特許ウォッチ

公開番号2024134495
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-03
出願番号2023159175
出願日2023-09-22
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
出願人太原理工大学
代理人TRY国際弁理士法人
主分類B21B 37/74 20060101AFI20240926BHJP(本質的には材料の除去が行なわれない機械的金属加工;金属の打抜き)
要約【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。
続きを表示（約 2,100 文字）【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。
続きを表示（約 2,000 文字）【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】以降は省略されています）

関連特許