JPH0929326A - 超弾性ＮｉＴｉ合金チューブの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工性及び超弾性特性に優れた超弾性ＮｉＴ
ｉ合金チュ−ブの製造方法を提供する。 【構成】 素管10と同等若しくはこれ以上の変形抵抗を
有する中子20を素管10に挿入してなる複合ビレットに 8
00〜1000℃の温度で押出加工を施し、しかるのち、前記
中子20を引抜く。 【効果】 素管10の内面の変形が中子20により拘束され
て、前記内面の座屈が防止される。従って、押出後の中
子20の引抜きが容易に行える。又得られるチューブは、
内面が平滑で超弾性特性に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工性及び超弾性
特性に優れた超弾性ＮｉＴｉ合金チューブの製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】超弾性ＮｉＴｉ合金チューブの製造方法
としては、板材を筒状に丸めて両縁端部を突き合わせ溶
接した溶接管に芯金を挿入して、室温で引抜加工する方
法が提案された。しかしこの方法では、強度の低い溶接
箇所に割れが入り易く、又溶接箇所に生じる偏肉が、引
抜加工後の芯金の引抜きを困難にし、又後の空引加工で
の破断の原因になるという問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
ＮｉＴｉ合金材を穿孔加工したシームレス素管に軟鋼製
（ＳＳ４１）中子を挿入して複合ビレットとし、これを
熱間で押出し、この押出チューブの内部に芯金を挿入し
て引抜加工する方法が提案された。しかし、この方法に
は、中子の引抜きが困難、芯金入り引抜加工で破断
し易い、引抜加工後の芯金の引抜きが困難、得られ
るチューブの超弾性特性が低い等の諸問題があった。

【０００４】本発明者等はこのような事態を踏まえて鋭
意研究を行い、前述の諸問題は、熱間押出時に素管の内
面が座屈して偏肉（筋状の凹凸）を生じること、前記座
屈は中子の強度不足が原因で起きることを知見し、更に
研究を進めて本発明を完成するに到った。本発明は、加
工性及び超弾性特性に優れた超弾性ＮｉＴｉ合金チュー
ブの製造方法の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
素管と同等若しくはこれ以上の変形抵抗を有する中子を
素管に挿入してなる複合ビレットに 800〜1000℃の温度
で押出加工を施し、しかるのち前記中子を引抜くことを
特徴とする超弾性ＮｉＴｉ合金チューブの製造方法であ
る。

【０００６】この発明では、複合ビレットの中子の変形
抵抗が素管の変形抵抗と同等以上の為、素管の内面が中
子により拘束されて、前記素管の内面が座屈しなくな
る。従って、押出後の中子の引抜きが容易に行える。又
得られる押出チューブは内面が平滑で超弾性特性に優れ
る。

【０００７】この発明において、複合ビレットの押出温
度を 800〜1000℃に限定した理由は、前記押出温度が 8
00℃未満では、複合ビレットの変形抵抗が大きく押出が
困難であり、1000℃を超えると複合ビレットの酸化が酷
く得られるチューブは実用性に欠ける為である。又押出
温度における中子の変形抵抗を、超弾性ＮｉＴｉ合金の
変形抵抗と同等以上に限定した理由は、前記中子の変形
抵抗が前記超弾性ＮｉＴｉ合金の変形抵抗よりあまり低
くなると、押出し時のチューブ内面に座屈が起きる為で
ある。この発明において、中子の変形抵抗が素管の変形
抵抗と同等以上とは、中子の変形抵抗が超弾性ＮｉＴｉ
合金の変形抵抗の90％程度以上を言う。この発明で、中
子の変形抵抗があまり高いと押出の減面率を高くでき
ず、後の引抜加工工程が長くなり生産性が低下する。従
って、押出温度における中子の変形抵抗は25kg/mm²程度
以下に抑えるのが好ましい。

【０００８】この発明では、中子の変形抵抗を素管の変
形抵抗と同等にすると、チューブ内面の座屈防止ととも
に、押出加工性が良好に行え好ましい。変形抵抗が素管
（ＮｉＴｉ合金）と同等の材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ系
合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系合金
等がある。この中で、Ｃｒの含有量は 0.5〜20wt％、Ｎ
ｉの含有量は 0.5〜12wt％の範囲内にすると、低めの温
度で押出ができて、超弾性ＮｉＴｉ合金の酸化を確実に
防止できる。

【０００９】この発明では、中子の変形抵抗が素管の変
形抵抗と同等以上の為、素管にシーム管（溶接管等）を
用いても、熱間加工時にシーム箇所が十分に均質化され
て、シーム部分の偏肉等の悪影響が低減する。しかし、
素管にシームレス管を用いた方が、偏肉等が一層起き難
くなり、中子の引抜きが極めて容易になり、又得られる
チューブの内面もより平滑になる。シームレス管の製造
には、ＮｉＴｉ合金材をパイプ状に鋳造する方法やＮｉ
Ｔｉ合金の円柱材を穿孔加工する方法等が適用される。

【００１０】この発明において、超弾性ＮｉＴｉ合金と
しては、Ｔｉ−50.5〜52.0at％Ｎｉ合金が、得られるチ
ューブの超弾性特性が優れ好ましい。更に、前記のＮｉ
又は／及びＴｉの一部を、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｃｕのいずれか１種又は２種以上を合計で10at％以
下の範囲で置換すると、Ａｆ点（オーステナイト変態終
了温度）が低下すると共に、材料の加工性、強度、耐食
性のいずれかが改善される。これらを具体的に例示する
と、 Ｔｉ49.0−Ｎｉ51.0（単位はat％を示す。以下同様） Ｔｉ49.15 −Ｎｉ50.85 Ｔｉ49.3−Ｎｉ50.7 Ｔｉ48.9−Ｎｉ50.6−Ｖ0.5 Ｔｉ48.2−Ｎｉ49.8−Ｃｏ2.0 Ｔｉ49.6−Ｎｉ49.6−Ｆｅ0.8 Ｔｉ49.1−Ｎｉ50.5−Ｃｒ0.4 Ｔｉ50.0−Ｎｉ41.7−Ｃｕ8.0 −Ｃｒ0.3 Ｔｉ45.5−Ｎｉ49.5−Ｎｂ5.0 等で、この発明には、前記のような超弾性ＮｉＴｉ合金
が適用できる。

【００１１】この発明で、複合ビレットの押出温度は、
800℃未満では押出し時の減面率を大きくとれない為、
押出し後の工程が長くなり生産性に劣る。又1000℃を超
えると押出工具（コンテナ、ポンチ、ダイス等）の寿命
が短くなる上、超弾性ＮｉＴｉ合金の酸化が酷くなり実
用的でなくなる。従って、前記押出温度は 800〜1000℃
が好ましい。又前記複合ビレットの熱間押出時の減面率
Ｐ(P＝[S−T]/S×100%、但しS:複合ビレットの中子を含
む全断面積、T:押出材の中子を含む全断面積）が70％未
満では、押出後のチューブ径が太い為その後の引抜加工
での工数が増えてコスト高になり不利である。又減面率
Ｐが90％を超えると押出圧力が増加して押出が困難にな
る。従って、熱間押出時の減面率Ｐは70〜90％が好まし
い。

【００１２】請求項３記載の発明は、素管に中子を挿入
した複合ビレットの熱間押出材に、所定の減面加工率で
冷間加工を施し、次いで熱処理を施したのち、押出材か
ら中子を引抜くことを特徴とする請求項１又は請求項２
記載の超弾性合金チューブの製造方法である。この発明
のように、押出材に、所定の減面加工率で冷間加工を施
し、次いで熱処理を施すと、外周に位置する超弾性Ｎｉ
Ｔｉ合金のチューブだけが若干太くなりチューブと中子
との間に間隙が開き、中子が容易に引抜ける。前記冷間
加工での減面加工率は５〜20％程度が好ましい。

【００１３】この発明で得られる押出チューブを更に細
径化するには、通常、芯金入りの引抜加工が適用され
る。前記芯金には、軟鋼、炭素鋼、ステンレス鋼、真鍮
等が用いられる。

【００１４】前記の芯金入り引抜加工により得られたチ
ューブは、芯金を用いない通常の空引加工により、更に
細径化することができる。この空引加工の加工率は、減
面率（空引加工開始時の断面積ｃ、空引加工終了時の断
面積ｄとしたとき[c−d]/c×100%) で20％以上にするの
が、後の熱処理により優れた超弾性特性が得られるので
好ましい。熱間押出、芯金入り引抜、空引加工等により
得られた各々のチューブは、通常、所定形状に保持した
状態で 350〜550 ℃の温度で形状記憶処理が施される。

【００１５】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）ＮｉＴｉ合金製素管（外径39mmφ、内径35
mmφ）に中子を挿入して複合ビレットを作製した。この
複合ビレットを15mmφに熱間押出した（減面率Ｐは85
％）。押出後、押出材に冷間で９％の引抜加工を施し、
次いで 700℃に加熱した。この後、中子をチューブから
引抜いた。ＮｉＴｉ合金素管には、円筒状のＴｉ−50.8
5at ％Ｎｉ合金のプレス成形材をガンドリルで穿孔し、
旋盤により仕上加工したものを用いた。中子材料及び押
出温度は種々に変化させた。前記複合ビレットは、図１
に示すように、前記のＮｉＴｉ合金製素管10に先端が矢
尻状に形成された中子20を挿入し、この中子20の後端
に、素管10の抜け防止にカラー30をかしめて取付けたも
のである。中子20には種々の鋼材を用いた。押出温度は
800〜1000℃の範囲で種々に変化させた。

【００１６】得られた15mmφのＮｉＴｉ合金チューブに
ついて内面の平滑性を調べた。結果を表１及び表２に示
す。表には中子引抜きの難易を併記した。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】表１及び表２より明らかなように、ＮｉＴ
ｉ合金に対する中子の変形抵抗の比率が90％以上の本発
明例品（No.1〜22) は、中子の引抜きが極めて容易であ
り、且つチューブの内面は極めて平滑であった。このう
ち、Ｃｒの含有量が20wt％を超え、又Ｎｉの含有量が12
wt％を超えたもの(No.19〜22) は、変形抵抗が大きくな
り、押出温度を高温にする必要があった。他方、比較例
品の No.23〜32は、いずれも中子の引抜きが困難で、し
かもチューブ内面は粗面であった。これは、中子の変形
抵抗がＮｉＴｉ合金に比べて著しく低かった為、押出時
にチューブの内面が座屈した為である。又No.33 は、押
出温度が 800℃未満の為、中子の変形抵抗が高くなり、
85％という高い減面率では押出すことができなかった。
又No.34 は押出温度が1000℃を超えた為、押出材表面の
酸化が酷く実用性に欠けるものであった。尚、No.1〜22
の押出材について、引抜加工又は／及び熱処理を施さず
に、中子を引抜こうとしたが、いずれの場合も中子の引
抜きは不可能であった。

【００２０】（実施例２）比較の為、超弾性ＮｉＴｉ合
金素管に、ＮｉＴｉ合金の溶接管を用いた。その他は、
実施例１と同じ方法により15mmφの超弾性ＮｉＴｉ合金
チューブを製造した。中子には、No.1〜5 で用いたＦｅ
−18wt％Ｃｒ−8 wt％Ｎｉ合金中子を用いた。得られた
押出チューブについて実施例１と同様の調査を行った。
結果を表３に示す。

【００２１】

【表３】

【００２２】表３より明らかなように、素管に溶接管を
用いた本発明例品(No.35〜39) では素管にシームレス管
を用いた実施例１の場合(No.1 〜5)と比較して、中子の
引抜き性が幾分低下し、内面の平滑性もやや劣った。こ
れは、熱間押出後も溶接箇所の偏肉が若干残った為であ
る。

【００２３】（実施例３）実施例１で製造したNo.3と実
施例２で製造したNo.37 の押出チューブ（外径15mmφ）
にそれぞれ芯金を挿入して、室温で 3.5mmφに引抜加工
した。芯金には、軟鋼、真鍮、又はステンレス鋼を用い
た。引抜加工後、引抜加工材を 700℃に加熱したのち、
引抜加工材の一端を固定し、引抜加工材の固定側の局所
を 900℃に加熱した。この後、芯金の他端を引張って芯
金を引抜いた。得られた引抜加工チューブを 0.5mmφに
空引加工した。次いでこの 0.5mmφの細径チューブを張
力を付与して直線状に保持した状態で 500℃に加熱して
形状記憶処理を施した。

【００２４】前記形状記憶処理後の細径チューブについ
て、ねじり追従性を調査した。結果を表４に示す。表４
には芯金の引抜き性、チューブ内面の平滑性を併記し
た。ねじり追従性は、 0.5mmφの細径チューブを内径 2
54mmφのリング状に 1.5回巻き、一端を90度軸回転させ
たときの他端における軸方向の回転角度で示した。ねじ
り追従性は、超弾性特性の優劣の指標となるもので、超
弾性特性に優れるものは、他端での回転角度が90°に近
くなる。

【００２５】

【表４】

【００２６】表４より明らかなように、本発明例品(No.
40〜43) は、いずれも、芯金引抜き性、線引チューブ内
面、ねじり追従性が良好であった。

【００２７】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明は、押出後
又は引抜加工後のチューブの内面が平滑で中子を容易に
引抜くことができる等加工性に優れ、しかも得られるチ
ューブは超弾性特性に優れるものであり、工業上顕著な
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にて用いる複合ビレットの態様を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

10───素管 20───中子 30───素管脱落防止用カラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片平 賢一 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 岡田 光範 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素管と同等若しくはこれ以上の変形抵抗
   を有する中子を素管に挿入してなる複合ビレットに 800
   〜1000℃の温度で押出加工を施し、しかるのち前記中子
   を引抜くことを特徴とする超弾性ＮｉＴｉ合金チューブ
   の製造方法。
2. 【請求項２】 素管がシームレス管であることを特徴と
   する請求項１記載の超弾性ＮｉＴｉ合金チューブの製造
   方法。
3. 【請求項３】 素管に中子を挿入した複合ビレットの熱
   間押出材に、所定の減面加工率で冷間加工を施し、次い
   で熱処理を施したのち、押出材から中子を引抜くことを
   特徴とする請求項１又は請求項２記載の超弾性合金チュ
   ーブの製造方法。