クラッド鋼 JIS G 3601〜3604 の発注——製品の記号、1種と2種、接合の等級と合せ材の厚さ

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クラッド鋼は、炭素鋼などの母材の表面に、ステンレスやチタンなどの耐食性のある金属を金属組織的に接合した板である。JIS G 0601 は、クラッドを「ある金属を他の金属で全面にわたり被覆し、かつ、その境界面が金属組織的に接合しているもの」と定義し、めっきは除くとしている。鋼材を母材にしたものがクラッド鋼、被覆される側が母材、被覆する側が合せ材である^[5]。

この記事は、化学・食品・水処理の装置の胴や槽、熱交換器の管板などにクラッド鋼板を使うとき、注文書と図面で何を決め、届いたときに何を確かめるかを扱う。圧力容器としての設計計算や、法令による検査の手続きは扱わない。

4 つの規格の違い

4 つの規格の適用範囲は、どれも圧力容器・貯槽などの装置向けで、合せ材の種類によって少しずつ違う。G 3601 は圧力容器・ボイラ・原子炉・貯槽など^[1]、G 3602 は圧力容器・原子炉・貯槽など^[2]、G 3603 は圧力容器・ボイラ・原子炉・貯槽など^[3]、G 3604 は圧力容器・貯槽・水処理装置など^[4]に使うクラッド鋼について定めている。どれも 2012 年に改正された版が現行で、2022 年に確認されている^[1][2][3][4]。

表は各規格の表 1・表 2・材料の表による^[1][2][3][4]。「圧延系 5」は、圧延・爆着圧延・拡散圧延・肉盛圧延・鋳込み圧延の 5 つを指す。チタンクラッド鋼には拡散・肉盛・鋳込みの区分が無い^[3]。母材は、JIS G 3101・G 3103・G 3106・G 3115 などの鋼板や、炭素鋼鍛鋼品・鋳鋼品から規格の表で選ぶ^[1]。合せ材がステンレスなら、使える鋼種は G 3601 の表 5 に SUS304・SUS304L・SUS316L・SUS329J3L・SUS430 などが列挙されていて、表にない材料は協定による^[1]。

製品の記号の読み方と書き方

製品の記号は、母材の種類、合せ材の種類、クラッド鋼の種類の記号、接合状態の等級の記号の順に並べる^[1]。規格の例 SB410＋SUS316L－R1 F は、母材が SB410、合せ材が SUS316L、圧延クラッド鋼の 1 種、接合状態の等級が F という意味になる。ほかの 3 規格も同じ並びで、例として SB410＋NW4400－R1 F（ニッケル合金）、SB410＋TP270H－R1 F（チタン）、SB410＋C7060P－R1 F（銅合金）が示されている^[2][3][4]。

種類の記号は製造方法の頭文字と 1 種・2 種の数字で、R（圧延）、BR（爆着圧延）、DR（拡散圧延）、WR（肉盛圧延）、ER（鋳込み圧延）、B（爆着）、D（拡散）、W（肉盛）がある^[1]。JIS G 0601 は、爆発圧着法を「合せ材を爆薬の爆発圧力で母材に接合させる方法」、拡散接合法を「融点以下の温度で加圧し、接合面間の原子の拡散を利用して接合する方法」、肉盛法を「溶接によって母材表面に金属を溶着する方法」と定義している^[5]。

見積依頼では、製造方法を決めずに「ステンレスクラッド鋼 SM400B＋SUS304L」とだけ書くと、仕入先ごとに違う製造方法・違う試験の組合せで見積が返ってきて比べられない。製造方法を指定しないなら、少なくとも 1 種か 2 種か、接合の等級（F か S か）を書いて、製造方法は回答で示してもらう（当方の提案）。

1 種と 2 種で、試験の義務が変わる

1 種は「合せ材を含めて強度部材として設計したもの及び特別の用途のもの」で、特別の用途の例として、高温で使う場合や、構造物の製作時に厳しい加工を施す場合が挙げられている。2 種は「1 種以外」で、合せ材を腐れ代として設計したものや、ライニングの代わりに使うものである^[1]。強度計算に合せ材を数えるかどうかで決まるので、選ぶのは設計者である。

どの試験が必ず行われ、どれが協定によるかは、G 3601 の表 6 で種類ごとに決まっている^[1]。圧延クラッド鋼で比べると次のとおり。

表は G 3601 の表 6 と箇条 8 による^[1]。せん断強さ試験は、全厚 6 mm 以上で合せ材の厚さ 1.5 mm 以上のものに適用する^[1]。2 種で接合の強さを記録に残したいなら、せん断強さ試験を注文で求める必要がある。爆着クラッド鋼では 1 種でも引張試験が協定による扱いになっているなど、製造方法で欄が違うので、使う種類の欄を規格で確かめる^[1]。

引張試験の規格下限値は、母材と合せ材の下限値を厚さで加重平均した式で求める。ただし 2 種と、母材が鋳鍛鋼品の場合、または注文者から指定がある場合は、母材だけで引張試験を行い、母材の規格の下限値を満たせばよい^[1]。

接合の等級 F と S

接合状態は超音波探傷試験で確かめ、等級 F と S で探傷の範囲と、許される非接合部の大きさが違う^[1]。G 3601 では、F は全面探傷で、1 個の非接合部が長さ 50 mm 以下・面積 20 cm² 以下、非接合部の全面積が 1.5 % 以下である。S は縦横 200 mm ピッチの線上と周辺 50 mm 以内（又は開先予定線の両側 25 mm 以内）を探傷し、1 個が長さ 75 mm 以下・面積 45 cm² 以下、検出した非接合部の全面積が 5 % 以下である^[1]。チタンクラッド鋼は値が別で、F でも 1 個の長さ 75 mm 以下・面積 45 cm² 以下・全面積 2 % 以下となっている^[3]。

等級は 1 種が F、2 種が S だが、協定によって 1 種 S、2 種 F の組合せも指定できる^[1]。2 種でも、溶接する開先の近くや、熱がかかる部分の接合を全面で確かめたいなら、F を指定する。肉盛クラッド鋼の接合状態は協定による^[1]。

非接合部が規定を超えた場合の補修溶接は協定で可否を決め、F 級で全面積の 1.5 %、S 級で 5 % を超える面積を補修溶接するときは、注文者の事前承認が要る^[1]。補修した部分は浸透探傷と超音波探傷で確かめる^[1]。補修を一切認めないなら、注文書に書いておく。

厚さの書き方と許容差

寸法の表示は、板なら（母材厚さ＋合せ材厚さ）×幅×長さで、全厚だけを書く書き方ではない^[1]。全厚に対する合せ材の厚さの比率はクラッド比と呼ばれる^[5]。

許容差は、合せ材・母材・全厚で別に決まっている^[1]。

• 合せ材：厚さ 1 mm 以上 5 mm 未満はマイナス側が呼び厚さの 10 %、5 mm 以上はマイナス側 0.5 mm。プラス側は規定しない。合せ材を強度部材として設計するものや、腐れ代などの上のせ代の許容差は協定による
• 母材：マイナス側は母材の JIS による。プラス側は規定しない
• 全厚：マイナス側は母材と合せ材のマイナス側の許容差の合計、プラス側は全厚を呼び寸法としたときの母材の規格のプラス側許容差と上のせ代の合計

たとえば合せ材の呼び厚さ 3 mm なら、2.7 mm まで薄くても規格内である。腐れ代を 3 mm で設計しているなら、その 0.3 mm の目減りを設計で見込むか、上のせ代を付けて協定する。合せ材の厚さの測り方は JIS G 0601 にあり、切断面で測る、母材の厚さとの差から求める、厚さが分かっている試料と比べて磁気的・超音波の厚さ計で測る、の 3 つから選ぶ^[5]。受入で合せ材の厚さを確かめるなら、どの方法で測った値かを成績書に書いてもらう。

平たん度は JIS G 3193 の鋼板の表によるが、母材が鋳鍛鋼品のもの、爆着クラッド鋼、肉盛クラッド鋼は協定による^[1]。爆着で作る板を機械加工の基準面に使うなら、平たん度を注文書に数値で書く。

注文で決めないと行われないこと

次の項目は、規格が「協定による」「注文者の指定がある場合」としているので、書かなければ行われないか、仕入先の判断になる^[1]。

1. 腐食試験：合せ材の腐食試験は、注文者の指定がある場合に行い、方法と判定基準は合せ材の JIS による。方法の選択は協定
2. 熱処理：行う場合は、合せ材と母材の性質を考えて協定で条件を決める
3. 溶接した合せ材：あらかじめ溶接した合せ材を使って製造してよく、溶接と検査の方法は協定による。継目のない合せ材が要るなら書く
4. 浸透探傷：肉盛クラッド鋼では、注文者が浸透探傷試験を指示できる

ステンレスの合せ材で粒界腐食が心配な使い方なら、腐食試験の指定を忘れやすい。熱処理を行うと合せ材の耐食性が変わることがあるので、熱処理の有無と腐食試験は組で考える（当方の提案）。

成績書と表示

クラッド鋼の報告は、JIS G 0404 の報告の箇条（母材が鋳鍛鋼品なら JIS G 0306 の報告）によるとされている^[1]。SS400 の JIS G 3101 のように「指定がなくても検査証明書 3.1 を出す」とは書かれていない。JIS G 0404 は、製品規格が定める以外の検査文書が必要なら、注文時に種類を指示するとしている^[6]。注文書に、検査文書の種類と、載せてほしい項目（化学成分・引張・せん断・超音波探傷の結果と等級・合せ材の厚さ）を並べる。

現品には、製品の記号、製造番号、寸法、製造業者名、熱処理の有無などその他必要な事項を、容易に消えない方法で表示する^[1]。切断して使うときに、どの面が合せ材かと製造番号が分かるように、表示の位置と転記の方法を加工先と決めておく。

注文書に書くこと

様式は自由である。ステンレスの 2 種で、ライニングの代わりに使う例をまとめる。

「品名：ステンレスクラッド鋼 JIS G 3601／製品の記号：SM400B＋SUS304L－R2 S（製造方法は圧延、他の方法は事前に協議）／寸法：(12＋3)×1,500×3,000 mm／合せ材の厚さ：規格の許容差（マイナス 0.3 mm、プラス規定なし）／試験：せん断強さ試験を実施（協定）、腐食試験は不要／補修溶接：事前承認／検査文書：検査証明書 3.1 に化学成分・せん断強さ・超音波探傷の結果を記載」

SM400B は G 3601 の母材の表に入っている JIS G 3106 の鋼材で、SUS304L は合せ材の表の鋼種である^[1]。全厚 15 mm・合せ材 3 mm なので、せん断強さ試験の適用条件（全厚 6 mm 以上・合せ材 1.5 mm 以上）を満たす^[1]。

よくある質問

Q. 圧力容器以外の装置にも、この JIS で頼めますか。
規格の適用範囲は圧力容器・貯槽などだが、別の装置の材料として規格を引用して注文することはできる。その場合も、製品の記号・試験・許容差を規格の言葉で書いておくと、仕入先との食い違いが少ない（当方の提案）。

Q. 合せ材の表にない鋼種は使えますか。
各規格の材料の表以外の材料は、受渡当事者間の協定によるとされている^[1]。製造できるか、どの試験を行うかを、見積の段階で確かめる。

Q. 溶接で継いだ合せ材が使われていることはありますか。
規格は、あらかじめ溶接した合せ材を使った製造を認めていて、溶接方法と検査方法は協定による^[1]。継目を避けたいなら注文書に書く。溶接施工の指定の仕方は溶接を含む部品の発注で指定することを参照してほしい。

まとめ

クラッド鋼は、合せ材ごとの JIS（G 3601〜G 3604）を選び、「母材＋合せ材－製造方法と種類－接合の等級」の記号で書く。1 種と 2 種で必ず行う試験が変わり、接合の等級は協定で組み替えられる。合せ材の厚さはマイナス側だけ決まっているので、腐れ代の設計と合わせる。腐食試験・熱処理・継いだ合せ材・検査文書の内容は、書かなければ決まらない。母材の鋼材の話はSS400 の発注と検査証明書とSM490 の発注、合せ材の鋼種の選び方はステンレスの発注で指定することで扱っている。同じ束ではH形鋼の発注も扱った。

出典・参考資料

1. JIS G 3601:2012 ステンレスクラッド鋼（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2012 年 4 月 20 日改正・2022 年 10 月 20 日確認）
2. JIS G 3602:2012 ニッケル及びニッケル合金クラッド鋼（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2012 年 4 月 20 日改正・2022 年 10 月 20 日確認）
3. JIS G 3603:2012 チタンクラッド鋼（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2012 年 4 月 20 日改正・2022 年 10 月 20 日確認）
4. JIS G 3604:2012 銅及び銅合金クラッド鋼（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2012 年 4 月 20 日改正・2022 年 10 月 20 日確認）
5. JIS G 0601:2012 クラッド鋼の試験方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2012 年 4 月 20 日改正・正誤票あり）
6. JIS G 0404:2023 鋼材の一般受渡し条件（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2023 年 12 月 20 日改正）

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