JPH0353074B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、中間媒接材を用い、拡散接合法を主
たる製造方法とするチタンクラツド鋼の製造方法
に関するものである。 チタンまたはチタン合金は優れた耐食性を有す
るため、各種の化学反応容器、海洋構造物、海水
を利用する機器等に利用されており、年々その需
要は増大している。しかし、チタンは金属材料と
して大量に使用するには経済的な制約が大きい。 このようなチタンの利用に対して、耐食材料と
してのチタン、強度材料としての鋼材とを接合し
たチタンクラツド鋼の使用が増加してきている。 近年、チタンクラツド鋼の製造方法として、従
来の爆発圧着法に加えて、圧延圧着法、拡散接合
法などの研究が進められているが、例えば、圧延
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
接合法でも、例えば化学成分を調整した母材鋼板
を用いたり、中間媒接材を挿入して行なう方法が
提案されているが、面積的にも小さく、工業的に
利用されるにいたつていない。 したがつて、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。 例えば、特開昭56−122681号公報には鋼中の炭
素固定元素の含有量を限定した特殊な鋼材を母材
あるいは中間材として、圧延圧着法によりチタン
クラツド鋼を製造する方法が開示されているし、
特開昭52−13459号公報、同13460号公報には、
10^-1mmHg以下の真空中で電子ビーム溶接により
封入溶接後、冷間あるいは1080℃の温間で圧延す
ることにより、チタンクラツド鋼を製造する方法
が開示されている。また、特開昭56−74390号公
報、同71590号公報、同1287号公報、同1286号公
報には、Cr、Mo、Ｖ、Ni、Cuあるいはそれら
の組み合わせ材を中間媒接材として介在させて拡
散接合法によつてチタンクラツド鋼を製造する方
法が開示されている。 これらの公報中には、チタンと鋼材とを直接か
かる接合方法で作成することは困難であると明示
してある。さらに、本発明者による実験検討によ
れば、これらの方法によるチタンクラツド鋼は部
分的には接合部が得られるが、工業的なサイズで
均一な接合を得られることはなく、接合部分の界
面接合強度は、JIS−Ｇ−3603チタンクラツド鋼
の接合強度を満足することはできなかつた。 また、現在のところ、かかる製造方法によるチ
タンクラツド鋼は市販されていない。 中間媒接材を用いない方法で、チタンクラツド
鋼を製造する場合に制約となる基礎的な問題点の
１つは、合材となるチタンあるいはチタン合金と
母材鋼板の間に、相互拡散現象による脆弱な合金
層が生成することにある。したがつて、チタンク
ラツド鋼を製造する過程において、前述の合金層
が生成する条件（例えば高温雰囲気）を経なけれ
ばならないようなクラツド製造方法（たとえば拡
散接合法、圧延圧着法など）では、直接接合した
チタン−鋼クラツド鋼の製造は困難と考えられ
る。 爆着法によるチタンクラツド鋼の製造方法にお
ける制約としては次のようなことがある。まず、
工業的に製造されているチタン板は、幅が約２ｍ
以下であり、これ以上のものは市販されていな
い。また、合材であるチタンの板厚が約２mm以下
の爆発圧着チタンクラツド鋼は、チタン板自身の
歪や、爆薬の爆発圧による損傷などの理由から、
工業的には生産されていない。また、母材が薄板
の場合には爆発圧著後に生じる歪や母材の伸びの
低下などからくる制度もある。さらには、設備能
力による爆薬量の制限もあり、面積の広いチタン
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。 本発明者は以上の点に鑑み、チタンクラツド鋼
の製造方法に関する種々の実験検討を実施した結
果ついに本発明をなすに至つた。 すわなち、本発明はチタンまたはチタン合金か
らなる合材と母材鋼板との間にニオブ、ニオブ合
金、タンタル、タンタル合金の内の１つを中間媒
接材として介在させ、母材鋼板と中間媒接材と合
材との接合面を化学的または機械的に清浄面とし
たのち、互に密着させ、接合界面部分を真空度
10^-1Torr以下あるいはアルゴンの如き不活性ガ
ス雰囲気とした状態で、600℃以上の温度に加熱
後、0.1Kg／mm²以上の荷重を加えることにより、
それぞれの界面領域における原子拡散をおこさせ
て接合することを特徴とするチタンクラツド鋼の
製造方法を要旨とするものである。 以下、本発明について詳細に説明する。 本発明における鋼板とは、JISに規定されてい
るSS材、SB材、SM材、SUS材およびこれらに
類似したものであり、チタン材とは、工業用純チ
タンおよびTi−0.5Pdなどのチタン合金板（少な
くとも73.05wt％Tiを含有する）であり、文中で
はしばしばチタンと称する。 本発明の中間媒接材はチタンおよび鋼板との間
で脆弱な金属間化合物を生成せず、展延性のすぐ
れた金属であることが要求される。種々検討の結
果、工業用純ニオブ、Nb−1Zr、Nb−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
とが判明した。 まず、本発明の中間媒接材の両面及び合材とな
るチタン、母材となる鋼板の接着しようとする面
を清浄する。これらの接着面は酸洗又は電解研磨
等の化学的手段又はグラインダー研磨等の機械的
研磨により、表面酸化膜を除去し、かつ、アセト
ン、トリクロルエチレンあるいはフツ素系溶剤等
により充分に脱脂して清浄面にする。 これらの接着面の最大粗さは25μHmax以下、
好ましくは、3μHmax以下である方が接合がより
均一となる。 これらの３素材は、合材の洗浄面と母材鋼板の
洗浄面との間に中間媒接材の両清浄面が互いに密
接するように組み合せて保持した状態で、拡散接
合装置内に配置される。 この後、加熱温度600℃〜880℃、加圧力0.1
Kg／mm²以上、加圧時間10分以上の条件で接合され
る。この時、接合しようとする界面及び組み合せ
体は10^-1Torr以下の真空度、あるいは、不活性
ガス（例えば、He、Ar等）により拡散接合装置
内をガス置換した後、前記真空度に保持する。 本発明の中間媒接材の板厚は10ミクロン以上あ
れば十分その効果を示す。しかし、拡散接合した
後さらに熱間圧延する場合には、最終製品におけ
る中間媒接材層の厚さが10ミクロン以上になるよ
うに拡散接合時の板厚を決定する必要がある。 このようにして製造されたチタンクラツド鋼は
優れた接合力を有しており、剪断試験を実施した
ところ、JISG3603で規格化されているチタンク
ラツド鋼板の規格値（14Kg／mm²）を充分に満足す
る値であつた。 また、このチタンクラツド鋼を更に熱処理して
剪断試験を行なつた結果でも、やはり前記JIS規
格値以上の接合力が確認され、引張試験及び曲げ
試験の結果から強い接合力と曲げ加工性の優れた
チタンクラツド鋼であることが確認された。 また、第１図に示すように、母材１、中間媒接
材２、合材３よりなるチタンクラツド鋼の母材１
側にさらに鋼板１′をあるいは更に合材３側にチ
タン３′を合せ、従来公知の接合技術、例えば爆
発圧着法、拡散接合法、肉盛り溶接法等により、
第２図に示す如く接合して所定の寸法のチタンク
ラツド鋼を製造することも可能である。 又、かかる多層のチタンクラツド鋼を加熱圧延
することによつて、より薄板あるいは広板のチタ
ンクラツド鋼板を製造することも可能である。 以下、本発明の実施例を示す。 実施例 １ 合材として10mmｔ×100mmＷ×200mmＬの純チタ
ン板（JIS1種）を、 母材として30mmｔ×100mmＷ×200mmＬのJIS
SB 42鋼板を、 中間媒接材として0.2mmｔ×100mmＷ×200mmＬ
の工業用純ニオブ板（Nb含有量 99.96wt％以
上）を 使用して、拡散接合法により（10＋0.2＋200）mm
ｔ×100mmＷ×200mmＬのチタンクラツド鋼を作成
した。 まず、ニオブ板の両面を＃150でバフ研磨し、
また、このニオブ板と接するチタン及び鋼板の表
面はグラインダ研磨を実施した後、４面とも脱脂
して清浄面とした。 この後、該ニオブ板をチタンと鋼板の間にはさ
み、中間媒接材の両清浄面がそれぞれの両清浄面
に密接するように保持した状態で拡散接合装置内
に設置した。 次に、該クラツド素材を配置した拡散接合装置
の内部を真空度10^-3Torrになるように、真空ポ
ンプにより減圧し、その状態で該クラツド素材の
温度が700℃になるように加熱した。 該クラツド素材の温度が700℃に達した時から、
４＄の荷重（0.2Kg／mm²）を加え１時間保持した。 このようにして、（10＋0.2＋200）mmｔ×100mm
Ｗ×200mmＬのチタンクラツド鋼を作成した。 このチタンクラツド鋼の界面接合力の試験を実
施したところ優れた接合力を有する事が確認され
た。この結果を表１に示す。 実施例 ２ 実施例１において、中間媒接材としてニオブの
かわりにタンタルを使用し、実施例１と同様の工
程、条件により（10＋0.2＋200）mmｔ×100mmＷ
×200mmＬのチタンクラツド鋼を作成した。 このチタンクラツド鋼の界面接合力の試験を実
施したところ優れた接合力を有する事が確認され
た。この結果を表１に併記する。 試験結果によれば、本発明によるチタンクラツ
ド鋼は、JIS−Ｇ−3603に規定されるチタンクラ
ツド鋼の規格を充分満足するものであつた。 実施例 ３ 実施例２に示したチタンクラツド鋼をあらかじ
め作成した。 このチタンクラツド鋼を850℃×１時間加熱し
た後、直ちに熱間圧延し、最終製品サイズ、42.0
mmｔ×100mmＷ×200mmＬ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の試験を
実施したところ優れた接合力を有する事が確認さ
れた。この結果を表１に併記する。 試験結果によれば、このチタンクラツド鋼板
は、JIS−Ｇ−3603に規定されるチタンクラツド
鋼板の規格を充分満足するものであつた。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に系わるチタンクラツド鋼に鋼
板チタン板を配置した状態の説明図、第２図は同
接合状態を示す説明図である。 １……母材、１′……鋼板、２……中間媒接材、
３……合材、３′……チタン板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ チタンまたはチタン合金からなる合材と母材
   鋼板との間にニオブ、ニオブ合金、タンタル、タ
   ンタル合金の内の１つを中間媒接材として介在さ
   せ、母材鋼板と中間媒接材と合材との接合面を化
   学的または機械的に清浄面としたのち、互に密着
   させ、接合界面部分を真空度10^-1Torr以下ある
   いはアルゴンの如き不活性ガス雰囲気とした状態
   で、600℃以上の温度に加熱後、0.1Kg／mm²以上の
   荷重を加えることにより、それぞれの界面領域に
   おける原子拡散をおこさせて接合することを特徴
   とするチタンクラツド鋼の製造方法。 ２ 加熱加圧工程を付加して所定寸法の鋼板を得
   る特許請求の範囲第１項記載のチタンクラツド鋼
   の製造方法。 ３ 母材鋼側に鋼板を、さらに合材側にチタン板
   を接合してなる特許請求の範囲第１項または第２
   項記載のチタンクラツド鋼の製造方法。