JPH0623570A - 異種金属接合材の製造方法 - Google Patents
異種金属接合材の製造方法Info
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- JPH0623570A JPH0623570A JP17559592A JP17559592A JPH0623570A JP H0623570 A JPH0623570 A JP H0623570A JP 17559592 A JP17559592 A JP 17559592A JP 17559592 A JP17559592 A JP 17559592A JP H0623570 A JPH0623570 A JP H0623570A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 HIP条件、インサート厚さ、接合面の表面
粗度を従来のままで、インサート材の形状を工夫するこ
とにより、耐食性を確保しつつ、接合強度に優れた異種
金属接合材を提供する。 【構成】 純Ti若しくはTi基合金または純Zr若し
くはZr基合金からなる金属材を第1部材とし、ステン
レス鋼材を第2部材とし、両部材間にTa製インサート
材を介在させた状態で熱間静水圧加圧法によって拡散接
合して異種金属接合材を製造するに当たり、前記Ta製
インサート材として、相互に連結しない複数個の貫通孔
を設けたものとし、該貫通孔の総面積は接合部総面積に
対して50%以下とすると共に、接合材の露出部分には
前記貫通孔が現われない様にして操業を行なう。
粗度を従来のままで、インサート材の形状を工夫するこ
とにより、耐食性を確保しつつ、接合強度に優れた異種
金属接合材を提供する。 【構成】 純Ti若しくはTi基合金または純Zr若し
くはZr基合金からなる金属材を第1部材とし、ステン
レス鋼材を第2部材とし、両部材間にTa製インサート
材を介在させた状態で熱間静水圧加圧法によって拡散接
合して異種金属接合材を製造するに当たり、前記Ta製
インサート材として、相互に連結しない複数個の貫通孔
を設けたものとし、該貫通孔の総面積は接合部総面積に
対して50%以下とすると共に、接合材の露出部分には
前記貫通孔が現われない様にして操業を行なう。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、TiやZrをステンレ
ス鋼と接合した異種接合材を熱間静水圧加圧(HIP)
法によって製造する方法に関し、詳細には接合部におけ
る耐食性および機械的強度に優れた異種金属接合材を製
造する為の方法に関するものである。尚本発明の被接合
材の形態としては、管材,棒材,板材等様々なものに適
用できるが、以下では管材を代表的に取り上げて説明を
進める。
ス鋼と接合した異種接合材を熱間静水圧加圧(HIP)
法によって製造する方法に関し、詳細には接合部におけ
る耐食性および機械的強度に優れた異種金属接合材を製
造する為の方法に関するものである。尚本発明の被接合
材の形態としては、管材,棒材,板材等様々なものに適
用できるが、以下では管材を代表的に取り上げて説明を
進める。
【0002】
【従来の技術】例えば放射性廃棄物の処理設備等におけ
る配管系では、耐食性挙動の異なる管同士を接続する必
要に遭遇する場合があり、例えば高耐食性のZrやTi
(純Zr,純Ti或はZr基合金若しくはTi基合金を
代表させることがある)の金属管と、比較的耐食性の低
いステンレス鋼管を、夫々の配管に応じた異種金属部材
を接合した異種金属管継手を用いて接続している。そし
てこの様な管継手を作製するに際し、異種金属部材の接
合方法としては、HIP処理,熱間圧延,爆着,摩擦圧
接等があるが、HIP処理による接合方法は、製造上の
制限や問題は少なく、接合条件さえ整えば容易にしかも
安定して良質の管継手が製造できるという利点があるこ
とから広く実施されている。尚ZrやTiの金属管とス
テンレス鋼管とを被接合材としHIP処理によって異種
金属管継手を製造するに当たっては、被接合部材同士を
直接的に接合すると耐食性が乏しくなるので、通常接合
面間に中間層としてTaをインサート材として挿入して
いる。このTa製インサート材を挿入するに当たって
は、接合面に沿う形状のTa板またはTa箔を使用する
のが一般的である。
る配管系では、耐食性挙動の異なる管同士を接続する必
要に遭遇する場合があり、例えば高耐食性のZrやTi
(純Zr,純Ti或はZr基合金若しくはTi基合金を
代表させることがある)の金属管と、比較的耐食性の低
いステンレス鋼管を、夫々の配管に応じた異種金属部材
を接合した異種金属管継手を用いて接続している。そし
てこの様な管継手を作製するに際し、異種金属部材の接
合方法としては、HIP処理,熱間圧延,爆着,摩擦圧
接等があるが、HIP処理による接合方法は、製造上の
制限や問題は少なく、接合条件さえ整えば容易にしかも
安定して良質の管継手が製造できるという利点があるこ
とから広く実施されている。尚ZrやTiの金属管とス
テンレス鋼管とを被接合材としHIP処理によって異種
金属管継手を製造するに当たっては、被接合部材同士を
直接的に接合すると耐食性が乏しくなるので、通常接合
面間に中間層としてTaをインサート材として挿入して
いる。このTa製インサート材を挿入するに当たって
は、接合面に沿う形状のTa板またはTa箔を使用する
のが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ta製
インサート材を挿入して接合した場合には、逆に接合部
材の接合強度が低下するという欠点があった。本発明者
らはかねてよりTaインサート材挿入による接合強度の
低下を抑制する手段について、様々な角度から検討して
きた。その結果、(a) Ta製インサート材の厚さを耐食
性を低下させない範囲でできるだけ薄くすること、(b)
接合面の表面粗度を向上させること、(c)HIP温度、
加圧および時間を適切に制御すること、等が有効である
との知見を得ている。
インサート材を挿入して接合した場合には、逆に接合部
材の接合強度が低下するという欠点があった。本発明者
らはかねてよりTaインサート材挿入による接合強度の
低下を抑制する手段について、様々な角度から検討して
きた。その結果、(a) Ta製インサート材の厚さを耐食
性を低下させない範囲でできるだけ薄くすること、(b)
接合面の表面粗度を向上させること、(c)HIP温度、
加圧および時間を適切に制御すること、等が有効である
との知見を得ている。
【0004】しかしながらこれらの手段には、夫々次に
示す様な次点があり、これらの手段だけで接合強度と耐
食性の両特性を満足させるには限度があった。即ち、薄
いTa製インサート材の場合には所定の表面粗度に加工
することが困難になるばかりでなく、あまり薄い材料は
入手すること自体が困難であり、接合時のハンドリング
も困難になるという欠点がある。一方、接合面の表面粗
度は、ラッピングやバフ研磨などにより向上できるが、
接合材の形状や大きさによってはこれらの方法を適用す
ることは困難であった。
示す様な次点があり、これらの手段だけで接合強度と耐
食性の両特性を満足させるには限度があった。即ち、薄
いTa製インサート材の場合には所定の表面粗度に加工
することが困難になるばかりでなく、あまり薄い材料は
入手すること自体が困難であり、接合時のハンドリング
も困難になるという欠点がある。一方、接合面の表面粗
度は、ラッピングやバフ研磨などにより向上できるが、
接合材の形状や大きさによってはこれらの方法を適用す
ることは困難であった。
【0005】またHIP温度を高めたり、保持時間を長
くすると、必要以上に拡散層や金属間化合物を生成し
て、接合強度の劣化を招く原因になっていた。また逆の
場合には十分な界面近傍のメタルの変形と拡散が得られ
ずこれもまた、接合強度の低下をまねくことは明らかで
ある。
くすると、必要以上に拡散層や金属間化合物を生成し
て、接合強度の劣化を招く原因になっていた。また逆の
場合には十分な界面近傍のメタルの変形と拡散が得られ
ずこれもまた、接合強度の低下をまねくことは明らかで
ある。
【0006】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、HIP条件、インサート厚
さ、接合面の表面粗度を従来のままで、インサート材の
形状を工夫することにより、耐食性を確保しつつ、接合
強度に優れた異種金属接合材を製造することにある。
ものであって、その目的は、HIP条件、インサート厚
さ、接合面の表面粗度を従来のままで、インサート材の
形状を工夫することにより、耐食性を確保しつつ、接合
強度に優れた異種金属接合材を製造することにある。
【0007】
【課題を解決する為の手段】上記目的を達成し得た本発
明とは、純Ti若しくはTi基合金または純Zr若しく
はZr基合金からなる金属材を第1部材とし、ステンレ
ス鋼材を第2部材とし、両部材間にTa製インサート材
を介在させた状態で熱間静水圧加圧法によって拡散接合
して異種金属接合材を製造するに当たり、前記Ta製イ
ンサート材として、相互に連結しない複数個の貫通孔を
設けたものとし、該貫通孔の総面積は接合部総面積に対
して50%以下とすると共に、接合材の露出部分には前
記貫通孔が現われない様にして操業を行なう点に要旨を
有する異種金属接合材の製造方法である。
明とは、純Ti若しくはTi基合金または純Zr若しく
はZr基合金からなる金属材を第1部材とし、ステンレ
ス鋼材を第2部材とし、両部材間にTa製インサート材
を介在させた状態で熱間静水圧加圧法によって拡散接合
して異種金属接合材を製造するに当たり、前記Ta製イ
ンサート材として、相互に連結しない複数個の貫通孔を
設けたものとし、該貫通孔の総面積は接合部総面積に対
して50%以下とすると共に、接合材の露出部分には前
記貫通孔が現われない様にして操業を行なう点に要旨を
有する異種金属接合材の製造方法である。
【0008】
【作用】ZrやTiとオーステナイト系ステンレス鋼が
直接接合されると界面部に耐食性に劣る拡散層や反応層
が形成されるため、これを防止するため一般には一定厚
さ以上のTaをインサート材として挿入する必要があ
る。しかし、Ta製インサート材の厚さが厚くなると、
逆に接合強度が低下する傾向があるため、少なくとも1
0μm以上、一般的には数100μm程度の厚さに制限
している。そしてこのような薄板になると、所定の表面
粗度に加工することが困難になるほか、あまり薄い板は
入手そのものが困難であり、また継手製作時のハンドリ
ングも困難になる。
直接接合されると界面部に耐食性に劣る拡散層や反応層
が形成されるため、これを防止するため一般には一定厚
さ以上のTaをインサート材として挿入する必要があ
る。しかし、Ta製インサート材の厚さが厚くなると、
逆に接合強度が低下する傾向があるため、少なくとも1
0μm以上、一般的には数100μm程度の厚さに制限
している。そしてこのような薄板になると、所定の表面
粗度に加工することが困難になるほか、あまり薄い板は
入手そのものが困難であり、また継手製作時のハンドリ
ングも困難になる。
【0009】一方、接合面の表面粗度が10μm以上に
なると、HIP接合面に局部的にメタルタッチが起こら
ない部分が存在して、未接合部を生じる場合があるた
め、ラッピングやバフ研磨などにより表面粗度を高めた
り、HIP温度や加圧力を高めるなどの必要がある。し
かし、接合面の形状や大きさによっては表面粗度の向上
が困難になることがあり、またHIP温度を900℃以
上に高めると、必要以上に拡散層や金属間化合物を生成
して、接合強度の劣化を招く原因になる。
なると、HIP接合面に局部的にメタルタッチが起こら
ない部分が存在して、未接合部を生じる場合があるた
め、ラッピングやバフ研磨などにより表面粗度を高めた
り、HIP温度や加圧力を高めるなどの必要がある。し
かし、接合面の形状や大きさによっては表面粗度の向上
が困難になることがあり、またHIP温度を900℃以
上に高めると、必要以上に拡散層や金属間化合物を生成
して、接合強度の劣化を招く原因になる。
【0010】本発明者らは、一般的な製造条件のまま
で、すなわちTa製インサート材の厚さは数100μm
程度とし、また、表面仕上げも通常の研削加工程度とし
たまま、さらにHIP温度も900℃以下に限定するこ
となく、Ta製インサート材の形状のみを変化させるこ
とにより最適な異種金属接合材を得る方法を検討してき
た。
で、すなわちTa製インサート材の厚さは数100μm
程度とし、また、表面仕上げも通常の研削加工程度とし
たまま、さらにHIP温度も900℃以下に限定するこ
となく、Ta製インサート材の形状のみを変化させるこ
とにより最適な異種金属接合材を得る方法を検討してき
た。
【0011】その結果、インサート材に互いに連結しな
い表裏に貫通する孔を複数個設ける一方、貫通孔の総面
積を接合面積の50%以下とし、且つ腐食環境に接する
接合材表面にはこの貫通孔が現れない様にすることによ
り、極めて高い接合強度と耐食性を確保できることを見
出し、本発明を完成した。
い表裏に貫通する孔を複数個設ける一方、貫通孔の総面
積を接合面積の50%以下とし、且つ腐食環境に接する
接合材表面にはこの貫通孔が現れない様にすることによ
り、極めて高い接合強度と耐食性を確保できることを見
出し、本発明を完成した。
【0012】Ta製インサート材に貫通孔を設けるの
は、この孔を通してZr(またはTi)とステンレス鋼
が直接接合するため、良好な接合強度が得られるからで
ある。また、HIP処理時に、孔のあいていないTa部
に高い加圧応力が得られ、TaとZr(またはTi)と
の接合状態そのものも良好になる。さらに複数個の貫通
孔を設けるのは、アンカー(杭打ち)効果による強度確
保を期待できる上、これらを連結させなければ仮に腐食
が表面から進展してきたとしても、連結したTa部で耐
食性を確保できるからである。
は、この孔を通してZr(またはTi)とステンレス鋼
が直接接合するため、良好な接合強度が得られるからで
ある。また、HIP処理時に、孔のあいていないTa部
に高い加圧応力が得られ、TaとZr(またはTi)と
の接合状態そのものも良好になる。さらに複数個の貫通
孔を設けるのは、アンカー(杭打ち)効果による強度確
保を期待できる上、これらを連結させなければ仮に腐食
が表面から進展してきたとしても、連結したTa部で耐
食性を確保できるからである。
【0013】インサートにあける貫通孔の面積が大きい
と、図1に示す様に接合体の強度が大きくなるが、大き
くなり過ぎると表面から進展して来た接合界面の局部腐
食が、Zr(またはTi)系合金とステンレスとの接合
部で加速されるために好ましくない。
と、図1に示す様に接合体の強度が大きくなるが、大き
くなり過ぎると表面から進展して来た接合界面の局部腐
食が、Zr(またはTi)系合金とステンレスとの接合
部で加速されるために好ましくない。
【0014】図2は、貫通孔の面積の接合部面積に対す
る比と、腐食抵抗比(Taインサートに穴を孔けない接
合体の局部腐食進展抵抗に対する比)の関係を示す。こ
れから明らかな様に、孔面積が50%以下であれば、局
部腐食進展抵抗の低下は極めてわずかであることが分か
る。従って、本発明では孔面積は接合面積の50%以下
と規定した。尚孔面積の接合面積に対する比率の下限に
ついては限定するものではないが、接合強度への効果を
考慮すると20%以下とするのが良い。
る比と、腐食抵抗比(Taインサートに穴を孔けない接
合体の局部腐食進展抵抗に対する比)の関係を示す。こ
れから明らかな様に、孔面積が50%以下であれば、局
部腐食進展抵抗の低下は極めてわずかであることが分か
る。従って、本発明では孔面積は接合面積の50%以下
と規定した。尚孔面積の接合面積に対する比率の下限に
ついては限定するものではないが、接合強度への効果を
考慮すると20%以下とするのが良い。
【0015】ところで局部腐食や応力腐食、腐食疲労な
どの損傷は、損傷の発生と進展過程に分けられ、寿命の
かなりの部分が発生と初期進展に消費される。従って、
寿命を低下させないためには、損傷の発生と初期進展を
加速させないことが重要である。最初から耐食性に劣る
Zr(またはTi)とステンレス鋼界面が腐食環境中に
接している場合には、その部分で早期に損傷が発生する
ため、たとえ損傷進展部に耐食性に強いTa部が存在し
ても寿命向上はさほど期待できない。したがって、腐食
環境に晒される部位には、Zr(またはTi)とステン
レス鋼の接合界面を接触させないことが必要である。す
なわち、Ta製インサート材の孔部が腐食環境中に露出
しない様にすることも重要である。例えばTa/ステン
レス接合部の8N−HNO3 環境中での局部腐食進展速
度は6×10-3mm/年程度であることを考慮すると、こ
のような環境中での実用上必要なTa/ステンレス接合
部の表面からの深さは0.3mm程度と考えられる。
どの損傷は、損傷の発生と進展過程に分けられ、寿命の
かなりの部分が発生と初期進展に消費される。従って、
寿命を低下させないためには、損傷の発生と初期進展を
加速させないことが重要である。最初から耐食性に劣る
Zr(またはTi)とステンレス鋼界面が腐食環境中に
接している場合には、その部分で早期に損傷が発生する
ため、たとえ損傷進展部に耐食性に強いTa部が存在し
ても寿命向上はさほど期待できない。したがって、腐食
環境に晒される部位には、Zr(またはTi)とステン
レス鋼の接合界面を接触させないことが必要である。す
なわち、Ta製インサート材の孔部が腐食環境中に露出
しない様にすることも重要である。例えばTa/ステン
レス接合部の8N−HNO3 環境中での局部腐食進展速
度は6×10-3mm/年程度であることを考慮すると、こ
のような環境中での実用上必要なTa/ステンレス接合
部の表面からの深さは0.3mm程度と考えられる。
【0016】
実施例1 被接合材としてTi−5Taおよび純Zrと、SUS3
04L(いずれも直径30mm×長さ30mmの中実丸棒)
を使用し、図3(a) に示すTa製インサート材(比較
例)、および該インサート材に図3(b) に示すように円
孔(直径3mm)をあけたインサート材(実施例)を用い
てHIP接合した。このときの各接合体の接合面粗さは
研削仕上げによりRmax を10μmとし、HIP温度を
925℃、加圧力を1000気圧とした。
04L(いずれも直径30mm×長さ30mmの中実丸棒)
を使用し、図3(a) に示すTa製インサート材(比較
例)、および該インサート材に図3(b) に示すように円
孔(直径3mm)をあけたインサート材(実施例)を用い
てHIP接合した。このときの各接合体の接合面粗さは
研削仕上げによりRmax を10μmとし、HIP温度を
925℃、加圧力を1000気圧とした。
【0017】この接合体について引張試験、8N−HN
O3 中での腐食試験(7日間浸漬)、3N−HNO3 中
での腐食疲労試験を実施した。その結果を表1に示す
が、本発明インサートを用いた場合、耐食性および腐食
疲労特性を従来インサートと同等に保ちながら、接合部
の引張強度を向上でき、異種金属接合材の安全性を高め
ることができることが分かる。
O3 中での腐食試験(7日間浸漬)、3N−HNO3 中
での腐食疲労試験を実施した。その結果を表1に示す
が、本発明インサートを用いた場合、耐食性および腐食
疲労特性を従来インサートと同等に保ちながら、接合部
の引張強度を向上でき、異種金属接合材の安全性を高め
ることができることが分かる。
【0018】
【表1】
【0019】実施例2 被接合材としてTi−5Taと、SUS304Lの中空
円筒(外径50mm、肉厚5mm)を使用し、図4(a),(b)
に示すTa製インサート材(0.5mm厚さ)を用いて実
施例1と同一研削仕上げ、同一HIP条件にて接合した
管について引張試験、腐食試験、腐食疲労試験を実施し
た。実験結果を表2に示す。実施例1と同じく、本発明
で規定するTa製インサート材を用いた場合の接合強度
は、従来のTa製インサート材を用いた場合より優れて
おり、中実丸棒以外にも実用上有用な管としての強度信
頼性も向上できることが分かる。
円筒(外径50mm、肉厚5mm)を使用し、図4(a),(b)
に示すTa製インサート材(0.5mm厚さ)を用いて実
施例1と同一研削仕上げ、同一HIP条件にて接合した
管について引張試験、腐食試験、腐食疲労試験を実施し
た。実験結果を表2に示す。実施例1と同じく、本発明
で規定するTa製インサート材を用いた場合の接合強度
は、従来のTa製インサート材を用いた場合より優れて
おり、中実丸棒以外にも実用上有用な管としての強度信
頼性も向上できることが分かる。
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】本発明の構成を採用することによって、
耐食性および接合強度のいずれにも優れた異種金属接合
材が得られた。
耐食性および接合強度のいずれにも優れた異種金属接合
材が得られた。
【図1】接合部におけるインサートの孔面積比と接合強
度の関係を示すグラフである。
度の関係を示すグラフである。
【図2】接合部におけるインサートの孔面積比と腐食抵
抗の関係を示すグラフである。
抗の関係を示すグラフである。
【図3】実施例1で用いたインサート材の形状を示す説
明図である。
明図である。
【図4】実施例4で用いたインサート材の形状を示す説
明図である。
明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 103:24 (72)発明者 中村 茂樹 高砂市荒井町新浜2丁目3番1号 株式会 社神戸製鋼所高砂製作所内
Claims (1)
- 【請求項1】 純Ti若しくはTi基合金または純Zr
若しくはZr基合金からなる金属材を第1部材とし、ス
テンレス鋼材を第2部材とし、両部材間にTa製インサ
ート材を介在させた状態で熱間静水圧加圧法によって拡
散接合して異種金属接合材を製造するに当たり、前記T
a製インサート材として、相互に連結しない複数個の貫
通孔を設けたものとし、該貫通孔の総面積は接合部総面
積に対して50%以下とすると共に、接合材の露出部分
には前記貫通孔が現われない様にして操業を行なうこと
を特徴とする異種金属接合材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17559592A JPH0623570A (ja) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | 異種金属接合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17559592A JPH0623570A (ja) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | 異種金属接合材の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0623570A true JPH0623570A (ja) | 1994-02-01 |
Family
ID=15998837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17559592A Withdrawn JPH0623570A (ja) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | 異種金属接合材の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0623570A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8960377B2 (en) | 2007-03-29 | 2015-02-24 | Otis Elevator Company | Non-linear spring isolation device |
CN111299796A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-06-19 | 西南交通大学 | Tc4钛合金与316l不锈钢的异种金属真空扩散焊接方法 |
-
1992
- 1992-07-02 JP JP17559592A patent/JPH0623570A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8960377B2 (en) | 2007-03-29 | 2015-02-24 | Otis Elevator Company | Non-linear spring isolation device |
CN111299796A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-06-19 | 西南交通大学 | Tc4钛合金与316l不锈钢的异种金属真空扩散焊接方法 |
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