JP3296271B2 - チタンクラッド鋼板およびその製造法 - Google Patents

チタンクラッド鋼板およびその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタンクラッド鋼
板、特に曲げ加工性に優れた板厚の薄いチタンクラッド
鋼板および既存の薄鋼板用熱間圧延プロセスを用いたそ
の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】非常に優れた耐食性を有するチタンまた
はチタン合金(合わせ材と呼ばれる)を強度部材である
鋼板(母材と呼ばれる)の表面に接合させたチタンクラ
ッド鋼板は、コスト的にも有利なため使用環境の厳しい
海洋構造物、化学プラント、発電プラントなどの分野で
その用途を拡大しつつある。
【0003】チタンクラッド鋼板の製造は、これまでそ
の接合の難しさから爆着法で行われていたが、現在では
生産性に優れ、しかも寸法制約の少ない圧接法でもその
製造が可能になっている。実際、特開昭62ー6783
号公報などにはスラブ加熱方法を最適化して、また特開
昭55ー48468号公報、特開昭57ー109588
号公報、特開昭57ー112985号公報、特開昭57
ー192256号公報などにはチタンと鋼の界面に鉄、
ニッケル、銅などの板または箔の中間媒接材を挟みこん
で圧延したりして、接合界面に脆いFeーTi金属間化
合物やTiCなどの生成を抑制し、高い接合強度を有す
るチタンクラッド鋼板の製造法が開示されている。しか
し、これらの方法は、既存の厚鋼板用圧延機の使用が前
提とされた板厚の比較的厚いチタンクラッド鋼板の製造
を対象としたものである。
【0004】最近、建材、自動車部品、家電製品などの
分野にもチタンクラッド鋼板を適用しようという動きが
ある。そのため、既存の薄鋼板用熱間圧延プロセスを用
いて板厚の薄いチタンクラッド鋼板を製造する技術が検
討されている。例えば、特開昭63ー144881号公
報、特開平1ー122677号公報には銅の中間媒接材
を用いて、また特許第2546589号公報、特開平8
ー141754号公報、特開平8ー276283号公報
などには熱延条件を最適化して接合性に優れた板厚の薄
いチタンクラッド鋼板の製造法が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等が上記特許公報に記載された板厚の薄いチタンクラ
ッド鋼板の製造法を検討したところ、加工性、特に曲げ
性に関してはその限界曲げ半径が温間曲げ加工を施して
も高々1.0t(tは板厚)程度で、建材、自動車部
品、家電製品などに適用した場合に必要な1.0t未満
の限界曲げ半径が得られなかった。
【0006】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、1.0t未満の限界曲げ半径を有する
板厚の薄いチタンクラッド鋼板および既存の薄鋼板用熱
間圧延プロセスを用いたその製造法を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題は、(イ)母材
としてC含有量が0.01wt%以下の鋼を、合わせ材
としてチタンまたはチタン合金を用い、前記母材と前記
合わせ材を重ね、その周囲を10-3Torr以下の真空
中で溶接してスラブを製造する工程と、(ロ)前記スラ
ブを1000℃以下の温度に加熱する工程と、(ハ)前
記加熱されたスラブをトータル圧下率が85%以上とな
るように熱間圧延するに際し、1パス目の圧下率が5%
以上となるように粗圧延し、700℃以上の温度で仕上
圧延する工程と、(ニ)前記仕上圧延されたチタンクラ
ッド鋼板を650℃以上の温度で巻取る工程とを有して
なるチタンクラッド鋼板の製造法により解決される。
【0008】母材と合わせ材の界面に界面強度を著しく
低下させるTiCが熱延中に形成されないように、母材
としてC含有量が0.01wt%以下の鋼を用いる必要
がある。なお、母材の鋼に極低炭素Ti添加鋼などのイ
ンタースティシャルフリー鋼を用いると、界面における
TiCの形成を完全に抑制できるので、より好ましい。
【0009】熱間圧延に先立ち母材と合わせ材を重ね合
わせてスラブを製造するとき、加熱中や熱延中に界面で
酸化物が形成されるのを抑制するためにその周囲を溶接
する必要がある。また、溶接時にも、母材と合わせ材の
界面に酸化物が形成されるので、10-3Torr以下の
真空中で溶接を行う必要がある。溶接は、電子ビーム溶
接で行うことが短時間でクリーンな状態で行えるので好
ましい。
【0010】こうして製造したスラブを熱間圧延するに
は加熱する必要があるが、界面で脆いFeーTi金属間
化合物が生成するのを防ぐため、その温度を1000℃
以下、より好ましくは950℃以下にする必要がある。
【0011】加熱されたスラブを熱間圧延するとき、母
材、合わせ材ともに拡散接合に望ましい新生面が形成さ
れて高い接合強度と1.0t未満の限界曲げ半径を得る
ために、熱間圧延の1パス目すなわち粗圧延の1パス目
の圧下率を5%以上にする必要がある。
【0012】こうした条件に加え、1.0t未満の限界
曲げ半径を得るために、以下のように仕上温度、トータ
ル圧下率、巻取温度をコントロールする必要がある。
【0013】図1に、チタン面側の限界曲げ半径(18
0°U曲げ)と仕上温度、トータル圧下率との関係にか
かる実験結果を示す。
【0014】700℃以上の温度で仕上圧延し、かつト
ータル圧下率が85%以上となるようにすれば、0.5
t以下の限界曲げ半径が得られる。
【0015】図2に、鋼面側の割れ発生の有無と曲げ半
径、巻取温度との関係にかかる実験結果を示す。
【0016】650℃以上の温度で巻取りを行えば0.
5t以下の限界曲げ半径が得られ、700℃以上では0
tでも割れが生じない。
【0017】形状凍結性の観点より、板材の曲げ加工に
は、通常の曲げ加工に比べより厳しい条件であるストレ
ッチ力が付加されながら曲げ加工が施される、いわゆる
ストレッチ曲げが行われる場合がある。そこで、ストレ
ッチ曲げにおいても1.0t未満の限界曲げ半径の得ら
れる条件を検討したところ、巻取温度の影響を大きく受
け、以下に示すように750℃以上の温度で巻取れば、
ストレッチ曲げで0.5tの限界曲げ半径の得られるこ
とが明らかになった。
【0018】図3に、ストレッチ曲げの試験方法を示
す。図3の方法は、試験片を2点で支持し、その両端に
ストレッチ力を加えながらその中央部を所定の半径rを
有するポンチで押し込み、ある程度曲がったところで両
端から押し付けて180°密着曲げを行う曲げ試験方法
である。
【0019】この曲げ試験方法により、半径rを0.5
tと1.0tに変えてポンチをチタン面側より押し付
け、鋼面側の割れ発生の有無を調査した。ストレッチ力
としては、通常付加されている程度の値、すなわちクラ
ッド鋼板の耐力に3kgf/mm2を加えた応力を用い
た。また、非常に厳しいストレッチ力の場合を想定し、
クラッド鋼板の耐力に6kgf/mm2を加えた応力に
ついても同様の調査を行った。
【0020】図4に、鋼面側の割れ発生の有無とストレ
ッチ曲げ半径、巻取温度との関係にかかる実験結果を示
す。
【0021】ストレッチ力がクラッド鋼板の耐力に3k
gf/mm2を加えた応力の場合、750℃以上の温度
で巻取りを行えば、0.5tの限界曲げ半径が得られ
る。また、780℃以上の温度で巻取りを行えば、スト
レッチ力をクラッド鋼板の耐力に6kgf/mm2とさ
らに厳しい値にしても、0.5tの限界曲げ半径が可能
になる。
【0022】上記図1、図2、図4の結果は、、着目し
た条件以外の条件をすべて本発明範囲内に設定して作製
した板厚4〜6mmのチタンクラッド鋼板を用いて求め
たものである。
【0023】板厚で占める割合の多い母材の鋼のAr3
変態点以下の温度で圧延すれば、その後の圧延はすべて
α域単相で行われることになり、圧延中に変態が起こり
変形抵抗が変わることによる板厚変動を回避できる。
【0024】板厚の薄いものを製造するときは仕上温度
の確保が難しいので、粗圧延後仕上圧延前に、800℃
以上母材の鋼のAr3変態点以下の温度範囲に再加熱す
ることがより好ましい。800℃未満では700℃以上
の仕上温度を確保するのが難しく、Ar3変態点を超え
ると鋼のα域単相圧延ができなくなる。
【0025】本発明法で製造されるチタンクラッド鋼板
の板厚については、特に限定されないが、通常の熱間圧
延機で製造される熱延鋼板の場合と同様な板厚範囲で製
造可能である。
【0026】
【実施例】(実施例1)表1に示す成分系のチタンを合
わせ材、鋼を母材として用い、母材の上に合わせ材を重
ね、その上にAl23の剥離材を介して表1の鋼の犠牲
材(セミサンドイッチ方式)、あるいは表1のチタンお
よび鋼を順次重ね(サンドイッチ方式)、6×10-4
orrの真空中で電子ビーム溶接を行い、スラブを組み
立てた。この鋼のAr3変態点は、別途測定したところ
880℃であった。
【0027】このスラブを薄鋼板用の熱間圧延プロセス
を用いて表2に示す熱間圧延条件で圧延し、セミサンド
イッチ方式では犠牲材を、サンドイッチ方式では双方の
チタンクラッド鋼板を剥離し、全板厚5mm(合わせ材
1.5mm+母材3.5mm)のチタンクラッド鋼板を
作製した。そして、チタン面側および鋼面側の180°
U曲げ試験を行い限界曲げ半径を調査した。
【0028】実験結果を表2に示す。本発明範囲の条件
で作製されたチタンクラッド鋼板では、チタン面、鋼面
ともに0.5t以下の限界曲げ半径が得られる。
【0029】一方、スラブの加熱温度が1000℃を超
えたり、1パス目の圧下率が5%未満であったり、トー
タル圧下率が85%未満であったり、仕上温度が700
℃未満であるとチタン面側で限界曲げ半径が2tとなり
曲げ性に劣り、巻取温度が650℃未満であると鋼面側
での限界曲げ半径が2tとなり曲げ性に劣る。
【0030】なお、本発明例のなかで1パス目の圧延温
度が母材の鋼のAr3変態点を超えたものは、0.5t
以下の限界曲げ半径が得られているが、板厚変動が、製
品としての許容範囲であるが、比較的大きかった。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】(実施例2)実施例1と同様な方法で作製
したスラブを薄鋼板用の熱間圧延プロセスを用いて表3
に示す熱間圧延条件で圧延し、実施例1と同様に剥離し
て、全板厚5mm(合わせ材1.5mm+母材3.5m
m)のチタンクラッド鋼板を作製した。そして、曲げ半
径0.5tで鋼面側の180°Uストレッチ曲げ試験
を、ストレッチ力を(試料の耐力+3kgf/mm2
と(試料の耐力+6kgf/mm2)に変えて行い、割
れの有(×)無(○)を調査した。
【0034】実験結果を表3に示す。巻取温度を750
℃以上にすれば、少なくともストレッチ力が(試料の耐
力+3kgf/mm2)の場合には、割れは発生しな
い。また、巻取温度を780℃以上にすると、ストレッ
チ力が(試料の耐力+6kgf/mm2)の場合でも、
割れは発生しなくなる。
【0035】一方、巻取温度が750℃未満では、スト
レッチ力が(試料の耐力+3kgf/mm2)の場合で
も、割れは発生しストレッチ曲げ性に劣る。
【0036】
【表3】
【0037】(実施例3)仕上圧延前の再加熱温度の影
響を調査するため、実施例1と同様な方法で作製したス
ラブを薄鋼板用の熱間圧延プロセスを用いて表4に示す
熱間圧延条件で圧延し、実施例1と同様に剥離して、全
板厚3.5mm(合わせ材0.75mm+母材2.75
mm)のより薄いチタンクラッド鋼板を作製し、実施例
1と同様な方法で限界曲げ半径を調査した。
【0038】実験結果を表4に示す。仕上圧延前に再加
熱し、再加熱温度を800℃以上母材の鋼のAr3変態
点以下の範囲に調整すれば、3.5mmの薄いチタンク
ラッド鋼板においてもチタン面側、鋼面側ともに0tの
限界曲げ半径が得られる。
【0039】一方、再加熱温度がAr3変態点を超える
と0tの限界曲げ半径が得られるが、板厚変動が、製品
としての許容範囲であるが、比較的大きかった。また、
800℃未満では仕上温度が確保できなくなり、チタン
面側で限界曲げ半径が2tとなり曲げ性に劣る。
【0040】
【表4】
【0041】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、1.0t未満の限界曲げ半径を有する板厚の
薄いチタンクラッド鋼板および既存の薄鋼板用熱間圧延
プロセスを用いたその製造法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】チタン面側の限界曲げ半径と仕上温度、トータ
ル圧下率との関係にかかる実験結果を示す図である。
【図2】鋼面側の割れ発生の有無と曲げ半径、巻取温度
との関係にかかる実験結果を示す図である。
【図3】ストレッチ曲げの試験方法を示す図である。
【図4】鋼面側の割れ発生の有無とストレッチ曲げ半
径、巻取温度との関係にかかる実験結果を示す図であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B21B 3/00 B21B 3/00 K C21D 9/46 C21D 9/46 Z // B23K 103:24 B23K 103:24 (72)発明者 石島 聡 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 塩谷 昇史 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 松野 隆 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 辻 章嘉 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−141754(JP,A) 特開 平5−8061(JP,A) 特開 昭61−88984(JP,A) 特開 昭60−213378(JP,A) 特開 昭56−122681(JP,A) 特開 昭63−63585(JP,A) 特開 昭61−88986(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 20/04

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (イ)母材としてC含有量が0.01w
    t%以下の鋼を、合わせ材としてチタンまたはチタン合
    金を用い、前記母材と前記合わせ材を重ね、その周囲を
    10-3Torr以下の真空中で溶接してスラブを製造す
    る工程と、 (ロ)前記スラブを1000℃以下の温度に加熱する工
    程と、 (ハ)前記加熱されたスラブをトータル圧下率が85%
    以上となるように熱間圧延するに際し、1パス目の圧下
    率が5%以上となるように粗圧延し、700℃以上の温
    度で仕上圧延する工程と、 (ニ)前記仕上圧延されたチタンクラッド鋼板を650
    ℃以上の温度で巻取る工程と、を有してなるチタンクラ
    ッド鋼板の製造法。
  2. 【請求項2】 仕上圧延されたチタンクラッド鋼板を7
    50℃以上の温度で巻取る請求項1に記載のチタンクラ
    ッド鋼板の製造法。
  3. 【請求項3】 加熱されたスラブを母材の鋼のAr3
    態点以下の温度で粗圧延する請求項1または請求項2に
    記載のチタンクラッド鋼板の製造法。
  4. 【請求項4】 粗圧延されたチタンクラッド鋼片を仕上
    圧延前に800℃以上母材の鋼のAr3変態点以下の温
    度範囲に再加熱する請求項1から請求項3のいずれか1
    項に記載のチタンクラッド鋼板の製造法。
  5. 【請求項5】 請求項1から請求項4のいずれか1項に
    記載のチタンクラッド鋼板の製造法により製造されたチ
    タンクラッド鋼板。
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