JPH06304646A - 耐食耐摩耗性二重管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 大炉壁管等として用いられる二重管の製造方
法の提供。 【構成】 円柱状金属素材１の中央部に該素材と軸芯が
一致しない円筒状の空腔を設け、該円筒状空腔内部に円
筒状カプセルの軸芯が円筒状素材の軸芯５と一致するよ
うにカプセルを配置し、円筒状素材とカプセルとの間の
空隙に他種金属粉末３を充填し、熱間静水圧プレスによ
り円筒状素材の内面を被覆し、内層材肉厚が円周方向に
わたって変化するような二重管を製造し、延伸する。例
えば流砂搬送管として使用する場合、肉厚部を下にし
て、使用することにより、使用材料を節約できる安価な
二重管を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動床ボイラの流動砂
輸送管等として用いられる耐食耐摩耗性二重管の製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、発電用ボイラではエネルギーの有
効利用の観点から、蒸気条件の超々臨界圧化や、加圧流
動床ボイラ複合発電など、より熱効率の優れた発電方法
が指向されている。また、従来はただ単に焼却処理され
ていた都市ごみや産業廃棄物も、新しい燃料の一つとし
て見直されてきている。その他、資源の枯渇化という点
から、今後オリノコタールや低品位炭といったものも燃
料として使わざるを得ないであろう。

【０００３】このような動きに伴って、ボイラ用鋼管は
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、蒸気条件の超々臨界圧化には高い高温強度が、流
動床ボイラには高い耐高温エロージョン性が、ごみ発
電、低品位燃料には高い耐高温腐食性が鋼管に要求され
る。しかしながら、高温強度と耐食性が両立できる材料
は限られており、あっても非常に高価なものとなる。そ
れを解決できるのが二重管であり、現に高温強度の優れ
た材料を内管に、耐高温エロージョン・コロージョン性
の優れた材料を外管にした二重管が過熱器管材、火炉壁
管材として用いられている。

【０００４】また流動砂輸送管においては、内面に高温
の砂状シリカが通るので、耐摩耗性の優れた材料を内管
とした二重管が用いられてきている。二重管の製法とし
ては、例えば特開昭６１−１９０００７号公報及び特開
昭６１−１９０００８号公報には、それぞれ厚肉の可鍛
性金属円筒及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する方法などが提案されている。こ
れらに対し、母材と合わせ材との組み合わせを、より広
範囲に選択できる方法として、特公平３−７５６０１号
公報には、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が提案されている。

【０００５】しかしながら、流動砂輸送管のように摩耗
性の高い砂状物質が管内面を通る場合、摩耗される場所
は管内面のある特定の側に集中し、その反対側では摩耗
があまり問題とならない場合が多い。ところが従来の二
重管では、内層部の肉厚が均一であるために、摩耗が問
題とならない側の内層材の分だけ多くのむだが生じる。
内層材として用いられるような耐エロージョン・コロー
ジョン性に優れた材料は、通常非常に高価であるため、
従来の二重管を流動砂輸送管に用いるのは非常に不経済
であり、限られた資源を有効に使うという立場からも早
急な改善が要求されるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、流動床ボイ
ラの流動砂輸送管として用いられる二重管を、従来のも
よりも安価に提供できるような形状に製造することを目
的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を達成すべく、種々の実験と検討を重ねた結果、摩耗が
問題とならない側の内層材の厚さを摩耗が問題となる側
の内層材の厚さより薄くすれば、内層材である高価な耐
摩耗材の使用量が減少することを見出した。さらに、摩
耗が問題とならない側の内層材の厚さが摩耗が問題とな
る側の内層材の厚さより薄い二重管を製造するために
は、二重管の内層の中心と当該二重管本体の中心とが一
致しないようにすればよいことを見出した。そして、そ
のような形状の二重管を製造するためには、特公平３−
７５６０１号公報による方法において、外層材となる円
柱状金属素材の中心部に、その円柱軸方向に、該円柱状
金属素材の軸芯と一致しない軸芯を有する円筒状の空腔
を開け、この空腔の中に円筒状のカプセルを、前記円柱
状金属素材の軸芯と前記円筒状カプセルの軸芯とが一致
するように配置し、その後、前記円柱状金属素材の空腔
壁と前記円筒状カプセルとの間に内層材となる金属の粉
末を充填し、熱間静水圧プレスを行った後に熱間加工を
施して延伸すればよいことを見出した。

【０００８】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
ので、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、
円柱状金属素材の中央部に該金属素材と軸芯が一致しな
い円筒状の空腔を開け、該円筒状空腔内部に円筒状カプ
セルを該円筒状カプセルの軸芯が前記円柱状金属素材の
軸芯と一致するように配置し、該円柱状金属素材の空腔
内壁と前記カプセルとの間の隙間に他種金属の粉末を充
填することを特徴とする耐食耐摩耗性二重管の製造方法
にある。

【０００９】ここで外層となる金属素材及び内層となる
金属素材の種類については格別に制限されるものではな
く、例えば外層材としては炭素鋼、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、内層材としては耐食性、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
ン合金などを挙げることができる。

【００１０】以下本発明を詳細に説明する。

【００１１】

【作用】まず本発明では、外層材となる円柱状金属素材
の中心部に、その円柱軸方向に円筒状の空腔を開けるの
であるが、その際、円柱状金属素材の軸芯と円筒状空腔
の軸芯が一致しないようにわずかにずらす。次に円筒状
空腔の中に円筒状のカプセルを配置するのであるが、そ
の際に図１ａ、ｂに示すように、円柱状金属素材と円筒
状カプセルの軸芯が一致するように配置する。次に、円
柱状金属素材の空腔壁と円筒状カプセルとの間の隙間に
二重管の内層材となる他種金属の粉末を充填し真空封入
する。その際、円柱状金属素材の軸芯の位置を刻印など
により、目印をつけておく。次に、熱間静水圧プレスを
施し、他種金属粉末を内層として形成せしめると同時
に、外層と内層とを金属結合させ、接合界面に十分な強
度を持たせる。次いで図１ｃに示すように、円筒状カプ
セル部及び円柱状金属素材の外表層部を機械研削によっ
て取り除くのであるが、その際、二重管素材の内表面及
び外表面が熱間静水圧プレス処理前に予め付けておいた
目印を中心として同心円状になるようにする。このよう
にして製作した二重管素材を、例えば熱間押出により延
伸することにより、内層肉厚が場所によって徐々に変化
し、しかも内層肉厚が最大となる部位と最小となる部位
が互いに管の中心に対して反対側の位置となるような二
重管を製造することができる。

【００１２】このようにして得られた二重管を流動砂輸
送管として用いる際に、最も耐摩耗性を要求される側
に、内層肉厚が最大となる部位を向ければ、必然的に内
層肉厚が最小となる部位は耐摩耗性があまり問題となら
ない側に向くことになり、内層肉厚がどの部位でも一定
な通常の二重管の場合と比べて、一般的に高価である内
層材の使用量を減少させることができる。

【００１３】本発明の二重管は、耐食耐摩耗性が要求さ
れるのが管の内面であり、かつ耐食耐摩耗性が問題とさ
れる部位と、ほとんど耐食耐摩耗性が問題とならない部
位が、互いに管の中心に対して反対側の位置となるよう
な、あらゆる鋼管の使用環境において適用でき、特に流
動砂輸送管としての用途のみに限定されるものではな
い。

【００１４】以下に本発明の実施例について説明する。

【００１５】

【実施例】耐摩耗材である内層材として２５Ｃｒ３Ｃ鋼
を、外層材として炭素鋼を選び、表１に示すような外
径、外層と内層の境界をなす円の直径、内径、外層と内
層の境界をなす円の中心と当該二重管の中心との距離、
を有する二重管を本発明の方法による熱間静水圧プレス
＋熱間押出のプロセスにより製造した。そのとき得られ
る耐摩耗材最大肉厚、最小肉厚、及び耐摩耗材の節約割
合も表１に併せて示した。

【００１６】ここでＮｏ．１〜３は本発明による方法で
製造した例、Ｎｏ．４、５は通常の熱間静水圧プレス＋
熱間押出プロセスによって製造した従来型二重管の例で
ある。また、耐摩耗材の節約割合とは、任意の本発明二
重管に要する耐摩耗材の量が、当該本発明二重管と等し
い外径、内径を有し、耐摩耗材の肉厚が全周にわたって
当該本発明二重管の耐摩耗材最大肉厚と等しい従来型の
二重管に要する耐摩耗材の量に対して何％減少したかを
示すものである。

【００１７】表１からも明らかなように、本発明による
二重管は、従来型の二重管と比較して２７〜４０％もの
耐摩耗材が節約できた。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
と同等の耐食耐摩耗効果を持つ二重管を、従来よりも遙
かに安価に製造することが可能であり、産業の発展に貢
献するところ極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａ、ｂは熱間静水圧プレスを行う際の円柱状外
層金属材と円筒状カプセルとの配置、及び内層金属粉末
の充填要領を示す図、ｃは熱間静水圧プレスを行った後
の二重管素材の加工要領を示す図である。

【符号の説明】

１ 外層材である円柱状金属素材 ２ 円筒状空腔 ３ 内層材である他種金属粉末 ４ 円筒状空腔の軸芯 ５ 円柱状金属素材及び円筒状カプセルの軸芯 ６ 円筒状カプセルとその蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ３０Ｂ 11/00 Ｅ 9347−4Ｅ Ｆ１６Ｌ 9/02 7123−3Ｊ

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、円柱状金属素材の
   中央部に該金属素材と軸芯が一致しない円筒状の空腔を
   開け、該円筒状空腔内部に円筒状カプセルを該円筒状カ
   プセルの軸芯が前記円柱状金属素材の軸芯と一致するよ
   うに配置し、該円柱状金属素材の空腔内壁と前記カプセ
   ルとの間の隙間に他種金属の粉末を充填することを特徴
   とする耐食耐摩耗性二重管の製造方法。