トップ :: B 処理操作 運輸 :: B21 本質的には材料の除去が行なわれない機械的金属加工;金属の打抜き

【発明の名称】 口絞りシェルの製造方法および口絞りシェル
【発明者】 【氏名】柿本 英樹

【氏名】石橋 保樹

【要約】 【課題】口絞り部と直円筒状シェルとの境界部での材料の引けを抑制して欠肉の発生を防止でき、かつ、低コストで製品歩留まりが向上する、大型圧力容器用の口絞りシェルの製造方法とその口絞りシェルを提供することである。

【解決手段】リング状素材1を芯金4と金敷5との間で回転させながら拡径鍛造することにより、円筒状シェル2aの端部に口絞り部2bが一体に形成されるようにした口絞りシェルの製造方法で、前記リング状素材1を1周または複数周回転させるごとに芯金4をその軸方向に口絞り部2bと反対の方向へずらして拡径鍛造するようにした。このように、口絞り部2bを多段階で成形することにより、その外周面の勾配を多段に緩やかに形成できるため、口絞り部2bと円筒状シェル部2aの境目に引けによる欠肉や、口絞り部2bの外周部の欠肉の発生を防止することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
リング状素材を芯金と金敷との間で回転させながら拡径鍛造することにより、円筒状シェルの端部に口絞り部が一体に形成されるようにした口絞りシェルの製造方法であって、前記リング状素材を1周または複数周回転させるごとに前記芯金をその軸方向に前記口絞り部と反対の方向へずらして拡径鍛造することを特徴とする口絞りシェルの製造方法。
【請求項2】
リング状素材を芯金と金敷との間で回転させながら拡径鍛造することにより、円筒状シェルの端部に口絞り部が一体に形成されるようにした口絞りシェルの製造方法であって、前記リング状素材を1周または複数周回転させるごとにこのリング状素材をその軸方向に、前記口絞り部を前記芯金と反対の方向へずらして拡径鍛造することを特徴とする口絞りシェルの製造方法。
【請求項3】
前記リング状素材の口絞り部を形成する外周面にノッチが少なくとも1箇所以上形成され、前記ノッチの直下部に芯金との接触端部がくるようにして、前記リング状素材を少なくとも1回拡径鍛造することを特徴とする請求項1または2に記載の口絞りシェルの製造方法。
【請求項4】
前記リング状素材の口絞り部が形成される側の端面に最も近いノッチの直下部に芯金との接触端部がくるようにして、拡径鍛造を開始するようにした請求項3に記載の口絞りシェルの製造方法。
【請求項5】
前記リング状素材の口絞り部が形成される側の端面とこの端面に最も近いノッチとの間で拡径鍛造を開始した後、このノッチまたは前記端面に最も遠いノッチの直下部に芯金との接触端部がくるようにして最終の拡径鍛造を行なうことを特徴とする請求項3に記載の口絞りシェルの製造方法。
【請求項6】
リング状素材を芯金と金敷との間で回転させながら拡径鍛造することにより、円筒状シェルの端部に口絞り部が一体に形成された口絞りシェルであって、前記口絞りシェルが、請求項1から5のいずれかに記載された口絞りシェルの製造方法により製造されたことを特徴とする口絞りシェル。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
この発明は、半球形鏡板を接合するため、円筒状の端部が口絞りされた圧力容器用大型リング部材の口絞りシェルの製造方法とそれを用いた口絞りシェルに関する。
【背景技術】
【0002】
化工機器用リアクターや原子力用圧力容器などの大型圧力容器では、その本体部の直円筒状シェル(ストレートシェル)の端部に設けた口絞り部に、半球形状の鏡板が接合されている。従来、この半球形鏡板の直径と本体部の円筒状シェルの外径が大きく異なる場合は、図8(a)に示すように、半球形状の鏡板7と直円筒状シェル8との間にリング形状で両端面の外径が異なるダッチマン9と呼ばれる中間部材を介在させて接合していた。しかし、この中間部材を介在させる接合方法では、溶接線が増え、製造コストが高くなるため、ダッチマン9と直円筒状シェル8を一体成形することにより、図8(b)に示すように、端部に口絞り部8aが形成された口絞りシェルが求められていた。
【0003】
例えば、特許文献1には、図9(a)、(b)に示すように、心金10と金敷11との間で、直円筒状の被鍛造部材を回転させながら鍛造する際に、心金10に段部13を設け、被鍛造材12を鍛造中に、その端部を段部13に下り込ませることによって、口絞り部12aを形成するようにした大形リングの口絞り鍛造方法が開示されている。
【0004】
また、特許文献2では、大型肉厚の圧力容器の直円筒状部と半球形状鏡板との間に介在させる中空切頭円錐状長尺異径リングを、図10(a)に示すように、まず、この異形リングの内部形状に合わせた異径スリーブ14を嵌合した心金15を心金支持台16で支持し、この異径スリーブ14に肉厚差を付けた鍛造素材17を懸架し、穴広げ金敷18と心金15と異径スリーブ14とで鍛造素材17を順次回転させながら、その大径部17aの穴広げ鍛造を行ない、リング19により小径部17bの広がりを拘束した状態で大径部17aの穴広げを続行し、次に、図10(b)に示すように、前記金敷18を、傾斜部20と凸部21を設けた金敷18aに取り換えて、鍛造素材17を金敷18aと異径スリーブ14とで穴広げを続行して鍛造成形する方法が開示されている。
【特許文献1】特公昭55−24378号公報
【特許文献2】特公昭57−46938号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1に開示された鍛造方法で口絞り部を成形する場合、口絞り部12aと円筒状シェル部12bの境目に引けによる欠肉が発生する。とくに、円筒状シェル部12aの端部に、その外周にわたって容器支持用に短く突出させたミニスカート部を設ける場合、前記欠肉の発生を防止するために、余肉を大きく付ける必要があり、鍛造工程設計が難しくなる。また、特許文献2に開示された鍛造方法では、金敷18aおよび異径スリーブの傾斜部14aの角度がとくに重要であるため、製品の円錐状長尺異径リングに合わせ金敷および異径スリーブが必要となり、製造コストが高くなる。
【0006】
そこで、この発明の課題は、口絞り部と直円筒状シェルとの境界部での材料の引けを抑制して欠肉の発生を防止でき、かつ、低コストで製品歩留まりが向上する、大型圧力容器用の口絞りシェルの製造方法およびそれを用いた口絞りシェルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【0008】
請求項1に係る口絞りシェルの製造方法は、リング状素材を芯金と金敷との間で回転させながら拡径鍛造することにより、円筒状シェルの端部に口絞り部が一体に形成されるようにした口絞りシェルの製造方法であって、前記リング状素材を1周または複数周回転させるごとに前記芯金をその軸方向に前記口絞り部と反対の方向へずらして拡径鍛造することを特徴とする。
【0009】
このように、芯金をずらして拡径鍛造を行なうことにより、口絞り部を少なくとも2段階、すなわち多段階で成形して、その外周面の勾配を多段に緩やかに形成できるため、前記の口絞り部と円筒状シェル部の境目に引けによる欠肉や、口絞り部の外周部の欠肉の発生を防止することができる。
【0010】
請求項2に係る口絞りシェルの製造方法は、リング状素材を芯金と金敷との間で回転させながら拡径鍛造することにより、円筒状シェルの端部に口絞り部が一体に形成されるようにした口絞りシェルの製造方法であって、前記リング状素材を1周または複数周回転させるごとにこのリング状素材をその軸方向に、前記口絞り部を前記芯金と反対の方向へずらして拡径鍛造することを特徴とする。
【0011】
このようにしても、上記の芯金をずらして拡径鍛造する場合と同様に、口絞り部の外周面の勾配を多段に緩やかに形成でき、口絞り部と円筒状シェル部の境目に引けによる欠肉や、口絞り部の外周部の欠肉の発生を防止することができる。
【0012】
請求項3に係る口絞りシェルの製造方法は、前記リング状素材の口絞り部を形成する外周面にノッチが少なくとも1箇所以上形成され、前記ノッチの直下部に芯金との接触端部がくるようにして、前記リング状素材を少なくとも1回拡径鍛造することを特徴とする。
【0013】
このように、リング用素材の外周面にノッチを形成して拡径鍛造を行なうようにすれば、このノッチが鍛流線を分断する作用により、前記の口絞り部と円筒状シェル部の境目の欠肉および口絞り部の外周部の欠肉の発生をより有効に防止することができる。なお、この少なくとも1回行なう拡径鍛造とは、リング状素材を1周回以上させる拡径鍛造である。
【0014】
請求項4に係る口絞りシェルの製造方法は、前記リング状素材の口絞り部が形成される側の端面に最も近いノッチの直下部に芯金との接触端部がくるようにして、拡径鍛造を開始することを特徴とする。
【0015】
このようにすれば、口絞り部の先端側の外周面の勾配を大きく形成でき、かつ、前記ノッチの鍛流線分断作用により、前記外周面の欠肉を有効に防止することができる。それにより、製品形状に応じて、口絞り部の形状に融通性を持たせることができる。
【0016】
請求項5に係る口絞りシェルの製造方法は、前記リング状素材の口絞り部が形成される側の端面とこの端面に最も近いノッチとの間で拡径鍛造を開始した後、このノッチまたは前記端面に最も遠いノッチの直下部に芯金との接触端部がくるようにして最終の拡径鍛造を行なうことを特徴とする。
【0017】
このようにすれば、前記端面とノッチとの間の口絞り部の勾配を緩やかに形成でき、かつ、前記ノッチの鍛流線分断作用により、前記欠肉の発生を有効に防止することができる。それにより、製品形状に応じて、口絞り部の形状に融通性を持たせることができる。
【0018】
請求項6に係る口絞りシェルは、リング状素材を芯金と金敷との間で回転させながら拡径鍛造することにより、円筒状シェルの端部に口絞り部が一体に形成された口絞りシェルであって、前記口絞りシェルが、請求項1から請求項5のいずれかに記載された口絞りシェルの製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
このように、この発明では、リング状素材を芯金と金敷との間で、1周または複数周回転させるごとに、芯金をその軸方向に口絞り部と反対の方向へずらして、またはリング状素材をその軸方向に、口絞り部を芯金と反対の方向へずらして拡径鍛造することにより、円筒状シェルの端部に口絞り部が一体に形成されるようにしたので、口絞り部を多段階で成形して、その外周面の勾配を多段に緩やかに形成できるため、口絞り部と円筒状シェル部の境目に引けによる欠肉や、口絞り部の外周部の欠肉の発生を、簡便な方法で防止することができる。また、リング状素材の外周面にノッチを形成することにより、このノッチの鍛流線を分断する作用によって前記欠肉の発生をより有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下に、この発明の実施形態を添付の図1から図7に基づいて説明する。
【0021】
図1(a)〜(d)は、例えば、Cr−Mo鋼等の圧力容器用の、全長L、肉厚Tのリング状素材1を、芯金4と金敷5の間にセットし、芯金4をその軸方向にずらして拡径鍛造を行なう状態を模式的に示したものである。このリング状素材1は、内部組織の改善のため、予め、その全長Lにわたって予備の拡径鍛造が施されている。前記リング状素材1には、口絞り部2bが形成される一方の端面Eaから軸方向に沿った距離Lfの位置に、外周面に沿ってV字状のノッチ3が加工されている。芯金4は、リング状素材1を1周または複数周回させるごとに、軸方向に前記口絞り部2bと反対の方向へずらすことができる構造に形成されている。そして、図1(a)に示したように、まず、芯金4の端面4aを、リング状素材1の端面Eaとノッチ3との距離Lfの間の適当な位置、例えば、中央の位置(端面Eaからの距離Lm)にセットして、リング状素材1を1周または複数周回転させて第1回目の拡径鍛造を行う。この第1回目の拡径鍛造による口絞りシェル2の口絞り量は、図1(b)に示すように、δ1となる。次に、図1(c)に示すように、芯金4を、その軸方向に、口絞り部2bと反対の方向へ、前記端面Eaがノッチ3の位置にくるまでずらし、1回または複数周回転させて第2回目の拡径鍛造を行う。この第2回目の拡径鍛造による口絞り量は、図1(d)に示すように、δ2となる。したがって、第1回目の拡径鍛造と、芯金4をずらした第2回目の拡径鍛造により、(δ1+δ2)の口絞り量が得られる。なお、上述のように、芯金4を軸方向にずらす(図1(b)、(c)参照)代わりに、芯金4は軸方向にずらさず、芯金4に対して、リング状素材1の方をその軸方向に、芯金4のずらし方向と反対の方向に移動させ、拡径鍛造して口絞り部2bを形成することもできる。
【0022】
図2は、図1(a)〜(d)に示したように芯金4のずらしを行って拡径鍛造Aを行なった場合(口絞り量(δ1+δ2))の口絞り部2bと、芯金4のずらしをせずに拡径鍛造Bを行なった場合(口絞り量δ)の形状を模式的に示したものである。図中に、太線で機械加工を施した後の口絞りシェル製品の形状Sを示した。「芯金ずらしあり」の拡径鍛造Aの場合の口絞り量(δ1+δ2)と「芯金ずらしなし」の拡径鍛造Bの場合の口絞り量δは、ほぼ同じであるが、拡径鍛造Bの場合は、口絞り部2bの外周面の勾配が大きくなるため、製品口絞り形状Sに機械加工を行なうと、製品口絞り部S1に欠肉部Uが発生することがわかる。これに対し、「芯金2ずらしあり」の拡径鍛造Aの場合、口絞り部2bを2段階、すなわち多段階で成形して、その外周面の勾配を2段に、すなわち多段に緩やかに形成できるため、口絞り部2bと円筒状シェル部2aの境目Cの引けによる欠肉や、口絞り部2bの外周の欠肉部Uの発生を防止することができる。
【実施例】
【0023】
図3(a)および(b)は、素材外周面に、熱間鋼の変形挙動とよく似た変形挙動を呈する鉛製の、ノッチを設けていないリング状素材1(図3(a)、口絞り位置Lf=20mm)とノッチを設けたリング状素材1a(図3(b)、口絞り位置Lf(=L1)=20mm)を示したもので、図4(a)は、これらのリング状素材1、1aを用いて拡径鍛造実験を行なった結果を示したものである。表1に、前記各リング状素材1、1aの寸法を示す。図4の横軸の肉厚減少率(%)は、図3(a)、(b)に示したリング状素材1、1aの肉厚Tの、拡径鍛造後の肉厚T1への肉厚減少率Rt(=((T−T1)/T)×100(%))を、縦軸のδ/Laは、口絞り部2bの外周面の端部から口絞り位置までの距離Laに対する口絞り量δの比である(図4(b)参照)。図4(a)から、「ノッチなし」および「ノッチあり」のいずれのリング状素材を用いた場合でも、肉厚減少率Rtと比率(δ/La)の関係は、以下の式(1)および式(2)で示す直線で回帰でき、いずれの式でも相関係数Rは0.98以上で、良好な相関を示すことがわかる。また、式(1)および式(2)から、口絞り量δは、それぞれ式(1a)および式(2a)で予測することができる。
ノッチなしの場合:
δ/La=0.0139×Rt---------------------------------(1)
δ=0.0139×Rt×La--------------------------------(1a)
ノッチありの場合:
δ/La=0.017×Rt-----------------------------------(2)
δ=0.017×Rt×La----------------------------------(2a)
【0024】
【表1】


【0025】
表2および表3は、「ノッチなし」および「ノッチあり」のリング状素材(図3(a)、(b)参照)について、「芯金ずらしなし」の場合および「芯金ずらしあり」の場合の、口絞り量の実測値と上記の式(1a)および式(2a)を用いて算出した予測値を示したものである。また、表4は、表3に示した「芯金ずらしあり」の場合の、1段目および2段目の口絞り量δ1およびδ2の合計を示したものである。この場合のリング状素材の径寸法は、内径φ40mm、外径φ70mm、拡径鍛造後の所要径寸法は、内径φ160mm、外径φ170mmである。なお、表2および表3で、口絞り部の長さL、L1、L2は、口絞りを行なうリング状素材における長さである。
【0026】
表2から、「芯金ずらし」なしの場合、「ノッチなし」および「ノッチあり」のいずれのリング状素材についても、前記の式(1a)および式(2a)を用いて算出した口絞り量δの予測値と実測値は、実用的精度でよく合致していることがわかる。また、表3から、「芯金ずらし」ありの場合、「ノッチなし」および「ノッチあり」のいずれのリング状素材についても、1段目鍛造(δ=δ1)および2段目鍛造(δ=δ2)ともに、口絞り量δの予測値と実測値は実用的精度でよく合致しており、表4から、いずれのリング状素材についても、全口絞り量(δ1+δ2)の予測値と実測値とは、実用的精度でよく合致していることがわかる。
【0027】
【表2】


【0028】
【表3】


【0029】
【表4】


【0030】
表2から、「芯金ずらし」なしの場合、「ノッチなし」および「ノッチあり」のいずれのリング状素材についても、前記の式(1a)および式(2a)を用いて算出した口絞り量δの予測値と実測値は、実用的精度でよく合致していることがわかる。また、表3から、「芯金ずらし」ありの場合、「ノッチなし」および「ノッチあり」のいずれのリング状素材についても、1段目鍛造(δ=δ1)および2段目鍛造(δ=δ2)ともに、口絞り量δの予測値と実測値は実用的精度でよく合致しており、表4から、いずれのリング状素材についても、全口絞り量(δ1+δ2)の予測値と実測値とは、実用的精度でよく合致していることがわかる。
【0031】
図5(a)および(b)は、表2から表4に示した口絞り量の実測値から、「芯金ずらしなし」および「芯金ずらしあり」の場合の、ノッチなしおよびノッチありのリング状素材について、口絞り部の形状を図示したものである。図5(a)から、ノッチなしのリング状素材の場合、「芯金ずらしなし」では、前記の所要径寸法まで拡径鍛造すると、すなわち所要の肉厚減少率Rtを実現すると、口絞り部の外周面の勾配が大きくなって、製品口絞り部の形状(R=90の曲面)に機械加工する際に、前記外周面に欠肉が発生する。これに対し、「芯金ずらしあり」では、前記の所要径寸法まで2段階で拡径鍛造するため、口絞り部の外周面の勾配が緩やかになり、製品口絞り部S1の形状(R=90の曲面)に機械加工する際に、前記外周面に欠肉が発生しないことがわかる。同様に、図5(b)から、ノッチありのリング状素材の場合、前記の所要径寸法まで拡径鍛造すると、すなわち所要の肉厚減少率を実現すると、口絞り部の外周面の勾配が大きくなって、製品口絞り部S1の形状(R=150の曲面)に機械加工する際に、前記外周面に欠肉が発生する。これに対し、「芯金ずらしあり」では、前記の所要径寸法まで2段階で拡径鍛造するため、とくに1段目で形成した口絞り部の外周面の勾配が緩やかになり、製品口絞り部S1の形状(R=150の曲面)に機械加工する際に、前記外周面に欠肉が発生しないことがわかる。このように、製品口絞り部S1の機械加工形状に応じて、芯金をずらして拡径鍛造する場合の肉厚減少率などの鍛造条件は、前記の式(1)、(1a)および式(2)、(2a)を用いて選定することができる。
【0032】
図6(a)〜(e)および図7(a)〜(e)は、リング状素材1の口絞り部の外周面に、ノッチ3が1箇所形成され、芯金4をその軸方向に口絞り部と反対の方向へずらして拡径鍛造する他の実施形態をそれぞれ示したものである。
【0033】
図6(a)および(b)に示したように、拡径鍛造をノッチ3の直下部で開始して1段目の口絞り部2bを形成した後、図6(c)に示したように、ノッチが形成されていない、口絞り部2b1と円筒シェル部2aの境目Cの位置に、芯金4との接触端部6がくるように軸方向にずらして拡径鍛造を行い、口絞り部2bを2段(2b1、2b2)、すなわち多段に形成することもできる。このようにノッチ3の直下部で少なくとも1回の、1周回以上の拡径鍛造を行なえば、口絞り部2bの先端側の勾配を、外周面に欠肉を生ぜずに大きく形成することができ、製品形状に応じて、口絞り部2bの形状(勾配)に融通性を持たせることができる。なお、図6(d)(口絞り部3段(2b1〜2b3))および(e)(口絞り部2段(2b1、2b2))に示したように、リング状素材の外周面にノッチを複数、例えば2箇所(ノッチ3、3a)に設けて、ノッチ3aの直下部で拡径鍛造を終了することもできる。このようにすれば、口絞り部2bと円筒シェル部2aの境目の欠肉をより有効に防止できる。
【0034】
図7(a)および(b)に示したように、リング状素材1の口絞り部が形成される端面Eaとノッチ3との間で拡径鍛造を開始して口絞り部2b1を形成した後、芯金4を、ノッチ3の直下部に芯金4との接触端部6がくるように軸方向にずらして、少なくとも1回拡径鍛造を行なう。そして、図7(c)に示したように、芯金4をさらに、ノッチが形成されていない、口絞り部2bと円筒シェル部2aとの境目まで軸方向にずらして、図7(d)に示したように、最終の拡径鍛造を行なう。このようにして、ノッチ3の直下部で少なくとも1回拡径鍛造を行なうことによっても、口絞り部の外周面の欠肉を防止して、口絞り部2bを3段(2b1〜2b3)、すなわち多段に形成することができ、製品形状に応じて、口絞り部の勾配に融通性を持たせることができる。なお、図7(e)に示したように、ノッチを複数、例えば2箇所に設けて(ノッチ3、3a)、リング状素材1の口絞り部が形成される端面Eaから最も遠いノッチ3aの直下部で、最終の、例えば3段目(口絞り部2b3)の拡径鍛造を行なうようにすれば、口絞り部2bと円筒シェル部2aの境目の欠肉をより有効に防止できる。
【0035】
なお、上記の芯金をずらして鍛造する拡径鍛造では、必ずしも、2段階または3段階の鍛造に限定するものではなく、製品口絞り部の形状など必要に応じて、芯金を順次ずらして4段階以上で鍛造して口絞り部を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】(a)〜(d)実施形態の拡径鍛造を行なう状態を模式的に示す説明図である。
【図2】芯金のずらしの有、無の場合の口絞り部の形状をそれぞれ模式的に示す説明図である。
【図3】(a)リング状素材の形状を示す説明図である(ノッチなし)。(b) 同上 (ノッチあり)。
【図4】(a)ノッチ有無の拡径鍛造の実験結果を示す説明図である。(b)口絞り部の形状を示す説明図である。
【図5】(a)「芯金ずらしなし」の場合の、ノッチなしおよびノッチありのリング状素材についての口絞り部の予測形状を示す説明図である。(b)「芯金ずらしあり」の場合の、ノッチなしおよびノッチありのリング状素材についての口絞り部の予測形状を示す説明図である。
【図6】(a)〜(d)他の実施形態の拡径鍛造を行なう状態を模式的に示す説明図である。
【図7】(a)〜(e)他の実施形態の拡径鍛造を行なう状態を模式的に示す説明図である。
【図8】(a)中間部材を用いて半球形状鏡板と円筒状本体部を接合する構造を模式的に示した説明図である。(b)円筒シェル部の端部に口絞り部を設けた一体型口絞りシェルを示す説明図である。
【図9】(a)、(b)従来技術の拡径鍛造により口絞りシェルを製造する方法を示す説明図である。
【図10】(a)、(b)他の従来技術の拡径鍛造により口絞りシェルを製造する方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【0037】
1:リング状素材 2:口絞りシェル 2a:円筒状シェル部
2b、2b1〜2b3:口絞り部 3、3a:ノッチ 4:芯金
4a:芯金端面 5:金敷 6:接触端部
7:鏡板 8:円筒状シェル部 9:ダッチマン
C:境目 Ea:リング状素材端面 S:製品口絞り形状
S1:製品口絞り部
【出願人】 【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
【出願日】 平成18年10月17日(2006.10.17)
【代理人】 【識別番号】100089196
【弁理士】
【氏名又は名称】梶 良之

【識別番号】100104226
【弁理士】
【氏名又は名称】須原 誠

【識別番号】100131750
【弁理士】
【氏名又は名称】竹中 芳通


【公開番号】 特開2008−100243(P2008−100243A)
【公開日】 平成20年5月1日(2008.5.1)
【出願番号】 特願2006−282998(P2006−282998)