(57)【要約】  本発明は高圧管（１）の製造方法に関し、この場合、金属製の内管（２）および金属製の外管（３）を一緒に第１の引抜きダイ（４ａ）に通して引抜き加工する。これに関し内管の外径（Ｄ２）は外管の内径（Ｄ３）より小さい。外管およびその中に延びている内管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工することで、内管と外管との間の非常に安定的な力結合式の結合が生成される。これにより、一つには大きな壁厚を有する管が製造されることになり、この壁厚により、製造された管は非常にロバスト性および圧力耐性がある。もう一つには、冷間変形によって製造された管は、外側面およびとりわけ内側面の非常に高い表面仕上げ状態を有している。この両方の特性は、製造すべき管を、１２，０００ｂａｒを超える圧力が管にかかっても割れから十分に高度に保護することを可能にする。したがって本発明による方法は、一つには製造すべき管の大きな壁厚さと、もう一つには製造すべき管の内側面の高い表面仕上げ状態との組合せにより、高圧の動的圧力耐性が明らかに改善した管の製造に特に適していることが明らかになる。【選択図】図２
2019503868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップ、すなわち
第１の内径（Ｄ１）および第１の外径（Ｄ２）を有する金属製の内管（２）を提供することと、
第２の内径（Ｄ３）および第２の外径（Ｄ４）を有する金属製の外管（３）を提供することであって、
前記第１の外径（Ｄ２）は前記第２の内径（Ｄ３）より小さい、提供することと、
前記内管（２）を前記外管（３）に挿入することであって、それにより前記内管（２）が前記外管（３）の内部で延びているようにする、挿入することと、
前記内管（２）および前記外管（３）を一緒に第１の引抜きダイ（４ａ）に通して引抜き加工することであって、
前記第２の内径（Ｄ３）が、前記外管（３）と前記内管（２）の力結合式の結合（６）が引き起こされるように減少する、引抜き加工することと
を有する管（１）の製造方法。
【請求項２】
前記第１の引抜きダイ（４ａ）の成形用の内面の金型直径（Ｄ５）、前記外管（３）の前記第２の外径（Ｄ４）、前記外管（３）の前記第２の内径（Ｄ３）、前記内管（２）の前記第１の外径（Ｄ２）、および前記内管（２）の前記第１の内径（Ｄ１）が、外管（３）および前記外管（３）の中に延びている内管（２）を一緒に前記第１の引抜きダイ（４ａ）に通して引抜き加工する際の前記内管（２）の前記第１の内径（Ｄ１）の減少が高くとも５％であるように選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
外管（３）および前記外管（３）の中に延びている内管（２）を一緒に前記第１の引抜きダイ（４ａ）に通して引抜き加工することにより、前記内管（２）の前記第１の外径（Ｄ２）が、少なくとも０．０１ｍｍ〜高くとも０．３ｍｍ減少することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
外管（３）および前記外管（３）の中に延びている内管（２）を一緒に前記第１の引抜きダイ（４ａ）に通して引抜き加工した後には、前記内管（２）が冷間硬化しており、かつ少なくとも９００Ｎの引張強度を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
製造すべき前記管（１）が、前記内管（２）および前記外管（３）を一緒に前記第１の引抜きダイ（４ａ）に通して引抜き加工した後には、前記外管（３）の前記外径（Ｄ４）の少なくとも３分の１の壁厚を有しており、前記壁厚が、前記外管（３）の前記第２の外径（Ｄ４）と前記内管（２）の前記第１の内径（Ｄ１）との間の差の半分から判明することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記内管（２）および前記外管（３）を一緒に前記第１の引抜きダイ（４ａ）に通して引抜き加工する前の前記第１の引抜きダイ（４ａ）の前記成形用の内面の前記金型直径（Ｄ５）が、引抜き加工する前の前記外管（３）の前記第２の外径（Ｄ４）より少なくとも５％小さいことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記内管の内側面は、表面に存在する亀裂が５０μｍの深さを上回らないような表面仕上げ状態を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記内管（２）が、金属製のルッペを第２の引抜きダイ（４ｂ）に通すことおよび引抜き内金型（５）の表面に沿って引抜き加工することによって製造されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記内管（２）が、金属製のルッペをピルガー圧延設備で圧延マンドレルの表面に沿って圧延することによって製造されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記引抜き内金型（５）または前記圧延マンドレルが、表面を研磨された鋼から成っており、したがって前記内管（２）の内側面が、前記内管（２）を前記引抜き内金型（５）の表面に沿って引抜き加工する際または前記圧延マンドレルの表面に沿って圧延する際にバニシングされることを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも前記内管（２）または前記外管（３）の材料が、非合金鋼、低合金鋼、および高合金鋼、またはその組合せから成る群から選択されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
外管（３）および前記外管（３）の中に延びている内管（２）を一緒に前記第１の引抜きダイ（４ａ）に通して引抜き加工する前の前記内管（２）の前記第１の外径（Ｄ２）が６．２５ｍｍ〜６．４５ｍｍの範囲内にあり、一緒に引抜き加工した後には６．０８ｍｍ〜６．２８ｍｍの範囲内にあり、前記内管（２）の前記第１の外径（Ｄ２）が、一緒に引抜き加工することで減少することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記内管（２）および前記外管（３）が同じ素材から成ることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記内管（２）および前記外管（３）が異なる素材から成ることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば内燃機関用の噴射技術および化学産業のような多くの技術分野では、高い圧力がかかり、かつこの圧力に長期的に耐えなければならない配管系が用いられる。これに関しては、配管系の静的な、つまり時間的および空間的に不変の圧力負荷と、動的な、つまり時間的および／または空間的に変動する圧力負荷とが区別される。多くの技術的な適用分野では、圧力を導く部材が、時間的および空間的に変動して一部では周期的に拍動もする圧力負荷に曝され、したがってこれらの部材は、静的圧力負荷がかかる部材に比べ、負荷段階に応じて耐圧性に関する明らかにより高い要求を課される。これにより、同じ構造形式であれば、動的圧力負荷がかかる部材は静的圧力負荷がかかる部材の場合にそうであるより結果的に速く摩耗し、より頻繁に交換しなければならなくなる。この摩耗の度合いは、例えば圧力スイングの周波数および最大圧力と最小圧力との間の差、つまり圧力デルタのような、個々の負荷因子に依存している。
【０００３】
部材の静的圧力耐性が、主に、使用する材料の弾性限界および引張強度のような機械的特性に依存する一方で、動的圧力耐性の場合は、さらにそれ以外の重要な量、例えば材料の延性（破断伸び）、部材の壁に既に存在するひび割れの深さ、純度、微細構造、および表面仕上げ状態が加わる。
【０００４】
管およびその他の部材の不具合は、一般的には、例えば亀裂が管内面から管外面にまで進行するという形での亀裂のクリティカルな成長によって起こる。これに関しては、例えば格子欠陥の形態の材料不良のところでのおよび粗い表面での局所的な応力集中により、ピーク応力によって亀裂が発生する可能性があり、または既存のひび割れが圧力負荷によってさらに広がる。したがって動的圧力負荷がかかる部材の摩耗は、なかでも衝撃圧当たりの亀裂の成長および材料特性によって決定され、これに関し、優れた表面品質は亀裂の発生確率を明らかに減少させ得る。
【０００５】
動的圧力負荷下での管およびその他の部材の高い圧力耐性を達成するため、製造すべき管および部材の素材は、上述の決定的な影響因子を最適化するという趣旨で選択される。例えば自緊による材料特性の事後的改善もしばしば考慮される。
【０００６】
１５，０００ｂａｒを超える圧力に比較的長期間にわたって耐えるには、適切な材料の相応の選択だけでなく、管の壁厚も、管の製造の際の有力な因子である。管の壁厚は、管の外径から内径を引き算することで算出される。管の内壁から管の外壁への亀裂の進展は、壁厚が増すにつれてより長く持続するので、同じ材料組成を出発点とすると、管の圧力耐性は管の壁厚と共に増加していく。それゆえ高圧技術ではしばしば肉厚の管が用いられる。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、高圧技術における管の動的圧力耐性または耐用期間を改善させた管の製造方法への需要がある。
【０００８】
加えて本発明の課題は、外管と内管が相互に永続的で安定的な機械的結合をする、管の製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明のもう１つの課題は、内側面の表面品質の高い管の製造方法を提供することである。
【００１０】
前述の課題の少なくとも１つは、以下のステップ、すなわち、第１の内径および第１の外径を有する金属製の内管を提供することと、第２の内径および第２の外径を有する金属製の外管を提供することであって、第１の外径は第２の内径より小さい、提供することと、内管を外管に挿入することであって、それにより内管が外管の内部で延びているようにする、挿入することと、内管および外管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工することであって、第２の内径が、外管と内管の力結合式の結合が引き起こされるように減少する、引抜き加工することとを有する管の製造方法によって解決される。
【００１１】
個々の金属管のプロフィル変形の古典的な方法は、このようなプロフィル材を成形用の引抜きダイに通して引抜き加工することであり、この引抜き加工は一般的に引抜き台上で行われる。その際、被加工材は、その始端をクランプ機構によって掴まれ、引抜きダイに通して引き抜かれる。この引抜きダイが、変形後の被加工材の外周面を規定している一方で、中空の細長く伸ばされた被加工材、つまりとりわけ管および中空プロフィル材の変形では、引抜きダイだけでなく、変形すべき被加工材の内部に配置される第２の金型を追加的に設けることができる。引抜き加工による冷間変形のためのこのような第２の金型は、片持ち状のプラグもしくは引抜きコアのいずれかであり、またはプラグもしくは引抜きコアが、被加工材内部のロッドに引抜き内金型として取り付けられている。
【００１２】
引抜き機の原理は、変形すべき被加工材を引抜きダイに通して出口側から引き抜くことに基づいており、これに関し、変形前の被加工材は、引抜きダイより大きな周面を有している。したがって出口側で、つまり被加工材の引抜き方向または移動方向において引抜きダイの後ろ側で、被加工材に引抜き力を導入できる必要がある。このために引抜き機は、引抜きダイに相対的に移動可能に駆動されるクランプ機構を具備した引抜き機構を備えている。このクランプ機構が、引抜き加工中に被加工材を掴んで引抜き力を導入する。
【００１３】
本発明によれば、内管を外管に挿入し、これにより内管は外管の内部で延びており、そして内管および外管を一緒に引抜き台の引抜きダイに通して引き抜く。この引抜きダイは、本発明の意味においては第１の引抜きダイと呼ばれる。この場合、一実施形態では、例えばプラグまたは引抜きコアのような内金型は存在しておらず、したがってこのいわゆる空引きでは製造すべき管の外径だけが圧下および平滑化される。したがって製造すべき管の壁厚が絶対的には減少するが、その際、製造すべき管の内面に影響が及ぶことはない。
【００１４】
しかしながら、引抜きダイに通す引抜きプロセスは、第２の外径、つまり外管の外径に効果を及ぼすだけでなく、第２の内径、つまり外管の内径にも、圧下の形態で効果を及ぼす。これに加え、引抜きダイに通す引抜き加工中に生じる力により、外管と内管の力結合式の結合が行われる。
【００１５】
力結合式の結合は、基本的には、例えば圧縮力または摩擦力の形態での力の伝達によって発生する。この力結合式の結合の結びつきは、純粋に作用力によって保証されている。
【００１６】
本発明による方法は、現況技術から知られている方法に対して幾つかの利点を有する。
【００１７】
（１）内管と外管を一緒に引抜きダイに通して引抜き加工すると、この両方の管の間に、内管および外管の軸方向の変位を阻止する力結合式の結合が生成され、その一方で径方向では形状結合が存在している。内管と外管との間の永続的に安定的で無傷の結合は、とりわけ高圧技術でこのようないわゆる二重壁管を用いる際に重要な役割を果たす。この永続的に安定的で無傷の結合が、例えば空隙の存在または内管と外管との間のあそびまたは両方の管の間の力結合の不足のために生じない場合、そのことが、二重壁管に高圧が印加される際に、ひび割れの進行により内管を明らかに割れ易くし得る。
【００１８】
（２）本発明に基づく、二重壁の管の、つまり外管および内管から成る管の製造により、製造された管は、一つには十分に大きな壁厚を有することになり、もう一つには外側面およびとりわけ内側面の非常に高い表面仕上げ状態も同時に有することになる。この両方の要件の実現によって初めて、製造すべき管を、１２，０００ｂａｒを超える圧力が管にかかっても割れから十分に高度に保護することが可能になる。第１の引抜きダイに通して引抜き加工した後の外管および内管の壁厚の合計から判明する壁厚が大きいことは、内側面でのひび割れが、外側面に進行するまでにより大きな距離を走り抜けなければならないので、管の圧力耐性を上昇させる。加えて、内管と外管との間の力結合式の結合により、これらの亀裂は内管と外管との間の接触面に沿っては伸びず、最悪の場合には内管が割れることになる。加えて一実施形態では、内管および外管を一緒に引抜き加工することを、出発材料、つまり入っていく管の冷間状態で行う。これにより、製造すべき管の強度ならびに寸法品質および表面品質が、加工すべき管を加熱する方法に比べて向上する。管の金属構造における歪みに至るような、管が不均質に熱せられることによる温度勾配、および温度上昇によって伸びるというような材料不良または格子欠陥は、管の冷間変形では生じない。したがって引抜き台での冷間変形により、表面仕上げ状態の高い極めて精密な管を製造することができ、ただしこれは、ある特定の最大壁厚さまでだけである。引き抜くべき管の壁厚さがこの最大壁厚さをオーバーすると、表面仕上げ状態が激しく低下する。本発明により、内管および外管を互いに別々に製作し、その後、引抜きダイに通して一緒に引き抜くことにより、内管の内側面を高い表面仕上げ状態で製造することができ、それにもかかわらず高圧縮強度に必要な壁厚さを管に提供することができる。したがって本発明による方法は、一つには製造すべき管の大きな壁厚さという要件と、もう一つには製造すべき管の内側面の高い表面仕上げ状態という要件との組合せにより、高圧の動的圧力耐性が明らかに改善した管の製造に特に適していることが明らかになる。
【００１９】
本発明の一実施形態では、第１の引抜きダイの成形用の内面の金型直径、外管の第２の外径、外管の第２の内径、内管の第１の外径、および内管の第１の内径が、外管およびその中に延びている内管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工する際の内管の第１の内径の減少が高くとも５％であるように選択される。
【００２０】
５％のこの上限値は、この上限値を上回ると、内管の内側面の変形の意味での望まない変化が生じることで判明する。この場合、内管の長手方向の少なくとも１つの位置での、内管の横断面で観察される変化の輪郭の、第１の内径の平均値からの差異は、高くとも５％である。一実施形態では、内管の長手方向の少なくとも１つの位置での、内管の横断面で観察される変化の輪郭の、第１の内径の平均値からの差異は、高くとも３％である。さらなる一実施形態では、この差異が最大１％である。
【００２１】
金型直径へのならびに外管および内管の第１および第２の外径および内径へのこのような要求により、外管およびその中に延びている内管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工する際に呼び起こされる力結合は、内管の内側面の表面性状への影響をほぼまたはうまくいけばまったく有さないことになる。これは、内管の内側面の高い表面品質が、第１の引抜きダイに通して引抜き加工することによって不都合に害されないという点で重要である。これに関し、個々の上述の直径を自由に選択できることは、第１の引抜きダイに通して引抜き加工することで呼び起こされる力結合を、選択可能に調整できるという利点を有する。それゆえ、力結合を内管および外管の対応する材料特性に最適に適合させることができる。これもまた、製造すべき二重壁管の所望の特性、例えば力結合による内管と外管との間の永続的に安定的で無傷の結合および内管の内側面の高い表面品質を得ることを、したがって動的圧力耐性の上昇を可能にし、この動的圧力耐性の上昇は、使用する内管および外管のそれぞれの出発条件に依存している。
【００２２】
本発明の一実施形態では、外管およびその中に延びている内管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工することにより、内管の第１の外径は、少なくとも０．０１ｍｍ〜高くとも０．３ｍｍ減少する。内管の第１の外径の減少値は、発生する力結合に関する尺度である。内管の第１の外径の減少が大きければ大きいほど、内管と外管との間の力結合式の結合はそれだけ強い。
【００２３】
本発明による方法のさらなる一実施形態では、外管およびその中に延びている内管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工した後には、内管が冷間硬化しており、かつ少なくとも９００Ｎの引張強度を有している。一実施形態では、一緒に引抜き加工した後には内管が少なくとも１０５０Ｎの引張強度を有している。この引張強度とは、内管の素材が、折れるかまたは裂ける前に耐え抜く最大の機械的引張応力のことである。
【００２４】
本発明による方法では、内管の冷間硬化を内管の製造時に、つまり第１の引抜きダイに通して一緒に引抜き加工する前に既に行うことができる。しかしながら内管の冷間硬化を、外管および内管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工することによって初めて行うこともでき、またはそうでなければ内管の製造と、一緒に引抜き加工することとの組合せによって起こすことができる。冷間硬化により、一般には熱供給下での変形に比べて非常に狭い寸法許容差および優れた表面特性が得られる。外管および内管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工した後に存在している内管の冷間硬化は、この冷間硬化が素材強度を向上させることになるという利点を有する。これは、転位密度が塑性変形によって上昇し、それにより転位がその移動の際に互いに妨害し合うことで説明できる。これにより弾性限界および強度が増加する。つまり、冷間硬化後の内管をさらに変形するには、明らかにより大きな応力が必要となる。これは、とりわけ本発明による方法に基づいて製造すべき管が高圧に曝される場合に有利である。なぜなら内管の冷間硬化が圧力耐性を明らかに向上させるからである。したがって、本発明に基づいて製造すべき管は高圧下で用いるのに適している。
【００２５】
本発明の一実施形態では、外管およびその中に延びている内管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工する前の内管の第１の外径が６．２５ｍｍ〜６．４５ｍｍの範囲内にあり、一緒に引抜き加工した後には６．０８ｍｍ〜６．２８ｍｍの範囲内にあり、この内管の第１の外径（Ｄ２）は、一緒に引抜き加工することで減少する。
【００２６】
本発明のさらなる一実施形態では、製造すべき管が、内管および外管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工した後には、外管の外径の少なくとも３分の１の壁厚を有しており、この壁厚は、外管の第２の外径と内管の第１の内径との間の差の半分から判明する。このような壁厚は、製造すべき管に大きな安定性をもたらし、それにより、製造すべき管の高圧管としての使用を可能にし、その結果、この管は割れることなく１０，０００ｂａｒを超える圧力に耐える。
【００２７】
本発明の一実施形態では、製造すべき管の壁厚さが、少なくとも内管の内径と同じである。
【００２８】
本発明による方法の一実施形態では、内管および外管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工する前の第１の引抜きダイの成形用の内面の金型直径が、外管の第２の外径より少なくとも５％小さい。一実施形態では、内管および外管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工する前の第１の引抜きダイの成形用の内面の金型直径が、外管の第２の外径より少なくとも７％小さい。さらなる一実施形態では、内管および外管を一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工する前のこの金型直径が、外管の第２の外径より少なくとも１０％小さい。
【００２９】
そもそも内管と外管との間の力結合式の結合を発生させ得るには、一緒に引抜き加工する前の第１の引抜きダイの成形用の内面の金型直径が外管の第２の外径より小さいことが必要な前提条件である。これに関し、外管の第２の外径からの、第１の引抜きダイの成形用の内面の金型直径の差異率は、成立する力結合に関する尺度を提示している。引抜き速度が一定という前提条件下では、この差異率が大きければ大きいほど、それだけ強い力結合が行われる。第１の引抜きダイの成形用の内面の金型直径の差異率が少なすぎると、力結合式の結合が行われず、外管の第２の外径の圧下も少なくなる。しかしながら一実施形態では差異率に上限もあり、この上限に達するのは、内管の第１の内径が、内管の長手方向にも周方向にも５％超変化する場合である。さらなる一実施形態では３％超の対応する変化で既にこの上限に達し、その一方でさらなる一実施形態ではそれどころか１％超の対応する変化で上限に達する。これにより、力結合が第１の内径の高い表面品質に不都合な効果を及ぼすことが排除される。
【００３０】
本発明の一実施形態では、内管の内側面は、表面に存在する亀裂が５０μｍの深さを上回らないような表面仕上げ状態を有している。本発明による方法の一実施形態では、内管の内側面に存在する亀裂が２０μｍの深さを上回らず、さらなる一実施形態では亀裂が１０μｍの深さを上回らない。それどころか、存在する亀裂の最大深さの典型的で達成可能な値は７μｍである。このように高い表面純度により、存在する亀裂が内管の内側面から内管の第１の外径の方向に伝播する可能性はほとんどなくなり、よって内管は高い圧力耐性を有している。
【００３１】
本発明の一実施形態では、内管が、金属製のルッペを第２の引抜きダイに通しておよび引抜き内金型の表面に沿って引抜き加工することによって製造される。引抜き内金型は、固定されている引抜きコアまたはマンドレルバーのいずれかであり得る。これに関し一実施形態では、ルッペに、１つのマンドレルまたは１つの固定されていない引抜きプラグの表面に沿った何回かの引抜き過程を施し、ここで、このルッペと言うのは、製造すべき管の未加工品のことである。複数回の引抜き加工により、ルッペの内径および外径のサイズ精度も、したがって外径と内径との間の差によって決定可能な壁厚も、内側面および外側面の表面品質も改善される。ルッペと引抜き内金型との間で潤滑剤または引抜き油を用いることで、引抜き加工すべきルッペと引抜き内金型との間に生じる滑り摩擦を減らすことができ、これは均一な引抜き速度に寄与する。したがって引抜き油を用いることは、製造すべき管の表面粗さをさらに少なくする。
【００３２】
本発明の代替的な一実施形態では、内管が、金属製のルッペをピルガー圧延設備で圧延マンドレルの表面に沿って圧延することによって製造される。ピルガー圧延設備は、冷間ピルガー圧延設備であることが好ましい。
【００３３】
管のための最も広く普及した圧下方法は、冷間ピルガーとして知られている。圧延の際は、ルッペを、較正された、つまり出来上がった管の内径を有する先細りの圧延マンドレルの表面に沿って押し動かし、その際に外側から、較正された、つまり出来上がった管の外径を規定する２つのロールによって包囲し、かつ圧延マンドレルの表面に沿って長手方向に圧延する。冷間ピルガー中は、ルッペを少ない回転で圧延マンドレルの方向に、そして圧延マンドレルを越えて徐々に送り、その一方でロールが回転しながら、マンドレルの、したがってルッペの表面に沿って水平に往復運動する。その際、ロールの水平運動は、ロールを回転可能に支持しているロールスタンドによって設定されている。ロールスタンドは、既知の冷間ピルガー圧延設備ではクランク伝動部により、圧延マンドレルに対して平行な方向に往復運動し、その一方でロール自体は、ロールスタンドに対して不動のラックギアによりロールの回転運動を獲得し、このラックギアには、ロール軸と固定的に結合している歯車が噛み合う。
【００３４】
冷間ピルガー圧延法は、確かに引抜きダイに通してルッペを滑り引抜き加工するより費用がかかるが、冷間ピルガーにより、製造すべき管の外径および内径のサイズが特に正確な管を得ることができる。冷間ピルガー圧延法でも、生じる滑り摩擦を減少させるため、および製造すべき内管の内側面のより平滑な表面を得るために、ルッペと圧延マンドレルの間で潤滑剤、いわゆるマンドレルバー潤滑物質を使用することができる。
【００３５】
本発明の一実施形態では、引抜き内金型または圧延マンドレルは、表面を研磨された鋼から成っており、したがって、内管の第１の内径および長さによって定義される内管の内側面は、内管を引抜き内金型の表面に沿って引抜き加工する際または圧延マンドレルの表面に沿って圧延する際にバニシングされる。平滑化圧延とも言うバニシングの枠内では、高硬化し研磨された引抜き内金型または高硬化し研磨された圧延マンドレルを、加工すべき内管の表面に大きな力でプレスし、そこで押し付ける。これにより粗さピーク部、つまり表面粗さの最大部で高い圧縮応力が生成され、この高い圧縮応力が、粗さピーク部の塑性変形を引き起こす。バニシングされた内管の内側面は、低い表面粗さ、比較的高い寸法精度、および硬度の増加、つまり硬化した表面を特色とする。これらの特性は、１５，０００ｂａｒを超える高圧の耐性に対して大きな重要性がある。なぜならこれらの特性は、ひび割れの発生および成長を明らかに減少させるからである。
【００３６】
本発明による方法の一実施形態では、少なくとも内管または外管の材料が、非合金鋼、低合金鋼、および高合金鋼、またはその組合せから成る群から選択される。一実施形態では材料は高合金鋼である。さらなる一実施形態では、少なくとも内管または外管がＨＰ１６０から製造されている。
【００３７】
高圧技術では、管およびその他の部材の製造に様々な金属素材が使用される。それらは主として非合金鋼、低合金鋼、および高合金鋼である。特に高い動的圧力耐性は、高合金鋼から成っており、冷間硬化または調質され、続いてバニシングされた管またはその他の部材の場合に達成される。ＨＰ１６０は、高強度で窒素合金化されたオーステナイト系特殊鋼であり、標準的な素材に比べて改善された腐食耐性、高い純度、優れた変形性、およびこの素材を最高１２，０００ｂａｒで自緊処理し得る可能性を特色とする。ＨＰ１６０はその化学組成および高い純度に基づき、結晶間腐食および水素脆化に対する非常に優れた耐性を有する。高いモリブデン含有率は、孔食および接触腐食ならびに応力腐食割れに対する優れた耐性を引き起こす。したがってＨＰ１６０は、高い動的圧力耐性を有する管を製造するための好ましい素材である。
【００３８】
本発明の一実施形態では、内管が腐食耐性である。内管の始まっている腐食、つまり進んでいく分解は内管の圧力耐性を害することになるので、この特徴は高圧技術で用いるのに有利である。
【００３９】
本発明の一実施形態では、内管および外管が同じ素材から成っている。これにより内管および外管は、一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工することで引き起こされる内管と外管の力結合式の結合により、相互に非常に安定的な結合をすることになる。顕微鏡による観察下では、内管中にも外管中にも、同じ素材から成る場合には金属構造において同じ格子構造が存在し、したがって内管の外側面でのおよび外管の内側面での格子構造を、非常に良好に相互に組み合わせることができる。
【００４０】
本発明の代替的な一実施形態では、内管および外管が異なる素材から成っている。これは、技術的適用の需要に応じ、製造すべき管の内面と外面で異なる材料特性を存在させ得るという利点を有する。一実施形態では、動的圧力負荷下で高圧に耐え得るため、内管は例えばＨＰ１６０のような非常に高い圧力耐性および腐食耐性をもつ素材から成ることが望ましい。内管が、非常に高い圧力耐性および腐食耐性をもつ素材から製造されている場合、外管は、内管に比べて低い圧力耐性および腐食耐性をもつ素材から製造することができる。これは、製造すべき管の製造費の節減を、それにもかかわらず非常に高い品質で可能にする。
【００４１】
本発明のさらなる利点、特徴、および適用可能性は、以下の一実施形態およびそれに属する図の説明に基づいて明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】本発明による方法の一実施形態に基づく、一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工する前の、外管および外管内に延びている内管の概略的な横断面図である。
【図１ｂ】本発明による方法の一実施形態に基づく、一緒に第１の引抜きダイに通して引抜き加工した後の、製造された管の概略的な横断面図である。
【図２】本発明による方法の一実施形態に基づく、管の製造のための引抜き台の概略的な長手方向断面図である。
【図３】本発明による方法の一実施形態に基づく、内管の製造のための引抜き台の概略的な長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１ａでは、外管３および外管３内に延びている内管２の概略的な横断面図を図示している。内管２は第１の内径Ｄ１および第１の外径Ｄ２を有しており、その一方で外管３は第２の内径Ｄ３および第２の外径Ｄ４を有しており、これに関し第１の外径Ｄ２は第２の内径Ｄ３より小さい。
【００４４】
内管２は、素材ＨＰ１６０、つまり腐食耐性が高く、高強度で窒素合金化されたオーステナイト系特殊鋼から成っている。この内管２は、金属製のルッペをピルガー圧延設備で圧延マンドレルの表面に沿って圧延することによって製造された。圧延運動を実施するため、往復運動を実施するロールスタンドに、シャフトで回転可能に支持された２つのワークロールが存在している。これらのワークロールは、ロールスタンドの往復運動によって駆動される。回転するワークロールの間に配置されたルッペは、先細りの圧延マンドレルの表面に沿って圧延され、各々個々の圧延プロセス後に少しずつ送られる。
【００４５】
このやり方で製造された内管２は、第１の内径（Ｄ１）および外径（Ｄ２）の非常に精密に決定可能な寸法、ならびにとりわけ内管２の内側面８の高い表面仕上げ状態を特色とする。内管２の内側面８の表面仕上げ状態は、圧延マンドレルが、研磨された表面を有する高価値の鋼から成っており、これにより内管２の内側面８が圧延の際にバニシングされたことによってさらに改善された。その結果、内側面８に存在する亀裂の最大深さは７μｍしかない。
【００４６】
図１ａに図示した内管２は、１．６ｍｍの第１の内径Ｄ１および６．３ｍｍの第１の外径Ｄ２を有している。
【００４７】
図１ａの外管３も、内管２のように素材ＨＰ１６０から成っており、よって同様に高い腐食耐性および圧力耐性を特色とする。外管３の製造も冷間ピルガー圧延設備で、バニシングされた圧延マンドレルによって行われ、したがって外管３も高い表面品質ならびに第２の内径（Ｄ３）および外径（Ｄ４）に関する非常に精密に作り上げられた寸法を有している。
【００４８】
図１ａに示した外管３の第２の内径Ｄ３は６．６ｍｍであり、外管の第２の外径Ｄ４は１５．９ｍｍである。この外管３の第２の内径Ｄ３は、図１ａの横断面図から分かるように内管２が外管３内で長手方向に延びていられるように形成されている。
【００４９】
図１ｂは、外管３’および外管３’内に延びている内管２’の、図１ａと同じ概略的な横断面図を示しており、しかしながら図１ａとは違い、既に外管３を内管２と一緒に、図２の第１の引抜きダイ４ａに通して引き抜いた後である。第１の引抜きダイ４ａに通して一緒に引抜き加工することにより、内管２’および外管３’は相互に非常に安定的な力結合式の結合６をしている。
【００５０】
この力結合式の結合は、とりわけ、第１の引抜きダイ４ａならびに外管３および内管２のサイズを適切に選択することによって成立する。図２に示した引抜きダイでの第１の引抜きダイ４ａの成形用の内面の金型直径Ｄ５は１４．５ｍｍであり、これに関しては、外管３および内管２を一緒に第１の引抜きダイ４ａに通して引抜き加工することで生成される外管３と内管２の力結合式の結合６が、内管２’と外管３’の永続的に安定的な結合をもたらすのに十分な大きさであるように選択されている。しかしながら生成される力結合６は、それにより内管２’の第１の内径Ｄ１に、内管２’の内側面の変化の形態での不都合な効果を及ぼさないよう、ある特定の上の値を上回らないことが望ましい。
【００５１】
図１ｂに図示した横断面図では、引抜き加工によって行われた内管２’と外管３’との間の力結合が、内管２の第１の内径Ｄ１への、したがって内管２’の内側面８’の表面品質への影響を有さなかったため、内管２’の第１の内径Ｄ１は、第１の引抜きダイを備えた引抜き台で行われた冷間変形後にも依然として１．６ｍｍの値を有している。これに対し第１の外径Ｄ２’は、外管３および内管２を一緒に引抜き加工することにより、６．３ｍｍの当初の値から６．１５ｍｍの新たな値へと減少した。内管２’の外側面と外管３’の内側面との間の力結合式の結合６に基づき、外管３’の第２の内径Ｄ３’も、外管３および内管２を一緒に引抜き加工した後には少なくともほぼ６．１５ｍｍである。外管３’の第２の外径Ｄ４’は、外管３および内管２を一緒に引抜き加工した後には、第１の引抜きダイ４ａの金型直径Ｄ５と同じ値を有しており、これは、図１ｂでは１４．５ｍｍの値に相当する。したがって、横断面が図１ｂに図示されている製造された管１の壁厚は１２．９ｍｍに相当する。
【００５２】
図２は、本発明による方法の一実施形態に基づく、管１の製造のための引抜き台の概略的な長手方向断面図を示している。図２に図示した引抜き台に通して引抜き加工する場合、図１ａの横断面図に基づく外管３およびその中に延びている内管２が一緒に第１の引抜きダイ４ａを通って引き抜かれ、その際の引抜き方向７は、図２で矢印方向によって設定されている。内金型がないので、このいわゆる空引きでは製造すべき管１の外径だけが圧下および平滑化される。したがって製造すべき管１の壁厚が絶対的には減少するが、その際、製造すべき管の内側面に影響が及ぶことはない。
【００５３】
外管３および内管２を一緒に第１の引抜きダイ４ａに通して引抜き加工すると、外管３とその中に延びている内管２へ、直線的に作用する引抜き力および径方向に作用する圧縮力から成る組合せ加力が行われる。その際、第１の引抜きダイ４ａの金型直径Ｄ５は、組合せ加力によって成立する内管２の外側面と外管３の内側面との間の力結合６が十分に大きくなり、それによりこの両方の面の永続的に安定的な結合が可能になるように選択されている。したがって内管２および外管３は、一緒に引抜き加工した後には、図２の左側に符号１で示したようないわゆる二重壁管が生じるような強固な結合を成している。加えて内管２’は、一緒に引抜き加工した後には冷間硬化されており、かつ１１００Ｎの引張強度を有している。
【００５４】
しかしながらこの場合、内管２’の内側面８’の表面性状への力結合の不都合な影響を排除するため力結合の上限値を上回ることはなく、したがって表面性状はほぼまたはまったく変化しないままである。よって製造すべき管１の内面および内径も、本発明に基づく引抜き工程によってほぼまたはまったく変化しない。
【００５５】
加えて図２から明瞭に認識できるのは、内管２の第１の内径Ｄ１が、外管および内管を第１の引抜きダイ４ａに通して一緒に引抜き加工することでは変化せず、その一方で内管２の第１の外径Ｄ２、外管３の第２の内径Ｄ３、および外管３の第２の外径Ｄ４は、一緒に引抜き加工することでそれぞれ異なる強さで圧下されたということである。内管２の外側面と外管３の内側面との間の力結合式の結合６が起きることに起因し、内管の第１の外径Ｄ２と外管の第２の内径Ｄ３はおおよそ同じ大きさである。
【００５６】
図３は、本発明による方法に基づく、内管２の製造のための引抜き台の一実施形態の概略的な長手方向断面図を示している。図３での引抜き台は、第２の引抜きダイ４ｂだけでなく、図３には描かれていないコアロッドを使って固定されている引抜き内金型５を追加的に有しており、この引抜き内金型５の表面に沿って、変形すべき内管２を、描かれた矢印方向に沿う引抜き方向７に引き抜く。このやり方で内管２の外径Ｄ２も内管２の内径Ｄ１も、ならびに内管２の壁厚も圧下されて、狭い許容範囲内に収められる。
【００５７】
図２に図示した引抜き台とは違い、詳しくは引抜きコアである引抜き内金型５が存在することで、内管２を製造する際に内管２の内径Ｄ１が所望の値へと精密に適合される。このときの内管２の内径Ｄ１の値は、実質的には引抜き内金型５の直径から判明する。これに加え、未加工品を引抜き内金型５の表面に沿って滑らせることにより、内管２の内側表面の平滑化が達成される。内管２の外径Ｄ２の所望の値への適合は、第２の引抜きダイ４ｂの直径Ｄ５’によって決定され、第２の引抜きダイ４ｂも、内管２の外側面の平滑化を引き起こす。平滑化は潤滑剤または引抜き油の使用によってさらに改善され、潤滑剤または引抜き油の使用により、引き抜くべき管とそれぞれの引抜き金型との間に生じる滑り摩擦が減少し、これにより引抜き速度が均一になる。
【００５８】
図３に示した引抜きコア５は１．６ｍｍの最大直径を有しており、その一方で第２の引抜きダイ４ｂの直径は６．３ｍｍである。したがって図３で左側に図示した内管２は、おおよそ１．６ｍｍの第１の内径Ｄ１およびおおよそ６．３ｍｍの第１の外径Ｄ２を有している。
【００５９】
当初の開示の目的に関して、本明細書、図面、および請求項から当業者にとって明白なすべての特徴は、たとえそれ以外の特定の特徴との関連でしか具体的に説明されなかったとしても、ここに開示した別の特徴または特徴群と、単独でも任意の編成ででも組み合わせることができ、ただし、これが明示的に排除されなかったかまたは技術的実情がそのような組合せを不可能もしくは無意味にしない場合に限るということを指摘する。ここでは、明細書の短さおよび読み易さのために、すべての考え得る特徴の組合せを包括的に明確に示してはいないだけである。
【００６０】
図面およびここまでの明細書で本発明を詳細に図示および説明した一方で、この図示および説明は、単に例として行っており、請求項によって規定されているような保護範囲の限定として考えられてはいない。本発明は、開示した実施形態に限定されない。
【００６１】
開示した実施形態の変形形態は、図面、明細書、および添付の請求項から当業者には自明である。請求項では、単語「有する」は他の要素またはステップを排除しておらず、不定冠詞「ｅｉｎｅ」または「ｅｉｎ」は複数を排除していない。特定の特徴が、異なる請求項で特許請求されているという単なる事実は、それらの特徴の組合せを排除していない。請求項での符号は、保護範囲の限定として考えられてはいない。
【符号の説明】
【００６２】
１  管
２、２’  内管
３、３’  外管
４ａ  第１の引抜きダイ
４ｂ  第２の引抜きダイ
５  引抜き内金型
６  力結合式の結合
７  引抜き方向
８、８’  内管の内側面
Ｄ１  第１の内径
Ｄ２  第１の外径
Ｄ３  第２の内径
Ｄ４  第２の外径
Ｄ５  第１の引抜きダイの直径
Ｄ５’  第２の引抜きダイの直径
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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