JP5329567B2 - 金属帯被覆鋼ワイヤを有する水産養殖網 - Google Patents

Description

本発明は、鋼ワイヤを有する水産養殖網に関する。

魚等の水生生物を飼育するのに、水産養殖網または養魚網が用いられている。水産養殖網は、網内の水生生物を管理して収容し、サメやシーウルフ等の捕食動物から保護するものである。

水産養殖網は、通常、金網フェンス式である。これは、菱形パターンに織られた鋼ワイヤのフェンスであり、その網目は、網内に収容される魚の大きさよりも小さい寸法を有している。各鋼ワイヤは、最高点と最低点を有する波形パターンの折曲によって予備成形されており、各鋼ワイヤの最高点が隣接する鋼ワイヤの最低点と連結されることで、連続した菱形パターンに形成されている。

しかし、このような金網フェンス式の水産養殖網がいくつかの欠点を有していることも経験から分かっている。水産養殖網は、１つまたは複数の鋼ワイヤがわずかの寿命の後に破損することが見出されている。

破損した水産養殖網の調査によって、特に、水産養殖網の上部の鋼ワイヤが破損することが明らかになっている。実際、大洋または海洋は、耐食性に関して大きな課題を投げかけている。この極めて腐食性の強い環境に加えて、水産養殖網は、波浪および潮流による連続的な反復運動を受けることになる。金網フェンス式水産養殖網では、各鋼ワイヤは、その下の網の残りの重量を支えなければならない。上側ワイヤは、その直下のワイヤと点接触している。これらの点接触部は、上側ワイヤとその直下のワイヤとが曲げ変形および捻じれ変形の両方を受けた点に位置している。この浸食性の強い環境下で受ける連続的な反復運動によって、これらの点接触部にフレッティング腐食が生じ、その結果、網ワイヤの破損が生じることになる。

亜鉛メッキされた鋼ワイヤを有する水産養殖網は、生物付着に対して、すなわち、メッシュ構造体上に成長する付着物に対して、十分とは言えないが、一応満足できる耐性をもたらしている。本発明に関連して、「付着物」という用語は、メッシュ構造物のワイヤ材料に付着し、成長するフジツボ、藻、または軟体動物のような付着有機体を指している。しかし、この付着メカニズムは、メッシュの開口の全てが塞がれ、メッシュ構造体の内部への新鮮な水または栄養分の導入を妨げるほど存続し続ける可能性がある。

従って、さらに良好な耐付着性および耐食性を有する水産養殖網が必要とされている。

特許文献１は、水産養殖網用の鋼ワイヤを開示している。この鋼ワイヤは、ステンレス鋼コアと、キュプロニッケルの金属被覆とを有している。キュプロニッケルは、１０重量％から３０重量％の範囲内のニッケルを含む銅ニッケル合金である。この金属被覆は、ステンレス鋼コアを銅ニッケル浴内で溶融メッキするか、またはステンレス鋼コアに銅をメッキし、その後、ニッケルをメッキし、最後に、熱拡散処理を行うことによって施されている。

銅ニッケル被覆は、ニッケルによって良好な耐食性がもたらされると共に、銅の効果によって良好な耐付着性がもたらされることが判明している。しかし、この先行技術による銅ニッケル被覆を有する鋼ワイヤは、以下の理由から、銅ニッケル被覆の厚みおよび組成を微調整する可能性に乏しく、言い換えれば、厚い被覆を有する高品質の鋼ワイヤをもたらすものではない。

銅ニッケル溶融メッキ浴が用いられる場合、銅ニッケル被覆の組成は、銅ニッケル浴の組成を変化させることによって、異ならせることができる。しかし、厚みは、浴を出るワイヤ速度および最終的な巻取りまたは引抜きに大きく依存している。ワイヤ直径の３０％を超える厚みの被膜を有する鋼ワイヤを得ることは、不可能ではないにしても、困難である。さらに、銅およびニッケルの両方が亜鉛と比較して高い融点を有していることに関連して、鋼コアの表面に生じる酸化の問題によって、高品質の被覆ワイヤを製造することが困難である。

さらに、熱拡散処理が施される場合、（電気）メッキの時間を延ばすことによって、銅ニッケル被覆の厚みを所定の値にすることができる。すなわち、他の全てのパラメータを一定とした場合、メッキ処理が長いほど被覆が厚くなり、逆もまた同様であることが理解されるだろう。しかし、この場合、組成を制御することが一層困難になる。ニッケルが銅の上に施されると、ニッケルは、上から銅内に拡散すると共に、後続の熱処理によって、ステンレス鋼コアからも銅内に拡散することになる。何故なら、ステンレス鋼もニッケルを含んでいるからである。しかし、この拡散過程は、制御し、かつ微調整するのが困難である。その結果、熱拡散処理によって、例えば、９０重量％の銅および１０重量％のニッケルの組成を有し、かつ被覆の厚みの全体にわたって同じ組成を有する被覆を得ることは不可能である。

水産養殖網の寸法は、かなり大きい。典型的な寸法の例は、３０ｍ×３０ｍ×１５ｍである。但し、最後の寸法は、水中の網の深さであり、最初の２つの寸法は、水面における網の幅および長さである。単なる例示にすぎないが、上記の寸法を有する亜鉛メッキされた鋼ワイヤから作製されている網は、４トンを超える重量を有している。水産養殖網の実施形態が、特許文献２に開示されている。このように、水産養殖網の重量は、最小限に保たれる必要がある。調整可能な被覆が、厚み、従って、ワイヤおよび網の制御可能な重量を保証することになる。

特開２００４−２６１０２３号公報 国際公開第２００７／０３１３５２Ａ１号パンフレット

本発明の目的は、先行技術の欠点を解消することにある。

本発明のさらに他の目的は、調整可能な被覆を有する鋼ワイヤを有している水産養殖網を提供することにある。

本発明の他の目的は、厚い被覆を有する、従って、十分な耐食性および十分な耐付着性をもたらす鋼ワイヤを有している水産養殖網を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、厚みの全体にわたって組成が均一である被覆を有する鋼ワイヤを有している水産養殖網を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、被覆の厚みが製造速度に依存することなく制御可能である水産養殖網を提供することにある。

本発明によれば、鋼ワイヤを有する水産養殖網が提供されている。鋼ワイヤは、鋼コアと、鋼ワイヤに耐食性および耐付着性を与える金属被覆とを有する。金属被覆は、鋼コアの周囲に固定された帯材または箔の形態にある。制御された組成および予め定められた所望の厚みを有している適切な金属の帯材（ストリップ）は管状に成形可能である。この帯材の幅は、被覆される鋼コアの外周よりも僅かに大きいかまたは等しい。帯材は、管状に閉じられ、鋼コア上または鋼コアの周囲に溶接される。

代替的に、２つの帯材を用いて、鋼コアを覆うようにすることもできる。この場合、溶接の代わりに、これらの２つの帯材が鋼コア上に抽伸されている。

それ自体が周知のこれらの２つの技術は、本発明にとって多くの利点をもたらすことになる。これらの技術によって、鋼コアの周囲の（耐付着性および耐食性をもたらす）金属被覆の組成および厚みの両方を独立して決定することができる。また、鋼コアを、引張強度に関して、金属被覆から独立して最適に改良することができる。鋼コアおよび金属被覆のいずれもが、複合物をなすこれらの２つの材料間に最適の密着性をもたらすように適合されることが可能である。このようにして、強靭であると共に、最適な耐付着性および耐食性を有する水産養殖網が提供されることになる。

好ましい実施形態では、前記金属被覆は、銅ニッケル合金である。銅ニッケル被覆は、ニッケルによって、良好な耐食性をもたらし、銅の効果によって、良好な耐食性をもたらすことが分かっている。

一実施形態では、前記金属被覆は、CuNi x Fe y、但しｘは９，１０，または１１、ｙは１である。他の実施形態では、前記金属被覆は、CuNi x Sn y、但しｘは８，９，１０，または１１、ｙは１，２，または３である。ここで、ｘおよびｙは重量％である。これらの特定の合金は、焼き鈍し工程中に硬化して耐摩耗性を向上させる利点を有している。

他の合金、例えば、CuZnSn合金および CuZnNi合金も可能である。

さらに他の実施形態では、前記銅ニッケル合金は、少なくとも８０重量％の銅および５重量％から１５重量％の間のニッケルを含んでいる。９０重量％Cuおよび１０重量％Niの組成物は、許容できる組成物であることが分かっている。

好ましくは、本発明による前記鋼コアは、予め伸線加工されている硬鋼ワイヤである。硬鋼ワイヤは、圧延機からのワイヤロッドよりも極めて高い表面硬度を有している。内側のコアワイヤの硬度が高くなると、この鋼コアへの被覆の密着性が向上することになる。また、硬鋼ワイヤは、水産養殖網に用いられる未被覆鋼コアワイヤの初期引張強度も高めることになる。さらに、被覆の後に鋼ワイヤを伸線加工することによって、最終的な引張強度がさらに一層高められ、鋼コアに対する被覆の密着性が改良されることになる。１５００MPaを超える最終的な引張強度、例えば、１８００MPa、具体的には、２０００MPaを超える最終的な引張強度を得ることができる。

本発明による好ましい実施形態では、鋼コアと金属被覆との間の間隙は、５０μｍ未満、例えば１０μｍ未満である。最も好ましくは、前記鋼コアと前記金属被覆との間に間隙が存在しないことである。塩分を含む海水における腐食の理由から、好ましくは、全ての間隙をなくすべきである。このような間隙をなくす方法については後述する。

他の実施形態では、前記鋼コアはニッケルを含んでおり、前記ニッケルは、前記鋼コアと前記金属被覆との間の界面の近くで濃度勾配を有しており、これによって、複合物をなす２つの材料間の密着性が改良されることになる。これは、図５にさらに詳細に示されている。

さらに好ましい実施形態では、前記鋼コアが体心立方格子構造を有し、かつ、前記金属被覆が面心立方格子構造を有しており、これによっても、複合物をなす２つの材料間の密着性が改良される。「体心立方格子構造」は結晶構造を指しており、結晶が、８つの隅部の格子点に加えて、単位格子の中心に１つの格子点を有することを意味している。この結晶構造は、単位格子につき、２つの格子点（（１／８）×８＋１）を含んでいる。「面心立方格子構造」は、隅部の格子点に加えて、立方体の面上に（正確に１／２原子が占める）格子点を有する結晶構造を指している。この結晶構造は、単位格子につき、総計４原子（（隅部ごとに１／８原子）×８隅部＋（面ごとに１／２原子）×６面）を含んでいる。

一実施形態では、前記鋼コアが低炭素鋼からなる。低炭素鋼は、CuNi被覆の面心立方格子構造に対して良好な密着性をもたらす体心立方格子構造を有している。

他の実施形態では、前記鋼コアがステンレス鋼からなる。ある種のステンレス鋼は、体心立方格子構造を有し、他の種類のステンレス鋼は、面心立方格子構造を有している。何れの種類のステンレス鋼が用いられた場合にも、ステンレス鋼コアは、海水が鋼コアまで浸透するような状況下でも、低炭素鋼コアと比較して優れた耐食性をもたらす。

ステンレス鋼が面心立方格子構造を有する場合、十分な焼き鈍し処理によって、さらには、鋼コアと被覆とを高度に伸線加工することによって、適切なレベルの密着性が得られることになる。

生物付着物が異常増殖している水産養殖網を示す図である。 本発明によるワイヤの断面を示す図である。 金属被覆を鋼コアの周囲に溶接した時の好ましくない密着性（３ａ）および好ましい密着性（３ｂ）の例を示す図である。 異なる結晶構造を有する材料間の好ましくない機械的密着性（４ａ）および好ましい機械的密着性（４ｂ）の例を示す図である。 異なる温度における焼き鈍しによる効果を示す図である。 金属被覆を鋼コアに溶接する工程を示す図である。

図１は、水産養殖網１０を示している。この水産養殖網１０では、メッシュ構造の鋼ワイヤ１２に、網に付着したフジツボ、藻、または軟体動のような生物付着有機体１４が異常繁殖している。この付着メカニズムは、メッシュの開口の全てが塞がれ、メッシュ構造の内部への新鮮な水または栄養分の導入を妨げるほど存続し続ける可能性がある。

図２は、本発明による鋼ワイヤ１２の断面を示している。金属被覆１６が、鋼コア１４に対してまたは鋼コア１４の周囲に溶接されている。

鋼コアへの金属被覆の溶接に関連する周知の問題は、密着性である。

クラッドワイヤの密着性を高めるために、いくつかの方法および材料が用いられてきている。

本発明との関連では、「クラッド加工（cladding）」という用語は、被覆材を帯材または箔の形態で鋼コアの周囲に配し、溶接または引抜きによって、この被覆材を鋼コアに固定する方法を意味している。

図３ａは、金属被覆１６が溶接部１８によって鋼コア１４に溶接され、溶接部に間隙２０，２２が生じた、好ましくない密着性の例を示している。

図３ｂは、間隙２０，２２が存在しない、好ましい密着性の例を示している。

１つの方法では、高温でタークスヘッド（Turks head）を用いることによって、クラッドワイヤの密着性を向上させている。タークスヘッドは、溶接テーブルのすぐ後ろに配置され、２００℃の最低温度で金属被覆材をコアワイヤに加圧するようになっている。断面の全てが、完全な密着性を示している。型を一回通過させる伸線加工で一体化された後には、界面においても溶接部においても間隙は見られなかった。クラッド加工ラインにおいて、複合材料は、少なくとも１０％以上の減径率にて直接伸線加工することができる。溶接部における特有の窪みまたは間隙は、さらなる伸線中に観察されなかった。

他の方法では、鋼コアおよび金属被覆に対して異なる結晶構造を有する材料を選択することによって密着性を向上させている。図４ｂは、体心立方格子構造の鋼コアと面心立方格子構造の金属被覆との良好な機械的密着性の例を示している。図４ｂと対照的に、図４ａは、いずれもが面心立方格子構造を有している鋼コアおよび金属被覆の断面を示している。鋼コアと被覆との間の界面は、図４ｂの表面積よりも小さい表面積を有しており、これによって、２つの材料間の密着性が小さくなっている。

さらに他の方法では、適切な温度における焼き鈍しによって密着性を向上させている。種々の温度で試験を行った。図５は、１０７０℃における２時間の焼き鈍しによる効果を示している。ステンレス鋼コア１４の外面に向かって、著しいNiの濃縮が観察されている。換言すると、前記鋼コアと前記金属被覆との間の界面の近くに、Niの濃度勾配が見出されている。これによって、ステンレス鋼コア１４と金属被覆１６との間の密着性が改良されることになる。

第４の方法では、内側ワイヤの硬度を高め、この内側ワイヤの表面品質を改良することによって密着性を向上させている。前述したように、出発コア材料として硬鋼ワイヤを用いることによって、出発材料としてロッドを用いる場合と比較して、良好な密着性が得られることになる。

クラッドワイヤの密着性は、間接的な方法、例えば、複合ワイヤをペンチなどによって切断し、その端部を観察することによって評価することができる。

他の間接的な方法は、温海水試験における切断端部の腐食を追及することである。好ましくない密着部は、切断端部の腐食に直接影響を与えることになる。さらに他の間接的な方法は、光学顕微鏡による観察および断面粗さ測定によるものである、第４の間接的な方法は、SEMおよびEDXSを用いて、拡散を検証することである。

図６は、金属被覆１６を鋼コア１４に溶接する工程を示している。所定厚みを有している適切な金属の帯材１６が、管状に成形される。この帯材の幅は、被覆される鋼コア１４の外周よりもいくらか大きいかまたは等しくなっている。帯材が管状に閉じられ、鋼コアの周囲に溶接される。溶接の後、タークスヘッド６０によって、金属被覆１６が鋼コア１４に加圧されるようになっている。

このように、所定の組成および所定の厚みを有する金属被覆を鋼コアワイヤに施すプロセスがもたらされている。前記金属被覆は、銅ニッケル合金からなる。この金属被覆は、鋼ワイヤコアの周囲または鋼ワイヤコア上に溶接される。

好ましくは、溶接工程ステップに先立って、高い硬度および高い引張強度を有する鋼ワイヤを得るために、鋼ワイヤを伸線加工するステップが実施される。

好ましくは、溶接工程ステップに続いて、２００℃の最低温度においてタークスヘッドによって被覆材を鋼コアに加圧するステップが実施される。

代替的または追加的に、鋼コアを金属の帯材または箔によって被覆するステップに続いて、金属被覆を有する鋼コアを、９５０℃を超える温度で少なくとも一時間に亘って焼き鈍すステップが行われても良い。

Claims (10)

1. 鋼ワイヤ（１２）を備えた水産養殖網（１０）であって、前記鋼ワイヤが、ステンレス鋼コア（１４）と、前記鋼ワイヤに耐食性および耐付着性を付与する金属被覆（１６）と、を有し、前記金属被覆は、銅ニッケル合金からなり、前記ステンレス鋼コアの周囲に固定された帯材の形態にあることを特徴とする水産養殖網。
2. 前記帯材は、前記ステンレス鋼コア（１４）上または前記ステンレス鋼コア（１４）の周囲に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の水産養殖網。
3. 前記帯材は、前記ステンレス鋼コア（１４）上に抽伸されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水産養殖網。
4. 前記銅ニッケル合金は、少なくとも８０重量％の銅および５重量％から１５重量％の間のニッケルを含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水産養殖網。
5. 前記ステンレス鋼コアは、予め伸線加工されている硬鋼ワイヤであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水産養殖網。
6. 前記ステンレス鋼コア（１４）と前記金属被覆（１６）との間に間隙が存在しないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の水産養殖網。
7. 前記ステンレス鋼コア（１４）はニッケルを含んでおり、前記ニッケルは、前記ステンレス鋼コア（１４）と前記金属被覆（１６）との間の界面の近くで濃度勾配を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の水産養殖網。
8. 前記ステンレス鋼コア（１４）は、体心立方格子構造を有し、前記金属被覆は、面心立方格子構造を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の水産養殖網。
9. 前記ステンレス鋼コア（１４）は、低炭素ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の水産養殖網。
10. 前記ステンレス鋼コア（１４）は、面心立方格子構造を有し、前記金属被覆は、面心立方格子を有していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の水産養殖網。
    
    

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