JPH04350176A - 表面被覆金属の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分】本発明は表面被覆金属の製造方法に
係り、さらに詳しくは耐食性、耐高温腐食性、耐酸化性
、耐摩耗性などの特性を有する層で金属の表面を被覆す
る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業の進歩と技術の発展により材
料はますます厳しい環境で使用されるようになってきた
。例えば、エネルギー資源開発では生産流体中に硫化水
素や炭酸ガスを多量に含む石油や天然ガス（いわゆるサ
ワーオイルやサワーガス）が開発されているが、開発に
使用される油井管やラインパイプなどの材料として低合
金鋼では腐食や割れを起こすため、ハステロイＣ−２７
６やインコネル６２５（いずれも商品名）といったニッ
ケル合金が既に使用されている。しかし、これらの合金
は非常に高価であることが大きな難点である。従って、
構造材の表面にのみこれら合金を合わせ材として使用し
、強度は下地の金属（例えば低合金鋼）で確保するいわ
ゆるクラッド鋼の使用が考えられた。

【０００３】クラッド鋼はその形状が管の場合には継目
無管或いは溶接管として、形状が板の場合には圧延板と
して種々の製造方法が確率または提案されている。しか
し、いずれも製造プロセスが複雑で歩留りが悪いという
難点に加えて、ハステロイＣ−２７６やインコネル６２
５といったニッケル合金を合わせ材とするクラッド鋼、
中でもクラッド鋼管は製造が非常に困難であって未だ実
用化されていない。本発明者等の研究によればその理由
は、これら合金の熱間加工時の変形抵抗が母材となる低
合金鋼や炭素鋼のそれに比べて著しく大きいため、熱間
圧延などの通常の製造プロセスでは合わせ材と母材とを
均一に加工できず、両金属が独立に変形するので接合す
ることが難しいことにあると考えられる。

【０００４】一方、バルブのスピンドル部や往復運動形
ポンプのピストンおよびシリンダーなどの摺動部、ある
いはスラリー輸送用パイプといった部材では耐摩耗性が
必要であるため、例えばステライト合金（商品名）など
が、肉盛あるいは溶射されて使用されている。さらに、
高温で使用される圧力容器や鋼管には例えばＮｉ−Ｃｒ
合金やＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ａｌ−
Ｙ合金といった耐酸化性材料が、肉盛あるいは溶射によ
って被覆される場合がある。しかし、これらはいずれも
最終製品に対して肉盛あるいは溶射されるため非常にコ
ストの高いものとなっている。加えて、小径パイプの内
面といった狭い部分には被覆できないという難点を有し
ている。

【０００５】ところで、熱間静水圧プレス法は従来から
よく知られた技術であって、この方法を利用したクラッ
ド製品の提案も成されている。例えば、特開昭６１−２
２３１０６号公報には、高合金粉末を粉末の固相線温度
以上に加熱すると共にガス加圧して能率よく高合金クラ
ッド製品を製造する方法が開示されている。しかし、こ
の方法をはじめとして従来報告ないしは提案されている
熱間静水圧プレス法を利用したクラッド製品の製造方法
は何れも最終製品に被覆するものであったため、コスト
が高く、かつ大型製品や長尺品（例えば１２ｍ長さ）の
製造はできないという難点を有していた。

【０００６】また、特開昭６１−１９０００７号公報お
よび特開昭６１−１９０００８号公報には、それぞれ厚
肉の可鍛性金属円筒およびこれと径を異にする薄肉金属
円筒によって構成されるカプセル内に粉末を充填して密
閉しこれを冷間等方静水圧によって加圧して、粉末を圧
縮してビレットを作り、これを熱間押出し加工する方法
、また、同心円筒状をなす内外二重壁を有するゴムまた
は類似物質の容器内に、可鍛性金属の円筒材料を一方の
容器壁に密着させて収容すると共に、他方の容器壁と上
記円筒材料との間に粉末材料を充填して密閉し、これを
冷間等方静水圧によって加圧し、この容器から取り出し
た材料をビレットとして熱間押出しする方法が開示され
ている。これらの方法によっても、前述したハステロイ
Ｃ−２７６やインコネル６２５といったニッケル合金等
の変形抵抗の大きな材料の被覆層を形成して熱間加工し
た場合、母材との密着が弱いため母材からの剥離や被覆
層の割れの発生という難点は解消されるものではない。

【０００７】これに対して本発明者らは、特開昭６４−
２０２号公報において、金属素材の表面に、他種金属の
粉末を該他種金属の固相線温度以下でガス圧を負荷する
熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）によって被覆層として形成
せしめた後に、熱間加工を施して延伸する方法、さらに
被覆層として形成せしめた後に溶体化処理を施して熱間
加工を施して延伸する方法、あるいは均熱処理を加えた
後直ちに熱間加工を施して延伸する方法などを提案して
いる。また、特開平２−１６３３０６号公報において、
他種金属の粉末として粒度が３００μｍ　以下の粒子の
重量分率が９５％以上であってかつ粒度が７４μｍ　以
下の粒子の重量分率が６５％以上である粉末を使用して
被覆層を形成せしめる方法などを提案している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐食性、耐
高温腐食性、耐酸化性、耐摩耗性など表面被覆が目的と
する特性を母材に具備せしめた材料を、安価にかつ容易
に製造する方法を提供することを目的とするものである
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を解決すべく、その後も種々の実験と検討を重ねた結果
、ついに被覆層の形成に使用する他種金属の粉末の粒度
が熱間静水圧プレス後の熱間加工性に著しい影響を及ぼ
すことを見出した。そこで本発明者らは他種金属の粉末
の粒度を様々に変えて熱間静水圧プレスした被覆素材を
製造し、続いて熱間加工を行った。本発明者らが検討し
た結果によれば、他種金属の粉末の粒度があまりに小さ
すぎると、たとえ熱間静水圧プレスによって被覆層とし
て形成せしめた素材であっても熱間加工時に被覆層が割
れる場合があること、かかる割れは他種金属の粉末の粒
度として４５μｍ　以下のものを７０％未満とすれば防
止できることがわかった。

【００１０】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
のであるその要旨とするところは、金属素材の表面に、
他種金属の粉末を該他種金属の固相線温度以下でガス圧
を負荷する熱間静水圧プレスによって被覆層として形成
せしめた後に、熱間加工を施して延伸する方法において
、他種金属の粉末として粒度の重量分率が７０％未満で
ある粉末を使用して被覆層を形成せしめることを特徴と
する表面被覆金属の製造方法にある。

【００１１】ここで「母材」となる金属素材及び「合わ
せ材」となる他種金属の種類については格別に制限され
るものではなく、例えば金属素材としては炭素鋼、低合
金鋼、ステンレス鋼、ニッケル及びニッケル合金、コバ
ルト及びコバルト合金、チタン及びチタン合金などが挙
げられる。一方、他種金属としては耐食性、耐高温腐食
性、耐酸化性、耐摩耗性などの機能のうち、必要な機能
に応じて選択すればよく、例えばハステロイ、ステライ
ト、Ｎｉ−Ｃｒ合金、ステンレス鋼、Ｆｅ基超合金、ニ
ッケル及びニッケル合金、コバルト及びコバルト合金、
チタン及びチタン合金などが挙げることができる。

【００１２】

【作用】以下本発明を詳細に説明する。まず本発明にお
いては金属素材の表面に、他種金属の被覆層をＨＩＰに
よって形成せしめるのであるが、他種金属は粉末を用い
て、例えば図１に示す要領で金属素材１と他種金属粉末
２とをカプセル３内に充填・密閉し、次いで熱間静水圧
プレスして他種金属粉末を金属層として形成せしめると
同時に被覆層と素材金属とを金属結合させることができ
、接合界面には充分な接合強度を持たせることができる
。この時、次の工程で良好に熱間加工するためには、被
覆層の熱間加工性を確保しなければならないが、そのた
めには他種金属の粉末として粒度が４５μｍ　以下の粒
子の重量分率が７０％未満である粉末を使用しなければ
ならない。ここでいう粒度とは標準ふるいの規格でいう
メッシュに対応したもので、４５μｍは３３０メッシュ
を指す。

【００１３】ＨＩＰにおいては密閉容器内を真空にする
ことが重要であり、容器内の真空の圧力は１×１０−３
Ｔｏｒｒより良いことが好ましい。また、ＨＩＰは充分
高い温度と圧力で充分長い時間を行うことが重要である
。ＨＩＰ温度は母材金属と合わせ材金属の種類によって
異なるが、熱間加工性を良好に保つためには両方の金属
の固相線温度より低い温度でなければならない。それは
、固相線温度を越えると冷却時に成分元素の偏析を生じ
、次の工程に於ける熱間加工性が著しく低下するからで
ある。 ただし、ＨＩＰ時間を短縮するには、上記温度範囲内で
できるだけ高い温度とすることが有効である。一方ＨＩ
Ｐ圧力は高いほどＨＩＰ温度・時間を減少できる。

【００１４】次に本発明においては被覆層形成後熱間加
工を行うか、或いは上記被覆層形成後均熱処理を加えた
後直ちに熱間加工を行うか、もしくは上記被覆層形成後
溶体化処理を施した後に熱間加工を行うのであるが、上
記の条件で被覆層を形成した場合には複合材であっても
通常と同様にして熱間加工することができる。本発明に
おける熱間加工の目的は被覆した金属素材を延伸するこ
とによって長尺の表面被覆金属を製造したり、或いは複
雑な形状の表面被覆金属を製造することにあり、製品の
形状に応じて熱間圧延、熱間鍛造、熱間押出などの熱間
加工法を適用することができる。

【００１５】なお、本発明において熱間加工とは母材で
ある金属素材及び合わせ材である被覆金属が成形等の目
的で通常加工される温度範囲での加工を指すが、加工温
度の選定に際しては母材及び被覆層の両方に対して適切
な温度を選定する必要がある。

【００１６】本発明においては金属素材の形状が板或い
はパイプの場合には被覆層を一つの面、例えば板の上面
、パイプの内面、パイプの外面としても良く、両面すな
わち板の上・下両面、パイプの内・外両面とすることも
可能である。製品が使用される状況に応じて、一面ある
いは両面のうち適切なほうを選択すれば良い。その他熱
間加工を行った後に、例えば母材の強度、靭性等を調質
する目的で行う焼き入れ、焼き戻し、焼きならし等の種
々の熱処理を行うこともできる。

【００１７】本発明は腐食性物質に対する抵抗を必要と
する製品、高温酸化に対する抵抗を必要とする製品及び
耐摩耗性を必要とする製品などを製造するために応用す
ることができ、例えば管、容器、板および棒など種々の
形状に応用することができる。あるいはさらに成形、溶
接などを行って製品を製造するための素材として使用す
ることも可能であることは言うまでもない。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。表
１に示す材料及び製造条件で熱間加工に供する素材を製
造した。ここで、本発明例Ｎｏ．１〜３は中空ビレット
の内面に被覆層を形成した例、本発明例Ｎｏ．４〜６は
中空ビレットの内外面に被覆層を形成した例、本発明例
Ｎｏ．７，８はスラブの上面に被覆層を形成した例、本
発明例Ｎｏ．９，１０はスラブの両面に被覆層を形成し
例である。いずれも被覆層用の合金粉末を熱間静水圧プ
レスによって金属素材の表面に被覆層として形成せしめ
た。各々の形状を図２、図３、図４及び図５にそれぞれ
示す。図２は中空ビレット４の内面に被覆層５を形成し
た例である。図３は中空ビレット４の内面および外面に
被覆層５を形成した例である。図４はスラブ６の上面に
被覆層５を形成した例である。図５はスラブ６の上面お
よび下面に被覆層５を形成した例である。

【００１９】一方、比較例Ｎｏ．１１〜１３はいずれも
合金粉末を熱間静水圧プレス法によって中空ビレットの
内面に被覆層として形成せしめた例であり、また比較例
Ｎｏ．１４，１５は他種金属として管あるいは板を用い
て組み立てビレットあるいは組み立てスラブを製造した
後に熱間加工する従来法である。なお、熱間加工として
ビレットでは熱間押出しを、スラブでは熱間圧延を行っ
た。

【００２０】次にこれらの材料を表２に示す条件で熱間
加工して表面被覆金属を製造した。その結果を表２に合
わせて示す。また良好に熱間加工できたものについては
、各種試験を行った結果も併せて表２に示した。表２で
曲げ試験はＪＩＳＧ　　０６０１およびＪＩＳ　　Ｚ　
　３１２４に準じて行い、超音波探傷試験はＪＩＳ　　
Ｇ０６０１及びＪＩＳ　　Ｚ　　３１２４に準じて行っ
た。

【００２１】表２のうち比較例であるＮｏ．１１〜１３
はいずれも被覆層に微小割れを生じている。また比較例
のＮｏ．１４，１５金属素材（母材）と他種金属（合わ
せ材）とが均一に加工されず、ましてや両者を接合する
こともできなかったものである。これに対して本発明に
従って製造した例Ｎｏ．１〜１０の各材料は曲げ試験特
性に優れており、超音波探傷試験でも非接合部などの欠
陥は全く検出されなかった。また、冷間加工後の断面の
ミクロ観察結果から、被覆層には気孔は全くなく、かつ
均一で良好な接合界面が得られていることが確かめられ
た。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば優れた
特性を有する表面被覆金属の製造が可能であり、産業の
発展に貢献するところは極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属素材の表面に他種金属の被覆層を形成する
ための熱間静水圧プレスにおける充填要領を示す図であ
る。

【図２】本発明方法に従う加工素材の積層要領の一例を
示す断面図である。

【図３】本発明方法に従う加工素材の積層要領の他の例
を示す断面図である。

【図４】本発明方法に従う加工素材の積層要領の他の例
を示す断面図である。

【図５】本発明方法に従う加工素材の積層要領のさらに
他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　金属素材　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　２　　　　他種金属粉末 ３　　　　　　カプセル　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　４　　　　中空ビレット ５　　　　　　被覆層　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　６　　　　スラブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属素材の表面に、他種金属の粉末を
   該他種金属の固相線温度以下でガス圧を負荷する熱間静
   水圧プレスによって被覆層として形成せしめた後に、熱
   間加工を施して延伸する方法において、粒度が４５μｍ
   　以下の粒子の重量分率が７０％未満である他種金属の
   粉末を使用して被覆層を形成せしめることを特徴とする
   表面被覆金属の製造方法。