JPH1076376A

JPH1076376A - チタンクラッド鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH1076376A
Application number: JP22987696A
Authority: JP
Inventors: Masanori Taiyama; 正則泰山; Kiyoyuki Fukui; 清之福井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】圧延法によるチタンクラッド鋼板の製造におい
て、離形面を簡易に離形できるチタンクラッド鋼板の製
造方法の提供。【解決手段】（１）溶接による圧延用スラブ組立て時に
スラブの蓋材３とチタン２の離形面４に、セラミックス
及び２５〜８０mass％のアクリル系合成樹脂を含む離形
剤を５〜３０ｇ／ｍ2 以上塗布するチタンクラッド鋼板
の製造方法。（２）対称型の圧延用スラブの溶接による組立て時に、
合わせ材であるチタン２の離形面４に、セラミックス及
び２５〜８０mass％のアクリル系合成樹脂を含む離形剤
を５〜３０ｇ／ｍ2 以上塗布するチタンクラッド鋼板の
製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延法によって製
造されるチタンクラッド鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】クラッド材は、異種金属を層状に接合し
たもので、それぞれの金属が有する優れた特性を合わせ
持った材料として注目されている。特に、チタンクラッ
ド鋼は、鋼の優れた強度、熱伝導性及び溶接性とチタン
の高耐食性とを合わせ持った材料として、化学プラント
等や各種海洋施設等への適用が進められている。

【０００３】現在、チタンクラッド鋼は、大別して、爆
着法又は圧延法により製造されている。前者の爆着法で
は、爆発のエネルギーを利用して、チタンと鋼の接合を
行うもので、接合材のサイズ、形状が小さいものに限定
されることに加え、爆着作業を行う場所も大きな制約を
受けるため、大量生産には不向きであり、安価なチタン
クラッド鋼板を製造することは困難である。

【０００４】後者の圧延法による方法では、従来の圧延
設備が利用でき、板厚の制限が小さく、生産性も比較的
高いことから、爆着法と比べ、有利な製造方法と言うこ
とができる。しかし、熱間圧延中に、チタンと鋼の接合
界面に脆弱な金属間化合物が形成される可能性が高く、
この金属間化合物の形成により、クラッド鋼の界面強度
や耐食性が低下する。このような接合界面での金属間化
合物の形成防止のために、Ｆｅ−Ｔｉの相互拡散を防止
するという観点から、接合界面へのＮｉ箔の挿入などの
種々の取り組みがなされている。

【０００５】以後の説明において、母材と合わせ材とが
接合されるべき界面を“接合界面”又は“接合面”とい
い、後記するように、圧延後に剥離が容易に起きなけれ
ばならない界面を“離形面”という。

【０００６】上記の圧延法によるクラッド鋼板の製造に
おいて、圧延用スラブの組立て時に、鋼母材と合わせ材
チタンを重ね合わせ両者の端を直接溶接すると、溶接
時、溶接部に上記の脆弱な金属間化合物が形成されるの
で両者を直接溶接することは避けなければならない。

【０００７】図１は、チタンクラッド鋼の圧延用スラブ
の圧延方向に垂直な断面図である。図１において、蓋材
３及びスペーサー５の材質は母材１と同種の鋼であり、
溶接は蓋材３とスペーサー５、母材１とスペーサー５と
いう鋼同士の個所でのみ行われ、蓋材３とチタン２の接
触する離形面４には離形剤が塗布されるのが普通であ
る。図１に示すスラブを特に非対称型スラブという場合
がある。

【０００８】図２は蓋材を用いないですむ対称型の圧延
用スラブを示す図面である。対称型の圧延用スラブを用
いる場合には、図１の蓋材はなく、鋼（母材）／チタン
（合わせ材）／離形剤／チタン（合わせ材）／鋼（母
材）のように離形面を対称面として重ね合わされたスラ
ブとなる。したがって、離形剤は合わせ材であるチタン
の間に介在することになる。

【０００９】このような、対称型又は非対称型のスラブ
を組み立て、圧延し接合する方法では、離形面、すなわ
ち非対称型のスラブでは蓋材とチタンの、また、対称型
のスラブではチタンとチタンとの界面の離形性が問題と
なる。

【００１０】これら界面での離形性の向上については、
多くの提案がなされてきた。

【００１１】その一つとして、チタン表面の圧延による
肌荒れを防止するために、潤滑性の高い雲母、リン酸カ
リウム塩、チタン酸カリウム塩を３０〜８０mass％含
み、残部を酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムとする
離形剤が有効であるとの提案がある（特開平２−２０５
２８０号公報）。

【００１２】また、特開平３−２８５７８１号公報に
は、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 又はＡｌ₂Ｏ₃の何れかを主成分と
する離形剤、又はこれらを主成分とする繊維状の断熱材
料を用い、スラブの中央部から圧延を開始することによ
り、表面性能の優れたチタンクラッド鋼を得る方法が提
案されている。

【００１３】また、この他に、離形剤として水ガラス、
ソーダガラス粉末、クロマイト等の無機粘結剤を用いる
方法（特開昭５９−３０５１５号公報）、さらに、Ａｌ
₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂ 及び軟鋼の黒皮スケールを用いる方法
（特開昭６２−９７７８１号公報）が提案されている。

【００１４】また、特公平６−９８３６３号公報には、
粒径１μｍ以下のＡｌ₂Ｏ₃粉を９９mass％以上、水溶性
アルキッド樹脂からなる有機系粘着剤を０．１〜０．８
mass％、及びポリオキシエチレンアルキルエーテルから
なる有機系分散剤を０．１〜０．５mass％含む離形剤を
圧延後の表面積に換算して５〜１００ｇ／ｍ² 塗布する
方法が示されている。

【００１５】これら従来の方法においては、離形剤中の
Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ などの高融点のセラミック
スによりチタンと鋼の接触が防止されることにより、離
形性の向上が図られる。

【００１６】通常、安価なチタンクラッド鋼を多量に製
造するために、現行の鋼用熱延設備を利用する場合、加
熱温度は９００℃以上となり、また、スラブの圧下比は
１０以上となる。離形性としては、このような圧延を行
った後、レベラー変形等を与えることにより、蓋材とチ
タン、又はチタン同士の離形面が容易に離形されること
が要求される。従来の方法では圧延中にセラミックスが
不均一に分布することとなり、目的とする効果が得られ
ず、全面にわたって完全に離形されることはほとんどな
かった。一個所でも離形できない部分があると、離形の
ための非能率的なプレス等の作業、又は離形ができない
場合の切断などの処置に多くの工数を要し、かつ歩留ま
りの低下も避けられない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、鋼の
熱間圧延設備によるチタンクラッド鋼板の製造方法にお
いて、離形性と塗布作業性の良い離形剤を用いることに
より、接合界面の接合強度を十分に確保しつつ離形面が
作業性良く離形されるチタンクラッド鋼板の製造方法を
提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは種々の離形
剤を探索し、９００℃以上の加熱温度及び高圧下比の条
件下で圧延を行い系統的に試験した結果、つぎの事項を
確認することができた。

【００１９】これまでの方法では、離形剤として用い
るＡｌ₂Ｏ₃セラミックス等は、圧下比１０以上の大変形
が加わる場合には、変形能が乏しいために、圧延後の離
形面に均一に分布することはほとんど無い。さらに、圧
延温度が高いために、セラミックスによる接触防止が不
完全な箇所では、部分的にＴｉ等の金属元素の拡散が促
進され金属結合が形成される。このため、蓋材とチタ
ン、又はチタンとチタンを全面にわたって完全に離形さ
せることが難しくなる。

【００２０】従来のセラミックスによる接触の防止に
加え、炭素（Ｃ）を用い離形面のチタン表面にＴｉＣを
形成させると、クラッド界面の接合強度を確保したまま
優れた離形性が得られ、上記課題は解決される。さら
に、離形剤の均一塗布作業性、均一付着性及び離形剤の
塗布膜の表面割れ防止の観点から、ＴｉＣを形成させる
Ｃ源として、従来から塗料等に用いられるアクリル系合
成樹脂が適したものであることを見いだした。

【００２１】本発明は上記の事項を基にして完成された
ものであり、下記のチタンクラッド鋼板の製造方法を要
旨とする（図１及び図２参照）。

【００２２】（１）熱間圧延により母材である鋼１と合
わせ材であるチタン２とを接合するチタンクラッド鋼板
の製造方法において、スラブの蓋材３とチタン２の離形
面４に、セラミックス及び２５〜８０mass％のアクリル
系合成樹脂を含む離形剤を５〜３０ｇ／ｍ² 塗布し溶接
により圧延用スラブを組立てるチタンクラッド鋼板の製
造方法。

【００２３】（２）対称型圧延スラブの熱間圧延により
母材である鋼１と合わせ材であるチタン２とを接合する
チタンクラッド鋼板の製造方法において、合わせ材であ
るチタン２の離形面４に、セラミックス及び２５〜８０
mass％のアクリル系合成樹脂を含む離形剤を５〜３０ｇ
／ｍ² 塗布し、対称型の圧延用スラブを溶接により組立
てるチタンクラッド鋼板の製造方法。

【００２４】上記において、熱間圧延とは、鋼の圧延に
おける厚板圧延又はホットコイルの圧延等、熱間で鋼板
を圧延する方法をさす。

【００２５】“チタン”というときには純チタン及び工
業用チタンのみならず“チタン合金”も含まれる。

【００２６】離形面に離形剤を塗布するとは、離形面の
両方の面、又は片面に離形剤を塗布し、両方の面の場合
でも片面の場合でもその付着量は同じ範囲の５〜３０ｇ
／ｍ² であることを意味する。

【００２７】セラミックスとは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、
ＺｒＯ₂、ＳｉＯなど通常のセラミックスが該当し、従
来の離形剤である水ガラスなどは当然該当しない。

【００２８】離形剤はセラミックス及び２５〜８０mass
％のアクリル系合成樹脂を主成分とするが、その他に分
散剤と増粘剤を合わせて０〜１０mass%、及び不可避的
不純物を含むものとする。

【００２９】アクリル系合成樹脂はアクリル系合成樹脂
自体がエマルション状であるものが望ましい。“エマル
ション状”とはアクリル系合成樹脂のコロイド状粒子又
はそれより粗大な粒子が、他の液相のアクリル系合成樹
脂のなかに分散して乳状になっている状態をさす。

【００３０】

【発明の実施の態様】

１．アクリル系合成樹脂アクリル系合成樹脂中のＣがスラブ加熱中にＣＯ₂ とな
り、チタン表面の適切な範囲にＴｉＣを形成する。アク
リル系合成樹脂としては、常温でアクリル系合成樹脂自
体がエマルション状であるものが望ましく、具体的には
アクリル酸エチルを主体とし、アクリル酸メチル、アク
リル酸ブチルが重合されたもので、たとえば、Rohm & H
ass社製のPrimal AC-33 又はAC-55 等が該当する。アク
リル系合成樹脂自体がエマルション状で、かつ離形剤中
のセラミックス含有率が適正であればセラミックスは離
形剤中に均一に懸濁され塗布作業性（常温での速乾性、
付着性）や塗膜の均一性を確保しやすい。

【００３１】このアクリル系合成樹脂は、離形剤に２５
〜８０mass％含まれていなければならない。

【００３２】アクリル系合成樹脂が離形剤のなかで２５
mass％未満では、ＣＯ₂ となってチタン表面でＴｉＣを
形成するＣが不足して、離形性が不十分なものとなる。
また、離形剤中の残りの主成分であるセラミックスが相
対的に多くなり、乾燥後の離形剤表面にひび割れを生じ
る。さらに塗装作業性が低下することに加え、均一に塗
布することが難しくなる。

【００３３】一方、アクリル系合成樹脂が８０mass％を
超えると、ＣＯ₂ が過剰となり接合界面にまで回り込
み、接合界面にＴｉＣを形成して接合強度を劣化させる
ことになる。また、離形面のチタン表面でのＴｉＣ層も
厚くなり、表面のＴｉＣ層を除去する圧延後の酸洗処理
において長時間の酸洗処理が必要となり、チタン表面の
平滑性が損なわれる。

【００３４】したがって、離形剤中のアクリル系合成樹
脂の含有率は２５〜８０mass％でなければならない。

【００３５】２．セラミックスセラミックスの種類としては、圧延前に加熱温度にて保
持した場合にチタン、鋼等と反応することなく、かつ熱
分解などを起こさないものであればよい。たとえば、Ｓ
ｉＣ、Ｚｒ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ
など通常のセラミックスが該当し、従来の離形剤である
水ガラスなどは当然該当しない。

【００３６】本発明における離形剤において、セラミッ
クスはアクリル系合成樹脂を除いた残りのほとんどの部
分を形成する。アクリル系合成樹脂及びセラミックス以
外の成分としては、少量の分散剤、増粘剤及び不可避的
不純物があるが、あくまで少量なので、セラミックスは
離形剤中で実質的に１０〜７０mass％と考えることがで
きる。

【００３７】上記のセラミックスは、離形面において離
形面の両側にある材料同士の接触を従来の離形剤におけ
る作用と同様に防止して、上記のアクリル系合成樹脂の
働きを補助し、全体的に離形剤の効果を高いものにする
のである。

【００３８】３．その他の成分離形剤のその他の成分として、分散剤及び増粘剤を含ん
でもよく、また、含まなくてもよい。増粘剤としてはポ
リビニルアルコール、メチルセルロース等を、また、分
散剤としてはアルキルナフタレンスルホン酸ソーダのホ
ルマリン縮合物、低分子量のポリアクリル酸アンモン、
低分子量のスチレンマレイン酸アンモン共重合体等を用
いることができる。

【００３９】離形剤中のセラミックスの均一分散と離形
剤の塗布厚さを確保するためには、分散剤及び増粘剤は
合わせて０〜１０mass% 含ませるのが望ましい。分散剤
と増粘剤の合計が１０mass% を超えると、セラミックス
及びアクリル系合成樹脂の量が減少し離形が不十分とな
り、本発明の目的を達成できないので含ませる場合でも
１０mass% 以下にすることが望ましい。

【００４０】その他に不可避的に混入する不純物がある
が、不純物はできるだけ低いことが好ましく、実際、数
mass%以下にすることは容易である。

【００４１】４．塗布本発明において離形剤の付着量は、５〜３０ｇ／ｍ² と
し、できるだけ均一に塗布されていなければならない。
離形剤が５ｇ／ｍ² 未満では、チタン面に形成されるＴ
ｉＣの割合が小さく、十分な離形の効果が得られない。
一方、３０ｇ／ｍ² を超えると離形面のアクリル系合成
量が多くなり、加熱中にＣＯ₂ が接合界面にまで回り込
み、接合界面にＴｉＣを形成して接合強度を劣化させ
る。また、塗布やその後の乾燥等に長時間を要し作業性
を害する。

【００４２】塗布は、刷毛、ローラ、スプレイのいずれ
かを用いて行い、塗布した後放置して乾燥させる。乾燥
後、鋼材同士を溶接し、図１又は図２に示したような圧
延用スラブに組みたてる。

【００４３】５．圧延方法本発明における離形剤は、９００℃以上の加熱及び圧下
比１０以上の条件にて、十分な効果を示すが、これ以下
の加熱温度、あるいは圧下比においても十分な効果を示
すことはいうまでもない。圧延用スラブを組みたてた
後、通常のクラッド鋼板製造方法において採られる圧延
方法により製造することができる。

【００４４】

【実施例】つぎに実施例によって本発明の効果を説明す
る。

【００４５】表１は実施に用いた離形剤の種類及び圧延
条件を示す一覧表である。同表において、分散剤（アル
キルナフタレンスルホン酸ソーダのホルマリン縮合物）
と増粘剤（ポリビニルアルコール）を合わせた合計は、
試験番号１０〜１２は０mass% （無添加）、試験番号１
９、２２、２３は５mass%、他はおよそ１０mass%とし
た。

【００４６】

【表１】

【００４７】合わせ材及び母材としては、純チタン板
（板厚２０ｍｍ）及び低炭素鋼板（板厚８０ｍｍ）を用
いた。蓋材は母材と同じ低炭素鋼板を用い、板厚は３０
ｍｍとした。母材の接合面は機械加工により研削し、蓋
剤の離形面は黒皮ままとした。純チタン板の表面は母材
と同様に機械研削した。圧延条件は、８５０〜１１００
℃のいずれかの温度に２時間保持し、圧延における圧下
比は５〜２０とした。

【００４８】離形性の評価は、圧延終了材を蓋材がつい
たまま、全幅（５００ｍｍ）にわたり切断し、さらにス
ペーサー部を取り除くため、両端３０ｍｍを切り落とし
た。これらの蓋材がついた“切り板試験体”を曲がり取
りレベラーに通板し、レベラーでの変形により蓋材が離
形するか否かにより評価した。なお、塗布作業性は、塗
布作業時の作業のしやすさを感覚的に２段階に分けて評
価した。

【００４９】これらの評価結果を表１に示す。

【００５０】試験番号１０、１１は従来の１００％セラ
ミックスの離形剤を用いた結果である。試験番号１１に
示すように、従来の離形剤の場合、９００℃未満という
低い加熱温度では、十分な離形性を有するが、これを高
温加熱圧延した条件では、試験番号１０に示すようにセ
ラミックスの分布が不均一となり十分な離形性が得られ
ない。

【００５１】また、試験番号１０、１１、１２のような
セラミックスのみの場合、又は試験番号２３のような９
０％セラミックスの場合では、離形剤の付着性、均一分
布及びその塗布作業性に問題がある。

【００５２】試験番号１８のように従来の離形剤である
水ガラスを用いた場合は、塗布作業性は良好でない。

【００５３】逆に試験番号１９のようにセラミックスの
比率が低く、アクリル系合成樹脂の比率が８５mass％と
高い場合には、加熱中に合成樹脂から発生したガス成分
により接合界面が汚染され、接合界面の接合強度の低下
が生じた（表１中のマーク××）。

【００５４】これに対して、本発明の範囲内の離形剤を
用いた本発明例は、いずれも作業性が良好で、加熱温度
９００℃以上、圧下比１０以上の圧延条件下においても
十分な離形性を示すチタンクラッド鋼板を製造すること
ができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、既存の熱間圧延設備を
利用して、大量かつ安価にチタンクラッド鋼板の供給が
可能となる。このため、耐海水腐食性が要求される海洋
構造物、飛行場など各種海上施設などへの大規模な適用
が可能となり、関連産業のみならず国民生活に有益な効
果を及ぼす。

【図面の簡単な説明】

【図１】非対称型のチタンクラッド鋼の圧延用組立スラ
ブの圧延方向に垂直な断面図

【図２】対称型のチタンクラッド鋼の圧延用組立スラブ
の圧延方向に垂直な断面図

【符号の説明】

１…鋼２…チタン３…蓋材４…離形面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 //(Ｃ１０Ｍ 111/04 103:06 107:28）Ｃ１０Ｎ 40:24 40:36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱間圧延により母材である鋼（１）と合わ
せ材であるチタン（２）とを接合するチタンクラッド鋼
板の製造方法において、スラブの蓋材（３）とチタン
（２）の離形面（４）に、セラミックス及び２５〜８０
mass％のアクリル系合成樹脂を含む離形剤を５〜３０ｇ
／ｍ² 塗布し溶接により圧延用スラブを組立てることを
特徴とする、圧延後に離形面が容易に離形されるチタン
クラッド鋼板の製造方法。
【請求項２】対称型圧延スラブの熱間圧延により母材で
ある鋼（１）と合わせ材であるチタン（２）とを接合す
るチタンクラッド鋼板の製造方法において、合わせ材で
あるチタン（２）の離形面（４）に、セラミックス及び
２５〜８０mass％のアクリル系合成樹脂を含む離形剤を
５〜３０ｇ／ｍ² 塗布し、対称型の圧延用スラブを溶接
により組立てることを特徴とする、圧延後に離形面が容
易に離形されるチタンクラッド鋼板の製造方法。