JPH02163306A - 表面被覆金属の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は表面被覆金属の製造方法に係り、さらに詳しく
は耐食性、耐高温腐食性、耐酸化性、耐１１耗性などの
特性を有する層で金属の表面を被覆する方法に関するも
のである。

［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、ハステロイに−２７６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ツド鋼の
使用が考えられた。

クラツド鋼はその形状が管の場合には継目無管或いは溶
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６２５といったニ
ッケル合金を合わせ材とするクラツド鋼、なかでもクラ
ツ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。

一方、パルプのスピンドル部や往復動型ポンプのピスト
ンおよびシリンダーなどの摺動部、あるいはスラリー輸
送用バイブ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　−にｒ金合金Ｎ１−
（：ｒ−＾１−Ｙ合金やＧｏ　−Ｃｒ　−ＡＭ　−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言う難点を有してい
る。

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）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６１−２２３１０６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何れも最終
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。

また、特開昭６１−１９０００７号公報および特開昭６
１−１９０００８号公報には、それぞれ厚肉の可鍛性金
属円筒およ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りて加圧して、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２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等の変形抵抗
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。

これに対して本発明者らは、特願昭６２−６９１２７号
、特願昭６２−７４４８４号、特願昭６２−７４４８５
号および特願昭６３−４０６４４号において、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（ＨＸＰ）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
る方法などを提案している。

［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。

耐摩耗性など表面被覆が目的とする特性を母材に具備せ
しめた材料を、安価にかつ容易に製造する方法を提供す
るものである。

［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、その後も柚々
実験と検討を重ねた結果、ついに被覆層の形成に使用す
る他種金属の粉末の粒度が熱間静水圧プレス後の熱間加
工性に著しい影響を及ぼすことを見出した。そこで本発
明者らは他種金属の粉末の粒度を様々に変えて熱間静水
圧プレスした被覆素材を製造し、続いて熱間加工を行な
った。

本発明者らが検討した結果によれば、他種金属の粉末の
粒度があまりに大きすぎると、たとえ熱間静水圧プレス
によフて被覆層として形成せしめた素材であっても熱間
加工時に被覆層が割れる場合があること、かかる割れは
他種金属の粉末の粒度として：１００　ｕｒｎ以下のも
のを大部分、具体的には重量分率として９５％以上とす
れば防止できること、かつ７４ｕｍ以下のものを重量分
率として６５％以上とすればさらに安定して被覆層と母
材金属とを同時かつ均一に熱間加工できることがわかっ
た。

さらに本発明者らは熱間静水圧プレスした被覆層の性状
についても詳細に検討した結果、熱間静水圧プレス後に
おける被覆層内の空孔率が０．５％以下である場合には
、被覆層と母材金属とを同時かつ均一に熱間加工するこ
とが一段と容易になることを見出した。

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、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において、他種金属の粉末
として粒度が３００μｍ以下の粒子の重量分率が９５％
以上であってかつ粒度が７４ＪＪＩ１１以下の粒子の重
量分率が６５％以上である粉末を使用して被覆層を形成
せしめること、さらに好ましくは上記熱間静水圧プレス
後における被覆層内の空孔率が０．５％以下であること
を特徴とする表面被覆金属の製造方法にある。

ここで「母材」となる金属素材及び「合わせ材」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を挙げることができる。

［発明の詳細］ 以下本発明の詳細な説明する。

まず本発明においては金属素材の表面に、地神金属の被
覆層を熱間静水圧プレス（以下旧Ｐと略す）によって形
成せしめるのであるが、他種金属は粉末を用いて、例え
ば第１図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３内に充填・密閉し、次いで熱間静水圧プレス
して他種金属粉末を被覆層として形成せしめると同時に
被）７層と素材金属とを金属結合させることができ、接
合界面には充分な接合強度を持たせることができる。こ
の時、次の工程で良好に熱間加工するためには、被覆層
の熱間加工性を確保しなければならないか、そのために
は他種金属粉末の粒度として３００μｍ以下の粒子の重
量分率が９５％以上であってかつ粒度か７４μｌ以下の
粒子の重量分率が６５％以上である粉末を使用しなけれ
ばならない。ここでいう粒度とは標準ふるいの規格でい
うメツシュに対応したもので、３００μｍは５０メツシ
ユ、７４μｍは２００メツシユを指す。

一方、より優れた熱間加工性を被覆層に付与するために
は、熱間静水圧プレス後の被覆層内に存在する空孔をで
きるだけ少なくしなければならず、空孔率として０．５
％以下としなければならない。ここで、空孔率は体積率
あるいは断面内の面積率で表わされる。

ＨＩＰにおいては密閉容器内を真空にすることが重要で
あり、容器内の真空の圧力は１　ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ
より低いことが好ましい。また、旧Ｐは充分高い温度と
圧力で充分長い時間材なうことが重要である。

ＨＩＰ温度は母材金属と合わせ材金属の種類によって異
なるが、熱間加工性を良好に保つためには両方の金属の
固相線温度より低い温度でなけばならない。それは、固
相線温度を超えると冷却時に成分元素の偏析を生じ、次
の工程に於ける熱間加工性が著しく低下するからである
。ただし、ＨＩＰ時間を短縮するには、上記温度範囲内
で出来るだけ高い温度とすることが有効である。一方、
旧Ｐ圧力は高いほどＨＩＰ温度・時間を減少できる。

次に本発明においては被覆層形成後熱間加工を行なうか
、或は上記被覆層形成後均熱処理を加えた後直ちに熱間
加工を行うか、若しくは上記被覆層形成後溶体化処理を
施した後に熱間加工を行うのであるが、上記の条件で被
覆層を形成した場合には複合材であっても通常と同様に
して熱間加工することかできる。本発明における熱間加
工の目的は被覆した金属素材を延伸することによって長
尺の表面被覆金属を製造したり、或いは複雑な形状の表
面被覆金属を製造することに有り、製品の形状に応じて
熱間圧延、熱間鍛造、熱間押出などの熱間加工法を通用
することができる。

尚、本発明において熱間加工とは母材である金属素材及
び合わせ材である被覆金属が成型等の目的で通常加工さ
れる温度範囲での加工を指すが、加工温度の選定に際し
ては母材及び被覆層の両方に対して適切な温度を選定す
る必要がある。

本発明においては金属素材の形状が板或いはバイブの場
合には被覆層を一つの面、例えば板の上面、バイブの内
面、バイブの外面としても良く、両面即ち板の」二・下
両面、バイブの内・外肉部とすることも可能である。製
品が使用される状況に応じて、−面あるいは両面のうち
適切なほうを選択すれば良い。

その地熱間加工を行なった後に２例えば母材の強度、靭
性等を調質する目的で行なう焼き入れ、焼き戻し、焼き
ならし等の熱処理、被覆層の耐食性を更に改善させる目
的で行なう溶体化熱処理や焼き鈍し等の熱処理、製品の
形状を調整するなどの目的で行なう冷間加工など必要に
応じてさらに他の加工を加えることもできる。いずれも
必要な強度、靭性、耐食性等に応じて選択することがで
きる。

本発明は腐食性物質に対する抵抗を必要とする製品、高
温酸化に対する抵抗を必要とする製品及び耐摩耗性を必
要とする製品などを製造するために応用することができ
、例えば管、容器、板および棒など種々の形状に応用す
ることができる。あるいはさらに成形、溶接などを行な
って製品を製造するための素材として使用することも可
能であることはいうまでもない。

以下に本発明の実施例について説明する。

［実施例コ Ｉｉ表に示す材料及び製造条件で熱間加工に供する素材
を製造した。ここで、本発明例Ｎｏ１〜３は中空ビレッ
トの内面に被覆層を形成した例、本発明例Ｎｏ４〜６は
中空ビレットの内外面に被覆層を形成した例、本発明例
Ｎｏ７．８はスラブの上面に被覆層を形成した例、本発
明例Ｎｏ９．１０はスラブの両面に被覆層を形成した例
である。いずれも被覆層用の合金粉末を熱間静水圧プレ
スによって金属素材の表面に被覆層として形成せしめた
。各々の形状を第２図、第３図、第４図及び第５図にそ
れぞれ示す。第２図は中空ビレット４の内面に被覆層５
を形成した例である。第３図は中空ビレット４の内面及
び外面に被覆層５を形成した例である。第４図はスラブ
６の上面に被覆層５を形成した例である。第５図はスラ
ブ６の上面及び下面に被覆層５を形成した例である。

一方、比較例Ｎ０１１〜１３はいずれも合金粉末を熱間
静水圧プレス法によって中空ビレットの内面に被覆層と
して形成せしめた例であり、また比較例Ｎｏ１４．　＋
５は他種金属として管あるいは板を用いて組み立てビレ
ットあるいは組み立てスラブを製造した後に熱間加工す
る従来法である。

尚、熱間加工としてビレットでは熱間押出を、スラブで
は熱間圧延を行な７た。

次にこわらの材料を第２表に示す条件で熱間加工して表
面被覆金属を製造した。その結果を第２表に合わせて示
す。また良好に熱間加工できたものについては、各種試
験を行なった結果も併せて第２表に示した。第２表で曲
げ試験はＪＩＳ　Ｇ　０６０１およびＪＩＳ　Ｚ　３１
２４に準じて行ない、超音波探傷試験はＪＩＳ　Ｇ　０
６０１およびＪＩＳ　Ｚ　３１２４に準じて行なった。

第２表のうち比較例であるＮｏ１１−１：Ｉはいずｈち
被覆層に微小割れを生じている。また比較例のＮ。

１４、１．５は金属素材（母材）と他種金属（合わせ材
）とが均一に加工されず、ましてや両者を接合すること
もできなかったものである。

これに対して本発明に従って製造した例Ｎｏ１〜１０の
各材料は曲げ試験特性に優れており、超音波探傷試験で
も非接合部などの欠陥は全く検出されなかった。また、
熱間加工後の断面の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。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明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】

第１図は金属素材の表面に他種金属の被覆層を形成する
ための熱間静水圧プレスにおける充填要領を示す図であ
る。第２図、第３図、第４図及び第５図は何れも本発明
方法に従う加工素材の積層要領を示す断面図である。 １・・・金属素材、２・・・他種金属粉末、３・・・カ
プセル、４・・・中空ビレット、５・・・被覆層、６・
・・スラブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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
   て延伸する方法において、他種金属の粉末として粒度が
   ３００μｍ以下の粒子が重量分率が９５％以上であって
   かつ粒度が７４μｍ以下の粒子の重量分率が６５％以上
   である粉末を使用して被覆層を形成せしめることを特徴
   とする表面被覆金属の製造方法。 ２、熱間静水圧プレス後における被覆層内の空孔率が０
   ．５％以下である請求項１記載の方法。