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フェライト系ステンレス鋼管 耐応力腐食割れ (SCC) に対する優れた耐性、低い熱膨張係数、およびコスト上の利点により、自動車の排気システム、熱交換器、家庭用電化製品に広く使用されています。その製造プロセスは主に継目無管と溶接管に分類されます。これらのプロセスは大きく異なりますが、どちらも最終製品の機械的特性と耐食性にとって重要です。
継目無フェライト系ステンレス鋼管の製造方法
シームレスパイプ製造の鍵は、熱間ピアシングと精密冷間加工によってパイプ壁全体にわたる材料構造と特性の高い均一性を達成し、それによって溶接欠陥の導入を回避することにあります。
1. 準備とピアッシング
原材料の選定：高純度フェライト系ステンレス鋼丸ビレットを使用。フェライト系グレード (430、439、444 など) は一般にオーステナイト鋼よりも延性が低いため、介在物や偏析が厳密に管理されているため、ビレットの冶金品質は非常に高くなっています。
加熱: ビレットは穿孔温度まで加熱されます。正確な温度制御により、結晶粒の粗大化や表面酸化を回避しながら延性を確保します。
ピアシング: ロータリーピアサーを使用して、固体鋼ビレットを中空シェルに打ち抜きます。これはシームレスパイプ製造において最も重要なステップであり、穿孔の品質がその後のプロセスの難しさとパイプの内面および外面の品質を直接決定するためです。
2. 圧延と絞り
熱間圧延/押出: 次に、シェルはパイプミル (ピルガーミルなど) に入り、さらに熱間圧延され、内外表面の品質と寸法精度を向上させながら外径と肉厚を減少させ、粗いチューブが得られます。特定の高合金グレードでは、押出成形が使用される場合があります。
冷間加工の準備: 粗管を酸洗して酸化スケールを除去し、冷間加工の準備をします。
冷間加工: これは高精度のシームレスパイプを実現するための重要なステップです。主に冷間圧延と冷間引抜が含まれます。冷間引抜は、ダイを通してチューブを引っ張り、寸法を縮小し、表面仕上げを改善します。冷間加工によりチューブの強度は大幅に向上しますが、同時に加工硬化が発生し、伸びが低下します。
3. 熱処理と仕上げ
アニーリング: 冷間加工後、加工硬化と残留応力を除去し、フェライト系ステンレス鋼の延性を回復し、耐食性を最適化するために、チューブは溶体化アニーリング (または中間アニーリング) を受ける必要があります。アニーリング温度と保持時間は、フェライトチューブの粒径に大きく影響します。
矯正: 熱処理中に生じた曲がりを除去します。
仕上げと検査: これには、切断、面取り、酸洗い、研磨、そして重要なことに、チューブに亀裂や中間層などの内部欠陥がないことを確認するための渦電流検査や超音波検査などの非破壊検査 (NDT) が含まれます。
溶接フェライト系ステンレス鋼管の製造工程
溶接管の製造はストリップ（コイル）をベースに行うため、生産効率が高く、寸法精度が高いという利点があります。ただし、溶接領域の金属組織は母材の金属組織と一致している必要があり、粒界腐食を回避する必要があります。
1. 準備と成形
原料の準備：完成したフェライト系ステンレス鋼の冷間圧延コイル（冷間圧延コイル）または熱間圧延コイルを使用します。ストリップのエッジ品質と厚さの許容差は非常に重要であり、その後の溶接の安定性に直接影響します。
スリット加工: コイルは、目的のパイプの円周に正確に対応する特定の幅のストリップに長手方向に切断されます。
連続成形: ストリップは一連のローラーを通過し、チューブブランクとして知られる開いた丸いチューブ形状に徐々に曲げられます。応力集中を防ぐために、このプロセスは均一かつ連続的である必要があります。
2.溶接
高周波誘導溶接 (HFIW) またはプラズマ アーク溶接 (PAW): これは、フェライト系ステンレス鋼パイプに最も一般的に使用される溶接方法です。
HFIW は、高周波電流を使用して熱を発生させ、パイプ素材のエッジを溶融します。フェライト系ステンレス鋼材種（特に安定化材材）は一般に溶接性に優れているため、HFIW では高速で高品質な自己溶接（溶加材の添加なし）が可能です。
溶接プロセスの鍵となるのは、溶接領域の結晶粒微細化を確実にし、マルテンサイトなどの脆性相の形成を防ぎ、溶接部の酸化を最小限に抑えるための入熱と押出を正確に制御することです。
ビードのトリミング: 溶接後、寸法および流体抵抗の要件を満たすために、溶接部の内側と外側に突き出た溶接ビードを直ちに除去する必要があります。
3. サイズ調整と仕上げ
インライン光輝焼鈍: フェライト系ステンレス鋼の場合、通常、インライン連続光輝焼鈍は溶接直後に実行されます。保護雰囲気 (水素または窒素と水素の混合物など) での熱処理は、溶接部とその熱影響部 (HAZ) の微細構造を回復し、残留応力を除去し、パイプの表面仕上げを維持して、さらなる酸洗の必要性をなくすことを目的としています。
サイジングと矯正: アニーリング後、パイプは最終的なサイジングと真円度の修正のためにサイジング ミルを通過し、続いて矯正されます。
渦電流試験: 溶接領域の渦電流試験は重要な品質管理手順であり、溶接部に不完全な溶け込み、気孔、亀裂などの欠陥がないことを確認します。
