JPS5834237B2 - パイプクラツド鋼の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、同軸的に嵌合させたパイプを熱間で圧延する
ことによって圧着し、長尺でも圧着率の良いパイプクラ
ッドを得る方法に関する。

従来、クラツド鋼板の製造法としては爆発圧着法、圧延
法、鋳込み法などがある。

これらの製造法は対象物が板で平面状であるから、製造
技術として比較的問題点は少い。

ところがパイプ状のクラツド鋼を製作するには、対象が
曲面であるため各方法ごとに問題点が多い。

まず、爆発圧着法による場合には、パイプの定尺と言わ
れる６ｍの長さの物は製造が不可能に近く、３ｍ程度の
長さのものでも、製造技術上困難を伴い、たとえ製造で
きたとしても、品質的に十分に満足し得るものは得られ
ない。

たとえば、爆発圧着法によって製造されたパイプクラツ
ド鋼を圧延して、長尺パイプクラツド鋼を製造する提案
もあるが（材料加工Ｖｏｌ ２ 、 Ａ２ 、 ’７
２ ）、爆着したパイプクラツド鋼の長さが１ｍを越え
ると次第に不圧着部が多くなり、圧着率の良いパイプク
ラツド鋼は得られていない。

すなわち、爆発圧着により製作したパイプクラツド鋼は
圧着率が悪く、またこれを単に圧延するだけではあまり
圧着率を高くすることはできないのである。

圧延法による場合は、２本のパイプを同軸的に挿入し、
熱間または冷間で圧延する方法がとられるが、この方法
では二金属間の冶金的結合は殆んど期待できず、いわゆ
る共引きパイプクラツド鋼に近いものしか製造できない
。

鋳込み法では、クラツド鋼の圧着力が弱く、しかも鋳造
であるために金属組織が鋳造組織になっており、加工性
が悪く、鋳巣が多く、時には貫通した孔さえもできるた
めに、実用されることは殆んどない。

本発明はこれらの点に鑑みなされたもので、炭素鋼（低
合金鋼を含む）を母材とし、ステンレス、ニッケルまた
はニッケル合金を合材とした複合管を熱間圧延してパイ
プクラツド鋼を製造するにあたり、合材を母材の内側ま
たは外側あるいは両側に密接あるいは嵌合させ、しかる
のちに母材端面より突出した合材の周縁部と母材端面と
を全周にわたり、肉盛溶接の合材長手方向の幅が密接複
合管の場合は１／３ｔ（ｔは合材の板厚）以上、嵌合複
合管の場合は１／２を以上になるように強固に肉盛溶接
して固定し、これを８５０〜１３００℃の温度で熱間圧
延することによって冶金的に圧着させることを特徴とす
るパイプクラツド鋼の製造法である。

本発明において、合材を母材に密接（冶金的結合をして
いない）する手段としては爆発拡管法、ガス爆発法など
がある。

このとき爆発圧着法等で圧着してしまってはいけない。

かかる本発明をなすに当って参考になる先行技術を調査
検討した。

まず、日本製鋼技報（Ｊｕｌｙ１９６１゜Ｐ６７０〜６
８４）には、ステンレスと軟鋼とからなる板状クラツド
鋼を製作する方法として、両者の間に媒材として、ニッ
ケル、ニッケルー鉄合金または純鉄を介層し、熱間で圧
延する方法等一連の技術が報告されている。

また、パイプを熱間圧延する方法としては、穿孔圧延機
を通してのち、アラセル圧延機、プラグ圧延機、マンド
レル圧延機、ヒルガー圧延機で圧延する方法が知られて
いる。

（昭和３７年４月５日、鉄鋼協会発行、鉄鋼便覧参照） 特願昭５１−８０８６６号明細書には、「炭素鋼を母材
とし、ステンレス、ニッケルまたはニッケル合金を合材
とした密接パイプを熱間圧延して長尺パイプクラツド鋼
を製造するに当り、炭素鋼の両端面に溝を構成し、これ
に合材を圧入して密接パイプを作り、該密接パイプの両
端面をシール溶接し、しかる後、該密接パイプの隙間の
空気を除去するが、せずして、これを１，２００℃から
８５０℃の間において、プラグが回転する構造の穿孔圧
延機で圧延し、ついでプラグ圧延機又はアラセル圧延機
で圧延することを特徴とする長尺パイプクラツド鋼の製
造方法。

」が示されている。また、特願昭５１−８８１０９号明
細書には、「炭素鋼を母材とし、ステンレス、ニッケル
またはニッケル合金よりなる管を合材とし、両者の接着
面の少くとも一方にニッケルを施してから両者を圧着又
は密接し、ついで８５０℃ないし１．３００℃の温度で
、穿孔圧延機を通すかあるいは通さないで、プラグ圧延
機又はアラセル圧延機をもって、−回目の圧下率を少く
とも２０％以上に圧延することを特徴とする長尺パイプ
クラツド鋼の製造法。

」が示されている。特願昭５１−８０８６６号の方法に
よれば、かなり圧着率のよいクラツド鋼は得られるが、
圧延用素材の両端に溝を設けるために歩留りが悪いし、
また合材と母材との間にニッケルを介層しないために、
母材側から合材側に炭素が拡散し、合材の実効板厚が減
少するし、圧着率も平均９０饅程度である。

また、特願昭５１−８８１０９号の方法によれば、合材
と母材間にニッケルを介層するために、特願昭５１−８
０８６６号の方法における欠点は解消されるが、それで
も製品の圧着率は平均９７φ程度である。

この原因を種々検討した結果、部分的に不圧着部を有す
る爆着パイプクラツド鋼を熱間で圧延すると、圧着部と
不圧着部とで圧延時の変形抵抗が異なり、この部分が圧
延圧着されず、合材にしわがよったりして歩留り低下の
原因になっていることが確認された。

したがって、パイプクラツド鋼を圧延によって造るには
爆着したパイプクラツド鋼を圧延するよりは、合材と母
材とが圧着されていない密接または嵌合パイプを使用す
る方が良い結果を得られることが判った。

また、合材と母材とが密接または嵌合したパイプをその
両端部でシール溶接して、熱間で圧延する方法の場合、
単にシール溶接するだけでは圧延後の製品品質が充分で
なく、熱間圧延時にパイプの両端にかかる力に耐えるに
充分な量の肉盛溶接をする必要のあることが明らかとな
った。

具体的には両端面の合材と母材との境界部を単に溶接す
るだけでなく、たとえば溶接パイプのときは、肉盛溶接
部の合材長手方向における巾は合材板厚の少くとも１／
８より適切には１／２以上になるように肉盛溶接固定す
る必要があり、嵌合パイプのときは合材板厚の少くとも
１／−２より適切には３／４以上は肉盛溶接固定するこ
とが必要である。

この場合、両端面または少くとも片端面は全周にわたっ
て肉盛溶接する必要があり、これをおこたると圧着率が
低下する。

特に嵌合パイプは密接パイプとは異なり、合材を母材に
嵌合させた後で拡管とか縮管は行なわないので、嵌合前
の合材と母材との径差には注意を要する。

一般的には、合材内径と母材外径または合材外径と母材
内径との差は７μ以内が好ましく、７間より大きくなる
と圧着率が低下するし、量産する場合に圧延トラブルを
起す可能性が増してくる。

また、合材と母材との間には、母材側から合材側への炭
素の移動を防ぐためと、圧着率の向上のために、媒材を
用いる必要がある。

特に合材がニッケルまたはニッケル合金以外のステンレ
スのときは、合材と母材との材質組合せや製品の圧着率
の要求度に応じて、母材と合材の接合面の両方または何
れか一方に媒材を施すのが望ましい。

媒材の材質としては、ニッケルが最も適しており、ニッ
ケル合金を用いる場合はなるべく硬さの軟かい合金が好
ましく、ステンレスよりは軟かい方が良いことが判った
。

純鉄を媒材として用いるのは炭素の移動がおさえにくい
し、圧延前の加熱によって表面が酸化され易いので好ま
しくない。

この媒材を介在させる方法としてはメッキ法、溶射法、
箔又は薄板を用いる方法等がある。

つぎに、圧延圧着法においては、高温時の圧延機構と圧
下率もコントロールする必要のあることが確認された。

圧延機の種類としては、傾斜ロール穿孔圧延機、プラグ
圧延機、マンドレル圧延機、アラセル圧延機、ピルガ−
圧延機等があるが、圧延で圧着させるにはピルガ−圧延
機以外の圧延機が適しており、特に穿孔圧延機は圧延比
（圧下率）を大きくとれるので、圧延圧着には最も優れ
た方法である。

したがって、限定するものではないが、最初の圧延は穿
孔圧延機で行い、２回目以降を穿孔圧延機またはその他
の圧延機で圧延することが好ましい。

また、圧延による圧着は少くとも３回目までの圧延で終
了させることが好ましい。

圧延圧着を終了したのちのサイジング圧延とか、歪矯正
圧延または冷間での圧延は圧着したパイプクラツド鋼の
後加工として通常の鋼管とほぼ同様な方法で行うことが
できる。

圧延温度についても詳細に検討したが、少くとも圧着を
させる圧延工程においては、８５０°Ｃから１，８００
℃の温度で行うことが好ましいことが判った。

圧延温度が８５０ ’Ｃより低いと、圧延により圧着す
る割合が少くなり、一旦圧着した部分が剥離することも
ある。

また１、３００℃より高くなると、多量の酸化被膜を生
じて好ましくない。

圧下率はパイプクラツド鋼の圧着率に及ぼす影響が極め
て大きく、特に１回目と２回目の圧延時の圧下率の影響
が大きく、それぞれ少くとも１５饅以上に圧延すること
が望ましく、好ましくは２０φ以上の圧下率をとれば非
常に圧着率の良いパイプクラツド鋼を得ることができる
。

なお、本発明には、内側に位置すべき母材または合材と
してロッドを用いる場合も包含される。

つぎに実施例を図面によって説明する。

実施例 １ 板厚７０ｔｒｔｔｔｔ、外径２３０ｍｍ、長さ１，５０
０ｍｍの炭素鋼管の内面を５μの荒さにパフ研磨した。

一方板厚１０１ｍも外径８６ｍも長さ１，６００關の５
ＵＳ３０４Ｌの溶接管を溶体化熱処理したのち、外面を
３μの荒さに研磨し、５０μ厚さのニッケルメッキをし
た。

そして、第１図に示すように、炭素鋼管よりなる母材１
中にＳＵＳ管よりなる合材２を５０１℃ｍずつ両端を出
して挿入し、さらに、合材２の内部中央に１，７００１
ｍ長さの導爆線３を２本人れさらに水４を注入したのち
、導爆線３を雷管５をもって爆発させ、合材２と母材１
との密接パイプを得た。

このパイプを第２図に示すように、合材２の余長部をそ
れぞれ１０ｍｍ残して切断して、合材２と母材１とをＳ
ＵＳの溶接棒で全周にわたって肉盛溶接部６を形成した
。

第３図はこの肉盛溶接部６を拡大して示した図であって
、肉盛溶接部６の合材２に対する溶接肉ａは、本実施例
の場合７１１１で、強固に溶接した。

しかる後、片方の肉盛溶接部６に５ｉｎ径のキリで空気
抜き穴７をあけ、合材２と母材１との間の空気が加熱お
よび圧延時に抜けるようにした。

このように加工した管材を１，２００℃で２時間加熱し
たのち、穿孔圧延機で一気に板厚２０ＷｗＬ（圧下率７
４％）、外径１５０ｍｍになるように圧延した。

この工程につづいて、直ちにプラグ圧延機により最終圧
延上り温度８７０℃で、板厚１２ｘｉ、外径１３０關の
長尺のパイプクラツド鋼を得た。

得られたパイプクラツド鋼の両端を２００ｍｍ切断した
のち、超音波探傷法で圧着状況を検査した結果、全圧着
面の９９％が冶金的に圧着されていることが確認された
。

一方、比較のため、上記と同様な方法で密接パイプを作
り、ＳＵＳ管の余長部をそれぞれ１０ｍｍ残して切断し
、ＳＵＳ管と炭素鋼とをＳＵＳの溶接棒で全周にわたっ
て薄く（約２７ＩＬｒＩＬ）溶接シールした。

しかるのち空気抜き穴１つを設け、上記と同じ条件で圧
延した。

得られたパイプクラツド鋼の両端を２００ｍｍ切断した
のち、超音波探傷法で圧着状況を検査した結果、両端部
に圧着されていない部分が散在し、全圧着面の９５％が
冶金的に圧着されているだけであった。

実施例 ２ 板厚７０ｍｍ、外径２３２ｍ、長さ１，５００ｍｍの炭
素鋼管の内面を５μの荒さにパフ研磨し、ついで１０μ
厚さのニッケルメッキを施した。

一方、板厚１５ｍｍ、外径８８ＴＩＬｍ１長さ１，５８
０關の５ＵＳ３４７鋼管を溶体化熱処理したのち、外面
を３μの荒さに研磨し、４０μ厚さのニッケルメッキを
施した。

この合材を上記炭素鋼管中に隙間約４關で両端をそれぞ
れ１５闘出して挿入し、少くとも肉盛溶接部が１０關に
なるように、端部全周にわたって強固に溶接した。

しかるのち、片方の溶接部に５關径のキリで２つの穴を
あけ、空気抜き穴とした。

これを１，２５０℃で１時間加熱後、空気抜き穴のない
方から、穿孔圧延機で一気に板厚２０ｍｍ、外径１５０
山に圧延した。

得られたパイプクラツド鋼の両端を２００ｍｍ切断した
のち、超音波探傷法で圧着状況を検査した結果、全圧着
面の９９．５俤が冶金的に圧着されていることが確認で
きた。

実施例 ３ 外径１７０ｍへ長さ１，５００ｍ冗の低合金鋼棒（ＳＣ
ＭＺ）の外面を５μの荒さにパフ研磨した。

一方、板厚１０ｍｒｎ、外径１９３關、長さ１．５２０
ｍｍのニッケルパイプの内面を５μ荒さにパフ研磨した
。

そして、第４図に示すように、このニッケルパイプを合
材２として上記低合金鋼棒よりなる母材１に隙間約３關
で、両端をそれぞれ１０關出して挿入し、少くとも肉盛
溶接部６の巾が８關になるように、両端部全周にわたっ
て強固に溶接した。

しかるのち、片方の肉盛溶接部６に５關径のキリで２つ
の空気抜き穴７をあけた。

これを１，２００’Ｃで１時間加熱後、空気抜き穴７の
ない方から、穿孔圧延機で一気に板厚２０π鳳外径１３
０關に圧延した。

得られたパイプクラツド鋼の両端２００ ｍｒｎを切断
したのち、超音波探傷法で圧着状況を検査した結果、全
圧着面の約９９％が冶金的に圧着されていることが確認
できた。

一方、上記と同様な方法で嵌合パイプを作り、ニッケル
管の余長部を低合金鋼棒の長さにそろえて切断し、ニッ
ケル管と棒との端面をＳＵＳの溶接棒で全周にわたって
薄く（約２ ｍｍ ）シール溶接した。

しかるのちに、空気抜き穴２つを設けたのち、上記と同
一条件で圧延した。

得られたニッケルが外面のパイプクラツド鋼の両端２０
０ｍｍを切断したのち、超音波探傷法で圧着状況を検査
した結果、両端部に圧着されていない部分が散在し、全
圧着面の９４俤が冶金的に圧着されているだけであった
。

実施例 ４ 外径１９０ｍｍ、長さ１，３００１ｍの炭素鋼の外面を
５μの荒さにパフ研磨した。

一方、板厚１２ｍへ外径２１５間、長さ １．３２５ｍｍのＳＵＳ ３１６ Ｌパイプの内面を５
μの荒さにパフ研磨したのち、内面に厚さ約１００μの
ニッケルメッキを施した。

この５ＵＳ３１６Ｌパイプを隙間約０．７ ｍｒａで炭
素鋼の外周に圧入し、少くとも肉盛溶接部が１０ｍｍに
なるように、両端部全周にわたって強固に溶接した。

しかるのち、片方の溶接部に５間径のキリで１つの空気
抜き穴をあけた。

これを１，２５０’Ｃで１時間加熱後、空気抜き穴のな
い方から、穿孔圧延機で一気に板厚２２ｗｒｔ。

外径１５０ｉ流に圧延した。

得られたパイプクラツド鋼の両端２００＋ｏ＋ｔを切断
したのち、超音波探傷法で圧着状況を検査した結果、全
面積の９９．７１％が冶金的に圧着されてぃることか確
認できた。

なお、圧着境界部を顕微鏡で観察した結果、冶金的に結
合していることは勿論、炭素鋼からＳＵＳ側への炭素の
浸炭が殆んどなく、ニッケルメッキを介層させた効果が
確認できた。

以上の実施例には示していないが、合材を母材の内外両
面に密接あるいは嵌合してから、上記実施例と同様の方
法を行っても、優れたパイプクラツド鋼が得られる。

なお、上記各実施例においては、空気抜き穴をあけたの
ち、内部の空気を不活性ガスと置換してから圧延しても
よい。

以上説明したとおり、本発明方法によれば、爆着パイプ
クラツド鋼からつくるよりは品質が良く、しかも安価に
、また従来の密接パイプからつくるよりは圧着率が極め
て優れた長尺のパイプクラツド鋼を容易に得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明方法の実施例の説明図で、第１図
は合材が内側の密接パイプを製造する場合を説明する断
面図、第２図は第１図によって得た密接パイプの端面処
理の説明断面図、第３図は端面処理後の状態を示す拡大
断面図、第４図は合材が外側の嵌合パイプの端面処理を
示す断面図である。 １・・・・・・母材、２・・・パ・・合材、６・・・・
・・肉盛溶接部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素鋼（低合金鋼を含む）を母材とし、ステンレス
   、ニッケルまたはニッケル合金を合材とした複合管を熱
   間圧延してパイプクラツド鋼を製造するにあたり、合材
   を母材の内側または外側あるいは両側に密接あるいは嵌
   合させ、しかるのちに母材端面より突出した合材の周縁
   部と母材端面とを全周にわたり、肉盛溶接の合材長手方
   向の幅が密接複合管の場合は１／３ｔ（ｔは合材の板厚
   ）以上、嵌合複合管の場合は１／２を以上になるように
   強固に肉盛溶接して固定し、これを８５０〜１３００℃
   の温度で熱間圧延することによって冶金的に圧着させる
   ことを特徴とするパイプクラツド鋼の製造法。 ２ 合材と母材との密接には爆発拡管法を用いる特許請
   求の範囲第１項記載のパイプクラツド鋼の製造法。 ３ 熱間圧延の少くとも１回目の圧下率を１５係以上と
   する特許請求の範囲第１項または第２項に記載のパイプ
   クラツド鋼の製造法。