JPS61123540A - 三層クラツド丸棒 - 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、ジルコニウム、チタン又はこれらの合金と炭
素鋼又は低合金鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の三
層クラッド丸棒に関する。

ジルコニウム、チタン及びこれらの合金（以下Ｚｒと記
す）は耐食性及び耐熱性が優れているために化学容器、
原子炉用材料として多用されているが、高価なため必要
部分（接液部〕のみにＺｒ　ｆ使用し、他の部分は安価
な材料全使用することが要求されている。この要求に対
応するものとして板の場合は爆着又は拡散接合等のＺｒ
クラツド鋼が開発され実用化されているが、ロール又は
軸等の丸棒への適用は一般的ではない。

本発明者らは、Ｚｒ管に鋼の丸棒を挿入して加熱し、画
材貫の熱膨張係数（以下ａと記す）差ｔ−剰用した拡散
接合クラツド鋼を、本発明と同日付で特許出願している
がｚｒ及び鋼のａ値の関係上加熱前の両者の間隙（Ｚｒ
管の内径と丸棒の外径の差）の大きさに制限があるとい
う欠点がある。即ち、挿入丸棒に炭素鋼又は低合金鋼を
用いた場合、Ｚｒとのａ値の差は余り大きくないため１
熱前の間隙は小さくする必要がある（例えば８０φの丸
棒で０．ｔａｌｌの間隙）　Ｚｒと炭素鋼の拡散接合性
は余り良くないため、両者の間に金属間化合物を生じな
いようなＴｉ、　Ｍｎ、　Ｎｉ　　又はこれらの組合せ
た箔の挿入又はコーティングを設置する゛必要があるた
め画材の間隙が小さいとＺｒ管に鋼材丸棒を挿入時、作
業性が極めて悪い。

一方、挿入丸棒にオーステナイト系ステンレス鋼を用い
た場合、Ｚｒとのａ値の差は大きいため側熱的の間隙も
大きくとれ（例えば８０φの丸欅で０．２１ＥＩの間隙
〕挿入も容易であるが、接合後の冷却過程で大きな収縮
応力を生じるため、接合部にクラックが発生し良好なり
ラッド鋼を得ることは１雅である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、Ｚｒクラツド鋼製ロール又は軸を拡散接合で
製作するにあたり、加熱前＠ｚｒ９に芯材を容易に挿入
でき（Ｚｒ管内径と芯材外径の間隙を大きくシ）シかも
接合強度の高いクラッド丸棒を提供しようとするもので
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、外層、中間層、内芯ｔそれぞれａ値の異なる
ｚｒ、炭素鋼（又は低合金鋼）、オーステナイト系ステ
ンレス鋼からなる三層クラッドにすることにより、加熱
前の各部材間の間隙を大きくし、部材の挿入を容易にし
て拡散接合よって得られた三層クラッド丸棒である。す
なわち本発明は外層をジルコニウム、チタン又はこれら
の合金、中間層を炭素鋼又は低合金鋼、円芯七オーステ
ナイト系ステンレス鋼とし、拡散接合して得られたこと
ｔ−特徴とする三層クラッド丸棒である。

本゛発明の三層クラッド丸棒は、化学反応器の攪拌軸、
ロールに有利に適用することができる。

以下、本発明の一実施態様を第１図に従って詳述する。

第１図（ＡＪは第１図（８１の１−１矢視断面図、第１
図（Ｂ）は第１図（Ａ）の厘−厘矢視断面図である。

第１図において、１はＺｒ、２はＺｒに比べて安価高強
度、高ａｙｅ有する鋼例えば炭素−又は低合金鋼、３は
炭素鋼又は低合金鋼２に比べ更に高αを有する鋼例えば
オーステナイト系ステンレス鋼、４はＺｒ　１と炭素鋼
又は低合金鋼２の接合強度を上げるため必要に応じて用
いられるインサート材で、τＬ、　Ｍｏ、　Ｎｉ　又は
これらの組合せで箔を挿入するか、又はメッキ浴射等の
コーティング法によりｚｒ　を又は炭素鋼又は低合金鋼
２の表面に被覆される。

このような組合せ材を拡散接合機内にセットし真空中又
は不活性ガス中で卯熱し、固相状態のま〜で拡散接合を
行うことによって本発明の三層クラッド丸棒が得られる
。

拡散接合は真空中又は不活性ガス中において、材料を融
点以下の温度に加熱し、適当な応力上刃えて接合する方
法であり、固相接合の一種で弗る。本発明ではこの応力
負荷を外力を用いるζ、となく材質間のα差による熱応
力を利用したもので外層にＺｒ、中間層にＺｒに比べ高
α値を有する炭素鋼又は低合金鋼、内芯に中間層より更
に高α値を有するオーステナイト系ステンレス鋼を配し
た三層クラッドとしたところに特徴がある。

この配置は、ｚｒ−炭素鋼の二層クラッド丸棒とした場
合及びＺｒ−オーステナイト系ステンレス鋼の二層クラ
ッド丸棒とした場合の双方の欠点を解消することができ
る。抽ち、これらの三層部材を１熱することにより中間
層の炭素鋼は自身の熱膨張による変形の他、内芯のオー
ステナイトステンレス鋼の熱膨張によっても変形を受け
るため加熱前の外層と中間層の間隙は内芯のない場より
かなり大きくとることができる。

一方、中間層の炭素鋼と内芯のオーステナイト系ステン
レス鋼のα差は小さいが中間層は外層の存在により変形
がある程度拘束されるため中間層の変形は小さく、その
分だけ加熱前の中間層と内芯の間隙は大きくとれる。従
って外層−中間層及び中間層−内芯の加熱前の間隙はＺ
ｒ管−炭素鋼丸棒の二層クラッドの場合よりかなり大き
くすることができるため、組立時（挿入時）の作業性が
容易となる。又、炭素鋼とオーステナイトステンレス鋼
の拡散接合性は極めて良好なため界面でクラックが発生
することはない。

実施例１ 純Ｚｒ管（ＡＳＭＩＣ５Ｂ−５１１Ｒ６０７０２；外径
１０”０．０φ鵡、内径８０．０φｍ）に炭素１管（Ｓ
Ｓ４１；外径７９．４φ　内径６０φ鵡）及びステンレ
ス丸棒（ＳＵＳ　５０４　：　５９．８５φ１１Ｍ）ｔ
−挿入した。尚Ｚｒ管と炭素鋼管の間には接合性を上げ
るためにインサート材として、Ｚｒ側から板厚Ｑ、ｊＷ
のＴ１、板厚ｏ、ｏｓｓのＭＯ。

板厚ｏ、ｏｓｉｍのＮ１の箔を順次配置した。このよう
にセットした部材ｔ−５Ｘ１０−’）−ルの真空中に７
８０℃〜８７０℃の範囲で２時間歴然し拡散接合を行っ
た。その結果、ｚｒ−炭素鋼間で２〜５　ｋｇ／ｗａ２
の引抜き強度が得られミクロ組織観察でも欠陥のない良
好な接合体が得られることが判明し友。尚、Ｚｒ管−炭
素鋼丸棒の二層クラッドの場合（Ｚｒ＋インサート材）
と丸棒の接合可能な即熱前の間隙は０．１１１１１以下
であり、丸棒の挿入は困難であったのに対し、本発明の
ｚｒ−炭素鋼−オーステナイト系ステンレス鋼の三層の
組合せの場合、接合可能な加熱前の間隙は各々Ｚｒ−炭
素鋼間で０．２１１１１炭素鋼−オーステナイト系ステ
ンレス鋼間で０．１５−であり、二層の場合に比べそれ
ぞれ２倍、１．５倍の間隙を有することが可能であり、
各部材は容易に挿入することができた。

実施例２ 実施例１の純Ｚｒ管の代りに同一大きさのチタン管（τ
ｐ２８）ｔ−使用し、かつインサート材−使用せず、そ
の他の条件は実施例１と同様な条件でＴ１−炭素鋼−ス
テンレス丸棒上製作したところ、引抜強度は７〜１０　
ｋｇ／鵬２であった。

上記実施例では拡散接合時、特殊なインサート材上挿入
したが、このインサート材以外にも０．１鵡厚のＮｉ　
、　０．１　ｍ厚のＭｏと０．５鵡厚のＮｉ、　Ｏ，ｉ
　ｍ厚ので１などのインサート材なども使用することが
できるがインサート材は本発明の三層クラッド丸棒を製
作するに際して必ずしも使用しなくてもよい材料である
ことを理解すべきでるる。

またＺｒ合金としては、例えばジルカロイ１（２，５５
Ｂ　＋　Ｚｒ　）、ジルカロイ２　（１，５Ｓｍ＋Ｚｒ
）。

ジルカロイ５　（０，２〜０．５３ｍ　＋　Ｚｒ　）な
ども同様に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様の丸棒を示す。 第１図（＾）は第１図（Ｂ）の！−！矢視断面、第１図
（８３は第１図（ＡＪの１−１矢視断面図である。 第１図 手続補正書 昭和６０年　２月２７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外層をジルコニウム、チタン又はこれらの合金、中間層
   を炭素鋼又は低合金鋼、内芯をオーステナイト系ステン
   レス鋼とし、拡散接合して得られたことを特徴とする三
   層クラッド丸棒。