継目無鋼管の内部残留応力除去方法

圧延、溶接、冷間加工、熱処理などの工程において、継目無鋼管局所的な温度変動、微細構造の変形、または不均一な塑性変形により、内部残留応力が発生しやすくなります。残留応力を除去しないと、変形や亀裂が発生し、パイプの耐荷重能力や耐用年数が低下する可能性があります。-以下に、一般的に使用されるエンジニアリング手法に基づいて、有効性と実用性のバランスをとった 3 つの主要なストレス除去方法を紹介します。

 

 

1. 熱処理: 最も徹底した主流のソリューション

熱処理は、熱を利用して鋼管内の原子を再配列し、応力を緩和するもので、業界で最も広く使用されており、最も効果的な方法です。これには主に低温焼戻しと応力除去焼鈍が含まれます。-

低温焼戻しは、高炭素鋼や合金鋼などの焼き入れパイプに適しています。-鋼管を150-250度に加熱し、この温度で1〜3時間保持した後、ゆっくりと冷却します。このプロセス中に、マルテンサイト構造が部分的に分解し、格子歪みを緩和する微細な炭化物が析出し、硬度を大幅に低下させることなく残留応力を 60% ～ 80% 除去できます。例えば、45#継目無鋼管は焼き入れ後、200度で低温焼戻しを行うことで、25～30HRCの硬度を維持しながら残留応力を800MPaから200MPa未満に低減し、機械部品に適した鋼管となります。

 

歪取り焼鈍は、低{0}}炭素鋼、中-炭素鋼、溶接鋼管に適しています。パイプは 550 ～ 650 度 (相転移温度以下) に加熱され、2 ～ 4 時間保持され、その後炉内でゆっくりと冷却されます。このプロセスでは、原子拡散による塑性変形によって引き起こされる内部応力が除去され、機械的特性への影響を最小限に抑えながら残留応力の 70% ～ 90% が除去されます。たとえば、ASTM A106 Gr.B 鋼管を溶接した後、600 度の応力除去焼鈍により、溶接領域の残留応力が 500 MPa から 80 MPa に減少し、溶接割れを効果的に防止し、輸送パイプラインに適した鋼管となります。

 

2. 機械的応力の軽減: 柔軟で効率的な補助方法

機械的応力低減では、外力を使用して鋼管に局所的な塑性変形を引き起こし、内部残留応力を相殺します。この方法は、加熱が不便な大きなパイプや現場での建設に適しています。-これには主に振動エージングと圧力矯正が含まれます。

振動エージングでは、鋼管にバイブレーターを取り付け、特定の周波数（50-100 Hz）の振動を加えて管を共振させます。この共振中、残留応力が材料の降伏点を超え、微細な塑性変形が引き起こされ、応力が解放されます。この方法は低エネルギー（熱処理のわずか 1/10）を使用し、所要時間はわずか 1-2 時間です。表面に損傷を与えることなく、残留応力を 30% ～ 50% 除去できます。例えば、直径1メートルの大口径Q345継目無鋼管では、振動時効により残留応力を400MPaから約200MPaまで低減できます。橋梁や鋼構造物に使用される配管の現場応力除去に適した工法です。

 

圧力矯正では、油圧プレスを使用して鋼管の曲がりや応力集中に圧力を加え、逆塑性変形を引き起こし、残留応力のバランスをとります。圧力はパイプの仕様 (通常は材料の降伏強度の 50% ～ 70%) に従って調整され、10 ～ 30 分間維持されます。この方法により、局所的な応力（冷間引抜き後の管端部の応力など）を40%～60%の低減率で除去することができます。ストレス調整によく使用されます。継目無鋼管精密機械のその後の加工精度を確保します。

 

3. 自然な老化: 低コスト、長期的なソリューション--

自然老化では、鋼管を屋外の自然環境（温度 -20-40 度、湿度 40%-80%）にさらします。 -長期にわたる温度変動とわずかな振動により、内部応力が徐々に解放されます。この方法は設備投資が不要で非常に低コストですが、時間がかかり（通常 3 ～ 12 か月）、処理時間が短く応力レベルが低い低炭素鋼管（20# など）にのみ適しています。継目無鋼管一般流体輸送用。自然時効により残留応力を20～30%除去し、パイプ表面の加熱影響を防ぐことができるため、高い美観が要求される用途に適しています。

 

要約すると、実際の用途では、鋼管の材質、仕様、応力レベル、および使用条件に基づいて方法を選択する必要があります。高応力および高精度の要件には熱処理が適しています。機械的方法は、現場での建設や大きなパイプに使用できます。{0}自然老化は、低コスト、長期プロジェクトに使用できます。--これらの方法（溶接後の応力除去焼鈍とそれに続く振動時効など）を適切に組み合わせることで、応力除去をさらに強化し、継目無鋼管の性能と安全性を確保できます。