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JP2783170B2 - アルミニウムとステンレス鋼とのクラッド板の製造方法 - Google Patents

アルミニウムとステンレス鋼とのクラッド板の製造方法

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JP2783170B2
JP2783170B2 JP6257906A JP25790694A JP2783170B2 JP 2783170 B2 JP2783170 B2 JP 2783170B2 JP 6257906 A JP6257906 A JP 6257906A JP 25790694 A JP25790694 A JP 25790694A JP 2783170 B2 JP2783170 B2 JP 2783170B2
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aluminum
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大治 土居
善久 米満
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プレス成形性と接合性
に優れたアルミニウムとステンレス鋼とのクラッド板の
製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】機械的性質、耐食性、電気的特性等の性
質の異なる金属を複合させ、互いの長所を兼備させたク
ラッド板は、近年、幅広い用途が見いだされ、各方面に
用いられるようになっている。そのなかでも、最も汎用
されているクラッド板は、アルミニウムとステンレス鋼
との組み合わせからなるクラッド板である。
【0003】これらのクラッド板の製造方法としては、
従来から爆発エネルギーを利用する爆発圧着方法等があ
るが、製造コストが安く、低廉なクラッド板を製造する
方法として圧延接合法が多く用いられている。
【0004】アルミニウムとステンレス鋼とのクラッド
板の圧延接合法についても、種々の提案がなされている
が、それぞれ次のような問題点がある。
【0005】例えば、特開平1−266981号公報では、ア
ルミニウムまたはアルミニウム合金とステンレス鋼を重
ね合わせて組合せ素材として、この組合せ素材を 200〜
500℃の温度で所定時間加熱した後、10〜30%の圧下率
で圧延圧接するアルミニウムまたはアルミニウム合金と
ステンレス鋼とからなるクラッド材の製造方法の提案が
ある。しかし、この製造方法では、高い接合強度のクラ
ッド材を得るために、事前にステンレス鋼を純アルミニ
ウムで被覆する必要があるので、煩雑な素材処理が必要
となり、安価なクラッド材の製造ができない。
【0006】また、特開平3−204185号公報では、アル
ミニウムあるいはアルミニウム合金を合わ材とし、鋼を
母材とするクラッド鋼板を製造するにあたり、アルミニ
ウム溶射皮膜を形成させた母材の接合予定面が 350℃以
下の温度T(℃)になるように加熱した後、温度Tに応
じて、全圧下率R≧− 0.1T+50となる条件で圧下を加
えて、圧延仕上り温度を 150℃以上とするアルミニウム
クラッド鋼板の製造方法が開示されており、この製造方
法の特徴は、クラッド鋼板の剪断力を高めることにある
としている。
【0007】しかしながら、ここで開示された製造方法
では、加熱温度、全圧下率が余りにも広範囲にとられて
いるため、現実の操業において、素材の温度コントロー
ルが困難となり、クラッド鋼板に接合不良が生じ易いと
いう問題がある。すなわち、実際の圧延時には、加熱炉
〜圧延機の間での大気中への放熱や搬送中のテーブルロ
ールへの放熱、さらにはコイル状のものではデフレクタ
ーロールによる抜熱等によって、素材温度が低下する。
このときの素材温度はその板厚寸法によって著しく変化
することとなり、素材によってはその温度分布に大きな
差が生じる。このとき、素材が低温の状態で、しかも低
圧下率の加工条件で圧延接合されると、接合予定面が未
接合状態となったり、接合状態になったとしてもその後
のプレス加工時に剥離あるいは割れを生じる、いわゆる
弱接合状態となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来の圧延接合技術の問題点を克服して、クラッド板製造
の前処理にあたる素材処理をなくし、製造後のプレス加
工に耐え得る成形性と接合性に優れたアルミニウムとス
テンレス鋼とのクラッド板の製造方法を確立することを
課題としてなされたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、プレスの
成形性と接合性に優れるクラッド板の製造方法を確立す
るため、実際の圧延接合において圧延ロールがクラッド
素材を噛込む時またはその直前における素材温度および
圧下率の条件と、プレスの成形性および接合性との関係
を詳細に検討した。その結果、ロール噛込み直前におけ
る素材温度と全圧下率とを管理することによって、その
後のプレスの加工に耐え得るアルミニウムとステンレス
鋼とのクラッド板を、安定した品質で製造できることを
見い出した。しかも、この方法によれば、圧延接合前に
煩雑な素材の前処理が不要となる。
【0010】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものであり、その要旨は次の通りである。
【0011】すなわち、「アルミニウムとステンレス鋼
とをそれぞれ加熱して圧延接合を行うに際し、アルミニ
ウムの圧延温度TA (℃) とステンレス鋼の圧延温度T
S (℃) をともに 100℃以上から 450℃以下の温度範囲
として、かつ下記の (1)式を満足する条件で圧延するこ
とを特徴とする成形性と接合性に優れたアルミニウムと
ステンレス鋼とのクラッド板の製造方法」である。
【0012】 log r≧ (−0.001 TA +0.71) log TS + (−0.003 TA +3.12) … (1) ただし、rは総圧下率 (%) を表す。
【0013】ここで、アルミニウムとは、JIS H 4000に
規定するA1100 、A1050 等の純アルミニウムまたは同A3
003 、A3004 等のアルミニウム合金を含む。また、圧延
温度とは、ミルギャップ直前、すなわち圧延ロールに噛
込まれる直前の素材温度を意味する。
【0014】さらに、プレス成形性の判断基準として、
円筒絞りの限界絞り比(LDR)を用いる。具体的に
は、種々の直径のクラッド板をポンチで円筒に絞り、割
れを生じずに絞り得るクラッド板の最大直径を求め、ク
ラッド板の最大直径/ポンチ径の比が 1.8以上となる場
合を成形性に優れると判断する。限界絞り比がこれ以上
であれば、一般のプレス製品の成形性としても問題がな
いからである。また、接合性の判断基準は、プレス加工
によってクラッド板に端面剥離や局部剥離による割れの
有無とし、割れ発生が無い場合を良しとした。
【0015】なお、本発明法に用いられる接合素材は、
ステンレス鋼とアルミニウムに限定されるものではな
く、高Ni合金とアルミニウム合金等にも適用できる。
【0016】
【作用】本発明の特徴となる条件は、プレス成形性と接
合性に優れるクラッド板を製造するために、ミルギャッ
プ直前における素材温度(以下、圧延温度という)を所
定の温度に保持すること、および必要な圧下率で圧延を
行うことであり、これによって圧延接合前に煩雑な素材
の前処理が不要となる。
【0017】上記の通り、接合素材であるアルミニウム
及びステンレス鋼の圧延温度 (TAおよびTS ) は、ミ
ルギャップ直前におけるアルミニウム及びステンレス鋼
温度と定義されるが、本発明においては、素材のミルギ
ャップ通過時、もしくはその前10秒以内に測定された素
材温度を用いることとする。前述のように、加熱後の素
材は、大気放熱や搬送中のテーブルロールへの放熱等に
よって、温度低下を生じる。ところが、圧延温度の測定
範囲を上記のように、ミルギャップ通過時もしくはその
前10秒以内に限定することによって、素材温度の低下が
生じても、その低下は微小であって、クラッド板の接合
強度に悪影響を及ぼさないからである。
【0018】本発明者らが、素材に溶接した熱電対を用
いて、素材がミルギャップ通過前10秒からミルギャップ
通過までにおける素材温度を計測した後、ミルギャップ
までの温度変化の状況を測定したところ、10秒以内の間
での降温量はアルミニウムおよびステンレス鋼とも5〜
15℃の範囲に留まっている。また、圧延機前面テーブル
の上下に設置した放射温度計で、素材のミルギャップ通
過前10秒と6秒における温度を測定したところ、その測
定結果は前記の熱電対を用いた測定結果と差がなかっ
た。したがって、この程度の僅かな降温量であれば、温
度計の誤差等から考え、工業的に許容されて無視できる
と判断された。そのため、実際にはミルギャップ通過前
10秒以内の放射温度計の測定値を圧延温度として代表さ
せることとした。
【0019】圧延温度、TA およびTS は、 100℃以上
であって 450℃以下の条件とする。
【0020】TA またはTS が 100℃未満となると一般
の冷間圧延と変わりなく、接合には強圧下を要し、材料
の硬化によるプレス成形時の割れ発生等の不具合が生じ
る。また、TA またはTS が 450℃を超える条件では、
大気雰囲気中での加熱にともなって、ステンレス鋼表面
に過度の酸化層が生成し、一方、アルミニウムでは粒成
長(グレングロス)が発生して、プレス成形性と接合性
に優れるクラッド板が得られない。そこで、それぞれの
圧延温度は、 100℃以上であって 450℃以下の範囲に限
定した。
【0021】素材の接合強度を向上させるには、接合圧
延における総圧下率 (r) を確保しなければならない。
ここで、総圧下率は、素材の板厚の総和 (t1)と製造さ
れたクラッド板の板厚 (t2)から、r={ (t1 −t2)
/t2 }×100(%) で表される。
【0022】本発明者らの基礎実験から、前述のプレス
成形性および接合性の評価基準を全て満たす圧延温度と
総圧下率の条件を求めた。
【0023】図1は、アルミニウムおよびステンレス鋼
の圧延温度を 100℃〜 400℃の範囲でそれぞれ変化させ
た場合に、成形性および接合性の評価基準を全て満たし
得る下限の総圧下率を示した図である。図1から明らか
なように、この下限の総圧下率は圧延温度に応じて決定
され、このときの圧延温度(TA 、TS )と総圧下率
(r) との関係を整理すると次の (2)式のようになる。
【0024】 log r= (−0.01TA +0.71) log TS + (−0.03TA +3.12) … (2) 基礎実験、さらに後述する実施例の結果から、TA 、T
S を上述の 100℃〜 400℃の温度範囲内で高温にするこ
と、またはrを増加させることによって、素材金属間の
拡散の進行が一層促進され、クラッド板のプレス成形性
および接合性が良好となることが分かる。すなわち、プ
レス成形性と接合性に優れたクラッド板を安定して製造
するには、アルミニウムおよびステンレス鋼の圧延温度
に応じて、前記の (1)式を満足する条件で圧延すればよ
い。
【0025】さらに、本発明方法の特徴は、煩雑な素材
処理をなくしても良好なプレス成形性と接合性を有する
クラッド板を製造できるところにあるが、これは、素材
の圧延温度として過度の素材酸化および材料硬化が防止
できる適正な温度範囲、すなわち 100℃〜 450℃の温度
範囲を採用することによって達成される。
【0026】
【実施例】接合素材として、厚さ 0.5mm、幅 100mmのス
テンレス鋼(SUS 304 ・2D素材)と厚さ2mmt幅 100
mmのアルミニウム(純Al:A1100 ・H24使用)とを用い
て、圧延接合を行った。
【0027】これらの素材を別個に大気雰囲気の電気炉
で加熱し、炉より各々を取り出して、炉出後約15秒以内
に両素材を重ね合わせた。これらの圧延接合は、ロール
径 330mmの2段圧延機を使用して、圧延速度を10m/分
として行った。
【0028】この時、ステンレス鋼およびアルミニウム
それぞれの圧延温度を圧延機前面テーブルの上下に設置
した放射温度計にて測定した。この放射温度計はロール
の中心より前面側に 400mm離れた位置に設置した。素材
の重ね合わせからミルギャップまでは、ローラテーブル
で両素材にずれが生じないように約4m/分の低速で搬
送したので、放射温度計による圧延温度の計測から約6
秒後にミルギャップを通過することになる。
【0029】前述のように、圧延温度(TA 、TS )の
低下状況を確認するため、別に熱電対を両素材に溶接
し、温度計測点からミルギャップまでの降温量を測定し
たところ、いずれの場合にも5〜15℃の範囲であった。
【0030】接合圧延における総圧下率 (r) は、圧延
前のそれぞれの素材と圧延されたクラッド板の板厚をマ
イクロメータにて測定して算出した。
【0031】プレス成形性と接合性の評価にあたって
は、圧延されたクラッド板から機械加工にて直径48〜66
mmまで4mm毎の円板を切り出して、これをポンチ径32m
m、ダイス径38mmの小型円筒絞り機でプレス加工を行っ
た。この場合に、ステンレス鋼を円筒の外側とし、ダイ
ス面との間に30μm厚のポリエチレンフィルムを張り、
潤滑剤とした。
【0032】図2は、円筒絞りにおけるアルミニウム圧
延温度(TA )を 420℃の一定とした場合のステンレス
鋼圧延温度(TS )と総圧下率(r) との関係を示す図
である。図中では、プレス成形性と接合性の評価結果を
下記の記号で表示した。
【0033】 ○:LDR≧1.8 剥離なし △:LDR<1.8 またはプレス時剥離 ×:未接合または機械加工中に剥離 図2から明らかなように、ステンレス鋼圧延温度
(TS )及び総圧下率 (r)が高まるにつれて、プレス
成形性と接合性が良好となり、所期のクラッド板が得ら
れる。また、本発明が規定するTS の温度範囲を外れ
て、TS < 100℃およびTS > 450℃の範囲において
は、素材の酸化等の影響があって、プレス成形性または
接合性が劣化している。図中では、優れたプレス成形性
と接合性が確保できる下限の総圧下率 (r) 線が図示さ
れているが、この場合の総圧下率 (r) は、log r=−
0.29log TS +1.86で表記される。
【0034】同様に、クラッド板のプレス成形性と接合
性の評価を、アルミニウム圧延温度(TA )を 325℃、
230℃および 125℃に変化させた場合について実施し
た。
【0035】図3はTA が 325℃の場合での、図4はT
A が 230℃の場合での、図5はTAが 125℃の場合での
ステンレス鋼圧延温度(TS )と総圧下率 (r) との関
係を示す図である。いずれも、図2の示す評価と同様の
結果となっている。さらに、それぞれに図示されている
下限の総圧下率 (r) 線は、いずれの場合も、前記の
(2)式によって表すことができる。
【0036】実施例では、シート方式によるクラッド板
の製造方法について説明したが、コイル方式に本発明方
法を採用した場合、製造が連続的で安定した品質が得ら
れるので、より効果的であることを確認している。
【0037】
【発明の効果】本発明方法によれば、煩雑な素材処理を
なくし、製造後のプレス加工に耐え得る成形性、接合性
に優れたアルミニウムとステンレス鋼とのクラッド板を
安価に、安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アルミニウムおよびステンレス鋼の圧延温度を
それぞれ変化させた場合に、成形性および接合性の評価
基準を全て満たし得る下限の総圧下率を示した図であ
る。
【図2】円筒絞りにおけるアルミニウム圧延温度
(TA )が 420℃のときのステンレス鋼圧延温度
(TS )と総圧下率 (r) との関係を示す図である。
【図3】円筒絞りにおけるアルミニウム圧延温度
(TA )が 325℃のときのステンレス鋼圧延温度
(TS )と総圧下率 (r) との関係を示す図である。
【図4】円筒絞りにおけるアルミニウム圧延温度
(TA )が 230℃のときのステンレス鋼圧延温度
(TS )と総圧下率 (r) との関係を示す図である。
【図5】円筒絞りにおけるアルミニウム圧延温度
(TA )の 125℃のときのステンレス鋼圧延温度
(TS )と総圧下率 (r) との関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−8587(JP,A) 特開 平4−13488(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 20/04 C22C 21/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウムとステンレス鋼とをそれぞれ
    加熱して圧延接合を行うに際し、アルミニウムの圧延温
    度TA (℃) とステンレス鋼の圧延温度TS (℃) をと
    もに100℃以上から 450℃以下の温度範囲として、かつ
    下記の (1)式を満足する条件で圧延することを特徴とす
    る成形性と接合性に優れたアルミニウムとステンレス鋼
    とのクラッド板の製造方法。 log r≧ (−0.001 TA +0.71) log TS + (−0.003 TA +3.12) … (1) ただし、rは総圧下率 (%) を表す。
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