JPH02112886A - クラッドチタン線材の製造方法 - 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〕 本発明はチタン（Ｔｉ）又はチタン（Ｔｉ）基台金製の
芯材をニッケル（Ｎｉ）又はニッケル（Ｎｉ）５合金製
外層材で被覆してなり、しかも仕上がり直径が５０ｕｍ
以下の極細径のクラッドチタン線材を製造する方法に関
するものである。

〔従来技術］ Ｔｉを芯材としたＴｉ−Ｎｉ　クラッド線材の加工法と
しては、従来Ｔｉ系金属製の芯材をＮｉ系金属外層材で
被覆してなる積層棒材を所定温度で温間押出し加工した
後、焼鈍処理を施して軟化させ、次いで冷間加工を施す
方法（特公昭６０−１３４２４号）、或いはＴｉ又はＴ
ｉ基合金製の芯材にＮｉ又はＮｉ基合金からなる中空の
外層材を被せ、熱間押出加工、焼鈍処理、線引加工及び
焼鈍処理を順次的に施す方法等が提案されている（特開
昭６１−１５９２１６号）。

しかし、これらの方法ではＮｉ−Ｔｉ金属間化合物（Ｔ
ｉ　Ｎｉ、　Ｔ１Ｎｉ、　Ｔｉ旧）の生成が障害となっ
て、芯材と外層材との接合強度が低いという欠点があっ
た。

このような金属間化合物生成の問題を解決する方法とし
て、境界にＮｉ−Ｔｉ金属間化合物が生成したＮｉ−Ｔ
ｉ　クラッド素材に強加工を施して境界層の金属間化合
物を微細化した後、６００°Ｃ以下の温度で熱処理を行
うクラツド材の製造方法が提案されている（特開昭５７
−１５６８７９号）、。

これはＮｉ材とＴｉ材とのクラツド化に際して拡散構造
を与えるための加熱により必然的に生成する脆いＮｉ−
Ｔｉ金属間化合物を機械加工により微細化して再度比較
的低温度で熱処理する方法を採ることにより、クラツド
化時の温度制約が著しく緩和され、全体として改善され
た接合強度のＮｉ−Ｔｉ　クラツド材を得ようとする方
法である。

即ち、生成したＮｉ−Ｔｉ金属間化合物の発生を制御す
るのではなく、生成した金属間化合物を比較的影響の少
ない状態でクラツド材中に存在せしめて、接合強度を改
善することを意図しており、■　Ｎｉ材とＴｉ材を圧接
し加熱することによりクラツド化する工程 圧接し加熱する態様例としては （１）熱間圧延、熱間押出、熱間線引、爆着（圧接と加
熱が同時） （ｉｉ）’冷間圧延・冷間線引」−加熱一般に、加熱温
度は７００℃以上 ■　圧延・押出等の加工法により強加工を行い、金属間
化合物を微細化する工程 強加工は熱間でも冷間でも良い。熱間での温度は５００
°Ｃ以下が望ましいが、６００°Ｃ以下の温度も使用可
能である。

■　６００　℃以下、望ましくは５５０〜４５０°Ｃの
温度で１０分〜２時間熱処理して、Ｎｉ材とＴｉ材の境
界に拡散を起こさせる工程 等から成る加工法である。

一方チタン又はチタン合金線を線引き加工する方法とし
ては、一般にチタン又はチタン合金線に酸化膜を付けて
線引き加工を行う方法が実施されている（特開昭６２−
３４６０５号）。この方法はクラツド材を大気中で加熱
して表面に酸化膜を形成し、この酸化膜を潤滑材として
ダイスのかじりつきを防止しつつ線引きを行う方法であ
る。ただこの方法では芯材に対する酸化膜の付着のため
に高温（６５０°Ｃ以上）で長時間（２〜３時間）加熱
処理する必要があり、しかも仕上げ直径は１ｍｍ程度が
限界で、これ以下の直径とするためには工程が非常に複
雑となり、実用性を欠くという難点があった。

そこで近年にあっては、メツキ技術を利用してチタン又
はチタン合金線表面にＮｉメツキを施してこれを線引き
加工することが行われている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで上述した如き外層材と芯材との接合強度を高め
る加工工程の場合、その後に熱処理工程が必ず必要であ
って処理が複雑となり、製品コストの上昇は避けられな
い。しかもこのようにして得られるクラツド材の接合強
度も０．１８ｋｇ／胴２程度にすぎない。

接合強度が低いと次の伸線工程において、Ｎｉ材とＴｉ
材とが剥離して不良率が高くなる不都合を生じる。不良
率を低減させるためには伸線加工工程では２０ｋｇ／埴
２以上の接合強度が必要とされており、上記製造方法に
よっても接合強度は十分とはいえない。

接合強度を高める方法としては、他に爆発圧着や熱間静
水圧プレスなどがある。ただ熱間静水圧プレスによる場
合も接合強度は１７ｋｇ／ｍｍ２程度で不良率の改善は
不十分である。この点爆全圧着によると接合強度は２０
ｋｇ／ｍｍ”程度となり、伸線工程においても不良率は
比較的改善されると考えられる反面、爆発圧着法では長
尺のクラツド材を得ることは困難であるうえ加工コスト
が高く、安全のための特別な場所を確保せねばならない
という問題がある。

ところで、熱間加工法としては一般的に押出し法、或い
は静水圧押出し法以外にも孔型圧延法、鍛造法等が従来
実施されてはいるが、孔型圧延法や鍛造法等は拘束面と
自由面（非拘束面）が必ず存在し、自由面において芯材
と外層材とがその境界層で剥離する現象が生じることか
ら、異種金属クラツド材には適用が困難とされている。

本発明者等も孔型圧延法、或いは鍛造法による熱間加工
法を検討したが、圧延材の境界部に接合不良の個所が形
成されるのを確認した。

また一方従来の線引き加工法のうち、表面にＮｉメツキ
を施して線引き加工する方法はメッキ厚を均一にするこ
とが難しいため、５０μｍ以下まで線引きを行うとメッ
キ厚の薄い部分ではメツキ層のない部分が発生し、加工
中にダイスによるかじりつき等のトラブルが発生するこ
ととなり、直径５０μｍ程度迄しか線引き加工すること
が出来ないという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところはＴｉ又はＴ　ｉ　＞Ｊ合金製の芯材
と、Ｎｉ又はＮｉ基合金製の外層材との接合強度を飛躍
的に向上させ得、Ｔｉの軽量性及び耐蝕性。

Ｎｉの加工性、プレス性、切削性、ろう付性等の表面処
理性を併せて利用し、従来方法の如く加工後熱処理をし
なくても接合強度の高いクランドチタン線材の製造方法
を提供することである。

また本発明の別の目的は外層材と芯材とを拡散接合せし
めることによって仕上がり直径が５０μｍ以下の極細径
のクラッドチタン線材の製造が可能な方法を提供するに
ある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、Ｔｉ又はＴｉ５合金製の芯材にＮｉ又はＮｉ
基合金製の外層材を被せ、この外層材をその内部をＩ　
Ｘ　１０−　１Ｔｏｒｒ以下の真空状態に保持して密閉
してクラッド素材を組立てる工程と、該クラッド素材を
８５０°Ｃ以下に加熱して３個以上のコーン型ロールを
有する傾斜圧延機にて延伸圧延して外層材と芯材とを拡
散接合する工程と、延伸圧延した素材をダイスを用いて
直径が５０μｍ以下に冷間伸線加工する工程とを含む。

〔作用〕

本発明はこれによってＮｉ材とＴｉ材とを熱処理を施す
ことなく、大きな接合強度で接合出来、しかもそのまま
冷間伸線加工により直径を５０μｍ以下とすることが可
能となる。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明方法による主要な製造工程を示すブロッ
ク図であり、芯材と外層材とにてクラッド素材を組立て
る工程と、クラッド素材を所定温度に加熱する工程と、
組立てたクラッド素材を３〜４個のコーン型ロールを有
する傾斜圧延機にて熱間延伸圧延し、外層材と芯材とを
拡散接合する工程と、熱間延伸圧延したクランド材のス
ケールを除去する工程と、熱間圧延したクラツド材をダ
イスを用いて直径が５０μｍ以下に冷間伸線加工する工
程とを含む。

以下各工程について具体的に説明する。

■）　クラッド素材の組立工程 第２図は本発明に使用するクラッド素材の製作過程を一
部断面で示す説明図である。

Ｔｉ又はＴｉ基合金製の芯材１１とＮｉ又はＮｊ基合金
製の筒状をなす外層材１２を用意し、これら両材料をア
セトン等で脱脂、清浄後、芯材１１を外層材１２に挿入
し、Ｉ　Ｘｌ０−１Ｔｏｒｒ以下の真空度に保持した室
内で外層材１２の両端に蓋材１３を、例えば電子ビーム
溶接等の手段にて気密状態に溶接して外層材１２を密閉
し、外層材１２の内部を１×１０−　１Ｔｏｒｒ以下の
真空度に保持したクラッド素材１０を得る。

真空度をＩ　Ｘ　１０−　１Ｔｏｒｒ以下としたのはこ
れを超えると後工程の傾斜圧延において、芯材１１と外
層材１２との接合強度が極端に低下することによる。

なおここにＴｉ又はＴｉ基合金にはＴｉ単体又はこれを
主成分とし、ＴｉとＡｆｆｉ、■、Ｍｎ、　Ｆｅ、　Ｃ
ｕ、Ｍｏ、　Ｃｒ、　Ｗ等の成分の１種又は２種以上と
の合金を含むものであり、合金中のＴｉ含有量は９０％
（重量％、以下断らない限り同様とする）以上であるこ
とが好ましい。９０％未満では比重が増加して軽量金属
としての特徴が川なわれるからである。

またＮｉ又はＮｉ基合金にはＮｉ単体又はこれを主成分
とし、ＮｔとＣｒ、　Ｃｕ、　ｒｅ、　Ａｇ、　Ｓｉ、
　Ｓ、　Ｐｂ。

ＰＬ、Ａｕ、希土類元素、Ｔｉ、　Ｎｂ、　　Ａｆｆｉ
、　Ｍｏ、Ｓｎ。

Ｃｏ等の成分の１種又は２種以上との合金を包含する。

２）　クラッド素材の加熱工程 得られたクラッド素材１０はこれを８５０°Ｃ以下の温
度に加熱する。クラッド素材１０の加熱温度を８５０°
Ｃ以下とするのは次の理由による。

通常チタンとニッケルとの金属間化合物は９５５°Ｃで
溶融し始めるが次工程の熱間延伸圧延工程で施される傾
斜圧延は加工度（減面率）を大きくすると加工熱が発生
して１００°Ｃ程度材料温度が上昇するから、金属間化
合物が溶融しないよう安全を見込んで８５０°Ｃ以下と
しである。加熱温度の下限は熱間圧延（もしくは温間圧
延）が可能な限り、特に制限はないが、望ましくは４０
０°Ｃ以上である。

これを下回る加熱温度では傾斜圧延機の必要能力が非常
に大きくなることによる。

３）　クラッド素材の熱間延伸圧延工程熱間延伸圧延工
程では外層材１２の肉１！Ｖ（ｔ）とその外径（Ｄ）と
の比（ｔ／Ｄ）は０．０２〜０．１となるように延伸圧
延を行う。比（ｔ／Ｄ）が０．０２未満では線引き過程
で外層材に破断が生じる虞れがあることによる。また比
が０．１を越えるとＴｉの特性である軽量性が失われる
ことによる。この熱間延伸圧延用の装置としては第３．
４．５図に示す如き３個以上のコーン型ロールを有する
傾斜圧延機を用いる。

ロールを３個以上としたのは２個のロールを有する傾斜
圧延機では、所謂マンネスマン破壊現象が生じ、圧延材
中心部に割れが発生するからである。

傾斜圧延機としては交叉型の傾斜圧延機を用いるのが望
ましい。

第３図は本発明に使用する傾斜圧延機４による圧延状態
を示す正面図、第４図は第３図の■−■線による断面図
、第５図は第３図のＶ−■線方向からみた側面図である
。傾斜圧延機４はパスライン周りに臨んで３個のコーン
型ロール１．２．３を有し、３個のロール１，２．３は
クランド素材１０の出側端寄りの位置にゴージ部ｌａ、
２ａ、３ａを備え、ゴージ部１ａ、２ａ、３ａを境にし
てクラッド素材１０の入側は軸端に向けて漸次直径を縮
小され、また出側は拡大されて円錐台形をなす入口面１
ｂ、２ｂ、３ｂ及び出口面１ｃ、２ｅ、３ｃを備えてお
り、出口面１　ｃ　＋　２ｃ　＋　３ｃはパスラインと
の距離をゴージ部１ａ、２ａ、３ａとパスラインＸ−ｘ
との距離に一致させである。

このようなコーン型のロールｌ、２．３はいずれもその
入口面１ｂ、２ｂ、３ｂをクラッド素材１０の移動方向
上流側に位置させた状態とし、また軸心線Ｙ−Ｙと、ゴ
ージ部１ａ、２ａ、３ａを含む平面との交点０（以下ロ
ール設定中心という）を、クラッド素材１０のパスライ
ンＸ−Ｘと直交する同一平面上にてバスラインＸ−Ｘ周
りに略等間隔に位置せしめて配設されている。そして各
ロール１．２．３の軸心綿Ｙ−Ｙはロール設定中心０回
りに、クランド素材１０のパスラインＸ−ｘとの関係に
おいて第３．４図に示すように前方の軸端がパスライン
ｘ−Ｘに向けて接近するよう交叉角γだけ交叉（傾斜）
せしめられ、且つ第４図、第５図に示すように前方の軸
端がクラッド素材１０の周方向の同じ側に向けて傾斜角
βだけ傾斜せしめられている。

交叉角Ｔ及び傾斜角βは０°くγ＜１５°、３゜〈β〈
２０°及び５°くＴ＋β＜３０°を満足するように設定
する。

各ロール１，２．３は図示しない駆動源に連繋されてお
り、第４図に矢符で示す如く同方向に回転駆動され、こ
れらのロール間に噛み込まれた熱間のクラッド素材１０
はその軸心線用りに回転駆動されつつ軸長方向に移動さ
れる、所謂螺進移動せしめられつつ延伸圧延される。

クラッド素材ＩＯはロール間を螺進移動せしめられる間
に、第４図に示す如くロールバイ１一部Ａにて外径を絞
られて、例えば最大減面率が８０〜９０％の高圧下を受
け、クラッド素材１０の圧下面Ｂが円錐台形状に成形さ
れた後、ゴージ部１ａ２ａ、３ａ　、出口面１ｃ、２ｃ
、３ｃにて所定外径の断面円形をなし、外層材１２と芯
材１１とが拡散接合した状態のクラツド材１４に加工さ
れる。

一般に熱処理拡散による拡散接合を行った時の拡散層厚
の厚さは太き（、しかも線引き加工過程での反復的な軟
化焼鈍過程での成長によって１０〜２０μｍ程度となり
、直径５０μｍ以下の極細径線に線引き加工を行う場合
にはクラット線材というよりも、むしろ複合線材に近い
構造となる。このため極細径線でクラッド線材としての
構造を維持するためには拡散層厚が小さいことが必要と
されるが、この傾斜圧延機により形成される拡散接合は
接合強度が大きく、しかも極めて薄いという特性を有し
ており、７００°Ｃ〜６００　℃の軟化焼鈍を反復して
もその厚さは数μ程度に留まり、しかも反復的な線引き
加工にも剥離が生じることがない。

なお、この拡散接合工程では外層材の偏肉防止を抑える
観点から軸対称加工法である熱間静水圧押出法を採用す
ることも可能である。

４）　冷間伸線工程 一般に３個のロールを有する傾斜圧延機では圧延材の径
が小さくなれば幾何学的制約から圧延ロール径も小さく
しなければならず必然的に圧延速度が低下し、またクラ
ッド素材１０の温度が低下するので、実用的には直径１
０胴程度までは傾斜圧延による熱間（温間）圧延が可能
であるが、１０［ｌｔｌ！１以下になると実用上熱間圧
延が困難となる。そこで直径が１０ｍｍ以下の線材とす
る際には冷間伸線加工が施される。

この伸線加工法としては、ダイス伸線法、ローラダイス
伸線法、或いは孔型圧延法等による冷間伸線加工法等が
あるが、肉厚のバラツキを抑える観点から、ダイス伸線
を採用して極力クラツド材１４における外層材１２の肉
厚のバラツキを抑えるのがよい。なお冷間で加工するの
は熱間、若しくは温間で加熱すると接合界面に発生する
金属間化合物層が成長することによる。Ｔｉ。

Ｎｉ＋Ｔ１Ｎｉ等の金属間化合物は脆くこの金属間化合
物層での外層材と芯材との剥離を抑えるためには冷間で
加工する必要があるのである。

第６図はダイスを用いた冷間伸線加工態様を示す模式図
である。熱間圧延後のクラツド材１４は表面のスケール
を除去後、潤滑剤を塗布してダイス５にて伸線し最終的
には直径５０μｍ以下のタララドチタン線材１５に加工
される。

〔数値例〕

芯材、外層材として表１に示す如き材料及び寸法仕様の
組合せからなるクラツド材１４をダイスを用いて線引き
加工を施し、直径５０μｍ以下のクラッドチタン線材工
５を製造した。

（以下余白） 表 ■ なお表１中の純Ｔｉ材、純Ｎｉ材は表２に示す如き成分
組成のものである。

表　　　２ 先ずダイスによる伸線加工前のクラツド材１４を次の過
程で得た。

外周を研磨仕上げした外径５４．６ｍｍ、長さ８００ｍ
ｍの純Ｔｉ製の芯材と、同様に内面を研磨した外径６０
．３閣、厚さ２．８　＠３、長さ８０６ｍｍの純Ｎｉ製
の外層材とを用意し、双方の接触する面を脱脂、清浄し
た後、芯材に外層材を被せ、３　Ｘ　１０−　”Ｔｏｒ
ｒの真空チャンバー内において外層材の両端面をＮｉ板
にて電子ビーム溶接により密閉した。

真空チャンバー内の真空度は次の５条件に設定した。

５Ｘ１０−１Ｔｏｒｒ　　　ｌＸｌ０−１Ｔｏｒｒ　　
　３Ｘ１０−”Ｔｏｒｒ３×１０づＴｏｒｒ　　　３　
Ｘｌ０−１Ｔｏｒｒ次にこのようにして得たクラッド素
材１０を８００°Ｃに加熱した後３個のコーン型ロール
を有する交叉型の傾斜圧延機にて傾斜圧延を行った。

傾斜圧延条件は以下のとおりである。

交叉角γ：３゜ 傾斜角β：１３゜ ロールゴージ部直径：　１１７鴎 ロール材質：　ＳＣｌ’１４４０ ロール回転数：　８０ｒｐｍ 減面率：８８．５％（６０，３ｍｍ−２０，５ｍｍ）製
造したクラツド材の接合強度を調査すべく、第７図に示
す如く所定長さのクラツド材１４の一端側は一定長ｈｔ
そのまま残し、他端側は芯材の外径よりも小さい外径の
円柱部を切削形成してなる試験片を真空度を異ならせた
各調査対象材について２個づつ作成し、芯材の外径より
も少し大きい直径の円形開口部の縁部２５に、試験片の
一端側の外層材部分を当接し、その状態で他端側より押
圧力を付与して芯材と外層材とが破断する荷重Ｐを測定
し、その測定値を下式に代入し、 剪断強さ＝Ｐ／（π・Ｄ−ｈ） 但し、Ｄ＝芯材の外径 剪断強さを求めた。表１には真空チャンバーの圧力を３
　Ｘ　１０−　”Ｔｏｒｒに設定したときの剪断強さは
表１に、また真空チャンバーを前述した如く５条件に夫
々設定したときの各結果を第８図に示す。

表１から明らかな如くクラツド材における芯材とこれを
被覆する外層材との剪断強さは２０（ｋｇ、ｆ／ｍ１Ｉ
ＩＺ）以上となっており、接合強度に優れたクランド材
が得られていることが解る。一方第８図は横軸に真空度
（Ｔｏｒｒ）を、また樅軸にクラツド材の剪断強さ（ｋ
ｇ、ｆ／ｎｕ＋＋”　）をとって示しである。

このグラフから明らかな如く真空度が１０−　’　（Ｔ
ｏｒｒ）を越えると剪断強さが急激に低下することが解
る。ちなみにチタンクラッド鋼の剪断強さ基卓値（ＪＩ
Ｓ　Ｇ３６０３）は１４　ｋｇ　、　ｆ　／　ｔｒｒｒ
ａ　”以上である。

従ってクラッド素材１０を製作する場合、真空チャンバ
ー内の真空度はＩ　Ｘ　１０−　ＩＴｏｒｒ以下とする
のが望ましいといえる。

次に、クラツド材１４に対しショツトブラストにて脱ス
ケールを施した後、ダイスにて表３に示す如き寸法仕様
のクラツド材１４に対し伸線を行った。

（以下余白） 表　　３ パススケジュールの一側を示すと次の如くである。

直径２０ｍｍのクラツド材をダイスに対する１０回のパ
スによって２０ｍｍ　　１９ｍｍ・・・−７，９ｍｍに
まで線引きした後、洗浄、熱処理を加えてダイスに対す
る１０回のパスによって直径３．１ｍｍに線引きし、更
に２回目の洗浄、熱処理を加えてダイスに対する１３回
のパスを行って直径を０．９ｍｍとし、また３回目の洗
浄、熱処理を加えてダイスに対する１５回のパスを行っ
て直径を０．２ｍｍとし、更に４回目の洗浄、熱処理を
加えてダイスに対する４３回のパスを行って直径を０．
０２５ｍｍのクラッド線材に仕上げた。

なお、各工程での熱処理は６００°Ｃで（２分間〜２０
分間）行った。

製造した極細径クラッド線材の断面を走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）にて２，０００倍で観察したところ、剥離、
酸化物等の欠陥は観察されなかった。第９図にＳＥＭ写
真を示す。この写真からは剥離欠陥の発生は全く認めら
れない。

〔効果〕

以上の如く本発明方法にあってはクラッド素材を傾斜圧
延機にて熱間延伸圧延を施した後、冷間で伸線して直径
５０μ鋼以下のクラッドチタン線材を熱処理することな
（大きな接合強度が得られ、クラッドチタン線材の製造
コストの大幅な低減を図れるなど本発明は優れた効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法における主要な製造工程を示すブロ
ック図、第２図は本発明方法におけるクラッド素材の組
立態様を示す説明図、第３図は本発明方法における傾斜
圧延機による熱間延伸圧延工程を示す正面図、第４図は
第３図の■−■線による断面図、第５図は第３図のＶ−
Ｖ線による側面図、第６図は本発明方法における冷間伸
線工程を示す模式図、第７図は試験片の剪断強さ試験の
態様を示す模式図、第８図は外層材内の真空度と剪断強
さとの関係を示すグラフ、第９図は本発明方法により得
た極細径クラッド線材の断面のＳＥＭ写真である。 １．２．３・・・圧延ロール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、Ｔｉ又はＴｉ基合金製の芯材にＮｉ又はＮｉ基合金
   製の外層材を被せ、この外層材をその内部を１×１０＾
   −＾１Ｔｏｒｒ以下の真空状態に保持して密閉しクラッ
   ド素材を組立てる工程と、該クラッド素材を８５０℃以
   下に加熱して３個以上のコーン型ロールを有する傾斜圧
   延機にて延伸圧延し、外層材と芯材とを拡散接合する工
   程と、延伸圧延した素材を直径が５０μｍ以下に冷間伸
   線加工する工程とを含むことを特徴とするクラッドチタ
   ン線材の製造方法。