JPH058061A - 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、剪断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℃で熱間圧延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接合強度及び
曲げ加工性を低下させる。

【０００５】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接合強度およ
び曲げ加工性の低下を助長している。

【０００６】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。

【０００７】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
材との接合部の接合強度及び曲げ加工性の低下が生じ
る。

【０００８】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
−１７０５８６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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】 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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】 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６
３−５６３７０号公報では、未圧着ポロシティに起因す
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。

【００１８】

【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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】

【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。

【００２８】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

【００２９】

【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。

【００３０】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。

【００３１】本発明では湿式高番手研磨を行うことが必
要である。湿式高番手研磨の適用によって、後述する実
験結果に基づいて、研磨材の残留及び酸化皮膜の形成を
抑制することが出来る。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。

【００３２】即ち、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。

【００３３】次に、本発明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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】本発明において、この材料の熱間の圧延温
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650 ℃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】本発明において、湿式高番手研磨により表
面仕上げを行うことに限定したのは、合わせ材の研磨方
式について種々の試験を行った結果によるものである。
その試験方法を表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】即ち合わせ材の接合面の研磨方式をいろい
ろ変更した組立スラブ（Ａ方式）を製作し、熱間圧延に
よりチタンクラッド鋼板を製造し、そしてチタンクラッ
ド鋼板の剪断試験及び曲げ試験を行って、合わせ材の接
合面の研磨仕上げ方式と剪断試験及び曲げ試験との関係
を調査した。その結果を図２に示す。

【００４１】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規格下限値を示す。

【００４２】酸洗方式は酸洗により、目視された酸化
皮膜は除去されるものの、酸洗液とチタンとの反応によ
り、薄い酸化皮膜が形成され、剪断強度が低い。

【００４３】湿式低番手ベルト研磨方式は水冷によ
り、研磨途中の発熱による酸化皮膜の形成が阻止されて
いるが、粗い研磨表面に研磨材が残留するため、剪断強
度が低い。

【００４４】乾式高番手研磨方式は研磨粗さが細かい
ため研磨材の残留が阻止されるているが、研磨による摩
擦熱で薄い酸化皮膜が形成され、剪断強度が低い。

【００４５】湿式高番手ベルト方式あるいは湿式高番
手砥石研磨方式は、剪断強度を低下させる研磨材の残
留及び酸化皮膜の形成が阻止されてるため、高い剪断強
度が得られる。

【００４６】以上のことから、図２に示すように合わせ
材の接合予定面の表面の最終仕上げ方式は、湿式高番手
研磨で行うことが好ましいことがわかった。なお研磨の
番手は１５０番以上が好ましい。通常はコストの面等か
ら２００番が用いられる。

【００４７】

【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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】本発明の方法に従って、Ａ方式の本発明例
（１）のチタンクラッド鋼板をＮｏ１〜６、Ｂ方式の本
発明例（２）のチタンクラッド鋼板をＮｏ９〜１１、Ａ
方式の比較例（１）のチタンクラッド鋼板をＮｏ７，８
及びＢ方式の比較例（２）のチタンクラッド鋼板をＮｏ
１２〜１６を製造し、超音波探傷試験等の確性試験を行
った。

【００５６】組立スラブの方式は図１（ａ），（ｂ）に
示したＡ，Ｂの２方式で、それぞれの方式における母材
等の規格、寸法等の条件を表２に示す。

【００５７】

【表２】

【００５８】上述した本発明のチタンクラッド鋼板（Ｎ
ｏ１〜６、Ｎｏ９〜１１）と比較のチタンクラッド鋼板
（Ｎｏ７，８及びＮｏ１２〜１６）の製造条件を表３に
示す。

【００５９】

【表３】

【００６０】そしてこれらの確性試験結果を表４に示
す。

【００６１】

【表４】

【００６２】表３、表４に示すように、本発明ではＡ方
式、Ｂ方式に係わらず、超音波探勝結果が良好で、２０
kgf/mm² 以上の剪断強度及び曲げ加工性の良好なチタン
クラッド鋼板が得られた。

【００６３】

【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、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。