JPS6293090A - チタンクラツド鋼の製造方法 - 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、合せ材にチタンを用いるチタンクラッド鋼
の製造に関し、チタンと基材との圧延接合部に形成され
るチタン金属間化合物の生成を抑制するときもに、接合
面に存在する非金属介在物を減少させること１こよって
良好な接合部特性を有するチタンクラッド鋼の製造方法
を提供するものである・ 〔従来の技術〕 ２枚以上の金属板を積層接合させたクラッド金属板は、
耐食性、耐摩耗性または耐熱性に優れ、かつ高強度を有
する安価な構造用材料として広い分野で使用さｎている
。クラッド金属板を製造する方法として、爆着法、肉盛
法、圧延法等があるが、大面積のものを高能率かつ安価
に製造できる点から圧延法が最も一般的に用いられてい
る。

この方法は合せ材および基材の接合する面を清浄にして
積層した後、熱間または温間で圧延し合せ材と基材を冶
金的に接合させる方法であり、現在、ステンレス鋼（合
せ材）と炭素鋼や低合金鋼、高合金鋼（基材）の組合せ
を初めとする種々のクラッド金属板の製造方法として幅
広く活用さ０ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらチタンを合せ材とするチタンクラッド鋼の
製造においては、圧延法では下記に示す問題があり、良
好な接合部特性を得ることはこれまで極めて困難視され
ていた。

すなわちチタンと銅を重ねてｂＴＲし、所定の温度で均
一加熱後熱間または温間で圧延接合した場合、チタンと
鉄の相互拡散によって接合境界面に脆弱なＴｉ−Ｆｅ金
属間化合物が生成し、こわが接合面のせん断強さを著し
く低下せしめる原因になっている。特に、この傾向は、
圧延全圧下比が大きくて圧延時の製品長さが大きくて、
圧延時間（圧延第一パスから仕上げパスまでの所要時間
）が長い場合に顕著になる。

金属間化合物の生成を防止する方法として、上記チタン
と金属間化合物を生成しない元素であるＭｏ、Ｎｂ％Ｖ
等の薄板又は箔をインサーｌ材として、合せ材と基材と
の間にインサートする方法が提案されている。

しかし、この方法ではインサート材が非常に高価なため
製造コストを著しく上昇せしめること、およびこれらイ
ンサート材の延性が甚だ不足し圧延時にインサート材が
破損する等の問題があり、実用化までには至っていない
。

また、チタンおよび鉄の相互拡散を防止するためクラッ
ド素材（合せ材と基材を重ね合せたもの）の加熱温度お
よび圧延温度を低くする方法も試みられているが、この
場合には接合界面における冶金的結合が不足し、十分な
接合強さを得ることができない。逆に、冶金的結合力を
高めるため、加熱、圧延温度を上昇せしめると、前述の
Ｔｉ−Ｆｅの金属間化合物の生成が促進さｎ接合部は極
めて脆弱化する。

以上の如く、現行の圧延法によるチタンクラッド鋼の製
造には解決を要すべき難問が存在し、製造法が確立され
るまでに至っていない。

一方、圧延法に替り爆着法を用いれば、合せ材と基材は
冶金的にではなく機械的に接合部ｎ　ス？−込−Ｔｉ　
　−Ｔ；”ロ　仝展間イにを物り寸半虚六ｎず、比較的
良好な接合部特性が得ら几る・しかしながら、爆着法は
大面積の接合が困雅であり、かつ爆薬を用いるため作業
場所が限定される等の制約があり汎用的利用が難しい。

本発明は、基材と合せ材を積層し、密閉溶接を行ってク
ラッド素材を組立て、組立て材内部が排気された状態で
熱間圧延を行なうことによりチタンクラッド鋼を製造す
る方法において、特に全圧下比が３以上で圧延時間（第
一パスから仕上げパスまでの所要時間）が長くなりやす
い場合について良好な圧延接合、部を有するチタンクラ
ッド鋼の製造を可能にならしめるものである。

〔問題点を解決する１こめの手段〕 前述の如く、チタンクラッド鋼の製造方法においては、
チタン−基材接合部におけるチタン及び鉄原子の相互拡
散による脆弱なＴｉ−Ｆｅ金属間化合物の生成抑制及び
チタン表面の酸・窒化抑制が良好な圧延接合部を得る重
要な鍵になる。

圧延時間（第一パスから仕上げパスまでの所要時間）が
長くなりやすい場合、チタンと鉄の相互拡散は、圧着が
進行する圧延過程とその後の冷却過程で生ずる。但し、
上記合せ材と基材を積層せしめて熱間圧延を行なう場合
に、その全圧下比が３未満の時には、圧延過程における
所要時間が短く、一般に加熱時間に比較して原子の相互
拡散が顕著に生ずる５００℃以上の高温域に滞在する時
間が比較的短いため１本発明の範囲から除外している。

そこで本発明者等はチタン又はチタン合金からなる合せ
材と鋼からなる基材を積層せしめ、全圧下比３以上で熱
間圧延を行ない、得られたチタンクラッド鋼の接合特性
について基礎的解析を行なった結果、本発明法を創作す
るに致った。

以下、本発明につき説明する。

まず本発明は第１図に示すように合せ材（１）と基材（
２）を積層せしめ、その間のチタン酸・窒化物の生成を
できるだけ抑制するため内部の排気及び密閉溶接を行な
う。この排気及び密閉溶接は１合せ材（１）と基材（２
）の四周を密閉溶接した後、合せ材（１）−基材（２ン
間内部及び組立部材内部の空間・空隙に存在する大気を
真空ポンプを用いて排除せしめたり、上記のようにして
積層せしめたクラッド素材を仮組みした後、真空室内に
おいて電子ビーム溶接により四周を密閉溶接する（電子
ビーム溶接によって密閉溶接を行なう際真空引きする）
ようにしても良い。

続いて熱間圧延を行なうが、圧延時のＴ１−Ｆｅの相互
拡散を完全に防止することは不可能であり、極力チタン
金属間化合物の生成を抑制することが重要である。この
ため圧延終了後直ちに圧延材を冷却して圧延後チタン金
属間化合物が生成しないようにした。

又、全圧下比３以上の熱間圧延条件では、原子の相互拡
散が顕著に生ずる５００℃以上の温度域に滞在する時間
が比較的長くなりやすいので加熱及びそれに続く圧延を
以下に示す温度範囲で実施すると共に、圧延第一パスか
ら圧延終了後冷却過程に入るまでの所要時間をできるだ
け短縮し、尚且つ圧延終了後は急冷して５００℃以下に
することとし１こ。

そのうち、加熱及び圧延温度については、その温度が９
５０℃を超える場合、圧延過程の所要時間を短くしても
温度が高すぎる゛ために、合せ材（１）と基材（２）の
間で原子の相互拡散が著しくなってしまう。又７５０℃
未満では圧延板に残留応力が発生するようになり、接合
性を却って損なうことになる。そのため上記温度は７５
０〜９５０℃の範囲内に設定し、加熱及び圧延を行なう
こととした。

又、圧延第一パスから冷却過程に入るまでの所要時間は
２分を超えるとチタン、鉄原子の相互拡散が顕著になる
ため、２分以内としなければならない。

更に急冷時の冷却速度については２℃／ｓｅｃ未満にな
ると合せ材（１）と基材（２）の間でチタン金属間化合
物の形成が促進され、せん断強度が低下することになる
。そのため２℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却を行なわなけ
ればならない。

尚％１００℃／ｓ　ｅ　ｃを超える冷却速度で冷却した
場合、圧延材の変形が大きくなり易く、又合せ材（１）
と基材（２）の接合性が劣でヒすることもあるので１０
０℃／ｓｅｃをその上限さするのが好ましいＯ 上記のような構成を本発明の骨子としているが、基材（
２）に炭素含有ｆＪ　ｏ、　０６％以上の鋼を用いて上
記方法を実施した場合、接合界面近傍にＴｉｃが多く生
成し、接合部の強度を著しく低下させる原因となる。従
って第２発明としては、第２図に示すように合せ材（１
）と基材（２ンの間にインサート材（３）を配すること
によってＴｉＣの生成を極力抑え、圧延接合性を向上せ
しめることができるようにした。

ここでインサート材（３）とは、ＴｉＣ生成を抑制或い
は軽減できる材料であれば良く、そのようなものとして
は炭素含有ＪＩ　０．０６　ｗｔ　４未満の軟鋼材（純
鉄を含む）や銅板、ニッケル板（純ニッケル）がある。

以下実施例１こよって本発明の詳細な説明する。

〈実施例　１．〉 基材に５Ｍ４１鋼８０ｔｏｎ又は合せ材に純チタン板２
０　ｔｏｎを用い、　後述する排気時の排気効率の観点
から、その間に１閣の間隙を設けて積層せしめ、こちら
の四周を密閉溶接すると共に内部の大気を排気した口そ
の後、こわらのクラッド素材を全圧下比５の条件で熱間
圧延処理し、急冷した。この時の基材と合せ材間の接合
特性に及ぼす加熱圧延温度の影響を第３図に示す。尚、
圧延第一パス力）ら冷却開始までの所要時間は１分、冷
却速度は２℃／ｓｅｃ及び冷却停止温度は４５０℃であ
った。

その結果、７５０〜９５０℃の加熱圧延温度（即ち、圧
延仕上り温度７５０℃〜加熱温度９５０℃）にて熱間圧
延した場合に、良好な接合特性を示している。

〈実施例　２．〉 更Ｊこ前記実施例（！：同様な基材及び合せ材を用い、
こちらに１ｍの間隙を開けて積層せしめ、その四周を密
閉溶接すると共−こ排気し、このクラッド素材を加熱温
度９００℃、圧延仕上り温度８００℃及び全圧下比５と
して熱間圧延処理した後、夫々０．５℃／ｓｅａ。

２℃／ｓｅｃ及び５℃／ｓｅｃの冷却速度にて冷却した
。この時の基材と合せ材間の接合特性に及ぼす、圧延第
一パスから冷却開始までの所要時間の影響を第４図に示
す。　　−その結果、圧延第一パスから冷却開始までの
所要時間が２分以内であり、且つ２℃／ｓｅｃ及び５℃
／ｓｅｃの冷却速度で冷却した場合に。

良好な接合特性を示している。

尚、全圧下比３以上の熱間圧延において圧延時間（圧延
第一パスから仕上げパスまでの所要時間）を短かくする
具体的方法としては、例えば　１）１パス当りの圧下率
をできるだけ高くして全パス数をできるだけ短かくする
、　２）仕上げ時の製品長さをできるだけ短かくするた
めに、組立てスラグの長さをできるだけ短かくする１等
の方法がある。

〈実施例　３．〉 次に下記表の実施条件に基づき、基材及び合せ材又はイ
ンサート材を間に挾んで基材及び合せ材を積層せしめ、
犠牲材方式によりクラッド素材を組み立て、密閉溶接し
た。

そして内部の排気を行ない、加熱及びそれｌこ引き続く
圧１ｉｇを７５０〜１０００℃の温度範囲で行ない、そ
の後２〜５℃／ｓｅｃの速度で急冷した。尚、この時、
圧延第一パスから冷却開始までの所要時間は夫々３０秒
（実施例３）、５０秒（実施例２）、６０秒（実施例１
及び比較例１）及び１５０秒（比較例２）であり、又冷
却停止温度は４００’Ｃ（実施例３）及び４５０℃（そ
の他）であった。

この結果、本発明法を実施した実施例１゜２及び３の場
合、２５　Ｋｉｉ／ｍ２以上のせんだん強さを得ており
、比較例１　（１４Ｋｙ／ｍｊ’　）、比較例２　（１
８ｂ／ｍ２）に比べ、優れた接合特性が得らｎた。

尚２本実施例では犠牲材方式でクラッド素材を組み立て
たが、オープンサンド方式やサンドインチ方式において
も消熱ながら同様な効果が得られることは言うまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のチタンクラッド鋼の羨遣方
法によｎば、基材と合せ材の間の大気を排気して密閉溶
接するこ（！：ｌこより仮組みされたクラッド素材の熱
間圧延中に、加熱圧延温度を所定の範囲で制御し、且つ
圧延後所定の条件で急冷することにより、圧延中のチタ
ン金属間化合物の生成を可能な限り抑制するようにした
ため、良好な圧延接合部を有するチタンクラッド鋼を得
ることができるという優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施する場合のクラッド素材の仮り
組み状態を示す説明図、第２図は第２発明を実施する場
合のインサート材を挿入してクラッド素材を仮り組みし
た状態を示す説明図、第３図はせんだん強さに及ぼす加
熱圧延温度の影響を示すグラフ図、第４図は同じくせん
だん強さに及ぼす圧延第一バスから冷却開始までの所要
時間と冷却速度の影響を示すグラフ図である。 図中（１）は合せ材、（２）は基材、（３ンはインサー
ト材を各示す。 特許出願人　　日本鋼管株式会社 発　　明　　者　　　仲　　　１）　　清　　　和向　
　　　　　　　　小　　　菅　　　茂　　　義同　　　
　　　　　　渡　　　邊　　　　　　　２同　　　　　
　　　　新　　　倉　　　正　　　和第　　１　　　図 第　　３　　図 （６００ン　（７００）　　　＋８００）　　　（９０
０）圧隨卵獣、私支（０Ｃ） （Ｘ！氏１イ仕ソ昆＆　　（’Ｃ）、）第　　２　　図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）合せ材にチタン又はチタン合金及び基材に鋼を用
   い、これらを積層せしめた後 全圧下比３以上で熱間圧延を行ないチタ ンクラッド鋼を製造するチタンクラッド 鋼の製造方法において、前記合せ材と基 材を積層せしめると共に、その間の排気 及び密閉溶接を行なつた後、加熱及びそ れに続く圧延を７５０〜９５０℃の温度範囲にて実施し
   、その後圧延第一パスから２ 分以内に２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却を開始して
   ５００℃以下まで冷却せしめ ることを特徴とするチタンクラッド鋼の 製造方法。
2. （２）合せ材にチタン又はチタン合金及び基材に炭素含
   有量０．０６％以上の鋼を用い、これらを積層せしめた
   後全圧下比３以上 で熱間圧延を行ないチタンクラッド鋼の 製造方法において、前記合せ材と基材の 間に炭化チタン生成を抑制或いは軽減で きる材料をインサート材として挿入して これらを積層せしめると共に、その間の 排気及び密閉溶接を行なつた後、加熱及 びそれに続く圧延を７５０〜９５０℃の温 度範囲にて実施し、その後圧延第一パス から２分以内に２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却を開
   始して５００℃以下まで冷却 せしめることを特徴とするチタンクラッ ド鋼の製造方法。