JPS6188984A - 高い接合強度を有するチタンクラッド材の製造方法 - Google Patents

高い接合強度を有するチタンクラッド材の製造方法

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JPS6188984A
JPS6188984A JP20936984A JP20936984A JPS6188984A JP S6188984 A JPS6188984 A JP S6188984A JP 20936984 A JP20936984 A JP 20936984A JP 20936984 A JP20936984 A JP 20936984A JP S6188984 A JPS6188984 A JP S6188984A
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正紘 青木
Akiyasu Ikeda
了康 池田
Takeshi Yoshida
毅 吉田
Taiji Doi
大治 土居
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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
    • B23K20/24Preliminary treatment

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  • 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】 〈産業Eの利用分野〉 この発明は、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、ロール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。
近年、チタン又はチタン合金材量産技術の進歩には目を
見張るものがあるが、このような状況を背景として、チ
タン又はチタン合金が有する優れた耐食性を生かすべく
、これらを鉄系金属の母材にクラッドしたり或いは内張
すしたりしたチタンクラッド材やチタンライニング材の
使用が、化学装置類を中心に益々増大する傾向をみせて
きている。
〈従来技術とその問題点〉 ところで、鉄系金属を母材としたチタンクラッド材の製
造方法として従来から知られている方法は、 ■ 爆着室内にて爆薬を爆発させ、そのS撃圧によって
対向配置した母材と合せ材とを接合する1爆着法7 ■ 母材と合せ材との接合界面を清浄化してから、接合
界面の空間を真空引き保持可能にすべく溶接組立てする
か或いはパック材に詰めるかへし、次いで0.1 ’I
’orr以下に接合界面を真空引きした後、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
700〜9501:に加熱し、熱間圧延して接合する1
0−ル法”、 ■ 母材と合せ材との接合界面を清浄化してがら、真空
度=10−3〜10−4朋H2のX9炉中にて界面を0
.5Ky/ca前後に加圧しながら700〜900℃の
温度で30分程度加熱処理して接合する1拡散層合法”
、 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は比較的低く、
しかもチタンは上記元素を含めて他の金属元素との結合
力(親和力)が強くて金属間化合物を形成じゃすいL1
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、”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
材と合せ材とを接合させるようなりラッド製造法では、
鉄基金属を構成する元素がチタン内部に拡散・侵入する
よりも、該元素とチタンとが結合して脱弱な金属間化合
物層を形成する傾向の方が強く現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)とのクラツド材を”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
材と合せ材との間にAf 、 Cu 、 Nb 、 T
a 、 V 、 Mo 、 Cr及びNi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
金属のメッキ層を施したりする方法も試みられたが、こ
のような方法によっても、加工性及び接合強度のいずれ
の点をも十分に満足するクラツド材が得られなかったば
かりか、クラツド材の製造コストをも高めることとなる
ため、未だ実用化されるには至っていない。
これに対して、“爆着法”は、加熱(=よる拡散現象を
利用するものではないので金に間化合物を主体とする脆
弱な拡散層が形成されず、しかも強大な衝撃圧によって
強固な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
であったが、この“爆着法”にも、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
)が制限されることを否めず、しかも大量生産方式が採
用できずに製造コストが高くなると言う問題点があり、
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
望されていたのである。
かかる状況下にあって、従来のチタンクラッド材製造法
にみられるt記問題を解決すべく研究を重ねてきた本発
明者等は、 「フェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステ
ンレス鋼を母材そのものとするか或いは接合中間材とし
て使用すれば、”ロール法”によっても、実用上申し分
のない接合強度や加工性を備えたチタンクラッド材が得
られる」 との知見を得るに至り、該知見に基づいてなされたとこ
ろの10−ル法による新しいチタンクラッド材の製造方
法”を特願昭58−230924号等として先に提案し
た。
そして、本発明者等が先に提案した前記「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母材
或いは中間材とし、チタン又はチタン合金を合せ材とし
た、ロール法によるチタンクラッド材の製造方法」が、
素材寸法等に影響されることなく、しかも一般的に採用
されている熱間圧延設備をそのまま利用して接合強度と
加工性とに優れたチタンクラッド材を容易に量産し得る
有用な手段であることは、その後も続けられた本発明者
等の検討によっても十分に確認することができた。
しかしながら、一方で、本発明者等のと記検討の過程に
おいて次のような怒念すべき事項も明らかとなった。
即ち、「ロール法にてチタンクラッド材を蓼゛造する際
、累月の厚さく合せ材厚+母材厚)が11ルくなると熱
間圧延加熱工程での素材均熱のために長時間加熱を必要
とすることとなるが(例えば禦材厚さが100酵の場合
には少なくとも2時間の加熱が必要である)、このよう
な場合には、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母材としたものや該ステンレス鋼を
中間材として挿入したものであっても、その構成元素が
チタン又はチタン合金合せ材中へ拡散することとなり、
結局は他の材料を母材としたり中間材としたりしたもの
と同様、合せ材に脆弱な遷移拡散相が形成されて実用材
に適しないものとなってしまう恐れがある」との新たな
問題点が浮かんできたのである。
〈問題点を解決するための手段〉 そこで、本発明者等は、ロール法によるチタンクラッド
材の安定した量産体制を築くトで障害になると予想され
るE記問題点を解決し、潰れた接合強度や加工性を有す
るチタンクラッド材を安定確実に量産する手段を提供す
べく、試行錯誤を繰り返しながら更に研究を重ねたとこ
ろ、「フェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系
ステンレス鋼を母材或いは接合中間材とするチタンクラ
ッド材の熱間圧延製造時において、熱間圧延の累積圧下
率(加工率)を70%以上と、これまでの6596程変
以下の値からは思いも及ばない高い値に設定することに
より、クラッド接合強度が著しく改善される」 と言う予期もしない知見を得たのである。
なお、このように、熱間圧延の加工率を増大するとチタ
ンクラッド材の接合強度と加工性とが向とする理由は、
熱間圧延の大きな加工率と、該加工率増大により低温域
にまで熱延加工が引き延ばされるようになることで、例
えば長時間加熱によって接合界面に形成された金属間化
合物脆弱層の厚さが著しく減少するとともに、それが分
断・分散され、結局は金属間化合物の存在しない新生面
が露出するようになって接合が強固になるためと考えら
れる。
この発明は、を記知見に基づいてなされたものであり、 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
レス鋼を母材或いは接合中間材とし、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のロール法による
製造方法において、接合のための熱間圧延の累積圧下率
を70%以Eとすることにより、接合強度と加工性の優
れたチタンクラッド材をより安定して量産し得るように
した点、に特徴を有するものである。
なお、前記「母材」或いは「接合中間材」としての「フ
ェライト系ステンレス鋼」及び「マルテンサイト系ステ
ンレス鋼」は特定の種類に限定されるものではな(、F
e−Cr系又はFe −Cr−MO系のSUS 405
鋼、5US410L鋼、S U S 430鋼、S L
T S 430 F錆、SUS 444鋼等として表示
されるフェライト系ステンレス鋼や、5US403鋼、
5UiS410鋼、5US410J1鋼、5US416
鋼、5US420JI儒、5US420J2鋼、5US
431鋼、5US440C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をも意味するものであ
り、また「チタン合金」についても、種類による格別な
制限はない。
また、フェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系
ステンレス鋼を中間材として使用する場合の母材として
は、例えば炭素鋼、低合金鋼、各種ステンレス鋼等の鉄
系金属材料が好適であるが、これらに限定されるもので
もない。
そして、「ロール法」は、前記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はもち
ろんである。
更に、この発明の方法においては、接合のための熱間圧
延の圧下率が極めて重要なポイントとなるものであり、
該圧下率が累積で7096未満では、実用1十分に満足
できる接合強度と加工性とを安定φ確実に達成するのが
困難となることから、接合のための熱間圧延の累積圧下
率を7045以上と限定した。ただ、1回のみの加熱圧
延の場合にはその圧下率が70%以上で十分であるが、
2回以上の加熱圧延を施す場合には、出来れば80%以
上の累積圧下率を確保することが好ましい。
次いで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明するが、これら実施例は本発明の単なる例示であっ
て、これにより本発明の技術的範囲が制限されるもので
ないことは当然である。
〈実施例〉 実施例1 まず、第1図に示されるような、寸法が10WrIRX
 150 yrra X 200 Mで、JIS規格の
第1種相当の純チタン板を合せ材1.1とし、寸法が2
0mmX150mmX200咽の各種フェライト系ステ
ンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼の鋼板を母
材2として重ね合わせた複数のチタンクラッド素材を用
意し、これを寸法: 2 w+ X 40 wan X
150型又は2WIX 22111111X 2001
1111のJIS規格第1種相当純チタン板から成るパ
ック材3を使ってパンク状に溶接組立てした。
使用した合せ材及び母材の化学組成を第1表に示す。
なお、母材2及び合せ材1の界面は、それぞれ予めパフ
研磨した後、アセトンにより脱脂し清浄化しておいた。
その後、パック材3の1箇所に取!1付けたノズル4か
ら0. I Torr以下に真空引きし、これを封止し
た。
次に、総厚さが40mのこれらクラッド素材を900℃
に2時間加熱し、累積圧下率:5o〜9096の熱間圧
延を施した。該熱間圧延は、「1回加熱圧延J又は「2
回加熱圧延」の方式で実施されたが、「1回加熱圧延」
は、前記加熱の後所定の累積圧下率となるまでそのまま
熱間圧延を行うと言う条件で実施し、「2回加圧圧延」
は、前記の加熱の後累積圧下率が60%になるまで熱間
圧延を行い、続いて再度900℃に1時間加熱してから
所定の累積圧下率となるまで熱間圧延を続行すると言う
条件で実施した。
次いで、このようにして得られたチタンクラッドステン
レス鋼板を超音波探傷試験に付して接合面の接合状況が
良好なことを確認したLで、これらクランド銅板を圧延
のまま、並び1m700℃で板厚1關当口4分間の焼鈍
を施してから、側曲げ試験(曲げ半径:板厚×3のロー
ラー曲げ)を行い、それぞれのクラツド材の接合強度と
加工性を評価した。
得られた側曲げ試験の結果を第2表に示す。なお、第2
表では O印・・・接合界面に剥シ「割れを生ぜず、接合強度が
良好である、 ×印・・・接合界面に剥離割れを生じ、接合強度が不良
である、 を意味し、それぞれ3個の試料について6111足した
結果が示されている。
第2表に示される結果からも明らがなようイニ、熱延加
熱時間が2時間になると、圧下率=60%以下では界面
の接合強度と加工性が不十分なチタンクラッド鋼板しか
得られないのに対して、圧下率を70%以上にすると、
熱延のままでも或いは更に前記焼鈍を施したとしても十
分な接合強度と加工性とを示すチタンクラッド鋼板を実
現できることがわかる。また、第2表からは、2回加熱
圧延を行う場合には8096以北の累積圧下率を確保す
るのが好ましいことも窺うことができる。
なお、この例では、母材としてS U S 430 !
;’<i、5US444tl及び5US410L鋼を合
せ材として純チタンを使用したものについて述べたが、
その他のフェライト系ステンレス鋼やマルテンサイト系
ステンレス鋼を母材としたり、合せ材として従来知られ
ている種々のチタン合金を使用した試験においても良好
な結果が得られたことはもちろんのことである。
実施例 2 、まず、第2図に示されるような、寸法が6朋×b の純チタン板を合せ材1.1とし、寸法が10mX15
10mX150間で、JIS規格(7:)SB42相当
鋼板2を母材とするとともに、その界面に厚さがO,l
 ranの5US430鋼板を接合中間材5゜5として
挿入したチタンクラッド翼材を用意し、これを第2図に
示すように、寸法:2咽X22ヴX150+n+nのJ
IS規格第1種相当純チタン板から成るパック材3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3表に示す。
なお、母材2及び合せ材1の界面は、それぞれ予めパフ
型厚した後、アセトンにより脱脂し清浄化しておいた。
その後、パック材3の1箇所に取り付けたノズル4から
0. I Torr以下に真空引きし、これを封止した
次に、総厚さがほぼ22闇のこれらクラッド素材を90
0℃に2時間加熱し、実施例1におけると同様条件で1
回加熱圧延或いは2回加熱圧延を実施し、累積圧下率:
50〜90%でチタンクラッド鋼板を得た。
このようにして得られたチタンクラッド鋼板について、
実施例2におけると同様手段でクランドの接合強度と加
工性を評価し、その結果を第4表に示した。なお、第4
表における曲げ試験結果の表示形式も実施例2における
と同様とした。
第4表に示される結果からも、本発明の方法によれば優
れた接合強度と加工性とを有するチタンクラッド材が安
定して得られることは明らかである。
く総括的な効果〉 以上説明したように、この発明によると、生産性の高い
”ロール法”によって、接合強度が極めて高く、かつ優
れた加工性を有するチタンクラッド材を、比較的コスト
安く安定して量産することが可能となり、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F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、本発明方法に適用されるクラッド素材の組立
て例を示す概略模式図、 第2図は、本発明方法に適用されるクラッド素材の別の
組立て例を示す概略模式図である。 図面において、 1・・・合せ材、     2・・・母材、3・・・パ
ック材、     4・・・ノズル、5・・・接合中間
材。。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 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
    レス鋼を母材或いは接合中間材とし、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のロール法による
    製造方法において、接合のための熱間圧延の累積圧下率
    を70%以上とすることを特徴とする、接合強度と加工
    性の優れたチタンクラッド材の製造方法。
JP20936984A 1984-10-05 1984-10-05 高い接合強度を有するチタンクラッド材の製造方法 Granted JPS6188984A (ja)

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