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JP2019521859A - 二重パイプの製造方法 - Google Patents

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JP2019521859A JP2019512596A JP2019512596A JP2019521859A JP 2019521859 A JP2019521859 A JP 2019521859A JP 2019512596 A JP2019512596 A JP 2019512596A JP 2019512596 A JP2019512596 A JP 2019512596A JP 2019521859 A JP2019521859 A JP 2019521859A
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Abstract

本発明は、二重パイプの製造方法に関し、より具体的に、外部管用ストリップの長手方向の両側に屈曲部を形成させる１次ロール成形ステップと、前記外部管用ストリップ上に内部管用ストリップを積層する積層ステップと、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップを機械的に結合させる２次ロール成形ステップと、前記機械的に結合された外部管用ストリップと内部管用ストリップをパイプ状に成形する成形ステップと、前記パイプ状に成形された外部管用ストリップの両側屈曲部及び内部管用ストリップをそれぞれ接合させる溶接ステップと、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの溶接部を熱処理する熱処理ステップと、を含む二重パイプの製造方法に関する。

Description

本発明は、二重パイプの製造方法に関し、互いに異なる特性を有する異種材料を接合して高機能性の二重パイプを製造できる方法に関する。
一般的に、二重パイプを製造する方法として、大きく３つの方法が知らされている。金属学的な接合型（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ ｔｙｐｅ：非鉄と鉄鋼素材を高温の還元性雰囲気で接合して銅又はアルミニウム接合ベアリングに主に適用）、機械的な接合型（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ ｔｙｐｅ：強制圧入、押出又は引抜によって２つのパイプを挿入した後、内側を拡張又は外側圧着して製造し、主に摩耗が発生する耐摩耗二重パイプなどに主に適用）、鉄鋼パイプの内側に高耐摩耗性、高耐食性材質の肉盛溶接（Ｏｖｅｒｌａｙ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｙｐｅ）層を形成し、パイプの内側が耐食性又は耐摩耗性が求められる配管用として主に商用化され、このような耐食性及び耐摩耗性が補強された二重パイプは、塩素雰囲気の水道管、自動車用排気管、熱交換器、オイルサンド移送管、石油化学の設備、海水淡水化の設備、及び養殖場、メッキ工場、核及び火力発電所の海水冷却ラインなどの腐食性環境で用いられる流体移送用配管として幅広く用いられている。
このような従来における二重パイプは、大韓民国特許等録第１４８３６４６号（クラッドパイプ製造方法とその製造方法によって製造されたクラッドパイプ及びクラッドパイプの接合方法）に開示されている。
前記従来技術におけるクラッドパイプは、引抜によって互いに異なる金属材質の内・外部パイプが結合されたクラッドパイプを製造し、製造されたクラッドパイプを堅固に連結接合できるクラッドパイプ製造方法とその製造方法によって製造されたクラッドパイプ及びクラッドパイプの接合方法に関し、炭素鋼やステンレス材質の外部パイプを備える外部パイプ準備ステップと、前記外部パイプを第１引抜金型に投入して引抜を介して外部パイプの内周面に長手方向に複数の結合溝を等間隔に成形する外部パイプの結合溝引抜成形ステップと、前記外部パイプと異なる材質の金属から構成されて前記外部パイプの内部に挿入される内部パイプを備えるステップと、前記外部パイプの内部に内部パイプを挿入して外部パイプと内部管パイプを第２引抜金型に投入し、引抜を介して内部パイプの内周面が拡張されるよう外側に圧縮し、内部パイプの外周面に前記結合溝に挿入結合される結合突出部を成形して二重パイプを製造する引抜製造ステップとを含むことを特徴とする。
ところで、上記のようなクラッドパイプは、他の材質の外部パイプと内部パイプを組立てた後の引抜成形の際、互いに異なる降伏強度とポアソン比の差によって互いに異なるスプリングバック（Ｓｐｒｉｎｇ Ｂａｃｋ）現象によって接合部にスキ間が生じるおそれがあり、互いに異なる材質のスキ間には、大気中の水分などが浸透して両材質の腐食電位の差による異種金属接触腐食又はガルバニック腐食（Ｇａｌｖａｎｉｃ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）が生ずることもある。そして、パイプで製造された互いに異なる材質のパイプをそれぞれ製造して圧入した後引抜することによって互いに異なる材質のパイプ材料費と引抜の工程費が高くなる問題がある。さらに製造上長さ（通常６〜９Ｍ）が制限されることにより、切断供給時に材料損失量が大きく、製造工程が複雑となり連続生産できないので、製造原価が高くなる問題も抱えている。
したがって、本発明は、従来における二重パイプの諸般問題である焼成加工時に弾性係数と降伏強度との差によるスプリングバックの発生により、内部管と外部管のスキ間の発生、製造工程の条件によるパイプの製造の長さ制限、製造上の作業速度、価格競争力、連続生産性などを解消するために案出されたものであり、本発明の目的は、互いに異なる材質のストリップをスプリングバック発生によるスキ間の発生を防止し、連続的に二重パイプを製造することを可能にし、パイプの長さ制限をなくし、作業速度、価格競争力及び連続生産性を実現できる二重パイプの製造方法を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されることなく、言及されない更なる課題は以下の記載によって当業者にとって明確に理解できるだろう。
前記課題を解決するために、本発明は、外部管用ストリップの長手方向の両側に屈曲部を形成させる１次ロール成形ステップと、前記外部管用ストリップ上に内部管用ストリップを積層する積層ステップと、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップを機械的に結合させる２次ロール成形ステップと、前記機械的に結合された外部管用ストリップと内部管用ストリップをパイプ状に成形する成形ステップと、前記パイプ状に成形された外部管用ストリップの両側屈曲部及び内部管用ストリップをそれぞれ接合させる溶接ステップと、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの溶接部を熱処理する熱処理ステップとを含む二重パイプの製造方法を提供する。
また、本発明は、外部管用ストリップ上に内部管用ストリップを積層する積層ステップと、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの接触面を接合させる第１溶接ステップと、前記接合された外部管用ストリップと内部管用ストリップをパイプ状に成形する成形ステップと、前記パイプ状に成形された外部管用ストリップの両側末端部及び内部管用ストリップをそれぞれ接合させる溶接ステップと、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの溶接部を熱処理する熱処理ステップとを含む二重パイプの製造方法を提供する。
本発明によれば、異種材料の内部管用ストリップと外部管用ストリップを接合して救助用及び配管用などための高機能性を実現することができる。また、塩素雰囲気の水道管、化学工場の移送配管、酸性雨又は海辺の街灯などの構造物において、腐食が発生する適用部には耐食性に優れるステンレス鋼材を使用し、腐食の発生しない部位は価格が安くて高強度の鋼材を接合して使用することにより、製造コストを節減しながらも、強度に優れる高機能性二重パイプを製造することができる。
さらに、本発明に係る二重パイプの製造方法は、連続的に二重パイプを製造できることでパイプの長さが制限されず、内部管と外部管が互いに堅固に密着することにより耐久性を向上させることができる。
また、救助用二重パイプと配管用二重パイプを外部管用ストリップ及び内部管用ストリップの材質を変えたり、パイプ状に成形するとき用途に応じて曲げ方向を相違にしたりするといった簡単な方法により、救助用パイプと配管用パイプを製造することができる。
本発明に係る二重パイプの製造方法を示したフローチャートである。 本発明に係る救助用二重パイプの製造工程を示した側面図である。 本発明に係る救助用二重パイプの製造工程を示した概略図である。 本発明に係る配管用二重パイプの製造工程を示した概略図である。 本発明の他の実施形態に係る配管用二重パイプの製造方法を示した概略図である。
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を詳細に説明する。
本発明の利点及び特徴、そして、これらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になるであろう。
しかし、本発明は、以下に開示される実施形態によって限定されることなく、互いに異なる様々な形態に実現されることができる。開示された本実施形態は、発明を完全に開示するためのものであり、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。つまり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるはずである。
また、本発明の説明において、関連する公知技術などが本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合、それに関する詳しい説明は省略する。
本発明は、外部管用ストリップの長手方向の両側に屈曲部を形成させる１次ロール成形ステップと、前記外部管用ストリップ上に内部管用ストリップを積層する積層ステップと、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップを機械的に結合させる２次ロール成形ステップと、前記機械的に結合された外部管用ストリップと内部管用ストリップをパイプ状に成形する成形ステップと、前記パイプ状に成形された外部管用ストリップの両側屈曲部及び内部管用ストリップをそれぞれ接合させる溶接ステップと、及び前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの接合部を熱処理する熱処理ステップとを含む二重パイプの製造方法を提供する。
本発明に係る二重パイプの製造方法は、異種材料の内部管用ストリップと外部管用ストリップを接合して救助用及び配管用などのための高機能性を実現できる。具体的に、塩素雰囲気の水道管、化学工場の移送配管、酸性雨又は海辺ランプと構造物などにおいて、腐食が発生する適用部には耐食性に優れるステンレス鋼材を使用し、腐食が発生しない部位は価格が安くて高強度の鋼材を接合して使用することによって、製造コストを節減しながらも強度に優れる高機能性二重パイプを製造できる。また、本発明に係る二重パイプの製造方法は、連続的に二重パイプを製造できるためパイプの長さが制限されず、内部管と外部管が互いに堅固に密着することにより耐久性を向上させることができる。また、救助用二重パイプと配管用二重パイプを外部管用ストリップ及び内部管用ストリップの材質を変えたり、パイプ状に成形するとき用途に応じて曲げ方向を相違にしたりする簡単な方法によって救助用パイプと配管用パイプを製造できる。
以下、本発明に係る二重パイプの製造方法について、図１を参照して詳細に説明する。
本発明に係る二重パイプの製造方法は、外部管用ストリップの長手方向の両側に屈曲部を形成させる１次ロール成形ステップ（Ｓ１００）を含む。
ここで、外部管用ストリップは、救助用二重パイプを製造する場合、耐食性に優れるステンレス鋼材質、具体的に、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）系ステンレス鋼又はデュプレックス系ステンレス鋼を使用してもよく、配管用二重パイプを製造する場合は、外部管用ストリップとして引張強度が４０〜７０ｋｇｆ／ｍｍ2である炭素鋼を使用してもよい。
このような二重パイプの用途に応じて、外部管用ストリップと内部管用ストリップの材質を決定し、具体的に、救助用の二重パイプを製造する際、内部管用ストリップは機械的な特性と価格が相対的に安価な炭素鋼を選択することが好ましく、配管用の二重パイプを製造する際の内部管用ストリップは、ステンレス鋼又はアルミニウム合金を使用することができる。
外部管用ストリップは、１次ロール金型に投入して圧延され、これにより外部管用ストリップの長手方向の両側には屈曲部が形成され、外部管用ストリップは凹溝の形状を有する。
次に、本発明に係る二重パイプの製造方法は、前記外部管用ストリップ上に内部管用ストリップを積層する積層ステップ（Ｓ２００）を含む。
凹溝形状の外部管用ストリップ上には、内部管用ストリップが提供されて外部管用ストリップと内部管用ストリップが積層される。
本発明に係る二重パイプの製造方法は、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップを機械的に結合させる２次ロール成形ステップ（Ｓ３００）を含む。
外部管用ストリップと内部管用ストリップは、２次ロール金型に投入されて２次ロール成形を介して１次ロール成形の際に形成された外部管用ストリップの屈曲部が内部管用ストリップ方向に曲がって機械的に結合することで、異種材料の２つのストリップは一体化される。
本発明に係る二重パイプの製造方法は、前記機械的に結合された外部管用ストリップと内部管用ストリップをパイプ状に成形する成形ステップ（Ｓ４００）を含む。
機械的に結合された外部管用ストリップと内部管用ストリップは、複数の成形ロール金型を介してパイプ状に成形されてもよい。
本発明に係る二重パイプの製造方法は、前記パイプ状に成形された外部管用ストリップの両側屈曲部及び内部管用ストリップをそれぞれ接合させる溶接ステップ（Ｓ５００）を含む。
ここで、ストリップがフェライト系ステンレス鋼又はデュプレックスステンレス鋼である場合、ストリップの接合は、高周波電気溶接で実行され得る。これはステンレス鋼が磁性を有し、電気比抵抗が６５μΩ・ｃｍ以下であるため、高周波電気溶接が可能である。特に、高周波加熱のとき内部管用ストリップ又は外部管用ストリップが炭素鋼である場合、電気比抵抗が１６μΩ・ｃｍであるため、ステンレス鋼よりも高周波加熱が容易で相対的に早く加熱されて溶融することから、熱伝導によるステンレス鋼の加熱が容易に行われる。
しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は、磁性特性が示されず電気比抵抗が７０μΩ・ｃｍ以上であるため、高周波電気溶接の際の加熱が円満に行われず溶接が困難となるので、レーザービーム、プラズマ及びタングステンガス（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｉｎｅｒｔ ｇａｓと：ＴＩＧ）溶接よりなる群から選択される１種で実行されてもよい。
ここで、ストリップの接合時に加熱されたストリップの終端部が溶接されるよう、スクイズローラで加圧して溶接されてもよい。
次に、本発明に係る二重パイプの製造方法は、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの接合部を熱処理する熱処理ステップ（Ｓ６００）を含む。
溶接により造管時に溶接熱によって発生する溶接部の成分偏析及び溶接残留応力を無酸化雰囲気下で熱処理して組織及び成分の均質化処理を行うことにより、良好な熱処理組織、耐食性及び美麗な溶接部の表面を確保でき、二重パイプの品質を向上させ得る。また、パイプ製造と同時に熱処理工程を行うことで製造原価を節減でき、別途の酸洗い処理工程が省略されることで環境汚染を防止できる。
熱処理は無酸化雰囲気、具体的には、熱処理炉の内部を通過する二重パイプの周辺を不活性雰囲気に組成する窒素又はアルゴンガス、及び還元性雰囲気を組成する水素を混合した混合ガス雰囲気で行われたり、アンモニアガス雰囲気で行われたりしてもよい。その際、前記不活性雰囲気及び還元性雰囲気を組成するガスは、不活性雰囲気を組成するガスに対して還元性雰囲気を組成するガスの圧力を約１ｂａｒに保持することで過剰な圧力による二重パイプの変形を防止し、パイプの追加酸化を防止する。また、二重パイプの溶接時にも熱処理と同一に無酸化雰囲気で溶接を行い、溶接部の周辺を遮蔽して溶接時に酸化による溶接部の分離を防止し、高い溶接強度及び溶接部に起泡などのない均一な溶接品質が実現できる。
また、熱処理は、ステンレス鋼管の再結晶温度である１０４０℃の前後で加熱して内部組織を高溶化処理する。したがって、熱処理は１０００〜１３５０℃で実行されることが好ましい。熱処理が１０００℃未満である場合には偏析された成分の均質な高溶化処理に問題があり、１３５０℃を超過する場合には熱処理時間の短縮は可能であるが、熱処理設備の製造又はメンテナンス問題、そして二重パイプの変形問題などが発生するおそれがある。
また、本発明に係る二重パイプの製造方法は、電気溶接ステップで形成された溶接ビード（ｂｅａｄ）を取り除く溶接ビード除去ステップをさらに含み得る。
本発明に係る二重パイプの製造方法において、溶接ステップで形成された二重パイプの外側部溶接ビードは、研削加工又は圧着焼成加工により除去されてもよく、二重パイプの内側部溶接ビードは、圧着焼成加工又は切削加工により除去されてもよい。
また、本発明は、外部管用ストリップ上に内部管用ストリップを積層する積層ステップと、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの接触面を接合させる第１溶接ステップと、前記接合された外部管用ストリップと内部管用ストリップをパイプ状に成形する成形ステップと、前記パイプ状に成形された外部管用ストリップの両側末端部及び内部管用ストリップをそれぞれ接合させる第２溶接ステップと、前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの接合部を熱処理する熱処理ステップとを含む二重パイプの製造方法を提供する。
本発明に係る二重パイプの製造方法は、外部管用ストリップの長手方向の両側に屈曲部を形成させるステップを省略し、外部管用ストリップと内部管用ストリップの接触面を接合させる第１溶接ステップを行ってもよい。ここで、第１溶接は、外部管用ストリップと内部管用ストリップの接触面を接合させることができ、具体的には、ストリップの両末端と接触面の複数の一部をスポット溶接することができる。
図２は、本発明に係る救助用二重パイプの製造工程を示した側面図である。図２に示すように、本発明に係る救助用二重パイプは、１次ロール１１０、２次ロール１２０、ガイドローラ１３０、ロール成形器１４０、高周波発生装置１５０、及びスクイズローラ１６０を通過して製造される。
具体的に、救助用二重パイプは、耐食性の高い外部管用ストリップ１０と高強度の内部管用ストリップ２０が供給され、外部管用ストリップ１０は、１次ロール１１０によって外部管用ストリップ１０の長手方向の両側に屈曲部が形成される。屈曲部の形成された外部管用ストリップ１０には、内部管用ストリップ２０が積層され、積層されたストリップは、２次ロール１２０によって機械的に結合される。機械的に結合されたストリップは、ガイドローラ１３０を介して移送されて複数のロール成形器１４０に進入され、複数のロール成形器１４０を追加してプレート状から円形のパイプに成形される。円形のパイプに形成されたストリップは、高周波発生装置１５０で発生した誘導電流によって加熱された管体の末端部がスクイズローラ１６０により加圧されて電気溶接される。
図３は、本発明に係る救助用二重パイプの製造工程を示した概略図である。図３に示すように、高耐食性ステンレス鋼の外部管用ストリップ１０の凹溝をロール金型で１次ロール成形し、凹溝の間には高強度であり、ステンレス鋼よりも低価である炭素鋼の内部管用ストリップ２０が積層される。外部管用ストリップ１０と内部管用ストリップ２０は、ロール金型により圧着（２次ロール成形）して一体化されることができる。一体化された外部管用ストリップ１０と内部管用ストリップ２０は、図２に示すように、複数のロール成形器を用いてパイプ状に成形され、パイプ状に成形された外部管用ストリップ１０と内部管用ストリップ２０の両末端部はスクイズローラにより圧着された状態で溶接される。溶接された外周面の溶接ビードは、研削加工又は圧着焼成加工により除去され、溶接された内周面の溶接ビードは、圧着されたストリップをローリング圧着したり切削加工したりして除去される。溶接ビードが除去されたストリップ１０，２０は熱処理されて、救助用二重パイプが製造される。
図４は、本発明に係る配管用二重パイプの製造工程を示した概略図である。図４に示すように、配管用二重パイプにおいては、高耐食性ステンレス鋼が内部管用ストリップ１０として使用され、高強度の炭素鋼が外部管用ストリップ２０として使用されるため、図３に示すものとは異なって、炭素鋼で外周面を形成するようにパイプ状に成形される。炭素鋼で外周面を形成することを除いては図３で前述した行いと同様にして、配管用二重パイプを製造できる。
図５は、本発明の他の一実施形態に係る配管用二重パイプの製造方法を示した概略図である。図５に示すように、配管用二重パイプにおいて、高耐食性ステンレス鋼が内部管用ストリップ２０として使用され、高強度の炭素鋼が外部管用ストリップ１０として使用される。それぞれのストリップは、積層された状態で２つのストリップが左右及び上下に流動しないように、ストリップの開始の両末端と接触面の複数の一部をスポット溶接する。溶接により互いに接合されたストリップを炭素鋼が外周面を形成するようにパイプ状に成形され、ストリップの両末端は溶接されて配管用二重パイプが製造される。その際、上述したように内部管用ストリップ及び外部管用ストリップの材質に応じて異なった溶接方法が実施されても良い。
上記に発明に係る二重パイプの製造方法に関する具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で様々な実施の変形が可能であることは自明である。
したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態に限定されなく、特許請求の範囲のみならず特許請求の範囲と均等であるものによって定められなければならない。
すなわち、前述した実施形態は全ての面で例示的なものであり、限定的なものではないことを理解すべきであり、本発明の範囲は詳細な説明よりも後述する特許請求の範囲によって示され、その特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその等価概念から導き出される全ての変更又は変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されなければならない。

Claims (9)

  1. 外部管用ストリップの長手方向の両側に屈曲部を形成する１次ロール成形ステップと、
    前記外部管用ストリップ上に内部管用ストリップを積層する積層ステップと、
    前記外部管用ストリップと内部管用ストリップを機械的に結合させる２次ロール成形ステップと、
    前記機械的に結合された外部管用ストリップと内部管用ストリップをパイプ状に成形する成形ステップと、
    前記パイプ状に成形された外部管用ストリップの両側屈曲部及び内部管用ストリップをそれぞれ接合させる溶接ステップと、
    前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの溶接部を熱処理する熱処理ステップと、
    を含む二重パイプの製造方法。
  2. 前記溶接ステップで形成された溶接ビードを取り除く溶接ビード除去ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の二重パイプの製造方法。
  3. 前記二重パイプが救助用として製造される場合、外部管用ストリップはステンレス鋼であり、内部管用ストリップは引張強度が４０〜７０ｋｇｆ／ｍｍ2である炭素鋼であることを特徴とする、請求項１に記載の二重パイプの製造方法。
  4. 前記二重パイプが配管用として製造される場合、前記外部管用ストリップは炭素鋼であり、前記内部管用ストリップはステンレス鋼又はアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１に記載の二重パイプの製造方法。
  5. 前記ステンレス鋼がフェライト系ステンレス鋼又はデュプレックス系ステンレス鋼である場合、溶接は高周波電気溶接で実行されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の二重パイプの製造方法。
  6. 前記ステンレス鋼がオーステナイト系ステンレス鋼である場合、溶接はレーザービーム、プラズマ、及びタングステンガス（ＴＩＧ）溶接よりなる群から選択される１種で実行されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の二重パイプの製造方法。
  7. 前記熱処理は、窒素又はアルゴンガス、及び水素を混合した混合ガス又はアンモニアガス雰囲気で実行されることを特徴とする、請求項１に記載の二重パイプの製造方法。
  8. 前記熱処理は１０００〜１３５０℃で実行されることを特徴とする、請求項１に記載の二重パイプの製造方法。
  9. 外部管用ストリップ上に内部管用ストリップを積層する積層ステップと、
    前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの接触面を接合させる第１溶接ステップと、
    前記接合された外部管用ストリップと内部管用ストリップをパイプ状に成形する成形ステップと、
    前記パイプ状に成形された外部管用ストリップの両側末端部及び内部管用ストリップをそれぞれ接合させる溶接ステップと、
    前記外部管用ストリップと内部管用ストリップの溶接部を熱処理する熱処理ステップと、を含む二重パイプの製造方法。
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