JPH0726189B2 - 表面被覆金属の製造方法 - Google Patents

表面被覆金属の製造方法

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JPH0726189B2
JPH0726189B2 JP61258634A JP25863486A JPH0726189B2 JP H0726189 B2 JPH0726189 B2 JP H0726189B2 JP 61258634 A JP61258634 A JP 61258634A JP 25863486 A JP25863486 A JP 25863486A JP H0726189 B2 JPH0726189 B2 JP H0726189B2
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三千寿 井藤
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 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。
(従来の技術) 産業の進歩と技術の発展により近年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-276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、これら合金は非常に高価でることが大きな
難点である。従って構造材の表面にのみこれら合金を合
せ材として使用し、強度は下地の金属(たとえば低合金
鋼)で確保するいわゆるクラッド鋼の使用が考えられ
た。
クラッド鋼はその形状が管の場合には継目無管あるいは
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625といったニッケル
合金を合せ材とする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。これはこれら合金の熱
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、通常の造管プロセスでは
合せ材と母材を均一に加工し接合することが難しいこと
によるものである。
一方、コーティングの一種として従来より溶射が知られ
ている。溶射にはプラズマ溶射、ガスフレーム溶射など
種々のプロセスがあり、最終製品へのコーティングが可
能、コーティング厚さのコントロールが容易といった利
点がある。しかし、これら溶射法はいずれも大気中ある
いは大気圧の不活性ガス中で粉末を溶融し母材に溶射す
るものであるため、空気あるいは不活性ガスが溶射層内
にまきこまれ、気孔を生成するという難点を有してい
る。この気孔は溶射層の延性を著しく低下させるばかり
ではなく、腐食や割れの起点となったり、さらには気孔
のなかには貫通気孔、即ち溶射層中を貫通した気孔を含
んでいることから腐食溶液や酸化性雰囲気が貫通気孔を
通って母材に到達するため母材が損傷し、溶射層が保護
層としての機能を全く失なうことになる重大な欠陥があ
る。
前述のように大気圧下で溶射した溶射層中には貫通気孔
が存在するため、通常の熱間加工を行なった場合には熱
間加工前の加熱中に貫通気孔内及び母材が酸化されるた
め熱間加工時に溶射層の割れや表面肌荒れを起こす上
に、熱間圧延によっても貫通気孔は圧着されず欠陥とし
て残るという問題があった。そのために従来は例えば溶
射した圧延素材の複数を溶射層どうしが接するように重
ね合せて加熱、圧延することによって貫通気孔に起因す
る割れや欠陥の発生を防止する方法が行なわれてきた。
例えば、特開昭59-1003号公報において溶射技術と圧延
技術を組合せて耐食性などの特性を表面被覆鋼板に付与
する方法が開示されている。しかし、この方法に製品の
形状が板に限られるという大きな難点がある。加えて、
複数の圧延素材を組合せて圧延するものであるため、素
材の組立や圧延後の剥離など工程が複雑である。
一方、特開昭59-120276号公報において、鋼管内部だけ
を減圧状態にしてプラズマ溶射を行なうことにより、鋼
管内面を気孔の少ない薄い金属またはセラミックスで被
覆する方法が開示されている。しかし、この方法では大
気圧下の溶射に比べて溶射層中の気孔を減少できるもの
の、なお気孔はゼロではなく溶射層の延性や耐摩耗性に
劣るという難点を有している。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明はかかる現状に鑑み、耐食性、耐高温腐食製、耐
酸化性、耐摩耗性など表面被覆が目的とする特性を改善
し、かつ延性にも優れる金属で母材となる金属を被覆す
る方法を安価にして優れた特性を確保しつつ提供するも
のである。
(問題点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るべく種々実験、検討
を重ねた結果、減圧中で金属表面に溶射した溶射層中に
は貫通気孔がなく大気圧下で製造した溶射層に比べて熱
間加工性が著しく優れていること、かつ熱間加工によっ
て溶射層中の気孔をまったくゼロにできることを見出し
た。さらにかかる熱間加工においては、溶射層の少なく
とも肉厚方向に圧縮力を加えることが溶射層中の気孔を
消失させるために重要であり、かつこうした熱間加工に
よって溶射層の肉厚を5%以上減少させる量の熱間加工
量が必要であることを見出した。加えて、溶射のままの
素材を加工可能であって、複数素材を組立てて加工しな
くとも良いことも見出した。
本発明は上記の知見にもと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、真空度が1Torr以
上300Torr以下の減圧中で金属の溶射層を形成した後
に、該溶射層の少なくとも肉厚方向に圧縮力を加えなが
ら該溶射層の肉厚を5%以上減少させる熱間加工を施す
ことを特徴とする表面被覆金属の製造方法にある。
以下本発明を詳細に説明する。
(作用) まず本発明においては溶射層中に貫通気孔が生成するこ
とを防止するために減圧中で溶射を行なうのであるが、
この場合の真空度は1Torr以上300Torr以下であることが
好ましい。これは、真空度が1Torr未満では溶射の効率
が悪く、300Torrを超える場合には溶射層中に貫通気孔
が生成することを防止できないからである。ここで雰囲
気はArガス、N2ガスなどの不活性ガスやAr+H2,Ar+He
などの混合ガスをはじめとしてその他溶射条件、溶射金
属、母材金属および溶射層の必要特性に応じて選択すれ
ば良いが、いずれも場合においても真空度を上記の範囲
内とすることが肝要である。
本発明の対象とする金属素材即ち被溶射金属は熱間で加
工可能な金属であればいずれも適用可能であり、例えば
炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、ニッケルおよびニッ
ケル合金,アルミおよびアルミ合金,チタンおよびチタ
ン合金などが挙げられる。一方溶射金属としては耐食
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良く、例えばハステロ
イ,ステライト(いずれも商品名),Ni−Cr合金,ステ
ンレス鋼,チタンおよびチタン合金,ニッケルおよびニ
ッケル合金,アルミおよびアルミ合金などが挙げられ
る。
次に本発明においては溶射層形成後熱間加工を行なう
が、この際に溶射層の少なくとも肉厚方向に対しては圧
縮力を作用させることが気孔を消失させるために重要で
あり、例えば熱間圧延、熱間鍛造,熱間押出などを利用
することができる。熱間加工量について溶射層の肉厚を
5%以上減少させると限定したのは、溶射層の肉厚減少
が5%未満では溶射層内の気孔が完全には消失しないた
めである。なお本発明において熱間加工とは、母材であ
る金属素材および溶射層の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
際しては母材および溶射層の両方に対して適切な温度を
選択する必要がある。
また、本発明では熱間加工量の上限は特に設けないが、
その理由は本発明の目的からは熱間加工量は溶射層の肉
厚が5%以上減少すれば良く、溶射層あるいは素材金属
の熱間加工能の限度内であれば自由に選択することがで
きるからである。さらに、熱間加工は一般で行なっても
多段で行なっても同一の効果が得られるので、必要に応
じていずれかを選択することができる。
本発明においては金属素材の形状が板あるいはパイプの
場合には金属溶射層をひとつの面、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、両面即ち板の
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
のうち適切な方を選択すれば良い。
その他熱間加工を行なった後に、例えば母材の強度,靱
性等を調質する目的で行なう焼入れ焼戻し、焼ならし等
の熱処理、溶射層の耐食性をさらに改善させる目的で行
なう溶体化処理や焼なまし等の熱処理、製品の形状を調
整するなどの目的で行なう冷間加工など必要に応じてさ
らに他の加工を加えることもできる。いずれも必要な強
度、靱性、耐食性等に応じて選択することができる。
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、板及び棒など種々の形状に応用す
ることができる。或いはさらに成形、溶接などを行なっ
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。
以下に本発明の実施例について説明する。
(実施例) 第1表に示す材料およ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No1〜4はスラブの上
面に溶射層を形成した例、本発明例No5〜6はスラブの
両面に溶射層を形成した例、本発明例No7は中空ビレッ
トの外面に溶射層を形成した例である。いずれも溶射は
減圧中でプラズメ溶射法により行なった。各々の形状を
第1図,第2図および第3図にそれぞれ示す。第1図は
スラブ1の上面に溶射層2を形成した例である。第2図
はスラブ1の上面および下面に溶射層2を形成した例で
ある。第3図は中空ビレット3の外面に溶射層2を形成
した例である。
一方、比較例のうちNo8〜10は減圧中でプラズマ溶射法
により、スラブの上面に溶射層を形成した例であり、No
11〜12は大気圧下でスラブの上面に溶射層を形成した例
である。
次にこれらの材料を第2表に示す条件で熱間加工して表
面被覆金属を製造し各種試験を行なった。その試験結果
を第2表中に併せて示す。第2表で密着強度はJIS H 86
64によって測定し、曲げ試験ではJIS Z 2204の1号試験
片を用いてJIS Z 2248に従って行ない溶射層表面に割れ
が発生しなかったものを○印、割れが発生したものを×
印とした。腐食試験は溶射層から0.2t×15w×30l(mm)
の試験片を採取し、H2S100気圧とCO2100気圧を飽和させ
た20%NaCl水溶液に250℃で1ケ月間浸漬した後の腐食
減量が0.05mm/y以下であったものを○印、0.05mm/yを超
える腐食減量であったものを×印とした。
第2表のうち比較例No8と10では減圧中で溶射層を形成
したものであるが、熱間加工を行なわなかったため、比
較例No9は熱間加工を行なったが熱間加工量が5%に満
たなかったために、溶射層中の気孔は完全には消失して
おらず、耐食性が劣っている。また、比較例No11〜12で
は大気圧下で溶射層を形成したために通常の圧延では溶
射層表面に割れを生じて表面被覆金属は製造できなかっ
た。
これに対して本発明に従って製造した例No1〜7の各試
料は密着強度,曲げ試験,腐食試験のいずれの特性にも
優れている。また、断面ミクロ観察結果から、溶射層中
には気孔が全くなく、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。さらに本発明例No6は耐
摩耗性にも優れていることが確認された。
(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
ところ極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図および第3図はいずれも本発明方法に従
う加工素材の積層要領を示す断面図である。 1…スラブ、2…溶射層、3…中空ビレット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井藤 三千寿 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社第1技術研究所内 (72)発明者 林 和範 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社第1技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭51−41644(JP,A) 特開 昭59−41461(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属素材の表面に、真空度が1Torr以上300
    Torr以下の減圧中で金属の溶射層を形成した後に、該溶
    射層の少なくとも肉厚方向に圧縮力を加えながら該溶射
    層の肉厚を5%以上減少させる熱間加工を施すことを特
    徴とする表面被覆金属の製造方法。
  2. 【請求項2】前記熱間加工の手段が熱間圧延である特許
    請求の範囲第1項記載の方法。
  3. 【請求項3】前記熱間加工の手段が熱間押出である特許
    請求の範囲第1項記載の方法。
  4. 【請求項4】前記金属溶射層の形成が金属素材の両面に
    わたる特許請求の範囲第1,2または3項記載の方法。
JP61258634A 1986-10-31 1986-10-31 表面被覆金属の製造方法 Expired - Lifetime JPH0726189B2 (ja)

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