【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
(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。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a titanium-based metal clad steel and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to a rolled titanium-based metal clad steel using a low carbon steel plate and a nickel plate as insert materials, and a method for manufacturing the same. (Prior art) Clad materials made by joining dissimilar materials, especially clad steel that uses steel plates as the base material, have been gaining popularity in recent years because they can take advantage of the characteristics of the materials of the composite material and the base material. Clad steel, which is made from titanium as a laminated material, is expanding, and in particular, the drawbacks of titanium materials are compensated for by steel plates, and its practical use is progressing.
It has important significance in promoting generalization. Today, clad steel made of titanium material is
Manufactured by explosion bonding method and rolling method using low carbon steel plate (containing pure iron material) as insert material. However, in the explosion bonding method, there is a limit to the size of the assembled slab, and the product size is small. Furthermore, due to poor dimensional accuracy, there are drawbacks such as lack of uniformity in the cladding layer. Furthermore, the bonding strength decreased significantly due to SR (post heat treatment), and the bonding strength was not yet fully satisfactory. On the other hand, in the rolling method using a low carbon steel plate as the insert material, the diffusion rate of C in Fe is high, so C in the base steel plate reaches the Ti interface through the insert material and TiC is generated. Even if the thickness of the insert material is increased, C in the base steel plate will easily diffuse through the grain boundaries. In particular, when the SR treatment is applied after the thickness of the clad steel is reduced by hot rolling, the diffusion becomes easy. Since TiC produced in this way is extremely hard and brittle, it is inevitable that the strength of the clad steel obtained in this way will deteriorate. (Problems to be Solved by the Invention) As described above, the precipitation of TiC leads to a decrease in bonding strength, so its formation must be prevented as much as possible. For example, assembling large slabs and heating them at high temperatures.
When manufacturing clad steel sheets by rolling, it is known that if medium- and high-carbon Ti steels are directly rolled together without an insert material, TiC will precipitate at the Ti/base steel interface and the joint strength will be significantly inferior. Therefore, as mentioned above, in order to suppress the formation of TiC, low carbon steel or pure iron is inserted at the Ti/base steel interface. However, when manufacturing clad steel sheets by heating and rolling to high temperatures, even if insert materials are used, the carbon contained in the base steel sheet will diffuse through these insert materials to the Ti interface, resulting in a decrease in joint strength. This will cause TiC to precipitate. This tendency is greater as the thickness of the insert material is thinner and the heating temperature is higher.
In particular, recently, clad steel has become thinner and processed in large quantities, and rolling at high temperatures has become necessary to increase the amount of reduction in order to increase productivity. In recent years, the generation of TiC as mentioned above has become an important issue. Thus, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing clad steel that does not cause the problem of TiC formation despite thinning of the insert material and high rolling temperature. (Means for Solving the Problems) The present inventors have conducted various studies to achieve this objective, and have found that the insert material is a combination of a low carbon steel plate, including a pure iron plate, and a nickel plate. was found to be effective. In other words, brittle intermetallic compounds and TiC are present on the laminate side.
By using a low-carbon steel sheet that generates less carbon and creates an appropriate interdiffusion layer, and using a Ni plate as an insert material between the low-carbon steel sheet and the base steel to retard carbon diffusion, it is possible to improve the rolling process. The present invention was completed based on the knowledge that it is possible to produce a clad steel sheet with excellent bonding strength and which can effectively prevent TiC precipitation even when post-heat treatment is applied. Therefore, the gist of the present invention is to provide a bonded material made of titanium metal, a low carbon steel plate with a carbon content of 0.01% by weight or less bonded to the bonded material, and a nickel bonded to the low carbon steel plate. This is a titanium-based metal clad steel made of a plate and a base steel plate joined to the nickel plate. In addition, from another aspect, the present invention provides a method for manufacturing clad steel by laminating a titanium-based metal laminate and a base steel plate and hot rolling, in which carbon content is added to the laminate side between the two members. A low carbon steel plate with a carbon content of 0.01% by weight or less is further used as a cladding material by interposing a nickel plate on the base steel plate side, and the cladding material is sealed to prevent oxygen from being supplied to the joint surface between these parts. After welding, at least the joint surface between the titanium-based metal laminate and the low carbon steel plate is
This is a method for manufacturing clad steel with titanium-based metals, which is characterized by performing deaeration treatment to a vacuum of 10 -1 Torr or less, and then rolling it with rolls at a rolling start temperature of 500°C or higher and 1050°C or lower. “Titanium-based metals” include pure titanium and titanium-based alloys, and include “carbon content of 0.01
% by weight or less of low carbon steel sheet" also includes pure iron. That is, according to the present invention, in order to bond the laminate and the base steel plate with high bonding strength, it is important to cause mutual diffusion of Ti and Fe without precipitating TiC at the interface, and furthermore, it is important to cause mutual diffusion of Ti and Fe without precipitating TiC at the interface. This is based on the knowledge that SR treatment of materials further promotes the precipitation of TiC and reduces joint strength.To solve this problem, it is important not to supply C to the interface with Ti, so A low carbon steel plate is used as the insert material, and a Ni plate with a small diffusion coefficient of C is used as the insert material on the base steel plate side, and an oxidized layer is formed on the surfaces of the laminate, the base steel plate, and the insert material during heating before rolling. Since mutual diffusion of Ti and Fe does not occur, vacuum degassing is performed prior to heating to prevent the formation of such an oxide layer. Here, the required thickness of the Ni insert plate may be changed as appropriate depending on the heating temperature and time, and the thickness of the low carbon steel (and pure iron) insert material. Prior to rolling, the clad material is heated to a predetermined temperature, and as mentioned above, during this heating, when oxygen is supplied to these bonding interfaces, a surface oxidation layer is generated, which is the basis of solid phase bonding. Interdiffusion of elements will not occur. In order to prevent this, in the present invention, it is preferable to perform seal welding on the clad material prior to heating and perform deaeration treatment to a temperature of 10 -1 Torr or less. Since the melting temperature of the intermetallic compound formed at the Ti/Fe interface is 1085°C, the upper limit of the heating temperature at this time was set to 1050°C. In order to suppress the diffusion of C from the base steel SS41 steel plate, it is more effective to increase the thickness of the low carbon steel insert material, but if the thickness exceeds 2 mm, the strength of the insert in the shear test will decrease. This is not preferable because it indicates the shear strength of the material itself. (Operation) Next, the present invention will be described in further detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of a cladding material seen in the manufacturing process of a titanium-based metal clad steel plate according to the present invention. Even in the final clad steel, the clad structure itself is the same, so to explain with reference to FIG. 1, a nickel plate 2, which is an insert material, is provided on a base steel plate 1. Furthermore, a low carbon steel plate 3, which is another insert material, is provided. A titanium plate, which is a cladding material, is clad with this low carbon steel plate 3 interposed therebetween. There is no particular limit to the thickness of each plate material, but preferably,
The total thickness of the insert material as the final material is preferably about 0.1 to 10%, usually about 0.5 to 3.0%, of the total thickness of the combined steel plates. Next, the method for producing clad steel according to the present invention will be described. First, a base steel plate, a titanium material as a cladding material, a nickel plate and a low carbon steel plate as insert materials are prepared. It is preferable that each surface to be joined be made as clean as possible through a process such as degreasing. (1) Assembly: As shown in Fig. 1, each material, steel plate 1, nickel plate 2, low carbon steel plate 3, and titanium plate 4, are laminated, and the sizes of each insert material and titanium plate are adjusted to the base steel plate. By making the material slightly smaller, each material on the base material is covered with a cover 5 made of another low carbon steel plate, and each seam 6 is welded and sealed to form a clad material 7.
The insert material shall be low carbon steel on the mating material (titanium or titanium alloy) side and Ni plate on the base steel plate side. In FIG. 1, a suction port 8 for degassing is provided in a part of the steel plate 1. (2) Deaeration: After obtaining the clad material 7, the inside is deaerated through the suction port 8 using a rotary pump, etc., and the temperature is reduced to 10 -1 Torr.
The degree of vacuum shall be as follows. At this time, the vacuum degassing treatment is performed at least on the joint surfaces of the insert materials. In the degassing process, high vacuum can be achieved more easily by degassing while heating. When a predetermined amount of degassing is completed, the suction port 8 is shut off by appropriate means such as cutting it by melting. (3) Rolling: The heating temperature is below 1050℃ and above 500℃.
Preferably, a temperature of 700 to 900°C is sufficient. If rolling is finished at too low a temperature, deformation resistance will increase due to work hardening and martensitic transformation.
A finishing temperature of 0.degree. C. or higher is preferred. Thus, in the clad steel produced according to the present invention, virtually no TiC formation was observed, and no decrease in strength was observed even after post-heat treatment. After rolling, the desired titanium-based metal clad steel is obtained by peeling off the steel plate serving as the cover. Next, examples of the present invention will be shown. Example Titanium plate (thickness 10mm) equivalent to JIS H46001 class
Various tests were conducted using carbon steel plates (90 mm thick) equivalent to SS41. A low carbon steel plate and/or Ni plate having the chemical composition shown in Table 1 is used as the insert material,
The relationship between heating temperature and required thickness of these insert materials was investigated in relation to their shear strength according to JIS 601 and JIS 3603.
【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。[Table] These materials were assembled as shown in Figure 1, and evacuated using a rotary pump through a deaeration hole provided at the end.
After reducing the pressure to below 10 -1 Torr, the deaeration hole was plugged by welding and heated to 850°C for 5 hours. Then, the shear strength of the rolled material and the plate subjected to post-heat treatment was measured. The investigation was conducted under conditions where the rolling reduction ratio was 5 and the post heat treatment conditions were constant at 600°C for 5 hours. Figures 2a and 2b show the results of calculating the diffusion length of C in Fe and Ni as a function of temperature and time. Here, the values of the frequency term Do and activation energy Q used in these calculations are as follows. () Diffusion of C in α-Fe (500-700°C) Do=0.20cm 2 /s Q=24.6kcal/mol It is shown by the dotted line in Figure 2a. () Diffusion of C in γ-Fe (800-1400°C) Do=0.15cm 2 /s Q=32kcal/mol This is shown in the solid line graph in Figure 2b. () Diffusion of C in Ni (600-900°C) Do=0.13cm 2 /s Q=34.5kcal/mol Shown in Figure 2b. From this, it is clear that Ni is effective in slowing down the diffusion of C. Figure 3 shows the titanium clad steel plate made of titanium/low carbon steel/SS41 clad steel plate, which was heated at 850°C for 5 hours with various thicknesses of the low carbon steel insert material and hot rolled at a reduction ratio of 5. /This is the result of actually measuring the amount of TiC precipitated at the low carbon steel interface. Here, the horizontal axis indicates the thickness of the low carbon steel insert material before rolling, and the vertical axis indicates the area ratio (%) occupied by TiC at the Ti/low carbon steel interfacial exfoliation fracture surface. As is clear from this, if there is no insert material, TiC is likely to precipitate almost entirely at the Ti/SS41 interface. And TiC precipitation decreases as the insert material thickness increases.
However, even if only a low carbon steel plate with a thickness greater than the C diffusion distance shown in FIG. 2a is inserted, about 10% of TiC will precipitate. This development is due to the diffusion of C through the grain boundaries of the insert material mentioned above. Note that the deaeration conditions before heating in carrying out these tests were in the range of 1.1×10 −1 Torr to 8×10 −2 Torr. Figure 4 shows the above-mentioned Ti/low carbon steel interface.
The relationship between TiC precipitation amount and shear strength is shown. As is clear from this, the shear strength tends to increase as the amount of TiC precipitated at the Ti/low carbon steel insert interface decreases; Even at a TiC occupancy rate of about 10%, which corresponds to the above, most of the TiC is inferior to the shear strength (14 Kg/mm 2 ) of explosive bonded clad steel sheets. Figure 5 shows the interface when the sample clad steel plate of this example was further heated in the atmosphere at 600℃ for 1 hour.
The relationship between TiC precipitation amount and shear strength is shown. Hot rolling also reduces the thickness of the low carbon steel insert material to about 1/5, making it easier for C to diffuse into TiC.
There should also be an increasing trend in the precipitation of . As is clear from the figure, even if the original insert material thickness is 1 mm, it becomes 200 μm after rolling.
Furthermore, as can be seen from Figure 2a, the diffusion distance of C during heating at 600°C for 1 hour can reach 220 μm, and if the insert material thickness is less than this, the amount of TiC precipitated will be extremely large. . Original thickness of insert material is 1/2mm (thickness after rolling: 200 to 400μm)
However, the amount of TiC formed at the interface was greater than that of the rolled material. Furthermore, it can be seen that even if the material has relatively good shear strength when hot rolled, the strength significantly decreases when subjected to post-heat treatment. Figure 6 shows that a 300 μm thick Ni plate is inserted between the low carbon steel insert material and the base steel plate (SS41), and the thickness of the low carbon steel insert material between the laminate and the Ni plate is the same as in Figure 3. Heat-rolled material at 850℃ for 5 hours (rolling ratio 5) with a change in the range of 0 to 2 mm.
The results of investigating the amount of interfacial TiC precipitation are shown. Also,
Changes in shear strength are also shown in the figure. As is clear from this, if a 300 μm thick Ni plate is inserted to suppress the diffusion of C from SS41, TiC precipitation can be prevented when the thickness of the low carbon steel insert material is 400 μm or more, and the shear strength is also excellent. Summer. Of course,
When low carbon steel was not used, Ti-Ni intermetallic compounds grew significantly, resulting in poor shear strength. Figure 7 shows the same test material as the one in Figure 6.
The relationship between the amount of TiC precipitated and shear strength after heat treatment in the air for 1 hour at ℃ is shown. As is clear from Figure 2b, at 600℃
Because the diffusion of C in Ni is extremely small, even if heat treatment is performed when the Ni plate thickness is reduced after rolling, such as from 300 μm to 60 μm, TiC will not precipitate and increase the shear strength. It was also good. As is clear from FIG. 2, the thickness of the low carbon steel and Ni plate necessary to suppress the precipitation of TiC at the titanium/low carbon steel interface changes depending on the heating temperature and time. Therefore, the relationship between these required thicknesses and the heating temperature was investigated under conditions where the heating time was 5 hours, the rolling reduction ratio was 5, and the post heat treatment was constant at 600° C. for 1 hour. The results are shown in Figure 8. In order to obtain a shear strength ≧20Kg/ mm2 , low carbon steel with a thickness of 1/2 and 1/4 of the diffusion distance of C into Fe shown in Figure 2a is required. It was found that a thick Ni plate was required. Moreover, the thickness of the low carbon steel and the Ni plate may be changed according to the relationship of √(t: time) with respect to the heating time.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
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。
FIG. 1 is a perspective view showing a cladding material; FIGS. 2 through 8 are graphs collectively showing various data in the embodiments of the present invention. 1: Base steel plate, 2: Ni plate, 3: Low carbon steel plate,
4: Titanium plate, 5: Cover, 6: Seam, 7: Clad material, 8: Suction port.
【特許請求の範囲】[Claims]
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
1. In a dissimilar pipe joint of stainless steel and zirconium or zirconium alloy, in which the ends of a first tubular member made of stainless steel and a second tubular member made of zirconium or zirconium alloy are joined to each other, The length of the joint surface at the cut plane including the tube axis is greater than the wall thickness of the first and second tubular members, and the first tubular member and the second tubular member are explosively crimped using tantalum as a welding material. A highly corrosion-resistant stainless steel-zirconium joint pipe joint. 2. A method for manufacturing an abnormal pipe joint of stainless steel and zirconium or zirconium alloy, in which the ends of a first tubular member made of stainless steel and a second tubular member made of zirconium or zirconium alloy are joined to each other, wherein the first tubular member and a second tubular member are explosively crimped using a tantalum pipe as a welding material,
forming a laminated composite tube of a stainless steel tube and a zirconium tube or a zirconium alloy tube;