JPH0813522B2 - チタン系金属クラッド鋼とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、純チタンおよびAlやＶを含むチタン合金
（以下これらを総称してチタン系金属と称する）と鋼板
とを重ね合せたチタン系金属クラッド鋼およびその製造
方法に関する。特に、本発明はチタン系金属と鋼板との
間に、各層のFeとZnの含有量が異なる二層のFe−Zn合金
メッキ層を介在させて接合したチタン系金属のクラッド
鋼およびその製造方法に関する。

（従来の技術） 異種材料を接合して成るクラッド材、特に母材に鋼板
を使用するクラッド鋼は、合せ材および母材それぞれの
材料の特徴を生かすことができるため近年に至りその応
用分野を拡大しつつある。特にチタン系金属を合せ材と
したクラッド鋼は、耐蝕性、装飾性に優れ、高価なチタ
ン系金属を安価な鋼板と組み合わせることにとって、チ
タン系金属の実用化、汎用化を図るうえで重要な意義を
有する。

今日、チタン系金属を合せ材としたクラッド鋼は、爆
着法および純鉄板や低炭素鋼板をインサート材とした熱
間圧延法により製造されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、爆着法では、組立スラブ寸法に制限が
あり、製品寸法が小さい。また、寸法精度が劣るため、
クラッド鋼の均一性に欠ける等の欠点がみられる。さら
に、SR（応力除去の後熱処理）による接合強度の低下が
大きく、まだ十分満足すべきものになっていない。

一方、純鉄板や低炭素鋼板をインサート材とした熱間
圧延法では、鉄中での炭素の拡散速度が大きいため、母
材鋼板中の炭素がインサート材を通して合せ材側のTi界
面へ到達しTiCが生成してしまう。この傾向はインサー
ト材の厚さが薄くなる程、又加熱温度が高くなる程著し
く、特に最近のようにクラッド鋼が薄肉化して大きな量
の加工を行うようになったり、生産量を上げる目的で圧
下量を大きくするため高温での圧延が行われるようにな
ってくると、TiCの生成はより大きな問題となる。このT
iCはインサート材の厚さを増しても前述のように母材鋼
板中の炭素はインサート材を通して容易に拡散するため
完全に防止することは難しい。特に、熱間圧延によって
クラッド鋼の板厚が減少した後、SR処理が施されるもの
は炭素の拡散はより一層助長されTiCの生成量は多くな
る。このようにして生成したTiCは非常に硬くて脆いた
め、得られるクラッド鋼の接合強度の劣化は免れない。

本発明の目的は、チタン系金属クラッド鋼の薄肉化、
熱間圧延時の高温加熱にもかかわらず、接合面でのTiC
の生成がなく、接合強度の高いチタン系金属クラッド鋼
およびその製造方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、先に母材鋼板とチタン系金属の合せ材
との間に、純鉄板を含む低炭素鋼板とNi板とを組み合わ
せたインサート材を介在させたクラッド鋼を開発した
（特願昭61−38887号、昭和61年２月24日出願）。

本発明者らは、その後、更に検討を重ねたところ、母
材鋼板側にZnを主成分とするFe−Zn合金層をチタン系金
属側に純鉄もしくはFeを主成分とするFe−Zn合金層を介
在させることにより、TiCの析出が効果的に防止でき低
炭素鋼板とNi板とからなる前記のインサート材を用いた
ものと同等或いはそれより一層接合強度に優れたクラッ
ド鋼板が製造できることを見出し、本発明を完成した。

よって、本発明の要旨とするところは、下記の及び
にある。

母材鋼板とチタン系金属の合せ材との間に中間層を有
し、該中間層が母材鋼板側のZnリッチ層と合せ材側のFe
リッチ層からなる二層であることを特徴とするチタン系
金属クラッド鋼。

母材鋼板とチタン系金属の合せ材とを重ね合せ熱間圧
延によってチタン系金属クラッド鋼を製造する方法にお
いて、予め母材鋼板表面にZn含有量65〜95重量％のFe−
Zn合金層と、更にこの上に純鉄もしくはFe含有量50重量
％以上のFe−Zn合金層をメッキし、この二層メッキを施
した母材鋼板のメッキ面側に合せ材を重ね合わせてこれ
らの部材間の接合面に酸素の供給が行われないようにシ
ール溶接し、該接合面を10^-1Torr以下の真空に脱気処理
した後、500〜800℃に加熱して熱間圧延することを特徴
とするチタン系金属クラッド鋼の製造方法。

本発明のクラッド鋼における好適な実施態様として
は、前記Znリッチ層はZn含有量65〜95重量％のFe−Zn合
金であり、Feリッチ層は純鉄もしくはFe含有量50重量％
以上のFe−Zn合金である。

（作用） 以下、添付図面を参照しながら本発明のチタン系金属
クラッド鋼とその製造方法についてに詳細に説明する。

まず、本発明にかかるチタン系金属クラッド鋼につい
て説明する。

第１図は、本発明にかかるチタン系金属クラッド鋼の
一例を示す断面図である。

なお、実際のクラッド鋼では、中間層の各層の厚みは
数μｍ程度であるが、説明の都合上中間層の厚みを拡大
して示している。

本発明のチタン系金属クラッド鋼は、母材鋼板１とチ
タン系金属の合せ材２と、この両部材間に中間層３を介
在させて接合してなるものである。

前記中間層３は、母材鋼板１側はZnリッチ層31であ
り、合せ材側はFeリッチ層32である。

本発明のチタン系金属クラッド鋼おいて、中間層３を
前述のようにする理由は、高い接合性を得るためであ
る。

例えば、JIS G3603チタンクラッド鋼で規定するせん
断強度で14kg/mm²以上の高い接合強度のクラッドとする
には、母材鋼板１から合せ材２へ炭素の拡散を抑制しTi
Cの生成を防止しながら、一方ではTiとFeの相互拡散を
十分に生じせしめることが重要となる。

本発明において採用するZnリッチ層31およびFeリッチ
層32は、このような目的を達するに極めて好都合であ
る。即ち、合せ材２側のFeリッチ層32は、熱間圧延下で
チタン系金属の合せ材２との間でTiとFeの相互拡散を盛
んにして接合強度を高め、Znリッチ層31は、母材鋼板１
から合せ材２への炭素の拡散を防ぎ合せ材２に脆い金属
間化合物やTiCが生成されるのを抑制する。しかもZnとF
eの相互拡散を生じせしめ接合性を高める。

このような効果は、Zn中への炭素の固溶が殆ど零であ
るためである。又一方ではZnとFeは相互に拡散するので
母材鋼板１と中間層３との間でも強固な接合が達成され
る。

上記の効果を確実にするため、合せ材２側に配置する
Feリッチ層32は、純鉄もしくはFeを50重量％以上含むFe
−Zn合金とするのが望ましい。Feの含有量が50重量％未
満の場合、即ち、Zn含有量が50重量％を越えるとFe−Zn
脆化層が生じ、接合性を劣化させることになり好ましく
ない。

このFeリッチ層32の厚みは、特に規定するものではな
いが高い接合性を得るには２μｍ以上とするのが好まし
い。

一方、母材鋼板１側に配置するZnリッチ層31は、Znを
65重量％以上含むFe−Zn合金とするのが望ましい。Zn含
有量が65重量％より少ないと、炭素の拡散抑制効果が小
さく、一方Zn含有量が95重量％を越えるとFe−Zn合金の
融点が低下し、炭素の拡散抑制効果が逆に低下するとと
もに加熱温度を高くとることができず、製造面からも好
ましくない。

次に、本発明にかかるクラッド鋼の製造方法について
説明する。

第２図は、本発明にかかわるチタン系金属クラッド鋼
の製造過程にみられるクラッド素材７の斜視図である。
まず、母材鋼板１の表面にZnを65〜95重量％以上含むFe
−Zn合金層と、この上に純鉄もしくはFeを75重量％以上
含むFe−Zn合金層を予め溶融メッキ、電気メッキ或いは
蒸着メッキ等の方法でメッキした母材鋼板１とチタン系
金属の合せ材２を用意する。各接合すべき面は、脱脂等
の処理を経て可及的に清浄なものとする。

（ｉ）組立： 第２図に示すように母材鋼板１のメッキ30面側に合せ
材２を重ね合わせて積層化し、別の低炭素鋼板であるカ
バー４で母材鋼板１の各素材を被覆し、継目５をシール
溶接６して、クラッド素材７とする。

（ii）脱気： クラッド素材７を得たのち吸引口８を経てその内部を
ロータリーポンプ等で脱気し、10^-1Torr以下の真空度と
する。このとき予熱しながら脱気するとより容易に高真
空とすることができる。所定の脱気処理が終了すると吸
引口８を溶着するなど適宜な密閉処理したのち切断す
る。

（iii）加熱および圧延： 加熱温度は800℃以下、500℃以上とする。好ましくは
600〜750℃である。800℃を越える加熱温度では、Fe−Z
n合金層が溶融して好ましくない。圧延はあまり低温仕
上げとすると加工硬化やマルテンサイト変態によって変
形抵抗が増大するため500℃以上の加熱温度とすべきで
ある。

圧延終了後、カバーである鋼板４を剥ぐことによって
目的とするチタン系金属クラッド鋼が得られる。

次に、本発明の実施例を示す。

（実施例１） JIS H4600 1種相当のチタン板（厚さ10mm）とSS41相
当の炭素鋼板（厚さ90mm）を用い種々の試験を実施し
た。

厚さ５μｍの90％Zn−10％Fe合金層（下層）と、この
上にFeの含有量を種々変えてFe−Zn合金層（上層）を厚
さ３μｍメッキした母材鋼板のメッキ面側に合せ材を重
ねて、第２図の如くクラッド素材を組立て、端部に設け
た脱気孔よりロータリーポンプで排気して10^-1Torr以下
に減圧した後、脱気孔を溶接で密閉し、750℃の温度で
５時間加熱を行い、圧下比５で圧延して20mm厚のクラッ
ド鋼とした。

このクラッド鋼について、JIS G 0601およびJIS G 36
03にしたがって、そのせん断強度と上層メッキ中のFe含
有量との関連で調査した。その結果を第３図に示す。

JIS G 3603によるせん断強度で14kg/mm²以上の高い接
合強度のクラッド鋼とするには、チタン材側（上側）の
Feリッチ層には50重量％以下のFeを含むFe−Zn合金層と
するのがよい。

（実施例２） 厚さ５μｍの90％Zn−10％Fe合金層（下層）と、この
上に厚みを種々変えてFe−Zn合金層（上層）をメッキし
た母材鋼板のメッキ面側に合せ材を重ね合わせ、実施例
１と同様にしてクラッド素材を組立て同じ加熱・圧延条
件でクラッド鋼とした。

これらを、前記と同様にせん断強度と上層メッキ厚と
の関連を調査した。その結果を第４図に示す。

第４図にあきらかなように、せん断強度で14kg/mm²以
上の高い接合強度のクラッド鋼とするには、チタン材側
（上層）のFeリッチ層の厚みを２μｍ以上とすることが
有効である。

（実施例３） 厚さ３μｍの種々のZn濃度のFe−Zn合金層（下層）
と、この上に厚さ３μｍの80％Fe−20％Zn合金層（上
層）をメッキした母材鋼板のメッキ面側に合せ材を重ね
合わせてクラッド素材を組立て、700℃の温度で８時間
加熱したのち熱間圧延してクラッド鋼とした。なお加熱
温度以外の製造条件は実施例１と同じである。

これらを、同様にせん断強度と下層メッキ中のZn濃度
との関係を調査した。その結果を第５図に示す。

第５図にあきらかなように、せん断強度で14kg/mm²以
上の高い接合強度のクラッド鋼とするには、母材鋼板側
に85〜95重量％のZn濃度のZnリッチ層とすることが有効
である。

（実施例４） 厚さ３μｍの90％Zn−10％Fe合金層（下層）と、この
上に厚さ３μｍの80％Fe−20％Zn合金層（上層）をメッ
キした母材鋼板のメッキ面側に合せ材を重ね合わせてク
ラッド素材を組立合て、加熱温度を種々変えて熱間圧延
しクラッド鋼とした。加熱温度以外の製造条件は実施例
１と同じである。

これらを、同様にせん断強度と加熱温度との関係を調
査した。その結果を第６図に示す。

同図にあきらかなように、せん断強度で14kg/mm²以上
の高い接合強度のクラッド鋼とするには、加熱温度を50
0〜800℃とすることが必要である。

（発明の効果） 本発明によれば、接合面せん断強度の高い大型のチタ
ン系金属クラッド鋼が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明のクラッド鋼を示す横断面図； 第２図は、クラッド素材を示す斜視図； 第３図ないし第６図は、本発明の実施例に於ける各種デ
ータをまとめて示すグラフである。 1:母材鋼板、2:合せ板 3:中間層、30:メッキ層 31:Znリッチ層、32:Feリッチ層 4:カバー、5:継目 6:シール溶接、7:クラッド素材 8:吸引口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】母材鋼板とチタン系金属の合せ材との間に
   中間層を有し、該中間層が母材鋼板側のZnリッチ層と合
   せ材側のFeリッチ層からなる二層であることを特徴とす
   るチタン系金属クラッド鋼。
2. 【請求項２】Znリッチ層がZn含有量65〜95重量％のFe−
   Zn合金であり、Feリッチ層が純鉄もしくはFe含有量50重
   量％以上のFe−Zn合金であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のチタン系金属クラッド鋼。
3. 【請求項３】母材鋼板とチタン系金属の合せ材とを重ね
   合せ熱間圧延によってチタン系金属クラッド鋼を製造す
   る方法において、予め母材鋼板表面にZn含有量65〜95重
   量％のFe−Zn合金層と、更にこの上に純鉄もしくはFe含
   有量50重量％以上のFe−Zn合金層をメッキし、この二層
   メッキを施した母材鋼板のメッキ面側に合せ材を重ね合
   わせてこれらの部材間の接合面に酸素の供給が行われな
   いようにシール溶接し、該接合面を10^-1Torr以下の真空
   に脱気処理した後、500〜800℃に加熱して熱間圧延する
   ことを特徴とするチタン系金属クラッド鋼の製造方法。