大径鋼管の焼入れ後の冷却方法

鋼管は液体や粉体の輸送、熱交換、機械部品や容器の製造に使用され、さらに経済的な鋼の一種です。建築構造物の格子、柱、機械的支柱に鋼管を使用することで、軽量化と金属の20～40％の節約が可能となり、工場のような機械化された建設が実現できます。道路橋の製造に鋼管を使用すると、鋼材を節約して建設を簡素化できるだけでなく、保護層でコーティングされる面積を大幅に削減できるため、投資とメンテナンスのコストを節約できます。大径鋼管は、鋼の直径や円周よりもはるかに長い中空部分を持っています。断面形状により、円形、角形、角形、異形鋼管に分けられます。材料に応じて、炭素構造用鋼管、低合金構造用鋼管、合金鋼管、複合鋼管に分けることができます。熱機器、石油化学工業、機械製造、地質掘削、高圧機器などの鋼管。製造方法に応じて、継目無鋼管と溶接鋼管に分けられ、そのうち継目無鋼管は熱間圧延と冷間圧延（引抜）の2種類に分けられ、溶接鋼管はストレートシーム溶接鋼管に分けられます。スパイラルシーム溶接鋼管。

1. 熱処理工程とは大径鋼管?
(1) 大径鋼管の熱処理過程における形状変化の原因は熱処理応力である。熱処理ストレスは比較的複雑な問題です。変形や亀裂などの欠陥の原因となるだけでなく、ワークの疲労強度や寿命を向上させる重要な手段です。
(2) したがって、熱処理応力のメカニズムと変化則を理解し、内部応力の制御方法を習得することが非常に重要です。熱処理応力とは、熱処理要因（熱過程や組織変態過程）によりワーク内部に発生する応力を指します。
(3) ワークの全体または一部の体積において自己平衡するので、内部応力と呼ばれます。熱処理応力は、その作用の性質に応じて引張応力と圧縮応力に分類できます。作用時間に応じて瞬間応力と残留応力に分けられ、その形成原因に応じて熱応力と組織応力に分けられます。
(4) ワークの加熱・冷却過程における各部の温度変化の非同期性により、熱応力が発生します。たとえば、固体のワークピースの場合、熱は表面を通じて吸収および放散されるため、加熱されると表面は常にコアよりも早く加熱され、冷却されるとコアは表面よりも遅く冷却されます。
(5) 組成や組織状態が変化しない大径鋼管の場合、温度が異なると線膨張係数がゼロでない限り比容積が変化します。したがって、加熱または冷却のプロセス中に、相互張力と内部応力が発生します。当然のことながら、ワーク内に生じる温度差が大きくなればなるほど、熱応力も大きくなります。

2. 焼入れ後の大径鋼管の冷却方法は？
(1) 焼入れプロセス中、ワークピースはより高い温度に加熱され、より速い速度で冷却される必要があります。そのため、焼入れ時、特に焼入れ冷却工程において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、水中で冷却すると表面と中心部の温度が変化します。
(2) 冷却の初期段階では、表面の冷却速度が中心部の冷却速度に比べて著しく速く、表面と中心部の温度差は増加し続けます。冷却を続けると、表面の冷却速度が遅くなり、相対的に中心部の冷却速度が速くなります。表面と中心部の冷却速度がほぼ等しい場合、それらの温度差は大きな値に達します。
(3) その後、コアの冷却速度が表面の冷却速度よりも大きくなり、表面とコアの温度差は徐々に減少し、最後にはコアが完全に冷却され、温度差もなくなります。急速冷却中に熱応力が発生するプロセス。
(4) 冷却の初期段階では、表層が急激に冷え、中心部との間に温度差が生じ始めます。熱膨張と冷間収縮の物理的特性により、表層の体積は確実に収縮する必要がありますが、中心部の温度が高く、比容積が大きいため、表層が内側に自由に収縮することが妨げられます。したがって、表面層が引き伸ばされ、心臓が圧縮される熱応力が形成されます。
(5) 冷却が進むと上記温度差は増大し続け、これに伴う熱応力も増大します。温度差が大きくなると熱応力も大きくなります。このときの熱応力が、その温度における鋼の降伏強さよりも小さければ、塑性変形は起こらず、弾性変形はわずかです。
(6)さらに冷却していくと、表面の冷却速度が遅くなり、それに伴って中心部の冷却速度が速くなり、温度差が小さくなる傾向にあり、熱応力は徐々に減少する。熱応力が減少すると、それに応じて上記の弾性変形も減少します。