JP2925093B2 - 内面が金属被覆された中空鋳塊の製造方法 - Google Patents

内面が金属被覆された中空鋳塊の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、熱間又は冷間成形による後続の処理を施す
ことにより、内側面が金属被覆された中空鋳塊の製造方
法に関する。この中空鋳塊に、熱間連続圧延等の後続処
理を施して、例えば鋼管等のシームレス金属管を成形す
ることができる。
背景技術 内面が金属被覆されたシームレス金属管の製造は、従
来、担体材料と被覆金属材料とから成る中空鋳塊を連続
圧延を用いて管に成形することにより行われてきた。
例えば、低合金鋼等の担体材料から成る円柱状鋳塊を
用い、その軸方向に孔をあけて中空鋳塊を形成する。次
いで、例えば高合金鋼等の被覆金属材料から成る円柱状
鋳塊(この円柱状鋳塊の外径と長さは、上記担体材料か
ら成る中空鋳塊の内径及び長さと略同一である)の内部
を穿孔することにより中空鋳塊を成形したのち、該中空
鋳塊を上記担体材料から成る中空鋳塊の中に挿入する。
2つの中空鋳塊は、互いに嵌合されており、2つの中
空鋳塊同士が密接しており、それらの間の環状間隙がな
い状態でそれらの端面が溶接される。これにより、2つ
の中空鋳塊の間の接触面が連続圧延温度への加熱の際に
酸化せず、ひいては担体材料と被覆金属材料との接合が
良好に行われる。
しかしながら、この方法には重大な問題がある。上記
中空鋳塊の端面における溶接部は強度が小さく、例えば
加熱の際に開いてしまい、接触面が酸化することがあ
る。また、金属被覆した中空鋳塊を作るのには著しくコ
ストがかかる。即ち一方では、穿孔や溶接等の所要の加
工を施すのにコストがかかり、他方では、例えば穿孔の
際に切り屑が発生し、高価な被覆金属材料を多量に使用
することになり、コストがかかる。
本出願人により1つの方法(ドイツ特許出願第390790
3号)が提案された。この提案は、片側が金属被覆され
た鋼板を製造するために、溶融流動状態の被覆金属材料
を担体金属板の上に付着させる方法である。具体的に
は、2枚の担体金属板を、それらの平面同士を密接さ
せ、上下に配置した状態で被覆金属材料から成る溶融金
属の中に浸漬し、上記担体金属板に十分に厚い被覆金属
層を晶出させる。
しかし、溶融流動状態の被覆金属層を直接に担体材料
に付着させることを、金属被覆された中空鋳塊の製造に
そのまま利用することはできない。被覆金属材料の溶融
金属中に担体材料の中空鋳塊を浸すと、該中空鋳塊の内
面のみならず外面にも被覆金属層が形成される。外面の
被覆金属層は必ずしも必要なく、被覆金属材料の不必要
な消費により製造コストを非常に引き上げてしまう。中
空鋳塊の外面が金属被覆されないようにするために、担
体材料から成る中空鋳塊に被覆金属材料から成る溶融金
属を充填することが可能である。また、被覆金属材料か
ら成る溶融金属の消費量を極力少なくするために、この
状態の中空鋳塊を遠心機にかけて被覆金属層を形成し、
過剰な溶融金属を除去してから、該被覆金属層を凝固さ
せることも可能である。しかしこの場合に、担体材料と
被覆金属の熱膨張又は熱収縮が異なるため、金属被覆さ
れた中空鋳塊を後続の処理にかける前に、上記被覆金属
層が担体材料から分離するという問題が生じる。
技術的課題 本発明の課題は、担体材料から構成された中空鋳塊で
あって、その内側面のみに被覆金属層が形成された中空
鋳塊を製造することを可能にし、上記の欠点を解消する
方法を提供することにある。
上記課題は、請求項1の特徴部分に記載された要旨に
より解決される。この方法の有利な実施例は、請求項2
から11に記載されている。
本発明の方法では、溶融流動状態の担体材料を固体の
被覆金属材料の外面に付着させる。これにより初めか
ら、内側の被覆金属層が熱収縮により外側の担体材料層
から分離しないことが保証される。何故ならば、外側の
担体層は、その初期温度がより高いためにより強く収縮
される傾向を有し、従って収縮の際に被覆金属層を締め
つけるからである。担体材料層を晶出させるために用い
る円筒状中空体は、例えばポンチングプレスで鋳塊を熱
間成形することにより製造することが可能である。円筒
状中空体は、清浄で平滑な表面を得るために担体材料か
ら成る溶融金属の中へ浸漬する前に、必要に応じて内側
及び外側ともに機械加工することができる。これによ
り、切り屑を発生させず又は僅かな切り屑しか発生させ
ず、ひいては被覆金属材料に関して僅かな廃棄量で、本
発明の方法に必要な円筒状中空体を製造することができ
る。
担体材料から成る溶融金属の中へ浸漬している間に、
この円筒状中空体の内面を密閉することは、例えば閉じ
蓋により行うことができる。しかし、円筒状中空体の内
面に密接する円柱状コアを用いることが更に好ましい。
すなわち、円柱状コアを被覆金属材料から成る溶融金属
の中に浸し、該円柱状コアの外面に所要の厚さの被覆金
属層を晶出させる。この実施のために、円柱状コアは、
例えば建設用鋼材等の十分に大きい耐熱性を有する材料
から成る必要がある。耐熱性は、円柱状コアが所要時間
にわたり円柱状コア自身が溶融せずに、溶融金属の中に
浸漬できることを保証するだけでよい。これを実現する
ためには、円柱状コアに内部冷却孔を設け、該内部冷却
孔を冷却剤が流れるようにすると一層好ましい。
中空体又は中空鋳塊から円柱状コアを容易に除去でき
るように、溶融金属に対して効果的な分離層を円柱状コ
アの外面に設けなければならない。これを現実するため
には、鋼コアの場合には、例えば錆層又は表面酸化層を
分離層として用いれば十分である。この分離層によっ
て、被覆金属材料とコア材料との間の直接の接合を防ぐ
ことができ、中空体から円柱状コアを引抜くことが可能
になる。
溶融した被覆金属中に鋼コアを浸漬できる時間は、鋼
コアの中に内部冷却孔を設けない場合には、鋼コアの熱
収容能力に対応する。より厚い層を晶出させるために
は、溶融金属への浸漬は段階的に行うことも可能であ
る。この場合、溶融金属へ浸漬する毎に、この浸漬の前
に中間冷却を行う。この方法は、被覆金属層の形成の場
合にも、担体層の形成の場合にも可能である。
被覆金属層又は担体層の晶出により、これらの層の外
表面に形成される凹凸が著しい場合は、これらの被覆金
属層又は担体層がまだ熱間状態のうちに行えば、僅かな
手間で圧延により平滑化を行うことができる。請求項3
に記載されているように被覆金属材料から成る中空体を
製造する場合、後続の処理で内面を機械加工して清浄で
平滑な表面にしなければならないが、この場合、僅かな
廃棄量しか発生しない。後続の処理自身は、例えば熱間
連続圧延、熱間ピルガー圧延、又は冷間ピルガー圧延に
より行うことができる。本発明の方法は、特に鋼材料に
適するが、その他の種類の金属材料にも用いることが可
能である。
発明の最良の実施形態 内面が金属被覆されたSt37製シームレス管を製造する
2つの実施例に基づき、本発明を以下に詳細に説明す
る。
端面側を蓋で封鎖した、長さ約1m、外径120mm及び肉
厚30mmの被覆金属材料1.4301(×5 CrNi 18 9)製管
を、液相線温度よりも約20K高い温度に加熱された担体
材料St37の溶融金属の中に約25秒にわたって浸漬した。
次いで、上記被覆金属材料製管を、担体材料から成る溶
融金属から取り出し、室内温度まで中間冷却したとこ
ろ、管を浸漬している間に、管の外面に肉厚約22mmの担
体層が晶出していた。この浸漬工程とこれに続く中間冷
却を、最終的に外径252mmの中空鋳塊が形成されるまで
更に2回繰り返した。次いで、中空鋳塊の外面を熱間状
態でサイザの孔型ロールにより平滑化した。
選択された浸漬時間により、一方では管の外面に晶出
した担体層(St37)の成長率が可及的に最大となり、他
方では被覆金属材料から成る管と、該管の外側に形成さ
れた担体層との間の接合が非常に良好になる。次いで、
このように形成された中空鋳塊を公知の方法である熱間
連続圧延によって、長さ約21m、外径約80mm及び肉厚約1
0mmの鋼製シームレス管に圧延した。上記管によって形
成された被覆金属層は、約2mm厚であり、この被覆金属
層は、中空鋳塊を構成する担体層と十分良好に接合され
ていた。
第2の実施例では、外径が250mm,内径が60mm、被覆金
属層の厚さが約25mm及び長さが約1mの中空鋳塊を製造し
たのち、該中空鋳塊をシームレス管に成形した。この場
合に、被覆金属の部分は請求の範囲第3項に記載の方法
を選択した。これを実現するために、表面酸化層によっ
て被覆された外径約60mmの担体材料St37製棒材を、液相
線温度より約30K高い温度に加熱された被覆金属材料1.4
301の溶融金属の中に浸漬した。上記棒材を、約35秒間
の浸漬によって、その表面に約17mmの厚さの被覆金属層
を形成させたのち、被覆金属材料から成る溶融金属から
取り出した。ほぼ室内温度まで中間冷却すると、棒材を
再び被覆金属材料から成る溶融金属の中に浸し、これに
より厚さが合わせて約25mmに達する被覆金属層が得られ
た。これを実現するために、浸漬時間を約47秒に延長し
た。換言すれば、成長して約35秒後に最大に達する第2
の被覆金属層が部分的に再び溶融して消失するまでの間
浸す。35秒より短い浸漬時間で8mmの層の厚さ(所望の
層厚には未だ不足であるが)を得ようとしても失敗した
であろう。何故ならば、このような短い時間では第1の
被覆金属層への付着が十分でないからである。次いで、
中間冷却を終えた後に、厚さ25mmの被覆金属層を有する
棒材を、第1の実施例に対応して液相線温度より約20K
だけ高い温度に加熱されたSt37の溶融金属の中に浸し
た。
3度の浸漬と中間冷却によって、外径236mmの鋳塊が
形成された。次いで、目標である250mmの外径を得るた
めに、53秒間の最後の浸漬が行われた。溶融金属から取
り出し、外面が完全に凝固された後に、浸漬コアとして
用いられたSt37の棒材は引抜き装置で中空鋳塊から引抜
かれた。分離層として作用する表面酸化層が棒材に付着
しているので、この分離は困難なく行われた。次いで、
鋳塊の外面は、まだ熱間状態の間に平滑化された。同様
に、中空鋳塊の内面(被覆金属層)は、表面酸化層によ
り形成された凹凸を除去するために、平滑及び浄化作用
を有する加工工程にかけた。次いで、鋳塊を再び熱間連
続圧延でシームレス管に加工された。このシームレス管
は、外径が80mm、内径が30mm、管長は20mよりも長く、
その内面に形成された被覆金属層の厚さは1.6mmとなっ
た。これらの2つの層(担体層と被覆金属層)の間の接
合は、この場合にも申し分なかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プレシウチュニッヒ,フリッツ・ペー ドイツ連邦共和国、デー 4100 デュイ スブルク、ライザーヴェーク 69 (72)発明者 パルシャート,ローター ドイツ連邦共和国、デー 4030 ラーテ ィンゲン 5、アン・デァ・デレン 2 アー (56)参考文献 特開 昭62−267046(JP,A) 特開 昭61−52357(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】担体材料から成る溶融金属の中に、被覆金
    属材料から成る管状体を単数回又は複数回にわたり浸漬
    し、該管状体の外面に担体層を晶出させることにより、
    該担体層の内面が該管状体によって金属被覆された中空
    鋳塊を製造する方法であって、 上記管状体として上記被覆金属材料から成る円筒状中空
    体を用い、該円筒状中空体を、その内面に上記溶融金属
    が浸入しないように封鎖した状態で、担体材料から成る
    上記溶融金属の中に浸漬して、上記円筒状中空体の外面
    に十分に厚い担体層を晶出させたのち、該円筒状中空体
    を上記溶融金属から取出すことにより、中空状に形成さ
    れた上記担体層から成る鋳塊の内面を、上記被覆金属材
    料によって被覆することを特徴とする金属被覆された中
    空鋳塊の製造方法。
  2. 【請求項2】上記円筒状中空体の内面に上記溶融金属が
    浸入しないように封鎖する工程が、該円筒状中空体の内
    面に円柱状コアを挿入して該内面に密接させるステップ
    と、上記担体層が上記円筒状中空体の外面に晶出された
    のち、該円筒状中空体の内面から上記円柱状コアを取り
    出すステップとを含むことを特徴とする請求項1に記載
    の金属被覆された中空鋳塊の製造方法。
  3. 【請求項3】その外面に分離層を有するとともに耐熱材
    料から成る棒状コアを、被覆金属材料から成る溶融金属
    の中に浸漬し、該棒状コアの分離層の外面に十分に厚い
    被覆金属層を晶出させたのち、該棒状コアを該被覆金属
    層から取り出すことにより、上記円筒状中空体を形成す
    ることを特徴とする請求項2に記載の金属被覆された中
    空鋳塊の製造方法。
  4. 【請求項4】上記円筒状中空体の外面に晶出させる上記
    担体層の形成を少なくとも2つの工程で行うとともに、
    この2つの工程が、 上記円筒状中空体を、溶融状態の上記担体材料に一定時
    間浸漬したのち、この担体材料から取り出す工程と、 この取り出した上記円筒状中空体を中間冷却したのち、
    該円筒状中空体の外面に晶出した担体層を更に成長させ
    るために、該円筒状中空体を、再び、上記担体材料から
    成る溶融金属中に浸漬する工程とから成ることを特徴と
    する請求項2又は3に記載の金属被覆された中空鋳塊の
    製造方法。
  5. 【請求項5】上記棒状コアの分離層の外面に晶出させる
    上記被覆金属層の形成を少なくとも2つの工程で行うと
    共に、この2つの工程が、 上記棒状コアを、溶融状態の上記被覆金属材料に一定時
    間浸漬したのち、該被覆金属材料から取り出す工程と、 この取り出した上記棒状コアを中間冷却したのち、該棒
    状コアの分離層の外面に晶出した被覆金属層を更に成長
    させるために、該棒状コアを、再び、上記被覆金属材料
    から成る溶融金属中に浸漬するステップとから成ること
    を特徴とする請求項3に記載の金属被覆された中空鋳塊
    の製造方法。
  6. 【請求項6】上記棒状コアの外面を、上記被覆金属材料
    から成る溶融金属の中へ浸漬する前に平滑化することを
    特徴とする請求項3又は5に記載の金属被覆された中空
    鋳塊の製造方法。
  7. 【請求項7】上記円筒状中空体の外面を、上記担体材料
    から成る溶融金属の中へ浸漬する前に平滑化することを
    特徴とする請求項4に記載の金属被覆された中空鋳塊の
    製造方法。
  8. 【請求項8】上記担体層の外面を、上記中空鋳塊を後続
    処理する前に平滑化することを特徴とする請求項1〜7
    のいずれかに記載の金属被覆された中空鋳塊の製造方
    法。
  9. 【請求項9】上記平滑化を、平滑化ロールを用いて行う
    ことを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の金属
    被覆された中空鋳塊の製造方法。
  10. 【請求項10】上記棒状コアを、上記被覆金属材料から
    成る溶融金属の中へ浸漬している間に、上記棒状コアの
    内部を冷却剤によって冷却することを特徴とする請求項
    3〜9のいずれかに記載の金属被覆された中空鋳塊の製
    造方法。
  11. 【請求項11】上記中空鋳塊の内面を、コアを抜出した
    後に清浄化し、平滑化したのちに管の成形工程にかける
    ことを特徴とする請求項3〜10のいずれかに記載の金属
    被覆された中空鋳塊の製造方法。
JP2506900A 1989-05-16 1990-05-08 内面が金属被覆された中空鋳塊の製造方法 Expired - Lifetime JP2925093B2 (ja)

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