JPH0716766A

JPH0716766A - チタンクラッド鋼材

Info

Publication number: JPH0716766A
Application number: JP16805893A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yamagishi; 英明山岸
Original assignee: YAMAKI KOGYO KK
Current assignee: YAMAKI KOGYO KK
Priority date: 1993-07-07
Filing date: 1993-07-07
Publication date: 1995-01-20

Abstract

(57)【要約】【目的】合わせ材と母材の接合強度が大きく、しかも熱
間圧延性に優れたチタンクラッド鋼材を従来の方法に比
較して容易に且つ安価に提供することにある。【構成】合わせ材であるチタンと母材である普通鋼とを
爆着法により接合したチタンクラッド普通鋼スラブのチ
タン層側に捨て材を接合させて成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延性に優れたチ
タンクラッド鋼材に関する。

【０００２】

【従来の技術】チタンは耐候性、耐食性に非常に優れた
金属である。日本は、海に囲まれており、従って、湿度
も高く、環境変化に伴なう金属の腐食は、資源の減少、
又、腐食による外観の見苦しさなど社会資源の大きな損
失にも繋がるものである。

【０００３】このため耐食性が良く、軽量で強度にも優
れ、塗装などの表面処理など行わなくてよい、いわゆる
メンテナンスフリーの金属材料であるチタンが屋根材、
外壁材をはじめとして各種の外装材として使用されつつ
あるが、高価格で汎用材料としては採用されていないの
が現状である。一方、普通鋼はコスト的には圧倒的に有
利であるが、チタンに比して耐食性、耐久性が不充分
で、特に長期寿命の求められる外装材としては不適であ
る。

【０００４】このような問題を解決するために、チタン
を合わせ材として、母材である普通鋼に接合した複合鋼
板が提案されている。例えば、合せ材のチタンを中間層
としてＣｕを介して母材の普通鋼に接合した複合鋼板が
提供されている。しかしながら、この複合鋼板の製造に
際しては、合わせ材と中間のＣｕ板と母材の全体をカバ
ー材で覆い、且つカバー材の一部に加熱時の内部残留空
気の抜け孔を設ける必要がある等熱間圧延の準備及び圧
延自体が技術的に難しいという問題があった。

【０００５】一方、爆着法によりチタンクラッド鋼材を
製造する方法が考えられ、この方法によれば、合わせ材
と母材の接合界面が冷間で瞬時に形成されるので、炭化
物や窒化物あるいは層状のＴｉ−Ｆｅ系金属化合物が形
成されず、清浄な境界を有し、接合強度が大きい複合材
が提供される。この爆着スラブは界面近傍部の硬度分布
がなだらかなので、以降の熱延、冷延作業条件が幅広く
設定可能で製造条件の範囲が広くなり、用途に応じた材
質確保のための熱延及び冷延条件の設定の自由度が大き
く、品質的に優れた特性を確保できる。

【０００６】更に、合せ材と母材との界面に生成する金
属間化合物や脆化層による接合強度の低下を回避する方
法として、母材、金属中間層、合わせ材のサンドイッチ
構成により脆化層の形成を抑制し、圧延する方法（特開
昭６０−１７０５８６号）とか、チタンと母材との間に
接合中間材を介在させ、且つ接合中間材とチタンとの間
隔を規定することにより接合中間材によりチタンと母材
との金属間化合物の生成を回避して圧延する方法（特開
昭６３−５６３７０号）、又、チタンにＦｅ系薄金属を
爆着し、このものと母材でコンポジットスラブを組立て
熱間圧延する方法（特開平２−２９５６８２号）が提案
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、いずれ
の方法にしろ熱間圧延工程は必須だが、母材の鋼にとっ
ては熱間圧延は約９００℃以上で行われるのが好まし
い。又、チタンにあっても熱間圧延温度は変態点（約８
８０℃）以上が好ましいが、酸化雰囲気下では厚くて硬
い酸化膜が生成してしまう。この酸化膜は下部の酸素含
有硬化層まで含めると、厚さは数１００μｍにも達して
高価なチタンの損失になるだけでなく、この酸化膜は次
の冷間圧延時に破砕されて微小な粉末となり、この粉末
によりチタン表面に無数の細かい疵を形成してしまうと
いう問題があった。

【０００８】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、合わせ材と
母材の接合強度が大きく、しかも熱間圧延性に優れたチ
タンクラッド鋼材を従来の方法に比較して容易に且つ安
価に提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の複合材は、合わ
せ材であるチタンと母材である普通鋼とを爆着法により
接合したチタンクラッド普通鋼スラブのチタン層側に捨
て材を接合させて成ることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】爆着法によりスラブを製造するので、接合界面
が冷間で瞬時に形成され、炭化物や窒化物あるいはＴｉ
−Ｆｅ系金属間化合物が形成されず、清浄な境界を有
し、接合強度が大きい。又、爆着スラブは界面近傍部の
硬度分布がなだらかなので、圧延時の界面剥離や形状不
良に心配がなく、品質的に優れた特性を確保できる。更
に、爆着スラブ界面には金属間化合物がなく、冶金的に
密着した組織であり、しかもスラブのチタン層側に捨て
材を接合させているので、熱間圧延に際してチタンが捨
て材により保護され、真空中や減圧下で圧延する必要が
なく、大気中で熱間圧延が可能で、装置的、経済的に負
担が小さくてすむだけでなく、熱間圧延の温度条件を変
形抵抗の小さい高温に設定でき、高圧下率を採用でき、
電力費、ロール寿命及びエネルギーの損失がなく、しか
も、酸化や酸素による硬化に伴うチタンの損失がなくコ
スト面で極めて有利となる。

【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
あっては、母材は普通鋼であるが、炭素含有量は０．０
８重量％以下であるのが好ましい。０．０８重量％を超
えるとチタンとの接合界面に脆化層となる炭化物が形成
される傾向にある。又、合わせ材のチタンは表面が平滑
で清浄なものが採用され、母材よりも縦幅及び横幅が、
例えば５０ｍｍ程度大きいものが好適である。又、チタ
ンの厚さは、母材に対して１／５〜１／２０が好まし
い。１／５よりも大きいと、高価なチタンの占める割合
が大きすぎて、クラッド鋼板にしようとする経済的効果
がなく、又、チタンと普通鋼の材質特性の差が緩和され
ず、各種の形状の製品に成形加工しがたくなるものであ
る。逆に、１／２０よりも小さいと、熱延時とか成形加
工時に、チタンが局部的に破断し、母材の普通鋼が露出
する恐れがあり、又、目的とする耐食性、耐久性の確保
が困難になる傾向にある。尚、本発明にあっては合わせ
材のチタンは純チタンだけでなく、耐食合金チタン、α
合金チタン、ニアα合金チタン、α−β合金チタン、β
合金チタン等のチタン合金も採用できるものである。

【００１２】次に、本発明にあっては、母材の普通鋼と
合わせ材のチタンを爆着法により接合するのであるが、
まず、普通鋼スラブをスカーフィング等で平滑に仕上
げ、且つスケールを除去して母材とする。強固な界面接
合強度を得るために普通鋼スラブと合わせ材のチタンと
は一定の間隙を有するように配置する。例えば、１ｍｍ
である。これを適当な爆速、例えば２０００ｍ／ｓｅｃ
以下の爆速を有する爆薬により爆着する。次いで、爆薬
の配置場所にもよるが、合わせ材たるチタンの周縁部が
普通鋼スラブ端部よりはみ出た形状になるので、機械的
に切断除去して端面形状の優れたチタンクラッド普通鋼
スラブを製造する。この場合、スラブの普通鋼とチタン
層との間に純鉄（炭素含有量０．００３％以下）又はＮ
ｉを中間材として挿入してスラブ加熱および熱間圧延時
のチタン炭化物の生成を抑制するようにしてもよい。こ
の中間材の厚みは１ｍｍ以下が好ましく、例えば、スラ
ブを製造する際に母材たる普通鋼と合わせ材たるチタン
の間に挟んで同時に爆着圧着させればよい。この中間材
により、炭化物が生成しなくなり、金属間化合物はＴｉ
−Ｆｅ系のみとなり、接合強度及び耐変形性が著しく向
上する。

【００１３】このチタンクラッド普通鋼スラブのチタン
層側に捨て材が接合されて本発明のチタンクラッド鋼材
が形成されている。本発明の鋼材は、圧延されてチタン
クラッド普通鋼板が製造されるのであるが、捨て材によ
り、熱間圧延前及び熱間圧延時のチタンへの酸素侵入に
よる酸化膜及び硬化層の生成が確実に阻止でき、大気中
で熱間圧延できるだけでなく、チタンの損失がなくな
る。従って、普通鋼及びチタンのいずれも熱間圧延時の
変形抵抗が低く、容易に圧延できる温度、例えば９００
℃以上の圧延温度を採用できる。捨て材としては、普通
鋼とか５％Ｃｒ鋼やＳｉ含有低合金鋼、Ｍｎ含有低合金
鋼等、あるいはアルミナ系酸化物、水ガラスのようなシ
リカ系酸化物等の酸化物を採用できるが、コスト、除去
性及び作業性の点で普通鋼が好ましい。この捨て材は、
例えば、普通鋼の場合、普通鋼とチタンを爆着法により
接合しておき、この複合材と普通鋼を爆着法により接合
することにより設けてもよく、又、母材の普通鋼、チタ
ン、捨て材の普通鋼を同時に爆着させて設けるようにし
てもよく、更にはチタンの片面に普通鋼をシーム溶接等
により接合しておき、この複合材と母材の普通鋼とを爆
着法により接合するようにして設けてもよい。又、アル
ミナ系酸化物の場合は、チタンクラッド普通鋼スラブの
チタン層側にロール等で塗布し、乾燥して設ければよ
い。又、捨て材の厚みは、熱間圧延後に除去を考慮すれ
ば、圧延終了時に数１０μｍ残存する程度が好ましい。
薄すぎると熱間圧延時下層のチタンが露出して酸化して
しまうおそれがある。

【００１４】本発明の鋼材は、好ましくは８００℃〜１
０５０℃で１〜５時間加熱し、リバースまたはタンデム
式で数段、例えば５スタンドを使用するパススケジュー
ルで熱間圧延される。この場合、製品板厚を本発明の複
合材の１／２０以下（全圧延率９５％以上）とする場合
には、熱間圧延だけで所望の板厚を得るのが困難である
ので、引き続いて冷間圧延が必要となる。

【００１５】製品板厚が本発明の複合材の１／２０以
上、圧延率９０〜９５％の場合は、冷間圧延は必ずしも
必要でなく、熱間圧延機の能力、製品たる鋼板表面に求
められる平滑さ、鋼板自身の形状によって決められる。
冷間圧延で仕上げた方が、これら特性は良好となるが、
製造コストが上昇するので、適宜選択をすればよい。い
ずれにしても、熱間圧延後、酸化膜を含む捨て材及び母
材たる普通鋼上の酸化膜を除去する。この除去は、酸洗
法等の化学的手段あるいは、研削法等の機械的手段を採
用できる。例えば、捨て材として普通鋼を採用した場合
は、塩酸や硫酸の酸洗液に浸漬してスケールと共に除去
する。

【００１６】捨て材をスケールと共に除去した後冷間圧
延を行う。冷間圧延率は製造する製品の板厚によって当
然異なり、パス回数も異なってくるが、変形抵抗差が製
品の反りを生む程大きな冷間圧延率をとる必要がある場
合には、異周速圧延その他上下面でロールと材料間の摩
擦抵抗を変える必要がある。

【００１７】この場合、ワークロール自身はできるだけ
小径のロールの方が、圧延率の確保、形状向上、エネル
ギー低減の点で有利である。冷間圧延により鋼板の表面
の平滑さが得られるが、冷間圧延後の鋼板は、用途によ
り焼き鈍し、調質圧延を施してもよい。このようにして
本発明の鋼材から製造したチタンクラッド鋼板は、耐
酸、耐海水、耐腐食性ガス等の耐食性及び耐熱性に優れ
る工業材料として、種々の分野に好適に採用できるもの
である。

【００１８】次に、本発明を実施例に基づいて具体的に
説明する。以下において成分の割合を示す％は重量％で
ある。（実施例１）成分がＣ：０．０６％、Ｓｉ：０．０１
％、Ｍｎ：０．０１％、Ｐ：０．００２％、Ｓ：０．０
０１％、Ｆｅ：Ｂａｌ．で、厚さ３０ｍｍ、縦２０００
ｍｍ、横９００ｍｍの普通鋼スラブをスカーフィングに
より平滑に仕上げ、且つスケールを除去して母材とし
た。

【００１９】次に、合わせ材である厚さ３．０ｍｍ、縦
２１００ｍｍ、横１０００ｍｍのＪＩＳ第１種の工業用
純チタン板の片面に同じ大きさで厚さ０．５ｍｍの普通
鋼板をシーム溶接で接合し、このものを普通鋼板を上面
にして上記スラブ上に間隔が１ｍｍとなるように配置し
て、１５００ｍ／ｓｅｃ以下の爆速を有する爆薬により
爆着した。

【００２０】次いで、合わせ材たるチタン板のスラブ端
部よりはみ出た周縁部を機械的に切断除去してチタンク
ラッド鋼材を製造した。（実施例２）チタンクラッド普通鋼スラブを普通鋼スラ
ブとチタン板との間に中間材として０．１ｍｍ厚さの純
鉄板を配置して爆着させて製造した以外は、実施例１と
同様にしてチタンクラッド鋼材を製造した。（実施例３）チタンクラッド普通鋼スラブを普通鋼スラ
ブとチタン板との間に中間材として０．１ｍｍ厚さの純
度９９．９％のＮｉ板を配置して爆着させて製造した以
外は、実施例１と同様にしてチタンクラッド鋼材を製造
した。（実施例４）普通鋼の代わりに、フレーク状の２００メ
ッシュ以下のアトマイズ粉１００重量部とキシレン６０
％、フタル酸アルキド樹脂４０％に懸濁させたブロンズ
粉８０重量部とトルエン１００重量部とを混合させてス
ラリー状のアルミナ系酸化物を調製し、このものをチタ
ン板の片面に塗布し、乾燥させて重量２０ｇ／ｍ²の捨
て材を設けた以外は実施例１と同様にしてチタンクラッ
ド鋼材を製造した。（比較例１）チタン板の片面に普通鋼板を接合しなかっ
た以外は実施例１と同様にしてチタンクラッド鋼材を製
造した。次に、このようにして製造したチタンクラッド
鋼材の熱間圧延性を評価するために、以下の如き条件で
チタンクラッド鋼板を製造した。（製造例１）実施例１のチタンクラッド鋼材を９００℃
で４時間加熱し、リバース式で１スタンドを使用して熱
間圧延して、チタンクラッド熱延鋼板を得た。圧延率は
８０％であった。この場合、普通鋼板の表面にはスケー
ルの生成が認められた。

【００２１】この後、４０℃の１５％塩酸中に浸漬し
て、熱間圧延時に生成したスケールと残存している普通
鋼層を完全に除去して厚さ６．６ｍｍのチタンクラッド
鋼板を製造した。（製造例２）実施例１のチタンクラッド鋼材を９５０℃
で５時間加熱し、熱間圧延率を９２％とした以外は製造
例１と同様にして厚さ２．５ｍｍのチタンクラッド鋼板
を製造した。（製造例３）実施例１のチタンクラッド鋼材を９５０℃
で５時間加熱し、リバース式で１スタンドを使用して熱
間圧延して、チタンクラッド熱延鋼板を得た。圧延率は
８０％であった。この場合、普通鋼板の表面にはスケー
ルの生成が認められた。

【００２２】この後、４０℃の１５％塩酸中に浸漬し
て、熱間圧延時に生成したスケールと残存している普通
鋼層を完全に除去した。この後、６ハイの冷間圧延機
（ワークロール径２００ｍｍ）２スタンドを使用して冷
間圧延を行った。圧延油は鉱物油を使用した。圧延率は
８０％であった。このようにして全圧延率が９６％で製
品厚みが１．３ｍｍのチタンクラッド鋼板を製造した。（製造例４）熱間圧延率を６０％とし、冷間圧延率を８
０％とした以外は製造例３と同様にして全圧延率が９２
％で製品厚みが２．５ｍｍのチタンクラッド鋼板を製造
した。（製造例５）実施例２のチタンクラッド鋼材から製造例
４と同様にして全圧延率が９２％で製品厚さが２．６ｍ
ｍのチタンクラッド鋼板を製造した。（製造例６）実施例３のチタンクラッド鋼材から、製造
例４と同様にして全圧延率が９２％で製品厚さが２．６
ｍｍのチタンクラッド鋼板を製造した。（製造例７）実施例４のチタンクラッド鋼材から、製造
例４と同様にして全圧延率が９２％で製品厚みが２．５
ｍｍのチタンクラッド鋼板を製造した。（製造例８）比較例１のチタンクラッド鋼材から、熱間
圧延後チタンクラッド熱延鋼板の酸洗時間を４倍として
両面のスケールを完全に除去した以外は、製造例１と同
様にして全圧延率が８０％で製品厚さが６．６ｍｍのチ
タンクラッド鋼板を製造した。（製造例９）比較例１のチタンクラッド鋼材から、熱間
圧延後チタンクラッド熱延鋼板の酸洗時間を４倍として
両面のスケールを完全に除去した後冷間圧延を行った以
外は、製造例４と同様にして全圧延率が９２％で製品厚
さが２．３ｍｍのチタンクラッド鋼板を製造した。この
ようにして製造したチタンクラッド普通鋼板について以
下の品質を評価した。結果を第２表に示す。Ａ．外観外観を目視観察して異常の有無を観察した。

【００２３】◎：均一な外観 ○：略均一な外観 ×：表面欠陥（荒れ、チタン層のめくれ、母材の露出
等）が有る場合Ｂ．非接合部の有無ＪＩＳＧ３６０３に準拠して超音波探傷により非接合部
の有無を調べた。

【００２４】○：非接合部が認められなかった △：僅かな非接合部が認められた ×：かなりの非接合部が認められたＣ．接合部における炭化物の有無ＪＩＳＧ３６０３に準拠して接合部断面を顕微鏡観察
し、炭化物の析出状況を調べた。

【００２５】◎：全く炭化物の析出が認められなかった ○：極わずかな炭化物の析出が認められた ×：かなりの炭化物の析出が認められたＤ．剪断強度（ｋｇｆ／ｍｍ²）Ｅ．曲げ、曲げ戻し試験合わせ材を上面にしてポンチ（厚さ１０×幅３０ｍｍ）
で押し込んで試料９０°の曲げを加え、次いで母材を上
面にしてポンチで押し込み試料を真っ直ぐに戻す。この
過程で母材と合わせ材の接合面に大きな剪断力が作用す
る。剥離状況を目視観察した。

【００２６】○：剥離なし ×：剥離発生Ｆ．耐食性及び耐久性試験評価Ｅで実施した曲げ試験後のサンプルを３０日間、７
０℃、５％の塩水へ浸漬して界面部への塩水の浸透及び
それにともなう剥離の進行の有無を観察した。

【００２７】○：剥離が認められなかったもの ×：剥離は認められたもの又、この場合、切断端面等における母材の錆の発生を観
察した。 ○：錆の発生が認められなかった ×：錆の発生が認められた第１表製造条件母材合せ材中間材捨て材製品圧延率( ％) 厚(mm) 厚(mm) 種厚(mm) 厚(mm) HR CR TR 製造例１ 30 3 無 Fe 0.5 6.6 80 - 80 ２ 30 3 無 Fe 0.5 2.5 92 - 92 ３ 30 3 無 Fe 0.5 1.3 80 80 96 ４ 30 3 無 Fe 0.5 2.5 60 80 92 ５ 30 3 有(Fe) Fe 0.5 2.6 60 80 92 ６ 30 3 有(Ni) Fe 0.5 2.6 60 80 92 ７ 30 3 無 Al₂o₃0.5 2.5 60 80 92 ８ O 30 3 無無 6.4 80 - 80 ９ O 30 3 無無 2.3 60 80 92 第２表品質評価試験外観非接合部炭化物剪断強度曲げ試験浸漬試験剥離錆製造例１ ○ ○ ○ 30 ○ ○ ○ ２ ○ ○ ○ 33 ○ ○ ○ ３ ◎ ○ ○ 42 ○ ○ ○ ４ ◎ ○ ○ 39 ○ ○ ○ ５ ◎ ○ ○ 48 ○ ○ ○ ６ ◎ ○ ○ 43 ○ ○ × ７ ○ ○ ○ 43 ○ ○ ○ ８ × × ○ 20 × × ○ ９ × △ ○ 25 × × ○ 第２表の結果より、実施例の複合材から製造したチタン
クラッド鋼板は、高温での熱間圧延にも拘わらず、捨て
材によりチタンの酸化が防止されて均一で美麗な外観を
有していた。又、炭化物の生成もなく、接合強度が大き
く、特に、製造例６及び７にあっては、非接合部が全く
形成されなく、接合強度が非常に大きなものとなってい
る。又、製造例４、５並びに製造例６、７から明らかな
ように熱間圧延温度が高い程接合強度が大きくなる傾向
にある。このように本発明の実施例の鋼材から製造した
チタンクラッド鋼板にあっては、全ての品質に優れ、屋
根材、壁材等の外装材として好適に採用できることが判
る。

【００２８】これに対して、比較例の鋼材から製造した
チタンクラッド鋼板にあっては、チタン表面に荒れが認
められた。これは、高温での熱間圧延により生成した酸
化膜が原因であり、特に、製造例８及び９にあっては、
酸化膜が冷間圧延により破砕され、チタン表面に無数の
疵を形成させていた。又、これら製造例のものにあって
は、非接合部が存在し、従って、剪断強度が低く、曲げ
試験及び浸漬試験において剥離がみられたのは、熱間圧
延時に生成する酸化膜は硬いが不均一なため圧延荷重が
接合界面に伝達されにくいためであると考えられる。
又、この酸化膜の生成により、第１表から明らかなよう
に製品厚が実施例の複合材から製造したものよりも小さ
くなり、チタンが損失してしまっていることが判る。

【００２９】

【発明の効果】本発明にあっては、爆着法により合わせ
材と母材の接合界面が冷間で瞬時に形成されるので、炭
化物や窒化物あるいは層状のＴｉ−Ｆｅ系金属化合物が
形成されず、清浄な境界を有し、接合強度が大きくな
る。又、爆着スラブは界面近傍部の硬度分布がなだらか
なので、圧延時の界面剥離や形状不良に心配がなく、品
質的に優れた特性を確保できる。又、爆着スラブ界面に
は金属間化合物がなく、冶金的に密着した組織であり、
しかもスラブのチタン層側に捨て材を接合させているの
で、熱間圧延するに際してチタンが捨て材により保護さ
れ、真空中や減圧下で圧延する必要がなく、大気中で熱
間圧延が可能で、装置的、経済的に負担が小さくてすむ
だけでなく、熱間圧延の温度条件を変形抵抗の小さい高
温に設定でき、高圧下率を採用でき、電力費、ロール寿
命及びエネルギーの損失がなく、しかも、酸化や酸素に
よる硬化に伴うチタンの損失がなくコスト面で極めて有
利となる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合わせ材であるチタンと母材である普通鋼
とを爆着法により接合したチタンクラッド普通鋼スラブ
のチタン層側に捨て材を接合させて成ることを特徴とす
るチタンクラッド鋼材。
【請求項２】普通鋼とチタン層の間に中間材層を介在さ
せて成ることを特徴とする請求項１記載のチタンクラッ
ド鋼材。
【請求項３】捨て材が普通鋼であることを特徴とする請
求項１又は２記載のチタンクラッド鋼材。