JPS63306031A - チタン系金属クラッド鋼とその製造方法 - 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、純チタンおよびＭやＶを含むチタン１　　　
合金（以下これらを総称してチタン系金属と称する）と
鋼板とを重ね合せたチタン系金属クラッド鋼およびその
製造方法に関する。特に、本発明はチタン系金属と鋼板
との間に、各層のＦｅとＺｎの含有量が異なる二層のＦ
ｅ　−Ｚｎ合金メッキ層を介在させて接合したチタン系
金属のクラフト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
使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る。特にチタン系金属を合せ材とし
たクラッド鋼は、耐蝕性、装飾性に優れ、高価なチタン
系金属を安価な鋼板と組み合わせることにとって、チタ
ン系金属の実用化、汎用化を図るうえで重要な意義を有
する。

今日、チタン系金属を合せ材としたクラ、ド鋼は、爆着
法および純鉄板や低炭素鋼板をインサート材とした熱間
圧延法により製造されている。

（発明が解決しようとする問題点） 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
ラッド鋼の均一性に欠ける等の欠点がみられる。さらに
、ＳＲ（応力除去の後熱処理）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になっていない。

一方、純鉄板や低炭素鋼板をインサート材とした熱間圧
延法では、鉄中での炭素の拡散速度が大きいため、母材
鋼板中の炭素がインサート材を通して合せ打倒のＴｌ界
面へ到達しＴＩＣが生成してしまう、この傾向はインサ
ート材の厚さが１（なる程、又加熱温度が高くなる程著
しく、特に最近のようにクラッド鋼が薄肉化して大きな
量の一加工を行うようになったり、生産量を上げる目的
で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、ＴｉＣの生成はより大きな問題となる
。このＴｉＣはインサート材の厚さを増しても前述のよ
うに母材鋼板中の炭素はインサート材を通して容易に拡
散するため完全に防止することは難しい、特に、熱間圧
延によってクラフト鋼の板厚が減少した後、ＳＲ処理が
施されるものは炭素の拡散はより一層助長されＴｉＣの
生成量は多（なる、このようにして生成したＴｉＣは非
常に硬（て脆いため、得られるクラッド鋼の接合強度の
劣化は免れない。

本発明の目的は、チタン系金属クラフト鋼の薄肉化、熱
間圧延時の高温加熱にもかかわらず、接合面でのＴｉＣ
の生成がなく、接合強度の高いチタン系金属クラッド鋼
およびそ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、先に母材鋼板とチタン系金属の合せ材と
の間に、純鉄板を含む低炭素調板とＮｉ板とを組み合わ
せたインサート材を介在させたクラフト鋼を開発した（
特願昭６１−３８８８７号、昭和６１年２月２４日出願
）。

本発明者らは、その後、更に検討を重ねたところ、母材
鋼板側にＺｎを主成分とするＦｅ　−Ｚｎ合金層をチタ
ン系金属側に純鉄もしくはＦｅを主成分とするＦｅ　−
Ｚｎ合金層を介在させることにより、ＴｉＣの析出が効
果的に防止でき低炭素鋼板とＮｉ板とからなる前記のイ
ンサート材を用いたものと同等或いはそれより一層接合
強度に優れたクラッド鋼板が製造できることを見出し、
本発明を完成した。

よって、本発明の要旨とするところは、下記の■及び■
にある。

■母材鋼板とチタン系金属の合せ材との間に中間層を有
し、該中間層が母材鋼板側のＺｎｎリッチと合セ材側の
Ｆｅリッチ層からなる二層であることを特徴とするチタ
ン系金属クラ７ド鋼。

■母材鋼板とチタン系金属の合せ材とを重ね合せ熱間圧
延によってチタン系金属クラッド鋼を製造する方法にお
いて、予め母材鋼板表面にＺｎ含有量６５〜９５重量％
のＦｅ　−Ｚｎ合金層と、更にこの上に純鉄もしくはＦ
ｅ含有量５０重量％以上のＦｅ　−Ｚｎ合金層をメッキ
し、この二層メッキを施した母材鋼板のメッキ面側に合
せ材を重ね合わせ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シール溶接し、該接合面を１０−
１Ｔｏｒｒ以下の真空に脱気処理した後、５００〜８０
０℃に加熱して熱間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造方法。

本発明のクラッド鋼における好適な実施態様としては、
前記Ｚｎリンチ層はＺｎ含有！−６５〜９５重量％のＦ
ｅ−Ｚｎ合金であり、Ｆｅリッチ層は純鉄もしくはＦｅ
含有量５０重量％以上のＦｅ　−Ｚｎ合金である。

（作用） 以下、添付図面を参照しながら本発明のチタン系金属ク
ラッド鋼とその製造方法についてに詳細に説明する。

まず、本発明にかかるチタン系金属クラッド鋼について
説明する。

第１図は、本発明にかかるチタン系金属クラッド鋼の一
例を示す断面図である。

なお、実際のクラッド鋼では、中間層の各層の厚みは数
ｐ程度であるが、説明の都合上中間層の厚みを拡大して
示している。

本発明のチタン系金属クラフト鋼は、母材鋼板１とチタ
ン系金属の合せ材２と、この両部材間に中間層３を介在
させて接合してなるものである。

前記中間層３は、母材鋼板１側はＺｎリッチ層３１であ
り、合せ打倒はＦｅリフチ層３２である。

本発明のチタン系金属クラッド鋼おいて、中間層３を前
述のようにする理由は、高い接合性を得るためである。

例えば、ＪＩＳ　Ｇ３６０３チタンクラッド鋼で規定す
るせん断強度で１４ｋｇ／ａｍ”以上の高い接合強度の
クラフトとするには、母材鋼板１から合せ材２へ炭素の
拡散を抑制しＴｉｃの生成を防止しながら、一方ではＴ
ｉとＦｅの相互拡散を十分に生じせしめることが重要と
なる。

本発明において採用するＺｎリッチ層３１およびＦｅリ
ッチ層３２は、このような目的を達する゛に掻めて好都
合である。即ち、合せ材２側のＦｅリフチ層３２は、熱
間圧延下でチタン系金属の合せ材２との間でＴｉとＦｅ
の相互拡散を盛んにして接合強度を高め、Ｚｎリッチ層
３１は、母材鋼板１から合せ材２への炭素の拡散を防ぎ
合せ材２側に脆い金属間化合物やＴｉＣが生成されるの
を抑制する。しかもＺｎとＦｅの相互拡散を生じせしめ
接合性を高める。

このような効果は、Ｚｎ中への炭素の固溶が殆ど零であ
るためである。又一方ではＺｎとＦｅは相互に拡散する
ので母材鋼板１と中間層３との間でも強固な接合が達成
される。

上記の効果を確実にするため、合せ材２側に配置するＦ
ｅリフチ層３２は、純鉄もしくはＦｅを５０重量％以上
含むＰａ　−Ｚｎ合金とするのが望ましい、Ｆｅの含有
量が５０重量％未満の場合、即ち、Ｚｎ含有量が５０重
量％を越えるとＦｅ　−Ｚｎ脆化層が生じ、接合性を劣
化させるごとになり好ましくない。

このＦｅリッチ層３２の厚みは、特に規定するものでは
ないがより高い接合性を得るには２／ｊ以上とするのが
好ましい。

一方、母材鋼板１側に配置するＺｎリッチ層３１は、Ｚ
ｎを６５重量％以上含むＦｅ　−Ｚｎ合金とするのが望
ましい。Ｚｎ含有量が６５重量％より少ないと、炭素の
拡散抑制効果が小さく、一方Ｚｎ含有量が９５重量％を
越えるとＦｅ　−Ｚｎ合金の融点が低下し、炭素の拡散
抑制効果が逆に低下するとともに加熱温度を高くとるこ
とができず、製造面からも好ましくない。

次に、本発明にかかるクラッド鋼の製造方法について説
明する。

第２図は、本発明にかかわるチタン系金属クラッド鋼の
製造過程にみられるクラッド素材７の斜視図である。ま
ず、母材綱板１の表面にＺｎを６５〜９５重量％以上含
むＦｅ−Ｚｎ合金層と、この上に純鉄もしくはＦｅを７
５重量％以上含むＦｅ　−Ｚｎ合金層を予め溶融メッキ
、電気メッキ或いは蒸着メッキ等の方法でメッキした母
材鋼板１とチタン系金属の合せ材２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。

（１）組立： 第２図に示すように母材鋼板１のメッキ３０面側に合せ
材２を重ね合わせて積層化し、別の低炭素鋼板であるカ
バー４で母材鋼板１上の各素材を被覆し、継目５をシー
ル溶接６して、クラッド素材７とする。

（ｉｉ）脱気： クラッド素材７を得たのち吸引口８を経てその内部をロ
ータリーポンプ等で脱気し、１０−１Ｔｏｒｒ以下の真
空度とする。このとき予熱しながら脱気するとより容易
に高真空とすることができる。所定の脱気処理が終了す
ると吸引口８を溶着するなど適宜な密閉処理したのち切
断する。

（ｉｉｉ）加熱および圧延： 加熱温度は８００℃以下、５００℃以上とする。好まし
くは６００〜７５０℃である。８００℃を越える加熱温
度では、Ｆｅ　−Ｚｎ合金層が溶融して好ましくない、
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５００℃以上
の加熱温度とすべきである。

圧延終了後、カバーである綱板４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１） ＪＩＳ　８４６００１種相当のチタン板（厚さ１０ｍ５
）と５Ｓ４１相当の炭素鋼板（厚さ９０１）を用い種々
の試験を実施した。

厚さ５μ−の９０％Ｚｎ−１０％Ｆｅ合金層（下層）と
、この上にＦｅの含有量を種々変えてＦｅ−Ｚｎ合金層
（上層）を厚さ３μｍメッキした母材鋼板のメッキ面側
に合せ材を重ねて、第２図の如くクラッド素材を組立て
、端部に設けた脱気孔よりロータリーポンプで排気して
１０−　’　Ｔｏｒｒ以下に減圧した後、脱気孔を溶接
で密閉し、７５０℃の温度で５時間加熱を行い、圧下比
５で圧延して２０諺■厚のクラフト鋼とした。

このクラッド鋼について、ＪＩＳ　Ｇ　０６０１および
ＪＩＳ　Ｇ　３６０３にしたがって、そのせん断強度と
上層メッキ中のＦｅ含有量との関連で調査した。その結
果を第３図に示す。

ＪＩＳ　Ｇ　３６０３によるせん断強度で１４ｋｇ／ｍ
ｍ−”以上の高い接合強度のクラフト鋼とするには、チ
タン材側（上層）のＦｅリフチ層には５０重量％以上の
Ｆｅを含むＦｅ　−Ｚｎ合金層とするのがよい。

（実施例２） 厚さ５μ請の９０％Ｚｎ−１０％Ｆｅ合金層（下層）と
、この上に厚みを種々変えてＦｅ　−Ｚｎ合金層（上層
）をメッキした母材鋼板のメッキ面側に合せ材を重ね合
わせ、実施例１と同様にしてクラッド素材を組立て同じ
加熱・圧延条件でクラフト鋼とした。

これらを、前記と同様にせん断強度と上層メッキ厚との
関連を調査した。その結果を第４図に示す。

第４図にあきらかなように、せん断強度で１４ｋｇ／ｌ
Ｉｍ！以上の高い接合強度のクラフト鋼とするには、チ
タン材側（上層）のＦｅリフチ層の厚みを２μ以上とす
ることが有効である。

（実施例３） 厚さ３μ−の種々のＺｎ濃度のＦｅ　−Ｚｎ合金層（下
層）と、この上に厚さ３−の８０％Ｆｅ　−２０％Ｚｎ
合金層（上層）をメッキした母材鋼板のメッキ面側に合
せ材を重ね合わせてクラフト素材を組立て、７００°Ｃ
の温度で８時間加熱したのち熱間圧延してクラフト鋼と
した。なお加熱温度以外の製造条件は実施例１と同じで
ある。

これらを、同様にせん断強度と下層メッキ中のＺｎ濃度
との関係を調査した。その結果を第５図に示す。

第５図にあきらかなように、せん断強度で１４ｋｇ／■
■３以上の高い接合強度のクラッド鋼とするには、母材
鋼板側に８５〜９５重量％のＺｎ濃度のＺｎリッチ層と
することが有効である。

（実施例４） 厚さ３μ閣の９０％Ｚｎ−１０％Ｆｅ合金層（下層）と
、この上に厚さ３−の８０％Ｆｅ　−２０％Ｚｎ合金層
（上層）をメッキした母材鋼板のメッキ面側に合せ材を
重ね合わせてクラッド素材を組立て、加熱温度を種々変
えて熱間圧延しクラッド鋼とした。加熱温度以外の製造
条件は実施例１と同じである。

これらを、同様にせん断強度と加熱温度との関係を調査
した。その結果を第６図に示す。

同図にあきらかなように、せん断強度で１４ｋｇ／曹■
８以上の高い接合強度のクラッド鋼とするには、加熱温
度を５００〜８００℃とすることが必要である。

（発明の効果） 本発明によれば、接合面せん断強度の高い大型のチタン
系金属クラッド鋼が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のクラッド鋼を示す横断面図；第２図
は、クラッド素材を示す斜視図；第３図ないし第６図は
、本発明の実施例に於ける各種データをまとめて示すグ
ラフである。 １：母材鋼＠　　　　　２：合せ材 ３：中間層　　　　　　３０：メッキ層３１　：　Ｚｎ
リッチ層　　　　３２　：　Ｆｅリッチ層４：カバ−５
：継目 ６：シール溶接　　　　７：クラッド素材８：吸引口 第１図 第３図 ２０　　　４０　　　６０　　　２０　　　　ｒｏ。 ヱ１ヌ１、ｔＡ　ＴｎＩｅ　ｏ％ｔ（Ｘｉ・ル）第４図 １２．３４３

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）母材鋼板とチタン系金属の合せ材との間に中間層
   を有し、該中間層が母材鋼板側のＺｎリッチ層と合せ材
   側のＦｅリッチ層からなる二層であることを特徴とする
   チタン系金属クラッド鋼。
2. （２）Ｚｎリッチ層がＺｎ含有量６５〜９５重量％のＦ
   ｅ−Ｚｎ合金であり、Ｆｅリッチ層が純鉄もしくはＦｅ
   含有量５０重量％以上のＦｅ−Ｚｎ合金であることを特
   徴と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。
3. （３）母材鋼板とチタン系金属の合せ材とを重ね合せ熱
   間圧延によってチタン系金属クラッド鋼を製造する方法
   において、予め母材鋼板表面にＺｎ含有量６５〜９５重
   量％のＦｅ−Ｚｎ合金層と、更にこの上に純鉄もしくは
   Ｆｅ含有量５０重量％以上のＦｅ−Ｚｎ合金層をメッキ
   し、この二層メッキを施した母材鋼板のメッキ面側に合
   せ材を重ね合わせ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シール溶接し、該接合面を１０＾
   −＾１Ｔｏｒｒ以下の真空に脱気処理した後、５００〜
   ８００℃に加熱して熱間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造方法。