編集者注：この記事は、高圧用途向け小口径液体移送ラインの市場と製造に関する2部構成のシリーズの第2部です。第1部では、これらの用途において国内で入手可能な従来製品について解説します。これは入手困難な状況です。第2部では、この市場における2つの非従来製品について解説します。
米国自動車技術会（SAE）が定める2種類の溶接油圧配管（SAE-J525とSAE-J356A）は、共通の規格と共通の情報源を持っています。平鋼帯を幅方向に切断し、成形加工によって管状に成形します。鋼帯のエッジをフィン付き工具で研磨した後、高周波抵抗溶接で加熱し、加圧ロール間で鍛造して溶接部を形成します。溶接後、外径バリは通常タングステンカーバイド製のホルダーで除去します。識別バリは、固定工具を用いて除去するか、設計上の最大高さに調整します。
この溶接プロセスの説明は一般的なものであり、実際の製造工程では多くの小さな違いがあります（図1参照）。しかし、多くの機械的特性は共通しています。
配管の破損と一般的な破損モードは、引張荷重と圧縮荷重に分けられます。ほとんどの材料では、引張応力は圧縮応力よりも低くなります。しかし、ほとんどの材料は引張よりも圧縮に対してはるかに強いです。コンクリートがその一例です。コンクリートは圧縮性が高いですが、内部に鉄筋（鉄筋）のネットワークを形成していないと、簡単に破損してしまいます。このため、鋼材は引張試験によって極限引張強度（UTS）を測定します。3つの油圧ホースサイズはすべて、UTS 310 MPa（45,000 psi）という同じ要件を満たしています。
圧力管は油圧に耐えられるため、別途計算と破壊試験（破裂試験）が必要となる場合があります。計算により、材料の肉厚、UTS、外径を考慮した理論上の最大破裂圧力を算出できます。J525チューブとJ356Aチューブは同じサイズにできるため、唯一の変数はUTSです。標準的な引張強度は50,000 psiで、予測破裂圧力は0.500 x 0.049インチです。チューブは両製品とも10,908 psiで同じです。
計算上の予測値は同じですが、実際の適用においては、実際の壁厚によって差異が生じます。J356Aでは、仕様書に記載されている通り、パイプ径に応じて内部バリの最大サイズを調整できます。バリ取りされたJ525製品の場合、バリ取り工程では通常、内径が約0.002インチ（約0.05mm）意図的に減少するため、溶接部で局所的な壁厚減少が発生します。その後の冷間加工で壁厚は埋められますが、残留応力と結晶配向は母材と異なる場合があり、J356Aで規定されている同等のパイプよりも壁厚がわずかに薄くなることがあります。
パイプの用途に応じて、内部のバリを除去するか、平らにならす（または平らにならす）ことで、潜在的なリーク経路を排除する必要があります。特に単層フレア端面の場合に顕著です。J525チューブは内径が滑らかでリークが発生しないと一般的に考えられていますが、これは誤解です。J525チューブは、不適切な冷間加工により内径に筋状のひび割れが生じ、接続部からリークが発生する可能性があります。
バリ取りは、まず溶接ビードを内径から切断（または削り取る）することから始めます。クリーニングツールは、溶接ステーションのすぐ後ろにあるパイプ内部のローラーで支持されたマンドレルに取り付けられています。クリーニングツールが溶接ビードを取り除いている間に、ローラーが溶接スパッタの一部を誤って巻き込み、パイプの内径面に衝突させてしまいました（図2参照）。これは、旋削加工やホーニング加工されたパイプなど、軽度に機械加工されたパイプでは問題となります。
チューブからフラッシュを取り除くのは容易ではありません。カット工程によって、グリッターは長く絡み合った鋭い鋼鉄の糸のようになってしまいます。除去は必須ですが、多くの場合、手作業で行われ、不完全な作業となります。スカーフチューブの一部がチューブメーカーの管轄区域外に持ち出され、顧客に送られることもあります。
ライス。1. SAE-J525材は大量生産されており、多大な投資と労力を必要とします。SAE-J356A材を使用した同様の管状製品は、インライン焼鈍管ミルで完全に機械加工されるため、より効率的です。
直径20mm未満の液体ラインなどの小径パイプでは、追加の内径仕上げ工程を必要としないため、内径バリ取りは通常それほど重要ではありません。唯一の注意点は、エンドユーザーは、フラッシュコントロールの高さを一定に保つことが問題を引き起こすかどうかのみを考慮する必要があるということです。
IDの優れた炎制御は、精密な鋼板調整、切断、そして溶接から始まります。実際、J356Aは冷間サイジング工程を伴うため、結晶粒度、酸化物系介在物、その他の製鋼パラメータに対する制約がJ525よりも厳しく、J356Aの原材料特性はJ525よりも厳しくなります。
最後に、ID溶接には多くの場合クーラントが必要です。多くのシステムではウィンドロウツールと同じクーラントを使用していますが、これが問題を引き起こす可能性があります。ミルクーラントはろ過・脱脂されていますが、それでもかなりの量の金属粒子、様々な油脂、その他の汚染物質が含まれていることがよくあります。そのため、J525チューブには高温苛性ソーダ洗浄サイクル、または同等の洗浄工程が必要です。
コンデンサー、自動車システム、その他類似のシステムでは配管洗浄が必要ですが、適切な洗浄は工場で行うことができます。J356Aは、きれいなボア、水分含有量の管理、残留物を最小限に抑えた状態で工場から出荷されます。最後に、腐食防止のため、各チューブに不活性ガスを充填し、端部をシールして出荷するのが一般的です。
J525パイプは溶接後に焼鈍処理され、その後冷間加工（引抜加工）されます。冷間加工後、パイプはすべての機械的要件を満たすように再度焼鈍処理されます。
焼ならし、伸線、そして二次焼ならし工程では、パイプを炉へ、伸線工程へ、そして再び炉へ搬送する必要があります。作業内容によっては、これらの工程に加えて、塗装前の目立て、エッチング、矯正といった別のサブ工程も必要となります。これらの工程はコストが高く、多大な時間、労力、そして資金を必要とします。冷間引抜管は、製造工程において20%の廃棄率を伴います。
J356A管は、溶接後に圧延機で焼鈍されます。管は地面に接触せず、圧延機内で最初の成形工程から完成管まで、一連の工程を経て連続的に搬送されます。J356Aのような溶接管は、製造時に10%のロスが発生します。他の条件が同じであれば、J356AランプはJ525ランプよりも製造コストが安価になります。
これら 2 つの製品の特性は類似していますが、冶金学的観点からは同じではありません。
J525冷間引抜管には、溶接後と引抜後の2回の予備焼鈍処理が必要です。焼鈍温度（1650°Fまたは900°C）により表面に酸化物が形成されますが、これは通常、焼鈍後に鉱酸（通常は硫酸または塩酸）で除去されます。酸洗は、大気排出物や金属を多く含む廃棄物という点で、環境に大きな影響を与えます。
さらに、ローラーハース炉の還元雰囲気における温度の正常化は、鋼材表面の炭素の消費につながります。この脱炭プロセスにより、元の材料よりもはるかに弱い表面層が形成されます（図3参照）。これは特に薄肉パイプの場合に重要です。肉厚が0.030インチの場合、わずか0.003インチの脱炭層でも有効壁厚が10%減少します。このように弱くなったパイプは、応力や振動によって破損する可能性があります。
図2. 内径クリーニングツール（図示せず）は、パイプの内径に沿って移動するローラーによって支持されています。適切なローラー設計により、パイプ壁に巻き込まれる溶接スパッタの量が減少します。ニールセンツールズ
J356パイプはバッチ処理され、ローラーハース炉での焼鈍が必要ですが、これに限定されません。J356Aは、内蔵の誘導加熱装置を用いた圧延機で完全に機械加工されます。この加熱プロセスはローラーハース炉よりもはるかに高速です。これにより焼鈍時間が短縮され、脱炭の機会が数分（あるいは数時間）から数秒へと短縮されます。これにより、J356Aは酸化物や脱炭のない均一な焼鈍処理が可能になります。
油圧ラインに使用されるチューブは、曲げ、拡張、成形が可能な柔軟性を備えていなければなりません。油圧流体をA地点からB地点まで運ぶには曲げ加工が不可欠であり、その過程で様々な曲がり角やターンを経る必要があります。そして、フレア加工は端部接続方法を確立する上で重要な役割を果たします。
鶏が先か卵が先かという状況で言えば、煙突は単壁バーナー接続（つまり内径が滑らか）用に設計されていたか、あるいはその逆だったかもしれません。この場合、管の内面はピンコネクタのソケットにぴったりと収まります。金属同士の強固な接続を確保するには、管の表面は可能な限り滑らかでなければなりません。この付属品は1920年代に、創設間もないアメリカ空軍航空部隊のために登場しました。この付属品は後に、今日広く使用されている標準的な37度フレアとなりました。
COVID-19の流行が始まって以来、平滑な内径を持つ引抜管の供給が大幅に減少しています。入手可能な材料の納期は以前よりも長くなる傾向があります。サプライチェーンにおけるこの変化は、端部接続部の再設計によって対応できます。例えば、シングルウォールバーナーが必要でJ525が指定されている見積依頼書は、ダブルウォールバーナーの交換候補となります。この端部接続部には、あらゆるタイプの油圧配管を使用できます。これにより、J356Aの活用機会が広がります。
フレア接続に加え、Oリングメカニカルシールも一般的であり（図5参照）、特に高圧システムでは顕著です。このタイプの接続は、エラストマーシールを使用しているため、単層フレア接続よりも漏れにくいだけでなく、汎用性も高く、一般的な油圧配管の端部に形成できます。これにより、配管メーカーはサプライチェーンのビジネスチャンスを拡大し、長期的な経済性を向上させることができます。
産業史には、市場の方向転換が難しい時代に、従来型の製品が定着した例が数多くあります。競合製品は、たとえ大幅に安価で、元の製品の要件をすべて満たしていたとしても、疑念が生じれば市場に定着するのが難しくなります。これは通常、購買担当者や担当エンジニアが既存製品の非伝統的な代替品を検討しているときに発生します。発覚するリスクを冒す人はほとんどいません。
場合によっては、変更は必要というだけでなく、必要不可欠なものとなることもあります。COVID-19パンデミックにより、鋼管配管用の特定の種類およびサイズのパイプの入手性に予期せぬ変化が生じています。影響を受ける製品分野は、自動車、電気、重機、その他高圧ライン、特に油圧ラインを使用するあらゆるパイプ製造業界です。
このギャップは、既存でありながらニッチなタイプの鋼管を検討することで、より低い総コストで埋めることができます。用途に適した製品を選択するには、流体の適合性、動作圧力、機械的負荷、接続タイプを決定するための調査が必要です。
仕様を詳しく見ると、J356Aは本物のJ525と同等の性能を持つことがわかります。パンデミックにもかかわらず、実績のあるサプライチェーンを通じて、より低価格で入手可能です。最終的な形状の問題解決がJ525を探すよりも労力がかからないのであれば、OEMはCOVID-19時代だけでなく、それ以降の物流上の課題を解決するのに役立つ可能性があります。
1990 年の Tube & Pipe Journal は、金属管材料の輸送に使用される最初の雑誌です。 チューブ＆パイプジャーナル 1990年 チューブ & パイプ ジャーナルは 1990 年に出版されました。 Tube & Pipe Journal は、1990 年に金属パイプ業界に特化した最初の雑誌となりました。現在、この雑誌は北米で唯一の業界出版物であり、パイプ業界の専門家にとって最も信頼できる情報源となっています。
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