JPH02247302A - チタンクラッド鋼管の製造方法 - 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） この発明は、チタンまたはチタン合金を内面にクラッド
した鋼管を熱間押出し法によって製造する方法に関する
ものである。

（従来の技術） 安価で高強度の綱と耐食性に優れたチタンとを組み合わ
せたクラツド材は、化学工業分野での利用が期待され、
特にそのクラツド板の製造方法についてはすでに多くの
提案がある。

チタンと鉄とは相互拡散すると金属間化合物（ＴｉＦｅ
、↑ｌＦｅｇ　）を生成し、また、鋼中のＣが拡散しチ
タン炭化物も析出し易い、これらは脆くて接合性に悪影
響を及ぼすことが知られており、チタンクラッド鋼の製
造においては、これらの脆い析出物の生成を抑えること
が大きな課題である。

そこで、チタンクラッド鋼板の熱間圧延による製造に関
しては、例えば、下記のような方法が提案されている。

■　炭素鋼または低合金鋼を母材とし、チタンまたはチ
タン合金を合わせ材として接合面が０．２５〜４．５重
量％の炭素になるよう処理し、熱間圧延圧着することを
特徴とするチタンクラ・シト鋼板の製造方法（特開昭６
３−１１５６８６号公報）。

■　接合面に粗面加工を施し、接合中間材として低炭素
鋼板、あるいは更にＣｕ、、Ｎｉ又はＣｕ−Ｎｉ合金の
いずれか１つを用い、前記接合中間材との間に間隙を設
けてた組立てスラブ製造し、これを熱間圧延するチタン
クラッド鋼板の製造方法（特開昭６３−５６３７１号公
報）。

■　チタンの合わせ打倒にＣ０，０１％以下の低炭素鋼
材を、母材鋼板側に純ニッケルまたはニッケル合金を置
いて圧延するチタンクラッド鋼の製造方法（特開昭６３
−１７７９７９号公報）。

しかしながら、上記■の方法では、チタン炭化物の析出
による接合部の脆化が避けられず、また■の方法は接合
面の粗面加工、接合中間材とクラツド材板との精密な組
立て、等のため製造コストが嵩む、■の方法では、優れ
た接合強度を有するクラツド材が得られるが、チタンは
溶解−圧延材であり、クラッド製品は主に板材である。

クラツド鋼管の製造方法としては、熱間押出し法が最も
優れたものと考えられるが、上記■、■および■を含め
て、従来のチタンクラッド鋼に関する文献は専らクラツ
ド鋼板に関するもので、管の製造、就中、熱間押出し法
によるチタンクラッド鋼管の製造方法に関して述べた文
献は見当たらない。

一方、ニッケル合金粉末を用いて熱間押出し法でクラツ
ド管を製造する技術が特公昭６０−３７１６２号公報に
記載されている。これは、鋼ビレットとニッケル合金粉
末とを組み合わせた複合ビレットを作成して加熱押出し
するという方法で、継目無しのクラツド管を作るには優
れた方法である。しかし、同公報には脆い金属間化合物
を生成し易いチタンと鋼とのクラツド管を製造すること
については何の教示もない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、鋼管の内面にチタンまたはチタン合金層を有
するクラツド鋼管を熱間押出し法によって製造すること
を課題とし、特に、クラッド界面に生成しやすい金属間
化合物析出層を抑制して接合性の良好なチタンクラッド
鋼管を製造する方法を提供することを目的とするもので
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、チタンクラッド鋼管の熱間押出し法による
製造においては、母材例の鋼管の素材としては中空ビレ
ットを、合せ材のチタンの原料としてはチタン粉末を使
用することが最も合理的であると考え、更に、クラッド
界面の接合性を高めるために、脆い化合物の生成を抑え
る手段を講する必要があることを認識し、下記の点を要
旨とする本発明をなすに到った。

「中空円筒状の綱ビレットの内面にニッケル層と鉄層と
を順次配置し、その内側に空間をおいて円筒状の薄肉金
属カプセルを鋼ビレットと同心円状に配置し、上記の空
間にチタンまたはチタン合金の粉末を充填して密閉した
組立ビレットを作製し、この組立ビレットを熱間押出し
することを特徴とするチタンクラッド鋼管の製造方法ｊ
上記の本発明方法において、「鋼」というのは、炭素鋼
、低合金鋼、またはステンレス鋼のような高合金鋼など
の広義の鋼（鉄基合金）の全てを意味する。また、チタ
ンとは工業的な意味での純チタンであり、チタン合金と
いうのはα型、β型、α＋β型を問わずあらゆる種類の
チタン合金を意味する。なお、記述の簡略化のために、
純チタンおよびチタン合金を併せて単に「チタン」と記
すことがある。

添付図は、本発明方法において熱間押出しに供する組立
ビレットの縦断面図である。まず、この図にそって説明
する。

１は鋼のビレットである。これは、通常の単一材料の鋼
管を熱間押出し法で製造する場合に使用されるものと同
様に、丸ビレットから機械加工して中空円筒状に成形し
ておく、２は鋼ビレットに接して設けられたニッケル層
、３はその内側に設けられた鉄層である。これらの層は
後述のような作用効果を奏するに足る厚さであればよく
、通常各々１０〜２００μ園程で充分である。従って、
これらの層はそれぞれのｗｉ（極薄板）であってもよく
、あるいは鋼ビレットの内面にニッケルと鉄を順次めっ
きしてこれらの層を形成してもよい、更に、鉄箔の片面
にニッケルを、或いはニッケル箔の片面に鉄をめっきし
て使用してもよい、ただし、いずれの場合もニッケル側
を綱ビレットに接するように配置しなければならない。

ここで鉄層というのは、純鉄だけでなく炭素含有量０．
Ｏ１重量％程度以下の低炭素鋼も含む、また、ニッケル
層というのは、純ニッケルの外、Ｃ，Ｓｔ、Ｍｎ、Ｃｕ
、　Ｆｅ等の合計金を量が５重量％以下のニッケルなど
も使用できる。

第１図の４は、薄肉金属のカプセルである。こらば、後
述するチタン粉末を充填し、加熱、押出しの間その粉末
を維持し、押出し終了の後には酸による溶解等で除去さ
れるものである。かかる使用目的に沿うように材質と厚
みを選べばよい、工業生産上量も実用的なのは、低炭素
鋼製の肉厚およそ３膳−程度のものである。

上記のカプセル４は、ビレットの内側に同心円状に配置
される。カプセル４と前記の鉄層３との間には、チタン
粉末を充填する空間をおく、この空間は製造目的のクラ
ツド鋼管におけるチタン層の厚みに応じ、押出し加工度
を考慮して定めることは言うまでもない。

粉末の充填に先立って下端をエンドプレート５で塞いで
おく、その後、前記のような純チタンまたはチタン合金
の粉末６を充填し、上端をエンドプレート７で塞ぐ。

加熱工程でのチタン粉末の酸化防止のために、粉末充填
の後、脱気孔８から真空吸引によって内部の空気を抜い
ておくのが望ましい、そのためには、エンドプレート５
．７は綱ビレットｌおよびカプセル４と外周を溶接して
おくのがよい、脱気終了後は脱気孔８も閉塞する。

以上で組立ビレットが出来上がる。これはそのまま加熱
−押出し工程に供することができるが、例えば、冷間静
水圧法（ＣＩＰ）によってチタン粉末の充填密度を上げ
ておいてもよい。

熱間押出し加工の条件としては、特にこれに限定される
ものではないが、次のような条件が望ましい、即ち、組
立ビレットを８００〜９００℃に加熱し、炉出し後７５
０℃以上の温度で熱間押出しを行うのである。かかる加
熱および熱間押出しの工程中に、チタン粉末は緻密に固
化して鋼管と緊密に接合し、チタンクラッド鋼管ができ
る。

熱間押出し加工の終了後は、酸による溶解、或いは機械
切削など適宜の方法で内面のカプセルを除去する。また
、必要があれば更に熱処理を施す。

（作用） 先に述べたように、チタンクラッド鋼製造上の問題点は
クラッド界面の接合性にある。チタンと鉄基金属の接合
面ではＴ１とＦｅの金属間化合物ＴｉＦｅ。

ＴｉＰｅｇが析出し易く、またチタンにＣ（炭素）が拡
散しＴｉ炭化物も析出し易い、これらの化合物は鋼とチ
タンの接合性に悪影響を及ぼし製品クラツド鋼の品質を
悪化させる。

本発明方法においては、このような接合性の問題を鉄層
とニッケル層を介在させることによって解決した。即ち
、綱ビレット側に介在させたニッケルの層（添付図の２
）は、鋼ビレットからのＣの拡散を防止する作用を有す
る。しかも、鋼とニッケルとの接合性は極めて優れてい
る。また、ニッケル層とチタン粉末との間に鉄層（添付
図の３）を介在させるのは、ＮｉとＴｉが相互拡散して
ＮｉＴｉｇ、ＮｌＴｌ及び旧３Ｔｌのような金属間化合
物を生成し脆くなるのを防止するためである。この場合
もニッケル層２と鉄層３の接合性は良好であるから、こ
れらの層はそれぞれ箔として介在させても何ら支障はな
い、鉄層３とチタン粉末６との接合性においても、鉄層
としてＣが０．０１重量％以下のものを使用し、熱間押
出しの際の加熱条件に配慮すれば、チタン炭化物の析出
がなく、ＦｅとＴｉの金属間化合物もほとんど生成せず
、何ら支障はない。

熱間押出し工程の望ましい条件は、先に述べたとおりで
ある。チタンのβ変態点（８８０℃）以上で熱間押出し
成形すると鉄層とチタン粉末の界面にＦｅとＴｌの脆い
金属間化合物が生成し、接合性が悪くなるため、加熱温
度は熱間押出しまでの冷却を考慮しても、上限を９００
℃程度にするのがよい。

また、熱間押出し温度が７５０℃より低くなれば、押出
し荷重が増大するだけでなく、鉄層とチタン粉末がほと
んど拡散接合しないため、接合性が悪くなる。これを避
けるためにには、ビレットの加熱温度を８００℃以上に
しておくのが望ましい。

（実施例１） 添付図に示したような組立ビレットを製作して、熱間押
出し加工を行った。

鋼ビレットｌは、ＪＩＳ−３４５Ｃの炭素鋼で、外径６
８−１肉厚１０ｍｍのものを使用した。これと、炭素０
．１重量％のエンドプレート５（厚み３．０ｓ＋ｓ）と
同じ材質の内管カプセル４（外径３８＠ＩＩ、肉厚２．
０霞耐を溶接により組立て後、鋼ビレットニ沿って純度
９９％以上で４０μ−厚さのニッケル１４２を挿入し、
その内側に同じく純度９９％以上で３０μ−厚さの鉄箔
３を挿入した。

次いで、カプセル４と鉄箔３の間の空間に純度９９．５
％、粒度１００メツシユアンダーの純チタン粉末を充填
し、エンドプレート５と同じ材質、寸法で脱気孔８を備
えたエンドプレート７を溶接した。

上記の組立ビレットを真空脱気して脱気孔８を封口し、
電気炉で７５０〜９５０℃の温度で１０分間均熱した後
、ユジーン式熱間押出し機により製管を行い、外径４０
ｍｍ、内径３２■−１外層鋼の厚み２．５−一、内層チ
タンの厚み１．抛−のクラツド鋼管を得た。

こうして製造されたクラツド鋼管の内側カプセル４を硝
酸により酸洗除去した後、偏平曲げ試験によりチタン層
と鋼とのクラッド界面の接合性を評価した。

なお、比較のためにニッケル箔を使用せず、鉄箔だけを
介在させたビレシトを作製して同じように試験した。

これらの結果を加工条件とともに次頁の表に示す。

表に見られるとおり、本発明方法によって製造されたク
ラツド鋼管の接合性は優れている。特に、熱間押出しの
際の加熱、および押出しの温度が前述の範囲にあるｋｌ
、２．３の接合性は極めて優れている。阻４は加熱温度
および押出し温度がやや低いため、またＮｌ１５は逆に
高すぎるため、一部剥離が認められた。

鉄箔のみを用いた隘７は、クラッド界面の剥離が大きく
接合性不良であった。

（実施例２） 鋼ビレットｌの内面に、ニッケルめっき層（厚さ２０μ
−）と鉄めっき層（厚さｌθμ園）を順次節して、実施
例１と同様にエンドプレートおよび内管カプセルとを溶
接により組立て、脱気孔８よりＴ１粉末を充填し、これ
を真空脱気して脱気孔８を封口し、電気炉で８５０’Ｃ
の温度で１０分間均熱した後、ユジーン式熱間押出し機
により製管を実施した。製管後、内管カプセルを硝酸に
より酸洗除去し、偏平曲げ試験を行いクラッド界面の接
合性を評価した。その結果を下記の表に阻６として示す
。

この方法によっても、接合性の良好なチタンクラッド鋼
管が得られた。

（発明の効果） 本発明の方法によればクラッド界面の接合性の良好なチ
タンクラッド鋼管の製造ができる。カーかるクラツド鋼
管は、内面のチタンまたはチタン合金層の優れた耐食性
と、外面の鋼の優れた機械的性質とを兼ね備えており、
しかもチタン単体の管に比較して安価であるから、化学
工業プラントや腐食性の強い油やガスの輸送管などのよ
うな用途に広く利用できるものである。

【図面の簡単な説明】

添付図は、本発明方法で用いるチタン粉末を充填した組
立ビレットを説明する縦断面図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空円筒状の鋼ビレットの内面にニッケル層と鉄
   層とを順次配置し、その内側に空間をおいて円筒状の薄
   肉金属カプセルを鋼ビレットと同心円状に配置し、上記
   の空間にチタンまたはチタン合金の粉末を充填して密閉
   した組立ビレットを作製し、この組立ビレットを熱間押
   出しすることを特徴とするチタンクラッド鋼管の製造方
   法。
2. （２）ニッケル層および鉄層が、それぞれニッケル箔お
   よび鉄箔である特許請求の範囲第１項記載のチタンクラ
   ッド鋼管の製造方法。
3. （３）ニッケル層および鉄層が、鋼ビレットの内面に順
   次めっきされたものである特許請求の範囲第１項記載の
   チタンクラッド鋼管の製造方法。
4. （４）ニッケル層が鉄箔の上にめっきされた層である特
   許請求の範囲第１項記載のチタンクラッド鋼管の製造方
   法。
5. （５）鉄層がニッケル箔の上にめっきされた層である特
   許請求の範囲第１項記載のチタンクラッド鋼管の製造方
   法。
6. （６）組立ビレットを８００〜９００℃に加熱し、炉出
   し後７５０℃以上の温度で熱間押出しすることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項から第５項までに記載したい
   ずれかのチタンクラッド鋼管の製造方法。