JPS6293089A - クラツド鋼の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はクラッド鋼の製造（こ関し、合せ材と基材と
の圧延接合部に形成される金属間化合物の生成を抑制す
るとともに、接合面に存在する非金属介在物を減少させ
ることによって良好な接合部特性を有するり→ツ）＃礪
の魁′ｐｔ古辻志塩批すス飄ので本ス−〔従来の技術〕 ２枚以上の金属板を積層接合させたクラッド金属板は、
耐食性、耐摩耗性又は、耐熱性ｌと優れ、且つ高強度を
有する安価な構造用材料として広い分野で使用されてい
る。クラッド金属板を製造する方法として、爆着法、肉
盛法、圧延法等があるが、大面積のものを高能率且つ安
価に製造できる点から圧延法が最も一般的に用いられて
いる。

この方法は合せ材及び基材の接合する面を清浄ｌこして
積層した後、熱間又は温間で圧延し合せ材と基材を冶金
的ｌこ接合させる方法であり、現在、ステンレス鋼（合
せ材）と炭素鋼及び低合金鋼・高合金鋼（基材）の組合
せを初めとする種々のクラッド金属板の製造方法として
幅広く活用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、Ｔｉを合せ材とするＴ１　クラッド鋼の
製造Ｅこおいて、圧延法では下記に示す問題があり、良
好な接合部特性を得ることはこれまで極めて困難視され
ていた。

即ち、Ｔｌと鋼を重ねて積層し、所定の温度で均一加熱
後、熱間又は温間で圧延接合した場合、Ｔｉ、Ｆｅの相
互拡散によって接合境界面ｌこ脆弱なＴｉ−Ｆｅ金属間
化合物が生成し、これが接合面の剪断強さを著しく低下
せしめる原因になっている。

金属間化合物の生成を防止する方法として、上記Ｔｉと
金属間化合物を生成しない元素であるＭｏ　、　Ｎｂ　
、　Ｖ等の薄板又は箔をインサート材として合せ材と基
材との間にインサートする方法が提案されている。

しかし、この方法ではインサート材が非常１こ高価なた
め製造コストを著しく上昇せしめること、及びこれらイ
ンサート材の延性が甚だ不足し圧延時にインサート材が
破損する等の問題があり、実用化までＩこは至っていな
い。

又、Ｔ１及びＦｅの相互拡散を防止するため、クラッド
素材（合せ材と基材を重ね合せたもの）の加熱温度及び
圧延温度を低くする方法も試みられているが、この場合
には接合界面ζこ右ける冶金的結合が不足し、十分な接
合強さを得ることができない。逆（こ、冶金的結合力を
高めるため加熱・圧延温度を上昇せしめると、前述のＴ
ｉ−Ｆｅの金属間化合物の生成が促進され接合部は極め
て脆弱化する。

以上の如く、現行の圧延法ζこよるＴ１クラッド鋼の製
造ｌこは解決を要すべき難問が存在し、製造方法が確立
されるまでに至っていない。

一方、圧延法′ｌこ代わり爆着法を用いれば、合せ材と
基材は冶金的ζこではなく機械的ｌこ接合されるためＴ
ｉ−Ｆｅ金属間化合物は生成されず、比較的良好な接合
部特性が得られる。

しかしながら、爆着法は大面積の接合が困難であり、且
つ爆薬を用いるため作業場所が限定される等の制約があ
り汎用的利用が難しい。

このほか、Ｔ１以外にもＺｒ　、　Ｔａ　、　Ｎｂ及び
これらを含む各合金の如く基材との間で金属間化合物が
形成されない場合であっても酸素や窒素との親和力が大
きい活性な金属を合せ材として用いる場合には、合せ材
と基材の接合面間に存在する大気が圧延接合するに当っ
て罹めて障害となる。これは接合面に形成さね、る酸・
窒化物が接合性を著しく妨げるためである。従って良好
な圧延接合部を得るには接合面間の大気を排除すること
が重要ｌこなる。

従来の製造法ではクラッド素材を組立てて密閉溶接した
後に組立素材内部の排気を行なっているが、合せ材と基
材はほぼ密着しているため、合せ材−基材の接合面間に
存在する大気を完全に排気することは極めて困難であり
、このことも接合性を妨げる要因Ｃどなっている。

本発明は上記問題点を解消し、良好な圧延接合部を有す
るクラッド鋼の製造を可能ならしめるものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は第１図５こ示すようζこ、酸素や窒素との親和
力の大きい金属（例えばＺｒ　、　Ｔａ　、　Ｎｂ及び
これらを含む各合金）又は酸素や窒素との親和力が大き
く且つ下記基材（２）との間で金属間化合物を形成しや
すい金属（ＴＩ等）で構成された合せ材（１）と、炭素
鋼、低合金鋼及び高合金鋼からなる基材（２）を適正間
隙Ｈを設けて積層し、その間隙Ｈ内部の排気及び密閉溶
接を行なった状態で、加熱後圧延を行ない、圧延終了後
直ちに急冷することにより、クラッド鋼を製造するもの
である。

この間ｒＭ１（はクラッド素材加熱温度における合せ材
（１）及び基材（２）の熱膨張を考慮して、クラッド素
材加熱中に合せ材（１）と基材（２）が接触しない程度
に設定する必要がある。従って必要間隙幅は合せ材（１
）や基材（２）の種類及びクラッド素材厚ｔこよっても
異なり、熱膨張率が大なる程、及びクラッド素材厚が大
なる程、大きな間隙を必要とする。

尚、Ｔｉを合せ材（１）とし、これと基材（２）間に設
ける適度な間隙Ｈについて調べたところ、間隙８ｍを超
えると十分なＴｉ−基材の圧延接合強度を得るには大き
な圧下比を要すること、逆に間隙０．１ｍ未満では排気
抵抗が大きくなり、間隙に存在する大気の完全排気Ｉこ
長時間を要することがわかった。従って０．１〜８．０
瓢の範囲内で間隙を設けるのが望ましい。

又、上述したＺｒ　、　Ｔａ　、　Ｎｂ等を合せ材（１
）とした場合、これと基材（２）との間隙Ｈについても
同様な理由からｏ、ｉ〜８．０咽の範囲内で間隙を設け
ると良好な圧延接合部が得られる。

又、上記排気及び密閉溶接は、間隙Ｈを設けて積層した
合せ材（１）と基材（２）の四周を密閉溶接した後、上
記間隙Ｈ及び組立部材内部の空間・空隙Ｉこ存在する大
気を真空ポンプを用いて排除せしめたり、合せ材（１）
と基材（２）を間隙Ｈを設けて積層し、クラッド素材を
仮組みした後、真空室内ｌこおいて電子ビーム溶接ζこ
より四周を密閉溶接する（を子ビーム溶接ｌこよって密
閉溶接を行なう際真空引きする）ようｌこしても良い。

尚、電子ビーム溶接によってクラッド素材の組立密閉溶
接を行なうｆこ轟っでは、電子ビーム溶接真空室の真空
度は電子が散乱しない程度に維持する必要があり、通常
　５　Ｘ　１０”−”Ｔｏｒｒ以下の圧力に設定される
。この雰囲気圧下ｔこ置かれた仮組み状態のクラッド素
材の内部空間に存在する大気は真空引きされるため、ク
ラッド素材内部空間の圧力は真空室圧力に近い程度まで
低下する。このため合せ材（］）及び基材（２）接合面
間の酸・窒素分圧は接合Ｉこ何ら問題ない程度まで減少
する。この状ｉ１こおいて電子ビーム溶接で溶接する。

更に、圧延終了後の急冷ｌこおける冷却速度が２°Ｏ／
ｓｅａ未満（ζなると、合せ材（１）と基材（２）の間
で金属間化合物の形成が促進され、剪断強度が低下する
ことになる。一方、１００　’Ｏ／ｓｅｃを超えると、
圧延材の変形が大きくなり、操業能率が下がり、又、合
せ材（１）と基材（２）の接合性が劣化する。従って、
その冷却速度としては２〜１００　’Ｏ／ｓｅｃの範囲
が適当である。

〔作　　用〕

前述の如くクラッド鋼の製造ｌこおいては、合せ材（１
）−基材（２）接合部におけるＴＩ等と、Ｆｅ原子の相
互拡散による脆弱な’ｐｉ−Ｆｅ等の金属間化合物の生
成抑制及びＴｉ等の表面の酸・窒化抑制が良好な圧延接
合部を得る重要な鍵になる。

Ｔ１等とＦｅの相互拡散はクラッド素材の加熱時及び圧
延時に行なわれる。従ってクラッド素材加熱時及び圧延
時のＴｉ等とＦｅの相互拡散を抑えることがクラッド鋼
の圧延接合性向上につながるといえる。

そこで本発明は、まずクラッド素材加熱時の合せ材（１
）及び基材（２）間での原子の相互拡散を抑えるためｌ
こ、合せ材（１１と基材（２）の接合面間に間隙Ｈを設
け、同時にその接合面に酸・窒化物が生成するのを防止
するため、この間隙Ｒを通して接合面間に存在する大気
を排気できるようにしている。

一方、圧延時のＴｉ等とＦｅの相互拡散を防止すること
は不可能であり、極力、金属間化合物の生成を抑制する
ことが重要である。

このため圧延終了後直ちｌこ圧延材を１急冷して圧延後
、金・１間化合物が生成しないようにした。

以下、実施例をこよって本発明の詳細な説明する。

〔実施例〕

基　材：５Ｍ５０鋼　ｓｏ　ｔ　ｘ　ｓｏｏ／　Ｘ　４
００Ｗ合せ材：純Ｔｉ　　　２０　ｔ　Ｘ　６００ｔ　
Ｘ　３００Ｗ犠牲材：　５Ｍ５０ｆｉ　　ａｏｔ　Ｘ　
８００ＬＸ　４００Ｗ上記基材を第２図１こ示す如く組
立てた。即ち、チタン板αＯ及び基材σ）それぞれの接
合面、を洗浄した後、１１の間隙を設けて積層した。

その後スペーサ材ωを基材□□□上ｔこ、次いで犠牲材
（４０）をチタン板σａ上に配した。仮組み後これを溶
接真空室に入れ、真空室をＩ　Ｘ　１０””Ｔｏｒｒ　
まで排気した。

その後、電子ビーム溶接Ｉこより基材□□□とスペーサ
材田、及び犠牲材（４０）とスペーサ材田を密閉溶接し
た。電子ビーム溶接争件は、加速電圧１５０ｋＶ、ビー
ム電流９０　ｍＡ　＋溶接速度３０σ／ｍ　１　ｎであ
る。尚、犠牲材（４０）とスペーサ材田との間は排気用
に１目の間隙を設けであるため、フィラワイヤを連続的
ｌこ供給しながら溶接した。

以上の手順で密閉溶接された積層材を９００°０で加熱
した後、圧下比６で圧延した。７７０゛０で圧延終了後
直ちｌこ圧延材を水冷した。

圧延後、接合面全面にわたって超音波試験を実施したが
、欠陥エコーは全く検出されなかった。圧延後の材料ｌ
こついて圧延材の両端及び中央部から各３個剪断試験片
を取り出し剪断強さを調べたが、３０〜３４　即／／−
の値が得られ１．ＴＩＳ　Ｇ３６０３で規定されている
剪断強さく≧１４０ｆ／ｍ”　）　　を十分に上回る極
めて良好な結果が得られた。又、表、裏及び側曲げ試験
も実施したが、接合部の剥離は全く認められなかった。

これに対し、圧延終了後急冷しないで室温まで空冷した
ものは、急冷したものと比較しＴｔ金属間化合物が多く
生成し、剪断強さが約５〜１０時ｆ／肩２低下した。

尚、チタン板αＯと基材（１）間の間隙Ｉこついて調べ
たが、間隙Ｆｉｍを超えると十分なＴｉ　−基材の圧延
接合強度を得るには大きな圧下比を要すること、逆Ｉこ
間隙０．１ｍｇ以下では排気抵抗が大きくなり間隙に存
在する大気の完全排気に長時間を要する。

以上の如く、本発明を適用することにより、従来困難視
されていた圧延法１こよるＴｉ　クラッド鋼の製造を容
易且つ安定ｔこ行わしめることができる。

尚、上記実施例では合せ材がチタン、基材が炭素鋼の組
合せの場合であるが、本発明は合せ材と基材との間で金
属間化合物が形成される合せ材、基材のいかなる組合せ
のクラッド金属板の製造においても極めて有効に利用で
き、本発明の適用されるところである。加えて合せ材、
基材間で金属間化合物が形成されない場合でも酸素、窒
素との親和力の大きいＺｒ　、　Ｔａ　、　Ｎｂ等の活
性金属を合せ材とし、炭素鋼及び低合金鋼・高合金鋼を
基材とするクラッド金属板の製造にも極めて有効に利用
でき、同様に本発明の適用されるところである。

更に、本実施例では犠牲材方式でクラッド素材を組立て
たが、オープンサンド方式、サンドイッチ方式において
も当然ながら本発明は同様な効果が得られることは言う
に及ばない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のクラッド鋼製造方法によれ
ば、基材と合せ材の間に間隙を設け、その間隙中の大気
を排気して密閉溶接した状態で、加熱後圧延することと
したため、加熱中の基材と合せ材の接触が絶たれ、従っ
て加熱中は両開で金属物間化合物が形成されることがな
く、又、上記間隙を通して接合面間に存在する大気を容
易ｌこ排気でき、接合面に酸・窒化物等の接合性を妨げ
る物質を形成することがなくなると共に、圧延終了後直
ちに急冷することとしたため、圧延後の金属間化合物の
生成を極力抑えることができるという優れた効果を有し
ており、そのため良好な圧延接合部を有するクラッド鋼
を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施する場合のクラッドの素材仮組
み状態を示す説明図、第２図は犠牲材方式−こよる本発
明法を実施する場合のクラッド素材の仮組み状態を示す
正断面図である。 図中、（１）は合せ材、αＯはチタン材、（２）］は基
材、ωはスペーサ材、（４０）は犠牲材を各示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 酸素、窒素との親和力の大きい金属、又 は酸素、窒素との親和力が大きく且つ基材 との間で金属間化合物を形成しやすい金属 を合せ材として用いるクラッド鋼の製造方 法において、前記基材と合せ材の間に間隙 を設けて積層せしめ、その間隙内部の排気 及び密閉溶接を行なつた状態で、加熱後圧 延を行ない、圧延終了後直ちに急冷するこ とを特徴とするクラッド鋼の製造方法。