(57)【要約】【課題】光輝熱処理を施した素管に化成処理潤滑皮膜、または油潤滑皮膜を形成させて引抜加工しても、びびり振動を有効に防止できる。【解決手段】（１）光輝熱処理を施した素管を用いて冷間工程で引抜加工する方法であって、前記光輝熱処理は露点が−５０℃以下の水素雰囲気中で行われることを特徴とする管の引抜加工方法である。（２）上記（１）の引抜加工方法では、引抜加工される管製品が小径長尺管であって、素管の内外表面に油潤滑皮膜を形成し、さらには、引抜加工に高圧潤滑引抜法を採用するのが望ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光輝熱処理を施した素管を用いて冷間工程で引抜加工する方法であって、前記光輝熱処理は露点が−５０℃以下の水素雰囲気中で行われることを特徴とする管の引抜加工方法。
【請求項２】
引抜加工される管製品が小径長尺管であって、素管の内外表面に油潤滑皮膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の管の引抜加工方法。
【請求項３】
引抜加工に高圧潤滑引抜法を採用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の管の引抜加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管の冷間引抜加工方法に関し、より詳しくは、被加工材表面に化成処理潤滑皮膜、または油潤滑皮膜を形成させた冷間加工において、被加工材に発生するびびり振動を有効に防止することができる管の引抜加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
原子力発電設備における蒸気発生器や、各種機器の給水ヒータなどの熱交換器に組み込んで使用される管は、外径が４０ｍｍ以下の小径で、長さが１５ｍ以上の長尺管として製造される。通常、このような原子力発電設備等に用いられる小径長尺管は、熱間製管法によって製造された継目無鋼管または溶接によって製造された溶接管を素管として冷間加工によって製造される。この冷間加工では、引抜加工方法が行われる。
【０００３】
一般に、管の冷間引抜加工では、素管の内外表面に化成処理潤滑皮膜を形成する方法が用いられている。しかし、化成処理潤滑皮膜を形成する場合には、小径長尺管を引抜加工する素管も長尺であるため、化成処理時に素管の内面まで充分に処理することに留意しなければならない。このため、その処理に多大の工数を要するとともに、使用する薬品が比較的高価であり、作業コストが高くなるという面があるものの、化成処理された素管の引抜加工は比較的安定するという有利な面も多くある。
【０００４】
最近では、化成処理潤滑皮膜を形成するのに必要な薬品に比べて安価であり、その後の処理も比較的容易であることから、素管の表面に油潤滑皮膜を形成する引抜加工が行われている。この油潤滑皮膜を形成する方法は、化成処理潤滑皮膜を形成する方法に比べ、潤滑皮膜の厚さが薄く、かつ強度が低いので油切れを生じ易い。このため、油潤滑皮膜を形成する方法では、加工部への導入油量が少なくなり、引抜加工中に焼き付きやびびり振動を発生し易くなる。
【０００５】
ところが、油潤滑皮膜を形成する方法であっても、特許文献１で提案されるように、被加工材の表面に予め強固な乾燥樹脂皮膜を形成し、この乾燥樹脂皮膜によって加工部における被加工材の表面と工具表面とが直接接触しないようにした上で、乾燥樹脂皮膜上に油潤滑皮膜を形成させて冷間加工を行うことによって、安定した引抜状況に改善することができる。
【０００６】
具体的には、特許文献１で提案された方法は、表面を清浄にした素管の内外面のいずれか一方または両方に、苛性ソーダまたはアンモニアで中和した水溶性アクリル樹脂からなる乾燥樹脂皮膜を形成し、その後に不乾性潤滑油を内外面に塗布して引抜加工するものである。
【０００７】
さらに、油潤滑皮膜を用いた冷間引抜加工の一種として、冷間引抜加工の安定化を図るとともに、管製品の品質向上に大きな効果を発揮する高圧潤滑引抜法（高圧抽伸法）が開発されている。この方法は、内部に素管を装入した高圧容器内に潤滑油を充満させ、高圧潤滑油を供給しつつ冷間加工を行いながら、素管を高圧容器外へ引き抜く、管の加工方法である。
【０００８】
図１は、高圧潤滑油を供給しつつ冷間加工を行う高圧潤滑引抜法を説明する模式図である。図１において、素管１をダイス２およびプラグ３によって冷間加工する際に、一方端が閉鎖され、開放端がテレスコピック構造４ａとされた筒状の容器４は、閉鎖端側を支点に開放端側を引き抜きパスラインと素管挿入ラインとの間に位置可変なように揺動自在に設けられている。
【０００９】
容器４内には、引き抜きパスラインに固定配置されたダイス２内にプラグ３を位置させて、プラグ３を保持するプラグ支持桿５が貫通配置されている。
【００１０】
上記の容器４内には、必要であればデスケール処理などして内外面を清浄化し、例えば、処理が容易な外面のみに乾燥樹脂皮膜を形成させた素管１が装入され、図１に示すように、ダイス２とプラグ３とで画成される環状空間に素管１の口絞り部を通した状態にセットされる。
【００１１】
そして、この状態でポンプＰにより容器４内に高圧潤滑油を供給充填し、素管１を上記環状空間より容器４外へ引抜いて所定の寸法の管製品に仕上げる。この引抜加工の全工程において、素管１の内外面には容器４内に供給充填した高圧潤滑油が連続的に供給される。
【００１２】
このとき、容器４の開放端とダイス２との間の気密保持は、容器４の開放端側に設けられたテレスコピック構造部４ａが高圧の潤滑油によって図中の左方に押されてその先端がダイス２の入側面に圧接することで自動的に行われる。また、ダイス２とプラグ３のと環状空間の気密は、引抜加工中の素管１によって維持される。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−７１４１８号公報
【特許文献２】
特許２５２２３９７号公報（特公平３−１８４１９号公報）
【特許文献３】
特開平１０−３２３７１１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
管の引抜加工においては、通常、素管の熱処理後、デスケール処理等を行って内外面を清浄化したのち、潤滑処理が施されていたが、小径長尺管が対象となるとその処理に多大の工数を要するとともに、使用する薬品が高価であり、その後の廃液処理も煩雑になる。このため、熱処理後のデスケール処理が不要になるように、還元雰囲気中で光輝熱処理を施した素管を用いて、引抜加工を行うことがある。
【００１５】
この場合には、光輝熱処理を施した素管表面に、直接、化成処理潤滑皮膜、または油潤滑皮膜が形成される。特に、油潤滑皮膜を形成する場合には、前述の通り、処理が容易な外面のみにアクリル樹脂などの合成樹脂を主成分とする乾燥樹脂皮膜を形成させたのち、その皮膜上に油潤滑皮膜を形成させて冷間加工を行うのが望ましい。
【００１６】
潤滑処理して冷間引抜加工する場合には、加工中に発生する焼き付き、およびびびり振動に留意する必要がある。焼き付きは、小径長尺管の内面の潤滑不良に基因して発生するものであり、この焼き付きの多発はプラグ原単位を低下させるとともに、管製品の表面品質を悪化させ、歩留まり低下を招き、管製品の製造コストを上昇させる。
【００１７】
このような焼き付きは、上述した高圧潤滑引抜法を採用することによって、常時、高圧潤滑油が供給、充填されることからほぼ防止することができる。しかしながら、高圧潤滑引抜法を採用する場合であっても、びびり振動に関しては、その発生防止が充分でない場合がある。
【００１８】
このびびり振動は、被加工材と工具（ダイス、プラグ）との間に生じる摩擦係数の変動に起因した自励振動として一般に知られ、スティック状態とスリップ状態を繰り返すスティックスリップ現象の一種とされている。
【００１９】
びびり振動を発生させた引抜加工によって得られた管製品は、その内径が極めて微少ではあるが軸長方向に変動する。その管製品が原子力発電設備に使用される場合に、安全上極めて厳しい品質管理が要求されることから、このような軸長方向の内径変動に関しては、その外観検査や内面渦流探傷検査において厳しい検査基準が設けられる。特に、内面渦流探傷検査では、軸長方向の内径変動はノイズの発生原因になって、探傷のＳ／Ｎ比を著しく低下させ、不合格製品の発生要因となっている。
【００２０】
本発明は、上記の冷間引抜加工の実情に鑑みなされたものであり、光輝熱処理を施した素管表面に化成処理潤滑皮膜、または油潤滑皮膜を形成させて冷間加工を行う場合に、被加工材に発生するびびり振動を有効に防止することができる、管の引抜加工方法を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するため、種々の被加工材を用いて、各種の潤滑条件、さらに高圧潤滑引抜法も採用して引抜加工を行い、びびり振動が発生する要因調査を行った。
【００２２】
その結果、例えば、光輝熱処理を施した素管を用いて冷間引抜加工を行う場合に、びびり振動が多発することがある。そのときに使用した工具、特にプラグの表面にはアルミナ酸化物（Ａｌ２Ｏ３）の微粉が多く付着しており、引抜方向に筋模様が観察された。このことから、素管の表面に残留するアルミナ酸化物の微粉がびびり振動の発生原因と推定できた。
【００２３】
素管の表面に存在する酸化物は、引抜加工前に施される熱処理において生成されるものであり、還元雰囲気中で光輝熱処理を行う場合に、雰囲気条件を調整、管理することにより、素管の内外表面に残留する酸化物、例えば、クロム酸化物（Ｃｒ２Ｏ３）、アルミナ酸化物（Ａｌ２Ｏ３）等の生成を抑制することができる。これにより、引抜加工中の素管と工具との摩擦係数の変動を抑え、冷間加工中の管に発生するびびり振動を防止することができる。
【００２４】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）および（２）の管の引抜加工方法を要旨としている。
（１）　光輝熱処理を施した素管を用いて冷間工程で引抜加工する方法であって、前記光輝熱処理は露点が−５０℃以下の水素雰囲気中で行われることを特徴とする管の引抜加工方法である。
（２）　上記（１）の引抜加工方法では、引抜加工される管製品が小径長尺管であって、素管の内外表面に油潤滑皮膜を形成し、さらには、引抜加工に高圧潤滑引抜法を採用するのが望ましい。
【００２５】
本発明で規定する小径長尺管とは、原子力発電設備に用いられる蒸気発生管や、給水ヒータチューブ等を想定しており、外径が４０ｍｍ以下で長さが１５ｍ以上の管が該当する。
【００２６】
さらに、これらの小径長尺管は、薄肉であって肉厚／外径比率が１０％以下の寸法特性を具備することが多い。また、管製品が小径薄肉の特性を具備するものであれば、冷間引抜加工の仕上げ工程における断面減少率Ｒｄは、３０％を超える高加工度になりやすい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の引抜加工方法では、還元性である水素雰囲気中で光輝熱処理を施した素管を用いることとしている。これは、大気雰囲気または酸化性雰囲気中で熱処理を行うと、素管の熱処理後、デスケール処理が必要になる。上述の通り、被加工材の主体が小径長尺管になると、その処理に多大の工数を要するとともに、使用する薬品が高価となる。このようなデスケール処理を回避するため、素管を熱処理する際に、殆ど表面にスケールの発生がない、水素還元雰囲気による光輝熱処理を施すこととした。
【００２８】
前述の通り、びびり振動の発生要因として、引抜加工前の管表面に存在する酸化物が挙げられる。この素管表面に存在する酸化物は、引抜加工前に施される光輝熱処理において生成されるものであるから、その還元雰囲気として用いられる水素の露点を変化させて、素管の表面に生成される酸化物について検討した。
【００２９】
通常、水素雰囲気の露点調整は、露点調整器によって水素雰囲気中の含有水分量を調整して行われる。
【００３０】
素管材質としてＮｉ基合金（Ｎｉ≧５８％）を用いて、水素雰囲気の露点を−２０℃超え〜−５６℃の範囲で変化させ、素管表面に形成される酸化物を調査した。その調査結果によると、水素雰囲気の露点が−２０℃以上の条件では、素管表面にクロム酸化物が形成されるが、露点が−２０℃〜−５６℃の範囲ではアルミナ酸化物が素管表面に析出する。水素雰囲気の露点を低くすることによって、素管表面に析出するアルミナ酸化物は減少する。そして、水素雰囲気の露点が−５６℃以下になると、酸化物の析出は見られなくなる。
【００３１】
水素雰囲気の露点が−５０℃になると、若干のアルミナ酸化物の析出があるが（面積率で１．４％程度）、冷間引抜加工に及ぼす影響は無視することができ、びびり振動の発生は低率に留まる。そのため、本発明では、水素雰囲気の露点を−５０℃以下で管理することとした。さらに、びびり振動を完全に防止するには、水素雰囲気の露点を−６０℃以下で管理するのが望ましい。
【００３２】
【実施例】
外径２３．００ｍｍ、肉厚１．４６０ｍｍおよび長さ１００００ｍｍのＮｉ基合金の素管を対象とし、図１に示す高圧潤滑引抜法によって、外径１６．０２ｍｍ、肉厚１．００５ｍｍおよび長さ２１０００ｍｍの管製品に、断面減少率５２％で引抜加工した。素管材質のＮｉ基合金は、ＡＳＭＥ　ＳＢ−１６３　ＵＮＳ　ＮＯ６６６９０　に規定するものである。
【００３３】
引抜加工前の光輝熱処理は、水素雰囲気中で電気抵抗加熱方式として、水素雰囲気の露点を−５０℃と−４３℃の２通りとした。光輝熱処理を施した素管を引抜加工して、びびり振動の発生状況を調査した。このとき、塩素化油脂、塩素化エステルおよび硫化油脂との混合組成物１００重量部に対し、極圧添加剤としてのＣｌを１５重量％、およびＳを５重量％含有させた潤滑油を用いて、１１８ＭＰａの圧力を付与し、引抜き速度２５ｍ／分で引抜いた。
【００３４】
図２および図３は、光輝熱処理の前後における素管の内表面のＳＥＭ観察（×２０００）結果を示す図である。図２は熱処理前の観察結果である。図３は熱処理後の観察結果であり、同（ａ）は水素雰囲気の露点を−５０℃とした場合の観察結果、同（ｂ）は水素雰囲気の露点を−４３℃とした場合の観察結果を、それぞれ示している。
【００３５】
図２に示すように、熱処理前には、素管の表面にアルミナ等の酸化物の析出は見られなかったが、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、熱処理後はアルミナ酸化物の析出が観察された。図３（ａ）、（ｂ）に示す観察結果において、白点部がアルミナ酸化物を示している。
【００３６】
図３（ａ）は水素雰囲気の露点を−５０℃とした場合であり、アルミナ酸化物の面積率は１．４％に抑制されているのに対し、同（ｂ）は水素雰囲気の露点を−４３℃とした場合であり、アルミナの面積率は５０．６％と著しく増加している。
【００３７】
このため、引抜加工でのびびり振動の発生率は、水素雰囲気の露点を−５０℃とした場合に１％であったのに対し、水素雰囲気の露点を−４３℃とした場合には４％と増加している。ただし、びびり振動の発生率は、引抜本数の比率で示している。
【００３８】
さらに、管製品の渦流探傷時のＳ／Ｎ比に関して、水素雰囲気の露点を−５０℃とした場合に、びびり振動が発生していない全数の管製品を内面渦流探傷して、Ｓ／Ｎ比が良好であることを確認している。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の引抜加工方法によれば、特殊な防止装置を有する冷間加工設備を用いることなく、小径長尺管であっても、化成処理潤滑皮膜、または油潤滑皮膜のいずれを形成する場合であっても、びびり振動の発生を有効に防止し、安定して冷間加工を行うことができる。
【００４０】
特に、高圧潤滑引抜法を採用する場合には、びびり振動の発生をなくし、冷間引抜の安定化を図るとともに、表面性状の優れた管製品を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧潤滑油を供給しつつ冷間加工を行う高圧潤滑引抜法を説明する模式図である。
【図２】光輝熱処理前における素管の内表面のＳＥＭ観察（×２０００）結果を示す図である。
【図３】光輝熱処理後における素管の内表面のＳＥＭ観察（×２０００）結果を示す図であり、（ａ）は水素雰囲気の露点を−５０℃とした場合の観察結果、（ｂ）は水素雰囲気の露点を−４３℃とした場合の観察結果を示す。
【符号の説明】
１：素管、　２：ダイス、　３：プラグ
４：容器、　４ａ：テレスコピック構造
５：プラグ支持桿
【図１】
2004130325.tif 000002
【図２】
2004130325.tif 000003
【図３】
2004130325.tif 000004