JPS6350113B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はチタンクラツド鋼板の製造方法に関
し、特に熱間圧延後更には熱間圧延後の高温にお
ける熱処理後も優れた接合強度と曲げ加工性を有
するチタンクラツド鋼板の製造方法に関するもの
である。 近年、チタンクラツド鋼板の製造方法として、
従来の爆発圧着法に加えてロール圧着法、拡散溶
接法などの研究が進められているが、例えばロー
ル圧着法では熱間圧延の際に脆弱な金属間化合物
を生成して良好な接合強度が得られず、また、拡
散溶接法でも例えば化学成分を改質した母材を用
いたり、中間媒接材を挿入して行う方法が提案さ
れているが、面積的にも小さく工業的に採用され
る迄には至つていない。 従つて、爆発圧着法によるチタンクラツド鋼板
のみが化学装置材料として多用されている。 しかし、この爆発圧着法によるチタンクラツド
鋼板も例えば、工業的に製造されているチタン板
は巾が約1.5m以下であり、これ以上のものは市
販されていない。また、母材が薄板の場合には爆
発圧着後に生じる歪や母材の伸びの低下などから
くる制限もある。更には、設備能力や公害音など
からくる爆薬量の制限もあり、面積の大きいチタ
ンクラツド鋼板については市場の要求に応えるこ
とができなかつた。 この改善のために、該チタンクラツド鋼板を熱
間圧延して広巾かつ長尺のチタンクラツド鋼板を
得る方法が試みられているが、末だ工業的に実施
される迄に至つていない。 例えば、特公昭43−432号公報では脆弱な金属
間化合物と完全接合部領域を限定したチタンクラ
ツド鋼板を、約475〜900℃で熱間圧延することに
より、接合強度の優れた爆着圧延クラツド鋼板を
得る方法が開示されている。 ところが、この方法では通常の鋼板の圧延温度
に較べて低い温度である為に、接合強度の劣化は
ある程度おさえることができても、過度の加工硬
化により、母材の曲げ加工性の低下が著しいこと
がある。このような母材特性の改善を計るために
熱処理を施すと、チタンと鋼との接合力の低下が
著しく、剪断強度がチタンクラツド鋼板のJIS規
格値である14Kg/mm²以下となる場合がある。これ
は熱処理を施すことによつてチタン鋼が互に相互
拡散し硬くて脆い金属間化合物を生成するために
接合力が低下するものである。 これらの欠点を改善する方法として、チタンと
鋼との間に媒接材を介在させて、チタンと鋼との
相互拡散を阻止する方法が提案されている。 媒接材を挿入した多層チタンクラツド鋼板の製
造方法としては、前記拡散溶接のほか、ロール圧
着、溶射法、メツキ法などがあるが、熱間圧延時
の接合力の低下を考慮すれば、爆発圧着により多
層クラツドとするのが最も好ましい。 この媒接材層の介在は、厚肉だと溶接施工を要
するクラツド鋼板では新たな不都合を惹起する恐
れがあるほか、これら媒接材は一般に高級金属の
中から選ばれるので、その使用量は出来るだけ少
なくしなければ工業価値を有しなくなり、必要最
小限の厚さにおさえるべきである。また、拡散を
防止するに必要な媒接材層の厚さは数μないし数
十μあれば充分である。 しかし、通常の爆発圧着法では媒接材厚さを１
mm以下にすることは困難であり、仮に１mm厚さの
媒接材を用いたとしても10〜100倍の圧延が必要
となり、それでは熱間圧延後のクラツド鋼全厚さ
に対する圧延前のクラツド鋼の全厚さは10〜100
倍の厚さが必要となり、実質的にそのようなクラ
ツド鋼を造ることは工業的に採用できない。 かかる欠点を改善するため、本出願人が先に出
願した特願昭54−128047号で実に優れた方法が発
明された。 すなわち、この発明では、先ず相互拡散を防止
するに有効なニツケルモリブデン、白金、金、銀
などの媒接材金属と鋼とを爆発圧着し、このクラ
ツド鋼板を熱間圧延法などで、媒接材として最小
必要限の肉厚まで圧延し、次にこの爆着圧延クラ
ツド鋼板を合材と母材鋼の間に中間媒接材として
介層させ、従来公知の爆発圧着法により爆発圧着
したのち、更にこれを圧延することにより、薄層
の媒接材を介層したクラツド鋼板を得ようとする
ものである。 ところが、チタンクラツド鋼板に限つては、こ
の特願昭54−128047号の方法を適用しても、尚か
つ熱間圧延後の接合強度が充分でなく、更には、
その後の熱処理によつて接合強度が更に低下する
と云う事実が、その後の実験で明らかになつた。 すなわち、前記媒接材であるニツケル、モリブ
デン、白金、金、銀などの媒接材金属は、熱間圧
延後においても母材鋼との接合性能は優れている
が、合材チタンとの熱間圧延後の接合性能が充分
でないことが判明した。 本発明者は、この爆着圧延法によるチタンクラ
ツド鋼板の欠点を改善するため種々の実験検討を
行なつた結果、ついに本発明をなすに至つた。 すなわち、本発明はチタンと鋼との間に、ニオ
ブ、ニオブ合金、タンタル、タンタル合金のうち
の１つを中間媒接材として介在せしめてクラツド
鋼板を製造し、このクラツド鋼板をさらに母材鋼
と合材チタンとの間に挾んで接合し、ついで熱間
圧延することを特徴とするチタンクラツド鋼板の
製造方法である。 以下、本発明の方法を図面によつて詳細に説明
する。 第１図ないし第６図は本発明の工程順にしたが
つた説明図で、第１図中、１はチタン板、２は中
間媒接材、３は鋼板である。中間媒接材２は、チ
タン板１と鋼板３との間で脆弱な金属間化合物を
生成せず、展延性の優れた金属であることが要求
され、研究の結果、工業用純ニオブ、Nb―IZr、
Ｎ―Tiなどのニオブ合金あるいは工業用純タン
タル、Ta―Nb、Ta―Tiなどのタンタル合金が
最適であることが判つた。 チタン板１、中間媒接材２、鋼板３は従来公知
の爆発圧着法により接合され、第２図に示す如く
三層クラツド鋼４とされる。この際の爆発圧着方
法としては、まず鋼板３と中間媒接材２とを爆発
圧着し、ついで中間媒接材２の面に、チタン板１
を爆発圧着する方法と、三層を同時に爆発圧着す
る方法があるが、前者の場合には最初の爆着の際
に中間媒接材２の表面に肌荒れを生じ、又ニオブ
やタンタルは表面が活性しやすい金属であるから
酸化し易く、この酸化皮膜を除去するために表面
研磨が必要となり、高価な材料を損失する。これ
にくらべ、後者の三層同時爆着法は、中間媒接材
２がチタン板１と鋼板３との間に圧接と同時に介
層されるため、活性しやすい金属でも大気に触れ
ることがないため酸化せず、研磨の必要がない。
また肌荒れや材料損失がなく効率が良い。 この三層クラツド鋼を熱間圧延することによ
り、第３図に示す如く三層はそれぞれ１′，２′，
３′と圧延され、薄板三層クラツド鋼板５を得る。
この際の熱間圧延の圧下量は圧延温度、圧延時間
などの圧延条件により差異はあるが板厚が、1/1.
２〜1/50になる範囲で圧下するのが好ましい。ま
た圧延後に適当な熱処理を施しても良い。 このようにして得られた薄板三層クラツド鋼板
５自体を中間層とし、第４図に示すように、合材
チタン６と母材鋼７との間に介挿し、従来公知の
接合方法、例えば爆発圧着法や拡散溶接法、ロー
ル圧着法などにより、薄板三層クラツド鋼板５の
チタン板１′と合材チタン６および鋼板３′と母材
鋼７とがそれぞれ接合される。 ここで本発明に用いられるチタン材は、工業用
純チタン、Ti―0.5Pdなどのチタン合金板であ
り、鋼材はJISに規定されているSS材、SB材、
SM材、SUS材およびこれらに類似したものであ
る。 上記の接合の場合も、母材鋼７に薄板三層クラ
ツド鋼板５を接合し、さらにその上に合材チタン
６を接合する方法もあるが、三者を同時に接合す
る方が効率が良い。第５図は接合後のクラツド鋼
８の状態を示す。 つぎに、このクラツド鋼８を所定の板厚のクラ
ツド鋼板９にする場合には、圧延温度や圧延機の
圧下能力により、クラツド鋼８を板厚が約1/1.2
〜1/50になる範囲で熱間圧延し、第６図に示すよ
うに、各層の板厚をそれぞれ変える１″，２″，
３″，４″，５′，６′，７′。 本発明における熱間圧延温度は、前記特公昭43
−432号公報にも示されているが、880℃以上の温
度に加熱すると、チタンの結晶組織が稠密六方系
から体心立方系へ変態を起こし、結晶粒が粗大化
する。さらに、N₂、H₂、O₂などのガスを吸収
し、チタン自体の物性が低下する。したがつて熱
間圧延は475〜900℃好ましくは650〜870℃の温度
範囲で行なうことが望ましい。圧延終了温度が低
温で圧延された場合は、母材鋼の伸びや絞り等が
低くなることがあり、この場合には必要に応じて
熱処理を施し、母材鋼の特性を回復することがで
きる。 このように本発明で熱間圧延する場合、加熱及
び圧延を数回繰り返し実施することも可能であ
り、さらに中間燃鈍を施すことも母材鋼の機械的
性質の低下防止に効果的である。また、クラツド
鋼板９を圧延する際に、合材チタン６、薄板三層
クラツド鋼板５、母材鋼７を圧延により接合しな
がら所定の板厚に仕上げる事も可能であり、薄板
三層クラツド鋼板５と母材鋼７をロール圧延法に
より接合し、さらに他の接合法で合材チタン６を
接合することも可能である。 圧延によつて、クラツド鋼板９における中間媒
接材２″の板厚を数μ〜数十μにコントロールす
るためには、第１図におけるチタン板１、鋼板３
の板厚並びに第３図における薄板三層クラツド鋼
板５に圧延するときの圧下量および第５図から第
６図への圧下量を充分考慮する必要がある。 第６図における圧延上りのままの状態で剪断試
験を行なつたところ、JISで規定されているチタ
ンクラツド板の規格値（14Kg/mm²以上）を充分満
足する値であつた。また、このチタンクラツド鋼
板をさらに625℃×1.5Hr熱処理して剪断試験を
行なつた結果、やはり前記JIS規格値以上の接合
力が確認され、引張試験および曲げ試験の結果か
ら強い接合力と曲げ加工性の優れたチタンクラツ
ド鋼板であることが立証された。 したがつて、本発明の完成により、熱間圧延後
においても、さらには圧延後の熱処理後において
も、優れた接合強度と曲げ加工性を有するチタン
クラツド鋼板の製造方法が確立されるに至つた。 以下本発明の実施例並びに比較例について説明
する。 実施例 １ 市販の工業用純ニオブ板２mm^t×100mm^W×200mm
^Ｌ１枚を、市販のSB42鋼板25mm^t×100mm^W×200mm^L
の表面に爆発圧着法により接合し、さらにそのニ
オブ表面上に、市販のチタン板５mm^t×100mm^W×
200mm^L１枚を爆発圧着法により接合することによ
り（５＋２＋25）mm^t×100mm^W×200mm^Lの三層ク
ラツド鋼１枚を作成した。この三層クラツド鋼を
850℃１時間加熱した後、板厚が1/5となるように
圧延し、（１＋0.4＋５）mm^t×200mm^W×500mm^Lの薄
板三層クラツド鋼板を作成した。 この薄板三層クラツド鋼板と、市販のSB42鋼
板50mm^t×200mm^W×500mm^Lとを、鋼同志が接合す
るように爆発圧着し、さらにそのチタン面上に、
市販のチタン板10mm^t×200mm^W×500mm^Lを爆発圧
着により接合し、チタン／チタン／ニオブ／鋼／
鋼の５層クラツド鋼を作成した。 この５層クラツド鋼を、850℃１時間加熱した
後、板厚が1/5となるように圧延することにより、
（2.2＋0.08＋11.0）mm^t×500mm^W×1000mm^Lのチタン
クラツド鋼板を作成した。 このチタンクラツド鋼板の界面接合力を、剪断
試験により調査した結果を表１に示す。試験結果
によればJISで規定されているチタンクラツド板
の規格値（14Kg/mm²以上）を充分満足する接合力
を示していることが確認された。 実施例 ２ 実施例１と同様の条件で作成したチタンクラツ
ド鋼板を、更に625℃、1.5時間熱処理した後、剪
断試験により界面接合力を調査した。表１に試験
結果を併記する。本結果によれば、圧延後更に熱
処理を施しても、接合力の低下はわずかであり、
充分JISに規定されたチタンクラツド板の規格値
を充分満足していることが確認された。 比較例 １ 市販の工業用純ニツケル板２mm^t×100mm^W×200
mm^L１枚を、市販のSB42鋼板25mm^t×100mm^W×200
mm^Lの表面に爆発圧着により接合した。このニツ
ケルクラツド鋼を900℃、１時間加熱した後、板
厚が1/5となるように圧延し、（0.4＋５）mm^t×
200mm^W×500mm^Lの薄板クラツド板を作成した。 この薄板クラツド板と市販のSB42鋼板50mm^t×
200mm^W×500mm^Lとを、鋼同志が接合するように爆
発圧着し、さらにそのニツケル面上に市販のチタ
ン板10mm^t×200mm^W×500mm^Lを爆発圧着により接
合し、チタン／ニツケル／鋼／鋼の４層クラツド
鋼を作成した。 この４層クラツド鋼を、850℃、１時間加熱し
た後、板厚が1/5となるように圧延したところ、
チタン／ニツケル界面において、その面積の1/3
が剥離していた。接合していた2/3の部分から剪
断試験片を採取し、接合力の調査を実施した結果
を表１に併記する。但し、作成した剪断試験片３
ケのうち１ケは、試験片加工中に剥離し試験を行
なうことができなかつた。残り２ケの剪断値も
JISに規定された規格値以下であつた。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図ないし、第６図は本発明の工程にしたが
つた説明図である。 １，１′…チタン板、２，２′…中間媒接材、
３，３′…鋼板、４…三層クラツド鋼、５，５′…
薄板三層クラツド鋼板、６，６′…合材チタン、
７，７′…母材鋼、８…クラツド鋼、９…クラツ
ド鋼板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ チタンと鋼との間にニオブ、ニオブ合金、タ
   ンタル、タンタル合金のうちの１つを中間媒接材
   として介在せしめてクラツド鋼板を製造し、この
   クラツド鋼板をさらに母材鋼と合材チタンとの間
   に挾んで接合し、ついで熱間圧延することを特徴
   とするチタンクラツド鋼板の製造方法。