JPH0661630B2 - 銅または銅合金を中間媒接材としたチタンクラッド薄鋼板の製造方法 - Google Patents

銅または銅合金を中間媒接材としたチタンクラッド薄鋼板の製造方法

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JPH0661630B2
JPH0661630B2 JP1022127A JP2212789A JPH0661630B2 JP H0661630 B2 JPH0661630 B2 JP H0661630B2 JP 1022127 A JP1022127 A JP 1022127A JP 2212789 A JP2212789 A JP 2212789A JP H0661630 B2 JPH0661630 B2 JP H0661630B2
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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が優れているので、腐食
や防錆の問題は解決するが、他の特性、例えば熱伝動性
などは鋼とはかな異なった特性を示すため、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、経済的には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て、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) チタンクラッド鋼の製造は、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
離することから、溶鋼レベルで行なう鋳包み法は適用で
きず、固相レベルで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ずしかも接合強度
に対して信頼性が高いことから、現在最も広く使用され
ている方法である。
また、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
から爆着法に比べ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
として、特開昭62−6783号には熱延加熱条件の限定が、
また例えば特開昭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。しかしこれら
の圧接による方法は、いずれも接合する雰囲気が真空で
あることが必須条件となっており、コスト的には致命的
な欠点となっている。
これに対して本発明者らは、TiとCuの金属間化合物を積
極的に利用することで大気中でクラッド鋼の製造が可能
な方法を発明した(特願昭62−277826号)。しかし、こ
の方法では接合は容易であるものの、絞り性などの加工
性の要求される薄鋼板製造には不可欠な再結晶焼鈍を行
なうことによって、逆に加工性が劣化する現象が認めら
れた。このために、最終の再結晶焼鈍を必要としない主
として厚板用途にしか適用できなかった。
なお、本発明の合せ材がチタンと中間に銅の金属間化合
物と母材が鋼からなる鋼板の焼鈍法に関する公知文献は
ない。
(発明が解決しようとする課題) 本願発明は、安価に接合可能な母材と合せ材の間に銅ま
たは銅を30%以上含有する銅合金を中間媒接材として
挟んだチタンクラッド熱延鋼板を、冷延後加工性を劣化
させることなく再結晶焼鈍させる方法の関するものであ
る。
(課題を解決するための手段及び作用) 薄板として必要な深絞り性等の加工性は再結晶焼鈍の条
件を適切に選択することで向上することは鋼等で認めら
れている。Tiクラッド鋼板の場合、母材と合せ材両者の
加工性が全体としての加工性を決定する。従って、絞り
加工の要求される薄板には鋼の場合と同様に冷延再結晶
材で適用する必要がある。
Tiクラッド鋼板を冷延後再結晶焼鈍を施すと、曲げ試験
でTi面に割れを生ずることが多い。当然曲げ半径が小さ
くなると割れ発生傾向が多くなることが認められてい
る。
本発明者らは、この割れの原因を調査検討した結果、従
来考えられていた機構とは異なる原因で加工性が劣化す
ることが判明した。すなわち、加工性劣化の原因は、焼
鈍の熱処理によってTiとCuの界面に生成する金属間化合
物やTiC 等の非金属化合物ではなく、表面および界面か
ら浸入するTi層中の酸素含有量に依存することが判っ
た。
チタンにとって酸素のない雰囲気で焼鈍することは実用
上困難である。従来雰囲気中の酸素分圧を低下する技術
として、水素を混合して平衡酸素分圧を下げることが実
用化されている。しかし、チタンの場合水素雰囲気では
酸素の侵入は防止できても水素が侵入してチタンの加工
性が著しく劣化するため、水素雰囲気による低酸素焼鈍
の適用は不可能である。このほかに低酸素雰囲気にする
技術は真空焼鈍があり、現実には純チタン薄板の焼鈍に
適用されている。またArなどの不活性雰囲気も、不純物
として含まれる酸素の含有量がチタンにとっては充分な
量に相当するため、事実上は酸素のある雰囲気と言わざ
るを得ないのである。
要するにコストを考慮すると、酸素のない雰囲気中でチ
タンクラッド鋼板を焼鈍することは不可能なのである。
そこで、本発明者らは低コストでかつ酸素の侵入のない
焼鈍条件検討したものである。
Tiは含有酸素量が増加することによって延性が急激に低
下する。焼鈍によってTi中に酸素が吸収されると、軟化
再結晶によって延性が回復向上する母材とは逆に低下す
ることになる。第1図は、Ti層が30〜40μm全厚が
0.5mm の純Cuを媒接材としたTiクラッド冷延鋼板を冷延
後種々の雰囲気中で 650〜 700℃−1〜4min の焼鈍を
行なった際の、曲げ性の結果とTi中の酸素量との関係を
示した図である。この温度および時間範囲では、合せ材
のチタンも母材の炭素鋼も軟化再結晶しそれぞれ単独の
薄板では1/2t 曲げ全く問題なく可能であることは、従
来知見から明らかである。焼鈍の結果大気中の場合70
0℃3min ではチタン層中に0.0022 %の酸素が含まれ
たがt/2 曲げが可能であった。しかし、同じ雰囲気温度
で15min ではチタン層中に0.125 %の酸素が含まれt/
2 曲げが可能となった。この場合、チタンの延性が大き
く劣化したためにチタン層から破断し、かつ接合界面の
延性の差異が極めて大きくなったため界面での剥離も加
わったことが認められた。第1図の結果から、Ti層中に
浸入した酸素量の増加に伴って曲げ性が劣化する傾向が
認められる。すなわち、Ti層中へ酸素吸収を抑制するこ
とで延性を損うことなく焼鈍が可能なことがわかる。
次に、本発明の限定条件を示す。
焼鈍の温度は、加工性の点から適切な再結晶に必要な温
度域であるので、 600℃以上 800℃以下に限定する。 6
00℃未満では軟化再結晶に長時間を要する上に、再結晶
後の深絞り性が母材合せ材ともに劣るため除外した。ま
た、 800℃を超えるとTiおよび母材の結晶粒が粗大化す
る上に母材の深絞り性が劣化するので除外した。
焼鈍時間は雰囲気によって異なり、大気ないし酸素を2
%以上含む雰囲気中では0.2min以上10min 以下、酸素
含有量が2%未満である雰囲気中では0.2min以上15h 以
下とする。0.2min未満では、上述した温度域に達しても
再結晶が不十分であるか局所的に未再結晶部分が残留す
る可能性があることから、0.2minを下限とした。雰囲気
により10min ないし15hを超える焼鈍ではTi層中へ
の酸素浸入が過大となり著しく曲げ加工性を劣化せしめ
るため、それぞれ10min ないし15hを上限した。
Tiクラッド鋼板を再結晶焼鈍する場合、再結晶の駆動力
となる歪を合せ材のTiと母材の炭素鋼の両者に事前に賦
与しておく必要がある。すなわち、焼鈍前の冷間加工が
10%未満の場合、表層のTi層のみに歪が蓄積する結果
母材の良好な軟化再結晶が起こらず、局所的に硬化部分
が残留するため曲げ性の改善が期待できない。10%以
上の加工を行なうと、表層のTi層のみならず母材にも歪
が蓄積するので、合せ材母材共に良好な軟化再結晶が生
じ曲げ加工性が向上する。
このために焼鈍前の冷間加工率の下限を10%とした。
中間媒接材の銅または銅合金は、合せ材のチタンと拡散
固溶して溶融する必要があるので、銅の含有率を30%
以上とした。
(実施例) 合せ材としての3.0mm 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0.7mm 厚の銅板
を、母材として0.12%のCを含有する30mm圧のSPII C
鋼の鋳片をサンドイッチ上に重ね、さらにチタンの上
からZrO2系分離材を介して1.0mm 厚の母材とほとんど同
じ成分組成の鋼板で覆い、母材側面の約半分を溶接して
固定した。この素材を、 920℃に加熱して 870〜 920℃
で1バス圧下接合し、次いで 850℃から 730℃の間で全
板厚が3mmになるまで熱間圧延しTiクラッド熱延鋼板を
製造した。この熱延クラッド鋼板(重ね面を分離し脱ス
ケール後、2.5mm 厚となった。)を4%、44%および
80%の圧下率で冷延し、種々の条件の焼鈍を実施し
た。この結果を第1表に示した。本発明方法による焼鈍
板は、延性曲げ性深絞り性共に優れていることがわか
る。
さらに、合せ材として6.0mm 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0.002 %のCを含有する50mm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Al2O3 系剥離材を介して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のそれぞ
れ約半分を溶接して固定し、しかる後、 905℃に加熱し
て 880〜 905℃で13%の圧下を1パス行ない、さらに
850℃から 730℃の間で全板厚が4.2mm になるまで熱間
圧延しTiクラッド熱延鋼板を製造した。この熱延クラッ
ド鋼板(重ね面を分離し脱スケール後、2mm厚となっ
た。)を50%の圧下率で冷延し、種々の条件の焼鈍を
実施した。この結果を第2表に示す。本発明方法による
焼鈍板は、延性曲げ性深絞り性共に優れていることがわ
かる。
(発明の効果) 本発明により、加工性の優れたチタンラッド薄鋼板を容
易に製造することが可能となり、この結果、コスト的に
安価なチタンクラッド鋼を深絞り加工を行なうような用
途に適用することが可能となるので、チタンの優れた耐
食性を低コストで亮受することができ、資源的、経済的
な利益も大きい等顕著な効果を齎らすものでる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、Tiクラッド鋼板の曲げ性に及ぼすTi中の酸素
量の影響を示した図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】母材が鋼、合せ材がチタンないしチタン合
    金であるクラッド鋼板の製造において、母材と合せ材の
    間に銅または銅を30%以上含有する銅合金を中間媒接
    材として挟んだチタンクラッド熱延鋼板を少なくとも1
    0%以上の冷間加工を実施した後、酸素含有量が2%以
    上である雰囲気中で600℃以上800℃以下の温度0.
    2min以上10min 以下の時間焼鈍することを特徴とする
    銅または銅合金を中間媒接材としたチタンクラッド薄鋼
    板の製造方法。
  2. 【請求項2】母材が鋼、合せ材がチタンないしチタン合
    金であるクラッド鋼板の製造において、母材と合せ材の
    間に銅または銅を30%以上含有する銅合金を中間媒接
    材として挟んだチタンクラッド熱延鋼板を少なくとも1
    0%以上の冷間加工を実施した後、酸素含有量が2%未
    満である雰囲気中で600℃以上800℃以下の温度範
    囲に0.2min以上15h以下の時間焼鈍することを特徴と
    する銅または銅合金を中間媒接材としたチタンクラッド
    薄鋼板の製造方法。
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