JPH05237538A - 表面被覆金属の製造方法 - Google Patents

表面被覆金属の製造方法

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JPH05237538A
JPH05237538A JP4097592A JP4097592A JPH05237538A JP H05237538 A JPH05237538 A JP H05237538A JP 4097592 A JP4097592 A JP 4097592A JP 4097592 A JP4097592 A JP 4097592A JP H05237538 A JPH05237538 A JP H05237538A
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JP
Japan
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coating layer
metal
extrusion
hip
hot
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Withdrawn
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JP4097592A
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English (en)
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Tetsuo Ishizuka
哲夫 石塚
Kozo Denpo
幸三 伝宝
Hiroyuki Ogawa
洋之 小川
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 円筒状の金属素材の表面に他種金属の粉末を
用いて、100(t/D−1/2)>(Fi /(Fi
o ))(Tu −T)、t:被覆層の厚さ、D:被覆層
形成素材の外径、Fi :押出そうとする温度、押出比に
おける、被覆層形成素材と同一形状の金属素材単体に要
する押出力、Fo :押出そうとする温度、押出比におけ
る、被覆層形成素材と同一形状の、HIPなより形成し
た被覆層金属単体に要する押出力、T:押出温度、
u :被覆層形成素材と同一形状の、HIPにより形成
した被覆層金属単体を割れが生じることなく押出せる上
限温度、を満足する条件で熱間静水圧プレス法によって
被覆層を形成し、熱間押出によって延伸することにより
表面被覆金属の製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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、耐摩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。
【0002】
【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C−27
6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、これらの合金
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、強度を下地の金属(例えば低合金鋼)で確保するい
わゆるクラッド鋼の使用が考えられた。
【0003】クラッ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62
5といったニッケル合金を合わせ材とするクラッド鋼、
中でもクラッ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。
【0004】一方、バルブ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
はスラリー輸送用パイプ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−Cr
合金やNi−Cr−Al−Y合金やCo−Cr−Al−
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いう難点を有し
ている。
【0005】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って、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61−2
23106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。
【0006】また、特開昭61−190007号公報お
よび特開昭61−190008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って加圧して、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二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。
【0007】これに対して、特開昭62−202号公報
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(HIP)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が提案されている。し
かしながらこれらの方法においても、金属素材の形状が
円筒で、その外表面に他種金属を被覆し、熱間押出によ
り延伸しようとする場合、金属素材と他種金属との変形
抵抗の差や、被覆層の厚みによっては、熱間押出時に他
種金属に割れが生じることがある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたもので、耐食性、耐高温腐食性、耐酸化
性、耐摩耗性など表面被覆が所望の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
ることを目的とするものである。
【0009】
【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、その後も種々実験と検討を重ねた結
果、ついに熱間押出時に被覆層に割れが生じないめたに
は、被覆層の厚みと、金属素材と被覆層の変形抵抗の差
と、押出温度との間に、ある一定の関係を満足させる必
要があることを見いだした。
【0010】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、円
筒状の金属素材を用い、その外面に他種金属被覆層を次
式 100(t/D−1/2)>(Fi /(Fi −Fo ))(Tu −T) t :被覆層の厚さ D :被覆層形成素材の外径 Fi :押出そうとする温度、押出比における、被覆層形
成素材と同一形状の金属素材単体に要する押出力 Fo :押出そうとする温度、押出比における、被覆層形
成素材と同一形状の、HIPにより形成した被覆層金属
単体に要する押出力 T :押出温度 Tu :被覆層形成素材と同一形状の、HIPにより形成
した被覆層金属単体を割れが生じることなく押出せる上
限温度 を満足する範囲内で形成せしめ、熱間押出法により延伸
することを特徴とする表面被覆金属の製造方法にある。
【0011】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、耐摩耗性などの性質のうち、必要な性
質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。
【0012】
【作用】以下本発明を詳細に説明する。まず本発明にお
いては円筒状金属素材の外表面に、他種金属の被覆層を
HIP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、例えば図1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、ついで熱
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
しめると同時に被覆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
が、そのためには被覆層内に気孔を残留させないことが
重要であり、密閉容器内を真空にすることと充分高い温
度と圧力で熱間静水圧プレスする事が重要である。その
ためには真空度は1×10-3Torrより良いことが好まし
い。
【0013】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ればならな
い。それは、固相線温度を越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、
上記温度範囲内でできるだけ高い温度とすることが有効
である。一方HIP圧力は高いほどHIP温度・時間を
減少する。
【0014】次に本発明においては被覆層形成後熱間押
出を行うか、或いは上記被覆層形成後均熱処理を加えた
後直ちに熱間押出を行うか、もしくは上記被覆層形成後
溶体化処理を施した後に熱間押出を行うのであるが、そ
の時、その押出温度、押出比で、被覆層形成素材と同一
形状の金属素材単体、および同じくHIPにより形成し
た被覆層金属単体を押出す場合に要する押出力Fi およ
びFo 、被覆層の厚さt、被覆層形成素材の外径D、押
出温度T、被覆層形成素材と同一形状のHIPにより形
成した被覆層金属単体を割れが生じることなく押出させ
る上限温度Tuとの間に 100(t/D−1/2)>(Fi /(Fi −Fo ))(Tu −T) の関係を満足させることが必要である。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
して熱間押出することができる。本発明における熱間押
出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HIPままでは
被覆材の機械的性質が劣るのを改善することにある。
【0015】なお、本発明において熱間押出とは母材で
ある金属素材及び合わせ材である被覆金属が成形等の目
的で通常押出される温度範囲での押出加工を指すが、押
出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。
【0016】その他熱間押出を行った後に、例えば母材
の強度、靭性等を調質する目的で行う焼き入れ、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、耐食性に応じて選択することが
できる。
【0017】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、例えば棒、および線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
可能であることは言うまでもない。
【0018】
【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。表
1に示す材料及び製造条件で熱間押出に供する素材を製
造した。ここで、No.1〜5は本発明例、No.6〜
8は比較例である。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円筒状金属素材の外表面に被覆層
として形成せしめた。その形状を図2に示す。
【0019】次にこれらの材料を表2に示す条件で熱間
押出した表面被覆金属を製造した。その結果を表2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、各種試験を行った結果も併せて表2に示した。表2
で曲げ試験はJIS G 0601及びJIS Z 3
124に準じて行い、超音波探傷試験はJIS G 0
601及びJIS Z 3124に準じて行った。
【0020】表2のうち比較例である。No.6〜8は
いずれも被覆層に微小割れを生じている。これに対して
本発明に従って製造した例No.1〜5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面が得られていることが確か
められた。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【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】
【図1】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。
【図2】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。
【符号の説明】 1 金属素材 2 他種金属粉末 3 カプセル 4 ビレット 5 被覆層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 20/00 B 9264−4E

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、円筒状の金属素材
    を用い、その外面に他種金属被覆層を次式 100(t/D−1/2)>(Fi /(Fi −Fo ))(Tu −T) t :被覆層の厚さ D :被覆層形成素材の外径 Fi :押出そうとする温度、押出比における、被覆層形
    成素材と同一形状の金属素材単体に要する押出力 Fo :押出そうとする温度、押出比における、被覆層形
    成素材と同一形状の、HIPにより形成した被覆層金属
    単体に要する押出力 T :押出温度 Tu :被覆層形成素材と同一形状の、HIPにより形成
    した被覆層金属単体を割れが生じることなく押出せる上
    限温度 を満足する範囲内で形成せしめ、熱間押出法により延伸
    することを特徴とする表面被覆金属の製造方法。
JP4097592A 1992-02-27 1992-02-27 表面被覆金属の製造方法 Withdrawn JPH05237538A (ja)

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Effective date: 19990518