JPH10225778A - 加工性に優れたチタンクラッド鋼板 - Google Patents

加工性に優れたチタンクラッド鋼板

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JPH10225778A
JPH10225778A JP2998997A JP2998997A JPH10225778A JP H10225778 A JPH10225778 A JP H10225778A JP 2998997 A JP2998997 A JP 2998997A JP 2998997 A JP2998997 A JP 2998997A JP H10225778 A JPH10225778 A JP H10225778A
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JP
Japan
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titanium
base material
clad steel
crystal grain
steel
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Pending
Application number
JP2998997A
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English (en)
Inventor
Naoyuki Asanuma
直行 浅沼
Kunikazu Tomita
邦和 冨田
Satoshi Murata
早登史 村田
Toshio Takano
俊夫 高野
Tetsuo Sakiyama
哲雄 崎山
Takashi Matsuno
隆 松野
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 0.5t以下の限界曲げ半径を有する板厚の薄い
チタンクラッド鋼板。 【解決手段】 以下の条件を満足する母材の鋼に合わせ
材のチタンが中間媒接材を介さずに接合されたチタンク
ラッド鋼板。(イ)鋼のC が0.01wt% 以下。(ロ)チタ
ンクラッド鋼板の断面を観察し、母材と合わせ材の接合
界面の拡散層に鋼の任意の結晶粒界が交わる点i から拡
散層にチタンの結晶粒界が交わる点までの距離のうち最
小距離をd i (Fe)μmとし、n 個の結晶粒界についてd
i (Fe)を求めたとき、5 ≦d av(Fe)=(Σd i (Fe))/n ≦
60μm。(ハ)拡散層にチタンの任意の結晶粒界が交わ
る点i から拡散層に鋼の結晶粒界が交わる点までの距離
のうち最小距離をd i (Ti)μmとし、n 個の結晶粒界に
ついてd i (Ti)を求めたとき、5 ≦d av(Ti)=(Σd i (T
i))/n ≦60μm。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はチタンクラッド鋼
板、特に、曲げ加工性に優れた板厚の薄いチタンクラッ
ド鋼板に関する。
【0002】
【従来の技術】チタンはその優れた耐食性から防食材料
として最適なものの一つであるが高価なため、近年、鋼
(母材と呼ばれる)とチタン(合わせ材と呼ばれる)を
組み合わせて低コスト化したチタンクラッド鋼板が開発
され、腐食環境の厳しい海洋構造物、化学プラント、発
電プラントなどの分野でその需要が増している。
【0003】クラッド鋼板の製造方法としては、溶鋼レ
ベルで行う鋳込み法と爆着法及び圧延法に代表される固
相接合法が一般的である。しかし、チタンクラッド鋼板
の場合には、鋼とチタンの界面にFeーTi系金属間化
合物や炭化物(TiC)などの脆弱層が形成されて容易
に界面剥離が生じることから鋳込み法を用いることはで
きず、固相接合法が採用されている。
【0004】固相接合法のうち爆着法は、金属間化合物
や炭化物等の脆弱層が生じることがなく接合強度に対す
る信頼性が高いため、現在広く採用されているが、生産
性が低く製造コストが高い上に、板厚の薄いものが製造
できないという欠点がある。
【0005】一方、固相接合法であるいま一つの圧延
法、特に熱間圧延による拡散接合を利用した圧延法は生
産性が高く、板厚も比較的自由に変えられるため爆着法
に比べて有利な方法である。しかしながら、接合界面に
金属間化合物等の脆弱層が生成する可能性が高く、接合
強度の信頼性は爆着法に比べて低いとされている。
【0006】こうした圧延法における界面での金属間化
合物等の生成を抑え、接合強度を改善する技術は従来か
ら多数提案されている。例えば、特開昭62ー6783
号公報ではスラブ加熱温度を最適化する方法が、特開昭
55ー48468号公報、特開昭57ー109588号
公報、特開昭57ー112985号公報、特開昭57ー
192256号公報では、鉄、ニッケル、銅などの板ま
たは箔を中間媒接材として挿入して圧延する方法が提案
されている。
【0007】これらの方法はいずれも加工性のほとんど
要求されない板厚の厚いチタンクラッド鋼板を対象とし
たものであるが、最近では、建材、自動車部品、家電製
品などの分野で板厚の薄いチタンクラッド鋼板を適用し
ようという動きがある。したがって、板厚の薄いチタン
クラッド鋼板に対しては、寸法精度( スプリングバッ
ク) などの観点から少なくとも限界曲げ半径が0.5t
(tは板厚)以下の曲げ加工性を具備させる必要があ
る。
【0008】板厚の薄いチタンクラッド鋼板の製造方法
としては、例えば、特開昭63ー144881号公報や
特開平1ー122677号公報には、銅の中間媒接材を
用いて、また特許第2546589号公報、特開平8ー
141754号公報、特開平8ー276283号公報な
どには熱延条件を最適化して接合性に優れた板厚の薄い
チタンクラッド鋼板の製造方法が開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等が上記特許公報に記載された板厚の薄いチタンクラ
ッド鋼板の製造方法を検討したところ、加工性、特に曲
げ性に関してはその限界曲げ半径が温間曲げ加工を施し
ても高々1t(tは板厚)程度で、建材、自動車部品、
家電製品などに適用する場合に必要な0.5t以下の限
界曲げ半径が得られなかった。
【0010】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、0.5t以下の限界曲げ半径を有する
板厚の薄いチタンクラッド鋼板を提供することを目的と
する。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題は、母材の鋼に
合わせ材のチタンまたはチタン合金が中間媒接材を介さ
ずに接合されたチタンクラッド鋼板において、下記の条
件を満足することを特徴とする加工性に優れたチタンク
ラッド鋼板により解決される。
【0012】(イ)前記鋼のC量が0.01wt%以下
である。 (ロ)前記チタンクラッド鋼板の任意の断面を観察し、
前記母材と前記合わせ材の接合界面に形成される前記母
材と前記合わせ材の構成元素が混在している拡散層に前
記母材の鋼の任意の結晶粒界が交わる点iから前記拡散
層に前記合わせ材のチタンまたはチタン合金の結晶粒界
が交わる点までの距離のうち最小の距離をdi (Fe)
μmとし、n個の結晶粒界についてdi (Fe)を求め
たとき、5≦dav(Fe)=(Σdi (Fe))/n≦
60μmである。 (ハ)前記拡散層に前記合わせ材のチタンまたはチタン
合金の任意の結晶粒界が交わる点iから前記拡散層に前
記母材の鋼の結晶粒界が交わる点までの距離のうち最小
の距離をdi (Ti)μmとし、n個の結晶粒界につい
てdi (Ti)を求めたとき、5≦dav(Ti)=(Σ
i (Ti))/n≦60μmである。
【0013】ここでdi (Fe)の測定は、具体的には
以下のようにして行う。図2に、di (Fe)の測定法
を示す。
【0014】最初に、チタンクラッド鋼板の任意の断面
を研磨後エッチングし、光学顕微鏡で観察する。
【0015】次に、鋼のある結晶粒界に注目し、その結
晶粒界が母材と合わせ材の接合界面に形成される拡散層
と交わる点をiとする。そして、点iの周辺にある複数
のチタンの結晶粒界に注目し、それらの結晶粒界が拡散
層と交わる点のうち点iに一番近い点を決定する。この
点と点iを直線で結んだときの長さ(以後、最近接結晶
粒界間距離と呼ぶ)を測定すればdi (Fe)が求ま
る。
【0016】同様なことを合わせ材のチタンでも行え
ば、di (Ti)が求まる。このような操作をn個の鋼
の結晶粒界について行えば、平均最近接結晶粒界間距離
av(Fe)=(Σdi (Fe))/nが求まる。
【0017】n個の結晶粒界は、図2のようにi+1、
i+2、i+3・・・・と連続的に選択してもよいし、
ランダムに選択してもよい。また、曲げ性との相関を調
べるには、nが20以上であることが望ましい。
【0018】本発明者等が検討した範囲では、中間媒接
材を用いると0.5t以下の限界曲げ半径を有するチタ
ンクラッド鋼板が得られなかった。これは、母材/合わ
せ材界面に母材と異なる強度の脆弱層や金属間化合物が
形成されるためである。
【0019】また、母材の鋼のC量が0.01wt%を
超えると0.5t以下の限界曲げ半径が得られなかっ
た。TiCが多量に生成し、それを起点にクラックが発
生し易くなるためである。
【0020】こうした条件を満足させても、母材と合わ
せ材の界面近傍の組織を適正化しないと、曲げ加工時に
クラックが発生する。
【0021】本発明者等が、表1に示す主な成分を有す
る鋼を母材に、純チタンを合わせ材に用い、加熱温度、
仕上温度、仕上圧延の全圧下率、巻取温度などの熱間圧
延条件を変えて母材および合わせ材の組織を意識的に変
化させて、180°U曲げ試験(剪断縁、曲げ方向L)
をチタン面を表にして曲げ半径0.5tで行い、クラッ
クの発生状況を調査したところ、クラックの発生は母材
と合わせ材の界面近傍の結晶粒径よりむしろ母材と合わ
せ材の界面における結晶粒の重なり方(相互の結晶粒界
間距離)に大きく依存し、上記した平均最近接結晶粒界
間距離dav(Fe)、dav(Ti)と密接な関係にある
ことを見出した。
【0022】図1に、0.5t曲げ時のクラックの発生
の有無とdav(Fe)、dav(Ti)との関係を示す。
【0023】5≦dav(Fe)≦60μm 、かつ5≦d
av(Ti)≦60μm であれば、クラックが発生しない
ことがわかる。
【0024】
【表1】
【0025】これは、曲げ変形時に、母材または合わせ
材の結晶粒界に働く応力が母材、合わせ材単独で変形に
寄与するのではなく、拡散層を挟んだ他方の最近接結晶
粒界との応力分布のバランスによって曲げ変形に寄与す
るためと考えられる。すなわち、次のようなメカニズム
によりクラックの発生が左右されると考えられる。
【0026】最近接結晶粒界間距離が短いと、結晶粒界
に働く応力と拡散層を挟んだ他方の最近接結晶粒界に働
く応力とが互いに増幅し、結晶粒界間の応力集中が増大
してクラックが発生する。一方、最近接結晶粒界間距離
が長いと、曲げ加工時に拡散層を挟んだ他方の最近接結
晶粒界との間ではなく、クラックの伝播速度が速い母材
と拡散層あるいは合わせ材と拡散層の界面で割れが生じ
やすくなる。これに対し、結晶粒界間距離が適正範囲内
では、拡散層を挟んだ相互の最近接結晶粒界に働く応力
分布が最近接結晶粒界間で増幅することがないためにこ
のような問題が生じない。
【0027】
【発明の実施の形態】本発明のポイントは、チタンクラ
ッド鋼板の曲げ性改善のために母材と合わせ材の接合界
面における平均最近接結晶粒界間距離を適正化すること
であり、その適正化が図られている限り製造条件は限定
されない。
【0028】dav(Fe)やdav(Ti)の平均最近接
結晶粒界間距離を本発明範囲内にするには、例えば、後
述の実施例に示されるように、既存の薄鋼板用熱間圧延
プロセスを用い、仕上温度、仕上圧延における合計圧下
率、巻取温度をコントロールして、鋼とチタンの再結晶
や粒成長を最適化することによって行える。
【0029】母材としてC量を0.005wt%以下に
した鋼やTiやNbなどを添加したインタースティシャ
ルフリー鋼を用いると、接合界面におけるTiCの形成
をほぼ完全に抑制できるので、より優れた曲げ加工性が
得られる。
【0030】合わせ材としてチタン合金を用いるとき
は、曲げ性の劣化を招く場合があるので、合金元素量の
総量が10wt%以下の合金を用いることが望ましい。
【0031】
【実施例】表1に示す主な成分を有するa〜hの鋼を母
材に、純チタン(JIS 第1種相当)を合わせ材に用
いて、全板厚4mm(合わせ材1mm+母材3mm)の
チタンクラッド鋼板を次の条件で作成した。なお、鋼の
主成分以外の残部は、Feと不可避的不純物からなって
いる。
【0032】母材および合わせ材の接合すべき面をグラ
インダーで研磨し、表面粗さRaを5.5〜6.3μm
に調整後、母材と合わせ材を重ね、合わせ材の上にAl
2 3 の剥離材を介して母材と同じ鋼の犠牲材を重ね、
6×10-4Torrの真空中で電子ビーム溶接してセミ
サンドイッチ方式のスラブを組み立てた。このスラブを
表2に示す熱延条件で熱間圧延し、犠牲材を剥離して試
料No.1〜8のチタンクラッド鋼板を作成した。
【0033】そして、180°U曲げ試験(剪断縁、曲
げ方向L)をチタン面を表にして曲げ半径0.5tで行
い、割れの有無を調査した。
【0034】結果を表2に示す。平均最近接結晶粒界間
距離dav(Fe)、dav(Ti)が本発明範囲内にある
試料No.1〜3は、0.5t曲げでも割れが発生して
おらず、優れた曲げ加工性を有していることがわかる。
【0035】一方、試料No.4、試料No.5、試料
No.6〜7は、それぞれ試料No.1、試料No.
2、試料No.3と母材、合わせ材の結晶粒径が同じで
あるが、平均最近接結晶粒界間距離が本発明範囲内にな
いので、0.5t曲げで割れが発生している。この結果
より、上記した「チタンクラッド鋼板の曲げ性が結晶粒
径よりむしろ平均最近接結晶粒界間距離に支配される」
ということが確認できる。
【0036】母材の鋼のC量が本発明範囲を超えている
試料No.8は、0.5t曲げで割れが発生している。
この試料の界面にはTiCが多量に認められた。
【0037】
【表2】
【0038】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、0.5t以下の限界曲げ半径を有する板厚の
薄いチタンクラッド鋼板を提供できる。
【0039】本発明のチタンクラッド鋼板は、このよう
に板厚が薄くて、加工性に優れているので建材、自動車
部品、家電部品等にも適用でき、その耐食性を安価に著
しく改善できるので、その産業上の効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】0.5t曲げ時のクラックの発生の有無とdav
(Fe)、dav(Ti)との関係を示す図である。
【図2】di (Fe)の測定法を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 俊夫 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 崎山 哲雄 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 松野 隆 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母材の鋼に合わせ材のチタンまたはチタ
    ン合金が中間媒接材を介さずに接合されたチタンクラッ
    ド鋼板において、下記の条件を満足することを特徴とす
    る加工性に優れたチタンクラッド鋼板。 (イ)前記鋼のC量が0.01wt%以下である。 (ロ)前記チタンクラッド鋼板の任意の断面を観察し、
    前記母材と前記合わせ材の接合界面に形成される前記母
    材と前記合わせ材の構成元素が混在している拡散層に前
    記母材の鋼の任意の結晶粒界が交わる点iから前記拡散
    層に前記合わせ材のチタンまたはチタン合金の結晶粒界
    が交わる点までの距離のうち最小の距離をdi (Fe)
    μmとし、n個の結晶粒界についてdi (Fe)を求め
    たとき、5≦dav(Fe)=(Σdi (Fe))/n≦
    60μmである。 (ハ)前記拡散層に前記合わせ材のチタンまたはチタン
    合金の任意の結晶粒界が交わる点iから前記拡散層に前
    記母材の鋼の結晶粒界が交わる点までの距離のうち最小
    の距離をdi (Ti)μmとし、n個の結晶粒界につい
    てdi (Ti)を求めたとき、5≦dav(Ti)=(Σ
    i (Ti))/n≦60μmである。
JP2998997A 1997-02-14 1997-02-14 加工性に優れたチタンクラッド鋼板 Pending JPH10225778A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6716554B2 (en) 1999-04-08 2004-04-06 Quallion Llc Battery case, cover, and feedthrough
DE102009038650A1 (de) * 2009-08-13 2011-02-24 Eurolaser Gmbh Obere Emissionsabsaugung für Laserbearbeitungssysteme

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6716554B2 (en) 1999-04-08 2004-04-06 Quallion Llc Battery case, cover, and feedthrough
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