JP2885057B2 - クラッド鋼板の接合強度評価方法 - Google Patents

クラッド鋼板の接合強度評価方法

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JP2885057B2
JP2885057B2 JP6058576A JP5857694A JP2885057B2 JP 2885057 B2 JP2885057 B2 JP 2885057B2 JP 6058576 A JP6058576 A JP 6058576A JP 5857694 A JP5857694 A JP 5857694A JP 2885057 B2 JP2885057 B2 JP 2885057B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、曲げ加工や鏡板加工等
を施して使用されるクラッド鋼板の接合強度を評価する
試験方法に関する。
【0002】
【従来の技術】クラッド鋼板の接合強度評価方法のうち
一般的なものとしては、JIS G0601のせん断強
さ試験や、JIS G 0601の解説に示されている
はく離強さ試験がある。
【0003】これら試験法の特徴は、JISせん断強さ
試験は接合界面にせん断応力のみを作用させ接合強度を
評価する方法、はく離強さ試験は接合界面にはく離応力
のみを作用させ接合強度を評価する方法である。この
他、界面の接合状態を評価する試験方法としては超音波
探傷試験がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】クラッド鋼板の加工の
うち最も厳しい加工の一つとして圧力容器のヘッド部と
しての鏡板加工がある。鏡板加工は熱間または冷間のプ
レス加工またはスピニング加工により成型されるが、接
合状態によっては加工中に剥離が発生する場合がある。
【0005】しかし、鏡板加工で剥離が発生するような
接合状態のクラッド鋼板であっても、加工前の接合強度
試験としてJISせん断強さ試験やはく離強さ試験にお
いては、JISの規格値を満足し、かつ鏡板加工におい
て剥離が発生しなかったクラッド鋼板と同等の接合強度
を示す場合がある。
【0006】また、超音波探傷試験において無欠陥のク
ラッド鋼板が鏡板加工中に剥離を発生する場合がある。
以上のように、従来の接合強度試験法、接合強度評価法
では、鏡板加工等の苛酷な加工中に剥離を発生するかど
うかを、加工前に判定することができない場合がある。
【0007】本発明は、上記のような課題を解決すべく
なされたものであって、クラッド鋼板の加工時の接合強
度を的確かつ簡便に評価できる試験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】本発明のクラッド鋼板の
接合強度評価方法は、クラッド鋼板の母材と合せ材の接
合強度の評価において、合せ材を表面、母材を裏面とす
る「曲げ試験片」を採取し、合せ材に試験片長手方向に
直角に少なくとも合せ材の板厚の深さとなるスリットを
設け、合せ材を表側にスリットを中心として曲げ試験を
行い、スリット周辺のはく離状態で接合強度を評価する
ことを特徴とするものである。
【0009】
【作用】本発明者らは、前記した課題を解決するため
に、クラッド鋼板の金属組織学的な接合状態と、種々の
接合強度評価試験、加工後の接合強度との関係を詳細に
調査した。
【0010】その結果、各種クラッド鋼板の接合強度支
配因子を明らかにし、その変化による各種接合強度評価
試験による試験結果の変化と、更に加工を行った場合の
接合強度の変化との関係を明らかにすることができた。
【0011】まず、クラッド鋼板の接合強度支配因子に
ついて説明する。支配因子は主に2つに分類され、一つ
は接合界面の未接合部の割合であり、もう一つは合せ材
と母材の組合せによって接合界面に反応拡散によって生
じる脆性層である。
【0012】未接合部の割合は圧延クラッド鋼板の場合
は、圧延時の温度、圧延荷重、圧下率等によって変化す
る。合せ材がステンレス鋼の場合は、ステンレス鋼の融
点が高く、接合時の温度を高く制御することができるた
め、未接合部はほとんど残存しない。ところが、合せ材
が融点の低い、銅合金の場合は、圧延温度を高くするこ
とができないため、圧延後の接合界面に100μm以下
の微細な未接合部が残存する場合がある。この未接合部
の接合界面全体に占める割合が増加すると、接合強度に
影響を与えるようになる。
【0013】もう一つの接合強度支配因子である脆性層
が問題となるのは,合せ材がチタンのような活性の金属
の場合で、母材又は中間材との接合界面に脆弱な化合物
を膜状に形成する場合である。この場合は、未接合部が
全く存在しない場合でも、脆性層の厚みが増加すると接
合強度に影響を与えるようになる。
【0014】次に、これら二つの支配因子の変化と各種
接合強度評価試験との関係及び加工後の接合強度の変化
との関係について説明する。未接合部の割合が接合強度
を支配する場合は、未接合部の割合が高いときに鏡板加
工等で剥離が発生する場合がある。
【0015】ところが、JISのせん断強さ試験等にお
いては、未接合部の割合がかなり大きくならないと、せ
ん断強度の変化として評価できない。また、超音波探傷
試験においては、未接合部の大きさがミリメータオーダ
の場合は検知できるが、未接合部の大きさが100μm
以下と微細な場合は、未接合部の存在をほとんど検出す
ることができない。
【0016】このように、従来のJISのせん断強さ試
験では異常を見いだせず、超音波探傷試験においても異
常を見いだせないが、接合界面の金属組織的観察におい
て100μm以下の微細な未接合部の存在が確認された
クラッド鋼板においては、鏡板加工等の苛酷な加工にお
いて合せ材の剥離を発生する場合がある。
【0017】本発明者らは、このような微細な未接合部
が存在するクラッド鋼板から、図1に模式的に示すよう
に、合せ材1を表面、母材2を裏面とする「曲げ試験
片」10を採取し、合せ材1に試験片長手方向に直角に
少なくとも合せ材の板厚の深さとなるスリット5で、そ
の幅が0.1〜10mmのものを設け,図2に模式的に
示すように、「曲げ試験片」10を合せ材1を表側に
し、スリット5を中心としてローラ4,4で支持し、パ
ンチ3により下方に押圧して、曲げ試験を行ったとこ
ろ、合せ材1の剥離が発生する場合もあることを見いだ
した。
【0018】ここで、試験片の板厚、合せ材と母材の板
厚比、曲げ半径等を適当に定めると、未接合部の割合に
よる鏡板加工時の剥離の有無と、本発明による曲げ試験
での剥離の有無とを一致させることができることも見い
だした。
【0019】一方、脆性層が接合強度を支配する場合
は、熱間加工や熱処理等の熱履歴の付与により反応拡散
が促進され、脆性層の厚みが増加すると、引張加工、曲
げ加工や両者の混在した加工において、加工中に合せ材
が剥離したり、加工後にせん断強さ試験等を行うと接合
強度が低下している場合がある。これは、脆性層の厚み
が増加すると、塑性変形を受けることにより、脆性層が
変形中に破壊を起こし易くなるからである。
【0020】ところが、JISのせん断強さ試験、剥離
強さ試験等においては、脆性層の厚みが加工後に接合強
度が低下するような厚みに増加しても、加工前に試験を
実施すると接合強度の低下がみられない場合がある。ま
た、超音波探傷試験においては、脆性層の厚みはもとよ
り、その存在すら評価することができない。
【0021】このように、従来の試験法では加工時の合
せ材の剥離や加工後の接合強度の低下を加工前に予測す
ることはできない。本発明者らは、供試材として、脆性
層の厚みを熱処理により制御し、加工前に比べ加工後に
せん断強さが低下するようにしたクラッド鋼板から、前
述と同様に、合せ材1を表面、母材2を裏面とする「曲
げ試験片」10を採取し、合せ材1に試験片長手方向に
直角に少なくとも合せ材の板厚の深さとなるスリット5
で、その幅が0.1〜10mmのものを設け,スリット
5を中心として、曲げ試験を行ったところ、合せ材1の
剥離が発生することを見いだした。
【0022】ここで、試験片の板厚、合せ材と母材の板
厚比、曲げ半径等を適当に定めると、脆性層の厚み、加
工度による合せ材の剥離及び加工後の接合強度の低下
と、本発明による曲げ試験での合せ材の剥離の有無とを
一致させることができることも見いだした。
【0023】なお、上記曲げ試験に際し、合せ材に形成
したスリット5の幅を0.1〜10mmとした理由は、
スリット幅が大きい方が試験時に合せ材の剥離が発生し
にくくなり、評価が難しくなるため、上限を10mmと
し、またスリット幅が小さ過ぎると、加工が難しくなる
ため、下限を0.1mmとしたのである。
【0024】
【実施例】まず、未接合部の割合が接合強度を支配する
例として、合せ材にアルミニウム青銅(JIS H 3
100 C6161P)を用い、母材にSS400を用
いた、アルミニウム青銅クラッド鋼板の場合について説
明する。
【0025】供試材として、熱間圧延法にて製造した、
製造条件の異なる4種類の鋼板を用いた。これらは、接
合界面に100μm以下の未接合部が散在し、接合率は
A鋼が60%,B鋼が75%、C鋼が85%、D鋼が9
0%と異なるものである。
【0026】ここで、接合率とは接合界面を、板厚方向
と垂直な方向から走査型電子顕微鏡等で観察し、観察し
ている接合面長さから未接合部分の長さを引いた割合で
ある。
【0027】なお、板厚は4種類とも母材板厚12,合
せ材板厚3mmである。これらの供試材について、JI
Sのせん断強さ試験、本発明による曲げ試験及び鏡板の
試作試験を行った。結果を表1に示す
【0028】
【表1】
【0029】本発明による曲げ試験の条件は、試験片の
板厚を母材10mm,合せ材2mm、また、スリット幅
0.1mm、5mm,10mm及び15mmとし、曲げ
半径を50mmとした。
【0030】また、試験片の板厚を母材8mm,合せ材
2mm、スリット幅2mmで曲げ半径を40mmとして
も行った。鏡板の試作は、A鋼とB鋼のみ行い、内径1
200mmの正半楕円型の鏡板を、冷間スピニングによ
り加工した。
【0031】JISのせん断強さ試験では、4種類とも
JISの規格値である100MPaをはるかに上回る2
00MPa以上の高いせん断強度を示した。ところが、
鏡板試作においては、接合率が60%と一番低いA鋼の
最も厳しい加工が加わると考えられるフランジ部で合せ
材の剥離が発生した。このように、JISのせん断強さ
試験においては、鏡板加工のような苛酷な加工時の接合
強度を加工前に予測することができない。
【0032】一方、本発明による曲げ試験においては、
上記試験条件のうち合せ材のスリット幅が15mmのも
のを除いて、A鋼は合せ材の剥離が発生し、鏡板加工に
おける剥離を予測することができた。
【0033】次に、脆性層が接合強度を支配する例とし
て、合せ材に純チタン(JIS H4600 TP2
8)を用い、母材にSB410を用いた、チタンクラッ
ド鋼板の場合について説明する。
【0034】供試材として、熱間圧延法にて製造した母
材板厚19mm、合せ材板厚3mmのものを準備し、5
50〜850°Cで1〜2時間熱処理し、接合界面に形
成されるTiC層の厚みを0.5〜1.5μmに制御し
たものを用いた。これらの供試材について、JISのせ
ん断強さ試験、はく離強さ試験、側曲げ試験及び本発明
による曲げ試験を行った。結果を表2に示す
【0035】
【表2】
【0036】本発明による曲げ試験の条件は、試験片の
板厚を母材10mm,合せ材2mm、また、スリット幅
を2mmとし、曲げ半径を48mmとした。また、試験
片の板厚を母材5mm,合せ材1mm、スリット幅2m
mで曲げ半径を24mmとしても行った。
【0037】これらの試験の他に、鏡板の試作試験を行
った。鏡板の試作は、内径1100mmの正半楕円型の
鏡板を、600°Cと650°Cの温間プレスにより2
体加工した。加工後、フランジ部よりせん断試験片を採
取し、せん断強さの測定を行った。2体の鏡板の加工後
のTiC層の厚みは600°C加工材が0.7μm,6
50°C加工材が0.8μmであり、表2の対応する箇
所に鏡板加工後のせん断強さの値を併せて示した。
【0038】JISせん断強さ試験では、TiC層の厚
みが0.5μmから1.5μmに増加するに伴い、せん
断強度は233MPaから158MPaに単調に減少す
る。これらはすべてJISの規格値である140MPa
を上回る強度である。
【0039】ところが、鏡板試作においては、加工後の
フランジ部のせん断強度は加工前に比べて低下してお
り、特に650°C加工材においては134MPaとJ
ISの規格値を下回る値にまで低下しており、鏡板加工
後の加工工程で合せ材の剥離が発生することが懸念され
る。
【0040】このように、JISせん断強さ試験は、接
合強度支配因子が脆性層の場合にも、未接合部の割合が
接合強度の支配因子である場合と同様に、鏡板加工のよ
うな苛酷な加工時の接合強度を加工前に予測することが
できない。
【0041】一方、本発明による曲げ試験においては、
TiC層の厚みが0.8μm以上の場合には、合せ材の
剥離が発生し、鏡板加工における剥離を予測することが
できる。
【0042】この他、はく離強さ試験においては、せん
断強さ試験と同様に、TiC層の厚みの増加に伴って、
はく離強さが単調に減少するが、加工後の急激な接合強
度の低下を予測することはできない。
【0043】また、側曲げ試験においては、TiC層の
厚みが1.0μmまで,合せ材の剥離が発生せず、本発
明の曲げ試験に比べて加工後の接合強度の低下を適切に
予測することはできない。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、各種クラッド鋼板の加
工時及び加工後の接合強度を的確に予測することが初め
て可能となり、その結果、加工前における加工可否の判
定、及び加工時の接合強度に優れたクラッド鋼板の開発
を行うことができるようになり、各種特性及び経済性に
優れたクラッド鋼板の使用拡大へ寄与することが大であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の試験片の説明図。
【図2】本発明での試験方法の説明図。
【符号の説明】
1…合せ材,2…母材,5…スリット、10…試験片。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クラッド鋼板の母材と合せ材の接合強度
    の評価において、合せ材を表面、母材を裏面とする「曲
    げ試験片」を採取し、合せ材に試験片長手方向に直角に
    少なくとも合せ材の板厚の深さとなるスリットを設け、
    合せ材を表側にスリットを中心として曲げ試験を行い、
    スリット周辺のはく離状態で接合強度を評価することを
    特徴とするクラッド鋼板の接合強度評価方法。
JP6058576A 1994-03-29 1994-03-29 クラッド鋼板の接合強度評価方法 Expired - Lifetime JP2885057B2 (ja)

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