知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ クラディノックス インターナショナル リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5982285
(24)【登録日】2016年8月5日
(45)【発行日】2016年8月31日
(54)【発明の名称】耐腐食性金属製品
(51)【国際特許分類】
B21C 23/00 20060101AFI20160818BHJP
B21C 23/22 20060101ALI20160818BHJP
B23K 20/04 20060101ALI20160818BHJP
【ＦＩ】
B21C23/00 A
B21C23/22 Z
B23K20/04 F
【請求項の数】12
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2012-534762(P2012-534762)
(86)(22)【出願日】2010年10月19日
(65)【公表番号】特表2013-508163(P2013-508163A)
(43)【公表日】2013年3月7日
(86)【国際出願番号】GB2010001934
(87)【国際公開番号】WO2011048364
(87)【国際公開日】20110428
【審査請求日】2013年9月20日
(31)【優先権主張番号】2009905132
(32)【優先日】2009年10月22日
(33)【優先権主張国】AU
(31)【優先権主張番号】2009905130
(32)【優先日】2009年10月22日
(33)【優先権主張国】AU
(73)【特許権者】
【識別番号】512092472
【氏名又は名称】クラディノックス インターナショナル リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｃｌａｄｉｎｏｘ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ
(74)【代理人】
【識別番号】100079980
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 伸行
(74)【代理人】
【識別番号】100167139
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 和彦
(72)【発明者】
【氏名】カカセ，アントニノ，ジョージオ
【審査官】
荒木 英則
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭６２−１３０８４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０６７０６４１６（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２１Ｃ ２３／００−２３／２４
Ｂ２３Ｋ ２０／００−２０／０４
Ｂ２１Ｂ １／００− １／１６
Ｃ２１Ｄ ８／００− ８／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体鋼体と、
ステンレス鋼、ニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金、および銅−ニッケル合金からなる群から選択される合金からなるクラッド材であって、ビレットを加熱および加工して鉄系製品を形成するさいに、前記クラッド材と前記固体鋼体とが結合する界面が、前記クラッド材と前記固体鋼体との間に形成する位置に設けられた前記クラッド材と、
前記界面から、前記界面における前記クラッド材中のクロム、ニッケルまたは銅の酸化の原因になり得て且つ前記界面に在るガスを排除する抑制手段と、
からなるビレットであって、
前記ビレットはこのビレットの外部にあるガスが前記界面に侵入することを防止するようにシールされ、
前記抑制手段は前記界面から離間した位置に設けられたスキャベンジ作用金属体を有し、加熱時に、前記スキャベンジ作用金属体が、前記ビレットの中に封じられた酸化性ガスを含むガスを、前記ビレットの中の前記界面から離してスキャベンジする構成であることを特徴とするビレット。
ステンレス鋼、ニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金、および銅−ニッケル合金からなる群から選択される合金からなるクラッド材であって、ビレットを加熱および加工して鉄系製品を形成するさいに、前記クラッド材と前記固体鋼体とが結合する界面が、前記クラッド材と前記固体鋼体との間に形成する位置に設けられた前記クラッド材と、
前記界面から、前記界面における前記クラッド材中のクロム、ニッケルまたは銅の酸化の原因になり得て且つ前記界面に在るガスを排除する抑制手段と、
からなるビレットであって、
前記ビレットはこのビレットの外部にあるガスが前記界面に侵入することを防止するようにシールされ、
前記抑制手段は前記界面から離間した位置に設けられたスキャベンジ作用金属体を有し、加熱時に、前記スキャベンジ作用金属体が、前記ビレットの中に封じられた酸化性ガスを含むガスを、前記ビレットの中の前記界面から離してスキャベンジする構成であることを特徴とするビレット。
【請求項2】
前記クラッド材が、前記固体鋼体および前記スキャベンジ作用金属体が設けられ、かつ前記ビレット外部のガスが前記界面に侵入することを防止する封鎖されたハウジングの少なくとも一部を構成する請求項１に記載のビレット。
【請求項3】
前記スキャベンジ作用金属体をアルミニウム、チタン、マグネシウムまたはマグネシウムとアルミニウムとの合金からなる群から選択する請求項１または２に記載のビレット。
【請求項4】
前記スキャベンジ作用金属体が、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金からなる第１部分と、チタンからなる第２部分とからなる請求項１〜３のいずれか１項に記載のビレット。
【請求項5】
前記ハウジングが、前記固体鋼体が設けられる第１部分と、前記スキャベンジ作用金属体が挿入される第２部分とからなり、この挿入を両部分が結合される前に行う請求項２〜４のいずれか１項に記載のビレット。
【請求項6】
前記クラッド材を構成する合金がステンレス鋼である請求項１〜５のいずれか１項に記載のビレット。
【請求項7】
固体鋼体と、
ステンレス鋼、ニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金、および銅−ニッケル合金からなる群から選択される合金からなるクラッド材であって、ビレットを加熱および加工して鉄系製品を形成するさいに、前記クラッド材と前記固体鋼体とが結合する界面が、前記クラッド材と前記固体鋼体との間に形成する位置に設けられたクラッド材と、
を備えた鉄系製品の製造方法において、
前記界面から、前記界面における前記クラッド材中のクロム、ニッケルまたは銅の酸化の原因になり得て且つ前記界面に在るガスを排除する抑制手段とからなるビレットを用意する工程、
前記界面から離間した位置で前記ビレットの中にスキャベンジ作用金属体を配置して、前記ビレットをシールして、このビレット外部のガスが前記界面に侵入することを防止する工程、
前記ビレットを加熱して、前記クラッド材を構成する合金が、前記界面で、クロム、ニッケルまたは銅の酸化物を形成する温度に達する前に、前記スキャベンジ作用金属体を用いて前記ビレットに最初から存在する酸素をスキャベンジする工程、および、
前記ビレットを加工して、前記クラッド材および前記固体鋼体を前記界面において結合した鉄系製品を形成する工程、
を有することを特徴とする鉄系製品の製造方法。
ステンレス鋼、ニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金、および銅−ニッケル合金からなる群から選択される合金からなるクラッド材であって、ビレットを加熱および加工して鉄系製品を形成するさいに、前記クラッド材と前記固体鋼体とが結合する界面が、前記クラッド材と前記固体鋼体との間に形成する位置に設けられたクラッド材と、
を備えた鉄系製品の製造方法において、
前記界面から、前記界面における前記クラッド材中のクロム、ニッケルまたは銅の酸化の原因になり得て且つ前記界面に在るガスを排除する抑制手段とからなるビレットを用意する工程、
前記界面から離間した位置で前記ビレットの中にスキャベンジ作用金属体を配置して、前記ビレットをシールして、このビレット外部のガスが前記界面に侵入することを防止する工程、
前記ビレットを加熱して、前記クラッド材を構成する合金が、前記界面で、クロム、ニッケルまたは銅の酸化物を形成する温度に達する前に、前記スキャベンジ作用金属体を用いて前記ビレットに最初から存在する酸素をスキャベンジする工程、および、
前記ビレットを加工して、前記クラッド材および前記固体鋼体を前記界面において結合した鉄系製品を形成する工程、
を有することを特徴とする鉄系製品の製造方法。
【請求項8】
前記クラッド材が、前記固体鋼体および前記スキャベンジ作用金属体が設けられ、かつ前記ビレット外部のガスが前記界面に侵入することを防止する封鎖されたハウジングの少なくとも一部を構成する請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記スキャベンジ作用金属体をアルミニウム、チタン、マグネシウム、およびマグネシウムとアルミニウム合金からなる群から選択する請求項７または８に記載の方法。
【請求項10】
前記スキャベンジ作用金属体が、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金からなる第１部分およびチタンからなる第２部分を有する請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項11】
前記ハウジングが、前記固体鋼体が設けられる第１部分と、前記スキャベンジ作用金属体が挿入される第２部分とからなり、この挿入を両部分が結合される前に行う請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
前記クラッド材を構成する合金がステンレス鋼である請求項７〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐腐食性金属製品の製造方法、およびこの方法で製造した製品に関する。制限する意図はないが、本発明は具体的にはステンレス鋼、ニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金、または銅−ニッケル合金からなるクラッド材に接合した、腐食しやすい鋼を本体とする製品に関する。
【0002】
産業上最も使用頻度の高い通常“鋼”と単に呼ばれているものの腐食しやすさについては、議論を重ねる必要ないはずである。逆に、ステンレス鋼および前記合金の耐腐食性については、同様によく知られている。本発明は、原則的には、ステンレス鋼または前記合金よりもかなり腐食しやすく、かつ本明細書に開示する技術によってこれら材料からなるクラッド材を適用しやすい鋼を本体とする製品すべてに適用できる。本開示でいう“鋼”それ自体は、鋼を意味するが、文脈上この限りではない。具体的には、“鋼”は普通炭素鋼と呼ばれているものを包含すると解釈すべきである。通常の使い方によれば、また本発明で使用するように、“炭素鋼”は軟鋼、低合金エンジニアリング鋼やマイクロ合金鋼を始めとする各種等級の炭素鋼を包摂する用語である。
【0003】
“ステンレス鋼”、“ニッケル−クロム合金”および“ニッケル−銅合金”は金属工業界ではよく知られている用語であり、一般には、それぞれかなりの量のクロム、ニッケルおよびクロム、そして銅およびニッケルを含有する一定範囲の合金に適用されている。ニッケル−銅合金は銅よりもニッケルの含有量が多く、これはニッケルと銅の割合が逆になっている“銅−ニッケル合金”とは対照的である。これら４つの名前それぞれで知られている合金の範囲に関しては、Ｏｕｔｏｋｕｍｐｕ、Ａｌｌｅｇｈｅｎｙ Ｌｕｄｌｕｍ、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ニッケル−銅合金を対象とする商標Ｍｏｎｅｌ（モネル）、ニッケル−クロム合金を対象とする商標Ｉｎｃｏｎｅｌ（インコネル）の所有者である）、Ｈａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ（ニッケル−クロム合金を対象とする商標Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（ハステロイ）の所有者である）、およびＣｏｌｕｍｂｉａ Ｍｅｔａｌｓ Ｌｔｄ．を始めとする主要メーカーから入手できるリストに載っている。さらに、各範囲に含まれる合金は、それぞれの合金の名前で発行され、かつＡＳＴＭ（米国材料試験協会）およびＪＳＡ（日本規格協会）などの国際基準機関、およびＵＮＳ（統一番号付けシステム）などの材料分類システムによって設定されている規格によってカバーされている。後で明らかにするが、本発明の本質的な態様は、合金とクラッド化された鉄系製品を製造する過程で加熱された場合、それぞれの合金における前記金属の酸化を防止する手段を提供するものである。本開示で使用するように、以上３つの名前は、本発明の技術に従ってこのような鉄系製品の製造過程で、上記の金属の酸化を避けるか、あるいは少なくとも抑制するこれら合金を包含することを意図するものである。疑念を避けるために、本発明を適用する合金を例示するが、これらの限定を受けるものではない。ステンレス鋼：ＡＳＴＭ Ａ３０４（ＵＮＳ Ｓ３０４００）、ＡＳＴＭ３１６（ＵＮＳ Ｓ３１６００）、ＡＳＴＭ ＸＭ−２９（ＵＮＳ Ｓ２４０００）、ＡＳＴＭ ＸＭ−２８（ＵＮＳ Ｓ２４１００）を始めとするオーステナイト系ステンレス鋼、およびＵＮＳ Ｓ３２１０１、Ｓ３２３０４、Ｓ３２２０５、Ｓ３２７６０、Ｓ３２７５０を始めとする二相ステンレス鋼；
ニッケル−クロム合金：ＡＳＴＭ Ｂ６３７（ＵＮＳ Ｎ０６００２）、ＡＳＴＭ Ｂ５６４（ＵＮＳ Ｎ１０２７６）；
ニッケル−銅合金：ＡＳＴＭ Ｂ８６５（ＵＮＳ Ｎ０５５００）、ＡＳＴＭ Ｂ１６６（ＵＮＳ Ｎ０６６００）；
銅−ニッケル合金：ＵＮＳ Ｃ７０６００、ＵＮＳ Ｃ７１５００。
【0004】
本明細書では、過剰な繰り返しを避けるために、以下の略語を使用する。ＳＳ＝ステンレス鋼
ＮｉＣｒ＝ニッケル−クロム
ＮｉＣｕ＝ニッケル−銅
ＣｕＮｉ＝銅−ニッケル
ＲＴ＝開始圧延温度範囲
ＲＴａ＝オーステナイト系ＳＳ/ＮｉＣｒのＲＴ＝１，２３０〜１，２８０℃
ＲＴｄ＝二相/フェライト系ＳＳ/ＮｉＣｕ/ＣｕＮｉのＲＴ＝１，１００〜１，２００℃
ＦＤ＝“微細”、以下に定義する。
【背景技術】
【0005】
以下発明の背景を説明するが、Ｃａｃａｃｅ等の発明者によって申請された特許によってカバーされる一連の発明に言及することが役立つと考えられる。これら特許および開示されている方法について、以下“初期Ｃａｃａｃｅ”特許および方法と呼ぶ。これらのうち最も時期的に近いものは、ＵＳＰ６，７０６，４１６を含むパテント・ファミリーと思われる。
【0006】
初期Ｃａｃａｃｅ特許は、軟鋼のコアからなり、ステンレス鋼クラッド材を有する補強棒（以下鉄筋と呼ぶ）などの長尺製品の製造を本質的に対象とするものである。これら鉄筋は、軟鋼削りくずのブリケットを充填したステンレス鋼ジャケットからなるビレットから製造する。これらビレットを加熱処理し、圧延処理して、目的の特性を有し、かつ軟鋼の低コストを利用した最終鉄筋製品に仕上げているが、耐腐食性をかなり強化するためにステンレス鋼クラッド材を利用している。これら特許の精査から、ステンレス鋼クラッド材と鋼コアとの間の界面における冶金学的結合が満足に得られているかについて問題があることが明らかになった。この問題の原因は、界面におけるステンレス鋼中のクロムの高温酸化の発生である。この酸化の原因となる潜在的な酸素源はいくつかあり、一つの酸素源は、ビレット形成後にブリケットおよびジャケットに残る空気中の残留酸素である。もう一つの酸素源は、特にビレット加熱処理後に両端からビレットに侵入する大気酸素である。この現象は、炉からビレットの取り出し後にビレットが冷え、ビレット内部のガス圧が大気圧力より低くなるために生じる。また、コアと非常に高温のクラッド材との間の熱勾配によってビレットが加熱されると生じる。この結果、コアとクラッド材との間に隙間が発生し、軟鋼の場合よりも大きいステンレス鋼の熱膨張作用によってさらにこの隙間が大きくなる。第３の潜在的な酸素源は、ブリケットを構成する軟鋼削りくずの粒子表面に存在する残留酸化（さび）である。対策を講じないと、このさびが炭素と反応し、温度が高くなるにつれて軟鋼から拡散し、ＣＯ（一酸化炭素）および/またはＣＯ２（二酸化炭素）を生成する。これらＣＯおよびＣＯ２は、ステンレス鋼の高温での有意な酸化の原因になり得るものである。
【0007】
ＵＳＰ６，７０６，４１６に記載されている方法の場合、ブリケットを形成する前に、削りくず粒子と混合した２種類の添加配合剤を使用してこの問題に対処している。これら添加配合剤のうち第１のものの実施例は、粉末化塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）および尿素である。ビレットを加熱すると、これらが明らかに崩壊して、ステンレス鋼の酸化が有意になる温度よりも低い温度でガス状になる。これらガスは、ビレットの高温の内部において圧力に曝され、残留酸素を押し出す作用をもつ。第２添加配合剤の作用との関連でこの第１ステップを利用する。実施例としてアルミニウムが例示されているこの第２添加配合剤は、塩化アンモニウムまたは尿素が完全に崩壊する温度よりも温度が高くなると、反応性が強くなる。アルミニウムがさび中の酸素と反応し、酸化アルミニウムを形成し、また大気中からビレットに侵入する酸素がある場合にはこれと反応し、クロムの酸化を抑制する。
【0008】
ＵＳＰ６，７０６，４１６には、“ＮＨ４Ｃｌおよび尿素の両者は２００℃〜約５００℃の温度範囲においてかなりの量の還元ガスを発生する”と記載されている。同様な記載は、単一のＮＨ４Ｃｌおよび尿素などの添加配合剤の使用を示唆しているＵＳＰ５，６７６，７７５にも認められる。これら記載は、ＮＨ４Ｃｌおよび尿素がビレット中のＣｒ酸化物を還元するガスを発生することを示唆している限り正確さに欠ける。事実は、上記添加配合剤が窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）および塩素（Ｃｌ２）を発生する。酸化物を形成する金属の反応を示すエリンガムダイアグラムは、ビレット中に存在する条件では、これら物質はＣｒ酸化物に還元作用を示すものではないことを示している。現在、出願人はこれら発生物質がビレット内に正のガス圧を発生すると考えている。このようにしてビレットからガスが運び出され、この過程で、残留空気をビレットから追い出す。従って、５００℃をかなり下回る温度から、ビレット内に残留している大気空気の量が、恐らくゼロに近くなるまで減少すると考えられる。ビレット中の残留酸素源は、従って、削りくずの表面にある酸化鉄と、ＮＨ４Ｃｌおよび尿素が消費された後のビレット両端から侵入する空気であると考えられる。
【0009】
ＵＳＰ６，７０６，４１６に記載されているように、削りくずからの酸化鉄は軟鋼削りくずから誘導される炭素と結合し、最初にＣＯ２を生成し、次により高温でＣＯを生成する。この過程は、恐らく３００℃というかなり低い温度で有意なスケールで起こり始める。ＣＯ２がＣｒに対して酸化作用を示す、そしてＵＳＰ６，７０６，４１６の記載とは反対に、エリンガムダイアグラムは、約１，２２５℃以上になって始めてＣＯがＣｒ酸化物に還元作用を示すことを明らかにしている。コアとジャケットとの間の界面におけるビレット内の温度は、必ずしも均等にこの遷移温度を超えるものではない。というのは、この温度が、オーステナイト系ＳＳとクラッド化したビレットが通常炉を出る温度（１，２６０〜１，２８０℃）にきわめて近いからである。これは、ビレット内の温度変動を原因とするか、あるいは炉内の不十分な浸漬時間を原因とするものと考えることができる。ＣＯの還元反応は、従って、必ずしも完全な還元をもたらす程強くなく、顕微鏡で可視なＣｒ酸化物の層がＳＳの表面に分散することになる。少なくとも遷移温度に達しない場合には、酸化物層がより集中して発生し、あるいはより連続的に発生し、この結果界面における結合がいっそう弱くなり、場合によって製品に欠陥が生じる。
【0010】
従って、ＵＳＰ６，７０６，４１６では、ビレットに添加配合される第２金属であるアルミニウムを利用して、ＮＨ４Ｃｌまたは尿素が消費された後の温度上昇に伴うＣｒ酸化物の還元または抑制を確保している。
【0011】
前記初期特許の開示に関連して言えば、開示されている方法では、各還元剤それ自体が、後の工程におけるＳＳジャケットとコアとの結合を邪魔するＣｒ酸化物の形成を防ぐためには不十分であることが明らかである。
【0012】
また、前記初期方法において使用されている粒子状軟鋼ブリケットからなる端部が開いているビレットについては、２つの添加配合剤、即ちＮＨ４Ｃｌまたは尿素、およびアルミニウムの粒子間の分散が良好であることが本質的な条件であることが自明であると考えられる。いずれにせよ結論は、ＳＳジャケットと炭素鋼コアとの十分な結合を実現するためには、加熱処理の開始からジャケットがコアに接合する間、界面にＣｒ酸化物が形成することをできる限り抑制する必要があるということである。
【0013】
前記初期方法の場合、コアの原料として削りくずを使用することは、潜在的にかなり不利である。
【0014】
本格的な製造運転の場合、最終製品が国際基準または国際仕様を満足する必要がある状況において特定等級の削りくずの信頼性のある削りくず源を維持することは難しい。
【0015】
さらに、前記初期方法で削りくずおよびビレットを製造するためには、コストの高い専用装置（その一部はＵＳＰ５，０８８，３９９に開示されている）が必要であることが自明である。加えて、既に確立されている多くの圧延機の場合、その特有な炉設計の理由から、円形ビレットから圧延を行えない。圧縮削りくずからなり、横断面が円形ではない形状をもつビレットを製造できる装置を構成することは容易ではない。さらに、ビレットの大きさ、特に長さは、少なくとも初期特許に記載されている限り、きわめて小さい。このような短いビレットを圧延できる既存の圧延機は数においてごく限られ、また円形のビレットから圧延できる圧延機はさらに少ない。この理由の一つは、既存の炉はいずれも四角形のビレットを対象とするプシャータイプ（ｐｕｓｈｅｒ ｔｙｐｅ）であるからである。円形ビレットはウォーキング・ビームタイプの炉を必要とする。小さなビレットを使用した場合には、圧延作用が不十分になりやすい。というのは、現在利用されている圧延機は生産性を高めるために、非常に長いビレットを圧延するように設計されているからである。原理的には、圧縮削りくずからなるビレットの大きさおよび長さについては大きくでき、また形状を変更できるが、このために適する圧延機を実現するさいに発生する技術的問題は、解決しにくい。
【0016】
同様に明らかな、前記初期方法に固有な別な問題は、ＮＨ４Ｃｌおよび尿素によって発生するガスについて必ず排気しなければならないことである。ＵＳＰ５，１２４，２１４に記載されているように、これがビレットの両端を開放している理由である。なお、それにもかかわらず当該公報にはキャップを利用してビレットの端部を閉じることが示唆されている。また、当該特許の日付は、前記の添加配合剤を使用する以前である。さらに、当該公報には、コアの両端に黒鉛ペースト被覆することによって管をシール処理することが示唆されているが、うまくいかないと考えられる。
【0017】
黒鉛ペーストの場合、急速に脆弱化、多孔化し、ペースト内の湿分が直ちに追い出される。このため、黒鉛が崩壊するため、意図するバリヤをもはや形成できなくなる。さらに、黒鉛は約１，０００℃の温度でブリケット中の鋼と反応し、溶融鋳鉄が反応性高く形成するため、Ｃｒ酸化物を還元するためには全く役に立たないと考えられる。
【0018】
ＵＳＰ５，６７６，７７５には、両端が開放しているビレットのみが開示されている。また、ＵＳＰ６，７０６，４１６には、添加配合剤としてアルミニウムのみを含む実験用ビレットが開示されている。このビレットは端部が閉じていると記述されているが、各端部には通気孔が設けられているため、ガスがビレットから逃げ出ることができる。この通気孔はビレットが炉から出された後溶接して閉じられる。上記に述べられていることに関して、本出願人は、アルミニウム添加配合剤が活性作用を示す前に、これら通気孔が残留している大気酸素を防ぐことができず、より低温でビレット中のＣｒが酸化すると考えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0019】
【特許文献1】ＵＳＰ６，７０６，４１６
【特許文献2】ＵＳＰ５，０８８，３９９
【特許文献3】ＵＳＰ５，１２４，２１４
【特許文献4】ＵＳＰ５，６７６，７７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0020】
本発明の一つの目的は、固体鋼本体、およびステンレス鋼、ニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金または銅−ニッケル合金からなるクラッド材からなり、最終製品におけるクラッド材と鋼本体との結合に干渉する酸化作用を、少なくとも産業上許容可能な最終製品を提供することができる程度まで抑制したビレットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0021】
本明細書で使用する用語“スキャベンジ”はガス状酸素の除去を意味し、そして逆に用語“還元”は成分の一つとして酸素を含有する化合物から酸素を除去することを意味する。
【0022】
本発明は、固体鋼体と、ステンレス鋼、ニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金及び銅−ニッケル合金からなる群から選択される任意の合金からなるクラッド材であって、前記鋼体とクラッド材との間にあって、ビレットを加熱処理して鉄系製品を形成するときにクラッド材と前記本体とが結合する界面が形成するように設けたクラッド材と、そして、前記界面において前記クラッド材中のクロム、ニッケルまたは銅の酸化の原因となり得るガスを前記界面から排除する抑制手段であって、前記界面において酸化性ガスをスキャベンジするように設けたスキャベンジ作用金属体を有する抑制手段とからなるビレットを提供するものである。
【0023】
さらに、本発明は、固体鋼体と、ステンレス鋼、ニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金及び銅−ニッケル合金からなる群から選択される任意の合金からなるクラッド材であって、前記鋼体とクラッド材との間に界面が形成するように設けたクラッド材と、前記界面において前記クラッド材中のクロムの酸化の原因となり得るガスを前記界面から排除する抑制手段であって、前記界面において酸化性ガスをスキャベンジするように設けたスキャベンジ作用金属体を有する抑制手段とからなるビレットを用意する工程を有する鉄系製品の製造方法において、このビレットを加熱し、前記界面における前記合金が、クロム、ニッケルまたは銅の酸化物が形成できる温度に達する前に、前記スキャベンジ作用金属が前記界面における酸化性ガスをスキャベンジするスキャベンジ作用を発揮し、そして前記ビレットを処理して、前記界面において前記クラッド材および前記本体を結合させる工程を有する鉄系製品の製造を提供するものである。
【0024】
本発明の一つの形態では、前記クラッド材は、前記鋼体および前記スキャベンジ作用金属体が設けられ、かつ前記ビレット外部のガスが前記界面に侵入することを防止する封鎖ハウジングの少なくとも一部を構成する。
【0025】
本発明の一つの態様では、前記スキャベンジ作用金属をアルミニウム、チタン、マグネシウム、およびマグネシウムとアルミニウムとの合金からなる群から選択する。
【0026】
本発明の一つの形態では、前記スキャベンジ作用金属は、アルミニウム、マグネシウム、または前記ビレットが処理される温度に達する前に溶解するこれらの合金からなり、そして前記本体と前記スキャベンジ作用金属体との間のハウジング内に設けられる微細鋼体からなる要素体を用意する。
【0027】
本発明の別な態様では、前記クラッド材が、前記鋼体および前記スキャベンジ作用金属体が設けられるハウジングの少なくとも一部を構成し、そして前記鋼体と前記スキャベンジ作用金属体との間に設けられる塩化アンモニウムまたは尿素からなる要素体を用意する。
【0028】
本発明の一つの態様では、前記スキャベンジ作用金属体がアルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金からなる第１部分、およびチタンからなる第２部分を有する。
【0029】
本発明の一つの態様では、前記ハウジングは、前記鋼体を設ける第１部分、および前記スキャベンジ作用金属体を挿入する第２部分を有し、この挿入後に両部分を結合する。
【0030】
本発明の一つの態様では、前記スキャベンジ作用金属体を、前記界面から離れた位置に設ける。
【0031】
前記スキャベンジ作用金属体が、粒子、粒体、リボン、削りくずなどの微細形態の圧密金属からなるブリケットや同様な要素体の形で存在することが有利である。同様に、鋼、塩化アンモニウム、および尿素からなる要素体もブリケットや同様な圧密体の形で存在することが有利である。固体よりもこのような形態の金属を利用すると、その表面積/重量比を高くできるため、ビレット内に酸素がある場合にはこの金属の酸素との反応性、即ちスキャベンジ作用が強くなる作用効果がある。高密度に圧縮した場合には、このようなブリケットは冷えたときに空気やガスに対して比較的被浸透性がないが、融点より低い温度に加熱された場合には、多孔性になり、高温のガスに対して反応性を示すため、ビレットに入ってくる内部ガスや空気に対するすスキャベンジ作用が強くなる。従って、これらブリケットは、クラッド材および鋼本体の結合部分に隣接した位置においてビレット内に設けられるスキャベンジ作用フィルターと呼べるものとして機能する。
【0032】
さらに、本発明は本明細書で説明し、かつ特許請求の範囲に記載した方法によって製造した、あるいは本明細書で説明し、かつ特許請求の範囲に記載したビレットから製造した鉄系製品を包含する。
【0033】
本明細書においては、酸化物形成の自由エネルギー（以下ＦＥＯＦと呼ぶ）に言及するが、これは説明の役に立つ。この用語の説明についてはインターネットなどを介して簡単に入手することができる。本発明の文脈では、ＦＥＯＦは、任意の温度で、ビレット中の元素を構成する金属が、クラッド材中のクロム、ニッケルまたは銅よりも優先的に酸化され、これらの酸化を防止するかどうかの一つの目安になる。各種金属のＦＥＯＦに関するグラフは、同様にインターネットなどを介して簡単に入手できる金属の酸化物形成反応を示すエリンガムダイアグラムから得ることができる。エリンガムダイアグラムから理解できるように、金属の選択された合金のうち任意のものとクラッド化されたビレットの圧延温度まではクロム、ニッケルまたは銅よりもＦＥＯＦが低い金属を例示すると、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）、ウラン（Ｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコン（Ｚｒ）およびマンガン（Ｍｇ）である。取り扱い時の危険性、放射能などを考慮すると、これらの多くは、恐らく専門的な用途を除いて、本発明の目的には適さないものである。また、上記金属の多くは高価過ぎるため、経済的に見合わない金属であるが、出願人は現状では特にマグネシウム、アルミニウムおよびチタンだけでなく、ひょっとしたらリチウムも本発明の製品を製造するために産業上有用であると考えている。なお、前記金属のうち他の金属の使用を排除するものではない。
【0034】
以下添付図面を参考にして本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図2】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図3】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図4】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図5】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図6】ビレットの加熱構成を示す概略図である。
【図7】ビレットから製造できる製品例を示す横断面図である。
【図8】ビレットから製造できる製品例を示す横断面図である。
【図9】製造過程にあるビレットを示す横断面図である。
【図10】製造過程にあるビレットを示す横断面図である。
【図11】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図12】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図13】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図14】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図15】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図16】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図17】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図18】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図19】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図20】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図21】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図22】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図23】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図24】ビレットの一端または両端の横断面図である。
【図25】ビレットから製造できる製品例を示す横断面図である。
【図26】ビレットから製造できる製品例を示す横断面図である。
【図27】ビレットから製造できる製品例を示す横断面図である。
【図28】製造過程にあるビレットを示す横断面図である。
【図29】ビレットから製造できる製品例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
本発明の完成に関連して出願人が現在までに行った研究過程で使用したものは、炭素鋼のコア本体、およびＡ３０４ ＳＳ、ＵＮＳ Ｓ３２１０１並びにＳ３２３０４二相ステンレス鋼のクラッド材からなるビレットであったので、以下このビレットに絞って本発明の実施態様を説明する。なお、ニッケルおよび銅のＦＥＯＦはクロムよりも高いことを考慮すると、本出願人は、本発明の方法は大きな改変を加えなくてもニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金または銅−ニッケル合金とクラッド化した鋼コア本体からなる製品の製造に適用すると良好な結果が得られると考えている。
【0037】
添付図面において、以下説明する点を除いて、各ビレットＢは、固体本体、または、炭素鋼のコアＣまたは、通常ステンレス鋼よりも腐食しやすい適当な等級の鋼からなる。コアＣは、本実施例ではジャケットＪの形を取るクラッド材に設けられる。なお、このジャケットＪは、場合にもよるが、ステンレス鋼から構成した中心部分Ｊ１および軟鋼から構成した外側部分１２で構成することができる。また場合によっては、全体をＳＳで構成してもよい。このＳＳは任意の適当な等級でよく、例示するとＡＳＴＭ３１６、Ａ３０４あるいは二相範囲にあるステンレス鋼の一つである。従って、各ビレットには、ビレットの加熱時に結合するコアＣおよびジャケットの並置部分間に界面がある領域Ｚが存在する。
【0038】
各ビレットには、ジャケットＪ中のクロムの酸化の原因になり得るガスを領域Ｚにおける界面から排除する抑制手段を設ける。この抑制手段は、少なくとも一つのスキャベンジ作用金属からなる金属体を有する。この金属は、本質的ではないが通常、以下の実施例においてＥで示され、かつコアＣの少なくとも一端に隣接するジャケット内に設けられるため、領域Ｚにおける並置部分間の界面から変位しているブリケットなどの要素体の形を取る。
【0039】
本明細書における要素体を構成する金属に関連して、略語“ＦＤ”は、微細な形の金属を指す。本発明に適当なものとして例示すれば、削りくず、リボン、粉末、ワイヤー線材（いわゆるスティールウール）および鋼粒および砂粒（ｓｈｏｔ ａｎｄ ｇｒｉｔ）並びに通常当業者にとって理解されている意味で、かつ前記初期特許明細書において使用されている意味における削りくずがある。
【0040】
以下に説明する実施例において、典型的なビレットは横断面が正方形、横断面の大きさが１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、そして長さが６ｍ〜１４ｍであればよい。なお、これら寸法は例示のみを目的として挙げたもので、長さおよび大きさは任意に選択すればよい。これらは、例えば、コアおよびジャケットに使用されている市販バーおよび管の長さおよび大きさによって設定すればよい。
【0041】
鋼コアに金属クラッド材を適用するために各種の技術が公知であり、また示唆されてきている。本明細書に開示する方法に従って処理する前に、ビレットをこれらの適当な方法によって製造すればよい。本発明の場合、本質的ではないが二相ＳＳから構成するのが好ましい一つかそれ以上のプレートを鋼コアバーの周囲に巻き付け、これらプレートの当接縁部を溶接する。このようなビレットの実例の断面図を図２８に示すが、これは、現状において生産ラインにおいてビレットを製造し、かつ同時に専用のプラントにかかる資本支出を最低限に抑えるために最適な構成と考えられる。ここで正方形コアＣが、予め一枚のプレートから湾曲処理または圧延処理したＳＳのチャネル状の部材ｌ００に載置されているものとする。まず、部材ｌ００をコアの三面に並置する。コアの設定後、部材ｌ００のフランジｌ０１をコアの第四面に周囲に折り曲げ、縁部ｌ０２を相互に当接する。これら縁部を符号ｌ０３で示すように、溶接する。高速製造ラインの場合、ＳＳのストリップを通常のパイプミルによってコイルから繰り出し、断面が部材ｌ００の断面と本質的に同じチャネル状にこのストリップを形成する。コアバーをチャネルに載置し、コアバーの周囲に二つのフランジを折り畳み、パイプミルの次の段階で溶接する。
【0042】
また、任意の適当な方法によってコアを予め成形しておいたＳＳ管に挿入してもよい。これら適当な方法には、有利なものとして、仮オーストラリア特許出願第２００９ ９０５ １３０号に準拠して出願され、“金属製品製造用ビレット”を発明の名称とする国際特許出願に添付された明細書に開示されている方法の一つかそれ以上の方法が含まれる。
【0043】
図１に、ジャケットの端部がコアの端部ｌ０の上に重なっているビレットＢ１の一端を示す。一つの独立した要素体Ｅｔをコアの端部に対して載置する。管ｌ２内においてプレートｌ４を要素体Ｅｔの外側端部に対して設け、所定の個所で溶接し、管をシール処理する。この実施例では、ビレットの反対側端部を同様に構成する。従って、ジャケットＪが、コアおよびＥｔが設けられ、かつビレットの外側からガスが領域Ｚに侵入することを防止する防止手段として作用する封鎖金属ハウジングを構成することになる。これらガスには、炉ガスおよび大気ガスが含まれる。本実施例では、要素体Ｅｔは任意の適当なＦＤ形を取るチタン（Ｔｉ）からなり、ビレットに挿入する前にブリケットに圧密しておく。図２の場合にはプレートｌ４を使用しない代わりに、予め成形したキャップまたはドームを利用する。キャップについては、プレートから深絞り加工によって製造できる。また、要素体Ｅｔについては、キャップをジャケットの端部ｌ２に溶接する前に、キャップに圧密するか、挿入するのが有利である。このキャップは、エンドプレートｌ４の溶接部よりも圧延時破損しにくい。
【0044】
図６について説明すると、炉Ｆｎに符号Ｉ１およびＩ２で概略を示す第１セットを含む誘導コイルを設ける。これら誘導コイルが第１段階において、要素体Ｅｔが少なくとも５００℃の温度、好ましくは８００℃の温度に達するまでビレットの端部を直ちに加熱する。この間、残りのビレット、特にステンレス鋼部分Ｊ１からなるビレット部分は、領域Ｚ内のジャケットの表面にクロム酸化物が生成しない温度よりも低い温度のままになっている。このより低い温度においてさえ、空気の主成分ガスである窒素および酸素の両者とＴｉは強く結合し、安定した酸化物および窒化物を生成する。即ち、Ｔｉがこれら大気ガスを領域Ｚから活性的にスキャベンジし、各ビレット端部において等価な固体酸化物および窒化物を生成するため、ごく少量のアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスが残存する。通常空気中に存在するＡｒの量を考えると、この段階ではおよそ１９ｍｍＨｇの部分真空が生じる結果になる。
【0045】
次に、コイルＩ１およびＩ２とともに第２セットの誘導コイルＩ３に通電し、ビレット全体をＲＴまで加熱する。この段階で、炭素鋼が加熱されるため脱炭が生じる。Ｔｉが不在の場合、コアの表面に鉄酸化物があると遊離した炭素がこれと反応し、最初にＣＯ２を生成し、次により高温で若干のＣとともにＣＯを生成する。そしてＣＯ２およびＣＯの両者がＳＳ中のクロムに酸化作用を与えると考えられる。ただし、Ｔｉは、ＣｒよりもＦＥＯＦが低いため、Ｃｒに還元作用を与える。このＴｉが酸化鉄からの酸素を始めとする酸素がある場合には、これと結合し、Ｃｒの酸化物を生成しなくなるか、あるいは既に生成しているＣｒの酸化物を少なくする。
【0046】
本明細書で酸化を“防止”または“抑制”することを示唆する場合、これは本発明により産業上有用な製品が得られる範囲まで酸化を防止または抑制することを含意するものである。当業者ならば、酸化が絶対的な意味で防止または抑制できるとは恐らく考えないはずである。
【0047】
本発明の別な構成では、要素体Ｅｔはいくつかのガス燃焼式またはオイル燃焼式のバーナーによって加熱できるが、これらバーナーは、ビレット全体を次に加熱する主炉に隣接配置する。これら主炉としては、既に言及した誘導炉であればよく、あるいはガス燃焼式炉またはオイル燃焼式炉も使用可能である。
【0048】
加熱されたビレットＢ１を圧延機に移し、図７にＲで横断面を示す鉄筋や、あるいは図８に示す平板（ｆｌａｔ ｂａｒ）などの長尺製品に圧延する。なお、他の適当な形状や大きさの製品も本発明方法によって、本明細書に開示するビレットから製造できることは明らかなはずである。
【0049】
図１に戻って説明を続けると、ジャケットが完全に元のままである限り、従って空気の侵入に対してシールされている限り、ビレットを炉から取り出すさいに生じる冷却の結果としてビレットＢ１の両端から空気が侵入する恐れはない。ジャケットを確実にコアに結合するために必要な数のロールスタンドにビレットを通した後、Ｅｔの残りを収めた部分を有するより長尺になったビレットの端部を切り落とす。
【0050】
この第１実施例でＥｔのためにＴｉを選択した一つの理由は、その融点がＲＴより高いためである。従って、ＡｌおよびＭｇの場合と同じように、また利用できると考えられる他のいくつかの金属の場合と同様に、Ｔｉをコアから分離しておくための用意が必要ないことは以下に説明する通りである。Ｔｉの高融点にかかわらず、Ｔｉがビレット中で形成する酸化物が金属Ｔｉに吸収されるため、酸化物の形成が続くことになる。ＡｌおよびＭｇが固体相状態にある場合と異なり、従って、Ｔｉは、加熱されている状態では、ビレット中に生成される酸素がある場合この酸素と連続的に反応する可能性がある。それゆえ、Ｔｉは効率的な酸素スキャベンジャーとして機能するために融解する必要はない。さらに、Ｔｉは低温で反応性を示す。ＡｌおよびＭｇの場合と同様に、（ブリケット化に好適な）乾燥/浄化処理チタン削りくずは、金属としての価値が高いため、入手が簡単である。従って、初期特許に記載されている方法では必要な削りくずの浄化処理、乾燥処理を行うスクラップ加工プラントは必要ない。
【0051】
本発明の作用効果の一つは、コア鋼として円形、正方形、長方形やその他の適当な形状のものを使用できることである。コアをもつビレットを使用すると、本発明方法は任意の横断面大きさおよび長さのビレットに適用できることになる。特にビレットの大きさについては、既存の圧延機に合わせて選択できる。
【0052】
コアとしては予め成形しておいた中空鋼を使用することができ、またビレットを使用して、内部または外部にＳＳクラッド材をもつ鋼パイプを製造することができる。長方形のビレットを製造できる能力があるため、これらをＳＳクラッドプレートだけでなく長尺製品を圧延するために使用できることになる。このような製品については、図２５、図２６および図２７を参照して以下に説明する。
【0053】
鋼コアのステンレス鋼ジャケットへの嵌合をより簡単に行うために、コアのために使用すべきコアバーをまず機械的に研磨することができる。この結果として、コアバーからさびを取ることもできる。この用途の市販コアバーはいずれもさびを取る必要がある。これは、通常ショットブラスト法によって行われる。このようなショットブラスト法は、コアバーを研磨する場合には必要ないと考えられる。
【0054】
本明細書で説明するビレットのうち任意のビレットから大気酸素を除去することを助けるためには、加熱する前に、ビレットの一端または両端を真空ポンプＰに接続することによってビレットを真空化することが有利な場合がある。これについては、図９に概略を示す。ビレットを炉に移す前に、ビレットからポンプの接続を外し、ポンプを接続していたビレットの開口を塞ぐ。ビレットをこのように真空化する手段は公知であり、これ以上詳しく説明する必要はないと考えられる。
【0055】
ビレットを真空化する代わりに、あるいはこれに加えて、ポンプＰによってＡｒ等の不活性ガスをビレットに圧送し、残留空気を置換することも可能である。
【0056】
図３に、ビレットＢ３の一端の別な実施例を示す。ビレットＢ３および以下に説明すべきビレット、およびそれぞれの製造、および圧延製品への圧延については、既にビレットＢ１に関連して説明した特徴から有意味な差をもつ限りにおいて説明することにする。
【0057】
ビレットＢ３の各端部に２つの要素体Ｅｓ、Ｅａを挿入する。ＥａとコアＣの端部ｌ０との間にＥｓを挟む。Ｅｓは、この実施例ではＦＤ炭素鋼からなるが、ＦＤチタンとしてもよいブリケットである。いずれの場合も、ＥｓはＦＤ鋼またはＴｉを直接管ｌ２に圧入するか、あるいは管ｌ２内にプレス嵌めする前に、ブリケットに圧入することによって形成することができる。ＥａはＥｔと同様であるが、ＴｉではなくＦＤアルミニウム（Ａｌ）、ＦＤマグネシウム（Ｍｇ）か、あるいはこれらの合金からなる。これら三種類のスキャベンジ作用金属の特性については、便宜上一括して説明する。本発明方法における各金属のスキャベンジ作用はＥｔにおけるＴｉと同様である。
【0058】
本発明方法に関連して好適に使用される以上の金属すべてのうちアルミニウムが最も広く利用され、かつ最もコストが低い金属である。アルミニウムはまた取り扱い上安全であると認識されている。ＵＳＰ６，７０６，４１６に記載されているように、アルミニウムは攻撃的な酸素スキャベンジャーであるが、本発明の文脈では、この点に関するアルミニウムの有効性は、一旦その酸化物Ａｌ２Ｏ３が形成すると、金属Ａｌの表面上に固体状態を維持し、スキャベンジ作用に対してバリヤになるという事実の制限を受ける。このバリヤは、アルミニウムが約６６０℃で融解と消失する。この温度は、ビレットの端部を予め誘導加熱することによって簡単に実現できる。これが、Ａｌを使用する一つの利点である。アルミニウムの沸点（以下“ＢＰ”と呼ぶ）はＲＴよりもかなり高く、ガス状態のアルミニウムを有効な酸素スキャベンジャーとするには高すぎる。
【0059】
一方、Ｍｇの融点（“ＭＰ”）は約６５０℃であり、そのＢＰは約１，１００℃である。加えて、ＭｇはＡｌよりもさらに攻撃的な酸素スキャベンジャーである。ところが、一般の認識では、Ｍｇは取り扱い上安全ではない。この見解は、ＵＳＰ６，７０６，４１６に記載されているが、この見解に対して、Ｍｇの産業上の供給側の情報によれば、簡単で、実現が容易な上に安全な対策を取る限り、本発明を実施する作業条件では、ＥａのためにＭｇを使用しても、Ｍｇの使用を禁止するほどの危険は実証されていないように思われる。つまり、これはＭｇを削りくずまたはリボンの形で使用すれば危険がなく、またＭｇを粉末の形で使用すればより安全であることを意味しているように思われる。
【0060】
アルミニウムおよびマグネシウムはいずれも安定な酸化物、窒化物、水素化物および炭化物を形成し、そして上述したように、大気ガスやその他のガスの活性スキャベンジャーである。また、低コストというメリットもある。さらに、Ａｌ削りくずおよびＭｇ削りくずは入手範囲が広い。また、これらは融解時に最も反応性が強くなり、そして融点では、表面酸化物層がスキャベンジ作用を抑制することをやめる。それぞれのＦＥＯＦはチタンよりも低く、もちろんＣｒよりもかなり低い。
【0061】
Ｂ３などのビレットの場合、Ｔｉを始めとする、ＲＴ未満では沸騰しないＡｌまたはその他の前記金属のうち任意の金属からなる要素体Ｅａを使用することは若干不利である。この場合、圧延開始時においてビレット内部のガス圧が大気圧よりも低くなるため、管１２の一端が、圧延時にコアに結合する前に破損するか、あるいはプレートｌ４の溶接部におけるピンホール漏れを通じて破損すると、空気がビレットに侵入することになる。ところが、この場合でも、空気中の酸素が要素体ＥｓおよびＥａによってスキャベンジされ、大気中のＡｒのみが要素体を通ってビレットの内部に侵入することになる。
【0062】
逆に、ＥａにＭｇを使用すると、Ｍｇの温度がその沸点よりも高くなった場合に、正のガス圧がビレット内部に発生し、固体酸化物を形成する結果としてこのガス圧が発生する部分真空を置換する。Ｍｇは大気圧では１，１００℃で蒸発するが、部分真空下ではより低い温度でも蒸発する。ＲＴｄでは、ビレット内で気化したＭｇの圧力が大気圧に近くなる。ＲＴａでは、ビレット内で気化したＭｇの圧力は大気圧以上になる。これによって、ジャケットが破損した場合、圧延中に空気が侵入する可能性はかなり小さくなる。
【0063】
気化したＭｇは、ビレットにＣＯおよびＣＯ２が生じた場合にこれらに対する強力な還元ガスとして作用する。ＣＯは約７８０℃から生成を始め、１，２２５℃より高温でのみＣｒを還元する。
【0064】
要素体Ｅａもアルミニウム/マグネシウム合金から構成することができる。公知なように、このような合金のＢＰは成分金属の割合を調節することによって制御できる。従って、必要ならば、この合金のＢＰはＲＴよりも高くでき、また低くできる。これを利用する仕方の一つを以下に説明する。
【0065】
ＭｇおよびＡｌはＲＴよりも低い温度で融解するため、ビレットＢ３にＥａを使用する場合には、融解したＭｇおよび/またはＡｌがコアとＳＳジャケットの界面に進むことを防止することが望ましい。これはＥｓがＦＤ鋼から構成されるか、あるいはＴｉから構成されるかに関係なく、ＲＴ未満で融解せず、また融解金属に対してバリヤとして作用するＥｓの存在によって実現できる。これがＥｓの一つの機能である。ＥｓにＦＤ鋼を使用した場合には、例えば０．４％〜１％の炭素を含有する中〜高炭素等級とするのが好ましい。必要な場合には、黒鉛をＦＤ鋼に添加配合し、炭素含有量を高くしてもよい。温度が高くなると、ＦＤ鋼から、そして使用した場合には黒鉛からＣＯが発生することになる。ＲＴａでは、エリンガムダイアグラムに従ってクロム内の酸化物にＣＯが還元作用を与える。ＲＴｄにおいてさえ、ＡｌまたはＴｉの存在下でＣＯがＣｒに還元作用を与えることができる。
【0066】
ＥｓをＴｉから構成する場合、Ｅｓは最初から存在しているか、あるいは領域Ｚの内部で発生する酸素に対するスキャベンジャーとして作用するだけでなく、既述したように溶接部やジャケットの破損部から領域Ｚに大気中の酸素が入り込む前にこの酸素をスキャベンジするために役立つ。
【0067】
図４に、各端部において３つの要素体Ｅｓ、ＥａおよびＥｔの集合体からなるビレットＢ４の端部を示す。ここで代表例を挙げると、ＥｓはＦＤ鋼からなり、ＥａはＡｌ、Ｍｇまたはこれらの合金からなり、そしてＥｔはＦＤＴｉからなる。この集合体では、従って、Ｅａを構成する金属はＲＴｄだけでなくＲＴａでも融解する。Ｂ４におけるＥｓ、ＥａおよびＥｔについては、Ｂ１およびＢ３の場合とそれぞれ同じ機能を発揮するため、これ以上説明しないが、Ｂ４におけるＥｔは、以上説明してきたいずれかの経過でビレットに入り込むことがある特に空気からの酸素をスキャベンジするさらなる手段として作用することを指摘しておく。このような問題の結果としてＣｒが酸化する潜在的可能性は、ビレット内部および流れ込んでくる空気の温度が１，２２５℃より低くなるといっそう強くなる。図１１に示すようにビレットを改良することで、この問題に対処する。
【0068】
図１１に、およそＥａ未満で起こると言われている現象の制限を受けるが、同じ金属からなり、かつＢ４について挙げた同じ要素体と同じ機能を発揮する３つの要素体Ｅｓ、ＥａおよびＥｔを各端部に設けたビレットＢ１１の一端を示す。まず、Ｂ１１の端部をプレート４０ａによってシール処理するが、各プレートには、予め選択できるが、いずれの場合も１，２２５℃以上の温度で融解し、かつ炉内でビレットを排気できる温度依存プラグ４６を設ける。このようなプラグに好適な材料は、１，２３７℃で完全に融解する３０％銅−ニッケルである。プラグが融解すると、ビレット内にある真空条件により、通常およそ１，３００℃の温度、場合によってはおよそ１，２２５℃をかなり上回る温度にある高温の酸化性炉ガスがビレットに急速に吸引される。これら炉ガスはＥｓ、ＥａおよびＥｔを通過する。即ち、金属を還元し、スキャベンジする３層を通過する。最初にＴｉからなる外側要素体Ｅｔを通過するが、既に述べたように、このスキャベンジ効果は、これらが５００〜８００℃以上への加熱時に金属それ自体に吸収されるため、酸化物被膜または窒化物被膜が形成した場合にこれらの被膜によって阻害されない。次に、炉ガスはＥａを通過するが、ＥａがＡｌからなり、従っておよそ６５０℃で融解する場合には、ＥｓとＥｔとの間に保持される。Ｅａについては、Ａｌ/Ｍｇ合金から構成してもよく、スキャベンジ作用をいっそう強力にすることができる。最終要素体Ｅｓの通過時に酸素またはＣＯ２が残存している場合には、これらがＣＯに転換する。この場合、ＣＯ２またはＯ２の分子毎に２つのＣＯ分子が生成するため、圧力が高くなる。１，２２５℃をかなり上回る温度で領域ＺにＣＯが入ると、界面に依然として存在しているトレース量のＣｒ酸化物がある場合には、これに対して還元作用を発揮する。
【0069】
ビレットＢ１１の各端部に圧入した３つの要素体も、圧延時ジャケット端部が破損した場合には、領域Ｚにおいてコアおよびジャケットの酸化に対する予防策として補強的な保護を与える。従って、要素体は、プラグが融解した場合に、またジャケットの両端が万一圧延時に破損した場合に、ＣＯ変換体として二つの目的を果たすものである。
【0070】
鋼コアとジャケットとの間に比較的大きな初期間隙５０が残るため、粉末ＡｌまたはＮＨ４Ｃｌなどの添加剤が、コアＣがジャケットＪ１に挿入されている間に、コアＣの上部に散布されることになる。この概略は、図１０に符号１２０で示す。
【0071】
図１２に、ビレットＢ１１の変形例であり、３つの要素体Ｅｓ（またはＥｔ）、ＥｍおよびＥｔを設けたビレットＢ１２の一端を示す。真ん中の要素体ＥｍはＭｇからなり、そして外側の要素体ＥｔはここでもＴｉから構成することができる。ここでもビレットは炉内にある、既述の温度依存プラグ４６から排気できる。この実施例では、圧延前および圧延時にビレット内部に存在するＭｇ蒸気を利用する。
【0072】
まず、ＥｍがＭｇのみからなるものとして検討するのが便利である。添付図面に示す他のビレットのすべての場合と同様に、最初にＥｍ中のＭｇが融解するまで、ビレットＢ１２の端部を急速加熱する。本質的に、Ｍｇは融点に達すると発火し、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２およびＣＯのすべてを急速にスキャベンジし、ビレット内に真空を創りだす。この段階で、ビレット全体がＲＴａかＲＴｄに加熱される。Ｍｇは真空作用により８５０℃で気化する。Ｍｇ蒸気は温度が高くなるにつれ圧力が増し、正圧を発生する。
【0073】
既に説明した実施例と同様に、必要に応じて、ＲＴａかＲＴｄに近い温度で融解するように構成された銅−ニッケルのプラグ４６を設けることによって、炉内にある間にビレットを排気する。銅−ニッケル１０％は、Ｍｇの沸点よりも高い１，１４５℃で完全融解する。Ｍｇ蒸気によって与えられる正圧により炉ガスがビレットに侵入することがなくなり、また圧延処理のために炉から取り出された後は、空気の侵入もなくなる。
【0074】
あるいは、端部コンパートメントが初期圧延時に通気あるいは破断するように設計し、そしてＭｇ蒸気が逃げ出すように設計することが有利な場合もある。圧力下にあるため、ジャケットとコアが結合するまで空気の侵入はない。
【0075】
Ｍｇに対するＡｌの比については、合金が８５０℃〜１，２６０℃の範囲のどこかで気化するように選択できる。本質的に、本発明方法はＣｒ酸化物を還元するために、ＣＯではなく、Ｍｇ蒸気を利用するものである。
【0076】
実際には、対象ビレットのＲＴ未満の温度で蒸発するマグネシウムやマグネシウム合金などの金属から要素体を構成することは許容できない場合がある。理由は、領域Ｚに侵入する蒸気が最終製品の界面に許容できない含有物として残る場合があるからである。他方、ＲＴが、要素体が蒸発する温度より低いビレットに同じ要素体を使用することが許容できる場合もある。このような要素体を使用できるかどうかは、経験によって決定すればよい。
【0077】
本発明に関連して行った試験の途中で、驚くべきことに、図３に示されるように製造し、かつ従来から使用されてきた特定のプシャー型炉に送られたビレットの端部の場合、これら端部を予熱するために炉内に特殊な構成を利用しなくとも、中心部分の前に十分に加熱されること（本発明の目的のために）が見出された。この理由は完全には明らかになっていないが、いくつかのファクターのいずれか一つか、あるいは恐らくこれらの複合した２つ以上が関与していると考えられる。多くのプシャー型炉では、ビレットは炉床に載置され、最終的に最も高い温度で排出される。炉ガスは、ビレットの上面および２つの端面のみを加熱する。これは、ビレットの他の面が炉ガスに曝されないからである。ところが、ビレットの上面は、ヒートシンクとして作用する鋼の連続平坦体を与えるため、ビレット端部は、初期には比較的冷たいままになっているビレットの中心部分よりも急速に高温になる。さらに、ＴｉおよびＡｌ両者の熱伝導率、およびＭｇの熱伝導率は、鋼またはＳＳよりもはるかに高い。
【0078】
ガスが制御された仕方でビレットに流れるように圧延シーケンスを構成できる。例えば、インライン式圧延機を使用する場合、ロールに入り込むビレットの端部を封鎖することができ、また後端は圧延時排気されるように設計されている。Ｍｇ蒸気および他のガスはかなりの圧力がある場合には、排気口に向かって常に押し出され、これによってまだ端部コンパートメントに押し込まれていない少量の固体のＭｇ酸化物および／または窒化物を流す。この方法を用いると、ＢＰ未満に冷える前に、すべてのＭｇ蒸気を１，１００℃以上で確実に排出することができる。この状態が発生すると、酸化物および窒化物はビレットに固体の非金属含有物として残る場合もある。
【0079】
以下の説明では、あらゆる場合における要素体またはその一部の構成の説明を具体的に繰り返す必要はないと考え、このような要素体を単にＥで示すことにする。
【0080】
ビレットが以上示唆してきた特にアルミニウムおよびチタンなどの金属からなる要素体を含むにもかかわらず、端部を予め加熱した後、ビレット内部の条件により依然としてＣｒが一部酸化するが、これは、加熱前に空気がビレットからスキャベンジ、即ち排気されている事実にかかわらず生じる。
【0081】
図５に、この問題に対処するビレットＢ５の端部を示す。Ｂ５は、４つの要素体Ｅｕ、Ｅｓ、ＥａおよびＥｔの集合体からなる。後者の３つは既述の要素体と同じであり、またそれぞれ同じ機能を発揮する。プレート１４は省略することができ、あるいは排気口４２を形成したプレート４０を設けて、圧延時に要素体を所定位置に保持するために役立てることができる。Ｅｓとコアの端部１０との間に挟んだＥｕは、ＮＨ４Ｃｌまたは尿素からなるブリケットである。この集合体は、初期特許に記載されているように、ＮＨ４Ｃｌまたは尿素が低い温度で解離し、排気口４２を介してビレットから逃げ出る大容量のガスを生成する点で有効である。というのは、これが生じるのは、Ｅｓ、ＥａおよびＥｔが十分に多孔化するからである。これらのガスはビレットの領域Ｚ内の残留空気を排気する。ＮＨ４Ｃｌまたは尿素の解離は２００℃未満の温度で始まり、ＮＨ４Ｃｌまたは尿素が消費され、ビレットの端部からのガス流れが止まる６００℃未満の温度に達するまで続く。このため、ビレットＢ５内部の大気ガスを取り除くために排気処理する必要、即ちパージ処理する必要はない。Ｅｓ、ＥａおよびＥｔが多孔性であるため、端部が加熱されている状態では大気空気もビレットに吸引されるが、Ｅｓ、Ｅｔ、およびＥａの融解成分がビレット内に残留あるいは発生した酸素がある場合にはこれをスキャベンジするだけでなく、空気中の酸素および他のガスについても、これらがビレットの内部に侵入する前にスキャベンジする。
【0082】
別な要素体Ｅ３０を図１３に示す。この要素体は、炭素鋼と混合された、参照符号８０で概略を示す削りくずなどの適当なＦＤとしてのＴｉからなるか、あるいは参照符号８２で概略を示すワイヤや削りくずその他の適当なＦＤとしてのＴｉからなる。
【0083】
ビレットＢ１〜Ｂ４の場合、コア本体を受け取り、大気に対して封鎖されるジャケットＪが、コアとＳＳジャケットの界面部分が結合するまで、ビレット外部からの酸化性ガスが領域Ｚに侵入することを防止する手段になる。Ｂ５などのビレットの場合、この手段は、Ｅｓ、ＥａやＥｔなどの要素体をスキャベンジする集合体と要素体Ｅｕを併用することによって効果的に実現することができる。Ｅｕはより低い温度範囲において領域Ｚから酸化性ガスを取り去る活性を発現し、そしてスキャベンジ作用要素体はこれらガスの逃げ出しを可能にするだけでなく、より低い温度で十分なシール作用を発揮し、大気ガスや炉ガスが領域Ｚに侵入することを抑える。温度が高くなると、スキャベンジ作用要素体の活性がより強くなり、大気ガスや炉ガスが領域Ｚに侵入しやすくなるが、これらガスに酸素がある場合、侵入する前に、Ｅｓ、ＥａおよびＥｔによってスキャベンジされる。これら要素体は、界面部分が結合するまで、領域Ｚにおいて発生する酸化性ガスをもスキャベンジする作用を示す。
【0084】
なお、Ｂ４などのビレットに３つものスキャベンジ作用要素体を設けることは、必要ない場合がある。例えば、要素体Ｅｔは活性が十分高いため、真ん中のＥａは省略してもよい。Ｅｔについては融解しないため、バリヤ要素体Ｅｓは必要がない場合もある。
【0085】
各要素体の体厚は、例えば１０〜１５０ｍｍに設定すればよいが、これは例示であり、体厚は任意である。
【0086】
恐らく、スキャベンジ作用金属材料に関しては、要素体Ｅが、ビレットが加熱される前に領域Ｚに存在しないようにしておくことが必須であると考えられる。これら金属が有意な量で残存すると、コアとジャケットとの界面の結合に悪影響を与えやすく、圧延後このような残渣を含むビレットの部分を廃棄せざるを得なくなる場合が出てくる。従って、スキャベンジ作用要素体Ｅについては、最初はコアとジャケットとの界面から離れた位置にこれを設ける必要があると考えられる。この点に関して、ＦＤスキャベンジ作用金属体、特にＴｉ体をＦＤ鋼と混合し、そして有利にはビレット端部にブリケットの形で挿入すればよい。この場合には、ＦＤ鋼はスキャベンジ作用金属を所定の個所に保持するマトリックスとして作用するものと考えられる。
【0087】
ジャケットの中心部分Ｊ１に予め成形した管を使用する場合、コアをジャケットに挿入するためにコアをジャケットよりも小さく設定しなければならない。例えば、１５０ｍｍ×１５０ｍｍで、壁厚が７ｍｍのジャケットＪ１を備えた長さ１４ｍのビレットには、１２２ｍｍ×１２２ｍｍの正方形の鋼コアを挿入することが考えられる。この実施例では、室温において、コアとジャケットの間の隙間は１４ｍｍになると考えられ、この隙間が空気、即ち７８％の窒素および２１％の酸素の一部５０ｌを表わすことになる。
【0088】
分子グラム基準で：Ｍｇの１グラムが遊離空気の３２０ｃｃをスキャベンジし、
Ｔｉの１グラムが空気の２５０ｃｃをスキャベンジし、そして
Ａｌの１グラムが空気の４８０ｃｃをスキャベンジできると考えられる。
【0089】
従って、空気５０ｌを含むシール処理ビレットの場合には、部分真空を与えて１％のＡｒを残すためにはＡｌを１０４グラム用意するだけでよいと考えられる。同じサイズのビレットから５０ｌの空気をスキャベンジし、同じ部分真空を残すためには、同様に、１５６グラムのＭｇまたは２００グラムのＴｉが必要と考えられる。なお、開放端部をもつ同じサイズのビレットの場合には、５，０００ｌの内部空気および／または外部空気をスキャベンジして上記のようにビレット内部に５０ｌのＡｒを与える必要がある。即ち、５０，０００ｃｃ/０．０１＝５，０００，０００ｃｃ。
【0090】
以下の計算により説明を行うが、これはＢ４などのビレットを製造することを前提にしている。また、要素体Ｅａがアルミニウムからなることを前提にする。なお、このアルミニウムは産業上最も頻用されている金属である。Ａｌの密度は２．７ｇ/ｃｃである。ラフに計算して（重量基準で）１０．４ｋｇのＦＤアルミニウムが必要であり、換言すれば各端部に約５．２ｋｇ必要である。これは、ビレット全重量の２，０００ｋｇの０．５％を占める。固体アルミニウムの相対密度が７０％のアルミニウムブリケットそれぞれの重量は５．２ｋｇで、内部寸法が１３６ｍｍ×１３６ｍｍのジャケットの各端部に密嵌めするためにその長さは１７０ｍｍである。
【0091】
ビレット内部にＡｒを充填した場合、最終的に内外のガス圧平衡に達する。炉をＲＴまで加熱する際に生じるガスの膨張または収縮の結果、あるいは炉温度のバラツキの結果として圧力平衡がくずれた場合、この平衡くずれは自動的に調節されることになる。従って、各端部の要素体Ｅが、圧力平衡に対する自己調節機構になる。
【0092】
ＣｒよりもＦＥＯＦが低く、従ってＡｌ、ＭｇまたはＴｉの代わりに使用できる可能性がある他の金属もある。なお現状では、これら他の金属は使用できる可能性は低いが、無視はできない金属である。例示すると、ジルコニウム、リチウム、カルシウム、ケイ素、バナジウム、マンガンおよびウランである。
【0093】
さらに考えられる別な可能性を図１４に示す。ビレットＢ１４は、以上説明してきた実施例とほぼ同じ構成で一つかそれ以上の要素体を含む。なお、これら要素体については、ジャケット端部に直接設けないで、その代わりに軟鋼からなるカートリッジ６０内に予めパックしておく。本実施例では、以上説明してきた実施例と同一な３つの要素体Ｅｓ、Ｅａ、Ｅｔを例示する。管１２に密嵌めされるカートリッジは、長手方向に延長する管状外側体６２を有し、これの内外端部にそれぞれエンドプレート６４、６６を形成する。これらエンドプレートを外側体６２に溶接するか、あるいは一体化するため、プレートと外側体６２との間の継ぎ手部分がシールされることになる。コアＣの端部に対して設けられるエンドプレート６４に、中心開口６８を形成する。カートリッジをビレット端部に挿入した後、管１２に溶接されたプレート７０によってこのカートリッジを所定個所に固定する。プレート７０の機能がプレート１４の機能と同じであるため、必要に応じて、またカートリッジに挿入される一つ以上の要素体Ｅに応じて、プレート７０には開口を形成してもよく、あるいは所定温度で融解するプラグを形成してもよい。あるいは、図示しないが、開口を設けなくてもよい。以上は、既に説明した実施例と同様である。これら場合のうち最初の２つについては、エンドプレート６６に、プレート７０の開口７４に対して位置整合し、かつエンドプレート６４の開口６８と同様な開口７２（図１４ａに示す）を設ける。内側のエンドプレート６４は、まず第１に、一つ以上の要素体をカートリッジ内の所定個所に保持する作用をもつ。以上説明してきた構成のどれにおいても、一つ以上の要素体Ｅをカートリッジ内にパックでき、かつビレットとは別に搬送できることが本発明の一つの態様である。この結果として、ビレットを構成するために必要な機械の構成をより簡単化することができる。カートリッジに挿入する要素体Ｅのうち一つの要素体を以上説明してきたように、ＲＴ未満の温度で融解するスキャベンジ作用金属で構成した場合には、各エンドプレート６４、６６も融解金属を保持するバリヤとして作用する。金属量については、融解した時に、その上面が開口６８、７２、７４よりも低く位置するように選択することができる。このように選択すると、融解Ａｌまたはその他の金属がカートリッジからこぼれ出て、高温のビレットの取り扱い時にコアとジャケットとの間の隙間に侵入することがなくなる。
【0094】
固体鋼のコアからなるビレットとともに前記のように複数の要素体を使用することによって、ジャケットＪの端部を大気に対して封鎖する必要がなくなる場合がある。即ち、初期特許に記載されているように、端部のクリンプによってビレットを閉じるだけで十分である。このようにクリンプしたビレットＢ１５、Ｂ１６の端部を図１５および図１６に示す。これらビレットはいずれも既述の場合と同様に要素体Ｅを有する。ビレットＢ１５の場合、前記実施例と同様に、要素体をカートリッジ６０ａに挿入する。ビレットＢ１６の場合、カートリッジを使用せず、そしてクリンプする前に、要素体をビレットの端部に直接挿入する。この場合、クリンプする前にビレット端部内の炭素鋼プレート９０を挿入する必要がある場合もある。ジャケットを閉じるためにプレート９０を設けないため、これを所定個所に溶接することもない。また、プレート９０は、要素体Ｅがクリンプ時にパイプ１２に押しつぶされることを防止するために役立つ。
【0095】
図１５ａに、カートリッジ６０ｂの本体端部９８を受け取る周辺凹部９２を形成できるコアＣの端部９８を示す。この結果、圧延開始時にカートリッジ端部をコア端部に溶接することが容易になり、カートリッジがコアから脱離することを防止でき、またコアとカートリッジとの間の接合部でジャケットが破損する恐れをなくすことができる。
【0096】
前記いずれの実施例においても、ＳＳジャケットに溶接された炭素鋼パイプ端部１２を使用しないほうが好ましい場合もあり、代わりに、目的に応じて長く設定されたＳＳジャケットの端部に要素体Ｅを挿入する。このように構成されたビレットＢ１７を図１７に示す。図示のように、ＳＳジャケットＪはプレート１４ｄを超えてビレットの端部１１０まで延長している。図１８に、カートリッジ６０ｃをＳＳジャケットＪの端部に挿入したビレットＢ１８の一端を示す。ビレットＢ１５およびＢ１６の場合と同様に、ジャケットの端部を（図示のように）カートリッジ上にクリンプできるか、あるいはプレートによって封鎖することができる。
【0097】
ビレットＢ１７およびＢ１８の場合、ビレットの圧延後、端部が切断される結果、ＳＳジャケットＪの比較的大きな部分が無駄になる。これをある程度防ぐには、ビレットＢ１９またはＢ２０を設けるとよい（それぞれ図１９および図２０に示す）。いずれの場合にも、第１に、コアＣの端部をジャケットＪの端部に近接して設けるとともに、この端部にそれぞれ凹部９２と同様な周辺凹部９２ｄ、９２ｅを形成する。ここでも同様に、ＳＳジャケットの端部を炭素鋼管に溶接しない代わりに、それぞれカートリッジ６０ｄ、６０ｅを設ける。これらは、本体がそれぞれ凹部９２ｄ、９２ｅに受け取られ、かつジャケットＪに隅肉溶接される同じ内側端部９４ｄ、９４ｅを有する点で、カートリッジ６０ｂと同じである。なお、各カートリッジ６０ｄ、６０ｅの本体は、ジャケットＪの外側に設けられ、かつジャケットＪの端部とは接触しないように突出する。これらの実施例では、各カートリッジの外側端部は閉じられ、従ってビレットは炉ガスおよび外部大気に対して封鎖されている。
【0098】
ビレットＢ１９の場合、横断面の大きさがコアＣのそれとほぼ等しい円筒形パイプによってカートリッジの本体を形成する。パイプの端部を所定個所に溶接されたプレート６６ｄによって封鎖する。ビレットＢ２０の場合、カートリッジの本体はカップ形状である。この本体は、深絞り加工によって形成できる。従って、ウエルデッドオン（ｗｅｌｄｅｄ−ｏｎ）エンドプレートを設けなくてもよいことになる。正方形のパイプからなるジャケットの場合、ジャケットとコアと接触せずに突出するカートリッジ部分については、カートリッジが圧延機のガイドにそって進むように正方形パイプより小さく設定する必要がある。これらのガイドについては、（正方形の）ビレットの進行を正確に案内するように形状が設定され、かつより小さな成形体をガイドに送りこみ、かつロール間を進むように構成されている。
【0099】
図１９および図２０に示すようなタイプのカートリッジを使用すると、カートリッジの内端の部分８０ｄ、８０ｅが突出してビレットに入り込み、ジャケットの端部とコアの端部との間に挟まれるという作用効果が得られる。このため、カートリッジとビレットとの間の継ぎ手部分が冷えにくく、従って圧延プロセス時に亀裂しにくくなる。さらに、このタイプの継ぎ手部分の構造的強度は、圧延時にカートリッジ、コアおよびＳＳジャケット間に圧接が生じるに従って強くなるため、万一外側の溶接部が破損した場合に、継ぎ手部分が一種のバックアップ接続系として作用することになる。
【0100】
ビレットＢ１９、Ｂ２０のさらに別な実施例を図２１ａおよび図２１ｂに示す。図２１ａにおいて、コアおよびジャケットＪの端部からなり、かつ例えば長さを５０ｍｍに設定することができるビレット部分９６については、その横断面サイズ全体がコアの元の横断面サイズよりも小さくなるように、あるいは最大でもこのサイズに等しくなるようにスエージ加工する。このスエージ加工には、可撓性の油圧ホースの端部に取り付ける金属取り付け具をスエージ加工するためによく使用されているタイプのスエージ加工機を利用できる。このような加工機は、例えば、４個または８個の同心円動作の開閉ジョーを備えている。カートリッジ６０ｆの内端８０ｆが、ジャケットおよびコアのスエージ加工部分９６の外側に滑り嵌めする。元のジャケットと同じ外側寸法をもち、かつ図１９に示すようなウェルデッドオンプレートまたは図２０に示すようなカップ状プレートによって封鎖することができるカートリッジ６０ｆをジャケットに隅肉溶接する。この設計のカートリッジを使用すると、カートリッジに入り込むジャケット端部の部分を圧延時の過剰な熱損失から保護するためにも役立つ。
【0101】
図２１ｂについて説明すると、カートリッジ６０ｇの横断面サイズをカートリッジ６０ｆよりも大きく設定すること以外は、前記と同じである。カートリッジ６０ｆは、スエージ加工していない、ビレットＢ２１ｂの端部部分に嵌合するスカート部を有する。
【0102】
いずれの場合も、カートリッジは、圧延時の冷却が過剰であってもＳＳよりも亀裂しにくい炭素鋼で構成できる。
【0103】
以上説明し、かつ添付図面に図示したビレットのコアおよびジャケットは、正方形の横断面形状についての代表例であるが、本質的なものではない。理由は、横断面寸法に関して必要な縦方向直線度および一様度をもつ正方形のコアを形成することが最も現実的と考えられるからである。なお、（円形や長方形を始めとする）他の横断面形状のビレットも使用できることは言うまでもない。
【0104】
図２２に、ＳＳ管１１２を挿入する円形の挿入路１１１を有する中空鋼ブロック体１１０からなるビレットＢ２２を示す。管の端部１１３はブロック体とは接触せずに突出している。以上説明してきた実施例と同様に構成した環状要素体Ｅの集合体を各端部１１３上に取り付け、かつ同様に環状であり、そしてブロック体の端部面に溶接した封鎖鋼ケーシング１１４に受け取る。これら要素体は、挿入路１１１内において管とブロック体との界面において領域Ｚの酸化を防止するものである。このビレットＢ２２は、図２５に示す内部をＳＳでクラッド化した継ぎ目なし鋼パイプ１１５を公知の穿孔圧延法によって製造するために好適なものである。このパイプの鋼本体およびクラッド部分は、それぞれ参照符号１１０´および１１２´で示す。
【0105】
図２３に、鋼ブロック体１１０ａをＳＳ管１１２ａに受け取った点を除けばＢ２２と同様なビレットＢ２３を示す。ここでも同様に、Ｂ２３は、図２６に示す外部をＳＳクラッド化した継ぎ目なし鋼パイプ１１５ａを製造するために好適である。このパイプの鋼本体およびクラッド部分は、それぞれ参照符号１１０´´および１１２´´で示す。
【0106】
図２４に、上面１１８にＳＳプレート１１９を使用した長方形鋼スラブ１１６からなるビレットＢ２４を示す。このプレートは予め成形したもので、その４つの縁部それぞれを上面１１８に対して９０°下向きに折り畳んでフランジを形成する。これらフランジのうち２つをビレットの正面端部および背面端部に設ける。参照符号は１２０である。残りの２つのフランジ（図に現れていない）は、プレートの側縁部に溶接する。プレート１１９を所定位置に設けた後、参照符号１２１で示すように、図に現れている２つのフランジを内側に再び折り畳み、これらフランジの自由縁部を、正面縁部および背面縁部においてプレートの下面１２２に溶接する。図に現れているこれらフランジ１２０が、以上説明してきたいずれかの実施例と同様に構成された要素体Ｅの集合体を取り囲む。好適には、ビレットＢ２４は、加熱処理し、かつ圧延処理して一面をＳＳでクラッド化した、図２７に示す鋼プレート１２３に形成したほうがよい。このプレートの鋼本体およびクラッド部分は、それぞれ参照符号１１８´および１１９´で示す。
【0107】
図２９に、管状で、かつＳＳクラッド化管１２４に接合した鋼本体１２２からなる正方形の、外部をＳＳクラッド化したパイプ１２０としての製品を示す。このパイプ１２０は、ビレットＢ２３と本質的に同じように構成したビレットから製造できる。なお、構成成分すべての寸法差および形状差については適正なアローワンスを取ってある。
【0108】
図２９に図示したものは、内側クラッド化管１２２に接合した鋼本体１２４からなる内部をＳＳクラッド化したパイプ１２０と等価とみなすことができる。このパイプ１２０は、ビレットＢ２２と本質的に同じように構成したビレットから製造できる。なお、構成成分すべての寸法差および形状差については適正なアローワンスを取ってある。
【0109】
最初の実験で、それぞれ外側寸法が１００ｍｍ×１００ｍｍで、長さが２ｍの炭素鋼の正方形コアバーからなる４つのビレットを製造した。コアバー毎に２つのクラッド化プレートを用意した。これらビレットのうち２つについては、プレートをプレート厚が６ｍｍのＵＮＳ Ｓ３２１０１二相ＳＳとし、残りの２つのビレットについては、プレートをプレート厚みが同じく６ｍｍのＵＮＳ Ｓ３２３０４二相ＳＳとした。各プレートを、基部と、コアバーの半分を密接して覆う２つの直立フランジをもつＵ字形に予め成形してコアバーの両側に設けて、コアバーの両面の中心線にそって延長するプレートの当接縁部間に溶接隙間を形成した。溶接をコアバーに侵入させることなく当接縁部にそってプレートを溶接して、コアバー周囲にＳＳケーシングを形成した。
【0110】
長さ１７０ｍｍのカートリッジを用意した。これらは、Ｔｉ削りくず、Ａｌ削りくずおよび炭素鋼削りくずからなる、長さがほぼ３５ｍｍの圧密体からそれぞれなる３つの要素体をもっていた。これら３つの要素体を、ビレットＢ１９の場合に例示されているように、プレート厚が８ｍｍの炭素鋼プレートから製造した炭素鋼ケーシングにプレスした。同様にビレットＢ１９の場合に例示したように、ビレットの各端部においてこのような一つのカートリッジをクラッド化プレートに溶接した。このようにして、各ビレットを大気に対して封鎖した。
【0111】
各ビレットの端部をほぼ８００℃に予め加熱し、ビレットの中心部分を周囲温度に曝した。この後、ビレット全体を１，２００℃に圧延機炉内で加熱した。
【0112】
次に、ダイヤモンド形正方形の圧延パス構成を備えた、従来利用されている圧延機で最初に６パスのビレット荒引き圧延を行った。この荒引き圧延で、ビレットは７０ｍｍ×７０ｍｍの大きさまで縮小し、一部圧延された製品を切断検査した。すべてのビレットを通して、ビレット端部から５０ｍｍ以上離れた距離でコアバーとの界面においてＳＳケーシングに有意な酸化の兆候はなかった。さらに、界面においてコアバーとケーシングとが完全に結合していた。ＳＳケーシングのコアバーからロール隙間への剥離（ｄｅ-ｂｏｎｄｉｎｇ）を原因とするひれ付き現象（ｆｉｎｎｉｎｇ）も認められなかった。商業的生産の場合、エンドピースの残渣を含むビレットの端部は、経験によって結合が完全であるとわかった時点で直ちに切り落とされることになっている。本発明では、従って、実際上６回目のパス後にこれら端部を安全に切り落とすことができると結論した。
【0113】
さらに実験を行い、大きさが８４ｍｍ×８４ｍｍで長さが２ｍの市販製品である２つの炭素鋼コアバーからさびを落とした。これらコアバーを、同様に市販製品である外側サイズが１００ｍｍ×１００ｍｍで壁厚が６ｍｍのＡＳＴＭ Ａ３０４等級ＳＳからなる正方形管に挿入した。初期には、コアバーと正方形管との間に４ｍｍの公称クリアランス隙間があった。コアバーの挿入後、正方形管はＳＳの弾性限界を超えて延伸し、結果的に管の延伸率が１２％になった。この過程で、正方形管は、管の丸い角部が歪み、コアバーの異なる曲率半径に対応できる点まで管が収縮し、コアバー上に密嵌めされた。正方形管はコアバーよりも長くなり、コアバーによって拘束されない突出端部では９１ｍｍ×９１ｍｍの大きさまで収縮した。
【0114】
延伸後、長さが７０ｍｍの管状炭素鋼エンドピースを、同じＩｎｅｒｔｆｉｌ３０９（ＴＭ）溶接ワイヤを使用してＳＳケーシングの端部に溶接した。長さ３５ｍｍでＴｉ削りくずの圧密体からなる独立した一つの要素体を各エンドピースにプレスしてから、封鎖用プレートをエンドピースに挿入し、ビレットＢ１の場合に例示したようにこれに溶接した。
【0115】
最初の４つのビレットの場合と同じ方法でビレットを圧延し、同じ結果を得た。
【産業上の利用可能性】
【0116】
つまり、本発明の方法の場合、フェライト系二相またはオーステナイト系ＳＳ、あるいはニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金または銅−ニッケル合金のクラッド材からなる製品を製造できる。これら新しい製品は、誘導加熱を利用した圧延機を始めとする現在の圧延機に対処できる。また、新しいクラッド化技術は、ビレットを製造し、圧延するために必要な専用プラントのコストを含む資本コストを低減できる。総合的にみれば、本発明の新規なプロセスは国際展開が容易なプロセスである。
【符号の説明】
【0117】
Ｂ１〜Ｂ２３：ビレットＣ、１１０、１１０ａ、１２２、６２：コア/固体鋼体/鋼ブロック体/鋼本体
Ｚ：領域
Ｅａ、Ｅｔ、Ｅｍ：要素体
６０〜６０ｇ：カートリッジ