JPS63178034A - チタン系金属クラツド鋼とその製法 - 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、チタン系金属のクラッド鋼およびその製法に
関する。特に、本発明は、インサート材として低炭素網
およびニッケル合金、例えば鉄−二、ケル−クロム合金
を利用した圧延によるチタン系金属のクラッド鋼および
その製造方法に関する。

（従来の技術） 異種材料を接合して成るクラッド材、特に母材に鋼板を
利用するクラッド鋼は、合せ材および母材それぞれの材
料の特徴を生かすことができるため近年に至りその応用
分野を拡大しつつあり、特にチタン材を合せ材としたク
ラッド鋼はチタン材のもつ欠点を鋼板によって補充する
もので、海水淡水化プラントなどへの需要が増大しつつ
あり、信頼性のある安価な製法の開発はその実用化、−
膜化を図るうえで重要な意義を有する。

今日、チタン材を合せ材としたクラッド鋼は、爆着法お
よび低炭素鋼板（含純鉄材）をインサート材とした圧延
法により製造されている。

しかしながら、爆着法では、組立スラブ寸法に制限があ
り、製品寸法が小さい。また、寸法精度が劣るため、ク
ラッド層の均一性に欠ける等の欠点がみられる。さらに
、ＳＲ（後熱処理）による接合強度の低下が大きく、ま
だ十分満足すべきものとはなっていない。

一方、低炭素鋼をインサート材とした圧延法は、Ｆｅ中
でのＣの拡散速度が大きいため、母材鋼板のＣがインサ
ート材を通じてＴｉ界面へ到達しＴｉＣが生成してしま
う、この母材鋼板のＣはインサート材の厚さを増しても
粒界を通じて容易に拡散してしまう。特に、熱間圧延に
よってクラッド鋼の板厚が減少した後、ＳＲ処理が施さ
れる場合にはその拡散は容易となる。このようにして生
成したＴｉＣは非常に硬くて脆いため、このようにして
得られるクラッド鋼の強度劣化は免れない。

（発明が解決しようとする問題点） このように、ＴｉＣの析出は接合強度の低下を招くため
、その生成を可及的に防止しなければならない。したが
って、前述のように、ＴｉＣの生成を抑制するためには
Ｔ１／＠材鋼界面に低炭素鋼や純鉄をインサートするこ
とが行われている。

しかし、高温に加熱して圧延でクラッド鋼板を製造する
場合にはたとえインサート材を使ったとしても母材鋼板
に含有される炭素がこれらインサート材を通じてＴｉ界
面にまで拡散し接合強度の低下をもたらすＴｉＣの析出
を生じせしめることとなる。インサート材の厚さが薄い
程、また加熱温度が高い程、この傾向は大きい、特に、
最近のようにクラッド鋼が薄層化して大きな量の加工を
行うようになってきていると、また生産性を上げるため
圧下量を大きくするため高温での圧延が行われるように
なってくると、上述のようなＴｉＣの生成が重要な問題
となってきている。

かくして、本発明の目的は、インサート材の薄層化、圧
延の高温化にもかかわらず、ＴＩＣ生成の問題の生じな
い、チタン系金属クラッド鋼の製造方法を提供すること
である。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、かかる目的達成のため種々検討したとこ
ろ、純鉄板を包含する低炭素鋼材とニッケル材との組合
せ材をインサート材とすることが効果的であることを見
い出し、特願昭６０−３８８８７号として特許出願した
。

すなわち、合せ材側に脆い金属間化合物やＴｉＣの生成
が少なく、しかも、適度に相互拡散層を生じせしめる低
炭素鋼材を、さらに、低炭素鋼材と母材鋼材との間に炭
素の拡散を遅らせるＮｉ材をインサート材として用りる
と、圧延のま＼および後熱処理が付加されるいずれの場
合でもＴｉＣの析出が効果的に防止でき、優れた接合強
度を有するクラッド鋼板を製造できるのである。

ここに、本発明者らは、さらに種々検討を重ねたところ
、上記インサート材としては純Ｎｉ材に限らず、例えば
鉄−ニッケルークロム合金板などのニッケル合金一般に
ついてその効果が認められ、そのようなニッケル合金を
インサート材として利用しても効果的であることを知り
、本発明を完成した。

よって、本発明の要旨とするところは、チタン系金属の
合せ材と、該合せ材に接合された炭素含有量が０．０１
重量％以下の低炭素８層と、該低炭素鋼層に接合された
ニッケル合金石と、該合金層に接合された母材鋼板とか
ら構成されたチタン系金属とのクラッド鋼である。

また、別の面からは、本発明はチタン系金属の合せ材と
母材鋼板との間に前述の低炭素鋼およびニッケル合金の
中間材を介在させてクランク素材とし、次いで熱間圧延
よってクラッド鋼を製造する方法であって、これらの部
材間の接合面に酸素の供給が行われないように該クラッ
ド素材にシール溶接を行なった後、少なくとも上記チタ
ン系金属の合せ材と低炭素鋼材との接合面に真空脱気処
理を行い、これを圧延開始温度５００℃以上、１０５０
℃以下でロール圧延することを特徴とするチタン系金属
とのクラッド鋼の製法である。

「チタン系金属」とは純チタンおよびチタン基合金を包
含するものであり、「炭素含有量が０．０１ｉｌ１％以
下の低炭素網」には純鉄も包含される趣旨である。さら
に、「ニッケル合金」は、好ましくはＮｒ　２５　Ｉ１
１％以上のニッケル合金であり、されに好ましくはＦｅ
−Ｎｉ−Ｃｒを主成分とするオーステナイト系合金であ
る。その特定例にあって、その合金組成は、重量％で、
以下のように限定される。

ＣｒＳｉ２、Ｎｉ≧−０，７８Ｃｒ　＋　２６Ｃｒ　＞
　１８、Ｎ１≧１．１３（Ｃｒ−１８）　＋１２残部Ｆ
ｅおよび不可避不純物。

さらに本発明の別の好適態様にあっては、上記鉄−ニソ
ケルークロム合金は、さらに伝０．０５重世％以下、そ
の他の合金元素合計５重量％以下を含有してもよい。

このように、本発明は、合せ材と母材ｃＡ板を高い接合
力で接着させるには、界面にＴｉｃを析出させないでＴ
ｔとＦｅの相互拡散を生じさせることが重要であること
、さらに、圧延材をＳＲ処理するとＴｉＣの析出が一層
促進され接合強度が低下するとの知見に基づくもので、
これを解決するためにはＴｉとの界面へＣを供給しない
ことが重要で、そのために合せ材側に低炭素鋼を、さら
に、母材調板側にＣの拡散係数の小さいニッケル合金を
インサート材として用い、さらに圧延前の加熱中に合せ
材と母材鋼板およびインサート材表面に酸化層が生成す
るとＴｉとＦｅの相互拡散が生じないため、かかる酸化
層の生成を防止するために加熱に先立って真空脱気処理
を行うのである。

ここに、ニッケル合金インサート材の必要厚さは加熱温
度と時間、および低炭素ｍ（および純鉄）インサート材
の厚さによって適宜変化させてもよい。特に制限される
ものではない。

圧延に先立って、クラッド素材を所定温度に加熱するが
、すでに述べたように、この加熱中、これら接合界面に
酸素が供給されると表面酸化層が生成し、これが固相接
合の基本となる元素の相互拡散を生じさせなくなる。こ
れを防止するために、本発明においては、加熱に先立っ
てクラッド素材のシール溶接を行い、例えば１０−’↑
ｏｒｒ以下に脱気処理を行なうのが好ましい。Ｔｉ／Ｆ
ｅ界面に生成する金属間化合物の溶融温度が１０８５℃
であることから、このときの加熱温度の上限を１０５０
℃とした。

母材調板５Ｓ４１ｆｉＩ４板からのＣの拡散を抑制する
には低炭素鋼インサート材の厚さを大とする程効果的で
あるが、その厚さが２ｍ＋ｓを超えると、剪断試験での
強度がインサート材そのものの剪断強さを示すため好ま
しくない。

（作用） 次に、添付図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説
明する。

第１図は、本発明にかかるチタン系金属とのクラッド鋼
板の製造過程にみられるクラッド素材の斜視図である。

最終的に得られるクラッド鋼にあってもそのクラッド構
造そのものは同一であるので、第１図によって説明する
と、母材鋼板１の上には中間材である鉄−ニッケルーク
ロム合金層２が設けられており、さらに別の中間材であ
る低炭素Ｉｔ（含純鉄）層３も設けられている。そして
、この低炭素鋼ＩＷ３を介して合せ材であるチタン板４
がクラッドされている。

特に各板材の厚さは制限ないが、好ましくは、最終材と
してインサート材の合計厚さは組合せ鋼板全厚さの０．
１〜１０％程度、通常は０．５〜３．０％程度とするの
が良い。

次に、本発明にかかるクラッド鋼の製法について説明す
ると、まず、母材綱板、合せ材のチタン材、インサート
材である鉄−ニッケルークロム合金材および低炭素鋼材
を用意する。各接合すべき面は、脱脂等の処理を経て可
及的に清浄なものとするのがよい。

（１）クラッド素材の組立： 第１図に示すように各素材である鋼板１、鉄−ニッケル
ークロム合金材または層２、低炭素鋼材または層３およ
びチタン板４を積層化し、そのとき各インサート材およ
びチタン板の大きさを母材ｍ＋反よりわずかに小さなも
のとすることにより、母材上の各素材を別の低炭素鋼板
であるカバー５で被覆し、各継目６を溶接してシールし
て、クラッド素材７とする。インサート材は合せ材（チ
タンまたはチタン合金）側は低炭素鋼、母材鋼板側はニ
ッケル合金、例えば鉄−二ッケル−クロム合金とする。

第１図において鋼板１の一部に脱気用の吸引口８が設け
られている。

（２）脱気： クラッド素材７を得てから吸引口８を経て内部をロータ
リーポンプ等で脱気し、１０−’Ｔｏｒｒ以下の真空度
とする。このときの真空脱気処理は少なくともインサー
ト材同士の接合面に行う。脱気処理は加熱しながら脱気
するとより容易に高真空となる。所定の脱気が終了した
ら吸引口８を溶断するなど適宜な手段で遮断する。

（３）加熱・圧延； 加熱温度は１０５０℃以下、５００℃以上である。好ま
しくは７００〜９００℃で十分である。圧延はあまり低
温仕上げとすると加工硬化やマルテンサイト変態によっ
て変形抵抗が増大するため４００℃以上の仕上げ温度が
好ましい。

かくして本発明により製造されたクラッド鋼にあっては
ＴｉＣの生成は実質上みられず、後熱処理によっても強
度低下はみられなかった。

圧延終了後、カバーである鋼板を剥ぐことによって目的
とするチタン系金属クラッド鋼が得られる。

次に、本発明の実施例を示す。

実施例 ＪＩＳ　１１４６００　１種相当のチタンキ反（ＫさＬ
ｏｖＡｍ）　　とＳＳ、＋１相当の炭素？ｉ槻（厚さ９
０＋＊ｍ）を用し１種々の試験を実施した。

第１表に示す化学組成を有する低炭素鋼および／または
第２表に組成を示す鉄−ニツケル−クロム合金をインサ
ート材として使用し、加熱温度とこれらインサート材の
必要厚さの関係をＪＩＳ　６０１およびＪＩＳ　３６０
３にしたがってその剪断強度との関連で調査した。

第１表　インサート材の化学成分 （重量％） これら素材を第１図の如く組立て、端部に設けた脱気孔
よりロータリーポンプにて排気した。１０−　’　Ｔｏ
ｒｒ以下に減圧した後、脱気孔を溶接でふさぎ、８５０
℃に５時間加熱した。そして、その圧延材と、さらに、
後熱処理を施した板について剪断強度を測定した。′な
お、圧延の圧下比は５、後熱処理の条件は６００℃×５
時間一定のもとで調査した。

（続き） 第２図は、第２表の合金組成をＮｉおよびＣｒ含有量に
よってプロットしたグラフであり、図中の数字は第２表
の合金磁を示す。

低炭素鋼板の板厚を２００μｍ一定として、第２表に示
した種々の合金成分のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金材と合せ、
前者を合せ打倒、後者を母材側として得たクラッド鋼板
の熱間圧延後の接合強度特性を示す。

この場合、Ｆｅ−Ｎｔ−Ｃｒ合金材の板厚を最大１００
０μｍまで変化させた。結果を第３図にまとめて示す。

第３図に示す結果からも明らかなように、第２図におい
て斜線で囲んだ領域のＣ量が０．０５重量％以下の合金
板をインサート材として用いた場合、その厚さが２００
μ−以上では極めて剪断強度の高い性質を示した。しか
し、一方、これら合金成分であってもＣｆｉが０．０５
重量％超含金れたもの、およびこれらｗＩ域基以外いわ
ゆるフェライト系合金を用いた場合にはその板厚を増し
ても接合強度は低い値を示した。その理由は、加熱圧延
の過程でＳＳ４／Ｌ中のＣが合金板と低炭素鋼板を通過
してＴｉ板との界面にまで到達し、ＴｌＣを生成したた
めである。

この温度、時間中におけるＣの拡散距離が約４００μ溺
であるため低炭素鋼板の板厚を４００μｍ以上と厚くし
た場合には、該鋼板を通過して５Ｓ４１中のＣがＴｉ界
面へ達することはない、したがって、圧延クラブク鋼の
接合強度がこれら合金材の成分によって影響されること
はない。

第４図は、第３図に示した圧延板を大気中６００’Ｃｘ
１時間の熱処理を行った後の剪断強度の変化を示す。

第２図の斜線内の合金成分でｃｌが０．０５重量％以下
の合金材をインサート材として用いたものでは圧延後と
変化のない高接合強度を維持した。一方、これら合金成
分であってもＣ量が０．０５重量％を越えるものおよび
これら領域外のフェライト系合金では、圧延によって板
厚が約１７５に減少したことと、この温度での低炭素鋼
およびフェライト系合金中での炭素の拡散がより速いこ
とから、圧延材よりも接合強度はさらに低下した。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば低炭素鋼およびニ
ッケル合金をインサート材として利用することにより接
合強度のすぐれたチタン系金属クラッド鋼が容易に製造
でき、特にニッケル合金の組成を適当に設定することに
より圧延後はもちろん、後熱処理においてもほとんど変
わらない高い接合強度を維持できるチタン系金属クラッ
ド鋼が得られ、従来の爆着法に代わる信頬性ある安価な
圧延法によるチタン系金属クラッド鋼およびその製法と
して、その利益は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、クラッド素材を一部破壊して示す斜視図； 第２図は、本発明の実施例において使用したニッケル合
金の組成を示すグラフ；および第３図および第４図は、
本発明の実施例における接合強度をまとめて示すグラフ
である。 ｌ：母材鋼板　　　　　２：Ｎｉ板 ３：低炭素鋼板　　　　４：チタン板 ５：カハ゛−６：継目

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）チタン系金属の合せ材と、該合せ材に接合された
   炭素含有量が０．０１重量％以下の低炭素鋼層と、該低
   炭素鋼板に接合されたニッケル合金層と、該合金層に接
   合された母材鋼板とから構成されたチタン系金属クラッ
   ド鋼。
2. （２）前記ニッケル合金層が、重量％で、下記の合金組
   成を有する特許請求の範囲第１項記載のチタン系金属ク
   ラッド鋼。 Ｃｒ≦１８、Ｎｉ≧−０．７８Ｃｒ＋２６ Ｃｒ＞１８、Ｎｉ≧１．１３（Ｃｒ−１８）＋１２残部
   Ｆｅおよび不可避不純物。
3. （３）前記合金組成がさらにＣ：０．０５重量％以下、
   その他の合金元素合計５重量％以下を含有する、特許請
   求の範囲第２項記載のチタン系金属クラッド鋼。
4. （４）チタン系金属の合せ材と母材鋼板を重ね合せて熱
   間圧延によってクラッド鋼を製造する方法において、両
   部材間に合せ材側に炭素含有量が０．０１重量％以下の
   低炭素鋼材を、さらに、母材鋼板側にニッケル合金材を
   介在させてクラッド素材とし、これらの部材間の接合面
   に酸素の供給が行われないように該クラッド素材にシー
   ル溶接を行なった後、少なくとも上記チタン系金属の合
   せ材と低炭素鋼材との接合面に真空脱気処理を行い、こ
   れを圧延開始温度５００℃以上、１０５０℃以下でロー
   ル圧延することを特徴とするチタン系金属クラッド鋼の
   製法。
5. （５）前記ニッケル合金が、重量％で、下記の合金組成
   を有する特許請求の範囲第４項記載のチタン系金属クラ
   ッド鋼。 Ｃｒ≦１８、Ｎｉ≧−０．７８Ｃｒ＋２６ Ｃｒ＞１８、Ｎｉ≧１．１３（Ｃｒ−１８）＋１２残部
   Ｆｅおよび不可避不純物。
6. （６）前記合金組成がさらにＣ：０．０５重量％以下、
   その他の合金元素合計５重量％以下を含有する、特許請
   求の範囲第５項記載のチタン系金属クラッド鋼。