(57)【要約】  長手軸（Ｃ）に沿って延びる、高温鉄−クロム−アルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金管（１）であって、この管は高温ＦｅＣｒＡｌ合金の連続的なストリップ（３）から形成されており、かつらせん状溶接継ぎ目（２）を有する。高温ＦｅＣｒＡｌ合金管は、高温ＦｅＣｒＡｌ合金の連続的なストリップを、管成形部（４）へと供給し、ストリップの長端部（６，７）が相互に当接するようにストリップをらせん状に巻き、管の長手軸に対して平行な方向に前方へ動く回転管（１）を形成し、管が形成されたら直ちに、当接している長端部を溶接法で互いに連続的に接合することによって作製され、これによってらせん状溶接継ぎ目を有する溶接管が得られる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手軸（Ｃ）に沿って延びる、高温鉄−クロム−アルミニウム合金管（１）であって、
鉄−クロム−アルミニウム合金の連続的なストリップ（３）から形成されており、かつらせん状溶接継ぎ目（２）を有する、管（１）。
【請求項２】
長手軸（Ｃ）に沿ってほぼ一定の内径（ｄ）、又は一定の内径（ｄ）を有する、請求項１に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項３】
管（１）の内径（ｄ）の０．５〜７．５％の肉厚（ｔ）を有する、請求項１又は２に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項４】
管（１）の内径（ｄ）の０．５〜４．５％の肉厚（ｔ）を有する、請求項３に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項５】
らせん状溶接継ぎ目（２）が、管（１）の長手軸（Ｃ）に対して１〜８９°のらせん角（α）で延びる、請求項１から４のいずれか１項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項６】
らせん状溶接継ぎ目（２）が、管（１）の長手軸（Ｃ）に対して４０〜７０°のらせん角（α）で延びる、請求項５に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項７】
高温鉄−クロム−アルミニウム合金が、
５〜２５重量％のＣｒ、
２．５〜８重量％のＡｌ、
０〜５重量％のＭｏ、
を含み、残部はＦｅ、及び通常存在する不純物、並びに任意選択的に、意図的に添加されたその他の合金元素である、請求項１から６のいずれか１項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項８】
高温鉄−クロム−アルミニウム合金が、
９〜２５重量％のＣｒ、
２．５〜８重量％のＡｌ、
０〜５重量％のＭｏ、
を含み、残部はＦｅ、及び通常存在する不純物、並びに任意選択的に、意図的に添加されたその他の合金元素である、請求項１から７のいずれか１項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項９】
高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のＣｒ含有量が、１１〜１７重量％である、請求項１から８のいずれか１項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項１０】
鉄−クロム−アルミニウム合金中のＣｒ含有量が、５〜１５重量％である、請求項１から８のいずれか１項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項１１】
鉄−クロム−アルミニウム合金中のＣｒ含有量が、２０．５〜２５重量％である、請求項１から８のいずれか１項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項１２】
高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のＡｌ含有量が、３超〜７重量％である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項１３】
高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のＡｌ含有量が、４〜６重量％である、請求項１２に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項１４】
高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のＡｌ含有量が、５〜７重量％である、請求項１２に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項１５】
高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のＭｏ含有量が、１〜４重量％である、請求項１から１４のいずれか１項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項１６】
高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のＳｉ含有量が、０．１〜３重量％、例えば０．５〜３重量％、例えば０．１０〜０．７０重量％である、請求項１から１０、１２及び１３のいずれか一項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項１７】
高温鉄−クロム−アルミニウム合金が、以下のものから選択される一又は複数の元素：
０．０５〜０．６０重量％のＹ、
０．０１〜０．４０重量％のＺｒ、
０．０５〜０．５０重量％のＨｆ、
０．０５〜０．５０重量％のＴａ、
０〜０．１０重量％のＴｉ、
０．０１〜０．０５重量％のＣ、
０．０１〜０．０６重量％のＮ、
０．０２〜０．１０重量％のＯ、
０．０５〜０．５０重量％のＭｎ、
０〜０．０８重量％のＰ、
０〜０．００５重量％のＳ
を含む、請求項１から１６のいずれか１項に記載の鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項１８】
鉄−クロム−アルミニウム合金が、以下のものから選択される一又は複数の元素：
０．０１〜０．１重量％のＣ、
０．００１〜０．１重量％のＮ、
０．０２〜０．１０重量％のＯ、
０〜０．０１重量％のＢ、
０〜０．５重量％のＭｎ、
０〜２．２重量％のＹ、
０〜０．２重量％のＳｃ＋Ｃｅ＋Ｌａ、
０〜１．７重量％のＴｉ、
０〜０．４重量％のＺｒ、
０〜０．４重量％のＮｂ、
０〜０．１重量％のＶ、
０〜０．３重量％のＨｆ＋Ｔａ＋Ｔｈ
を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の鉄−クロム−アルミニウム合金管。
【請求項１９】
長手軸（Ｃ）に沿って延びる一定の、又はほぼ一定の内径を有する高温鉄−クロム−アルミニウム合金管（１）の製造方法であって、以下の工程：
・高温鉄−クロム−アルミニウム合金の連続的なストリップ（３）を、管成形部（４）へと供給する工程、
・ストリップ（３）の長端部（６，７）が相互に当接するように、管成形部（４）にてストリップ（３）をらせん状に巻き、管の長手軸（Ｃ）に対して平行な方向に前方へ動く回転管（１）を形成する工程、
・高温ＦｅＣｒＡｌ合金管（１）が形成されたら直ちに、当接している長端部（６，７）を溶接法で互いに連続的に接合することによって、らせん状溶接継ぎ目（２）を有する溶接された高温ＦｅＣｒＡｌ合金管（１）が得られる工程、
を含む、作製方法。
【請求項２０】
溶接法が、融接法、又は固体状接合法から選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
溶接法が、タングステン不活性ガス溶接法、金属不活性ガス溶接法、レーザー溶接法、及びアークプラズマ溶接法のうちのいずれかから選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
溶接法の間に不活性ガスであるシールドガスを使用する、請求項１９から２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
シールドガスが、アルゴン、ヘリウム、又はこれらの混合物から成る、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
高温ＦｅＣｒＡｌ合金管（１）の形成前に、ストリップ（３）を予熱する工程をさらに含む、請求項１９から２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
溶接法に引き続き、高温ＦｅＣｒＡｌ合金管（１）をアニール処理する工程をさらに含む、請求項１９から２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
加熱ワイヤの形態での加熱要素を有する電気式加熱装置における放熱管としての、マッフル管、熱電対保護管、レトルト管、炉管などとしての、請求項１から２５のいずれか１項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管の使用であって、前記管は特に、このような用途における垂直設置に適しているが、水平設置でも使用できる、使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、請求項１の前提部に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管に関し、また方法に係る独立請求項の前提部に記載されるこのような管の作製方法に関する。本開示は特に、熱用途及び／又は加熱装置で使用するための前記管（例えば放熱管、マッフル管、熱電対保護管、レトルト管、炉管など）に関するが、これらに限られない。
【背景技術】
【０００２】
加熱用途（例えばガス加熱式又は電気加熱式の炉）、及び加熱装置では、耐高温性、耐腐食性、及び良好な熱衝撃性を有する材料の管を使用することが一般的である。このような管には例えば、セラミック管、炭化ケイ素管、及びニッケル−クロム（ＮｉＣｒ）合金系の管が含まれる。１１００℃を超える作業温度における酸化環境において、鉄−クロム−アルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金から作られた管には、その他の管材料に比して幾つかの利点があり、この利点には、酸化寿命、並びにその他の多くの材料（例えばクロミア形成合金）の作業温度をはるかに上回る最大作業温度が含まれる。これは主に、稠密で接着性のアルミナ膜（この膜は、腐食及び大気による攻撃からＦｅＣｒＡｌ材料を保護する）が形成されることによるものである。このようなＦｅＣｒＡｌ合金の例は、Ｋａｎｔｈａｌ（登録商標）ＡＰＭ、及びＫａｎｔｈａｌ（登録商標）ＡＰＭＴ、及びＫａｎｔｈａｌ（登録商標）ＡＦという商標のもと、市販で手に入る合金である。
【０００３】
ＦｅＣｒＡｌ合金管は、押出成形によりシームレス管として作製でき、そのままで、その他大部分の金属製高温管の選択肢に比べて、特に浸炭条件では、優れた性能及び耐用期間を有する。しかしながら、このようなシームレス管の作製方法は比較的高価で複雑なため、こうして得られるシームレス管は、この分野で使用されるその他の管に比して、高コストである。さらに、どの程度大きな（直径の）管を作製可能か、また肉厚をどの程度薄くできるのかという点で、作製方法には制限がある。
【発明の概要】
【０００４】
上述の問題に鑑み、より低コストで、より容易に製造できるとともに、大きな直径及び／又は薄い肉厚を有することが可能でありながら、なおも耐酸化性及び耐腐食性の点で優れた特性を有することにより長い耐用期間が達成される、高温ＦｅＣｒＡｌ合金管を提供することが望ましい。
【０００５】
これは、冒頭に規定した高温鉄−クロム−アルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金管によって達成され、その特徴は、この管が鉄−クロム−アルミニウムの連続的なストリップから形成されていること、及びこの管が、らせん状溶接継ぎ目を有することである。よって、こうして得られた高温鉄−クロム−アルミニウム合金管は、同様の材料から製造された相応するシームレス管の耐酸化性及び耐腐食性に非常によく似た、耐酸化性及び耐腐食性を有する。さらに、ここで提案される菅は、押出成形ではなく、高温ＦｅＣｒＡｌ材料の連続的なストリップから、らせん状に溶接することによって製造可能であり、この管はより低コストで、より容易に製造できるとともに、より大きな直径及び／又はより薄い肉厚を有することができる。ここで提案される管により、競争力のある価格で優れた耐酸化性及び耐腐食性を達成することができる。本開示によれば、「高温」という用語は、３００℃超、例えば４００℃超、例えば５００℃超の温度を意味する。
【０００６】
ここで提案される溶接された高温ＦｅＣｒＡｌ合金管は、加熱用途での使用に、例えば加熱ワイヤの形態で加熱要素を有する電気式加熱装置における放熱管として、マッフル管、熱電対保護管、レトルト管、炉管などとして使用するために、適している。
【０００７】
１つの実施態様によれば、高温ＦｅＣｒＡｌ合金管は、長手軸に沿って一定の内径、又はほぼ一定の内径（ｄ）を有する。「ほぼ一定の直径」という用語は、高温ＦｅＣｒＡｌ合金管の内径が、高温ＦｅＣｒＡｌ管の一方の端部からもう一方の端部までで、１０％未満しか違わないことを意味する。
【０００８】
１つの実施形態によれば、管は、高温ＦｅＣｒＡｌ合金管の内径の０．５〜７．５％の肉厚を有する。よってこの肉厚は、相応する押出成形された高温ＦｅＣｒＡｌ合金管の肉厚（この肉厚は通常、管の内径の約５％である）よりも薄いか、又は同じ水準にあり得る。これによって高温ＦｅＣｒＡｌ合金管は、押出成形されたシームレス管と置き換えるために使用することができ、同様の結果をもたらすことができる。
【０００９】
１つの実施形態によれば、高温ＦｅＣｒＡｌ合金管は、管の内径の０．５〜４．５％の肉厚を有する。この厚さは、押出成形された管の肉厚よりも薄い。管の肉厚が相対的に薄いことは、より厚い肉厚と比べて熱エネルギーがより少ないことと結びついており、これによって管をより迅速に加熱することができ、熱損失をより少なくすることができる。よってこの肉厚は、加熱用途にとって有利である。約１００ｍｍの内径を有する管（加熱用途、例えば電気カートリッジ式加熱要素で使用される放熱管には一般的な寸法）については、例えば２ｍｍという肉厚が達成可能である。１つの実施形態によれば、管は、管の内径の０．５〜３．５％の肉厚を有する。
【００１０】
１つの実施態様によれば、らせん状溶接継ぎ目は、管の長手軸に対して１〜８９°のらせん角で延びる。一般的に、らせん角の増大は、管を製造するために使用するストリップの同じ幅について、高温ＦｅＣｒＡｌ合金管のより大きな直径が達成可能なことを意味する。
【００１１】
１つの実施態様によれば、らせん状溶接継ぎ目は、高温ＦｅＣｒＡｌ合金管の長手軸に対して２５〜７５°のらせん角で延びる。
【００１２】
１つの実施態様によれば、らせん状溶接継ぎ目は、管の長手軸に対して４０〜７０°のらせん角で延びる。これは、１６０ｍｍ〜５４０ｍの幅を有するストリップから製造された、直径が７０ｍｍ〜５００ｍｍの管についての典型的ならせん角区間である。２００ｍｍの幅を有するストリップから製造された管については例えば、らせん状溶接継ぎ目が４７〜５４°の区間にあるらせん角で延び、外径が９３〜１０８ｍｍの範囲にある管を製造することができる。
【００１３】
１つの実施態様によれば、高温鉄−クロム−アルミニウム合金は、
５〜２５重量％のＣｒ、
２．５〜８重量％のＡｌ、
０〜５重量％のＭｏ、
を含み、残部はＦｅ、及び通常存在する不純物、任意選択的に、意図的に添加されたその他の合金元素である。
【００１４】
１つの実施態様によれば、高温鉄−クロム−アルミニウム合金は、
９〜２５重量％のＣｒ、
２．５〜８重量％のＡｌ、
０〜５重量％のＭｏ、
を含み、残部はＦｅ、及び通常存在する不純物、任意選択的に、意図的に添加されたその他の合金元素である。この合金は、優れた耐酸化性及び耐腐食性を有する。
【００１５】
意図的に添加されたその他の合金元素は、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｐ及びＳから選択されていてよく、これらの元素のうち幾つかは、通常存在する不純物の形で存在していてよい。適切な合金の例は、Ｋａｎｔｈａｌ（登録商標）ＡＰＭ、及びＫａｎｔｈａｌ（登録商標）ＡＰＭＴ、及びＫａｎｔｈａｌ（登録商標）ＡＦという商標のもとで市販されている鉄−クロム−アルミニウム合金である。
【００１６】
高温ＦｅＣｒＡｌ合金の構成要素について、以下で詳細に述べる。
【００１７】
クロム（Ｃｒ）
クロムは、いわゆる「第三元素効果」により、すなわち、移行的な酸化状態で酸化クロムを形成することによって、高温ＦｅＣｒＡｌ合金管におけるＡｌ２Ｏ３層の形成を促進する。クロムは、少なくとも９重量％の量で、合金中に存在し得る。しかしながら、Ｃｒの量が多すぎると、管における金属間化合相の形成が促進されるため、Ｃｒの量は多くても２５重量％である。１つの実施態様によれば、Ｃｒの量は、９〜２５重量％である。さらなる実施態様によれば、Ｃｒの含分は、用途に応じて１１〜１７重量％、又は５〜１５重量％、又は２０．５〜２５重量％、または２０．５〜２４重量％である。
【００１８】
アルミニウム（Ａｌ）
アルミニウムは、高温合金において重要な元素である。それと言うのもアルミニウムは、高温で酸素にさらされると、稠密で薄い酸化物（Ａｌ２Ｏ３）を形成し、これによってその下にある合金表面が、さらなる酸化から保護されるからである。アルミニウムの量は、Ａｌ２Ｏ３層が形成されることを保証するため、また損傷を受けた場合に、Ａｌ２Ｏ３層を修復するために充分なアルミニウムが存在することを保証するためには、少なくとも２．５重量％であるのが望ましい。しかしながら、アルミニウムは合金の成形性に対して否定的な影響を与えるため、アルミニウムの量は、先に、又は以下に規定するように合金中で８重量％を超えないことが望ましい。よってアルミニウムの含分は、２．５〜８重量％、例えば３〜７重量％、例えば３〜５重量％、例えば４〜６重量％、例えば５〜７重量％である。
【００１９】
鉄（Ｆｅ）及び不可避的不純物は、残部である。「不可避の不純物」という用語は、何らかの目的で添加された元素ではなく、合金の特性に何ら影響をもたらさない元素であることを意味する。
【００２０】
高温ＦｅＣｒＡｌ合金は、以下の元素を有することもできる。
【００２１】
モリブデン（Ｍｏ）
モリブデンは、最大４．０重量％、例えば１．０〜４．０重量％の量で、高温ＦｅＣｒＡｌ合金の熱間強度に対して肯定的な影響を有する。
【００２２】
ケイ素（Ｓｉ）
ケイ素は不純物として存在しているか、又は高温ＦｅＣｒＡｌ合金に添加されていてよい。ケイ素が不純物である場合、その量は０．７重量％以下であり得る。何らかの目的で添加される場合、その量は、０．１〜３重量％、例えば０．５〜３重量％、例えば０〜０．７０重量％、例えば０．１０〜０．７０重量％である。
【００２３】
マンガン（Ｍｎ）
マンガンは高温ＦｅＣｒＡｌ合金中に、０〜０．５重量％、例えば０〜０．４重量％、例えば０．０５〜０．５０重量％の量で存在し得る。
【００２４】
スカンジウム（Ｓｃ）、セリウム（Ｃｅ）、及びランタン（Ｌａ）
スカンジウム、セリウム、及びランタンは、相互に交換可能な元素であり、酸化特性、Ａｌ２Ｏ３層の自己修復性、又は合金とＡｌ２Ｏ３層との接着性を改善させるために、個々に又は組み合わせで、最大０．２重量％の合計量で添加することができる。
【００２５】
酸素（Ｏ）
酸素は高温ＦｅＣｒＡｌ合金中に、製造工程から生じる不純物として、最大０．０２重量％の量で存在し得る。酸素は、析出硬化作用を達成するために意図的に添加することができる。この場合に高温ＦｅＣｒＡｌ合金は、酸素を最大０．１重量％、含有する。
【００２６】
炭素（Ｃ）
炭素は、析出硬化により強度を増加させるために、高温ＦｅＣｒＡｌ合金中に含まれていてよい。炭素は、製造方法から生じる不可避の不純物としても、存在し得る。合金において充分な強度を達成するために、炭素は少なくとも０．０１重量％の量で存在するのが望ましい。その水準が高すぎると、炭素は材料成形を困難にする恐れがあり、耐腐食性に対して否定的な作用をもたらすことがある。よって炭素の最大量は、０．１重量％、例えば０．０１〜０．８重量％、例えば０．０１〜０．０８重量％である。
【００２７】
窒素（Ｎ）
窒素は、析出硬化により強度を増加させるために、高温ＦｅＣｒＡｌ合金中に含まれていてよい。窒素は、製造方法から生じる不可避の不純物としても、存在し得る。その水準が高すぎると、窒素は材料成形を困難にする恐れがあり、耐腐食性について否定的な作用をもたらすことがある。よって窒素の最大量は、先に、又は以下に規定するようにＦｅＣｒＡｌ合金中で０．１重量％である。溶解冶金学における析出硬化を充分に達成するため、窒素は少なくとも０．００１重量％、存在するのが望ましく、窒素の適切な範囲の例は、例えば０．００１〜０．１重量％、例えば０．０１〜０．６重量％である。
【００２８】
反応性元素（ＲＥ）
反応性元素とは、炭素、窒素、及び酸素と反応性が高いものと定義される。チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、イットリウム（Ｙ）及びトリウム（Ｔｈ）は、その意味で反応性元素であり、これらの元素は炭素に対して親和性が高く、そのため強力な炭化物形成体である。これらの元素は、金属イオン及び酸素の拡散（これが酸化物成長プロセスの動力学を決定づける）を調整することによって、高温ＦｅＣｒＡｌ合金の酸化特性を改善させるために添加されていてよい。各反応性元素の最大量は主に、元素が不都合な金属間化合相を形成する傾向による。よってチタンの最大量は、先に、又は以下に規定するように合金中で１．７重量％、例えば０．０２〜１．７重量％、例えば０〜０．１０重量％である。
【００２９】
ジルコニウム及びニオブの最大量は、０．８重量％である。ジルコニウムの量の例は、０〜０．４重量％、例えば０．１〜０．３重量％である。ニオブの量の例は、０〜０．４重量％、例えば０．１〜０．３重量％であり得る。
【００３０】
イットリウムは、Ａｌ２Ｏ３層の接着性を改善するために、最大２．２重量％の量、例えば０．０１〜０．６０重量％の量、例えば０．０５〜０．６０重量％で、添加されていてよい。しかしながらイットリウムの添加は、高温ＦｅＣｒＡｌ合金中に存在するその他の炭化物形成体元素の量とバランスが取れていなければならない。
【００３１】
バナジウムの最大量は、０．１重量％である。
【００３２】
ハフニウム、タンタル、及びトリウムは、相互に交換可能な元素であり、最大１重量％、添加されていてよい。
【００３３】
よって１つの実施態様によれば、高温鉄−クロム−アルミニウム合金はさらに、以下のものから選択される一又は複数の元素：
０．１〜０．０８重量％のＣ、
０〜０．７重量％のＳｉ、
０〜０．４重量％のＭｎ。
を含む。
【００３４】
さらに或る実施態様によれば、高温鉄−クロム−アルミニウム合金はさらに、以下のものから選択される一又は複数の元素：
０．０５〜０．６０重量％のＹ、
０．０１〜０．４０重量％のＺｒ、
０．０５〜０．５０重量％のＨｆ、
０．０５〜０．５０重量％のＴａ、
０〜０．１０重量％のＴｉ、
０．０１〜０．０５重量％のＣ、
０．０１〜０．０６重量％のＮ、
０．０２〜０．１０重量％のＯ、
０．０５〜０．５０重量％のＭｎ、
０〜０．８重量％のＰ、
０〜０．００５重量％のＳ
を含む。
【００３５】
別の実施態様によれば、高温鉄−クロム−アルミニウム合金はさらに、以下のものから選択される一又は複数の元素：
０．０１〜０．１重量％のＣ、
０．００１〜０．１重量％のＮ、
０．０２〜０．１０重量％のＯ、
０〜０．０１重量％のＢ、
０〜０．５重量％のＭｎ、
０〜２．２重量％のＹ、
０〜０．２重量％のＳｃ＋Ｃｅ＋Ｌａ、
０〜１．７重量％のＴｉ、
０〜０．４０重量％のＺｒ、
０〜０．４重量％のＮｂ、
０〜０．１重量％のＶ、
０〜０．３重量％のＨｆ＋Ｔａ＋Ｔｈ
を含む。
【００３６】
ここで言及する高温ＦｅＣｒＡｌ合金の例は、例えば国際公開第２００１／０４９４４１号に開示されている。この実施態様による管は、高温で良好な形状安定性を有し、この合金はスケールの無い表面酸化物を形成し、これによってほとんどの高温環境（酸化環境、硫黄環境、及び浸炭環境を含む）における良好な保護力が得られる。この表面酸化物は、炭素、灰等の沈殿物に対しても良好な保護力をもたらす。この実施態様による管は、その他の既知のＦｅＣｒＡｌ合金と比較して優れた熱間強度及びクリープ破断強度に基づき、例えば熱衝撃、サギング、及び歪みに対しても優れた耐性を示す。これは特に、この実施態様に従って粉末冶金法により製造されるＦｅＣｒＡｌ合金について、当てはまる。
【００３７】
しかしながら、ここで言及する高温ＦｅＣｒＡｌ合金のうち幾つかは、慣用の方法で、すなわち粉末冶金法を用いずに作製可能なことに留意されたい。
【００３８】
本開示は特に、熱用途及び／又は加熱装置で使用するための高温ＦｅＣｒＡｌ管（例えば放熱管、マッフル管、熱電対保護管、レトルト管、炉管など）に関するが、これに限られない。本開示は特に、垂直に設置されるべき真っすぐな管に関するが、これに限られない。
【００３９】
別の態様によれば、本開示は冒頭で規定した高温鉄−クロム−アルミニウム合金管の作製方法に関し、その特徴は、この作製方法が、以下の工程：
・鉄−クロム−アルミニウム合金の連続的なストリップを、管成形部へと供給する工程、
・ストリップの長端部が相互に当接するように、管成形部にてストリップをらせん状に巻き、管の長手軸に対して平行な方向に前方へ動く回転管を形成する工程、
・管が形成されたら直ちに、当接している長端部を溶接法で互いに連続的に接合することによって、らせん状溶接継ぎ目を有する溶接管が得られる工程
を含むことである。
【００４０】
意外なことに、本方法に従って作製された高温ＦｅＣｒＡｌ合金管は、溶接後でもその形状及び長さを保つことが判明した。さらに、高温ＦｅＣｒＡｌ合金管を作製した後、冷却の間に亀裂は見られなかった。
【００４１】
本方法の１つの実施態様によれば、高温鉄−クロム−アルミニウム合金管の内径（ｄ）は、長手軸に沿って一定であるか、又はほぼ一定である。
【００４２】
突合わせ継ぎで溶接された形の溶接継ぎ目が形成され、この継ぎ目は、高温鉄−クロム−アルミニウム合金管の周囲をらせん角で、管の全長に沿って延びる。高温鉄−クロム−アルミニウム合金管を形成及び溶接した後、応力を緩和させるためのアニール処理を、任意選択的に行うことができ、その後に管を、最終的な長さに切断する。この作製方法はコスト効率がよく、この作製方法により、少なくとも幾つかの面では、特に、耐腐食性及び耐酸化性に関して、並びに管を垂直に設置すべき（すなわちその長手軸が、垂直方向に延びている）用途のための耐荷重性に関しては、相応する押出成形されたシームレス管の特性に匹敵する特性を有する高温ＦｅＣｒＡｌ合金が製造される。高温ＦｅＣｒＡｌ合金管を製造するための出発材料として連続的なストリップを使用することにより、最終的な寸法を広い範囲で製造することができる。
【００４３】
上述の実施態様のいずれかに従った高温ＦｅＣｒＡｌ合金管は、ここで提案される作製方法によって作製できる。この方法により、同様の直径を有する押出成形された管と比較して、肉厚が薄い管を形成することができる。さらに、ここで提案される方法により、押出成形された管に比べて、より大きな直径を有する高温鉄−クロム−アルミニウム合金管を作製することも可能になる。
【００４４】
１つの実施態様によれば溶接法は、融接法、又は固体状接合法から選択される。融接法も固体状接合法も、強固で信頼性のある溶接継ぎ目を作るために適している。
【００４５】
溶接法は、形成された管の径方向外側に配置された溶接電極を用いて行うことができる。この溶接は、形成された管の内側から、又は外側と内側の双方から行うこともできる。形成された管の外側から溶融を行うことは容易であり、肉厚の薄い（すなわち約５ｍｍ未満の肉厚）ストリップのために充分な深さの溶接部を得るためには効率的な手段である。それよりも厚い肉厚については、充分に強固な溶接部を得るために、管の内側と外側の双方から溶接することが必要となり得る。
【００４６】
１つの実施態様によれば溶接法は、タングステン不活性ガス溶接法、金属不活性ガス溶接法（ＭＩＧ）、レーザー溶接法、及びアークプラズマ溶接法のうちのいずれかから選択される。特に、タングステン不活性ガス溶接（ＴＩＧ又はＧＴＡＷ）により、強固で高品質の溶接継ぎ目を形成することができる。
【００４７】
１つの実施態様によれば、溶接法の間にシールドガスを使用し、このシールドガスは、不活性ガスである。不活性ガスは、溶接継ぎ目に沿って窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムが形成されることから、材料を保護する。さもなくば、溶接の間に形成される窒化物及び酸化物は、管の耐酸化性を損うことがあり、これによって高温用途のための望ましい特性が損なわれることにもなり得る。
【００４８】
１つの実施態様によれば、シールドガスはＡｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）、又はこれらの混合物から成る。
【００４９】
１つの実施態様によれば、溶接法において溶加材は使用されない。
【００５０】
１つの実施態様によれば、溶接法において、溶加材を含有する鉄−クロム−アルミニウム合金が使用される。
【００５１】
１つの実施態様によれば、本方法はさらに、管形成に先立ち、連続的なストリップを予熱する工程を含む。例えば１００℃、又は１００℃未満までの温度に予熱することにより、ストリップを管へと変形することが容易になり、比較的小さな寸法、例えば１００ｍｍ未満の内径を有する管には、特に適している。
【００５２】
１つの実施態様によれば、本方法はさらに、溶接法に引き続き、高温鉄−クロム−アルミニウム合金管をアニール処理する工程を含む。アニール処理は、溶接管における応力を緩和することができ、これによって亀裂防止に貢献し得る。１つの実施態様においてアニール処理は、管形成装置（ここで管は曲げられ、溶接もされる）にてインラインで行われる応力緩和アニール処理である。この管は、８５０〜８７５℃の温度に加熱され、その後、放冷してから、最終的な長さに切断される。
【００５３】
ここで提案される菅及び作製方法についてのその他の有利な特徴及び利点は、以下の説明から明らかになる。
【００５４】
ここで提案される高温ＦｅＣｒＡｌ合金管及び作製方法についての実施態様を、添付の図面を参照しながら、以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】１つの実施態様による管の透視図を概略的に示す。
【図２】図１における管の側面図を示す。
【図３】図１における管の端面図を示す。
【図４】図１における管の作製方法を、概略的に示す。
【図５】１つの実施態様による管の作製方法の工程を説明するフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本開示の実施形態に従った高温鉄−クロム−アルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金管１が、図１〜３に概略的に示されている。管１は、長手軸Ｃに沿って延びる円筒形の形状をしている。高温ＦｅＣｒＡｌ合金管１は、らせん角αで管の周囲に、管に沿って延びるらせん状溶接継ぎ目２により形成されている。ここに示された実施態様では、らせん角αは５４°である。ここに示した管１は、外径Ｄが１０８ｍｍであり、長さＬ及び肉厚が２ｍｍであり、よって内径ｄは１０４ｍｍである。内径ｄは、長手軸Ｃに沿って一定である。
【００５７】
管１は、図４で概略的に、また図５のフローチャートに示されているように、らせん状溶接を用いて高温ＦｅＣｒＡｌ合金の連続的なストリップ３から形成されている。第一の工程Ｓ１では、高温ＦｅＣｒＡｌ合金の連続的なストリップ３（幅ｗを有するもの）を、管成形部４へと供給方向ｘで供給し、ここでこの管成形部は、３つの成形ローラ５の形態を取っている。成形ローラ５は、成形ローラの軸により、ストリップ３の供給方向に対する角度で配置されている。
【００５８】
ストリップ３が、成形ローラ５の間に入ると、ストリップは第二の工程Ｓ２でらせん状に巻かれて、ストリップ３の長端部６、７が相互に当接しながら、管１になる。回転管が形成され、これは長手軸Ｃに対して平行な方向に前方へと動く。
【００５９】
第三の工程Ｓ３では、管が形成されたら直ちに、当接している長端部６、７を互いに溶接法で連続的に接合することによって、らせん状溶接継ぎ目２を有する溶接管１が得られる。ここに示されている実施態様において、溶接法は、形成された管１の径方向外側に配置された溶接電極８を用いて行われる。よって溶接継ぎ目２は、形成された管１の内側にある溶接ルートにより、作られる。溶接は、例えばタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、金属不活性ガス溶接、レーザー溶接、又はアークプラズマ溶接を用いて、行うことができる。溶接法の間のシールドガスとしては、不活性ガス、例えばＡｒ及び／又はＨｅを使用する。Ａｒ及び／又はＨｅから成るルートガスも、溶接の間にルートを保護するために使用できる。
【００６０】
第四の工程Ｓ４では、管１を最終的な長さＬに切断する。
【００６１】
ストリップ３は、巻いて管１にする前に、１００℃又は１００℃未満の温度まで予熱することができる。形成された管１はさらに、管１を最終的な長さＬに切断する前、又はその後に、溶接後にアニール処理することができる。アニール処理プロセスの間、管１を８５０〜８７５℃の温度に加熱し、その後、放冷する。
【００６２】
本開示を、以下の非限定的な実施例によってさらに説明する。
【実施例】
【００６３】
試験試料を製造するために、先に図１〜３を参照して説明したように、幅ｗが２００ｍｍであり、厚さｔが２ｍであるストリップから、管１を製造した。このストリップの化学組成が、表１に示されている。
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【００６４】
ここで行った溶接法は、溶加材を用いないＴＩＧ法と、７０％のＡｒと３０％のＨｅとのガス混合体（ルートガス及びシールドガスの双方として使用）を用いたＴＩＧ法であった。溶接は、形成された管１の外側から行った。溶接の間、管１の内側では支持体を何ら用いなかった。切断前にアニール処理することなく、溶接された高温ＦｅＣｒＡｌ合金管１を、アングルグラインダを用いて３ｍの最終的な長さＬに切断した。切断して最終的な長さの試験試料（管）にし、溶接継ぎ目２を冷却した後、試験試料１のうちの１つを、１時間にわたり８７５℃でアニール処理した。
【００６５】
溶接継ぎ目２は、溶接直後に、管１の内側でも外側でも良好な外観を有していた。溶接継ぎ目２は、外側で凹状であり、内側で凸状であった。エッチング及び研磨の後、溶接継ぎ目２の断面について、光学顕微鏡を用いて視覚的に検査した。検査の間に、欠陥は見つからなかった。
【００６６】
硬度ＨＶ１０を、溶接継ぎ目２にわたって検査したところ、溶接継ぎ目にわたって２２０〜２６５ＨＶであることが判明した。これは、溶接継ぎ目に隣接する母材において非常に高い値である。
【００６７】
その他２つの試験試料を、１０５０℃で８時間にわたり予備酸化させ、その後、垂直に据え付け、直径８０ｍｍのカートリッジ式加熱要素（２６ｋＷ、電圧２００Ｖ）を管の内部に据え付けて、炉内で試験した。
【００６８】
これらの試験体を、以下の手順に従って１週間にわたり連続的なサイクルにかけた：
・室温から９５０℃への加熱、
・９５０℃で２０分の維持時間、
・６００℃に冷却、
・９５０℃に加熱、
・２０分の維持時間、など。
【００６９】
１週間後、試験体を視覚的な検査によってよく観察し、より過酷な試験サイクルで、試験をさらに１８日間続けた。この試験サイクルは、以下の手順に従って行った：
・室温から９５０℃への加熱、
・９５０℃で２０分の維持時間、
・１００℃に冷却、
・９５０℃に加熱、など。
【００７０】
視覚的な検査により、試験体は非常に良好に見えることが分かった。
【００７１】
さらに、別の試験体を炉の底部に置き、試験体の重量が、暴露の間に何らかの変形をもたらすかどうかを調べた（つまり、簡易的なサギング試験）。この試験体は、１８日の暴露の間、歪む傾向を示さなかった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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