JPS606756B2 - クラツド鋼材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 開示技術は複数金属材を予め添接種層させて電子ビーム
溶接法により冶金的接合を行った後所定に圧延して所望
型鋼等の異型クラッド鋼材を得る製造技術に属する。

而して、この発明は高張力鋼等の円筒形、或は、円柱形
等の鋼材の内面、或は、外面に対しステンレス鋼等の異
種金属材を緊密添接させて鏡層し、而して、該異種金属
材の接合面全面に電子ビームを照射して冶金的接合を行
って添着一体化した金属材を所定に熱間、或は、冷間圧
延等して所望に成形した異型クラッド鋼材を得る様にし
たクラッド鋼材の製造方法に関する発明であり、特に、
鋼材に対して異種金属を円形、或は、方形等の閉じ断面
に囲総し密着してブロック状に一体化し、その接合面に
超大出力電子ビーム溶接を施して、全接合面に冶金的接
合を行い、この様にして得た接合一体化金属を熱間、或
は、冷間圧延して所望成形の鋼管、型鋼等の異型クラツ
ド鋼材を得る様にしたクラツド鋼材の製造方法に係る発
明である。

周知の如く、橋梁、ビル建築等の一般構造物は勿論のこ
と、管槽構造物、１化学プラント、油井管、輸送配管、
熱交換器等広範囲の産業の各利用分野にて多く用いられ
ている鋼管、型鋼等に於ては強度のみならず、経時的耐
用性の点から耐熱性、耐腐蝕性、耐摩耗性が要求される
。

而して、該種鋼材の材料条件は材質、厚み等に於て第１
義的に強度面から決定されるものではあるが、上述耐用
性の面に於て、強度要求とは材料的に一致しない場合が
多く、換言すれば、高張力鋼必らずしも耐腐蝕性に優れ
ているものではない。

従って「クラツディング法、単なるラィニング、或は、
適宜金属材料非金属材料の単体、混合物の塗着手段等が
採用されている。

特に、近時構造物が大型化、複雑化の様相を有する傾向
になると、その建造費は勿論、耐腐蝕対策等の管理、保
守のラィニングコストも極めて高くつく様になり、強度
性に併せて腐蝕性を充分に有する鋼材のニーズは益々大
きくなる傾向にある。

例えば、増強度材として高張力鋼が採用されるケースが
多くなっているが、該高張力鋼はその極めて優れている
強度性に反し耐腐蝕性の点に於て必らずしも満足されな
いものであり、従って、これに対処するに耐腐蝕性に優
れるステンレス鋼を用いることもその面に於ては可能で
あるが、反面強度的に劣ることにより厚肉重構造となり
コスト高になるデメリットを招くことになる。

そこで、両者の優れた点を用いてマイナスを補うべく高
張力鋼を母材とし、ステンレス鋼を添設しそれぞれ耐強
度性、耐腐蝕性をもたせる様にする技術が案出されてい
るが、その場合、高価な添設ステンレス鋼の薄さと金属
的結合の強さが経済面と材料力学面から強く望まれるこ
とになる。

ところで、１つの金属材に対して異種金属を添談する技
術としてはクラッド方法が周知の慣用技術として採用さ
れている。該クラッド法には、例えば、爆発圧接法、溶
接肉盛法、熱間圧延法等があり、爆発圧嬢法は火薬爆発
に伴う瞬間的高圧力印加を用いるものであるが、実用上
には設備が高くつく上に安全対策も講じなければならず
、容易に採用し難い難点がある。

又、港後肉盛法は炭素鋼材等の母材表面をステンレス鋼
溶加材を用いて熔接し港蝕肉盛するものであるが、溶接
中に発する溶接熱が溶接歪を与え、溶接作業に長時間を
要し、作業能率も悪い上に溶接性の良好な熔加材の選択
の制約がある等の不利点がある。

これに類似してクラッド鋼の板曲げによる電縫鋼管の製
造方法に於ては同様に工数が多く、溶接熱による炭化物
の析出や溶接後の熱処理による固熔化の必要がある等の
デメリットがある。

これに対し熱間圧延法は歴史的にも古く、１方の金属材
に異種の金属材をその接合面を清浄にして添接し、熱間
圧延を行い、その過程に於て該接合面に新生面を形成さ
せ、高温裡に鍛接する様にしたものであり、従って、清
浄な薮合添援面を予め得ておくことが必須の要件となり
、その限り、接合面に残存空気があったり、酸化皮膜が
形成されていたりすることは絶対的に避けられねばなら
ず、加えて大圧延比と高圧延温度を必要とし在来種々の
方策がとられて来たものの、手段が煩頃であり、能率が
悪い不具合が多かった。

これに対処する熱間圧延法として、例えば、特公昭５１
−１９８１９号公報に記載されている発明の如き電子ビ
ーム溶接による金属材の接合を介しての熱間圧延法が案
出される様になり、接合工程に於ける添嬢面残存空気の
真空ポンプ排除や、脱酸、脱窒剤の前処理充填等の煩覚
な作業を省き、効果的クラッド鋼材の製造を成し得る様
にされている。

該既案出電子ビーム溶接による接合圧延を第１〜２図態
様で略説すると、クラツド鋼材製造については、母材鋼
材１に対して被接合材の異種金属材２を対向させ、両者
の接合面３を可及的に清浄化して緊密に添接し、所定真
空装置内にセットさせ、該異種金属材２上面側から周緑
に沿い該接合面３に交又して電子ビームを照射し周回さ
せて電子ビーム溶接ビード４を形成させ、溶接結合によ
り鋼材！と異種金属材２を接合し、接合面３の真空度を
保ち、その後所定に熱間圧延する様にされる。

而して、上記鋼材１と異種金属材２は相互に熱膨脹係数
を異にするものであり、熔接々合後の加熱圧延工程に於
て熱応力、及び、圧延ずれを介して溶接交叉部のビード
４の金属に破損が生じ、熔接工程に於て確実に得られた
真空が破られるおそれがあり、特に異型クラッド鋼の如
く圧延長が長い場合にはそのおそれがある。

そのため、第３図に示す様に溶接金属４の厚さＷは被溶
接異種金属２の厚みｈの少くとも１／２以上にすること
が必要とされている。

さりながら、これまで用いられて来た電子ビーム溶接に
よるビード４の幅は通常５〜６肌程度であり、従って、
上記異種金属２の厚みが３０〜５仇帆を越えると該種方
法を用いることが不可能となり、接合後圧延を必要とす
る異型クラッド鋼製造には用いられないという欠点があ
った。

この発明の目的は上述従来技術に基づく異型クラッド鋼
材のクラッド鋼材製造に於ける問題点を解決すべき技術
的課題とし、近時開発された超大出力電子ビーム溶接手
段を用いることにより前記欠点を除去し、難点を解消し
、不利点を無くすのみならず、鋼材添嬢異種金属の対向
接合面全域に対し超大出力電子ビームを照射し深溶け込
みを効果的に行い、対向金属材相互を予め強固に溶融結
合し冶金的に一体化し、その後熱間、冷間圧延、或は、
鍛造、及び、圧延を行いクラツドされた所定形状の鋼管
、型鋼等の異型クラッド鋼材を得ることが出来る様にし
鋼材産業に於ける異型クラッド鋼利用分野に益する優れ
たクラッド鋼材の製造方法を提供せんとするものである
。

上述目的に沿うこの発明の構成は前述問題点を解決する
ために、一方の芯材の鋼材と他方の異種金属と閉じ断面
で相対隊挿密着接合させておき、その接合境界面全面に
対して超大出力電子ビーム溶接を施して全面一体溶接結
合して冶金的に一体化し、該結合一体化ブロック状鋼材
を熱間、冷間圧延してクラツドされた鋼管、型鋼等の異
型クラツド鋼材を得るようにした技術的手段を講じたこ
とを要旨とするものである。

次にこの発明の実施例を第４図以下の図面に従って説明
すれば以下の通りである。

第４，５，６図に示す実施例は異型クラッド鋼材の多重
管としてのクラッド鋼材二重管５の製造態様であって、
強度保持材としての外管６は高張力鋼を鋼材としての金
属母材とした炭素鋼管にし、内管７は耐腐蝕性のステン
レス鋼管を異種金属材としたものであり、まず、第４図
に示す様に炭素鋼管素材８とその内腔に按挿されるステ
ンレス鋼管素材９とをそれらの鉄挿添薮々合面１０，１
０を超大出力電子ビーム熔接が確実に行われ得る様に所
定機械仕上げを成し、適宜手段により両者を相対駿挿添
接して重合し、重合金属素材を所定超大出力電子ビーム
溶接装置の真空チャンバ内にセットし超大出力電子ビー
ムを轍方向で、且つ、上記接合面１川こ沿い、両端の一
方、或は、双方より同時に中央部１０′を越えて照射し
、所定溶接速度にて平行移動裡に接合面１０の円筒面に
沿って移動させ１周させることにより該接合面１０は確
実に全面に亘り電子ビームによるビード金属１１で接合
され、完全に冶金的溶融結合がなされ、金属管素材８，
９は密着固定される。

尚「上述溶接工程に於て超大出力電子ビームの深溶け込
みは接合面１０の軸万向深さの半分には充分達しており
、両金属材８，９が冶金的に完全に一体化されることに
なる。この様にして超大出力電子ビーム溶接を終えて一
体化された金属材は超大出力電子ビーム装置から取り出
され、一体化接合金属材の二重管素材１２として周知の
方法により熱間圧延させ、前記第６図に示すステンレス
異型クラッド鋼材の二重管５を得る。

次に上述実施例に則す実験例のデータを示すと次の通り
である。

＜炭素鋼管素材＞ 接合面径；１８仇帆、肉厚；１２仇廠、長さ；６０仇仰
くステンレス鋼管素材＞内径；１０仇吻、肉厚；４物肋
、長さ；６０仇肋＜超大出力電子ビーム＞上記管素材の
長さの半分３０仇岬こ充分ビームは達する。

出力；１００ＫＷ、溶接速度；１０仇舷／ｍｉｎ、溶込
み深さ；３２比岬。

＜熱間圧延＞ プレス圧延：圧延比；２０、圧延温度；８００００。

＜異型クラッド鋼材二重管＞内径；１００肋、内管肉厚
；２肌、外管肉厚；６側、長さ；１２００仇舷。

尚、ステンレスクラッド鋼管製造態様は上記実施例に限
られるものではなく、他の態様が種々可能であり、例え
ば、冷間圧延することも可能であり、何ら接合面の治金
的接合に損傷は発生しない。

又、該二重管の製造に関して上述態様の如く管素材を管
形にすることも可能であるが、第７図に示す様に中空炭
素鋼管素材８に対し前記同様接合面１０を超大出力電子
ビーム溶接可能である様に所定に機械仕上げし、（中実
の）芯金１３をステンレス鋼管素材として密着隊挿接合
して添接し、超大出力電子ビーム装置内にセットし、同
様に接合面１川こ沿って第８図に示す様に一側、或は、
両側より深溶け込み、狭溶融幅の超大出力電子ビームを
照射し、ビード金属１ １にて該接合面１０の全域を完
全溶融して冶金的金属結合し、一体化した後超大出力電
子ビーム溶接装置から取出し、一体化接合金属材の形成
中実円柱状素材１４をマンドレン装置１５に押圧し、第
９，１０，１１図に示す様に穿孔押出し圧延を行うこと
により異型クラッド鋼材の二重管５を製造する様にする
ことも可能である。

勿論、二重管製造のみが実施態様となるのではなく、三
重管「四重管も同様に製造可能である。

次に第１２〜１５図に示す実施例は異型クラツド鋼材と
してのクラッド型鋼の実施例であるが「該種異型クラッ
ド鋼材の型鋼の製造は比較的少いものであったが、今後
実施される懐向の大きいものであり〜第軍２図に示す炭
素鋼芯金金属鋼材竃６を異種金属としてのステンレス鋼
材軍】の角筒材に緊密隊着出来る様にし、前述各実施例
の場合同様に接合面】８を超大出力電子ビーム溶接が確
実に可能である様に適宜機械仕上げし、所定に重合筋菱
添接して超大出力電子ビーム溶接装置にセットし、該接
合面亀８の一側、或は、両側から超大出力電子ビームを
照射して接合面１８１こ沿って溶接ビームを移動させ「
該接合面１８を全面的に確実に溶融接合し冶金的に金属
結合一体化する。従って、両金属材１８，亀了‘ま超大
出力電子ビームの深溶け込み、狭溶融幅ビード金属１９
により強固に一体化される。而して、溶接後の一体化接
合金属材の複合鋼塊２０を超大出力電子ビーム溶接装置
から取り出し所定鍛造装置にセットし「第１４図に示す
様にＨ型鋼予備塊２川こ成形する。

次いで、周知のＨ型鋼圧延成形装置に移し、通常の熱間
圧延を行い第竃５図に示す様に異型クラ２ッド鋼材とし
てのＨ型鋼２２に形成させる。

勿論、該Ｈ型鋼２２の熱間圧延工程に於ては超大出力電
子ビームによるビード金属によって炭素鋼材１６とステ
ンレス鋼材１７とは強固に結合されているため何ら破壊
されることなく空気の侵入３もなくクラツデイングされ
る。尚、総括的にこの発明の実施例による異型クラッド
鋼材は表示態様の二重管、複重管ト型鋼に限るものでは
ないことは勿論であり、榛材、塊材等種々の態様があり
、又、圧延は実施例中で略述し３た如く冷間圧延も可能
であり、それらの圧延の中間、或は、前に鍛造工程が介
装される態様も可能である。

そして、クラッド金属の厚みについても超大出力電子ビ
ームの深溶け込み可能な程度であれば、４設計の範囲の
選択にまかされ「圧延工程に於けるクラッド鋼のクラッ
デイング厚さは所望により相当程度薄くすることが出来
、防腐蝕機能を満足させると共にコスト低減に充分寄与
することが可能である。

又、炭素鋼にステンレス鋼を内外添綾積層する態様ばか
りでなく、２種以上の相互に異なる金属材を張設〜挿入
等の介装添懐々合をして積層重合する金属材にすること
もこの発明の確実な実施例であり、態様によっては利用
発明「利用考案を構成するものであり、それらの実施態
様は製品の強度上の考察は勿論ｔ耐熱性、耐腐蝕性、耐
摩耗性等も充分考慮し〜使用目的と勘案して材料、材質
の組合せ選択、設計変更が行われ得るものであって「鋼
材、添嬢異種金属材共に普通鋼、高張力鋼「極数鋼、ス
テンレス鋼「高速度鋼〜耐摩耗鋼等の鉄系材料ばかりで
なく「Ｔｊ；Ｎｂ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ａ夕，Ｃｒ，Ｃｕ等の
非鉄系金属材料の採用も可能であり「それらは超大出力
電子ビーム溶接々合が可能な限りの選択組合せを許容対
象とされる。

前述の如くこの発明によれば、母村鋼材に対し異種金属
材を両端を除いて閉じ断面で添酸積層させ「該両端面を
除く全接合面に対し超大出力電子ビーム溶接を施して冶
金的結合をなして後圧延し異型クラッド鋼材を得る様に
した方法に於て、該両金属材を閉じ断面にして接合させ
「その接合面に対して全面に超大出力電子ビーム溶接を
施す様にしたことにより、基本的に該接合面が完全に全
面溶融接合されて冶金的結合を強固になすことが出来、
該超大出力電子ビーム溶接の工程のみで圧延に先立ち素
材段階で確実に冶金的固着がなされる優れた効果が奏さ
れる。而して「 この発明によれば、両金属材接合面全
面に亘り超大出力電子ビー−ムにより熔融接合されるた
め、接合面に対し両端面より電子ビーム溶接を施したこ
とにより「全熔接面が均一に良好になされ、従来の積層
材の周囲を密封シールした後圧延するのに比し、接合部
の品質、及び、信頼性が著るしく高くなる優れた効果が
奏される。

従ってし これまでの製作態様では積層材の材質の組合
せに応じた圧延時の温度、圧力条件等に厳しい要求が課
せられ、これを満足することは極めて困難である上、例
え満たされたとしても、非接合部が生ずることがあるの
に対して、この発明では完全接合部が容易且つ正確に得
られる優れた効果が奏される。

又「該超大出力電子ビーム溶接は接合面全面の溶融冶金
結合であるので、従来鍛袋工程の必要とする接合面の完
全仕上げ、圧延に至る前後の真空総特等の清浄保持「高
温保持を省くことが出来るため、工程のシンプル化、作
業の能率化、歩留リアップ、コスト低減、精度向上を企
ることが出来る優れた効果もある。

又、用いられる超大出力電子ビーム溶接は深溶け込み、
狭熔接幅を有しているため、添援異種金属の肉厚をそれ
だけ素材金属の段階で薄くすることが出来、結果的に圧
延製品のクラッド金属を可及的に薄くして「充分に耐熱
性、耐腐蝕性、耐摩耗性を有することが出来、単に材料
費の面から、コストダウンを計ることが出来るのみなら
ず、鍛造圧延工程に於ける工数削減、動力節約にも大い
に寄与することが出来、その点からもコストダウンに運
がるメリットがあり「加えて製品軽量化に蓮がる利点が
ある。

更に、該超大出力電子ビーム溶接は接合面に対し深溶け
込み溶接が可能であり、しかも、溶融溶接であって熔接
強度は上述の通り鍛綾に比し極めて強く、その割に接合
面積当りの綾嬢入熱は従来溶接に比し箸るしく小さく、
従って、異種金属の溶接組合せ範囲が広範囲にとれ、前
記の様に銅に対するにステンレスばかりでなく「Ｔｉ，
Ｎｂ，Ａぞ，Ｍｏ，Ｚ省筆のクラッドが可能となり在来
の圧延法は勿論のこと溶接肉盛法等に於ける材料組合せ
をはるかに越すことが出来る効果もある。

而してトこの発明によれば、接合強度が強固であるため
通常の圧延、即ち、熱間、袷間のいづれもとれ、圧延比
も特に制限なく「逆にその制約が無い故に接合面の製品
強度が充分に保証されるという優れた効果も奏される。
更に又、超大出力電子ビーム溶接は溶接速度が早く、入
熱量も少いため製品精度を良くするばかりでなく、クラ
ッド金属の極薄膜化に大いに寄与することが出来る効果
もある。

加えて、クラッドキこ使用される材料は一般に変形抵抗
が高温に於て異なり、従って、積層材に周囲がシール熔
接されているだけの状態で圧延されると、合材が引きつ
れを生じ、場合によっては破損を生じ、溶接長を長くと
れない鋼管や型鋼の如き異型クラツド鋼材に於ては大き
な問題を生ずるが、この発明によれば「圧延以前に接合
面が全面溶融結合されているためにこの様なおそれは全
くなく、製作に於ける耐蝕材の薄膜添設の鋼管や型鋼等
の異型クラッド鋼材を良品質裡に得ることが出来る優れ
た効果が奏される。

そして、従来の電子ビーム溶接法の様に隔離板等も添設
せずとも良い点等組立も簡単で操作も容易であり、作業
性向上に益する等の副次的利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に基づく電子ビーム溶接によるクラッ
ド鋼鋼材製造の概略斜視説明図、第２図は第１図ローロ
断面図、第３図は同じく従来技術に基づく電子ビーム溶
け込み説明断面図、第４図以下はこの発明の実施例を示
すものであり、第４図は二重管製造実施例の素材説明斜
視図、第５図は第４図Ｖ−Ｖ断面の超大出力電子ビーム
溶接説明図、第６図は製品説明図も第７図は他の実施例
の第４図相等素材説明斜視図、第８図は第７図柳一肌断
面超大出力電子ビーム溶接説明図、第９，色Ｑ，亀１図
は第７図素材の押出し成形工程説明図、第１２図は型鋼
製造実施例の素材説明斜視図、第１３図はその断面超大
出力電子ビーム溶接説明図「第ｉ４，ｉ５図は第亀２図
素材圧延説明図である。 ８，軍６……鋼材、９，亀７……異種金属、軍２，１４
？ ２０・・…・一体化溶接金属材、５，２２…・・・
異型クラッド鋼材。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋼材に対して異種金属材を添接積層させ積層接合面
   全面に電子ビーム溶接を施して一体化した後一体化接合
   金属材を圧延して異型クラツド鋼材を得るようにしたク
   ラツド鋼材の製造方法において、上記鋼材に対して上記
   異種金属材を両端部を除く接合面で閉じ断面で密着囲繞
   添接させ、該全接合面に超大出力電子ビーム溶接を両端
   面から施して該接合面の全面に冶金的接合を行った後一
   体化接合金属材を圧延して異型クラツド鋼材を得るよう
   にしたことを特徴とするクラツド鋼材の製造方法。