JPH0371953B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明はチタンクラツド鋼の製造法に関するも
のである。 チタンクラツド鋼はチタンまたはチタン合金を
合せ材とし、鋼を母材とし、両者が接合したもの
で、板、管、棒あるいは複雑な形状のものを含
む。 （従来の技術） チタンクラツド鋼は従来、爆着法あるいは爆着
圧延法によつて製造されており、高価であり、ま
たその形状が製法上限定されていた。 チタンクラツド鋼を塑性加工により製造しよう
とする場合には、従来法の熱間加工では鋼中の炭
素が接合界面でTiCとなり、接合部が脆化した。 これを軽減するために例えば、特開昭59−
220293号公報に示されるように接合予定面に酸化
スケール膜を生成させておき400〜750℃の比較的
低温で圧延接合する法や、特公昭59−15306号公
報のようにチタンと鉄系母材の一方の面もしくは
両面に銅メツキを施す案が提案されている。しか
しながら、これらの方法によつてもチタンクラツ
ド鋼に熱処理を施す場合には接合性能、特にせん
断値が低下し、一層の技術向上が望まれていた。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明はチタンクラツド鋼の機械的性質、特に
せん断強さを安定させる方法を提供することを目
的とする。またチタンクラツド鋼の母材および合
せ材の材質を調整することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、母材、チタン、
覆い材、覆い材、チタン、母材の順に重ね、チタ
ンは覆い材と母材間の接合阻害物質を排除して周
囲を溶接して減圧密閉した素材を用い、該素材を
チタンの変態点以下の温度に加熱して塑性加工を
加えて両者を接合してチタンクラツド鋼とした
後、チタンの変態点以上、かつチタンの変態点よ
り100℃以上は高くない温度域に加熱して接合界
面のTiCをチタン結晶粒内に分散或は固溶させ、
少なくともチタンの再結晶温度まで水シヤワーに
よつて強制冷却することを特徴とするチタンクラ
ツド鋼の製造法にある。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明者らはチタンと鋼を同じ環境で同時に加
熱すると、鋼中に存在した炭素によつてチタン表
面に必然的にTiCが生成することを見出した。ま
た、チタンがアセトン等の溶剤によつて洗滌すれ
ば、チタンの表面に炭素あるいは炭素化合物が吸
着され、加熱によつてチタン表面に必然的にTiC
が生成することも見出した。さらに塑性加工によ
つてチタンと鋼が一旦接合すると、鋼中の炭素が
拡散してチタンの表面でTiCとなるが、この量は
前記２者に対してむしろ小さいことを見出した。
そして、このTiCはチタンクラツド鋼の機械的性
質、特にせん断強さを低位にばらつかせる原因と
なり、２次加工時の破壊の起点となることも見出
した。 加熱中にチタン表面に生成するTiCの量は、加
熱温度が高いほど増大し、特にチタンのβ変態
点、すなわち、純チタンで約880℃、Ti−6Al−
4V合金で、約1090℃を超えると急速に増大する。
そしてその時のTiCは、チタンの表面はもちろ
ん、チタンの内部にも多量に分布するようにな
る。従つてチタンと鋼を重ね合わせて加熱する場
合には、熱源が電気であり、チタンが鋼中に真空
密閉されていても、チタン昇温時の変態点を越え
て加熱することは好ましくなく、本発明法ではこ
の変態点以下の温度に加熱し、塑性加工により接
合する。 このようにして接合したチタンクラツド鋼でも
チタンまたは鋼の材質を調整するために、チタン
の再結晶温度（約600℃）または鋼の再結晶温度
（約700℃）よりわずかに高い温度で熱処理するこ
とが考えられるが、このような温度で熱処理すれ
ば、せん断強さは塑性加工ままに対しかなり悪化
する。そしてこの加熱温度を750℃、800℃、850
℃と次第に上昇するにともないせん断強さの低下
は著るしくなる。 以上の知見によれば、接合済のチタンクラツド
鋼でも、チタンの変態点以上の温度で熱処理すれ
ばTiCの増大は避けられず、せん断値は一層低下
するように思える。しかしながら、発明者らはチ
タンの変態点以上の温度で接合済のチタンクラツ
ド鋼を熱処理すると、せん断強さのばらつきが小
さくなり、かつ、十分な水準のせん断強さを得る
ことができることを見出した。このとき、接合前
の加熱温度がチタンの変態点以上である場合や、
接合後の熱処理温度がチタンの変態点より100℃
以上高い場合にはこの効果が得られない。 （実施例） 表１に実験条件と実験結果を示す。また第１
図、第２図に実験結果を示す。 素材構造は鉄と鋼第72年（1986）第６号138頁
に示すサンドイツチ構造で、母材、チタン、覆い
材、覆い材、チタン、母材の順に重ね、チタン
（JIS １種）は覆い材（鋼板）と母材（0.18％炭
素鋼板）間に周囲を溶接して減圧密閉されてい
る。 素材はチタンの変態点以下の800℃またはチタ
ンの変態点以上の950℃に設定した電気炉内で約
６時間加熱したのち、ただちに圧延し、全厚30mm
まで圧延し、空冷している。その後、熱処理を行
なわない場合（実験番号１、５）、チタンの変態
点より低い800℃または850℃で熱処理を行なう場
合（実験番号２、３、６）、チタンの変態点より
100℃以上高い1000℃で熱処理を行なう場合（実
験番号４）を実験している。 また、チタンの変態点より低い温度800℃に炉
温を設定して加熱圧延しチタンの変態点より高い
900℃あるいは950℃で熱処理を行なう場合（それ
ぞれ実験番号７または９（比較法））や900℃また
は950℃から550℃まで水シヤワーにより水冷した
のち空冷する場合（それぞれ実験番号８または10
（本発明法））を実験している。 せん断値は８個の実験データの最小値と最大値
を示しており、JIS Ｇ 360のチタンクラツド鋼
のせん断値14.0Kgｆ／mm²をすべて満足するものは
○印、満足しないものを一部含むものを△印、ほ
とんどが満足しないものを×印で判定を示した。
実験番号１は極めて高いせん断値を示すこともあ
るが、ばらつきが大きく、８個中２個のデータは
14Kgｆ／mm²未満である。 本発明法および比較法ではデータのばらつきが
小さくなつており、14Kgｆ／mm²以上の値を示して
いる。また、本発明法において、チタンの再結晶
温度より低い550℃まで水シヤワーにより強制冷
却することによつて、せん断値は向上している。 なお、加熱炉抽出時のチタンの接合予定部の温
度は加熱炉温度より約40℃低いと推定され、接合
境界の温度は熱処理炉温度より約５℃低いと推定
される。 本発明法において、せん断値が高位に安定する
原因は、圧延ままではチタンの表面、すなわち接
合界面に膜状に存在するTiCが、チタンの変態点
以上の温度で熱処理することによつて、チタン結
晶粒内に分散あるいは固溶されることによる。熱
処理温度がチタンの変態点以下の場合、例えば実
験番号２と３の場合にはTiCはチタンの結晶粒界
に沿つてチタン側へ侵入し、チタンの結晶粒界を
著るしく脆化させる。また、熱処理温度がチタン
の変態点より100℃を超える程度に高い場合には
TiとFeの金属間化合物が接合境界付近に発達し
著るしく脆化する。 本発明にしたがい、熱処理に際して強制冷却す
ることによつて、冷却過程におけるチタン結晶粒
界へのTiCの析出を防止あるいは減少させ、かく
してせん断値を一層高位に安定させることができ
る。

【表】 （発明の効果） 以上述べたように本発明によればチタンクラツ
ド鋼の仕上熱処理によつて、圧延ままの材料より
もせん断強さ値のばらつきを小さくし、その最小
値を引き上げることができる。そして熱処理によ
つてTiCをチタン結晶粒内に分散あるいは固溶さ
せることによつて、接合部近傍の強度を向上させ
ることができる。 以上の説明は工業用純チタンJIS １種と、0.18
％炭素鋼によりチタンクラツド鋼板を圧延によつ
て製造する例であるが、チタンがチタン合金であ
る場合や、形状が管、棒あるいは複雑なものであ
る場合や、塑性加工法が押出、鍛造あるいは転造
である場合にも本発明は同様に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はせん断強さおよびそのばらつきに及ぼ
す熱処理炉温度の影響を示す図、第２図は本発明
の熱処理時における急冷効果を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 母材、チタン、覆い材、覆い材、チタン、母
   材の順に重ね、チタンは覆い材と母材間の接合阻
   害物質を排除して周囲を溶接して減圧密閉した素
   材を用い、該素材をチタンの変態点以下の温度に
   加熱して塑性加工を加えて両者を接合してチタン
   クラツド鋼とした後、チタンの変態点以上、かつ
   チタンの変態点より100℃以上は高くない温度域
   に加熱して接合界面のTiCをチタン結晶粒内に分
   散或は固溶させ、少なくともチタンの再結晶温度
   まで水シヤワーによつて強制冷却することを特徴
   とするチタンクラツド鋼の製造法。