(57)【要約】  鋼部品を熱処理するための方法が提供される。鋼部品が熱処理炉内に配置される。鋼部品は次に、予め定められた窒化温度の窒化雰囲気に、予め定められた窒化時間間隔の間露出される。窒化雰囲気は予め定められた組成を有する。鋼部品が窒化雰囲気に露出される間、窒化雰囲気の組成は制御される。鋼部品は周囲温度まで徐冷され、次に熱処理炉から取り出される。熱処理された鋼部品は、熱処理前の鋼部品と比較して実質的に増加した耐食性および耐摩耗性を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼部品を熱処理するための方法であって、
前記鋼部品を熱処理炉内に配置するステップと、
前記鋼部品を、予め定められた窒化温度の窒化雰囲気に、予め定められた窒化時間間隔の間露出するステップとを含み、前記窒化雰囲気は予め定められた組成を有し、前記方法はさらに、
前記鋼部品を前記窒化雰囲気に露出する間、前記窒化雰囲気の前記組成を制御するステップと、
前記鋼部品を周囲温度まで徐冷するステップと、
熱処理された前記鋼部品を前記熱処理炉から取り出すステップとを含み、熱処理された前記鋼部品は、熱処理前の前記鋼部品と比較して実質的に増加した耐食性および耐摩耗性を有する、方法。
【請求項２】
前記鋼部品を、予め定められた酸化温度の酸化雰囲気に、予め定められた酸化時間間隔の間露出するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記鋼部品を前記酸化温度まで冷却するステップと、前記冷却するステップの間、前記鋼部品を非酸化雰囲気に露出するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記鋼部品は、２０℃／分以下の速度で周囲温度まで冷却される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記周囲温度まで冷却するステップの間、前記鋼部品を非反応性ガス雰囲気に露出するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記窒化雰囲気に炭素含有ガスを追加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記熱処理炉内の前記窒化雰囲気を分析し、それに基づいて分析データを提供するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
プロセッサを使用して、前記分析データと前記窒化雰囲気の前記予め定められた組成とに基づいて前記窒化雰囲気の組成成分の提供を決定し、それに基づいて提供制御信号を生成するステップと、
前記提供制御信号に基づいて、前記窒化雰囲気の前記組成成分を前記熱処理炉に提供するステップとを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記組成成分は、アンモニアベースの雰囲気を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記組成成分は、アンモニアベースの雰囲気と、炭素含有ガスとを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記鋼部品を配置するステップは、長尺鋼管を配置するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記鋼部品を配置するステップは、掘削管および熱交換器管のうちの一方を配置するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
内面と外面とを有する長尺鋼管であって、前記内面および前記外面は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱処理するための方法によって生成された熱処理表面層を有する、長尺鋼管。
【請求項１４】
前記鋼管は、
外径に対する内径の比が０．５５よりも大きく、
２５４ｍｍまでの外径を有する管については、長さに対する外径の比が０．０５未満であり、
２５４ｍｍよりも大きい外径を有する管については、長さに対する外径の比が０．１未満である、請求項１３に記載の鋼管。
【請求項１５】
前記鋼管の反りは、長さ１メートル当たり１．１ｍｍ未満である、請求項１４に記載の鋼管。
【請求項１６】
前記鋼管は、掘削管および熱交換器管のうちの一方である、請求項１３に記載の鋼管。
【請求項１７】
前記鋼管は、炭素鋼および低合金鋼のうちの一方で作られている、請求項１３に記載の鋼管。
【請求項１８】
内面と外面とを有する長尺鋼管であって、前記内面および前記外面は、実質的な耐食性および耐摩耗性を提供する熱処理表面層を有し、前記鋼管の反りは、長さ１メートル当たり１．１ｍｍ未満である、長尺鋼管。
【請求項１９】
前記鋼管は、
外径に対する内径の比が０．５５よりも大きく、
２５４ｍｍまでの外径を有する管については、長さに対する外径の比が０．０５未満であり、
２５４ｍｍよりも大きい外径を有する管については、長さに対する外径の比が０．１未満である、請求項１８に記載の鋼管。
【請求項２０】
前記鋼管は、掘削管および熱交換器管のうちの一方である、請求項１８に記載の鋼管。
【請求項２１】
前記鋼管は、炭素鋼および低合金鋼のうちの一方で作られている、請求項２０に記載の鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は熱処理プロセスに関し、より特定的には、長尺鋼管の耐食性および耐摩耗性を実質的に増加させるための、長尺鋼管の制御された熱処理のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
地熱交換器において、ならびに、たとえば石油およびガス探鉱での掘削のために使用される鋼管は、それらの寿命を実質的に減少させる、たとえば摩滅および空洞現象から生じるかなりの摩耗と、たとえば塩水、二酸化炭素および硫化水素への露出に起因するかなりの腐食とを被りやすい。
【０００３】
従来技術を使用して、掘削および地熱交換器用の鋼管の寿命は、材料の変更、保護コーティングの塗布、または電気化学めっき法によって延びている。
【０００４】
鋼管の寿命は、炭素鋼ではなく、特別に設計された高合金鋼、たとえばステンレス鋼を採用することによって延びている。あいにく、このアプローチは、かなりの材料費、たとえば炭素鋼に対するステンレス鋼のコストと、異なる形成および溶接手順を必要とする実質的に異なる材料特性に起因する、試験および承認を含む生産における変更とを伴う。
【０００５】
これに代えて、たとえばダイヤモンド状炭素（Diamond Like Carbon：ＤＬＣ）コーティングまたはポリマーコーティングといった保護コーティングが、炭素鋼管に塗布される。米国特許出願第２００８／０１３５２９６号は、掘削管の寿命を延ばすためのポリ尿素ベースのコーティングの使用を教示する。あいにく、保護コーティングの塗布は、たとえばプラズマプロセスで管の内面および外面にコーティングを塗布するためのプロセスおよび機器のかなりのコストを伴う。さらに、大抵の保護コーティングは耐摩耗性をまったくまたはわずかしか増加させず、起こり得るコーティング剥離のリスクをもたらす。
【０００６】
別の従来技術は、電気化学めっき法である。たとえば、硬質クロムコーティングは、良好な耐食性および耐摩耗性を提供する。しかしながら、管の内面のコーティングは、時間および費用がかかる。
【０００７】
なお、コーティングの塗布は、典型的には製造公差を上回る程度まで管の寸法を変更し、このため設計変更を必要とする。
【０００８】
窒化プロセスまたは浸炭窒化プロセスといった先行技術の熱処理プロセスは、鋼の耐摩耗性を実質的に増加させつつ、耐食性もある程度増加させる。典型的には、熱処理プロセスは、熱処理された部品の設計および生産における変更を必要とせず、コスト効率の良いやり方で実現される。あいにく、たとえば米国特許第４，５６３，２２３号に開示された浸炭窒化プロセスといった先行技術の熱処理プロセスは、かなりの熱応力を生じさせる、熱処理された部品の典型的には５００℃を上回る処理温度から室温への急冷を伴う焼入れステップを要する。掘削および地熱交換器に使用される鋼管に適用される場合、焼入れステップによって生じる熱応力は、製造公差を上回る管のかなりの歪み、たとえば反りをもたらす。さらに、管の内部の焼入れ流体の量は少なく、形状歪みのリスクを増加させる、内面および外面からの不均一な熱除去をもたらす。
【０００９】
なお、長尺鋼管への液体焼入れの塗布も、実質的な安全上の問題をもたらす。なぜなら、長管の内部の比較的少ない量の焼入れ液体が急に蒸発して、管からの爆発性蒸気の放出を生じさせるかもしれないためである。
【００１０】
耐摩耗性および耐食性を実質的に増加させる、鋼部品を熱処理するための方法を提供することが、望ましい。
【００１１】
また、熱応力への鋼部品の露出を実質的に減少させつつ、耐摩耗性および耐食性を実質的に増加させる、鋼部品を熱処理するための方法を提供することが、望ましい。
【００１２】
また、耐摩耗性および耐食性を実質的に増加させるとともに、掘削および地熱交換器に使用される鋼管を熱処理するために適用可能である、鋼部品を熱処理するための方法を提供することが、望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
発明の概要
したがって、本発明の一目的は、耐摩耗性および耐食性を実質的に増加させる、鋼部品を熱処理するための方法を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、熱応力への鋼部品の露出を実質的に減少させつつ、耐摩耗性および耐食性を実質的に増加させる、鋼部品を熱処理するための方法を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、耐摩耗性および耐食性を実質的に増加させるとともに、掘削および地熱交換器に使用される鋼管を熱処理するために適用可能である、鋼部品を熱処理するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一局面によれば、鋼部品を熱処理するための方法が提供される。鋼部品が熱処理炉内に配置される。鋼部品は次に、予め定められた窒化温度の窒化雰囲気に、予め定められた窒化時間間隔の間露出される。窒化雰囲気は予め定められた組成を有する。鋼部品が窒化雰囲気に露出される間、窒化雰囲気の組成は制御される。鋼部品は周囲温度まで徐冷され、次に熱処理炉から取り出される。熱処理された鋼部品は、熱処理前の鋼部品と比較して実質的に増加した耐食性および耐摩耗性を有する。
【００１７】
本発明の局面によれば、鋼部品を熱処理するための方法が提供される。鋼部品が熱処理炉内に配置される。鋼部品は次に、予め定められた窒化温度の窒化雰囲気に、予め定められた窒化時間間隔の間露出される。窒化雰囲気は予め定められた組成を有する。鋼部品が窒化雰囲気に露出される間、窒化雰囲気の組成は制御される。窒化雰囲気を制御するために、窒化雰囲気は分析され、それに基づいて分析データが提供される。プロセッサを使用して、分析データと窒化雰囲気の予め定められた組成とに基づいて窒化雰囲気の組成成分の提供が決定され、それに基づいて提供制御信号が生成される。提供制御信号に基づいて、窒化雰囲気の組成成分が熱処理炉に提供される。鋼部品は周囲温度まで徐冷され、次に熱処理炉から取り出される。熱処理された鋼部品は、熱処理前の鋼部品と比較して実質的に増加した耐食性および耐摩耗性を有する。
【００１８】
本発明の別の局面によれば、内面と外面とを有する長尺鋼管であって、内面および外面は、熱処理するための方法によって生成された熱処理表面層を有する、長尺鋼管が提供される。熱処理するための方法では、鋼管が熱処理炉内に配置される。鋼管は次に、予め定められた窒化温度の窒化雰囲気に、予め定められた窒化時間間隔の間露出される。窒化雰囲気は予め定められた組成を有する。鋼管が窒化雰囲気に露出される間、窒化雰囲気の組成は制御される。鋼管は周囲温度まで徐冷され、次に熱処理炉から取り出される。熱処理された鋼管は、熱処理前の鋼管と比較して実質的に増加した耐食性および耐摩耗性を有する。
【００１９】
本発明の別の局面によれば、内面と外面とを有する長尺鋼管であって、内面および外面は、実質的な耐食性および耐摩耗性を提供する熱処理表面層を有し、鋼管の反りは、長さ１メートル当たり１．１ｍｍ未満である、長尺鋼管が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の利点は、それが、耐摩耗性および耐食性を実質的に増加させる、鋼部品を熱処理するための方法を提供することである。
【００２１】
本発明のさらなる利点は、それが、熱応力への鋼部品の露出を実質的に減少させつつ、耐摩耗性および耐食性を実質的に増加させる、鋼部品を熱処理するための方法を提供することである。
【００２２】
本発明のさらなる利点は、それが、耐摩耗性および耐食性を実質的に増加させるとともに、掘削および地熱交換器に使用される鋼管を熱処理するために適用可能である、鋼部品を熱処理するための方法を提供することである。
【００２３】
図面の簡単な説明
本発明の好ましい一実施形態を、添付図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１ａ−１】この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法を示す簡略フローチャートである。
【図１ａ−２】この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法を示す簡略フローチャートである。
【図１ｂ】この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法の制御プロセスを示す簡略フローチャートである。
【図１ｃ】この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法の制御プロセスを示す簡略フローチャートである。
【図２】この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法を実現するために適合された熱処理炉システムを示す簡略ブロック図である。
【図３ａ】この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法を使用する、熱処理用の長尺鋼管の断面図を示す簡略ブロック図である。
【図３ｂ】この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法を使用する、熱処理用の長尺鋼管の側面図を示す簡略ブロック図である。
【図４ａ】この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法を使用して長尺鋼管を熱処理するために適合された熱処理炉の断面図を示す簡略ブロック図である。
【図４ｂ】図４ａに示す熱処理炉の内部で鋼管を保持するためのラックの上面図を示す簡略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
好ましい実施形態の説明
特に定義されない限り、ここに使用されるすべての技術用語および科学用語は、この発明が属する技術の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。ここに説明されるものと同様または均等であるあらゆる方法および材料が、本発明の実践または試験において使用可能であるが、好ましい方法および材料についてこれから説明する。
【００２６】
以下の好ましい実施形態の説明は、掘削および地熱交換器に使用される炭素鋼管の熱処理に関連しているが、この発明の実施形態はそれに限定されず、さまざまな他の鋼部品、ならびに、合金鋼およびステンレス鋼といった他のタイプの鋼を熱処理するために適合可能である、ということが当業者には明らかとなるであろう。
【００２７】
図１ａ〜１ｃを参照して、この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法が提供される。１０で、鋼部品が熱処理炉内に配置される。たとえば、熱処理炉は、以下により詳細に説明されるように、掘削管または熱交換器管といった１つ以上の長尺鋼管を処理するために適合されている。鋼部品を熱処理炉内に配置してそれを封止した後に、熱処理炉の内部の雰囲気が、爆発の危険がない雰囲気、たとえば、典型的には５炉容積の窒素を使用する安全パージ段階の窒素雰囲気（Ｎ２）に変更される（１２）。熱処理炉の内部は次に、予め定められた窒化温度まで加熱される。加熱段階中、熱処理炉内の雰囲気は、予め定められた組成を有する窒化雰囲気に変更される（１４）。窒化温度は、３８０℃〜７２０℃、好ましくは５５０℃〜５９０℃の範囲内にあるように定められる。窒化雰囲気は、アンモニア（ＮＨ３）と解離アンモニア（ｄＮＨ３）との混合物であり、ｄＮＨ３は、Ｈ２が７５体積％、Ｎ２が２５体積％である。
【００２８】
好ましくは、窒化雰囲気の混合物は、それが、以下の式（１）に従った、ＫＮ＝ＰＮＨ３／（ＰＨ２）３／２，（atm−０．５）というＫＮ数に変換された、成分ガスの分圧間の関係を満たすように定められる：
【００２９】
【数１】
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【００３０】
式中、Ｔは、窒化温度／プロセス温度（℃）である。
鋼部品は次に、予め定められた窒化温度の窒化雰囲気に、予め定められた窒化時間間隔の間露出され、鋼部品が窒化雰囲気に露出される間、窒化雰囲気の組成は制御される（１６）。雰囲気を制御するための好ましい一方法を、図１ｂに示す。従来技術の温度センサを１つ以上使用して、熱処理炉の内部のプロセス温度が感知され、それに基づいてプロセス温度データが、温度センサに接続されたプロセッサに提供される（１６Ａ）。さらに、熱処理炉内の窒化雰囲気は、たとえば、図２に示され以下に説明されるような炉の排気口でサンプリングされる。サンプリングされた窒化雰囲気は次に、従来技術のガス分析器を使用して分析され、それに基づいて分析データが、ガス分析器に接続されたプロセッサに提供される（１６Ｂ）。入力データ、すなわち、プロセス温度Ｔを示すプロセス温度データと、分圧ＰＨ２、ＰＮＨ３およびＰＮ２を示す分析データとの受信（１６Ｃ）後、プロセッサは、窒化雰囲気の組成成分の提供を決定し（１６Ｄ）、それに基づいて提供制御信号を生成する。提供制御信号は、たとえば電磁弁といった標準ガス流制御弁で受信され、提供制御信号に基づいて、窒化雰囲気の組成成分は熱処理炉に提供される（１６Ｅ）。
【００３１】
好ましくは、窒化雰囲気の組成成分の提供は、図１ｃに示す制御手順に従って決定される。入力データを受信すると、プロセッサは、それに基づいてＫＮ数を計算する。Ｌｏｇ１０（ＫＮ）が式（１）に従って求められた設定点と等しい場合、ＮＨ３およびｄＮＨ３についての電流の流れの設定は保たれる。Ｌｏｇ１０（ＫＮ）が設定点よりも小さい場合、ＮＨ３の流れは増加され、ｄＮＨ３の流れは減少される。Ｌｏｇ１０（ＫＮ）が設定点よりも大きい場合、ＮＨ３の流れは減少され、ｄＮＨ３の流れは増加される。
【００３２】
たとえば、プロセス温度感知および窒化雰囲気サンプリングは予め定められた時間間隔で行なわれ、それらを示すデータが、標準ＰＩＤ制御ループまたは標準ファジータイプ制御ループを使用して、上述の窒化雰囲気の組成成分の提供の決定を行なうためにプロセッサに提供される。
【００３３】
好ましくは、この制御プロセスは、加熱段階、窒化段階、および第１の冷却段階中に採用される。窒化段階中、プロセス温度は、予め定められた窒化温度範囲内に維持される。窒化時間間隔は、プロセス温度、材料、および窒化層の所望の厚さに依存する従来の態様で定められる。たとえば、低炭素鋼については、窒化時間間隔は、５５０℃でおよそ１０時間である。
【００３４】
浸炭窒化プロセスを行なうために、オプションで、ＣＯ、ＣＯ２またはガス状炭化水素といった炭素含有ガスの流れが雰囲気に追加される。上述の制御プロセスは、分圧の計算において炭素含有ガスの存在を考慮に入れることによって容易に適合される。たとえば、典型的な浸炭窒化プロセスでは、ＣＯ２は、およそ５〜１５体積％の範囲で追加される。
【００３５】
予め定められた窒化時間間隔の経過後に、鋼部品は、予め定められた酸化温度まで冷却される（１８）。冷却中、鋼部品は非酸化雰囲気に露出される。予め定められた酸化温度に達した後に、非酸化雰囲気はそれぞれの安全爆発性範囲で酸化雰囲気に変更され、鋼部品は、窒化層または浸炭窒化層を酸化させてさらに耐食性を増加させるために、予め定められた酸化時間間隔の間、酸化雰囲気に露出される（２０）。たとえば、酸化段階中、鋼部品は、たとえば、酸化温度が５００℃の、ＣＯ２が１００％の酸化雰囲気に、およそ３０分の酸化時間間隔の間露出される。オプションで、ＣＯ２の代わりに、たとえば窒素と空気との混合物といった別の酸素含有気体混合物が使用される。
【００３６】
予め定められた酸化時間間隔の経過後に、熱処理炉内の雰囲気は、たとえば窒素雰囲気などの非反応性ガス雰囲気に変更され（２２）、鋼部品は、非反応性ガス雰囲気に露出されつつ、周囲温度または室温まで徐冷される（２４）。好ましくは、鋼部品は、２０℃／分以下の速度で周囲温度まで冷却される。
【００３７】
なお、酸化プロセスは、窒化（浸炭窒化）温度と同じくらい高温で行なわれてステップ１８を不要にし、別の段階としておよそ３５０℃まで下げてもよく、または、冷却段階中に酸化雰囲気を連続的に交換することによって行なわれてステップ１８および２２を不要にしてもよい。
【００３８】
オプションで、酸化プロセスは省略され、このため、ステップ１８および２０を不要にする。
【００３９】
周囲温度まで冷却された後に、熱処理された鋼部品は熱処理炉から取り出される（２６）。熱処理された鋼部品は、熱処理前の鋼部品と比較して実質的に増加した耐食性および耐摩耗性を有する。
【００４０】
この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法は、すべてのタイプの炭素鋼、および合金元素の合計が＜５質量％である低合金鋼を熱処理するために適用可能である。高合金鋼およびステンレス鋼は、窒化段階前に、たとえばＨＣｌ酸活性化といった既存の技術を使用する追加の活性化を必要とする場合がある。
【００４１】
熱処理パラメータは、先行技術のガス窒化／浸炭窒化プロセスの知識に基づく、鋼部品の鋼材のタイプ、所望の表面仕上げ、ならびに鋼部品の所望の耐食性および耐摩耗性に基づいて定められる。
【００４２】
式（１）で定義されるようなＫＮ数に基づく、窒化／浸炭窒化雰囲気の組成の決定、および窒化／浸炭窒化プロセス中のその制御は、加熱段階および拡散段階中の白色層形成および成長にとって最適の条件を提供し、鋼部品の焼入れすなわち急冷を不要にして熱応力への鋼部品の露出を実質的に減少させつつ、鋼部品の耐食性および耐摩耗性の実質的増加をもたらす。
【００４３】
予備実験では、この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための上述の方法は、地熱交換器で最もよく使用されるスケジュール８０黒色鋼管グレードＡ材料（ＡＳＴＭ  Ａ−５３に準拠）に適用されてきた。
【００４４】
未処理の材料、浸炭窒化された材料、および浸炭窒化され酸化された材料に適用された、加速電気腐食試験法、すなわち、温度が２９３ＫのＮａＣｌの１％（質量）水溶液における動電位ターフェル循環実験を使用して、材料の耐食性を試験した。表１は、浸炭窒化された材料、および浸炭窒化され酸化された材料の耐食性の実質的増加を示す。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
材料の耐摩耗性に対する浸炭窒化の効果を、原子間力顕微鏡を使用して調査した。処理されたサンプルを、標準金属組織学的手法を使用して切断し、研磨した。３ミクロンのダイヤモンドペーストを用いた最終研磨段階を１５分に延長して、研磨により除去された材料の摩耗を明らかにした。浸炭窒化層の断面のＡＦＭスキャンは、材料のコアおよび浸炭窒化ゾーンに対する材料除去を比較することを可能にする。サンプルのバルクにおけるフェライトレベルがＺ＝０とされる場合の異なるゾーンの残りの高さを概説する表２は、浸炭窒化された材料の耐摩耗性の実質的増加を示す。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
図２は、鋼部品を熱処理するための上述の方法を実現するための熱処理炉システムを示す。１つ以上の鋼部品が、熱処理炉１０２の内部に配置される。熱処理プロセス中に使用される雰囲気は、入口１１０を介して炉１０２に提供され、排気口１０８を介してそこから除去される。入口１１０は、それぞれのガス供給からさまざまな成分ガスを受けるための複数の導管、たとえば１１６．１〜１１６．４に接続される。成分ガスの提供は、導管１１６．１〜１１６．４の各々において介在されたそれぞれの弁１１８．１〜１１８．４によって制御される。
【００４９】
炉１０２の内部に配置された温度センサ１１２と、排気口１０８と流体連通するガス分析器１１４と、炉加熱機構１０６と、弁１１８．１〜１１８．４とに接続されたコンピュータ１２０によって、熱処理プロセスは制御される。コンピュータ１２０は、たとえばディスプレイ１２６およびキーボード１２８、またはタッチスクリーンといった、ユーザインターフェイス１２１を含む。コンピュータは、たとえばハードドライブまたはフラッシュメモリといった不揮発性メモリ１２４に好ましくは格納された実行可能なコマンドを実行するためのプロセッサ１２２、たとえば市販のコンピュータプロセッサを使用して動作される。プロセッサは、ユーザインターフェイス、メモリ、入力ポート１３０および出力ポート１３２に接続される。
【００５０】
好ましくは、炉１０２の内部の圧力は、炉１０２への空気の漏れを防止するために圧力が周囲空気圧よりも若干上に保たれた状態で、標準的なやり方で制御される。
【００５１】
なお、上述の方法を実現するために、従来技術の熱処理炉システムが容易に適合される。
【００５２】
掘削および地熱交換器に使用される鋼管は典型的には、図３ａに示すように、外径Ｄ２に対する内径Ｄ１の比が０．５５よりも大きく、２５４ｍｍまでの外径Ｄ２を有する管については、長さＬに対する外径Ｄ２の比が０．０５未満であり、２５４ｍｍよりも大きい外径Ｄ２を有する管については、長さＬに対する外径Ｄ２の比が０．１未満である、長尺管である。そのような鋼管は特に、図３ｂに示すように、鋼管の反りＣが長さ１メートル当たり１．１ｍｍ未満であることを必要とする直線性に関して、非常に限定的な製造公差を満たさなければならない。
【００５３】
この発明の好ましい一実施形態に従った鋼部品を熱処理するための方法は、鋼部品の焼入れすなわち急冷なしで、鋼部品の耐食性および耐摩耗性を実質的に増加させる。採用された徐冷プロセスは、それが上述のような長尺鋼管の熱処理を、必要とされる製造公差を満たしつつ耐食性および耐摩耗性を実質的に増加させるために可能にする程度まで、熱応力への鋼部品の露出を減少させる。
【００５４】
図４ａおよび図４ｂは、３ｍよりも大きい長さ、典型的には３ｍ〜１２ｍの長さを有する、掘削および熱交換器に使用される長尺管を熱処理するために適合された熱処理炉１０２を示す。炉１０２は、たとえば、レトルト１０２Ａと取り外し可能なカバー１０２Ｂとを有するピット型炉である。カバー１０２Ｂは、レトルト１０２Ａ内に鋼管１０４を装填する／レトルト１０２Ａから鋼管１０４を取り出すために取り外される。処理中、カバー１０２Ｂは、シール１０２Ｃを介して封止されるようにレトルト１０２Ａに取り付けられる。ラック１４２は、略垂直に配向された軸１０５に沿って鋼管１０４を保持する。たとえば、ラック１４２は、鋼管１０４を内部に収容するための穴１４２Ｅを有する保持プレート１４２Ｄと、鋼管１０４の底を支持するための底部プレート１４２Ｂと、底部プレート１４２Ｂおよび保持プレート１４２Ｄが取り付けられた垂直延在部１４２Ａとを含む。底部プレート１４２Ｂは、鋼管の内部を通る熱処理雰囲気の送出を可能にするための開口１４２Ｃを含む。さらに、ラック１４２は、垂直延在部１４２Ａの上部に取り付けられ、たとえばクレーンのフックを使用したその昇降を容易にするためのリング構造１４２Ｇと、底部プレート１４２Ｂの底側に取り付けられ、底部プレートをレトルト１０２Ａの底から予め定められた距離だけ上に配置するための支持要素１４２Ｆとを含む。
【００５５】
温度センサ１１２は典型的には、炉１０２のいくつかのゾーン、すなわち上部、中央、および底部に配置される。温度および組成に関する熱処理雰囲気の均一性は、再循環タービン１４０を使用するその強制的な再循環によって達成される。均一性は、特定の鋼管材料、形状寸法、および炉の設計に依存し、典型的には、設定点に対して±６℃および±２％以内にある。略垂直の軸１０３を中心に回転する再循環タービン１４０の羽根は、入口１１０によって提供された雰囲気を外部ゾーンに向けて機械的に加速し、背の高い炉１０２であっても雰囲気の非常に効率的な混合をもたらし、このため、熱処理プロセス全体の間、鋼管１０４の内部および外部を、温度および組成に関して実質的に均一の雰囲気に露出する。
【００５６】
これに代えて、鋼管が処理中に曲がることを防止するための適切な支持を有する場合、鋼管は水平の配向を有して処理されてもよい。
【００５７】
本発明を、好ましい実施形態に関してここに説明してきた。しかしながら、ここに説明したようなこの発明の範囲から逸脱することなく多くの変更および修正を行なうことができる、ということは、当業者にとって明らかであろう。
【図１ａ−１】
2017534760.tif 000006
【図１ａ−２】
2017534760.tif 000007
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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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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【国際調査報告】
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