JPH01107985A - クラッド鋼の製造方法 - 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） 本発明は熱間圧接法により鋼母材の表面層に特性の異な
る優れた特性を有する薄い金属層を設けたクラッド鋼材
を安価に製造する方法に関するものである。

（従来の技術） 鋼は強度が大きく、金属素材として最も多く使用されて
いるが、化学反応性かたかく、大気中でも徐々に酸化し
て錆を発生する。このため、古くから防錆対策が種々考
案されている。例えば、防錆油の塗布、塗装、めっき、
有機物のライニング手クラッド等がある。鋼材の表面特
性を耐腐食性の優れたものとするためにチタンまたはス
テンレス鋼を張り合わせた、所謂、クラッド鋼を製造す
る方法が従来から多く提案されている。

従来のチタン、ステンレス鋼のクラッド鋼を製造する技
術としては、鋼塊鋳込み法、熱間圧接法、爆着圧接法が
代表的である。（ステンレス鋼便覧、日刊工業新聞社発
行）鋼塊鋳込み法は鋳型の中で母材かまたは、合材を溶
融状態にして鋳込み凝固させ後に圧延等の加工をしてク
ラッド鋼を製造するものである。この方法はどちらかの
金属が溶融状態で接合するもので、鋼中の成分元素の移
動、金属間化合物の生成が起こりクラッド金属の優れた
特性を維持し、均一厚さで表面層に薄いクラッド層を形
成することは難しい。また、爆着圧接法は母材の上に合
板を重ねその上に爆薬を置き、−端から爆発させて金属
間を高速で衝突させて接合させる方法である。この方法
は、爆薬を爆発させるので場所的に制約を受け、大面積
の材料には不向きであり量産出来ないという短所がある
。熱間圧接法は、母材の表面に合材とバックアツプ材を
重ねるか母材の表面に合材を重ねて端面を溶接によって
密封した後に熱間圧延によってクラッド鋼を製造するも
のである。

この方法では、熱間圧延前の加熱中に厚鋼材と合材との
境界面に接合を阻害する酸化物の生成を防ぐための工夫
が必要である。その代表的な熱延前の材料組立方法は第
３図に示すように厚鋼材１の表面に合材２を重ね周囲を
バックアツプ材３で溶接５により密封し、バックアツプ
材３と合材２とが接合しないようにセパレーター４をい
れるものである。（チタニウム・ジルコニウムＶｏ１．
３５阻１の頁２４） また、バックアツプ材を省略した方法として、第４図に
示すように、厚鋼材１の側面だけにバックアツプ材３を
使い組み立てる方法が考案されている。（特開昭６０−
２０３３７７号公報）第３図の方法では、セパレーター
４で熱伝導が遮断されるため熱間圧延時にバックアツプ
材３と厚鋼材１との温度と塑性変形とのバランスを考慮
して、バックアツプ材３の厚みを厚鋼材ｌの厚み以上に
するのが普通である。したがって、組立コストが高くな
る。また、熱間圧延後、周囲を切断してクラッド鋼とバ
ックアツプ材を分離する。更に、冷間加工する場合、冷
間加工後に還元性又は、非酸化性雰囲気中で熱処理を行
い所定の機械的特性を得るのが通常である。一方、第４
図の方法では、上下面のバックアツプ材を使用しないた
め、組立コストは安くなるが、熱間圧延時に合材表面に
スケールが生成する。したがって、この方法によるクラ
ッド鋼では弗酸や硝酸といった強酸でスケール除去を行
わねばならないので、従来の一般普通鋼材に用いる酸洗
設備と併用することができない。通常、普通鋼材のスケ
ール除去に用いる酸は、塩酸か硫酸であるので取扱いが
容易で、酸洗設備の材質選定も安価なもので済む。その
上、弗酸や硝酸の廃液処理も塩酸や硫酸に比べ簡単では
ないので出来るだけ使用したくないものである。

更に、冷間加工する場合、第３図の方法と同様に還元性
又は、非酸化性雰囲気中で熱処理が必要である。これら
の方法では、厚鋼材の二倍以上のバックアツプ材を必要
としたり、熱間圧延時のスケール除去のために毒性の強
い特殊酸を使用したり、また、熱処理時に非酸化性雰囲
気を維持する設備や特殊気体を必要とするものである。

これらがクラッド鋼のコストを高くしている要因の一部
となっており、クラッド鋼の普及を遅らせている一因で
もある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従来の熱間圧接法によるクラッド鋼の製造方
法のコスト引き上げの一因である厚いバックアツプ材の
省略とチタン、ステンレス鋼表面に生成する除去しにく
いスケール層の生成を防止して毒性の強い特殊酸の使用
をせずに、更に、冷間加工後の熱処理時の特殊雰囲気環
境を省略して安価なチタン、ステンレス鋼のクラッド鋼
を製造しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） チタン、ステンレス鋼のクラッド鋼でその表面層に高温
酸化スケールを生成させないようにするには、熱間圧延
前の加熱炉中と熱間圧延中に合材の表面が大気と接触し
ないような工夫が必要であり、通常、厚いバックアツプ
材を適用している。

また、冷間加工後の熱処理中においても同様であり、還
元性又は、非酸化性の雰囲気中で熱処理を行うのが普通
である。しかし、これらの手段はクラッド鋼のコストを
高くし、クラッド鋼の普及を妨げている。

本発明は、第１図、第２図に示すように、厚鋼材１の表
面上にチタン、ステンレス鋼の合材２を重ね、その上に
薄い鋼材６を重ねて周囲を溶接５し内部を密封して熱間
圧延を行い、薄い鋼材の表面層に生成した高温酸化スケ
ールを普通鋼材の酸洗設備で除去し、冷間加工した後、
大気中で熱処理を行なった後に高温酸化スケールと合材
上の薄い鋼材層を除去してから軽度の冷間加工すること
によって金属光沢のある均質な綺麗な表面をした所定の
機械的特性を持ったクラッド鋼が得られることを確認し
た。

本発明で用いる厚鋼材は低炭素鋼、高炭素鋼とステンレ
ス鋼であり、合材としては、ステンレス鋼とチタンを使
用するものである。また、合材はＩＮまたは２層以上重
ねても良い。厚鋼材１の厚み（直径）は通常、２０■か
ら２００１１Ｉ！ｌのものを使用する。厚鋼材の表面は
グリッドブラスト処理により表面上のスケールを除去す
ると同時に適当な粗度をつける。この表面粗度はＨｍａ
ｘ５０μｍ以上が適当である。この粗度は加熱炉中で加
熱中に厚鋼材と合材との組成元素が接触により移動する
のを抑制するのに効果がある。グリッドブラスト処理で
厚鋼材表面層には微細なブラスト材が付着しているので
組立溶接直前にワイヤーブラシのような手段で除去せね
ばならない、一方の合材２表面も厚鋼材と同様の処理を
行う方が好ましい０以上の表面処理は厚鋼材と合材との
接合面となる表面だけに適用し、他の表面は特別な表面
処理は必要ない。合材の厚みは最終の冷間圧延後にどれ
だけの厚みを確保するかによって決まるが、約２０国程
度以下のものを使用する。

薄い鋼材６の厚さは、熱間圧延前の加熱炉中の酸化、熱
間圧延中の酸化と冷間加工後の熱処理中に酸化によって
減少する厚さを考慮して決定する。

この厚さは大体０．５　ｍから２ｍｍの厚さがあれば充
分である。この厚さが過度に厚いと、熱間圧延前の加熱
中に内部の気体膨張で溶接部が破壊して接合面が酸化す
る可能性があり、また、最終冷間加工の前に除去する鋼
材の厚さが多くなり好ましくない、この薄い鋼材として
は、合材への元素移動による影響を少なくするために純
鉄に近い出来るだけ添加元素を含まない鋼材が好ましい
、薄い鋼材の表面処理は特に必要ではなく、表面が清浄
であれば良い、当然の事であるが、本発明では合材２と
薄い綱材６との間にセパレータを介しないものである。

以上のようにしてなる材料を第１図又は第２図の如く配
置して内部が密封となるように溶接で周囲を接合する。

溶接法としては、特に限定しないが、薄い鋼材であるの
でＴＩＧ溶接かシーム溶接等が適当である。

第２図の方法は第１図の方法より手間がかかるが、同じ
材質同志の溶接ですみ、異材溶接に伴なう問題がない、
この時、従来の熱間圧接法によるクラッド鋼の製造では
内部を真空状態にしたり、真空中で周囲の溶接を行わな
ければ良好な厚鋼材と合材との接合強度が得られなかっ
たが、本発明法では、熱間圧延前の加熱時に内部の気体
が膨張しても薄い鋼材であり、変形して溶接部を破壊す
ることはないので、大気中での溶接でよく、内部を特に
真空状態とする必要性もない０組立溶接後、加熱炉中で
所定温度まで材料を加熱する。この温度はチタンクラッ
ド鋼の場合は約８００″Ｃ以上１１００℃以下が適当で
ある。ステンレス鋼クラッド鋼の場合は約１０００℃か
ら１２００℃が好ましい、加熱時間は所定の温度に速や
かに昇温し、材料全体が同一温度になれば、直ちに熱間
圧延を行うようにして出来るだけ短時間となるように配
慮せねばならない。熱間圧延は第一パス時の圧下量が特
に重要で、チタンクラッド鋼の場合約８ａｍ以上、ステ
ンレス鋼クラッド鋼では約１２ｍｍ以上とする方が好ま
しい、これは圧延材の最外層の薄い鋼材が熱間圧延の第
一パス時に破壊され内部の気密性は無くなるので、第一
パス時に厚鋼材と合材とが接合していなければならない
。そのために第一圧延パス時の圧下量がクラッド化の成
功の鍵を握っていると言える。このようにして製造した
クラッド鋼の最外層は普通鋼材であるから熱間圧延時に
生成した高温酸化スケールは冷間加工前に普通鋼材の酸
洗設備で除去できる。冷間加工後は表面に冷間加工時に
付着した潤滑油等の汚れを除去する電解清浄設備を通さ
ずに、そのまま熱処理を行う。熱処理も通常の還元性ま
たは、非酸化性の雰囲気中で行う必要はなく大気中で実
施できる。クラッド鋼の表面に生成した酸化スケール層
や汚れは、次の工程で最外層の薄い鋼材層を完全に除去
する。

即ち、第１図又は第２図に示す薄い鋼材６は熱間圧延前
の高温酸化を防止する作用と熱間圧延時に生成するスケ
ールを普通鋼材なみの酸洗処理で除去できるようにし、
更に、冷間加工後の表面清浄工程、熱処理時の表面酸化
を防止する特殊雰囲気環境の確保を省略出来る働きをす
るものである。

熱処理を行わない場合は、熱間圧延後の酸洗工程で最外
層の薄い鋼材層も一緒に除去し、冷間圧延を行いそのま
ま使用に供する。薄い鋼材層を除去する手段として、研
削やブラスト処理を併用しても良い。最後の工程は、軽
度の冷間加工をして表面を均一な粗度に整え、所定の機
械的強度を確保するものである。

本発明法をさらに具体的に説明するために実施例を示す
。

（実施例） 実施例Ｉ ＪＩＳ規格の５ＰＣＤ用スラブ鋼材（厚さ１００■、幅
２５０皿、長さ４００ｍｍ）を厚鋼材としてその両面を
グリッドブラスト処理で清浄にし、更にワイヤーブラシ
で表面処理を行った０合板の５ＵＳ３０４（厚さ４［ｌ
ｌ１ｌ、幅２４０閣、長さ３９０閣）も同様の処理を行
い、厚鋼材の両面に重ね、その上に０．８閣の冷延鋼板
（幅２５０ｍａ＋、長さ　４００ａａ）を重ねて、この
冷延鋼板と厚鋼材とを第１図の如く、シーム溶接で接合
した。この時、厚鋼材と合板の表面粗度はＨｍａｘ、７
５μｍであった。このようにしてなる材料を電気加熱炉
中で１１００℃で１時間保持した後、熱間圧延で板厚３
ＩＩＩ１１まで圧延した。この時、第一パスの圧下量は
２０ｍｍであった。熱間圧延した材料を普通鋼材用の塩
酸酸洗法で表面の酸化スケールを除去し、冷間圧延で板
厚１ｍｍにした。

そのまま大気中で７８０°Ｃで焼鈍した後、塩酸酸洗で
最外表面の薄い鋼層を除去し、調質圧延機で約３％圧下
率の圧延を行い約０．９７１１１１厚みのステンレスク
ラッド鋼板を製造した。

表面層のステンレス鋼の厚みは約３７μｍであった。こ
のステンレス鋼と厚鋼材の接合性を調べるために、内径
４０■の円筒深絞り試験機で６０閤深さまで絞り、加工
部を切断して境界部を顕微鏡で調査したが剥離箇所は発
見出来なかった。

実施例２ ＪＩＳ規格の５ｐｃｃ鋼材スラブ（厚みｌＱＱｍｍ、幅
３００ｍｍ、長さ５００ｍ＋）を厚鋼材とし、合板とし
てＴｉ板（厚み６ｍｍ、幅２５０ｍｌ１、長さ　４５０
ｍｍ）を重ね、厚鋼材とＴｉ板間に０．２１１１１のＮ
ｉ板を挿入した後、その上に冷延鋼板（厚み０．４　ｔ
ｍ、幅３００ｍｍ、長さ５００ｍｍ）を重ねて第２図の
如く周囲をＴＩＧ溶接で接合した。以上のようにしてな
る材料を加熱炉中で９００″Ｃで１時間保持した後、熱
間圧延で２胴まで圧延した。表面の酸化スケールと最外
層の薄い鋼材層とを塩酸酸洗設備で除去した後、冷間圧
延で厚さ０．４圓まで圧延してＴｉ層約２０μｍ厚みの
Ｔｉクラット鋼板を得た。

このＴｉクラッド鋼板のＴｉ層の接合性を９０度角の折
り曲げ試験後ＴｉＮの剥離を調べたが異常は認められな
かった。

実施例３ 厚鋼材として、ＪＩＳ規格５ＵＳ３０４の丸棒（直径８
０閣、長さ９００ｍｍ）の表面をグリッドブラスト処理
によりＨｍａｘ、５０μｍとし、ワイヤーブラシ処理で
清浄にした後、内面を同様に処理した厚み６ＩのＴｉ管
を重ね、その上に１閣厚の低炭素鋼溶接管を重ねて両端
面に冷延鋼板を当ててＴＩＧ溶接により内部を密封した
。

このようにしてなる材料を加熱炉中で９５０°Ｃで３０
分間保持した後、熱間圧延により１０φ順径のクラッド
線にした。塩酸酸洗で表面の酸化スケールを除去した後
、冷間伸線加工により径６φ閣まで伸線し、９００℃の
酸化性雰囲気で焼鈍した。最外層の薄い鋼材層を塩酸酸
洗で除去した後、冷間伸線機で５．０φ■まで伸線して
Ｔｉ層約３２０μｍのクラッド線を製造した。このクラ
ッド線を２ｉｎ径の管に巻き付けた後にクラッド線の外
観と断面観察によりＴｉ層の密着性を調べたが異常は発
見出来なかった。

（発明の効果） 以上、説明したように本発明はチタン、ステンレス鋼の
クラッド鋼を製造する方法において、薄い鋼材を最外層
に設けることにより、チタン、ステンレス鋼の除去しに
くい酸化スケールの生成を防止することに特徴がある。

このことにより、クラッド鋼の製造に際して、厚いバッ
クアツプ材を省略でき、熱間圧延時に発生する酸化スケ
ールを鋼のスケールに代替して酸洗設備を面側にできる
。

また、圧延後の熱処理雰囲気を酸化性でも行える。

従って、本発明を適用することにより、従来のクラッド
鋼製造法より安価に製造できるようになり、その効果は
非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

第３図と第４図は従来法の熱間圧延前の材料の組立図で
、第１図と第２図は本発明による熱間圧延前の材料の組
立てを示す。 １・・・母鋼材 ２・・・合材 ３・・・バックアツプ材 ４・・・セパレータ ５・・・溶接部 ６・・・薄い鋼材 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 清浄にした母鋼材１の表面に合材２を被せ、セパレータ
   を使用せずに該表面に薄い鋼材６を被せた後、端面を溶
   接接合し内部を気密に保ち熱間圧延によってクラッド化
   し、その後に薄く鋼材層を除去して、冷間加工を行うこ
   とを特徴とするクラッド鋼の製造方法。