JPS6188985A - チタンクラツド材の製造方法 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 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簡単に、しかも安定・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伊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代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、その衝撃圧によって
対同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
界面の空間を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．　Ｉ　Ｔｏ
ｒｒ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７０
０〜９５０℃に加熱し、コ、−間圧延して接合する゛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−’　ｍ　Ｈ９の真空炉中にて界
面を０．５　Ｋ、　／−前後に加圧しながら７００〜９
００℃の温度で３０分程度加熱処理して接合する“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は比較的低く、しか
もチタンはと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しやすい上、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脆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１１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ｍ）とのクラツド材を”ロール法”や１拡散層
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
箔を接合中仙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、１爆着法”は、加熱による拡散現象を利
用するせのではないので金属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ｃ血清や板厚）
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１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、１０−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。

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
間相とし、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
に俊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、本発明者等のト記検肘の過程に
おいて次のような懸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製造する際、
素材の厚さく合せ材厚＋母材厚）が厚くなると熱間圧延
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（例えば素材厚さが１００閂の場合には少
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釦を中１ｔ
１）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。

そして、このような問題は、何も本発明者等が先に提案
した方法で得られるチタンクラッド材のみに限られるも
のではなく、例えば１爆百法２で得られたチタンクラッ
ド材に何らかの熱処理を施した場合等にも共通して懸念
されるものであった。

〈問題点を解決するための手段〉 そこで、本発明者等は、チタンクラッド材の適用分野を
拡大するに際して障害になると予想される上記問題点を
解決し、優れた接合強度や加工性を安定して発揮するチ
タンクラッド材を確実に生産し得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、 ［１′爆着法”、”ロール法“或いは“拡散接合法”の
いずれの方法で製造されたチタンクラッド材であっても
差し支えないが、例えば加熱処理の際等にその接合界面
に異相Ｃ拡散脆弱層）が生じて十分な接合強度や加工性
を示さないチタンクラッド材に対して、特に圧下率が５
０％以上の冷間圧延を施すと、前記異相の厚さが著しく
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、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。

もちろん、前記”異相”が認められないチタンクラッド
材であっても、圧下率＝５０％以１の冷間圧延により、
それなりにクラッド接合強度が改善されることも確認さ
れた、 この発明は、１記知見に基づいてなされたものであり、 チタン又はチタン合金から成る合せ材を金属母材に接合
して得られたチタンクラッド材を５０９５以上の圧下率
で冷間圧延することにより、接合強度と加工性の優れた
チタンクラッド材を簡単・確実に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、前記「金属母材」としては、例えば炭紫鋼、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はなく、また「チタン合
金」についても、種類による格別は制限はない。

そして、冷間圧延に供するチタンクラッド材は”爆着法
”、１０−ル法”又は１拡散接合法”のいずれによって
製造されたものでも良いことは前述の通りであり、また
適宜の中間接合材を使用してクランドされた。ものが対
象となることも言うまでもない。

この発明の方法においては、冷間圧延の圧下率が極めて
重要なポイントとなっているが、該圧下率を５０９６以
上と限定した理由は、冷間圧延の圧下率が累積で５０％
未満であると、特に“異相”が形成されているチタンク
ラッド材では実用Ｅ十分に滴定できる接合強度と加工性
とを安定・確実に達成するのが困難となることにある。

そして、冷間圧延の圧下率：５０％以上を確保すること
で、前記１異相”が接合時の加熱や焼鈍時の加％Ｘ　等
のような通常の加熱処理等によって形成された程度の厚
さのものであればその値を問わず、所望の僚れた接合強
度と加工性とが確保できるのである。

次いで、この発明を実施例により比較（ｉ１１と対比し
ながら説明するが、これら実施例は本発明の弔なる例示
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、爆着法、拡散接合法及びロール法にて製造された
ところの、第１表に示したような供試クラツド材を用意
した。

なお、該供試クラツド材製造に使用した母材、合せ材並
びに接合中間材の化学組成は、第２表に示される通りで
あった。

そして、爆着法で得られたクラツド材は、りＴ７．　Ｈ
，’′：の後、９００℃で６０分間加熱後４０ＩＦｆｆ
ｌ厚（１０覇＋３０覇）から２０ＷＭ厚までハ延し、７
００℃で３０分間均熱の焼鈍処理を施したものであるが
、該熱処理によって接合界面に拡散脆化層の生成が認め
られるものであった。

また、拡散接合法並びにロール法による供試クラツド材
は、次の条件によって製造され、やはり界面に拡散脆化
層の生成がみられるものであった８（ａｌ　　拡散接合
法による供試クラツド材第１表に示される合せ材、母材
及び接合中間材を重ね合わせ（接合界面は、パフ研摩し
た後、アセトンにより脱脂し清浄化した）て真空炉に装
入し、このＥにＱ、５　Ｋｆ／−に相当する重睡を載せ
てから、１０〜１０　　ｍｎＨｆＸ空中にて８５０℃で
３０分の加熱保持を行って接合、。

ｆｂｌ　　ロール法による供試クラツド材第１表に示さ
れる合せ材及び母材、更（二は接合中間材を重ね合わせ
（Ｗ合界面は、パフ研摩した後、アセトンにより脱脂し
清浄化した）、これを厚さが２個のパンク材（Ｊ　Ｉ　
ＦＪＩ格の１棹相当純チタン１及）を使ってパンク状に
溶接組立てした後、パンク内をＱ、　ｌ　’ｌ’ｏｒｒ
以下に真空引きして封止し、９００℃で２時間の加熱を
行ってから累積圧下率で５５９６の熱間圧延を施して接
合。

次に、これら各供試クラツド材に欅々の圧下率で冷間圧
延を施し、得られたチタンクラッド材をそのまま、並び
に７００℃で板厚１ｍ当り４分間の焼鈍を施してから、
側曲げ試験１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１表に併せて示した。な
お、第１表では ○印・・・接合界面に割れを生ぜず、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個の試料について測定した結果が
示されている。

第１表に示される結果からも明らかなように、この発明
の方法によれば、クラッド接合手段のす！ｐ別を問うこ
となく、接合強度及び加工性に４−之れたチタンクラッ
ド材を安定＠羅実に製造できることがわかる。

〈総括的な効果〉 以と説明したように、この発明によると、優れた接合強
度や加工性を安定して発揮するチタンクラッド材を簡単
・確実に製造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Ｅ有用な効果が
もたらされるのである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チタン又はチタン合金から成る合せ材を金属母材に接合
   して得られたチタンクラッド材を５０％以上の圧下率で
   冷間圧延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。