JPS61238969A - 複合管の製造方法 - 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） 本発明は、テルミット反応を利用して母管内面にセラミ
ックス層を被覆形成する複合管の製造方法の改良に係り
、特に前記形成されるセラミックス層に引張割れを生ぜ
しめない複合管の製造方法に関する。

（従来の技術） 母管内面にセラミックス層を被覆形成せしめてなる複合
管は、セラミックス層が耐熱性、耐摩耗性、耐食性等に
良好な特性を発揮するため、各種流体の輸送管や工業用
配管部材として広汎な適用用途を有している。

この種複合管の製造手段としては、従来種々の方法が実
施されてきているが、最近ではその好適な製造手段とし
て、例えば特公昭５７−４０２１９号公報、特公昭５９
−２７７４７号公報等に記載の発明の如く遠心力とテル
ミット反応を利用するいわゆる遠心テルミット法が徒起
されている。すなわち、この方法は第５図に示すように
、母管Ｉ内に、例えばＡｊ？とＦｅ２０１の如き金属還
元剤と金属酸化物との一定比率の混合物からなるチルミ
ント剤を装填しテルミット剤層２を形成し、これを高、
速回転による遠心力場内で着火して、下記式に例示する
如きテルミット反応を行わしめ、この発熱反応により生
成される溶融金属と溶融セラミックスとを比重分離して
、第６図に示すように母管１の内面に金属層３を介して
所望のセラミックス層４を被覆形成するものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記テルミット反応の一例を示すと下記の通り； Ｆｅ２０１＋　２　Ａ４−　ｕ、ｏｌ＋２Ｆｅ＋１９９
ｃａｌ／八２，０１モルこの場合金属層は鉄、セラミッ
クス層はアルミナになる。

しかして、遠心テルミット法で使用可能なテルミット剤
は、溶融生成物が十分分離できるに足る発熱を伴うもの
でなければならないが、上式で示す反応では、理論的に
は３０００℃を越える高温状態が得られる。この反応は
、母管例えば長い鋼管内で誘起すると、着火点が１箇所
であっても反応が急速に拡がり短時間に全域に及ぶ。こ
のさい生起した反応熱は前記外装鋼管を加熱することに
なるが、使用するテルミット剤の量によっては、１００
０℃を越える温度に達する。このため外層鋼管は、例え
ば管長において、温度上昇に見合う分（ΔＬ＝α（Ｔ’
−Ｔ　）　Ｌ、α：線膨張係数、Ｔ：反応後の鋼管温度
、Ｔｏ；反応前の鋼管温度、Ｌ：管長〉が膨張し、その
後の冷却過程では逆に収縮することになる。

一方、溶融生成物層はしばらく溶融状態にあるが、間も
なく凝固し、その後は収縮の一途を辿る。

以上のように外層鋼管と生成物は異なった熱伸縮パター
ン（挙動）を呈し、膨張係数も異なることから、常温ま
での冷却過程では両者の間に相対的なズレが不可避的に
起る。特に最内層のセラミックス層は鋼よりも高い融点
を持つものが多く、外装鋼管とセラミックス層との間に
生成される生成金属に先んじて凝固し、収縮を開始する
。直後生成金属が凝固し、セラミックスを追いかける形
で収縮し、そのうち一体化し、以後セラミックスを締め
つける様な状態で常温に至るものと想定される。しかし
現実には母管である外装鋼管の伸縮挙動がこれに加わる
ため、外装鋼管と生成金属間の相対移動あるいはその時
の界面力（相対すべりを生せしめるに必要な力）も関係
してくることになる。

ところで、遠心テルミット法により長尺管を製作すると
、特殊な条件、例えば外層鋼管を極厚にするか、強制冷
却するような場合以外では、外装鋼管と生成金属間は融
着に近い状態となる。即ち生成金属の自由な収縮が抑え
られることになるので、先に述べたような生成金属−セ
ラミックス間の収縮関係を取り得なくなる。

生成金属とセラミックス間は物理的接触状態にあるが、
界面にはかなりの凹凸があり、嵌合状態ではその眉間剪
断移動に要する力は極めて大きくなる。そしてセラミッ
クスの収縮は母管の収縮に先んじて起り、かつ収縮速度
も大きいため、上記の如く生成金属の収縮が外装鋼管に
よって拘束され、かつ生成金属−セラミックス間の相対
移動のしがたい界面状態が加わると、セラミックスの自
由収縮が制限されることになる。

こういう状態になる、セラミックスには引張応力が残留
することになるが、引張強さが小さく、延性のないセラ
ミックスはこれに耐えきれず、数多くの引張割れを生ず
ることが多い。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の欠点であるセラミックスの引張り割れを
生ぜしめない複合管の製造方法の提供に係り、より具体
的には上記引張割れの原因である金属母管と生成金属層
間の収縮過程における相対移動、即ち滑りを円滑に行わ
せる方法であり、その原理はテルミット反応による金属
母管の内壁の。

加熱を制限乃至は緩和する手段であり、その手段として
、金属母管内面に、金属酸化物と金属還元剤とでなるテ
ルミット剤を装填してテルミット剤層を形成せしめ、遠
心力場内で該テルミット剤層に着火してテルミット反応
を行わしめて、前記金属母管内面にテルミット反応によ
り生成される金属層及びセラミックス層を被覆形成する
方法において、あらかじめ金属母管内面に薄肉金属円筒
を張りつけるか、あるいは金属粒層を形成し、更にその
内面にテルミット剤層を形成してテルミット反応を行わ
せるものである。

（作　　用） 金属母管内面に薄肉金属円筒を張りつけ、或いは金属粒
を散布して管内面を被包し、更にその内面にテルミット
剤を散布等し、遠心力場内で該テルミット剤に着火して
テルミット反応を行わさせると、薄肉金属円筒或いは金
属粒は反応熱により軟化または溶融し、溶融生成物の遠
心力を受けて金属母管内面に略密着する。しかし反応熱
の金屏（母管への伝達は薄肉金属円筒或いは金属粒を介
して行われるため、それによる吸熱や境界が熱伝達障壁
となり、金属母管内表面の最高到達温度は低（おさえら
れる。

（実施例） 本発明の一つの実施例として、金属母管内面に薄肉金属
円筒を張りつけて行う方法について第１図、第２図を参
照して述べる。両図において１は金属母管を示し、素材
として鋼管を使用する。５は該母管１の内面に密着状に
張りつけられた薄肉金属円筒であり、その板厚は使用す
るテルミット剤の種類や量により異なるが、鋼管円筒の
場合の適正板厚は０．５〜２．０　ｍの範囲にある。こ
のさい薄肉のものを２枚重ねて円筒状にしたものを使用
する場合は、その合計板厚を１．２ｆｌ以下とするのが
よく、この場合では２枚の板間は良好な密着状態になけ
ればならない。２はテルミット剤で、金属酸化物と金属
還元剤との混合物、更にこの混合物にケイ素化合物又は
金属化合物が添加されたもの等、テルミット剤の種類に
は限定されないことは勿論である。

そこで、先ず金属母管１内に薄肉金属円筒５を適宜手段
で張りつけ（内装し）、さらにその内面にテルミット剤
２を所定量散布等し、遠心力場内で該テルミット剤に着
火してテルミット反応を行わしめる。

次に本発明の他の実施例として、金属母管内面に金属粒
層を形成する方法について、第３図、第４図を参照して
述べる。両図において１は金属母管を示し、素材として
鋼管を使用することは、前記実施例と同一である。６”
は該母管１の内面に散布し母管内表面を被包する金属粒
であり、６はこの金属粒により形成された金属粒層であ
る。この金属粒６゛は鋼粒若しくはカットワイヤーを例
示でき、直径１〜２鶴、長さ５１ｍ以下が好ましく、こ
のさい断面は円形でなくてもよい。また断面は更に小さ
いものも使えるが、小さい程使用量が増し不経済である
。遠心力場内でか＼る金属粒５′を先ず母管１内面に散
布し、同母管１内表面を被包する。次にその内面に（そ
の上に）所定量のテルミット剤２を散布し、遠心力場内
で該テルミット剤に着火してテルミット反応を行わしめ
る。このさいテルミット剤２の種類、使用量あるいは床
敷鋼粒サイズにより散布量は異なるが、経験的に５〜１
５ｋｇ／ｍの範囲が望ましい。このさい５ｋｇ／ｌｒｉ
以下と金属粒が少なすぎると金属粒は完全に溶融し、母
管１内表面に部分溶着し、逆に１５ｋｇ／ｎ（より多す
ぎると底部に全く溶融しない部分が残り生成層が浮き上
がったような一体感に欠ける弱構造状態となる。

なお、第２図、第４図において３は生成金属層であり、
４はセラミックス層を示す。第２図において、生成金属
層３と薄肉金属円筒５との境界は融着状態となっている
。第３図において、金属粒６′は大半が溶融し、生成金
属層３と金属層６の境界は明確ではない。

以下、本発明の更に具体的実施例を示すと次のとおりで
ある。

〔実施例Ｉ〕

外径１０１．６ｆｌｘ厚さ３．２ｆｉ×長さ２５０ｆｉ
の母管（鋼管）の中に板厚ＩＨの鋼製円筒を略密着状態
で挿入し、その内面に１８００　ｇのテルミット剤（酸
化鉄７２重量％、アルミニウム２４重量％、ケイ素４重
量％）を均一散布し、遠心テルミット反応（回転数１３
８６　ｒｐｍ　　）を行わしめた。

製品内面にはα−Ａ９．．Ｏｔを中心組成とする緻密で
かつ引張割れのないセラミックス層が形成され、母管（
鋼管）と鋼製円筒間の密着状態も良好で１５０ｋｇ／ｃ
ａ１以上であった。

〔実施例■〕

外装置０１．６鶴×厚さ３．２ＮＸ長さ２５０鶴の母管
（鋼管）の中に略直径１ｎＸ長さ３ｎのカソトワイヤー
の鋼粒を等厚層になるよう散布し、その上に実施例Ｉで
用いたテルミット剤層を設け、遠心テルミット反応（回
転数１３８６　ｒｐｍ）を行った。

生成セラミックス層は緻密で割れのないものであった。

生成物背面の鋼粒は母管（鋼管）と接する部分に一部未
溶融のものが認められたが、粒間隙を溶融金属が埋め、
空隙のない良好な界面状態が得られていた。そして母管
と鋼粒間の密着力は３０１ｒ／ａ（以上であった。

（発明の効果） 従来の方法では、生成金属が母管に溶着に近い状態とな
り、これが冷却（収縮）過程の両者の動きを一体化する
状況をつくり出していたが、本発明のように薄肉金属円
筒の内張り（内装）若しくは金属粒層の形成により、母
管の温度上昇を低く押えることができるため、該母管内
表面状態を全く乱すことなく、即ち生成金属との滑らか
な、面接触状態を得ることが可能になった。換言すれば
母管と生成金属が薄肉円筒もしくは金属粒層を介して完
全に縁切りされる形となる。このさい生成物（セラミッ
クス）の収縮は温度が高いために母管より先んじて起る
が、両者の縁切りがなされているので当然ながら母管の
影響を受けない形態がつくり出され、即ち自由収縮が出
来ることになり、既述の母管の存在により引張応力の発
生、またこれに起因するセラミックスの引張割れの発生
を回避することができ、従って本発明は引張割れのない
良好な複合管を製造することができたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の一実施例を示し、第１図は本
発明に係る製造工程における母管の断面図であり、テル
ミット剤層が形成されたものを示し、第２図は本発明の
製造目的である複合管の断面図である。第３図と第４図
は本発明の他の実施例を示し、第３図は第１図と同様の
断面図、第４図は第２図と同様の断面図である。第５図
と第６図は従来の遠心テルミット法の製造工程における
母管等の断面図と複合管の断面図を示したものである。 １・・・母管、２・・・テルミット剤、３・・・金属層
、４・・・セラミックス層、５・・・薄肉金属管、６・
・・金属粒層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、金属母管内面に、金属酸化物と金属還元剤とでなる
   テルミット剤を装填してテルミット剤層を形成せしめ、
   遠心力場内で該テルミット剤層に着火してテルミット反
   応を行わしめて、前記金属母管内面にテルミット反応に
   より生成される金属層及びセラミックス層を被覆形成す
   る方法において、あらかじめ金属母管内面に薄肉金属円
   筒を張りつけるか、あるいは金属粒層を形成し、更にそ
   の内面にテルミット剤層を形成してテルミット反応を行
   わせることを特徴とする複合管の製造方法。