JP2712460B2

JP2712460B2 - 金属粉末クラッド管押出ビレットと断熱鋼管

Info

Publication number: JP2712460B2
Application number: JP33460088A
Authority: JP
Inventors: 善久大橋; 睦夫中西; 信茂平石
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1998-02-10
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JPH02179802A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、変形抵抗の大きい金属粉末クラッド管押
出ビレットおよびそれに用いる部材に係り、より詳しく
は同心円状に複数の材料層で構成された円筒形ビレット
とそれを構成する断熱鋼管に関する。

従来の技術強度と耐食性を必要とする使用環境において使用する
管として、強度は鋼管で、耐食性は一般に高価な高耐食
性金属で受持たせるためのクラッド管があるが、高耐食
性金属は難加工性である場合が多く、そのため粉末冶金
法を応用した金属粉末クラッド管がある。

金属粉末クラッド管の製造方法としては、例えば第４
図に示すごとく、厚肉の金属円筒（11）と薄肉の金属円
筒（12）の間に金属粉末層（13）を配し、上面と下面を
それぞれ上蓋（14）、下蓋（15）で閉鎖した構造のビレ
ットを作り、これを熱間押出加工する方法（特公昭60-3
7162号公報）、円筒状のカプセル内に薄肉の中間壁を設
け、この中間壁の内側と外側に異種の金属粉末を充填し
た後、前記中間壁を取除いたビレットを熱間押出加工す
る方法（特公昭55-10643号公報）が知られている。

これらの方法に用いられる押出ビレットの薄肉側円筒
は、押出後に除去される。すなわち、これらの円筒は粉
末を入れるためのカプセルの壁面をなすものである。

発明が解決しようとする課題このような従来の押出ビレットを用いる場合は、クラ
ッド管となる異種金属間の熱間変形抵抗に大きな差がな
い場合には特に問題なく目的とする製品の製造が可能で
あるが、特に変形抵抗の高い合金粉末のように異種金属
間の変形抵抗に大きな差がある材料を熱間押出加工した
場合には、変形抵抗の高い金属側の表面に微小割れ、さ
らに著しい場合にはこの金属層が欠落し大きな欠陥とな
ることがある。

このような品質的欠陥は、変形抵抗の高い合金粉末表
面が、カプセル壁面材が薄肉であるために外部からの局
部冷却により温度が降下し、変形抵抗の上昇や延性の低
下をきたすことにより、熱間押出加工時の剪断変形によ
って発生すると考えられる。このカプセル壁面材の肉厚
を厚くすれば冷却は緩和されるが、押出後の除去工程で
多大の経費を必要とするので好ましくない。

従来の金属粉末クラッド管の製造方法は前記したよう
に、いずれも変形抵抗の大幅に異なる金属材料のクラッ
ド管の場合、熱間加工後の管表面に欠陥が発生する。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みなされた
ものであり、変形抵抗の高い金属粉末の外表面を覆う金
属板を多層の断熱構造とすることによって、全肉厚が薄
いにもかかわらず、金属粉末の冷却を抑制する効果が大
きく、表面欠陥が皆無の高品質の高変形抵抗金属粉末ク
ラッド管を製造するための押出しビレットと断熱鋼管を
提供するものである。

課題を解決するための手段この発明の要旨は、一層が高変形抵抗金属、他層が鋼
の二層からなるクラッド管を熱間押出により製造する際
に使用する押出用ビレットであって、外筒と内筒と上下
蓋板とからなる空間に押出後前記一層となる高密度化さ
れた高変形抵抗金属の粉末が充填されてなり、前記外筒
は押出後他層となる厚肉鋼管であり、前記内筒は押出後
除去される断熱鋼管であることを特徴とし、また、この金属粉末クラッド管押出しビレットは、外
筒が押出後除去される断熱鋼管であり、内筒が押出後他
層となる厚肉鋼管であることを特徴とし、また、外筒と内筒と上下蓋とからなる空間の外周側に
は押出後一層となる高密度化された高変形抵抗金属の粉
末が充填されており、また前記空間の内周側には押出後
他層となる高密度化された鋼粉末が充填されており、前
記外筒は押出後除去される断熱鋼管であり、前記内筒は
押出後除去されることになる金属であることを特徴と
し、また、前記空間の内周側には押出後一層となる高密度
化された高変形抵抗金属の粉末が充填されており、さら
に前記空間の外周側には押出後他層となる高密度化され
た鋼粉末が充填されていることを特徴とする金属粉末ク
ラッド管押出ビレットである。

さらに、少なくとも２層以上の薄肉鋼管の各層の間に
断熱材が充填されていることを特徴とする金属粉末クラ
ッド管押出しビレット用断熱鋼管を要旨とする。

ここで高変形抵抗金属とはFe基合金、Ni基合金、Co基
合金をいい、特に1000℃での変形抵抗が20kgf/mm²以上
の合金をいう。また前記変形抵抗とは、粉末の焼結処理
後材または鋳塊材の高温引張強さを意味する。

作用次に各構成要件の限定理由について説明する。

本環状ビレットは押出装置のコンテナー内に設置さ
れ、内径部にはマンドレルが挿入されてダイスから押出
される。

外筒：外筒は粉末を閉じ込めるためのカプセルの構成部材で
ある。しかし押出後のクラッド管の外層を溶解法で製造
した鋼材とする場合は、製品の構成部材でもある。肉厚
と材質は製品の必要強度に対応したものを選定すればよ
い。外径は押出装置のビレットコンテナーに入る寸法で
ある。

製品の構成部材としない場合で、かつ高変形抵抗金属
の粉末に接しない場合は、カプセルの機能を果たし、押
出後、除去し易い肉厚と材質を選定すればよい。例えば
材質は軟鋼である。

製品の構成部材としない場合で、かつ高変形抵抗金属
の粉末に接する場合は、断熱鋼管を用いる。

内筒：内筒も粉末を閉じ込めるためのカプセルの構成部材で
ある。しかし押出後のクラッド管の内層を溶解法で製造
した鋼材とする場合は、製品の構成部材でもある。肉厚
と材質は製品の必要強度に対応したものを選定すればよ
い。

上下蓋板：両者共、粉末を閉じ込めるためのカプセルの構成部材
である。これらには内筒および外筒が同心円状になるよ
うに組み立てられる。これらの一方または両方には、粉
末を充填するための、または、粉末が充填されたあと、
さらに粉末を追加するための、またはカプセル内に残留
する気体を排除するための管を取り付けてもよい。

材質は外筒および内筒と組み立て易いものを選定すれ
ばよい。肉厚は、押出時に先端となる側はダミー部材を
兼ねるように適切な長さとし、その形状もダミーとして
適切なものとする。押出時、後端となる側は押板を兼ね
るように適切な厚さと形状にする。

高密度化された高変形抵抗金属の粉末：この粉末は押出後の製品の構成部材である。製品のこ
の側は腐食環境に対して用いられる。したがって材質は
環境に対して高耐食性である必要がある。押出後の製品
の肉厚は、使用条件から選定されるが、一般にクラッド
の鋼部材より薄肉でよい。ビレット時の粉末層の厚さは
製品の厚さに対応したものとすればよい。

粉末は最終製品の成分を有するもの、または、粉末状
態で混合されて成分調整されたものであってもよい。こ
の粉末はカプセルに閉じ込められて高密度化されたもの
でなければならない。粉末を高密度化することにより、
押出後の製品の肉厚分布の均一性および生産性（ビレッ
ト長さに対する製品長さ）を著しく向上させることがで
きる。さらに製品のクラッド層の寸法比に対応するビレ
ットの寸法設計を極めて容易にすることができる。

鋼粉末：この鋼粉末は押出後の成品の構成部材である。溶解法
では製造困難な鋼材と高変形抵抗金属とのクラッド管を
製造する場合に有効である。この粉末層の肉厚と材質は
製品に対応したものとする。

断熱鋼管：断熱鋼管も粉末を閉じこめるためのカプセルの構成部
材であり、特に高変形抵抗金属に接する側のカプセル壁
面材である。

押出後の製品は一層が高変形抵抗金属、他層が鋼であ
るから同一温度では変形抵抗の差が大きく、したがって
通常、押出加工は極めて困難である。さらに押出前の加
熱後、押出装置のコンテナーにビレットを搬入する間に
ビレットの内外表面層に若干の温度低下が起り、コンテ
ナーに搬入し、マンドレル挿入後の押出工程ではビレッ
トはコンテナーとマンドレルに高圧で押しつけられる。

コンテナーとマンドレルは事前に加熱されるが、一般
にその温度はビレット温度に比べて非常に低い。例えば
これらの工具温度は約250〜300℃であり、ビレット温度
は約1200℃である。

したがって、ビレットの外表面と内表面の温度は急速
に低下する。高変形抵抗金属粉末は同一温度でも他層の
鋼より変形抵抗が高いのであるから、その差は一層大き
なものとなり、正常な押出が極めて困難になるのであ
る。この断熱鋼管は高変形抵抗金属粉末の温度低下を防
ぐのに極めて大きな作用を有する。

断熱鋼管を２層以上の多層管とするのは、全厚さを薄
くし、押出後の、例えば酸洗などによる除去を容易にす
る作用がある。肉厚と材質は加熱時の酸化による肉厚減
に耐えて、カプセル機能を維持するものであればよい。

断熱材：断熱材は断熱鋼管の熱伝達性能を低下させ、断熱性能
を向上させる作用がある。

材質は金属酸化物、金属窒化物、それらの混合物、そ
の他耐火煉瓦または断熱煉瓦系材料等十分断熱作用があ
ればよい。これらの物質は断熱鋼管の積層間に充填され
た状態でもよく、積層面に形成されたものでもよい。

実施例第１図〜第３図に示す構造のビレットを製作し、第４
図に示す従来法のビレットを用いた場合とその効果を比
較した。

第１図は高変形抵抗金属が製品の内層になり、鋼管が
外層になる場合である。したがって外筒（１）は厚肉鋼
管であり、内筒（２）は断熱鋼管である。外筒と内筒の
間に高変形抵抗金属粉末層（３）が形成されている。上
下には、それぞれ、上蓋（４）と下蓋（５）がある。断
熱鋼管（２）は一例として外層管（2-1）と内層管（2-
2）と断熱材層（2-3）とからなっている。

第２図は、第１図と内外筒が逆の例である。

第３図は、高変形抵抗金属が製品の内層になり、焼結
されている鋼管が外層になる場合である。したがって外
筒（１）が押出後除去される薄肉鋼管であり、この内部
に鋼粉末層（７）があり、さらにその内部に高変形抵抗
金属粉末層（３）があり、内筒は断熱鋼管（２）で形成
される。

これらのビレットの寸法はいずれも、全長1000mm,外
径180mm、内径86mmである。ビレットの構造、寸法、材
質および製管結果を第１表に示す。なお、上下蓋の材質
は軟鋼であり、押出先端はダミー材効果を持たせるため
厚くした。断熱鋼管の金属部材は低炭素鋼である。

実施例１の断熱鋼管は２層であり、この管の内層管と
外層管を大気中850℃、1hrで酸化処理したのち重ねて軽
く抽伸して製造した。したがってこの場合、断熱材は酸
化鉄である。

実施例2,3,4,5の断熱鋼管も２層であり、この管の内
装管の表面に、第１表に示すように、所定の断熱材を所
定の厚さ塗布したのち、外層用の管と重ねて軽く抽伸し
て製造した。

第１図に示すビレットの場合、実施例に対応する断熱
管の内径は78mmとし、長さ約1000℃に切断後、両管端の
内径が86mmになるまで周知の方法で拡管した。この管を
下蓋に溶接した後、環状の隙間に第１表に示す粉末を充
填し、上蓋を溶接した。

この組立体に4300気圧、２分間保持の等方静水圧の加
圧処理（CIP処理）を加えた。CIP処理後はビレットの内
径は約86mmで、ほぼ直円筒状である。

この処理により、粉末の密度は、充填時は真密度の約
72％であるのに対して、CIP処理後は約81％に上昇し
た。

第２図に示すビレットの場合、実施例に対応する断熱
管の外径は198mmとし、長さ約1000mmに切断後、両管端
の外径が180mmになるまでスピニング法で口絞り加工を
行なった。この管を下蓋に溶接した後、排気管を２本取
り付けた上蓋を溶接した。

粉末はこの管の一方より注入した後、一方の管を封
じ、他の一方の管から残留空気を真空装置により排気し
た後、封じた。

この組立体に4300気圧、２分間のCIP処理を加えた。
この処理により、粉末の密度は真密度の約80％に上昇
し、ビレットの外径は約180mmであった。

第３図に示すビレットの場合、第１図および第２図を
合わせた方法で容器を作成した。この場合、粉末の充填
は、カプセルの空間部に同心円状に金属円筒を挿入して
隔壁とし、この隔壁の外周部空間には炭素鋼（Ｃ鋼）粉
末を充填し、内周部空間にはNi基合金を充填した後、前
記の隔壁を取り除き、上蓋を溶接した。

以上のビレットを高周波加熱により1100〜1200℃に加
熱し、外径102mm,内径86mmの管を押出した。コンテナー
とマンドレルの予熱温度は約270℃である。

押出後、製品構成部材ではない内外層の管は酸洗によ
り除去して製品とした。

第１表から、本発明の場合、断熱管の存在により、高
変形抵抗金属粉末の温度低下が防止され、押出加工は良
好であって、従来のビレットを用いた場合より優れてい
ることが明らかである。

発明の効果以上説明したごとく、この発明方法によれば、1000℃
における変形抵抗が20kg/mm²を超える高変形抵抗金属粉
末であっても、管表面欠陥発生の主原因である金属粉末
層の温度の低下を防止することができるので、これまで
変形抵抗の大幅に異なる金属材料のクラッド管の製造に
おいて困難とされてきた表面欠陥のない高品質の金属粉
末クラッド管の製造が可能となり、粉末冶金法による熱
間押出クラッド管の製造に大なる効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明に係る金属粉末クラッド管の
ビレットを例示したもので、第１図は高変形抵抗金属粉
末を厚肉円筒の内側に配し、ビレットの内筒を断熱管で
構成したビレットを示す縦断面図、第２図は高変形抵抗
金属粉末円筒の外側に配した、ビレット外筒を断熱管で
構成したビレットを示す縦断面図、第３図はビレットの
外筒を薄肉鋼管とし、この外筒の内部に炭素鋼粉末層と
高変形抵抗金属粉末層を配し、ビレットの内筒を断熱鋼
管で構成したビレットを示す縦断面図、第４図は従来の
ビレット例を示す縦断面図である。１……外筒、２……内筒３……高変形抵抗金属粉末層、７……鋼粉末層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一層が高変形抵抗金属、他層が鋼の二層か
らなるクラッド管を熱間押出により製造する際に使用す
る押出用ビレットであって、該ビレットは外筒と内筒と
上下蓋板からなる空間に、押出後前記一層となる高密度
化された前記高変形抵抗金属の粉末を充填してなり、前
記外筒は押出後前記他層となる厚肉鋼管であり、前記内
筒は押出後除去される断熱鋼管であることを特徴とする
金属粉末クラッド管押出ビレット。
【請求項２】一層が高変形抵抗金属、他層が鋼の二層か
らなるクラッド管を熱間押出により製造する際に使用す
る押出用ビレットであって、該ビレットは外筒と内筒と
上下蓋板からなる空間に、押出後前記一層となる高密度
化された前記高変形抵抗金属の粉末を充填してなり、外
筒は押出後除去される断熱鋼管であり、内筒は押出後前
記他層となる厚肉鋼管であることを特徴とする金属粉末
クラッド管押出ビレット。
【請求項３】一層が高変形抵抗金属、他層が鋼の二層か
らなるクラッド管を熱間押出により製造する際に使用す
る押出用ビレットであって、該ビレットは外筒と内筒と
上下蓋板からなる空間の外周側には、押出後前記一層と
なる高密度化された前記高変形抵抗金属の粉末を充填
し、前記空間の内周側には、押出後前記他層となる高密
度化された鋼粉末を充填してなり、前記外筒は押出後除
去される断熱鋼管であり、前記内筒は押出後除去される
金属であることを特徴とする金属粉末クラッド管押出ビ
レット。
【請求項４】一層が高変形抵抗金属、他層が鋼の二層か
らなるクラッド管を熱間押出により製造する際に使用す
る押出用ビレットであって、該ビレットは外筒と内筒と
上下蓋板からなる空間の外周側には、押出後前記他層と
なる高密度化された鋼粉末を充填し、前記空間の内周側
には、押出後前記一層となる高密度化された前記高変形
抵抗金属の粉末を充填してなり、前記外筒は押出後除去
される金属であり、前記内筒は押出後除去される断熱鋼
管であることを特徴とする金属粉末クラッド管押出ビレ
ット。
【請求項５】少なくとも２層以上の薄肉鋼管の各層の間
に断熱材を充填してなることを特徴とする金属粉末クラ
ッド管押出ビレット用断熱鋼管。