特許 7434687 ＦｅＣｒＡｌ合金チューブを伸展させるための方法

(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】

(24)【登録日】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-21

(54)【発明の名称】ＦｅＣｒＡｌ合金チューブを伸展させるための方法

(51)【国際特許分類】

   B21C 1/00 20060101AFI20240214BHJP

   C22C 38/18 20060101ALI20240214BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20240214BHJP

   B21C 9/00 20060101ALI20240214BHJP

   B21B 19/10 20060101ALI20240214BHJP

   C21D 8/10 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

B21C1/00 M

C22C38/18

C22C38/00 302Z

B21C9/00 A

B21B19/10

C21D8/10 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020535548

(86)(22)【出願日】2018-12-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-03-11

(86)【国際出願番号】 EP2018086767

(87)【国際公開番号】W WO2019129747

(87)【国際公開日】2019-07-04

【審査請求日】2021-10-21

(31)【優先権主張番号】17210696.5

(32)【優先日】2017-12-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】591098101

【氏名又は名称】カンタール・アクチボラグ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ラーヴェ， フェルナンド

(72)【発明者】

【氏名】ウィックマン， クリスター

(72)【発明者】

【氏名】フロベーゼ， トーマス

【審査官】池田 安希子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２２８００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０７８４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０９９８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】英国特許出願公告第０１０３５０１３（ＧＢ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１６３７７８９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０６－２２６３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０７６７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６３１９３６９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２００７－５２４００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】Yukinori Yamamoto，ORNL/TM-2015/478 Development and Quality Assessments of Commercial Heat Production of ATF FeCrAl Tubes，米国，2015年09月04日，P.1-40，https://info.ornl.gov/sites/publications/files/Pub58715.pdf

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｃ １／００ － １９／００

Ｃ２２Ｃ ３８／１８

Ｃ２２Ｃ ３８／００

Ｂ２１Ｂ １７／００ － ２５／０６

Ｃ２１Ｄ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フェライトＦｅＣｒＡｌ合金を含むチューブ（２）を提供する工程、
チューブ（２）を加熱する工程（１０９）、及び
加熱されたチューブ（２）を伸張（１０８）により伸展及び形成する工程
を含むチューブ（２）の伸展（１０７）のための方法であって、
伸展及び形成中のチューブ（２）が１００℃から１４００℃の範囲の温度を有するように、チューブ（２）が加熱され、
チューブ（２）のフェライトＦｅＣｒＡｌ合金が、ｗｔ％で：
Ｃｒ ９～２５；
Ａｌ ３～７；
残部のＦｅ；及び通常生じる不純物
を含み、
チューブ（２）を通って流れる電流によりチューブ（２）を加熱するために、伸展及び形成の間に電圧がチューブ（２）に印加される、方法。

【請求項2】

加熱されたチューブ（２）が、チューブ（２）の長手方向（７）に不可逆的に伸張される（１０９）、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

伸展及び形成の工程の間に、チューブ（２）の第１の端部（４）及び／又は第２の端部（６）が、設定された力で引っ張られる、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

以下の順で：
フェライトＦｅＣｒＡｌ合金を含む中空を提供する工程（１００）、
中空をチューブ（２）に冷間加工する工程（１０５）、
チューブ（２）を焼鈍する工程（１０６）、及び
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法を使用して、チューブ（２）を伸展する工程（１０７）
を含むチューブ（２）を製造するための方法。

【請求項5】

冷間加工（１０５）中の中空が、９０℃から６００℃の範囲の温度を有する、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

冷間加工（１０５）が、ピルガー又は引抜又は伸張である、請求項４又は５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、フェライトＦｅＣｒＡｌ合金を含むチューブを伸展させるための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属又は金属合金のチューブの冷間加工は、金属又は金属合金のひずみ硬化につながる。冷間加工プロセス後の延性を向上させるために、チューブは典型的には焼鈍される。この焼鈍は材料の延性を向上するが、特に長手方向におけるチューブの形状の変形につながり得る。依然として高品質の製品を得るために、チューブは、焼鈍後に、真っ直ぐなチューブを得るために伸展されることが多い。さらに、チューブが冷間加工されなかった場合又は冷間加工後の冷間加工チューブが焼鈍されなかった場合でさえも、チューブの伸展が必要な場合がある。

【0003】

ＦｅＣｒＡｌ合金はおよそ１４００℃まで耐熱性を提供するが、同時に、非常に優れた形状安定性並びに耐食性を提供する。

【0004】

粉末冶金分散硬化フェライトＦｅＣｒＡｌ合金のチューブが市販されているが、ＦｅＣｒＡｌ合金でできた中空はチューブに形成することが困難であった。このことは、粉末冶金製造は押し出されたチューブの寸法に関して制約を有するため、特に問題である。

【0005】

一般のＦｅＣｒＡｌ合金の延性が低いため、これらの問題の一つの原因は冷間加工プロセスに関する。よって、ＦｅＣｒＡｌ合金のチューブが冷間加工によって得られる場合でさえ、得られたチューブは伸展することができない。このことは、得られたチューブが焼鈍される場合に焼鈍プロセスがチューブの縦軸に沿ってチューブの変形をもたらすため、さらにより問題である。

【0006】

したがって、フェライトＦｅＣｒＡｌ合金を含むチューブが冷間加工により製造されるとき、チューブを伸展させるための方法が必要である。

【発明の概要】

【0007】

本開示によれば、チューブを伸展させるための方法であって、ＦｅＣｒＡｌ合金を含むチューブを提供する工程、チューブを加熱する工程、及び加熱されたチューブを伸張により伸展及び形成する工程を含む、方法が提供される。ＦｅＣｒＡｌは、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）及びアルミニウム（Ａｌ）を常に含む合金である。アルミニウムの含有量は、２重量％である。

【0008】

驚くべきことに、ＦｅＣｒＡｌ含有チューブが伸張中に加熱される場合、すなわち加熱チューブが伸張される場合に、フェライトＦｅＣｒＡｌ合金を含むチューブの効率的な伸展が達成されることがわかった。

【0009】

本開示の実施態様では、伸張は、伸展形成プロセスである。

【0010】

本開示のさらなる実施態様では、加熱チューブはチューブの長手方向に不可逆的に伸張される。「不可逆的に伸張する」という用語は、伸張が少なくとも完全には弾性ではない、すなわち、伸張後にチューブが伸張前に有していた形状及び／又は長さに戻らないことを意味する。

【0011】

本開示の実施態様では、伸展及び形成の工程の間に、チューブは、チューブの第１の端部及び／又は第２の端部に取り付けられ、ここでチューブの少なくとも第１の端部及び／又は第２の端部は、設定された力で引っ張られる。設定された力は、規定力としても表され得る。実施態様では、設定された力は、設定された期間にわたって一定に保たれる。実施態様では、設定された力は、設定された期間にわたって変化する。

【0012】

一実施態様では、チューブはチューブの両端部で引っ張られる場合があるが、別の実施態様によれば、チューブは伸展及び形成の工程中に一方の端部でのみ引っ張られる。

【0013】

一実施態様によれば、チューブの加熱は、チューブが上昇した温度、すなわち室温を超える温度で伸張されるように、伸張の前に行われることになる。別の実施態様によれば、チューブは、伸張中に少なくとも同時に又は同時に加熱される。別の実施態様によれば、チューブは、伸張前及び伸張中の両方で加熱される。別の実施態様では、チューブの加熱は、伸張前、伸張中及び伸張後に行われる。

【0014】

チューブを加熱するために、適用され得る代替的な技術が存在する。本開示の実施態様では、チューブは炉内で加熱される。別の実施態様では、加熱は誘導により行われる。

【0015】

本開示によるさらに別の実施態様では、チューブを加熱するために、伸張中に電流がチューブに印加される。電流はチューブを通る。本発明の実施態様では、チューブに電流を印加するために、チューブの第１の端部及びチューブの第２の端部は、電源に電気的に接続される。

【0016】

実施態様では、伸張中のチューブが、約１００℃から約１４００℃、例えば１００から１２００℃、例えば１００から１１５０℃、例えば１００から１１００℃、例えば１００から１０００℃、例えば１００から５００℃、例えば１００から２００℃の温度範囲を有するように、チューブは加熱される。

【0017】

伸張はチューブが上昇した温度を有する間に行われるが、チューブの伸張はそれでも冷間加工プロセスと見なされる。本開示では、加工プロセスは、加工される合金の再結晶温度未満で行われる限り、冷間加工プロセスを意味する。本開示の意味での冷間加工は、冷間ピルガー又は冷間引抜又は冷間伸張を含む。

【0018】

「約」という用語によって本開示で明記される任意の値は、所与の値の＋／－１０％によって定義されると考えられる。

【0019】

本開示の一実施態様によれば、フェライトＦｅＣｒＡｌ合金は、重量％（ｗｔ％）で以下を含む：
Ｃｒ ９～２５；
Ａｌ ３～７；
残部のＦｅ及び不可避の不純物。

【0020】

本開示の実施態様では、チューブのフェライトＦｅＣｒＡｌ合金は、ｗｔ％で以下を含む：Ｃｒ ９～２５；Ａｌ ３～７；Ｍｏ ０～５；Ｃ ０～０．０８；Ｓｉ ０～３．０；Ｍｎ ０～０．５；残部のＦｅ；及び通常生じる不純物。

【0021】

他の実施態様では、ＦｅＣｒＡｌ合金は以下の元素も含み得る：
Ｙ ０．０５～０．６０；Ｚｒ ０．０１～０．３０；Ｈｆ ０．０５～０．５０；Ｔａ ０．０５～０．５０；Ｔｉ ０～０．１０；Ｃ ０．０１～０．０５；Ｎ ０．０１～０．０６；Ｏ ０．０２～０．１０；Ｓｉ ０．１０～３．０；Ｍｎ ０．０５～０．５０；Ｐ ０～０．０３；及びＳ ０～０．０３。

【0022】

本開示のさらに別の実施態様では、フェライトＦｅＣｒＡｌ合金は、ｗｔ％で以下をさらに含み得る：Ｃ ０．０１～０．０５；Ｎ ０．０１～０．０６；Ｏ ０．０２～０．１０；Ｍｎ ０．０５～０．５０；Ｐ ０～０．８０；Ｓ ０～０．００５；残部のＦｅ；及び通常生じる不純物。本開示のさらなる実施態様では、Ｍｏの含有量は０ｗｔ％より高い。

【0023】

本開示のさらに別の実施態様では、フェライトＦｅＣｒＡｌ合金は、ｗｔ％で以下を含む：Ｃｒ ９～２５；Ａｌ ３～７；Ｍｏ ０～５；Ｙ ０．０５～０．６０；Ｚｒ ０．０１～０．３０；Ｈｆ ０．０５～０．５０；Ｔａ ０．０５～０．５０；Ｔｉ ０～０．１０；Ｃ ０．０１～０．０５；Ｎ ０．０１～０．０６；Ｏ ０．０２～０．１０；Ｓｉ ０．１０～３．０；Ｍｎ ０．０５～０．５０；Ｐ ０～０．８０；Ｓ ０～０．００５；残部のＦｅ；及び通常生じる不純物。本開示のさらなる実施態様では、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐ、及びＳの含有量は、このフェライトＦｅＣｒＡｌ合金中０ｗｔ％より大きい。

【0024】

本開示のさらなる実施態様では、Ｍｏ、Ｃ、Ｓｉ、及びＭｎの含有量は、０ｗｔ％より大きい。

【0025】

ここでいう「不純物」とは、鉱石及びスクラップなどの原材料や、製造工程上の諸要因により、工業生産の際にＦｅＣｒＡｌ合金を汚染する物質を意味しており、前述又は後述で規定されたフェライトＦｅＣｒＡｌ合金に悪影響を及ぼさない範囲内で汚染が許容されている。

【0026】

上記の実施態様では、ＦｅＣｒＡｌ合金の組成物は、追加の元素又は物質を、これらの元素又は物質が本開示で概説されるようなＦｅＣｒＡｌ合金の特性を変化させない濃度で、さらに含み得る。この場合、「残部のＦｅ」という用語は、実施態様による必須の元素及び任意の元素若しくは物質に加えて、１００％までの残部を意味する。

【0027】

上記の仕様のいずれかに該当する合金は、非常に優れた耐熱性、形状安定性、及び耐食性を特徴とする。

【0028】

フェライトＦｅＣｒＡｌ合金を含むチューブの用途に限定されない例は、セラミックの焼成用の高温炉、焼鈍炉、及び電子産業用の炉である。

【0029】

本開示の別の態様によれば、フェライトＦｅＣｒＡｌ合金を含むチューブを製造するための方法であって、以下の順で：フェライトＦｅＣｒＡｌ合金を含む中空を提供する工程、中空をチューブに冷間加工する工程、チューブを焼鈍する工程、及び上記又は下記のチューブを伸展させるための方法を使用してチューブを伸展させる工程を含む、方法が提供される。

【0030】

フェライトＦｅＣｒＡｌ合金の再結晶化温度未満での中空のチューブへの冷間加工は、チューブの材料のひずみ硬化をもたらす。チューブの材料の延性を再度向上させるために、チューブはその伸展前に焼鈍される。本開示の実施態様では、チューブは、約７００℃から約１１５０℃の範囲の温度で焼鈍される。

【0031】

フェライトＦｅＣｒＡｌ合金のチューブ状の中空は、ＦｅＣｒＡＬ合金の延性の低さのために、室温でのピルガー又は引抜を使用して、チューブ、特に寸法の小さなチューブに冷間加工することが非常に困難である。先行技術で実施された試みは、中空の破壊をもたらした。驚くべきことに、フェライトＦｅＣｒＡｌ合金を含む中空は、冷間加工機器への供給直前又は供給中の中空が、約９０℃から約６００℃、例えば約９０から４００℃、例えば約９０から１５０℃の温度範囲に加熱されるとき、冷間形成又は冷間加工又は冷間強化として知られる技術を使用して、チューブに加工することができることがわかった。換言すれば、冷間加工機器との係合時又は係合中の中空は、上記の範囲の温度である。驚くべきことに、この温度範囲のＦｅＣｒＡｌ合金を有することにより、冷間加工プロセス中の中空の破壊は回避されることになるが、冷間加工に典型的に使用される従来の潤滑剤を使用するために、まだ十分に低温であることが示された。

【0032】

実施態様では、チューブは、管は、核燃料棒用の被覆管であってもよい。

【0033】

上記又は下記の本方法は、限定されないが、２６ｍｍ未満の外径及び／又は６．７ｍｍの内径を有する、ＦｅＣｒＡｌ合金を含むチューブを製造するために使用され得る。しかしながら、より大きな内寸及び外寸を有するチューブも、本方法で製造され得る。

【0034】

本開示のさらなる利点、特徴及び適用が、以下の実施態様の説明及び対応する添付図面から明らかになる。前述の記載は、以下の実施形態の詳細な説明と同様、付属の図面と関連付けて読むことによってより良く理解されるであろう。説明される実施形態は、示されるとおりの正確な配置や道具に限定されるものではないことが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本開示によるチューブを製造するための方法の概略的なフローチャートである。

【図2】チューブの伸展及び形成のためのチューブを伸張するためのチューブを備えた装置の概略的な側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図１は、本開示の実施によるチューブを製造するための方法を例示的に記載するフローチャートである。第１の工程１００では、ＦｅＣｒＡｌ合金の中空が提供される。

【0037】

図１のフローチャートに図示される例では、工程１０１中の工程１００で提供される中空は、内面のみがガラスブラストされている。内面をガラスブラストすることにより、内面のあらゆる腐食は除去され、完成したチューブの特性が向上する。驚くべきことに、中空の外面のブラストは、完成したチューブの特性をさらに向上させない。

【0038】

ブラスト後、工程１０２の中空は、水ベースのポリマー懸濁液に浸される。中空をポリマー懸濁液に浸すことにより、ポリマー懸濁液は中空をコーティングする。工程１０３で暖気中で中空を乾燥させた後、ポリマー懸濁液に含有されるポリマーは、フィルムとして中空全体をコーティングし、チューブへの冷間加工中に中空の潤滑剤として機能する。

【0039】

コーティングが乾燥した後、中空をチューブに冷間加工するために、コーティングされた中空は引抜ベンチに供給される。工程１０４の中空は１２５℃の温度に加熱され、ここで温度は、チューブが引抜ダイ及びマンドレルによって規定された形成ゾーンに入る直前に測定される。最後に、中空は、工程１０５で、引抜ダイ及びマンドレルにより規定される間隙を通じて引き抜かれる。中空のチューブへの引抜と同時に、潤滑剤が中空の外面に適用される。

【0040】

冷間加工プロセス、すなわち引抜ダイ及びマンドレルにより規定される間隙を通じた中空の引抜は、チューブの寸法を低減及び規定するだけでなく、ＦｅＣｒＡｌ合金の再結晶化温度未満での冷間加工はチューブの材料のひずみ硬化をもたらす。材料の延性を向上させるために、工程１０６のチューブは約７００℃から約１１５０℃の範囲の温度で焼鈍され、ここで正確な温度はＦｅＣｒＡｌ合金の微小構造に依拠することになる。

【0041】

焼鈍及び室温近くの温度への冷却後、チューブはもはや、チューブの長手方向において真っ直ぐではない。焼鈍後にチューブを伸展及び形成するために、チューブは、図２に概略的に図示されるように、伸張機器に挿入される。工程１０７では、チューブは、その後、図１に概略的に図示されるように、同時に加熱及び伸張される。伸張は参照番号１０８で表され、ここで加熱は参照番号１０９で表される。重要なことは、チューブが伸張中に加熱状態にあるように、伸張１０８が開始できる前にチューブが１００℃から１４００℃の温度範囲に達していなければならないことである。この特定の実施において、加熱は伸張中に行われる。しかしながら、概して、チューブを上昇した温度で伸張することで十分である。よって、本開示の実施では、チューブは伸張前にのみ加熱される。

【0042】

加熱と伸張を同時に可能にするために、チューブ２を伸張するための装置１は、チューブ２の第１の端部４で第１のクランプ手段３を有する。この第１のクランプ機構３は、装置１のベースプレートに対して固定位置にある。第２のクランプ手段５は、チューブ２の第２の端部６で提供される。固定されたクランプ手段３とは対照的に、第２のクランプ手段５は、チューブ２の長手方向７において移動可能であり、ここで固定されたクランプ手段３と第２のクランプ手段５との間の距離は拡大される。第２のクランプ手段５を引っ張る間に設定された力を加えることにより、チューブ２は伸張される。

【0043】

チューブ２を所与の範囲の設定された温度に加熱し、その後実際の伸張中に保持するために、電流がチューブ２を通って流れるようにチューブ２の第１の端部４及び第２の端部６は、チューブ全体に電圧を加える電圧源８に接続され、ここでチューブ２内の抵抗はチューブ２の加熱をもたらす。

【0044】

元の開示の目的で、たとえ本明細書、図面及び特許請求の範囲が特定のさらなる特徴に関してのみ説明されており、それら自体で又は本明細書に開示される他の特徴若しくは特徴のグループとの任意の組み合わせのいずれかで組み合わせることができても、そのような組み合わせが明示的に除外されないか、又は技術的事実がそのような組み合わせを除外するか若しくはそれらを無益にする限り、すべての特徴は、本明細書、図面及び特許請求の範囲から当業者に明らかになることに留意されたい。特徴の起こり得るそれぞれの組み合わせの広範囲にわたる明確な説明は、短くて読みやすい説明を提供するために省略されている。

【0045】

本開示は図面及び上記の説明で詳細に示されているが、この説明は例にすぎず、特許請求の範囲によって定義される保護の範囲を制限するとは見なされない。本開示は、開示された実施態様に制限されない。

【0046】

開示された実施態様への修正は、図面、明細書及び添付の特許請求の範囲から、当業者には明らかである。特許請求の範囲の中で、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素又は工程を除外するものではなく、不定冠詞「ａ」は、複数を除外するものではない。いくつかの特徴が異なる特許請求の範囲において特許請求されたという単なる事実は、それらの組み合わせを除外するものではない。請求項における参照番号は、保護の範囲を制限するものとは考えられない。

【0047】

参照番号

【図1】

【図2】