JPH04365817A - 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立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。しかし、熱間加工ままでは製品の寸法精度に問題
が生じ、それを解消するために熱間加工後さらに冷間に
よって延伸する場合には被覆層の剥離、割れの問題が生
じる。

【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
に精度良く製造する方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を解
決すべく、その後も種々の実験と検討を重ねた結果、Ｈ
ＩＰによって被覆層を形成し熱間加工を施して延伸した
材料を軟化焼鈍すると冷間加工性が一段と改善され、加
工量が少ない場合には被覆層に割れや疵などの欠陥を生
ずることなく冷間加工できることを見いだし、さらに、
加工量を大きく取りたい場合には冷間加工後再度軟化焼
鈍・冷間加工を繰り返すことにより、目標とする任意の
寸法まで延伸することが可能であることを見いだしたこ
とにより完成されたものであり、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
施して延伸し、その後軟化焼鈍をしたのち冷間加工を施
して延伸するか或いは、軟化焼鈍をしたのち冷間加工を
施すことを２回以上繰り返すことを特徴とする表面被覆
鋼管の製造方法にある。

【００１０】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。

【００１１】

【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
めには被覆層内に気孔を残留させないことが重要であり
、密閉容器内を真空にすることと充分に高い温度と圧力
で熱間静水圧プレスすることが重要である。そのために
は真空度は１×１０−３Ｔｏｒｒより良いことが好まし
い。

【００１２】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ＨＩＰ圧力は高いほどＨＩＰ温度・時間を
減少できる。

【００１３】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。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。

【００１４】次に本発明においては軟化焼鈍をしたのち
冷間加工を施して延伸するか、もしくは軟化焼鈍をした
のち冷間加工を施すことを２回以上繰り返すのであるが
、本発明における軟化焼鈍の目的は、主に冷間加工によ
り加工硬化した材料を軟化させたり、熱間加工後の冷却
途中に被覆層中に析出した粗大析出物を固溶・消失させ
たり加工歪を除去することにより、次の工程である冷間
加工における冷間加工性を一段と改善することにある。 焼鈍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ことは言うまでもな
い。また、本発明における冷間加工の目的は、主に表面
被覆金属を最終製品の寸法まで精度良く製造することに
あり、製品の形状に応じて冷間圧延、冷間引抜などの冷
間加工法を適用することができる。

【００１５】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。その他冷
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。

【００１６】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。

【００１７】

【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．１，２はスラブの上面
に被覆層を形成した例、本発明例Ｎｏ．３はスラブの両
面に被覆層を形成した例、本発明例Ｎｏ．４〜６は中空
ビレットの内面に被覆層を形成した例、本発明例Ｎｏ．
７は中空ビレットの内外面に被覆層を形成した例である
。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。一方、比較例Ｎｏ．
８〜１２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
である。

【００１８】次にこれらの材料を表２に示す条件で熱間
加工し、その後冷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。また良好に冷間加工で
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ＪＩＳ　　Ｇ　　０６０
１およびＪＩＳ　　Ｚ　　３１２４に準じて行い、超音
波探傷試験はＪＩＳ　　Ｇ　　０６０１及びＪＩＳ　　
Ｚ　　３１２４に準じて行った。

【００１９】表２のうち比較例であるＮｏ．８，９は熱
間加工後ただちに冷間加工したため、Ｎｏ．１０，１１
は冷間加工後軟化焼鈍せずに再び冷間加工したために、
何ずれも被覆層に割れを生じている。また、Ｎｏ．１２
は熱間加工ままで、冷間加工を行っていないためゆがみ
を生じ、製品の寸法精度が悪くなっている。

【００２０】これに対して本発明に従って製造した例Ｎ
ｏ．１〜７の各材料は寸法精度が良く、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。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば優れた
特性を有する寸法精度の良い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 (2)

【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表面被覆金属の製造方法において
   、前記熱間加工後軟化焼鈍をしたのち冷間加工を施して
   延伸することを特徴とする表面被覆金属の製造方法。
2. 【請求項２】　　冷間加工を施したのちさらに、軟化焼
   鈍をしたのち冷間加工を施すことを２回以上繰り返すこ
   とを特徴とする請求項１記載の表面被覆金属の製造方法
   。