JPS60124483A - チタンクラツド材の製造方法 - Google Patents

チタンクラツド材の製造方法

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JPS60124483A
JPS60124483A JP23092483A JP23092483A JPS60124483A JP S60124483 A JPS60124483 A JP S60124483A JP 23092483 A JP23092483 A JP 23092483A JP 23092483 A JP23092483 A JP 23092483A JP S60124483 A JPS60124483 A JP S60124483A
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JP
Japan
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titanium
steel
stainless steel
joint
bonding
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Pending
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JP23092483A
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English (en)
Inventor
Masahiro Aoki
正紘 青木
Akiyasu Ikeda
了康 池田
Takeshi Yoshida
毅 吉田
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Nippon Stainless Steel Co Ltd
Original Assignee
Nippon Stainless Steel Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/16Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating with interposition of special material to facilitate connection of the parts, e.g. material for absorbing or producing gas

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明に、接合強度が高く、かつ優れた加工性分有す
るチタンクラッド材を、ロール法或いは拡散接合法によ
って安定確実に製造する方法に関するものである。
・上注 −t−Δソ7ピキlソさ公の有寸ス優引を耐食
性に注目し、比較的安価である割には機械的強度や加工
性が良好な鉄系金属材料の母料に、これらチタン又はチ
タン合金をクラッドしたリライニンクしたり、シたとこ
ろのチタンクラッド材やチタンライニング材の使用が、
化学装置類全中心として益々増加する傾向をみせている
ところで、従来知られている鉄系金属を母材としたチタ
ンクラッド材の製造方法は。
■ 爆着室内において爆薬を爆発させ、その衝撃圧によ
り対向配置した母材と合せ材とを接合する“′爆着法″
、 ■ 母材と合せ材との接合界面を清浄化してから、接合
界面の空間全真空引き保持可能にすべく溶接組立てする
か或いはバック材に詰めるかし、次いで0.1 Tor
r以下に接合界面全真空引きした後、チタン及びチタン
合金の熱間加工時における一般的加熱温度である700
〜950℃に加熱し、熱間圧延して接合するパロール法
″、 ■、母材と合せ材との接合界面を清浄化してから、真空
度: 10−3〜10−’mmHgの真空炉中にて界而
k O,’5 Kq/ ct!、前後に加圧しながら7
00〜900℃の温度で30分程度加熱処理して接合す
るパ拡散接合法″、 の3つに大別することができる。
ところが、Fe、Cr及びNi等、一般の鉄基金属を構
成する元素のチタンに対する溶解度に比較的低く、しか
もチタンは上記元素を含めて他の忙属元累との結合力(
親和力〕が強くて金属間化合物全形成しやすい」二、形
成された金属間化合物の殆んどは脆くて加工性が著しく
劣るものであることから、パロール法″或いは′°拡散
接合法″等の如き、接合界面における元素の拡散により
母材と合せ材と全接合させるようなりラッド製造法では
、鉄基金属全構成する元素がチタン内部に拡散・侵入す
る−よりもチタンと結合して脆弱な金属間化合物層全形
成する傾向の方が強く表われて、良好な接合強度が得ら
れないばかりか、加工性に著しく劣るクラツド材しか製
造することができなかったのである。
このようなことから、チタン又はチタン合金と他の金属
(例えば鋼)とのクラッド材ヲ″ロール法″や′°拡散
接合法″で製造しようとする場合に問題となる接合界面
の脆弱な拡散層の生成を防止又は抑制するために、母材
と合せ材との間1cAg。
Ou、 Nb、 Ta、 v、 Mo、 Cr及び14
1等の薄板又は箔を接合中間材として挿入したり、接合
界面にこれらの金属のメッキ層全施したりする方法も試
みられたが、このような一方法によっても、加工性及び
接合強度のいずれの点葡も十分に満足イーるクラッド材
葡得ることができなかったばかりか、クラツド材の製造
コストヲも高めることとなるため、未た実用化される[
i至っていない。
これに対して、°゛爆着法″は、加熱による拡散現象全
利用するものではないので金属間化合物全主体とする脆
弱な拡散層が形成されず、しかも強大な衝撃圧によって
強固が接合状態が得られることから、工業的に実用化さ
れている唯一のチタンクラッド材製造手段と言えるもの
であった。
しかしながら、爆着法には、例えば薄板材の製造ができ
ないなど、種々の要因から製品寸法(面積や板厚)に制
限がある上、大量生産方式の採用が不可能で、しかも製
造コストも高いという問題点があり、これらの難点を克
服したチタンクラッド材の製造法が切望されているのが
現状であった。
本発明者等は、上述のような観点から、チタン又は、チ
タン合金を合せ材とし、炭素鋼、低合金鋼及びステンレ
ス鋼等の鉄系金属を母材とするクラツド材であって、し
かも優れた接合強度や加工性を備えた製品を、形状や寸
法に制限されることなく低コストにて量産し得る方法を
見出して、新機能製品開発の途全も切り開くべく、特に
製品寸法等に対する制限が比較的少ない上に量産が可能
な前記°′フロール法及び°′拡散接合法″に着目し、
それらの方法を実施する際に不可避的に生ずる接合界面
の金属間化合物脆化層の生成、並びにその脆化の度合を
出来得る限り小さな範囲に抑え得るところの、安価な手
段の開発を目脂して研究を行った結果。
前述したような純金属から成る公知の接合中間材でにな
く、これらとは全く異なるフェライト系ステンレス鋼或
いはマルテンサイト系ステンレス鋼から成る薄板状等の
接合中間材全チタン又はチタン合金合せ材と鉄系金属母
材との界面に挿入しておけば、゛′クロール法全適用し
たとしても、或いハパ拡散接合法″全適用したとしても
5その接合界面に金属間化合物脆化層の生成されること
が防止され、しかもそれらが強固に結合して、″爆着法
″によるものに劣らない優ね、た接合強度と加工性金儲
えたチタンクラッド材を得ることができる、 との知見を得るに至ったのである。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり。
鉄系金属を母材とし、チタン又はチタン合金ヲ合せ祠と
したチタンクラッド材をロール法或いは拡散接合法によ
って製造するに際し、母材と合せ材との接合中間材とし
てフェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステ
ンレス鋼を用いることにより、接合強度と加工性に優れ
たチタンクラッド材をコスト安く安定して製造し得るよ
うにした点に特徴を有するものである。
なお、ここで「鉄系金属jとは、炭素鋼、低合金鋼、各
種ステンレス鋼等、あらゆる鉄基合蛍ヲ総称するもので
あυ、また「チタン合金」についても、種類による格別
な制限は無い。
また、「ロール法」及び「拡散接合法」とは、前記0項
及び0項で説明したような、通常知られているクラツド
材製造手段を指すことにもちろんである。
そして、本発明方法において接合中間材として使用する
「フェライト系ステンレス鋼」及ヒ「マルテンサイト系
ステンレス鋼」とn5Fe−Cr系又ij Fe −O
r −MO系の5US405鋼、5US410L鋼、5
US430鋼、5US430F鋼、5US444鋼等と
して表示されるフェライト系ステンレス鋼や、5US4
03鋼、5US410鋼、5US410J1鋼、5US
416鋼、5US420J1鋼、SU’5420J2鋼
、5US431鋼、SU S 4.4 OC鋼等として
表示されるマルテンサイト系ステンレス鋼のいずれも全
意味するものであシ、理由は未だ完全に解明されていな
いが、これらいずれのフェライト系ステンレス鋼やマル
テンサイト系ステンレス鋼を接合中間拐として使用した
としても、″ロール法″や″拡散接合法″により優れた
接合強度及び加工性全有するチタンクラッド材が得られ
るのである。
次いで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明する。
実施例 1 才ず、第1図に示されるような、寸法が6鴫′×150
叫×200陥で、J工S規烙の第1種相当の純チタン板
1,1を合せ材とし、寸法が107×150■X200
胴で、JIS規格の5B42相当鋼板2を母材とすると
ともに、その界面にそれぞれ純Ni、5US304鋼、
 、S U S 444鋼。
5US430鋼、及び5Us410L鋼から成る0、1
箇厚の板材を接合中間材3,3として挿入した複数のチ
タンクラッド素材を用意し、これ全第1図に示すように
1寸法、2謳X22mmX150m+nのJ工S規格第
1種相当純チタン板から成るパック材4を使ってパック
状に溶接組立てした。
使用した合せ材、母材、並びに接合中間材の化学組成を
第1表に示す。
なお、母材2及び合せ材lの界面は、それぞれ予めパフ
研摩した後、アセトンにより脱脂し清浄化しておいた。
次いで、これらの各々について、850℃に加熱して1
時間保持したものと、950℃に加熱して1時間保持し
たものとのグループ全作り、それぞれを素材総厚さにて
、 22鵡(素材厚) →16.5 wn→12咽→95徊
のバススケジュールで熱間圧延してチタンクラッド鋼板
全製造した。
続いて、これ全超音波探傷試験に付して接合面の接合状
況が良好なこと全確認した上で、これらクラッド鋼板全
圧延のまま、並びに700℃で30分の焼鈍を実施して
から、側曲げ試験(曲げ半径:板厚×3のローラー曲げ
)を行い、それぞれのクラッドの接合強度と加工性を評
価した。
このようにして得られた曲げ試験の結果を第2表に示す
。なお、第2表では ○印・接合界面に剥離割れを生ぜず、接合強度が良好で
ある、 X印・接合界面に剥離割れを生じ、接合強度が不良であ
る。
’c意味り、それぞれ3個の試料について測定した結果
が示されている。
第2表に示される結果からは、いずれの製造条件の場合
でも、純Ni、及び5US304鋼(オーステナイト系
ステンレス鋼)を接合中間材とするもの、並びに接合中
間材無しのものは、接合強度が弱く、接合界面にて剥離
割れを生じて加工性が悪いものであることがわかるのに
対して、5US430鋼、5US444鋼及びS U 
S’410 ’L鋼(いずれもフェライト系ステンレス
鋼)ヲ接合中間材として挿入したものは接合界面が健全
であり、非常に良好な接合強度と加工性を有しているこ
とが明白である。
因に、第2図は、第2表に示される試料番号1−1:ハ
カ喉ソに一ε炬の壇舎界面履徹鐘絹織写真図全比較した
ものであるが、純N1及び5US304fa全接合中間
材とするもの、並びに接合中間材なしのものには接合界
面チタン側に広範囲な拡散層の生成が認められるのに対
して、5US430fa及び5US444鋼を中間材と
するものにはこのような鉱散層全認めることができない
このようなことから1両者の接合強度と曲げ加工性の差
異に、接合界面チタン側に生成する拡散層(異相)の有
無によるものと推測されるのである。
なお、この実施例においては、JIS規格のSB42m
*母材としたものに関する例のみを示したが、接合中間
材として用いた5US430鋼。
strs444m、 並びl[SU、S410Lmと良
好な接合性が得られるニッケルクロム鋼やクロムモリブ
デン鋼の如き低合金鋼、或いは5US304鋼や5US
316鋼等の他の鉄系金属を母材としても、同様に良好
な結果を得られることが確認された。
実施例 2 1ず、第3図に示されるように、寸法が6畷×150祁
×150胴で、JIS規格の第1種相当の純チタン板で
ある合せ材5の上に、寸法が10咽X150+MIX1
50胸で、J工S規格の5B42相当鋼板である母材6
を重ねるとともに、その両者の間に中間材7として、そ
れぞれ0.1閣厚の5US430鋼、5US444鋼、
5US410L鋼又1dsUs304鋼の薄板材、或い
は純N1箔全挿入した状態で真空炉に装入し、この上に
0.5に9 / ca VC相当する重錘を載せてから
、30分間の加熱保持全行った。なお、加熱保持温度は
、750℃と850℃の2種類とした。まfc1真空炉
は、3 1O〜10 mHgの範囲になるように真空引きした。
このときの母材6及び合せ材5の接触表面は、実施例1
の場合と同様に、機械切削によシ平滑に加工してから2
40番パフ研摩し1次いでアセトンによシ脱脂し清浄化
されており、中間材7−I−J、その両面がアセトンに
より脱脂清浄化されていた。
このようにして拡散接合したチタンクラッド鋼板につい
て、超音波試験によって接合面の接合状況良好なるを確
認1〜た後、曲げ半径が試料厚さの3倍のポンチを用い
て側曲げ試験を実施し、接合界面に発生する割れの有無
によってクラッドの接合強度と加工性?評価した。
第3表はこの試験結果を示したものであり、表中の○印
及びX印は第2表におけると同様の状況を示すものであ
る。
第3表に示される結果からも明らかなようIc。
5US430鋼、5US444鋼及び5US41QL鋼
全接合中間材として挿入したクラッドはいずれも良好な
接合性を示したが、接合中間材なしのもの、及び純N1
箔や5US304鋼全接合中間材として用いたものは、
いずれも接合界面に剥離割れを生じており、実施例1に
おけると同様の結果となっていた。
上述のように、この発明によれば、″ロール法″や“拡
散接合法パによって、接合強度が高く、かつ優れた加工
性を有するチタンクラッド材をコスト安く量産すること
が可能とナシ、チタンクラッド材の適用分野が一層拡大
されるなど、産業上有用な効果がもたらされるのである
【図面の簡単な説明】
第1図はロール法によってチタンクラッド全製造する際
の素材組立て方法を示す概略模式図、第2図は実施例に
おいて製作された各種チタンクラッド鋼板の接合界面の
顕微鏡組織写真図全比較したもの、第3図は拡散接合法
によってチタンクラッドを製造する際の素材組立て方法
を示す概略模式図である。 図面において、 ■、5・・・合せ材、 2,6・・・母材。 3.7・・・接合中間材。 4・・バック材、 8・・・重錘。 出願人 日本ステンレス株式会社 代理人 富 1)和 夫 ほか1名

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 鉄系金属を母材とし、チタン又はチタン合金を合せ材と
    したチタンクラッド材をロール法或いは拡散接合法によ
    って製造するに際し、母材と合せ材との接合中間材とし
    てフェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステ
    ンレス鋼を用いること全特徴とするチタンクラッド材の
    製造方法。
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