JPH0471635B2 - - Google Patents

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ツド鋼およびそ
の製法に関する。特に、本発明は、インサート材
として低炭素鋼板およびニツケル板を利用した圧
延によるチタン系金属のクラツド鋼およびその製
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ツド材、特に母材
に鋼板を利用するクラツド鋼は、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ツド鋼はチタン材
のもつ欠点を鋼板によつて補充し、その実用化、
一般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ツド鋼は、
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、クラツ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
とはなつていない。 一方、低炭素鋼板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、熱間圧延によつてクラツ
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
して得られるクラツ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。例えば、大型スラブを組立て、高温加熱・
圧延してクラツド鋼板を製造する時、Ti中・高
炭素鋼をインサート材なしで、直接、合せ圧延す
るとTi／母材鋼界面にTiCが析出し接合強度が著
しく劣ることが知られている。したがつて、前述
のように、TiCの生成を抑制するためにはTi／母
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
クラツド鋼板を製造する場合にはたとえインサー
ト材を使つ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、最近のようにクラツド鋼が薄層化して大き
な量の加工を行うようになつてきていると、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つてくると、上述の
ようなTiCの生成が重要な問題となつてきてい
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、クラツ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） ここに、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
板とニツケル板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板を、さらに、低炭素鋼板と
母材鋼との間に炭素の拡散を遅らせるNi板をイ
ンサート材として用いると、圧延のまゝおよび後
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る、優れた接合強度を有する
クラツド鋼板を製造できることを知り、本発明を
完成した。 よつて、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％以下の低炭素鋼板と、該低炭素
鋼板に接合されたニツケル板と、該ニツケル板に
接合された母材鋼板とから構成されたチタン系金
属とのクラツド鋼である。 また、別の面からは、本発明はチタン系金属の
合せ材と母材鋼板を重ね合せて熱間圧延によつて
クラツ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
鋼板を、さらに、母材鋼板側にニツケル板を介在
させてクラツド素材とし、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ツド素
材にシール溶接を行なつた後、少なくとも上記チ
タン系金属の合せ材と低炭素鋼板との接合面を
10^-1Torr以下の真空に脱気処理を行い、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ツ
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0.01
重量％以下の低炭素鋼板」にも純鉄も包含される
趣旨である。 すなわち、本発明によれば、合せ材と母材鋼板
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Ti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板を、さら
に、母材鋼板側にＣの拡散係数の小さいNi板を
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
に先立つて真空脱気処理を行うのである。 ここに、Niインサート板の必要厚さは加熱温
度と時間、および低炭素鋼（および純鉄）インサ
ート材の厚さによつて適宜変化させてもよい。 圧延に先立つて、クラツ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、本発明おいては、加熱に先立つてクラツド素
材のシール溶接を行い10^-1Torr以下に脱気処理
を行なうのが好ましい。Ti／Fe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。 母材鋼板SS41鋼板からの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２mm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
ラツド鋼板の製造過程にみられるクラツド素材の
斜視図である。最終的に得られるクラツド鋼にあ
つてもそのクラツド構造そのものは同一であるの
で、第１図によつて説明すると、母材鋼板１の上
にはインサート材であるニツケル板２が設けられ
ており、さらに別のインサート材である低炭素鋼
板３が設けられている。そして、この低炭素鋼板
３を介して合せ材であるチタン板がクラツドされ
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ツド鋼の製法につい
て説明すると、まず、母材鋼板、合せ材のチタン
材、インサート材であるニツケル板および低炭素
鋼板を用意する。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) 組立： 第１図に示すように各素材である鋼板１、ニ
ツケル板２、低炭素鋼板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鋼板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、クラツド素材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Ni板とする。 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： クラツド素材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^-1Torr
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) 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
イト変態によつ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ツド鋼
にあつてはTiCの生成は実質上みられず、後熱
処理によつても強度低下はみられなかつた。 圧延終了後、カバーである鋼板を剥ぐことに
よつて目的とするチタン系金属クラツド鋼が得
られる。 次に、本発明の実施例を示す。 実施例 JIS H46001種相当のチタン板（厚さ10mm）と
SS41相当の炭素鋼板（厚さ90mm）を用い種々の
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板およ
び／またはNi板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 3603にしたがつてその剪断
強度との関連で調査した。

【表】 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^-1Torr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。 第２図ａおよびｂはFeおよびNi中でのＣの拡
散距離を温度と時間の関数で計算した結果を示
す。ここで、これら計算に用いた振動数項Doと
活性化エネルギーＱの値は次の通りである。 () α−Fe中でのＣの拡散（500〜700℃） Do＝0.20cm²／ｓ Ｑ＝24.6kcal／mol 第２図ａに点線で示す。 () γ−Fe中でのＣの拡散（800〜1400℃） Do＝0.15cm²／ｓ Ｑ＝32kcal／mol 第２図ｂに実線のグラフで示す。 () Ni中のＣの拡散（600〜900℃） Do＝0.13cm²／ｓ Ｑ＝34.5kcal／mol 第２図ｂに示す。 これからも、Ｃの拡散を遅らせるのにNiが有
効なことが明らかである。 第３図は、チタン／低炭素鋼／SS41クラツド
鋼板において、低炭素鋼インサート材の厚さを
種々変化させて850℃×５時間の加熱を行い圧下
比５で熱間圧延したクラツド鋼のチタン／低炭素
鋼界面でのTiCの析出量を実測した結果である。 ここで、横軸は圧延前の低炭素鋼インサート材
の厚さを、また、縦軸はTi／低炭素鋼の界面剥
離破面でのTiCの占める面積率（％）を示す。 これからも明らかなように、インサート材がな
い場合にはTi／SS41界面に、ほゞ、全面TiCが
析出することが考えられる。そして、インサート
材の厚さが増すにつれてTiCの析出は減少する。
しかし、第２図ａに示したＣの拡散距離以上の厚
さの低炭素鋼板のみをインサートしても約10％程
度のTiCが析出する。この現像は前述したインサ
ート材の結晶粒界を通じてのＣの拡散による。 なお、これらの試験を実施するに当つての加熱
前脱気条件は1.1×10^-1Torr〜８×10^-2Torrの範
囲であつた。 第４図は、上述のTi／低炭素鋼界面における
TiC析出量と剪断強度の関係を示す。 これからも明らかなように、Ti／低炭素鋼イ
ンサート材界面でのTiC析出量が減少するにつれ
て、剪断強度が増大する傾向にあるが、第３図で
の低炭素鋼インサート材の厚さが１mm以上に相当
する約10％程度のTiC占有率においても、爆着ク
ラツド鋼板の剪断強度（14Kg／mm²）より劣るもの
が大半である。 第５図は、本例の供試クラツド鋼板を、さら
に、600℃×１時間大気中で加熱した場合の界面
TiCの析出量と剪断強度の関係を示す。熱間圧延
によつて低炭素鋼インサート材の厚さも約1/5に
減少するため、その分Ｃの拡散は容易となりTiC
の析出も増加傾向となる筈である。 図からも明らかなように、元のインサート材厚
さが１mmであつても、圧延後には200μｍとなり、
さらに、第２図ａから判るように600℃×１時間
の加熱でのＣの拡散距離が220μｍに達すること
もあり、これ以下のインサート材厚さではTiCの
析出量も極めて多い結果となつた。インサート材
の元厚さが1/2mm（圧延後厚さ：200〜400μｍ）
であつても界面におけるTiCの生成量は圧延材に
比較して多い結果となつた。 さらに、熱間圧延まゝでは比較的良い剪断強度
を有するものでも、後熱処理を施すと著しく強度
低下をもたらすことがわかる。 第６図は、低炭素鋼インサート材と母材鋼板
（SS41）の間に300μｍ厚さのNi板をインサート
し、合せ材とNi板の間の低炭素鋼インサート材
の厚さを第３図と同様に０〜２mmの範囲で変化し
た場合の850℃×５時間加熱圧延材（圧下比５）
の界面TiC析出量を調査した結果を示す。また、
図中に剪断強度の変化を併せて示す。これからも
明らかなように、300μｍ厚さのNi板をインサー
トしSS41からのＣの拡散を抑えると低炭素鋼イ
ンサート材の厚さが400μｍ以上でTiCの析出は防
止でき、剪断強度も優れる結果となつた。勿論、
低炭素鋼を介在させない場合には、Ti−Niの金
属間化合物が著しく成長するため、剪断強度は劣
つたものとなつた。 第７図は、第６図の供試材と同じ供試材を600
℃×１時間大気中で熱処理した後のTiCの析出量
と剪断強度の関係を示す。 第２図ｂから明らかなように、600℃における
Ni中でのＣの拡散が極めて小さいために、Ni板
厚が300μｍから60μｍというように圧延後板厚が
減少した状態で熱処理を行つても新たにTiCが析
出増加することはなく、剪断強度も良好であつ
た。 チタン／低炭素鋼界面でのTiCの析出を抑制す
るのに必要な低炭素鋼およびNi板の厚さは、第
２図から明らかなように加熱温度、時間によつて
変化する。そこで、加熱時間を５時間、圧下比を
５、さらに、後熱処理を600℃×１時間一定とし
た条件下で、加熱温度に対するこれら必要厚さの
関係を調査した。 結果を第８図に示すが、剪断強度≧20Kg／mm²を
得るには、ほゞ第２図ａに示すFe中へのＣの拡
散距離の1/2厚の低炭素鋼と1/4厚のNi板が必要
であることが分かつた。また、加熱時間に対して
は√（ｔ：時間）の関係に従つて低炭素鋼およ
びNi板の厚さを変化させればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、クラツド素材を示す斜視図；第２図
ないし第８図は、本発明の実施例における各種デ
ータをまとめて示すグラフである。 １：母材鋼板、２：Ni板、３：低炭素鋼板、
４：チタン板、５：カバー、６：継目、７：クラ
ツド素材、８：吸引口。

【特許請求の範囲】

１ ステンレス鋼からなる第１管状部材とジルコ
ニウム又はジルコニウム合金からなる第２管状部
材との端部が互いに接合されてなるステンレス鋼
とジルコニウム又はジルコニウム合金との異種管
継手において、管軸方向に平行で管軸を含む切断
面での接合面の長さが前記第１及び第２管状部材
の肉厚より大きく、第１管状部材と第２管状部材
とはタンタルを媒接材として爆発圧着しているこ
とを特徴とする高耐食性ステンレス鋼−ジルコニ
ウム接合用管継手。 ２ ステンレス鋼からなる第１管状部材とジルコ
ニウム又はジルコニウム合金からなる第２管状部
材との端部を互いに接合させるステンレス鋼とジ
ルコニウム又はジルコニウム合金との異常管継手
の製造法において、前記第１管状部材と第２管状
部材とをタンタル管を媒接材として爆発圧着し、
ステンレス鋼管とジルコニウム管又はジルコニウ
ム合金管との積層複合管を形成する工程、及び該
複合管の一方の端部で前記ステンレス鋼管及びタ