JP3574836B2 - BeCu alloy clad steel sheet and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、BeCu合金クラッド鋼板及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】
従来、発電所、海水淡水化プラント等の海水配管には、海生物の付着に起因する発電支障や機器障害を防止するため、塗装等による防汚対策を行つている。しかしながら、塗装等による防汚対策にあつては、メンテナンスの手間、付着物の処理、公害・環境等の問題がある。
そこで、例えばCu−Ni合金(キュプロニッケル)を合せ材とし、鋼を母材とし、この合せ材と母材とを接合させて防汚対策を施したクラッド鋼板が提案されている。
【0003】
しかしながら、このような従来のクラッド鋼板にあつては、比較的短期での海生物の付着防止効果が認められるが、長期になるとその持続性が低下し、防汚性が損なわれるので、定期的に清掃が必要とされていた。
【0004】
このため、本発明者等は、Cu−Ni合金を使用せずに、海生物の付着しない防汚性に優れるクラッド鋼板の研究を種々行つた。そして、衝撃で火花の出ない安全工具やコネクター、リレーの接点、海底通信用中継器等に広く応用されているBeCu合金が、長期防汚材として有望であることを見出した。
しかし、BeCu合金クラッド鋼板の場合、クラッド鋼板製造時に合せ材の接合面の酸化防止のため知られているNiメッキ適用のみでは、BeとNiの金属間化合物が生じ易い。更に、クラッド鋼板の使用用途によつて焼きならし等の熱処理を必要とする母材を使用した場合、熱処理によつて脆弱な金属間化合物が成長して接合強度が低下し、実用に耐え得なくなるという技術的課題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、次の通りである。
請求項1の発明は、Beを0.5〜2.0重量%含有するBeCu合金を合せ材10とし、合せ材10の合せ面側に炭素鋼又は低合金鋼からなる母材11が接合されるBeCu合金クラッド鋼板であつて、合せ材10の合せ面の上にCuメッキ層1、Niメッキ層2の順に、2重メッキ層が形成されていることを特徴とするBeCu合金クラッド鋼板である。
請求項2は、Beを0.5〜2.0重量%含有するBeCu合金を合せ材10とし、合せ材10の合せ面側に炭素鋼又は低合金鋼からなる母材11が接合されるBeCu合金クラッド鋼板の製造方法であつて、合せ材10の合せ面の上に100〜500μmの厚さでCuメッキ層1を形成し、該Cuメッキ層1の上に20〜100μmの厚さでNiメッキ層2を形成した後、合せ材10のNiメッキ層2と母材11とを重ね合わせた組合せ体に750〜830℃の温度で加熱圧延を行つて接合させ、その後、必要に応じて780〜820℃の温度で固溶化熱処理を施すことを特徴とするBeCu合金クラッド鋼板の製造方法である。
【0006】
【作用】
請求項1の発明によれば、合せ材10がBeCu合金からなるので、長期防汚材が得られる。また、合せ材10は、Beを0.5〜2.0重量%含有するBeCu合金であるので、強固な酸化皮膜が生じ、耐食性に優れると共に、熱間加工性も良好であり、割れが防止できる。また、合せ材10の合せ面の上にCuメッキ層1、Niメッキ層2の順に、2重メッキ層が形成されているで、Cuメッキ層1によつて合せ材10中のBeの拡散が抑制でき、Niメッキ層2とBeとが、固くて脆い金属間化合物相を作ることが良好に防止されると同時に、Cuメッキ層1の酸化がNiメッキ層2によつて防止される。
【0007】
請求項2によれば、請求項1と同様の作用が得られる他、次の作用が得られる。すなわち、合せ材10の合せ面の上に形成するCuメッキ層1が100〜500μmの厚さを有するので、無益なメッキ作業を抑制しながら、圧延加熱中に合せ材10中のBeがCuメッキ層1を拡散貫通し、Niメッキ層2と反応して脆弱な金属間化合物を作り、接合性が低下することが良好に防止される。また、Cuメッキ層1の上に形成するNiメッキ層2が20〜100μmの厚さを有するので、Cuメッキ層1の酸化が良好に防止される。
【0008】
更に、合せ材10のNiメッキ層2と母材11とを重ね合わせた組合せ体に、溶解温度以下である750〜830℃の温度で加熱圧延を行つて接合させるので、所定のクラッド比が容易に得られると共に、合せ材10を形成するBeCu合金の結晶粒が粗大化し、圧延後、表面肌荒れを起こすことが良好に防止される。BeCu合金クラッド鋼板に固溶化熱処理を施し、硬化させる必要がある場合には、780〜820℃の温度で処理する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1,図2に示すサンドイッチ方式に係るクラッド鋼板の製造方法に使用する組合せ体に基づいて、本発明の第1実施の形態について説明する。
【0010】
図中において符号10は合せ材を示し、合せ材10は耐食性を有する軟質材よりなり、具体的にはBeを0.5〜2.0重量%含有するBeCu合金である。この合せ材10の合せ面側には、予め、Cuメッキ層1及びNiメッキ層2からなる2重メッキ層を形成する。Cuメッキ層1は、合せ材10の合せ面に直接形成し、Niメッキ層2は、Cuメッキ層1の上に形成する。
【0011】
ここで、Cuメッキ層1の厚さは、100〜500μmとし、また、Niメッキ層2の厚さは、20〜100μmとする。圧延加熱時に合せ材10の接合面が酸化されることを防止するためだけであるなら、合せ材10の合せ面に界面酸化防止のために直接Niメッキを施せば良い。しかしながら、クラッド化に際して界面酸化防止のために用いるNiメッキと合せ材10中のBeとが、固くて脆い金属間化合物相を作るため、バッファ層が必要となつた。そこで、合せ材10の合せ面にCuメッキを施せば、合せ材10中のBeの拡散が抑制でき、金属間化合物の生成を良好に防止できることが分かつた。このため、合せ材10の合せ面には、Cuメッキ層1の上にNiメッキ層2を形成し、Beの拡散を抑制しながらCuメッキ層1の酸化を防止する。
【0012】
Cuメッキ層1の厚さは、100μm以下では圧延加熱中に合せ材10中のBeがCuメッキ層1を拡散貫通し、Niメッキ層2と反応して上記金属間化合物を作り、接合性が低下する。一方、Cuメッキ層1の厚さが500μm以上になると、Beの拡散の抑制にとつて過剰厚さとなり、メッキ作業の無駄となる。そこで、Cuメッキ層1の厚さは、100〜500μmとする。また、Niメッキ層2は、界面酸化防止の目的から、その厚さは20〜100μmとする。更に、合せ材10中のBeの含有量については、0.5重量%以下では、強固な酸化皮膜ができずらく、耐食性に劣ることになる一方、2.0重量%以上では、熱間加工性が低下し、割れが発生しやすくなる。そこで、合せ材10は、Beを0.5〜2.0重量%含有するBeCu合金(ベリリュウム−銅合金)とする。
【0013】
11は母材を示し、実用鋼である炭素鋼又は低合金鋼からなる。この母材11と合せ材10のNi(ニッケル)メッキ層2とを密着させた重合板を2組用意し、各合せ材10を内側として対向させ、サンドイッチ状に組合せる。この合せ材10と合せ材10との間には、分離剤Sを予め塗布してあり、分離剤Sはサンドイッチ状に組合せる前に十分乾燥させる。
【0014】
次に、両母材11,11間に通気孔14を有する接合板15を溶接固定する。具体的には、合せ材10,10の四周を囲むように、母材11,11間に接合板15を溶接固定し、合せ材10,10の周囲に、接合板15によつて区画され、通気孔14によつて外気と連通する空間16を形成する。この組合せ体には、通気孔14を通して真空処理を施し、通気孔14を溶接等の手段によつて閉塞させる。なお、分離剤Sの種類によつては、この真空処理工程を省略することが可能である。
【0015】
このようにして製作した組合せ体は、溶解温度以下の温度、具体的には750〜830℃の範囲の圧延温度に加熱する。所定温度に加熱した組合せ体は図外の圧延機によつて所定の圧延比にて圧延し、各組合せ体の合せ材10と母材11とを接合する。圧延後に、接合板15付近となる母材11の周縁部を切断除去し、2枚のクラッド鋼板を得る。分離剤Sの機能により、合せ材10,10の間の剥離面は容易に分離する。
【0016】
加熱圧延温度については、750℃未満では、母材11の熱間変形能が著しく低下し、所定のクラッド比(板厚比)を得ることが困難になる。一方、加熱圧延温度が830℃を超えた場合には、合せ材10を形成するBeCu合金の結晶粒が粗大化し、圧延後、表面肌荒れを起こす。
このようにして2枚のクラッド鋼板が得られたなら、その後、必要に応じて780〜820℃で固溶化熱処理を施し、硬化させる。
【0017】
表1には、メッキ層1,2の種類及び厚さを異ならせた本発明材▲1▼〜▲3▼及び比較材▲4▼〜▲6▼に対する、圧延後のUT(超音波探傷試験)、圧延まま材及び固溶化熱処理材のせん断強さ試験(N/mm2 )及び側曲げ試験(2TR)の結果を示す。せん断強さ試験の規格は、JIS G3604 >98N/mm2 である。母材11は、SM400A(37mm〔t〕×130mm〔w〕×180mm〔L〕)とし、合せ材10,10(Be2.0重量%)は、それぞれB3130C1720(9mm〔t〕×120mm〔w〕×170mm〔L〕)とした。
圧延条件は、次の通りである。
加熱条件:800℃×3hrs
圧延比 :2.5
圧下率 :1パス当たり5〜15%
また、固溶化熱処理の条件は、800℃×30min、空冷とした。
【0018】
【表1】
【0019】
表1から、本発明材▲1▼〜▲3▼は比較材▲4▼〜▲6▼と比較して、次のことが分かる。すなわち、本発明材▲1▼〜▲3▼は、圧延後のUT(超音波探傷試験)の結果、未接合部が形成されず接合状態が良好である。圧延まま材及び固溶化熱処理材のせん断強さ共に、良好である。圧延まま材及び固溶化熱処理材の側曲げ試験の結果についても、はく離を生ずることなく良好である。
【0020】
次に、第3,4図に示す犠牲板方式に係るクラッド鋼板の製造方法に使用する組合せ体に基づいて、本発明の第2実施の形態について説明する。但し、第1実施の形態と同一部分には同一符号を付してある。
【0021】
この実施の形態にあつては、犠牲板17を使用し、1枚の合せ材10及び母材11からなる重合板に対し、加熱圧延を行う。この合せ材10の母材11との合せ面側には、Cuメッキ層1、Niメッキ層2の順に、2重メッキ層が第1実施の形態と同一厚さで形成されている。合せ材10の合せ面と反対面は、犠牲板17に対向させ、母材11−合せ材10−犠牲板17の順に組合せる。合せ材10と犠牲板17との間の剥離面には、予め、分離剤Sを塗布し、乾燥させる。更に、母材11と犠牲板17との間に通気孔14を有する接合板15を溶接固定する。
【0022】
このような組合せ体は、必要に応じて真空処理を施し、第1実施の形態と同様の圧延温度(750〜830℃)にまで加熱し、その後圧延機によつて所定の圧延比にて圧延し、合せ材10と母材11とを2重メッキ層を介して接合させる。圧延後には、接合板15付近となる母材11及び犠牲板17の周縁部を切断除去し、犠牲板17を取り除いて1枚のクラッド鋼板を得る。クラッド鋼板には、必要に応じて780〜820℃で固溶化熱処理をする。
しかして、この実施の形態によつても、第1実施の形態と同様の作用を得ることができる。
【0023】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明によれば、長期の防汚機能に優れるBeCu合金クラッド鋼板が提供される。また、このBeCu合金クラッド鋼板は、高い接合強度が得られ、剥離が発生し難いと共に、曲げ延性が良好であることもあつて、加工性に優れる。加えて、実用上の接合強度を確保しながら、固溶化熱処理を施し、硬化させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態に係る組合せ体を示す断面図。
【図2】図1のII−II線断面図。
【図3】本発明の第2実施の形態に係る組合せ体を示す断面図。
【図4】図3のIV−IV線断面図。
【符号の説明】
1:Cuメッキ層、2:Niメッキ層、10:合せ材、11:母材、15:接合板、17:犠牲板、S:分離剤。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a BeCu alloy clad steel sheet and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art and its problems]
BACKGROUND ART Conventionally, antifouling measures such as painting have been applied to seawater pipes of power plants, desalination plants, and the like in order to prevent power generation troubles and equipment troubles due to the attachment of marine organisms. However, antifouling measures such as painting have problems such as maintenance work, treatment of adhered substances, pollution and the environment.
Therefore, there has been proposed a clad steel plate in which, for example, a Cu—Ni alloy (cupronickel) is used as a bonding material, steel is used as a base material, and the bonding material and the base material are joined to take antifouling measures.
[0003]
However, such a conventional clad steel sheet has a relatively short-term effect of preventing marine organisms from adhering.However, the long-term effect of the clad steel sheet decreases its sustainability and impairs the antifouling property. Cleaning was needed.
[0004]
For this reason, the present inventors have conducted various studies on clad steel sheets having excellent antifouling properties to which marine organisms do not adhere without using a Cu-Ni alloy. They have found that BeCu alloy, which is widely applied to safety tools, connectors, relay contacts, submarine communication repeaters, etc., which does not emit sparks due to impact, is promising as a long-term antifouling material.
However, in the case of a BeCu alloy clad steel sheet, an intermetallic compound of Be and Ni is easily generated only by applying Ni plating, which is known to prevent the bonding surface of the joining material from being oxidized during the production of the clad steel sheet. Furthermore, when a base material that requires heat treatment such as normalization is used depending on the use of the clad steel sheet, the heat treatment causes fragile intermetallic compounds to grow, lowering the bonding strength and withstanding practical use. There is a technical problem of disappearing.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of such a conventional technical problem, and has the following configuration.
According to the first aspect of the present invention, a BeCu alloy containing 0.5 to 2.0% by weight of Be is used as the
The BeCu alloy in which BeCu alloy containing 0.5 to 2.0% by weight of Be is used as the
[0006]
[Action]
According to the first aspect of the invention, the long-term antifouling material can be obtained because the
[0007]
According to the second aspect, the same operation as the first aspect is obtained, and the following operation is obtained. That is, since the
[0008]
Furthermore, since the Ni-plated
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A first embodiment of the present invention will be described based on a combination used in the method for manufacturing a clad steel sheet according to the sandwich system shown in FIGS.
[0010]
In the drawing,
[0011]
Here, the thickness of the
[0012]
When the thickness of the
[0013]
[0014]
Next, a joining
[0015]
The combination thus manufactured is heated to a temperature below the melting temperature, specifically, a rolling temperature in the range of 750 to 830 ° C. The combined body heated to a predetermined temperature is rolled by a rolling mill (not shown) at a predetermined rolling ratio, and the combined
[0016]
When the hot rolling temperature is lower than 750 ° C., the hot deformability of the
After the two clad steel sheets are obtained in this way, a solution heat treatment is performed at 780 to 820 ° C., if necessary, to be cured.
[0017]
Table 1 shows the UT (ultrasonic flaw test) after rolling with respect to the inventive materials (1) to (3) and the comparative materials (4) to (6) in which the types and thicknesses of the plating layers 1 and 2 were different. ), The results of the shear strength test (N / mm 2 ) and the side bending test (2TR) of the as-rolled material and the solution heat treated material. The standard of the shear strength test is JIS G3604> 98 N / mm 2 . The
The rolling conditions are as follows.
Heating condition: 800 ° C x 3 hrs
Rolling ratio: 2.5
Reduction rate: 5 to 15% per pass
The solution heat treatment conditions were 800 ° C. × 30 min and air cooling.
[0018]
[Table 1]
[0019]
From Table 1, it can be seen that the present invention materials (1) to (3) are as follows as compared with the comparative materials (4) to (6). That is, as a result of UT (ultrasonic test) after rolling, the unbonded portions are not formed and the bonded materials of the materials (1) to (3) of the present invention are good. Both the as-rolled material and the solution heat treated material have good shear strength. The results of the side bending test of the as-rolled material and the solution heat treated material are good without peeling.
[0020]
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on the combination used in the method for manufacturing a clad steel sheet according to the sacrificial plate system shown in FIGS. However, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0021]
In this embodiment, the
[0022]
Such a combination is subjected to a vacuum treatment as necessary, heated to the same rolling temperature (750 to 830 ° C.) as in the first embodiment, and then rolled at a predetermined rolling ratio by a rolling mill. Then, the
Thus, according to this embodiment, the same operation as that of the first embodiment can be obtained.
[0023]
【The invention's effect】
As understood from the above description, according to the present invention, a BeCu alloy clad steel sheet having an excellent long-term antifouling function is provided. Further, the BeCu alloy clad steel sheet is excellent in workability because high bonding strength is obtained, peeling is unlikely to occur and bending ductility is good. In addition, it is also possible to perform solution heat treatment and harden while ensuring practical bonding strength.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a combination according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a combination according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3;
[Explanation of symbols]
1: Cu plating layer, 2: Ni plating layer, 10: composite material, 11: base material, 15: joining plate, 17: sacrificial plate, S: separating agent.
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