JPS5929082B2 - 鋼管製造におけるブランクおよびその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、金属粉又は合金粉、若しくはこれらの混合
物、あるいは金属粉又は合金粉とセラミック粉末との混
合物から形成された組織又は構造の金属棒、金属管、そ
の他これらに類似する長尺物に関する。

従来、棒、管等を製造する場合、金属粉を直接押出プレ
スの受器に充填し、一段法により押出して直接目的とす
る最終製品とするか、又は多段法により中間製品を経て
最終製品とする方法が行なわれた。

この方法の改良として、ブランクをつくり、プレスの受
器に入れ、押出す方法がある。

ブランクは種々の方法でつくられ、例えば、 ａ）粉末を冷間圧縮し、焼結する。

ｂ）粉末を熱間圧縮する。

Ｃ）粉末をカプセルに充填し、封入する。

等の方法がある。

この発明は棒、管等を基本的には前記Ｃ）の改良方法に
より製造するものである。

即ち、粉末をカプセル中に封入し、引続き該カプセルを
一段又は多段押出するのである。

（なお、カプセルというときは単に容器のみならず封入
された粉末を含めていう場合もある。

）経済的及び技術的理由に基づき、カプセル材料は可能
な限り薄くすることが必要である。

しかし、その場合、押出操作中にカプセルに皺の生じる
傾向があるという問題も含まれる。

管やこれに類似する長尺物の製造において、カプセルの
径に対する長さの比は１より大きくなければならない。

このことにより、特にカプセルの壁厚が薄いときに皺の
生じる傾向が一層増大する。

この問題を解決するために様々の提案がなされてきたが
、現在までそのいづれも経済的、技術的に満足すべき解
決を与えていない。

例えば、カプセル中に粉末を封入した後に、カプセルを
機械的に冷間圧縮することが提案された。

しかし、この技術によっては、カプセルと冷間圧縮に使
用される機械工具との間の摩擦力のために、特にカプセ
ルの直径に対する長さの比が１以上であるときに、結果
は満足すべきものではない。

摩擦力はまた、達成可能な全圧下を許容し得る範囲を越
えて減少せしめるとともに、圧下をブランクの長さにわ
たって変動せしめる。

これは就中、押出に先立って加熱する際に、好ましくな
い条件をもたらす。

この発明は全く異なる方法によって前述の問題を解決す
るものであり、非常に規則的な組織を有する好ましくは
ステンレス材料からなる棒、管、その他類似形状の長尺
の目的物、特にシームレス鋼管、を提供することができ
る。

この発明によれば、この問題は、少なくとも大部分が実
質的に球状粒からなる粉末を出発物とし、先ずこの粉末
を延性のある金属容器に封入してカプセル（第一中間製
品）を形成し、次いで該カプセルを粉末の密度が理論値
（理論密度）の少なくとも８０％に達するまで全体に冷
間等方静水圧力を加えて圧縮することによりブランク（
第二中間製品）を形成し、かくして得られたブランクを
加熱し、一段又は多段押出によって目的物を形成すると
いう方法によって解決される。

これによって、特に一様な物理的及び化学的特性を示す
高品質の金属棒、金属管が得られる。

本発明に係る棒、管等を製造するには、高延性材料、例
えば炭素鋼、ニッケル等の薄壁カプセルを使用すること
である。

この発明によれば、カプセルの少なくとも大部分が好ま
しくは高延性の金属板からなる薄壁で構成される。

カプセルの壁厚は押出前のカプセルの外径の最大限５％
であり、好ましくは３％以下であり、特に好ましくは１
％以下であるようなカプセルを使用する。

大きい数値はカプセルの径が小さい場合に適用され、小
さい数値はカプセルの径が大きい場合に適用される。

カプセルの壁厚は０．１〜５７ＩＬ１Ｌの間が好ましい
が２．０〜３籠の間が一層有利である。

ブランクの出発材料としては、少なくともその大部分が
実質的に球状粒からなる粉末が使用され、粒径は１ｍｍ
以下、好ましくは０．６ｔｎｍ以下である。

カプセルに充填した粉末の密度は、カプセルを等方静水
圧縮する前に、振動法又は超音波振動法によって理論密
度（固体としての密度）の約６０〜７０％に高めるのが
望ましい。

粉末を充填封入したカプセルは少なくとも１５００バー
ル（約２１８００ ｐｓｉ）、好ましくは少なくとも５
０００バール（約７２５００ｐｓｉ）の静水圧を付与す
る。

静水圧による冷間等方圧縮は、高温気体による熱間等方
圧縮に比べてはるかに短かい時間で圧縮が達成され、し
かもそれに要するエネルギーが少なくてすむのでより経
済的である。

この発明に係る棒、管等は主に鋼材料の使用を意図する
ものであるが、勿論、他の種類の金属材料やその混合物
、例えば、金属粉とセラミック粉との混合物を使用する
ことも可能である。

満足し得る結果を得るには、粉末の酸素含量が小さいこ
とが重要であり、これは不活性ガスによって噴霧微細化
した球状粉を使用することによって達成される。

球状粒からなる充填粉末を振動せしめることにより、非
常に高い見かけ密度が達成される。

この点はこの発明の極めて重要な一特徴であって、不規
則形状粉と球形粉との相違に基づくものである。

球形粉を、必要な中間製品又は最終製品に適した形状の
高延性カプセルに導入し、振動法により理論密度即ち固
体としての密度の６０〜７０％の密度を与える。

コンパウンドをつくる場合であれば、種々の金属を粉末
形状で使用する。

粉末は１又はそれ以上の区壁で分割されたカプセルに導
入する。

かかる区壁はプラスチック、鋼又は類似の材料からなる
。

粉末を充填、振動せしめた後、区壁を除去し、高度に延
性の材料からなるカプセル中に真空法を用いて（又は用
いずに）封入する。

その後、カプセルを封入した粉末と共に少なくとも１５
００バール、好ましくは例えば５０００バールの圧力で
冷間等方静水圧縮を施こすと、理論密度の６０〜７０％
の密度は、使用する圧力にも依るが、理論密度の８０〜
９０％にまで増大する。

粉末の最初の密度が非常に大きいために、長さの径に対
する比が１より大きく（例えば４）、また薄壁のカプセ
ルを使用するという事実にもかかわらず、冷間圧縮及び
押出の過程においてカプセルには皺が生じないのである
。

薄壁のカプセルを使用することが経済的観点から非常に
重要であることは既述したとおりである。

カプセルの外径と壁厚との比が重要である。

この発明によれば、数比は最大限５％であり、好ましく
は３％以下であり、特に１％以下が有利である。

一方、カプセル壁厚は好ましくは約０．１〜５ｍｍであ
り、特に０．２〜２ｍｍの間が望ましい。

上記比については、大きい比の値は比較的小さいカプセ
ルの径に関して使用さ札反対に小さい比の値は比較的大
きいカプセルの径に関して使用される。

冷間静水圧縮における全体的圧縮により、ブランクはそ
の全長にわたって実質的に一様な密度を付与される。

密度が著しく増大するために、誘導炉を使用する方法又
はその類似方法により短時間にブランクを加熱すること
ができる。

カプセルは加熱後、一段又は多段法により押出される。

その際、カプセル材料は非常に薄い皮膜として引出され
る。

その皮膜は、押出プレスから出てくると空気中で酸化さ
れ、部分的に争１離する。

カプセル材料の残余はその後の焼鈍、硝酸洗浄又はサン
ド・ブラストにより除去される。

次いで、管等は通常の方法で加工される。

この発明の棒、管等は以上のようにして製造されるもの
であるから、極めて一様な構造と極めて調和ある物理的
、化学的特性を有し、特に製品の硬度及び耐化学薬品性
の変動は実質的に小さい。

この点は、コンパウンド製品についてもいえることであ
る。

管又はその類似物におけるこれらの特性は、従来の製造
方法においては常に起こる偏析特に線状として現われる
偏析が、起こり得ないという事実に基づくのである。

必要な場合には、カプセルを高品質表面仕上した材料か
らなるものとし、押出された管等にカプセルの材料から
なる永久コーティングを施すことができる。

表面コーティング又は焼付の厚さはカプセルの壁厚を適
宜に選択することにより予め決定することができる。

かかる表面層をつくるには高延性材料が特に適する。

以下に、実施例についてこの発明の詳細な説明する。

実施例１として、アルゴンにより微粉化した粒径０．６
關以下の球状粒であって全酸素含量の小さい銅粉を管状
カプセルに充填し、振動せしめた。

カプセルは外径が約１４０ｍｍの環体で、低炭素含量の
鋼からなるもので、壁厚は３ｍＢ長さは５５０ｍ７ＩＬ
であった。

環状カプセルは内側中心部に該カプセルの外側のケーシ
ングとほぼ同じ壁厚を有する同品質の炭素鋼からなる連
続的な管状部を有した。

加熱及び押出の間に粉末の浸炭を防止するためにカプセ
ル材料の炭素含量は小さいことが必要であった。

カプセルを真空にし、既知の方法で密閉し島その後、カ
プセルを液体（本実施例では水）中に沈め、５０００バ
ールの圧力を全体にかけて冷間等方静水圧縮を行なった
。

カプセルは縮小し、粉末密度は約６８％から約９０％に
上昇し、この際、カプセル材料には皺が生じなかった。

説明を容易にするために、実施例１のカプセルと同一の
カプセルを冷間等方静水圧縮のかわりに通常の冷間圧縮
、即ち機械圧縮を行なった。

この場合、理論密度の７５％の粉末密度が得られたがし
かし、実施例１における圧力の２倍の圧力を要した。

さて、先の冷間等方静水圧縮によってつくられたブラン
クを次に予熱炉で９００℃に加熱し、そして最終的に誘
導コイルにより１２４０℃に加熱した後、ブランクを押
出し、シームレス鋼管に成形した。

管を水浴により冷却し、カプセル材料は硝酸浴中で除去
した。

管には欠陥は皆無であった。比較するために機械圧縮に
よってつくられたブランクを同じ方法で加熱し、押出し
た。

カプセル材料を除去したが、管は使用不可能であった。

圧縮時に生じた皺が割れやその他の材料疵を生じさせ、
これによって管は使いものにならなかった。

実施例２として、コンパウンド管を次のようにして製造
した。

中心部に連続的な内管を有する実施例１に対応する薄板
金属からなるカプセルにおいて、該カプセルの外壁と内
壁との中間に薄肉管を置いた。

外側の中間空間にはケイ素及びアルミニウム含量の高い
２５％クロム鋼の球形粉を振動を与えつつ充填した。

粒径は０．６ｍｍ以下であった。この品質のブランクを
通常の方法、即ち精練合金によりつくることは著しく困
難である。

この材料は殊に粉末冶金に適し、その製品が工業的に非
常に重要であることは知られているところである。

粒径０．６ ｒｕｎ以下のクロムニッケル鋼（Ｃｒ１８
％。

Ｎｉ８％）の球形鋼粉を振動させながら内側の中間空間
に充填した。

中間壁を取除き、真空にし、密封した後、カプセルを５
０００バールで冷間等方静水圧縮を施こした。

その後、ブランクを加熱し、実施例１に記載したような
シームレス鋼管に形成した。

カプセル材料は同じく硝酸浴中で除去した。コンパウン
ド管の組織検査によれば、組織は完全に密であり、且つ
均一であった。

２つの材料の結合領域には完全な結合があり、疵はなか
った。

強調したいことは、従来の既知の方法では疵のないコン
パウンド管を製造することは実際上不可能であったとい
うことである。

なお、押出前の圧縮の必要性をみるために、実施例１と
同じ粉末及びカプセル材料を、等方静水圧縮することな
く、直ちに１２００℃に加熱し、最終製品である管に押
出した。

管にはカプセルの皺発生に基づく表面疵が現われており
、皺発生は粉体の当初の密度が小さいことによるもので
ある。

従って、この試験結果は、既に知られているカプセルの
皺発生現象を防止し、表面疵の発生を抑止するためには
、押出の前にブランクを圧縮することが必要であること
を示すものである。

一方、実施例１と同じ粉末及びカプセルを２０００バー
ル（約２９０００ｐｓｉ）に等方静水圧縮した。

カプセルは皺を生じることなく縮小し、粉末の密度は理
論値の８２％に増大した。

ブランクを上記と同じ方法で加熱し、押出した。

得られた管は無疵で、何らの皺もなかった。

試験によれば、無疵の製品を製造するには８０％までの
冷間等方静水圧縮で十分である。

さらにまた、材料粉末の形状が圧縮密度に及ぼす影響に
ついてみるために、８個のカプセルの内、４個に不規則
な形状のステンレス鋼粉（水により微細化したもの）を
充填し、残りの４個には規則的な球状のステンレス鋼粉
（アルゴン又は他の活性ガスにより微細化したもの）を
充填しｔう次いで、カプセルを２０００バール（約２９
０００ｐｓｉ）、４０００バール（約５８０００ｐｓｉ
）、６０００バール（約８７０００ ｐｓｉ）及び８０
００バール（約１１６０００ ｐｓｉ）で冷間等方静水
圧縮を施こした。

不規則形状粉を充填した４個のカプセル表面には皺が生
じた。

一方、これとは対照的に、球形粉を充填したカプセルに
は何らの疵も生じなかった。

従って、試験によれば、８０％以上の密度を達成するた
めに冷間等方静水圧縮を行なうとき、皺発生を避けよう
とするなら、球形粉を使用することが必須の要件であり
、これが高い見かけ密度を与えるのである。

第１図は冷間等方静水圧縮力に対する不活性ガス微細化
粉末を圧縮したときの密度（実線）及び本機細化粉末を
圧縮したときの密度（点線）の比をそれぞれ示したもの
で、不活性ガスによって微細化した粉末を使用すると、
相当に低い圧力で８０％以上の密度が達成されることが
わかる。

第２図はこの発明の一実施例の横断面図であって、ニッ
ケルの薄壁２で囲繞した管１を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷間等方静水圧縮力により不活性ガス微細仕初
及び本機細化粉を圧縮したときの圧縮力と圧縮密度との
関係を示し、第２図はこの発明に係る一実施例の横断面
図である。 １・・・・・・管、２・・・・・・カプセルの器壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 延性を有する金属薄板からなりかつその壁厚が押出
   前において０．１〜５ｍｍで外径の５％以下であるよう
   な環状金属容器に、少なくとも大部分が不活性ガス噴霧
   微細化により実質的に直径が１ｍｍ以下の球状粒に加工
   されたステンレス鋼の粉末ヲ、理論密度の ６０〜７０
   ％の密度で充填封入すると共に、この粉末の封入された
   容器を冷間等方静水圧により粉末密度が理論密度の少な
   くとも８０％に達するまで全体的に圧縮して得られる、
   押出法を用いた鋼管製造におけるブランク。 ２ 延性を有する金属薄板からなりかつその壁厚が押出
   前において０．１〜５ｍｍで外径の５％以下であるよう
   な環状金属容器に、少なくとも大部分が不活性ガス噴霧
   微細化により実質的に直径が１ｍｒＩＬ以下の球状粒に
   加工されたステンレス鋼の粉末を充填すると共に、該粉
   末に振動を加え、粉末の密度を理論密度の ６０〜７０
   ％にして該容器を封じ、次いで、この粉末の封入された
   容器に冷間等方静水圧をかけ、容器内の粉末の密度が理
   論密度の少なくとも８０％に達するまで全体的に圧縮す
   る、押出法を用いた鋼管製造におけるブランクの製造法
   。