JPH04123883A - チタンクラッド鋼板の熱間圧延方法 - 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］ 本発明は、チタンクラッド鋼板の製造方法に関するもの
である。

鋼は、安価で良好な機械的、熱的、電気的特性を有して
いるため、古くから非常に広い用途に使用されてきた。

しかし、鋼にはそのまま使用すると短時間で錆びたり腐
食したりするという致命的な欠点がある。一方チタンは
、鋼に比べると著しく耐食性か優れているので、腐食や
防錆の問題は解決するか、他の特性、例えば熱伝導性な
どは鋼とはかなり異なった特性を示すために、チタンで
完全に代替することは必ずしも容易ではないのである。

さらに、チタンは鋼に比べると著しく高価であるために
、資源的経済的にも困難といわざるをえないのが実情で
ある。

これらの問題を解決する方法としで、表面をチタン、中
心部を鋼としたクラツド鋼が使用されている。クラツド
鋼は、母材に目的とする特性に合致した炭素鋼ないしス
テンレス鋼を利用し、表面に耐食性の優れたチタンを用
いることで、優れた耐食性を有しかつ目的とする特性を
満足する材料が得られるために、熱交換機などの化学装
置では広く利用されている。

本発明は、このようなチタンクラッド鋼板ないし帯を技
術的に容易に、そして安価に製造する方法を提供するも
のである。

［従来の技術］ いわゆるクラツド鋼板の製造方法には大きく分けてＺ　
ｆｆｆｉ類がある。すなわち、溶鋼レベルで複合化を行
なういわゆる鋳包み法と固相レベルで接合させる方法で
ある。

チタンクラッド鋼の場合、チタンと鋼の界面に脆いＦｅ
−Ｔｉ金属間化合物やＴｉＣなどの層が生成すると界面
で剥離する。従っで、溶鋼レベルて行なう鋳包み法は′
ａ用てきず、固相レベルての接合が採用されている。中
でも爆着による方法は、中間媒接材を使用せすしかも接
合強度に対して信頼性か高いことから、現在量も広く使
用されている方法である。しかし、爆着法は強力な爆発
の力を利用するために、どこでも実施が可能というわけ
にはいかず、通常人里前れた山中などて行なわざるを得
ない。しかも、大量生産には不向きであることなどから
非常に高価な材料である。また、爆着法ではサイズも限
定され特に薄板の製造は困難である。

圧接による方法は、生産性が高く板厚が比較的自由にと
れることや従来の製造工程が適用できることなどがら爆
着法に比へて有利な方法である。しかし、圧接による方
法では接合界面に金属間化合物等の脆い層が生成する可
能性が非常に高い上に、界面に酸化物などが存在すると
接合が不可能になる。特に熱間圧接の場合、拡散速度や
酸化速度がはやいので、これらの危険性は高くなる。

界面の脆い中間層の生成を抑制して接合させる方法とし
で、特開昭６２−［１７８３号には熱延加熱条件の限定
が、また例えは特開昭５５−４８４６８号、特開昭５７
−１０９５８８号、特開昭５７−１１２９８５号や特開
昭５７−１９２２５６号には、クラッド界面に純鉄やニ
ッケル、銅などの板ないし箔を中間媒接材として挟み込
む方法が提案されている。

方接合界面の酸化を防止するには、少なくとも合せ面を
真空にしたり不活性雰囲気にする以外に適切な方法かな
い。例えは特開昭５７−１０９５８８号では環境をＩ　
Ｔｏｒｒ以下の真空にすることを必須条件としている。

このために、コストの低下をはかることができず、安価
であるというクラット鋼の特徴を生かすことが必ずしも
容易ではない状況にある。従っで、通常チタンクラッド
鋼板は厚板としで、チタンの耐食性が不可欠な熱交換機
などの化学装置に利用されているに過ぎない。

ステンレス鋼などのクラツド鋼板の場合、合せ面を溶接
してから圧延などを行なう方法も提案されているが、チ
タンクラッド鋼板の場合はＦｅ−Ｔｉの金属間化合物か
生成して適用することはできない。

このほかに、接合界面の酸化を防止する方法としで、特
開昭５７−１１２９８５号ではフラックスで界面を覆う
ことを提案している。しかし、特殊な設備が必要である
ことからやはりコスト低下には致らない。

さらにこれに対して本発明者らは、特開平１−１２２６
７７号公報でＴｉとＣｕの金属間化合物を積極的に利用
し真空を不要とするチタンクラッド薄鋼板の製造方法を
発明した。この結果、従来の厚板のチタンクラッド鋼板
に比へて飛躍的にコストが低いチタンクラッド薄鋼板の
製造が可能になったのである。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、以上の方法を適用し熱延によりチタンクラッド
鋼の薄板を製造した場合、本発明者らか前に発明した、
Ｔ＋とＧｕの金属間化合物を積極的に利用し真空を不要
とするチタンクラッド薄鋼板の製造方法でも、界面を真
空にし中間媒接材を使用しない組立スラブを圧延する従
来から行なわれていた方法によっても、接合強度が極端
に低い場合を生することかあった。

本発明は、以上の問題を解決すべく、安定して接合強度
の高いチタンクラッド薄鋼板の熱延による製造方法を提
供するものである。

［課題を解決するための手段コ 本発明者らは、チタンクラッド鋼板をシャー切断したと
ころ破断面で！ＩＪ　１１７１１間孔するものとしない
ものがあることを見出した。そしてシャーで剥離するチ
タンクラッド鋼板の界面を詳細に調査したとこと、剥離
しないものに比べて界面の金属間化合物層に局部的にか
なり厚い噛み込み状態を呈した部分かあった。この結果
から、シャー切断で界面か５ｊｌＪ離しないような接合
強度の高いチタンクラッド鋼板は、金属間化合物が単に
薄いたけてなく、厚さにばらつきがないことが必要であ
ることか判明した。

さらに、界面の金属間化合物層の厚さに影響を及ぼす因
子を検討したところ、素材スラブの加熱温度や加熱時間
と同時に、圧下パスの間隔が重要な影響を及ぼしている
ことを見出した。

すなわち、圧下後保定される時間が長いほど金属間化合
物層が厚くなることかわかったのである。この理由につ
いては、鋭意研究中であるが、次のように考えている。

金属間化合物の成長はおのおのの金属原子の拡散に依存
しているので、圧下後の保定されるとそれだけ拡散が進
行し、金属間化合物層か厚くなる。すなわち、出来る限
り保定時間を無くし、所定の厚さまで圧下して冷却する
ことが好ましいのである。また、パス間隔が長く比較的
厚く金属間化合物層が成長すると、界面と母材あるいは
合せ材との間の熱間変形抵抗の差か大きくなり、界面の
変形にむらを生ずるため、金属間化合物層の厚さにばら
つきが生ずることとなる。

本発明は、以上の知見に基づいてなされたものである。

界面の金属間化合物層の厚さ及び噛み込み状の金属間化
合物の有無に及ぼす圧延パス間時間の影響を検討するた
めに、銅を中間媒接材としたチタンクラッド鋼板の製造
圧延試験を行なった。圧延条件は、加熱温度を９００℃
、各パス２０〜２５％の圧下を５パスとし、１パス目と
２パス目の保定時間を種々変えた。金属間化合物の厚さ
は、圧延後の板を斜研磨し、ナイタール腐食を行なって
認められた変色域とした。この結果を、第１図に示した
。なお、図においで、金属間化合物の厚さは測定視野内
で特例的に厚い噛み込み状部分を除いた最大の厚さを数
視野平均して示した。また、・印のデータは、図上て示
した厚さの金属間化合物のほかに、局所的に著しく厚い
噛み込み状の金属間化合物か認められたことを示した。

図から明らかなように、界面の金属間化合物層の平均的
な厚さは、１パス目と２パス目のパス間保定時間が長く
なるほど厚くなる傾向が認められたか、その程度はわず
かで、例え１　ｍｉｎ保定してもせいぜい平均的には２
．０μｍ程度の厚さで、最短時間（７秒）での圧延に比
べて１．５・倍程度にしかならない。実験装置上の制限
から７秒以内の短時間パス間保定は出来なかったが、金
属間化合物層の厚さに及ぼすパス間保定時間の影響は小
さいことがわかった。しかし、３０秒を超えると局所的
に５μｍを超えるような厚い噛み込み状の金属間化合物
が残存するのか認められたのである。

以上の知見に基ついで、熱延のパス間時間を限定するチ
タンクラッド鋼板の製造方法、ずなわち、 （１）「母材が鋼、合せ材がチタンまたはチタン合金で
あるチタンクラッド組立スラブを、複数回の圧下によっ
て熱間圧延鋼板を製造する工程においで、７５０℃以上
の圧延における圧下パス間隔を３０秒以内とするチタン
クラッド鋼板の熱間圧延方法。」 を発明した。

本発明においては、Ｔ１と鋼の界面に中間媒接材を挟ん
だ方法ても、あるいは本発明者らの発明した前記特開平
１−１２２６７７号に示したＴｉとＣｕの金属間化合物
を積極的に利用して真空を不要としたチタンクラッド薄
鋼板の製造方法でも同じ効果が得られる。従フで、第２
および第３の発明としで、 （２）「母材が鋼、合せ材がチタンまたはチタン合金で
、母材と合せ月の間に接合のための中間媒接材を挟んだ
チタンクラッド組立スラブを、複数回の圧下によって熱
間圧延鋼板を製造する工程においで、　７５０℃以上の
圧延における圧下パス間隔を３０秒以内とするチタンク
ラッド鋼板の熱間圧延方法。」 （３）「母材が鋼、合せ材がチタンまたはチタン合金で
、母材と合せ材の間に接合のための中間媒接材として銅
または銅を３０％以上含有する銅合金を挟んだチタンク
ラ・ント組立スラブを、複数回の圧下によって熱間圧延
鋼板を製造する工程においで、　８５０℃超１０００℃
以下の温度で、１０％以上の圧下率で少なくとも１パス
圧下しで、溶融したチタンと銅の金属間化合物ないし合
金層を押出し、かつ７５０℃以上の圧延における圧下パ
ス間隔を３０秒以内とするチタンクラッド鋼板の熱間圧
延方法、」を発明した。

また、本発明を有効に実施するには、その装置は従来チ
タンクラッド鋼の製造に用いられていたリバース型の熱
延機より、炭素鋼などの熱間圧延に利用されている連続
熱間圧延機の万力（適している。すなねち、本発明は複
数回の圧下を１台ないし複数台の粗圧延機および複数台
の仕上げ圧延機からなる連続熱間圧延機で行なうことで
最も効果が発揮される。従っで、第４の発明として （４）「前記（１）　、　（２）または（３）においで
、複数回の圧下を１台ないし複数台の粗圧延機および複
数台の仕上げ圧延機からなる連続熱間圧延機で行なうチ
タンクラッド鋼板の熱間圧延方法。」 を発明した。

次に、本発明の限定条件を説明する。

パス間保定時間は、第１図の結果から厚い噛み込み状の
金属間化合物の存在しない３０秒を上限とした。一方、
パス間隔は短いほど金属間化合物の成長が抑制され厚い
噛み込み状の金属間化合物の生成もないことが明らかな
ので、下限は装置に依存する最短のパス間時間で全く問
題がない。従っで、下限は設定しない。

パス間隔を限定する温度域は、金属間化合物の成長が起
こる温度域である。すなわち長時間放置しても金属間化
合物の成長が起きなければ限定する必要はない。従っで
、下限温度は７５０℃とした。一方上限は、加熱温度で
限定されるので本発明では限定しない。

中間媒接材として使用する銅または銅合金は、合わせ材
のチタンと相互拡散して同相反応を起こし金属間化合物
となる必要があるので、銅の含有率が８０％以上とした
。

圧下によって溶融した中間層を端部より絞り出すために
は、中間層が溶融している必要があるので、チタンと銅
の合金の溶融している温度域すなわち　８５０℃を超え
る温度で圧下を加えることを限定した。しかし、接合の
温度が高すぎるとチタンと銅の固相反応が進行しすぎて
チタンの厚さが低下するのみならず、溶融層の粘度か低
下して接合せずに滑りを生ずるために、上限温度を１０
００℃とした。

この圧下は、１パスでも十分に目的を達せられるし、２
パス以上となっても障害がないが、加えないと接合しな
かったり例え接合してもクラツド鋼としての十分な品質
が得られないので、１パス以上の圧下を加えることと限
定した。

また、圧下率は１０％未満では溶融した中間媒接材の絞
り出しが不十分なため、１０％以上で圧下することを限
定した。

［作　　　用コ 以上示したとおり、圧延のパス間隔を適切に限定するこ
とで、界面の金属間化合物層の肥厚化を抑制し、しかも
噛み込み状の金属間化合物の生成を防止することに成功
した。この結果、チタンクラッド鋼の薄鋼板を通常の鋼
と同じ設備工程で製造することか可能となった。さらに
、連続熱間圧延機を用いてチタンクラッド鋼の薄鋼帯を
史上初めて製造することも可能となった。

本発明によるチタンクラッド鋼は、界面の金属間化合物
層か薄くしかも噛み込み状の金属間化合物かないために
、界面の接合性をはじめ、クラット薄鋼板としての品質
の劣化は認められなかった。また、薄鋼板としての加工
性（曲げ性）は、はぼ溶融亜鉛めっき材並みの特性を有
していた。

［実　施　例］ （１）合せ材としての４．０ｍｍ厚のＪＩＳ　２種の純
チタン板を、母材として０．０７％のＣおよび０．０５
％のＴｉを含有する２５ｍｍ厚の炭素鋼の鋳片をサンド
イッチ状に重ね、さらにチタンの上からＡｌｘ０３系分
離材を介して同じ組合せのチタンおよび炭素鋼を重ね、
端面および側面に２　、０ｍｍ厚の母材と同じ成分組成
の鋼板を当て内部を真空にして端面および側面を溶接し
固定した。この素材の表面は、Ｈｍ　ａ　Ｘで５μｍ以
下に機械仕上げしてから組み立てた。その後、９００℃
に加熱して８５０℃以上で２パス、７５０℃までに４パ
ス、さらに７００℃まてに４パス板厚４ｍｍまで圧延し
、　６１０〜６３０℃で熱延板とした。その後冷却し、
へＵｚ０３系分離材の部分で上下に剥離し２ｍｍの熱延
板とした。

この際、３パス目までの２回のパス間の内最長保定時間
および３から６パス目までの３回のパス間の内最長保定
時間と、圧延後のチタンクラッド薄鋼板界面の観察から
判定した噛み込み状の金属間化合物の有無との関係を第
１表の実施例Ｎｏ、　　１．２および比較例Ｎｏ、　３
．４に示した。パス間保定時間が、いずれも３０秒以内
であると噛み込み状の金属間化合物が光学顕微鏡では観
察できず、シャー切断したところ破断面には剥離開孔が
見られなかった。しかし、パス間保定時間が１回ても３
０秒を超えると、噛み込み状の金属間化合物が光学顕微
鏡で観察可能なレベルまで厚くなり、シャー切断で破断
面の一部に剥離開孔を生じた。

（２）次に、合せ材としての４．０ｍｍ厚のＪＩＳ　２
種の純チタン板を、中間媒接材として９９．９％以上の
純度を持つ０．２ｍｍ厚の純鉄板を、母材として０．１
４％のＣを含有する２５ｍｍ厚の炭素鋼の鋳片をサンド
イッチ状に重ね、さらにチタンの上からＡＵ２Ｃｈ系分
離材全分離材同し組合せのチタンおよび炭素鋼を重ね、
端面および側面に２．０ｍｍ厚の母材と同じ成分組成の
鋼板を当て内部を真空にして端面および側面を溶接し固
定した。この素材の表面は、Ｈｍａうで５μｍ以下に機
械仕上げしてから組み立てた。その後、９００℃に加熱
して８５０℃以上で２パス、７５０℃まてに４パス、さ
らに７００℃までに４パス板厚４ｍｍまて圧延し、　６
１０〜６３０℃テ熱延板とした。その後冷却し、ＡＬＣ
ｈ系分離材の部分で上下に！ｌＩ離し２ｍｍの熱延板と
した。

この際、３パス目までの２回のパス間の内最長保定時間
および３から６パス目までの３回の・パス間の内最長保
定時間と、圧延後のチタンクラッド薄鋼板界面の観察か
ら判定した噛み込み状の金属間化合物の有無との関係を
第１表の実施例Ｎｏ、　　５．６および比較例Ｎ０１７
．８に示した。パス間保定時間が、いずれも３０秒以内
であると噛み込み状の金属間化合物か光学顕微鏡では観
察できず、シャー切断したところ破断面には剥離開孔か
見られなかった。しかし、パス間保定時間が１回でも３
０秒を超えると、噛み込み状の金属間化合物か光学顕微
鏡で観察可能なレベルまで厚くなり、シャー切断て破断
面の一部に剥離開孔を生した。

（３）次に、合せ材としての４　、０ｍｍ厚のＪＩＳ　
１種の純チタン板を、中間媒接材として９９．９％以上
の純度を持つ１．０ｍｍ厚の銅板を、母材として０．１
２％のＣを含有する５０ｍｍ厚の炭素鋼の鋳片をサント
イッヂ状に重ね、さらにチタンの上からＡｎｚｏ３系分
離材全分離材同じ組合せのチタン、銅および炭素鋼を重
ね、端面および側面に２　、０ｍｍ厚の母材と同じ成分
組成の鋼板を当て端面および側面を空気抜きの穴を数箇
所残して溶接し固定した。これらの素材の表面は、Ｈｍ
ａうで５μｍ以下に機械仕上げしてから組み立てた。そ
の後、　９１０℃に加熱して８５０℃以上て３パス（平
均圧下率１５％）、７５０℃までに８パス、さらに７０
０℃までに５パス板厚４ｍｍまで圧延し、　６１０〜６
３０℃テ熱延コイルとして巻取った。この際、９パス目
までは１台の粗圧延機を用いてリバース圧延を行ない、
１０パス目以降は１台の中間圧延機および６台の仕上圧
延機て連続して圧下した。その後冷却し、へ９．２０３
系分離材の部分で上下に剥離し２ｍｍの熱延コイルとし
た。この際、４パス目までの３回のパス間の内最長保定
時間および４から１１パス目までの７回のパス間の内最
長保定時間と、圧延後のチタンクラッド薄鋼板界面の観
察から判定した噛み込み状の金属間化合物の有無との関
係を第１表の実施例Ｎｏ、　９、ｌＯおよび比較例Ｎ０
１１．１２に示した。パス間保定時間が、いずれも３０
秒以内であると噛み込み状の金属間化合物が光学顕微鏡
では観察できず、シャー切断したところ破断面には剥離
開孔が見られなかった。しかし、パス間保定時間が１回
でも３０秒を超えると、噛み込み状の金属間化合物が光
学顕微鏡で観察可能なレベルまで厚くなり、シャー切断
て破断面の一部に剥離開孔を生した。

［発明の効果コ 本発明により、特殊な工程や設備が必要とせず通常の鋼
製造設備や工程をそのまま利用してチタンクラッド薄鋼
板および銅帯を量産することか可能となった。この結果
、チタンクラッド薄鋼板の工業的に実用可能となり、し
かもコスト的には従来の厚板から予想される価格よりも
はるかに安価になるので、チタンの優れた耐食性を低コ
ストで享受することかでき、資源的経済的な利益は大き
いものである。また、本発明により量産されるチタンク
ラッド薄鋼板および銅帯は、従来の厚板と異なりＴｉ厚
さが薄いために、使用時の注意や取扱要領かクラツド材
と認識するよりめっき材料と考えた方が適切となるため
、従来の特殊な用途や苛酷な腐食環境以外にも多くの分
野で使用可能となる。この結果、種々の工業設計におい
で、材料選択の幅を拡大せしめることで、設Ｌ１基準か
容易になるなど、工業的社会的利益は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、チタンクラッド鋼界面の金属間化合物層の厚
さに及ばず熱延パス間時間の影響を示した図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　母材が鋼、合せ材がチタンまたはチタン合金である
   チタンクラッド組立スラブを、複数回の圧下によって熱
   間圧延鋼板を製造する工程において、７５０℃以上の圧
   延における圧下パス間隔を３０秒以内とするチタンクラ
   ッド鋼板の熱間圧延方法。 ２　母材が鋼、合せ材がチタンまたはチタン合金で、母
   材と合せ材の間に接合のための中間媒接材を挟んだチタ
   ンクラッド組立スラブを、複数回の圧下によって熱間圧
   延鋼板を製造する工程において、７５０℃以上の圧延に
   おける圧下パス間隔を３０秒以内とするチタンクラッド
   鋼板の熱間圧延方法。 ３　母材が鋼、合せ材がチタンまたはチタン合金で、母
   材と合せ材の間に接合のための中間媒接材として銅また
   は銅を３０％以上含有する銅合金を挟んだチタンクラッ
   ド組立スラブを、複数回の圧下によって熱間圧延鋼板を
   製造する工程において、８５０℃超１０００℃以下の温
   度で、１０％以上の圧下率で少なくとも１パス圧下して
   、溶融したチタンと銅の金属間化合物ないし合金層を押
   出し、かつ７５０℃以上の圧延における圧下パス間隔を
   ３０秒以内とするチタンクラッド鋼板の熱間圧延方法。 ４　請求項１、２または３において、複数回の圧下を１
   台ないし複数台の粗圧延機および複数台の仕上げ圧延機
   からなる連続熱間圧延機で行なうチタンクラッド鋼板の
   熱間圧延方法。