JP2007181841A - Composite metallic pipe for carburizing treatment having excellent carburizing resistance and excellent high temperature strength - Google Patents
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Description
この発明は、耐浸炭性及び高温強度に優れた浸炭処理用金属複合パイプに関し、特に浸炭炉の内部に炉心管として配設され、内部に浸炭用ガスを流して浸炭雰囲気とした状態で被処理材としての金属線材を内部に通してこれを浸炭処理するためのパイプに用いて好適な金属複合パイプに関する。 The present invention relates to a carburized metal composite pipe excellent in carburization resistance and high-temperature strength, and in particular, is disposed as a core tube inside a carburizing furnace, and is treated in a carburized atmosphere by flowing a carburizing gas inside. The present invention relates to a metal composite pipe suitable for use in a pipe for carburizing a metal wire as a material.
従来、浸炭炉の内部の炉心管として浸炭処理用パイプ(以下単にパイプとする)を配設し、その内部にエチレンガス等の浸炭用ガスを流して浸炭雰囲気とするとともに、パイプ内に被処理材としての金属線材を連続的に通してこれを浸炭処理することが行われている。
このパイプを用いた浸炭処理では、浸炭炉内を真空引きして減圧状態となすとともに加熱によって浸炭炉内部を高温状態とし、そしてパイプ内部に浸炭用ガスを供給して金属線材を連続的に浸炭処理する。
Conventionally, a carburizing pipe (hereinafter simply referred to as a pipe) is disposed as a core tube inside the carburizing furnace, and a carburizing gas such as ethylene gas is flowed into the carburizing atmosphere, and the pipe is treated. A metal wire as a material is continuously passed and carburized.
In the carburizing process using this pipe, the inside of the carburizing furnace is evacuated to a reduced pressure state, and the inside of the carburizing furnace is heated to a high temperature state by heating, and the carburizing gas is supplied into the pipe to continuously carburize the metal wire. To process.
従来、この種用途に向けたパイプは提供されておらず、そこでパイプとして比較的耐食性の良好なJIS SUS310S等のステンレスから成るパイプを用いることが考えられる。
しかしながらステンレスから成るパイプは耐浸炭性が十分でなく、使用中にパイプ自体が浸炭を受けてしまって炭素がパイプ表面から内部に拡散浸透してしまう。
而してこのような浸炭がパイプ自体に生ずるとパイプの脆化がもたらされたり、耐食性が低下して腐食が進行するなどパイプの劣化が促進されてしまい、パイプが早期に寿命に達してしまう。
パイプが寿命に達するとその交換が必要となるが、その交換には多大の手間と時間とを要し、更にその間浸炭処理の中断を余儀無くされてしまう。
従ってパイプは長寿命を有することが求められる。
Conventionally, pipes for this kind of application have not been provided, and it is conceivable to use pipes made of stainless steel such as JIS SUS310S having relatively good corrosion resistance.
However, pipes made of stainless steel have insufficient carburization resistance, and the pipe itself undergoes carburization during use, and carbon diffuses and penetrates from the pipe surface to the inside.
Thus, when such carburization occurs in the pipe itself, the pipe becomes brittle, or the corrosion resistance is lowered and the corrosion progresses. End up.
When the pipe reaches the end of its life, it needs to be replaced. However, the replacement takes a lot of labor and time, and during that time, the carburizing process must be interrupted.
Therefore, the pipe is required to have a long life.
またパイプは浸炭炉の内部で850℃以上の高温に晒されるが、ステンレス製のパイプはこれに耐え得るだけの高温強度を有しておらず、高温強度不足により使用中に曲がりを生ずる恐れがある。
この場合その内部の金属線材がパイプの内面に接触してしまう問題を生ずる。
The pipe is exposed to a high temperature of 850 ° C. or higher inside the carburizing furnace, but the stainless steel pipe does not have a high temperature strength that can withstand this, and there is a risk of bending during use due to insufficient high temperature strength. is there.
In this case, there arises a problem that the internal metal wire contacts the inner surface of the pipe.
その対策として、ステンレス製のパイプを母管としてその内面に母管よりも耐浸炭性の高い合金の肉盛溶接層を積層形成することが考えられる。
因みにこのように母管の内面に耐浸炭性の高い合金の肉盛溶接層を積層形成する点については下記特許文献1,特許文献2,特許文献3等に開示されている。
しかしながら母管内面への肉盛溶接層の形成は、母管の内径が大きい場合には可能であるものの内径の小さい母管の場合(例えば内径が40mm以下の細管の場合)、実際上これを行うことができない。
As a countermeasure, it is conceivable that a stainless steel pipe is used as a mother pipe and an overlay weld layer made of an alloy having higher carburization resistance than the mother pipe is formed on the inner surface thereof.
Incidentally, the following points are disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, and the like regarding the formation of an overlay welding layer of an alloy having high carburization resistance on the inner surface of the mother pipe.
However, formation of the overlay weld layer on the inner surface of the mother pipe is possible when the inner diameter of the mother pipe is large, but in the case of a mother pipe with a small inner diameter (for example, a narrow pipe having an inner diameter of 40 mm or less), this is actually used. I can't do it.
この肉盛溶接層の形成手法としてプラズマ粉末溶接法を好適に用い得るが、プラズマ粉末溶接法の場合溶化材として粉末を用いることからワイヤを溶化材として用いる溶接手法に比べて内径のより小さい母管に対しても内面への肉盛溶接が可能である。
しかしながら浸炭処理用として用いられる上記パイプは内径が40mm以下の細管である場合があり、この場合かかるプラズマ粉末溶接法によっても内面への肉盛溶接は実際上行うことができない。
The plasma powder welding method can be suitably used as a method for forming this build-up weld layer. However, in the case of the plasma powder welding method, a powder is used as a solubilizing material. Overlay welding on the inner surface is also possible for pipes.
However, the pipe used for carburizing treatment may be a thin tube having an inner diameter of 40 mm or less, and in this case, overlay welding on the inner surface cannot actually be performed even by such a plasma powder welding method.
加えてこの浸炭処理用のパイプは長さが1000mm以上の長いもの(例えば10m)である場合があり、例え内径がある程度大きい場合であってもそのような長尺の母管の内面に肉盛溶接を行うこと自体も著しく困難である。
また仮に母管よりも耐浸炭性の高い合金の肉盛溶接層を形成し得たとしても高温強度が不足する問題は依然として残る。
In addition, the carburizing pipe may have a length of 1000 mm or more (for example, 10 m), and even if the inner diameter is large to some extent, it is built on the inner surface of such a long mother pipe. The welding itself is also extremely difficult.
Even if an overlay weld layer of an alloy having higher carburization resistance than that of the mother pipe can be formed, there still remains a problem that the high temperature strength is insufficient.
そこでステンレス製の母管に代えてHP材等の市販の耐熱管を母管として適用することが考えられるが、この耐熱管は遠心鋳造管であり、かかる遠心鋳造では内径が40mm以下の径の小さい細管を製造することは困難で、従って母管自体を高耐熱性とすることもまた実現困難である。 Therefore, it is conceivable to use a commercially available heat-resistant pipe such as an HP material instead of the stainless steel mother pipe as the mother pipe. This heat-resistant pipe is a centrifugal cast pipe. It is difficult to produce small capillaries, and it is therefore difficult to achieve high heat resistance of the mother pipe itself.
本発明は以上のような事情を背景とし、耐浸炭性,高温強度の何れの特性も良好で、細管且つ長尺管にも適用可能な浸炭処理用金属複合パイプを提供することを目的としてなされたものである。 The present invention has been made for the purpose of providing a metal composite pipe for carburizing treatment, which has good characteristics of carburization resistance and high-temperature strength and can be applied to a thin tube and a long tube. It is a thing.
而して請求項1のものは、金属母管の外面に該母管とは異なった化学組成の耐浸炭性の高い合金の第1肉盛溶接層を積層形成するとともに、該第1肉盛溶接層の更に外面に、それら金属母管及び第1肉盛溶接層とは異なった化学組成の高温強度を有する合金の第2肉盛溶接層を積層して成ることを特徴とする。 Thus, according to the first aspect of the present invention, a first build-up weld layer of a high carburization-resistant alloy having a chemical composition different from that of the mother pipe is laminated on the outer surface of the metal mother pipe. A further feature is that a second build-up weld layer of an alloy having a high temperature strength with a chemical composition different from those of the metal mother pipe and the first build-up weld layer is laminated on the outer surface of the weld layer.
請求項2のものは、請求項1において、前記第1肉盛溶接層及び第2肉盛溶接層がプラズマ粉末溶接法にて形成されたものであることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first build-up weld layer and the second build-up weld layer are formed by a plasma powder welding method.
請求項3のものは、請求項1又は請求項2において、内径が40mm以下の細管であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the thin tube has an inner diameter of 40 mm or less.
請求項4のものは、請求項1又は請求項2において、長さが1000mm以上の長尺管であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect, a long tube having a length of 1000 mm or more is provided.
以上のように本発明は、金属母管の外面に耐浸炭性の高い合金の第1肉盛溶接層を積層形成するとともに、更にその外面に高温強度を有する合金の第2肉盛溶接層を積層して浸炭処理用金属複合パイプと成したものである。
かかる本発明によれば、浸炭処理用金属複合パイプに耐浸炭性と高温強度の両特性を付与することができる。
これにより浸炭処理用パイプの寿命を高寿命化し得、従来その交換に要していた手間と時間とを節減することができ、また浸炭処理操業の中断時間を少なくすることができる。
As described above, according to the present invention, the first build-up weld layer of an alloy having high carburization resistance is laminated on the outer surface of the metal mother pipe, and the second build-up weld layer of the alloy having high temperature strength is further formed on the outer surface. It is laminated to form a carburized metal composite pipe.
According to the present invention, it is possible to impart both carburization resistance and high-temperature strength properties to the carburized metal composite pipe.
As a result, the life of the carburizing pipe can be increased, the labor and time required for the replacement can be saved, and the interruption time of the carburizing operation can be reduced.
本発明の金属複合パイプを用いて浸炭処理を行った場合、最内層の母管が浸炭を受けて次第に劣化して行くのを避けられない。
但しその外面には耐浸炭性の第1肉盛溶接層が形成されているため、この第1肉盛溶接層によってそれ以上の浸炭が食い止められる。
またこの耐浸炭性の第1肉盛溶接層は必要な高温強度を有していないが(耐浸炭性の材料で高温強度を有するものは現在知られていない)、高温強度は第1肉盛溶接層の外面の第2肉盛溶接層にて確保されるため、金属複合パイプが高温に長時間晒されても曲がりが生ずるのが防止され、内部の被処理材が金属複合パイプ内面に接触してしまうといった不具合の発生を防止することができる。
尚、最内層の母管については場合によってこれを削り取って除去するようにしても良い。
When carburizing treatment is performed using the metal composite pipe of the present invention, it is inevitable that the innermost layer of the main pipe undergoes carburization and gradually deteriorates.
However, since the first build-up weld layer having carburization resistance is formed on the outer surface, further carburization is prevented by the first build-up weld layer.
Moreover, although this carburization-resistant first build-up weld layer does not have the necessary high-temperature strength (a carburization-resistant material having high-temperature strength is not currently known), the high-temperature strength is the first build-up. Since it is secured by the second build-up weld layer on the outer surface of the weld layer, it is prevented that the metal composite pipe is bent even if it is exposed to high temperature for a long time, and the inner material to be treated contacts the inner surface of the metal composite pipe. It is possible to prevent the occurrence of problems such as
Note that the innermost mother pipe may be scraped off depending on circumstances.
本発明において、上記第1肉盛溶接層及び第2肉盛溶接層はプラズマ粉末溶接法にて形成したものとなしておくことができる(請求項2)。
このように第1肉盛溶接層及び第2肉盛溶接層を溶化材として粉末を用いたプラズマ粉末溶接法にて形成することで、それぞれの溶接層を容易に最適の成分組成を有するものとして形成しておくことができる。
In the present invention, the first build-up weld layer and the second build-up weld layer can be formed by a plasma powder welding method (claim 2).
Thus, by forming the first build-up weld layer and the second build-up weld layer by a plasma powder welding method using powder as a solubilizing material, each weld layer has an optimum component composition easily. Can be formed.
本発明は、特に内径が40mm以下の細管から成るパイプに適用して効果の大なるものであり(請求項3)、また長さが1000m以上の長尺管から成る金属複合パイプに適用して効果の大なるものである(請求項4)。 The present invention is particularly effective when applied to a pipe made of a thin tube having an inner diameter of 40 mm or less (Claim 3), and to a metal composite pipe made of a long tube having a length of 1000 m or more. The effect is great (claim 4).
次に本発明の実施形態を以下に詳しく説明する。
図1において、10は本実施形態の浸炭処理用金属複合パイプ(以下単に金属複合パイプとする)で、図中12は母管であり、その外面に母管12とは異なった化学組成の耐浸炭性の高い合金から成る第1肉盛溶接層14が積層形成され、更にその外面にそれら母管12,第1肉盛溶接層14とは異なった化学組成の高温強度を有する合金の第2肉盛溶接層16が積層形成されている。
本実施形態において、金属複合パイプ10は内径D1が28.4mm,外径D2が42mmの細管で、長さが10mのものである。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail below.
In FIG. 1, 10 is a metal composite pipe for carburizing treatment of the present embodiment (hereinafter simply referred to as a metal composite pipe), 12 in the figure is a mother pipe, and its outer surface has a resistance to chemical composition different from that of the
In this embodiment, the metal
ここで第1肉盛溶接層14及び第2肉盛溶接層16のそれぞれはプラズマ粉末溶接法(PPW法)にて形成されている。
このプラズマ粉末溶接法は、熱集中の良好なプラズマを熱源とし、そのプラズマ中に粉末を溶化材として供給してこれを溶融させ、被溶接材に吹き付けて表面に溶着金属膜を形成する。
Here, each of the first build-
In this plasma powder welding method, plasma with good heat concentration is used as a heat source, powder is supplied into the plasma as a solubilizate, melted, and sprayed onto the material to be welded to form a deposited metal film on the surface.
母管12は、ここでは外径が34mm,肉厚が2.8mmのものである。
この母管12の材料としては各種のものを使用することが可能で、場合により炭素鋼を用いることも可能である。
但し炭素鋼の場合第1肉盛溶接層14を形成する際、母管12のFeが第1肉盛溶接層14に入り込んで第1肉盛溶接層14における母管12との境界部の耐浸炭性を低下せしめるから、かかる母管12としてはFe分の少ないステンレス鋼が望ましく、とりわけCrとNi量が多くFe分の少ないSUS310Sから成るものが望ましい。
この実施形態では母管12としてSUS310Sが用いられている。
このSUS310SにはCrが24〜26%(質量%,以下同じ),Niが19〜22%含まれている。
Here, the
Various materials can be used as the material of the
However, in the case of carbon steel, when forming the first build-
In this embodiment, SUS310S is used as the
This SUS310S contains 24 to 26% Cr (mass%, the same shall apply hereinafter) and 19 to 22% Ni.
例えば母管12として上記の炭素鋼を用いると、第1肉盛溶接層14における母管12との境界部でFeが多くなって耐浸炭性が損われるため、第1肉盛溶接層14の厚みを厚く形成することが必要となり、その分金属複合パイプ10の外径を大径化してしまう。
しかるに母管12としてSUS310Sを用いれば、第1肉盛溶接層14における母管12との境界部へのFeの溶け込みを抑制できるため、第1肉盛溶接層14の母管12との境界部での耐浸炭性を高く保持することができる。
従って第1肉盛溶接層14の肉厚を薄くでき、ひいては金属複合パイプ10の外径の大径化を防ぐことができる。
For example, when the above-described carbon steel is used as the
However, if SUS310S is used as the
Therefore, the thickness of the first build-up
第1肉盛溶接層14は、ここでは肉厚2mmで形成されている。
この第1肉盛溶接層14はCr含有のNi基合金から成っている。
この耐浸炭性の第1肉盛溶接層14の材料としてはCrを20〜49%,Niを35〜80%含有したものを好適に用いることができる。
特にこの実施形態では45Cr−Niから成る組成の合金が用いられている。
Here, the first build-up
The first build-up
As the material for the carburizing-resistant first build-up
In particular, an alloy having a composition of 45Cr—Ni is used in this embodiment.
一方、高温強度材から成る第2肉盛溶接層16は、ここでは第1肉盛溶接層14と同じく肉厚2mmで形成されている。
耐浸炭性を有する材料から成る第1肉盛溶接層14の場合、Cが耐食性にとって有害であるためその含有量が例えば0.1%以下に抑制されるが、その結果として第1肉盛溶接層14は高温強度の弱いものとなる。
第2肉盛溶接層16は高温強度を受け持つ層であることから、第1肉盛溶接層14に対してC含有量の多い材料が用いられる。
この高温強度を受け持つ第2肉盛溶接層16においても耐熱鋼として分類されている様々な材料を用いることが可能であるが、ここではCを0.35%含有するHP-Nb材(0.35C−25Cr−35Ni−Nb)が用いられている。
On the other hand, the second build-up
In the case of the first build-up
Since the second build-up
Various materials classified as heat-resistant steel can also be used for the second
以上のような本実施形態によれば、金属複合パイプ10に耐浸炭性と高温強度の両特性を付与することができる。
これにより浸炭処理用パイプの寿命を高寿命化し得、従来その交換に要していた手間と時間とを節減することができ、またその交換の際の浸炭処理操業の中断時間を少なくすることができる。
According to the present embodiment as described above, both the carburization resistance and the high temperature strength characteristics can be imparted to the metal
As a result, the service life of the pipe for carburizing treatment can be increased, and the labor and time required for the replacement can be saved, and the interruption time of the carburizing operation during the replacement can be reduced. it can.
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば母管,第1肉盛溶接層,第2肉盛溶接層として上記例示した材料はあくまで一例示であり、それぞれに他の種々材料からなるものを用いることができる。
更に金属複合パイプ10の上記した寸法もまた一例示であり、他の種々寸法にて金属複合パイプ10を構成することが可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, this is merely an example.
For example, the materials exemplified above as the mother pipe, the first build-up weld layer, and the second build-up weld layer are merely examples, and materials made of various other materials can be used for each.
Further, the above-described dimensions of the metal
10 浸炭処理用金属複合パイプ
12 母管
14 第1肉盛溶接層
16 第2肉盛溶接層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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JP2005380629A JP2007181841A (en) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | Composite metallic pipe for carburizing treatment having excellent carburizing resistance and excellent high temperature strength |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102615262A (en) * | 2012-04-18 | 2012-08-01 | 河北新兴铸管有限公司 | Method for lengthening pipe die of centrifugal cast pipe by build-up welding |
-
2005
- 2005-12-29 JP JP2005380629A patent/JP2007181841A/en active Pending
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