JP2541415B2 - チタンクラッド鋼の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、母材用鋼材と合せ材用
チタン材とを接合してなるチタンクラッド鋼の製造法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】それぞれ接合された２種以上の異種材料
により構成されるクラッド材は、異種材料それぞれの長
所を兼備した優れた特性を有することから、近年、特に
その応用分野が拡大されている材料である。特に、鋼材
を母材としチタン材を合せ材としたチタンクラッド鋼は
チタン材の有する欠点を鋼板によって補うことができ、
クラッド材の実用化・一般化を図るためには重要な意義
を有する材料である。

【０００３】チタン材を合せ材としたチタンクラッド鋼
の製造法としては、いわゆる爆着法と低炭素鋼板（含純
鉄材) をインサート材とした圧延法とが知られている。
しかし、爆着法では組立スラブの寸法に制限があり、得
られる製品の大型化に限度がある。また、クラッド層の
均一性も不足する等の欠点がある。さらに、接合後に熱
処理を行うと接合強度が著しく低下してしまうという問
題もあり、完全に実用化されるには至っていない。

【０００４】一方、圧延法では、鋼中での炭素原子の拡
散速度が大きいため、母材鋼板の炭素原子がインサート
材を通じて合せ材用チタン材の界面へ到達し、高硬度の
TiＣが生成するため、得られるクラッド鋼の剪断強度を
著しく劣化させてしまう。この母材鋼板の炭素原子は、
インサート材の厚さを多少増加しても粒界を通じて極め
て簡単に拡散し、特に熱間圧延によりクラッド鋼板の板
厚が減少した後に熱処理が行われると、その拡散はより
一層助長されることになる。

【０００５】そこで、従来より、剪断強度の低下を防止
できる、圧延によるクラッド材の製造法が種々提案され
ている。本出願人も先に、(a) 特開昭62−197285号公報
により、Ｃ含有量が0.01％（以下、本明細書においては
特にことわりがない限り、「％」は「重量％」を意味す
るものとする）以下の低炭素鋼板およびニッケル板をイ
ンサート材として用いる技術を、(b) 特開昭63−160828
号公報により、Ｃ：0.05％以下、NbおよびＶの少なくと
も１種合計で３〜20％、残部Feである合金からなる第１
中間材層と、NiまたはNi合金からなる第２中間材層とか
ら構成されるインサート材を用いる技術を、さらに(c)
特開昭63−203288号公報により、Ｃ：0.1 ％以下、Nbお
よびＶの少なくとも１種合計で１〜20％、残部Feおよび
不可避的不純物であるFe合金からなる第１中間材層と、
特定範囲の含有量のCrおよびNiを有するFe−Ni−Cr系オ
ーステナイト合金からなる第２中間材層とから構成され
るインサート材を用いる技術をそれぞれ提案した。

【０００６】また、特開昭62−176690号公報には、熱間
圧延によるステンレスクラッド鋼板の製造に際して、熱
間圧延終了後から500 ℃までの温度範囲を冷却速度200
〜30℃／分で冷却し、次いで500 ℃以下にて温間矯正加
工を行う技術が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
様々な技術が提案されているチタンクラッド鋼は、もと
もと接合を行い難い素材同士を組合わせて接合するもの
であるため、素材間の線膨張係数の差により、熱間圧延
および冷却後には必ず反りが発生する。このようにして
生じた反りを矯正するために、得られたチタンクラッド
鋼に例えば繰り返し曲げによる平坦矯正を行うと剪断強
度の低下を招くことから、レベラ矯正 (繰り返し曲げ)
は行うことができず、全てプレス矯正 (一方向曲げ) を
行って処理していた。しかし、このプレス矯正法は材料
のハンドリングを要し、作業に大変な手間を要するもの
であり、大幅な処理能率の低下を招いていた。

【０００８】ここに、本発明の目的は、圧延・接合後に
おいて、反り矯正作業を簡単に行うことができる、母材
用鋼材と合わせ材用チタン材とを接合してなるチタンク
ラッド鋼の製造法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、反り矯正作
業の処理能率を向上させるには処理能率の高いレベラに
よる矯正を用いることが有効であり、そのためには繰り
返し曲げを行っても剪断強度の低下を招かない手段を講
じる必要があることを認識し、鋭意検討を重ねた結果、
熱間圧延後に550 ℃〜650 ℃の温度域で熱処理を行って
からレベラ矯正を行うことにより、チタンとFe箔との境
界部の硬度を下げた後で矯正作業を行うことができるた
め、冷間でのレベリング矯正により繰り返し曲げを行っ
ても剪断強度を低下させず、次工程における処理工数が
大幅に低減して、上記課題を解決することができること
を知見して、本発明を完成した。

【００１０】ここに、本発明の要旨とするところは、母
材用鋼材と合せ材用チタン材との間に炭素鋼箔およびNi
箔からなるインサート材を挟持してクラッド素材を構成
し、該クラッド素材に熱間圧延を行うチタンクラッド鋼
の製造法において、前記熱間圧延を行った後、 500℃以
下の温度域まで冷却し、550 ℃以上 650℃以下で熱処理
を行ってから、例えば常温で、冷間レベラにより平坦矯
正を行うことを特徴とするチタンクラッド鋼の製造法で
ある。

【００１１】上記の本発明では、「冷間」とは、広義に
は再結晶温度以下の温度であり、一般には日常生活温度
をいい、具体的には０〜35°程度の温度域をいう。上記
の本発明では、「熱処理」としては、例えば炉内にチタ
ンクラッド鋼を入れて、550 〜650 ℃に炉温を保持して
から30分間程度在炉させる手段を例示することができ
る。また、前記熱処理を行った後常温まで冷却する際、
チタンクラッド鋼には反りが発生するが、それ以降は冷
間レベラにより矯正可能となるため、大幅な能率向上を
図ることができる。

【００１２】

【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。チ
タンクラッド鋼、すなわちチタンと炭素鋼とを組合せた
クラッド材は、大変不安定となる材料同士の組合せであ
るため、従来から、インサート材の選定に充分に留意す
る必要があり、例えば工業用純Fe箔と工業用純Ti箔とを
組合わせて用いる例がある。しかし、このようにインサ
ート材を慎重に選定しても、合せ材用チタン材とインサ
ート材用純Fe箔との接合面は特に不安定で高硬度化し易
い。したがって、チタンクラッド鋼の製造に際しては、
この接合面を安定化させることが特に重要である。

【００１３】この接合面の接合部性能を高位に安定させ
るためには、「繰り返し曲げにより生じる剪断強度の低
下を防ぐこと」、換言すれば繰り返し曲げによる加工性
に耐え得る接合強度をチタンクラッド鋼に確保しておく
ことが重要である。本発明では、その手段として550 〜
650 ℃の温度域での熱処理を熱間圧延後に行うことによ
り、合せ材用チタン材、接合部および母材用鋼材のそれ
ぞれの硬さを低減し、繰り返し曲げによる接合部の剥離
現象の発生を防止する。

【００１４】熱処理温度が650 ℃超であると、接合部で
のTiＣの生成が活発となり、かえって硬くて脆い組織に
なってしまい、繰り返し曲げによる剪断強度が低下して
しまう。一方、熱処理温度が550 ℃未満であると熱処理
の効果が現れず、繰り返し曲げによる剪断強度が同様に
低下してしまう。そこで、本発明では、熱処理温度は55
0 ℃以上650 ℃以下に限定する。

【００１５】熱処理時間は、特に限定を要するものでは
ないが、例えば15〜120minの程度行えばよく、チタンク
ラッド鋼の板厚 (例: ６〜51mm) に応じ適宜決めればよ
い。しかし、熱処理時間が余り長過ぎると母材性能が劣
化し、一方余り短か過ぎると接合面の性能が充分に向上
しないことがある。なお、熱間圧延後、一旦500 ℃以下
の温度域に冷却するのは、クラッド材の密着状態を健全
で強固なものとするためである。

【００１６】本発明では、これら以外の要件は何ら限定
を要するものではない。母材用鋼材、合せ材用チタン
材、インサート材として用いる炭素鋼箔およびNi箔、さ
らに平坦矯正を行う冷間レベラ等は公知のものを用いれ
ばよく、何ら限定を要さない。クラッド素材を構成する
手段も、通常の非対称組立でもよく、または対称組立で
もよい。組立に用いるダミー鋼板やスペーサについても
何ら限定を要するものではない。なお、ダミー鋼板やス
ペーサの除去は、熱間圧延後に行うが、本発明における
熱処理を行う前または行った後のいずれの時期に行って
もよく、本発明では限定を必要としない。

【００１７】そして、本発明では、熱処理後に、例えば
常温で、冷間レベラにより平坦矯正を行う。なお、プレ
ス矯正を行っても剪断強度は低下しないが、前述のよう
にプレス矯正は作業時間を短縮できないため望ましくな
いことはいうまでもない。このように、本発明では、平
坦矯正を冷間レベラにより行っても剪断強度の低下を伴
うことがないため、チタンクラッド鋼の反り矯正作業を
短時間でかつ簡単に行うことができる。

【００１８】本発明における、熱間圧延−500 ℃以下へ
の冷却− 550〜650 ℃での熱処理−冷間レベラによる平
坦矯正は、連続して行うことが望ましい。さらに、本発
明を実施例を参照しながら詳述するが、これは本発明の
例示であって、これにより本発明が限定されるものでは
ない。

【００１９】

【実施例１】母材用鋼材 (Ｃ量：0.08％、厚さ：40mm)
と合せ材用チタン材 (工業用純Ti、厚さ：25mm）との間
に、炭素鋼箔 (Ｃ量：0.008 ％、厚さ：0.35mm) および
Ni箔(Ni量：99.85 ％、厚さ:0.30mm)からなるインサー
ト材を挟持してクラッド素材を構成し、該クラッド素材
に

【００２０】

【数１】

【００２１】が86％の熱間圧延を行った後、 500℃以下
の温度域まで冷却して、厚さ：9 mmのチタンクラッド鋼
を得た。そして、熱処理無しおよび熱処理有り (熱処理
温度： 300℃、500 ℃、600 ℃、650 ℃、700 ℃、800
℃×30min)の試料を作製した。

【００２２】これらの試料のうち、 (i) 熱処理無しの試料と650 ℃で熱処理を行った試料と
について、接合部近傍の硬さの変化を調査した。結果を
図１にグラフで示す。 (ii)各試料について、熱処理終了直後、および繰り返し
曲げを行った後の剪断強度をそれぞれ測定した。結果を
図２および図３にそれぞれグラフで示す。

【００２３】図１から明らかなように、熱処理を行わな
いと接合部での強度が極端に高いが、650 ℃での熱処理
を行ったことにより高硬度が低下し、繰り返し曲げが可
能となった。図２から明らかなように、700 ℃以下の温
度域での熱処理を行うか、または熱処理を行わないこと
により熱処理直後の剪断強度は余り低下しないが、図３
から明らかなように、550 〜650 ℃以外の範囲で熱処理
を行うと繰り返し曲げ行った後の剪断強度が著しく低下
してしまうことがわかる。したがって、本発明における
熱処理温度の範囲は550 ℃以上650 ℃以下が適当である
ことがわかる。

【００２４】

【実施例２】図４に示すようにして、表１に示すＣ含有
量および寸法の母材、純Ni箔、低炭素鋼箔およびチタン
をダミー鋼板およびスペーサとともに組み立て、四周を
溶接して真空処理を行って、クラッド素材 (厚さ：95m
m、幅：1000mm、長さ：2000mm) を構成した。

【００２５】

【表１】

【００２６】このクラッド素材に950 ℃以下の温度域で
熱間圧延を行い、厚さ：14.46mm(ダミー鋼板：4.57mm、
合せ材用チタン：3.80mm、炭素鋼母材：6.09mm) 、幅：
2000mm、長さ：6560mmとし、最終的に厚さ：9mm(合せ材
用チタン：３mm、炭素鋼用母材：６mm) 、幅：1800mm、
長さ：5500mmの熱延鋼板とした。このチタンクラッド鋼
板を一旦500 ℃以下の温度域に冷却した後、ダミー材を
外してから650 ℃×30分保持後空冷する熱処理を行っ
た。

【００２７】この熱処理後に、常温でのレベリング矯正
を冷間レベラにより行った。その結果、繰り返し曲げを
行っても剪断強度は低下しないことがわかった。表２に
は、本発明にかかるチタンクラッド鋼の製造法を、熱間
圧延後の熱処理を行わない従来例および、平坦矯正をプ
レス矯正により行う比較例と対比して示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２からも明らかなように、650 ℃×30分
保持後、空冷する熱処理を行い、冷間レベラにより矯正
を行うことにより、剪断強度を低下させることなく、矯
正処理時間 (次工程処理時間) を大幅に短縮させること
ができた。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
圧延・接合後において、平坦度の矯正作業を簡単に行う
ことができる、母材用鋼材と合わせ材用チタン材とを接
合してなるチタンクラッド鋼の製造法を提供することが
可能となった。かかる効果を有する本発明の意義は極め
て著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１において、熱処理無しの試料と650 ℃
で熱処理を行った試料とについて、接合部近傍の硬さの
変化を調査した結果を示すグラフである。

【図２】実施例１において、熱処理終了直後の剪断強度
を測定した結果を示すグラフである。

【図３】実施例１において、繰り返し曲げを行った後の
剪断強度を測定した結果を示すグラフである。

【図４】実施例２におけるクラッド素材の構成を分解し
て示す説明図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材用鋼材と合せ材用チタン材との間に
   炭素鋼箔およびNi箔からなるインサート材を挟持してク
   ラッド素材を構成し、該クラッド素材に熱間圧延を行う
   チタンクラッド鋼の製造法において、前記熱間圧延を行
   った後、 500℃以下の温度域まで冷却し、550 ℃以上65
   0 ℃以下で熱処理を行ってから、冷間レベラにより平坦
   矯正を行うことを特徴とするチタンクラッド鋼の製造
   法。