JPH0661629B2

JPH0661629B2 - チタンクラツド鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH0661629B2
Application number: JP23001985A
Authority: JP
Inventors: 清和仲田; 茂義小菅; 之渡邊; 正和新倉; 博義末永; 千秋大内
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1985-10-17
Filing date: 1985-10-17
Publication date: 1994-08-17
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: JPS6293090A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、合せ材にチタンを用いるチタンクラツド鋼
の製造に関し、チタンと基材との圧延接合部に形成され
るチタン金属間化合物の生成を抑制するとともに、接合
面に存在する非金属介在物を減少させることによつて良
好な接合部特性を有するチタンクラツド鋼の製造方法を
提供するものである。

〔従来の技術〕

２枚以上の金属板を積層接合させたクラツド金属板は、
耐食性、耐摩耗性または耐熱性に優れ、かつ高強度を有
する安価な構造用材料として広い分野で使用されてい
る。クラツド金属板を製造する方法として、爆着法、肉
盛法、圧延法等があるが、大面積のものを高能率かつ安
価に製造できる点から圧延法が最も一般的に用いられて
いる。

この方法は合せ材および基材の接合する面を清浄にして
積層した後、熱間または温間で圧延し合せ材と基材を冶
金的に接合させる方法であり、現在、ステンレス鋼（合
せ材）と炭素鋼や低合金鋼、高合金鋼（基材）の組合せ
を初めとする種々のクラツド金属板の製造方法として幅
広く活用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらチタンを合せ材とするチタンクラツド鋼の
製造においては、圧延法では下記に示す問題があり、良
好な接合部特性を得ることはこれまで極めて困難視され
ていた。

すなわちチタンと鋼を重ねて積層し、所定の温度で均一
加熱後熱間または温間で圧延接合した場合、チタンと鉄
の相互拡散によつて接合境界面に脆弱なTi−Fe金属間化
合物が生成し、これが接合面のせん断強さを著しく低下
せしめる原因になつている。特に、この傾向は、圧延全
圧下比が大きくて圧延時の製品長さが大きくて、圧延時
間（圧延第一パスから仕上げパスまでの所要時間）が長
い場合に顕著になる。

金属間化合物の生成を防止する方法として、上記チタン
と金属間化合物を生成しない元素であるMo、Nb、Ｖ等の
薄板又は箔をインサート材として、合せ材と基材との間
にインサートする方法が提案されている。

しかし、この方法ではインサート材が非常に高価なため
製造コストを著しく上昇せしめること、およびこれらイ
ンサート材の延性が甚だ不足し圧延時にインサート材が
破損する等の問題があり、実用化までには至つていな
い。

また、チタンおよび鉄の相互拡散を防止するためクラツ
ド素材（合せ材と基材を重ね合せたもの）の加熱温度お
よび圧延温度を低くする方法も試みられているが、この
場合には接合界面における冶金的結合が不足し、十分な
接合強さを得ることができない。逆に、冶金的結合力を
高めるため、加熱、圧延温度を上昇せしめると、前述の
Ti−Feの金属間化合物の生成が促進され接合部は極めて
脆弱化する。

以上の如く、現行の圧延法によるチタンクラツド鋼の製
造には解決を要すべき難問が存在し、製造法が確立され
るまでに至つていない。

一方、圧延法に替り爆着法を用いれば、合せ材と基材は
冶金的にではなく機械的に接合されるため、Ti−Fe金属
間化合物は生成されず、比較的良好な接合部特性が得ら
れる。しかしながら、爆着法は大面積の接合が困難であ
り、かつ爆薬を用いるため作業場所が限定される等の制
約があり汎用的利用が難しい。

本発明は、基材と合せ材を積層し、密閉溶接を行つてク
ラツド素材を組立て、組立て材内部が排気された状態で
熱間圧延を行なうことによりチタンクラツド鋼を製造す
る方法において、特に全圧下比が３以上で圧延時間（第
一パスから仕上げパスまでの所要時間）が長くなりやす
い場合について良好な圧延接合部を有するチタンクラツ
ド鋼の製造を可能にならしめるものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の如く、チタンクラツド鋼の製造方法においては、
チタン−基材接合部におけるチタン及び鉄原子の相互拡
散による脆弱なTi−Fe金属間化合物の生成抑制及びチタ
ン表面の酸・窒化抑制が良好な圧延接合部を得る重要な
鍵になる。

圧延時間（第一パスから仕上げパスまでの所要時間）が
長くなりやすい場合、チタンと鉄の相互拡散は、圧着が
進行する圧延過程とその後の冷却過程で生ずる。但し、
上記合せ材と基材を積層せしめて熱間圧延を行なう場合
に、その全圧下比が３未満の時には、圧延過程における
所要時間が短く、一般に加熱時間に比較して原子の相互
拡散が顕著に生ずる５００℃以上の高温域に滞在する時
間が比較的短いため、本発明の範囲から除外している。

そこで本発明者等はチタン又はチタン合金からなる合せ
材と鋼からなる基材を積層せしめ、全圧下比３以上で熱
間圧延を行ない、得られたチタンクラツド鋼の接合特性
について基礎的解析を行なつた結果、本発明法を創作す
るに致つた。

以下、本発明につき説明する。

まず本発明は第１図に示すように合せ材(1)と基材(2)を
積層せしめ、その間のチタン酸・窒化物の生成をできる
だけ抑制するため内部の排気及び密閉溶接を行なう。こ
と排気及び密閉溶接は、合せ材(1)と基材(2)の四周を密
閉溶接した後、合せ材(1)−基材(2)間内部及び組立部材
内部の空間・空隙に存在する大気を真空ポンプを用いて
排除せしめたり、上記のようにして積層せしめたクラツ
ド素材を仮組みした後、真空室内において電子ビーム溶
接により四周を密閉溶接する（電子ビーム溶接によつて
密閉溶接を行なう際真空引きする）ようにしても良い。

続いて熱間圧延を行なうが、圧延時のTi−Feの相互拡散
を完全に防止することは不可能であり、極力チタン金属
間化合物の生成を抑制することが重要である。このため
圧延終了後直ちに圧延材を冷却して圧延後チタン金属間
化合物が生成しないようにした。

又、全圧下比３以上の熱間圧延条件では、原子の相互拡
散が顕著に生ずる５００℃以上の温度域に滞在する時間
が比較的長くなりやすいので加熱及びそれに続く圧延を
以下に示す温度範囲で実施すると共に、圧延第一パスか
ら圧延終了後冷却過程に入るまでの所要時間をできるだ
け短縮し、尚且つ圧延終了後は急冷して５００℃以下に
することとした。

そのうち、加熱及び圧延温度については、その温度が９
５０℃を超える場合、圧延過程の所要時間を短くしても
温度が高すぎるために、合せ材(1)と基材(2)の間で原子
の相互拡散が著しくなつてしまう。又７５０℃未満では
圧延板に残留応力が発生するようになり、接合性を却つ
て損なうことになる。そのため上記温度は７５０〜９５
０℃の範囲内に設定し、加熱及び圧延を行なうこととし
た。

又、圧延第一パスから冷却過程に入るまでの所要時間は
２分を超えるとチタン、鉄原子の相互拡散が顕著になる
ため、２分以内としなければならない。

更に急冷時の冷却速度については２℃／sec 未満となる
と合せ材(1)と基材(2)の間でチタン金属間化合物の形成
が促進され、せん断強度が低下することになる。そのた
め２℃／sec 以上の速度で冷却を行なわなければならな
い。尚、１００℃／sec を超える冷却速度で冷却した場
合、圧延材の変形が大きくなり易く、又合せ材(1)と基
材(2)の接合性が劣化することもあるので１００℃／sec
をその上限とするのが好ましい。

上記のような構成を本発明の骨子としているが、基材
(2)に炭素含有量０．０６％以上の鋼を用いて上記方法
を実施した場合、接合界面近傍にTiCが多く生成し、接
合部の強度を著しく低下させる原因となる。従つて第２
発明としては、第２図に示すように合せ材(1)と基材(2)
の間にインサート材(3)を配することによつてTiCの生成
を極力抑え、圧延接合性を向上せしめることができるよ
うにした。

ここでインサート材(3)とは、TiC生成を抑制或いは軽減
できる材料であれば良く、そのようなものとしては炭素
含有量０．０６wt％未満の軟鋼材（純鉄を含む）や銅
板、ニツケル板（純ニツケル）がある。

以下実施例によつて本発明を詳細に説明する。

＜実施例 1.＞基材にＳＭ４１鋼８０ton 又は合せ材に純チタン材２０
ton を用い、後述する排気時の排気効率の観点から、そ
の間に１mmの間隙を設けて積層せしめ、これらの四周を
密閉溶接すると共に内部の大気を排気した。その後、こ
れらのクラツド素材を全圧下比５の条件で熱間圧延処理
し、急冷した。この時の基材と合せ材間の接合特性に及
ぼす加熱圧延温度の影響を第３図に示す。尚、圧延第一
パスから冷却開始までの所要時間は１分、冷却速度は２
℃／sec 及び冷却停止温度は４５０℃であつた。

その結果、７５０〜９５０℃の加熱圧延温度（即ち、圧
延仕上り温度７５０℃〜加熱温度９５０℃）にて熱間圧
延した場合に、良好な接合特性を示している。

＜実施例 2.＞更に前記実施例と同様な基材及び合せ材を用い、これら
に１mmの間隙を開けて積層せしめ、その四周を密閉溶接
すると共に排気し、このクラツド素材を加熱温度９００
℃、圧延仕上り温度８００℃及び全圧下比５として熱間
圧延処理した後、夫々０．５℃／sec 、２℃／sec 及び
５℃／sec の冷却速度にて冷却した。この時の基材と合
せ材間の接合特性に及ぼす、圧延第一パスから冷却開始
までの所要時間の影響を第４図に示す。

その結果、圧延第一パスから冷却開始までの所要時間が
２分以内であり、且つ２℃／sec 及び５℃／sec の冷却
速度で冷却した場合に、良好な接合特性を示している。

尚、全圧下比３以上の熱間圧延において圧延時間（圧延
第一パスから仕上げパスまでの所要時間）を短かくする
具体的方法としては、例えば１）１パス当りの圧下率を
できるだけ高くして全パス数をできるだけ短かくする、
２）仕上げ時の製品長さをできるだけ短かくするため
に、組立てスラグの長さをできるだけ短かくする、等の
方法がある。

＜実施例 3.＞次に、下記表の実施条件に基づき、基材及び合せ材又は
インサート材を間に挾んで基材及び合せ材を積層せし
め、犠牲材方式によりクラツド素材を組み立て、密閉溶
接した。そして内部の排気を行ない、加熱及びそれに引
き続く圧延を７５０〜１０００℃の温度範囲で行ない、
その後２〜５℃／sec の速度で急冷した。尚、この時、
圧延第一パスから冷却開始までの所要時間は夫々３０秒
（実施例３）、５０秒（実施例２）、６０秒（実施例１
及び比較例１）及び１５０秒（比較例２）であり、又冷
却停止温度は４００℃（実施例３）及び４５０℃（その
他）であつた。

この結果、本発明法を実施した実施例１、２及び３の場
合、２５Kg／mm²以上のせんだん強さを得ており、比較
例１（１４Kg／mm²）、比較例２（１８Kg／mm²）に比
べ、優れた接合特性が得られた。

尚、本実施例では犠牲材方式でクラツド素材を組み立て
たが、オープンサンド方式やサンドイツチ方式において
も当然ながら同様な効果が得られることは言うまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のチタンクラツド鋼の製造方
法によれば、基材と合せ材の間の大気を排気して密閉溶
接することにより仮組みされたクラツド素材の熱間圧延
中に、加熱圧延温度を所定の範囲で制御し、且つ圧延後
所定の条件で急冷することにより、圧延中のチタン金属
間化合物の生成を可能な限り抑制するようにしたため、
良好な圧延接合部を有するチタンクラツド鋼を得ること
ができるという優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施する場合のクラツド素材の仮り
組み状態を示す説明図、第２図は第２発明を実施する場
合のインサート材を挿入してクラツド素材を仮り組みし
た状態を示す説明図、第３図はせんだん強さに及ぼす加
熱圧延温度の影響を示すグラフ図、第４図は同じくせん
だん強さに及ぼす圧延第一パスから冷却開始までの所要
時間と冷却速度の影響を示すグラフ図である。図中(1)は合せ材、(2)は基材、(3)はインサート材を各
示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大内千秋神奈川県横浜市緑区たちばな台１−15―８ (56)参考文献特開昭59−206183（ＪＰ，Ａ) 特公昭51−20023（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭59−27676（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合せ材にチタン又はチタン合金及び基材に
鋼を用い、これらを積層せしめた後全圧下比３以上で熱
間圧延を行ないチタンクラツド鋼を製造するチタンクラ
ツド鋼の製造方法において、前記合せ材と基材を積層せ
しめると共に、その間の排気及び密閉溶接を行なつた
後、加熱及びそれに続く圧延を750〜950℃の温度範囲に
て実施し、その後圧延第一パスから２分以内に２℃／se
c 以上の冷却速度で冷却を開始して５００℃以下まで冷
却せしめることを特徴とするチタンクラツド鋼の製造方
法。
【請求項２】合せ材にチタン又はチタン合金及び基材に
炭素含有量０．０６％以上の鋼を用い、これらを積層せ
しめた後全圧下比３以上で熱間圧延を行ないチタンクラ
ツド鋼の製造方法において、前記合せ材と基材の間に炭
化チタン生成を抑制或いは軽減できる材料をインサート
材として挿入してこれらを積層せしめると共に、その間
の排気及び密閉溶接を行なつた後、加熱及びそれに続く
圧延を750〜950℃の温度範囲にて実施し、その後圧延第
一パスから２分以内に２℃／sec以上の冷却速度で冷却
を開始して５００℃以下まで冷却せしめることを特徴と
するチタンクラツド鋼の製造方法。