JP7292314B2 - 管状要素および管状アセンブリ - Google Patents

Description

本開示は管状要素に関連する。本開示は、さらに管状アセンブリに関連する。さらに、本開示は、壁部材と管状要素とを備えたアセンブリに関連する。

管状要素は無数の異なる用途において用いられている。異なる材料で作られた２本の金属管を接合するのは困難な場合がある。さらに、管を壁に通して延ばすように配置することは、そのことに特有の問題を生じさせることがある。

ＧＢ１２５８１４１は、溶接による接合が困難な異なる合金の２本の管を接合する方法を開示している。この方法によれば、管のうちの一方の合金と適合する第１の合金の第１の端部部分と、管のうちの他方の合金と適合する第２の合金の第２の端部部分とを有する接続管が生成される。それらの端部部分の間には、第１の合金が外層を形成し、第２の合金が環状内層を形成する中間部分が存在する。それらの層の間には、熱間押し出しによって金属結合が形成されている。

ＧＢ１２５８１４１に開示されている接続管の生成は、第１の合金の環状外層と、第２の合金の環状内層とを有する複合管を形成することを含む。複合管を製造するために、２本の管状構成要素が提供され、構成要素のうちの一方が他方の構成要素内に挿入されて、ビレットを形成する。構成要素間の機械的連結を提供するために、長手方向スプラインが使用される。ビレットは、ビレットの周りに真空密封を形成するトロイダル形の金属ケースで包囲されている。真空密封により、複合管が形成されるようなケースとの後の押し出し中において、金属結合の形成が容易となる。複合管の第１の端部部分の直径は、複合管の第１の端部部分と中間部分との間に直径が漸減する部分が形成されるように、低減されている。その後、第１の端部部分から環状内層が除去され、第２の端部部分から環状外層が除去される。このようにして、一貫した内径および外径を備えた接続管が提供される。異なる材料の２本の管を、接続管の各々の端部部分に溶接することができる。

米国特許第３１４０１０８号には、２つの異なる材料を含む同様の管が開示されている。ジルコニウムまたは高ジルコニウム合金と、鉄系金属（ｆｅｒｒｏｕｓ ｍｅｔａｌ）との間の冶金学的に結合された接合が開示されている。そのようなジルコニウムが主である金属を棒、管などの形態にあるステンレス鋼に接合する方法と、その結果として生じる生成物とが議論されている。

米国特許第３２０８７７６号は、通常は共に溶接可能ではない異種パイプの現場溶接を可能にする、２つの異種金属のニップルからなる管状継手を開示している。ステンレス鋼ニップルの一部の周りにアルミニウムニップルを形成するために、溶融アルミニウムが使用される。管状継手は、例えば、クライオジェニックサービスに使用されるパイプを相互に接続するために使用される。管状継手は、一端ではアルミニウムパイプに溶接され、その他端ではステンレス鋼パイプに溶接される。管状継手は、フランジを有さず、管状継手の各端部に設けられた溶接スカーフを通じて関連するパイプに溶接される。

特定の工業的用途において、例えば、容器またはパイプなどの、流体媒体またはガス状媒体を貯蔵および／または輸送するための構造部品の内部は、過酷な条件に晒される可能性がある。例えば、構造部品では高温になることがあり、かつ／または腐食性の流体媒体もしくはガス状媒体が構造部品に貯蔵されたり、もしくは構造部品を通過したりすることがある。よって、構造部品は、関連する過酷な条件に耐えることができる材料から適切に製造される。そのような材料は多くの場合に高価である。したがって、別の方法として、二層壁を備えた構造部品を提供することができる。すなわち、構造部品の荷重を支持する外側部は、第１のより安価な材料から製造され、構造部品内部の過酷な条件に耐えることができる第２の材料の裏張りまたは被覆材が設けられる。

例えば、構造要素のそのような二層壁を介してガス密および／または流体密の管状接続部を提供することは複雑である可能性がある。流体媒体またはガス状媒体は、二層壁と管状接続部との間における漏出を許されてはならない。構造要素の内部に配置された管状接続部の部分は、構造要素の内部の過酷な条件に耐えなければならない。溶接によって異なるタイプの材料を接合することは、複雑であったり、または不可能であったりさえするなどの場合がある。

上述の不都合のうちの少なくともいくつかを克服するか、または少なくとも軽減する管状要素を得ることは有利であろう。特に、２つの異なる材料（例えば、異なる金属または金属合金）と適合する管状要素を提供することは望ましいであろう。さらに、２つの材料を溶接によって接合するのが困難である２つの異なる材料（例えば、金属または金属合金）を含む二層壁を介して管状コネクタを設けるのに適した管状要素を提供することは望ましいであろう。これらの懸念事項の１つまたは複数に対してより良好に対処するために、独立請求項のうちの１つにおいて定義される特徴を有する管状要素が提供される。

本開示の態様によれば、これは、第１の金属または合金を含む第１の管状部分と、第２の金属または合金を含む第２の管状部分とを備える管状要素によって達成され、第１の管状部分および第２の管状部分は、長手方向に沿って延びている。第１の管状部分は第１の長さを有する。第１の管状部分は、第１の長さの第１の部分に沿って第２の管状部分の内部に延び、第１の長さの第２の部分に沿って第２の管状部分の外部に延びている。第１の管状部分と第２の管状部分との間の界面は、金属結合と機械的連結とを含み、界面の少なくとも一部は、長手方向に沿って一定の直径範囲内に延びている。第２の管状部分は、第１の管状部分の周りに配置された第１の端部部分を備え、第２の管状部分は、第１の端部部分において第２の管状部分の周りを周方向に延びる密封面を備える。

界面の少なくとも一部が長手方向に沿って一定の直径範囲内に延びているため、第２の管状部分が第１の管状部分の周りに配置された第１の端部部分を備えているため、また第２の管状部分が第１の端部部分において第２の管状部分の周りを周方向に延びる密封面を備えているために、管状要素は、第１の金属または合金を含む第１の管状部分が管状要素をさらなる管に接続するために提供される一方で、第２の管状部分が第２の金属または合金と、同一もしくは同様の金属または合金に対する密封面とを含んで、配置されるように構成されている。

より具体的には、管状要素は、壁部材を通って延びるように構成されており、第２の管状部分における密封面は、第２の金属もしくは合金と同様の特性を備えた材料、および／または第２の金属もしくは合金と同一の材料タイプの材料、および／または第２の金属もしくは合金と同一材料の材料で形成された壁部材の一部に当接する。よって、壁部材および管状要素の双方は、第２の管状部分が壁部材の一部に隣接しており、条件に対して同程度まで耐えるように配置されている。例えば、高温条件下において、第２の金属または合金は、高温に耐えられる材料となるように選択される。したがって、第２の管状部分における壁部材の一部の材料も、高温に耐えられる。したがって、アセンブリが高温条件に耐えられる管状要素および壁部材を備えたアセンブリが提供され得る。

長手方向は、管状要素の延在範囲に沿って延びている。長手方向は、管状要素の中心軸線と平行に延び得る。管状要素は、円形、楕円形、正方形、矩形、などのような適当な断面を有し得る。

第１の金属または合金は、第２の金属または合金とは異なる金属または合金である。第１の金属または合金は、第２の金属または合金と溶接可能ではない可能性がある。界面の金属結合とは、界面が拡散していること、つまり、界面が管状要素の半径方向において移行領域を形成することを意味する。第１の管状部分と第２の管状部分との間において明確な界面線が検出されない可能性がある。界面の機械的連結は、例えば、ねじ山、または管状要素の製造中に変更されたねじ山の残部を含み得る。

界面の一定の直径範囲とは、少なくとも界面の一部に沿って、界面が実質的に、長手方向と平行に、すなわち、直径範囲内に拘束されて長手方向と平行に、延びることを必然的に伴う。これは、ＧＢ１２５８１４１および米国特許第３１４０１０８号に開示された従来技術の管の角度をなした界面と対照的である。

第１の端部部分において第２の管状部分の周りを周方向に延びる密封面とは、密封面が第２の管状部分において管状要素全体の周りに設けられていることを意味する。密封面は、対応する同様の形状に形成された表面、例えば、壁部材を通って延びる孔のまわりの表面に当接するように構成されている。密封面は、例えば、環状形状を有し得る。適切には、密封面は、密封面が対応する表面に当接したときに、第２の管状部分に隣接する空間と第１の管状部分との間に少なくともある程度の密封を提供するように構成されている。例えば、密封面は、対応する表面に当接したときに、少なくともある程度の密封を提供するのに十分な表面仕上げを有することができる。

実施形態によれば、第２の管状部分は、第１の端部部分において周方向に延びる肩部またはフランジを備えることができ、肩部またはフランジによって密封面が少なくとも部分的に形成され得る。このように、管状要素の一部が密封面を提供するように構成され得る。肩部は、第２の管状部分の後退部によって形成され得る。フランジは、第２の管状部分から延びる突起によって形成され得る。

実施形態によれば、第２の管状部分は、第１の端部部分において整合部分を備え得る。整合部分は、第１の端部部分における第２の管状部分の第１の端部から密封面に向かって延びることができる。このように、管状要素の一部、すなわち整合部分は、密封面が壁部材の一部に当接している間、管状要素を、例えば、壁部材の貫通孔の内部において位置決めするために用いられ得る。整合部分は、貫通孔の内面部分に当接し得る。

実施形態によれば、整合部分の少なくとも一部は、ねじ山付き外側部分を備えることができる。このように、管状要素は、整合されるだけでなく、対応する内ねじ山を備えた構造物に少なくとも部分的に固着され得る。

実施形態によれば、界面は、長手方向に沿って、第１の長さの第１の部分の実質的に全体にわたって延び得る。長手方向に沿って一定の直径範囲内に延びる界面の部分は、第１の長さの第１の部分の少なくとも０．５倍の長手方向に沿った長さを有し得る。このように、界面は、第１の管状部分と第２の管状部分との間の重複部の実質的な長さにわたって提供され得る。よって、第１の管状部分は、効率的な方法で、第２の管状部分に関して固着され得る。

実施形態によれば、第１の管状部分の第２の端部部分には、外ねじ山が設けられ得る。このように、管状要素は、第１の管状部分のねじ山付き第２の端部部分によって導管に接続され得る。例えば、さらなる管が第２の端部部分において接続されてもよい。

実施形態によれば、管状要素は、第１の管状部分の外ねじ山と係合するように構成された内ねじ山が設けられた接続部材を備え得る。このように、例えば、ねじ付きナットまたはねじ込みフランジが、接続部材として提供されてもよい。

実施形態によれば、第２の金属または金属合金は、フェライト系の鉄・クロム・アルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金から選択され得る。このように、管状要素は、第２の管状部分が配置された端部では、表面上に酸化アルミニウムを形成する材料を含むことができる。よって、管状要素のそのような端部は、厳しい腐食環境に耐えられるように適合され得る。

実施形態によれば、第１の金属または金属合金は、ステンレス鋼合金、ニッケル系合金、ジルコニウムもしくはジルコニウム合金、アルミニウムもしくはアルミニウム合金、銅もしくは銅合金、またはチタンもしくはチタン合金から選択され得る。

実施形態によれば、第１の管状部分と第２の管状部分との間の界面は、押し出しなどの熱間加工によって形成される。このように、第１の管状部分および第２の管状部分は、金属結合を提供する界面を介して接合され得る。

上記で議論した懸念事項のうちの１つまたは複数に対してより良好に対処するために、独立請求項のうちの１つで定義される特徴を有する管状アセンブリが提供される。

よって、本開示のさらなる態様によれば、これは、本明細書において議論される態様および／または実施形態のうちのいずれか１つによる管状要素と、第２の管状部分と同一の金属または合金で作られた管とを備えた管状アセンブリによって達成され、管は、第２の管状部分に溶接されるか、または第２の管状部分と螺合するようになされている。

このように、第２の金属または合金を主に含む管状アセンブリが提供され、よって管状アセンブリは、例えば、耐熱性などの第２の金属または合金に固有の特性を有し、一方で、管状アセンブリは、その一端では、例えば、溶接可能であることなどの第１の管状部分の第１の金属または合金の特性の恩恵を受ける。

本開示のさらなる態様によれば、これは、本明細書において議論される態様および／または実施形態のうちのいずれか１つによる管状要素と、第１の管状部分と同一の金属または合金で作られた管とを備えた管状アセンブリによって達成され、管は、第１の管状部分に溶接されるか、または第１の管状部分と螺合するようになされている。

このように、第１の金属または合金を主に含む管状アセンブリが提供され、よって管状アセンブリは、例えば、低コストで良好な耐圧性などの、第１の金属または合金に固有の特性を有し、一方で、管状アセンブリは、その一端では、例えば、耐熱性などの第２の管状部分の第２の金属または合金の特性の恩恵を受ける。

上記で議論した懸念事項のうちの１つまたは複数に対してより良好に対処するために、独立請求項のうちの１つで定義される特徴を有する壁部材と管状要素とを備えたアセンブリが提供される。

よって、本開示のさらなる態様によれば、これは、本明細書において議論される態様および／または実施形態のうちのいずれか１つによる壁部材と管状要素とを備えたアセンブリによって達成される。壁部材は、第１の材料から作られた第１の層と、第２の材料から作られた第２の層とを備え、壁部材を通って貫通孔が延びており、管状要素は貫通孔を通って延び、第２の管状部分における密封面が第２の層に当接する。

このように、アセンブリには、第２の管状部分における密封面が壁部材の一部に当接して、壁部材を通って延びる管状要素が設けられている。

適切には、密封面は、壁部材の第２の層に対して少なくともある程度の密封を提供するように構成され得る。よって、貫通孔は、壁部材の第２の層に隣接する空間から密封され得る。

適切には、管状要素は壁部材を通って延び得、第２の管状部分における密封面は、第２の金属もしくは合金と同様の特性を備えた材料、および／または第２の金属もしくは合金と同一の材料タイプの材料、および／または第２の金属もしくは合金と同一材料の材料で形成された壁部材の一部に当接する。すなわち、適切には、壁部材の第２の層は、第２の金属もしくは合金と同様の特性を備えた材料、および／または第２の金属もしくは合金と同一の材料タイプの材料、および／または第２の金属もしくは合金と同一材料の材料を含む。よって、壁部材および管状要素の双方は、第２の管状部分が壁部材の第２の層に隣接しているので、第２の層に隣接する空間内の条件に同程度まで耐えられるように配置され得る。

例えば、高温条件下では、第２の金属または合金は、高温に耐えられる材料となるように選択される。したがって、壁部材の第２の層の材料もまた高温に耐えられる。そのため、アセンブリは高温条件に耐えることができる。

実施形態によれば、第１の管状部分は壁部材の第１の層に対して固定され得る。このように、管状要素は壁部材に固着され得る。密封面が壁部材の第２の層に当接するので、壁部材の第１の層に対するそのような固定により、管状要素を壁部材に固着することができる。

第１の層に対する第１の管状部分の固定は、幾つかの異なる方法で行うことができる。例を２つ挙げると、例えば、第１の管状部分が第１の層に溶接されてもよいし、内ねじ山が設けられた接続部材が第１の管状部分の外ねじ山と係合して第１の層に当接してもよい。

上記で議論したように、第２の管状部分が第１の端部部分において整合部分を備える実施形態によれば、整合部分は貫通孔の内部で、第１の層および第２の層の少なくとも一方に当接し得る。このように、管状要素は壁部材の貫通孔内において整合され得る。

整合部分の少なくとも一部がねじ山付き外側部分を備える実施形態によれば、貫通孔内の壁部材に内ねじ山を少なくとも部分的に設けることができ、整合部分のねじ山付き外側部分が内ねじ山と係合し得る。このように、管状要素は、壁部材の貫通孔内において整合され、かつ壁部材に対して少なくとも部分的に固着もされ得る。

実施形態によれば、第２の層の第２の材料は、第２の管状部分の第２の金属または合金と同一材料であってもよい。このように、管状要素および第２の層の側面上の壁部材は、特定の条件に耐えられるように構成され得る。第２の管状部分および第２の層が同一の金属または合金であるため、双方とも同種の条件に耐えられるように考案されている。

本開示のさらなる特徴および本開示によるさらなる利点は、添付する特許請求の範囲および以下の詳細な説明を検討すると明らかになるであろう。

本開示の特定の特徴および利点を含む本開示の様々な態様および／または実施形態は、以下の詳細な説明および添付図面で議論される例示的な実施形態から容易に理解されるであろう。

実施形態による管状要素の断面図である。 管状要素の端面図である。 実施形態によるアセンブリの断面図である。 実施形態によるアセンブリの断面図である。 実施形態による管状アセンブリを示す図である。 実施形態による管状アセンブリを示す図である。

これより本開示の態様および／または実施形態についてより完全に記載する。同様の番号は、一貫して同様の要素を指す。周知の機能または構造は、簡潔にするため、および／または明瞭にするために、必ずしも詳細に記載されないであろう。

図１は実施形態による管状要素２の断面を示している。図２は、管状要素２の端面図を示している。

管状要素２は、第１の管状部分４と、第２の管状部分６とを備える。管状要素２、第１の管状部分４、および第２の管状部分６は、長手方向Ｌに沿って延びている。長手方向Ｌは、管状要素２の中心軸線と平行に延び得る。

第１の管状部分４は、第１の長さＬ１を有する。すなわち、第１の管状部分４は、長さＬ１を有する。第１の管状部分４は、第１の長さＬ１のうちの第１の部分Ｌ１１に沿って、第２の管状部分６の内部に延びている。第１の管状部分４は、第１の長さＬ１のうちの第２の部分Ｌ１２に沿って、第２の管状部分６の外部に延びている。これは、第１の長さＬ１が、第１の部分Ｌ１１と第２の部分Ｌ１２とからなることを意味する。

第１の管状部分４は、第１の金属または合金を含む。第２の管状部分６は、第２の金属または合金を含む。第１の金属または合金は、第２の金属または合金とは異なる金属または合金である。第１の金属または合金は、溶接によって、第２の金属または合金に接合することができない。

第１の管状部分４と第２の管状部分６との間の界面９は、金属結合と機械的連結とを含む。界面９は、実質的に第１の長さＬ１の第１の部分Ｌ１１全体に沿って延びている。第１の管状部分４と第２の管状部分６との間の界面９は、熱間加工によって形成される。適切には、そのような熱間加工は、押し出しの形態であってよい。図１では、界面９は一様な線として示されている。実際には、界面９は、より不均一であり、例えば、鋸歯状である可能性がある。さらに、界面９は、上記で議論したように、拡散している。

例として述べると、管状要素２は、以下を含むプロセスで製造され得る：
－ 外ねじ山を備えた第１の金属または合金で作られた第１の半加工品を提供し、内ねじ山を備えた第２の金属または合金で作られた第２の半加工品を提供すること。
－ 第２の半加工品に第１の半加工品を少なくとも部分的にねじ込むこと。
－ このように接合された第１の半加工品および第２の半加工品をダイに通して押し出して、金属結合と機械的連結とを備えた界面を介して接合された複合管を形成すること。第１の半加工品および第２の半加工品のねじ山は、押し出し中に変形されている可能性があるが、ねじ山の残部が、第１の管状部分４と第２の管状部分６との間の機械的連結を依然として提供する。
－ 複合管を両端部において機械加工して、第２の管状部分６の内部に第１の管状部分４の第１の部分Ｌ１１を設け、第２の管状部分６の外部に第１の管状部分４の第２の部分Ｌ１２を設けること。

ねじ山が、押し出し中に第１の管状部分および第２の管状部分を形成する２つの半加工品間の接合部に空気／酸素が入り込むのを防止するため、第１の半加工品と第２の半加工品との間の螺合により、第１の管状部分と第２の管状部分との間に金属結合が提供され得る。

界面９の少なくとも一部は、長手方向Ｌに沿って一定の直径範囲内に延びている。すなわち、界面９の少なくとも一部は、長手方向Ｌと平行に延びている。言い換えるなら、一定の直径範囲は、長手方向Ｌと平行に延びる想像上の円筒シェルを形成し、界面９の一部はこの想像上の円筒シェル内に延びている。図１では、破線が一定の直径範囲の内径ｄ_１および外径ｄ_２を示している。金属結合および機械的連結の双方は、一定の直径範囲内に配置されている。

図１に示すように、界面９は、長手方向Ｌに沿って、実質的に第１の長さＬ１の第１の部分Ｌ１１全体の上に延びることができる。

長手方向Ｌに沿って一定の直径範囲内に延びる界面９の一部は、第１の部分Ｌ１１の長さの少なくとも０．５倍の、長手方向Ｌに沿った長さを有し得る。図１において、一定の直径範囲内に延びる界面９の一部は、はっきりと見えている。すなわち、一定の直径範囲の内に延びる界面９の一部は、界面９が界面９の内径ｄ_１を示す破線に交差するその長手方向位置において終了する。

界面９は、管状要素２の内径Ｄ_ｉに向かって漸減する直径を有する。

第２の管状部分６は、第１の管状部分４の周りに配置された第１の端部部分８を備える。第２の管状部分６は、第１の端部部分８において、第２の管状部分６の周りを周方向に延びる密封面１０を備える。言い換えるなら、第１の端部部分８では、第２の管状部分６に密封面１０が設けられている。

管状要素２が、第１の金属または合金を含む第１の管状部分４と、第２の金属または合金を含む第２の管状部分６とを備えるので、管状要素２は、２つの異なる材料を含む少なくとも２つの層を備えた壁部材を通る管状コネクタを提供するのに適している。壁部材の一方の層は、第２の金属または合金と同種の材料または同一材料を含み、第２の管状部分６の密封面１０は、前記一方の層に当接する。図３および図４を参照しながら、さらに以下を参照されたい。

管状要素２は、長手方向Ｌに沿って実質的に一定な内径Ｄ_ｉを有し得る。

単に例として述べると、管状要素２は、１００～４００ｍｍの範囲内の長手方向Ｌに沿った長さと、２０～６０ｍｍの範囲内の内径Ｄ_ｉと、２～１０ｍｍの範囲内の第１の管状部分２の第２の部分Ｌ１２における半径方向の壁厚とを有し得る。

密封面１０の主な目的は、壁部材に設けられた孔のまわりの表面などの異なる表面に当接するように構成された表面を提供することにある。よって、管状要素２が貫通孔に挿入されると、密封面１０は、自然な停止を生じる。これらの実施形態において、密封面１０は、長手方向Ｌに対して９０°の角度で延びている。限定されない代替実施形態によれば、密封面１０は、長手方向Ｌに対して、９０～１５度の範囲内、または９０～３０度の範囲内、または９０～４０度の範囲内の角度で延びていてもよい。

これらの実施形態において、第２の管状部分６は、その第１の端部部分８において周方向に延びる肩部１２を備える。密封面１０は、肩部１２によって少なくとも部分的に形成されている。肩部１２は、第２の管状部分６の後退部に形成されている。

第２の管状部分６は、第１の端部部分８において整合部分１１を備える。整合部分１１は、第１の端部部分８における第２の管状部分６の第１の端部１３から密封面１０に向かって延びている。整合部分１１は、例えば、壁部材の貫通孔の内部において管状要素２を位置決めするために用いられ得る。

これらの実施形態において、整合部分１１は、一様な実質的に円筒状の表面を有する。代替実施形態によれば、整合部分は、第２の管状部分６の第１の端部１３では小径の端部を有し、密封面１０の近くでは大径の端部を有する円錐台状であってよい。さらなる代替案によれば、整合部分１１には、ねじ山が設けられてもよい。図３を参照しながら以下をさらに参照されたい。

管状要素２の第２の管状部分６は、熱および／または腐食性流体などの特に過酷な条件に耐えられるように構成されている。実施形態によれば、第２の金属または金属合金は、フェライト系の鉄－クロム－アルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金から選択され得る。

第２の管状部分の第２の金属合金のいくつかの限定されない例について、以下で議論する。

本開示の実施形態において、第２の管状部分のフェライト系ＦｅＣｒＡｌ合金は、９～２５重量％のＣｒ、３～７重量％のＡｌ、０～５重量％のＭｏ、０～０．０８重量％のＣ、０～３．０重量％のＳｉ、０～０．５重量％のＭｎ、残量のＦｅ、および通常生じる不純物を含有する。

本明細書において言及される「不純物」という用語は、鉱石およびスクラップなどの原料により、また生産工程における様々な他の要因により、ＦｅＣｒＡｌ合金が工業的に生産されるときにＦｅＣｒＡｌ合金を汚染するであろう物質を表わすことが意図され、そのような物質は、上記または下記に定義されるようなフェライト系ＦｅＣｒＡｌ合金に悪影響を与えない範囲で汚染することが許容される。

本開示のさらなる実施形態において、Ｍｏ、Ｃ、ＳｉおよびＭｎの含有量は、０重量％より大きい。

本開示のさらに別の実施形態において、フェライト系ＦｅＣｒＡｌ合金は、９～２５重量％のＣｒ、３～７重量％のＡｌ、０～５重量％のＭｏ、０．０５～０．６０重量％のＹ、０．０１～０．３０重量％のＺｒ、０．０５～０．５０重量％のＨｆ、０．０５～０．５０重量％のＴａ、０～０．１０重量％のＴｉ、０．０１～０．０５重量％のＣ、０．０１～０．０６重量％のＮ、０．０２～０．１０重量％のＯ、０．１０～３．０重量％のＳｉ、０．０５～０．５０重量％のＭｎ、０～０．８０重量％のＰ、０～０．００５重量％のＳ、残量のＦｅ、および通常生じる不純物を含有する。本開示のさらなる実施形態において、Ｍｏ、Ｔｉ、ＰおよびＳの含有量は、このフェライト系ＦｅＣｒＡｌ合金中、０重量％より大きい。

本開示のさらに別の実施形態において、フェライト系ＦｅＣｒＡｌ合金は、１５～２５重量％のＣｒ、３～７重量％のＡｌ、０～５重量％のＭｏ、０．０５～０．６０重量％のＹ、０．０１～０．３０重量％のＺｒ、０．０５～０．５０重量％のＨｆ、０．０５～０．５０重量％のＴａ、０．０１～０．０５重量％のＣ、０～０．１０重量％のＴｉ、０．０１～０．０６重量％のＮ、０．０２～０．１０重量％のＯ、０．１０～０．７０重量％のＳｉ、０．０５～０．５０重量％のＭｎ、０～０．８重量％のＰ、０～０．０５重量％のＳ、残量のＦｅ、および通常生じる不純物を含有する。

上記の実施形態において、ＦｅＣｒＡｌ合金の組成物は、付加的な元素または物質を、これらの元素または物質が本開示において概説したようなＦｅＣｒＡｌ合金の特定の性質を変化させない濃度で含有してもよい。この場合、「残量のＦｅ」という用語は、実施形態による必須の元素と任意の元素または物質とに加えて１００％となる残量を意味する。

一実施形態において、第２の管状部分のフェライト系ＦｅＣｒＡｌ合金は、９～２５重量％のＣｒ、３～７重量％のＡｌ、０～５重量％のＭｏ、０～０．０８重量％のＣ、０～３．０重量％のＳｉ、０～０．５重量％のＭｎ、残量のＦｅ、および通常生じる不純物からなる。

本開示のさらに別の実施形態において、フェライト系ＦｅＣｒＡｌ合金は、９～２５重量％のＣｒ、３～７重量％のＡｌ、０～５重量％のＭｏ、０．０５～０．６０重量％のＹ、０．０１～０．３０重量％のＺｒ、０．０５～０．５０重量％のＨｆ、０．０５～０．５０重量％のＴａ、０～０．１０重量％のＴｉ、０．０１～０．０５重量％のＣ、０．０１～０．０６重量％のＮ、０．０２～０．１０重量％のＯ、０．１０～３．０重量％のＳｉ、０．０５～０．５０重量％のＭｎ、０～０．８０重量％のＰ、０～０．００５重量％のＳ、残量のＦｅ、および通常生じる不純物からなる。

本開示のさらに別の実施形態において、フェライト系ＦｅＣｒＡｌ合金は、１５～２５重量％のＣｒ、３～７重量％のＡｌ、０～５重量％のＭｏ、０．０５～０．６０重量％のＹ、０．０１～０．３０重量％のＺｒ、０．０５～０．５０重量％のＨｆ、０．０５～０．５０重量％のＴａ、０．０１～０．０５重量％のＣ、０～０．１０重量％のＴｉ、０．０１～０．０６重量％のＮ、０．０２～０．１０重量％のＯ、０．１０～０．７０重量％のＳｉ、０．０５～０．５０重量％のＭｎ、０～０．８重量％のＰ、０～０．０５重量％のＳ、残量のＦｅ、および通常生じる不純物からなる。

上記の仕様のいずれかに分類される合金は、並外れた耐熱性を特徴とし、腐食に対する安定性および耐性を生じる。

管状要素２の第１の管状部分は、幾つかの異なる材料から作られていてもよい。第１の金属または合金は、例えば、容易に溶接可能であり、容易に機械加工することができ、かつ／または高圧に耐えられる材料とすることができる。

図３は、実施形態によるアセンブリ３０の断面を示している。アセンブリ３０は、壁部材２２と、管状要素２とを備える。

管状要素２は、図１および図２の実施形態に関して議論した管状要素２と多くの点で類似している。主に、管状要素２の異なる特徴について以下で議論する。

この場合も、管状要素２は、第１の金属または合金を含む第１の管状部分４と、第２の金属または合金を含む第２の管状部分６とを備える。管状要素２は長手方向Ｌに沿って延びている。第１の管状部分４と第２の管状部分６との間の界面９は、金属結合と機械的連結とを含む。

この場合も、第２の管状部分６は、第２の管状部分６の第１の端部部分８において、第２の管状部分６の周りを周方向に延びる密封面１０を備える。

これらの実施形態において、第２の管状部分６は、第１の端部部分８において周方向に延びるフランジ１５を備える。密封面１０は、フランジ１５によって少なくとも部分的に形成されている。

この場合も、第２の管状部分６は、第１の端部部分８において整合部分１１を備える。整合部分１１は、第１の端部部分８における第２の管状部分６の第１の端部１３から密封面１０に向かって延びている。

これらの実施形態において、整合部分１１の少なくとも一部は、ねじ山付き外側部分１６を備える。よって、管状要素２は、壁部材２２の対応する内ねじ山２７に螺入され得る。下記をさらに参照されたい。

これらの実施形態において、第１の管状部分４の第２の端部部分１４には、一様な外面２３が設けられている。

上述したように、アセンブリ３０は、壁部材２２と、管状要素２とを備える。管状要素２は、本明細書で議論される態様および／または実施形態のうちのいずれか１つによる管状要素２とすることができる。壁部材２２は、例えば、容器またはより大径のパイプの壁の一部を形成し得る。

壁部材２２は、第１の材料から作られた第１の層２４と、第２の材料から作られた第２の層２６とを備える。壁部材２２を通って貫通孔２８が延びている。管状要素２は貫通孔２８を通って延び、第２の管状部分６の密封面１０が第２の層２６と当接する。

第１の端部部分８において第２の管状部分６の周りを周方向に延びる密封面１０とは、密封面１０が第２の管状部分６において管状要素２全体の周りに設けられていることを意味する。貫通孔２８の周りにおいて、第２の層２６は、密封面１０に当接するために構成された表面部分を備える。

第２の管状部分２は、上記で議論したように、第１の端部部分８において整合部分１１を備える。整合部分１１は、貫通孔２８の内部で、第１の層２４および第２の層２６の少なくとも一方に当接する。整合部分１１はねじ山付き外側部分１６を備え、貫通孔２８の内部の壁部材２２には内ねじ山２７が少なくとも部分的に設けられている。整合部分１１のねじ山付き外側部分１６は、内ねじ山２７と係合する。

第１の管状部分４は、壁部材２２の第１の層２４に対して固定される。これらの実施形態において、第１の管状部分４は、壁部材２２の第１の層２４に対して、溶接部２９によって固定される。このように、管状要素２は溶接部２９によって壁部材２２に固着される。より具体的には、第１の管状部分４の第２の端部部分１４は、壁部材２２の第１の層２４に対して、その一様な外面２３の部分において溶接される。

ねじ山付き外側部分１６が設けられた、第２の管状部分６の整合部分１１を備える図３に示した実施形態では、管状要素２は、密封面１０が壁部材２２の第２の層２６に当接するまで、貫通孔２８の内部の壁部材２２に設けられた内ねじ山２７にねじ込まれる。これにより、壁部材２２に対する管状要素２の初期の固着と、密封面１０と第２の層２６との間の少なくともある程度の密封とが行われる。その後、第１の管状部分４を壁部材２２の第１の層２４に対して固定するために溶接部２９が提供される。

上述したように、第２の材料、つまり、第２の層２６の材料は、第２の金属もしくは合金と同種の材料、または第２の金属もしくは合金と同一もしくは同様の特性を有する材料であってもよいし、または第２の層２６の材料は、第２の金属もしくは合金と同一材料であってもよい。

いくつかの実施形態によれば、第１の材料、つまり、第１の層２４の材料は、第１の金属もしくは合金と同種の材料、または第１の金属もしくは合金と同一もしくは同様の特性を有する材料であってもよいし、または第１の層２４の材料は、第１の金属もしくは合金と同一材料であってもよい。これらの実施形態において、第１の層２４の第１の材料と第１の管状部分４の第１の金属および／または合金とは、溶接の観点から少なくとも適合性を有する。しかしながら、管状要素２および壁部材２２に対する異なる要件は、いくつかの実施形態によれば、第１の層２４と第１の管状部分４とにおいて異なる特性を備えた異なる材料を必要とする場合がある。

図４は、実施形態によるアセンブリ３０の断面を示している。この場合も、アセンブリ３０は、壁部材２２と、管状要素２とを備える。

管状要素２は、図１～図３の実施形態に関して議論した管状要素２と多くの点で類似している。主に、管状要素２の異なる特徴について以下で議論する。

また、アセンブリ３０は、図３の実施形態に関して議論したアセンブリ３０と多くの点で類似している。主に、アセンブリ３０の異なる特徴について以下で議論する。

この場合も、管状要素２は、第１の金属または合金を含む第１の管状部分４と、第２の金属または合金を含む第２の管状部分６とを備える。管状要素２は長手方向Ｌに沿って延びている。第１の管状部分４と第２の管状部分６との間の界面９は、金属結合と機械的連結とを含む。

この場合も、第２の管状部分６は、第２の管状部分６の第１の端部部分８において、第２の管状部分６の周りを周方向に延びる密封面１０を備える。

この場合も、第２の管状部分６は、第１の端部部分８において整合部分１１を備える。整合部分１１は、第１の端部部分８における第２の管状部分６の第１の端部１３から密封面１０に向かって延びている。

これらの実施形態において、第１の管状部分４の第２の端部部分１４には、外ねじ山２１が設けられている。

管状要素２は、第１の管状部分４の外ねじ山２１と係合するように構成された内ねじ山が設けられた接続部材２３を備える。図４では、接続部材２３は、ねじ付きナットによって例示されている。これに代わって、例えば、ねじ込みフランジ、ねじ込みカップリング、などのような様々な他の接続部材が使用されてもよい。

これに代わって、またはこれに加えて、外ねじ山２１は、管状要素２にさらなる管または導管を接続するために用いられてもよい。

上述したように、アセンブリ３０は、壁部材２２と、管状要素２とを備える。この場合も、壁部材２２は、第１の材料から作られた第１の層２４と、第２の材料から作られた第２の層２６とを備える。壁部材２２を通って貫通孔２８が延びている。管状要素２は貫通孔２８を通って延び、第２の管状部分６の密封面１０が第２の層２６と当接する。

この場合も、第２の管状部分２は、第１の端部部分８において整合部分１１を備える。これらの実施形態において、整合部分１１は、一様な円筒形を有する。整合部分１１は、貫通孔２８の内部で、第１の層２４および第２の層２６の少なくとも一方に当接する。

第１の管状部分４は、壁部材２２の第１の層２４に対して固定される。アセンブリ３０が、外ねじ山２１を設けた第１の管状部分４を有する管状要素２を備えるこれらの実施形態では、第１の管状部分４は、壁部材２２の第１層２４に対して、第１の管状部分４の外ねじ山２１と係合する内ねじ山を設けた接続部材２３によって固定される。よって、管状要素２は、接続部材２３によって壁部材２２に固着される。

図４に示した実施形態では、管状要素２は、密封面１０が壁部材２２の第２の層２６に当接するまで、貫通孔２８内に挿入され得る。これにより、壁部材２２に関して管状要素２の初期の位置決めが行われる。その後、接続部材２３が第１の管状部分４上に螺着されて、第１の管状部分４を壁部材２２の第１層２４に対して固定し、よって管状要素２を壁部材２２に固着し、密封面１０と第２の層２６との間を少なくともある程度密封する。

いくつかの実施形態によれば、接続部材２３は、壁部材２２の第１層２４および／または第１の管状部分４の第２の端部部分１４に溶接され得る。よって、第１層２４に対する第１の管状部分４の付加的な固定を行うことができ、接続部材２３が緩むのを防止することができる。

図５は、実施形態による管状アセンブリ４０を示している。管状アセンブリ４０は、本明細書において議論される態様および／または実施形態のうちのいずれか１つによる管状要素２と、第２の管状部分６と同一の金属または合金で作られた管４２とを備える。すなわち、管４２は、第２の金属または合金で作られている。第２の管状部分６と同一の金属または合金で作られた管４２は、第２の管状部分６に溶接されるか、または第２の管状部分６と螺合するようになされている。

この管状アセンブリ４０は、管状要素２を用いて、図３および図４に関して上記で議論した壁部材などの構造物に取り付けられ得る。しかしながら、管状アセンブリ４０は第２の金属または合金を主に含んでおり、よって、例えば、耐熱性などの、第２の金属または合金に固有の特性を有する。

図６は、実施形態による管状アセンブリ５０を示している。管状アセンブリ５０は、本明細書において議論される態様および／または実施形態のうちのいずれか１つによる管状要素２と、第１の管状部分４と同一の金属または合金で作られた管５２とを備える。すなわち、管５２は、第１の金属または合金で作られている。第１の管状部分４と同一の金属または合金で作られた管５２は、第１の管状部分４に溶接されるか、または第１の管状部分４と螺合するようになされている。

このように、第１の金属または合金を主に含む管状アセンブリ５０が提供され、よって管状アセンブリ５０は、例えば、低コストで良好な耐圧性などの、第１の金属または合金に固有の特性を有し、一方で、管状アセンブリ５０は、その一端では、第２の管状部分６の第２の金属または合金の特性の恩恵を受ける。

前述は様々な例示的な実施形態の例示であり、本発明は添付した特許請求の範囲によってのみ定義されることが理解されるべきである。当業者には、例示的な実施形態は修正されてもよく、例示的な実施形態の異なる特徴は、添付した特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく組み合わせられて、本明細書に記載されたもの以外の実施形態を形成してもよいことが理解されるであろう。例えば、管状要素２は、図３に示した実施形態において、接続部材２３によって壁部材２２に固着されてもよく、また図４に示した実施形態において、管状要素２は、第１の管状部分４と第１の層２２との間の溶接によって壁部材２２に固着されてもよい。

Claims (14)

1. 管状要素（２）であって、
   第１の金属又は合金を含む第１の管状部分（４）と、第２の金属又は合金を含む第２の管状部分（６）とを備え、第１の管状部分（４）及び第２の管状部分（６）は、長手方向（Ｌ）に沿って延びており、
   第１の管状部分（４）は第１の長さ（Ｌ１）を有し、
   第１の管状部分（４）は、第１の長さ（Ｌ１）の第１の部分（Ｌ１１）に沿って第２の管状部分（６）の内部に延び、第１の長さ（Ｌ１）の第２の部分（Ｌ１２）に沿って第２の管状部分（６）の外部に延びている、管状要素（２）において、
   第１の管状部分（４）と第２の管状部分（６）との間の界面（９）は、金属結合と機械的連結とを含み、
   界面（９）の少なくとも一部は、長手方向（Ｌ）に沿って一定の直径範囲内に延びており、
   第２の管状部分（６）は、第１の管状部分（４）の周りに配置された第１の端部部分（８）を備え、
   第２の管状部分（６）は、第１の端部部分（８）において、第２の管状部分（６）の周りを周方向に延びる密封面（１０）を備え、
   第１の管状部分（４）の第２の端部部分（１４）には、外ねじ山（２１）が設けられ、
   第１の管状部分（４）の外ねじ山（２１）と係合するように構成された内ねじ山が設けられた接続部材（２３）を備えることを特徴とする、管状要素（２）。
2. 第２の管状部分（６）は、第１の端部部分（８）において周方向に延びる肩部（１２）又はフランジ（１５）を備え、密封面（１０）は、肩部（１２）又はフランジ（１５）によって少なくとも部分的に形成されている、請求項１に記載の管状要素（２）。
3. 第２の管状部分（６）は、第１の端部部分（８）において整合部分（１１）を備え、整合部分（１１）は、第１の端部部分（８）における第２の管状部分（６）の第１の端部（１３）から密封面（１０）に向かって延びている、請求項１又は２に記載の管状要素（２）。
4. 整合部分（１１）の少なくとも一部は、ねじ山付き外側部分（１６）を備える、請求項３に記載の管状要素（２）。
5. 第１の管状部分（４）の第２の端部部分（１４）には、一様な外面（２３）が設けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載の管状要素（２）。
6. 第２の金属又は金属合金は、フェライト系の鉄・クロム・アルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金から選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載の管状要素（２）。
7. 第１の管状部分（４）と第２の管状部分（６）との間の界面（９）は、押し出しなどの熱間加工によって形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の管状要素（２）。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の管状要素（２）、及び
   第２の管状部分（６）と同一の金属又は金属合金で作られた管（４２）であって、第２の管状部分（６）に溶接されるか、若しくは第２の管状部分（６）と螺合するようになされている、管（４２）、又は
   第１の管状部分（４）と同一の金属又は合金で作られた管（５２）であって、第１の管状部分（４）に溶接されるか、若しくは第１の管状部分（４）と螺合するようになされている、管（５２）
   を備えた管状アセンブリ（４０）。
9. 壁部材（２２）と請求項１から７のいずれか一項に記載の管状要素（２）とを備えたアセンブリ（３０）であって、
   壁部材（２２）は、第１の材料から作られた第１の層（２４）と、第２の材料から作られた第２の層（２６）とを備え、
   壁部材（２２）を通って貫通孔（２８）が延びており、
   管状要素（２）は貫通孔（２８）を通って延び、第２の管状部分（６）の密封面（１０）が第２の層（２６）と当接する、アセンブリ（３０）。
10. 第１の管状部分（４）は、壁部材（２２）の第１の層（２４）に対して固定される、請求項９に記載のアセンブリ（３０）。
11. 第１の管状部分（４）は、壁部材（２２）の第１層（２４）に対して、溶接部（２９）によって固定される、請求項１０に記載のアセンブリ（３０）。
12. 請求項５に記載の管状要素（２）を備え、第１の管状部分（４）は、壁部材（２２）の第１層（２４）に対して、第１の管状部分（４）の外ねじ山（２１）と係合する内ねじ山が設けられた接続部材（２３）によって固定される、請求項１０に記載のアセンブリ（３０）。
13. 請求項３に記載の管状要素（２）を備え、整合部分（１１）は、貫通孔（２８）の内部で、第１の層（２４）及び第２の層（２６）の少なくとも一方に当接する、請求項９から１２のいずれか一項に記載のアセンブリ（３０）。
14. 請求項４に記載の管状要素（２）を備え、貫通孔（２８）内の壁部材（２２）には、内ねじ山（２７）が少なくとも部分的に設けられており、整合部分（１１）のねじ山付き外側部分（１６）は、内ねじ山（２７）と係合する、請求項１３に記載のアセンブリ（３０）。

Images