(57)【要約】【課題】耐熱性金属からなる管基材の内周面に肉盛溶接にて肉盛層が形成された金属複合管において、該肉盛層の表面の平滑度が十分に確保され、かつ耐コーキング性および耐浸炭性が効果的に向上された金属複合管および、簡便にそれら平滑度、耐コーキング性および耐浸炭性の向上を可能とする金属複合管の製造方法を提供する。【解決手段】ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とする耐熱性金属からなる管基材２の内周面６に、肉盛溶接にて形成されたＣｒ−Ｎｉ系合金からなる肉盛層３を有する金属複合管１において、該肉盛層３の表面４は、塑性加工により平滑化処理がなされたものとする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とする耐熱性金属からなる管基材の内周面に、肉盛溶接により形成されたＣｒ−Ｎｉ系合金からなる肉盛層を有する金属複合管であって、
該金属複合管における前記肉盛層の表面は、塑性加工により平滑化処理がなされたものとされることを特徴とする金属複合管。
【請求項２】
前記肉盛層の表層部における結晶粒の平均粒径は、前記肉盛層の内層部における結晶粒の平均粒径に比べて小さいものとされることを特徴とする請求項１記載の金属複合管。
【請求項３】
前記肉盛層の表層部における結晶粒の平均粒径は、１．０〜８．０μｍとされることを特徴とする請求項２記載の金属複合管。
【請求項４】
前記肉盛層は、前記管基材との界面から層厚方向に成長した柱状組織層と、該柱状組織層よりも前記肉盛層の表層部側に形成され且つ前記柱状組織層よりも細粒の等軸晶組織層とを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属複合管。
【請求項５】
前記肉盛層の表面における算術平均粗さＲａは、１２．５μｍ以下とされることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の金属複合管。
【請求項６】
ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とする耐熱性金属からなる管基材の内周面に、肉盛溶接により肉盛層を形成する肉盛形成工程と、前記肉盛層の内径よりも径大のマンドレルを管内に挿入し、管軸方向に管とマンドレルとを相対移動させることにより、前記肉盛層の表面を塑性加工にて平滑化処理する平滑化工程とを有することを特徴とする金属複合管の製造方法。
【請求項７】
ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とする耐熱性金属からなる管基材の少なくとも内周面に、肉盛溶接により肉盛層を形成する肉盛形成工程と、該肉盛層が形成された管の外周面に密着する管状の拘束ガイド部材を配し、前記管基材の内周面に形成された前記肉盛層の内径よりも径大のマンドレルを管内に挿入し、管軸方向に管とマンドレルとを相対移動させることにより、前記肉盛層の表面を塑性加工にて平滑化処理する平滑化工程とを有することを特徴とする金属複合管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属複合管およびその製造方法に関し、特には、耐コーキング性および耐浸炭性が必要とされる金属配管に適した金属複合管およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
浸炭焼入れ炉における熱放射管、エチレンやプロピレンなどを精製する際に用いる熱分解反応炉におけるクラッキングチューブ、メタノールやアンモニアガスを製造する際に用いられるガス分解変性炉における配管、さらには、コークス炉や石炭ガス処理装置におけるＣＯガス配管などの金属配管には、耐熱性は勿論のこと、耐コーキング性や耐浸炭性が強く必要とされている。このような用途にて使用される金属配管自体に、耐コーキング性や耐浸炭性が確保されていない場合、管内の管壁に固形炭素が過度に堆積することにより、管内の流路断面積の減少を招く管内の閉塞化や、堆積した炭素が管壁内部に拡散侵入する浸炭現象により管の劣化速度が速められる問題が顕著となる。そこで、耐コーキング性や耐浸炭性を高めるために種々の工夫が、管の材質や管の構造の観点より図られている。また、金属配管の流路となる内面や外面の平滑性が確保されていないと、耐コーキング性および耐浸炭性が悪化するので、該平滑性を確保するために、金属配管の内面や外面は研磨や切削等の機械加工により平滑化処理がなされている。
【０００３】
耐コーキング性や耐浸炭性を高めるための金属配管としては、単層からなる配管や、２層以上の多層構造とした配管などの種々のものが特許公報に開示されている。その中において、例えば、多層構造とした配管としては、耐熱性に優れた、ＡＳＴＭ規格のＨＫ４０材（０．４Ｃ−２０Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｆｅ）、ＨＰ４０材（０．４Ｃ−３５Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｆｅ）や、該ＨＰ−４０材にＭｏ、Ｗ、Ｎｂ等を添加したＨＰ改良材等の耐熱性金属より管基材を構成し、さらに、その少なくとも内面にＣｒ−Ｎｉ−Ｍｏ系合金からなる肉盛層を肉盛溶接させた金属複合管が開示されている（特開２００１−１１３３９９）。このように、求められる耐熱性を管基材にて確保しつつ、耐コーキング性および耐浸炭性を、肉盛層にて確保するといったように、使用する金属配管を多層構造にて構成することは、非常に効果的な方法であると言える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように耐コーキング性および耐浸炭性を高める手段として、肉盛溶接を用いて肉盛層を形成することは有効なものであるが、形成される肉盛層の表面においては、肉盛溶接時に発生する表面ビートにより、平滑性が過度に悪化したものとなる場合がある。そこで、通常は、肉盛溶接にて肉盛層を形成した後に、その表面を研削にて粗加工するとともに、所望の平滑度となるように、さらに研削や研磨等による仕上げ加工をなす必要が生じる。このように、研削、研磨等による機械加工にて、肉盛層の表面の平滑度自体を確保することは可能である。しかしながら、耐コーキング性等の肉盛層に求められる機能を確保するためには、所定の厚さからなる肉盛層を形成させる必要があり、機械加工にて取り除かれる層厚（例えば、１μｍ程度）を加味して肉盛層を形成しなければならない。このことは、作業効率が抑制されるなどの不具合に繋がる。
【０００５】
また、上記のように肉盛層を、所定の厚さよりも予め大きく形成させる場合、その肉盛層の形成時に、過度の熱応力が肉盛層の内層部に発生し、肉盛層に歪変形などの結晶性を悪化させる要因を作り出すことにも繋がる。さらに、一般的に、肉盛層の形成時においては、その表層部から内層部に向かい熱拡散が起こるので、肉盛層の表層部における結晶粒の平均粒径は、内層部のものに比べて小さいものとなる。このことは、肉盛層の表層部の硬度が高められるとともに、機械的強度の向上に繋がる。しかしながら、肉盛層の表面の平滑度を確保するためには、形成した肉盛層の表層部が機械加工にて取り除かれてしまうので、該機械加工の後の肉盛層の表層部における機械的強度が低減してしまう問題にも繋がる。肉盛層の表層部における機械的強度の低下は、肉盛層の耐コーキング性や耐浸炭性の低下に繋がる。そのため、肉盛層の表層部における硬度および、表面における平滑性を両立させるには、機械加工による方法は、非効率な方法であるとともに、肉盛層における耐コーキング性等の効果をより顕著にする方法とは少なくとも言えないのが現状である。
【０００６】
そこで、肉盛溶接により肉盛層を形成した後に、表面の平滑度を所望のものとする手段として、機械加工以外の方法を模索することは重要な課題とされるとともに、肉盛層を耐コーキング性および耐浸炭性により優れた効果的なものとすることは重要な課題とされる。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、即ち本発明は、耐熱性金属からなる管基材の内周面に肉盛層が形成された金属複合管において、該肉盛層の表面の平滑度が十分に確保され、かつ耐コーキング性および耐浸炭性が効果的に向上された金属複合管および、簡便にそれら平滑度、耐コーキングおよび耐浸炭性の向上を可能とする金属複合管の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記課題を解決するための本発明の金属複合管は、
ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とする耐熱性金属からなる管基材の内周面に、肉盛溶接により形成されたＣｒ−Ｎｉ系合金からなる肉盛層を有する金属複合管であって、
該金属複合管における前記肉盛層の表面は、塑性加工により平滑化処理がなされたものとされることを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するための本発明の金属複合管の製造方法は、
ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とする耐熱性金属からなる管基材の内周面に、肉盛溶接により肉盛層を形成する肉盛形成工程と、前記肉盛層の内径よりも径大のマンドレルを管内に挿入し、管軸方向に管とマンドレルとを相対移動させることにより、前記肉盛層の表面を塑性加工にて平滑化処理する平滑化工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
上記本発明の金属複合管においては、先ず、その管基材が耐熱性金属で構成されている。また、該耐熱性金属としては、ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とするものとされる。なお、本明細書における「ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とする」とは、ＦｅとＮｉの合計重量含有率が、他のいずれの成分単独の重量含有率よりも高くなっていることを意味する。このように定義される耐熱性金属を用いることにより、耐熱性に優れた金属複合管とすることができる。ここで、本発明に適用可能な耐熱性金属としては、本発明の金属複合管が適用される用途において、どの程度の耐熱性が要求されるかにより、公知のものから適宜選択されればよいが、例えば、以下のようなものを例示することができる。
Ｃｒを８重量％以上含有するＦｅ基合金（ＪＩＳ規格：ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＨ３、ＳＵＨ４など）
耐熱鋳鋼（ＪＩＳ規格：ＳＣＨ１５、ＳＣＨ１６など）
ＡＳＴＭ規格のＨＫ材（ＨＫ４０材など）
ＡＳＴＭ規格のＨＰ材（ＨＰ４０材など）
ＨＰ調整材（ＡＳＴＭ規格のＨＰ４０材に、ＮｂやＷを添加させたものなど）
・Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００（いずれも商品名；なお、合金組成については、文献（改訂３版金属データブック（丸善）；ｐ１３８）に記載されているので、詳細な説明は行わない）や、４５Ａ（商品名：４５Ｎｉ−３５Ｃｒ−Ｆｅの合金組成からなるもの）など
【００１１】
上述のようにして、管基材を耐熱性金属にて構成することで、本発明の金属複合管の耐熱性が確保されてなる。そして、本発明の金属複合管は、管基材の内周面に肉盛溶接にて形成された肉盛層を有した構造とされる。また、該肉盛層はＣｒ−Ｎｉ系合金から構成されてなる。このように、Ｃｒ−Ｎｉ系合金から肉盛層を構成することは、耐コーキング性および耐浸炭性を十分に、本発明の金属複合管に付与させるための第一段階目の役割を果たす。肉盛層をなすＣｒ−Ｎｉ系合金のうち、Ｃｒは、耐コーキング性および耐浸炭性を向上させるために、特に優れた効果を有する成分とされるとともに、酸化を抑制させる効果も合わせもつものである。他方、Ｎｉは、高温の条件下においても、肉盛層をなす合金の結晶構造を安定化させる効果をもち、ひいては、耐コーキング性および耐浸炭性を向上させる役割をなす成分とされる。このような効果をもつＣｒ−Ｎｉ系合金からなる肉盛層における、具体的なＣｒおよびＮｉの含有量であるが、例えば、以下のようにすればよい。
Ｃｒ：　３６〜４９重量％
Ｎｉ：　３５〜６３重量％
【００１２】
肉盛層におけるＣｒの含有量が、３６重量％未満では、耐コーキング性および耐浸炭性を向上させる効果が有効に働かない。他方、３６重量％以上においては、その含有量が増加するに従い、耐コーキング性および耐浸炭性が向上していくが、４９重量％を超えると、加工作業における加工性が低下する、例えば曲げ加工が困難となるといった問題が発生してしまう。一方、肉盛層におけるＮｉの含有量が、３５重量％未満では、肉盛層をなす合金の結晶構造を安定化させる効果が有効に働かない。他方、３５重量％以上においては、その含有量が増加するに従い、肉盛層をなす合金の結晶構造を安定化させる効果は高まるが、ある一定の含有量以上に増加させても、その効果は飽和してしまう。そこで、コストの観点からも、Ｎｉの含有量の上限値としては、６３重量％程度にするのが好ましい。
【００１３】
肉盛層をなすＣｒ−Ｎｉ系合金として、さらに、Ｍｏ、Ｂ、Ｚｒ等を適量添加させることも可能である。Ｍｏ、ＢおよびＺｒの１種以上を適量、肉盛層に含有させることで、肉盛溶接時に、肉盛層に発生する割れ等を効果的に抑制することが可能となるとともに、靭延性に優れた肉盛層とすることができる。このように、肉盛層をなすＣｒ−Ｎｉ系合金としては、耐コーキング性および耐浸炭性を高める効果を有するものであれば、公知のものが適用可能である。また、形成される肉盛層の層厚としては、０．５ｍｍ程度以上であれば、耐コーキング性および耐浸炭性を高める効果を呈することができる。なお、肉盛層を形成させるための肉盛溶接の手法としては、例えば、粉末プラズマ溶接法などの公知の手法を用いることができる。
【００１４】
上述のように肉盛層を肉盛溶接にて形成した後、表面ビートの発生などにより平滑性が悪化した肉盛層の表面を、塑性加工にて、平滑化処理を行なう。このように本発明においては、肉盛層の表面の平滑化処理を、従来のような機械加工ではなく、塑性加工にて行なうものとされる。その結果、肉盛層の表面の平滑度が十分に確保されることは勿論であるが、肉盛層の表層部における結晶粒を塑性変形させることにより、その粒径を径小とすることができ、ひいては、肉盛層の表層部における硬度を高めることが可能となる。このように、肉盛層の表層部における硬度の向上は、肉盛層の表層部における機械的強度の向上を意味するが、該機械的強度の向上により、肉盛層にクラックや割れ等が発生することが抑制されるとともに、肉盛層の耐コーキング性および耐浸炭性を向上させることが可能となる。
【００１５】
また、肉盛層の表面の平滑化処理を、機械加工にて行なう場合、所望の肉盛層の層厚を得るには、その加工代と同程度の層厚も含めて、肉盛層を肉盛溶接にて形成しなければならず、さらに、所望の機械的強度を肉盛層の表層部に付与させるには、加工代と同程度の層厚より大きい層厚を予め付与する形で、肉盛層を肉盛溶接にて形成しなければならず、平滑化処理の作業自体が非効率的なものとされた。しかしながら、上記本発明に示すように、肉盛層の表面の平滑化処理を、塑性加工にて行なうことで、簡便に、肉盛層の表面の平滑度を確保できるとともに、加工後の機械的強度も簡便に確保できる。また、塑性加工に伴う、肉盛層の表層部における結晶粒の塑性変形にて、肉盛層の表層部の機械的強度をさらに簡便に向上させることができる。
【００１６】
上記のように塑性加工にて、肉盛層の表面の平滑化処理を行なう方法としては、肉盛層の内径よりも径大のマンドレルを管内に挿入し、管軸方向に管とマンドレルとを相対移動させる方法を採用することができる。このようにマンドレルを用いることで、簡便に、塑性加工にて肉盛層の表面の平滑化処理を行なうことができる。また、肉盛溶接後の肉盛層における表面の平滑性が過度に悪化したものであると、平滑化処理を機械加工にて行なう場合は、所望の平滑度とするために、切削間隔などを粗く設定した粗加工を経て、さらに研削や研磨等による仕上げ加工を必要とする。しかしながら、マンドレルを用いた塑性加工においては、肉盛溶接合後の肉盛層の内径に対して、適宜、マンドレルの外径を調整することで、例えば、一度、マンドレルを、管内を通過させるだけで、簡便に、所望の肉盛層における表面の平滑度を得ることができる。
【００１７】
次に、本発明の金属複合管の肉盛層においては、その表層部における結晶粒の平均粒径は、その内層部における結晶粒の平均粒径に比べて小さいものとされることを特徴とする。
【００１８】
上述のように、肉盛溶接にて肉盛層を形成した後、その表面を塑性加工にて平滑化処理することで、肉盛層の表層部における結晶粒の平均粒径を径小とすることができる。このことは、勿論、肉盛層の表層部における機械的強度の向上を可能とするとともに、肉盛層の耐コーキング性および耐浸炭性の向上を可能とする。しかしながら、肉盛層の内層部においても、同様に、結晶粒が塑性変形し、径小化が促進されると、管基材と肉盛層との接合性が低下してしまうことが想定される。そこで、本発明においては、肉盛層の表層部における結晶粒の平均粒径は、内層部における結晶粒の平均粒径に比べて小さいものとする。その結果、管基材と肉盛層との接合性を十分に確保した状態で、つまり、肉盛層の剥離を起こすことなく、肉盛層の表面の平滑度、および肉盛層の耐コーキング性および耐浸炭性が高めることが可能となる。
【００１９】
さらに、上記した肉盛層の表層部における結晶粒の平均粒径としては、１．０〜８．０μｍの範囲とするのが望ましい。該平均粒径が、８．０μｍより大きいと、肉盛層の表層部において、耐コーキング性および耐浸炭性を向上させる効果を十分に得ることができない場合がある。一方、平均粒径が、１．０μｍ未満では、過度に結晶粒が径小となりすぎ、肉盛層の表層部の剥離や、さらには、肉盛層自体が管基材から剥離してしまうといった不具合の発生が想定される。そこで、肉盛層の表層部における結晶粒の平均粒径としては、１．０〜８．０μｍの範囲にすることが望ましい。
【００２０】
次に、本発明の金属複合管における肉盛層は、管基材との界面から層厚方向に成長した柱状組織層と、該柱状組織層よりも肉盛層の表層部側に形成され且つ柱状組織層よりも細粒の等軸晶組織層とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の肉盛層は、肉盛溶接にて形成されるとともに、Ｃｒ−Ｎｉ系合金より構成されてなる。このように、Ｃｒ−Ｎｉ系合金を、肉盛溶接にて管基材の内周面に形成させる際、該内周面を界面として成長する結晶粒は、層厚方向に選択成長して、層厚方向に結晶が伸びた形の柱状結晶粒となる場合がある。そして該柱状結晶粒の集合体としての柱状組織層が管基材との界面に形成される場合がある。このように柱状組織層が、肉盛層の表層部まで形成されると、耐コーキング性、特に耐浸炭性が悪化してしまう。つまり、固形炭素が、層厚方向に拡散浸入しやすくなるからである。しかしながら、本発明においては、肉盛溶接にて形成される肉盛層の表層部が、例え、柱状結晶粒の集合体を有したものとなった場合においても、塑性加工に起因する塑性変形を、この柱状結晶粒に誘起させることが可能であるとともに、結晶粒の軸長が等方的で、かつ、柱状結晶粒よりも細粒の等軸晶結晶粒の集合体としての等軸晶結晶層とすることが可能である。その結果、肉盛層の耐コーキング性、特に耐浸炭性をさらに向上させることができる。
【００２２】
上述のごとく、本発明においては、肉盛溶接にて形成された肉盛層の表面に対する平滑化処理を塑性加工にて行なうが、該平滑化処理がなされた、肉盛層の表面における算術平均粗さＲａは、１２．５μｍ以下とすることが望ましい。該Ｒａが、１２．５μｍより大きくなると、肉盛層の表面の平滑性が十分ではなく、耐コーキング性および耐浸炭性を向上させる効果を十分に得ることができない場合がある。したがって、平滑化処理が成された後の肉盛層の表面における算術平均粗さＲａは、１２．５μｍ以下とすることが望ましい。また、該算術平均粗さＲａの下限値は、小さいほど勿論よく、特に限定されないが、例えば０．８μｍ程度であれば、耐コーキング性および耐浸炭性が十二分に確保されるとともに、潤滑剤を使用することなく簡便に塑性加工が行なうことができる。このような観点から言えば、算術平均粗さＲａの下限値は０．８μｍとするのが望ましい。なお、本明細書における算術平均粗さＲａとは、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４）に規定された算術平均粗さＲａを指すものである。
【００２３】
ここまでに、本発明の肉盛層に対する平滑化処理を塑性加工にて行なうことにより、簡便に肉盛層の表面を平滑化させることができるとともに、肉盛層の耐コーキング性および耐浸炭性を効果的に向上させることができる等の主要な効果について述べてきた。このような塑性加工を用いることによる利便性などの効果を有した形で、さらに、金属複合管の曲がりを矯正させたい場合は、次のような製造方法を用いればよい。該製造方法としては、ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とする耐熱性金属からなる管基材の少なくとも内周面に、肉盛溶接により肉盛層を形成する肉盛形成工程と、該肉盛層が形成された管の外周面に密着する管状の拘束ガイド部材を配し、管基材の内周面に形成された肉盛層の内径よりも径大のマンドレルを管内に挿入し、管軸方向に管とマンドレルとを相対移動させることにより、管基材の内周面に形成された肉盛層の表面を塑性加工にて平滑化処理する平滑化工程とを有することを特徴とする。
【００２４】
この金属複合管の曲がりを矯正させることも視野に入れた製造方法における、前述の製造方法と異なる重要な点は、マンドレルを用いて管基材の内周面に形成された肉盛層の表面を平滑化処理する平滑化工程を、該マンドレルを挿入させる管の外周面に密着する管状の拘束ガイド部材を配した状態で行なうことである。このように、拘束ガイド部材を配することで、マンドレルと管とを管軸方向に相対移動させた際、管は、管軸方向に垂直な外側方向に拡径する力が強く拘束されるとともに、圧縮成形される。その結果、管とマンドレルとを管軸方向に相対移動させることで、管の曲がりを矯正することが可能となる。また、管基材の外周面にも肉盛溶接にて肉盛層が形成されている場合には、この外周面に形成された肉盛層は、拘束ガイド部材にて、層厚方向に同程度の力にて圧縮される。その結果、該肉盛層の表面をも平滑化することが可能とされる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の金属複合管に係わる実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の金属複合管の一実施形態を示す概略断面図である。図１における金属複合管１は、ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とする耐熱性金属からなる管基材２の内周面６に、肉盛溶接にて形成されたＣｒ−Ｎｉ系合金からなる肉盛層３を有した構造とされる。また、該肉盛層３の表面４は、塑性加工にて平滑化処理がなされものとされる。該平滑化処理を塑性加工にて行なうことで、「課題を解決するための手段および作用・効果」の段にて述べたように、肉盛層３の耐コーキング性および耐浸炭性を効果的に向上させることが可能となる。
【００２６】
上記のように、金属複合管１における肉盛層３の表面を塑性加工にて平滑化処理するには、図２の概略断面図に示すようなマンドレル１０を用いた方法で簡便に行なうことができる。このような方法で行なう平滑化処理も含めて、本発明に係わる金属複合管の製造方法の一例を、図２を併用して述べる。まず、肉盛形成工程にて、管基材２の少なくとも内周面６に肉盛層３を肉盛溶接にて形成する。そして、該肉盛層３が形成された管における、管基材２の内周面６に形成された肉盛層３の表面４に対して、マンドレル１０を用いた平滑化処理がなされる平滑化工程を行なう。該平滑化処理は、肉盛層３が形成された管の管内に、管基材２の内周面６に形成された肉盛層３の内径より径大のマンドレル１０を挿入し、管とマンドレル１０とを管軸方向に相対移動させることによりなされる。この際、管とマンドレル１０のうち一方を管軸方向への移動を拘束させ、他方を管軸方向に移動させてもよいし、それぞれ管とマンドレル１０とを管軸方向に対して逆方向に同時に移動させてもよい。このようにして、管基材２の内周面６に形成された肉盛層３の表面４に対する、塑性加工を用いた平滑化処理を簡便に行なうことが可能となる。また、従来の機械加工に比べて、格段に作業効率を向上させることができるとともに、肉盛層の耐コーキング性および耐浸炭性をより優れたものとすることができる。また、使用するマンドレルの材質としては、公知のものが適用可能であるが、例えば、炭素工具鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４４０１：ＳＫシリーズ）や、合金工具鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４４０４：ＳＫＳシリーズ）などを用いることができる。
【００２７】
上記平滑化処理前の肉盛層の表面における平滑性は、肉盛溶接に起因した表面ビートの発生の度合いにより左右される。そこで、平滑化処理前の肉盛層の表面における平滑性に則した形で、該肉盛層の内径とマンドレルの外径との径差を適宜調整して、平滑化処理はなされる。例えば、平滑化処理前の肉盛層の表面における平滑性が過度に悪化したものであれば、肉盛層の内径とマンドレルの外径との径差を大きく設定するといったように、該径差を調整して平滑化処理を行なうことで、肉盛層の表面の平滑度を所望のものとすることができる。この径差の範囲としては、例えば、５ｍｍを上限値とする範囲において、平滑化処理前の肉盛層の表面における平滑度が過度に悪化したものであっても、問題なく、処理後の肉盛層の表面における算術平均粗さＲａを、１２．５μｍ以下の範囲とすることができる。また、塑性加工を行なう温度雰囲気としては、肉盛層がＣｒ−Ｎｉ系合金にて構成されていることを加味して、常温〜１２００℃の範囲、特には冷間加工とされる温度範囲（例えば、常温）とすればよい。ここで温度雰囲気を常温とした場合、塑性加工を、塑性変形を効果的に誘起することができる冷間加工として行なうことができるとともに、温度設定に係わる作業を必要としないので、簡便に塑性加工を行なうことができる。また、マンドレルと管とを相対移動させる際に、摩擦熱などの発生を抑制させる意味で、潤滑剤をマンドレルと肉盛層とに介在させるようにして平滑化処理を行なっても勿論よい。
【００２８】
上記した平滑化処理にて、合わせて金属複合管の曲がりを矯正したい場合は、図２（ｂ）に示すような、管状の拘束ガイド部材１１を、肉盛形成工程にて肉盛層３が形成された管の外周面に密着するように配した状態で、平滑化処理を行なう。このように拘束ガイド部材１１を配することで、マンドレル１０と管とが管軸方向に相対移動する際、該管は管軸方向に垂直な外側方向へ拡径する力が強く拘束されるとともに、圧縮成形される。その結果、平滑化処理後の金属複合管を曲がりが抑制された良好なものとすることができる。また、図２（ｂ）においては、管基材２の外周面７にも肉盛層３が形成されてなるが、このような管の場合には、拘束ガイド部材１１にて、外周面７に形成された肉盛層３は、層厚方向に同程度の力にて圧縮されるので、該肉盛層３の表面をも平滑化することが可能となる。また、ここで、使用されるガイド部材１１の材質としては、マンドレル１０の材質として適用可能な材質であれば、特に限定されないが、例えば、炭素工具鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４４０１：ＳＫシリーズ）や、合金工具鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４４０４：ＳＫＳシリーズ）などを用いることができる。
【００２９】
以下、本発明の効果を確認するために行なった実施例について述べる。
【００３０】
（実施例１）
図１にて示したような管基材の内周面に肉盛層を有する管を、まず形成するとともに用意した。管基材は、ＦｅとＮｉとの少なくともいずれかを主成分とする耐熱性金属とされるＨＫ４０材（０．４Ｃ−２０Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｆｅ）より構成し、外径８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、長さ４０００ｍｍとなるように遠心鋳造法による鋳造体として形成した。そして、該管基材の内周面に、粉末プラズマ溶接法を用いて、肉盛層を層厚が２．５ｍｍとなるように形成した。また、該粉末プラズマ溶接法にて用いた粉末を、Ｃｒが４５重量％、Ｎｉが５５重量％からなるものとすることで、Ｃｒ−Ｎｉ系合金からなる肉盛層を形成した。なお、別途形成させた管の肉盛層をＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏ　Ａｎａｌｙｓｉｓ：電子プローブ微小分析）にて組成分析したが、肉盛層が粉末プラズマ溶接法にて用いた粉末組成とほぼ同一組成にて構成されていることが確認できた。
【００３１】
上記形成した管の肉盛層の表面における、肉盛溶接後の算術平均粗さＲａを求めた。該算術平均粗さＲａは、略２０ｍｍ×２０ｍｍの表面積からなる表面領域を測定領域として、該表面領域を触針法により計測を行ない、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４）に規定された方法により粗さ曲線を測定することにより求めた。なお、評価長さは、５ｍｍとした。その結果、算術平均粗さＲａは７５０μｍとされた。このことは、肉盛溶接後の肉盛層の表面においては、肉盛溶接に起因した表面ビートの発生により、その平滑性が多大な影響を受けることを示している。
【００３２】
次に、上記形成した管の肉盛層の表面に対する平滑化処理を、図２（ａ）を用いて上述したように、マンドレルと管とを相対移動させて塑性加工することにより行なった。マンドレルの外径と肉盛層の内径との径差を０．７ｍｍとし、温度雰囲気を常温とし、管を管軸方向の移動を拘束させた形で、マンドレルを、一度管内を通過させて平滑化処理を行なった。なお、マンドレルの材質は、炭素工具鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４４０１：ＳＫ３）とされる。そして、平滑化処理がなされた表面における、平滑化処理後の算術平均粗さＲａを求めた。該算術平均粗さＲａは、上記した肉盛溶接後の算術平均粗さを求めた条件・方法と同様の条件・方法にて求めた。
【００３３】
さらに平滑化処理後の肉盛層における耐コーキング性および耐浸炭性を評価するために次のような試験を行なった。耐コーキング性は、得られた管を軸線方向の長さが２５ｍｍになるように切断し、その管をエチレン製造用の実験炉に入れ、温度８００℃に加熱した状態で管内にナフサを気化させて得た蒸気を流速０．５ｍ／秒で通過させる試験を、５００時間続けた後のコークの付着量を基に評価した。具体的には、このコーク付着量を、単位時間（時）および単位面積（ｍ２）にて割った値をコーク付着速度（ｍｇ／ｍ２／時）と定義し、該コーク付着速度を基に評価した。また、このコーク付着速度が、３０ｍｇ／ｍ２／時以下、さらには２０ｍｇ／ｍ２／時以下のものは、特に良好な耐コーキング性を有したものと言える。そして、この耐コーキング性の試験が終了した後、該試験に使用した管の肉盛層の断面をＥＤＸ測定することにより、肉盛層に含有される炭素の含有量（重量％）を求めた。さらに、該炭素の含有量が、耐コーキング性の試験前に予めＥＤＸ測定にて求めておいた肉盛層に含有される炭素の含有量に比べて、どの程度増加したかを求めた。この炭素の含有量の増加分が、０．３重量％以下のものは、特に良好な耐浸炭性を有したものと言える。
上記測定結果である、それぞれ肉盛溶接後および平滑化処理後の肉盛層の表面における算術平均粗さＲａ、耐コーキング性の判定基準とされる圧力変化率、耐浸炭性の判定基準とされる炭素の含有量の増加分を、平滑化処理に要した処理時間とともに、表１に示す。
【００３４】
（比較例）
実施例１と同様の条件にて、管基材の内周面に肉盛層を肉盛溶接にて形成し、実施例１と同様の肉盛層が形成された管を用意した。また、肉盛層の層厚は、２．５ｍｍとした。そして、肉盛層の表面における肉盛溶接後の算術平均粗さＲａを、上記同様の条件・方法にて求めた。その結果、算術平均粗さＲａは７５０μｍとされた。このことは、比較例における肉盛溶接後の肉盛層の表面においても、実施例１のものと同程度に、肉盛溶接に起因した表面ビートの発生により、その平滑性が多大な影響を受けていることを示している。
【００３５】
次に、上記形成した管の肉盛層の表面に対する平滑化処理を、従来の方法である機械加工を用いて行なった。該機械加工として、プルボーリング加工による研削加工を用いた。また、該機械加工にて、上記実施例１における平滑化処理後の肉盛層の層厚に対応したものとするために、肉盛層の層厚が１．８ｍｍとなるように平滑化処理を行なった。さらに、この機械加工においては、切削間隔および深さを粗く設定した粗加工後に仕上げ加工をする必要があった。そして、平滑化処理がなされた表面における、平滑化処理後の算術平均粗さＲａを求めた。該算術平均粗さＲａは、上記同様の条件・方法にて求めた。さらに平滑化処理後の肉盛層における耐コーキング性および耐浸炭性を評価するために実施例１と同様の条件の試験を行なった。ここで、得られた測定結果である、それぞれ肉盛溶接後および平滑化処理後の肉盛層の表面における算術平均粗さＲａ、耐コーキング性の判定基準とされるコーク付着速度、耐浸炭性の判定基準とされる炭素の含有量の増加分を、平滑化処理に要した処理時間とともに、表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１に示すように、平滑化処理後における肉盛層の表面の平滑度は、塑性加工および機械加工のいずれの方法を用いても、同様のものとすることができる。しかしながら、コーク付着速度および炭素の増加量の結果を見れば明らかのように、塑性加工を用いることで、肉盛層の耐コーキング性および耐浸炭性は、効果的に高められたものとなる。このように、平滑化処理を塑性加工にて行なうことによる効果が確認されたが、さらに、機械加工を用いた場合に比べて、作業時間も短縮されることが分かる。
【００３８】
次に、塑性加工にて平滑化処理を行なった肉盛層が、機械加工にて行なったものに比べて、耐コーキング性および耐浸炭性が向上する要因を明らかにするために、実施例１および比較例における平滑化処理がなされた肉盛層の断面硬度を測定するとともに、肉盛層の断面を光学顕微鏡にて観察した。また、断面硬度の測定は、管基材の外周面から肉盛層の表面まで、深さ方向に０．２ｍｍ刻みで微小硬度計により、荷重２．９７Ｎ、時間１５秒の条件で、ビッカース硬度として測定した。このようにして測定した断面硬度の測定結果を図３に示す。一方、肉盛層の断面観察の結果については、表面を含む表層部の観察結果を図４（ａ）に、管基材との界面を含む内層部の観察結果を図４（ｂ）に示す。また、図４（ｂ）には、実施例１のもののみ示す。
【００３９】
図３に示すように、実施例１の肉盛層の表層部における硬度は、比較例のものより高いものとなった。このことは、実施例１の肉盛層の表層部は、比較例のものに比べて機械的強度が大きいことを意味し、また、耐コーキング性および耐浸炭性を高める１つの要因であると言える。この実施例１の肉盛層の表層部における硬度が、比較例のものより高いものとなることは、図４（ａ）に示す表層部の結晶粒の状態を見ても分かる。つまり、実施例１における表層部の結晶粒の平均粒径は、比較例のものに比べて、図から見ても明らかに細粒とされる。正確には、図上１００×５０μｍ２の視野サイズでの、実施例１の結晶粒の平均粒径は、３．２μｍ、一方、比較例の結晶粒の平均粒径は、１３．０μｍであった。次に、図４（ｂ）に目を移せば、肉盛層の内層部は、管基材との界面から、層厚方向に選択成長した柱状結晶粒の集合体とされる柱状組織層となっていることが分かる。この柱状結晶粒の集合体が、図４（ａ）の比較例のように、表層部に存在すると、層厚方向に固形炭素が拡散侵入しやすくなり、耐コーキング性、特に耐浸炭性の低下を招くことになる。ところが、図４（ａ）の実施例１の表層部においては、柱状結晶粒が塑性変形を受け、より細粒の軸長が等方的な等軸晶結晶粒となり、その集合体からなる等軸晶組織層となっていることが分かる。このことが、肉盛層の耐コーキング性および耐浸炭性を高めるもう１つの要因であると言える。
【００４０】
また、例えば、肉盛層の内層部においても同様に、結晶粒が塑性変形し、径小化が促進されてしまうと、肉盛層の管基材からの剥離や、肉盛層における表層部の剥離が発生することが考えられる。このような剥離の発生は、耐コーキング性および耐浸炭性を低下させることに繋がるので、肉盛層の内層部に対しては、塑性変形が誘起されず、肉盛層の表層部における結晶粒の平均粒径が、内層部のものより小さいものであることが望ましい。そこで、図４（ｂ）の図上２００×４００μｍ２の視野サイズにおける、内層部の結晶粒の平均粒径を計測したところ、２３．９μｍとなるとともに、この大きさよりも表層部の平均粒径は小さいものであり、確かに、ここでの断面観察にては、肉盛層に剥離が発生した領域は認められなかった。
【００４１】
（実施例２）
実施例１と同様の条件にて、管基材の内周面に肉盛層が形成された管を用意した。そして、図２（ｂ）に示したように、該管の外周面に対して、外径が８５ｍｍとされる管状の拘束ガイド部材を密着するように配するとともに、それ以外は実施例１と同条件にて平滑化処理を行なった。そして、該平滑化処理後における管の曲がりの矯正具合を評価した。該矯正具合は、平滑化処理前と後における、それぞれ管の管軸方向への長さ１０００ｍｍ当りに対する、管軸方向とは垂直方向への曲がり変位の大きさを、ダイヤルゲージにて測定し、その曲がり変位の変化量（ｍｍ）にて評価した。また、比較例の管に対しても、同様の方法にて曲がりの矯正具合を評価した。これら、実施例２および比較例に対して行なった曲がりの矯正具体の結果を表２に示す。なお、拘束ガイド部材の材質としては、炭素工具鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４４０１：ＳＫ３）とした。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
表２に示すように、実施例２のものについては、拘束ガイド部材を配することで、効果的に管の曲がりが矯正されたものとなった。このように、拘束ガイド部材を配することで、平滑化処理の工程にて合わせて管の曲がりを矯正することができる。
【００４４】
上述の実施例の結果より、本発明の金属複合管においては、その平滑化処理を塑性加工にて行なうことで、従来の金属複合管に比べて、耐コーキング性および耐浸炭性が効果的に向上としたものとなることが確認された。また、平滑化処理の工程にて、合わせて曲がりを矯正することが可能であることが確認された。なお、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、金属複合管における肉盛層の表面の平滑化処理を塑性加工にて行なう概念のものは、本発明に内包されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属複合管の一実施形態を示す概略断面図。
【図２】本発明の金属複合管の製造方法を説明するための概略断面図。
【図３】本実施例および比較例における肉盛層の断面硬度の測定結果を示す図。
【図４】本実施例および比較例における肉盛層の断面を光学顕微鏡にて観察した観察結果を示す図。
【符号の説明】
１　金属複合管
２　管基材
３　肉盛層
１０　マンドレル
１１　拘束ガイド部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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