(57)【要約】【課題】金属管等の円管状又は円柱状の金属を誘導加熱により熱処理する際に、金属の加熱範囲における磁束分布を制御することにより、円管状又は円柱状の金属の長手方向における加熱温度分布の偏りを改善することが可能な金属の熱処理方法及びその熱処理装置を提供する。【解決手段】円管状又は円柱状の金属の熱処理方法において、円管状又は円柱状の金属の外周を周回する第１誘導コイル２１を用い、被加熱材１としての金属を、その位置を固定して又は連続的に搬送しながら加熱する加熱工程で、被加熱材１の端部から所定距離離隔した位置に、他の金属１０を配置し、第１誘導コイル２１が、被加熱材１の最先端部から所定長さの部分及び該最先端部と向かい合う他の金属１０の最先端部から所定長さの部分を覆うように位置する場合に、被加熱材１の端部と他の金属１０の端部とを併せて誘導加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円管状又は円柱状の金属の外周を周回する第１誘導コイルを用いて、被加熱材としての前記金属を、その位置を固定して又は連続的に搬送しながら加熱する加熱工程を含む金属の熱処理方法であって、
前記加熱工程では、
前記被加熱材の中心軸方向における、当該被加熱材の端部から所定距離離隔した位置に、円管状又は円柱状の金属である他の金属を配置し、
前記第１誘導コイルが、前記被加熱材の最先端部から所定長さの部分及び該最先端部と向かい合う前記他の金属の最先端部から所定長さの部分を覆うように位置する場合に、前記被加熱材の端部と前記他の金属の端部とを併せて誘導加熱することを特徴とする、金属の熱処理方法。
【請求項２】
前記他の金属が、前記被加熱材としての前記金属である被加熱金属と同じ材質且つ同じ外径を有する金属であることを特徴とする、請求項１に記載の金属の熱処理方法。
【請求項３】
前記他の金属の端部の外径が、前記被加熱材の端部の外径よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の金属の熱処理方法。
【請求項４】
前記被加熱材が、当該被加熱材の長手方向で外径が一定である直管部と、端部に向かうに従い外径が縮小する縮径部とを有する縮管であり、
前記第１誘導コイルが、当該第１誘導コイルの長手方向で直径が一定である直コイル部と、端部に向かうに従い直径が縮小するテーパ部とを有し、
前記直コイル部は、前記直管部の周囲を覆い、前記テーパ部は、前記縮径部の周囲を覆うことを特徴とする、請求項１に記載の金属の熱処理方法。
【請求項５】
前記金属が、円管状又は円柱状の金属であり、
前記加熱工程では、前記被加熱材としての前記金属である被加熱金属の位置を固定して当該被加熱金属の端部を加熱し、
前記被加熱金属の中心軸方向における、当該被加熱金属の端部から所定距離離隔した位置に、前記他の金属として所定長さの他の金属を配置し、
前記被加熱金属の最先端部から所定長さの部分及び該最先端部と向かい合う前記他の金属の最先端部から所定長さの部分を覆うように、前記第１誘導コイルを配設して、前記被加熱金属の端部と前記他の金属の端部とを併せて誘導加熱することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属の熱処理方法。
【請求項６】
前記被加熱金属の中心軸と前記他の金属の中心軸と前記第１誘導コイルの中心とが、略同一直線状に位置することを特徴とする、請求項５に記載の金属の熱処理方法。
【請求項７】
前記被加熱金属および前記他の金属を前記被加熱金属の中心軸を回転軸として回転させながら、前記被加熱金属を誘導加熱することを特徴とする、請求項６に記載の金属の熱処理方法。
【請求項８】
前記他の金属を、前記被加熱金属の中心軸方向に移動可能に配置し、
前記被加熱金属の端部から所定長さの部分の加熱温度分布を計測し、当該計測結果に基づき、前記他の金属の端部と前記被加熱金属の端部との距離、及び／又は、前記被加熱金属の加熱時間を制御することを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の金属の熱処理方法。
【請求項９】
前記他の金属と前記被加熱金属の一方又は両方を、前記被加熱金属の中心軸方向に移動可能に配置し、所定の時間又は所定の温度で前記他の金属の最先端部と前記被加熱金属の最先端部との距離を変えて複数回加熱を行うことを特徴とする、請求項５〜８のいずれか一項に記載の金属の熱処理方法。
【請求項１０】
前記被加熱金属の最先端部と前記他の金属の最先端部との距離を一定に保ったまま、前記被加熱金属および前記他の金属を前記第１誘導コイル内で前記被加熱金属の長手方向に移動させながら、前記被加熱金属を誘導加熱することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載の金属の熱処理方法。
【請求項１１】
前記第１誘導コイルの少なくとも一部の所定領域の外側に、磁性体コアを配置することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の金属の熱処理方法。
【請求項１２】
前記被加熱材及び前記他の金属が、金属管であり、
前記第１誘導コイルと同じ管軸方向の位置に、前記被加熱材としての前記金属管である被加熱金属管の内面を加熱する第２誘導コイルを配設し、前記被加熱金属管の外面側及び内面側から当該被加熱金属管を加熱することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金属の熱処理方法。
【請求項１３】
前記第１誘導コイルと前記第２誘導コイルとの相対位置に応じて前記第１誘導コイル及び前記第２誘導コイルに印加する電力を調整することにより、前記被加熱金属管の端部の加熱を制御することを特徴とする、請求項１２に記載の金属の熱処理方法。
【請求項１４】
前記金属が、金属管であり、
前記加熱工程では、
前記被加熱材および前記他の金属をともに、前記被加熱材としての前記金属管である被加熱金属管とし、複数の前記被加熱金属管を連続的に搬送し、
複数の前記被加熱金属管を搬送する際に、隣り合う前記被加熱金属管の各々の端部間を管軸方向において所定距離離隔させ、複数の前記被加熱金属管同士を近接して配置した状態で、前記被加熱金属管を搬送し、
前記被加熱金属管が前記第１誘導コイルの内部を通過する際に、当該通過部分を誘導加熱することを特徴とする、請求項１に記載の金属の熱処理方法。
【請求項１５】
複数の前記被加熱金属管を搬送する際に、隣り合う前記被加熱金属管の各々の端部間に絶縁部材を配置した状態で、前記被加熱金属管を搬送することを特徴とする、請求項１４に記載の金属の熱処理方法。
【請求項１６】
誘導コイルを用いて円管状又は円柱状の金属を加熱する金属の熱処理装置であって、
被加熱材としての前記金属である被加熱金属の外周を周回する第１誘導コイルと、
前記第１誘導コイルにより前記被加熱金属の外表面に発生する誘導電流を制御する第１誘導電流制御装置とを備え、
前記第１誘導コイルが、前記被加熱金属の最先端部から管軸方向の所定長さの部分を覆い、かつ、当該被加熱金属の最先端部から所定距離離隔した位置に、円管状又は円柱状の金属である他の金属の最先端部が配されることで、前記第１誘導コイルが、当該他の金属の最先端部から管軸方向の所定長さの部分を覆うように、当該第１誘導コイルが配設されることを特徴とする、金属の熱処理装置。
【請求項１７】
前記他の金属が、前記被加熱金属と同じ材質且つ同じ外径を有する金属管であることを特徴とする、請求項１６に記載の金属の熱処理装置。
【請求項１８】
前記他の金属の端部の外径が、前記被加熱材の端部の外径よりも小さいことを特徴とする、請求項１６に記載の金属の熱処理装置。
【請求項１９】
前記被加熱材が、当該被加熱材の長手方向で外径が一定である直管部と、端部に向かうに従い外径が縮小する縮径部とを有する縮管であり、
前記第１誘導コイルが、当該第１誘導コイルの長手方向で直径が一定である直コイル部と、端部に向かうに従い直径が縮小するテーパ部とを有し、
前記直コイル部は、前記直管部の周囲を覆い、前記テーパ部は、前記縮径部の周囲を覆うことを特徴とする、請求項１６に記載の金属の熱処理装置。
【請求項２０】
前記他の金属と前記被加熱金属の一方又は両方を、前記被加熱金属の中心軸方向に移動させる移動機構と、
前記被加熱金属の端部から所定長さの部分の加熱温度分布を計測する温度計測装置と、
前記温度計測装置による計測結果に基づき、前記他の金属の端部と前記被加熱金属の端部との距離を調整するように前記他の金属の位置を制御する位置制御装置、及び／又は、前記被加熱金属の加熱時間を制御する加熱時間制御装置と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の金属の熱処理装置。
【請求項２１】
前記被加熱金属および前記他の金属を前記第１誘導コイル内で昇降させる昇降機構と、
前記被加熱金属の中心軸と前記他の金属の中心軸と前記第１誘導コイルの中心とが略同一直線状に位置した状態で、前記被加熱金属および前記他の金属を前記被加熱金属の中心軸を回転軸として回転させる回転機構と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の金属の熱処理装置。
【請求項２２】
前記被加熱金属の最先端部と前記他の金属の最先端部との距離を一定に保ったまま、前記被加熱金属および前記他の金属を前記第１誘導コイル内で前記被加熱金属の長手方向に移動させるコイル内移動機構をさらに備えることを特徴とする、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の金属の熱処理装置。
【請求項２３】
前記第１誘導コイルの少なくとも一部の所定領域の外側に配置される、磁性体コアをさらに備えることを特徴とする、請求項１６〜２２のいずれか一項に記載の金属の熱処理装置。
【請求項２４】
前記被加熱金属及び前記他の金属が、金属管であり、
前記第１誘導コイルと同じ中心軸方向の位置に配設され、前記被加熱金属としての金属管である被加熱金属管の内面を加熱する第２誘導コイルをさらに備えることを特徴とする、請求項１６〜２３のいずれか一項に記載の金属の熱処理装置。
【請求項２５】
前記第２誘導コイルにより前記被加熱金属管の内表面に発生する誘導電流を制御する第２誘導電流制御装置と、
前記第１誘導コイルと前記第２誘導コイルとの相対位置に応じて前記第１誘導コイル及び前記第２誘導コイルに印加する電力を調整することにより、前記被加熱金属管の端部の加熱を制御する加熱制御装置と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項２４に記載の金属の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の熱処理方法及びその熱処理装置に関し、特に、鋼管などの金属管端部の熱処理方法及びその熱処理装置、及び連続的に搬送される金属管の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油・天然ガス採掘（生産）用鋼管は油井管と呼ばれ、耐食性が要求される油井管には管長手方向に継目の無いシームレス鋼管が多く用いられる。近年、腐食性の低い浅井戸が枯渇し、高深度高腐食井の開発が増してきているため、油井管に対しても鋼管の自重や地層圧、生産流体による内圧等に耐える高強度と、耐食性の両立が要求されている。さらには、最近では、油井管には、一層の深井戸開発に対応できる高強度材料のニーズがある。
【０００３】
また、油田・ガス田の掘削に使用される油井管は、井戸の深さに応じて何本もの鋼管を連結して使用される。深い井戸では、熱や圧力も高くなり、過酷な環境下でも破損せず気密性を保持する継手が必要となる。さらに、掘削・生産過程で、一度締めた継手を緩め、締め直すことがあるが、締め直しを行っても継手に焼付きが発生せず、気密性を保持することが重要となる。
【０００４】
かかるシームレス鋼管は、金属ビレットに直接穴を開けて製造された後、熱処理等により強度を調整するが、現状、シームレス鋼管の熱処理における加熱方法としては、管全長を加熱炉の中に入れて加熱する方法や管の一部を覆う誘導加熱装置内を通材させて加熱する方法が多く用いられている。一方、油井管の継手として用いられる鋼管等では、管端部を特に加熱して熱処理する要求もある。このような場合、上記のように管全長を加熱炉の中に入れて加熱する方法では、エネルギー効率及び時間効率が低いこと、また強度の低下を起こすこともあり、鋼管の端部のみを加熱する方法が求められている。
【０００５】
このように鋼管あるいは一般の金属管端部のみを加熱する方法として、例えば、特許文献１には、鋼管を連続的に部分加熱する際、隣り合う鋼管の端部と端部との間隔を一定にそろえるように鋼管を間欠送りする技術が開示されている。また、特許文献２には、移動する金属管内部に強磁性体を配置して誘導コイルにより誘導加熱することで、金属管の誘導加熱時の端部加熱不足を軽減する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、加熱対象の金属管にそれと同材質でかつ外径がほぼ等しいダミー管を接続することによって、管端における磁束漏洩等を解消して加熱対象の金属管の管端まで許容温度範囲に均一加熱する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５５−７８４９３号公報
【特許文献２】特開昭５１−４８７０５号公報
【特許文献３】特開昭５２−８８５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、詳細は後述するが、加熱対象の金属管（以下、「被加熱金属管」という。）の端部から所定長さの部分を覆うように誘導コイルを配設し、この誘導コイルを用いて誘導加熱を行う際には、磁束が加熱範囲の金属管長手方向中央部に集中する。このように金属管長手方向の磁束分布が不均一になると、金属管端部の長手方向の温度分布に偏りが生じる、という問題があった。そのため、金属管端部の加熱範囲における磁束分布を均一化し、当該加熱範囲が均一に加熱されるよう温度制御をすることが必要となる。
【０００８】
これに対し、上記特許文献１の技術では、金属管を通材させることから、金属管と誘導コイルとの相対位置関係が常に変化するため、金属管長手方向の磁束分布を均一にするのは困難である。また、本発明者の検討によれば、上記特許文献２の技術でも、金属管長手方向の磁束分布の偏りはあまり改善されないということが判明している。これは、誘導コイルと強磁性体との間に金属（金属管）が存在すると、磁束は強磁性体に入る前に減衰してしまい、強磁性体の効果はほとんどないためである。すなわち、特許文献２の技術では、金属管がシールドの役割をしてしまい、金属管内部に磁束を導く効果はない。また、特許文献３の技術では、被加熱金属管とダミー管とが接続されているため、誘導加熱後に、被加熱金属管とダミー管とを分断する作業が必要となる。あるいは、スパークの発生により生じる疵の手入れや、切断などが必要な場合がある。
【０００９】
さらに、所定長さの鋼管等の金属管を誘導加熱装置により連続的に再加熱して引き延ばして径を変える工程や、熱処理する工程などでは、金属管の端部とそれ以外とで温度偏差が生じるという問題があり、全長に渡る温度の均一性が求められている。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、金属管等の円管状又は円柱状の金属を誘導加熱により熱処理する際に、金属の加熱範囲における磁束分布を制御することにより、円管状又は円柱状の金属の長手方向における温度分布の偏りを改善することが可能な金属の熱処理方法及びその熱処理装置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】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は、円管状又は円柱状の金属の外周を周回する第１誘導コイルを用いて、被加熱材としての前記金属を、その位置を固定して又は連続的に搬送しながら加熱する加熱工程を含む金属の熱処理方法であって、前記加熱工程では、前記被加熱材の中心軸方向における、当該被加熱材の端部から所定距離離隔した位置に、円管状又は円柱状の金属である他の金属を配置し、前記第１誘導コイルが、前記被加熱材の最先端部から所定長さの部分及び該最先端部と向かい合う前記他の金属の最先端部から所定長さの部分を覆うように位置する場合に、前記被加熱材の端部と前記他の金属の端部とを併せて誘導加熱することを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、被加熱材としての円管状又は円柱状の金属の端部の近傍に、他の円管状又は円柱状金属を長手方向に並べて配置し、円管状又は円柱状の金属の外周を周回する第１誘導コイルによる加熱範囲を広げることで、被加熱金属の磁束が集中する位置を移動・制御することができ、これにより、被加熱材としての円管状又は円柱状の金属における磁束分布を制御することができる。
【００１３】
前記被加熱材としての前記金属である被加熱金属の位置を固定して被加熱金属端部を加熱する金属の熱処理方法において、前記他の金属が、前記被加熱金属と同じ材質（例えば、比透磁率、比抵抗、比熱等が同じ材質）で且つ同じ外径を有する金属であることが好ましい。また、前記金属が円管状である（金属管である）場合にも、他の金属が、さらに、被加熱金属と同じ肉厚を有していることが好ましい。
【００１４】
前記金属の熱処理方法において、前記他の金属の端部の外径を、前記被加熱材の端部の外径よりも小さくしてもよい。
【００１５】
前記金属の熱処理方法において、前記被加熱材が、当該被加熱材の長手方向で外径が一定である直管部と、端部に向かうに従い外径が縮小する縮径部とを有する縮管であり、前記第１誘導コイルが、当該第１誘導コイルの長手方向で直径が一定である直コイル部と、端部に向かうに従い直径が縮小するテーパ部とを有し、前記直コイル部は、前記直管部の周囲を覆い、前記テーパ部は、前記縮径部の周囲を覆うようにしてもよい。
【００１６】
前記金属の熱処理方法において、前記金属が、円管状又は円柱状の金属であり、前記加熱工程では、前記被加熱材としての前記金属である被加熱金属の位置を固定して当該被加熱金属の端部を加熱し、前記被加熱金属の中心軸方向における、当該被加熱金属の端部から所定距離離隔した位置に、前記他の金属として所定長さの他の金属を配置し、前記被加熱金属の最先端部から所定長さの部分及び該最先端部と向かい合う前記他の金属の最先端部から所定長さの部分を覆うように、前記第１誘導コイルを配設して、前記被加熱金属の端部と前記他の金属の端部とを併せて誘導加熱するようにしてもよい。
【００１７】
円管状又は円柱状の金属の周方向の磁束分布の均一性を良好に保つためには、各々の金属の外径の中心をほぼ同じとし、互いの金属の外径が誘導コイルに対し相対的に等しい距離を保つことが望ましい。したがって、前記被加熱金属の位置を固定して当該被加熱金属の端部を加熱する金属の熱処理方法において、前記被加熱金属の中心軸と前記他の金属の中心軸と前記第１誘導コイルの中心軸とが、同一直線状に位置することが好ましい。こうすることにより、被加熱金属の内外径と前記他の金属の内外径が多少違っていても、被加熱金属と他の金属との磁気結合は周方向で均等となるので、誘導コイルで発生した磁束は被加熱金属と他の金属との間隙での漏れ磁束を除き、ほぼ同じ様に貫通するようになる。
【００１８】
前記被加熱金属の中心軸と前記他の金属の中心軸と前記第１誘導コイルの中心軸とが、同一直線状に位置する場合に、前記被加熱金属および前記他の金属を前記被加熱金属の中心軸を回転軸として回転させながら、前記被加熱金属を誘導加熱してもよい。
【００１９】
前記被加熱金属の位置を固定して当該被加熱金属の端部を加熱する熱処理方法において、前記他の金属を、前記被加熱金属の中心軸方向に移動可能に配置し、前記被加熱金属の端部から所定長さの部分の加熱温度分布を計測し、当該計測結果に基づき、前記他の金属の端部と前記被加熱金属の端部との距離、及び／又は、前記被加熱金属の加熱時間を制御してもよい。
【００２０】
前記被加熱金属の位置を固定して当該被加熱金属の端部を加熱する熱処理方法において、前記他の金属管と前記被加熱金属管の一方又は両方を、前記被加熱金属管の管軸方向に移動可能に配置し、所定の時間又は所定の温度で前記他の金属管の最先端部と前記被加熱金属管の最先端部の距離を変えて複数回加熱を行ってもよい。
【００２１】
あるいは、前記被加熱金属の最先端部と前記他の金属の最先端部との距離を一定に保ったまま、前記被加熱金属および前記他の金属を前記第１誘導コイル内で前記被加熱金属の長手方向に移動させながら、前記被加熱金属を誘導加熱してもよい。
【００２２】
前記金属の熱処理方法において、前記第１誘導コイルの少なくとも一部の所定領域の外側に、磁性体コアを配置してもよい。
【００２３】
前記金属の熱処理方法において、前記被加熱材及び前記他の金属が、金属管であり、前記第１誘導コイルと同じ管軸方向の位置に、前記被加熱材としての前記金属管である被加熱金属管の内面を加熱する第２誘導コイルを配設し、前記被加熱材の外面側及び内面側から当該被加熱材を加熱してもよい。
【００２４】
前記第２誘導コイルを用いる金属の熱処理方法において、前記第１誘導コイルと前記第２誘導コイルとの相対位置に応じて前記第１誘導コイル及び前記第２誘導コイルに印加する電力を調整することにより、前記被加熱金属管の端部の加熱を制御してもよい。
【００２５】
前記金属の熱処理方法において、前記金属が、金属管であり、前記加熱工程では、前記被加熱材および前記他の金属をともに、前記被加熱材としての前記金属管である被加熱金属管とし、複数の前記被加熱金属管を連続的に搬送し、複数の前記被加熱金属管を搬送する際に、隣り合う前記被加熱金属管の各々の端部間を管軸方向において所定距離離隔させ、複数の前記被加熱金属管同士を近接して配置した状態で、前記被加熱金属管を搬送し、前記被加熱金属管が前記第１誘導コイルの内部を通過する際に、当該通過部分を誘導加熱するようにしてもよい。
【００２６】
前記複数の被加熱金属管を連続的に搬送しながら加熱する金属の熱処理方法において、複数の前記被加熱金属管を搬送する際に、隣り合う前記被加熱金属管の各々の端部間に絶縁部材を配置した状態で、前記被加熱金属管を搬送してもよい。
【００２７】
所定長さの円管状あるいは円柱状の金属を連続的に誘導加熱により処理する場合、円管状あるいは円柱状の金属を１本ずつ熱処理すると、上記のように円管状又は円柱状の金属の端部を加熱するのと同じように、端部の温度は低下する。そのため、端部の温度低下を避けるためには、隣り合う円管状又は円柱状の金属同士を離さずに、隣り合う円管状又は円柱状の金属の端部間の距離をできるだけ近づけて熱処理することが好ましい。この場合、熱処理する円管状又は円柱状の金属の端部同士を接触させて処理してもよいが、端部同士が不安定接触する場合、誘導電流によりスパークする（その結果、熱処理後の金属の欠陥となる）場合もある。したがって、隣り合う円管状又は円柱状の金属の端部間をわずかに離隔させるか、端部間に絶縁処理を施す（例えば、上記のように、隣り合う被加熱金属管の端部間で絶縁部材を挟持する）などすることが好ましい。
【００２８】
別な観点による本発明は、誘導コイルを用いて円管状又は円柱状の金属を加熱する金属の熱処理装置であって、被加熱材としての前記金属である被加熱金属の外周を周回する第１誘導コイルと、前記第１誘導コイルにより前記金属の外表面に発生する誘導電流を制御する第１誘導電流制御装置とを備え、前記第１誘導コイルが、前記被加熱金属の最先端部から管軸方向の所定長さの部分を覆い、かつ、当該被加熱金属の最先端部から所定距離離隔した位置に、円管状又は円柱状の金属である他の金属の最先端部が配されることで、前記第１誘導コイルが、当該他の金属の最先端部から管軸方向の所定長さの部分を覆うように、当該第１誘導コイルが配設されることを特徴とする、金属の熱処理装置である。
【００２９】
本発明によれば、被加熱金属の端部近傍に、被加熱材としての円管状又は円柱状の金属の長手方向に並べて他の金属を配置し、被加熱金属の外周を周回する第１誘導コイルによる加熱範囲を広げることで、被加熱金属の端部側に磁束が集中する位置を移動させることができ、これにより、被加熱金属における磁束分布を制御することができる。
【００３０】
前記金属の熱処理装置において、前記他の金属が、前記被加熱金属と同じ材質（例えば、比透磁率、比抵抗、比熱等が同じ材質）で且つ同じ外径を有する金属であることが好ましい。また、前記金属が円管状である（例えば、金属管である）場合には、他の金属が、さらに、被加熱金属と同じ肉厚を有していることが好ましい。
【００３１】
前記金属の熱処理装置において、前記他の金属の端部の外径が、前記被加熱材の端部の外径よりも小さくてもよい。
【００３２】
前記金属の熱処理装置において、前記被加熱材が、当該被加熱材の長手方向で外径が一定である直管部と、端部に向かうに従い外径が縮小する縮径部とを有する縮管であり、前記第１誘導コイルが、当該第１誘導コイルの長手方向で直径が一定である直コイル部と、端部に向かうに従い直径が縮小するテーパ部とを有し、前記直コイル部は、前記直管部の周囲を覆い、前記テーパ部は、前記縮径部の周囲を覆うようにしてもよい。
【００３３】
前記金属の熱処理装置は、前記他の金属と前記被加熱金属の一方又は両方を、前記被加熱金属の中心軸方向に移動させる移動機構と、前記被加熱金属の端部から所定長さの部分の加熱温度分布を計測する温度計測装置と、前記温度計測装置による計測結果に基づき、前記他の金属の端部と前記被加熱金属の端部との距離を調整するように前記他の金属の位置を制御する位置制御装置、及び／又は、前記被加熱金属の加熱時間を制御する加熱時間制御装置と、をさらに備えてもよい。
【００３４】
前記金属の熱処理装置は、前記被加熱金属および前記他の金属を前記第１誘導コイル内で昇降させる昇降機構と、前記被加熱金属の中心軸と前記他の金属の中心軸と前記第１誘導コイルの中心とが略同一直線状に位置した状態で、前記被加熱金属および前記他の金属を前記被加熱金属の中心軸を回転軸として回転させる回転機構と、をさらに備えてもよい。
【００３５】
前記金属の熱処理装置は、前記被加熱金属の最先端部と前記他の金属の最先端部との距離を一定に保ったまま、前記被加熱金属および前記他の金属を前記第１誘導コイル内で前記被加熱金属の長手方向に移動させるコイル内移動機構をさらに備えてもよい。
【００３６】
前記金属の熱処理装置は、前記第１誘導コイルの少なくとも一部の所定領域の外側に配置される、磁性体コアをさらに備えてもよい。
【００３７】
前記金属の熱処理装置において、前記被加熱金属及び前記他の金属が、金属管である場合、前記金属管の熱処理装置は、前記第１誘導コイルと同じ中心軸方向の位置に配設され、前記被加熱金属としての金属管である被加熱金属管の内面を加熱する第２誘導コイルをさらに備えてもよい。
【００３８】
前記金属の熱処理装置は、前記第２誘導コイルにより前記被加熱金属管の内表面に発生する誘導電流を制御する第２誘導電流制御装置と、前記第１誘導コイルと前記第２誘導コイルとの相対位置に応じて前記第１誘導コイル及び前記第２誘導コイルに印加する電力を調整することにより、前記被加熱金属管の端部の加熱を制御する加熱制御装置と、をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、円管状又は円柱状の金属を誘導加熱により熱処理する際に、金属の加熱範囲における磁束分布を制御することができ、これにより、金属管等の金属の長手方向の温度分布の偏りを改善することができるため、高品質な熱処理が可能となり、冶金特性の向上、温度偏差に起因する変形の防止、あるいは後工程での引き抜き加工時の加工精度の向上等が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る金属の熱処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。
【図２】図１に示した金属の熱処理装置の変更例を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る金属の熱処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。
【図４】図３に示した金属の熱処理装置をＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る金属の熱処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。
【図６】第１実施形態に係る熱処理方法及び第３実施形態に係る熱処理方法における温度履歴を示すグラフである。
【図７】本発明の第４実施形態に係る金属の熱処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る金属の熱処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。
【図９】図８に示した金属の熱処理装置を用いた熱処理方法の変更例を模式的に示す側面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態および第６実施形態に係る金属の熱処理方法における被加熱鋼管の形状を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る金属の熱処理方法における温度偏差を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係る金属の熱処理方法における温度偏差を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る金属の熱処理方法における第１誘導コイルの形状を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の第７実施形態に係る金属の熱処理方法における被加熱金属管と第１誘導コイルとのギャップを示す模式図である。
【図１５】本発明の第７実施形態に係る金属の処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。
【図１６】本発明の第７実施形態に係る金属の処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。
【図１７】拡管を誘導加熱した場合に生じる温度偏差を模式的に示す断面図である。
【図１８】本発明の第８実施形態に係る金属の処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。
【図１９】従来の金属管端部の誘導加熱方法における磁束分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
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。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４２】
（磁束分布の制御）
まず初めに、図１９を参照しながら、シームレス鋼管等の金属管端部を誘導加熱を用いて熱処理する方法における課題について述べる。図１９は、従来の金属管端部の誘導加熱方法における磁束分布を示す説明図である。
【００４３】
図１９に示すように、移送ローラ３により搬送される被加熱金属管１の端部から所定長さの部分を略円筒状の誘導コイル５で覆い、この誘導コイル５に交流の一次電流を流して誘導加熱を行うと、被加熱金属管１の端部と誘導コイル５の金属管側端部（誘導コイル５の両端部のうち、被加熱金属管１を覆っている側の端部）との間の範囲における中央部分（誘導コイル５による被加熱金属管１の加熱範囲における金属管長手方向の中央部分）に磁束が集中する。このように被加熱金属管１の長手方向の磁束分布が不均一になると、被加熱金属管１の端部における長手方向の温度分布に偏りが生じる。その結果、被加熱金属管１の端部において、加熱が不十分になる部分が生ずる、という問題があった。
【００４４】
そこで、本発明者は、被加熱金属管１の端部の加熱範囲における磁束分布を均一化（磁束分布の偏りを改善）し、当該加熱範囲が均一に加熱されるよう温度制御をする方法を検討した。
【００４５】
まず、略円筒状の誘導コイル５の長さを変えるだけであると、上述したように、被加熱金属管１を覆う部分の中央付近に磁束が集中することに変わりはない。そのため、誘導コイル５の長さを変えても、誘導コイル５が被加熱金属管１を覆う部分の中央付近に磁束が集中することになる。しかし、逆に、略円筒状の誘導コイル５に覆われる被加熱金属管１の端部の長さを変化させれば、磁束が集中する位置が変わるはずである。
【００４６】
そこで、本発明者は、被加熱金属管１と同じ材質且つ同じ外径の断面を有する所定長さの他の金属管を、被加熱金属管１の端部に近づけることで、多少磁気抵抗は上がっても、被加熱金属管１の端部の長さを延長した効果が得られるものと考えた。具体的には、本発明者は、他の金属管を用いて被加熱金属管１の端部の長さを延長した効果を得ることにより、磁束が集中する位置を被加熱金属管１の端部に調整することができるはずであると考え鋭意検討を進めた。本発明者が、電磁場解析並びに実験により確認したところ、実際に、被加熱金属管１の端部の近傍に、金属管長手方向に並べて他の金属管を配置し、誘導コイル５による加熱範囲を広げることで磁束集中位置を変更でき、被加熱金属管１の端部側でも磁束を集中させることができることを確認した。
【００４７】
さらに、本発明者の検討によれば、被加熱金属管１の端部と他の金属管の端部との距離を調整することで、被加熱金属管１の端部における温度偏差を制御できることもわかった。
【００４８】
また、所定長さの金属管等の金属を誘導加熱装置により連続的に再加熱して引き延ばして径を変える工程や、熱処理する工程などでは、金属管等の金属の端部とそれ以外とで温度偏差が生じるという問題があり、全長に渡る温度の均一性が求められている。したがって、所定長さの金属管等の金属を誘導加熱により連続的に熱処理する場合にも、上記金属管端部の熱処理と同様の問題があることもわかった。以下、上記知見により完成した本発明の好適な実施の形態を述べる。
【００４９】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る金属の熱処理方法を説明する。図１は、本実施形態に係る金属の熱処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。図２は、図１に示した金属の熱処理装置の変更例を模式的に示す側面図である。
【００５０】
本実施形態に係る金属の熱処理方法は、金属管の外周を周回する誘導コイルを用い、被加熱材としての金属管である被加熱金属管１の位置を固定して当該被加熱金属管１の端部を加熱する方法であって、以下に述べる金属の熱処理装置を用いるものである。以下の説明（本実施形態に加え、後述する第２及び第３実施形態も含む。）では、本実施形態に係る金属の熱処理方法における被加熱材である円管状又は円柱状の金属として、断面が略円形状の金属管を例示している。しかし、本実施形態に係る被加熱材としては、断面が略円形状であれば、中空の金属管に限られず、鋼棒等の中実の金属材であってもよい。また、以下の説明では、他の金属として他の金属管（ダミー金属管１０又は他の被加熱金属管２）を例示している。しかし、本実施形態に係る他の金属としては、被加熱材と同様、断面が略円形状であれば、中空の金属でも中実の金属でもよい。
【００５１】
本実施形態に係る金属の熱処理装置（以下、より具体的に「金属管端部の熱処理装置」と記載する。）は、図１に示すように、誘導コイルを用いて被加熱金属管１の端部を加熱する装置であり、第１誘導コイル２１と、第１誘導コイル２１に接続される第１誘導電流制御装置１２１とを主に備える。被加熱金属管１は、移送ローラ３により所定位置に搬送する。
【００５２】
また、本実施形態に係る熱処理方法では、被加熱金属管１の中心軸（管軸）方向Ｃにおける当該被加熱金属管１の端部から所定距離ｄ離隔した位置に、被加熱金属管１とは異なる他の金属管（例えば、後述するダミー金属管１０、又は他の被加熱金属管２）が配置される。被加熱金属管１と他の金属管との端部間の距離ｄは、特に制限されるものではないが、被加熱金属管１の端部に磁束を集中させたり、被加熱金属管１の加熱範囲の温度偏差を小さくするという観点、あるいは加熱効率の観点からは、５０ｍｍ以下とすることが好ましく、３０ｍｍ以下とすることがより好ましい。
【００５３】
他の金属管としては、被加熱金属管１と同じ材質且つ同じ外径を有するものが望ましく、さらに、被加熱金属管１と同じ肉厚を有していることが望ましい。ただし、必ずしも同じ材質且つ同じ外径及び肉厚である必要は無く、磁束分布に大きく影響しなければ形状変化、材質変化は特に制限はされない。ここで、同じ材質とは、比透磁率、比抵抗、比熱等が同じである材質のことを意味する。
【００５４】
また、金属管の周方向の磁束分布の均一性を良好に保つためには、各々の金属管（すなわち、被加熱金属管１と他の金属管）の外径の中心をほぼ同じとし、互いの金属管の外径が第１誘導コイル２１（さらには、後述する第２誘導コイル２２）の内径に対し被加熱金属管１と他の金属管）の外径との隙間が等しい距離を保つことが望ましい。したがって、本実施形態に係る金属の熱処理方法においては、被加熱金属管１の中心軸（管軸）と他の金属管の中心軸（管軸）と、第１誘導コイル２１の中心軸と、第２誘導コイル２２の中心軸とが、同一直線状に位置することが好ましい。
【００５５】
他の金属管として、例えば、被加熱金属管１と同じ材質であり、且つ、同じ外径ｒを有する円筒状の金属管１０を用いることができる。また、他の金属管の外径ｒは、被加熱金属管１の外径ｒ１と異なる外径を有する場合、他の金属管の外径ｒが、被加熱金属管１の外径ｒ１の０．８〜１．２倍（ｒ＝０．８ｒ１〜１．２ｒ１）程度のｒ１と近い外径であることが好適である。この金属管１０は、所定長さを有し、本実施形態に係る熱処理の対象とはならないもの（以下、このような金属管を「ダミー金属管１０」と称する）である。ダミー金属管１０の内径は、特に制限されるものではないが、ダミー金属管１０の管の厚みが、下記式（１）で表される浸透深さδよりも厚くなるようにすれば磁束飽和しにくくなるため、磁束分布が制御しやすい。
【００５６】
【数１】
2020020038.tif 000003
（δ：浸透深さ、ｋ：比例定数、ρ：ダミー金属管１０の比抵抗、μｒ：ダミー金属管１０の比透磁率、ｆ：周波数）
【００５７】
また、他の金属管としては、図２に示すように、本実施形態に係る熱処理の対象となる他の被加熱金属管２を用いてもよい。被加熱金属管２は、被加熱金属管１と同様に、移送ローラ３により搬送される。このように、他の金属管として、被加熱金属管２を用いる場合には、同時に２本の被加熱金属管１、２の端部を同時に加熱することができるため、生産効率を向上させることができる。また、２本の被加熱金属管１、２間の間隔ｄを一定に保つためには、例えば、絶縁性を有するスペーサ（図示せず）を２本の被加熱金属管１、２の間に挿入あるいは一定間隔を開けて搬送すればよい。
【００５８】
第１誘導コイル２１は、少なくとも被加熱金属管１の外周を周回するコイルであり、本実施形態では、図１及び図２に示すように、被加熱金属管１の最先端部から所定長さの外周部分及び他の金属管（例えば、ダミー金属管１０又は被加熱金属管２）の最先端部から所定長さの外周部分を覆うように配設される。このように、第１誘導コイル２１が、被加熱金属管１の端部のみならず、他の金属管の端部も覆うように配設されることにより、両金属は磁気結合され、被加熱金属管１の端部と他の金属管の端部とを併せて誘導加熱することができる。その結果、被加熱金属管１の長さを延長した効果が得られ、もともとの端部が管の途中にあるような状態になる。これにより、他の金属管がない場合よりも、磁束が集中する位置を被加熱金属管１の端部側に移動させることができる。
【００５９】
また、第１誘導電流制御装置１２１は、第１誘導コイル２１により被加熱金属管１の外表面に発生する誘導電流を制御するものであり、具体的には、被加熱金属管１の端部の加熱温度を測定し、測定結果に応じて、適切な加熱温度となるように、第１誘導コイル２１に流す一次電流の電流量を調整する。
【００６０】
また、本実施形態に係る金属管端部の熱処理方法では、他の金属管を、被加熱金属管１の管軸方向Ｃに移動可能に配置した状態で、被加熱金属管１の端部から所定長さの部分の加熱温度分布を計測し、当該計測結果に基づき、他の金属管の端部と被加熱金属管１の端部との距離、及び／又は、被加熱金属管１の加熱時間を制御するようにしてもよい。これは、被加熱金属管１の端部の温度が上がりすぎるのを防ぐためである。このような熱処理方法を実現するために、本実施形態に係る金属管端部の熱処理装置は、他の金属管の移動機構と、加熱温度分布を計測する温度計測装置１０５と、他の金属管の位置を制御する金属管位置制御装置１０７、及び／又は、被加熱金属管１の加熱時間を制御する加熱時間制御装置１０９とを備えていてもよい。
【００６１】
移動機構としては、例えば、他の金属管がダミー金属管１０の場合には、図１に示すような移送ローラ４、他の金属管が被加熱金属管２の場合には、図２に示すような移送ローラ３を用いればよい。これら移動機構は、他の金属管を被加熱金属管１の管軸方向Ｃに移動させる。
【００６２】
温度計測装置１０５は、被加熱金属管１の端部から所定長さの部分の加熱温度分布を計測する装置である。温度計測装置１０５としては、被加熱金属管１と非接触で温度を計測できるものでも、あるいは必要に応じて熱電対を直接接触させるようなものでも特に制限はされないが、例えば、光ファイバー式の放射温度計等を用いることができる。温度計測装置１０５による測定箇所も特に限定されるものではないが、例えば、被加熱金属管１の第１誘導コイル２１による加熱範囲の両端（すなわち、被加熱金属管１の端部の外表面と、被加熱金属管１の外表面のうち第１誘導コイル２１の端部に対応する位置）及び加熱範囲の中央部の３点を計測すればよい。これらの放射温度計として、誘導コイルの巻線間に光ファイバー式の放射温度計を一定間隔で設置しても良い。温度計測装置１０５の計測結果に基づき、第１誘導電流制御装置１２１の電流量及び加熱時間制御装置１０９の時間制御を行う。
【００６３】
金属管位置制御装置１０７は、金属管最先端部の誘導コイル内の絶対位置を制御するもので、他の金属管（ダミー金属管１０または被加熱金属管２）の最先端部と被加熱金属管１の最先端部との距離を調整するように他の金属管の位置又は両金属管の位置を制御する装置である。加熱時間制御装置１０９は、被加熱金属管１の加熱時間を制御する装置であり、金属管位置制御装置１０７に位置制御指示信号も送る。金属管位置制御装置１０７及び加熱時間制御装置１０９は、あらかじめ決めた昇温プログラムに基づいて、第１誘導電流制御装置１２１の通電時間を制御する。すなわち、金属管位置制御装置１０７及び加熱時間制御装置１０９は、通電電流量に応じて加熱時間を制御する場合、あるいは、電流一定で金属管位置の制御を時間毎に行う場合、あるいは、電流と金属管位置とを制御するために使用する。温度計測装置１０５は、これらの制御が正しく行われ測定位置の金属管の温度が所定の温度になっているかを確認する。温度計測の結果、所定の温度から外れた場合には、加熱電流、加熱時間の調整を行う。誘導加熱の場合、金属種およびサイズが決まれば、加熱電流、加熱位置を時間制御するだけでも比較的安定した温度分布となることが多いことから、加熱時間制御装置１０９があれば必ずしも温度計測装置１０５は金属管端部の加熱に必要ではない。
【００６４】
以上述べたように、他の金属管（ダミー金属管１０または被加熱金属管２）を用いない場合には、被加熱金属管１の端部と第１誘導コイル２１の金属管側端部との間の範囲（加熱範囲）の中央部付近に磁束が集中するが、ダミー金属管１０や被加熱金属管２等の他の金属管を被加熱金属管１の端部近傍に配置し、他の金属管の位置を調整することにより、磁束集中する位置及び温度を制御することができる。具体的には、他の金属管を設置した場合には、磁束が集中するピーク位置を被加熱金属管１の最先端部側へ移動させることができる。また、被加熱金属管１と他の金属管との距離ｄを適切に調整することにより、被加熱金属管１の加熱範囲における磁束分布をより均一にすることができ、これにより、加熱範囲における温度偏差を小さくすることができる。なお、磁束密度は、第１誘導コイル２１が覆っている範囲の多い方が高くなる。例えば、第１誘導コイル２１が覆っている範囲が、ダミー金属管１０よりも被加熱金属管１の方を多くなるようにすることで、被加熱金属管１の最先端部側の磁束密度が高くなるため、被加熱金属管１の加熱効率を高めることができる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、図３及び図４を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る金属の熱処理方法を説明する。図３は、本実施形態に係る金属の熱処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。図４は、図３に示した金属の熱処理装置をＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図である。
【００６６】
本実施形態に係る金属の熱処理方法は、上述した第１実施形態と同様に、金属管の外周を周回する誘導コイルを用い、被加熱金属管１の位置を固定して当該被加熱金属管１の端部を加熱する方法であって、以下に述べる金属の熱処理装置を用いるものである。本実施形態に係る金属の熱処理装置（以下、より具体的に「金属管端部の熱処理装置」と記載する。）は、図３に示すように、誘導コイルを用いて被加熱金属管１の端部を加熱する装置であり、第１実施形態と同様に、第１誘導コイル２１と、第１誘導電流制御装置１２１とを備えるとともに、磁性体コア３０をさらに備えている。
【００６７】
磁性体コア３０は、第１誘導コイル２１の少なくとも一部の所定領域の外側に配置される。ここでいう「所定領域」とは、図３に破線で示した磁束分布のように、他の領域と比較して磁束密度が低い領域であって、磁束密度を高めたい領域のことをいう。このような領域に磁性体コア３０を配置することにより、透磁率が高い磁性体コア３０に磁束が集中するため、磁束密度が低い領域の磁束密度を図３の太矢印に示すように高めることができる。その結果、図３に実線で示した磁束分布のように、被加熱金属管１の加熱範囲における磁束分布をより均一にするように制御することができ、加熱範囲における温度偏差をさらに小さくすることができる。
【００６８】
磁性体コア３０の材質としては、積層電磁鋼板やフェライトなどの導電率の低い強磁性体を用いることができる。
【００６９】
また、磁性体コア３０は、図４に示すように、被加熱金属管１の管外周方向に全周（１周分）を覆うように配置される。覆う面積は、隙間無く完全に覆うのが望ましいが、図４に示すように磁性体コア３０の間隔を適宜空けて設置しても良い。さらに、磁性体コア３０は、被加熱金属管１の管軸方向（金属管長手方向）Ｃの全体に設けるようにしてもよいが、上述したように、磁束密度の低い、少なくとも一部の領域に磁性体コア３０を設けることにより、加熱範囲の金属管長手方向Ｃにおける磁束の偏りがなるべく小さくなるようにすることが好ましい。
【００７０】
磁性体コア３０の形状としては、環状のコアを作製することは比較的困難であることから、例えば、図３及び図４に示すように、略短冊状の磁性体コア３０を被加熱金属管１の外周に沿って並べるように配置すればよい。
【００７１】
なお、他の構成については、上述した第１実施形態に係る金属の熱処理方法及び熱処理装置と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００７２】
（第３実施形態）
次に、図５及び図６を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る金属の熱処理方法を説明する。図５は、本実施形態に係る金属の熱処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。図６は、第１実施形態に係る熱処理方法及び第３実施形態に係る熱処理方法における温度履歴を示すグラフである。
【００７３】
本実施形態に係る金属の熱処理方法は、上述した第１及び第２実施形態と同様に、金属管の外周を周回する誘導コイルを用い、被加熱材としての被加熱金属管１の位置を固定して当該被加熱金属管１の端部を加熱する方法であって、以下に述べる金属の熱処理装置を用いるものである。本実施形態に係る金属の熱処理装置（以下、より具体的に「金属管端部の熱処理装置」と記載する。）は、図５に示すように、誘導コイルを用いて被加熱金属管１の端部を加熱する装置であり、第１実施形態と同様に、第１誘導コイル２１と、第１誘導電流制御装置１２１とを備えるとともに、第２誘導コイル２２と、第２誘導電流制御装置１２２と、加熱制御装置１１１と、をさらに備えている。
【００７４】
第２誘導コイル２２は、第１誘導コイル２１と同じ管軸方向Ｃの位置に配設され、被加熱金属管１の内面を加熱する。上述した第１実施形態のように、被加熱金属管１の端部の加熱を管外周側に配設された第１誘導コイル２１のみで加熱する場合、被加熱金属管１の外表面にしか誘導電流が発生せず、誘導電流により発生した熱は、外表面を加熱しながら、被加熱金属管１の外面側から熱伝導により内面側に伝わる。そのため、被加熱金属管１の外面側と内面側とを均熱化するのに時間がかかり、図６（ａ）に示すように、外面と内面とで温度偏差が生じる。より詳細には、誘導電流により発生した熱は、外表面を加熱しながら、被加熱金属管１の外面側から熱伝導により内面側に伝わることから、図６（ａ）では、被加熱金属管１の外面温度が最も高く（最も早く温度が上がり）、次いで、被加熱金属管１の板厚中心の温度が高く、さらに、被加熱金属管１の内面温度が最も低い（最も遅く温度が上がる）ことが示されている。
【００７５】
そこで、本実施形態に係る金属の熱処理方法及び熱処理装置では、第２誘導コイル２２を被加熱金属管１の内面に沿って周回するように配設し、被加熱金属管１の外面側及び内面側から当該被加熱金属管１の端部を加熱するようにしている。
【００７６】
第２誘導電流制御装置１２２は、第２誘導コイル２２により被加熱金属管１の内表面に発生する誘導電流を制御するものであり、具体的には、被加熱金属管１の端部の加熱温度を測定し、測定結果に応じて、適切な加熱温度となるように、第２誘導コイル２２に流す一次電流の電流量を調整する。
【００７７】
加熱制御装置１１１は、第１誘導コイル２１と第２誘導コイル２２との相対位置に応じて第１誘導コイル２１及び第２誘導コイル２２に印加する電力を調整することにより、被加熱金属管１の端部の加熱を制御する。具体的には、加熱制御装置１１１は、第１誘導コイル２１及び第２誘導コイル２２に印加する電力を調整するよう、第１誘導電流制御装置１２１及び第２誘導電流制御装置１２２の動作を制御する。このように、本実施形態に係る金属の熱処理方法では、被加熱金属管１の外面と内面を均熱化するために、被加熱金属管１の外面側を周回する第１誘導コイル２１及び内面側を周回する第２誘導コイル２２の加熱位置、並びに各誘導コイル２１、２２への出力を調整しながら加熱を行う。上記説明では、加熱制御装置１１１は１台で被加熱金属管１の内外周の電力制御を行う例を示したが、内周および外周それぞれに個別の加熱制御装置を設けても構わない。
【００７８】
以上のように、第１誘導コイル２１及び第２誘導コイル２２を用いて被加熱金属管１の外面側及び内面側から当該被加熱金属管１の端部を加熱し、さらに、第１誘導コイル２１及び第２誘導コイル２２の加熱位置、並びに各誘導コイル２１、２２への出力を調整しながら加熱を行うことにより、図６（ｂ）に示すように、被加熱金属管１の管厚方向の温度偏差を小さくする（理想的には、ほぼゼロ）ことができる。
【００７９】
なお、他の構成については、上述した第１及び第２実施形態に係る金属の熱処理方法及び熱処理装置と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００８０】
（第４実施形態）
次に、図７〜図９を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る金属の熱処理方法を説明する。図７及び図８は、本発明の第４実施形態に係る金属の熱処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図であり、図７では、連続的に搬送される被加熱金属管１の長手方向中央部を加熱する様子を示し、図８では、連続的に搬送される被加熱金属管１端部を加熱する様子を示している。図９は、図８に示した金属の熱処理装置を用いた熱処理方法の変更例を模式的に示す側面図である。
【００８１】
上述した第１〜第３実施形態では、被加熱金属管１の端部のみを加熱していたが、被加熱金属管１の全体を熱処理装置（誘導加熱装置）により連続的に加熱する場合も金属管長手方向において温度偏差が生じるという問題がある。本実施形態に係る金属の熱処理方法は、上述した第１〜第３実施形態とは異なり、金属管の外周を周回する誘導コイルを用い、被加熱材としての複数の被加熱金属管１を連続的に搬送しながら当該被加熱金属管１の全体を加熱する方法であって、以下に述べる金属の熱処理装置を用いるものである。本実施形態に係る金属の熱処理方法における被加熱材である円管状又は円柱状の金属として、断面が略円形状の金属管を例示している。なお、本実施形態に係る被加熱材としては、断面が略円形状の金属管であれば特に制限されず、銅管、チタン管、アルミ管等の金属の管が挙げられる。
【００８２】
本実施形態では、被加熱金属管１が誘導コイル（第１誘導コイル２１）の内部を通過する際に、当該通過部分を誘導加熱する。本実施形態に係る金属の熱処理装置（以下、より具体的に「金属管端部の熱処理装置」と記載する。）は、図７及び図８に示すように、誘導コイルを用いて被加熱金属管１の端部を加熱する装置であり、第１実施形態と同様に、第１誘導コイル２１と、第１誘導電流制御装置１２１とを備える。
【００８３】
図７には、被加熱金属管１の端部以外を加熱する時の磁束分布を示しているが、被加熱金属管１の先端と尾端の端部については、金属管長手方向の中央部付近の温度と比べ温度が低下する。そこで、所定長さの被加熱金属管１を連続して熱処理する場合、隣り合う被加熱金属管１の端部同士を近接して搬送しながら加熱する。すると、磁束は隣り合う被加熱金属管１間を貫通し、図８に示すように、被加熱金属管１の端部も金属管長手方向の中央部と同じ磁束分布となり（したがって、同じ熱処理分布となり）、被加熱金属管１の全長が均一に加熱される。
【００８４】
上述のように、被加熱金属管１の端部の温度低下を避けるためには、隣り合う被加熱金属管１同士を離さずに、その端部間の距離をできるだけ近づけて誘導加熱することが好ましい。この場合、熱処理する被加熱金属管１の端部同士を接触させて処理してもよいが、端部同士が不安定接触する場合、誘導電流によりスパークする（その結果、熱処理後の被加熱金属管１の欠陥となる）場合もある。
【００８５】
したがって、被加熱金属管１の端部に、アルミナ、シリカなどを主成分とする絶縁性のセラミックス塗料を塗布し、乾燥させることで、被加熱金属管１の端部に絶縁層を形成する方法、絶縁性のアルミナやシリカなどのセラミックスのシートやブラケット焼結体を隣り合う被加熱金属管１の端部間に挟む方法などを取ることが好ましい。例えば、図９に示すように、隣り合う被加熱金属管１の端部間に絶縁部材４０（絶縁層、絶縁性のシートやブラケット焼結体等）を配置した状態で、複数の被加熱金属管１を連続的に搬送してもよい。
【００８６】
また、絶縁部材４０を配置せずに、隣り合う被加熱金属管１の端部間を搬送制御により物理的なギャップを開けて搬送する方法をとってもよい。このギャップは、金属管長手方向の許容温度偏差にもよるが、例えば、５０ｍｍ以下とするのが好ましく、３０ｍｍ以下とするのがより好ましく、２０ｍｍ以下とするのがさらに好ましい。
【００８７】
なお、本実施形態に係る熱処理方法及び熱処理装置において、上述した第２実施形態及び第３実施形態における構成（例えば、磁性体コア３０、第２誘導コイル２２、第２誘導電流制御装置１２２等）を採用しても差し支えない。
【００８８】
（第５実施形態）
次に、図１０及び図１１を参照しながら、本発明の第５実施形態に係る金属の熱処理方法を説明する。図１０は、本実施形態に係る金属の熱処理方法における被加熱鋼管の形状を模式的に示す断面図である。図１１は、本実施形態に係る金属の熱処理方法における温度偏差を模式的に示す断面図である。
【００８９】
上述した第１〜第４実施形態に係る金属熱処理方法においては、被加熱材としての被加熱金属管１としては、その長手方向において径がほぼ一定の金属管を用いていた。しかし、本発明者らの検討によれば、金属管のねじ切りが行われる場合には、ねじ切りの処理のサイクルに合わせた加熱が必要となる、という新たな課題があることがわかった。
【００９０】
金属管のねじ切りがされる場合、図１０に示すように、継手部分の金属管の一方の端部がテーパ状に拡径され、他方の端部がテーパ状に縮径される。以後、端部が拡径された金属管を拡管１１、端部が縮径された金属管を縮管１２と記載する。
【００９１】
図１１に示すように、ダミー金属管１０を用いて誘導コイル２１により拡管１１の端部を誘導加熱した場合、拡管１１の最先端部に行くほど、拡管１１の外周面と誘導コイル２１との距離（ギャップ）Ｇｅが小さくなる。ギャップＧｅが小さいと、誘導加熱の際に拡管１１の表面に磁束が入りやすくなるため、管表面の温度が上昇しやすくなる。一方、ギャップＧｅが大きいと、誘導加熱の際に拡管１１の表面に磁束が入りにくくなるため、管表面の温度が上昇しにくくなる。その結果、図１１に示す加熱温度分布のようになる。このように、拡管１１を第１誘導コイル２１により加熱すると、誘導コイル２１とのギャップＧｅが小さい部分が高温になりやすく、温度偏差が生じる。
【００９２】
そこで、本実施形態に係る金属の熱処理方法は、上述した第１実施形態等と同様に、金属管の外周を周回する第１誘導コイル２１を用い、被加熱金属管としての拡管１１を誘導加熱する際に、拡管１１の位置を固定して当該拡管１１の端部を加熱する方法であって、第１実施形態と同様の金属の熱処理装置を用いるものである。本実施形態に係る金属の熱処理方法における被加熱材である円管状又は円柱状の金属として、断面が略円形状の金属管を例示している。なお、本実施形態に係る被加熱材としては、断面が略円形状の金属管であれば材質は特に制限されず、銅管、チタン管、アルミ管等の金属の管が挙げられる。
【００９３】
ただし、本実施形態では、他の金属の一例としてのダミー金属管１０の端部の外径を、被加熱材の一例としての拡管１１の端部（加熱範囲）の外径よりも小さくしている。
【００９４】
このように、ダミー金属管１０の端部の外径を拡管１１の端部の外径よりも小さくすることにより、ダミー金属管１０の端部における管表面と第１誘導コイル２１との距離（ギャップ）Ｇｄは、拡管１１の端部の加熱範囲における管表面と第１誘導コイル２１とのギャップＧｅよりも大きくなるため、拡管１１の端部の加熱範囲に磁束が入りやすくなり、拡管１１の加熱範囲における温度が上昇しやすくなる。そのため、拡管１１の最先端部に近い程温度が上昇しやすくなるものの、拡管１１の端部の加熱範囲全体としての温度偏差は抑制できる。
【００９５】
なお、縮管１２の場合にも、拡管１１と同様に、他の金属の一例としてのダミー金属管１０の端部の外径を、被加熱材の一例としての縮管１２の端部（加熱範囲）の外径よりも小さくすることにより、縮管１２の端部の加熱範囲全体としての温度偏差を抑制できる。他の構成については、上述した第１実施形態に係る金属の熱処理方法及び熱処理装置と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００９６】
（第６実施形態）
次に、図１０、図１２及び図１３を参照しながら、本発明の第６実施形態に係る金属の熱処理方法を説明する。図１２は、本実施形態に係る金属の熱処理方法における温度偏差を模式的に示す断面図である。図１３は、本実施形態に係る金属の熱処理方法における第１誘導コイルの形状を模式的に示す断面図である。
【００９７】
第５実施形態で述べたように、金属管のねじ切りが行われる場合には、ねじ切りの処理のサイクルに合わせた加熱が必要となる、という新たな課題がある。なお、縮管１２は、当該縮管１２の長手方向で外径が一定である直管部１３と、端部に向かうに従い外径が縮小する縮径部１４とを有する。
【００９８】
上記新たな課題のうち、図１２に示すように、ダミー金属管１０を用いて誘導コイル２１により縮管１２の端部を誘導加熱した場合、縮径部１４においては、縮径した縮管１２の最先端部に行くほど、縮管１２の端部の外周面と誘導コイル２１との距離（ギャップ）Ｇｃが大きくなる。ギャップＧｃが大きいと、誘導加熱の際に縮管１２の表面に磁束が入りにくくなるため、管表面の温度が上昇しにくくなる。一方、縮管１２の直管部１３においては、直管部１３の外周面と誘導コイル２１とのギャップＧｓは、ギャップＧｃよりも小さい。このように、ギャップＧｓが小さいことから、誘導加熱の際に直管部１３の表面に磁束が入りやすくなるため、管表面の温度が上昇しやすくなる。その結果、図１２に示す加熱温度分布のようになる。このように、縮管１２を第１誘導コイル２１により加熱すると、誘導コイル２１とのギャップＧｃが小さな縮径部１４（特に、最先端部）が低温になりやすく、温度偏差が生じる。
【００９９】
そこで、本実施形態に係る金属の熱処理方法は、上述した第１実施形態と同様に、金属管の外周を周回する第１誘導コイルを用い、被加熱金属管としての縮管１２を誘導加熱する際に、縮管１２の位置を固定して当該縮管１２の端部を加熱する方法である。本実施形態に係る金属の熱処理方法における被加熱材である円管状又は円柱状の金属として、断面が略円形状の金属管を例示している。なお、本実施形態に係る被加熱材としては、断面が略円形状の金属管であれば材質は特に制限されず、銅管、チタン管、アルミ管等の金属の管が挙げられる。
【０１００】
ただし、本実施形態では、第１誘導コイルとして、第１実施形態等で用いている第１誘導コイル２１の代わりに、第１誘導コイルの形状を縮管１２の端部の径に合わせて変えることにより、第１誘導コイルと縮管１２の外周面とのギャップＧｃが縮管１２の長手方向で均一になるようにしている。具体的には、本実施形態に係る第１誘導コイルは、長手方向で直径が一定である直コイル部２３と、端部に向かうに従い直径が縮小するテーパ部２４とを有する。そして、直コイル部２３は、直管部１３の周囲を覆い、テーパ部２４は、縮径部１４の周囲を覆っている。
【０１０１】
このように、第１誘導コイルを縮管１２の端部の径に合わせた形状とすることで、縮管１２の直管部１３の外周面と直コイル部２３とのギャップＧｓと、縮管１２の縮径部１４の外周面とテーパ部２４とのギャップＧｃと、ダミー金属管１０の外周面とその外周を周回する第１誘導コイル２１とのギャップＧｄのすべてが同一となる。その結果、縮管１２の長手方向における磁束の入り方（磁束分布）が均一となるため、縮管１２の端部の加熱範囲における温度偏差を抑制できる（温度分布を均一にできる）。
【０１０２】
なお、縮管１２の誘導加熱は、加熱時に縮管１２の端部をダミー金属管１０の端部から所定距離離隔した加熱位置まで移動させ、加熱後に加熱位置から縮管１２を離間させるバッチ処理で行ってもよく、縮管１２をダミー金属管１０または他の被加熱金属管２とともに第１誘導コイル内を一方向に移動させる連続処理で行ってもよい。バッチ処理で行うことにより、ダミー金属管１０を移動させずに所定位置に載置したままとすることができる。一方、連続処理で行う場合には、縮管１２の直管部１３が、第１誘導コイルのテーパ部２４のコイル径が最小の部分を通過するときに、直管部１３とテーパ部２４のコイルとが接触しないように、テーパ部２４の形状（特に、コイル径）を選択する必要がある。
【０１０３】
（第７実施形態）
次に、図１４、図１５及び図１６を参照しながら、本発明の第７実施形態に係る金属の熱処理方法を説明する。図１４は、本実施形態に係る金属の熱処理方法における被加熱金属管と第１誘導コイルとのギャップを示す模式図である。図１５及び図１６は、本実施形態に係る金属の処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。
【０１０４】
上述した第１〜第６実施形態では、被加熱材となる被加熱金属管１、２、拡管１１及び縮管１２（以下、被加熱金属管１、２、拡管１１及び縮管１２をまとめて「被加熱金属管１等」と略記する場合がある。）と、第１誘導コイル２１、２３、２４とのギャップは、被加熱金属管１等の周方向で均一であることを前提として述べてきた。しかし、被加熱金属管１等を造管する際には、周方向で寸法差が生じてしまい、この寸法差は避けがたいものである。また、被加熱金属管１等の第１誘導コイル２１、２３、２４内での位置決め精度を正確にすることも困難である。そのため、図１４に示すように、例えば、加工精度が悪く、被加熱金属管１等の断面が縦長の楕円形状である場合、被加熱金属管１等の外周面と第１誘導コイル２１、２３、２４との左右方向のギャップＧ１が、上下方向のギャップＧ２よりも大きくなるなど、被加熱金属管１等の周方向でギャップが不均一となる。このように、被加熱金属管１等の周方向におけるギャップが大きなギャップＧ１の部分では、被加熱金属管１等の温度が低くなり、被加熱金属管１等の周方向におけるギャップが小さなギャップＧ２の部分では、被加熱金属管１等の温度が高くなる。
【０１０５】
ここで、本発明者が被加熱金属管１等と誘導コイル２１、２３、２４との周方向のギャップと加熱温度偏差との関係を計算したところ、被加熱金属管１等の外周面と第１誘導コイル２１、２３、２４との周方向のギャップがｍｍ単位で変動するだけで、加熱温度偏差に影響することが判明した。また、上記のように、被加熱金属管１等を造管する際の寸法差の発生は避けがたく、第１誘導コイル２１、２３、２４内での被加熱金属管１等の位置決め精度を正確にすることも困難である。
【０１０６】
そこで、本実施形態に係る金属の熱処理方法では、被加熱金属管１等を誘導コイル２１、２３、２４内において回転させることにより、被加熱金属管１等と誘導コイル２１、２３、２４との周方向のギャップを平均化し、これにより、被加熱金属管１等の周方向における加熱温度偏差を最小化（周方向の加熱を均一化）している。具体的には、被加熱金属としての被加熱金属管１等の中心軸と、他の金属としてのダミー金属管１０又は他の被加熱金属管２等の中心軸と、第１誘導コイル２１、２３、２４の中心軸とを、同一直線状に位置するように制御し、この状態で、被加熱金属管１等およびダミー金属管１０又は他の被加熱金属管２等を、被加熱金属管１等の中心軸を回転軸として回転させながら、被加熱金属管１等を誘導加熱する。
【０１０７】
なお、特公昭５８−５６００８（特許文献４）には、熱処理される鋼管と誘導加熱装置の中心軸を合わせて、加熱時に、鋼管を長手方向に移動させながら回転させることで、鋼管の円周方向の加熱むら及び冷却むらを防止する技術が開示されている。しかし、本実施形態では、被加熱金属管１等の加熱の際、被加熱金属管１等の長手方向の位置を固定したまま、被加熱金属管１等を周方向に回転させている。したがって、鋼管を長手方向に移動させながら回転させる特許文献４の技術とは根本的に異なる。
【０１０８】
上記本実施形態に係る金属の熱処理方法を実施するための金属の熱処理装置（以下、より具体的に「金属管端部の熱処理装置」と記載する。）は、図１５及び図１６に示すように、誘導コイルを用いて被加熱金属管１の端部を加熱する装置であり、移送ローラ３と、第１誘導コイル２１、２３、２４（以下、「第１誘導コイル２１等」と記載する。）と、スタンド６と、昇降機構７と、回転ローラ８と、スライド機構９とを備える。移送ローラ３及び第１誘導コイル２１等の構成は、上述した通りである。なお、本実施形態においては、必ずしもスライド機構９を備えていなくてもよい。
【０１０９】
スタンド６は、昇降機構７により鉛直方向に昇降可能であり、その頂部に回転ローラ８を有し、かつ、その底部にスライド機構９を有する、被加熱金属管１等の支持部材である。
【０１１０】
昇降機構７は、被加熱金属管１、拡管１１又は縮管１２等の被加熱金属と、ダミー金属管１０又は他の被加熱金属管２等の他の金属を、第１誘導コイル２１等内で昇降させる。昇降機構７は、スタンド６を昇降させることが可能な構造であれば特に制限されず、油圧式でも、空気圧式でも、電動式でもよい。この昇降機構７は、スタンド６を昇降させることで、スタンド６により下方から支持された被加熱金属管１等の被加熱金属及びダミー金属管１０等の他の金属の中心軸を、第１誘導コイル２１等の中心軸と合わせる。特に、例えば、バッチ処理毎に被加熱金属管１の径が異なる場合もあり、このような場合には、別のバッチ処理を開始する際に昇降機構７により被加熱金属管１を昇降させて、中心軸の位置合わせが必要となる。
【０１１１】
回転ローラ８は、本実施形態に係る回転機構の一例であり、被加熱金属管１等の被加熱金属の中心軸と、ダミー金属管１０等の他の金属の中心軸と、第１誘導コイル２１等の中心軸とが略同一直線状に位置した状態で、被加熱金属及び他の金属の外周面に当接して、被加熱金属および他の金属を被加熱金属の中心軸を回転軸として周方向に回転させる。このように、被加熱金属管１等の被加熱金属と、ダミー金属管１０等の他の金属とを周方向に回転させることにより、被加熱金属管１等と誘導コイル２１等との周方向のギャップを平均化し、これにより、被加熱金属管１等の周方向における加熱温度偏差を最小化できる。
【０１１２】
スライド機構９は、スタンド６を被加熱金属管１の長手方向に移動させることで、スタンド６に支持されている被加熱金属管１等の被加熱金属管１等の被加熱金属と、ダミー金属管１０等の他の金属とを上記長手方向に移動させる。
【０１１３】
続いて、上述した金属管端部の熱処理装置の動作について説明する。
【０１１４】
まず、図１５に示すように、被加熱金属管１等の被加熱金属を第１誘導コイル２１の長手方向に移動させる。次いで、上述した金属管位置制御装置１０７が、被加熱金属管１の最先端部と他の金属管（ダミー金属管１０または被加熱金属管２）の最先端部との距離を所定距離に調整した後に、被加熱金属管１等の最先端部と他の金属管（ダミー金属管１０または被加熱金属管２）の最先端部が共に、第１誘導コイル２１の長手方向中央部に位置するように制御する。このとき、被加熱金属管１等の被加熱金属の中心軸およびダミー金属管１０等の他の金属の中心軸と、第１誘導コイル２１等の中心軸とは一致していない状態である（図１５に示した例では、被加熱金属管１等の被加熱金属の中心軸およびダミー金属管１０等の他の金属の中心軸は、第１誘導コイル２１等の中心軸よりも下方に位置している）。
【０１１５】
次に、昇降機構７がスタンド６を昇降させ（図１５に示した例では、スタンド６を上昇させ）、スタンド６に支持された被加熱金属管１等の被加熱金属及びダミー金属管１０等の他の金属を昇降させることにより、図１６に示すように、被加熱金属管１等の被加熱金属及びダミー金属管１０等の他の金属の中心軸を、第１誘導コイル２１等の中心軸と合わせる。
【０１１６】
さらに、被加熱金属管１等の被加熱金属及びダミー金属管１０等の他の金属の中心軸と、第１誘導コイル２１等の中心軸とが一致した状態で、回転ローラ８を回転駆動させ、被加熱金属および他の金属を被加熱金属の中心軸を回転軸として周方向に回転させる。その結果、被加熱金属管１等の周方向における加熱温度偏差を最小化できる。
【０１１７】
（第８実施形態）
次に、図１７及び図１８を参照しながら、本発明の第８実施形態に係る金属の熱処理方法を説明する。図１７は、拡管を誘導加熱した場合に生じる温度偏差を模式的に示す断面図である。図１８は、本実施形態に係る金属の処理方法に用いる熱処理装置を模式的に示す側面図である。
【０１１８】
被加熱金属管１等を第１誘導コイル２１等により誘導加熱する場合、第１誘導コイル２１の長さは、通常、必要最低限の長さとする。例えば、上述した第５実施形態におけるように、拡管１１を誘導加熱する場合、拡管１１の加熱範囲を最先端部から２００ｍｍとすると、加熱範囲の最も中央側の位置からさらに１００ｍｍ程度までしか、第１誘導コイル２１の長さを延ばさない。このとき、被加熱金属管１や拡管１１等の被加熱金属の端部は熱の逃げ場がないため、加熱により温度が上昇しやすい。一方、被加熱金属管１や拡管１１等の被加熱金属の中央に向かうと、熱が被加熱金属管１や拡管１１等の被加熱金属の中央側へ逃げられるため、被加熱金属管１や拡管１１等の被加熱金属の中央側の温度は上昇しにくい。その結果、被加熱金属管１や拡管１１等の被加熱金属の加熱範囲において、図１７に示すような加熱温度偏差が発生してしまう。
【０１１９】
そこで、本実施形態に係る金属の熱処理方法では、被加熱金属管１等の被加熱金属の最先端部と、ダミー金属管１０等の他の金属の最先端部との距離を一定に保ったまま、被加熱金属および他の金属を第１誘導コイル２１等内で被加熱金属の長手方向に移動させながら、被加熱金属を誘導加熱している。例えば、加熱中の被加熱金属管１等のうち温度が低い部分が第１誘導コイル２１等の長手方向の中央付近に位置するように、被加熱金属管１等の位置を長手方向に沿って移動させる。このように、第１誘導コイル２１等の長手方向で被加熱金属管１等の加熱位置を変えながら誘導加熱することにより、被加熱金属管１等の長手方向における加熱温度偏差を小さくできる。
【０１２０】
上記本実施形態に係る金属の熱処理方法を実施するための金属の熱処理装置（以下、より具体的に「金属管端部の熱処理装置」と記載する。）は、図１８に示すように、誘導コイルを用いて被加熱金属管１の端部を加熱する装置であり、移送ローラ３と、第１誘導コイル２１、２３、２４（以下、「第１誘導コイル２１等」と記載する。）と、スタンド６と、昇降機構７と、回転ローラ８と、スライド機構９とを備える。移送ローラ３、第１誘導コイル２１等、スタンド６、昇降機構７、回転ローラ８及びスライド機構９の構成は、上述した通りである。本実施形態においては、必ずしも回転ローラ８を備えていなくてもよい。
【０１２１】
ここで、スライド機構９は、本実施形態に係るコイル内移動機構の一例であり、被加熱金属管１等の被加熱金属の最先端部とダミー金属管１０等の他の金属の最先端部との距離を一定に保ったまま、被加熱金属および他の金属を第１誘導コイル２１内で被加熱金属の長手方向に移動させる。これにより、被加熱金属管１等の端部から所定長さの加熱範囲が所望の温度分布となるように加熱できる。
【０１２２】
また、被加熱金属管１等の被加熱金属の最先端部とダミー金属管１０等の他の金属の最先端部との距離を一定に保つ方法としては、被加熱金属管１等の被加熱金属とダミー金属管１０等の他の金属とを同じ搬送速度で長手方向に移動させる方法がある。また、上述した第４実施形態と同様に、被加熱金属管１等の端部に、アルミナ、シリカなどを主成分とする絶縁性のセラミックス塗料を塗布し、乾燥させることで、被加熱金属管１の端部に絶縁層を形成し、この絶縁性にダミー金属管１０等の他の金属の端部を接触させたまま長手方向に移動させる方法がある。さらに、絶縁性のアルミナやシリカなどのセラミックスのシートやブラケット焼結体を被加熱金属管１等の被加熱金属の端部と、ダミー金属管１０等の他の金属の端部との間に挟みこんだ状態で長手方向に移動させる方法がある。
【０１２３】
続いて、上述した金属管端部の熱処理装置の動作について説明する。
【０１２４】
まず、図１６に示すように、被加熱金属管１等の最先端部と他の金属管（ダミー金属管１０または被加熱金属管２）の最先端部が共に、第１誘導コイル２１の長手方向中央部に位置し、かつ、被加熱金属管１等の被加熱金属及びダミー金属管１０等の他の金属の中心軸を、第１誘導コイル２１等の中心軸と合わせた状態とする。
【０１２５】
この状態において、被加熱金属管１等の端部から中央寄りの部分の温度が低いとした場合、図１８に示すように、当該温度が低い部分が、第１誘導コイル２１の中央部に位置するように、スライド機構９が、スタンド６を被加熱金属管１等の長手方向の右側に移動させることにより、被加熱金属管１等を長手方向の右側に移動させる。その結果、被加熱金属管１等の長手方向における加熱温度偏差が解消される。
【０１２６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２７】
例えば、上述した各実施形態については、技術的に不整合が生じない限り、任意の組合せが可能である。
【実施例】
【０１２８】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１２９】
（実験例１）
被加熱金属管として、外径３００ｍｍ、内径２６８ｍｍ、長さ１ｍのシームレス鋼管を用い、当該シームレス鋼管の端部からの管軸方向長さ２００ｍｍの範囲を加熱範囲とした。また、内径３２０ｍｍ、外径３５６ｍｍ、管軸方向長さ４００ｍｍの角銅管を円筒状に巻いて製作した誘導コイルを、当該誘導コイルの被加熱金属管側の端部が、被加熱金属管の端部から２００ｍｍの位置になるように被加熱金属管の外周を周回するように設置して、加熱周波数５０Ｈｚ、電流６００Ａで、１０分間、誘導加熱した。
【０１３０】
このとき、ダミー金属管として、被加熱金属管と同じ外径３００ｍｍ、内径２６８ｍｍで、長さ５００ｍｍのシームレス鋼管を、被加熱金属管の端面から表１に記載された距離離隔して設置し、被加熱金属管の加熱範囲における外表面の温度分布を、被加熱金属管に熱電対を溶着することにより測定した。このときの温度分布の測定結果を表１に示す。なお、表１における温度偏差とは、被加熱金属管の加熱範囲における最高温度と最低温度との差である。
【０１３１】
【表１】
2020020038.tif 000004
【０１３２】
表１に示すように、ダミー金属管を被加熱金属管に近づけることにより、温度偏差が小さくなっていることから、温度分布が緩やかになることがわかった。また、被加熱金属管とダミー金属管との距離が短いほど、被加熱金属管の加熱範囲における金属管長手方向の温度分布は、管端部側が高くなり、被加熱金属管とダミー金属管との距離が長くなるに従い、被加熱金属管の中央側の温度が高くなることもわかった。一方、比較例であるダミー金属管なしの場合には、被加熱金属管の加熱範囲における中央部の温度が最も高く、管端部の温度が低い温度分布となった。
【０１３３】
（実験例２）
実験例１と同じ被加熱金属管及び被加熱金属管の外周を周回する誘導コイルを用い、誘導コイルの外側に、磁性体コアとして積層厚み２５ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍに成型した無方向性電磁鋼板積層コアを、金属管端部からの距離で１５０ｍｍから２００ｍｍの範囲に配置した。磁性体コアを配置した以外は、実験例１と同じ条件で誘導加熱を行った。
【０１３４】
このとき、ダミー金属管として、被加熱金属管と同じ外径３００ｍｍ、内径２６８ｍｍで、管軸方向長さ４００ｍｍのシームレス鋼管を、被加熱金属管の端面から表２に記載された距離離隔して設置し、被加熱金属管の加熱範囲における外表面の温度分布を測定した。このときの温度分布の測定結果を表２に示す。なお、表２における温度偏差とは、被加熱金属管の加熱範囲における最高温度と最低温度との差である。
【０１３５】
【表２】
2020020038.tif 000005
【０１３６】
表２に示すように、磁性体コアを配置することにより、実験例１の場合よりも温度偏差がより小さくなっていることから、温度分布がより緩やかになることがわかった。また、被加熱金属管とダミー金属管との距離が短いほど、被加熱金属管の加熱範囲における金属管長手方向の温度分布は、管端部側が高くなり、被加熱金属管とダミー金属管との距離が長くなるに従い、被加熱金属管の中央側の温度が高くなることは、実験例１と同様であった。
【０１３７】
（実験例３）
実験例１と同じ被加熱金属管及び被加熱金属管の外周を周回する誘導コイルを用い、被加熱金属管の内面側に、外径２４０ｍｍ、内径２２０ｍｍ、管軸方向長さ３００ｍｍの銅管製誘導コイルをダミー金属管の端から挿入し、外周の誘導コイルと並列に配置した以外は、実験例１と同じ条件で誘導加熱を行った。
【０１３８】
このとき、ダミー金属管として、被加熱金属管と同じ外径３００ｍｍ、内径２６８ｍｍで、長さ３００ｍｍのシームレス鋼管を、被加熱金属管の端面から表３に記載された距離離隔して設置し、被加熱金属管の加熱範囲における外表面及び内表面の温度分布を測定した。このときの温度分布の測定結果を表３に示す。なお、表３における内外温度偏差とは、被加熱金属管の加熱範囲における特定の点における外表面の温度と内表面の温度との差である。
【０１３９】
【表３】
2020020038.tif 000006
【０１４０】
表３に示すように、実施例６、７では、管端部及び管端部から１００ｍｍの点の双方において、被加熱金属管の管厚方向の（本実験例では、内面と外面との）温度偏差が、加熱後１０分経過後でも１８℃以下と小さく、良好な温度分布であった。なお、表１、表３には示していないが、比較例３に対応する内部誘導コイルの無い比較例１の内外面温度偏差は、管先端部から１００ｍｍの点で４３℃、管端部で４５℃であったことから、本発明の均一性効果が大きいことが判る。
【０１４１】
（実験例４）
被加熱金属管として、外径８０ｍｍ、内径７４ｍｍ、長さ２ｍの電縫鋼管を用い、当該電縫鋼管を連続的に６ｍｐｍで搬送しながら誘導コイル内を通過させることで、電縫鋼管全体を加熱した。また、誘導コイルとしては、内径１００ｍｍ、外径１２０ｍｍ、管軸方向長さ４００ｍｍの角銅管製誘導コイルを、搬送される被加熱金属管の外周を周回するように設置して、加熱周波数１ｋＨｚ、電流６００Ａで、誘導加熱した。
【０１４２】
このとき、隣り合う被加熱金属管の端部間に、３ｍｍのアルミナ−シリカのシートを複数枚挟んで、被加熱金属管の端部間の距離を表４に示す距離に保ち（押しつけられるためシート厚は若干縮む）、被加熱金属管を連続的に搬送しながら、被加熱金属管の金属管長手方向後端部から５００ｍｍの位置と後端部との間における外表面の温度分布を、被加熱金属管に溶着した熱電対により測定した。このときの温度分布の測定結果を表４に示す。なお、表４における温度偏差とは、被加熱金属管の金属管長手方向後端部から５００ｍｍの位置と後端部との間における最高温度と最低温度との差である。
【０１４３】
【表４】
2020020038.tif 000007
【０１４４】
金属管単独で加熱した比較例５の場合、４６℃あった温度偏差は、連続して搬送される金属管の端部を５ｍｍと近づけることにより８℃まで改善され、管端の距離を離すに従い温度偏差は改善してゆく。しかし、距離を１００ｍｍ離すとあまり温度偏差の改善効果は無く、最低でも５０ｍｍ、できれば２０ｍｍ以下とするのが望ましい結果が得られることが判った。
【０１４５】
（実験例５）
実験例１と同じ被加熱金属管及び被加熱金属管の外周を周回する誘導コイルを用い、ダミー金属管の径を以下のように変更した以外は、実験例１と同じ条件で誘導加熱を行った。
【０１４６】
ダミー金属管として、外径を被加熱金属管よりも小さな２９０ｍｍとし、被加熱金属管と同じ内径２６８ｍｍで、管軸方向長さ４００ｍｍのシームレス鋼管を、被加熱金属管の端面から表５に記載された距離離隔して設置し、被加熱金属管の加熱範囲における外表面の温度分布を測定した（実施例１２）。同様に、外径を被加熱金属管よりも小さな２８０ｍｍとし、被加熱金属管と同じ内径２６８ｍｍで、管軸方向長さ４００ｍｍのシームレス鋼管を、被加熱金属管の端面から表５に記載された距離離隔して設置し、被加熱金属管の加熱範囲における外表面の温度分布を測定した（実施例１３）。このときの温度分布の測定結果を表５に示す。なお、表５における温度偏差とは、被加熱金属管の加熱範囲（管端部から２００ｍｍの範囲）における最高温度と最低温度との差である。また、実施例１２及び実施例１３は、ダミー金属管の外径が被加熱金属管の外径よりも小さくなっており、拡管の端部の外径よりも小さな外径のダミー金属管を用いた誘導加熱を模擬した実施例である。実施例２、実施例１２および実施例１３の温度分布の測定結果を表６に示す。
【０１４７】
【表５】
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【０１４８】
表５に示すように、ダミー金属管の外径が被加熱金属管の外径よりも小さな実施例１２および実施例１３は、ダミー金属管の外径と被加熱金属管の外径とが同じ実施例２よりも、被加熱金属管の加熱範囲における外表面の温度偏差が改善されていることがわかる。
【０１４９】
（実験例６）
本実験例では、被加熱金属管として、鋼管端面から１３０ｍｍの位置から鋼管先端に向けてテーパ状に縮径し、先端の外径が２８２ｍｍのシームレス鋼管（縮管）を用い、それ以外は実験例１と同じ誘導子イルおよびダミー金属管を用いて加熱を行った場合について、被加熱金属管の加熱範囲における外表面の温度分布を測定した（実施例１４）。また、図１３に示す直コイル部２３およびテーパ部２４を有する誘導コイルを用い、実験例１と同様に、誘導コイルと被加熱金属管とのギャップを、被加熱金属管の長手方向において、縮径部を含めて管端部まで１０ｍｍで均一のギャップとし、加熱を行った場合についても、被加熱金属管の加熱範囲における外表面の温度分布を測定した（実施例１５）。なお、表６における温度偏差とは、被加熱金属管の加熱範囲（管端部から２００ｍｍの範囲）における最高温度と最低温度との差である。実施例２、実施例１４および実施例１５の温度分布の測定結果を表６に示す。
【０１５０】
【表６】
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【０１５１】
表６に示すように、誘導コイルとのギャップが１０ｍｍで一定の実施例２と比較し、管端部に行くほど径が小さくなっている縮管の場合、磁束は、縮管よりも端部の径が大きいダミー金属管端部の方に多く入るため、縮管を通常の誘導コイルで加熱した実施例１４の場合には、管端部の温度が低くなり、実施例２よりも１０℃温度偏差が拡大する。それに対し、被加熱金属管の外表面と誘導コイルとのギャップを、縮径部を含めて管端部まで一定にした実施例１５の場合は、温度偏差が実施例１４よりも７℃改善される。
【０１５２】
（実験例７）
本実験例では、被加熱金属管として実験例６の条件と同じ縮管を用い、かつ、実験例６と同じダミー金属管を用い、縮管とダミー金属管の中心を誘導コイル中心軸から６ｍｍ下方にずらして加熱し、被加熱金属管の加熱範囲における外表面の温度分布を測定した（実施例１６）。また、縮管およびダミー金属管を３０ｒｐｍで回転させながら加熱を行った以外は、実施例１６と同じ条件で加熱した場合の被加熱金属管の加熱範囲における外表面の温度分布を測定した（実施例１７）。なお、表７における温度偏差とは、被加熱金属管の加熱範囲（管端部から２００ｍｍの範囲）における最高温度と最低温度との差である。実施例１６および実施例１７の温度分布の測定結果を表７に示す。
【０１５３】
【表７】
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【０１５４】
表７に示すように、被加熱金属管の位置を誘導コイルの中心軸から６ｍｍ下げることにより、誘導コイルと被加熱金属管との周方向におけるギャップは、４ｍｍ〜１６ｍｍと不均一となり、被加熱金属管を静止したまま加熱した場合時は５５℃の温度偏差を生じるが、被加熱金属管を回転しながら加熱すると温度偏差は、静止したまま加熱した場合よりも１６℃改善されることがわかった。
【０１５５】
（実験例８）
本実験例では、実験例１と同じ条件で被加熱金属管の加熱を８分間行った後、被加熱金属管とダミー金属管とを、鋼管長手方向に沿って１００ｍｍダミー金属管側へ移動させ、さらに２分間加熱を行い、被加熱金属管の加熱範囲における外表面の温度分布を測定した（実施例１８）。なお、表７における温度偏差とは、被加熱金属管の加熱範囲（管端部から２００ｍｍの範囲）における最高温度と最低温度との差である。実施例１および実施例１８の温度分布の測定結果を表８に示す。
【０１５６】
【表８】
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【０１５７】
表８に示すように、被加熱金属管の端面から２００ｍｍの位置は、熱が鋼管の長手方向に移動するため温度が低下するが、この温度低下部を１００ｍｍ、誘導コイルの内部へ挿入することにより、温度低下部の加熱温度は急速に高くなり、被加熱金属管の加熱範囲における温度偏差は、被加熱金属管の位置を鋼管の長手方向で固定した場合（実施例１）の温度偏差の約半分にまで低減される。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本発明は、シームレス鋼管を中心とした継ぎ手鋼管端部の熱処理方法及びその熱処理装置に有用であり、特に、油井管用シームレス管等の熱処理に有用である。また、本発明は、金属管を中心とした金属管を連続的に搬送しながら熱処理する場合、管長手方向の温度偏差を無くし、冶金上の品質劣化を防ぐと共に、後工程における温度偏差起因による加工精度の悪化や変形を防止するのに効果的である。
【符号の説明】
【０１５９】
１    被加熱金属管（第１被加熱金属管）
２    他の金属管（第２被加熱金属管）
３、４    移送ローラ
５    誘導コイル
６    スタンド
７    昇降機構
８    回転ローラ
９    スライド機構
１０    他の金属管（ダミー金属管）
１１    拡管
１２    縮管
１３    直管部
１４    縮径部
２１    第１誘導コイル
２２    第２誘導コイル
２３    直コイル部
２４    テーパ部
３０    磁性体コア
４０    絶縁部材
１０５    温度計測装置
１０７    金属管位置制御装置
１０９    加熱時間制御装置
１１１    加熱制御装置
１２１    第１誘導電流制御装置
１２２    第２誘導電流制御装置
ｒ    金属管の外径
ｄ    被加熱金属管と他の金属管との距離
Ｃ    管軸（金属管長手）方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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