JPS60203377A - チタンクラツド材の製造方法 - 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】 この発明は、接合強度が高く、かつ優れた加工性を有す
るチタンクラッド°材全、ロール法に１って安定確実に
製造する方法に関するものである。

　１− 近年、チタン又はチタン合金の有する優れた耐食性に注
目し、比較的安価である割には機械的強度や加工性が良
好な鉄系金属材料の母材に、これらチタン又はチタン合
金ｔクラッドしたリライニングし九りしたところのチタ
ンクラッド材やチタンライニング材の使用が、化学装置
類全中心として益々増加する傾向をみせている。

ところで、従来知られている鉄系金属を母材としたチタ
ンクラッド材の製造方法は、 ■　爆着室内において爆薬全爆発させ、その衝撃圧にニ
ジ対向配置した母材と合せ材とを接合する“爆着法”、 ■　母材と合せ材との接合界面を清浄化して〃為ら、接
合界面の空間を真空引き保持可能にすべく溶接組立てす
るか或いはパック材に詰める〃）シ、次いで０．１　Ｔ
ｏｒｒ以下に接合界面を真空引きした後、チタン及びチ
タン合金の熱間加工時における一般的加熱温度である７
００〜９５０℃に加熱し、熱間圧延して接合する１０−
ル法”、 ■　母材と合せ材との接合界面を清浄化してから、真空
度、１０〜１０　ｍ　Ｈｙの真空炉中にて界面全０．５
Ｋｆ／−１１！前後に加圧しながら７００〜９ｏｏ℃の
温度で３０分程度加熱処理して接合する１拡散液合法″
、 の３つに大別することができる。

ところが、Ｆｅ　、　Ｃｒ及びＮｉ等、一般の鉄基金属
全構成する元素のチタンに対する溶解度は比較的低く、
しかもチタンは上記元素を含めて他の金属元素との結合
力（親和力）が強くて金属間化合物を形成しやすい上、
形成された金属間化合物の殆んどは脆くて加工性が著し
く劣るものであることから、１０−ル法″或いは“拡散
接合法′等の如き、接合界面における元素の拡散にニジ
母材と合せ材とを接合させるようなりラッド製造法では
、鉄基金属全構成する元素がチタン内部に拡散・侵入す
るニジもチタンと結合して脆弱な金属間化合物１ｉｉ１
’ｉ形成する傾向の方が強く表われて、良好な接合強度
が得られないばかり〃）、加工性に著しく劣るクラツド
材しか製造することができなかったのである。

この工うなことから、チタン又はチタン合金と他の金属
（例えば鋼）とのクラツド材を“ロール法”や“拡散接
合法”で製造しょうとする場合に問題と々る接合界面の
脆弱な拡散層の生成を防止又は抑制するために、母材と
合せ材との間にＡｒ。

Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ及びＮ１等の薄板又
はｆｆ１ｋ接合中間材として挿入し７１、接合界面にこ
れらの金属のメッキ層を施しタシする方法も試みられた
が、このような方法によっても、加工性及び接合強度の
いずれの点をも十分に満足するクラツド材を得ることが
できなかったばかシρ１、クラット゛材の製造コストヲ
も高めることとなるため、未だ実用化されるには至って
いない。

これに対して、”爆着法″は、加熱による拡散現象を利
用するものではないので金属間化合物全主体とする脆弱
な拡散層が形成されず、しη）も強大な衝撃圧に工って
強固な接合状態が得られることから、工業的に災用化さ
れている唯一のチタンクラッド°材製造手段と言えるも
のであつπ。

して為しながら、爆着法には、例えば薄板材の製　３− 造ができないなど、種々の要因から製品寸法（面積や板
厚）に制限がある上、入社生産方式の採用が不可能で、
しかも製造コストも高いという問題点があり、これらの
難点を克服したチタンクラッド材の製造法が切望されて
いるのが現状であった。

本発明者等は、上述のような観点から、チタン又はチタ
ン合金を合せ材とし、炭素鋼、低合金鋼及びステンレス
鋼等の鉄系金属を母材とするクラツド材であって、しか
も優れた接合強度や加工性を備えた製品を、形状や寸法
に制限されることなく低コストにて量産し得る方法を見
出して、新機能製品開発の途をも切シ開くべく、特に製
品寸法等に対する制限が比較的少ない上に量産が可能な
前記“ロール法”に着目し、それらの方法を実施する際
に不可避的に生ずる接合界面の金属間化合物脆化層の生
成、並びにその脆化の度合を出来得る限り小さな範囲に
抑え得るところの、安価な手段の開発を月相して研究を
行った結果、前述したような純金属から成る公知の接合
中間材ではなく、これらとは全く異なるフェライト系　
４− ステンレス鋼或いはマルテンサイト系ステンレス鋼〃）
ら成る薄板状等の接合中間材をチタン又はチタン合金合
せ材と鉄系金属母材との界面に挿入しておけば、“ロー
ル法”を適用したとしても、その接合界面に金属間化合
物脆化層の生成されることが防止され、しかもそれらが
強固に結合して、１爆着法”によるものに劣らない優れ
た接合強度と加工性を備えたチタンクラッド材を得るこ
とができる、 との知見を得、該知見に基づいた接合強度と加工性の良
好なチタンクラッド材の製造方法を、特願昭５９−１７
２８号として先に提案した。

しかし表から、ロール法にてチタンクラッド材を製造す
る際、素材の厚さく合せ材厚＋母材厚）が厚くなると、
熱間圧延加熱工程での素材均熱のために長時間加熱を必
要とすることとなるが（例えば素材厚が１００ｍの場合
には少なくとも２時間の加熱が必要である）、このＬう
な場合には、例えフェライト系ステンレス鋼やマルテン
サイト系ステンレス鋼を接合中間材として挿入したとし
ても、該ステンレス鋼薄板接合中間材による拡散防止効
果を乗シ越え、今度は該接合中間材自身の構成元素がチ
タン又はチタン合金合せ材中へ拡散することとなシ、結
局は合ぜ材に脆弱な遷移拡散相が形成されることとなっ
て、夾用上問題を生じる恐れのあることが本発明者等の
その後の研究で明らかとなったのである。

そこで、本発明者等は、鉄系金属の母材とチタン又はチ
タン合金合せ材との間にフェライト系ステンレス鋼又は
マルテンサイト系ステンレス鋼から成る接合中間材を挾
み込んだチタンクラッド素材の熱間圧延加熱時における
上述の如き拡散全防止し、チタンクラッド°材製品の接
合界面脆化を抑えるべく更に研究を続けた結果、 チタンクラッド素材を組立てる際、合せ材と接合中間材
との間に直径：敷網程度の細径ワイヤーや粗目の金網等
のスペーサーを介在させれば、熱間圧延接合工程での素
材加熱時に合せ材と接合中間材の接触が防止され、従っ
て長時間加熱であっても合せ材中における脆弱な拡散遷
移相の生成が起らず、接合強度と加工性の極めて良好な
チタンクラッド材を得ることができる、 との知見を得るに至ったのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 鉄系金属を母材とし、チタン又はチタン合金を合せ材と
したチタンクラッド材をロール法によって製造するに際
し、母材と合せ材との接合中間材としてフェライト系ス
テンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼を用いる
とともに、前記合せ材と接合中間材との間にスペーサー
を介在させてクラット°素材を組立て、これに熱間圧延
を施すことによって、接合界面に脆弱な拡散遷移相の生
成が無い、接合強度と加工性の優れたチタンクラッド材
をコスト安ぐ安定して製造し得る↓うにした点に特徴を
有するものである。

なお、ここで「鉄系金属」とは、炭素鋼、低合金鋼、各
種ステンレス鋼等、あらゆる鉄基合金を総称するもので
あり、また「チタン合金」についても、種類による格別
な制限は無い。

−７＝ また、「ロール法」とは、前記０項で１兄明した工うな
、通常知られているクラット°材製遣手段を指すことは
もちろんである。

そして、本発明方法において接合中間材として使用する
「フェライト系ステンレス鋼」及び「マルテンサイト系
ステンレス鋼」とはＦｅ−Ｃｒ系又はＦｅ　−Ｏｒ−Ｍ
ｏ系の５ＵＳ４０５鋼、５ＵＳ４１０Ｌ鋼、５ＵＳ４３
０鋼、５ＵＳ４３０Ｆ鋼、　５ＵＳ４４４鋼等として表
示されるフェライト系ステンレス鋼や、５ＵＳ４０３鋼
、５ＵＳ４１０鋼。

５ＵＳ４１０Ｊ１鋼、５Ｏ８４１６鋼、５ＵＳ４２０Ｊ
１鋼、５ＵＳ４２０Ｊ２鋼、５ＵＳ４３１鋼、５ＵＳ４
４ＯＣ鋼等として表示されるマルテンサイト系ステンレ
ス鋼のいずれもを意味するものであシ、理由は未だ完全
に解明されていないが、これらいずれのフェライト系ス
テンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼を接合中間
材として使用したとしても、“ロール”法にニジ優れ−
７を接合強度及び加工性を有するチタンクラッド材が得
られるのである。

９− ８− 合せ材と接合中間材との間に介在させる「スペーサー」
としては、前述した工うな数鴫径の細径ワイヤーや粗目
の金網等、合せ材と接合中間材との間に敷部程度の間隔
を隔て得るものであればいずれの形状のものでも良く、
またその材質としては接合中間材と同質のフェライト系
ステンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼が望まし
いが、これに限定されるものでは無く、合せ材や接合中
間材に悪影響を及ぼさず、かつ加熱に耐え得るものであ
ればその￥ｉｉ類が問われるものではない。

次いで、この発明′ｆ！：＊施例にニジ比較例と対比し
ながら説明する。

笑施例 まず、第１図及び第２図に示されるような、寸法が６ｍ
Ｘ１５０＋ｎｍＸ２００ｔｔｒｍで、ＪＩＳ規格の第１
種相当の純チタン板を合せ材１．１とし、寸法が１１０
ｍＸ１５０＋Ｘ２００ｍで、ＪＩＳ規格の５Ｂ４２相当
鋼板を母材２とするとともに、その界面に５ＵＳ４３０
＠−７）ｈらＷ　ル０．１　ｗｍ厚の板材を接合中間材
３，３として挿入した複数のチタンクラッド素材を用意
し、これ全寸法：　２　ｔａｎ　Ｘ　２６．２ｗＸ１５
０ｍ又は２ｍＸ２２．２ｍＸ１５０ｍのＪＩＳ規格第１
種相当純チタン板から成るノ母ツク材４を使ってノ４ツ
ク状に溶接組立てした。

この際、合せ材１と接合中間材３との間に直径：２ｗａ
の５ＵＳ４３０ワイヤーをスペーサー５として入れ置い
たもの（第１図）、及びスペーサー無しのもの（第２図
）の２種類を作成した。

使用した合せ材、母材、並びに接合中間材の化学組成を
第１表に示す。

なお、母材２及び合せ材１の界面は、それぞれ予めパフ
研磨した後、アセトンに工９脱脂し清浄化しておいた。

その後、ノ膏ツク材４の１箇所に取り付けたノズル６か
ら０．Ｉ　Ｔｏｒｒ以下に真空引きし、これを封止した
。

次に、これらを９００℃に１〜５時間加熱し、素材総厚
さにて ２６．２ｍ又は２２．２ｍ＋（素材厚）→１６．５ｍ→
１２簡→９．５鴎のノ（ススケジュールで熱間圧延して
チタンク１１− 特開昭６０−２０３３７７　（５） ラッド鋼板を製造した。

続いて、これを超音波探傷試験に付して接合面の接合状
況が良好なことを確認しπ上で、これらクラツド鋼板を
圧延のまま、並びに７００℃で３０分の焼鈍ヲ笑施して
から、側曲げ試験（曲げ中径：板厚×３のローラー曲げ
）を行い、それぞれのクラット°の接合強度と加工性を
評価した。

との工うにして得られた曲げ試験の結果を第２表に示す
。なお、第２表では ○印・・・・・・接合界面に剥離割れを生ぜず、接合強
度が良好である、 ×印・・・・・・接合界面に剥離割れを生じ、接合強度
が不良である、 全意味し、それぞれ３個の試料について測定した結果が
示されている。

第２表に示される結果からも明らかな↓うに、スペーサ
ーを使用しなかった場合には、熱延加熱時間が１時間以
内であるとそのクラッド製品は良好な接合性と加工性と
を有するものの、加熱時間を２時間以上にしたものは接
合はするけれども曲げ加工試験時に界面割れを生じるの
に対して、スペーサーを使用した場合には２時間程度の
加熱はもちろんのこと、５時間の熱延加熱を行ってもそ
のクラッド製品は良好な曲げ加工性を有しておシ、スペ
ーサー使用に↓る曲げ加工性改善効果が顕著であること
がわかる。

因に、第３図は第２表における試験番号３の方法（比較
法）によって得られたチタンクラッド°鋼板の顕微鏡組
織写真図（倍率：１００倍）であり、第４図は第２表に
おける試験番号８の方法（本発明方法）にぶって得られ
たチタンクラッド鋼板の顕微鏡組織写真図（倍率：１０
０倍）であるが、スペーサー無しの比較法で得られたチ
タンクラッド鋼板では合せ材（チタン）と接合中間材（
ＳＵＳ４３０鋼）との界面に拡散相が認められるのに対
して、スペーサーを使用する本発明方法で得られたチタ
ンクラッド鋼板では、熱間圧延時の加熱時間が５時間で
あったにもカカわらず前記拡散相は殆んど認められなか
った。

この工うに、第３図及び第４図からも、スペーサーに＝
る熱延加熱時の界面拡散抑制効果によってチタンクラッ
ド製品の接合強度と曲げ加工性が著しく向上するであろ
うことが明らかである。

々お、この例では、接合中間材として５ＵＳ４３０鋼を
使用した例について述べたが、その他のフェライト系ス
テンレス鋼（例えば５ＵＳ４１ＯＬ）或いはマルテンサ
イト系ステンレス鋼を使用した実施例においても良好な
結果が得られたことはもちろんのことである。

上述の↓うに、この発明によれば、生産性の高い”ロー
ル法”に工って、接合強度が極めて高く、かつ優れた加
工性を有するチタンクラッド°材をコスト安く量産する
ことが可能となり、チタンクラッド材の適用分野が一層
拡大されるなど、産業上有用な効果がもたらされるので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に適用されるクラッド素材の組立て
例を示す概略模式図、第２図は比較法に適用されたクラ
ッド素材の組立て方法を示す概略模式図、第３図は比較
法によって得られたチタンクラッド鋼板の接合部顕微鏡
写真図、第４図は本発明方法によって得られたチタンク
ラッド鋼板の接合部顕微鏡写真図である。 図面において、 １・・・合せ材、　２・・・母材、 ３・・・接合中間材、　４・・・パック材、５・・・ス
ペーサー、　６・・・ノズル。 出願人　日本ステンレス株式会社 代理人　富　１）和　夫　ほか１名 第１図 ４ 架２ｍ 特開昭ＧＯ−２０３３７７（７） 第３図 ×　１００ 第４図 謎説ど、僧撹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄系金属を母材とし、チタン又はチタン合金を合せ材と
   したチタンクラッド°材をロール法によって製造するに
   際し、母材と合せ材との接合中間材としてフェライト系
   ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼を用い
   るとともに、前記合せ材と接合中間材との間にスペーサ
   ーを介在させてクラッド素材を組立て、これに熱間圧延
   を施すこと’ｌ徴とするチタンクラッド材の製造方法。