JPH03210978A - チタンもしくはチタン合金／ステンレス鋼管継手とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、互に溶接困難な異種金属間の継手に係り、更
に具体的には、ステンレス鋼管とチタン又はチタン合金
管との間の接合に使用される管継手およびその製造方法
に関するものである。

［従来の技術］ 同じ種類の金属の溶接は簡単に実施できるが異種金属の
溶接は一般に困難なことが多い、そこで。

互に接合したい異種金属と夫々同種である異種金属を爆
発ノ「着法によって接合してなるクラツド板或はクラツ
ド管で継手を形成し、このクラッド部（」よりなる継手
を異種金属間に介装し、その夫々の金属部分にそれと同
種金属を夫々溶接することによって異種金属間の接合を
実施することが行われている。これらのクラツド材より
なる継手は異Ｍｉ金属の部材や管の接合用に多方面に採
用されており、例えばＡＱｌ鋼の継手、Ｔｉ／Ｃｕの継
手。

ΔＱ／Ｃｕの継手、ＡＱ／ステンレス鋼の継手、Ｚｌ・
／ステンレス鋼の継手、Ｔｉ／ステンレス鋼の継手など
がある。

このような異種金属用継手は、用途や使用条件に応じて
それなりの要求を満たすものが提供されて来たが、近年
、益々過酷な使用条件に耐える管継手の必要性が高まっ
ている。

例えば、優れた耐食性を有するチタン又はチタン合金（
以下、略してチタン合金等と称する）は多種化学装置材
料として多用されており、従来、チタン合金等の液槽タ
ンクやパイプ類とステンレスｓｇ液送管との管継手部に
は２ランジ継手、ねじ継手等による機械的な結合法が用
いられて来たが、これに代えて爆発圧着法による管継手
の採用が望まれ、ステンレス鋼板とチタン合金等の板と
を重ねて爆発圧着してなるクラツド板から板厚方向にく
り抜いて製作されたチタン／ステンレス鋼の環状継手が
考えられている。

他方、鋼板とチタン板との爆発圧着法として、特開昭５
３−１０３４７号公報には、鋼板とチタン板との間にニ
ッケル層を介在させて爆発圧着する方法が提案されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明者らは、ステンレス鋼板とチタン合金等の板を爆
発圧着してなるクラツド板から板厚方向に環状にくり抜
いて製作されたチタン／ステンレス鋼の管継手は、過酷
な使用条件下ではチタン／ステンレス鋼接合界面に生成
された耐食性の低い合金層や金属間化合物が選択的に腐
食され、継手強度の劣化要因となるおそれがあることを
見出した。また、前記特開昭５３−１０３４７号公報に
は、ニッケルＪｔｊを介在させて鋼板とチタン板を爆発
圧着してクラツド板を製作する方法が開示されているが
。

このクラット板はチタン板の表面が腐食環境に曝される
ことを想定して製作されており、爆発接合界面が腐食環
境に曝されることは想定されておらず、接合界面に耐食
性を要求される管継手については全く開示がない。

このように、従来技術では、爆発接合した管継手の爆発
接合部が直接腐食環境に曝される場合における該接合界
面に存する耐食性の低い合金層もしくは金属間化合物に
よる局部腐食の問題があった。

また、異種金属板を爆発圧着してなるクラツド板は構造
材として使用される場合に爆発接合面に作用する応力と
して膜応力を想定しているものであるが、かかるクラツ
ド板を板厚方向に環状にくり抜いて製作した管継手では
爆発接合面に引張応力や剪断応力が作用して信頼性を弱
めるという問題があった。

よって１本発明は、例えば硝酸等の如き酸化性の強い高
腐食性環境下でも耐食性を有し且つ接合強度も高いチタ
ンもしくはチタン合金／ステンレス鋼管継手およびその
ｌＩＩ造方法を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明のチタンもしくはチタン合金／ステンレス鋼管継
手は、特許請求の範囲の請求項１記載の構成を有し、こ
の管継手の製造方法は請求項２記載の構成を有する。

［作　　　用］ 本発明の管継手によればステンレスＩｌ管とチタンもし
くはチタン合金管とは、その肉厚よりも大きい軸方向長
さを有する円筒状もしくはテーパー状の周面が爆発接合
されている結果、管軸に対して直角方向に応力が作用し
ても該接合界面には。

剪断応力が加わらず、また管軸方向に引張り刀が作用し
ても接合界面での剪断応力や引張応力は小であり１強度
的に接合部の信頼性が高い。

また本発明によれば、ステンレス鋼とチタンもしくはチ
タン合金との間に耐食性の低い金属間化合物の生成がな
い接合線トが得られるので、濃硝酸中での如き腐食のき
びしい高酸化性の環境下でも耐食性が高い継手となる。

また、」二重の点の他に、更に次の作用効果がある。す
なオ）も爆発接合によるクラツド板から板厚力面に環状
に切り出して作られた従来の管継手では、クラツド板が
圧延した板（圧延組織は板面と・１１行な方向）の接合
からなることから、管軸と直角の方向に圧延組織か（ｊ
し、その組織の方向に腐食が進行し易いものであるが、
これに対し本発明では、爆９．接合される素材管は管軸
方向に延伸加にで作られたものであり、その延伸加工に
よる組織の方向は結果的に管継手の管軸方向に存るもの
で、この点でも腐食しにくい管継ｆ−どなる。

［実　施　例コ 本発明の管継トの製造方法の実施例としては、先ず、ス
テンレス鋼（ＳＵＳ）管とチタンもしくはチタン合金管
とを、その間に媒接材としてのタンタル管を介在させて
爆発圧着してなる’１”　ｊ　／　Ｔ　Ｆｌ／ＳＵＳ三
重クラット管り作る。これを作るには。

例えば、先ずステンレス鋼管の外側にタンタル管を爆発
圧着して二重クラツド管を作り、次いで。

その外側にチタンもしくはチタン合金管を爆発圧着して
Ｔｉ／　１’ａ／ＳＵＳ三重クラッド管を作ってもよい
し、又は、ステンレス鋼管の外側にタンタル純度、更に
その外側にチタンもしくはチタン合金管を嵌めて三重配
置とし、これらを−度に爆発圧着してＴ’ｉ／　Ｔ　ａ
／　Ｓ　Ｕ　Ｓ三重クラツド管を作ってもよい。この様
に作った三重クラツド管を、後述の如く、その径のまま
、又は適宜拡径もしくは縮径加工した後、切削加工して
、１端部にはステンレス鋼管のみの部分および他端部に
はチタンもしくはチタン合金管のみの部分を持つ形状を
した管継手に仕上げるのである。

この管継手の太さは基本的には接続しようとする相手の
管の太さによって決められる。この管継手の長さのうち
、三重管部分（爆発圧着によって夫々の管の接合面が全
周面で完全に冶金的結合している部分）は、気密性、機
械的強度、耐食性を考慮して適宜寸法に決められるが、
該部分の管軸方向の長さはステンレス鋼管またはチタン
もしくはチタン合金管の肉厚よりも人であるとする。ま
た両端の人々ステンレス鋼管のみの部分およびチタンも
しくはチタン合金管のみの部分は、これに接ネ）２しよ
うとする相手管との溶接接合部の溶接熱がに記−：、重
管部分の爆発圧着界面に悪影響を与えない程度の長さと
しなければならない。

ステンレス鋼管母材は、耐腐食性の面から、低炭、＋；
、特に０　、０　：３重址％以下のオーステナイト系、
オーステナイト−フェライト系二相ステンレス鋼または
フェライト系ステンレス鋼が良く、引張強さはタンタル
管より大きいものが良く、肉厚はチタン管の肉厚の２．
５倍程度のものを使用するのが望ましい。ステンレス鋼
管母材の肉厚が２．５倍末、１！Ｊになると爆発力によ
り変形が生じたり１割れの怖れがあり、これを避けるた
めに爆発力を弱めると接合が不完全となる。従って、適
切な厚さのステンレス鋼管とすることが好ましい。

タンタル管はタンタル純度が！１９．８０％以上が良で
、ｔの他の成分は不純物で、戻素、酸素、タングステン
は各々０．０３重量％以下、鉄、硅素、ニッケルは０．
０２％以下、窒素、水素、チタンは０．０１％以下、ニ
オブは０．１重量％以下が望ましい。この材質の引張強
さは２５〜３５　ｋｇｆ／　〜２．伸び（引張試験での
破断時の伸び）は少なくとも２０％以上とし、硬さはビ
ッカース硬さで１３０以下が良い。また肉厚は０．１〜
５．０ｍのものを用いるのが良い。肉厚が０．１ｍ程度
より薄くなると接合が技術的に困難となる。タンタル管
が薄いほど、強度の高いステンレス鋼とチタンもしくは
チタン合金管との拘束力により継手強度は上昇する。タ
ンタルの肉厚が５．０ｍ以上では爆発力を大きくする必
要があるので金属間化合物の発生が生じるようになり、
接合界面の耐食性と強度の低下をまねく。また、タンタ
ルの肉厚が厚いほど母材と合材との拘束力が小さくなる
ので、継手としての強度の低下をきたす。したがって、
望ましくはタンタルの肉厚は０．７〜１．５ｍが良く、
この場合母材並の引張強さが得られる。

チタン管は鉄０．２％以下、酸素０．１５％以下、水素
０．ＯＩ３％以下、窒素Ｏ，ＯＳ％以下で、残りがチタ
ンのもので実施するのが望ましく、引張り強さはタンタ
ル管より高いものが良い。特に伸び（同前）は少なくと
も２５％以上、望ましくは３０％以上のものが良い。伸
びの良いものほどチタン管の肉ノリを厚くして接合でき
る。肉厚は薄いほど接合性が良い。

このような材料を組合せて爆発接合した複合管は、耐食
性の低い金属間化合物の生成が無く５強度的にも充分で
あり、管継手として高酸化性の腐食性環境下で高い信頼
性が得られる。

本発明の管継手を構成する複合管においては、外側金属
がチタンもしくはチタン合金、内側金属がステンレス鋼
、介在する媒接材がタンタルとして実施してもよく、あ
るいは、外側金利がステンレス鋼、内側金属がチタンも
しくはチタン合金、媒接材がタンタルとして実施しても
よい。いずれにしても管継手として相手管と溶接接合す
ることをＹ・めぢ慮して、その溶接熱影響部が爆発接合
部に入らないような長さにすることが必要である。

前述の如く１本発明の管継手はチタン又はチタン合金管
とステンレス鋼管がタンタルを媒接材として爆接されて
おり、管状部材におけるいずれの接合界面においても高
い接合強度が得られ、また接合界面における媒接材と互
いの管状部材との過剰の合金化又は金属間化合物の形成
が防止される。

以下１本発明の具体的実施例を述べる。

大流に１ 第１表に示す化学組成（重量％）および第２表に示す寸
法（■）を有するステンレス鋼管（ＳＵＳ３０４Ｌ）、
タンタル管及びチタン管を準備した。

第１表 第 表 ステンレス鋼管の内部に７スフアルトコンパウントを密
実に充填し固化したのち、該ステンレス鋼管の外側にタ
ンタル管を、更にその外側にチタン管を同軸的にかぶせ
、相互間のクリアランスが略均−になるように配置し、
そして、チタン管の外周全面に均一に爆薬を装填し、そ
の一端から同軸的に起爆・爆発させた。この爆発圧着接
合によって得られた二重クラッドパイプのステンレス鋼
管の内側のアスファルトコンパウンドを加熱溶融して除
去し、灯油、アセトンで洗浄した。

この様にして作った三重クラッドパイプの接合部の圧着
状況を超音波探傷試験により調へたところ、両端部の約
２０ｍｍの長さにわたる部分は圧着不良であったが、中
間部分の約１６０膿の長さの部分はチタン／タンタル／
ステンレス鋼が完全に接合していた。なお全長は約２２
０ｍになっていた。

次に、上記の三重クラッドパイプを管継手に形成するた
めに、両端部をそれぞれ３０閣切断したのち、左端部で
は外側に位置するチタン管及びタンタル管のみを５０−
の長さに亘って切削・除去し、右端部では内側に位置す
るステンレス鋼管とタンタル管のみを同様に５０ｍｍの
長さに亘って切削・除去し、三重クラッド部分の長さが
６０ｍの管継手を得た。この管継手を第１図に示す。

上記のチタン／タンタル／ステンレス鋼からなる管継手
の耐食性を調査するため硝酸試験を実施した。１４規定
の濃硝酸に１００ＰＰ−の硝酸ルテニウムを添加した沸
騰溶液中に４８時間、前記管継手を浸漬した。その結果
、ステンレス鋼表面は２５μ−の厚さで全面腐食するが
、ステンレス鋼とタンタルとの接合界面及びタンタルと
チタンとの接合界面には局部腐食等の欠陥は認められず
、健全であった。

なお、上記実施例では爆発圧着接合して１）た三重クラ
ッドパイプを単に切削加工して管継手にしたが、溶接接
続しようとする相手管の管径に合オ〕せて、二重クラッ
トパイプを任意寸法に抽伸加］ユしたのｔし切削加工し
てもよく、又は、第１図に示すような形状に加工したの
ち、＋８接接合しようとする相手管の、Ｉ’ａ４に応じ
て拡管又は細管加工により任、３：　、Ｊ゛ｉＡの管継
手を形成することもできる。更には、必要に応じて、バ
ルジ加工法などによる中ぶくオしタイプの管継丁形状に
することもできる。

宋施健２ 本実施例は、実施例１において爆発圧着接合によって作
ったチタン／タンタル／ステンレス鋼からなる二重クラ
ッドパイプに、スウエージングマシン、レジューサ−、
バルジ加工機などの各種拡管縮管加工機を用いて拡管・
細管加工を施し、段差なしの同一径の管継手を形成した
例である。すなわち、第２図に示す如く、三重クラッド
パイプの一方の端部を縮径もしくは拡径し、または。

刀の端部を縮径すると共に他方の端部を拡径し、適当な
長さに切断した後、第３図に示す如く、段差が生じない
ように左端部ではチタン管を残してステンレス鋼管とタ
ンタル管とを切削・除去し、右端部ではステンレス鋼管
を残してチタン管とタンタル管とを切削・除去すること
によって第３図に示すような同径管の管継手を得た。本
実施例においても、爆発接合面ばヱ・１になってはいる
が、その管軸方向長さはステンレス鋼管或はチタン管の
肉厚より大きくなっている。必要ならば、この様な形に
形成した管継手を相手管の径に合せて更に拡径又は縮径
加工して使用してもよい。

なお、管状の素材として、チタン管の代りにチタン合金
管を用いても同じ要領で実施できる。

［発明の効果］ 以上の［実施例］および［作用コの項で述べたように１
本発明によれば、爆発接合界面の応力のかかり具合にお
いても、該接合界面の耐腐食性においても、接合強度の
大きい高信頼性のあるチタンもしくはチタン合金／ステ
ンレス鋼管継手が得られる。

この管継手はチタン又はチタン合金管とステンレス鋼管
との溶接接合用の継手として用いられるばかりでなく、
チタンＩ液槽チャンバーからの液の取出し部や、各種部
品取付用の継手としても用いられ、またその高い耐食性
を利用して、この管継手を高酸化性の演硝ｒｊ１雰囲気
に曝される使用済ＪＭ子燃料１１ｊ処理ブラント配管の
接合に用いれば、プラン１〜の信頼性を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例になる管継手の断面図、第２
１’ｆｌ、第３図は他の実施例になる管継手の人々製造
途中及び最終の形を示す断面図である。 （他１名） 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　夫々所定の軸方向全長を有するチタンもしくはチタ
   ン合金管とステンレス鋼管との夫々の１端から上記各全
   長より短い軸方向長さに亘る部分が、円筒状もしくはテ
   ーパー状に互に同軸的内外関係で重なってタンタルより
   なる媒接材を介して爆発接合されており、該爆発接合部
   の軸方向長さが該爆発接合部以外の部分における前記各
   管の肉厚よりも大であることを特徴とするチタンもしく
   はチタン合金／ステンレス鋼管継手。 ２　チタンもしくはチタン合金管と、それとは異径のス
   テンレス鋼管とを互に同軸的内外関係において重ねてタ
   ンタル管を媒接材として爆発圧接することにより複合管
   を作る工程と、該複合管もしくはそれの一端側を拡径も
   しくは縮径加工したものに切削加工を施すことにより、
   軸方向で見て中央部に円筒状もしくはテーパー状の爆発
   接合部を残し且つそれより１端側にはチタンもしくはチ
   タン合金管部のみを残し、他端側にはステンレス鋼管部
   のみを残した形状（該中央部に残された爆発接合部の軸
   方向長さはそれ以外の部分における前記各管の肉厚より
   も大であるとする）に形成する工程とからなることを特
   徴とするチタンもしくはチタン合金／ステンレス鋼管継
   手の製造方法。