JPH066234B2 - チタンクラッド材の製造方法 - Google Patents

チタンクラッド材の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はチタン又はチタン合金のクラッド材の製造方法
に関するものである。
［従来の技術］ ２枚以上の金属板を積層接合させたクラッド材は、耐蝕
性，耐摩耗又は耐熱性に優れ、かつ高強度を有する安価
な構造材料として広い分野で利用されている。
クラッド材を製造する方法としては、爆着法，肉盛法，
圧延法等による方法があるが、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。
この方法は合せ材及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、現在合せ材としてステン
レス鋼と基材として炭素鋼や低合金鋼や，高合金鋼の組
合わせをはじめとする種々のクラッド金属板の製造方法
として巾広く活用されている。
しかしながらチタン又はチタン合金を合せ材とするチタ
ンクラッド材の製造において、圧延法による場合は下記
に示すような問題があり、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。
即ち、チタン又はチタン合金と鉄合金を重ねて積層し、
所定の温度で均一加熱後、熱間又は温間で圧延接合した
場合、チタンと鉄の相互拡散によっ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となっている。
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のＭｏ，Ｎｂ，Ｖ等
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、及びこれらインサート材の延性が不足し、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
至っていない。
また試作でのインサート材としては、雑誌“金属”32巻
20号に示されるＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒ等のメッキや箔，特開
昭59-1728号公報に示されるフェライト系ステンレス鋼
あるいはマルテンサイト系ステンレス鋼箔等の例がある
が、いずれも十分な接合強度が得られていない。
一方、圧延法に代わり、爆着法を用いれば、合せ材と基
材を冶金的にではなく機械的に接合させるため、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限定される等の
制約があり、汎用的利用が難しい。
［発明が解決しようとする課題］ チタンクラッド材の製造方法においては、チタン−鉄合
金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が良好な圧延接
合部を得る重要な鍵となる。
本発明は、以上の従来技術の問題点を解決するためのチ
タンクラッド材の製造方法を提供することを目的とする
ものである。
［課題を解決するための手段］ そこで本発明者等は、チタン又はチタン合金からなる合
せ材と鉄合金からなる基材との間に挿入するインサート
メタルを選定し、熱間圧延で得られチタンクラッド材の
接合特性について基礎的解析を行った結果、インサート
材と加熱温度及び熱間圧延時の圧下率の選定により、良
好な接合特性を得られることを見出だしたものである。
即ち、本発明は鉄合金材とチタン材との間に、Ｃｒ；3
2.5〜40重量％及びＮｉ；55〜65重量％を含むＮｉ−Ｃ
ｒ合金材を介在させて素材となし、該素材を850〜1010
℃で加熱後、引き続き30％以上の圧下率で熱間圧延する
ことを特徴とするチタンクラッド材の製造方法である。
［作用］ 本発明は、チタン又はチタン合金の合せ材と鉄合金の基
材との間にＮｉ−Ｃｒ合金をインサートし、加熱温度85
0〜1010℃の条件で圧下率30％以上の熱間圧延すること
により、接合強度に優れたチタンクラッド材を製造する
ものであり、インサート材と加熱温度及び圧下率の選定
により、チタンまたはチタン合金の合せ材と鉄合金の基
材との間の金属間化合物の形成が防止される。
ここでインサート材の形状は薄板，箔，メッキ，溶射の
いずれの形状でも可能であり、また鉄合金とは炭素鋼，
低合金鋼，各種ステンレス鋼等あらゆる鉄基金を総称す
るものである。
またチタン合金についても種類による格別な制限はな
く、かつこのように制限のないことがこの発明の特徴で
ある。
後述する第１図に示す如く、本発明においては基材１と
合せ材３の間にインサート材２を挾み一体としたものを
互いに対称に積み重ねて素材とするものである。
基材１とスペーサー材４の接触面の外側四周を密閉溶接
し，素材内部の空隙に残存する大気を真空ポンプで排除
する。または素材を仮組みをした後に、真空室内で電子
ビーム四接で四周を密閉溶接してもよい。
素材内部の空隙に残存する大気を真空ポンプで排除する
ことにより、インサート材２と合せ材３間のチタン酸化
物，窒化物の生成を抑制することが出来る。
このインサート材２はＮｉ−Ｃｒ合金であり、Ｃｒは3
2.5〜40重量％，Ｎｉは55〜65重量％を含有する合金で
ある。
この様に合金成分を限定した理由は、インサート材でＣ
ｒの重量％が32.5％未満の場合やＮｉの重量％が65重量
％を越える場合、チタン及びチタン合金の合せ材３とイ
ンサート材２の界面に脆弱なＴｉ（Ｎｉ，Ｃｒ）３の形
成がおこり接合強度の低下を招くためであり、Ｃｒの重
量％が40％を越える場合には、鉄系基材１とインサート
材２の界面に脆弱なσ相の形成が，またＮｉの重量％が
55％未満の場合には、チタン及びチタン合金の合せ材３
とインサート材２の界面に脆弱なＴｉＣｒ２の形成がお
こり、共に接合強度の低下を招くためである。
このインサート材２はＮｉ，Ｃｒの重量％が重要であ
り、10％未満のＦｅなど不純物が含まれる場合にそのイ
ンサート材２の効果が失われるものではない。
熱間圧延における加熱温度を850〜1010℃，圧下率を30
％以上と限定したのは次の理由による。
圧延加熱温度が1010℃を越える場合、インサート材２の
組成を上記の条件でいかに限定しても、圧延中及びその
後の冷却中にチタン及びチタン合金の合せ材３とインサ
ート材２の界面に脆弱なＴｉ（Ｎｉ，Ｃｒ）３の形成が
おこり接合強度の低下を招くためであり、また加熱温度
が850℃未満の場合、熱間圧延により最終圧延板に残留
反応が発生することとなり、接合強度の低下を招く為で
ある。
また圧延率が30％未満の場合、インサート材２の最適な
選択によらず接合に必要なチタン及びチタン合金の合せ
材３−インサート材２−鉄系基材界面の塑性変形が得ら
れないため、十分な接合強度が得られないこととなる。
なお圧下率の上限については特に制限するものではな
い。
次に本発明の実施例について述べる。
［実施例］ 第１図に本発明のチタンクラッド材の素材の組み立て断
面図を示す。
図において、１は基材，２はインサート材，３は合せ
材，４はスペーサー材（SM50），５は剥離材（アルミ
ナ）である。
また第１表に本実施例において用いた素材を示す。
基材１はSM50，合せ材３はJIS２種純チタン板及びTi-6%
Al -4%V合金板であり、それぞれ接合面側をフライス▽
▽仕上げして用いた。
インサート材２はＣｒの重量％を10〜60％，Ｎｉの重量
％を30〜80％に変化させ、インサート材２の接合特性に
及ぼす影響を調査した。
このインサート材２の厚さは0.1mmであり、インサート
は箔，素材への溶射法，メッキ法により第１図に示す如
く、上記インサート材２を基材１と合せ材３の間に介在
させて素材の組立を行い、組立て素材内を10-1torr以下
に排気した。
組立て素材（厚さ120mm）を1050〜800℃に加熱後100mm
から24mmまで熱間圧延を行い、冷却終了後２枚に分離
し、クラッド鋼板を製造した。
クラッド鋼板の接合度は上記熱間圧延板によりせん断試
験片をJIS G 0601に準拠して採取し、そのせん断強度を
評価した。
表２に製造条件及びその接合特性を示す。
表２に示す如く、本発明例の試験NO.１〜10のせん断強
度は25.6〜29.9kgf/mm２であり、それに対して比較例は
4.2〜13.9kgf/mm２しか示さず、本発明によるとせん断
強度25kgf/mm２以上の優れたチタンクラッド材が製造さ
れた。
［発明の効果］ 本発明のチタンクラッド材の製造方法によれば、せん断
強度25kgf/mm２以上の優れた接合性をもつチタンクラッ
ド材を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のチタンクラッド材の素材の組み立て断
面図である。 図において、１：基材，２：インサート材，３：合せ
材，４：スペーサー材，５：剥離材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−203288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−178034（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−177979（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】鉄合金材とチタン材の間に、Ｃｒ；32.5〜
    40重量％及びＮｉ；55〜65重量％を含むＮｉ−Ｃｒ合金
    材を介在させて素材となし、該素材を850〜1010℃で加
    熱後、引き続き30％以上の圧下率で熱間圧延することを
    特徴とするチタンクラッド材の製造方法。
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