特開 2024-134495 金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置及び金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024134495

(43)【公開日】2024-10-03

(54)【発明の名称】金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置及び金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法

(51)【国際特許分類】

   B21B 37/74 20060101AFI20240926BHJP

   B21C 37/06 20060101ALI20240926BHJP

   B21B 45/02 20060101ALI20240926BHJP

   B21C 51/00 20060101ALI20240926BHJP

   B21B 38/00 20060101ALI20240926BHJP

【ＦＩ】

B21B37/74 C

B21C37/06 B

B21B45/02 320M

B21C51/00 E

B21B38/00 C

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023159175

(22)【出願日】2023-09-22

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-01-05

(31)【優先権主張番号】202310268789.8

(32)【優先日】2023-03-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】519274219

【氏名又は名称】太原理工大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】王 涛

(72)【発明者】

【氏名】季 策

(72)【発明者】

【氏名】黄 慶学

(72)【発明者】

【氏名】任 忠凱

(72)【発明者】

【氏名】劉 文文

(72)【発明者】

【氏名】陳 鵬

(72)【発明者】

【氏名】韓 建超

(72)【発明者】

【氏名】劉 元銘

【テーマコード（参考）】

4E124

【Ｆターム（参考）】

4E124AA12

4E124BB07

4E124BB08

4E124BB09

4E124GG10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】金属からなるシームレス複合管を成形する技術分野に関し、特に、金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置及びその圧延と熱処理方法を提供する。
【解決手段】装置は、圧延軸線に沿って順次に布配置された勾配温度制御手段１と第一温度測定計２を含む。前記勾配温度制御手段は、並列設置された基本温度制御部品をＮグループだけ含み、前記基本温度制御部品は、電磁誘導加熱モジュール１０１と環状ミスト冷却モジュール１０２からなり、前記環状ミスト冷却モジュールは、円周方向に複数のミスト冷却ノズルが螺旋で均一に設けられている。本発明は、外層管材の外壁温度Ｔ１が内層管材の内壁温度Ｔ２よりも低いように主動で制御することにより、圧延と複合を行う際に外層管材に温度が比較的低いことから優れた強度を有し、外層管材が引き裂かれた現象を避けることができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧延軸線に沿って順次に配置された勾配温度制御手段（１）と第一温度測定計（２）を含み、
前記勾配温度制御手段（１）は、並列設置された基本温度制御部品をＮグループだけ含み、隣接する前記基本温度制御部品間の間隔距離をＬ１とし、前記基本温度制御部品が電磁誘導加熱モジュール（１０１）と環状ミスト冷却モジュール（１０２）からなり、前記電磁誘導加熱モジュール（１０１）と環状ミスト冷却モジュール（１０２）との間の間隔距離をＬ２とし、前記環状ミスト冷却モジュール（１０２）は、円周方向において複数のミスト冷却ノズルが螺旋状で均一に配置されており、前記ミスト冷却ノズルの向き方向が圧延軸線に沿って運動する金属からなるシームレス複合管の運動方向と逆になり、前記ミスト冷却ノズルの螺旋方向が圧延軸線周りに回転する金属からなるシームレス複合管の回転方向と逆になり、
前記第一温度測定計（２）は、勾配温度制御手段（１）の後ろ側に設置され、勾配温度制御手段（１）において電磁誘導加熱モジュール（１０１）と環状ミスト冷却モジュール（１０２）との開閉状態を調整するようにフィードバックするためのものである、
ことを特徴とする金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置。

【請求項2】

圧延温度制御手段（３）と第二温度測定計（４）をさらに含み、
前記圧延温度制御手段（３）は、グループとなった環状気体冷却モジュール（３０１）を含み、前記環状気体冷却モジュール（３０１）は、圧延装置（５）の入り口側に設置され、前記環状気体冷却モジュール（３０１）は、円周方向において複数の気体冷却ノズルが螺旋状で均一に配置されており、前記気体冷却ノズルの向き方向が圧延軸線に沿って運動する金属からなるシームレス複合管の運動方向と同じであり、前記気体冷却ノズルの螺旋方向が圧延軸線に沿って回転する金属からなるシームレス複合管の回転方向と同じであり、
前記第二温度測定計（４）は、圧延装置（５）の出口側に設置され、環状気体冷却モジュール（３０１）の冷却気体流量を調整するようにフィードバックするためのものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置。

【請求項3】

請求項２に記載の金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置を用いて、金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法であって、
仕掛品を予め被覆して組み合わせておくステップＳ１であって、外層管材と内層管材について表面に洗浄処理と干燥処理を行い、外層管材を外、内層管材を内にするという順番に従って仕掛品を被覆して組み合わせ、両端を密封するように溶接してから真空引きを行うと、管仕掛品を予め被覆して組み合わせておく仕掛品を組み合わせる作業が済む、ステップＳ１と、
勾配加熱をラインで行うステップＳ２であって、芯棒が、予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品の中を通り抜けるようにし、加熱を行うように、芯棒搬送車を用いて勾配温度制御手段（１）に送り、外層管材と内層管材の肉方向に温度勾配を形成し、第一温度測定計（２）により予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品の外面を温度測定し、基本温度制御部品における電磁誘導加熱モジュール（１０１）と環状ミスト冷却モジュール（１０２）との開閉状態を微細調整するようにフィードバックし、外層管材の外面と内層管材の内面とがそれぞれ目標温度Ｔ１とＴ２まで加熱されることにより、能動的制御温度勾配ΔＴ＝Ｔ１―Ｔ２を形成するステップＳ２と、
温度制御をしながら圧延して複合するステップＳ３であって、圧延装置（５）の圧延ローラーと間隔板を調整し、目標穴の形状とサイズを設定し、肉方向において温度勾配ΔＴを有した予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品を、芯棒、圧延ローラー及び間隔板で共に囲まれたローラー隙間に送り圧延と複合を行い、圧延装置（５）の出口側に位置する第二温度測定計（４）により、圧延と複合がされた金属からなるシームレス複合管の外面を温度測定し、圧延装置（５）における入り口側環状気体冷却モジュール（３０１）の冷却気体流量を調整するようにフィードバックし、圧延して複合する際に冷却をラインで行うことから、外層管材において激しい塑性変形により招致された温度が向上するが強度が低下するという現象を相殺し、外層管材の温度が比較的低いが基体強度が比較的高いように保証し、引き裂かれる現象を防ぎ、温度が高すぎると複合界面に金属間化合物を形成してしまうのを抑え、複合界面に冶金と結合を高強度で実現し、内層管材に温度が比較的高いが強度が比較的低いように保証し、成分の金属を、協調性を持って変形するように促進するステップＳ３と、
一定のサイズに従って切断して取集するステップＳ４であって、予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品を圧延して複合した場合に、直径が減り、肉が薄くなり、複合界面を冶金して結合することが実現され、最終的に圧延された金属からなるシームレス複合管を取得し、先端と尾端を取り除いてから、一定のサイズに従って切断し、勾配温度制御に基づいて熱処理をした後に、目標成分金属と複合界面総合性能を取得し、仕上げられた金属からなるシームレス複合管を取得すると、バインダ、パッケージ及び棚入れを行う、ステップＳ４を含む、
ことを特徴とする金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法。

【請求項4】

請求項１に記載の金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置を用いて、金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法であって、
送りローラーの軌道を介して、金属からなるシームレス複合管を勾配温度制御手段（１）に送り加熱を行い、外層管材と内層管材との肉方向に温度勾配を形成し、第一温度測定計（２）により、金属からなるシームレス複合管の外面の温度を測定し、基本温度制御部品における電磁誘導加熱モジュール（１０１）と環状ミスト冷却モジュール（１０２）の開閉状態を微細調整するようにフィードバックし、外層管材の外面と内層管材の内面とをそれぞれ熱処理目標温度ｔ１とｔ２まで加熱し、温度勾配Δｔ＝ｔ１―ｔ２を形成し、勾配温度制御に基づいて熱処理を行うと、目標成分金属と複合界面総合性能を取得する、
ことを特徴とする金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属からなるシームレス複合管を成形する技術分野に関し、特に、金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置及び金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属からなるシームレス複合管は、剛性、強度、耐腐食性や耐磨耗性など総合的な性能を同時に備えて構成される機能素材であり、基体と被覆層との間に特別な変形技術により緊密に結合を形成する。わが国において需要量が最大になる炭素鋼とステンレスからなる複合管を例に説明する。このタイプの複合管は、強度が高く、耐磨耗性が良いと共に、優れた耐腐食性と耐高温度性の性能を備えていることから、使用期間が大幅に延ばされており、希有金属と貴重な金属の素材を必要以上に使ってしまうことをある程度で避けることができ、生産のコストを大幅に削減でき、市場に適用される潜在的価値が大きく、航空と宇宙の開発、石油の採掘、化学工業における腐食性をもった媒体の運送、軍事工業、原子力発電などの分野に適用される見通しが幅広くある。

【0003】

現在、金属からなるシームレス複合管を生産するプロセスは、主に、熱押出、爆発溶接、油圧によるエキスパンションジョイント法、圧延複合法などが含まれる。しかし、サイズや規格が異なり又は異なる成分が含まれている金属からなるシームレス複合管を効率よく製造するについて、従来の成形プロセスにおいて複数の問題が存在している。例えば、金属からなるシームレス複合管は、全体として肉が比較的薄い場合に、又は、外部から耐腐食性を取るために外層管材が比較的薄いが内層管材が比較的厚いという要望がある場合に、金属からなるシームレス複合管を安定的に成形することは、容易なことではない。熱押出法は、一般的に、融点が低い有色金属複合管を成形することしか適用されず、爆発溶接法と油圧によるエキスパンションジョイント法は、ステンレスと炭素鋼、チタンと炭素鋼などの金属からなるシームレス複合管を成形することに適用されるが、爆発溶接法によると著しい騒音と環境汚染が存在していると共に、油圧によるエキスパンションジョイント法によると、締り嵌めをはじめ機械結合しか形成できず、しかも、両者は、一般的に内部から外部まで負荷を伝達することが一般的であるが、外管が薄いが内管が厚い場合に負荷を効果的に界面に伝達することができない。

【0004】

金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法は、効率が著しく高く、複合界面を冶金して結合することが実現される。圧延して複合する際には、円、三角形、円という変形の過程があり、最終的に複合界面を冶金して結合することが実現される。しかしながら、金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する際には、外層管材と内層管材を共に、同じ温度に加熱することから、全体として肉が比較的薄い場合に、又は、外層管材の肉が比較的薄いが内層管材の肉が比較的厚い場合に、外管を引き裂く現象が非常に著しく、成形を安定に実現することができず、全体として圧延を行う温度が低下して複合界面を冶金して結合することができない。故に、如何にして、外層管材を引き裂く欠陥を避けることによって複合界面を高強度で冶金し結合することが実現できるかということは、国内外において早めに解決すべき技術的課題となっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記の問題に対して、金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置及びその圧延と熱処理方法を提供する。

【0006】

本発明は、上記の目的を達成するために、以下の技術手段を採用する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置は、圧延軸線に沿って順次に配置された勾配温度制御手段と第一温度測定計を含む。

【0008】

前記勾配温度制御手段は、並列設置された基本温度制御部品をＮグループだけ含み、隣接する前記基本温度制御部品の間は、間隔距離をＬ１とし、前記基本温度制御部品は、電磁誘導加熱モジュールと環状ミスト冷却モジュールからなり、前記電磁誘導加熱モジュールと環状ミスト冷却モジュールとの間の間隔距離をＬ２とし、前記環状ミスト冷却モジュールは、円周方向に複数のミスト冷却ノズルが螺旋で均一に設けられており、前記ミスト冷却ノズルの向き方向が圧延軸線に沿って運動する金属からなるシームレス複合管の運動方向と逆になり、前記ミスト冷却ノズルの螺旋方向が圧延軸線回りに回転する金属からなるシームレス複合管の回転方向と逆になる。

【0009】

前記第一温度測定計は、勾配温度制御手段の後ろ側に設置され、勾配温度制御手段における電磁誘導加熱モジュールと環状ミスト冷却モジュールの開閉状態を微細調整するようにフィードバックする。

【0010】

さらに、圧延温度制御手段と第二温度測定計をさらに含む。

【0011】

前記圧延温度制御手段は、グループとなった環状気体冷却モジュールを含む。前記環状気体冷却モジュールは、圧延装置の入り口側に設置され、前記環状気体冷却モジュールは、円周方向に複数の気体冷却ノズルが螺旋で均一に設けられており、前記気体冷却ノズルの向き方向が圧延軸線に沿って運動する金属からなるシームレス複合管の運動方向と同じであり、前記気体冷却ノズルは、螺旋方向が圧延軸線回りに回転する金属からなるシームレス複合管の回転方向と同じである。

【0012】

前記第二温度測定計は、圧延装置の出口側に設置され、環状気体冷却モジュールの冷却気体流量を調整するようにフィードバックするためのものである。

【0013】

金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法は、以下のステップを含む。

【0014】

ステップＳ１は、仕掛品を予め被覆して組み合わせておく。外層管材と内層管材について表面に洗浄処理と干燥処理を行い、外層管材を外、内層管材を内にするという順番に従って仕掛品を被覆して組み合わせ、両端を密封するように溶接してから真空引きを行うと、管仕掛品を予め被覆して組み合わせておく仕掛品を組み合わせる作業が済む。

【0015】

ステップＳ２は、勾配加熱をラインで行う。芯棒が、予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品の中を通り抜けるようにし、加熱を行うように、芯棒搬送車を用いて勾配温度制御手段に送り、外層管材と内層管材の肉方向に温度勾配を形成し、第一温度測定計により予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品の外面を温度測定し、基本温度制御部品における電磁誘導加熱モジュールと環状ミスト冷却モジュールとの開閉状態を微細調整するようにフィードバックし、外層管材の外面と内層管材の内面とがそれぞれ目標温度Ｔ１とＴ２まで加熱されることにより、主動制御温度勾配ΔＴ＝Ｔ１―Ｔ２を形成する。

【0016】

ステップＳ３は、温度制御をしながら圧延して複合する。圧延装置の圧延ローラーと間隔板を調整し、目標穴の形状とサイズを設定し、肉方向において温度勾配ΔＴを有した予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品を、芯棒、圧延ローラー及び間隔板で共に囲まれたローラー隙間に送り圧延と複合を行い、圧延装置の出口側に位置する第二温度測定計により、圧延と複合がされた金属からなるシームレス複合管の外面を温度測定し、圧延装置における入り口側環状気体冷却モジュールの冷却気体流量を調整するようにフィードバックし、圧延と複合際に冷却をラインで行うことから、外層管材において激しい塑性変形により招致された温度が向上するが強度が低下するという現象を相殺し、外層管材の温度が比較的低いが基体強度が比較的高いように保証し、引き裂かれた現象を防ぎ、温度が高すぎると複合界面に金属間化合物を形成してしまうのを抑え、複合界面に冶金と結合を高強度で実現し、内層管材に温度が比較的高いが強度が比較的低いように保証し、成分の金属を、協調性を持って変形するように促進する

【0017】

ステップＳ４は、一定のサイズに従って切断して取集する。予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品を圧延して複合した場合に、直径が減り、肉が薄くなり、複合界面を冶金して結合することが実現され、最終的に圧延された金属からなるシームレス複合管を取得し、先端と尾端を取り除いてから、一定のサイズに従って切断し、勾配温度制御に基づいて熱処理をした後に、目標成分金属と複合界面総合性能を取得し、仕上げられた金属からなるシームレス複合管を取得すると、バインダ、パッケージ及び棚入れを行う。

【0018】

金属からなるシームレス複合管を熱処理する方法は、送りローラーの軌道を介して、金属からなるシームレス複合管を勾配温度制御手段に送り加熱を行い、外層管材と内層管材との肉方向に温度勾配を形成し、第一温度測定計により、金属からなるシームレス複合管の外面を温度測定し、基本温度制御部品における電磁誘導加熱モジュールと環状ミスト冷却モジュールの開閉状態を微細調整するようにフィードバックし、外層管材の外面と内層管材の内面とをそれぞれ熱処理目標温度ｔ１とｔ２まで加熱し、温度勾配Δｔ＝ｔ１―ｔ２を形成し、勾配温度制御に基づいて熱処理を行うと、複合界面に目標成分金属と総合性能を取得する。

【発明の効果】

【0019】

従来の技術に比べて、本発明が以下の利点を備えている。

【0020】

本発明に係る勾配温度制御手段は、並列設置された基本温度制御部品をＮグループだけ含み、基本温度制御部品は、電磁誘導加熱モジュールと環状ミスト冷却モジュールとの両部分からなり、加熱と冷却を入れ替えることにより、外層管材の外壁温度Ｔ１が内層管材の内壁温度Ｔ２よりも低いように能動的に制御し、第一温度測定計により、金属からなるシームレス複合管の肉方向において温度制御可能な勾配ΔＴ＝Ｔ１―Ｔ２を生じさせることができる。圧延して複合する際には外層管材の温度が比較的に低いことから強度が良い。それにより、外層管材を引き裂く現象を避けることができる。内層管材は、その温度が比較的高いことから、金属複合管を圧延して複合する際に変形の協調性を高めることができる。複合界面は、その温度が両者間に位置することから、温度が高い場合に複合界面に金属間化合物を形成してしまうことを避けることができるのみならず、複合界面を冶金して結合するように促進し、圧延して複合することができるプロセスの範囲を著しく拡大させることができる。

【0021】

本発明に係る環状ミスト冷却モジュールは、円周方向において複数のミスト冷却ノズルが螺旋で均一に設けられており、ミスト冷却ノズルの向き方向が圧延軸線に沿って運動する金属からなるシームレス複合管の運動方向と逆になり、しかも、ミスト冷却ノズルは、螺旋方向が圧延軸線に沿って回転する金属からなるシームレス複合管の回転方向と逆になる。それにより、圧延軸線に沿って螺旋で前進する金属からなるシームレス複合管を強制で冷却することができ、冷却の強度と冷却の均一性を著しく高めることができる。また、ミスト冷却ノズルは、空間に傾斜角度と流量を調整可能であるため、サイズ、規格や成分が異なる金属を組み合わせるニーズを満たすことができる。

【0022】

本発明に係る温度制御圧延手段は、圧延装置の入り口側に設置された環状気体冷却モジュールを一グループだけ含み、環状気体冷却モジュールは、円周方向において複数の気体冷却ノズルが螺旋で均一に設けられており、気体冷却ノズルの向き方向が圧延軸線に沿って運動する金属からなるシームレス複合管の運動方向と同じであり、気体冷却ノズルの螺旋方向が圧延軸線に沿って回転する金属からなるシームレス複合管の回転方向と同じである。第二温度測定計により、圧延して複合する際に冷却を強制に制御可能である。外層管材において激しい塑性変形により招致された温度が向上する現象を相殺する。外層管材を引き裂く現象を再度避けることができ、温度が高すぎる場合に金属間化合物を形成してしまうことを抑え、複合界面を高強度で冶金して結合するように促進して実現し、しかも、気体冷却ノズルにおける空間傾斜角度と流量を制御可能であることから、サイズ、規格や成分が異なる金属を組み合わせるニーズを満たすことができる。

【0023】

本発明は、金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置の配置と開閉を調整することにより、サイズ、規格や成分が異なる金属を組み合わせる際に金属からなるシームレス複合管の温度を制御しながら圧延して複合するニーズを満たすことができる。また、外層管材と内層管材との間の温度勾配を能動的に制御することにより、勾配温度制御に基づいて熱処理を行って、成分が異なる金属に必要な異なる熱処理工程を満たすことができる。しかも、複合界面において組織の性能を熱処理しながら制御することができる。故に、本発明に係る技術手段は、全体として肉が比較的薄い場合に、又は、外層管材の肉が比較的薄いが内層管材肉が比較的厚い場合に、金属からなるシームレス複合管を安定に成形することが実現されると共に、複合界面に目標成分金属と総合性能が制御される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の構成を示した模式図である。

【図2】本発明に係る基本温度制御部品の構成を示した模式図である。

【図3】本発明に係る圧延温度制御手段を示した模式図である。

【図4】４５＃優れた炭素構成鋼について高温状態における真応力と真ひずみを示したグラフである。

【図5】３１６Ｌステンレスについて高温状態における真応力と真ひずみを示したグラフである。

【図6】外層管材の変形抵抗力が内層管材よりも小さい時に、変形している過程を示した模式図である。

【図7】外層管材の変形抵抗力が内層管材よりも大きい時に、変形している過程を示した模式図である。

【図8】外管を引き裂いた現象が現れた金属からなるシームレス複合管を示した模式図である。

【図9】本発明において勾配温度制御に基づいて加熱をラインで行う際に、温度変化グラフを示した模式図である。

【図10】界面において結合状態が良い金属からなるシームレス複合管を示した模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の技術手段を一層説明するためには、以下、実施例に基づいて本発明を詳しく説明する。

【実施例0026】

図１乃至図３に示すように、金属からなるシームレス複合管に勾配温度をラインで制御する装置は、圧延軸線に沿って順次に布配置された勾配温度制御手段１、第一温度測定計２、圧延温度制御手段３及び第二温度測定計４を含む。

【0027】

前記勾配温度制御手段１は、並列設置された基本温度制御部品をＮグループだけ含み、隣接する前記基本温度制御部品間は、間隔距離をＬ１とし、前記基本温度制御部品は、電磁誘導加熱モジュール１０１と環状ミスト冷却モジュール１０２からなり、前記電磁誘導加熱モジュール１０１と環状ミスト冷却モジュール１０２との間の間隔距離をＬ２とし、前記環状ミスト冷却モジュール１０２は、円周方向に複数のミスト冷却ノズルが螺旋で均一に設けられており、前記ミスト冷却ノズルの向き方向が圧延軸線に沿って運動する金属からなるシームレス複合管の運動方向と逆になり、前記ミスト冷却ノズルの螺旋方向が圧延軸線回りに回転する金属からなるシームレス複合管の回転方向と逆になる。

【0028】

前記圧延温度制御手段３は、環状気体冷却モジュール３０１を一グループだけ含み、前記環状気体冷却モジュール３０１は、圧延装置５の入り口側に設置される。前記環状気体冷却モジュール３０１は、円周方向において複数の気体冷却ノズルが螺旋で均一に設けられており、前記気体冷却ノズルの向き方向が圧延軸線に沿って運動する金属からなるシームレス複合管の運動方向と同じであり、前記気体冷却ノズルの螺旋方向が圧延軸線回りに回転する金属からなるシームレス複合管の回転方向と同じである。

【0029】

前記第一温度測定計２は、勾配温度制御手段１の後ろ側に設置され、勾配温度制御手段１における電磁誘導加熱モジュール１０１と環状ミスト冷却モジュール１０２の開閉状態を調整するようにフィードバックするためのものである。前記第二温度測定計４は、圧延装置５の出口側に設置され、環状気体冷却モジュール３０１の冷却気体流量を調整するようにフィードバックするためのものである。

【0030】

前記環状ミスト冷却モジュール１０２は、ミスト冷却ノズル空間の傾斜角度と流量を調整することが可能である。前記環状気体冷却モジュール３０１は、気体冷却ノズル空間の傾斜角度と流量を調整することが可能である。

【0031】

全体として肉が比較的薄い場合に、炭素鋼とステンレスにより、金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法が以下の通りである。

【0032】

外層管材は、４５＃優れた炭素により構成された鋼管であり、外径が７０ｍｍ、肉が４ｍｍである。内層管材は、３１６Ｌステンレス管であり、外径が６２ｍｍ、肉が２ｍｍである。勾配温度制御手段１には、基本温度制御部品の数が１０グループである。

【0033】

ステップＳ１は、仕掛品を予め被覆して組み合わせておく。外層管材と内層管材について表面に洗浄処理と干燥処理を行い、外層管材を外、内層管材を内にするという順番に従って仕掛品を被覆して組み合わせ、両端を密封するように溶接してから真空引きを行うと、管仕掛品を予め被覆して組み合わせておく仕掛品を組み合わせる作業が済む。

【0034】

ステップＳ２は、勾配加熱をラインで行う。芯棒が予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品の中を通り抜けるようにし、芯棒搬送車を用いて勾配温度制御手段１に送り加熱を行い、外層管材と内層管材との肉方向に温度勾配を形成する。第一温度測定計２により、予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品の外面を温度測定し、基本温度制御部品における電磁誘導加熱モジュール１０１と環状ミスト冷却モジュール１０２の開閉状態を微細調整するようにフィードバックし、外層管材の外面と内層管材の内面をそれぞれ目標温度Ｔ１＝９５０℃とＴ２＝１１５０℃まで加熱し、主動制御温度勾配ΔＴ＝９５０―１１５０＝―２００℃を形成する。

【0035】

ステップＳ３は、温度制御をしながら圧延して複合する。圧延装置５の圧延ローラーと間隔板を調整し、目標穴の形状とサイズを設定し、肉方向において温度勾配ΔＴを有した予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品を、芯棒、圧延ローラー及び間隔板で共に囲まれたローラー隙間に送り圧延と複合を行い、圧延装置５の出口側に位置する第二温度測定計４により、圧延複合がされた金属からなるシームレス複合管の外面を温度測定し、圧延装置５の入り口側環状気体冷却モジュール３０１の冷却気体流量を調整するようにフィードバックし、圧延と複合際に冷却をラインで行い、外層管材において激しい塑性変形により招致された温度が向上するが強度が低下するという現象を相殺し、外層管材の温度が比較的低いが基体強度が比較的高いように保証し、引き裂かれた現象を防ぎ、温度が高すぎると複合界面に金属間化合物を形成してしまうのを抑え、複合界面に冶金と結合を高強度で実現し、内層管材に温度が比較的高いが強度が比較的低いように保証し、成分の金属を、協調性を持って変形するように促進する。

【0036】

ステップＳ４は、一定のサイズに従って切断して取集する。予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品を圧延して複合した場合に、直径が減り、肉が薄くなり、複合界面を冶金して結合することが実現され、最終的に圧延された炭素鋼とステンレス金属からなるシームレス複合管を取得し、先端と尾端を取り除いてから、一定のサイズに従って切断し、勾配温度制御に基づいて熱処理をした後に、目標成分金属と複合界面総合性能を取得し、仕上げられた金属からなるシームレス複合管を取得すると、バインダ、パッケージ及び棚入れを行う。

【0037】

図４は、４５＃優れた炭素構成鋼について高温状態における真応力と真ひずみを示したグラフであり、つまり、変形抵抗力の変化を示したグラフである。図５は、３１６Ｌステンレスについて高温状態における真応力と真ひずみを示したグラフであり、つまり、変形抵抗力の変化を示したグラフである。図からわかるように、同一の温度に両者の変形抵抗力が明確な差異を有しており、例えば１１５０℃である場合に、４５＃優れた炭素構成鋼について真応力が約１０ＭＰａである一方、３１６Ｌステンレスについて真応力が約２５ＭＰａである。数値を用いてシミュレーションを行うことにより金属からなるシームレス複合管を圧延して変形させる過程を分析することも可能である。数値によるシミュレーションの結果からみれば、外層管材の変形抵抗力が内層管材のほうよりも小さい場合に、変形に協調性がないことから、圧延して複合する過程に複合界面において明確な間隙が現れると分かる。図６に示すように、複合界面を結合させる性能を著しく低くするのみならず、外管を引き裂く現象が招致されてしまう重要な理由に該当している。一方、外層管材の変形抵抗力が内層管材のほうよりも大きい場合に、圧延して複合する過程において複合界面に明確な間隙が現れない。図７に示すように、両者は、変形に協調性があり、複合界面を結合する強度を高めるのみならず、内層管材により外層管材に接触支持を与えると、外層管材を引き裂く現象を明確に避けることができる。

【0038】

成分金属の温度は、変形抵抗力を左右することから、温度が低いほど変形抵抗力が大きく、引き裂く現象を発生することが難しい一方、温度が高いほど変形抵抗力が小さく、引き裂く現象を発生することが易い。また、温度が高すぎると、複合界面に大量の金属間化合物が発生することがあり、それにより、複合界面を結合する強度が低下にする。また、図４と図５からわかるように、同一の温度に外層管材に対する真応力がいずれも内層管材に対する真応力よりも小さい。従来の圧延複合技術は、外層管材を引き裂く現象を避け、複合界面を冶金して結合することができない。そのうち、外管を引き裂く現象が現れた金属からなるシームレス複合管を示した模式図は、図９に示すように、圧延ローラーと接触した後に、外管を引き裂く現象が直ぐに現れており、圧延を行う過程を中断して金属からなるシームレス複合管を成形することができず、ひいては、圧延ローラー又はガイド板が破壊されてしまい、取り外して洗浄を行うように機器を直ぐにシャットダウンしなければならないことになる。

【0039】

本技術手段を採用すると勾配温度に基づいて加熱温度をラインで制御した変化を示したグラフ模式図は、図９に示すように、加熱と冷却を複数の回だけ入れ替えることにより、外層管材の外面を温度Ｔ１に加熱し、内層管材の内面を温度Ｔ２に加熱し、二者間に主動制御温度勾配ΔＴ＝Ｔ１―Ｔ２を形成することができる。図４と図５に示すように、９５０℃である場合に外層管材として４５＃優れた炭素構成鋼であると変形抵抗力が約４０ＭＰａである一方、１１５０℃であると内層管材として３１６Ｌステンレスである変形抵抗力が約２０ＭＰａである。温度勾配を主動で制御することは、外層管材の変形抵抗力が内層管材のほうよりも大きいように実現することができる。故に、外層管材を引き裂くことを避け、内層管材が外層管材と協調性を持って変形することができる。しかも、複合界面に大量の金属間化合物が発生してしまうことを避け、冶金と結合を高強度で形成することができる。例えば、図１０は、界面を結合した状態が良い金属からなるシームレス複合管を示した模式図であり、複合界面に明らかな金属間化合物が現れなく、界面をせん断する強度が３８０ＭＰａになり、せん断の位置が炭素鋼側に位置することから、複合界面を高強度で冶金して結合することができる。

【0040】

ステンレスと炭素鋼により、金属からなるシームレス複合管を熱処理する方法は、以下の通りである。

【0041】

送りローラーの軌道を介して最終的に圧延された４５＃炭素鋼と３１６Ｌステンレスにより金属からなるシームレス複合管を勾配温度制御手段１に送り加熱を行う。外層管材と内層管材との肉方向に温度勾配を形成する。第一温度測定計２により、金属からなるシームレス複合管の外面を温度測定し、基本温度制御部品における電磁誘導加熱モジュール１０１と環状ミスト冷却モジュール１０２の開閉状態を微細調整するようにフィードバックし、外層管材の外面と内層管材の内面をそれぞれ熱処理目標温度ｔ１＝８４０℃とｔ２＝１０５０℃まで加熱し、温度勾配Δｔ＝ｔ１―ｔ２＝８４０―１０５０＝―２１０℃を形成し、勾配温度制御に基づいて熱処理を行った後に複合界面において目標成分金属と総合性能を取得する。

【実施例0042】

ステンレスと炭素鋼とにより、金属からなるシームレス複合管を圧延して複合する方法

【0043】

外層管材は、３１６Ｌステンレス管であって、４５＃優れた炭素により構成された鋼管であり、外径が７０ｍｍ、肉が２ｍｍであり、内層管材は、４５＃優れた炭素構成鋼管であって、外径が６６ｍｍ、肉が６ｍｍである。勾配温度制御手段１には、基本温度制御部品の数が１０グループである。

【0044】

ステップＳ１は、仕掛品を予め被覆して組み合わせておく。外層管材と内層管材について表面に洗浄処理と干燥処理を行い、外層管材を外、内層管材を内にするという順番に従って仕掛品を被覆して組み合わせ、両端を密封するように溶接してから真空引きを行うと、管仕掛品を予め被覆して組み合わせておく仕掛品を組み合わせる作業が済む。

【0045】

ステップＳ２は、勾配加熱をラインで行う。芯棒が、予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品の中を通り抜けるようにし、芯棒搬送車を用いて勾配温度制御手段１に送り加熱を行い、外層管材と内層管材との肉方向に温度勾配を形成する。第一温度測定計２により、予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品の外面を温度測定し、基本温度制御部品における電磁誘導加熱モジュール１０１と環状ミスト冷却モジュール１０２の開閉状態を微細調整するようにフィードバックし、外層管材の外面と内層管材の内面をそれぞれ目標温度Ｔ１＝１０００℃とＴ２＝１１５０℃まで加熱し、主動制御温度勾配ΔＴ＝１０００―１１５０＝―１５０℃を形成する。

【0046】

ステップＳ３は、温度制御をしながら圧延して複合する。圧延装置５の圧延ローラーと間隔板を調整し、目標穴の形状とサイズを設定し、肉方向において温度勾配ΔＴを有した予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品を、芯棒、圧延ローラー及び間隔板で共に囲まれたローラー隙間に送り圧延と複合を行い、圧延装置５の出口側に位置する第二温度測定計４により、圧延複合がされた金属からなるシームレス複合管の外面を温度測定し、圧延装置５の入り口側環状気体冷却モジュール３０１の冷却気体流量を調整するようにフィードバックし、圧延と複合際に冷却をラインで行い、外層管材において激しい塑性変形により招致された温度が向上するが強度が低下するという現象を相殺し、外層管材の温度が比較的低いが基体強度が比較的高いように保証し、引き裂かれた現象を防ぎ、温度が高すぎると複合界面に金属間化合物を形成してしまうのを抑え、複合界面に冶金と結合を高強度で実現し、内層管材に温度が比較的高いが強度が比較的低いように保証し、成分の金属を、協調性を持って変形するように促進する。

【0047】

ステップＳ４は、一定のサイズに従って切断して取集する。予め被覆して組み合わせて置いた管仕掛け品を圧延して複合した場合に、直径が減り、肉が薄くなり、複合界面を冶金して結合することが実現され、最終的に圧延された炭素鋼とステンレス金属からなるシームレス複合管を取得し、先端と尾端を取り除いてから、一定のサイズに従って切断し、勾配温度制御に基づいて熱処理をした後に、目標成分金属と複合界面総合性能を取得し、仕上げられた金属からなるシームレス複合管を取得すると、バインダパッケージ棚入れを行う。

【0048】

炭素鋼／ステンレス金属からなるシームレス複合管を熱処理する方法は、以下の通りである。

【0049】

送りローラーの軌道を介して最終的に圧延された炭素鋼とステンレス金属からなるシームレス複合管を勾配温度制御手段１に送り加熱を行う。外層管材と内層管材との肉方向に温度勾配を形成する。第一温度測定計２により、金属からなるシームレス複合管の外面を温度測定し、基本温度制御部品における電磁誘導加熱モジュール１０１と環状ミスト冷却モジュール１０２の開閉状態を微細調整するようにフィードバックし、外層管材の外面と内層管材の内面をそれぞれ熱処理目標温度ｔ１＝５５０℃とｔ２＝７５０℃まで加熱し、温度勾配Δｔ＝ｔ１―ｔ２＝５５０―７５０＝―２００℃となるように形成し、勾配温度制御に基づいて熱処理を行ったと、複合界面に目標成分金属と総合性能を取得する。

【0050】

以上、本発明における主な特徴と共に利点を記載して説明した。当業者にとって理解可能なことは、明らかに、本発明が上記の例示的実施例の詳細に限らず、本発明の趣旨や基本精神を逸脱しない限り、他の具体的な形態によって本発明を実現することも可能である。故に、いずれにしても、実施例を制限的なものでなく、例示的ものとして見なすべきである。本発明の範囲は、上記の説明でなく、添付されている請求の範囲により限定されているものであることから、請求の範囲と均等置換できる意味や範囲に含まれているあらゆる変化も本発明に含まれることになる。

【0051】

なお、理解すべきことは、本明細書において実施形態に従って説明したが、実施形態ごとに、独立している一つの技術手段しかを含まないわけでなく、明細書におけるこのような記載形態が明確になされたものに過ぎず、当業者にとって明細書を全体として、各実施例における技術手段を適当に組み合わせて当業者にとって理解可能な他の実施形態を取得してもよい。