JP2664200B2 - 異種金属接合管の製造法 - Google Patents
異種金属接合管の製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はステンレス鋼とジルコニウム（Zr）またはZr
合金との接合部材から管を製造する方法に係り、特に爆
発圧接により複合板を製造したのち管の切り抜きを行つ
て異種金属接合管を製造する方法に関する。
合金との接合部材から管を製造する方法に係り、特に爆
発圧接により複合板を製造したのち管の切り抜きを行つ
て異種金属接合管を製造する方法に関する。
炭素鋼又は低合金鋼板とZr又はジルコニウム合金板と
をタンタル（Ta）等の中間材を介して爆発圧接し複合板
を製造する方法が特開昭59−47078号公報に記載されて
いる。この公報には、爆発圧接後800℃で１時間の熱処
理を施しても接合部のせん断強さは低下しないこと、爆
発圧接後800℃で１時間加熱し直ちに圧延した材料のせ
ん断強さも低下しないこと、さらに爆発圧接後、熱間圧
延した後850℃で１時間の熱処理を行うことにより接合
部の伸びが良くなることが開示されている。
をタンタル（Ta）等の中間材を介して爆発圧接し複合板
を製造する方法が特開昭59−47078号公報に記載されて
いる。この公報には、爆発圧接後800℃で１時間の熱処
理を施しても接合部のせん断強さは低下しないこと、爆
発圧接後800℃で１時間加熱し直ちに圧延した材料のせ
ん断強さも低下しないこと、さらに爆発圧接後、熱間圧
延した後850℃で１時間の熱処理を行うことにより接合
部の伸びが良くなることが開示されている。
上記従来技術は、複合板の製造後に熱処理又は熱間圧
延を経たときに機械的特性が劣化するのを防止したもの
である。しかし、ステンレス鋼,Ta,Zrから成る複合板を
板厚方向に管状に切り抜いて化学プラント部品として使
用する場合は母材を含めそれぞれの接合境界が腐食環境
に曝され、不適切な熱処理を行うと、母材が変質した
り、接合境界に生ずる僅かな金属間化合物が腐食して耐
食性が劣化することが判つた。また、複合板を切り抜い
て管状に加工するので、構成材料の硬さの不均一性が大
きくなるほど加工特性も異なり、硬さの異なる部分で切
削条件が変化して、高品質で均一な加工表面状態が得ら
れなくなり、耐食性及び強度的にも悪影響を及ぼしかね
ないことが判つた。上記従来技術は管に加工したのちの
接合境界の変質や接合境界の耐食性及び継手部品として
の加工性について全く配慮されておらず、複合板を異材
接合部品として使用するには問題があつた。
延を経たときに機械的特性が劣化するのを防止したもの
である。しかし、ステンレス鋼,Ta,Zrから成る複合板を
板厚方向に管状に切り抜いて化学プラント部品として使
用する場合は母材を含めそれぞれの接合境界が腐食環境
に曝され、不適切な熱処理を行うと、母材が変質した
り、接合境界に生ずる僅かな金属間化合物が腐食して耐
食性が劣化することが判つた。また、複合板を切り抜い
て管状に加工するので、構成材料の硬さの不均一性が大
きくなるほど加工特性も異なり、硬さの異なる部分で切
削条件が変化して、高品質で均一な加工表面状態が得ら
れなくなり、耐食性及び強度的にも悪影響を及ぼしかね
ないことが判つた。上記従来技術は管に加工したのちの
接合境界の変質や接合境界の耐食性及び継手部品として
の加工性について全く配慮されておらず、複合板を異材
接合部品として使用するには問題があつた。
本発明の目的は爆発圧接後のステンレス鋼の変質とTa
との接合境界の金属間化合物の生成を防止しうる異種金
属接合管の製造法を提供するにある。
との接合境界の金属間化合物の生成を防止しうる異種金
属接合管の製造法を提供するにある。
本発明は、ステンレス鋼とジルコニウム又はジルコニ
ウム合金とを接合し管を製造する方法において、下記
（ｉ）〜（iv）の工程を含むことを特徴とする異種金属
接合管の製造法にある。
ウム合金とを接合し管を製造する方法において、下記
（ｉ）〜（iv）の工程を含むことを特徴とする異種金属
接合管の製造法にある。
（ｉ）ステンレス鋼板に予めタンタル板を爆発圧接する
工程、 （ii）前記タンタル板の上にジルコニウム板又はジルコ
ニウム合金板を爆発圧接してステンレス鋼−タンタル−
ジルコニウム又はジルコニウム合金よりなる複合板を製
造する工程、 （iii）前記複合板を450〜580℃の温度で熱処理し前記
タンタルの硬さを前記ジルコニウム又はジルコニウム合
金の硬さと同程度又はそれ以上に高める工程、および （iv）前記複合板の板厚方向に向けて管状に切り抜き加
工する工程。
工程、 （ii）前記タンタル板の上にジルコニウム板又はジルコ
ニウム合金板を爆発圧接してステンレス鋼−タンタル−
ジルコニウム又はジルコニウム合金よりなる複合板を製
造する工程、 （iii）前記複合板を450〜580℃の温度で熱処理し前記
タンタルの硬さを前記ジルコニウム又はジルコニウム合
金の硬さと同程度又はそれ以上に高める工程、および （iv）前記複合板の板厚方向に向けて管状に切り抜き加
工する工程。
更に、前記（ii）の工程において、タンタル板の上に
Zr又はZr合金板の複数枚を順次に爆発圧接し且つ夫々の
圧接毎に450〜580℃の温度で熱処理してステンレス鋼−
Ta−Zr又はZr合金よりなる複合板を製造することにあ
る。
Zr又はZr合金板の複数枚を順次に爆発圧接し且つ夫々の
圧接毎に450〜580℃の温度で熱処理してステンレス鋼−
Ta−Zr又はZr合金よりなる複合板を製造することにあ
る。
このようにすることにより、ステンレス鋼とTa中間材
との境界の金属間化合物の生成を防止し、Ta中間材を硬
化させ、TaとZrの接合境界及びZrとZrの接合境界の硬化
域を軟化させることができる。このため強度と耐食性を
兼備ししかも表面の平滑な異種金属接合管を作ることが
出来る。
との境界の金属間化合物の生成を防止し、Ta中間材を硬
化させ、TaとZrの接合境界及びZrとZrの接合境界の硬化
域を軟化させることができる。このため強度と耐食性を
兼備ししかも表面の平滑な異種金属接合管を作ることが
出来る。
第１図に示す材料構成の爆発圧接された複合板から試
験片を切り出して熱処理を行い、熱処理時間を変えたと
きのTa中間材の硬さの変化及びステンレス鋼とTaとの境
界のTa遷移層の巾の変化を調べ第２図に示した。ステン
レス鋼とTaとの境界のTaの遷移層の巾はＸ線分析により
計測した。
験片を切り出して熱処理を行い、熱処理時間を変えたと
きのTa中間材の硬さの変化及びステンレス鋼とTaとの境
界のTa遷移層の巾の変化を調べ第２図に示した。ステン
レス鋼とTaとの境界のTaの遷移層の巾はＸ線分析により
計測した。
第１図の符号は夫々、１が複合板、２がステンレス
鋼、３がTa中間材、４がZr材、５が複合材より切り出さ
れる異種金属接合管を示している。
鋼、３がTa中間材、４がZr材、５が複合材より切り出さ
れる異種金属接合管を示している。
第１図の複合板の一部を拡大した断面図を第７図に示
す。第７図の符号６と７は、いずれも接合境界層を示
し、ステンレス鋼とTa材との境界のTa遷移層の巾とは、
接合境界層６の巾を意味する。
す。第７図の符号６と７は、いずれも接合境界層を示
し、ステンレス鋼とTa材との境界のTa遷移層の巾とは、
接合境界層６の巾を意味する。
第２図により、Taの遷移層の巾は爆発圧接のままの状
態で５μｍ程度であり、熱処理温度の上昇及び熱処理時
間の増加によりこの遷移層の巾は広くなる。熱処理によ
りTa遷移層の巾が５μｍを超えた時、金属間化合物が生
成し、その巾が広い程、金属間化合物の生成量も増加す
るものと推定できる。
態で５μｍ程度であり、熱処理温度の上昇及び熱処理時
間の増加によりこの遷移層の巾は広くなる。熱処理によ
りTa遷移層の巾が５μｍを超えた時、金属間化合物が生
成し、その巾が広い程、金属間化合物の生成量も増加す
るものと推定できる。
Ta中間材の硬さは300℃を超えると高くなり、600℃付
近で最大となり、それ以上の温度で低下傾向を示す。ま
た、ステンレス鋼とTaとの境界のTaの遷移層の巾は600
℃の熱処理温度以上で熱処理時間が長くなるほど広くな
り、それ以上の温度では急激に広くなる。特に保持時間
が３時間のものは顕著である。このTa遷移層の巾が広く
なる開始温度とTa中間材の硬化終了温度はいずれも600
℃付近の温度でほぼ一致する。以上の実験でステンレス
鋼とZrに挟まれたTaは熱処理により硬化するという事実
を明らかにした。このことから適切な熱処理を行うこと
によりTa中間材とZrの硬さを均一にして、ステンレス鋼
とTaとの境界に金属間化合物が生成するのを防止し得る
ことが分る。
近で最大となり、それ以上の温度で低下傾向を示す。ま
た、ステンレス鋼とTaとの境界のTaの遷移層の巾は600
℃の熱処理温度以上で熱処理時間が長くなるほど広くな
り、それ以上の温度では急激に広くなる。特に保持時間
が３時間のものは顕著である。このTa遷移層の巾が広く
なる開始温度とTa中間材の硬化終了温度はいずれも600
℃付近の温度でほぼ一致する。以上の実験でステンレス
鋼とZrに挟まれたTaは熱処理により硬化するという事実
を明らかにした。このことから適切な熱処理を行うこと
によりTa中間材とZrの硬さを均一にして、ステンレス鋼
とTaとの境界に金属間化合物が生成するのを防止し得る
ことが分る。
例えば、580℃で３時間の熱処理を行うとTa中間材の
硬さはHv（1.0）で約150となり熱処理後のZr境界の硬さ
Hv（1.0）約145とほぼ等しくなる。その結果、管状の継
手部品に機械加工する際、Zr側からの旋盤加工でTa中間
材が硬化しているので、その部分に切削疵が生じない。
すなわち、機械加工性が改善される。Ta遷移層の巾は接
合時と変らず、強度，耐食性も低下しない。
硬さはHv（1.0）で約150となり熱処理後のZr境界の硬さ
Hv（1.0）約145とほぼ等しくなる。その結果、管状の継
手部品に機械加工する際、Zr側からの旋盤加工でTa中間
材が硬化しているので、その部分に切削疵が生じない。
すなわち、機械加工性が改善される。Ta遷移層の巾は接
合時と変らず、強度，耐食性も低下しない。
700℃、１時間の熱処理ではZr境界の硬さはHv（1.0）
約135、Ta中間材の硬さはHv（1.0）約145となり機械加
工性は改善されるが、Ta遷移層の巾が広くなり、強度，
耐食性が低下するので適当でない。また、この温度で熱
処理するとステンレス鋼の耐食性が低下することがあ
る。
約135、Ta中間材の硬さはHv（1.0）約145となり機械加
工性は改善されるが、Ta遷移層の巾が広くなり、強度，
耐食性が低下するので適当でない。また、この温度で熱
処理するとステンレス鋼の耐食性が低下することがあ
る。
以上の実験を基にZr全層を爆発圧接後の適切な熱処理
が機械加工性等の改善に有効であることを明らかにした
が、熱処理の実施は爆発圧接後に限定されるものではな
く、Zrを爆発圧接する各工程において実施することも可
能である。熱処理の時間は温度，爆発圧接された複合板
の寸法を考慮して設定すれば良いが、合計の時間は３時
間程度で十分である。
が機械加工性等の改善に有効であることを明らかにした
が、熱処理の実施は爆発圧接後に限定されるものではな
く、Zrを爆発圧接する各工程において実施することも可
能である。熱処理の時間は温度，爆発圧接された複合板
の寸法を考慮して設定すれば良いが、合計の時間は３時
間程度で十分である。
ステンレス鋼,Ta,Zrの線膨脹係数は大きく異なるの
で、過度の加熱冷却を繰返すと接合部が剥離することが
考えられる。第３図はステンレス鋼,Ta,Zrの各接合境界
を有する直径20mm,長さ20mmの試験片の熱疲労試験結果
のグラフである。実験は試験片を所定の温度まで加熱
し、直ちに水冷する方法である。この結果、530℃以上
の加熱では比較的少ない回数で割れが発生するので、Zr
の爆発圧接毎に熱処理する場合は熱処理の効果が現われ
る450℃以上,530℃以下が望ましい。
で、過度の加熱冷却を繰返すと接合部が剥離することが
考えられる。第３図はステンレス鋼,Ta,Zrの各接合境界
を有する直径20mm,長さ20mmの試験片の熱疲労試験結果
のグラフである。実験は試験片を所定の温度まで加熱
し、直ちに水冷する方法である。この結果、530℃以上
の加熱では比較的少ない回数で割れが発生するので、Zr
の爆発圧接毎に熱処理する場合は熱処理の効果が現われ
る450℃以上,530℃以下が望ましい。
以下、本発明の実施例について説明する。第１図にお
いてステンレス鋼２はSUS304Lで板厚40mmである。Ta中
間材３は板厚1mm、Zr材のうちTaに最も近いものの板厚
は3mm、それ以外の板厚はいずれも11mmである。Zr材４
は４層よりなる。板厚の合計は77mmである。すべての爆
発圧接が完了した後に10-5Torrの真空中で530℃で３時
間の熱処理を実施した。第４図は爆発接合部のビツカー
ス硬さ分布を示す。爆発圧接のままのものは各接合部で
硬さが高くなつているが、530℃,3時間の熱処理を実施
したものはすべてのZr境界（Ta/Zr/,Zr/Zr）で硬さの低
下が顕著に現われ、接合境界以外のZrも硬さが低下す
る。しかし、Ta中間材は硬さが高くなり、Zrと同程度の
硬さとなる。SUS304Lの境界も僅かながら硬さは低下す
る。第１表は爆発圧接された複合板の継手引張試験結果
を示す。試験片は板厚方向から直径6mm,標点間距離24m
m,標点間距離の1/2がSUS304Lの接合界面となるように採
取した。熱処理材は爆発圧接のままのものに比較して、
強度的に低下するが、伸び，絞りは良好となる。材質的
にこの熱処理で改善される。
いてステンレス鋼２はSUS304Lで板厚40mmである。Ta中
間材３は板厚1mm、Zr材のうちTaに最も近いものの板厚
は3mm、それ以外の板厚はいずれも11mmである。Zr材４
は４層よりなる。板厚の合計は77mmである。すべての爆
発圧接が完了した後に10-5Torrの真空中で530℃で３時
間の熱処理を実施した。第４図は爆発接合部のビツカー
ス硬さ分布を示す。爆発圧接のままのものは各接合部で
硬さが高くなつているが、530℃,3時間の熱処理を実施
したものはすべてのZr境界（Ta/Zr/,Zr/Zr）で硬さの低
下が顕著に現われ、接合境界以外のZrも硬さが低下す
る。しかし、Ta中間材は硬さが高くなり、Zrと同程度の
硬さとなる。SUS304Lの境界も僅かながら硬さは低下す
る。第１表は爆発圧接された複合板の継手引張試験結果
を示す。試験片は板厚方向から直径6mm,標点間距離24m
m,標点間距離の1/2がSUS304Lの接合界面となるように採
取した。熱処理材は爆発圧接のままのものに比較して、
強度的に低下するが、伸び，絞りは良好となる。材質的
にこの熱処理で改善される。
第５図は硝酸腐食試験結果を示す。第６図に示す形
状，寸法の試験片を14規定の硝酸中に腐食促進作用のあ
るルテニウム（Ru3＋）を500ppm添加した沸騰（120℃）
溶液中に48時間浸漬した。結果は熱処理の有無による両
者の腐食減量の平均値はあまり差が無い。しかし、熱処
理したものは腐食減量が均質化していることが分る。
状，寸法の試験片を14規定の硝酸中に腐食促進作用のあ
るルテニウム（Ru3＋）を500ppm添加した沸騰（120℃）
溶液中に48時間浸漬した。結果は熱処理の有無による両
者の腐食減量の平均値はあまり差が無い。しかし、熱処
理したものは腐食減量が均質化していることが分る。
以上の特性を有する複合板から第１図に示す異種金属
接合管５を切り抜いて機械加工を行つた。爆発圧接のま
まのものはTa中間材に旋盤機械加工による切削欠陥の生
じるものが見られた。この欠陥は局部的にTaがむしり取
られたものでTa表面は平滑となり難い。これはSUS304L
とZr側の境界の硬化域が悪影響を及ぼしたものである。
極端な硬化域から軟質のTaに切削バイトが通過する時、
切削条件が急変しバイト刃先が変化するためである。熱
処理材について同様の機械加工を実施するとSUS304L側
から切削すると同様の欠陥が生じる場合があつたが、Zr
側から切削加工すると欠陥の無い、平滑な表面に容易に
仕上げることが出来た。
接合管５を切り抜いて機械加工を行つた。爆発圧接のま
まのものはTa中間材に旋盤機械加工による切削欠陥の生
じるものが見られた。この欠陥は局部的にTaがむしり取
られたものでTa表面は平滑となり難い。これはSUS304L
とZr側の境界の硬化域が悪影響を及ぼしたものである。
極端な硬化域から軟質のTaに切削バイトが通過する時、
切削条件が急変しバイト刃先が変化するためである。熱
処理材について同様の機械加工を実施するとSUS304L側
から切削すると同様の欠陥が生じる場合があつたが、Zr
側から切削加工すると欠陥の無い、平滑な表面に容易に
仕上げることが出来た。
以上述べたように、爆発圧接によりTa中間材を介して
ステンレス鋼とZrを接合した複合板に適切な熱処理を与
えることにより、TaとZrの硬さをほぼ一致させることが
出来るので、機械加工性が向上し、かつ、ステンレス鋼
とTaとの境界にも金属間化合物が生じないので強度と耐
食性の良い異種金属接合管を作ることが出来る。
ステンレス鋼とZrを接合した複合板に適切な熱処理を与
えることにより、TaとZrの硬さをほぼ一致させることが
出来るので、機械加工性が向上し、かつ、ステンレス鋼
とTaとの境界にも金属間化合物が生じないので強度と耐
食性の良い異種金属接合管を作ることが出来る。
第１図は爆発圧接された複合板の斜視図、第２図は熱処
理温度と時間によつてTa中間材の硬さ並びにステンレス
鋼とTaとの境界のTa遷移層の巾が変化することを示す特
性図、第３図はステンレス鋼境界の熱疲労試験結果を示
す特性図、第４図は爆発圧接された複合板のビツカース
硬さ分布を示す特性図、第５図は爆発圧接材の硝酸腐食
試験結果を示す特性図、第６図は腐食試験片の形状，寸
法を示す説明図、第７図は第１図の一部拡大断面図であ
る。 １……複合板、２……ステンレス鋼、３……Ta中間材、
４……Zr材、５……異種金属接合管、６……接合境界
層、７……接合境界層。
理温度と時間によつてTa中間材の硬さ並びにステンレス
鋼とTaとの境界のTa遷移層の巾が変化することを示す特
性図、第３図はステンレス鋼境界の熱疲労試験結果を示
す特性図、第４図は爆発圧接された複合板のビツカース
硬さ分布を示す特性図、第５図は爆発圧接材の硝酸腐食
試験結果を示す特性図、第６図は腐食試験片の形状，寸
法を示す説明図、第７図は第１図の一部拡大断面図であ
る。 １……複合板、２……ステンレス鋼、３……Ta中間材、
４……Zr材、５……異種金属接合管、６……接合境界
層、７……接合境界層。
フロントページの続き (72)発明者 佐々田 泰宏 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 多胡 久男 滋賀県高島郡新旭町大字饗庭字北谷3076 ―149番地 旭化成工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−220292（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】ステンレス鋼とジルコニウム又はジルコニ
ウム合金とを接合し管を製造する方法において、下記
（ｉ）〜（iv）の工程を含むことを特徴とする異種金属
接合管の製造法。 （ｉ）ステンレス鋼板に予めタンタル板を爆発圧接する
工程、 （ii）前記タンタル板の上に一枚以上のジルコニウム板
又はジルコニウム合金板を爆発圧接してステンレス鋼−
タンタル−ジルコニウム又はジルコニウム合金よりなる
複合板を製造する工程、 （iii）前記複合板を450〜580℃の温度で熱処理し前記
タンタルの硬さを前記ジルコニウム又はジルコニウム合
金の硬さと同程度又はそれ以上に高める工程、および （iv）前記複合板の板厚方向に向けて管状に切り抜き加
工する工程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10762788A JP2664200B2 (ja) | 1988-05-02 | 1988-05-02 | 異種金属接合管の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10762788A JP2664200B2 (ja) | 1988-05-02 | 1988-05-02 | 異種金属接合管の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01278978A JPH01278978A (ja) | 1989-11-09 |
| JP2664200B2 true JP2664200B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=14463983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10762788A Expired - Fee Related JP2664200B2 (ja) | 1988-05-02 | 1988-05-02 | 異種金属接合管の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2664200B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05185250A (ja) * | 1991-12-13 | 1993-07-27 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | 異種金属接合材 |
-
1988
- 1988-05-02 JP JP10762788A patent/JP2664200B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01278978A (ja) | 1989-11-09 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |