JPS63130281A - チタンクラツド鋼及びその製造方法 - 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） 本発明は、炭素鋼あるいは低合金鋼の母材にチタンある
いはチタン合金からなる合わせ材を接合したチタンクラ
ッド鋼及びその製造方法に関するもので、特に、母材と
合わせ材とが圧延圧着法によって接合されるチタンクラ
ッド鋼とその製造方法に関するものである。

（従来の技術） チタンクラッド鋼は、耐食性が極めて高いので、海水を
使用する熱交換器や種々の化学装舒の材料として広く用
いられ、その使用量も増大してきている。

このチタンクラ−、ド鋼は、炭素鋼あるいは低合金鋼を
母材として、その母材に、直接あるいは中間材を介して
、チタン又はチタン合金からなる合わせ材を接合したも
のである。その製造方法としては、一般に、 ａ）母材と合わせ材とを直接重ね合わせ、爆薬を爆発さ
せてその衝盤波によりこれらを接合させる爆着法、及び
爆着後それを更に圧延する爆着圧延法、 ｂ）母材と合わせ材との間に、母材側から順にクロム又
は銅、及びニッケルの薄層を形成し、真空炉内で加熱会
加圧することにより接合させる拡散接合法、 Ｃ）母材と合わせ材との間に、金属間化合物相の生成を
阻止するためのモリブデン、バナジウム、クロム、銅、
ニッケル箔等の中間材を挟み、その間を真空吸引して、
熱間圧延により接合させる、異種中間材を用いた圧延圧
着法、 ｄ）接合界面における炭化物の析出を防止するために、
チタン、ニオブ、タンタル等のような炭素との親和力の
強い合金元素を添加した極低炭素鋼を母材あるいは中間
材とし、これに合わせ材を重ねて圧延により接合させる
圧延圧着法、 が知られている。このうち現実に実用化されているのは
、ａ）の爆着法あるいは爆着圧延法と、ｄ）のチタンあ
るいはチタン合金と極低炭素鋼とを直接接合させる圧延
圧着法のみである。

このように母材と合わせ材とを接合させる場合、従来は
、その接合界面は平滑なものとされていた。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、爆着法あるいは爆着圧延法では、合わせ材の
供給サイズによって、得られるクラツド鋼の大きさが制
限されるばかりでなく、量産が難しいという問題がある
。したがって、工業的には、圧延圧着法を採用すること
が望まれる。

しかしながら、チタンあるいはチタン合金と極低炭素鋼
とを直接接合するものでは、その接合界面に鉄とチタン
との脆い中間化合物相が生成する。したがって、従来の
ように接合界面が平滑なものでは、その界面に沿って容
易に亀裂が発生し、その亀裂が伝播してしまう、そのた
めに、圧延圧着法によって得られたチタンクラッド鋼で
は、それを用いた装置の製造中あるいはその使用中にお
いて、合わせ材が母材から屑離しやすく、十分な信頼性
が得られないという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その第１の目的は、接合強度の変動が小さく、かつ
耐剥離抵抗性の大きい圧延チタンクラッド鋼を得ること
である。

また、本発明の第２の目的は、そのようなチタンクラッ
ド鋼が圧延圧着法によって容易に得られるようにするこ
とである。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明によるチタンクラッ
ド鋼は、炭素鋼あるいは低合金鋼の母材とチタンあるい
はチタン合金の合わせ材との間の接合界面に、高さが０
．０１ｍｍ以上、３ｍｍ以下の凹凸を付与したものとさ
れている。

また、本発明によるチタンクラッド鋼の製造方法は、母
材、合わせ材、あるいは中間材の少なくともいずれかの
接合面に、機械加工あるいは圧延加工等の塑性加工によ
って凹凸を付与し、これらを重ね合わせた組み合わせ体
を熱間あるいは温間圧延することを特徴としている。

（作用） このように、母材と合わせ材との接合界面に凹凸を付与
することにより、その接合界面の面積が大きくなるので
、大きな接合強度が得られるようになる。また、その凹
凸がせん断力等に対する抵抗体として作用するので、耐
剥離抵抗性も大きくなる。

この場合、接合界面の凹凸が０．０１ｍｍ以下であると
、せん断力等に対する抵抗体としての作用はほとんど期
待できない。また、その凹凸が３　ｍｍ以上であると、
健全なりラッド溶接継手が得られず、クラツド比の関係
からも、実用上問題が生じる。したがって、その凹凸は
０　、０１ｍｍ以上、３　ｍｍ以下とする必要がある。

そして、母材、合わせ材、あるいは中間材の接合面に凹
凸を付与し、これらを組み合わせて熱間あるいは温間圧
延することにより、接合界面に凹凸が形成されたチタン
クラッド鋼が得られるとともに、加熱中における鉄とチ
タンとの相互拡散が最小に抑えられ、中間化合物相の厚
さが低減される。したがって、そのチタンクラッド鋼は
、接合性能に優れたものとなる。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

本発明によるチタンクラッド鋼を製造するときには、ま
ず、第１図に示されているように、炭素鋼あるいは低合
金鋼からなる母材ｌの一方の面、すなわち接合面に、機
械加工あるいは圧延加工等によって多数の溝２を縞状あ
るいは格子状等に形成し、凹凸を付与する。そして、そ
の凹凸が形成された面上に、チタンあるいはチタン合金
からなる合わせ材３を重ね合わせる。

その凹凸は、合わせ材３の接合面側に設けるようにして
もよい、また、第２図に示されているように、母材ｌ及
び合わせ材３の各接合面にそれぞれｌＩ′ｆｔ２　、４
を形成し、それぞれに凹凸を付与するようにしてもよい
。その場合には、それらの溝２．４のピッチを互いに異
ならせることが望ましい。更に、第３図に示されている
ように、Ｅｉ材１と合わせ材３との間に中間材５を介在
させる場合には、その中間材５の合わせ材３との接合面
あるいは母材ｌとの接合面に、溝６を形成して凹凸を付
与する。この場合にも、母材ｌあるいは合わせ材３の接
合面に凹凸を付与するようにしてもよい。

このようにして、母材１と合わせ材３とが凹凸を介して
接合されるようにする。その場合、各接合面は、研磨や
脱脂等を行うことによって十分に清浄化しておく。

そして、このように組み合わされた二組の母材ｌ及び合
わせ材３を、第４図に示されているように背中合わせに
重ねる。このとき、互いに重ね合わされる合わせ材３，
３間には分離剤７を塗布しておく、更に、このように組
み合わされた母材１，１の周囲に、真空吸引バイブ８が
取り付けられた接合板９を溶接し、その母材１．１間を
気密に密閉する。こうして、二組の母材ｌ及び合わせ材
３からなる組み合わせ体１０を形成する。

また、−組の母材１及び合わせ材３のみを用いるときに
は、第５図に示されているように、合わせ材３の上面に
分離剤７を塗布し、その上に犠牲板ｌｌを重ねる。そし
て、その犠牲板１１と母材ｌとの間を、その周囲に溶接
される接合板９によって気密に密閉して、組み合わせ体
１２を形成する。

このように形成された組み合わせ体１０゜１２は、次い
でバイブ８を通して真空吸引することにより、母材ｌと
合わせ材３との接合面間が真空排気される。

この状態で、組み合わせ体１０．１２を７００°Ｃ以上
、９５０℃以下に加熱する。そして、その組み合わせ体
１０．１２を圧延機により熱間あるいは温間圧延する。

それによって、母材ｌと合わせ材３とが圧着接合される
。最後に、その周辺部分を切断除去する。

こうして、チタンクラッド鋼が得られる。そのチタンク
ラッド鋼の母材１と合わせ材３との接合界面は、波状の
凹凸を有するものとなる。

その凹凸の高さは、当初に母材ｌ、合わせ材３、あるい
は中間材５に形成されていた溝２゜４．６の深さや圧延
比等によって定められる。

したがって、当初の溝２，４．６の深さを適宜設定して
おくことにより、接合界面に高さ０．０１■以上、３１
１１１１１以下の凹凸が付与されたチタンクラッド鋼を
得ることができる。

また、母材１、合わせ材３、あるいは中間材５の接合面
に凹凸を形成しておくことにより、組み合わせ体ｔｏ、
１２として加熱するときには、それらの接触面積が小さ
いので、母材１あるいは中間材５の鉄と合わせ材３のチ
タンとが相互に拡散することが最小に抑えられる。した
がって、その接合界面に生成する中間化合物相の厚さは
小さいものとなる。

このように、接合界面に凹凸が形成され、中間化合物相
の生成が抑制されることにより、チタンクラッド鋼の耐
剥離抵抗性が大幅に向上するとともに、その他の接合性
能も改善される。

次に、本発明の方法に従って実際に製造したチタンクラ
ッド鋼と、従来の圧延圧着法によって製造されたチタン
クラッド鋼とを比較した評価試験結果について説明する
。

Ｌへ負ユ 厚さ５０ｍｍの１＆、Ｗ４母材（３Ｍ４１Ｂ）の接合面
に、深さ４ｖａ１１の溝を３ｍｍ間隔で縞状に形成し、
この母材と厚さ１２ｍの純チタン板（ＴＰ３５Ｈ）から
なる合わせ材とを、第５図に示されているように組み合
わせて、加熱温度８００℃、圧延比５としてチタンクラ
ッド鋼を製造した。圧延方向は溝と平行とした。

得られたチタンクラッド鋼の母材の厚さは１０＋＋ｍ、
合わせ材の厚さは２ｍｍ、接合界面の凹凸の高さは　０
．８Ｉｌｌ＋ｗであった。

この母材の厚さを８Ｈに削り、長さ５０厘ｍ、幅１０Ｉ
ＩＩｍ、厚さ１０ｍｍの試験片を作成した。

支り皇」 実施例１と同様の軟鋼母材とチタン合わせ材との間に、
チタンを含有した極低炭素鋼の中間材を挟んで、母材の
厚さ８■、合わせ材の厚さ２ＩＩｌｆｆｌのチタンクラ
ッド鋼を製造した。その中間材には、第３図に示されて
いるもののように、合わせ材との接合面に、深さ３■で
２１間隔の格子状の溝を形成した。そして、それら母材
、中間材、及び合わせ材を二組、第４図に示されている
ように組み合わせ、加熱温度９００’Ｃ，圧延比４とし
て圧延した。

得られたチタンクラッド鋼の接合界面には高さ０．４ａ
＋ｍの凹凸が形成された。

このチタンクラッド鋼を用いて、実施例１と同寸法の試
験片を作成した。

１較１ 実施例１，２と同様の軟鋼母材とチタン合わせ材とから
なり、従来のようにその各接合面が平滑のままで圧延圧
着されたチタンクラッド鋼を用いて、実施例１，２と同
寸法の試験片を作成した。その接合界面には、高さ０．
００１１の極めて微小な凹凸が形成されていた。

毘亘スｊ このようにして得られた３種類の試験片について、せん
断強度、剥離強度、及び耐剥離抵抗性を測定した。

耐剥離抵抗性は、第６図（ａ）に示されているように、
母材１と合わせ材３との境界部にプレス装置によってく
さび２０を打ち込み、同図（ｂ）に示されているように
、試験片の端部から１５＋Ｉ１ｍだけ残して３５ｍｍの
亀裂を入れたときの、母材１に対して合わせ材３がなす
角度θによって評価した。一般的には、耐剥離抵抗性が
高いはどθが大きくなる。θ＝Ｏは、完全に剥離した状
態を示す。

この試験結果は次表のとおりである。

この表から明らかなように、本発明の方法によって製造
したチタンクラッド鋼は、従来のものに比べてせん断強
度及び剥離強度がいずれも高く、しかも接合強度の変動
も小さいが、更に、耐剥離抵抗性が茗しく優れている点
が特に注目される。従来の方法によって製造したチタン
クラッド鋼は、３５■の亀裂を入れると全面剥離状態と
なるが、本発明によるものは亀裂が伝播せず、合わせ材
がカールするほどの耐剥離抵抗性を有している。

したがって、本発明によるチタンクラッド鋼は、厳しい
環境条件下で使用される場合にも、その剥離は著しく低
減される。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、チタ
ンクラッド鋼の母材と合わせ材との間の接合界面に、適
切な高さの凹凸を形成するようにしているので、その耐
剥離抵抗性が極めて優れたものとなる。したがって、炭
素鋼あるいは低合金鋼とチタンあるいはチタン合金とを
直接接合したチタンクラッド鋼でありながら、亀裂の伝
播が抑制され、合わせ材が剥離しにくく信頼性の高いチ
タンクラッド鋼を得ることができる。

また、そのようなチタンクラッド鋼Ｉｆ、母材、合わせ
材、あるいは中間材の接合面に凹凸を付与し、それらを
重ね合わせて圧延することによって製造されるので、量
産も容易となる。

しかも、そのような製造方法とすることにより、母材と
合わせ材との間の接合界面シこ生成する中間化合物相の
厚さも抑制されるので、得られるチタンクラッド鋼は、
接合性能の著しく優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は、本発明によるチタンクラッド鋼を製造す
るときの母材と合わせ材との組み合わせのそれぞれ異な
る例を示す説明図、 第４及び５図は、その母材及び合わせ材を圧延する状態
に組み合わせた組み合わせ体のそれぞれ異なる例を示す
説明図、 第６図は、チタンクランド鋼の耐剥離抵抗性を評価する
ための試験方法を示す説明図である。 １・・・母材　　　　　　　　　　２・・・溝３・・・
合わせ材　　　　　　　　４・・・溝５・・・中間材　
　　　　　　　　６・・・溝１０．１２・・・組み合わ
せ体 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素鋼又は低合金鋼を母材とし、これにチタン又
   はチタン合金からなる合わせ材を接合した、チタンクラ
   ッド鋼において； 前記母材と合わせ材との間の接合界面に、高さが０．０
   １ｍｍ以上、３ｍｍ以下の凹凸が形成されている、 チタンクラッド鋼。
2. （２）炭素鋼又は低合金鋼を母材とし、これにチタン又
   はチタン合金からなる合わせ材を圧延圧着によって接合
   する、チタンクラッド鋼の製造方法において； 前記母材、合わせ材、あるいはこれらの間に介在させる
   中間材の少なくともいずれかの接合面に凹凸を付与する
   とともに、 これらを重ね合わせて組み合わせ体を形成 その組み合わせ体を熱間あるいは温間圧延するようにし
   た、 チタンクラッド鋼の製造方法。