JP2580100B2 - 熱間静水圧プレス方法 - Google Patents

熱間静水圧プレス方法

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/001Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a flexible element, e.g. diaphragm, urged by fluid pressure; Isostatic presses
    • B30B11/002Isostatic press chambers; Press stands therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱間静水圧プレス方法に
係り、さらに詳しくは耐食性、耐高温腐食性、耐酸化
性、耐摩耗性などの特性を有する層で中空金属素材の中
空部を充填する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、産業の進歩と技術の発展により材
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−2
76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、これらの合
金は非常に高価であ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わせ材として使
用し、強度は下地の金属(例えば低合金鋼)で確保する
いわゆるクラッド鋼の使用が考えられた。
【0003】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6
25といったニッケル合金を合わせ材とするクラッド
鋼、中でも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。本発明者等の研究によればその
理由は、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、
熱間圧延などの通常の製造プロセスでは合わせ材と母材
とを均一に加工できず、両金属が独立に変形するので接
合することが難しいことにあると考えられる。
【0004】一方、バルブのスピンドル部や往復動型ポ
ンプのピストン及びシリンダーなどの摺動部、あるいは
スラリー輸送用パイプといった部材では耐摩耗性が必要
であるため、例えばステライト合金(商品名)などが、
肉盛あるいは溶射されて使用されている。さらに、高温
で使用される圧力容器や鋼管には例えばNi−Cr合金
やNi−Cr−Al−Y合金やCo−Cr−Al−Y合
金といった耐酸化性材料が、肉盛あるいは溶射によって
被覆される場合がある。しかし、これらはいずれも最終
製品に対して肉盛あるいは溶射されるため非常にコスト
の高いものとなっている。加えて、小径パイプの内面と
いった狭い部分には被覆できないという難点を有してい
る。
【0005】ところで、熱間静水圧プレス法は従来から
よく知られた技術であって、この方法を利用したクラッ
ド製品の提案もなされている。例えば、特開昭61−2
23106号公報には、高合金粉末を粉末の固相線温度
以上に加熱すると共にガス加圧して能率よく高合金クラ
ッド製品を製造する方法が開示されている。しかし、こ
の方法をはじめとして従来報告ないしは提案されている
熱間静水圧プレス法を利用したクラッド製品の製造方法
はいずれも最終製品に被覆するものであったため、コス
トが高く、かつ大型製品や長尺品(例えば12m長さ)
の製造はできないという難点を有していた。
【0006】また、特開昭61−190007号公報及
び特開昭61−190008号公報には、それぞれ厚肉
の可鍛性金属円筒及びこれと径を異にする薄肉金属円筒
によって構成されるカプセル内に粉末を充填して密閉
し、これを冷間等方静水圧によって加圧して、粉末を圧
縮してビレットを作り、これを熱間押出し加工する方
法、また、同心円筒状をなす内外二重壁を有するゴムま
たは類似物質の容器内に、可鍛性金属の円筒材料を一方
の容器壁に密着させて収容すると共に、他方の容器壁と
上記円筒材料との間に粉末材料を充填して密閉し、これ
を冷間等方静水圧によって加圧し、この容器から取り出
した材料をビレットとして熱間押出しする方法が開示さ
れている。これらの方法によっても、前述したハステロ
イC−276やインコネル625といったニッケル合金
などの変形抵抗の大きな材料の被覆層を形成して熱間加
工した場合、母材との密着が弱いため母材からの剥離や
被覆層の割れの発生という難点は解消されるものではな
い。
【0007】これに対して、特開昭64−202号公報
において、金属素材の表面に、他種金属の粉末を該他種
金属の固相線温度以下でガス圧を負荷する熱間静水圧プ
レス(HIP)によって被覆層として形成せしめた後
に、熱間加工を施して延伸する方法、さらに被覆層とし
て形成せしめた後に溶体化処理を施して熱間加工を施し
て延伸する方法、あるいは均熱処理を加えた後直ちに熱
間加工を施して延伸する方法などが提案されている。
【0008】しかしながらこの方法において、特に中空
金属素材の中空部に多種金属を充填した後、熱間加工を
施して延伸し、内部が他種金属によりなる棒あるいは内
面が他種金属によりなる管を製造する場合には、熱間静
水圧プレス時において変形し得るカプセルの部位は金属
素材の上面及び下面にとりつけられる蓋だけになるの
で、熱間静水圧プレス時に蓋の部分が被る変形量が、延
伸側に極めて大きくなるために、しばしば熱間静水圧プ
レス中にカプセルの蓋部4が図2に示すように破壊し、
他種金属粉末2の充填が十分に行えないといった問題が
生じた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐食性、耐
高温腐食性、耐酸化性、耐摩耗性などの特性を内部ある
いは内面に具備せしめた棒あるいは管を、安価にかつ容
易に製造する方法を提供するものである。
【0010】
【課題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、種々実験と検討を重ねた結果、ついに
熱間静水圧時にカプセルが被る極めて大きい延伸側への
変形は、カプセルの蓋部の素材として、延伸方向に大き
な変形が許される材料すなわちベローズを用いることに
よって解決されることを見いだした。
【0011】即ち、本発明は上記の知見に基づいてなさ
れたものでその要旨とするところは、中空金属素材の中
空部に、他種金属の粉末を該他種金属の固相線温度以下
でガス圧を負荷する熱間静水圧プレスによって充填せし
める方法において、粉末充填部のカプセル素材として、
ベローズを用いることを特徴とする熱間静水圧プレス方
法にある。
【0012】ここで「母材」となる中空金属素材及び
「充填材」となる他種金属の種類については格別に制限
されるものではなく、例えば金属素材としては炭素鋼、
低合金鋼、ステンレス鋼、ニッケル及びニッケル合金、
コバルト及びコバルト合金、チタン及びチタン合金など
が挙げられる。一方、他種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よく、例えばハステロイ、ステ
ライト、Ni−Cr合金、ステンレス鋼、Fe基超合
金、ニッケル及びニッケル合金、コバルト及びコバルト
合金、チタン及びチタン合金などが挙げることができ
る。
【0013】
【作用】以下本発明を詳細に説明する。本発明において
は中空金属素材の中空部に、他種金属を熱間静水圧プレ
ス法によって充填するのであるが、他種金属は粉末を用
いて、図1に示す要領で金属素材1と他種金属粉末2と
をカプセル内に充填・密閉し、次いで熱間静水圧プレス
する。このときカプセル素材として図1の3の位置にベ
ローズを用いる。4は蓋用板である。普通粉末の充填度
は70%が限度であるため、例えば内径80mm、長さ8
00mmの中空金属素材中空部に、他種金属粉末を充填し
ようとする場合、熱間加工後において内径80mmの蓋部
は、実に120mm以上の深さにわたって延伸しながら中
空金属素材内部に沈み込むことになるため、しばしば付
け根の位置で破壊する。しかしながら、カプセルの蓋部
の素材としてベローズを用いれば、このような厳しい変
形にも十分耐え得ることができ、問題なく熱間静水圧プ
レスが行える。
【0014】本発明では、熱間静水圧プレス時の種々な
条件(例えば温度、圧力など)については任意に設定す
ることができる。また、熱間静水圧プレス後の素材はそ
のまま用いても良いし、その後例えば熱間押出などによ
り延伸しても良い。延伸後の形状については通常の棒や
管の他、型鋼、角型管など種々な形状に適用できる。
【0015】
【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。表
1に示す寸法及び材質の中空金属材料及び金属粉末を用
いて熱間静水圧プレス処理を行った。ここで、No.1〜
4は本発明例、No.5〜8は比較例である。比較例では
カプセル素材として従来から用いられている普通の板を
用いた。その結果を表1に合わせて示す。
【0016】表1のうち比較例であるNo.5〜8はいず
れも図2で示す位置で熱間静水圧プレス時にカプセルが
破壊した。これに対して本発明に従って製造した例No.
1〜4の各材料は何等問題なく熱間静水圧プレスがで
き、ミクロ観察結果から、被覆層には気孔は全くなく、
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。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】以上述べたように本発明方法によれば、
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】
【図1】中空金属の中空部に他種金属を充填するための
熱間静水圧プレスにおける金属粉末の充填要領を示す図
である。
【図2】カプセルの蓋部素材として普通の板を用いた場
合、熱間静水圧プレス後に蓋部が破壊した例を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 金属素材 2 他種金属粉末 3 ベローズ 4 蓋用板

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中空金属素材の中空部に、他種金属の粉
    末を該他種金属の固相線温度以下でガス圧を負荷する熱
    間静水圧プレスによって充填せしめる方法において、粉
    末充填部のカプセル素材として、ベローズを用いること
    を特徴とする熱間静水圧プレス方法。
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