JPH058059A - 熱間圧延によるチタンクラツド鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は熱間圧延によるチタンクラッド鋼板
の製造方法であって、大小型のチタンクラッド鋼板の如
何に係わらず、安定した接合強度及び曲げ加工性の高い
チタンクラッド鋼板を容易に製造出来る。 【構成】 母材１と合わせ材２との間に炭素０．０１重
量％以下の低炭素鋼薄厚の中間材３を介挿し、中間材３
と合わせ材２との接合する合わせ材の接合予定面１０を
湿式高番手研磨により表面仕上げし、更に中間材３と合
わせ材２との間に０．１〜８．０mmの間隔７を設けてな
る組立スラブ９を製造し、この組立スラブ９を６５０〜
８５０℃でクロス圧延を含む熱間圧延をするチタンクラ
ッド鋼板の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延によるチタン
クラッド鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱間圧延によるチタンクラッド
鋼板の製造方法は、炭素鋼、低合金鋼又はステンレス鋼
等の鉄基金属のいずれか１つからなる母材と、チタン又
はチタン合金からなる合わせ材とからなる組立スラブを
１０５０℃近辺の温度に加熱し、加熱された組立スラブ
を９５０〜１０００℃の圧延温度で熱間圧延して母材と
チタン合わせ材とを互いに圧着し、チタンクラッド鋼板
を製造するものである。

【０００３】熱間圧延によるクラッド鋼板の製造方法に
おいては、合わせ材の接合面の清浄度、組立てスラブの
圧下比及び、圧縮応力及び圧延温度が圧着の進行に影響
を及ぼす主因として挙げられる。

【０００４】 圧延温度に関しては、熱間圧延により
製造されたチタンクラッド鋼板においては、母材と合わ
せ材との接合界面に熱間圧延によりＦｅ−Ｔｉの脆弱な
金属間化合物が形成される。この金属間化合物は、スラ
ブの加熱温度及び圧延温度が高い程増大し、チタンクラ
ッド鋼板の母材と合わせ材との接合界面の剪断強度及び
曲げ加工性を低下させる。また、母材と合わせ材との接
合界面に母材から拡散して来た炭素が接合界面でチタン
炭化物を形成することも、母材と合わせ材の接合界面の
剪断強度および曲げ加工性の低下を助長している。

【０００５】一つの対策として特開昭５９−２２０２９
３号公報および特開昭６０−２１３３７８号公報には、
スラブを９５０℃以下の低い温度で加熱し、熱間圧延す
る方法が開示されている。

【０００６】しかし９５０℃以下の温度で加熱し、熱間
圧延する方法では母材と合わせ材との間即ち接合界面で
の金属原子の相互拡散が起こりにくくなり、母材と合わ
せ材との接合界面に未圧着ポロシテイ が残存するように
なる。このため逆にこれが原因で、同時に母材と合わせ
材との接合部の剪断強度及び曲げ加工性の低下が生じ
る。

【０００７】他の対策として母材と合わせ材との間に中
間材を介挿する方法の提案がある。特開昭６０−６４７
８６号公報では銅又はＮｉからなる中間材を、特開昭６
０−１２４４８３号公報では、フェライト系又はマルテ
ンサイト系ステンレス鋼からなる中間材を、特開昭６０
５８６号公報では、銅とニッケルからなる複合中間材
を、特開昭６０−２６１６８３公報では、銅とモリブデ
ンまたはニッケルとモリブデンからなる複合中間材を介
挿している。

【０００８】しかし、銅又はニッケルからなる中間材の
場合は、それらの中間材と母材との接合界面でＦｅ−Ｔ
ｉよりも脆弱な金属間化合物を形成するので良くない。
また、銅とモリブデン又は、ニッケルとモリブデンから
なる複合中間材の場合は、モリブデンの加工性が悪く、
熱間圧延中にモリブデンが破損する。

【０００９】ステンレス鋼からなる中間材、クロムとニ
ッケルまたはクロムと銅からなる複合中間材の場合は、
中間材の価格が高いので、工業生産上コスト的に不利で
ある。そのため上記のような中間材を介挿する方法の問
題点の解決を図るべく、特開昭６３−５６３７０号公報
に示すようなチタンクラッド鋼板の製造方法が提案され
ている。

【００１０】ここでは、母材板と合わせ材との間に、炭
素０．０１重量％以下の低炭素鋼からなる薄厚の中間材
を介挿し、且つ、中間材と合わせ材との間に、０．１〜
８．０ｍｍの間隙を設けて、組立てスラブを調製し、そ
の組立てスラブを６５０〜８５０℃の圧延温度で且つ圧
着指数が８０．以上となる条件で熱間圧延するものであ
る。

【００１１】 一方、合わせ材の接合予定面の清浄度
に関して、次のような提案がされている。

【００１２】特開昭５６−１２２６８１号公報では、酸
洗、又は電解研磨等の化学的手段またはグラインダ−研
磨等の機械的手段により表面酸化皮膜を除去し、且つア
セトンまたはトリクロルエチレン等により充分に脱脂し
て清浄面にすることが記載されている。

【００１３】特開昭６０−２０３３７７号公報では、バ
フ研磨後、アセトン脱脂して清浄面とすることも記載さ
れている。

【００１４】特開昭６２−９７８６号公報ではニッケル
粒子の衝突により、薄い酸化皮膜を破壊させ、ニッケル
メッキにより、スラブ加熱炉での再酸化を防止してい
る。

【００１５】特開昭６２−９７８８号公報では機械的研
磨あるいは硝沸酸による酸洗により、酸化皮膜を除去し
た後、ニッケルメッキを施し、再酸化を防止している。

【００１６】 又、組立スラブの圧下比、圧縮応力に
関しても次のような提案がされている。上述した特開昭
６３−５６３７０号公報では、未圧着ポロシテイ に起因
する接合不良を解決するために、熱間圧延時に母材及び
合わせ材に作用する垂直圧縮応力を高めて母材と合わせ
材との間での金属原子の相互接触を促進する方法を開示
しており、熱間圧延による製造方法によっても爆着材と
同等以上のチタンクラッド鋼板が得られることが記載さ
れている。

【００１７】 又、上述した熱間圧延は一般に単一方
向にのみ圧延されている。その場合、合わせ材が母材よ
り変形抵抗が高い場合、合わせ材の先後端部領域の母材
が大きく変形し、結果的に合わせ材の先後端部領域の厚
さが他の領域よりも厚くなる。逆に合わせ材が母材より
変形抵抗が低い場合、合わせ材の先後端部領域の母材が
小さく変形し、結果的に合わせ材の先後端部領域の厚さ
が他の領域よりも薄くなる。

【００１８】その対策として、特開昭６２−１９１１４
１号公報に示すようないわゆるクロス圧延方法がある。
ここでは実施例として、合わせ材にＳＵＳ３０４のステ
ンレス鋼を用いて、圧延方向をほぼ直交した２方向に分
割して圧延してクラッド鋼板を製造する方法が記載され
ている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
、、に示すような技術については、次のような問
題がある。

【００２０】については、特開昭６３−５６３７０号
公報に示すようなチタンクラッド鋼板の製造方法はそれ
なりの効果が期待出来る。しかし、この場合でもチタン
クラッド鋼板の接合界面で酸化皮膜が形成される場合が
生じている。

【００２１】については、特開昭５６−１２２６８１
号公報に示すような方法は目視で確認できる程度の厚い
表面酸化皮膜は除去出来るものの、酸洗により形成され
る薄い酸化皮膜あるいは乾式バフ研磨または乾式グライ
ンダー研磨等の発生熱により形成される薄い酸化皮膜に
対しては、目視等による酸化皮膜の有無の確認が困難で
あり、それらの表面酸化皮膜は除去出来ない。又、電解
研磨による方法は工業生産上コスト的に不利である。

【００２２】特開昭６２−９７８６号公報に示すような
方法は、スラブ加熱中の合わせ材の接合予定面の再酸化
防止のために、ニッケルメッキを行うものであり、コス
トの高いメッキ工程が付加されるので工業生産上コスト
的に不利である。

【００２３】以上のような酸化皮膜の存在は圧延初期に
おける合わせ材の新生面形成の大きな障害になる。ここ
でいう新生面とは合わせ材の伸展に伴い、新たに形成さ
れる活性な合わせ材の表面を云う。この活性な表面が界
面の接合に大きく寄与すると考えられる。

【００２４】については、特開昭６３−５６３７０号
公報に示すような方法はそれなりの効果が期待される。
しかし、近年、極厚チタンクラッド鋼板及び、広幅のチ
タンクラッド鋼板の需要が増大し、大型のチタンクラッ
ド鋼板の製造の傾向にある。この場合には大型の組立ス
ラブの製造が必要となる。

【００２５】しかしながら上記の方法では圧延機の制約
上、組立スラブの寸法に制約があり、垂直圧縮応力の制
御方法のみでは、母材と合わせ材との接合界面の接合強
度及び曲げ加工性を安定に維持出来ない場合がある。

【００２６】又、クロス圧延についても、チタンクラッ
ド鋼板の場合は、特開昭６２−１９１１４１号公報に示
すようなクラッド鋼板の製造方法をそのまま適用出来な
いと云う問題がある。

【００２７】本発明者等は上記問題点の解決を図るため
に、特開昭６３−５６３７０号公報に示すような中間材
を介挿したチタンクラッド鋼板の製造方法を基にして、
検討を重ね、本発明に到達したものである。

【００２８】即ち、本発明は、大小型のチタンクラッド
鋼板の如何に係わらず、母材と合わせ材との接合境界面
の安定した接合強度及び曲げ加工性の高いチタンクラッ
ド鋼板を熱間圧延により製造する方法を提供することを
目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一つは炭素鋼、低合金鋼又はステンレス鋼
等の鉄基金属からなる母材と、チタン及びチタン合金か
らなる合わせ材とを、熱間圧延によって互いに圧着して
チタンクラッド鋼板を製造する方法において、母材と合
わせ材との間に炭素０．０１重量％以下の低炭素鋼から
なる薄厚の中間材を介挿し、中間材と合わせ材との接合
する合わせ材の接合予定面を湿式高番手研磨により表面
仕上げし、更に中間材と合わせ材との間に０．１〜８．
０mmの間隔を設けてなる組立スラブを製造し、この組立
スラブを６５０〜８５０℃でクロス圧延を含む熱間圧延
するチタンクラッド鋼板の製造方法とするものである。

【００３０】本発明の二つは母材と合わせ材との間に炭
素０．０１重量％以下の低炭素鋼からなる薄厚の第１中
間材と銅、ニッケル、銅とニッケル合金のいずれか一つ
からなる薄厚の第２中間材とを薄厚に積層してなる積層
中間材とし、第２中間材が母材側になるように介挿し、
合わせ材の接合予定面を湿式高番手研磨により表面仕上
し、積層中間材と合わせ材との間に０．１〜８．０mmの
間隔を設けた組立スラブを製造し、この組立スラブを６
５０〜８５０℃でクロス圧延を含む熱間圧延するチタン
クラッド鋼板の製造方法とするものである。

【００３１】

【作用】本発明によれば、母材と合わせ材の間に中間材
を介挿するので、母材から中間材を経由して合わせ材へ
拡散する炭素を阻止出来る。そのため、中間材と合わせ
材の接合界面にチタン炭化物が形成されない。

【００３２】また中間材と合わせ材との間に適当な間隔
を設けているので、組立スラブの加熱時に中間材と合わ
せ材との接触が防止され、中間材と合わせ材との界面に
Ｆｅ−Ｔｉの金属間化合物層が形成されない。

【００３３】本発明では湿式高番手研磨を行うことを前
提とするものである。図２は、合わせ材の表面の最終仕
上げと剪断強度及び加工性との関係を示す図である。図
２において、○印は曲げ試験でチタン合わせ材と母材と
が剥離せず良好であることを示し、●印は曲げ試験でチ
タン合わせ材と母材とが剥離し、不良であることを示し
ている。点線はＪＩＳ規格下限値で剪断強度１４kgf/mm
² を示す。

【００３４】酸洗方式、湿式低番手ベルト研磨方式
、乾式高番手研磨方式はいずれも剪断強度を低下
く、曲げ試験でチタン合わせ材と母材とが剥離し、不良
である。

【００３５】これに対して、湿式高番手研磨はベルト研
磨、砥石研磨に係わらず、剪断強度２０kgf/mm² 以上の
剪断強度が得られている。本発明による湿式高番手研磨
は、１５０番以上の粒度の研磨材の使用を対象とする。
通常はコストの面等から２００番が用いられる。合わせ
材の熱間圧延で形成された酸化皮膜を除去するに際し、
低番手（１５０番未満）の粗い粒度の研磨材を使用した
場合、接合界面に異物が持ち込まれることとなり、剪断
強度が低下する。そこで、研磨表面粗さを細かくするた
めに高番手研磨が必要となる。

【００３６】本発明では上記した湿式高番手研磨に加え
て、組立スラブを６５０〜８５０℃でクロス圧延を含む
熱間圧延することが必要である。

【００３７】熱間圧延の圧延温度を650 〜850 ℃の範囲
にしたのは、圧延温度が850 ℃を超えると接合界面での
Fe-Ti の脆弱な金属間化合物の形成が促進され、一方65
0 ℃未満では、所定の圧延圧下量に要する圧延圧力が増
大し、好ましくないからである。

【００３８】クロス圧延を含む熱間圧延を行うのは、図
２の点線に示すような湿式高番手研磨に加えて、ストレ
ート圧延をした場合による剪断強度の大きいバラツキを
解消して、実線に示すような湿式高番手研磨に加えて、
クロス圧延した場合は、より高い安定した剪断強度を得
ることが出来ることによる。

【００３９】ここでクロス圧延を含む熱間圧延とは組立
てスラブ長手方向に対し、長手方向及び幅方向に熱間圧
延することを云う。

【００４０】湿式高番手研磨を行っても、一方方向のみ
の圧延を最後まで、実施した場合、チタンクラッド鋼板
の合わせ材の伸展は均一でなく、チタン合わせ材の伸展
が遅れる部分はそれだけ新生面の形成が遅れることにな
る。クロス圧延を含む圧延の場合は、上述したように剪
断強度のバラツキが小さくなる。これは合わせ材全体が
均一に伸展し、万遍なく新生面の形成が促進され、その
結果、界面の接合が全領域に渡って健全となったことに
よると考えられる。

【００４１】次に、本発明の他の数値限定の理由につい
て説明する。本発明において、中間材を構成している低
炭素鋼の炭素含有量を０．０１重量％以下としたのは、
炭素含有量が０．０１重量％を超えると、中間材からの
炭素の拡散が無視し得なくなるからである。薄厚の中間
材の厚さは０．５〜２mmで、熱間圧延後の薄厚の中間材
の厚さは約５０〜約４００μｍとなるような厚さが好ま
しい。

【００４２】中間材と合わせ材との接合界面に母材から
の炭素の拡散を、更に効果的に阻止する必要がある場合
は、炭素が０．０１重量％以下の低炭素鋼からなる第１
中間材と銅、ニッケル、銅とニッケルの合金のいずれか
１つからなる第２中間材とを、薄厚の積層してなる積層
中間材とし、第２中間材が母材側になるように介挿す
る。なお、銅、ニッケル、銅−ニッケル合金からなる薄
厚の第２中間材のみを介挿したのでは、Ｆｅ−Ｔｉの金
属間化合物よりも更に脆弱な金属間化合物が形成される
のでよくない。

【００４３】本発明において、中間材と合わせ材との間
に０．１〜０．８mmの間隔を設けて組立スラブを製造し
たのは、間隔の大きさが８．０mmを超えると熱間圧延に
よって所定の剪断強度及び加工性を得られるように、母
材と中間材と合わせ材を圧着するために、大きな圧下比
を必要とする。

【００４４】一方間隔の大きさが0.1mm 未満であると、
組立スラブの溶接後に間隔に存在する空気を排気する
際、排気抵抗が大きくなり過ぎて長時間を要する。従っ
てこの間隔は０．１〜０．８mmの範囲にした。中間材と
合わせ材との間の間隔は、その間の四隅にスペサ−を介
挿する方法が良い。

【００４５】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。本発明を実施するための製造する組立スラブの方式
として、図１（ａ），（ｂ）に代表的なものを示す。図
１において、（ａ）はチタンクラッド鋼板を同時に２枚
製造するための組立スラブ方式（以下Ａ方式という）
で、（ｂ）はチタンクラッド鋼板を１枚製造するための
組立スラブ方式（以下Ｂ方式という）で、生産枚数に応
じてＡ方式又はＢ方式を選択する。

【００４６】あるいは製品が厚くなると組立スラブ厚が
厚くなり、最大圧延可能スラブ（約５００ｍｍ）との関
係でＡ方式では不可となるので、その場合には、Ｂ方式
を選択する。

【００４７】図１において、１は母材、２は合わせ材、
３は中間材（積層中間材を含む）、４は剥離材（例えば
酸化ジルコニアパウダ−）、１０は湿式高番手砥石で研
磨した接合予定面である。

【００４８】剥離材４はＡ方式では分離面である両合わ
せ材２の表面に塗布され、Ｂ方式では分離面である合わ
せ材２及びカバ−材８の表面に塗布される。

【００４９】Ａ方式では合わせ材２及び中間材３の厚さ
を補うために、スペサ−５を両母材１の間に挿入し、組
立スラブ９の四周に配置して、溶接部６で母材１とスペ
−サ−５が溶接される。合わせ材２と中間材３との間に
間隔７を設けている。

【００５０】Ｂ方式ではカバー８を使用して、合わせ材
２の接合予定面と反対の面が加熱・圧延中に酸化される
のを防止している。

【００５１】製造された組立スラブ９の内部は、１０^-2
Ｔｏｒｒ以下の高真空にすることが好ましい。そのため
に、組立スラブ９の周囲溶接部６の溶接は大気中で行っ
た後、拡散ポンプ（図示せず）で組立スラブ９の内部を
吸引して高真空にする他に、組立スラブ９の周囲を大気
中で仮付け溶接を行った後、真空チャンバ−内で組立ス
ラブ内部を高真空にした後、引続き組立スラブ９の周囲
の溶接部６を電子ビ−ム溶接などによって行う。

【００５２】次に本発明方法について実験した結果を詳
述する。ここでは圧延方向を種々に変えた熱間圧延を行
って、チタンクラッド鋼板を製造し、その場合の超音波
探勝結果、剪断強度及び曲げ試験結果を求めた。表１、
表２に製造条件を示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】表１に示すように、組立て方式をＡ方式、
Ｂ方式に大別して、各々ストレート圧延、クロス圧延を
含む圧延（表中クロス圧延）を行うものとした。

【００５５】

【表２】

【００５６】本発明例（１）として、Ａ方式によるチタ
ンクラッド鋼板をＮｏ１〜５で示し、本発明例（２）と
して、Ｂ方式によるチタンクラッド鋼板をＮｏ８〜１０
で示した。比較例（１）は湿式低高番手研磨（１２０
番）で、Ａ方式によるチタンクラッド鋼板をＮｏ６、Ｎ
ｏ７、で示し、比較例（２）は湿式低高番手研磨（１２
０番）で、Ｂ方式によるチタンクラッド鋼板をＮｏ１１
〜１３で示し、比較例（３）は湿式高番手研磨（１２０
番）で、Ａ方式によるチタンクラッド鋼板をＮｏ１４〜
１６で示した。

【００５７】表１、表２に示した条件で製造したチタン
クラッド鋼板について、超音波探傷試験等の確性試験を
行った。これらの確性試験結果を表３に示す。

【００５８】

【表３】

【００５９】表３に示すように、本発明ではＡ方式、Ｂ
方式に係わらず、３０kgf/mm² 以上のバラツキの小さい
剪断強度を得ることが出来た。これに対して比較例
（３）に示すように、湿式低高番手研磨しても、ストレ
ート圧延した場合は、剪断強度が本発明に比較して低か
った。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば大小型のチタンクラッド
鋼板の如何に係わらず、母材と合わせ材との接合境界面
の安定した接合強度及び曲げ加工性の高いチタンクラッ
ド鋼板を熱間圧延により製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すチタンクラッド鋼板の
組立スラブの断面を示す図であり、（ａ）は同時２枚の
チタンクラッド鋼板の組立スラブの断面を示す図、
（ｂ）は１枚のチッド鋼板の組立スラブの断面を示す図
である。

【図２】本発明におけるチタン合わせ材の最終仕上げ方
法と剪断強度と曲げ加関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 母材 ２ 合わせ材 ３ 中間材（積層中間材も含む） ４ 剥離材 ５、６ 溶接部 ７ 合わせ材と中間材との間に設けた間隔 ８ カバ− ９ 組立てスラブ １０ 湿式高番手砥石で研磨した接合予定面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ３２Ｂ 15/01 Ｄ 7148−4Ｆ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素鋼、低合金鋼又はステンレス鋼等の
   鉄基金属からなる母材と、チタン又はチタン合金からな
   る合わせ材とを、熱間圧延によって互いに圧着してチタ
   ンクラッド鋼板を製造する方法において、母材と合わせ
   材との間に炭素０．０１重量％以下の低炭素鋼薄厚の中
   間材を介挿し、中間材と合わせ材との接合する合わせ材
   の接合予定面を湿式高番手研磨により表面仕上げし、更
   に中間材と合わせ材との間に０．１〜８．０mmの間隔を
   設けてなる組立スラブを製造し、この組立スラブを６５
   ０〜８５０℃でクロス圧延を含む熱間圧延することを特
   徴とする熱間圧延によるチタンクラッド鋼板の製造方
   法。
2. 【請求項２】 炭素鋼、低合金鋼又はステンレス鋼等の
   鉄基金属からなる母材と、チタン又はチタン合金からな
   る合わせ材とを、熱間圧延によって互いに圧着してチタ
   ンクラッド鋼板を製造する方法において、母材と合わせ
   材との間に炭素０．０１重量％以下の低炭素鋼からなる
   薄厚の第１中間材と銅、ニッケル、銅−ニッケル合金の
   いずれか一つからなる薄厚の第２中間材とを薄厚に積層
   してなる積層中間材とし、第２中間材が母材側になるよ
   うに介挿し、合わせ材の接合予定面を湿式高番手研磨に
   より表面仕上し、積層中間材と合わせ材との間に０．１
   〜８．０mmの間隔を設けた組立スラブを製造し、この組
   立スラブを６５０〜８５０℃でクロス圧延を含む熱間圧
   延することを特徴とする熱間圧延によるチタンクラッド
   鋼板の製造方法。