JPS5927676B2 - 圧延圧着によるチタン又はチタン合金クラッド鋼板の製造方法 - Google Patents

圧延圧着によるチタン又はチタン合金クラッド鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧延圧着法によるチタン又はチタン合金クラ
ッド鋼板の製造方法に関するものである。
チタン又はチタン合金は優れた耐食性を有するために汚
染海域におけれ海洋構造物、化学反応容器、或は海水を
大量に使用する火力・原子力発電所の熱交換器等に使用
され、その需要は年々増大しているが、チタンは高価な
金属であり、構造部材としての大量使用には経済的制約
が大きい。このために業界に於ては、チタン又はチタン
合金を合材(以下単に合材と称す)としたクラッド鋼板
の安定供給が要請されている。従来、チタン又はチタン
合金クラッド鋼板の製造法としては、合材と母材とを重
ね合わせて圧延する圧延圧着法、又は合材と母材とを爆
接する爆着法及びこれ等を組合せた爆着圧延法が知られ
ている。
圧延圧着法は、接着性能向上のために銀、バナジウム、
モリブデン或はこれ等の合金等、高価な中間材を必要と
するも、接着強さのばらつきが大きく、又製造費も著し
く高い等の工業性の面で欠点がある。
爆着法は、接着性能は比較的良好であるが、溶接後の熱
処理において剥離したり、或は広幅長尺鋼板の生産が困
難等の欠点がある。
爆着圧延法は、両者の欠点を相互に補う方法として開発
されたが、爆着工程が騒音公害の観点から人里離れた場
所でなされ、圧延作業は港湾に臨んだ工業都市に立地す
る工場で行われる等、運賃、工期の面で不利であり、又
構造物として溶接後の熱処理で接着性能が劣化して剥離
する等の欠点が未解決である。
本発明は、チタン又はチタン合金クラツド鋼板を、高価
な中間材を使用することなく圧延圧着法にて製造する方
法について、種々検討し、接着性能劣化の主因が、接着
面の酸化による汚損と、炭素鋼、低合金鋼等の母材から
接着界面への炭素拡散及びこの拡散炭素に起因して界面
に連続的に析出するチタン炭化物の存在にあることを見
出し、その対策として圧延前の組合せ空間内を1T0r
r以下の真空に吸引すると共に母材としてチタンTil
ニオブNblモリブデンMOを適宜含有の極低炭素鋼を
用いることによつて接着性能の良好、かつ安定なチタン
又はチタン合金クラツド鋼板を工業的に定価に提供せん
とするものである。
まず、母材としての鋼材の成分について述べる。炭素拡
散移動を抑制するために重量パーセントで炭素Cを0.
07%以下とし、シリコンSiを0.01%乃至0.5
0(fl)、マンガンMnを0.30%乃至2.00%
含み、かつ鋼中の炭素固定元素としてTiの場合は0.
05(fl)乃至0.50(fl)にして、TiのCの
含有量に対する比を3以上、Nbの場合は0.050t
)乃至0.30%にしてNb(7)Cの含有量に対する
比を5以上、MOの場合は0.05(!)乃至1.00
%として、これ等の一種又は二種以上を含む極低炭素鋼
(以下本極低炭素鋼と称す)を使用する。本極低炭素鋼
板では、炭素Cは、0.07%以下であれば全て800
℃乃至950℃の温度範囲にて安定したチタンTilニ
オブNb又はモリブデンMO炭化物として固定されてお
り、母材と合材との接着界面における炭化物の析出はX
線マイクロアナライザー及び電子顕微鏡による観察でも
殆ど検知されないか、極く微量であり、実質的には接着
強さに影響を与えない。シリコンSi及びマンガンMn
は良好なキルド鋼を得るために必要な成分であるが、適
度に添加すると圧延時の展延性が劣化すると共にクラツ
ド鋼の曲げ延性及び靭性を損うのでそれぞれの上限を0
.5%及び2.0%とした。Ti,Nb,MOは本極低
炭素鋼板中の炭素Cを固定させるのに必要な成分である
が、過度に添加すると価格上不利であるので、それぞれ
の上限を0.50%、0.30%及び1.0001)と
するものであるが、更にTi,Nb及びMOの添加量の
上・下限値についての理由を説明する。
まずTiについて説明する。
塩基性電気炉、平炉、転炉等通常の製鋼法で溶製される
鋼には、通常約150ppm以下の窒素が不可避的不純
物として含まれており、鋼中のTlは、この窒素との親
和力が極めて強いため、その含有量は、厳密には鋼中に
含有される炭素量と共に窒素量をも勘案して定められる
べきものである。Ti添加鋼中のTiは、窒化物、炭化
物ならびに鉄基地への固溶Tiとして存在しているが、
Ti添加量0.05%未満では、鋼中に存在するTlの
大部分がTl窒化物として固定され、かつTlO)Cの
含有量に対する比を3以上に確保することが実質的に困
難となるためにTi添加量の下限を0.05%とする。
また、窒素、炭素の固定に消費されたTl以外の鉄基地
に固溶する過剰Tl量が余りに多くなつた場合は、母材
又は合材の延靭性が著しく損われる結果となるために上
限を0.50%とする。NbはT1と同様に炭素及び窒
素に対する親和力が強く、鋼中にはNb窒化物、Nb炭
窒化物、Nb炭化物ならびに固溶Nbとして存在する。
余りにもNb添加量が少ない場合には、NbはむしろN
b窒化物、Nb炭窒化物として存在する割合が多くなる
ので、炭素を完全に固定するには実質的にNb添加量0
.05%以上を必要とし、また過剰のNbは鉄基地に固
溶して母材又は合材の延靭性を損う結果となるので上限
を0.3%とする。MOは鋼中のセメンタイトに固溶す
ると共に一部はMO炭化物として存在して炭素の接着界
面への拡散を著しく遅らせる作用のあることが見出され
たのであるが、0.05%未満の添加ではその作用がな
く、また1.00%を超えて添加した場合は、圧延まま
のクラツド鋼母材又は合材を著しく硬化させ延靭性を劣
化させるので添加量の下限及び上限をそれぞれ0.05
%及び1.00(Ft)とする。次いで接着面の清浄化
にていて述べる。本極低炭素鋼板を母材として使用する
場合にその接着面を酸洗又は電解研麿等の化学的手段又
はグラインダー研麿等の機械的手段により表面酸化皮膜
を除去し、かつアセトン又はトリクロルエチレン等によ
り充分に脱脂して清浄面にする。
他方合材の母材との接着面にも上記と同様の処理を施し
て清浄面にする。次に、合材と本極低炭素鋼板の母材と
の組合せ体について述べる。
合材の清浄面と母材の清浄面とが相密接するように組合
せ、その組合せ面を密封すべく四周に軟鋼の接合板を当
てて溶接して組合せ体を構成する。
その際に、接合板の1個所には、軟鋼、又は低合金鋼か
らなる吸引パイプを取付ける。第1図、第2図、第3図
、第4図に於て、1は本極低炭素鋼よりなる母材であり
、2は合材で、3は分離剤、4は軟鋼の接合板、5は軟
鋼又は低合金鋼からなる吸引パイプで、吸引後の密封し
た状態であり、6,6′は溶接ビードを、7は犠牲板を
示す。
第1図は、同一寸法のチタン又はチタン合金クラツド鋼
板2枚を1回の加熱圧延で得るための組合せ体である。
分離剤3を2枚の合材2,2間に介在させ、合材2,2
の清浄面に母材1,1の清浄面を対向密接させると共に
母材1,1間に接合板4を周接溶接6し、両母材1,1
と四周の接合板4とによつて母材1,1と合材2,2と
の接合面を密封し、密封室Aを構成する。第2図は、1
枚のチタン又はチタン合金クラツド鋼板を得る組合せ体
を示し、厚さ100朋以上の極厚クラツド鋼板、又は非
定尺ものを少量生産する場合に適用する。
合材2の一面には分離剤3を介して犠牲板7を配置して
ある。溶接が完了した組合せ体の吸引パイプ5を真空ポ
ンプに連結して、A室を1T0rr以下に減圧した後に
吸引パイプ5を鍛接等により密閉して切断する。
第3図は、第1図に示す組合せ体の母材1と接合板4と
の溶接を、第4図は、第2図に示す組合せ体の母材1及
び犠牲板7と接合板4との溶接をそれぞれ電子ビーム溶
液6′にて行つた例を示し、この場合は、密封室A内は
自動的に1T0rr以下に減圧されるので吸引パイプ5
は不要である。
なお溶接方法は、被覆アーク溶接、CO2アーク溶接、
電子ビーム溶接、サブマージアーク溶接、TIG溶接等
任意の溶接方法でよい。第5図は、第1図に示す組合せ
体に於て、加熱圧延前のA室の真空度及び圧延比がチタ
ン又はチタン合金クラツド鋼板の接着強度に及ぼす影響
の試験結果を示す。
横軸は圧延比で、縦軸は接着強度をせん断強さで示す。
一点鎖線は、HPI規格の下限値である。本図より、減
圧しない場合は、圧延比2.0以下では殆ど接着せず、
また1乃至10T0rrの真空度ではせん断強さは低く
、かつばらつきも大きく、安定した接着強さを得るため
には、A室の真空度を1T0rr以下とし、圧延比は2
,5以上とする。次に圧延について述べる。
減圧された組合せ体を800℃以上950℃以下の温度
範囲内で均一に加熱した後に圧延比2.5以上の熱間圧
延を行う。
加熱温度950℃以上では合材の粗粒化に伴う表面肌荒
れが著しくなり、また800℃以下では1回の加熱圧延
で所定の圧延比を得るのが困難である。以上の理由によ
り上限、下限をそれぞれ950℃及び800℃とする。
本発明の実施例について説明する。実施例 合材に厚た6m!の純チタン板(JIS2種)を、母材
に(イ)鋼板として厚さ20騙のチタン含有の本極低炭
素鋼板を、(ロ)鋼板として厚さ20肱の軟鋼板(SS
4l相当)を使用して、チタンクラツド鋼板を試作した
母材の化学成分の重量%は次の通りである。
(イ)鋼板と合材及び(ロ)鋼板と合材とのそれぞれの
接着面をグラインダー研麿後に脱脂して清浄面とした後
に、(ロ)鋼板を上側母材とし、(イ)鋼板を下側母材
として第1図に示す組合せ体を構成し、密封室A内を0
.5T0rrに減圧して、920℃で2時間加熱し、1
パス当り5〜10%の圧下率、圧延比3.3に圧延した
。そして、本圧延材及び比較のための爆着圧延板につい
て圧延まま、及び650℃及び750℃で再熱処理を施
したものの接着性能試験を行つた。その結果は表に示す
如くであり、本極低炭素鋼板たる(イ)鋼板は良好な接
着性能を有している。またX線マイクロアナライザーに
よる接着界面の分析の結果ではチタン炭化物は全く認め
られなかつた。以上の説明から容易に理解できるように
、本発明になるチタン又はチタン合金クラツド鋼板の製
造方法によれば、接着界面へのチタン炭化物の析出を防
止できるために良好な接着性能が確保され、二本鋼板を
使用しての熱間成形に於ても剥離の懸念はなく、また特
殊な設備の必要もなくて作業性も良く、極厚品から薄物
まで各種のチタン又はチタン合金クラツド鋼板が低価格
にて製造できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明になるチタン又はチタン合金クラツド鋼
板2枚を、第2図は同じ板1枚を1回の加熱圧延で得ら
れる組合せ体の断面図、第3図は第1図の、第4図は第
2図のそれぞれの組合せ体を電子ビーム溶接で製作した
ものの断面図、第5図は圧延比と、密封室の真空度と、
接着強度を示すせん断強さとの関係を示す線図である。 1:本極低炭素鋼よりなる母材、2:合材、3:分離剤
、4:接合板、5:吸引パイプ、6,6′:溶接ビード
、7:犠牲板。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 重量パーセントでCは0.07%以下、Siは0.
    01%乃至0.50%、Mnは0.30%乃至2.00
    %を含み、鋼中の炭素固定元素として、Tiは0.05
    %乃至0.50%でTiのCに対する比は3以上、Nb
    は0.05%乃至0.30%でNbのCに対する比は5
    以上、Moは0.05%乃至1.00%のうちの一種又
    は二種以上を含む極低炭素鋼を母材とし、チタン又はチ
    タン合金を合材として、(イ)母材と合材との接着界面
    をそれぞれ化学的、又は機械的に清浄面とする工程、(
    ロ)母材と合材との清浄面を密接さし、四周に接合板を
    溶接して組合せ体を構成する工程、(ハ)組合せ体の内
    部を真空度1Torr以下として保持する工程、(ニ)
    該組合せ体を800℃以上、950℃以下の温度範囲内
    に均一加熱し、圧延比2.5以上に圧延する工程、以上
    の各工程からなることを特徴とするチタン又はチタン合
    金クラッド鋼板の製造方法。
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