JPS6188986A - 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】 〈産業玉の利用分野〉 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１Ｍ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、その衝撃圧によって
対向配置した母材と合せ材とを接合する１爆着法” ■　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し、次いでＯ−Ｉ　Ｔｏｒ
ｒ以下に接合界面を真壁引きした後、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”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−’〜１０−’ｍ＋Ｈりの真空炉中にて界面
を０．５　Ｋｖ　／−前後に加圧しながら７００〜９０
０℃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Ｃ
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だのである。

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Ａｙ　、　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
の点な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、クラン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
用するも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１爆竹法”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
れらの雑煮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
にみられる上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ｍｖ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”ｌ二よっても、実用と申し
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ｌ／１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。

木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
性とに澄れたチタンクラッド材を容易に伊産し得る有用
な手段であることは、その後も続けられた木発ｌ″ｌＬ
ｊ者等の検討によっても十分に確認することができたー
しかしながら、一方で、本発明者等のＬ記検討の過程に
おいて次のような懸念すべきＩＩＸ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）カー厚くなると熱間圧
延加熱工程での素材均熱のため（二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鯛の場合
には少なくとも２時間σ）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［ｔ−Ｉ間ｔｔとして挿入したものであっても、七〇
）構成元累力；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”爆腎法”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。

く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Ｅ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、 ［＊＃法”、°ロール法２或いは１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（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、特に累積圧下率ニア
０％以りの熱間圧延を施すと、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、結局は全屈間
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、累積圧下率＝７０％以Ｅの熱間圧延によ
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、Ｅ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７０％以との累積圧下
率で熱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はなく、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。

そして、熱間圧延に供するチタンクラッド材は”爆着法
”、”ロール法”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ッ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、熱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、該圧下率を累積で７０
９６以Ｅと限定した理由は、熱間圧延の圧下率が累積で
７０％末溝であると、特に１異相”が形成されているチ
タンクラッド材では実用旧十分に満足できる接合強度と
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、熱間圧延の累積圧下率＝７０％以１（好
ましくは８０９６以Ｊ：、）を確保することで、前記”
異相”が接合時の加熱や焼鈍時の加熱等のような通常の
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、所望の優れた接合剛度と加工性とが
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例と対比しながら
説明するが、これら実施例は本発明の小なる例示であっ
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ゼ、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、煉石の後、９
００℃で６０分間加熱後４０間厚（１０燗＋３０咽）か
ら２０間厚まで熱延し、７００℃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Ｚ）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。

（ａ）、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Ｃ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ＬにＱ、　５　Ｋｇ　／　
ｃｒ＆に相当する重錘を載せてから、１０−３へ１０−
４晒Ｈ２真空中にて８５０℃で３０分の加熱保持を行っ
て接合。

ｉｂｌ　　ロール法による供試クランド材第１表に示さ
れる合せ材及び母材、更には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）、これを厚さが２１のパック材（ＪＩＳ規格
の１神相当純チタン板）を使ってパック状に溶接組立て
した後、パンク内を０．　Ｉ　Ｔｏｒｒ以下に真空引き
して封止しン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を９００℃にて６０分加
熱後、種々の圧下率で熱間圧延を施し、得られたチタン
クラッド材をそのまま、並びに７００℃で板厚１調当り
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１ｌｔｌ　’ｖ
：した結果が示されている。

＠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行別を問うことな
く、接合強度及び加工性に１りされたチタンクラッド材
を安定・確実に製造できることがわかる。

く総括的な効果〉

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７０％以上の累積圧下
   率で熱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。