鋼管は、流体や粉粒体の輸送、熱エネルギーの交換、機械部品や容器の製造に使用されるだけでなく、経済的な鋼材でもあります。鋼管を使用して建物の構造グリッド、柱、機械支持具を製造することで、軽量化、20～40%の金属の節約が可能になり、工場のような機械化施工が可能になります。鋼管を使用して道路橋を製造すると、鋼材を節約し、建設を簡素化できるだけでなく、保護コーティングの面積を大幅に削減し、投資とメンテナンスのコストを節約できます。大口径鋼管は中空断面を持ち、その長さは鋼の直径または円周よりもはるかに大きくなります。断面形状によって、円形、角形、長方形、異形鋼管に分けられます。材質によって、炭素構造用鋼管、低合金構造用鋼管、合金鋼管、複合鋼管に分けられます。用途によって、輸送パイプライン、エンジニアリング構造、熱機器用鋼管、石油化学工業、機械製造、地質掘削、高圧機器などに分けられます。製造工程により、シームレス鋼管と溶接鋼管に分けられ、そのうちシームレス鋼管は熱間圧延と冷間圧延（引抜）の2種類があり、溶接鋼管はストレートシーム溶接鋼管とスパイラルシーム溶接鋼管に分けられます。
1.大口径鋼管の熱処理工程とはどのようなものですか？
（1）熱処理過程において、大口径鋼管の幾何学的形状が変化する原因は、熱処理応力の影響である。熱処理応力は比較的複雑な問題であり、変形や割れなどの欠陥の原因となるだけでなく、ワークピースの疲労強度や寿命を向上させる重要な手段でもある。
（2）したがって、熱処理応力のメカニズムと変化の法則を理解し、内部応力を制御する方法を習得することが重要です。熱処理応力とは、熱処理因子（熱プロセスおよび構造変態プロセス）によってワーク内部に発生する応力を指します。
（3）ワークピースの体積全体または一部において自己均衡しているため、内部応力と呼ばれます。熱処理応力は、その作用の性質により引張応力と圧縮応力に分けられ、作用時間により瞬間応力と残留応力に分けられ、発生原因により熱応力と組織応力に分けられます。
（4）熱応力は、加熱または冷却プロセス中にワークピースの様々な部分で同期した温度変化が生じることによって発生します。例えば、固体ワークピースの場合、加熱時には表面が中心部よりも速く加熱され、冷却時には中心部が表面よりも遅く冷却されます。これは、熱の吸収と放散が表面を介して行われるためです。
（5）組成や組織状態が変化しない大口径鋼管の場合、温度変化によって線膨張係数がゼロでない限り、比容積は変化します。そのため、加熱または冷却過程において、ワークピースの表面と中心の間に隙間が生じ、互いに圧縮し合う内部応力が発生します。当然のことながら、ワークピース内に発生する温度差が大きいほど、熱応力も大きくなります。
2. 大口径鋼管を焼入れ後に冷却するにはどうすればいいですか？
（1）焼入れ工程では、ワークピースを高温に加熱し、より速い速度で冷却する必要があります。そのため、焼入れ中、特に焼入れ冷却工程では大きな熱応力が発生します。直径26mmの鋼球を700℃に加熱した後、水中で冷却すると、鋼球の表面と中心部の温度変化が分かります。
（2）冷却初期段階では、表面の冷却速度が中心部の冷却速度を大きく上回り、表面と中心部の温度差は拡大し続ける。冷却が進むと、表面の冷却速度は低下し、中心部の冷却速度は相対的に増加する。表面と中心部の冷却速度がほぼ等しくなると、両者の温度差は大きな値に達する。
（3）その後、中心部の冷却速度が表面の冷却速度よりも大きくなり、表面と中心部の温度差は徐々に減少し、中心部が完全に冷えると温度差は消滅します。急速冷却中に熱応力が発生する過程です。
（4）冷却初期段階では、表層が急速に冷却され、表層と中心部の間に温度差が生じ始めます。熱膨張・収縮の物理的特性により、表面の体積は確実に収縮する必要がありますが、中心部の温度は依然として高く、比容積が大きいため、表面が自由に内側に収縮することができず、表面が引き伸ばされ、中心部が圧縮される熱応力が発生します。
（5）冷却が進むにつれて、上記の温度差は増加し続け、発生する熱応力もそれに応じて増加する。温度差が大きな値に達すると、熱応力も大きくなる。この時の熱応力が、当該温度条件における鋼材の降伏強度よりも低い場合、塑性変形を生じず、微量の弾性変形のみを生じる。
（6）さらに冷却すると、表層の冷却速度は低下し、それに応じて中心部の冷却速度は加速し、温度差は減少する傾向を示し、熱応力も徐々に減少する。熱応力が減少するにつれて、上記の弾性変形もそれに応じて減少する。
投稿日時: 2024年1月12日