅ断面図である。図７のフレーム加熱装置Ｌは、リングガスバーナ３１、３２及び３３の３つのバーナからなる装置例である。
【００３３】
リングバーナ３１〜３３は、図８に示すように長尺鋼管１の全周を囲むようにリング状であり、長尺鋼管１の外表面に向けて火口３５が等間隔で設けられている。リングガスバーナへのガス供給は、全ての火口３５のフレーム（火炎）が均一になるように、リングの両サイド２ヶ所に設けたガス供給口３４から行うようにした。長尺鋼管１の加熱温度、保温時間に対応して、リングバーナの設置数、各バーナの火口３５の大きさ、数、並べ方等を任意に設計したバーナを使用する。フレーム加熱装置Ｌのフレームとしては、プロパン炎等の天然ガス炎を使用することができる。
【００３４】
以上の実施形態によって熱処理された長尺鋼管は鋼管両端のシール部を切断除去して、例えば、炭素鋼又は低合金鋼を外管用鋼管とするラインパイプ用の高耐食性二重金属管の内張りに使用することができる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、以下の実施例において、所定の焼入れ温度で所定時間保持後の冷却には冷却水を用いたが、通常のノズル及び冷却媒体を使用するエアー冷却、ミスト冷却、また、これらと冷却水との任意の混合冷却媒体の噴霧、噴射によることもできる。
【００３６】
表１に本発明の実施例及び比較例に使用した長尺鋼管１の成分系とその成分例及び該当規格を参考に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表２に本発明の実施例及び比較例の焼入れ条件を示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
表３に本発明の実施例及び比較例の焼入れした結果及び評価を示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
表３に示す長尺鋼管の変形量は、上述の式 ＯＲ％＝［（外径−変形後の外径）／外径］×１００によって算出し、ＯＲ２％以下を良好とした。長尺鋼管の外面酸化は目視により判断した。内面酸化は目視及びＪＩＳ
Ｚ０３１３の除せい度の評価に準じて評価した。ＪＩＳ Ｚ０３１３の除せい度には、Ｓａ１、Ｓａ１／２及びＳａ２、Ｓａ３があり、その順に鋼材表面の状態が良好となる。本発明では、除せい度がＳａ１／２以上を良好とした。
【００４３】
表２及び３において、試験番号１〜９は、いずれも本発明の熱処理条件を満足する実施例である。すなわち、試験番号１〜３及び６は、両端を密閉した長尺鋼管の内部を所定の真空度まで脱気し、次いで長尺鋼管を軸方向に移動させながら全周加熱し、その後冷却したものである。また、試験番号４、５及び７〜９は、鋼管の加熱時の圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満であったので、長尺鋼管の内部を０.０３Ｐａの真空度まで脱気した後、試験番号５以外はＡｒ＋４％Ｈ２ガスを、試験番号５はＡｒガスを封入し、管内圧力を５×１０４Ｐａとして、加熱及び冷却を行った。加熱は、試験番号１〜６については図１の高周波誘導加熱装置Ｇにより行い、試験番号８及び９については図９の昇温用及び保温用の高周波誘導加熱装置Ｍ１、Ｍ２により行った。試験番号７については、図７のフレーム加熱装置Ｌにより加熱し、フレームとしてはアセチレンガスのフレームを用いた。冷却は、図１の冷却装置Ｈにより行った。また、いずれの試験番号においても、インライン若しくはライン外でのベルトサンダーによる研磨、又はショットブラスト研磨によって外表面スケールを除去した。ショットブラスト研磨では、アルミナ粒子４００番を投射材とし、投射圧力は６ｋｇ／ｃｍ２、投入量は４００ｇ／ｍｉｎとした。
【００４４】
表３に示すとおり、試験番号１〜９は、変形量、内面酸化及び外面酸化の評価結果はいずれも良好であった。
【００４５】
なお、試験番号１は、脱気後の真空度を１０Ｐａと、試験番号２、３及び６の０.０３Ｐａよりも低真空度としている。試験番号１で使用した鋼種ＥはＮｉ含有量が７３質量％であり、表１の他の鋼種よりも高耐食性であるため、真空度が１０Ｐａでも内面酸化は許容範囲であったが、より広い鋼種に適用するには、脱気後の真空度は１.５Ｐａ以下とすることが好ましく、０.２Ｐａ以下とすることがより好ましい。
【００４６】
試験番号１０も本発明の熱処理条件を満足する実施例である。試験番号１０は、鋼管の加熱時の圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満である鋼管について、脱気後の真空度を０.０５Ｐａとし、そのまま加熱及び冷却したものである。加熱時の圧潰圧力Ｐｃが小さかったため、加熱及び冷却直後は変形量ＯＲ％が２．４０と悪かったが、図１及び２に示した矯正装置Ｊによる矯正を実施することにより、変形量ＯＲ％は０．５０と良好になった。ただし、鋼管の加熱時の圧潰圧力Ｐｃが３×１０５Ｐａ未満の場合、上記のように加熱及び冷却後の変形が大きくなるので、この場合、上述した試験番号４、５及び７〜９のように脱気後にガス封入を行うことが好ましい。
【００４７】
試験番号１１は、上述の特許文献１の方法に準じた比較例である。不活性ガスを流すだけでは、内面酸化を防止することはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の熱処理方法では、ステンレス鋼管、Ｎｉ系合金鋼管等の熱処理による内面スケールの発生を抑え、従来の硝フッ酸等を使用した酸洗による内面スケールの除去作業をなくしたので、硝フッ酸等の廃液による環境、廃液処理等の大きな問題を避けることができる。また、高温加熱、急冷による長尺鋼管の降伏強度の低下、管内ガスの膨張、収縮による長尺鋼管の変形を最小限に抑えるか、発生した変形を矯正することによって所定の変形の範囲に抑えることができる。よって、本発明の熱処理方法を適用した長尺鋼管は、サワーガス等の輸送管であるラインパイプの高耐食性を有する内張り鋼管、一般用の耐食性鋼管として使用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 長尺鋼管
２ 鋼管端部シール部材
３ 誘導加熱用高周波電源
４ ワークコイル
５ リング状冷却水管路
６ 矯正ローラ
７ テーブルローラ
８ 搬送ローラ
９ 後部搬送ローラ
１０ カリバー
１１ 回転軸
１２ 冷却水
１３ 散水
１４ 鋼管搬送方向
２０ 加熱装置
２１ 駆動プーリ
２２ ベルトサンダー
２３ ガイドプーリ
２４ ベルトサンダー回転方向
２５ 冷却水供給口
２６ スリットノズル
３１、３２、３３ リングガスバーナ
３４ ガス供給口
３５ 火口
４１ 高周波電源（昇温）
４２ ワークコイル（昇温）
４３ 高周波電源（保温）
４４ ワークコイル（保温）
５１ シール溶接部
５２ 脱気パイプ
５３ 真空ポンプ
５４ 第１真空メータ
５５ 第１真空バルブ
５６ ガスボンベ
５７ ガスバルブ
５８ 第２真空バルブ
５９ 第２真空メータ
６０ 脱気パイプカット位置
Ｇ 高周波誘導加熱装置
Ｈ 冷却装置
Ｊ 矯正装置
Ｋ スケール除去装置
Ｌ フレーム加熱装置
Ｍ１ 高周波誘導加熱装置（昇温）
Ｍ２ 高周波誘導加熱装置（保温）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺鋼管の両端部を密閉し、密閉した長尺鋼管の内部を脱気し、又は脱気後に不活性ガス若しくは還元性ガスを封入し、次いで長尺鋼管を軸方向移動させながら全周加熱し、その後冷却する長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項２】
脱気後の長尺鋼管内の真空度が１.５Ｐａ以下である請求項１に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項３】
不活性ガス若しくは還元性ガスの封入後の長尺鋼管内の圧力が１×１０４Ｐａ〜１５×１０４Ｐａである請求項１に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項４】
冷却された長尺鋼管を挟持しつつ搬送する矯正ローラを用いて長尺鋼管の変形を矯正する請求項１〜３のいずれかに記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項５】
冷却された長尺鋼管の外表面スケールを除去する請求項１〜４のいずれかに記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項６】
前記外表面スケールをインラインにて除去する請求項５に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項１】
長尺鋼管の両端部を密閉し、密閉した長尺鋼管の内部を脱気し、又は脱気後に不活性ガス若しくは還元性ガスを封入し、次いで長尺鋼管を軸方向移動させながら全周加熱し、その後冷却する長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項２】
脱気後の長尺鋼管内の真空度が１.５Ｐａ以下である請求項１に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項３】
不活性ガス若しくは還元性ガスの封入後の長尺鋼管内の圧力が１×１０４Ｐａ〜１５×１０４Ｐａである請求項１に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項４】
冷却された長尺鋼管を挟持しつつ搬送する矯正ローラを用いて長尺鋼管の変形を矯正する請求項１〜３のいずれかに記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項５】
冷却された長尺鋼管の外表面スケールを除去する請求項１〜４のいずれかに記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【請求項６】
前記外表面スケールをインラインにて除去する請求項５に記載の長尺鋼管の熱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２４６５１５（Ｐ２０１２−２４６５１５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７３２９（Ｐ２０１１−１１７３２９）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００１４３６２８）株式会社黒木工業所 (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００１４３６２８）株式会社黒木工業所 (17)
【Ｆターム（参考）】
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