JPH09103890A - 圧延型非鉄金属クラッド鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】過大な設備負担なく現有設備にて優れた接合強
度を有する広幅または厚肉の圧延型非鉄金属クラッド鋼
板が得られる圧延型非鉄金属クラッド鋼板の製造方法を
提供すること。 【解決手段】炭素鋼からなる母材と非鉄金属からなる合
わせ材との間に、中間材として、母材側に極低炭素鋼板
を、合わせ材側に合わせ材より高い変態点を有しかつ合
わせ材と同種の金属またはそれをベースとする合金から
なる板材を挿入し、これらによりスラブを組み立て、ス
ラブ加熱温度を合わせ材側の中間材の変態点未満の温度
域に制御して圧延し、チタンクラッド鋼板などの非鉄金
属クラッド鋼板を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チタンクラッド等
の圧延型非鉄金属クラッド鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧延型非鉄クラッド鋼板においては、母
材と合わせ材との接合に際して、母材および合わせ材中
に含有される元素が相手側に拡散することによって脆化
相や低融点相を形成し、接合強度や接合性を低下させる
ことが知られている。代表例としては、チタンクラッド
鋼板では母材中の炭素の拡散によって接合界面でＴｉＣ
が形成され、アルミブロンズクラッド鋼板ではＣｕが母
材である炭素鋼へ拡散して粒界割れが生じることが知ら
れている。

【０００３】このような接合強度低下を改善するため
に、母材と合わせ材との間に中間材を挿入し、母材およ
び合わせ材中に含有される元素が拡散し、相手材との界
面で脆化相あるいは低融点相を形成することを抑制する
ことが行われている。

【０００４】例えばチタンクラッド鋼板においては、こ
れまでに、特公昭５７−５５５１４号、特開昭６２−８
９５８８号、特開昭６２−１５８５８４号、特開昭６２
−１９７２８５号、特開昭６２−２２７５８６号、特開
昭６３−５６３７０号、特公平６−７５９６４号等の公
報に開示されているように、その製造過程において母材
である炭素鋼と合わせ材との間に、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎ
ｉ、Ｎｉ合金、極低炭素鋼、あるいはこれらを組み合わ
せたものを中間材として適用し、スラブ組み立て、加
熱、圧延を行う方法が知られている。

【０００５】これらの中間材は、母材中に含有される炭
素のチタン材への拡散を阻害し、ＴｉＣ等の化合物形成
を抑制して、接合界面での脆化を防ぎ、優れた接合性を
達成する効果を有している。

【０００６】また、チタンクラッド鋼板に限らず、非鉄
金属クラッド鋼板の製造に際しては、中間材の適用によ
り脆化相および低融点相の形成を抑制し、優れた接合制
を達成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
中間材を用いることで化合物形成を抑制して優れた接合
強度を得る技術においても、そのスラブ加熱温度に制限
があって、比較的低温の圧延加熱温度とならざるを得な
い。

【０００８】例えば、チタンクラッド鋼板においては、
通常製造している３６００ｍｍ幅材や７０ｍｍ厚材です
らスラブ加熱温度が低いために圧延機に対する負荷が大
きくなるという不都合が生じており、このため４０００
ｍｍ幅を越えるような幅広材や８０ｍｍを越えるような
厚肉材の製造においては、圧延機の能力およびスラブ素
材の変形抵抗等の観点から現用設備での製造は困難であ
る。

【０００９】つまり、現状の圧延設備を採用してチタン
クラッド鋼板を製造するに際してＣｕを中間材として採
用した場合には、スラブ加熱温度が８９０℃以上である
とＴｉとＣｕとにより液相が形成され、圧延時に溶融が
前面および側面から飛散するという不都合が発生する。
また、Ｎｉを中間材として使用した場合には、温度が高
いとＴｉとＮｉとから構成される脆い金属間化合物が形
成され、接合強度を低下させる不都合がある。さらに、
極低炭素鋼を中間材として採用した場合には、当該中間
材にも極微量ではあるが炭素が含まれているので、スラ
ブ加熱温度をチタン材のβ変態点（以下、Ｔβと記す）
以上にすると、チタン材はより炭素の拡散の速いＢＣＣ
構造となり、ＴｉＣが形成されて接合強度の低下につな
がるためＴβ未満のスラブ加熱温度にしなければならな
い。

【００１０】これらの理由により、従来の中間材を使用
した場合にはスラブ加熱温度に制限があり、圧延型チタ
ンクラッド鋼板においては、圧延機の能力およびスラブ
素材の変形抵抗の観点から、現用設備では幅３５００ｍ
ｍ、厚さ５０ｍｍ程度が安定製造の限界となっている。

【００１１】このような加熱温度の制限は、チタンクラ
ッド鋼板に限らず、圧延型のジルコニウムクラッド鋼板
などにおいても存在し、現用より広幅あるいは厚肉など
の圧延荷重がより高くなるような場合において、現用設
備での安定製造が困難となる不都合が生じる。

【００１２】一方で、広幅あるいは厚肉のクラッド鋼板
を製造することは、溶接の省略や歩留まりの向上などの
メリットがある。しかしながら、上述したように現在の
スラブ加熱温度では、広幅化および厚肉化による圧延時
の変形抵抗の上昇による圧延荷重の増大により、現用の
圧延設備では製造不可能となる。また、たとえ圧延がで
きたとしても、各パスにおいて十分な圧下を加えること
ができず、圧延応力が低く合わせ材が十分に塑性変形せ
ず、満足な接合強度が得られない不都合も生じる。

【００１３】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、過大な設備負担なく現有設備にて優れた接合
強度を有する広幅または厚肉の圧延型非鉄金属クラッド
鋼板が得られる圧延型非鉄金属クラッド鋼板の製造方法
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、優れた接
合強度を有する広幅または厚肉の非鉄金属クラッド鋼板
の製造において、圧延機を改造することなく現用の圧延
能力でこれらを製造することが可能な方法について詳細
な検討を重ねた結果、中間材として母材である炭素鋼側
に極低炭素鋼板を、合わせ材側に合わせ材より高い変態
点を有しかつ合わせ材と同種の金属またはそれをベース
とする合金からなる板材を母材と合わせ材との間に挿入
し、スラブを組み立てることにより、スラブ加熱温度を
従来より高くしても脆化相や低融点相などの接合強度に
悪影響を及ぼすような相が厚く形成されることを抑制す
ることができ、かつスラブ加熱温度が高温化されること
により変形抵抗を低下させて圧延することが可能なこと
を見出した。

【００１５】本発明はこのような知見にもとづいてなさ
れたものであり、炭素鋼からなる母材と非鉄金属からな
る合わせ材との間に、中間材として、母材側に極低炭素
鋼板を、合わせ材側に合わせ材より高い変態点を有しか
つ合わせ材と同種の金属またはそれをベースとする合金
からなる板材を挿入し、これらによりスラブを組み立
て、スラブ加熱温度を合わせ材側の中間材の変態点未満
の温度域に制御して圧延することを特徴とする、圧延型
非鉄金属クラッド鋼板の製造方法を提供するものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】中間材として母材である炭素鋼側
に極低炭素鋼を用いることにより、もう一つの中間材お
よび合わせ材へ、脆化相や低融点相を形成する元素の拡
散を抑制することができる。

【００１７】また、合わせ材側のもう一つの中間材とし
て、合わせ材より高い変態点を有し、合わせ材と同種の
金属またはそれをベースとする合金を用いることによ
り、スラブ加熱温度を高温化した際に合わせ材が変態点
を越えて脆化相や低融点相を形成する元素拡散の速い結
晶構造（例えばチタンクラッドではＢＣＣ構造）に変態
した場合にも該中間材はその変態点を越えずに接合強度
に悪影響を及ぼす元素の拡散速度の遅い細密重点の結晶
構造（例えばチタンクラッドではＨＣＰ構造）のままで
維持することができる。したがって、合わせ材および合
わせ材側の中間材への、あるいは合わせ材および合わせ
材側の中間材からの接合強度低下につながる元素の拡散
を防ぎ、スラブ加熱温度を高温化した場合にも接合界面
での脆化相および低融点相形成を抑制することができ、
優れた接合強度を達成することができる。

【００１８】また、合わせ材側の中間材の材質を合わせ
材と同種あるいはそれをベースとする合金とすることに
より、該中間材と合わせ材との間で優れた接合性を達成
することができる。

【００１９】さらに、上述のようにスラブ加熱温度を上
昇させることができるので、圧延時の変形抵抗を低下さ
せることができ、圧延時の圧延機の負担を軽減すること
が可能となるとともに、さらに１パスで大圧下を素材に
加えることを可能とし、これによって一層接合強度が改
善される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。 （実施例１）表１に示す化学組成の炭素鋼、チタン材、
および極低炭素鋼をそれぞれ母材（３５０ｍｍ厚）、合
わせ材（５０ｍｍ厚）、および母材側の中間材（１ｍｍ
厚）として用い、表２に示す化学組成の工業用チタンあ
るいはチタン合金等のチタン材を合わせ材側の中間材
（１ｍｍ厚）として用いて、表３に示す条件でスラブを
組み立て、スラブ加熱、および圧延を行い、チタンクラ
ッド鋼板を製造した。なお、比較のため、クラッド材側
の中間材を用いない鋼板も製造した（表３の番号７，
８，１０，１１）。表３中、番号２〜５，９，１２は本
発明の範囲内のもの、番号１，６〜８，１１は比較例、
番号１０は従来例である。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】これらのチタンクラッド鋼板について、圧
延ままおよび焼鈍後の状態における接合界面でのボイド
発生状況、化合物層の形成状況、および剪断試験や鏡板
加工による接合強度を調査した。その結果を表４、表５
に示す。また図１にスラブ加熱温度と剪断強度との関係
を示す。

【００２５】

【表４】

【００２６】

【表５】

【００２７】従来方法のように、母材＋極低炭素鋼の中
間材＋合わせ材のスラブ組み立ての場合、スラブ加熱温
度が８７０℃では４０００ｍｍ幅を越えるような広幅材
および８０ｍｍ厚を越えるような厚肉材において圧延荷
重が７０００ton または単位幅当たりの荷重が２ton ／
ｍｍを越えて圧延不可能となったり、十分な圧下がとれ
ず、接合強度が１０kgf ／ｍｍ² 以下に低下したりする
ことが確認された（表３の番号７、１０および１１を参
照）。また、スラブ加熱温度を８９０℃と上昇させた場
合には、広幅材においても圧延可能であるが、界面にＴ
ｉＣ層が１０μｍ程度と厚く形成され、剪断強度が低
く、接合強度に問題が生じることが確認された（表３の
番号８を参照）。

【００２８】これに対して、「母材＋極低炭素鋼の中間
材＋高Ｔβのチタン材の中間材＋合わせ材」のスラブ組
み立ての場合、スラブ加熱温度が８７０℃では圧延荷重
の観点から広幅材の製造は不可能だが（表３の番号１を
参照）、スラブ加熱温度が８９０℃、９１０℃と高温に
なると広幅材の製造が可能となり、また接合強度におい
てもＴｉＣ層厚が０．７μｍと薄く、剪断強度も２０ｋ
ｇ／ｍｍ² 以上と高く、また鏡板加工においても剥離が
生じないことが確認された（表３の番号２〜５、９、１
２を参照）。しかし、合わせ材の中間材のＴβを越える
９４０℃でスラブ加熱を行った場合には、界面のＴｉＣ
層が８μｍ程度と厚くなり、やはり剪断強度が低下する
（表３の番号６を参照）。このため、合わせ材側の中間
材としてチタン材を用いた場合には、スラブ加熱温度Ｔ
（℃）を８９０℃≦Ｔ＜Ｔβとする必要があることがわ
かる。また、この際の合わせ材側の中間材としてのチタ
ン材においては、前記スラブ加熱温度を満足したうえで
圧延荷重を低減するためには、そのＴβは８９０℃より
十分に高い９００℃以上である必要があることが確認さ
れた。なお、これらの圧延荷重低減効果はスラブ寸法や
合わせ材側の中間材となるチタン材の材質にはよらな
い。

【００２９】以上の結果から明らかなように、本発明の
範囲内の製造条件によって、過大な設備負担なく現有の
設備にて接合強度に優れた広幅あるいは厚肉のチタンク
ラッド鋼板の製造が可能となる。

【００３０】なお、上記実施例では、チタンクラッド鋼
板の場合を例にとって示したが、これに限らず、ジルコ
ニウムクラッド鋼板などの他の非鉄金属クラッド鋼板に
おいても基本的な思想および効果はチタンクラッド鋼板
の場合と変わりなく、同様に適用可能なことはもちろん
である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
優れた接合強度を維持しつつ圧延温度を上昇させること
ができるので圧延時の圧延荷重が低減され、過大な設備
負担なく現有設備にて優れた接合強度を有する広幅また
は厚肉の圧延型非鉄金属クラッド鋼板を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラブ加熱温度と剪断強度との関係を示す図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素鋼からなる母材と非鉄金属からなる
   合わせ材との間に、中間材として、母材側に極低炭素鋼
   板を、合わせ材側に合わせ材より高い変態点を有しかつ
   合わせ材と同種の金属またはそれをベースとする合金か
   らなる板材を挿入し、これらによりスラブを組み立て、
   スラブ加熱温度を合わせ材側の中間材の変態点未満の温
   度域に制御して圧延することを特徴とする、圧延型非鉄
   金属クラッド鋼板の製造方法。