JPH0469210B2 - - Google Patents
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- JPH0469210B2 JPH0469210B2 JP12512185A JP12512185A JPH0469210B2 JP H0469210 B2 JPH0469210 B2 JP H0469210B2 JP 12512185 A JP12512185 A JP 12512185A JP 12512185 A JP12512185 A JP 12512185A JP H0469210 B2 JPH0469210 B2 JP H0469210B2
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Landscapes
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Description
（産業上の利用分野）
この発明は、塔槽類、圧力容器、熱交換器、オ
ートクレーブなど苛酷な腐食環境下で使用される
クラツド鋼継手製品の熱処理方法に関する。 （従来の技術） 苛酷な腐食環境下で使用される容器などには高
度の耐食性を有するTi、ZrやTaが使用されるが
この材料は高価なため一般にはクラツド鋼で使用
される。これらクラツド鋼の場合は合せ材と炭素
鋼とは直接溶接することはできないため第１図に
示すような継手形状が用いられる。以下Tiを例
にとつて説明する。その工作手順は次の通りであ
る。 (1) 母材の炭素鋼側１，２を炭素鋼溶接棒を用い
て溶接する。 (2) ２の溶接ビードを平滑に仕上げる。 (3) ３のチタニウム板又は純銅板をはめ込む。 (4) ４のチタニウム板を重ねてTIG法にて隅肉７
溶接する。 この継手構造部の応力除去焼鈍は炭素鋼母材側
を溶接した段階で550〜650℃加熱炉冷にて行なわ
れ、４のチタニウム当板（カバーストラツプ）を
取り付けた後は母材に接着していないカバースト
ラツプがバツクリングなどの損傷を受ける可能性
があると考えられ実施していない。このため、ク
ラツド鋼の合せ材であるチタン６には圧縮の応力
が残留しているのに対し（表１参照）、カバース
トラツプ部には引張りの応力が残留している（第
２参照）この結果容器の使用中カバーストラツプ
部のみに応力腐食割れなどのトラブルを発生する
ことがあつた。
ートクレーブなど苛酷な腐食環境下で使用される
クラツド鋼継手製品の熱処理方法に関する。 （従来の技術） 苛酷な腐食環境下で使用される容器などには高
度の耐食性を有するTi、ZrやTaが使用されるが
この材料は高価なため一般にはクラツド鋼で使用
される。これらクラツド鋼の場合は合せ材と炭素
鋼とは直接溶接することはできないため第１図に
示すような継手形状が用いられる。以下Tiを例
にとつて説明する。その工作手順は次の通りであ
る。 (1) 母材の炭素鋼側１，２を炭素鋼溶接棒を用い
て溶接する。 (2) ２の溶接ビードを平滑に仕上げる。 (3) ３のチタニウム板又は純銅板をはめ込む。 (4) ４のチタニウム板を重ねてTIG法にて隅肉７
溶接する。 この継手構造部の応力除去焼鈍は炭素鋼母材側
を溶接した段階で550〜650℃加熱炉冷にて行なわ
れ、４のチタニウム当板（カバーストラツプ）を
取り付けた後は母材に接着していないカバースト
ラツプがバツクリングなどの損傷を受ける可能性
があると考えられ実施していない。このため、ク
ラツド鋼の合せ材であるチタン６には圧縮の応力
が残留しているのに対し（表１参照）、カバース
トラツプ部には引張りの応力が残留している（第
２参照）この結果容器の使用中カバーストラツプ
部のみに応力腐食割れなどのトラブルを発生する
ことがあつた。
【表】
【表】
【表】
なお、この種超耐食材料製の機器では信頼性を
あげるためカバーストラツプの溶接など全ての加
工を終了後容器の使用温度にほぼ等しい温度に加
熱冷却し、溶接部などの信頼性をチエツクするヒ
ートサイクルテストが行なわれることがあつた
が、その温度は200〜300℃と低くカバーストラツ
プの残留応力を引張応力から圧縮応力に変えるに
は不十分であつた。この結果使用中に応力腐食割
れなどのトラブルが発生していた。 （発明が解決しようとする問題点） 従来、クラツド鋼製容器のカバーストラツプに
のみ応力腐食割れが発生したので、本発明者が残
留応力を測定したところ前述のように合せ材には
圧縮残留応力が存在していたが、カバーストラツ
プには表２のような引張りの残留応力が存在して
おりこれがカバーストラツプのみに応力腐食割れ
を起させた原因であることが分つた。なお、この
容器は200℃の使用温度に対し250℃のヒートサイ
クルテストがスペツクに従い実施されていたがカ
バーストラツプの残留応力は引張応力であつた。
（Ｌ方向：5.0〜13.5Kg／mm2、Ｃ方向：6.3〜12.4
Kg／mm2） 本機器の割れ防止のためにはカバーストラツプ
の残留応力を圧縮にする必要があることからカバ
ーストラツプの残留応力を圧縮側にする熱処理法
を発明するに到つた。 なお炭素鋼より熱膨張係数の小さいTi、Zr、
Taなどの合せ材でつくられたクラツド鋼製容器
を加熱した場合カバーストラツプ４がパツクリン
グ（圧縮応力によつて面外変形をすること）する
のは加熱のため容器内に蒸気などが吹き込まれ、
本体に接合されていないカバーストラツプ４が本
体より急速に温度上昇し、圧縮の熱応力が発生、
これがパツクリング限界を越えた場合であること
を見い出した。即ち容器を外部から加熱したり、
内部から加熱する場合でもカバーストラツプ部４
と本体の温度が限界値以下になるよう加熱速度を
低くするか、カバーストラツプ上に加熱流体が直
接当らないようカバーをしておけば、カバースト
ラツプには母材（炭素鋼）に比し熱膨張係数が小
さいため引張りの熱応力が発生し容易にバツクリ
ングを防止出来ることが分つた。そしてこの熱応
力がカバーストラツプの降伏点を十分に越える温
度迄加熱した場合カバーストラツプの残留応力は
引張りから圧縮に変り、応力腐食割れ防止に有効
であることが分つた。 （問題点を解決するための手段） この発明は、チタニウム、ジルコニウム、タン
タル又はその合金を合せ材とするクラツド鋼継手
製品の熱処理方法において、継手溶接の最終工程
のカバーストラツプの溶接終了後、カバーストラ
ツプに発生する熱応力が該カバーストラツプ材の
降伏点以上になるような温度に加熱することを特
徴とするクラツド鋼継手製品の熱処理方法であ
る。 なお、カバーストラツプのバツクリング防止法
としては、継手製品が加熱される場合に、カバー
ストラツプと本体の温度差が限界値以下になるよ
う加熱速度を低くするか、カバーストラツプ上に
加熱流体が直接当らないように第２図の如く断熱
カバーをすることにより行うこともできる。ま
た、熱応力が降伏応力（σy）以上となるカバー
ストラツプ温度（Tc）は次の様に求める。 カバーストラツプに発生する応力（σc）は次
式によつて表示される。 σc＝−（α1T1−α2T2）E1 (1) α：熱膨張係数 Ｔ：カバーストラツプの常温からの温度上昇分 Ｅ：ヤング率 サフイツクス１：合せ材 サフイツクス２：母材 （母材の剛性に比しカバーストラツプの剛性は極
めて小さいため母材の応力はほぼＯと考える。） σcσyとなるカバーストラツプ温度（Tc）は
(1)式においてσc≧σyとなる時のT1であるから Tc＝T1≧１／α1（α＝T2−σy／E1） (2) となる。なお、本ケースではカバーストラツプに
バツクリングが生じないようにするためできるだ
けT1＝T2としているが、この場合上式は次のよ
うになる。 Tc＝T1≧−σy／（α1−α2）・１／E1 バツクリング限界温度差（△Ｔ） 本発明の場合材料の組み合せからα1＜α2である
から、常温から温度上昇するとカバーストラツプ
には引張りの応力が発生しバツクリングが抑制さ
れる。このため最もバツクリングが起り易いのは
(1)式においてT2＝Ｏに保たれT1のみが増加した
場合である。このような状態でカバーストラツプ
に発生する熱応力（σc）がバツクリングを起す
応力に到達すればこの時の温度がバツクリング限
界温度差（△Ｔ）であるから次式のように求ま
る。 △Ｔ＝T1＝−α1／３・（πE1t／ｌ）2 (3) ｔ：カバーストラツプの厚さ ｌ：カバーストラツプの巾 （実施例） クラツド鋼継手を備えた容器に対して、本発明
に係る熱処理方法を施す例を第４図及第５図のも
とに説明する。 第４図の場合、容器１２内に高温流体９を流し
て加熱する。容器１２は保温材１０で被う。カバ
ーストラツプ４は断熱カバー１１で被うことによ
り、クラツド鋼の炭素鋼板５に比し急速な温度上
昇を防ぎ、バツクリングを防止する。断熱カバー
１１は単にカバーストラツプ４のまわりを囲むだ
けで、高温流体９の流れが当らないようにしてあ
ればよい。材質は合せ材に錆を持ち込まないよう
な、合せ材と共材かステンレス鋼などが望まし
い。なお、高温流体９に加圧流体が用いられる場
合は、その圧力がカバーストラツプのバツクリン
グを防止する役割を持つており、その分だけ、加
熱速度を高めることができる。 第５図は容器外から加熱する場合で、炉壁１３
の内側にヒータ１４が設けられており、中央の容
器は容器支持台１５に載つている。この場合、カ
バーストラツプ４の温度が母材の炭素鋼板５より
高くなることはないので、カバーストラツプにバ
ツクリングの発生の心配はなく、第４図のような
断熱カバー１１は不用である。 第４、第５図の装置で種々の温度に加熱すると
きにカバーストラツプの残留応力をそれぞれ測定
すると、450℃までは残留応力の低下はみられる
ものの、残留応力は引張りであつた。更に加熱温
度を上昇すると500℃では残留応力は引張り応力
から圧縮応力に変化した。そして、600℃では飽
和現象がみられ、圧縮の５〜17Kg／mm2の残留応力
が測定された。850℃以上への加熱は著しい酸化
や高温強度の低下に起因する熱変形などが生ずる
ため望ましくない。 なお、加熱速度、冷却速度は50〜150℃／HR
で行つた。 チタニウムなどの材料は大気中で高温に加熱す
ると厚い剥離し易いスケールが生成し、耐食性が
低下するため、アルゴンなどの不活性ガスを封入
して熱処理をすることが望ましいが、550℃以下
の場合は耐食上からは必ずしも不活性ガスの封入
は必要でない。 第４図における高温での保持時間は、ｔ≒０
（HR）でも有効であるが容器の温度を均一にす
るために0.5HR以上保持することは望ましい。 以上の熱処理を施した容器は使用の結果、割れ
の発生は全くみられず、顕著な効果が認められ
た。 ジルコニウムとタンタルの場合は接合や溶接を
容易にするために、第３図のように三層クラツド
鋼を用いる。炭素鋼板５とジルコニウム又はタン
タル板１７の間にチタニウム板１６を介在させ、
母材の溶接金属２の上にチタニウム板、ジルコニ
ウム又はタンタル板、或は銅板の挿入板２０を載
せ、更にその上に、ジルコニウム又はタンタル板
或は銅板の挿入板１９を挿入してジルコニウム又
はタンタル板のカバーストラツプ１８を隅肉溶接
２１により固定する。 ジルコニウム及びタンタルクラツド鋼の継手に
ついてカバーストラツプに圧縮の残留応力を残す
ために必要な加熱下限温度を測定すると、ジルコ
ニウムクラツド鋼については300℃、タンタルク
ラツド鋼については400℃であつた。 （発明の効果） この発明は、以上説明したように、継手工作の
最終工程である、カバーストラツプの溶接終了後
にカバーストラツプの残留応力が引張りから圧縮
に変る降伏点を越える温度まで加熱することによ
り、カバーストラツプの応力腐食割れが全くなく
なり、応力腐食割れ防止効果が十分に奏された。
あげるためカバーストラツプの溶接など全ての加
工を終了後容器の使用温度にほぼ等しい温度に加
熱冷却し、溶接部などの信頼性をチエツクするヒ
ートサイクルテストが行なわれることがあつた
が、その温度は200〜300℃と低くカバーストラツ
プの残留応力を引張応力から圧縮応力に変えるに
は不十分であつた。この結果使用中に応力腐食割
れなどのトラブルが発生していた。 （発明が解決しようとする問題点） 従来、クラツド鋼製容器のカバーストラツプに
のみ応力腐食割れが発生したので、本発明者が残
留応力を測定したところ前述のように合せ材には
圧縮残留応力が存在していたが、カバーストラツ
プには表２のような引張りの残留応力が存在して
おりこれがカバーストラツプのみに応力腐食割れ
を起させた原因であることが分つた。なお、この
容器は200℃の使用温度に対し250℃のヒートサイ
クルテストがスペツクに従い実施されていたがカ
バーストラツプの残留応力は引張応力であつた。
（Ｌ方向：5.0〜13.5Kg／mm2、Ｃ方向：6.3〜12.4
Kg／mm2） 本機器の割れ防止のためにはカバーストラツプ
の残留応力を圧縮にする必要があることからカバ
ーストラツプの残留応力を圧縮側にする熱処理法
を発明するに到つた。 なお炭素鋼より熱膨張係数の小さいTi、Zr、
Taなどの合せ材でつくられたクラツド鋼製容器
を加熱した場合カバーストラツプ４がパツクリン
グ（圧縮応力によつて面外変形をすること）する
のは加熱のため容器内に蒸気などが吹き込まれ、
本体に接合されていないカバーストラツプ４が本
体より急速に温度上昇し、圧縮の熱応力が発生、
これがパツクリング限界を越えた場合であること
を見い出した。即ち容器を外部から加熱したり、
内部から加熱する場合でもカバーストラツプ部４
と本体の温度が限界値以下になるよう加熱速度を
低くするか、カバーストラツプ上に加熱流体が直
接当らないようカバーをしておけば、カバースト
ラツプには母材（炭素鋼）に比し熱膨張係数が小
さいため引張りの熱応力が発生し容易にバツクリ
ングを防止出来ることが分つた。そしてこの熱応
力がカバーストラツプの降伏点を十分に越える温
度迄加熱した場合カバーストラツプの残留応力は
引張りから圧縮に変り、応力腐食割れ防止に有効
であることが分つた。 （問題点を解決するための手段） この発明は、チタニウム、ジルコニウム、タン
タル又はその合金を合せ材とするクラツド鋼継手
製品の熱処理方法において、継手溶接の最終工程
のカバーストラツプの溶接終了後、カバーストラ
ツプに発生する熱応力が該カバーストラツプ材の
降伏点以上になるような温度に加熱することを特
徴とするクラツド鋼継手製品の熱処理方法であ
る。 なお、カバーストラツプのバツクリング防止法
としては、継手製品が加熱される場合に、カバー
ストラツプと本体の温度差が限界値以下になるよ
う加熱速度を低くするか、カバーストラツプ上に
加熱流体が直接当らないように第２図の如く断熱
カバーをすることにより行うこともできる。ま
た、熱応力が降伏応力（σy）以上となるカバー
ストラツプ温度（Tc）は次の様に求める。 カバーストラツプに発生する応力（σc）は次
式によつて表示される。 σc＝−（α1T1−α2T2）E1 (1) α：熱膨張係数 Ｔ：カバーストラツプの常温からの温度上昇分 Ｅ：ヤング率 サフイツクス１：合せ材 サフイツクス２：母材 （母材の剛性に比しカバーストラツプの剛性は極
めて小さいため母材の応力はほぼＯと考える。） σcσyとなるカバーストラツプ温度（Tc）は
(1)式においてσc≧σyとなる時のT1であるから Tc＝T1≧１／α1（α＝T2−σy／E1） (2) となる。なお、本ケースではカバーストラツプに
バツクリングが生じないようにするためできるだ
けT1＝T2としているが、この場合上式は次のよ
うになる。 Tc＝T1≧−σy／（α1−α2）・１／E1 バツクリング限界温度差（△Ｔ） 本発明の場合材料の組み合せからα1＜α2である
から、常温から温度上昇するとカバーストラツプ
には引張りの応力が発生しバツクリングが抑制さ
れる。このため最もバツクリングが起り易いのは
(1)式においてT2＝Ｏに保たれT1のみが増加した
場合である。このような状態でカバーストラツプ
に発生する熱応力（σc）がバツクリングを起す
応力に到達すればこの時の温度がバツクリング限
界温度差（△Ｔ）であるから次式のように求ま
る。 △Ｔ＝T1＝−α1／３・（πE1t／ｌ）2 (3) ｔ：カバーストラツプの厚さ ｌ：カバーストラツプの巾 （実施例） クラツド鋼継手を備えた容器に対して、本発明
に係る熱処理方法を施す例を第４図及第５図のも
とに説明する。 第４図の場合、容器１２内に高温流体９を流し
て加熱する。容器１２は保温材１０で被う。カバ
ーストラツプ４は断熱カバー１１で被うことによ
り、クラツド鋼の炭素鋼板５に比し急速な温度上
昇を防ぎ、バツクリングを防止する。断熱カバー
１１は単にカバーストラツプ４のまわりを囲むだ
けで、高温流体９の流れが当らないようにしてあ
ればよい。材質は合せ材に錆を持ち込まないよう
な、合せ材と共材かステンレス鋼などが望まし
い。なお、高温流体９に加圧流体が用いられる場
合は、その圧力がカバーストラツプのバツクリン
グを防止する役割を持つており、その分だけ、加
熱速度を高めることができる。 第５図は容器外から加熱する場合で、炉壁１３
の内側にヒータ１４が設けられており、中央の容
器は容器支持台１５に載つている。この場合、カ
バーストラツプ４の温度が母材の炭素鋼板５より
高くなることはないので、カバーストラツプにバ
ツクリングの発生の心配はなく、第４図のような
断熱カバー１１は不用である。 第４、第５図の装置で種々の温度に加熱すると
きにカバーストラツプの残留応力をそれぞれ測定
すると、450℃までは残留応力の低下はみられる
ものの、残留応力は引張りであつた。更に加熱温
度を上昇すると500℃では残留応力は引張り応力
から圧縮応力に変化した。そして、600℃では飽
和現象がみられ、圧縮の５〜17Kg／mm2の残留応力
が測定された。850℃以上への加熱は著しい酸化
や高温強度の低下に起因する熱変形などが生ずる
ため望ましくない。 なお、加熱速度、冷却速度は50〜150℃／HR
で行つた。 チタニウムなどの材料は大気中で高温に加熱す
ると厚い剥離し易いスケールが生成し、耐食性が
低下するため、アルゴンなどの不活性ガスを封入
して熱処理をすることが望ましいが、550℃以下
の場合は耐食上からは必ずしも不活性ガスの封入
は必要でない。 第４図における高温での保持時間は、ｔ≒０
（HR）でも有効であるが容器の温度を均一にす
るために0.5HR以上保持することは望ましい。 以上の熱処理を施した容器は使用の結果、割れ
の発生は全くみられず、顕著な効果が認められ
た。 ジルコニウムとタンタルの場合は接合や溶接を
容易にするために、第３図のように三層クラツド
鋼を用いる。炭素鋼板５とジルコニウム又はタン
タル板１７の間にチタニウム板１６を介在させ、
母材の溶接金属２の上にチタニウム板、ジルコニ
ウム又はタンタル板、或は銅板の挿入板２０を載
せ、更にその上に、ジルコニウム又はタンタル板
或は銅板の挿入板１９を挿入してジルコニウム又
はタンタル板のカバーストラツプ１８を隅肉溶接
２１により固定する。 ジルコニウム及びタンタルクラツド鋼の継手に
ついてカバーストラツプに圧縮の残留応力を残す
ために必要な加熱下限温度を測定すると、ジルコ
ニウムクラツド鋼については300℃、タンタルク
ラツド鋼については400℃であつた。 （発明の効果） この発明は、以上説明したように、継手工作の
最終工程である、カバーストラツプの溶接終了後
にカバーストラツプの残留応力が引張りから圧縮
に変る降伏点を越える温度まで加熱することによ
り、カバーストラツプの応力腐食割れが全くなく
なり、応力腐食割れ防止効果が十分に奏された。
第１図はチタニウムクラツド鋼継手部の詳細
図、第２図は第１図の上に断熱カバーを設けた
図、第３図はジルコニウムやタンタルの三層クラ
ツド鋼継手部の詳細図、第４図ａ，ｂは容器内に
高温流体を流して加熱する場合で、容器内壁面よ
りカバーストラツプを被せる状況を示した図、第
５図ａ，ｂは容器外から加熱する図（カバースト
ラツプは図に表われない）、第６図は本発明の熱
処理方法を容器に施す際のヒートサイクルの一例
を示した図、第７図は表１のチタニウム爆着クラ
ツド鋼の残留応力測定用のサンプル形状を示した
図、第８図は表２のカバーストラツプの溶接残留
応力測定用のサンプル形状を示した図である。
図、第２図は第１図の上に断熱カバーを設けた
図、第３図はジルコニウムやタンタルの三層クラ
ツド鋼継手部の詳細図、第４図ａ，ｂは容器内に
高温流体を流して加熱する場合で、容器内壁面よ
りカバーストラツプを被せる状況を示した図、第
５図ａ，ｂは容器外から加熱する図（カバースト
ラツプは図に表われない）、第６図は本発明の熱
処理方法を容器に施す際のヒートサイクルの一例
を示した図、第７図は表１のチタニウム爆着クラ
ツド鋼の残留応力測定用のサンプル形状を示した
図、第８図は表２のカバーストラツプの溶接残留
応力測定用のサンプル形状を示した図である。
Claims (1)
- １ チタニウム、ジルコニウム、タンタル又はそ
の合金を合せ材とするクラツド鋼継手製品の熱処
理方法において、カバーストラツプの溶接終了
後、カバーストラツプに発生する熱応力が該カバ
ーストラツプ材の降伏点以上になるような温度に
加熱することを特徴とするクラツド鋼継手製品の
熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12512185A JPS61284531A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | クラツド鋼継手製品の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12512185A JPS61284531A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | クラツド鋼継手製品の熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61284531A JPS61284531A (ja) | 1986-12-15 |
| JPH0469210B2 true JPH0469210B2 (ja) | 1992-11-05 |
Family
ID=14902363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12512185A Granted JPS61284531A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | クラツド鋼継手製品の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61284531A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6296619A (ja) * | 1985-10-23 | 1987-05-06 | Kobe Steel Ltd | クラツド材溶接継手部の逆応力付加熱処理方法 |
| US6124568A (en) * | 1998-12-31 | 2000-09-26 | General Electric Company | Heating apparatus for a welding operation and method therefor |
| IT1404267B1 (it) * | 2011-02-18 | 2013-11-15 | Sistemi Sospensioni Spa | Procedimento per la fabbricazione di componenti in lamiera di acciaio altoresistenziale sottoposti nell'uso a sollecitazioni di fatica, in particolare componenti per sospensioni di veicolo |
-
1985
- 1985-06-11 JP JP12512185A patent/JPS61284531A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61284531A (ja) | 1986-12-15 |
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