JPH0890257A - チタン・アルミニウムクラッド箔材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】異周速圧延接合法によるチタン・アルミニウム
クラッド箔材の製造方法を提供する。 【構成】上下の圧延ロールの周速度が異周速である圧延
機で、チタン箔素材７とアルミニウム箔素材５とを圧延
接合してクラッド箔材９を製造する方法であって、圧延
機入口での両箔素材温度を常温のままとし、下記（１）
式で示す低周速ロール周速比率（Ｒ）が−３０〜−４０
％の範囲内となり、かつ圧延荷重Ｐが下記（２）式を満
足する条件で、チタン箔素材を高周速ロール２側に、ア
ルミニウム箔素材を低周速ロール３側になるように重ね
て圧延する。 ロール周速比率（％）Ｒ＝［（Ａ−Ｂ）／Ｂ］×100
・・・・（１） 3.533 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.408≦Ｐ≦3.762 ×10⁵ （−
Ｒ）^-1.364・・・・（２） ここで、Ａ：低周速ロールの周速度（m/min ） Ｂ：高周速度ロールの周速度（m/min ） Ｐ：素材単位幅当たりの圧延荷重（Ｎ／ｍｍ）とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チタン叉はチタン合金
箔材とアルミニウム箔材を重ね合わせた耐食性に優れ、
かつ軽量で安価な接合性に優れたチタン・アルミニウム
クラッド箔材を異周速圧延接合により製造する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、チタン叉はチタン合金特有の
優れた耐食性は、化学産業や海水産業を始めとした各種
分野で注目の的となっていたが、近年、この耐食性を生
かし海洋構造物の防食材としてチタン箔材が提案されて
からは、その需要は増加傾向にある。

【０００３】しかし、チタン箔材は高耐食性を有してい
ながら、製造コストが高く、低コスト化が指向されてお
り、低コストの高耐食性金属材料の出現が待望されてい
る。

【０００４】チタンを安価にする一般的な方法として他
金属と複合化する方法がある。

【０００５】チタンの複合化にはイオンプレーティング
法、圧延接合法、爆着接合法等が挙げられる。しかし、
イオンプレーティング法によるものは広幅長尺化にする
上で設備コスト的な問題があり、また爆着接合法による
ものは箔クラッドを製造する上で技術的、製造コスト的
に問題がある。

【０００６】従って、大量かつ安価に生産する方法とし
て圧延接合法が最適と考えられる。

【０００７】圧延接合法として、チタンを常温、アルミ
ニウムを加熱し、圧延接合させる方法が特公平３−０４
３９５０号公報に開示されているが、これを箔クラッド
に適用した場合、アルミニウムの張力制御がむずかし
く、Ａｌが破断しやすいため安定した製造は困難であ
り、また圧延ロールを損傷することになる。

【０００８】また、強固な接合を得るにはアルミニウム
のみ加熱する方法では不十分で、チタン面をブラッシン
グ等により粗面化し、局部的に接合圧力を高めることに
より接合強度を向上させる必要がある。

【０００９】チタン面のブラッシングが必要な理由は、
チタン表面に強固なチタン酸化皮膜が存在しているため
で、接合強度を高めるためにはこの酸化皮膜を除去して
おく必要がある。

【００１０】しかし、チタン素材が箔になるとブラッシ
ングを施すと形状が悪化するため事実上ブラッシングは
できないので、接合強度の高いチタン箔クラッド材の製
造は不可能である。

【００１１】酸化皮膜を破壊して新生面を発生させて接
合する方法として異周速冷間圧延方法が、日本塑性加工
学会誌「塑性と加工」第２９巻、第３２７号（1988-4）
に報告されている。この方法は、周速の異なる上下ロー
ルにより圧延する方法である。この方法によれば、軟材
と圧延ロール間の摩擦が通常の同速圧延接合法とは逆と
なり、ロールギャップ入口付近で圧延方向応力が引張と
なり、軟材が変形しやすく硬材の圧下率が抑えられるこ
とにより、相対すべり（硬材の速度／軟材の速度）が増
加し、優れた接合性と加工性が得られるというものであ
る。ここで相対すべりが積極的に生じるということは、
接合界面にせん断応力が働き、ひいてはチタン酸化皮膜
も容易に破壊されやすくなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記報文の方法では、
クラッド素材は、板厚 0.7mm程度が対象となっている
が、板厚が 0.1mm以下の箔素材を用いて異周速圧延にて
クラッド箔材を試験的に製造したところ、圧延中にチタ
ン箔及びアルミニウム箔がしばしば破断した。また、製
造できたクラッド箔材の接合強度を調べたところ、満足
できるものは少なかった。

【００１３】本発明の目的は、異周速圧延接合法により
接合強度の高いチタン・アルミニウムクラッド箔材を安
定して製造することのできる方法を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため種々実験を行った結果、チタン箔とアル
ミニウム箔との組み合わせで異周速圧延した場合、接合
強度不足、チタン箔及びアルミニウム箔の破断が発生し
やすくなるが、これは上下ロールの周速度差の適正範囲
と、適正圧延荷重の範囲が非常に狭いため、異周速圧延
ではチタン酸化皮膜が破壊されにくい圧延荷重であった
り、期待した以上のロール異周速差（相対すべり）にな
りやすいために、接合強度不足になったり、チタン及び
アルミニウム箔が破断することが判明した。このような
知見から、相対すべりおよび圧延荷重の適正な範囲求め
るべく鋭意研究を続け本発明を完成するに至った。本発
明の要旨とするところは、「上下の圧延ロールの周速度
が異周速である圧延機で、チタン箔素材とアルミニウム
箔素材とを圧延接合してクラッド箔材を製造する方法で
あって、圧延機入口での前記チタンおよびアルミニウム
箔素材温度を常温のままとし、下記（１）式で示すロー
ル周速比率（Ｒ）が−３０〜−４０％の範囲内となり、
かつ圧延荷重Ｐが下記（２）式を満足する条件で、チタ
ン箔素材を高周速ロール側に、アルミニウム箔素材を低
周速ロール側になるように重ねて圧延することを特徴と
する接合性に優れたチタン・アルミニウムクラッド箔材
の製造方法 ロール周速比率（％）Ｒ＝［（Ａ−Ｂ）／Ｂ］×100 ・・・・（１） 3.533 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.408≦Ｐ≦3.762 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.364・・・・（２） ここで、Ａ：低周速ロールの周速度（m/min ） Ｂ：高周速度ロールの周速度（m/min ） Ｐ：素材単位幅当たりの圧延荷重（Ｎ／ｍｍ） とす
る および、更に上記方法で製造したクラッド箔材に２００
〜４５０℃の温度範囲で熱処理を施すことを特徴とする
チタン・アルミニウムクラッド箔材の製造方法」であ
る。なお、この発明では、チタンはチタン合金を含むも
のとする。

【００１５】

【作用】次に、この発明において製造条件を上述のよう
に限定した理由及び作用について以下説明する。

【００１６】A ）圧延接合温度 チタン及びアルミニウム箔素材を常温で圧延接合するの
は、素材を加熱した場合に較べ、実操業での圧延制御が
容易であり、設備コストも有利であるから接合温度を常
温とする。

【００１７】B ）低周速ロール周速比率（Ｒ） Ｒが−４０％を下回ると、アルミニウム素材が破断した
り、チタン素材が破断すし、一方、Ｒが−３０％を上回
ると、相対すべりによる接合界面へのせん断応力不足の
ためチタン酸化皮膜破壊不足で弱接合となり、はく離強
度７Ｎ／ｍｍ以上得ることができなくなるのでＲは−３
０〜−４０％とする。

【００１８】C ）圧延荷重（Ｐ） 3.533 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.408≦Ｐ≦3.762 ×10⁵ （−
Ｒ）^-1.364なる式は、多くの実験により素材単位幅当た
りの圧延荷重と低周速ロール周速比率の関係を求め、回
帰式を算出して求めたものである。

【００１９】図２は、この式を求めるために行った試験
結果をグラフにしたものである。図中○ははく離強度７
Ｎ／ｍｍ以上を示し、×は７Ｎ／ｍｍ未満を示す。

【００２０】Ｐが3.533 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.408未満で
は、荷重が小さ過ぎチタン酸化皮膜の破壊が充分できな
く、また、3.762 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.364を超えると箔素
材が破断するので3.533 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.408≦Ｐ≦3.
762 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.364とした。

【００２１】D ）箔素材の重ね方 アルミニウムはチタンよりも軟質であるためにアルミニ
ウム箔素材を低周速ロール側に重ねると圧延時に変形し
やすくチタンとの相対すべりが増加し、優れた接着強度
が得られると共に圧延が安定するためである。

【００２２】E ）熱処理温度 クラッド圧延接合の後の熱処理を施すのは、チタン・ア
ルミニウム接合堺面でチタンをアルミニウム中に拡散さ
せ接合強度を上げるためにおこなうもので、熱処理温度
が２００℃を下回ると、拡散エネルギー不足によりはく
離強度７Ｎ／ｍｍ以上を満足せず、一方熱処理温度が４
５０℃を上回ると金属間化合物の生成により、はく離強
度７Ｎ／ｍｍ以上を満足しないため、クラッド圧延接合
の後の熱処理温度を２００〜４５０℃とした。

【００２３】なお、チタン及びアルミニウム箔素材とは
板厚0.2mm 以下の箔をいう。0.2mmを超えると、新生面
をだすためのブラッシング等の前処理が可能なり、異周
速圧延の必要がなくなるため、この発明では対象としな
い。

【００２４】

【実施例】本発明の実施例を添付図面に基づいて以下に
説明する。

【００２５】図１は、本発明方法を実施するための圧延
装置の原理図であり、圧延装置１は一対の上ロール２、
下ロール３と、クラッド箔材を加熱する手段４と、アル
ミニウム箔素材５を所定の速度で送り出すアルミニウム
アンコイラー６と、チタン箔素材７を所定の速度で送り
出すチタンアンコイラー８と、クラッド箔材９を所定の
速度で巻き取るクラッド材アンコイラー１０と、前記上
・下ロール２、３、加熱手段４、アルミニウムアンコイ
ラー６、チタンアンコイラー８およびクラッド材コイラ
ー１０を総合的に制御する制御手段１１とからなる。

【００２６】なお、上記加熱手段４は、ガス焚加熱炉、
電気抵抗式加熱炉が好適であるが、要はチタン・アルミ
ニウムクラッド箔材９を所定の温度に均一に加熱できる
ものであればよい。

【００２７】まず、制御手段１１により、上ロール２に
対して下ロール３を同周速または低周速にする。下ロー
ル３にアルミニウム箔素材５を巻き付け、一方チタン箔
素材７を圧延ロールである上下ロール２、３の入口に導
き、そこでアルミニウムアンコイラー６やチタンアンコ
イラー８で必要に応じて素材５、７にバックテンション
を掛けることは差し支えない。

【００２８】上記圧延装置１において（下ロール周速度
−上ロール周速度）÷上ロール周速度×１００で定義さ
れる下ロール比率Ｒを０、−１０、……、−５０と変化
させ、素材単位幅当たりの圧延荷重Ｐを適宜変化させて
クラッド箔材を製造した。

【００２９】得られたクラッド材のはく離強度を調べた
ものを表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】なお、はく離試験はＪＩＳ Ｚ ２２４７
によって実施し、はく離強度７Ｎ／ｍｍ以上で評価を○
とし、７Ｎ／ｍｍ未満を×とした。

【００３２】評価で○を付したものは、はく離不能（は
く離しないほど強度が大）もしくは、はく離強度７Ｎ／
ｍｍ以上であって、接合性は十分に高い。

【００３３】表１の試験番号２１、２２はＲが−４０を
下回っているためアルミニウム箔、チタン箔が破断して
いる。また、同表の試験番号１０〜１４は、下ロール比
率Ｒが−３０％を上回っているので、相対すべりによる
接合界面へのせん断応力不足のため、チタン酸化皮膜破
壊不足で弱接合となり、はく離強度７Ｎ／ｍｍ以上を満
足していない。

【００３４】すなわち、下ロール比率Ｒが−３０％≦Ｒ
≦−４０％の範囲では素材単位幅当たりの圧延荷重Ｐ
（Ｎ／ｍｍ）が、3.533 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.408≦Ｐ≦3.
762 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.364を満足すれば、接合性に優れ
たクラッド材を製造することができることを示してい
る。

【００３５】上記実施例では、圧延機を上下一対のロー
ル２、３で構成したが、これに限るものではなく、圧延
機は複数段のタンデムミルでもよく、圧延ロールの本数
は任意である。

【００３６】また、下ロール３側を低周速ロールとした
が、上ロール２側を低周速ロールにすることも可能であ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明かように、本発明法に
より箔の接合強度の高いクラッド材を圧延接合法により
安定して製造ができるようになった。従来のイオンプレ
ーティング法や爆着接合法に比べ圧延接合法は製造コス
ト安となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

図１ 本発明方法を実施するための圧延装置の原理図である。 図２ 低周速ロール周速比率（％）Ｒと圧延荷重との関係を示
す図である。

【符号の説明】

1 圧延装置 2 圧延ロール（上ロール） 3 圧延ロール（下ロール） 4 加熱手段 5 アルミニウム箔素材 6 アルミニウムアンコイラー 7 チタン箔素材 8 チタンアンコイラー 9 クラッド箔材 10 クラッド材コイラー 11 制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下の圧延ロールの周速度が異なる圧延機
   で、チタン箔素材とアルミニウム箔素材とを圧延接合し
   てクラッド箔材を製造する方法であって、圧延機入口で
   の前記チタンおよびアルミニウム箔素材温度を常温のま
   まとし、下記（１）式で示すロール周速比率（Ｒ）が−
   ３０〜−４０％の範囲内となり、かつ圧延荷重Ｐが下記
   （２）式を満足する条件で、チタン箔素材を高周速ロー
   ル側に、アルミニウム箔素材を低周速ロール側になるよ
   うに重ねて圧延することを特徴とする接合性に優れたチ
   タン・アルミニウムクラッド箔材の製造方法。 ロール周速比率（％）Ｒ＝［（Ａ−Ｂ）／Ｂ］×100 ・・・・（１） 3.533 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.408≦Ｐ≦3.762 ×10⁵ （−Ｒ）^-1.364 ・・・・（２） ここで、Ａ：低周速ロールの周速度（m/min ） Ｂ：高周速度ロールの周速度（m/min ） Ｐ：素材単位幅当たりの圧延荷重（Ｎ／ｍｍ） と
   する
2. 【請求項２】請求項１で製造したクラッド箔材に２００
   〜４５０℃の温度範囲で熱処理を施すことを特徴とする
   チタン・アルミニウムクラッド箔材の製造方法。