熱間圧延と冷間引抜シームレスパイプ: 重要インフラの機械的公差の比較

工業用配管およびチューブ分野では、データシートが運用上の最初の犠牲者となることがよくあります。 が ASTM A106  (圧力パイプ) と ASTM A519 (機械チューブ) は同様の化学組成を共有しています 、特に 1018 や 1026 などの低炭素グレードでは、それらの機械的挙動、寸法公差、残留応力プロファイルは根本的に異なります。

この技術ガイドは、標準仕様表を超えて、加工中に冷間引抜チューブが歪む理由、熱間仕上げパイプが溶接ジグに適合しない理由、一方を他方に置き換えることがコンプライアンスの罠となる理由など、運用上の問題点に対処します。

1. 公差の罠: 熱間仕上げ (HFS) と冷間引抜 (CDS)

設計と組立の間の最も直接的な摩擦点は、寸法公差です。エンジニアは、材料コストを削減するために A519 HFS を指定することがよくありますが、加工時間や調整の労力の節約が失われるだけです。 「製造時」の状態を理解することが重要です。

特徴	ASTM A106 Gr. B (熱間仕上げ)	ASTM A519 HFS (熱間仕上げ)	ASTM A519 CDS (冷間引抜)
主な用途	高温高圧配管	構造/粗機械	精密機械（シャフト・ローラー）
壁の許容差	-12.5%  (固定最小値)	±10％～±12.5％  （可変）	±7.5%  (通常、より厳しい場合が多い)
楕円形	中程度（溶接用に制御）	高 （同心度が悪い）	低い （同心度が良い）
表面仕上げ	ミルスケール（粗目）	ミルスケール（粗目）	滑らか / 明るい

「Ovality」フィットアップ頭痛:
ASTM A106 は突合せ溶接用に設計されています。メーカーは、ラインアップ クランプがルート パス用に 2 つのパイプを強制的に位置合わせできるように、楕円度を十分に制御しています。 ASTM A519 HFS にはそのような要件はありません。外径 6 インチの A519 HFS チューブは、技術的な外径公差内にあるかもしれませんが、著しく「卵型」です。これを旋盤でチャッキングしようとすると、過剰なクランプ力が必要となり、部品がさらに変形することがよくあります。

2. 隠れたキラー: 残留応力と機械加工の歪み

一般的な故障シナリオには、機械工場が ASTM A519 CDS (冷間引抜シームレス)を注文することが含まれます。 長いスロット付きシャフト用の外径を回転させ、全長のキー溝を切り出し、部品をチャックから外します。ただ、部品がバナナの形に曲がるのを観察するだけです。

メカニズム:
冷間引抜は、室温で金型を通して鋼を引っ張り、外径を圧縮し、結晶粒構造を引き伸ばします。これにより、  圧縮残留応力が発生し、 「スキン」(OD) に巨大な 引張応力が発生します。コアに外皮を機械加工（旋削）したり、スロットを切り取ったり（フライス加工）すると、これらの内部応力の平衡が崩れます。残った応力によってバランスが再調整され、金属が物理的に歪みます。

3. 規範への準拠: 「リストにないマテリアル」のリスク

技術的には、大規模な認定作業を行わずに、ASME B31.3 または B31.1 によって管理される圧力配管システムの A106 を A519 に任意に置き換えることはできません。

• ASTM A106 は ASME B31.3 の「リスト材料」です。許容応力表を定めています。

• ASTM A519 は通常「非リスト材料」です。

ASME B31.3 パラ 323.1.2 ではリストにない材料が許可されていますが、所有者は溶接性、衝撃試験、および許容応力を検証する必要があります。油圧シリンダー (A519 の本来の目的) を構築している場合を除き、A106 を A519 に置き換えることは規範違反となり、水圧試験検査に不合格となります。

熱間圧延シームレスパイプと冷間引抜シームレスパイプに関するよくある質問: 重要なインフラストラクチャの機械的公差の比較

キー溝をフライス加工した直後に冷間引抜きチューブが歪むのはなぜですか?

これは残留ストレスの解放の典型的な症状です。標準の冷間引抜 (CDS) チューブは、「引抜のまま」または「冷間加工」 (CW) 状態にあり、高い内部張力を保持しています。材料を非対称に（キー溝のように）除去すると、これらの力のバランスが崩れます。解決策は、 応力緩和 (SR) または 正規化 (N)条件に切り替えることです。 加工前に

スケジュールをアップグレードする場合、A106 グレード B を A519 グレード 1026 に置き換えることはできますか?

一般的には、いいえ。 1026 はより高い降伏強度 (A106B の約 35 ksi に対して約 70 ksi) を持っていますが、炭素含有量が大幅に高くなります (A106 の実際の約 0.20% に対して約 0.22 ～ 0.28%)。このため、1026 は溶接中に水素誘起割れ (低温割れ) を起こしやすくなります。さらに、A519 はほとんどの ASME コードで圧力材料としてリストされていないため、肉厚が厚くなった場合でも代替品を使用する必要があります。

熱間圧延 A106 パイプの肉厚が一貫していないのはなぜですか?

これはホットロータリーピアッシングプロセスの欠陥ではなく特徴です。ビレットを突き刺すために使用されるマンドレルはわずかにずれて偏心を引き起こす可能性があります。 ASTM A106 では壁の許容誤差が -12.5% となっていますが、偏心があるため、パイプの片側が公称厚さであっても、反対側が大幅に厚くなる可能性があります。この「厚い、薄い」の変化は、熱間圧延されたシームレス製品に固有のものです。

熱間圧延シームレス管と冷間引抜シームレス管のエンジニアリング ソリューション: 重要なインフラストラクチャの機械的公差の比較

正しいパイプまたはチューブを選択するには、機械的精度、溶接性、および規格への準拠のバランスが必要です。重要なインフラストラクチャの場合は、運用環境に必要な ASTM および API 仕様を正確に満たす材料を調達していることを確認してください。

推奨製品ライン:

• 高圧および高温用途 (ASTM A106/A53/API 5L):
  熱サイクルおよび圧力封じ込め用に設計されたリストされた材料への規格準拠を確認します。
  シームレスラインパイプソリューションを見る

• 精密機械加工および機械部品 (ASTM A519 CDS/HFS) の場合:
  冷間引抜シームレスを利用して、油圧シリンダーとローラーの厳しい公差と優れた表面仕上げを実現します。
  精密チューブの仕様を見る

• 大口径の構造または低圧の流れの場合:
  同心性が重要だがシームレスなコストが法外な場合は、溶接の代替案を検討してください。
  溶接ラインパイプ (ERW/LSAW) を探索する

よくある質問 (FAQ)

冷間引抜きパイプの「引抜き加工」と「応力緩和」の違いは何ですか?

「絞りのまま」(CW) は、冷間加工プロセスによる内部応力をすべて保持しているため、高い降伏強度が得られますが、機械加工中に反りが発生する重大なリスクが生じます。 「応力緩和」(SR) には、これらの内部力を緩和する熱処理が施され、強度のほとんどを維持しながら、機械加工中の寸法安定性が大幅に向上します。

ASTM A519 がボイラー用途に推奨されないのはなぜですか?

ASTM A519 は機械的なチューブの仕様であり、ボイラー用途に義務付けられている厳密な静水圧試験および非破壊検査 (NDE) 要件が欠けています。ボイラーチューブは、材料が破裂することなく高圧蒸気に耐えられることを保証する ASTM A179、A192、または A210 規格を満たしている必要があります。

冷間引抜パイプは熱間圧延パイプよりも優れた同心度を持っていますか?

はい、大幅に改善されました。冷間引抜プロセスでは、ダイを通してチューブをマンドレル上で引っ張ることが含まれ、これにより、熱間ピアシングプロセスに固有の壁の変動が修正されます。冷間引抜シームレス (CDS) は、伸縮シリンダーなどの均一な肉厚が必要な用途に標準的に選択されます。

熱間圧延継目無管はローラーに使用できますか?

大まかな公差が許容される場合、またはパイプが完全に機械加工される場合のみ。熱間圧延されたパイプの表面はミルスケールで覆われており、わずかな楕円形をしていることがよくあります。高速ローラーの場合、このアンバランスにより振動が発生します。冷間引抜チューブは真直性と表面仕上げに優れているため、ローラーに適しています。

A106 グレード B と A519 1026 の降伏強度の違いは何ですか?

ASTM A106 グレード B は通常、最小降伏強度が 35 ksi (約 240 MPa) であり、圧力保持のための延性に有利です。 A519 グレード 1026 CDS は通常、約 70 ～ 80 ksi (約 480 ～ 550 MPa) の降伏強度を示し、より強度と剛性が高くなりますが、延性が低く、溶接が困難です。