(57)【要約】耐食合金管の生成のためのフロー形成プロセスが開示される。プロセスは、耐食合金プレートを変形し、変形されたプレートの２つの隣接した端部の間に位置する縦方向シーム領域を有する中空円筒プリフォームを形成することと、縦方向シーム領域を溶接して隣接した端部を結合することと、及び中空円筒プリフォームをフロー形成して耐食合金管を生成することと、を含む。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐食合金プレートを変形し、前記変形されたプレートの２つの隣接した端部の間に位置する縦方向シーム領域を有する中空円筒プリフォームを形成することと、
前記縦方向シーム領域を溶接して、前記隣接した端部を結合することと、及び
前記中空円筒プリフォームをフロー形成して、耐食合金管を生成することと、を含む、管の生成のためのプロセス。
【請求項２】
前記中空円筒プリフォームが、前記耐食合金の粒子が実質的に前記プリフォームの前記縦方向に方向づけられるように、前記プレートから形成される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記耐食合金プレートを変形しての前記中空円筒プリフォームの形成が、前記耐食合金プレートをロール曲げすることを含む、請求項１または請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記耐食合金プレートを±０．０２０インチ（±０．５０８ｍｍ）の平坦性に機械加工または研磨することをさらに含み、前記機械加工または研磨が前記変形の前に実行される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記溶接が窒素雰囲気中で実行される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記溶接がフィラーレス溶接技術を使用して実行される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記溶接が、前記縦方向シーム領域をレーザー溶接して前記隣接した端部を結合することを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記レーザー溶接が窒素雰囲気中で実行される、請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】
前記溶接が、ティグ溶接（ＴＩＧ）、ミグ溶接（ＭＩＧ）またはプラズマアーク溶接を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記溶接が、前記プリフォームの前記合金と同一であるか、少なくとも１つのオーステナイト安定化元素で覆われた合金であるフィラー溶接合金を使用して実行される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記フロー形成前に、前記溶接された中空円筒プリフォームを径方向拡張することをさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記溶接された中空円筒プリフォームが、少なくとも０．５％径方向に拡張される、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記溶接された縦方向シーム領域から溶接切り口を除去することをさらに含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１４】
溶接切り口の除去が、前記溶接切り口をバニシ仕上げまたはスカイビング仕上げすることを含む、請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記溶接後かつ前記フロー形成前に、前記溶接された中空円筒プリフォームを焼なましすることを含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記焼なましが、前記プリフォームを、１０１０℃〜１１７７℃（１８５０〜２１５０°Ｆ）の範囲の表面温度に加熱することを含む、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記焼なましが、少なくとも前記溶接されたプリフォームの熱影響域を再結晶する、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記焼なまし後に前記中空円筒プリフォームを焼入れすることをさらに含む、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記プリフォームが、その温度における一定時間の３０分程度後、焼なまし温度から焼入れされる、請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記焼入れが、冷却中の有害相の沈殿を防止する冷却速度において実行される、請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記焼入れが水焼入れを含む、請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記フロー形成がリバースフロー形成を含む、請求項１〜２１のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２３】
２５％〜７５％面積縮小するような冷間加工温度において前記中空円筒プリフォームをフロー形成することを含む、請求項１〜２２のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２４】
３０％〜６５％面積縮小するような冷間加工温度において前記中空円筒プリフォームをフロー形成することを含む、請求項１〜２３のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２５】
単一パスにおいて前記中空円筒プリフォームをフロー形成して、前記耐食合金管を生成する、請求項１〜２４のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記フロー形成された管を焼なましすることをさらに含む、請求項１〜２５のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記耐食合金が、マルテンサイトステンレス鋼、マルテンサイト／フェライトステンレス鋼、二相ステンレス鋼、スーパー二相ステンレス鋼、ハイパー二相ステンレス鋼、オーステナイトステンレス鋼、オーステナイトニッケル基合金、オーステナイトニッケル基超合金、またはチタン基合金を含む、請求項１〜２６のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記耐食合金が、二相ステンレス鋼、スーパー二相ステンレス鋼またはハイパー二相ステンレス鋼を含む、請求項１〜２７のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記耐食合金が、３５％〜５５％の範囲の体積分率のフェライトを有するスーパー二相ステンレス鋼、または４０％〜６０％の範囲の体積分率のフェライトを有する二相ステンレス鋼を含む、請求項１〜２８のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記耐食合金が、ニッケル基合金またはチタン基合金を含む、請求項１〜２９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項３１】
請求項１〜３０のいずれか１項に記載の前記プロセスによって生成された管。
【請求項３２】
前記管が、１１０〜１６０ｋｓｉ（７５８〜１１０３ＭＰａ）の降伏強度を有する、請求項３１に記載の管。
【請求項３３】
前記管が、少なくとも１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）の最大抗張力を有する、請求項３１または請求項３２に記載の管。
【請求項３４】
前記管の前記最大抗張力が、前記降伏強度よりも少なくとも１０ｋｓｉ（７０ＭＰａ）大きい、請求項３１〜３３のいずれか１項に記載の管。
【請求項３５】
前記管が少なくとも９％の伸長を有する、請求項３１〜３４のいずれか１項に記載の管。
【請求項３６】
前記管が、少なくとも１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）の降伏強度、少なくとも１３０ｋｓｉ（８９６ＭＰａ）の最大抗張力、少なくとも１０％の伸長、及び３７を超えないＨＲＣ硬度数を有する、請求項３１〜３５のいずれか１項に記載の管。
【請求項３７】
前記管が、少なくとも７．０インチ（１７７．８ｍｍ）の外径、少なくとも０．２３１インチ（５．８７ｍｍ）の壁厚、及び少なくとも３４．０フィート（１０．４メートル）の全長を有する、請求項３１〜３６のいずれか１項に記載の管。
【請求項３８】
前記管が、少なくとも９．６２５インチ（２４４．５ｍｍ）の外径、少なくとも０．３１２インチ（７．９２ｍｍ）の壁厚、及び少なくとも３６．０フィート（１１．０メートル）の全長を有する、請求項３１〜３７のいずれか１項に記載の管。
【請求項３９】
前記耐食合金が、３５％〜５５％の範囲の体積分率のフェライトを有するスーパー二相ステンレス鋼、または４０％〜６０％の範囲の体積分率のフェライトを有する二相ステンレス鋼を含み、前記管が、少なくとも１１０ｋｓｉ（７５８ＭＰａ）の降伏強度、少なくとも１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）の最大抗張力、少なくとも９％の伸長、及び３８を超えないＨＲＣ硬度数を有する、請求項３１〜３８のいずれか１項に記載の管。
【請求項４０】
当該管が、ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡ、２０１０年２月の第一版に準拠する、請求項３１〜３９のいずれか１項に記載の管。
【請求項４１】
ステンレス鋼プレートを変形し、前記変形されたプレートの２つの隣接した端部の間に位置する縦方向シーム領域を有する中空円筒プリフォームを形成することであって、前記ステンレス鋼が、二相、スーパー二相またはハイパー二相ステンレス鋼を含む、形成することと、
前記縦方向シーム領域をレーザー溶接して前記隣接した端部を結合することと、
前記レーザー溶接されたプリフォームを焼なましすることと、及び
冷間加工温度において前記レーザー溶接された中空円筒プリフォームをリバースフロー形成して、ステンレス鋼管を生成することと、を含む、管の生成のためのプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
ＰＣＴ第８条、及び工業所有権の保護に関するパリ条約第４条に従い、本国際特許出願は、２０１４年６月２７日に出願された同時係属の米国仮特許出願第６２／０１８，１３３号の優先権を主張する。米国仮特許出願第６２／０１８，１３３号の内容は、参照により本国際特許出願中に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
この背景技術欄に記載された情報は、先行技術として認めるものではない。
【０００３】
「油井管」（ＯＣＴＧ）は、石油及び天然ガス産業において使用されるパイプ及び管製品である。ＯＣＴＧは、ドリルパイプ、ケーシングパイプ及び輸送パイプなどの製品を含む。
【０００４】
ドリルパイプは、石油及び天然ガス掘削作業においてドリルビットを回転させ、掘削流体を循環させる比較的重いゲージ管である。作業中、ドリルパイプは、高いトルク負荷、縦方向の圧縮及び引張負荷、ならびに掘削流体からの内圧を同時に受ける。さらに、非垂直のまたは偏向した掘削に起因する交互の曲げ負荷が、これらの基本負荷パターンに併発することがある。ケーシングパイプは、ドリルされたボアホールの内側を覆うのに使用される。ケーシングパイプは、縦方向の引張負荷、流体輸送中の内圧負荷、及び周囲の岩石構造からの外圧負荷を受ける。輸送パイプは、掘削穴によって輸送された石油または天然ガスが通る管であり、内圧負荷を受ける。
【０００５】
サワー（硫化水素含有）、酸性ならびに／または高温及び圧力運転条件下での強度及び腐食耐性は、重要なＯＣＴＧ特性である。それ故に、ＯＣＴＧは、通常、高強度耐食合金（ＣＲＡ）から作られる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、フロー形成工程を使用した耐食合金管の生成のためのプロセスに関する。本明細書は、本明細書に記載されるプロセスを使用して形成された耐食合金管にも関する。
【０００７】
一実施例において、管の生成のためのプロセスは、耐食合金プレートを変形し、変形されたプレートの２つの隣接した端部の間に位置する縦方向シーム領域を有する中空円筒プリフォームを形成することを含む。縦方向シーム領域は、溶接されて隣接した端部を結合する。溶接された中空円筒プリフォームは、フロー形成されて耐食合金管を生成する。
【０００８】
別の実施例では、管の生成のためのプロセスは、ステンレス鋼プレートを変形し、変形されたプレートの２つの隣接した端部の間に位置する縦方向シーム領域を有する中空円筒プリフォームを形成することを含む。ステンレス鋼は、二相、スーパー二相またはハイパー二相ステンレス鋼を含む。縦方向シーム領域は、レーザー溶接されて隣接した端部を結合する。レーザー溶接されたプリフォームは、焼なましされる。レーザー溶接された中空円筒プリフォームは、冷間加工温度においてフロー形成されてステンレス鋼管を生成する。
【０００９】
本明細書に記載される発明が、必ずしもこの要約に要約された実施例に限定されないことが理解される。
【００１０】
本明細書に記載される発明のさまざまな特長及び特性は、以下の添付図面を参照してより良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】合金プレートの斜視図（正確な縮尺ではない）である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す合金プレートから形成されたオープンシーム中空円筒プリフォームの斜視図（正確な縮尺ではない）である。
【図１Ｃ】図１Ｂに示すオープンシームプリフォームから形成された（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームの斜視図（正確な縮尺ではない）である。
【図２Ａ】合金プレートをオープンシーム中空円筒プリフォームに変形する３ロールプレート曲げ装置を図示する斜視概略図である。
【図２Ｂ】合金プレートをオープンシーム中空円筒プリフォームに変形する３ロールプレート曲げ装置を図示する断面概略図である。
【図３Ａ】連続的なロール形成工程におけるロールスタンドのシーケンスを描写する一連の概略図である。
【図３Ｂ】一連のロールスタンドが漏斗状形成ラインを通して合金ストリップをオープンシーム管に徐々に成形するロール形成ミルの概略図である。
【図４Ａ】合金プレートをＵ形状の中間生成物に変形するＵプレスを図示する斜視概略図である。
【図４Ｂ】Ｕ形状の中間生成物をオープンシーム中空円筒プリフォームに変形するＯプレスを図示する斜視概略図である。
【図５】（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームを径方向拡張する管拡張工程を図示する断面概略図である。
【図６】１０５０℃（１９２０°Ｆ）において焼なましされた、第一の二相ステンレス鋼（ＵＮＳ番号Ｓ３１８０３及びＳ３２２０５に対応する合金２２０５）、第二の二相ステンレス鋼（ＵＮＳ番号Ｓ３２３０４に対応する合金２３０４）、及びスーパー二相ステンレス鋼（ＵＮＳ番号Ｓ３２７５０及びＳ３２７６０に対応する合金２５０７）についての時間温度変化曲線を示す等温析出ダイアグラムである。
【図７】フロー形成装置を図示する斜視概略図である。
【図８】フォワードフロー形成工程を図示する断面側面概略図である。
【図９】リバースフロー形成工程を図示する断面側面概略図である。
【図１０】フロー形成ローラを図示する斜視概略図である。
【図１１】フロー形成工程におけるフロー形成ローラ及びワークピースの位置付けを図示する断面側面概略図である。
【図１２】（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームを変形してシームレス管を生成するフロー形成工程を図示する斜視概略図である。
【図１３】４ローラ構成を使用して（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームを変形してシームレス管を生成するフロー形成工程を図示する端面概略図である。
【図１４】図中Ａは、フロー形成された合金６２５管（右側）、ならびに管内にフロー形成されたプリフォームに類似する、圧延及び溶接された合金６２５プリフォーム（左側）を示す写真であり、図中Ｂは、図中Ａにおけるフロー形成された管の駆動端における残存する溶接シームを示す写真である。
【図１５】圧延及び溶接されたＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金プリフォームの写真である。
【図１６】部分的にフロー形成されたＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金プリフォーム／管の写真である。
【図１７】圧延及び溶接されたスーパー二相ステンレス鋼（ＵＮＳ  Ｓ３２７６０）プリフォームの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
読者は、本明細書に従う発明の以下の詳細な説明を考慮して、前述の特長及び特性、ならびに他の特長及び特性を認識する。
【００１３】
石油及びガス掘削ならびに抽出工程は、より高い温度及び圧力、ならびにより腐食性及び浸食性条件を伴う深井戸環境においてますます実行されている。さらに、例えば、水圧破砕、水蒸気注入、炭酸ガス注入、火攻法などのより優れたリカバリ技術が石油及びガス工程において一般的となってきており、より長い使用寿命をもつ信頼性のある機器が必要となっている。石油及びガス掘削ならびに抽出機器が動作する厳しい環境条件及び運転パラメータは、重量減少及び他の経済費用考慮事項に対してバランスを取る必要がある。これらの考慮事項は、石油及びガス掘削ならびに抽出機器のための構成材料に実用的な制限を与える。
【００１４】
その結果、ＯＣＴＧ、ならびに石油及びガス掘削ならびに抽出機器の他の構成要素は、例えば、マルテンサイトステンレス鋼、マルテンサイト／フェライトステンレス鋼、オーステナイトステンレス鋼、二相（オーステナイト／フェライト）ステンレス鋼、スーパー二相（オーステナイト／フェライト）ステンレス鋼、ハイパー二相（オーステナイト／フェライト）ステンレス鋼、オーステナイトニッケル基合金、オーステナイトニッケル基超合金、及びチタン基合金などの高強度ＣＲＡから作ることができる。これらのＣＲＡは、材料強度、靱性、腐食耐性、成形性、及びＯＣＴＧに適切な合金を作る費用対効果のバランスをもたらす。
【００１５】
大径管（例えば、少なくとも６．６２５インチ（１６８．３ｍｍ）の外径を有する管が、ＯＣＴＧ市場の大半に相当する。しかしながら、大径管の生成のための従来のプロセスは、多くの欠陥を被る。例として、ピアッシング及びピルガー圧延（マンネスマン）プロセス、ピアッシング及びプラグ圧延（スチーフェル）プロセス、ピアッシング及びマンドレル圧延プロセス、押出機プロセス、ピアッシング及び引抜プロセス、ならびに熱間押出プロセスなどの従来のシームレス管生成プロセスは、多くの場合、ＯＣＴＧに適切な、大きな外径、壁厚及び全長の組み合わせを有する完成管を生成するのに十分なサイズのＣＲＡ管スタックを生成できない。
【００１６】
従来の溶接された管生成プロセスは、比較的大きくかつ厚いＣＲＡ板材（例えば、少なくとも８フィート（２．４メートル）の全長、少なくとも６．５インチ（１６５．１ｍｍ）の幅、及び少なくとも０．７５インチ（１９．１ｍｍ）の厚さ）を中空円筒プリフォームに効率的に形成及び溶接できないことも含む、ＣＲＡ管生成の条件における多くの欠陥を被る。比較的大きくかつ厚いＣＲＡ板材を中空円筒プリフォームに形成及び溶接する能力は、ＯＣＴＧ仕様に要求される強度特性を達成するための下流の冷間形成工程を必要とする、冷間加工（冷間硬化）条件における大径ＣＲＡ管の生成のために重要である。
【００１７】
ＯＣＴＧは、通常、米国規格協会／米国石油協会仕様５ＣＲＡ、２０１０年２月の第一版（ケーシング、チュービング及び結合スタックとして使用するための耐食合金シームレス管についての仕様）（「ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡ」）を含む、さまざまな工業標準仕様を満たすことが要求される。ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡは、ＩＳＯ１３６８０：２００８（修正版）に相当する。ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡは、参照により本明細書中に組み入れられる。
【００１８】
ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡは、マルテンサイトステンレス鋼、マルテンサイト／フェライトステンレス鋼、二相（オーステナイト／フェライト）ステンレス鋼、スーパー二相（オーステナイト／フェライト）ステンレス鋼、オーステナイトステンレス鋼、及びオーステナイトニッケル基合金を含むＣＲＡから形成されたＯＣＴＧについての要件の中でもとりわけ、多くの微細構造の、機械的な及び組成の要件を規定する。例として、ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡは、特性の中でもとりわけ、具体的なＣＲＡに適用できるさまざまな条件（例えば、熱間仕上げ、焼入れ及び焼戻し、溶液焼なましまたは冷間硬化）における、ＯＣＴＧについての室温降伏強度（０．２％オフセット降伏点）、最大抗張力、伸長及びＨＲＣ硬度数についての要件を規定する。
【００１９】
ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡの要件を満たすＣＲＡ管（特に、大径の冷間硬化されたＣＲＡ管）の生成は、従来の溶接された管生成プロセスでは商業的に実用的でないことが見出されている。しかしながら、本明細書に記載されるプロセスは、この商業的実行不可能性に対処及びそれを克服し、ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡの要件を満たすことができる（これに限定されないが、大径管を含む）溶接された及びシームレスの冷間加工（冷間硬化）ＣＲＡ管を生成することができる。
【００２０】
管の生成のためのプロセスは、合金プレートを変形して中空円筒プリフォームを形成することを含む。中空円筒プリフォームは、初期には、円筒状に変形したプレートの２つの隣接した端部の間に位置する縦方向シーム領域を有するオープンシームプリフォームである。縦方向シーム領域は、溶接されて隣接した端部を結合して、クローズドシームプリフォームを形成する。（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームは、径方向に拡張することができる。（任意で拡張された）クローズドシームプリフォームは、フロー形成されて、シームレス冷間加工（冷間硬化）合金管をもたらす。
【００２１】
本明細書に使用されるような「管」という用語は、任意の中空円筒管状の品物を指す。従って、「管」という用語は、寸法にかかわらず、パイプ及び環状の断面を含む他のコンジットを包含する及び含む。
【００２２】
図１Ａを参照すると、矩形合金プレート１０は、対向する縦方向端部１２ａ及び１２ｂならびに対向する主表面１４ａ及び１４ｂを有する。図１Ｂに示すように、合金プレート１０は、中空円筒プリフォーム１０’に変形される。中空円筒プリフォーム１０’は、隣接した縦方向端部１２ａと１２ｂとの間に位置する縦方向シーム領域１６を有するオープンシームプリフォームである。本明細書に使用されるような「オープンシーム」という用語は、円筒状に変形したプレートの隣接した縦方向端部同士の間に位置する縦方向領域の初期の溶接されていない状態を指し、「クローズドシーム」という用語は、その後の縦方向領域の溶接された状態を指す。オープンシームプリフォームは、物理的に接触するまたは隣接した縦方向端部同士の間に小さな隙間がある隣接した縦方向端部を有することができる。
【００２３】
図示する目的のために、縦方向シーム領域１６は、隣接した縦方向端部１２ａと１２ｂとの間に隙間があるように図１Ｂに示す。実際には、隣接した縦方向端部同士の間の任意の隙間が、隣接した縦方向端部同士のその後の溶接を可能にするように十分に小さくあるべきであることを理解すべきである。従って、本明細書に使用されるような「隣接した」という用語は、直接的な物理的接触、または向かい合う縦方向端部同士の間の隙間が、隣接した縦方向端部同士のその後の溶接を可能にするように十分に小さいような、向かい合う位置付けのいずれかを指す。シーム領域における隣接した縦方向端部同士の間の任意の隙間のサイズは、縦方向端部を結合するのに使用される溶接技術に応じて決定することができる。
【００２４】
図１Ｃに示すように、縦方向シーム領域１６は、溶接されて隣接した端部１２ａと１２ｂとを結合して、クローズドシームプリフォーム１０’’を形成する。クローズドシーム中空円筒プリフォーム１０’’は、端部１２ａと１２ｂとを結合する溶接されたシーム１８を備える。
【００２５】
オープンシーム中空円筒プリフォームを形成するような合金プレートの変形は、ロール曲げ工程を使用して実行することができる。本明細書に使用されるような「ロール曲げ」という用語は、例えば、３ロール曲げ装置または類似の機器を使用した、バッチ工程における（一度に１つのプレートの）単一合金プレートの曲げを指す。例えば、図２Ａ及び図２Ｂは、ロール２５ａ、２５ｂ及び２５ｃを備えた３ロール曲げ装置における、変形されたプレート２０の隣接した端部２２ａと２２ｂとの間に位置する縦方向シーム領域２６を有するオープンシーム中空円筒プリフォーム２０’の形成を概略的に図示する。本明細書に使用されるような「ロール曲げ」は、ロールスタンドのシーケンスが漏斗状形成ラインを通してストリップをオープンシーム管に徐々に成形するロール形成ミル（図３Ａ及び図３Ｂ参照）を連続的な合金ストリップが通るロール形成とは区別される。さまざまな実施形態において、（例えば、Ｇａｎｄｙへの米国特許第６，８８０，２２０号に記載されているような連続的な及び／または高速ロール形成工程を含む）ロール形成工程は、ロール形成ミルが、大きくかつ厚い板材（例えば、少なくとも０．７５インチ（１９．１ｍｍ）厚）を中空円筒プリフォームに塑性的に変形できないので、プリフォームの生成には不適切な場合がある。
【００２６】
オープンシーム中空円筒プリフォームを形成するような合金プレートの変形は、Ｕ−Ｏプレス工程を使用して実行することができる。本明細書に使用されるような「Ｕ−Ｏプレス」という用語は、断面がＵ形状の中間生成物を形成するための、Ｕプレスにおける板材の順次的なプレス、それに続く、断面がＯ形状のオープンシーム中空円筒プリフォームを形成するための、ＯプレスにおけるＵ形状の中間生成物のプレスを指す。例えば、図４Ａは、縦方向端部４２ａ及び４２ｂを有するＵ形状の中間生成物４０を形成するための、Ｕプレスにおけるプレートのプレスを概略的に図示し、図４Ｂは、その後の、隣接した縦方向端部４２ａと４２ｂとの間に位置する縦方向シーム領域４６を有するオープンシーム中空円筒プリフォーム４０’を形成するための、ＯプレスにおけるＵ形状の中間生成物のプレスを概略的に図示する。
【００２７】
Ｕプレス工程では、円形半径ツールが、多くの場合単一プレスストロークでプレートを２つの支持材の間に押し込む。工程の終盤に、２つの支持材間の距離を縮めて、任意のスプリングバック効果に対抗するような小さい程度の過度の屈曲を加えることができる。その後のＯプレス工程において、通例、単一プレスストロークにおいてＵ形状の中間生成物からＯ形状のプリフォームに形成される。Ｕ−Ｏプレス工程において実行される変形工程は、スプリングバック効果に対し効果的に対抗し、オープンシームプリフォームが可能な限り平坦な隣接した縦方向端部をもち、かつ可能な限り円形であることを保証するように調整される。さまざまな実施形態において、Ｕ−Ｏプレス工程は、Ｃプレスにおいて断面がＣ形状の中間生成物に矩形プレートが最初にプレスされるＣプレス工程に続き、Ｃ形状の中間生成物をＵプレスにおいて断面がＵ形状の中間生成物にプレスし、そしてＵ形状の中間生成物をＯプレスにおいて断面がＯ形状のオープンシーム中空円筒プリフォームにプレスすることができる。
【００２８】
前述のロール曲げ及びＵ−Ｏプレス工程は、合金プレートをオープンシーム中空円筒プリフォームに変形する例示の技術である。変形は、比較的厚い合金プレートをオープンシーム中空円筒プリフォームに変形する機能を有する他のプレス形成工程を使用しても実行することができる。
【００２９】
オープンシーム中空円筒プリフォームを形成するような合金プレートの変形は、冷間加工温度において実行することができる。本明細書に使用されるような「冷間加工温度」という用語は、合金の再結晶温度未満の温度を指す。さまざまな実施形態において、合金プレートは５００℃未満、４００℃未満、３００℃未満、２００℃未満、または１００℃未満の冷間加工温度において、オープンシーム中空円筒プリフォームに変形することができる。さまざまな実施形態において、合金プレートは、室温（すなわち、変形工程の開始時の、塑性変形中の断熱昇温を考慮しない温度）においてオープンシーム中空円筒プリフォームに変形することができる。
【００３０】
さまざまな実施形態において、オープンシーム中空円筒プリフォームは、合金材料の粒子が実質的にプリフォームの縦方向に方向づけられるようにプレートから形成される。これは、例えば、加温若しくは熱間圧延スラブまたは中間生成物プレートによって最終プレート厚に提供することができる、プレートの全長（縦のエッジ方向）に沿って実質的に方向づけられた粒子を有する矩形合金プレートを提供することによって成し遂げることができる。この圧延方向は、プレートの全長（長い寸法）と一致する。本明細書に使用されるような「実質的に方向づけられた」という用語は、構成粒子の長軸の大部分が、３つの基本方向（全長、幅、厚さ）のうちの１つの方に傾いた合金テクスチャ状態を指す。所与の合金試料の粒子が特定の方向に「実質的に方向づけられた」か否かは、顕微鏡画像を使用して金属組織的に決定することができる。合金材料の粒子をプリフォームの縦方向に実質的に方向づけることによって、より効率的かつ効果的なフロー形成工程をもたらすことができる。
【００３１】
オープンシーム中空円筒プリフォームに変形される合金プレートは、熱間圧延工程によって提供することができる。合金原材料を融解して、所定の合金化学的性質を付与し、溶融材料を、冶金工程においてインゴットまたはスラブに鋳造することができる。鋳造ＣＲＡを提供するのに適切な冶金工程の実施例は、例えば、連続的なスラブ鋳造、真空誘導溶解（ＶＩＭ）及びインゴット鋳造、ならびに電気アーク溶解及びインゴット鋳造を含む。例えば、アルゴン酸素脱炭（ＡＯＤ）、真空酸素脱炭（ＶＯＤ）、エレクトロスラグ精製／再溶解（ＥＳＲ）、及び／または真空アーク再溶解（ＶＡＲ）を含む中間精製工程も採用することができる。鋳造合金インゴットは、圧延に適切なスラブまたは他のミル製品形態に熱間鍛造（すなわち、合金の再結晶温度超に鍛造）することができる。鋳造スラブは、直接に圧延することができる。
【００３２】
鋳造または熱間鍛造された合金スラブ（多くの場合、６〜１２インチ（１５２．４〜３０８．４ｍｍ）厚）は、合金の再結晶温度超の温度に加熱して、例えば、０．５インチ〜１．７５インチ（１２．７〜４４．５ｍｍ）などのプレート厚に圧延することができる。圧延されたスラブは、通常、熱間圧延工程において形成されたプレートの全長（長い寸法）と一致する圧延方向に引き延ばされ、それ故に、合金プレートにおける粒子は、プレートの全長（縦のエッジ方向）に沿って実質的に方向づけられる。熱間圧延されたプレートは、例えば、少なくとも８フィート（２．４メートル）の全長、及び少なくとも６．５インチ（１６５．１ｍｍ）の幅などの適切な矩形寸法に切断することができる。その後、熱間圧延されたプレートを、ロール曲げ、Ｕ−Ｏプレス、または他の適切な形成工程においてオープンシーム中空円筒プリフォームに直接に変形することができる。その後のフロー形成工程において合金材料の粒子構造を精製できるので、オープンシーム中空円筒プリフォームを形成するのに使用されるプレートは、通常、軟化焼なまし条件に類似する熱間加工条件において使用することができる。
【００３３】
合金プレートをオープンシーム中空円筒プリフォームに変形する前に、合金プレートを研磨または機械加工することができる。プレートの平坦性を増大するために、プレートの主要な上面及び底面は、研磨または機械加工することができる。例えば、プレートの主要な上面及び底面は、プレートが少なくとも±０．０２０インチ（±０．５０８ｍｍ）の平坦性を示すことを保証するように、研磨または機械加工することができる。矩形プレートの縦方向端部及び／または横方向端部も、対向する端部が互いに平行であり、かつ縦方向端部が横方向端部と垂直であることを保証するために、変形する前に研磨または機械加工することができる。プレートの対向する縦方向端部も、端部において適切な溶接開先を付与するように、変形する前に機械加工することができる。
【００３４】
合金プレートをオープンシーム中空円筒プリフォームに変形する前に、合金プレートの縦方向端部を、エッジ曲げ（圧着）プレスにおいて事前に曲げても良い。曲げ（圧着）プレスにおいてプレートに形成されたエッジ曲げ半径は、通常、その後に形成されるオープンシーム中空円筒プリフォームの所定の直径に対応し得る。
【００３５】
オープンシーム中空円筒プリフォームの形成後、及び隣接した端部を結合するための縦方向シーム領域の溶接前に、縦方向シーム領域を、シーム領域の全長に沿う分離した位置に仮付け溶接することができる。例えば、隣接した端部は、仮付け溶接スタンドにおいて、隣接した端部同士の間の任意の隙間を閉鎖するよう物理的接触するように共にプレスし、そしてシーム領域の全長に沿う分離した位置に仮付け溶接することができる。その後、仮付け溶接された中空円筒プリフォームがその後の溶接工程を受けて、縦方向シーム領域を完全に溶接することができる。
【００３６】
オープンシーム中空円筒プリフォームの縦方向シーム領域は、例えば、ティグ溶接（ＴＩＧ）、ミグ溶接（ＭＩＧ）、プラズマアーク溶接、摩擦撹拌溶接、電子ビーム溶接、またはレーザー溶接などの溶接技術を使用して溶接することができる。さまざまな実施形態において、縦方向シーム領域は、例えば、シーム領域に追加の溶接合金を全く蒸着しない、レーザー溶接などのフィラーレス溶接技術を使用して溶接される。縦方向シーム領域の溶接は、プリフォームの外面におけるシーム領域に沿う外側パスと、プリフォームの内面におけるシーム領域に沿う内側パスとの２つのパスを含むことができる。
【００３７】
フィラー材料を使用する溶接技術を含む実施形態では、溶接合金の組成は、プレート／プリフォームの構成合金と同一または同様であっても良い。例えば、ＴＩＧまたはＭＩＧ溶接工程は、プレート／プリフォームの構成合金と同一または同様の溶接合金組成から形成されたフィラーワイヤまたは消耗電極を使用することができる。いくつかの実施形態において、溶接合金は、少なくとも１つのオーステナイト安定化元素（例えば、ニッケル、マンガン、銅、窒素及び／または炭素）で覆われた合金であっても良い。溶接合金における被覆合金の度合いは、プリフォームにおける溶接されたシームの化学組成及び微細構造がプレート／プリフォームの構成合金についての仕様内にあることを保証するように、設計または選択することができる。例えば、二相またはスーパー二相ステンレス鋼プリフォームを含む実施形態では、二相またはスーパー二相ステンレス鋼溶接合金を、ＴＩＧ、ＭＩＧまたはプラズマアーク溶接工程において使用して、縦方向シームを閉鎖することができる。二相またはスーパー二相ステンレス鋼溶接合金の化学組成は、例えば、プリフォームの二相またはスーパー二相ステンレス鋼についての仕様内に依然としてとどまる、ニッケルまたはマンガンでわずかに覆われた合金であっても良い。
【００３８】
縦方向シーム領域の溶接は、任意で、窒素ガス雰囲気中において実行することができる。例えば、窒素ガス雰囲気は、中空円筒プリフォームにおける溶接パス中に縦方向シーム領域に向かう、ノズルから流れる窒素シールドガスによって提供することができる。レーザー溶接工程は、例えば、金属間層の形成を減少または防止するように、非常に限定された熱影響域及び溶接された縦方向シーム領域の急冷を付与する。しかしながら、レーザー溶接に伴う高い冷却速度は、二相、スーパー二相またはハイパー二相ステンレス鋼をレーザー溶接するときに、溶接域に過度のフェライトを形成することがある。窒素は、オーステナイト安定化元素であり、それ故に、窒素ガス雰囲気中におけるレーザー溶接は、二相、スーパー二相またはハイパー二相ステンレス鋼ＣＲＡを含む実施形態では、溶接域におけるオーステナイトとフェライトとの相対的比率の維持を援助することができる。
【００３９】
縦方向シーム領域の溶接中、（溶接ビードとしても公知の）溶接切り口が、溶接されたシームに沿って形成されることがある。溶接切り口／ビードは、例えば、バニシ仕上げ工程、スカイビング仕上げ（切断）工程、機械加工工程、研磨工程、または艶出し工程を使用して除去することができる。溶接切り口／ビードは、例えば、参照により本明細書中に組み入れられる米国特許第６，３７５，０５９号に記載されている圧延工程を使用しても除去することができる。
【００４０】
（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームは、任意で、フロー形成前に、径方向に拡張することができる。溶接された中空円筒プリフォームの径方向拡張は、水圧または機械的拡張機を使用して実行することができる。図５は、溶接された縦方向シーム５８を備えたクローズドシーム中空円筒プリフォーム５０の径方向拡張を概略的に図示する。（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームの径方向拡張によって、合金材料を塑性的に変形し、プリフォームの断面真円度及び縦方向真直度を増大することによって、その後のフロー形成工程を容易にすることができる。
【００４１】
（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームは、プリフォームの初期内径の少なくとも０．５％径方向に拡張することができる。例えば、プリフォームは、プリフォームの初期内径の少なくとも１％、少なくとも１．５％または少なくとも２％拡張することができる。（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームは、プリフォームの初期内径の６％を超えないように拡張することができる。例えば、プリフォームは、プリフォームの初期内径の５％を超えない、４％を超えないまたは３％を超えないように拡張することができる。通常、径方向拡張の量は、あるとしても、フロー形成公差を満たすのに十分な真円度及び真直度を達成するのに最低限必須の量であり得る。拡張の量は、溶接されたシームの分裂、及び合金材料の冷間加工／冷間硬化を回避する量にすべきである。
【００４２】
（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームの選択的な拡張は、５００℃未満の温度において実行することができる。例えば、径方向拡張は、５００℃未満、４００℃未満、３００℃未満、２００℃未満、または１００℃未満の温度において実行することができる。径方向拡張は、室温において実行することができる。
【００４３】
溶接工程後かつフロー形成工程前に、（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームを、選択的に、焼なましすることができる。任意の拡張工程を含む実施形態において、任意の焼なまし工程は、溶接工程後、かつ拡張工程前または拡張工程とフロー形成工程との間に実行することができる。適切な焼なまし温度は、プリフォームの合金材料が何であるかに基づいて選択することができる。
【００４４】
例えば、二相ステンレス鋼プリフォームは、８７５℃〜１２００℃（１６０７〜２１９２°Ｆ）の範囲の温度、またはその範囲内に包含される任意のサブ範囲、例えば、１０１０℃〜１１７７℃（１８５０〜２１５０°Ｆ）、９８２℃〜１１４９℃（１８００〜２１００°Ｆ）、９５０℃〜１１５０℃（１７４２〜２１０２°Ｆ）、若しくは１０００℃〜１１００℃（１８３２〜２０１２℃）などの温度において焼なましすることができる。スーパー二相及びハイパー二相ステンレス鋼プリフォームは、例えば、９５０℃〜１２００℃（１７４２〜２１９２°Ｆ）の範囲の温度、またはその範囲内に包含される任意のサブ範囲、例えば、１０１０℃〜１１７７℃（１８５０〜２１５０°Ｆ）、９８２℃〜１１４９℃（１８００〜２１００°Ｆ）、１０５０℃〜１１５０℃（１９２２〜２１０２°Ｆ）、若しくは１０７５℃〜１１００℃（１９６７〜２０１２°Ｆ）などの温度において焼なましすることができる。通常、二相、スーパー二相及びハイパー二相ステンレス鋼について、適切なより高い温度における焼なましは、適切なより低い温度における焼なましと比較してフェライト含有量が増大する傾向がある。
【００４５】
本明細書に使用されるような規定の温度または温度範囲「における」規定の期間または時間範囲（すなわち、その温度における一定時間）におけるプリフォームの加熱は、（例えば、サーモカップル、パイロメータなどを使用して測定された）プリフォームの表面温度が、規定の温度または温度範囲の±１４℃（±２５°Ｆ）に到達した時点から測定された規定の時間または時間範囲におけるプリフォームの加熱を指す。本明細書に使用されるような規定のその温度における一定時間は、プリフォームの表面温度を規定の温度または温度範囲の±２５°Ｆ（±１４℃）以内に至らせる予熱時間は含まない。本明細書に使用されるような「炉時間」という用語は、ワークピースが、例えば、予熱された炉などの制御された温度環境内に維持されている時間量を指し、制御された温度環境を規定の温度または温度範囲に至らせるのに必要な時間は含まない。
【００４６】
焼なまし処理は、（変形されたプレートの合金、及び変形されたプレートの縦方向シームを閉鎖するのに使用できる任意の溶接合金を含む）合金の再結晶温度超の温度において実行することができる。焼なまし処理は、少なくとも溶接されたプリフォームの熱影響域、溶接されたプリフォームの大部分、または溶接されたプリフォーム全体を再結晶することができる。
【００４７】
焼なまし処理は、プリフォームを焼なまし温度範囲における表面温度に加熱し、その後、（例えば、焼なまし炉からプリフォームを除去することによって）プリフォームを冷却する前に、プリフォームを所定のその温度における一定時間維持することによって実行することができる。例えば、プリフォームは、焼なまし温度範囲における規定の表面温度に加熱し、その後、少なくとも５分、少なくとも１０分、少なくとも１５分、少なくとも２０分、少なくとも２５分、または少なくとも３０分、その温度（その温度における一定時間）を維持することができる。あるいは、焼なまし処理は、一定温度で動作する焼なまし炉（または、他の制御された温度環境）にプリフォームを配置し、その後、（例えば、焼なまし炉からプリフォームを除去することによって）プリフォームを冷却する前に、プリフォームを所定の炉時間炉内に維持することによって実行することができる。例えば、プリフォームは、焼なまし温度範囲内の規定温度において動作する焼なまし炉内に配置し、その後、少なくとも５分、少なくとも１０分、少なくとも１５分、少なくとも２０分、少なくとも２５分、または少なくとも３０分（炉時間）、炉内に維持することができる。プリフォームは、例えば、６０分、４５分、３０分または１５分を超えない所定期間（場合に応じて、その温度における一定時間または炉時間）、一定温度にまたは動作炉内に維持することができる。
【００４８】
任意の焼なまし工程を含む実施形態において、焼なましされたプリフォームは、規定のその温度における一定時間または炉時間後、焼なまし温度から焼入れすることができる。例えば、プリフォームは、３０分を超えない、２５分を超えない、２０分を超えないまたは１５分を超えない時間（場合に応じて、その温度における一定時間または炉時間）後、焼なまし温度から焼入れすることができる。焼入れは、冷却中の有害相の沈殿を抑制する冷却速度において実行することができる。そのような冷却速度は、例えば、水焼入れ工程を使用して達成することができる。
【００４９】
二相、スーパー二相及びハイパー二相ステンレス鋼において、例えば、有害なシグマ相、カイ相、アルファプライム相、炭化物及び／または窒化物が、ある特定の温度においてほんの数分で迅速に形成されることがある。例えば、二相（ＵＮＳ  Ｓ３１８０３及びＳ３２２０５）及びスーパー二相（ＵＮＳ  Ｓ３２７５０及びＳ３２７６０）ステンレス鋼における沈殿反応及び他の特性反応についての典型的な温度を、表１に示す。
【表１】
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【００５０】
図６は、１０５０℃（１９２０°Ｆ）において焼なましされた、第一の二相ステンレス鋼（ＵＮＳ番号Ｓ３１８０３及びＳ３２２０５に対応する合金２２０５）、第二の二相ステンレス鋼（ＵＮＳ番号Ｓ３２３０４に対応する合金２３０４）、及びスーパー二相ステンレス鋼（ＵＮＳ番号Ｓ３２７５０及びＳ３２７６０に対応する合金２５０７）についての時間温度変化曲線を示す等温析出ダイアグラムである。図６は、有害相形成の温度範囲及び動態を示す。炭化物及び窒化物沈殿は、ある特定の温度において１〜２分のように早く始まることがある。シグマ及びカイ相沈殿は、より高い温度ではあるが、炭化物及び窒化物沈殿とおよそ同じ時間に起こる。クロム、モリブデン及びニッケルにおいてより高度に合金化された二相及びスーパー二相ステンレス鋼は、より低度に合金化された二相ステンレス鋼よりも急速なシグマ及びカイ相形成速度を有する。より低い温度におけるアルファプライム沈殿物の形成は、望ましくないことに、硬化し、二相及びスーパー二相ステンレス鋼におけるフェライトを脆化することがある。
【００５１】
上記の温度範囲における数分間の露出は、腐食耐性及び靱性に有害な相を形成することがある。（例えば、水焼入れによる）比較的急速な焼入れの前に、プリフォームを焼なまし温度から７００〜９８０℃（１３００〜１８００°Ｆ）温度範囲に冷却することによっても、有害相が形成されることがある。それ故に、さまざまな実施形態において、プリフォームを、例えば、水焼入れ工程を使用して、有害相の形成を抑性するのに十分な冷却速度において焼なまし温度から焼入れすることができる。
【００５２】
（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームは、フロー形成されて、シームレス冷間加工（冷間硬化）合金管をもたらす。フロー形成は、正確な円筒構成要素を生成するのに使用される金属形成工程である。フロー形成は、典型的には、円筒ワークピースの外径を内部にわたって圧縮し、２つ以上のローラからの軸方向力、径方向力及び接線分力の組み合わせを使用してマンドレルを回転させることによって実行される。材料がその降伏強度を超えて圧縮され、その材料は塑性変形する。その結果、構成要素の所望の形状が達成されるまで、ワークピースの外径及び壁厚が減少し、その一方で全長が増大される。
【００５３】
フロー形成は、通常、冷間加工温度において実行される冷間形成工程である。塑性変形から断熱が生じるが、ワークピース、マンドレル及びローラは、典型的には、冷却された冷却液で満たされて、熱を消散する。これにより、材料が、その再結晶温度よりも十分低い温度で加工されることが保証される。冷間形成プロセスであることで、フロー形成は、ワークピース材料の強度及び硬度を増大し、テクスチャを材料に与え、そして多くの場合、いかなる加温または熱形成製造プロセスで達成されるよりも要件に遥かに近い機械的特性及び寸法精度を達成する。
【００５４】
フロー形成工程の２つの実施例は、フォワードフロー形成及びリバースフロー形成である。通常、フォワードフロー形成は、少なくとも１つの閉鎖または半閉鎖端部を有する管または構成要素（例えば、閉鎖シリンダ）を形成するのに有用である。リバースフロー形成は、通常、２つの開放端部を有する管または構成要素（例えば、２つの開放端部を有するシリンダ）を形成するのに有用である。場合によっては、フォワードフロー形成とリバースフロー形成との組み合わせを利用して、成功裏に所望の形状を達成することができる。典型的には、フォワードフロー形成及びリバースフロー形成は、必要とされる工具を変えることによって、同じフロー形成機械において実行することができる。
【００５５】
図７は、フロー形成デバイス１００を概略的に図示する。フロー形成デバイス１００は、フォワードフロー形成向けに構成されている。フロー形成デバイス１００は、円筒ワークピース１１８を保持するためのマンドレル１１２、ワークピース１１８をマンドレル１１２に固定する心押台１１４、ワークピース１１８の外面に力を加えるための２つ以上のローラ１１６、及びローラ１１６に連結された可動キャリッジ１１９を含む。図７に示すように、ローラ１１６は、ワークピース１１８の重心軸に対して、互いから角度的に等距離に位置しても良い。ローラ１１６は、水圧駆動できるし、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）することもできる。
【００５６】
図８は、フォワードフロー形成工程を受けるワークピース１１８の概略断面側面図を示す。この工程中、ワークピース１１８は、（図７に示すように、マンドレルの右側の）マンドレル１１２の端部を向くその閉鎖または半閉鎖端部をもって、マンドレル１１２上に配置することができる。ワークピース１１８は、心押台１１４によって、例えば、心押台１１４からの水圧力を手段として、マンドレル１１８の端部に対して固定することができる。次に、マンドレル１１２及びワークピース１１８は、軸１２０を中心にして回転し、その一方で、ローラ１１６が、ワークピース１１８の全長に沿う所望の位置において、ワークピース１１８の外面と接触する位置に移動することができる。主軸台１３４が、マンドレル１１２を回転または駆動し、心押台１１４がマンドレル１１２を回転させる追加の支持材を提供することによって、長いマンドレル１１２が適切に転回する。
【００５７】
次に、キャリッジ１１９が、概して、１２４に示す方向に、ワークピース１１８に沿ってローラ１１６を移動する（図７に示すように、右から左に動かす）ことができる。ローラ１１６は、例えば、制御された径方向力、軸方向力及び接線分力の組み合わせを使用して、１つ以上の力をワークピース１１８の外面に加えて、その壁厚１２６及びその外径を減少することができる。１つまたは２つのジェット１３６を使用して、ローラ１１６、ワークピース１１８及びマンドレル１１２に冷却液を噴霧できるが、より多くのジェットを使用することによって、ワークピース１１８が、例えば、室温において初期に大量の塑性変形を受けるときに生成される断熱を消散することもできる。マンドレル１１２は、冷却液がマンドレル１１２を受け入れ、プールして、ワークピース１１８の冷却を維持するように、例えば、トラフタイプデバイスにおいて、冷却液（図示せず）中に浸すことさえできる。
【００５８】
ローラ１１６は、材料が、塑性的に変形して、概して、縦軸１２０と平行である１２２に示す方向に移動するまたは進むのに十分な力でワークピース１１８の外面を圧縮することができる。図８及び図９に示すように、ローラ１１６は、ワークピース１１８の全長に沿って一定であるまたは変化し得る壁厚１２６を生成するように、マンドレル１１２の外径またはワークピース１１８の内壁から任意の所望の距離に位置することができる。全長１２８は、フロー形成工程を受けたワークピース１１８の一部分を表し、それに対して、全長１３０は、これから変形される一部分である。図８に示す工程は、変形された材料が、ローラが移動する方向１２４と同じ方向１２２に進むので、「フォワードフロー形成」と呼ばれる。
【００５９】
リバースフロー形成では、フロー形成デバイスは、図７に示すのと同じように構成されるが、心押台１１４ではなく駆動リング１３２が、ワークピース１１８をマンドレル１１２に固定することができる。図７及び図９に示すように、駆動リング１３２は、マンドレル１１２の非自由端部における主軸台１３４付近に位置する。図９は、リバースフロー形成工程を受けているワークピース１１８の側面図を示す。この工程中、ワークピース１１８は、マンドレル１１２に配置され、（図９に示すように、左側の）マンドレル１１２の非自由端部における駆動リング１３２にまで押し込まれることができる。ローラ１１６は、ワークピース１１８の全長に沿う所望の位置における、ワークピース１１８の外面と接触する位置に移動することができる。次に、キャリッジ１１９が、（図７に示すように、右から左方向に）駆動リング１３２の方に移動して、ワークピース１１８に力を加えることができる。
【００６０】
ローラ１１６によって加えられる力がワークピース１１８を駆動リング１３２に押し込み、ワークピース１１８を、駆動リング１３２の面における一連の鋸歯状または他の固定特徴によって取り込むまたは固定することができる。これにより、マンドレル１１２及びワークピース１１８が、縦軸１２０を中心にして回転し、その一方で、ローラ１１６が、１つ以上の力をワークピース１１８の外面に加えることができる。ワークピース材料は、塑性的に変形して、概して、軸１２０と平行である方向１２２に移動するまたは進む。フォワードフロー形成と同様に、ローラ１１６は、ワークピース１１８の全長に沿って一定または変化し得る壁厚１２６を生成するように、マンドレル１１２の外径またはワークピース１１８の内壁から任意の所望の距離に位置することができる。全長１２８は、フロー形成工程を受けたワークピース１１８の一部分を表し、それに対して、全長１３０は、これから変形される一部分を表す。ワークピース１１８は、変形すると、駆動リング１３２から離れるようにマンドレル１１２の全長の下方に延伸する。この工程は、変形された材料が、ローラが移動している方向１２４と反対の方向１２２に進むので、「リバースフロー形成」と呼ばれる。
【００６１】
フロー形成された管の円滑な内径を作り出すための、円滑なマンドレルにわたるフロー形成部に加えて、キー溝、螺旋状の溝または他のテクスチャリングを、フロー形成された管の穴内に形成することができる。これは、フロー形成されたときにワークピースの内面に型押しされる、螺旋状の溝、グルーブ溝、刻み目または他の構成などの表面テクスチャリングをもつマンドレルを使用して成し遂げることができる。例えば、マンドレルは、その表面に螺旋の、直線の、周期的なまたは他の所望の突起部を形成して構成することができる。これらの突起部は、最終フロー形成パスが完了した後に、ワークピースの内面における螺旋状の溝、グルーブ溝、刻み目及び／または他の構成を残す。
【００６２】
ワークピース材料が、塑性的に変形して、一組の回転ローラの下のマンドレルにおいて圧縮されたときに、単一パスにおいて大きな壁厚の減少を実現することができる。円筒合金プリフォームでは、フロー形成パスごとに２０％未満の壁厚減少が使用される場合には、ワークピースの最外部は塑性的に変形するが、内側マンドレルに最も近い材料は、十分な塑性変形を受けないことがある。単一パスにおいて余りにも大きな（例えば、７５％超の）壁厚の減少が実行される場合には、フロー形成工程においてすべての材料を一度に塑性的に変形及び移動できないので、ワークピースが許容可能に処理されないことがある。いくつかの実施形態において、必要であれば、最初のパスにおいて実行される壁厚減少の量を、第二のまたはそれに続くパスにおいて実行されるよりも少なくすることができる。通常、少なくとも２０％の壁厚減少がフロー形成工程において実行されるときには、材料は、壁厚全体を通じてフロー形成された管内にプリフォームを均一に伸長するのに十分なだけ塑性的に変形する。本明細書に使用されるような「壁厚減少」という用語は、フロー形成工程中のプリフォーム壁の環状の断面積の減少割合（％）（すなわち、面積の減少）を意味する。
【００６３】
フロー形成プロセスは、変形された材料の粒子サイズを均一的に「精製」し、フロー形成された管の中心線と実質的に平行である縦方向に、比較的均一に、微細構造を再編成する。フロー形成プロセスは、１回以上のフロー形成パスにおいて行うことができる。２つ以上のパスを使用するときには、最初のパスにおいて達成される壁厚減少を、それに続くパスよりも大きく、少なくとも２５％の壁厚減少とすることができる。例えば、２つ以上のパスを使用する合計で３５％の壁厚減少では、最初のパスを少なくとも２５％の壁厚減少とし、第二のパスを１０％の壁厚減少とすることができる。別の実施例では、２つ以上のパスを使用する合計で５０％の壁厚減少では、最初のパスを少なくとも２５％の壁厚減少とし、第二のパスを１５％の壁厚減少とし、第三のパスを１０％の壁厚減少とすることができる。
【００６４】
フロー形成工程によって与えられる一定の冷間加工では、材料の硬度及び抗張力が増大し、その一方で、延性及び衝撃靱性値は減少する。フロー形成を通じた冷間加工は、通例、フロー形成された材料の粒子サイズも減少する。通常、材料が冷間加工されるときには、変形された範囲全体を通して、微視的欠陥が核を成す。変形を通して欠陥が蓄積されると、発生する欠陥の着脱または移動はますます困難となる。これにより材料が硬化する。材料が余りにも多くの冷間加工を受ける場合には、硬化した材料が破砕することがある。故に、各フロー形成パスにおいて、変形された材料がより硬くなり、延性が小さくなる。これにより、最初のパスの後の使用においては一連の減少が次第に小さくなり得る。
【００６５】
フロー形成された材料の２軸強度及び硬度における増大に加えて、実施形態は、フロー形成された構成要素の内径における表面付近の材料に、オートフレッテージ処理によって生じる圧縮残留応力も付与することができる。オートフレッテージは、穴に圧縮残留応力を作り出すことによって、管に増大した強度及び疲労寿命を付与するように、管状構成要素において使用される金属製作技術を指す。典型的なオートフレッテージ処理では、管穴内に圧力を加えることによって内面付近の材料を塑性変形し、一方で、外面付近の材料は弾性変形を受ける。その結果、圧力が除去された後、残留応力が分配されて、管の内面に残留圧縮応力が付与される。
【００６６】
さまざまな実施形態において、最終フロー形成パスにおいて、ワークピースの内径における材料が塑性的に変形するのに十分な力で内径における材料がマンドレル１１２に圧縮されるような軸方向力と径方向力との組み合わせを使用してワークピースの外径を圧縮し、それによって、オートフレッテージ様の様式で、内径に圧縮応力を与えるように、ローラを構成することができる。これは、例えば、互いから十分に離してローラを引き込むことによって成し遂げることができる。次に、フロー形成工程において、標準的なフロー形成工程中に典型的に発生するように、ワークピースが、マンドレルから単に解放されるまたはそれから後ろに跳ね返る代わりに、ワークピースは、マンドレルに対して圧縮され、それを把持する。このようなマンドレルに対する内径の圧縮によって、フロー形成された構成要素の内径に圧縮フープ応力が与えられる。
【００６７】
図１０及び図１１は、それぞれ、３ローラフロー形成構成の概略斜視図及び概略側面図を示す。図１０は、（図１０においてＸ、Ｙ及びＺ軸と示す）３つの軸に沿って移動し、例えば、スピンドル軸の周囲において互いから１２０°離れた径方向に位置できる、（図１１においてＸ、Ｙ及びＺとして示す）３つのフロー形成ローラ１１６を収容するキャリッジを示す。図には３つのローラを示すが、フロー形成工程においては２つ以上のローラを使用することができる。例えば、大きな変形力が必須であり得、負荷がより多くのローラにわたって分配され得るような実施形態では、４ローラ構成を使用することができる。独立してプログラム可能なＸ、Ｙ及びＺローラが、必須の径方向力を付与し、その一方で、Ｗ軸の右から左へのプログラム可能な送り運動が、軸方向の力を加える。ローラの各々は、フロー形成工程におけるその特定の役割を支援するような具体的な形状を有することができる。
【００６８】
ローラ１１６の位置は、互いに対して縦方向にかつ／または径方向に位置ずれすることができる。位置ずれの量は、変化しても良いし、ワークピースの初期の壁厚及び所与のフロー形成パスにおける所望の壁の減少量に基づいても良い。例えば、図１１に示すように、Ｓ０は、フロー形成パスの前のワークピースの壁厚を示し、Ｓ１は、ローラ１１６がｖ方向に移動したフロー形成工程後のワークピース壁厚を示す。ローラ１１６は、（図１０にＷ軸として示す）ワークピース１１８の縦方向に沿って縦方向に位置ずれし、（Ｘ、Ｙ及びＺ軸に沿って）ワークピースの中心線または内径に対して径方向に位置ずれし、比較的均一の圧縮をワークピース１１８の外側に加えることができる。例えば、図１１に示すように、ローラＸは、ワークピース１１８の縦方向に沿って変位または距離Ａ１だけローラＹから分離し、ローラＸは、距離Ａ２だけローラＺから分離することができる。同様に、ローラＸは、フロー形成パス後のワークピース１１８の所望の壁厚である距離Ｓ１だけ、ワークピースの内径から径方向に変位し、ローラＹは、距離Ｒ１だけ径方向に変位し、そしてローラＺは、ワークピースの内径から距離Ｒ２だけ径方向に変位することができる。示すように、角度Ｋを使用して、軸方向の位置ずれパターンが規定された時点で、軸方向の位置ずれ量を決定することができる。
【００６９】
ローラＸ、Ｙ及びＺが互いからより遠くに分離すると、ワークピース材料の粒子構造に与えられる螺旋状のねじれがより大きくなる。このようにして（オートフレッテージによって）構成要素に与えられる圧縮フープ応力が、亀裂発生の可能性を減少し、かつ構成要素の内径に発生し得る任意の亀裂の成長速度を減少させて、フロー形成された管の疲労寿命を効果的に改善することができる。フロー形成の別の利益は、ローラ構成に応じて、内径に分け与えられる圧縮応力の量を管の全長に沿って変化させることができることである。例えば、ローラは、圧縮応力が、管のある部分のみ、例えば、管の一つの端部または中央のみに与えられるように、構成することができる。
【００７０】
フロー形成工程において、ワークピースの内径とマンドレルとの間に潤滑剤を使用して、ワークピースがマンドレルに長く留まるまたは引っかかる可能性を減少することができる。
【００７１】
（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームは、外径を減少し、全長を増大し、溶接されたシームを除去するようにフロー形成されることによって、シームレス冷間加工（冷間硬化）合金管をもたらす。図１２は、溶接されたシーム２１８を備えた（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォーム２１０のリバースフロー形成を概略的に図示する。プリフォーム２１０は、マンドレル（図示せず）に配置され、駆動リング（図示せず）に固定される。駆動リングは、２２２における回転矢印に示すような回転方向にプリフォーム２１０を回転させる。フロー形成装置のローラ２１６は、２２４の矢印に示すような縦方向に回転及び移動して、プリフォーム２１０に係合してそれを塑性的に変形する（２つのローラ２１６を示すが、第三のローラが存在しても良く、ただしこれはフロー形成された管２９０によって見えなくなり得る）。塑性的に変形したプリフォームの合金材料２１０が、フロー形成された管２９０とのローラの反対側に現れ、２２２の線形矢印に示す縦方向に進む。ローラ２１６が縦方向においてワークピースに軸方向に係合する部分に、プリフォーム２１０と管２９０との間に遷移領域２５０が発生する。図１２に示すように、（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォーム２１０から生成されたフロー形成された管２９０は、観測可能な溶接シームが無く、それ故に、溶接された及びシームレス管である。
【００７２】
図１３は、溶接されたシーム３１８を備えた（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォーム３１０のリバースフロー形成を概略的に図示する。プリフォーム３１０は、マンドレル３１２上に配置され、駆動リング（図示せず）に固定される。駆動リングは、３２２における回転矢印に示すような回転方向にプリフォーム３１０を回転させる。フロー形成装置のローラ３１６は、ページの平面内において縦方向に回転及び移動して、プリフォーム３１０に係合してそれを塑性的に変形する。４ローラ構成を図１３に示す。前述のように、４ローラ構成は、大きな変形力が必須であり得、負荷がより多くのローラにわたって分配され得るような実施形態に使用することができる。
【００７３】
塑性的に変形したプリフォームの合金材料３１０が、フロー形成された管３９０とのローラの反対側に現れ、ページの平面から出て縦方向に進む。ローラ３１６が縦方向においてワークピースに軸方向に係合する部分に、プリフォーム３１０と管３９０との間に遷移領域３５０が発生する。図１３に示すように、（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォーム３１０から生成されたフロー形成された管３９０は、観察可能な溶接シームが無く、それ故に、溶接された及びシームレス管である。
【００７４】
必ずしも限定されないが、拡張された及び／または焼なましされたプリフォームを含む（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームのフロー形成によって、冷間加工（冷間硬化）条件においてシームレス管を生成することができる。例として、プリフォームを管に変形するフロー形成工程は、室温において及び／または冷間加工温度において変形が起こることを保証するために、冷却された冷却液を用いて実行することができる。プリフォームを管に変形するフロー形成工程は、２０％〜８０％（それらの値を含む）の範囲、またはその範囲内に包含される任意のサブ範囲、例えば、２５％〜７５％、５０％〜７５％、５０％〜７０％、２５％〜６５％、３０％〜６５％、３０％〜６０％、３０％超〜６０％未満、３５％〜５５％、若しくは４０％〜５０％などの面積縮小において合金材料を冷間加工することができる。プリフォームを管に変形するフロー形成工程は、単一パスでも複数のパスでも実行することができる。
【００７５】
管を生成するためのプリフォームのフロー形成は、管における所定の目標材料特性を達成するのに必須の（面積縮小として定量化される）正確なレベルに冷間加工を制御する能力を付与する。例として、フロー形成によって、冷間加工（冷間硬化）条件における、管における室温降伏強度、最大抗張力、伸長及び硬度の所定のバランスを達成するのに必要な（例えば、具体的な合金に応じて、３０％〜６０％の範囲の）面積縮小にわたる正確な制御が可能になる。これにより、ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡの、化学組成の、寸法の、機械的な及び微細構造の要件に従う管を効果的及び効率的に生成する能力が付与される。
【００７６】
プリフォームを管に変形するフロー形成工程は、冷間加工（冷間硬化）条件において、少なくとも１１０ｋｓｉ（７５８ＭＰａ）の降伏強度、少なくとも１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）の最大抗張力、少なくとも９％の伸長、及び／または３８を超えないＨＲＣ硬度数を含む室温特性を有する管を提供することができる。本明細書に使用されるような「降伏強度」という用語は、０．２％オフセット降伏点を指す。本明細書に記載されるプロセスによって生成された管は、少なくとも１１０ｋｓｉ（７５８ＭＰａ）及び１６０ｋｓｉ（１１０３ＭＰａ）を超えない降伏強度によって特徴づけることができる。本明細書に記載されるプロセスによって生成された管は、管の降伏強度よりも少なくとも１０ｋｓｉ（７０ＭＰａ）大きい最大抗張力を有することができる。本明細書に記載されるプロセスによって生成された管は、少なくとも１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）の降伏強度、少なくとも１３０ｋｓｉ（８９６ＭＰａ）の最大抗張力、少なくとも１０％の伸長、及び／または３７を超えないＨＲＣ硬度数を有することができる。本明細書に記載されるプロセスによって生成された管は、少なくとも１４０ｋｓｉ（９６５ＭＰａ）の降伏強度、及び／または少なくとも１４５ｋｓｉ（１０００ＭＰａ）の最大抗張力を有することができる。本明細書に記載されるプロセスによって生成された管は、少なくとも１２％の伸長及び／または３６を超えないＨＲＣ硬度数を有することができる。
【００７７】
プリフォームを管に変形するフロー形成工程によって、少なくとも１．０インチ（２５．４ｍｍ）の外径、及び少なくとも０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）の壁厚を有する管を提供することができる。プリフォームを管に変形するフロー形成工程によって、少なくとも１．５インチ（８１．１ｍｍ）の外径、及び少なくとも０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）の壁厚を有する管を提供することができる。プリフォームを管に変形するフロー形成工程によって、少なくとも２．０インチ（５０．８ｍｍ）の外径、及び少なくとも０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）の壁厚を有する管を提供することができる。
【００７８】
プリフォームを管に変形するフロー形成工程によって、少なくとも６．５インチ（１６５．１ｍｍ）の外径、少なくとも０．２３１インチ（５．８７ｍｍ）の壁厚、及び／または少なくとも２８．０フィート（８．５メートル）の全長を有する管を提供することができる。プリフォームを管に変形するフロー形成工程によって、少なくとも７．０インチ（１７７．８ｍｍ）の外径、少なくとも０．２３１インチ（５．８７ｍｍ）の壁厚、及び／または少なくとも３４．０フィート（１０．４メートル）の全長を有する管を提供することができる。プリフォームを管に変形するフロー形成工程によって、少なくとも９．６２５インチ（２４４．５ｍｍ）の外径、少なくとも０．３１２インチ（７．９２ｍｍ）の壁厚、及び／または少なくとも３６．０フィート（１１．０メートル）の全長を有する管を提供することができる。プリフォームを管に変形するフロー形成工程によって、少なくとも９．８７５インチ（２５０．８ｍｍ）の外径、少なくとも０．６２５インチ（１５．９ｍｍ）の壁厚、及び／または少なくとも３６．０フィート（１１．０メートル）の全長を有する管を提供することができる。
【００７９】
フロー形成工程後、管を、任意で焼なましすることができる。適切な焼なまし温度は、フロー形成された管の合金材料が何であるか基づいて選択することができる。例えば、二相ステンレス鋼管は、８７５℃〜１２００℃（１６０７〜２１９２°Ｆ）の範囲の温度、またはその範囲内に包含される任意のサブ範囲、例えば、１０１０℃〜１１７７℃（１８５０〜２１５０°Ｆ）、９８２℃〜１１４９℃（１８００〜２１００°Ｆ）、９５０℃〜１１５０℃（１７４２〜２１０２°Ｆ）、若しくは１０００℃〜１１００℃（１８３２〜２０１２℃）などの温度において焼なましすることができる。スーパー二相及びハイパー二相ステンレス鋼管は、例えば、９５０℃〜１２００℃（１７４２〜２１９２°Ｆ）の範囲の温度、またはその範囲内に包含される任意のサブ範囲、例えば、１０１０℃〜１１７７℃（１８５０〜２１５０°Ｆ）、９８２℃〜１１４９℃（１８００〜２１００°Ｆ）、１０５０℃〜１１５０℃（１９２２〜２１０２°Ｆ）、若しくは１０７５℃〜１１００℃（１９６７〜２０１２°Ｆ）などの温度において焼なましすることができる。通常、二相、スーパー二相及びハイパー二相ステンレス鋼について、適切なより高い温度における焼なましは、適切なより低い温度における焼なましと比較してフェライト含有量が増大する傾向がある。
【００８０】
焼なまし処理は、フロー形成された管の合金の再結晶温度を超える温度において実行することができる。焼なまし処理は、フロー形成された管の冷間加工された微細構造を再結晶することができる。焼なまし処理は、管を焼なまし温度範囲における表面温度に加熱し、その後、（例えば、焼なまし炉からプリフォームを除去することによって）管を冷却する前に、管を所定のその温度における一定時間維持することによって実行することができる。例えば、管は、焼なまし温度範囲における規定の表面温度に加熱し、その後、少なくとも５分、少なくとも１０分、少なくとも１５分、少なくとも２０分、少なくとも２５分、または少なくとも３０分、その温度（その温度における一定時間）を維持することができる。あるいは、焼なまし処理は、一定温度で動作する焼なまし炉（または、他の制御された温度環境）に管を配置し、その後、（例えば、焼なまし炉から管を除去することによって）管を冷却する前に、管を所定の炉時間炉内に維持することによって実行することができる。例えば、管は、焼なまし温度範囲内の規定温度において動作する焼なまし炉内に配置し、その後、少なくとも５分、少なくとも１０分、少なくとも１５分、少なくとも２０分、少なくとも２５分、または少なくとも３０分（炉時間）、炉内に維持することができる。管は、例えば、６０分、４５分、３０分または１５分を超えない所定期間（場合に応じて、その温度における一定時間または炉時間）、一定温度にまたは動作炉内に維持することができる。
【００８１】
任意の焼なまし工程を含む実施形態において、焼なましされた管は、規定のその温度における一定時間または炉時間後、焼なまし温度から焼入れすることができる。例えば、管は、３０分を超えない、２５分を超えない、２０分を超えないまたは１５分を超えない時間（場合に応じて、その温度における一定時間または炉時間）後、焼なまし温度から焼入れすることができる。焼入れは、冷却中の有害相の沈殿を抑制する冷却速度において実行することができる。そのような冷却速度は、例えば、水焼入れ工程を使用して達成することができる。
【００８２】
本明細書に記載されるプロセスを使用して、限定されないが、例えば、マルテンサイトステンレス鋼、マルテンサイト／フェライトステンレス鋼、オーステナイトステンレス鋼、二相（オーステナイト／フェライト）ステンレス鋼、スーパー二相（オーステナイト／フェライト）ステンレス鋼、ハイパー二相（オーステナイト／フェライト）ステンレス鋼、オーステナイトニッケル基合金、オーステナイトニッケル基超合金、及びチタン基合金を含むＣＲＡを含む合金プレートからシームレス合金管を形成することができる。
【００８３】
例えば、二相、スーパー二相またはハイパー二相ステンレス鋼を備えたステンレス鋼プレートを使用して、本明細書に記載されるプロセスに従うステンレス鋼管を生成することができる。二相ステンレス鋼は、オーステナイトとフェライトとが混合された微細構造を有する。二相と、スーパー二相と、ハイパー二相との間の識別は、通常、孔食指数（ＰＲＥＮ＝％Ｃｒ＋３．３＊（％Ｍｏ＋０．５＊％Ｗ）＋１６＊％Ｎ）に基づいて為すことができる。ここで、二相ステンレス鋼は、少なくとも３５のＰＲＥＮを有し、スーパー二相ステンレス鋼は、少なくとも４０のＰＲＥＮを有し、そしてハイパー二相ステンレス鋼は、少なくとも４５のＰＲＥＮを有する。本明細書に記載されるプロセスに従う管の生成に適切な二相、スーパー二相及びハイパー二相ステンレス鋼の実施例は、限定されないが、表２〜表４それぞれに列挙されるステンレス鋼（全合金質量に基づく質量割合において規定された組成）を含む。
【表２】
2017532201.tif 000004
【表３】
2017532201.tif 000005
【表４】
2017532201.tif 000006
上の表２〜表４に列挙されるステンレス鋼は、構成元素を含む、本質的に構成元素からなる、または構成元素及び付随的な不純物からなることができる。
【００８４】
例えば、本明細書に記載されるプロセスは、（質量パーセントにおいて）以下を含むスーパー二相ステンレス鋼を含むステンレス鋼管を生成することができる。
２４．０〜２６．０％のクロム、
６．０〜８．０％のニッケル、
３．０〜５．０％のモリブデン、
０．２０〜０．３２％の窒素、
最大０．０４％の炭素、
任意で、０．５〜１．０％の銅、
任意で、０．５〜１．０％のタングステン、ならびに
鉄及び付随的な不純物。
【００８５】
さまざまな実施形態において、本明細書に記載されるプロセスは、４０％〜６０％の範囲の体積分率のフェライトを有する二相ステンレス鋼管を生成することができる。さまざまな実施形態において、本明細書に記載されるプロセスは、３５％〜５５％の範囲の体積分率のフェライトを有するスーパー二相ステンレス鋼管を生成することができる。
【００８６】
本明細書に記載されるプロセスに従う管の生成に適切であり得るＣＲＡの他の実施例は、限定されないが、合金２２０５（ＵＮＳ  Ｓ３１８０３）二相ステンレス鋼、合金２５０７スーパー二相ステンレス鋼（ＵＮＳ  Ｓ３２７５０、Ｓ３２７６０、Ｓ３９２７４）、合金０２８（ＵＮＳ  Ｎ０８０２８）Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅオーステナイトステンレス鋼、合金８２５（ＵＮＳ  Ｎ０８８２５）Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ合金、合金Ｇ−３（ＵＮＳ  Ｎ０６９８５）Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、合金０５０（ＵＮＳ  Ｎ０６９５０）ニッケル基合金、合金Ｃ−２７６（ＵＮＳ  Ｎ１０２７６）ニッケル基合金、合金６００（ＵＮＳ  Ｎ０６６００）ニッケル基合金、合金６１７（ＵＮＳ  Ｎ０６６１７）ニッケル基合金、合金６２５（ＵＮＳ  Ｎ０６６２５）ニッケル基合金、合金６９０（ＵＮＳ  Ｎ０６６９０）ニッケル基合金、合金７１８（ＵＮＳ  Ｎ０７７１８）ニッケル基合金、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金（ＵＮＳ  Ｒ５８１５３）、Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ−０．２５Ｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５４２５０）、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６３２０）、Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ合金（ＵＮＳ  Ｒ５８６４０）、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｍｏ−２Ｆｅ合金（ＳＰ−７００；ＵＮＳ：Ｎｏｎｅ）、及び商業的に純粋のチタン（ＵＮＳ  Ｒ５０２５０、Ｒ５０４００、Ｒ５０５５０、Ｒ５０７００；ＡＳＴＭグレード１〜４）を含む。
【００８７】
本明細書に記載されるプロセスに従う管の生成に適切な（全合金質量に基づく質量割合（％）において規定された組成であり、構成元素を含む、本質的に構成元素からなる、または構成元素及び付随的な不純物からなることができる）特定のニッケル基合金及びチタン基合金の化学組成を、以下の表５及び表６に列挙する。
【表５】
2017532201.tif 000007
【表６】
2017532201.tif 000008
【００８８】
本明細書に記載されるプロセスは、ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡ、２０１０年２月の第一版に準拠する管を生成することができる。本明細書に記載されるプロセスは、生成された管の化学組成、寸法、機械的特性及び微細構造についての正確な制御をもたらす。ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡは、ＯＣＴＧについての特性の中でもとりわけ、これらの特性についての要件を規定する。従って、本明細書に記載されるプロセスは、標準準拠のＯＣＴＧの生成に有用である。
【００８９】
ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡは、ＯＣＴＧについての標準全長範囲、すなわち、範囲１（１６．０〜２５．０フィート、４．８８〜７．６２メートル）、範囲２（２５．０〜３４．０フィート、７．６２〜１０．３６メートル）、及び範囲３（３４．０〜４８．０フィート、１０．３６〜１４．６３メートル）を規定する。ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡは、１．０５０〜１３．３７５インチ（２６．６７〜３３９．７２ｍｍ）標準外径（ＯＤ）、及び０．１１３〜０．７９７インチ（２．８７〜２０．２４ｍｍ）壁厚（ＷＴ）の範囲の、ＯＣＴＧについてのＯＤ及びＷＴも規定する。従来の管生成プロセスは、これらの寸法範囲の上端内に収まり、かつＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡによって設定された機械的特性要件（例えば、最小歩留まり及び抗張力、最小伸長及び最大硬度レベル）も満たす商業規模における管を経済的に生成することはできない。本明細書に記載されるプロセスは、ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡによって設定された機械的特性要件を満たすことができる、より長い（例えば、範囲３）及びより大きい外径（例えば、７インチ／１７７．８ｍｍ超）、ならびにより大きい壁厚（例えば、０．５インチ／１２．７ｍｍ超）のシームレスＣＲＡ管の冷間加工（冷間硬化）条件における効率的生成を可能にする。
【００９０】
本明細書に記載されるプロセスのさまざまな実施形態をＯＣＴＧに関連して記載したが、生成プロセス及び生成された管が石油及びガス用途に限定されないことを理解すべきである。例えば、本明細書に記載されるプロセスによって生成された管は、高強度及び靱性ならびに腐食／浸食耐性が重要である任意の用途、例えば、化学処理、石油化学処理、発電、採掘、廃棄物処理及び航空宇宙／航空機用途などに適切であり得る。
【実施例】
【００９１】
実施例１
合金６２５（ＵＮＳ  Ｎ０６６２５；２０．０％〜２３．０％のクロム，８．０％〜１０．０％のモリブデン、３．１５％〜４．１５％のニオブ及び／またはタンタル、最大５．０％の鉄、最大１．０％のコバルト、最大０．５０％のマンガン、最大０．５％のシリコン、最大０．４％のチタン、最大０．４％のアルミニウム、最大０．１０％の炭素、残部ニッケル及び付随的な不純物（質量割合））のプレートを機械加工してプレートの平坦性を改善した。機械加工されたプレートは、およそ８インチ（２０３．２ｍｍ）幅及び０．７５０インチ（１９．０５ｍｍ）厚の寸法を有した。プレートを、変形されたプレートの２つの隣接した端部の間に位置する縦方向シーム領域を有する円筒中空プリフォームにロール曲げした。ロール曲げしたプレートを窒素ガス雰囲気内でレーザー溶接して隣接した端部を結合した。レーザー溶接した縦方向シーム領域から溶接切り口を除去した。
【００９２】
（溶接された）クローズドシームプリフォームを、周囲温度においてリバースフロー形成しておよそ５０％面積縮小とした。このプロセスは、８．６２５インチ（２１９．８ｍｍ）の外径及び０．３７５インチ（９．５３ｍｍ）の壁厚を有する合金６２５管を生成した。図１４中Ａは、フロー形成された合金６２５管（右側）、ならびに管内にフロー形成されたプリフォームに類似する、圧延及び溶接された合金６２５プリフォーム（左側）を示す。図１４中Ａに示すように、レーザー溶接シームを、プリフォームにおいては明確に視認できたが、フロー形成された管においては視認できなかった。図１４中Ｂは、フロー形成装置において駆動リングに係合した、フロー形成された管の駆動端における残存するレーザー溶接シームを示す。
【００９３】
実施例２
Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金（ＵＮＳ  Ｒ５８１５３；１４．０％〜１６．０％のバナジウム、２．５％〜３．５％のクロム、２．５％〜３．５％のスズ、２．５％〜３．５％のアルミニウム、残部チタン及び付随的な不純物（質量割合））のプレートを、変形されたプレートの２つの隣接した端部の間に位置する縦方向シーム領域を有する円筒中空プリフォームにロール曲げした。プレートは、およそ２２〜２３インチ（５５９〜５８４ｍｍ）全長、１７インチ（４３２ｍｍ）幅、及び０．０５０インチ（１．２７ｍｍ）厚の寸法を有した。ロール曲げしたプレートを窒素ガス雰囲気内でレーザー溶接して隣接した端部を結合した。レーザー溶接した縦方向シーム領域から溶接切り口を除去した。（溶接された）クローズドシームプリフォームは、およそ５．４１８インチ（１３８ｍｍ）の内径、およそ０．０５０インチ（１．２７ｍｍ）の壁厚、及びおよそ２２〜２３インチ（５５９〜５８４ｍｍ）の全長を有した。（溶接された）クローズドシームプリフォームを図１５に示す。
【００９４】
（溶接された）クローズドシームプリフォームを２つのセクションにおよそ半分に切断して、各セクションを周囲温度においてリバースフロー形成した。フロー形成された試料を冷間加工して、およそ５１％、５３％、５７％、６１％及び６７％の面積縮小とし、およそ０．０１７インチ（０．４３ｍｍ）、０．０２０インチ（０．５１ｍｍ）、０．０２２インチ（０．５６ｍｍ）、０．０２４インチ（０．６１ｍｍ）、及び０．０２５インチ（０．６４ｍｍ）の壁厚を有するＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金管を生成した。
【００９５】
図１６は、部分的にフロー形成された状態における（図１２の概略図と比較）Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金試料のうちの一つを示す。部分的にフロー形成された試料は、（溶接された）クローズドシームプリフォームセクション、フロー形成されたシームレス管セクション、及びプリフォームセクションと管セクションとの間の遷移領域を含む。溶接されたシームは、プリフォームセクションにおいては視認できるが、遷移領域においては見えず、シームレス管セクションには存在しない。
【００９６】
実施例３
スーパー二相ステンレス鋼（ＵＮＳ  Ｓ３２７６０；２４．０％〜２６．０％のクロム、６．０％〜８．０％のニッケル、３．０％〜４．０％のモリブデン、０．２０％〜０．３０％の窒素、最大１．０％のマンガン、最大０．０４％の炭素、０．５％〜１．０％の銅、０．５％〜１．０％のタングステン、ならびに残部鉄及び付随的な不純物（質量パーセント））のプレートを、変形されたプレートの２つの隣接した端部の間に位置する縦方向シーム領域を有する円筒中空プリフォームにロール曲げした。プレートは、およそ１．２０インチ（３０．５ｍｍ）厚であった。ロール曲げしたプレートを窒素ガス雰囲気内でレーザー溶接して隣接した端部を結合した。レーザー溶接した縦方向シーム領域から溶接切り口を除去した。（溶接された）クローズドシームプリフォームは、およそ１．２０インチ（３０．５ｍｍ）の壁厚を有した。（溶接された）クローズドシームプリフォームを図１７に示す。
【００９７】
（溶接された）クローズドシームプリフォームを、周囲温度においてリバースフロー形成した。フロー形成された試料を冷間加工して、およそ７５％の面積縮小とし、およそ０．３０インチ（７．６ｍｍ）の壁厚を有するスーパー二相ステンレス鋼管を生成した。
【００９８】
実施例４
全長１８．０フィート（５．５メートル）、幅９．１２５インチ（２３１．８ｍｍ）、及び厚さ１．２インチ（３０．５ｍｍ）の寸法を有するＣＲＡのプレートを提供する。プレートが少なくとも±０．０２０インチ（±０．５０８ｍｍ）の平坦性を示すことを保証するように、プレートの主要な上面及び底面を研磨または機械加工する。それらが平行であり、必要であれば、適切な溶接開先を提供することを保証するように、対向する縦方向端部（１８．０フィート／５．５メートル）を機械加工する。
【００９９】
プレートを、変形されたプレートの２つの隣接した縦方向端部の間に位置する縦方向シーム領域を有するオープンシーム中空円筒プリフォームにロール曲げする。オープンシーム中空円筒プリフォームを溶接して隣接した端部を結合し、シームを閉鎖する。溶接された中空円筒プリフォームは、全長１８．０フィート（５．５メートル）、内径９．２５インチ（２３５．０ｍｍ）、及び外径１０．３７５インチ（２６３．５ｍｍ）の寸法を有する。
【０１００】
溶接された中空円筒プリフォームを室温においてリバースフロー形成して、外径を９．８７５インチ（２５０．８ｍｍ）に減少し、全長を３６フィート（１１．０メートル）に増大する（約５０％の面積縮小）。結果生じたＣＲＡ管は、全長３６フィート（１１．０メートル）、外径９．８７５インチ（２５０．８ｍｍ）、及び壁厚０．６２５インチ（１５．９ｍｍ）の寸法を有する。
【０１０１】
ＣＲＡ管は、少なくとも１１０ｋｓｉ（７５８ＭＰａ）及び１６０ｋｓｉ（１１０３ＭＰａ）を超えない降伏強度、少なくとも１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）の最大抗張力、少なくとも９％の伸長、ならびに３８を超えないＨＲＣ硬度数を有する。ＣＲＡ管は、ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡ、２０１０年２月の第一版に準拠する。
【０１０２】
実施例５
全長１８．０フィート（５．５メートル）、幅９．１２５インチ（２３１．８ｍｍ）、及び厚さ１．２インチ（３０．５ｍｍ）の寸法を有する合金２５０７スーパー二相ステンレス鋼（ＵＮＳ  Ｓ３２７５０；定格では、２５．０％のクロム、７．０％のニッケル、３．８％のモリブデン、０．２７％の窒素、残部鉄及び付随的な不純物）のプレートを提供する。プレートが少なくとも±０．０２０インチ（±０．５０８ｍｍ）の平坦性を示すことを保証するように、プレートの主要な上面及び底面を研磨または機械加工する。それらが平行であり、必要であれば、適切な溶接開先を提供することを保証するように、対向する縦方向端部（１８．０フィート／５．５メートル）を機械加工する。
【０１０３】
プレートを、変形されたプレートの２つの隣接した縦方向端部の間に位置する縦方向シーム領域を有するオープンシーム中空円筒プリフォームにロール曲げする。オープンシーム中空円筒プリフォームをレーザー溶接して隣接した端部を結合し、シームを閉鎖する。レーザー溶接は、溶接パス中に、ノズルから縦方向シーム領域の方に流れる窒素シールドガスによってもたらされる窒素ガス雰囲気中で実行する。レーザー溶接した縦方向シーム領域からの溶接切り口をバニシ仕上げまたはスカイビング仕上げする。プリフォームが縦方向に一直線であり、円周方向に丸いことを保証するように、（溶接された）クローズドシーム中空円筒プリフォームを、管拡張機において（内径に基づき）約１％径方向に拡張する。溶接及び拡張された中空円筒プリフォームは、全長１８．０フィート（５．５メートル）、内径９．２５インチ（２３５．０ｍｍ）、及び外径１０．３７５インチ（２６３．５ｍｍ）の寸法を有する。
【０１０４】
溶接及び拡張された中空円筒プリフォームを室温においてリバースフロー形成して、外径を９．８７５インチ（２５０．８ｍｍ）に減少し、全長を３６フィート（１１．０メートル）に増大する（約５０％の面積縮小）。結果生じた合金２５０７スーパー二相ステンレス鋼管は、全長３６フィート（１１．０メートル）、外径９．８７５インチ（２５０．８ｍｍ）、及び壁厚０．６２５インチ（１５．９ｍｍ）の寸法を有する。
【０１０５】
合金２５０７スーパー二相ステンレス鋼管は、少なくとも１１０ｋｓｉ（７５８ＭＰａ）及び１６０ｋｓｉ（１１０３ＭＰａ）を超えない降伏強度、少なくとも１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）の最大抗張力、少なくとも９％の伸長、ならびに３８を超えないＨＲＣ硬度数を有する。合金２５０７スーパー二相ステンレス鋼管は、ＡＮＳＩ／ＡＰＩ仕様５ＣＲＡ、２０１０年２月の第一版に準拠する。
【０１０６】
本発明のさまざまな特長及び特性を、開示したプロセス及び製品の全体的な理解を提供するように本明細書に記載する。本明細書に記載されるさまざまな特長及び特性を、そのような特長及び特性が本明細書において組み合わせとして明示的に記載されているか否かにかかわらず、任意の適切な方法で組み合わせることができることが理解される。出願人は、本明細書の範囲内に含まれる特徴及び特性のそのような組み合わせを明示的に意図する。したがって、特許請求の範囲は、任意の組み合わせで、本明細書中に明示的にまたは本質的に記載されている、さもなければ本明細書によって明示的にまたは本質的に支持されている任意の特長及び特性を記載するように修正できる。さらに、出願人は、先行技術に存在し得る特長及び特性を肯定的に否定するように、それらの特長及び特性が本明細書中に明白に記載されていない場合であっても、特許請求の範囲を修正する権利を留保する。それ故に、任意のそのような修正は、書面による説明及び十分な量の説明要件（例えば、欧州特許条約１２３（２）条）に従い、新規事項を明細書または特許請求の範囲に追加することではない。本明細書中に開示したプロセス及び製品は、本明細書に記載されるさまざまな特長及び特性を含む、それらからなる、または本質的にそれらからなることができる。
【０１０７】
また、本明細書中に述べた任意の数値範囲は、記載した範囲内に包含される（すなわち、規定の数字と同じ数を有する）同じ数値精度のすべてのサブ範囲を表す。例えば、「１．０〜１０．０」の記載した範囲は、例えば、「２．４〜７．６」などの、記載した最小値１．０と記載した最大値１０．０との間の（それらを含む）すべてのサブ範囲を、「２．４〜７．６」の範囲が明細書のテキスト中に明示的に記載されていない場合であっても、表す。従って、発明者は、本明細書中に明示的に述べた範囲内に包含される、同じ数値精度の任意のサブ範囲を明示的に記載するために、特許請求の範囲を含む本明細書を修正する権利を留保する。すべてのそのような範囲は、任意のそのようなサブ範囲を明白に記載するための修正が、書面による説明及び十分な量の説明要件（例えば、欧州特許条約１２３（２）条）に従い、新規事項を明細書または特許請求の範囲に追加しないように、本明細書に本質的に記載される。さらに、本明細書に記載される数値パラメータは、報告された有効数字の数の観点から、数の数値精度の観点から、及び一般的な数値の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。本明細書に記載される数値パラメータが、パラメータの数値を決定するのに使用される基礎的な測定技術の固有の変動特性を必然的に有することも理解される。
【０１０８】
本明細書中に特定された任意の特許、出版物または他の開示資料は、別様に示されていない限り、組み入れられた資料が、既存の説明、定義、記述または本明細書中に明白に説明される他の開示資料と矛盾しない範囲内で、その全体において参照により本明細書中に組み入れられる。したがって、本明細書中に説明されるような明示された開示は、必須の範囲内で、参照により組み入れられる任意の矛盾する資料に優先する。本明細書中に参照により組み入れられるが、既存の定義、記述、または本明細書中に説明される他の開示資料と矛盾する任意の資料、またはその一部分は、組み入れられた資料と既存の開示資料との間に矛盾が生じない限りにおいてのみ組み入れられる。発明者は、参照により組み入れられる任意の主題またはその一部分を明示的に記載するために、本明細書を修正する権利を留保する。
【０１０９】
本明細書中に使用されるような「ｏｎｅ」、「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」という文法的な冠詞は、別様に示されていない限り、「少なくとも１」または「１以上」を含むことを意図する。故に、冠詞は、本明細書中において、冠詞の文法的対象の１つまたは１つより多い（すなわち、「少なくとも１」）を指すように使用される。例として、「ａ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」は、１つ以上の構成要素を意味し、故に、場合によっては、１つより多い構成要素が企図され、それを記載されたプロセス、組成及び製品の実施において採用または使用できる。さらに、用法の文脈が別様に要求しない限り、単数名詞の使用は複数を含み、複数名詞の使用は単数を含む。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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