JP2000071081A - 複数材料の多層重ね熱間圧延接合により微細複合組織を有する金属板の製造方法 - Google Patents

複数材料の多層重ね熱間圧延接合により微細複合組織を有する金属板の製造方法

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JP2000071081A
JP2000071081A JP10256094A JP25609498A JP2000071081A JP 2000071081 A JP2000071081 A JP 2000071081A JP 10256094 A JP10256094 A JP 10256094A JP 25609498 A JP25609498 A JP 25609498A JP 2000071081 A JP2000071081 A JP 2000071081A
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雅啓 佐々木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、2種類以上の異なった金属
薄板を素材として、所望の複合的機能を具備した新規な
金属板を製造する方法を提供するにある。 【解決手段】 ある金属又は合金Aの薄板と、別の金属
又は合金Bの薄板を合計で10層以上交互に重ね、周辺
を溶接して一体化、あるいは、鋼製又はステンレス鋼製
の箱に入れて一体化した後、これを熱間圧延圧着して各
層を金属的に接合し多層構造とすることを特徴とする金
属板の製造方法。得られた金属板を再度10層以上に重
ねて一体化した後、熱間圧延圧着し、更に多層とする金
属板の製造方法。 【効果】 本発明によれば、所望の複合的機能を具備し
た新規な金属板が簡単に得られ、その効果は顕著なもの
がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2種類以上の異な
った薄板例えば、ある金属又は合金Aの薄板と、別の金
属又は合金Bの薄板を素材として得られる、多層かつ微
細複合組織の金属板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属板、合金板には、その使用目的に応
じて、それぞれ適切な強度、磁気、熱膨張係数等各種の
機能を具備することが求められている。そして、異なる
2種の金属・合金の複合組織を持つ合金がこれらの機能
を満足させることがある。例えば、ねばい合金と硬い合
金とが微細に混じり合った合金は硬くてねばい性質を持
つ。また、ある希望の熱膨張係数を有する金属を得るに
は、その熱膨張係数より大きい合金と小さい合金の混合
組織を持つ合金を製造すれば良い。更に、磁気的性質は
複合化により、制御できる。このような2相又はそれ以
上の相を有する合金は共晶合金等として知られている。
しかし、各相が希望通りの性質を持たない、あるいは2
相合金は一般に熱間圧延で割れやすい等の欠点があるた
め、希望に沿った合金を得られないこともしばしば起こ
ることである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、2種
類以上の異なった金属薄板を素材として、所望の複合的
機能を具備した新規な金属板を製造する方法を提供する
にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究し
た結果、2種類あるいはそれ以上の薄い金属板を交互に
重ね合わせ、これを熱間圧延で接合することにより、所
望の複合的機能を有する合金にできることを見出し本発
明を完成した。即ち、本発明の製造方法は以下のとおり
である。ある金属又は合金Aの薄板と、別の金属又は合
金Bの薄板を合計で10層以上交互に重ね、周辺を溶接
して一体化、あるいは、鋼製又はステンレス鋼製の箱に
入れて一体化した後、これを熱間圧延圧着して各層を金
属的に接合させることを特徴とする金属板の製造方法で
ある。本発明で言う、ある金属又は合金AおよびBと
は、薄板材料として入手できる金属材料を示しており、
Fe,Cu,Al,Ti,Ni,Zr,Mo,Nb,A
g,Au,Taなどの純金属、およびそれらの合金が上
げられる。合金としては、各種鉄鋼、ステンレス鋼、真
鍮などの銅合金、Al−Cu,Al−Zn,Al−S
i,Al−Mgを基本としたアルミニウム合金、Ni−
Cu,Ni−Fe,Ni−Crを基本としたニッケル合
金、Ti−Al−V,Ti−Mnなどを基本としたチタ
ン合金などが含まれる。また、ここで言う薄板とは板厚
0.1〜10mmのものであり、材料の入手し易さや重
ね合わせの作業性を考え、1〜5mmであることが好ま
しい。この薄板を金属Aと金属Bを交互に重ねる枚数を
10層以上とした理由は、最終的に材料としては金属A
とBとが交互に数百層あるいは数千層積層された材料を
製造することを目的としているため、第1回目に金属A
と金属Bとを重ね合わせる数を多くすることにより、こ
の材料の熱間圧延材を再度重ね合わせる回数(第2回
目、第3回目など)を減らすことができるためである。
更に、ここで言う「各金属層を金属的に接合された」と
は、金属Aと金属Bが原子的に結合していることを示し
ている。即ち、金属A層と金属B層との界面では金属A
の原子と金属Bの原子が相互に混じりあっていることを
示している。また、このようにして作製された積層金属
板を再度10層以上に重ねて一体化した後、熱間圧延圧
着し、その後の冷間圧延により、更に微細な層構造を有
する金属板を製造することができる。更に、このように
して得られた異種金属が積層された金属板を冷間圧延
後、熱処理を施すことによりA層又はB層が球状化ある
いは針状化した金属板を製造することもできる。以上は
重ね合わせる金属又は合金として2種類としたが、金属
又は合金A、B、Cなど3種類以上を使用して同様な積
層金属板あるいは構成される金属が球状化あるいは針状
化した金属板を製造することもできる。
【0005】
【作用】金属材料は通常、圧延・線引など加工を進める
程細かな組織となる。本発明では素材である板厚の薄い
板を2種類以上交互に多数重ね合わせて接合し各層の金
属組織を微細にする方法であり、素材の厚さまで圧延す
る工程(重ね合わせ工程)を必須とする。この重ね合わ
せ工程を2回、3回と繰り返す回数が多ければ多いほ
ど、得られる金属材料はその組織上、多層の厚さが薄く
なり、結晶粒は細かくなる。1回の重ね合わせ工程を何
枚から行うかであるが、2、3枚程度では、微細化の効
果が低く、何回も重ね合わせることにより微細化が進む
が、重ね合わせ工程のためには圧延、切断、形状矯正、
表面清浄化、溶接などの工程が必要であり、重ね合わせ
工程の回数が増えるほどコストが上昇する。従って、工
業的には重ね合わせは工程は可能な限り少ない方が良
い。このため重ね合わせる材料の枚数は最低10枚は必
要である。重ね合わせ枚数は多くなればなるほど微細化
が進むため、上限は特にないが、余り多くなると取り扱
いが大変なため、要求する微細化の程度と作業効率とに
応じて、重ね合わせる枚数がおのずと決まることにな
る。2回目の重ね合わせ工程をどの程度まで圧延した後
に実施するかもコストと微細化の程度により決まってく
る。熱間圧延終了では板厚は2〜10mm程度であり、
この段階で表面を清浄にして重ねるのがコスト的に有利
である。しかし、微細化を進めたい場合は更に冷間圧延
し、1〜0.1mmにした後に重ねるほうが有利な場合
もある。また、熱間および冷間圧延だけで目的の層が細
かく切断できないので、重ね合わせ前に熱処理により、
低融点の層を切断球状化する場合もある。特に磁気的性
質、靭性などを制御するためには1方の層を切断球状化
し、微細金属組織とすることが必要なことがあり、ま
た、冷間圧延を進め、金属板内部に不均一な変形を起こ
させ、熱処理と組み合わせることも有効である。
【0006】
【実施態様】本発明で言う金属または合金Aの薄板と、
別の金属または合金Bの薄板とは、例えば鉄(Fe)と
銅板(Cu)である。銅を10〜20%含む鉄は微細に
分散した銅の効果により半硬質磁性材料として使用され
ている。また、銅の含有量を増加すると熱伝導性と強度
とを兼ね備えた材料となる。しかし、鉄と銅の合金は溶
解・鋳造が困難で、その後の熱間圧延も難しいため、高
価となり、商品としての生産量は少ない。このような合
金を本発明で製造する場合、半硬質磁性材は組織が細か
いことが要求されるので、銅板として0.1〜0.3m
m、鉄板として0.5〜2mm程度を重ね、一回の圧延
では十分微細にならないので2〜3回の重ね圧延とな
る。他方、強度と熱伝導性を兼ね備えた材料とする場合
は半硬質磁性材ほど微細な組織とする必要はなく、1回
の重ね圧延で十分である。
【0007】
【実施例】次に実施例により本発明を説明するが、本発
明をこれにより限定されるものではない。
【実施例1】寸法が0.5mm×80mm×200mm
のオーステナイト系ステンレス鋼SUS304(18C
r−8Ni)を21枚とフェライト系ステンレス鋼SU
S444(低C−18Cr−2Mo)を20枚とを交互
に重ね合わせ周辺部を溶接して一体化した後、1,15
0℃に加熱し、熱間圧延し3mmの板とし、これを更に
冷間圧延し、1mmの板とした。熱膨張係数を測定した
ところ、20℃〜100℃の範囲で熱膨張係数が13.
8と元のステンレス鋼のほぼ中間的な値を得た。
【0008】
【実施例2】板厚0.5mm×幅70mm×長さ140
mmの低炭素鋼板と同一幅長さで板厚が0.1mmの銅
板とを交互に合計で117層重ね、これを外寸で40m
m×幅80mm×長さ170mmの鉄製の箱に溶接封入
し、1000℃に加熱した後に熱間圧延を行い、板厚3
mmの重ね合わせ材とした。更に、この板厚3mm板を
100mm長さに切断し10層に重ねて周辺部を溶接
し、厚さ30mm×幅70mm×長さ110mmの板と
し、再度熱間圧延で板厚3mmとした。これで板厚3m
mで1170層のFeとCuが交互に積層した材料とな
った。このときのFe層の厚さは約8.5μm、Cu層
の厚さは1.5μmであった。この圧延材を冷間圧延に
より板厚0.5mmの圧延板を作製し、Fe層の厚さは
0.5μmおよびCu層の厚さは0.1μmのFeとC
uが交互に積層された微細積層材料を作製した。
【0009】
【実施例3】板厚0.5mm×幅70mm×長さ140
mmの純鉄と同一幅長さで板厚が1mmの銅板とを交互
に合計で13層重ね、これを外寸で厚さ40mm×幅8
0mm×長さ170mmの鉄製の箱に溶接封入し、10
00℃に加熱した後に熱間圧延を行い、板厚2.3mm
の重ね合わせ材とした(第1回目)。この時のFe層の
厚さは約0.28mmおよびCu層の厚さは0.055
mmである。更に、この作製された板厚2.3mm板を
100mm長さに切断し14層に重ねて鉄製箱に溶接封
入し、同様に熱間圧延を行い、板厚2.1mmの重ね合
わせ材を得た(第2回目)。この状態ではFeとCu層
の合計は195層であり、各板厚はFe層で2μm、C
u層で0.4μmである。更に、この第2回目の板厚
2.3mmの重ね合わせ材を14層重ね、同様に鉄製箱
に溶接封入し、熱間圧延を行った(第3回目)。得られ
た重ね合わせ材は板厚2.6mmであり、FeとCuが
交互に2743層積層されたものとなり、Fe層は1.
5μm、Cu層は0.3μmである。この第3回目の重
ね合わせ材を冷間圧延により板厚0.5mmにした。こ
の状態では銅層は分離し、細かく分散している金属組織
となっていた。Feマトリックス中に直径が約0.06
μmのCuが針状に析出したような組織が観察された。
この材料の磁化特性を調べたところ、素材の鉄が軟質磁
性体であったのに対し、保磁力10Oe、残留磁束密度
10kGの特性を有する硬質磁性体の性質が現れた半硬
質磁性材となっていた
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、所望の複合的機能を具
備した新規な金属板が簡単に得られ、その効果は顕著な
ものがある。
フロントページの続き Fターム(参考) 4E067 AA01 AA02 AA03 AA05 AA07 AA08 AA09 AA12 AA13 AB02 AB03 AB04 AB05 AD01 AD13 BA02 BB01 BB02 BD01 DC10 DD01 EC02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属又は合金Aの薄板と、別の金属又は
    合金Bの薄板を合計で10層以上交互に重ね、周辺を溶
    接して一体化、あるいは、鋼製又はステンレス鋼製の箱
    に入れて一体化した後、これを熱間圧延圧着して各層を
    金属的に接合し多層構造とすることを特徴とする金属板
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1により得られた金属板を再度1
    0層以上に重ねて一体化した後、熱間圧延圧着し、更に
    多層とする金属板の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1により得られた金属板を冷間圧
    延後、低融点の金属・合金層の融点付近で熱処理するこ
    とにより低融点の金属・合金の連続した層を切断し、粒
    子が分散した状態の組織とする金属板の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3により得られた粒子が分散した
    組織を有する金属・合金板を更に熱間または冷間圧延す
    る金属板の製造方法。
  5. 【請求項5】 重ね合わせる金属又は合金として3種類
    以上を使用する請求項1〜請求項4記載の金属板の製造
    方法。
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