JPS629788A - 圧延によるチタンクラツド鋼の製造法 - 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、界面の接合強度に優れた、圧延によるチタ
ンクラッド鋼の製造法に関する。

（従来の技術） 従来、チタンクラッド鋼は主として爆着法によって製造
されており、製品の寸法、寸法精度、生産性および製造
コストの点で、爆着法としての製法に起因する著しい制
約を受けている。最近、爆着後、圧延する爆着圧延法が
考案され、製造可能寸法範囲と、寸法精度が改善されつ
つあるが、生成する合金相の種類や空孔欠陥の発生に起
因する問題が残されている。さらに最近、圧延法によっ
てチタンクラッド鋼板を製造する方法として、母材に極
低炭素鋼を用いる方法、鋼中の炭素を固定する特定成分
を配合した極低炭素鋼を用いる方法、さらに表面に２０
．ｕｓ以上の脱炭層を形成させた鋼板を用いる方法や、
中間層としてチタン材と鋼母材との間に第３の金属板を
挿入、介在させる方法、あるいはチタン板と母材鋼板の
合せ面に薄い酸化膜を生成させこれによって金属元素の
拡散を抑える方法など多くの方法が考案されている。

一方、冶金学的見地からチタン材と鋼母材との間にいわ
ゆるインサート材を設ける′ことの優位性が認められて
おり、そのようなインサート材あるいはインサート材相
当中間層としてニッケル、ニオブ、タンタルｅｔｃ、を
使用することもいくつか提案されている。

例えば、特開昭５３−１０３４７号公報は、ニッケルを
中間層とするチタン／ニッケル／Ｍからなる三層クラッ
ドにおいて、チタンとニッケル間を爆着させ、次いで５
５０〜８５０℃で圧延する、爆着圧延法を開示している
。

さらに、特開昭５８−４１６８８号公報は一旦、爆着法
によりニオブ、タンタルおよびそれらの合金を介在させ
たチタンと鋼とのクラツド鋼を製造し、次いでこのチタ
ンクラッド鋼を間に介在させて別のチタンと鋼とのクラ
ツド化を爆着法、圧延法など適宜手段で行う方法を開示
している。しかしながら、これらの方法はいずれも爆着
法を利用するなど処理コストが高く、脆弱な金属間化合
物の生成の防止も必ずしも十分でなかった。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来のチタンクラッド鋼の製造法はいずれ
も界面接合性に有害なチタン炭化物や金属間化合物層の
形成を抑えることによってチタン材と鋼材との接合性を
改善しようとするものである。

しかし、チタン炭化物の接合面近傍での形成は容易に防
ぐことができても拡散によって生じる合金層、金属間化
合物層の形成をまぬがれることはできない。

そこで１つの問題は接合性に対し無害な、あるいはむし
ろそれを−要改善する合金層あるいは金属間化合物層を
いかに形成するかということである。すでに述べたよう
に、この点に関しては冶金学的見地から、ニッケル、タ
ンタル、ニオブ等の使用が提案されているが、その具体
的適用手段という点で未だ十分な解決法とはいえなかっ
た。

ここに、この発明の目的は、簡便な手段でもって製造で
きる、接合強度が大きいチタンクラッド鋼の圧延による
製造法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） ところで、チタンは酸化性の著しい金属であるため、そ
の表面への金属めっきは容易でなく、したがって、密着
性の良い金属めっきを行うのは困難であった。

チタンと鋼の接合において、界面で生じるチタン炭化物
と合金層の形成は、その接合性に大きな影響を与える。

すでに従来技術として述べたように、かかるチタン炭化
物の形成は、母材として純鉄に近い極低炭素鋼を用いた
り、これをチタンと鋼の界面に挿入したり、母材の鋼の
表面に脱炭層を形成させたり、さらにニッケルなどの金
属板を挿入することによって比較的容易に除去できるが
、合金層の形成をまぬがれることは困難である。特に、
チタンと全率固溶する元素が限られていることや、これ
らの金属が高価である、加工性が良くない等実用性に欠
けることから、圧延によるチタンクラッド鋼の製造にお
いては金属間化合物層の生成を念頭に置きながら、この
脆弱な金属間化合物の形成を制御することによって接合
性を向上させる方法を見い出さねばならない。

この発明の発明者らは、上述のような目的を達成すべ（
鋭意検討を重ね、チタンクラッド鋼の接合部の破壊の原
因が金属間化合物層の形成そのものでなく、金属間化合
物層の微視的な生成挙動に大きく依存すること、すなわ
ちチタンと挿入金属板との界面に形成する酸化物の分散
生成が、金属間化合物を一層脆弱なものにしているとい
うことを知見し、この研究結果に着目し、チタン板に挿
入金属、例えばニッケルをタイトにめっきすることによ
って圧延によるチタンクラッド鋼板の製造が可能となる
ことを見い出した。

すなわち、発明者らは、ニッケルを挿入金属板として用
いる場合には、チタンとの拡散合金化によってＮｉ３Ｔ
ｉ　、　ＮｉＴｉ５　ＮｉＴｉ２等の金属間化合物が形
成され、破壊が元の接合界面およびＮｉ５Ｔｉで主とし
て生じることを明らかにするとともに、この金属間化合
物層が第１図のように適正な範囲内にあると強度が増加
することを知った。さらに、この接合強度が破壊界面で
のオージェ電子分光器による酸素の量に大きく依存し、
第１図に示すように、オージェ電子分光器における、酸
素のＫＬＬピークとニッケルのＬＭＭピークの比におい
て、この比が小さくなる程、より厚い金属間化合物層が
形成しても良好な接合強度を得られることを見い出した
。

このような研究成果から、チタン板と挿入金属板界面で
の酸化の防止、言い換えれば酸素の除去が接合硬度の改
善に大きく寄与することをつきとめた。しかしながら、
チタン板と挿入金属板および母材となる鋼の界面の空気
は、溶接組立ののち真空ポンプで引き抜くことが可能で
あるが実際の製造ラインにおいては、接合強度を向上さ
せる程にまで到達真空度を高めることは容易でない、そ
こであらかじめチタン板の表面に密着性のよいニッケル
めっきを施したのち、例えば０．１０％以上の炭素を含
む鋼とニッケルめっき面が会合するように合わせたのち
、８５０℃から６００℃の温度範囲で圧延することによ
り接合性のよい圧延チタンクラッド鋼の製造が可能とな
ることを見い出してこの発明を完成した。

この発明は、このような現状に鑑み、従来の圧延による
チタンクラッド鋼の接合性をはるかに凌ぐ、圧延チタン
クラッド鋼の製造のために、チタン材表面にニッケルを
密着よくめっきする方法を提供すべく考案されたもので
、その要旨とするところは、圧延によるチタンクラッド
鋼の製造法において、チタン材の表面の薄い酸化膜を除
去して該表面を活性化させたのち、ニッケルめっき層を
形成させ、次いで該ニッケルめっき層を介して母材鋼板
に該チタン材を６００〜８５０℃に加熱して圧延圧着す
る、圧延によるチタンクラフト鋼の製造法である。

ここに、本発明はそのｌ好適態様によれば、チタン材の
少なくとも片側表面の薄い酸化膜をブラッシング、サン
ドペーパによる研磨あるいは切削などの機械的研磨また
は例えば硝フッ酸、フッ酸、塩酸液などの還元性の酸で
の腐食処理によって除去し、該表面を活性化させたのち
ただちにワット玲 濠を用いて２〜ＩＯＡ／ｄｍ”の電流密度でニッケルめ
っき層を厚さで１０ｇ鋼以上形成させるか、あるいは上
記の活性化処理ののち直ちに水ＩＩｌに対して８０ｇの
ＮｉＳＯ４と２５ｇの次亜リン酸ソーダを含む水溶液に
安定剤として微量のコハク酸ソーダを添加した溶液を６
０〜９５℃の温度に加熱・して塗布して、１０ｇ蒙以上
の無電解ニッケルめっき層を形成させ、次いでこのニッ
ケルめっき処理したチタン板をニッケルめっき層と０．
１０％以上の炭素を含む鋼を会合するように合わせたの
ち周囲を溶接でシールしたのち８５０℃以下６００℃以
上の温度範囲に加熱して圧延することから成る、接合性
に優れ、しかも溶接組立ののちのガス抜きを省略できる
、圧延によるチタンクラッド鋼の製造法である。

このように、この発明によれば、ニッケルめっき層の存
在によって酸素の影響を排除して接合強度を高めるとと
もに、ニッケルめっきを行うに先立ってチタン材表面の
薄い酸化膜を除去するが、これにより被処理表面を清浄
にして活性化し、その後に行うめっき処理によるめっき
層の密着性を高めるようにするばかりでなく、例えば、
上述のような機械的除去手段を採用する場合、その表面
に凹凸が生じることになり、その後行われるニッケルめ
っき層との接合強度を機械的接合効果によってさらに一
層改善するのである。もちろん、かかる相乗的な接合強
度の改善が行われる限り、その機械的除去手段は制限さ
れないが、通常は処理ｉｔ作の点から、ワイヤブラシ、
サンドペーパ等が好ましい。また、ショツトブラスト処
理であってもよく、その場合、粒子形態等は制限されな
い。

次に、上述のようにして活性化した金属材表面にはニッ
ケルめっきが施されるが、かかるニッケルめっきは電気
めっきであっても無電解めっきでえられるが、この発明
の１つの特徴が圧延工程に先立って真空引きを省略する
ことにあるから、密着性の良いものであればいずれであ
ってもよい。

例えば、溶射ニッケル被覆法等によってめっき層を設け
てもよい。

（作用） すでに良く知られているように、チタンは酸化性の著し
い金属であり、空気との接触によって容易に酸化膜を形
成する。したがって、これにニッケルめっきを行うには
前処理としてこの酸化膜を破壊除去するいわゆる表面の
活性化処理を行わないと密着性の良いニッケルめっき層
を形成させ得ない。この点、この発明によれば、機械的
除去手段あるいは電気化学的除去手段を適用することに
よって後工程のニッケルめっきにとって十分な程度にま
でその表面を活性化できるでのであって、さらに特に機
械的除去手段による場合には機械的接合効果も期待され
るなど、著しく密着性のよいニッケルめっきが行えるの
である。この目的のためには、好ましくは、硝フッ酸中
での腐食処理であり、あるいは回転サンドペーパ、ある
いは回転ワイヤブラシである。これらについてはその処
理操作自体良く知られていることから改めて詳細に説明
することを要しないものと考えられる。

例えば、ワイヤブラシ、サンドベーパあるいはショツト
ブラスト処理操作それ自体は通常よく知られたものであ
ればよく、一般に５秒〜５分間処理するだけでほぼ１０
０％表面酸化膜は除去され、清浄面が得られ活性化がは
かられる。

また、腐食処理についても、使用する電解液としては、
硝フッ酸、塩酸、フッ酸などの還元性の酸を使って、例
えば浴温度２０℃で腐食処理するだけでこの発明の目的
とする活性化は達成できる。

このように活性化して調製した清浄面は速やかにニッケ
ルめっき層によって被覆される。ニッケルめっき法とし
ては大別すれば電気めっきと無電解めっきとがあるが、
それ以外であってもよい。

電解によるニッケルめっきに用いるワット浴（ＮｉＳＯ
４２４０ｇ／　１、Ｎ１Ｃｊｔ！１ｇ／ｌ、ホウ酸　３
０ｇ／　１）は一般的によく知られたものであるが、チ
タン表面にめっきする場合には電流密度が２Ａ／ｄａｄ
”以上でないと作業性が劣ることやｌＯ＾／ｄＩＩ！以
上になると緻密なめっき層を形成させることができない
。

また、無電解めっき液（ＮｉＳＯＪＯｇ／　ｌ、次亜リ
ン酸ソーダ２５ｇ／ｊ！、重量のコハク酸ソーダ）もよ
く知られためっき液である。ニッケルめっきそれ自体よ
く知られていることであり、それらにしたがって処理す
れば十分である。

なお、チタン材表面の活性化のあとに行う上述のような
ニッケルめっき処理は活性化のあとただちに行うのが好
ましいが、これは、チタン材に表面酸化膜の再形成が行
われる以前にめっき処理するためである。

このようなニッケルめっきは、溶接組立時と圧延加熱時
のチタンとニッケル界面の酸化防止と、鋼中の炭素がチ
タン中へ拡散して引き起こされる接合性に有害なチタン
炭化物の形成抑制とのために行うもので、これらの目的
のためにはこの発明の圧延加熱温度の範囲で１０μ−以
上あれば充分である。

次いで、上述のようにニッケルめっきを施したチタン材
と母材鋼板とをニッケルめっき側を間にして会合させ、
その周囲を軟鋼板などで包囲し溶接封止する。第２図は
、このクラフト組立素材２０の略式断面図であり、母材
の炭素鋼母材２１のうえにはニッケルめっき層２２が配
置され、このニッケルめっき層２２はチタン材２３のう
えに設けられたものである。チタン材２３の全体は軟鋼
の炭素ｔｉ４２４によって包囲され、その周囲２６は炭
素鋼母材２１に溶接シールされている。

かくして溶接組立てられたクラフト組立素材は圧延によ
って密着接合されるが、その場合、圧延の加熱温度は、
８５０℃を超えるとチタン材のＮｉ織がベータ相に変態
することや金属間化合物の形成が著しくなりを害である
。また６００℃を下回るとニッケルと鋼の接合性が著し
く劣化して所定の接合強度を得ることができない。

この発明の好適態様にあって母材として０．１０％以上
の炭素を含有する鋼を選んだのはクラツド鋼としての母
材強度が低くなることを抑えるためである。

かくして、この発明によれば、接合強度が著しく大きな
チタンクラッド鋼が簡便な手段でもって製造できるので
ある。

次に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

実施例 １０１ＩｌｌＩ板厚のチタン板に第１表および第２表に
示すような条件でまず表面活性化処理を行い、次いで電
解めっきあるいは無電解めっきによりニッケルをめっき
しくそれぞれの場合について、めっき層：１５μｍ）ま
たは１５０μｌのニッケル箔を挿入し、第２図に示すよ
うな溶接シールによるクラッド素材の組立を行った。

なお、使用した回転ワイヤブラシはワイヤの直１０・５
“・長／ｇｌＯ″”・密度１００本′°””ｏｂＭ−使
用し、回転サンドペーパは、粗さ１６００を使用した。

機械切削の場合、表面厚さ１００μｍをバイトで切削し
た。

炭素網としては、０．１５％Ｃのものを用い、板厚は９
０ａ＋ｍであった。これを溶接シールの際に取り付けた
導管で真空ガス抜きするかあるいはガス抜きを行わない
で、同じく第１表および第２表に示す圧延加熱条件で２
０ｎｕ＋＋厚さに圧延し剪断引張試験でその接合性を評
価した。その結果は第１表に、剪断強度が１５ｋｇ／ｍ
ｍ”以下は否、それ以上を良として表示した。

これらの結果からも、この発明によれば十分な接合性が
得られるが、Ｎｉ箔インサート材を使用した場合あるい
は圧延温度が低い場合にはいずれも十分な接合性は得ら
れなかった。

第１表 （注）電解めっき： ワット浴（ＮｔＳＯａ　２４０ｇ／　ｌ、Ｎ４Ｃ１ｚ　
７　ｇ／Ｉ！、ホウ酸３０　ｇへ〇 第２表 注）無電解めっき： めっき浴（ＮｉＳＯｎ　８０　ｇ／　１、次亜リン酸ソ
ーダ２５ｇ／　ｊ！、コハク酸ソーダ微量）

【図面の簡単な説明】

第１図は、オージェ電子分光分析の結果と接合強度との
関係を示すグラフ；および第２図は、クラッド組立素材
の略式断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧延によるチタンクラッド鋼の製造法において、
   チタン材の表面の薄い酸化膜を除去して該表面を活性化
   させたのち、ニッケルめっき層を形成させ、次いで該ニ
   ッケルめっき層を介して母材鋼板に該チタン材を６００
   〜８５０℃に加熱して圧延圧着する、圧延によるチタン
   クラッド鋼の製造法。
2. （２）機械的研磨または硝フッ酸中での腐食によって上
   記の酸化膜を除去する、特許請求の範囲第１項記載の圧
   延によるチタンクラッド鋼の製造法。