JP2000153373A - 施工性に優れた銅または銅合金クラッド鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 合わせ面に対するニッケル中間材の装入、カ
ットバック、低入熱溶接などを行うことなく、銅割れが
発生せずに簡便且つ効率的に溶接することができる銅・
銅合金クラッド鋼板を提供する。 【解決手段】 銅・銅合金からなる合せ材２が母材１の
表面に接合された圧延ままの銅・銅合金クラッド鋼板に
おいて、クラッド鋼板表面の全周辺部の内、少なくとも
一周辺部の内側に、合せ材が存在しない幅４ｍｍ以上の
帯状領域が設けられている。 【効果】 溶接施工工程が著しく簡略化され、コストダ
ウンに寄与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶接時の施工性
に優れた銅または銅合金クラッド鋼板に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、クラッド鋼板の利用技術の進歩に
伴い、優れた耐食性を有する銅または銅合金クラッド鋼
板の利用が増えつつある。銅または銅合金クラッド鋼板
は、防汚性に優れていることから、海水用途、例えば、
海水淡水化装置、熱交換器、海洋構造物、船舶等、その
利用が拡大している。銅・銅合金クラッド鋼板の合せ材
としては、キュプロニッケル、純銅、アルミブロンズな
どが多く使用されており、それらの有する特性を生かす
ために、クラッド鋼板の利用技術の更なる向上が求めら
れている。

【０００３】図２は、従来の銅・銅合金クラッド鋼板
（タイプｇ）の形状を模式的に示す斜視図である。図２
に示すように、母材鋼板１の表面全面に、薄板状の銅ま
たは銅合金合わせ材２が張り合わされた状態で接合され
ている。

【０００４】このようなクラッド鋼板の利用技術の中で
も、クラッド鋼板の溶接施工は、プラントや構造物の建
設コストに大きな影響を及ぼすので、溶接施工技術の改
善が重要な課題となっており、種々検討されている。一
般に、クラッド鋼板を溶接する際には、少なくとも溶接
部の最表層を、合せ材と同一の溶接材料またはこれに準
ずる溶接材料で盛り付けて覆うことにより、溶接部に合
せ材に近い耐食性をもたせるようにしている。

【０００５】銅・銅合金クラッド鋼板の場合には、ある
一定の入熱条件を超えると、溶接熱影響部のクラッド界
面において、合わせ材中の銅が母材に拡散し、いわゆる
銅割れが発生する。このような銅割れの発生を防止する
ために、従来次のような手段が組合わされ実施されてい
る。

【０００６】（１）合せ面にニッケル中間材を装入する
ことによって銅の拡散浸透を防止する。 （２）開先近傍の合せ材を特定の幅で除去し（カットバ
ック）、母材を溶接した後、合わせ材と同等の銅・銅合
金をカバー溶接する。

【０００７】（３）低入熱溶接によって界面への熱影響
を軽減する。 図４に、従来の銅・銅合金クラッド鋼板の溶接施工工程
を示す。即ち、図４（ａ）に示すように、母材１の合せ
材２のうち、開先加工部３の近傍の合せ材２ａを特定の
幅で除去（カットバック）した後、図４（ｂ）に示すよ
うに、母材１同士を溶接し、次いで、図４（ｃ）に示す
ように、溶接部４上にNi系合金溶材５を盛り付け、更
に、図４（ｄ）に示すように、その上を、合せ材２と同
等の銅または銅合金６で覆う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような銅・銅合金クラッド鋼板の溶接施工は、極めて工
程が複雑で多くの手間および費用がかかり、更に、溶接
熱の影響による接合性の劣化を回避するための入熱作業
が必要なため、作業の非効率化が問題とされており、溶
接施工の簡便化及び工程の省略化が強く望まれている。

【０００９】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、合せ面に対するニッケル中間材の装入、カッ
トバック、低入熱溶接などを行う必要がなく、銅割れが
発生せずに簡便且つ効率的に溶接することができる、施
工性に優れた銅または銅合金クラッド鋼板を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、圧延法が
適用可能な製造技術によって、クラッド鋼板をどのよう
な形状および構造にすれば、上述した問題が本質的に解
決されるかについて試験・検討を重ねた。その結果、次
の知見を得た。

【００１１】即ち、合せ材をカットバックによる除去部
分に含めず、合せ材と溶接部との間に一定距離をもたせ
るという観点から、クラッド鋼板の形状を、溶接が予定
される部分の幅ｗにわたって合せ材を初めから存在させ
ず、母材で置き替わらせる構造となし、溶接時における
入熱の影響を避けるために、板厚／開先の形状に応じ、
溶接熱影響領域を十分に外れる位置まで、即ち、溶接熱
影響が及ばない十分な幅ｗの合せ材のない領域を設ける
ことにした。

【００１２】本発明者等は、実験的に、溶接時における
クラッド鋼板の板厚の変化とそれに対する開先形状の変
動を考慮した結果、合せ材が存在しない幅ｗとして必要
な最低値は４ｍｍであることが確認された。この発明
は、上記知見に基づきなされたものであって、その要旨
は次の通りである。

【００１３】請求項１記載の発明は、銅または銅合金か
らなる合せ材が表面に接合された圧延ままの銅または銅
合金クラッド鋼板において、前記クラッド鋼板表面の全
周辺部のうち、少なくとも１つの周辺部の内側に、前記
合せ材が存在しない幅４ｍｍ以上の帯状領域が設けられ
ていることに特徴を有するものである。

【００１４】請求項２に記載の発明は、前記クラッド鋼
板が直方体形状であり、クラッド鋼板の製品幅Ｗ、長さ
Ｌ、前記合せ材部分の幅Ｗc およびその長さＬc が、下
記（１）、（２）または（３）式の関係を満たすことに
特徴を有するものである。

【００１５】 Ｗ−Ｗc ≧４ｍｍ -----------------------------------（１） Ｌ−Ｌc ≧４ｍｍ -----------------------------------（２） Ｗ−Ｗc ≧４ｍｍ、且つ、Ｌ−Ｌc ≧４ｍｍ ----------（３） 請求項３に記載の発明は、前記直方体形状のクラッド鋼
板の合せ材が接合された側の面は、合せ材が接合された
複数の長方形部分と、合せ材が存在しない、複数の長方
形の各々の四周辺部に存在する帯状部分とからなり、且
つ、前記クラッド鋼板の製品幅Ｗ、長さＬ、前記合せ材
部分の幅の合計値ΣＷc およびその長さの合計値ΣＬc
は、下記（４）、（５）または（６）式の関係を満たす
ことに特徴を有するものである。

【００１６】 Ｗ−ΣＷc ≧４ｍｍ -----------------------------------（４） Ｌ−ΣＬc ≧４ｍｍ -----------------------------------（５） Ｗ−ΣＷc ≧４ｍｍ、且つ、Ｌ−ΣＬc ≧４ｍｍ --------（６）

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明による銅・銅合金クラッ
ド鋼板の構成およびその溶接方法を従来法と比較しなが
ら説明する。

【００１８】図１に、この発明による銅・銅合金クラッ
ド鋼板の実施態様タイプａ〜ｆを模式的斜視図で示す。
図１（ａ）に示すタイプａの銅・銅合金クラッド鋼板
は、幅Ｗｂの直方体形状であり、幅Ｗｃの合せ材２側の
板表面の四周辺部７には、幅ｗ（（Ｗｂ−Ｗｃ）／２）
で合せ材２のない帯状部分が形成されており、この部分
は、母材鋼板１がクラッド鋼板の全厚となっている。四
周辺部の合せ材のない部分の幅ｗは４ｍｍ以上確保され
ている。

【００１９】図１（ｂ）に示すタイプｂの銅・銅合金ク
ラッド鋼板は、所謂台形クラッド鋼板であって、上記タ
イプａのクラッド鋼板と同様に、その全周囲の内側に周
辺部から幅ｗで合せ材２がなく母材１が露出している、
額縁状に母材１中に合せ材２が嵌め込まれた形状になっ
ている。また、図１（ｃ）に示すタイプｃの銅・銅合金
クラッド鋼板は、四周辺部に幅ｗにわたって合せ材２が
機械的および化学的に除去された形状である。

【００２０】図１（ｄ）および図１（ｅ）に示すタイプ
ｄおよびタイプｅの銅・銅合金クラッド鋼板は、合せ材
２のない部分を四周全部ではなく周辺の２辺のみに設け
た例で、合せ材２のない部分は３辺であってもよい。こ
れらのタイプは、溶接施工物の設計の多様性によってそ
の必要性が生じるものであり、クラッド鋼板の形態・寸
法は適宜選定される。

【００２１】図１（ｆ）に示すタイプｆの銅・銅合金ク
ラッド鋼板は、圧延ままのクラッド鋼板の製品（一次製
品中）に、２次加工（分割切断）で発生する溶接線位置
に、合せ材のない母材露出部分が設定されているもの
で、タイプｆは、４分割を予定した場合の例である。こ
の場合でも、クラッド鋼板の製品幅Ｗ及びその長さＬ、
並びに、合せ材部分の幅の合計値ΣＷc 及びその長さの
合計値ΣＬc の間には、前述した下記（４）、（５）又
は（６）式： Ｗ−ΣＷc ≧４ｍｍ -------------------------------------（４） Ｌ−ΣＬc ≧４ｍｍ -------------------------------------（５） Ｗ−ΣＷc ≧４ｍｍ、且つ、Ｌ−ΣＬc ≧４ｍｍ ----------（６） の関係が満たされていることが必要である。

【００２２】以上は主に鋼板の幅方向について説明した
が、これを鋼板の長さ方向に置き換えても同様である。
図３は、図１（ａ）に示したタイプａの銅・銅合金クラ
ッド鋼板を突き合わせ溶接する場合の施工工程別の溶接
部概略縦断面図である。先ず、母材の溶接すべき端面を
開先加工する。図３（ａ）に示すように、母材鋼板１の
端面部表面の所定幅（ｗ）の領域には合せ材２がなく、
母材１（開先部近傍露出母材）が占めており、その開先
部近傍露出母材１ａの表面高さは、合せ材２の表面の高
さと同じになっている。上記構造の銅・銅合金クラッド
鋼板の母材１同士を図３（ｂ）に示すように溶接する。
次いで図３（ｃ）に示すように、溶接部４および開先部
近傍露出母材１ａの表面にNi系合金溶材５を盛り付けた
後、図３（ｄ）に示すように、Ni系合金溶材５の表面
に、合せ材２の部分にわたって、合せ材２と同じ材質の
銅・銅合金を盛り付ける。

【００２３】このように、本発明によるクラッド鋼板を
使用すれば、図４に示した従来の溶接工程のうちの合せ
材２のカットバック工程が省略され、溶接施工は、母材
開先加工、母材溶接および合わせ面盛付けの工程に簡略
化される。また、合せ材が熱影響を受け難くなったこと
から、ニッケル中間材の装入を省略することが可能であ
る。

【００２４】上述した銅・銅合金クラッド鋼板は、鋼片
スラブ母材の片面側に形成された凹字状空間部に、薄板
状の銅・銅合金合せ材が埋め込まれた、所定の厚さ、幅
および長さを有する２枚のスラブ形状の組合せ体を重ね
合わせてなる熱間圧延用素片を、所定の温度に加熱した
後、これを適切な圧下比で熱間圧延することにより製造
することができる。

【００２５】

【実施例】次に、この発明を、実施例によって比較例と
共に更に詳細に説明する。本発明の範囲内の銅・銅合金
クラッド鋼板の供試体（以下、本発明供試体という）N
o.１〜１３、および、本発明の範囲外の比較用銅・銅合
金クラッド鋼板の供試体（以下、比較用供試体という）
No. １４〜１９を調製した。

【００２６】表１に、本発明供試体No. １〜１３、およ
び、比較用供試体No. １４〜１９の合せ材の種類、形
状、タイプ、ニッケル中間材の有無、合せ材のない表面
外周辺部の幅ｗ（以下、「ｗ値」という）、主な溶接条
件、及び、溶接部至近位置でのクラッド接合部剪断試験
結果（日本工業規格に基づく）を示す。なお、形状欄の
数字は、クラッド鋼板の母材および合せ材の厚さを示し
ており、例えば、「7.5+1.5 」は、母材厚さ:7.5mm、合
せ材厚さ:1.5mmを表している。

【００２７】

【表１】

【００２８】このような銅・銅合金クラッド鋼板は、厚
さＴｓ、幅Ｗｓ、長さＬｓのスラブに対し、圧下比Ｒで
熱間圧延を施す厚板圧延方式によって製造した。その際
のスラブの組立ては、サンドイッチ方式または犠牲材方
式によって行い、製品部分に限定した剥離材を部分塗布
することによって、端部に合せ材のない部分を有するク
ラッド鋼板に仕上げた。

【００２９】合せ材として、本発明供試体No. １〜９は
キュプロニッケルを使用し、No. １０、１１は純銅を使
用し、No. １２、１３はアルミブロンズを使用した。ま
た、比較用供試体No. １４〜１７はキュプロニッケルを
使用し、No. １８は純銅を使用し、No. １９はアルミブ
ロンズを使用した。

【００３０】本発明供試体No. １〜７、No. ９〜１３
は、表裏面の形状が長方形（即ち全体形状は直方体）で
あり、No. ８は異形の台形である。また、本発明供試体
No. １〜８およびNo. １０〜１３は、母材スラブの中央
凹部に合せ材が嵌め込まれたスラブから製造した、いわ
ゆる額縁状のクラッド鋼であり、本発明供試体No. ９
は、合せ材の幅および／または長さよりも大きい開口を
有する枠状スペースを使用してその四周を溶接し、圧延
後スペーサ相当部分を切断除去したいわゆる凸状クラッ
ド鋼板である。

【００３１】本発明供試体No. ７、１１、１３について
は中間材を使用せず、他の供試体については中間材を使
用した。開先加工形状は、本発明供試体No. １〜３およ
びNo. ７〜１３についてはＸ状、No. ４についてはＵ
状、No. ５についてはＫ状、No. ６については端面まま
とした。従って、合せ材界面に対する溶接熱影響は、本
発明供試体No. ６の場合が最も厳しくなると想定された
が、ｗ値を本発明の下限値の４mmに設定した。その他の
本発明供試体は８mm以上とした。

【００３２】上記試験で得られた熱間圧延ままのチタン
クラッド鋼板は、寸法・形状、合せ材と母材との厚さ構
成、及び合せ材のない部分の幅（ｗ値）のすべてにつ
き、各目標値を満足していた。

【００３３】このようにして得られた、本発明供試体お
よび比較用供試体から試験材を採取し、溶接施工試験を
行なった。溶接はすべて、合せ材なしの辺について突き
合わせ溶接を行なった。

【００３４】溶接には、母材共金系の溶接材料を使用
し、溶接方法は、本発明供試体No. ４および６について
は、ナローギャップＳＡＷ法（Ｎ．Ｇ．ＳＡＷ）を適用
し、それ以外は、サブマージアーク溶接法（ＳＡＷ法）
とした。入熱は、通常型ＳＡＷ法では１７〜２４ｋＪ／
ｃｍの一般的な量とし、ナローギャップＳＡＷ法では１
５〜１６ｋＪ／ｃｍとした。

【００３５】溶接部近傍のクラッド接合部剪断試験は、
合せ材の溶接部最近接端から試験片を、長手方向が溶接
線と平行になるように切り出し、日本工業規格ＪＩＳ
Ｇ０６０１に定める剪断試験方法によって剪断強度の測
定を行なった。その結果、本発明の範囲内の条件で製造
された本発明供試体No. １〜１３については、いずれ
も、上記規格の規格値である９８ＭＰａ以上を満足する
良好なクラッド接合性が確保されていた。

【００３６】これに対し、ｗ値が本発明の範囲外の３mm
以下である比較用供試体No. １４、１５は、良好な剪断
強度が得られなかった。この部分の金属組織観察および
ＥＰＭＡによる成分分析の結果、母材側に合せ材成分で
ある銅の粒界偏析が多量に観察され、溶接熱影響を大き
く受けたために接合性の劣化が生じたものと判断され
た。

【００３７】比較用供試体No. １６は、図２に示した従
来の形状の銅クラッド鋼板（タイプｇ）であって、正常
な剪断強度を得るために、合せ材を１５mmカットバック
する必要があった。比較用供試体No. １７〜１９は、従
来の形状の銅クラッド鋼板で、製品端部をそのまま溶接
した場合である。この場合も接合界面の劣化が見られ剪
断強度が低下した。

【００３８】以上の結果より、この発明の目的とする溶
接時の施工性に優れ、且つ溶接部において高水準のクラ
ッド接合性を維持するクラッド鋼板を製造するために
は、合せ材のない部分の位置及び寸法・形状の関係をこ
の発明の条件の通りとすることが必要であり、その条件
を満たせば所望のクラッド鋼板を熱間圧延により製造す
ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
合せ面に対するニッケル中間材の装入、カットバック、
低入熱溶接などを行うことなく、銅割れが発生せずに簡
便且つ効率的に溶接することができる、施工性に優れた
銅または銅合金クラッド鋼板が得られる、工業上有用な
効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による銅・銅合金クラッド鋼板の各種
実施態様を示す模式的斜視図である。

【図２】従来の銅・銅合金クラッド鋼板を示す模式的斜
視図である。

【図３】この発明の一実施態様であるタイプａの銅・銅
合金クラッド鋼板を、端面突き合わせ溶接するときの施
工工程別の溶接部概略縦断面図である。

【図４】従来使用の銅・銅合金クラッド鋼板を、端面突
き合わせ溶接するときの施工工程別の溶接部概略縦断面
図である。

【符号の説明】

１ 母材 ２ 合せ材 ３ 開先加工部 ４ 溶接部 ５ Ni系合金溶材 ６ 銅・銅合金 ７ 合せ材周辺部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 泰男 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4E002 AA08 AD01 AD12 BD06 CA20 4E067 AA02 AA07 BD01 DA13 DA17 EB11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅または銅合金からなる合せ材が表面に
   接合された圧延ままの銅または銅合金クラッド鋼板にお
   いて、前記クラッド鋼板表面の全周辺部のうち、少なく
   とも１つの周辺部の内側に、前記合せ材が存在しない幅
   ４ｍｍ以上の帯状領域が設けられていることを特徴とす
   る、施工性に優れた銅または銅合金クラッド鋼板。
2. 【請求項２】 銅または銅合金からなる合せ材が表面に
   接合された圧延ままのクラッド鋼板において、前記クラ
   ッド鋼板は直方体形状であり、前記クラッド鋼板の製品
   幅Ｗ、長さＬ、前記合せ材部分の幅Ｗc およびその長さ
   Ｌc が、下記（１）、（２）または（３）式の関係を満
   たすことを特徴とする、施工性に優れた銅または銅合金
   クラッド鋼板。 Ｗ−Ｗc ≧４ｍｍ -----------------------------------（１） Ｌ−Ｌc ≧４ｍｍ -----------------------------------（２） Ｗ−Ｗc ≧４ｍｍ、且つ、Ｌ−Ｌc ≧４ｍｍ ----------（３）
3. 【請求項３】 銅または銅合金からなる合せ材が表面に
   接合された圧延ままのクラッド鋼板において、前記クラ
   ッド鋼板は直方体形状であり、前記クラッド鋼板の前記
   合せ材が接合された側の面は、合せ材が接合された複数
   の長方形部分と、前記合せ材が存在しない、前記複数の
   長方形の各々の四周辺部に存在する帯状部分とからな
   り、且つ、前記クラッド鋼板の製品幅Ｗ、長さＬ、前記
   合せ材部分の幅の合計値ΣＷc およびその長さの合計値
   ΣＬc は、下記（４）、（５）または（６）式の関係を
   満たすことを特徴とする、施工性に優れた銅または銅合
   金クラッド鋼板。 Ｗ−ΣＷc ≧４ｍｍ -------------------------------------（４） Ｌ−ΣＬc ≧４ｍｍ -------------------------------------（５） Ｗ−ΣＷc ≧４ｍｍ、且つ、Ｌ−ΣＬc ≧４ｍｍ ----------（６）