JPS5829560A - アルミナイズド鋳物の製造方法 - 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】 本発明は寸だ液体状態にある遠心鋳造管の内径表面に適
用されるアルミナイジング法に関する。

鋼素地十にアルミに富んだ保護被覆を造るのに利Ｘ々の
方法が用いられてきた。用いられた最初の方法の一つは
米国特許第１．、１５５．９７４号て開示されろアルミ
ニウム粉末中にパックするととであった。この方法の多
くの変形が１メ後開発されており、今日用いられる方法
はこの最初の方法の変形および改良である。

一般の方法として、金属アルミニウム、アルミナ及びハ
ロゲン化合物の混合物をある程度溝した気密の１／トル
トニ品物を密閉中ろ。レトルトは次いで９８２°Ｃ（１
８００″Ｆ）までの温度でかなりの時間炉の中に置かれ
る。アルミニウムは絶工ず形成されるアルミニウムのハ
ロゲン化物からなる気相から基体中に拡散する。

アルミニウム合金層の深さは基体の拡散特性によって変
化する。ステンレス鋼３１０がアルミナイズされる場合
、合金層は約０（１７６＋ｎｍｆ０．００３インチ）の
深さである。

前述の方法は引抜管と同様に遠心鋳造管のアルミナイジ
ングに適用されてきた。１７かしながらパックアルミナ
イジングはコストのかかる方法であり、生産が許される
のは拡散層が非常にうすい場合だけである。

なお、アルミナイズ被検は高温の酸化及び腐食の激しい
条件下にある品物の寿命を延ばし、それ故に高温で使用
される管またはパイプに！１．＋１′に利ＩＴＪするこ
とができる。

この寿命の増加は普通アルナイズされた層の表面に保護
酸化アルミニウム、層が選択的に形成されるためである
。高温に使用するアルミナイズド管が非常に才ぐれた効
用があるよってこれら酸化物は高温の腐食または侵食に
対して粘り強く極めて耐性がある。したがって、もし従
来のパックする方法に比較して例えば３．２　ｍｒｎ　
（”ＩＢインチ）またばそれ賊」−の厚−アルミナイズ
ド層で品物が被覆されたとすればその保護能力は非常に
増加するだろうということは十分に評価されてよい。

噴霧メタライジング及び溶融メッキのような曲のアルミ
ナイジング法は高温の適用には品質および保巡効率に関
して十分でない。

拡散層が非常にうす〈拡散時間が長−というパックアル
ミナイジングの前記の欠点は溶融金属の中にアルミニウ
ムの拡散が用いられれば克服できる。

文献に報告された数字から仮定するならば、溶融した鉄
中のアルミニウムの拡散係数ば９５０　’Ｃの固体の鉄
中のそれよりも１０５倍大きい。溶融した基体に適用さ
れる拡散に比べて同じ厚さのアルミニウム拡散層をパッ
クアルミナイジングで造る時間は１０５倍長いであろう
ということは定性的な算定によって示すことができる。

例えば溶融した表面を１分間アルミナイジングして得た
のと同じ厚さを得るのに高温パックアルミナイジングで
は１６８０時間かかるだろう。

本方法はアルミナイジングが可能などの種類の合金にも
実施できる。実験では、以下の（鉄系）組成のｌ酬熱合
金（１−ＩＲＡ合金）が用いられた＝Ｃ％　Ｎｉ％　　
Ｃｒｑｌ）　８７１％　　Ｍｎ％　Ｆｅ％０．４０　　
３７　　１９　　　１．２　０．５０　　残部アルミニ
ウム源はアルミニ１″ツムにケイ素７チを加えたＡ３５
６合金であった。

実験は遠心鋳造設備を用いて行われ、長さ１５２園（５
フィート）、内径１２．７ｃｍ（５インチ）の鋼製遠心
鋳造鋳型が用いられた。鋳型の内面ば遠心鋳造に普通に
用いられろ塗型で被覆された。この方法によれば第１図
の溶融したｉ（ＲＡ合金１０は最初に回転する遠心鋳型
１２の中冗流れ口１３を通して注湯された。溶融金属が
安定して均一な壁厚になった後、溶融したアルミニウム
合金１４（第２図）がシュート１５を通１〜で鋳型の反
対ｆｌｌ１１の端から注湯された。最初の注湯から第２
の注湯までの時間のおくれは普通５〜１５秒である。

溶融アルミニウム金属は溶融した素地金属」−に流れ、
合金中えのアルミニウムの拡散が起るにつれて、相当な
溶解熱の発生によって内径部の局部温度が増す。この現
象は溶融したアルミニウムの比較的うすい層が管の全長
を「走る」のを確実に才ろ。なお、この現象のために拡
散の速度が増犬用−る。

溶融した金属１４が溶融１−たＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を
おうとき、反対のやり方で２つの工程が重い方の金属を
アルミニウムで合金化するのて影響をりえる。アルミニ
ウムがこの合金に接触するようになると、化学的ボテン
シアルの勾配が非常に高いために素地金属の中にアルミ
ニウムの急速な拡散がおこる。同時に、アルミニウム（
またばＡ７に富んだ合金）は密度が低いために終始遠心
力によって内径側に「押出」される。

したがって、以下のパラメーターが管の内径面」−の１
合金化層の最終厚さに影響を及ぼす：（１）合金化され
る金属の温度。温度が上昇すると、拡散速度が増加し１
合金化層が厚くなる。

同様Ｖ−アルミニウムまたはアルミニウム合金の注湯温
度がアルミナイズド層の厚さに影響を及ぼす。

（２）遠心υ、ｊ造鋳型の回転速度。回転速度が増すと
、遠心分離の程度が高くなりＡ１合金化層はよりう１−
＜なろ。

（３）第２の金属が注湯されろ寸でのおくれ時間。

時間のおくれが大きくなると、「溶融した基体−１の温
度が低下しＡｌに富む層の厚さが減少する。

とれは（１）の点に関係１−る。

（４）塗型の厚さ及び鋳型の壁のｎ、７４度。断熱層の
厚さが厚いほど鋳型壁の温度が高く、Ａｔ拡散層が深い
。

（５）注湯されろアルミニウム（またはその合金）の量
。

たとえこのパラメーターの１つが変えられないとしても
、反対の方向に工程て影響を及ぼす数種ノ工程パラメー
ターの存在によって合金化層の厚さを制御する能力が与
えられろ。例えば、合金化される金属の注湯温度が高？
！ｉＡの１７ベル（鋳型の全長にわたって注湯できるほ
どの）に固定されても、回転速度、ｌを注湯する１での
おくれ時間、寸たは鋳型壁の温度のようなイ１１！のパ
ラメーターの変化が工程に影響を及ぼし要求されろ拡散
層の厚さが得られろ。

この工程の結果として、図解的に第３図匠示されるＡｔ
−拡散層１６をもつ遠心鋳造管が製造される。

アルミナイズされた管の断面の写真を第４図に示す。第
４図の区域Ａは主としてアルミ化ニッケル及びアルミ化
鉄からなる。複合アルミ化Ｎｉ−ＦｅはＸ線回折法を用
いて発見されなかった。区域ＢをまＮｉ及びＦＣのアル
ミ化物、いくらかのオーステナイト及びＣｒ２３Ｃ６炭
化物からなる。区域Ｂ中のアルミ化物はたいていばｌの
含有量の低いものである。区域Ｃの金属はＦｅ−Ｎ１−
Ｃｒ−Ｃ耐熱合金（オーステナイトと一次Ｃｒ２３０６
炭化物）の通常の組織を有する。

第４図から分るよって、層Ａは均質ではなく殆んどの市
販の用途ては取除いたりまたは平滑にできる。

最初の実験の後第４図の層Ａは空気にさらすと分解する
ことがわかった。管が鋳造されて５週間後、層Ａは鋳物
の内径部てはなかった：かわりに（９） 第５図の内径表面の区域Ｉ３が観察された。

層Ａの金属に類似する組成をもつ合金の自己分解がすで
に米国特許第４．１．７５，９５４弓−に述べられてい
ることが調査の結果分った＝［う不一（Ｒａ、ｎｅｙ　
）Ｊ合金の組織てあろアルミニウム炭化物しま水蒸気及
び合金の分解を起した高い内部応力を明らかに造る反応
の結果できたガスと反応して分解したのである。我々も
また層Ａの部分が分解後、アセチレンのようなにおいだ
けで確認されろガスの存在を発見した。前述の特許は甘
た分解を促進１−ろ熱鋸〕ｖＰおよび雰囲気を述べてい
る。

本発明の方法で造られた管に対して自発的な、完全な「
セルフクリーニング」が必ずしもおこるとは限らない。

管の部分を沸点温度で水蒸気で飽和した雰囲気にさらす
と明らかに分解が進む。区域Ａは寸だ塩酸に溶解（寸た
は分解が非常に進む）することも分った。層Ａは寸た内
径部を研摩する如くして機械的に除去できろ。

アルミナイジングによって達成された保穫材は区域Ｂの
合金で代表される。もし工業上の必要条（１０） 件がきれめな内径部であれば、区域Ａは何とかして除去
されるであろう。もし工業」−の必要条件が許容されれ
ば区域Ａはその丑′８１：匠しておいてよい。

また実験によると４時間１０３８°Ｇ！１９００”Ｆ　
）の雰囲気にさらすと分解に対して区域Ａを安定化才ろ
ことを示した。区域Ａを保持する層は腐食および侵食−
腐食に対する保護を増すことが可能である。

品物の酸化、炭化及び別の形式の高温腐食に対してアル
ミナイズされた層は抵抗を増すことが分っている。最近
の研究てよればアルミナイズされたステンレス鋼３１０
は石炭ガス化雰囲気におけるきびし層腐食条件下で寿命
がのびることが分った。これらの雰囲気での高温腐食−
侵食試験でもアルミナイズされた層は保護性があること
を証明した。本発明の方法でアルミナイズされた遠心鋳
造管の寿命は非常に厚いＡｌＫ富むＦＢ−Ｃｒ−Ｎｉ−
Ａｌ　　合金の保護層があるために同じく長−だろう。

したがってたいていの商業的に達成される温度で多くの
腐食性環境において寿命を増すた（１］） めにどの合金で造らハ、る鋳潰凍心パイプもこの方法に
従って処理才ろことができろ。

溶融したガラスを溶融［７たアルミニウムに導入才るか
または混合才ろことによってアルミナイズされた層σ）
すぐれた表面をその層のすぐれた内部の健全性とともに
得ろことができる、−４−′ｆＪ：わち溶融ガラスは溶
融アルミニウム中にあって内径表面の品質をさまたげる
好丑しくない不純物丑たは化合物を取り」−げろか寸だ
（−を溶１ｔ＋ｊｆ才ろ。これらの訂細な１υ、下に述
べろ。

５９　Ｋｇ（１，３０ポンド暑の■■ＲＡ合金を１３５
　Ｏｒ、ｐ、ｒｎ、、　（溶融した管の内径部で約７５
ソの加速度）の回転する遠心鋳造ジｊ型の中に１５６６
°Ｃ（２８５Ｑ″Ｆ）で注湯した。しばらくして、２７
２に９（６ポンド）の溶融ガラスを遠心鋳型の反対側の
端から溶融した金属管の中に注湯した；４秒後、１．８
１に、［ボンド）の扁３５６アルミニウム合金を同じ位
置から約７０４°Ｇ　（１−３（ｌ　ＯｏＦ）で注湯し
た。凝固するのを寸って複合管を鋳型からとり出した。

（１２） Ｔ−Ｉ　ＲＡ合金の分析値（り）は慝下の通りであった
； ＣＯ，／ｌｌ Ｍｎ　　０．５５ Ｓｉ　Ｏ，９６ Ｃｒ　　２４．９ Ｎｉ　　１９．５ Ｗ　　　０．５１ Ｔ？：　　０．３３ Ａ、ｌ　　Ｏ，０７５ ＦＣ実質的に残部 鋳型から移動された鋳物の断面の検査によると、ガラス
及びアルミニウム（丑たはアルミ化ニッケル及びアルミ
化鉄）の混合物である内部（内径部）層、中間のアルミ
ナイズされた層（厚さ０．３８ｍｍ（０，０１５インチ
））及び最も外側のＨＲＡ合金の素地層からなることが
わかる。アルミナイズされた層と素地金属の間の遷移区
域は非常に微細な結晶からなり樹枝状晶間の区域にいく
らかのアルミニウムに富む相を含んでいる。最も内側の
層を取除りと下のアルミナイズされた層は非常になめら
かであることが分った。

ミクロ組織の検査では内部収縮が全くないか、捷たけ実
質的にないことを示す。

アルミナイズされた層及びその極めて平滑な表面の内部
健全性は、溶融したガラスが溶融１７たアルミニウムの
融体と相互に作用才ろときフランクスとして働き不純物
及び好捷しくない化合物を、凝固したときに容易に管の
内径部から除去できる溶融した酸化物基混合物の中に取
り込むためであると考えられる。

溶融アルミニウム及び溶融ガラスの融体を同時に一緒に
（あるいは鋳型外でよく混合しそれから一緒に）注湯で
きる。あるいは少なくとも別々に鋳型に注湯するのは特
定約１たは本質的ではないと信ずべき根拠がある。とい
うのは遠心分断１及び溶融した素地（１−Ｉ　ＲＡ、　
）金属中えの溶融アルミニウムの拡散が進行する際必要
な処置は鋳型が回転している時溶融ガラスを溶融アルミ
ニウムの融体と相互に作用させることであるからである
。

溶融ガラスは溶融アルミニウム中に例えば酸化アルミニ
ウム、アルミ化ニッケル及び窒化アルミニウムを含んで
いろ不純物及び好ましく々い化合′吻にχ」してフラッ
クスとして作用する本発明のもとで用いられる溶融酸化
物系（溶融した状態のセラミックスの如き）の１例にす
ぎない。したがって「ガラス」という言葉は溶融アルミ
ニウム中の不純物にフラックスと１〜で働く多くの溶融
酸化物系と見てよい。

【図面の簡単な説明】

第１．２、及び３図は本発明による鋳造の連続段階にお
ける遠心鋳型装置の断面図であり、第４及び５図は本発
明てよって造られた遠心鋳造管の断面の写真である。 第１〜３図において、 １０：耐熱合金（Ｔ（ＲＡ金合金 １１：鋳型端　　　　　１２：遠心鋳型１３：流れ口 １４：溶融アルミニウム合金 １５：シュー１−　　　　１６：Ａｌ−拡散層（Ｉ５）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　アルミナイズされる溶融合金を回転する遠心両型に
   その一方の端から導入して鋳型の両端にわたって金属の
   実質的に均一な壁厚が得られるまで回転をつづけ、その
   後、鋳型が回転していて金属がなお溶融している間に反
   対の端から鋳型内の溶融金属上に、凝固した時アルミナ
   イド ス２属の区域となるアルミナイズする金属の融体を注湯
   する、ことからなるアルミナイズド鋳物の製造方法。 ２、アルミナイズされる金属がクロムを含む耐熱鉄合金
   である特許請求の範囲第１項に記載面方法。 ３　アルミナイズされろ区域の厚さが注湯温度、鋳型の
   回転速度、アルミナイズする金属の注湯のおくれ時間、
   アルミナイズする合金の量、鋳型の壁の温度および鋳型
   壁土の断熱層の厚さ、を前もって選択することによって
   制御される特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   方法。 ／Ｉ　鋳型が回転中、溶融アルミニウムの存在において
   鋳型の中に溶融ガラスを導入する特許請求の範囲第１項
   または第２項て記載の方法。 ５　アルミナイズされる溶融合金を回転オろ遠心鋳型に
   導入して鋳型の両端にわたって金属の実質的に均一な壁
   厚が１４）らハ、ろ１で回転をつづけ；その後、υ１型
   が回転していて金属がなお溶融している間に、ガラスお
   よびアルミナイズ−Ｉ−る金属の融体を鋳型の中ＶＣ導
   入して、混合状態の両者を溶融状態にあイ）爪切にＹ−
   １：、湯した金属と接触するようにし、溶融した素地合
   金中にアルミニウムの拡散が進行するにつれて溶融ガラ
   スが溶融アルミニウムから不純物をとり込んで彷物の内
   面になるまで鋳型σ）回転をつづける、ことから成るア
   ルミナイズド鋳物の製造方法。 ６　最初に注湯される金属が釘ｊノｌすの−方の端から
   導入され逆に溶融ガラスお３Ｌびアルミナイズする金属
   が反対の端から導入されろｉｐ、ｌｉπＦ　Ｈ’１１ｆ
   求の範囲第５項に記載の方法。