KR20180011166A

KR20180011166A - 클래드 파이프 및 클래드 파이프의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180011166A
Application number: KR1020177036373A
Authority: KR
Inventors: 사토시 히라노
Original assignee: 닛폰 하츠죠 가부시키가이샤
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2018-01-31
Also published as: JP6662585B2; WO2016208599A1; EP3315630A1; EP3315630A4; KR102018453B1; CN107709613B; CN107709613A; US20180185896A1; JP2017008379A

Abstract

각층의 재료의 조합 및 각층의 두께의 조합에 제약을 발생시키지 않고, 또한 복수의 층 사이에 있어서의 밀착성이 높고, 장기간의 사용에 대한 내구성이 있는 클래드 파이프 등을 제공한다. 제 1 금속 또는 합금으로 이루어지는 통상체 (11) 와, 그 통상체 (11) 의 내주면에 형성되고, 제 1 금속 또는 합금과 종류가 상이한 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지고, 직경 방향의 두께가 적어도 50 ㎛ 인 내주 피막층 (12) 을 구비하고, 통상체 (11) 와 내주 피막층 (12) 의 경계면에, 일방에 대해 타방의 재료가 파고든 앵커층이 형성되어 있다.

Description

클래드 파이프 및 클래드 파이프의 제조 방법 {CLAD PIPE AND METHOD FOR MANUFACTURING CLAD PIPE}

본 발명은, 복수 종류의 금속 또는 합금이 두께 방향으로 적층된 클래드 파이프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

복수 종류의 금속 또는 합금이 두께 방향으로 적층된 클래드 파이프가 알려져 있다. 클래드 파이프는, 예를 들어, 내구성과 내식성, 혹은 장식성과 저비용과 같은 복수의 특성 또는 조건을 만족시키는 것이 필요한 상황에서 사용되는 경우가 많다.

종래, 반도체 제조 장치를 구성하는 챔버에 부식성을 갖는 가스를 유출입시키는 파이프의 재료로서, 니켈 등의 내식성을 갖는 금속이 사용되고 있었다. 그러나, 니켈 등의 금속은 고가이다. 그 때문에, 스테인리스 등의 염가의 금속 또는 합금의 내주면을, 내식성을 갖는 금속 또는 합금으로 피복한 클래드 파이프를 적용할 수 있으면 유용하다.

금속 표면을 피복하는 기술로는, 도금법이 알려져 있다.

또, 특허문헌 1 에는, 니켈기 합금 파이프의 내측에 강관을 삽입하고 인발 (引拔) 가공을 실시하여 소성 변형시키고, 추가로 경사 압연함으로써, 양 파이프의 접합면을 밀착시키는 클래드 파이프의 제조 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2 에는, 금속 또는 합금의 판재를 중첩하여 압연 압접함으로써 2 층 클래드재를 제조하고, 이 2 층 클래드재를 롤포밍기에 의해 통상 (筒狀) 으로 성형 가공하는 클래드 파이프의 제조 방법이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 평8-90258호 일본 공개특허공보 평6-114571호

그러나, 도금법을 사용하는 경우, 도금에 의한 피복층의 두께는 최대라도 약 25 ㎛ 이하로, 피복층을 지나치게 두껍게 할 수 없다. 그 때문에, 피복층이 박리되기 쉬워, 장기간의 사용에 대해 내구성이 약하다는 문제가 있다. 또, 도금법에 있어서는 피복층에 피트가 쉽게 발생하기 때문에, 피트 부분부터 침식이 시작된다는 문제도 있다.

또, 상기 특허문헌 1 의 경우, 이종의 금속 또는 합금의 벌크재를 접합시키기 위해, 인발 가공이나 경사 압연 가공에 의해 소성 변형시켰다고 해도, 접합면에 있어서의 밀착 강도에는 한계가 있다. 특히, 내주측의 층의 두께가 작은 경우, 클래드 파이프에 흘리는 유체의 유속이 빠르거나, 내주측을 감압하거나 한 경우에는, 박리가 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 역시, 장기간의 사용에 대한 충분한 내구성을 확보하는 것은 곤란하다.

또, 상기 특허문헌 2 에 있어서는, 중첩하는 판재에 전성이나 연성 등의 기계적 특성에 큰 차가 있는 경우, 판재 사이의 밀착 강도를 높이기 위해서 압연 가공을 반복하면, 2 층 클래드재에 휨이 발생한다. 그리고, 이 휨을 억제하기 위해서, 각 판재의 두께를 조절하거나 중첩시킨 판재의 층수를 늘리거나 할 필요가 생겨, 결과적으로 판재의 재료의 조합이나 두께의 조합에 제약이 발생한다.

본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 각층의 재료의 조합 및 각층의 두께의 조합에 제약을 발생시키지 않고, 복수의 층 사이에 있어서의 밀착성이 높고, 또한 장기간의 사용에 대한 내구성이 있는 클래드 파이프 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 클래드 파이프는, 제 1 금속 또는 합금으로 이루어지는 제 1 통상체와, 상기 제 1 통상체의 내주면에 형성되고, 상기 제 1 금속 또는 합금과 종류가 상이한 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지고, 직경 방향의 두께가 적어도 50 ㎛ 인 제 2 통상체를 구비하고, 상기 제 1 통상체와 제 2 통상체가 접촉하는 경계면에, 일방에 대해 타방의 재료가 파고든 앵커층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 클래드 파이프에 있어서, 당해 클래드 파이프의 직경 방향의 두께에 대한 상기 제 2 통상체의 직경 방향의 두께의 비율이 1/3 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 클래드 파이프에 있어서, 상기 제 2 통상체는, 상기 제 1 통상체에 대해 상기 재료의 분말을 가스와 함께 고상 상태인 채 분사하여, 퇴적시킴으로써 형성되고, 상기 제 1 통상체에, 상기 제 1 금속 또는 합금으로 이루어지고, 길이 방향으로 연장되는 접합부가 형성되고, 상기 제 2 통상체에, 상기 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지고, 길이 방향으로 연장되는 접합부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 클래드 파이프에 있어서, 상기 제 1 통상체는, 상기 제 2 통상체에 대해 상기 재료의 분말을 가스와 함께 고상 상태인 채 분사하여, 퇴적시킴으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 클래드 파이프에 있어서, 상기 제 1 금속 또는 합금과 제 2 금속 또는 합금의 조합은, 보통 강 또는 스테인리스와 니켈 또는 니켈 합금, 보통 강 또는 스테인리스와 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 보통 강 또는 스테인리스와 구리 또는 구리 합금, 보통 강 또는 스테인리스와 티탄 또는 티탄 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 니켈 또는 니켈 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 구리 또는 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 티탄 또는 티탄 합금 및 구리 또는 구리 합금과 티탄 또는 티탄 합금 중 어느 것임을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 클래드 파이프의 제조 방법은, 제 1 금속 또는 합금으로 이루어지는 판상의 기재에 대하여, 상기 제 1 금속 또는 합금과 종류가 상이한 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지는 분말을 가스와 함께 고상 상태인 채 분사하여 퇴적시킴으로써, 판상의 적층체를 제조하는 적층체 제조 공정과, 상기 적층체를 통상으로 성형하는 통상 성형 공정과, 통상으로 성형된 상기 적층체에 있어서 대향하는 측단면끼리를 접합하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 클래드 파이프의 제조 방법은, 상기 판상의 적층체에 대하여, 압연 처리를 실시하는 압연 공정을 추가로 포함하고, 상기 통상 성형 공정은, 상기 압연 처리가 실시된 상기 판상의 적층체를 통상으로 성형하는 것을 특징으로 한다.

상기 클래드 파이프의 제조 방법에 있어서, 상기 통상 성형 공정은, 상기 기재가 외측이 되도록 상기 적층체를 성형하는 것을 특징으로 한다.

상기 클래드 파이프의 제조 방법에 있어서, 상기 통상 성형 공정은, 상기 기재가 내측이 되도록 상기 적층체를 성형하는 것을 특징으로 한다.

상기 클래드 파이프의 제조 방법에 있어서, 상기 접합 공정은, 상기 제 1 금속 또는 합금으로 이루어지는 용가재를 사용하여, 상기 기재의 측단면끼리를 접합하는 제 1 접합 공정과, 상기 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지는 용가재를 사용하여, 상기 기재 상에 퇴적된 상기 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지는 퇴적층의 측단면끼리를 접합하는 제 2 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 클래드 파이프의 제조 방법은, 제 1 금속 또는 합금으로 이루어지는 통상의 기재의 외주면에, 상기 제 1 금속 또는 합금과 종류가 상이한 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지는 분말을 가스와 함께 고상 상태인 채 분사하여, 퇴적시킴으로써, 통상의 적층체를 제조하는 적층체 제조 공정과, 상기 통상의 적층체에 대하여, 인발 처리를 실시하는 인발 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제 1 및 제 2 통상체 중 일방을, 타방에 대해 재료의 분말을 가스와 함께 고상 상태인 채 분사하여 퇴적시키는, 소위 콜드 스프레이법에 의해 형성하므로, 각층의 재료의 조합 및 각층의 두께의 조합에 제약을 발생시키지 않고, 복수의 층 사이에 있어서의 밀착성이 높고, 또한 장기간의 사용에 대한 내구성이 있는 클래드 파이프를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 클래드 파이프의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 클래드 파이프의 구조를 나타내는 횡단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 클래드 파이프의 제조 방법을 나타내는 플로 차트이다.
도 4 는, 도 1 에 나타내는 클래드 파이프의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5 는, 콜드 스프레이 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 6 은, 도 1 에 나타내는 클래드 파이프의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7 은, 도 1 에 나타내는 클래드 파이프의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8 은, 본 발명의 실시형태 1 의 변형예에 관련된 클래드 파이프를 나타내는 사시도이다.
도 9 는, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 클래드 파이프의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 10 은, 도 9 에 나타내는 클래드 파이프의 제조 방법을 나타내는 플로 차트이다.
도 11 은, 도 9 에 나타내는 클래드 파이프의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 12 는, 도 9 에 나타내는 클래드 파이프의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 이하의 설명에 있어서 참조하는 각 도면은, 본 발명의 내용을 이해할 수 있을 정도로 형상, 크기 및 위치 관계를 개략적으로 나타내고 있는 것에 불과한다. 즉, 본 발명은 각 도면에서 예시된 형상, 크기 및 위치 관계에만 한정되는 것은 아니다.

(실시형태 1)

도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 클래드 파이프의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 2 는, 도 1 에 나타내는 클래드 파이프의 구조를 나타내는 횡단면도이다. 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태 1 에 관련된 클래드 파이프 (1) 는, 통상체 (제 1 통상체) (11) 와, 통상체 (11) 의 내주면에 형성된 통상의 내주 피막층 (제 2 통상체) (12) 을 구비한다. 클래드 파이프 (1) 의 일부에는, 길이 방향으로 연장되는 접합부 (13) 가 형성되어 있다. 클래드 파이프 (1) 의 단면 형상은 특별히 한정되지 않고, 도 2 에 나타내는 바와 같은 원환 형상이어도 되고, 원환 형상을 편평하게 한 형상이어도 된다. 혹은, 사각 형상이나 육각 형상 등의 다각 형상이어도 된다.

통상체 (11) 및 내주 피막층 (12) 은, 서로 종류가 상이한 금속 또는 합금에 의해 형성되어 있다. 통상체 (11) 및 내주 피막층 (12) 을 구성하는 금속 또는 합금의 조합은 특별히 한정되지 않는다. 구체예로서 보통 강 또는 스테인리스와 니켈 또는 니켈 합금, 보통 강 또는 스테인리스와 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 보통 강 또는 스테인리스와 구리 또는 구리 합금, 보통 강 또는 스테인리스와 티탄 또는 티탄 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 니켈 또는 니켈 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 구리 또는 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 티탄 또는 티탄 합금 및 구리 또는 구리 합금과 티탄 또는 티탄 합금 등의 조합을 들 수 있다. 여기서, 보통 강이란, 철과 탄소의 합금인 강 중, 탄소 함유량 (질량％) 이 0.6 ％ 이하인 강이다.

이들의 각 조합 중, 어느 것으로 통상체 (11) 를 형성하고, 어느 것으로 내주 피막층 (12) 을 형성할지에 대해서는, 클래드 파이프 (1) 의 용도에 따라 적절히 결정하면 된다. 예를 들어, 반도체 제조 장치를 구성하는 챔버에 있어서 부식성을 갖는 유체 (액체 또는 기체) 를 흘릴 용도로 클래드 파이프 (1) 를 제조하는 경우, 통상체 (11) 를 스테인리스에 의해 형성하고, 유체가 접촉하는 내주 피막층 (12) 을 니켈에 의해 형성하면 된다. 또, 해수담수화 플랜트 등에 있어서 해수를 흘릴 용도로 클래드 파이프 (1) 를 제조하는 경우, 강도를 확보하기 위해서 통상체 (11) 를 탄소강에 의해 형성하고, 내식성을 부여하기 위해서 내주 피막층 (12) 을 스테인리스에 의해 형성하면 된다.

내주 피막층 (12) 의 직경 방향의 두께 d₁₂ 는, 적어도 50 ㎛ 이다. 또, 이 두께 d₁₂ 는, 바람직하게는, 클래드 파이프 (1) 의 직경 방향의 두께 d_total 의 1/3 이하이다.

통상체 (11) 및 내주 피막층 (12) 중의 적어도 일방은, 타방을 기재로 하는 콜드 스프레이법에 의해 형성되어 있다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태 1 에 있어서는, 내주 피막층 (12) 을 콜드 스프레이법에 의해 형성하고 있다.

여기서, 콜드 스프레이법이란, 재료의 분말을, 융점 또는 연화점 이하의 상태의 불활성 가스와 함께 말광 (末廣) (라발) 노즐로부터 분사하고, 고상 상태인 채 기재에 충돌시킴으로써, 기재의 표면에 피막을 형성하는 방법이다. 콜드 스프레이법에 있어서는, 용사법과 비교하여 낮은 온도에서 성막이 행해지므로, 열응력의 영향이 완화된다. 그 때문에, 상변태가 없고 산화도 억제된 금속 또는 합금의 피막을 얻을 수 있다. 특히, 본 실시형태 1 과 같이, 기재 및 피막이 되는 재료가 모두 금속 또는 합금인 경우, 금속 또는 합금의 재료의 분말이 기재 (또는 먼저 형성된 피막) 에 충돌했을 때에 분말과 기재 사이에서 소성 변형이 발생하여, 기재에 피막의 재료가 파고드는 앵커 효과로 불리는 현상이 발생한다. 이 앵커 효과에 의해 형성되는 기재에 피막의 재료가 파고든 영역은 앵커층으로 불린다. 앵커층에 있어서는, 기재 및 피막의 서로의 산화 피막이 파괴되어 신생면끼리에 의한 금속 결합이 발생하므로, 밀착 강도가 높은 적층체를 얻을 수 있다.

접합부 (13) 는, 아크 용접, 가스 용접, 플라즈마 용접 등을 포함하는 융접 (협의의 용접) 이나, 납접, 마찰 교반 접합 등의 접합 방법을 사용하여 통상체 (11) 및 내주 피막층 (12) 을 접합한 흔적이다. 본 실시형태 1 에 있어서는, 용가재를 사용한 융접에 의해 통상체 (11) 및 내주 피막층 (12) 을 각각 접합하고 있다. 그 때문에, 접합부 (13) 는, 내주측의 접합부 (14) 와 외주측의 접합부 (15) 를 포함하는 2 층 구조를 이루고 있다. 또한, 내주측의 접합부 (14) 가, 내주 피막층 (12) 의 다른 부분의 외주면보다 외주측 (즉, 접합부 (15) 측) 으로 다소 솟아 있어도 된다.

다음으로, 본 실시형태 1 에 관련된 클래드 파이프 (1) 의 제조 방법을 설명한다. 도 3 은, 클래드 파이프 (1) 의 제조 방법을 나타내는 플로 차트이다. 도 4, 도 6 및 도 7 은 클래드 파이프 (1) 의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 5 는, 콜드 스프레이법에 의한 성막 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.

먼저, 공정 S11 에 있어서, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 기재 (16) 상에 콜드 스프레이법으로 피막 (17) 을 형성함으로써, 판상의 적층체 (18) 를 제조한다. 기재 (16) 는, 클래드 파이프 (1) 에 있어서 통상체 (11) 가 되는 부분이다. 예를 들어, 통상체 (11) 를 스테인리스에 의해 형성하는 경우, 기재 (16) 로서 스테인리스로 이루어지는 사각 형상의 판재를 준비한다. 스테인리스의 판재의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 압연판이어도 되고, 콜드 스프레이법에 의해 제조한 판재여도 된다. 기재 (16) 의 직경 방향의 두께는, 클래드 파이프 (1) 의 용도에 따라 적절히 결정한다.

한편, 피막 (17) 은, 내주 `피막층 (12) 이 되는 부분이다. 내주 피막층 (12) 을 예를 들어 니켈에 의해 형성하는 경우, 니켈 분말을 재료로 하여 콜드 스프레이법을 실시함으로써 피막 (17) 을 형성한다.

도 5 에 나타내는 콜드 스프레이 장치 (100) 는, 압축 가스를 가열하는 가스 가열기 (101) 와, 피막 (17) 의 재료의 분말 (19) 을 수용하여 스프레이건 (103) 에 공급하는 분말 공급 장치 (102) 와, 스프레이건 (103) 에 공급된 분말 (19) 을, 가열된 압축 가스와 함께 기재 (16) 를 향하여 분사하는 가스 노즐 (104) 과, 가스 가열기 (101) 및 분말 공급 장치 (102) 에 대한 압축 가스의 공급량을 각각 조절하는 밸브 (105 및 106) 를 구비한다.

압축 가스로는, 헬륨, 질소, 공기 등이 사용된다. 가스 가열기 (101) 에 공급된 압축 가스는, 재료의 분말 (19) 의 융점보다 낮은 범위의 온도로 가열된 후, 스프레이건 (103) 에 공급된다. 압축 가스의 가열 온도는, 바람직하게는 300 ∼ 1000 ℃ 이다.

한편, 분말 공급 장치 (102) 에 공급된 압축 가스는, 분말 공급 장치 (102) 내의 분말 (19) 을 스프레이건 (103) 에 소정의 토출량이 되도록 공급한다.

가열된 압축 가스는, 말광 형상을 이루는 가스 노즐 (104) 을 통과함으로써 초음속류 (약 340 m/s 이상) 가 되어 분사된다. 이 때의 압축 가스의 가스 압력은, 1 ∼ 5 ㎫ 정도로 하는 것이 바람직하다. 압축 가스의 압력을 이 정도로 조정함으로써, 기재 (16) 에 대한 피막 (17) 의 밀착 강도의 향상을 도모할 수 있기 때문이다. 보다 바람직하게는, 2 ∼ 5 ㎫ 정도의 압력으로 처리하면 된다.

이와 같은 콜드 스프레이 장치 (100) 에 있어서, 기재 (16) (예를 들어 스테인리스판) 를 스프레이건 (103) 을 향하여 배치함과 함께, 피막 (17) 의 재료의 분말 (예를 들어 니켈 분말) (19) 을 분말 공급 장치 (102) 에 투입하고, 가스 가열기 (101) 및 분말 공급 장치 (102) 에 대한 압축 가스의 공급을 개시한다. 그로써, 스프레이건 (103) 에 공급된 분말 (19) 이, 이 압축 가스의 초음속류 중에 투입되어 가속되고, 스프레이건 (103) 으로부터 분사된다. 이 분말 (19) 이, 고상 상태인 채 기재 (16) 에 고속으로 충돌하여 퇴적됨으로써, 피막 (17) 이 형성된다. 이 때의 충돌에 의해, 기재 (16) 와 피막 (17) 의 경계면에 앵커층이 형성되어 피막 (17) 이 기재 (16) 에 강하게 밀착된다. 공정 S11 에 있어서는, 이 피막 (17) 을 원하는 두께가 될 때까지 퇴적시킨다.

또한, 콜드 스프레이법에 의한 성막 장치로는, 재료의 분말 (19) 을 기재 (16) 를 향하여 고상 상태로 충돌시켜 피막 (17) 을 형성할 수 있는 장치이면, 도 5 에 나타내는 콜드 스프레이 장치 (100) 의 구성에 한정되는 것은 아니다.

계속되는 공정 S12 에 있어서, 기재 (16) 에 피막 (17) 이 형성된 적층체 (18) 에 압연 처리를 실시한다. 이 압연 처리는, 피막 (17) 의 표면을 매끄럽게 정돈함과 함께, 피막 (17) 의 밀도를 높이며, 적층체 (18) 의 두께를 미조정할 목적으로 실시한다. 그 때문에, 종래의 압연 처리와 같이 반복 처리를 실시하여 적층체 (18) 를 크게 늘일 필요는 없다. 예를 들어, 적층체 (18) 의 두께를 최대라도 50 ％ 압축하는 정도의 압을 가하면 된다.

계속되는 공정 S13 에 있어서, 사각형의 판상을 이루는 적층체 (18) 의 대향하는 측단면 (18a) 을 비스듬하게 컷하고, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 이들 측단면 (18a) 끼리가 서로 마주 보도록, 롤포밍기를 사용하여 적층체 (18) 를 통상으로 성형한다. 이 때, 피막 (17) 이 내주측이 되도록 성형을 실시한다. 측단면 (18a) 을 컷할 때에는, 내주면 (피막 (17) 의 표면) 에 대해 외주면 (기재 (16) 의 표면) 이 짧아지도록 측단면 (18a) 을 경사지게 한다. 그로써, 적층체 (18) 를 통상으로 성형했을 때에, 외주측을 향하여 개방되는 V 자상의 홈이 형성된다.

계속되는 공정 S14 에 있어서, 통상으로 성형한 적층체 (18) 의 대향하는 측단면 (18a) 끼리를 접합한다. 공정 S14 에 있어서의 접합 방법은 특별히 한정되지 않고, 아크 용접, 가스 용접, 플라즈마 용접 등을 포함하는 융접 (협의의 용접) 이나, 납접이나, 마찰 교반 접합 등의 공지된 방법을 사용할 수 있다. 융접에 사용하는 용가재나 납접에 사용하는 납재는, 접합하는 재료에 따라 적절히 선택하면 된다.

일례로서, 융접에 의해 접합하는 경우, 먼저, 도 7 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 피막 (17) 과 동일한 재료 (예를 들어 니켈) 로 이루어지는 용가재를 사용하여 피막 (17) 의 측단면끼리를 접합한다 (접합부 (14) 참조). 계속해서, 도 7 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 기재 (16) 와 동일한 재료 (예를 들어 스테인리스) 로 이루어지는 용가재를 사용하여 기재 (16) 의 측단면끼리를 접합한다 (접합부 (15) 참조). 그로써, 도 1 에 나타내는 클래드 파이프 (1) 가 완성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태 1 에 의하면, 기재 (16) 상에 피막 (17) 을 콜드 스프레이법에 의해 형성한 적층체 (18) 를 통상으로 성형하고, 측단면 (18a) 을 접합함으로써 2 층으로 이루어지는 클래드 파이프 (1) 를 제조하므로, 통상체 (11) 와 내주 피막층 (12) 사이에서 강한 밀착 강도를 얻을 수 있다. 따라서, 장기간의 사용에 대해 내구성이 있는 클래드 파이프 (1) 를 제조하는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태 1 에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이, 피막 (17) 의 표면을 매끄럽게 하고, 피막 (17) 의 밀도를 높이며 적층체 (18) 의 두께를 미조정할 목적으로 압연 처리를 실시할 뿐, 종래와 같이, 층간의 밀착성을 높이기 위해서 복수 회의 압연 처리를 실시하여, 적층체 (18) 를 크게 늘일 필요는 없다. 그 때문에, 기재 (16) 와 피막 (17) 사이에서 전성이나 연성 등의 기계적 특성이 크게 상이한 경우라도, 압연 처리의 반복에서 기인하는 휨의 발생을 방지할 수 있다. 또, 압연 처리에 있어서의 휨의 발생을 방지하는 위해, 기재 (16) 와 피막 (17) 의 두께의 밸런스를 제한할 필요도 없다. 따라서, 기재 (16) 및 피막 (17) (통상체 (11) 및 내주 피막층 (12)) 의 재료의 조합이나, 두께의 조합의 자유도를, 종래와 비교하여 현격히 높게 할 수 있다.

예를 들어, 종래에 있어서는, 연신 처리에 있어서의 휨의 발생을 방지하기 위해서 적층체 (18) 의 두께, 즉 클래드 파이프 (1) 의 직경 방향의 두께 d_total 에 대하여, 피막 (17), 즉 내주 피막층 (12) 의 직경 방향의 두께 d₁₂ 의 비율을 1/3 이하로 하는 것은 곤란하였다. 그러나, 본 실시형태 1 에 있어서는, 기재 (16) 와 피막 (17) 사이에서 두께가 크게 상이한 적층체 (18) 를, 휨을 발생시키지 않고 제조하는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태 1 에 있어서는, 콜드 스프레이법을 사용함으로써, 도금법에 있어서는 곤란하였던 두께 d₁₂ 가 50 ㎛ 이상의 내주 피막층 (12) 을 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 장기간의 사용에 대하여, 내주 피막층 (12) 의 내구성을 높이는 것이 가능해진다. 또한, 도금법에 있어서 발생하기 쉬운 피트를 방지할 수 있으므로, 피트에서 기인되는 침식의 발생을 방지할 수도 있다.

또한, 상기 실시형태 1 에 있어서는, 2 층으로 이루어지는 클래드 파이프 (1) 를 제조했지만, 3 층 이상의 클래드 파이프를 제조해도 된다. 이 경우, 콜드 스프레이법에 의해, 기재 (16) 상에 복수의 층을 형성한 적층체를 통상으로 성형하고, 각층의 측단면끼리를 융접이나 땜납, 마찰 교반 접합 등에 의해 접합하면 된다.

(변형예)

다음으로, 본 발명의 실시형태 1 의 변형예에 대해 설명한다. 도 8 은, 본 변형예에 관련된 클래드 파이프를 나타내는 사시도이다.

상기 실시형태 1 에 있어서는, 피막 (17) 이 내측 (기재 (16) 가 외측) 이 되도록 적층체 (18) 를 통상으로 성형했지만, 반대로, 피막 (17) 이 외측 (기재 (16) 가 내측) 이 되도록 적층체 (18) 를 통상으로 성형해도 된다. 이 경우, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 기재 (16) 를 통상으로 한 통상체 (21) 와, 통상체 (21) 의 외주면에 형성된 외주 피막층 (22) 으로 이루어지는 클래드 파이프 (2) 를 제조할 수 있다.

이와 같이, 콜드 스프레이법에 의해 제조한 적층체 (18) 를 통상으로 성형하는 방향은, 클래드 파이프의 용도, 내식성이나 장식성 등 피막 (17) 에 요구되는 기능 등에 따라, 적절히 결정하면 된다.

(실시형태 2)

다음으로, 본 발명의 실시형태 2 에 대해 설명한다. 도 9 는, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 클래드 파이프의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태 2 에 관련된 클래드 파이프 (3) 는, 통상체 (제 2 통상체) (31) 와, 통상체 (31) 의 외주면에 형성된 통상의 외주 피막층 (제 1 통상체) (32) 을 구비한다. 클래드 파이프 (3) 의 단면 형상은 특별히 한정되지 않고, 도 9 에 나타내는 바와 같은 원환 형상이어도 되고, 원환 형상을 편평하게 한 형상이어도 되며, 사각 형상이나 육각 형상 등의 다각 형상이어도 된다.

통상체 (31) 및 외주 피막층 (32) 은, 서로 상이한 금속 또는 합금에 의해 형성되어 있다. 통상체 (31) 및 외주 피막층 (32) 의 재료의 조합은, 실시형태 1 에 있어서 열거한 것과 동일하고, 각 조합 중, 어느 것으로 통상체 (31) 를 형성하고, 어느 것으로 외주 피막층 (32) 을 형성할지에 대해서도, 클래드 파이프 (3) 의 용도에 따라 적절히 결정하면 된다.

통상체 (31) 의 직경 방향의 두께는, 적어도 50 ㎛ 이다. 또, 이 두께는, 바람직하게는, 클래드 파이프 (3) 의 직경 방향의 두께의 1/3 이하이다.

다음으로, 본 실시형태 2 에 관련된 클래드 파이프 (3) 의 제조 방법을 설명한다. 도 10 은, 클래드 파이프 (3) 의 제조 방법을 나타내는 플로 차트이다. 도 11 및 도 12 는, 클래드 파이프 (3) 의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

먼저, 공정 S21 에 있어서, 통상의 기재의 외주면에 콜드 스프레이법으로 피막을 형성함으로써, 통상의 적층체를 제조한다. 도 11 에 나타내는 바와 같이, 통상의 기재로는, 통상체 (31) 그 자체를 사용한다. 또, 콜드 스프레이법에 있어서 사용하는 원료의 분말 (33) 로는, 외주 피막층 (32) 을 구성하는 금속 또는 합금의 분말을 준비한다. 예를 들어, 통상체 (31) 를 니켈에 의해 형성하고, 외주 피막층 (32) 을 스테인리스에 의해 형성하는 경우에는, 니켈 파이프의 외주면에 스테인리스 분말을 분사함으로써, 스테인리스의 피막을 형성한다.

분말 (33) 을 분말 공급 장치 (102) (도 5 참조) 에 투입하여 가스 노즐 (104) 로부터 분사하고, 기재인 통상체 (31) 에 분사함으로써, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 통상체 (31) 의 외주면에 피막 (34) 을 퇴적시킨다. 이 분말 (33) 을 통상체 (31) 에 내뿜었을 때의 충돌에 의해, 통상체 (31) 와 피막 (34) 의 경계면에 앵커층이 형성되어, 피막 (34) 이 통상체 (31) 에 강하게 밀착된다.

계속되는 공정 S22 에 있어서, 기재인 통상체 (31) 에 피막 (34) 을 형성한 통상의 적층체에 대하여, 인발 가공을 실시한다. 이 인발 가공은, 피막 (34) 의 표면을 매끄럽게 정돈함과 함께, 피막 (34) 의 밀도를 높이며 피막 (34) 의 두께를 미조정할 목적으로 실시한다. 그 때문에, 종래의 인발 가공과 같이 반복 처리를 실시할 필요는 없다. 또, 통상의 적층체의 두께를 최대라도 50 ％ 압축하는 정도의 압을 가하면 된다. 그로써, 도 9 에 나타내는 클래드 파이프 (3) 가 완성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태 2 에 의하면, 통상을 이루는 기재의 외주면에 콜드 스프레이법에 의해 피막을 형성하므로, 접합의 흔적과 같은 이음매가 없는 클래드 파이프 (3) 를 제조하는 것이 가능해진다.

1, 2, 3 : 클래드 파이프
11, 21, 31 : 통상체
12 : 내주 피막층
13, 14, 15 : 접합부
16 : 기재
17, 34 : 피막
18 : 적층체
18a : 측단면
19 : 분말
22, 32 : 외주 피막층
33 : 분말
100 : 콜드 스프레이 장치
101 : 가스 가열기
102 : 분말 공급 장치
103 : 스프레이건
104 : 가스 노즐
105, 106 : 밸브

Claims

제 1 금속 또는 합금으로 이루어지는 제 1 통상체와,
상기 제 1 통상체의 내주면에 형성되고, 상기 제 1 금속 또는 합금과 종류가 상이한 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지고, 직경 방향의 두께가 적어도 50 ㎛ 인 제 2 통상체를 구비하고,
상기 제 1 통상체와 제 2 통상체가 접촉하는 경계면에, 일방에 대해 타방의 재료가 파고든 앵커층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클래드 파이프.
제 1 항에 있어서,
당해 클래드 파이프의 직경 방향의 두께에 대한 상기 제 2 통상체의 직경 방향의 두께의 비율이 1/3 이하인 것을 특징으로 하는 클래드 파이프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 통상체는, 상기 제 1 통상체에 대해 상기 재료의 분말을 가스와 함께 고상 상태인 채 분사하여 퇴적시킴으로써 형성되고,
상기 제 1 통상체에, 상기 제 1 금속 또는 합금으로 이루어지고, 길이 방향으로 연장되는 접합부가 형성되고,
상기 제 2 통상체에, 상기 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지고, 길이 방향으로 연장되는 접합부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클래드 파이프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 통상체는, 상기 제 2 통상체에 대해 상기 재료의 분말을 가스와 함께 고상 상태인 채 분사하여 퇴적시킴으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클래드 파이프.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 금속 또는 합금과 제 2 금속 또는 합금의 조합은,
보통 강 또는 스테인리스와 니켈 또는 니켈 합금,
보통 강 또는 스테인리스와 알루미늄 또는 알루미늄 합금,
보통 강 또는 스테인리스와 구리 또는 구리 합금,
보통 강 또는 스테인리스와 티탄 또는 티탄 합금,
알루미늄 또는 알루미늄 합금과 니켈 또는 니켈 합금,
알루미늄 또는 알루미늄 합금과 구리 또는 구리 합금,
알루미늄 또는 알루미늄 합금과 티탄 또는 티탄 합금 및
구리 또는 구리 합금과 티탄 또는 티탄 합금 중 어느 것임을 특징으로 하는 클래드 파이프.
제 1 금속 또는 합금으로 이루어지는 판상의 기재에 대하여, 상기 제 1 금속 또는 합금과 종류가 상이한 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지는 분말을 가스와 함께 고상 상태인 채 분사하여 퇴적시킴으로써, 판상의 적층체를 제조하는 적층체 제조 공정과,
상기 적층체를 통상으로 성형하는 통상 성형 공정과,
통상으로 성형된 상기 적층체에 있어서 대향하는 측단면끼리를 접합하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 클래드 파이프의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 판상의 적층체에 대하여, 압연 처리를 실시하는 압연 공정을 추가로 포함하고,
상기 통상 성형 공정은, 상기 압연 처리가 실시된 상기 판상의 적층체를 통상으로 성형하는 것을 특징으로 하는 클래드 파이프의 제조 방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 통상 성형 공정은, 상기 기재가 외측이 되도록 상기 적층체를 성형하는 것을 특징으로 하는 클래드 파이프의 제조 방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 통상 성형 공정은, 상기 기재가 내측이 되도록 상기 적층체를 성형하는 것을 특징으로 하는 클래드 파이프의 제조 방법.
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 공정은,
상기 제 1 금속 또는 합금으로 이루어지는 용가재를 사용하여, 상기 기재의 측단면끼리를 접합하는 제 1 접합 공정과,
상기 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지는 용가재를 사용하여, 상기 기재 상에 퇴적된 상기 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지는 퇴적층의 측단면끼리를 접합하는 제 2 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 클래드 파이프의 제조 방법.
제 1 금속 또는 합금으로 이루어지는 통상의 기재의 외주면에, 상기 제 1 금속 또는 합금과 종류가 상이한 제 2 금속 또는 합금으로 이루어지는 분말을 가스와 함께 고상 상태인 채 분사하여 퇴적시킴으로써, 통상의 적층체를 제조하는 적층체 제조 공정과,
상기 통상의 적층체에 대하여, 인발 처리를 실시하는 인발 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 클래드 파이프의 제조 방법.