JPH04123882A - クラッド鋼素材の組立て方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、Ｃｕ系金属（純Ｃｕ及びＣｕ合金）を合わ
せ材とするクラッド鋼を製造する際の素材組立て方法に
関するものである。

〈従来技術とその課題〉 近年、例えば海水淡水化設備等の海水用機器類化学工業
用耐酸耐食機器類２石油精製用機器類等の分野では、供
給が安定していて成形性、溶接性コスト等の面からも非
常に有利な炭素鋼を基材とし、これに耐食性に優れた純
Ｃｕ又はＣｕ合金（以降、Ｃｕ系金属と総称する）をク
ラッドしたＣｕ系金属クラッド鋼材を適用する事例が顕
著に増加している。

ところで、クラッド材の量産には作業性やコスト面から
圧延圧着法の適用が有利であることから組合わせる金属
材料に応じた様々な圧延圧着法が工夫、されてきたが、
従来、Ｃｕ系金属の如き難溶接性金属材料と炭素鋼との
クラッド鋼材を量産する場合には次のような方法が採用
されていた。

即ち、第２図に示すように、ます、炭素鋼母材にＣｕ系
金属合わせ材を重ね合わせると共に、該難溶、接性のＣ
ｕ系金属合わせ材を易溶接性金属（炭素鋼が一般的）か
ら成るダミー材及びスペーサーで覆ってそれらの合わせ
面の四周を溶接してクラッド鋼素材を組立て、次いでこ
のクラッド鋼素材を加熱・圧延して炭素鋼母材とＣｏ系
金属合わせ材とを圧着した後、所望寸法に切断し、ダミ
ー材及びスペーサーの部分を除去して成品化する方法で
ある。そして、クラッド鋼素材の組立てに際しては、圧
延圧着工程後におけるダミー材の剥離性を上げるため、
Ｃｕ系金属合わせ材及びダミー材とも黒皮のままで使用
すると言う配慮がなされていた。

しかしながら、この方法ではダミー材の剥離性は比較的
良好とはなるものの、本来接合すべき面（クラッド接合
面）の十分な接合が黒皮たる酸化層によって損なわれて
しまいがちであると言う問題があった。

一方、特開昭５９−３０５１５号公報には［接合を要し
ないクラッド素材同士の圧着処理後における分離を容易
化するため、分離剤として水ガラス、ソーダガラス粉末
、クロマイト等の無機粘結剤を使用するのが良い」旨の
記載が、また、特開昭６２−９７７８１号公報には「ク
ラッド材とダミー材（被包金属）との間にアルミナ、シ
リカ、軟鋼の黒皮スケール、焼鈍時の焼鈍分離材等の剥
離剤を介在させると、圧着処理後にダミー材を除去する
ことが容易になる」旨の記載がそれぞれ見られる。しか
し、これらの方法を適用しようとすると ａ）適用に際して剥離剤や分離剤の調合が必要であり、
そのため効果に個人差が出てしまうｂ）調合した剥離剤
や分離剤を一定の厚みに塗布し乾燥することが必要であ
るが、塗布作業時の塗布厚みにどうしても個人差が出て
しまうため効果にバラツキが生じる Ｃ）塗布した剥離剤や分離剤の乾燥完了時の判定が難か
しい 等の問題を無視できす、やはり十分に満足できる手段と
は言えなかった。

このようなことから、本発明が目的としたのは、圧着作
業後における“接合を要しない部分”の分離を簡単かつ
確実に、しかも作業者の個人差に影響されることなく安
定に行えるクラッド鋼素材の組立て方法を確立すること
であった。

く課題を解決するための手段〉 本発明者は、上記目的を達成すべく数多くの実験を繰り
返しながら研究を進めた過程で、まず次のような事実を
確認した。

即ち、例えば炭素鋼の如き炭素含有部材と他の金属部材
（異種金属部材であっても同種金属部材であっても良い
）間にチタン箔を介挿させてからこれらに加熱・圧着の
処理を施すと、チタン箔のＴｉと炭素含有部材中のＣと
がｒＴｉ　＋　Ｃ−＋Ｔｉ　ＣＪなる化学反応を起こし
て、炭素含有部材と他の金属部材との境界面にチタンカ
ーバイド（ＴｉＣ）の極めて脆い組織層を形成する。従
って、前記炭素含有部材と他の金属部材とが互いに接合
し易い材料であったとしても、その境界面に生成するチ
タンカバイドの脆くて壊れ易い組織層のため、両部材を
極めて容易に分離（剥離）することができる。

そこで、上記事実に着目した本発明者は、“炭素鋼を母
材としＣｕ系金属を合わせ材としたＣｕ系金属クラ・ノ
ド鋼材”の製造時においてもチタン箔が有効な剥離材に
なるであろうとの考えの下に、Ｃｕ系金属と炭素鋼ダミ
ー材との間にチタン箔を介挿させて加熱・圧延する実験
を行ったところ、この組合わせの場合には、Ｃｕ系金属
とＴｉとの反応が速やかに生じてチタンカーバイドから
成る脆弱層の形成が不十分となり、ダミー材の剥離に期
待した程に際立った効果を認められないことが分かった
。

このため、Ｃｕ系金属とチタン箔との反応を阻止すべく
両者の直接接触を妨げるため、炭素鋼箔とチタン箔を重
ね合わせてその炭素鋼箔側がＣｕ系金属合わせ材に接す
るよう位置関係でＣｕ系金属と炭素鋼ダミー材との間に
介挿し、加熱・圧延する実験を実施した。その結果、こ
の場合にはＣｕ系金属とチタン箔との反応は生ぜず、“
チタン箔と炭素鋼箔との界面”や“チタン箔と炭素鋼ダ
ミー材との界面”に形成された脆弱層（ＴｉＣ層）のた
めにその後のＣｕ系金属と炭素鋼ダミー材との剥離が極
めて容易になることが明らかとなった。

ところが、その後の数多くの実際作業を通じ、上記手法
によった場合には、時としてダミー材を剥離した後にチ
タン箔が炭素鋼箔と共にＣｕ系金属合わせ材面に付着残
留し、これを除去するのに多大な手間を要する事態が起
きることを知ったのである。つまり、ダミー材を分離し
た後、Ｃｕ系金属合わせ材面に炭素鋼箔のみが接合して
いる場合には簡単な手入れ（通常は研削手段）によって
容易にこれを除去することができるが、チタン箔もがＣ
ｕ系金属合わせ打倒に付着していると、チタンは切削性
が悪いためその除去には非常な手間と時間を必要とした
訳である。

本発明者は、新たに見付かった上記問題の解決策を探っ
て更に研究を続けた結果、「上述した問題は、剥離材と
してチタン箔と共に使用する炭素鋼箔を“ダミー材より
も炭素含有量が高い鋼”で構成すれば十分に解消されて
しまう」との新しい知見を得ることができた。

本発明は、上記知見事項等に基づいてなされたものであ
り、 ［炭素鋼を母材としＣｕ系金属を合わせ材とするクラッ
ド鋼材の製造に当って、クラッド鋼素材を組み立てるに
際し、第１図に例示した如く、Ｃｕ系金属合わせ利を易
溶接性金属（例えば鋼）からなるダミー材にて被包する
と共に、Ｃｕ系金属合わせ材とダミー材との間に剥離材
としての“ダミー材よりも炭素含有量が高い炭素鋼箔”
とチタン箔とを炭素鋼箔が合わせ打倒となるように介挿
させてから溶接・組立てを行うことにより、クラッド鋼
素材の組立て能率を顕著に改善すると共に、作業者間の
個人差に影響されることなく容易かつ安定にクラッド接
合作業後におけるダミー材の分離（剥離）が行えるよう
にした点」 に特徴を有している。

く作用〉 つまり、本発明は［クラッド鋼素材の“要分雌部材であ
るダミー材”と合わせ材間にチタン箔を介挿させて加熱
・圧着作業を実施した時に、チタン箔の成分たるＴｉと
これに接触する鋼等のダミ材中のＣとが化学反応（Ｔｉ
　＋　Ｃ−Ｔｉ　Ｃ）を生じ、ダミー材との間にチタン
カーバイトの大変脆くて壊れ易い組織層を生成する」と
の現象を積極的に利用してダミー材の剥離容易化を図り
、かつ合わせ材がＣｕ系金属である場合の剥離容易化効
果の低下を炭素鋼箔の併用で防止すると同時に、次の点
を重要な要件としたものである。即ち、適用する炭素鋼
箔を“ダミー材よりも炭素含有量が高い炭素鋼箔”とす
ることによって“炭素鋼箔−チタン箔間でのチタンカー
バイＨｆｆＣ弱層の形成”を“合わせ材−チタン箔間で
のそれ”に優先させ、その後のダミー材剥離の際に分離
が炭素鋼箔−チタン箔間で起きるようにし、チタン箔が
ダミー材に付着して分離・除去されるようにしている。

例えば、炭素鋼製のダミー材を使用して第１図の如くに
組立てたクラッド鋼素材の合わせ面四周を熔接し、これ
を加熱・圧延して母材鋼とＣｕ系金属合わせ材とを圧着
すると、この処理中にダミ材よりも炭素含有量の高い炭
素鋼箔とチタン箔との間でより速やかにチタンカーバイ
ト組織層の形成が進行する。従って、ダミー材とチタン
箔との境界面に優先して炭素鋼箔とチタン箔との境界面
に十分な脆弱層が介在される結果となり、得られたクラ
ッド材を所望寸法に切断してからダミー材を引き剥がず
力を加えれば、炭素鋼箔とチタン箔との境界面に形成さ
れたチタンカーバイト脆弱層の方が容易に破壊し、ダミ
ー材はチタン箔を付着したままでＮ単に剥離してしまう
訳である。

なお、第３図は“適用する炭素鋼箔とダミー材との炭素
含有量の差〔（炭素鋼箔のＣ値）＝（ダミ材のＣ値）〕
”と“チタン箔のダミー材側への付着性（イ」着面積の
割合）”との関係を示すグラフであるが、この第３図か
らも、炭素鋼箔の炭素含有量がダミー材の炭素含有量よ
りも高くなるとチタン箔がダミー材と一体になって分離
・除去される割合が顕著に増加することが分かる。

また、Ｃｕ系金属合わせ材面に付着した炭素ｔＪＡ箔は
、Ｃｕ系金属合わせ材面の簡単な手入れによって格別な
支障なく容易に除去できることは前述した通りである。

ここで、母材鋼の鋼種は格別に制限されるものではなく
、また合わせ材についても、純Ｃｕであれキュプロニッ
ケル、ネーバル黄銅、アルミ黄銅等の各種Ｃｕ合金であ
れ十分に良好な効果が得られることは言うまでもない。

そして、ダミー材やスペサーの材質は一般的には炭素鋼
（０，１０〜０．３５重量％Ｃ程度）が適用されるが、
溶接が容易な材料であればその種類に制限はない。また
、使用する炭素鋼箔としてはこれらよりも炭素含有量が
高いものであれば制限はなく、炭素含有量が高いほど剥
離には有利であるが（できればダミー材やスペサ−の炭
素含有量との差が０．０５重量％以上、より好ましくは
０．１５重量％以上の差となるものが良い）、箔製造の
観点からすれば炭素含有量７０．２５〜１．００重量％
程度の中から適宜選択するのが良い。

また、使用するチタン箔や炭素鋼箔の厚みは、剥離性の
確保と箔製造コストの両面から考慮して０．１０〜１．
００鶴、より好ましくは０．３０〜１．００龍とするの
が良い。

続いて、本発明の効果を実施例により更に具体的に説明
する。

〈実施例〉 まず、次に示す炭素鋼母材、純Ｃｕ合わせ材、炭素鋼ダ
ミー材、炭素鋼スペーサー、チタン箔及び炭素鋼箔を準
備した。

■ 炭素鋼母材 Ｃ含有量：　０．０３重量％ 寸法：１００ｍｍ厚Ｘ２２００ｍ幅Ｘ４０００ｍ墓長。

純Ｃｕ合わせ材 寸法：３０１曹厚Ｘ２１６０ｍｍ幅Ｘ３９６０ｍｍ長。

失索旦久よニ材 Ｃ含有量：０．１０重量％ 寸法：３０１１厚Ｘ　２２００龍幅Ｘ４０００ｗｍ長。

炭素鋼スペーサ Ｃ含有量：０．１０重量％。

寸法：３０Ｈ０Ｈ厚Ｘ２２００幅Ｘ４００（ｈｍ長。

チタン箔 材質：ＪＩＳ１種相当。

厚さ：０．１０ｍｍ及び０．８０１ｍ。

炭素鋼箔 比較例に使用のもの・・・ Ｃ含有量：０．１０重量％ 厚さ：　０．３０ｍ貫。

本発明例に使用のもの・・・ Ｃ含有量：　０．２８重量％ 厚さ：　０．３０鶴。

次に、これらを第４図に示す如くに組立てた後、組み合
わせ材の四周を密封溶接してＣｕクラッド鋼素材を作成
した。

クラッド圧延は、上記の如くに組立てたクラッド鋼素材
を９８０℃に５時間均熱してから圧延比５にて実施し、
得られたＣｕクラッド鋼材については“成品の接合状態
”、“ダミー材の分離性”、“ダミー材分離後の押込み
疵の程度”及び“Ｃｕクラッド鋼材からのチタン箔の除
去性”を調査した。

これらの結果を、“総合評価”と共に第４図に併記した
。

第４図に示される結果からも明らかなように、従来法で
はクラッド成品の接合状態（強度）が悪かったり、ダミ
ー材の剥離（分離）性が良くなくて成品の全面に押込み
疵が発生したりするのに対して、本発明法や比較法によ
ると、ダミー材の剥離が非常に容易で表面の押込み疵が
発生せず、しかも接合状態の良好なりラット成品を得ら
れることが分かる。更に、本発明法によると比較法に比
べてチタン箔の除去性も格段に優れ、クラッド成品の製
造性が顕著に向上することが確認できる。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、接合状態が良
好で表面の押込み疵等の無い高品質のＣｕ系金属クラッ
ド鋼成品を作業者の個人差や熟練度に左右されることな
く安定して製造することが可能となる上、ダミー材分離
後の処理も極めて簡単に行えるなど、産業上極めて有用
な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るＣｕ系金属クラッド鋼素材の組
立て方法例を説明した概念図である。 第２図は、従来のＣｕ系金属クラッド鋼素材の組立て方
法例を説明した概念図である。 第３図は、炭素鋼箔とダミー材との炭素含有量の差とチ
タン箔のダミー材側への付着性（付着面積の割合）との
関係を示すグラフである。 第４図は、本発明の実施例を従来例及び比較例と対比し
て示した説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素鋼を母材とし、Ｃｕ系金属を合わせ材とするクラッ
   ド鋼素材を組み立てるに際し、合わせ材を易溶接性金属
   から成るダミー材にて被包すると共に、合わせ材とダミ
   ー材との間に剥離材としての“ダミー材よりも炭素含有
   量が高い炭素鋼箔”とチタン箔とを炭素鋼箔が合わせ材
   側となるように介挿させてから溶接・組立てを行うこと
   を特徴とする、Ｃｕ系金属クラッド鋼素材の組立て方法
   。