JPH0471636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 ジルコニウム又はジルコニウム合金を溶接して
なる管状装置部品と、ステンレス鋼を溶接してな
る管状装置部を接合するために用いる高耐食性ス
テンレス鋼−ジルコニウム接合用管継手及びその
製造法に係り、特に、機械的特性及び耐食性良好
な異種管継手とその製造法に関する。 〔従来の技術〕 爆発圧着法によるクラツド板やクラツドパイプ
は異種金属の継手材として従来から多方面に採用
され、その優秀性が認められている。その例とし
ては、 (1) 鋼製船体とアルミニウム製デツキ構造体との
Al／Steel継手 (2) 球形アルミニウム製液槽タンクと鋼製支持構
造体とのAl／Steel継手 (3) 水銀法電解槽の鋼製電極棒とアルミニウムブ
スバーとのAl／Steel継手 (4) 隔膜法電解槽の圧電極と銅製ブスバーとの
Ti／Cu継手 (5) アルミニウム電線と銅製端子とを接続する
Al／Cu継手 (6) 冷蔵庫、エアコン等の各種低温液回路の
Cu／Al管状継手 (7) 冷凍魚船、冷凍庫等各種低温液回路のAl／
Steel管状継手 (8) LNG、LPGなど低温極低温工業分野での
Al／SUS管継手 (9) 強酸液回路のZr／SUS Ti／SUS等管継手 などがあり、これらは、それぞれの使用条件に応
じて、その要求を満してきたが、近年、益々過酷
な使用条件の要求に対して、更にその改善を必要
とする継手もある。 例えば、優れた耐食性を有するジルコニウム又
はジルコニウム合金は各種化学装置材料として多
用されており、これらジルコニウム製又はジルコ
ニウム合金製液槽タンクやパイプ類とステンレス
製液送管との継手部はフランジ継手、ねじ込み継
手などによる機械的な結合法が用いられて来たが
爆発圧着法による継手を採用することによつて、
その継手性能を大巾に改善することができること
を発明者らは見い出した。 発明者らは爆発したSUSクラツド板から板厚
方向にくり抜いて製作したZr／SUS環状継手に
おいても過酷な使用条件のもとでは、Zr／SUS
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から、更にその改善が切
望されていた。 本発明者らはこれらの欠点について、さらに研
究を重ね、不良合金層の生成されない爆発圧着条
件の検討や、爆発圧着方法の検討を重ねた結果
Zr／Ta／SUSの継手が最も耐食性に優れている
ことを究明した。 従来のステンレス鋼とジルコニウム板との爆発
接合は特開昭54−46163号に記載のようにステン
レス鋼とジルコニウム板との中間にチタン層を介
して爆発接合するようになつている。 また特開昭59−47078号では鋼とジルコニウム
板との間にニオブ等合金、あるいはタンタル等合
金、さらにこれらの金属がチタンを介して一体に
接合されるジルコニウムクラツド鋼について記載
されている。この多層クラツド鋼は接合性を高め
るため媒接材を多層爆接したもので、ステンレス
鋼とジルコニウムとをTaを介して爆接したもの
ではないし、接合強度を要求される継手について
全く開示されていない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来の異種材の爆発接合技術によつて作ら
れたクラツド鋼はクラツド板であるジルコニウム
板の表面が腐食環境に曝らされることを考慮して
作られており、接合界面が腐食環境下に曝される
ことを考慮していない。構造物として使用される
場合に作用する応力としても膜応力を想定してお
り、ジルコニウム板とステンレス鋼をひきちぎる
ような引張応力を考慮して接合したものではな
い。 すなわち従来の爆発接合技術による接合部は継
手として使用される配慮がされていない。例え
ば、配管継手の如き継手の爆発接合部が直接腐食
液にさらされるような場合における接合界面での
腐食や媒接材の板厚に起因する強度的な影響につ
いて配慮されておらず接合界面に生ずる耐食性の
低い金属間化合物もしくは合金層による局部、腐
食や継手強度に問題があつた。 本発明の目的は、硝酸等の高腐食性環境下で耐
食性を有し、接合強度の高い高耐食性ステンレス
鋼−ジルコニウム接合用管継手とその製造法を提
供するにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、ステンレス鋼からなる第１管状部材
とジルコニウム又はジルコニウム合金からなる第
２管状部材との端部が互いに接合されてなるステ
ンレス鋼とジルコニウム又はジルコニウム合金と
の異種管継手において、管軸方向に平行な管軸を
含む切断面での接合面の長さが前記第１及び第２
管状部材の肉厚より大きく、第１管状部材と第２
管状部材とはタンタルを媒接材として爆発圧着し
ていることを特徴とする高耐食性ステンレス鋼−
ジルコニウム接合用管継手にある。 更に、本発明は、ステンレス鋼からなる第１管
状部材とジルコニウム又はジルコニウム合金から
なる第２管状部材との端部を互いに接合させるス
テンレス鋼とジルコニウム又はジルコニウム合金
との異種管継手の製造法において、前記第１管状
部材と第２管状部材とをタンタル管を媒接材とし
て爆発圧着し、ステンレス鋼管とジルコニウム管
又はジルコニウム合金管との積層複合管を形成す
る工程、及び該複合管の一方の端部で前記ステン
レス鋼管及びタンタル管を除去し、他方の端部で
前記ジルコニウム管又はジルコニウム合金管及び
タンタル管を除去し、前記ステンレス鋼管とジル
コニウム管又はジルコニウム合金管との異種継手
の管軸方向に平行で管軸を含む切断面での接合面
の長さを前記第１及び第２管状部材の肉厚より大
きくなるようにする除去工程を有することを特徴
とする高耐食性ステンレス鋼−ジルコニウム用接
合用管継手の製造法にある。 本発明の管継手は先づ二重管を爆発圧着法にて
製造したのち、更にこのクラツドパイプに他の金
属管を爆発圧着して三重管のクラツドパイプを得
る方法と、Zr、Ta、SUSのそれぞれの管をそれ
ぞれ間隙を持たせて三重にはめ合せ、三重管の爆
発圧着法と同要領で一度に爆発圧着してZr／
Ta／SUSの三重のパイプクラツドを得る方法が
ある。 ここで本発明の管継手について説明すると、爆
発圧着法によつて得たストレートのZr／Ta／
SUSの三重クラツドパイプを任意寸法に切削し
一端はステンレス管以外の金属管は切削除去して
ステンレス鋼のみとし、他端はジルコニウム管以
外の金属管を切削除去して、ジルコニウムのみと
し、中央部にジルコニウム／タンタル／ステンレ
ス鋼のそれぞれの管が爆発圧着による冶金的接合
部を有することを特徴とする。 この管継手の太さは基本的には接続しようとす
る太さによつて決められるが、継手の長さの内、
三重管部分（爆発圧着によつてそれぞれの管の接
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、耐食性を考慮して任意
寸法が決められる。また両端のそれぞれの切削部
分は接続しようとする管との溶接々合部の溶接熱
が三層クラツド部の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。 また、管継手の形状はストレートな管同志の爆
着に限定される事なく、例えば管端部を任意口径
に拡管又は縮管して接続しようとするジルコニウ
ム又はステンレス鋼管に接続してもよいし、管の
内外面の切削形状は液送条件によつて任意形状に
すればよい。 更にまた、外側金属がジルコニウム、内側金属
がステンレス鋼又は、外側金属をステンレス鋼、
内側金属をジルコニウムとしても差支えない。 〔作用〕 ステンレス鋼管母材は耐腐食性の面から低炭
素、特に0.03重量％以下のオーステナイト系、オ
ーステナイト−フエライト系二相ステンレス鋼ま
たはフエ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い。肉厚はジルコ
ニウム管の肉厚の2.5倍程度必要である。母材の
肉厚が2.5倍以下になると爆発力により変形が生
じたり、割れの怖れがある。そのために爆発力を
弱めると接合が不完全となるので、適切な厚さと
したステンレス鋼とすること好ましい。タンタル
管は純度99.80％以上が良く、その他は不純物で
炭素、酸素、タングステンは各々0.03重量％以
下、鉄、硅素、ニツケルは0.02％以下、窒素、水
素、チタンは0.01％以下、ニオブは各々0.1重量
％以下である。この材質の引張強さは25〜35Kg
ｆ／mm²、伸びは少なくとも20％以上とし、硬さは
ビツカース硬さで130以下が良い。また肉厚は0.1
〜5.0mmのものを用いる。肉厚が0.1mm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ジルコニウ
ムとの拘束力により継手強度は上昇する。5.0mm
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、継手としての強度低下をきたす。望ましくは
0.7〜1.5mmであり、この場合母材並の引張強さが
得られる。 ジルコニウム管は純度がジルコニウム＋ハフニ
ウムが99.2％以上、ハフニウムは4.5％以下、鉄
＋クロムは0.2％以下、炭素は0.05％以下、酸素
は0.16％以下、水素は0.005％以下、窒素は0.025
％以下が良く、引張強さはタンタル管より高いも
のが良い。特に伸びは少なくとも25％以上、望ま
しくは30％以上のものが良い。伸び率の良いもの
ほどジルコニウム管の肉厚を厚くして接合するこ
とが出来る。肉厚は薄い程接合性が良い。 このような材料を組合せて接合した爆接材は金
属間化合物の生成が無く、強度的にも充分であ
り、継手として腐食性環境下で高い信頼性が得ら
れる。以上の如く、本発明の管継手を構成する複
合管の製造方法は、ステンレス鋼へのジルコニウ
ム又はジルコニウム合金板の接合又は、この逆の
構成にしてもよく、いずれも継手として溶接接合
に当つて予め溶接を考慮して溶接熱影響部が接合
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、本発明の異種管継手はタンタルを
媒接材として爆接されており、管状部材における
いずれの界面においても接合界面として高い接合
率と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を防止
し、前述の高濃度の硝酸に対する高耐食性を得る
には管状部材の厚さ、媒接材の厚さ、爆接の際の
衝撃力、管状部材の硬さ等の種々の条件が考慮さ
れなければ得ることができない。 実施例 １ ステンレス鋼管（SUS304L）：50φ_i×10t×200 タンタル：72φ_i×1t×200 ジルコニウム管：76φ_i×5t×200 第１表は用いた管の化学組成（重量％）を示す
ものである。 内側にアスフアルトコンパウントを密実に充填
固化したステンレス鋼管の外側にタンタル管を嵌
合し、その外側にジルコニウム管を嵌合したの
ち、これら３本の管のクリアランスが均一になる
よう同軸的に配置し、ジルコニウム管の外周全面
に均一に装填配置した爆薬を、その一端から同軸
的に起爆、爆発させる管の爆発圧着法によつて三
重クラツドパイプを得たのち、この三重クラツド
パイプのステンレス管の内側のアスフアルトコン
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。 この三重クラツドパイプの圧着状況を調査する
ため超音波探傷試験を実施した結果、三重クラツ
ドパイプの両端がそれぞれ約20mm長さは不圧着で
あつたが、約160mm長さはZr／Ta／SUSが完全に
圧着していた。 次にこの三重クラツドパイプの両端をそれぞれ
30mm切断したのち、片方はステンレス鋼及びタン
タル中間層を50mm長さ切断し、他方は外側ジルコ
ニウム及びタンタル中間層を50mm長さ切削し、接
合部の接合面長さとしてジルコニウム管及びステ
ンレス鋼管の肉厚より大きい三重クラツド部分を
60mm長さとした第１図の管継手を得た。 このZr／Ta／SUS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
100ppmの硝酸ルテニウムを添加した沸騰溶液中
で48時間、前記管継手を浸漬した。その結果、ス
テンレス表面は25μｍの厚さで全面腐食するが、
ステンレス鋼とタンタル及びタンタルとジルコニ
ウムとの接合界面は局部腐食等の欠陥は認められ
ず、健全であつた。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明の管継手は多層クラツド板
からのくり抜き法による環状管継手では達成困難
な種々の問題点を一挙に改善でき、この他、本発
明の管継手は管の円周面が爆発圧着されているた
め管の軸に対し直角方向の応力が加わつても圧着
界面には剪断応力が加わらないため強度的に信頼
性の高い管継手構造が得られる。 この管継手はジルコニウム管とステンレス鋼管
との溶接々合部の継手として用いられる他、ジル
コニウム製液槽チヤ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多用される。 本発明の管継手はステンレス鋼とジルコニウム
との間にそれらの金属間化合物の生成がない接合
継手が得られるので、濃硝酸中での腐食のきびし
い環境下で耐食性の高い継手として効果的であ
る。この管継手を濃硝酸雰囲気にさらされる使用
済原子燃料再処理プラント配管の接合に用いるこ
とによつてステンレス鋼配管とジルコニウム配管
とを同種でアーク多層盛溶接することが可能とな
り、高信頼性のプラントが製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の管継手の断面図であ
る。

【特許請求の範囲】

１ 芯材の厚さｔのブレージングシートのろう溶
融直前の芯材の結晶粒の圧延方向の平均長さａと
板厚方向の平均長さｂとが、ａ／ｂ≧３で、かつ
ｔ／ｂ≧２の関係を満足するよう構成したことを
特徴とするブレージングシート。

Claims (1)

1. ンタル管を除去し、他方の端部で前記ジルコニウ
   ム管又はジルコニウム合金管及びタンタル管を除
   去し、前記ステンレス鋼管とジルコニウム管又は
   ジルコニウム合金管との異種管継手の管軸方向に
   平行で管軸を含む切断面での接合面の長さを前記
   第１及び第２管状部材の肉厚より大きくなるよう
   にする除去工程を有することを特徴とする高耐食
   性ステンレス鋼−ジルコニウム用接合用管継手の
   製造法。