JP2000073152A - 繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属板の製造方法 - Google Patents
繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属板の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】平均粒径が１μｍ以下の微細結晶粒からなる超
微細組織高強度金属材料いわゆるスーパーメタルの広幅
薄板等の金属板を工業的に量産できる新規な製造原理及
び製造方法を提供する。 【解決手段】複数の金属板を積層して接合圧延を行い、
超微細組織高強度金属板を製造する方法において、表面
を清浄化した複数の金属板を積層し、その先端部を接合
する工程と、先端部を接合された積層板を、再結晶温度
未満で回復が起こる温度域に加熱する工程と、再結晶温
度未満で回復が起こる温度域に加熱された積層板を、所
定の板厚まで圧延して接合する工程と、接合圧延された
積層板を長手方向に所定の長さに切断して、複数の金属
板となし、これらの表面を清浄化する工程とを複数サイ
クル繰り返し行なうことにより、金属板の平均結晶粒径
を１μｍ以下に微細化することを特徴とする。
微細組織高強度金属材料いわゆるスーパーメタルの広幅
薄板等の金属板を工業的に量産できる新規な製造原理及
び製造方法を提供する。 【解決手段】複数の金属板を積層して接合圧延を行い、
超微細組織高強度金属板を製造する方法において、表面
を清浄化した複数の金属板を積層し、その先端部を接合
する工程と、先端部を接合された積層板を、再結晶温度
未満で回復が起こる温度域に加熱する工程と、再結晶温
度未満で回復が起こる温度域に加熱された積層板を、所
定の板厚まで圧延して接合する工程と、接合圧延された
積層板を長手方向に所定の長さに切断して、複数の金属
板となし、これらの表面を清浄化する工程とを複数サイ
クル繰り返し行なうことにより、金属板の平均結晶粒径
を１μｍ以下に微細化することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼、アルミニウ
ム及びアルミニウム合金、銅及び銅合金、ニッケル及び
ニッケル合金、チタン及びチタン合金、マグネシウム及
びマグネシウム合金、その他圧延により製造し得る全て
の広幅長尺の金属薄板等の結晶粒を微細化する方法に係
り、特に平均粒径が１μｍ以下の微細結晶粒からなる繰
り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属板の製
造方法に関する。
ム及びアルミニウム合金、銅及び銅合金、ニッケル及び
ニッケル合金、チタン及びチタン合金、マグネシウム及
びマグネシウム合金、その他圧延により製造し得る全て
の広幅長尺の金属薄板等の結晶粒を微細化する方法に係
り、特に平均粒径が１μｍ以下の微細結晶粒からなる繰
り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属板の製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】粒径が１μｍ以下の微細結晶粒からなる
超微細組織高強度金属材料いわゆるスーパーメタルは通
常の金属材料と化学組成は基本的に同じで組織制御によ
って比強度、靭性、耐食性等の性能を飛躍的（目標２
倍）に改善した金属材料であるが、これは結晶粒の超微
細化により達成できることが知られている。結晶粒の微
細化法としては強ひずみ冷間加工により転位密度を極限
まで上昇させた後に再結晶や変態を起こさせる方法が考
えられ、最近、液体窒素を用いた低温大圧下圧延焼鈍法
（図６）、せん断押出し法（ＥＣＡＰ法）（図７）、粉
体のメカニカルミリング法（図８）などが提案され注目
されている。低温大圧下圧延焼鈍法は、図６に示すよう
に、薄スラブを液体窒素などで冷却後、低温で圧延する
工程を繰り返した後再結晶焼鈍を行い、薄板となす方法
である。せん断押出し法（ＥＣＡＰ法）は、図７に示す
ように、素材をＬ型の穴形状を有するダイ中に入れ、プ
ランジャーで押してせん断加工を施す工程を繰り返した
後、熱処理を行い、短スラブまたは棒状の素材となす方
法である。粉体のメカニカルミリング法は、図８に示す
ように、金属粉末に対し、メカニカルミリング、固化、
熱処理の各工程を施し、ブロックまたは板状の素材とな
す方法である。
超微細組織高強度金属材料いわゆるスーパーメタルは通
常の金属材料と化学組成は基本的に同じで組織制御によ
って比強度、靭性、耐食性等の性能を飛躍的（目標２
倍）に改善した金属材料であるが、これは結晶粒の超微
細化により達成できることが知られている。結晶粒の微
細化法としては強ひずみ冷間加工により転位密度を極限
まで上昇させた後に再結晶や変態を起こさせる方法が考
えられ、最近、液体窒素を用いた低温大圧下圧延焼鈍法
（図６）、せん断押出し法（ＥＣＡＰ法）（図７）、粉
体のメカニカルミリング法（図８）などが提案され注目
されている。低温大圧下圧延焼鈍法は、図６に示すよう
に、薄スラブを液体窒素などで冷却後、低温で圧延する
工程を繰り返した後再結晶焼鈍を行い、薄板となす方法
である。せん断押出し法（ＥＣＡＰ法）は、図７に示す
ように、素材をＬ型の穴形状を有するダイ中に入れ、プ
ランジャーで押してせん断加工を施す工程を繰り返した
後、熱処理を行い、短スラブまたは棒状の素材となす方
法である。粉体のメカニカルミリング法は、図８に示す
ように、金属粉末に対し、メカニカルミリング、固化、
熱処理の各工程を施し、ブロックまたは板状の素材とな
す方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低温圧
延焼鈍法では圧延工程での材料の冷却と低温維持が難し
く、また素材・製品板厚の制約のため、任意の大ひずみ
を与えられず、粒径１μｍ以下の微細化は困難である。
ＥＣＡＰ法では原理的に長尺の板が製造できず、粉末法
では広幅の板の製造が難しいなどの問題がある。
延焼鈍法では圧延工程での材料の冷却と低温維持が難し
く、また素材・製品板厚の制約のため、任意の大ひずみ
を与えられず、粒径１μｍ以下の微細化は困難である。
ＥＣＡＰ法では原理的に長尺の板が製造できず、粉末法
では広幅の板の製造が難しいなどの問題がある。
【０００４】本発明の目的は、平均粒径が１μｍ以下の
微細結晶粒からなる超微細組織高強度金属材料いわゆる
スーパーメタルの広幅薄板等の金属板を工業的に量産で
きる新規な製造原理及び製造方法を提供することにあ
る。
微細結晶粒からなる超微細組織高強度金属材料いわゆる
スーパーメタルの広幅薄板等の金属板を工業的に量産で
きる新規な製造原理及び製造方法を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。
【０００６】（１）本発明の製造方法は、複数の金属板
を積層して接合圧延を行い、超微細組織高強度金属板を
製造する方法において、表面を清浄化した複数の金属板
を積層し、その先端部を接合する工程と、先端部を接合
された積層板を、再結晶温度（核生成・成長型の再結晶
が起こる下限の温度）未満で回復が起こる温度域に加熱
する工程と、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加
熱された積層板を、所定の板厚まで圧延して接合する工
程と、接合圧延された積層板を長手方向に所定の長さに
切断して複数の金属板となし、これらの表面を清浄化す
る工程とを複数サイクル繰り返し行なうことにより、金
属板の平均結晶粒径を１μｍ以下に微細化することを特
徴とする、繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強
度金属板の製造方法である。
を積層して接合圧延を行い、超微細組織高強度金属板を
製造する方法において、表面を清浄化した複数の金属板
を積層し、その先端部を接合する工程と、先端部を接合
された積層板を、再結晶温度（核生成・成長型の再結晶
が起こる下限の温度）未満で回復が起こる温度域に加熱
する工程と、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加
熱された積層板を、所定の板厚まで圧延して接合する工
程と、接合圧延された積層板を長手方向に所定の長さに
切断して複数の金属板となし、これらの表面を清浄化す
る工程とを複数サイクル繰り返し行なうことにより、金
属板の平均結晶粒径を１μｍ以下に微細化することを特
徴とする、繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強
度金属板の製造方法である。
【０００７】（２）本発明の製造方法は、複数の金属板
を積層して接合圧延を行い、超微細組織高強度金属板を
製造する方法において、表面を清浄化した複数の金属板
を積層し、その先端部を接合する工程と、先端部を接合
された積層板を、室温で所定の板厚まで圧延して接合す
る工程と、 接合圧延された積層板を長手方向に所定の
長さに切断して複数の金属板となし、これらの表面を清
浄化する工程とを複数サイクル繰り返し行なった後、再
結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱することによ
り、金属板の平均結晶粒径を１μｍ以下に微細化するこ
とを特徴とする、繰り返し重ね接合圧延による超微細組
織高強度金属板である。
を積層して接合圧延を行い、超微細組織高強度金属板を
製造する方法において、表面を清浄化した複数の金属板
を積層し、その先端部を接合する工程と、先端部を接合
された積層板を、室温で所定の板厚まで圧延して接合す
る工程と、 接合圧延された積層板を長手方向に所定の
長さに切断して複数の金属板となし、これらの表面を清
浄化する工程とを複数サイクル繰り返し行なった後、再
結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱することによ
り、金属板の平均結晶粒径を１μｍ以下に微細化するこ
とを特徴とする、繰り返し重ね接合圧延による超微細組
織高強度金属板である。
【０００８】なお、ここでいう平均結晶粒径は、例えば
圧延した厚さ１ｍｍの試片の板厚中心付近から圧延面に
平行に採取した直径３ｍｍ、厚さ５０μｍの薄片から電
解ジェット研磨で作成した薄膜について、ＴＥＭ写真を
１０枚程撮影し、粒界が明瞭な結晶粒３０〜５０個の直
径を測定し、その平均値で求めた値をいう。
圧延した厚さ１ｍｍの試片の板厚中心付近から圧延面に
平行に採取した直径３ｍｍ、厚さ５０μｍの薄片から電
解ジェット研磨で作成した薄膜について、ＴＥＭ写真を
１０枚程撮影し、粒界が明瞭な結晶粒３０〜５０個の直
径を測定し、その平均値で求めた値をいう。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明者らは、上記の課題を解決
すべく鋭意研究を重ねた結果、広幅長尺の金属板の結晶
粒を超微細化して、高強度金属板を安定して製造するた
めには、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に板材を
加熱し、繰り返し重ね接合圧延によって大ひずみを与え
ることが有効であるという知見を得た。
すべく鋭意研究を重ねた結果、広幅長尺の金属板の結晶
粒を超微細化して、高強度金属板を安定して製造するた
めには、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に板材を
加熱し、繰り返し重ね接合圧延によって大ひずみを与え
ることが有効であるという知見を得た。
【００１０】この知見に基づき、本発明者らは、繰り返
し重ね接合圧延の温間圧延条件、または室温における圧
延、焼鈍条件を一定範囲内に制御するようにして、平均
粒径が１μｍ以下の微細結晶粒からなる超微細組織高強
度金属材料いわゆるスーパーメタルの広幅薄板等の金属
板を工業的に量産できる製造方法を見出し、本発明を完
成させた。
し重ね接合圧延の温間圧延条件、または室温における圧
延、焼鈍条件を一定範囲内に制御するようにして、平均
粒径が１μｍ以下の微細結晶粒からなる超微細組織高強
度金属材料いわゆるスーパーメタルの広幅薄板等の金属
板を工業的に量産できる製造方法を見出し、本発明を完
成させた。
【００１１】以下に本発明の実施形態について説明す
る。
る。
【００１２】（第１実施形態）本発明の第１実施形態に
係る繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属
板の製造方法は、複数の金属板を積層して接合圧延を行
い、超微細組織高強度金属板を製造する方法において、
表面を清浄化した複数の金属板を積層し、その先端部を
接合する工程と、先端部を接合された積層板を、再結晶
温度（核生成・成長型の再結晶が起こる下限の温度）未
満で回復が起こる温度域に加熱する工程と、再結晶温度
未満で回復が起こる温度域に加熱された積層板を、所定
の板厚まで圧延して接合する工程と、接合圧延された積
層板を長手方向に所定の長さに切断して複数の金属板と
なし、これらの表面を清浄化する工程とを複数サイクル
繰り返し行なうことにより、平均結晶粒径を１μｍ以下
に微細化することを特徴とする。
係る繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属
板の製造方法は、複数の金属板を積層して接合圧延を行
い、超微細組織高強度金属板を製造する方法において、
表面を清浄化した複数の金属板を積層し、その先端部を
接合する工程と、先端部を接合された積層板を、再結晶
温度（核生成・成長型の再結晶が起こる下限の温度）未
満で回復が起こる温度域に加熱する工程と、再結晶温度
未満で回復が起こる温度域に加熱された積層板を、所定
の板厚まで圧延して接合する工程と、接合圧延された積
層板を長手方向に所定の長さに切断して複数の金属板と
なし、これらの表面を清浄化する工程とを複数サイクル
繰り返し行なうことにより、平均結晶粒径を１μｍ以下
に微細化することを特徴とする。
【００１３】複数の金属板を積層する前に、金属板の表
面を清浄化する表面清浄化（クリーニング）工程を設け
た理由は、接合圧延でのロール摩耗軽減、ロール負荷の
軽減、材料のロールへの焼き付き防止などの観点から、
ロールに供給される潤滑剤（油脂など）が金属板表面に
付着したものや汚れを取り除いて、積層された金属板の
接合面を清浄化すると共に活性化して、次の接合圧延工
程での接合を可能にするためである。
面を清浄化する表面清浄化（クリーニング）工程を設け
た理由は、接合圧延でのロール摩耗軽減、ロール負荷の
軽減、材料のロールへの焼き付き防止などの観点から、
ロールに供給される潤滑剤（油脂など）が金属板表面に
付着したものや汚れを取り除いて、積層された金属板の
接合面を清浄化すると共に活性化して、次の接合圧延工
程での接合を可能にするためである。
【００１４】また、複数の金属板を積層した後に、その
先端部を接合する工程を設けた理由は、１つは接合圧延
の際の積層板の先端の接合力を増して接合を容易にする
ためである。即ち、例えば５０％の圧下率で温間または
冷間圧延する場合、先端の接合力が不十分なことがあ
り、その場合は残留応力により先端が鰐口状に剥離して
接合できない。そこで予め先端を何箇所かスポット溶
接、またはボルトナット、またはワイヤなどで接合して
おけば、この剥離を防止することができる。２つめの理
由は、切板状の材料を温間で重ね接合圧延する場合に、
先端のみならず板の周囲を何箇所か部分的に接合（仮り
留め）すれば、重ねた板の密着性が確保され、加熱の際
に接合を阻害する界面の酸化を抑制でき、その結果接合
を容易にできるからである。
先端部を接合する工程を設けた理由は、１つは接合圧延
の際の積層板の先端の接合力を増して接合を容易にする
ためである。即ち、例えば５０％の圧下率で温間または
冷間圧延する場合、先端の接合力が不十分なことがあ
り、その場合は残留応力により先端が鰐口状に剥離して
接合できない。そこで予め先端を何箇所かスポット溶
接、またはボルトナット、またはワイヤなどで接合して
おけば、この剥離を防止することができる。２つめの理
由は、切板状の材料を温間で重ね接合圧延する場合に、
先端のみならず板の周囲を何箇所か部分的に接合（仮り
留め）すれば、重ねた板の密着性が確保され、加熱の際
に接合を阻害する界面の酸化を抑制でき、その結果接合
を容易にできるからである。
【００１５】すなわち、本発明の第１実施形態に係る製
造方法は、例えば、以下に示すように、広幅長尺の金属
板に（１）板厚を変えずに任意の大ひずみを与える圧延
方法を利用して、（２）平均粒径が１μｍ以下の超微細
粒からなる金属板を製造する方法である。
造方法は、例えば、以下に示すように、広幅長尺の金属
板に（１）板厚を変えずに任意の大ひずみを与える圧延
方法を利用して、（２）平均粒径が１μｍ以下の超微細
粒からなる金属板を製造する方法である。
【００１６】（１）板厚を変えずに任意の大ひずみを与
える圧延方法（方法Ａ） 図１に原理を示す。即ち、同一寸法の２枚または３枚の
広幅長尺の板材から出発し、（Ｉ）クリーニング＋ブラ
ッシング（表面清浄化工程）、（II）重ね合わせ（積
層）＋先端部接合、（III）加熱、（IV）接合圧延、
（Ｖ）切断＋トリミングの５工程を繰り返す。
える圧延方法（方法Ａ） 図１に原理を示す。即ち、同一寸法の２枚または３枚の
広幅長尺の板材から出発し、（Ｉ）クリーニング＋ブラ
ッシング（表面清浄化工程）、（II）重ね合わせ（積
層）＋先端部接合、（III）加熱、（IV）接合圧延、
（Ｖ）切断＋トリミングの５工程を繰り返す。
【００１７】（Ｉ）では厚さｈ2 の２枚の板１，１’の
接合面を、３枚の場合はその他にサンドイッチされる板
１’’の両面を脱脂し，スチールワイヤブラシ２を用い
てブラッシングして表面を清浄化する。この表面清浄化
処理は、前述したように良好な接合強度を得るために行
うことが望ましい。
接合面を、３枚の場合はその他にサンドイッチされる板
１’’の両面を脱脂し，スチールワイヤブラシ２を用い
てブラッシングして表面を清浄化する。この表面清浄化
処理は、前述したように良好な接合強度を得るために行
うことが望ましい。
【００１８】（II）では、２枚または３枚の板を重ねて
先端部をスポット溶接機３，またはボルトナット、ワイ
ヤ等で接合し、厚さｈ1 ＝２ｈ2 または３ｈ2 とする。
この先端部接合処理は、前述したように接合圧延の際の
板材の圧延ずれを防いで、接合圧延を安定させるために
行うことが望ましい。
先端部をスポット溶接機３，またはボルトナット、ワイ
ヤ等で接合し、厚さｈ1 ＝２ｈ2 または３ｈ2 とする。
この先端部接合処理は、前述したように接合圧延の際の
板材の圧延ずれを防いで、接合圧延を安定させるために
行うことが望ましい。
【００１９】（III）では（IV）の接合圧延で材料が耳
割れを生じることなく接合できる温度範囲に加熱炉４に
より加熱する。
割れを生じることなく接合できる温度範囲に加熱炉４に
より加熱する。
【００２０】（IV）では出発の板と同じ板厚（初期板
厚）ｈ2 まで１パスまたは必要に応じて２パス以上でロ
ール５，５’とサイドローラーガイド６，６’を用いて
圧接圧延し、一体化する。ここで、サイドローラーガイ
ド６’はエッジングロールの機能も兼ね備えている。
厚）ｈ2 まで１パスまたは必要に応じて２パス以上でロ
ール５，５’とサイドローラーガイド６，６’を用いて
圧接圧延し、一体化する。ここで、サイドローラーガイ
ド６’はエッジングロールの機能も兼ね備えている。
【００２１】（Ｖ）では得られた板７の先後端をカッタ
ー８によりクロッピングし、さらに板の両端を必要に応
じてトリミングした後、長さを２等分（２枚重ねの場
合）または３等分（３枚重ねの場合）する。
ー８によりクロッピングし、さらに板の両端を必要に応
じてトリミングした後、長さを２等分（２枚重ねの場
合）または３等分（３枚重ねの場合）する。
【００２２】この５工程で材料に与えられるひずみは２
枚重ねでは圧下率ｒ＝５０％，相当ひずみε＝（２／√
３）ｌｎ２＝０．８０、３枚重ねの場合はｒ＝６７％，
ε＝（２／√３）ｌｎ３＝１．２７である。
枚重ねでは圧下率ｒ＝５０％，相当ひずみε＝（２／√
３）ｌｎ２＝０．８０、３枚重ねの場合はｒ＝６７％，
ε＝（２／√３）ｌｎ３＝１．２７である。
【００２３】したがって上記（Ｉ）〜（Ｖ）の５工程を
ｎ回（サイクル）繰り返すと、全圧下率ｒt は２枚重ね
でｒt ＝（１−２-n）×１００％、３枚重ねでｒt ＝
（１−３-n）×１００％、累積相当ひずみεt ＝ｎεと
なる。
ｎ回（サイクル）繰り返すと、全圧下率ｒt は２枚重ね
でｒt ＝（１−２-n）×１００％、３枚重ねでｒt ＝
（１−３-n）×１００％、累積相当ひずみεt ＝ｎεと
なる。
【００２４】なお、本発明では、繰り返し重ね圧延中
に、多少板厚が目標値（初期板厚：ｈ2 ）から外れても
本発明の効果は得られる。例えば、１ｍｍ→０．９ｍｍ
→１．１ｍｍ→１．０５ｍｍのように多少ばらついても
何等問題はない。但し、極端に外れると圧下率が不足し
て接合不良を生じるおそれがある。
に、多少板厚が目標値（初期板厚：ｈ2 ）から外れても
本発明の効果は得られる。例えば、１ｍｍ→０．９ｍｍ
→１．１ｍｍ→１．０５ｍｍのように多少ばらついても
何等問題はない。但し、極端に外れると圧下率が不足し
て接合不良を生じるおそれがある。
【００２５】また、１ｍｍ→０．９５ｍｍ→０．９ｍｍ
→０．８５ｍｍのように板厚を徐々に減少したり、１ｍ
ｍ→１．０５ｍｍ→１．１ｍｍ→１．１５ｍｍのように
徐々に増すことも可能である。但し、後者の場合は圧下
率が５０％より小さくなるので、効果が幾分低下した
り、接合不十分となる可能性はある。即ち、各パスの圧
下率が接合に必要な圧下率以上であれば板厚が多少変化
しても問題はないということである。
→０．８５ｍｍのように板厚を徐々に減少したり、１ｍ
ｍ→１．０５ｍｍ→１．１ｍｍ→１．１５ｍｍのように
徐々に増すことも可能である。但し、後者の場合は圧下
率が５０％より小さくなるので、効果が幾分低下した
り、接合不十分となる可能性はある。即ち、各パスの圧
下率が接合に必要な圧下率以上であれば板厚が多少変化
しても問題はないということである。
【００２６】（２）粒径１μｍ以下の超微細粒からなる
金属板を製造する方法（方法Ｂ）方法Ａは板の延性の限
界に達しない限り、原理的には無限に大きなひずみを与
えることができる。
金属板を製造する方法（方法Ｂ）方法Ａは板の延性の限
界に達しない限り、原理的には無限に大きなひずみを与
えることができる。
【００２７】したがって、方法Ａの工程（III）におけ
る圧延前の加熱温度（Ｔ）を材料の再結晶温度（核生成
・成長型の再結晶が起こる下限の温度）未満で回復が起
こる温度域に設定すれば、圧延後の冷却時、および圧延
前の加熱時に核生成・成長型の再結晶（即ち転位密度の
極めて高い加工組織内に、転位密度が極めて低くかつ明
瞭な境界に囲まれた微小な再結晶核が多数生成し、それ
らが急速に成長することによって加工組織が再結晶組織
に変わるような組織変化）は起こらずに、圧延加工によ
る転位密度の上昇と、回復による転位の再配列が繰り返
される。その過程で、結晶粒は薄く引き延ばされると共
に微細な亜結晶（サブグレーン）または転位が絡み合っ
た構造のセルに分割され、更に隣接するサブグレーンま
たはセルの方位差が増加して、サブグレーンまたはセル
は大傾角粒界に囲まれた超微細結晶粒となる。その結
果、板材の平均結晶粒径を１μｍ以下の微細組織とする
ことができる。
る圧延前の加熱温度（Ｔ）を材料の再結晶温度（核生成
・成長型の再結晶が起こる下限の温度）未満で回復が起
こる温度域に設定すれば、圧延後の冷却時、および圧延
前の加熱時に核生成・成長型の再結晶（即ち転位密度の
極めて高い加工組織内に、転位密度が極めて低くかつ明
瞭な境界に囲まれた微小な再結晶核が多数生成し、それ
らが急速に成長することによって加工組織が再結晶組織
に変わるような組織変化）は起こらずに、圧延加工によ
る転位密度の上昇と、回復による転位の再配列が繰り返
される。その過程で、結晶粒は薄く引き延ばされると共
に微細な亜結晶（サブグレーン）または転位が絡み合っ
た構造のセルに分割され、更に隣接するサブグレーンま
たはセルの方位差が増加して、サブグレーンまたはセル
は大傾角粒界に囲まれた超微細結晶粒となる。その結
果、板材の平均結晶粒径を１μｍ以下の微細組織とする
ことができる。
【００２８】（第２実施形態）本発明の第２実施形態に
係る繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属
板の製造方法は、複数の金属板を積層して接合圧延を行
い、超微細組織高強度金属板を製造する方法において、
表面を清浄化した複数の金属板材を積層し、その先端部
を接合する工程と、先端部を接合された積層板を、室温
で所定の板厚まで圧延して接合する工程と、接合圧延さ
れた積層板を長手方向に所定の長さに切断して複数の金
属板材となし、これらの表面を清浄化する工程とを複数
サイクル繰り返し行なった後、再結晶温度（核生成・成
長型の再結晶が起こる下限の温度）未満で回復が起こる
温度域に加熱することにより、金属板の平均結晶粒径を
１μｍ以下に微細化することを特徴とする。
係る繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属
板の製造方法は、複数の金属板を積層して接合圧延を行
い、超微細組織高強度金属板を製造する方法において、
表面を清浄化した複数の金属板材を積層し、その先端部
を接合する工程と、先端部を接合された積層板を、室温
で所定の板厚まで圧延して接合する工程と、接合圧延さ
れた積層板を長手方向に所定の長さに切断して複数の金
属板材となし、これらの表面を清浄化する工程とを複数
サイクル繰り返し行なった後、再結晶温度（核生成・成
長型の再結晶が起こる下限の温度）未満で回復が起こる
温度域に加熱することにより、金属板の平均結晶粒径を
１μｍ以下に微細化することを特徴とする。
【００２９】複数の金属板を積層する前に、表面清浄化
（クリーニング）工程を設け、さらに複数の金属板を積
層した後に、その先端部を接合する工程を設けた理由
は、上記第１実施形態と同様である。
（クリーニング）工程を設け、さらに複数の金属板を積
層した後に、その先端部を接合する工程を設けた理由
は、上記第１実施形態と同様である。
【００３０】すなわち、本発明の第２実施形態に係る製
造方法は、上記第１実施形態と同様に、例えば、広幅長
尺の金属板に（１）板厚を変えずに任意の大ひずみを与
える圧延方法を利用して、（２）平均粒径が１μｍ以下
の超微細粒からなる金属板を製造する方法である。
造方法は、上記第１実施形態と同様に、例えば、広幅長
尺の金属板に（１）板厚を変えずに任意の大ひずみを与
える圧延方法を利用して、（２）平均粒径が１μｍ以下
の超微細粒からなる金属板を製造する方法である。
【００３１】（１）板厚を変えずに任意の大ひずみを与
える圧延方法（方法Ａ） 上記第１実施形態と同様（但し、本実施形態では、室温
で圧延を行うため、工程（III）における圧延前の加熱
は行わない。）。
える圧延方法（方法Ａ） 上記第１実施形態と同様（但し、本実施形態では、室温
で圧延を行うため、工程（III）における圧延前の加熱
は行わない。）。
【００３２】（２）粒径１μｍ以下の超微細粒からなる
金属板を製造する方法（方法Ｂ） 本実施形態で対象とする室温で延性のある材料では、材
料を加熱せずに室温で方法Ａにより延性の限界に達する
まで圧延を繰返した後、再結晶温度（核生成・成長型の
再結晶が起こる下限の温度）未満で回復が起こる温度域
に加熱して焼鈍することにより平均結晶粒径を１μｍ以
下に微細化できる。その理由は次のとおりである。室温
で延性のある金属材料では、室温において方法Ａによる
圧延を繰り返すことにより転位密度が十分に高い加工硬
化状態になると、室温においても部分的な回復による転
位の再配列が起こり、部分的にサブグレーンが形成され
る。しかし、大部分は転位が絡み合った微細なセル構造
のままである。このセル壁は極めて高密度に転位が集積
したものであるが、その両側のセルの方位差はサブグレ
ーンの場合と同様に方法Ａによる圧延の繰り返しと共に
増加する。そのような局所方位差の大きな微細なセル構
造を持つ材料を、回復が起こる温度域に加熱すると、局
所方位差の大きいセル壁は大傾角粒界に変わり、セルは
大傾角粒界に囲まれた超微細結晶粒になる。
金属板を製造する方法（方法Ｂ） 本実施形態で対象とする室温で延性のある材料では、材
料を加熱せずに室温で方法Ａにより延性の限界に達する
まで圧延を繰返した後、再結晶温度（核生成・成長型の
再結晶が起こる下限の温度）未満で回復が起こる温度域
に加熱して焼鈍することにより平均結晶粒径を１μｍ以
下に微細化できる。その理由は次のとおりである。室温
で延性のある金属材料では、室温において方法Ａによる
圧延を繰り返すことにより転位密度が十分に高い加工硬
化状態になると、室温においても部分的な回復による転
位の再配列が起こり、部分的にサブグレーンが形成され
る。しかし、大部分は転位が絡み合った微細なセル構造
のままである。このセル壁は極めて高密度に転位が集積
したものであるが、その両側のセルの方位差はサブグレ
ーンの場合と同様に方法Ａによる圧延の繰り返しと共に
増加する。そのような局所方位差の大きな微細なセル構
造を持つ材料を、回復が起こる温度域に加熱すると、局
所方位差の大きいセル壁は大傾角粒界に変わり、セルは
大傾角粒界に囲まれた超微細結晶粒になる。
【００３３】なお、ここでいう室温で延性のある材料と
は、室温で大きな圧下率まで割れを生じることなく圧延
できる材料の意味であり、例えばＡｌ，Ｃｕ等比較的融
点の低いｆｃｃ金属またはそれらの低合金が主なもので
あるが、純鉄、極低炭素鋼またはＩＦ鋼等、延性の高い
ｂｃｃ金属も含まれる。但し、比較的融点の高い金属で
は室温での接合が難しくなるので３枚重ね圧延（圧下率
６７％）が必要となる。 上記したように、本発明で
は、圧延により製造し得る全ての広幅長尺の金属薄板等
の金属板に対し、板厚一定で任意の大ひずみを付与し、
平均結晶粒径を１μｍ以下に微細化することが可能であ
るため、素材・製品板厚の制約を受けずに、超微細組織
高強度金属板を工業的に量産することが可能となる。
は、室温で大きな圧下率まで割れを生じることなく圧延
できる材料の意味であり、例えばＡｌ，Ｃｕ等比較的融
点の低いｆｃｃ金属またはそれらの低合金が主なもので
あるが、純鉄、極低炭素鋼またはＩＦ鋼等、延性の高い
ｂｃｃ金属も含まれる。但し、比較的融点の高い金属で
は室温での接合が難しくなるので３枚重ね圧延（圧下率
６７％）が必要となる。 上記したように、本発明で
は、圧延により製造し得る全ての広幅長尺の金属薄板等
の金属板に対し、板厚一定で任意の大ひずみを付与し、
平均結晶粒径を１μｍ以下に微細化することが可能であ
るため、素材・製品板厚の制約を受けずに、超微細組織
高強度金属板を工業的に量産することが可能となる。
【００３４】以下に本発明の実施例を挙げ、本発明の効
果を立証する。
果を立証する。
【００３５】
【実施例】（実施例１）工業用純アルミニウム（１１０
０）及びＡｌ−４．５％Ｍｇ−０．６％Ｍｎ合金（５０
８３）への適用結果：厚さ１ｍｍ，幅２０ｍｍ，初期粒
径３７μｍ（１１００）と１８μｍ（５０８３）のＯ材
を２００℃（回復温度）で２枚重ね法により圧延を繰り
返した。図２に得られた板の室温における引張強さと伸
び（ＪＩＳ５号試験片の１／５試片）の繰り返し重ね圧
延回数に対する変化を示す。１１００合金では６サイク
ル以上で、引張強さは３００ＭＰａと出発材（Ｏ材）の
３．６倍に達し、５０８３合金も７サイクルで５５０Ｍ
Ｐａと出発材の１．７倍に達し、さらに上昇傾向にあ
る。伸びは７％程度まで低下するがサイクル数が増加し
てもそれ以上低下しない。図３に上記繰り返し重ね接合
圧延されたアルミニウム合金（１１００，５０８３）の
透過電子顕微鏡像とその中心部（直径１．６μｍ）の制
限視野回折図形の写真を示す。図３（ａ）は８回繰り返
し重ね接合圧延された１１００合金の透過電子顕微鏡像
とその制限視野回折図形の写真、図３（ｂ）は７回繰り
返し重ね接合圧延された５０８３合金の透過電子顕微鏡
像とその制限視野回折図形の写真である。図３（ａ），
（ｂ）の透過顕微鏡像とその制限視野回折図形は、いず
れの合金も平均粒径１μｍ以下の多結晶化した超微細粒
組織が形成されていることを示している。
０）及びＡｌ−４．５％Ｍｇ−０．６％Ｍｎ合金（５０
８３）への適用結果：厚さ１ｍｍ，幅２０ｍｍ，初期粒
径３７μｍ（１１００）と１８μｍ（５０８３）のＯ材
を２００℃（回復温度）で２枚重ね法により圧延を繰り
返した。図２に得られた板の室温における引張強さと伸
び（ＪＩＳ５号試験片の１／５試片）の繰り返し重ね圧
延回数に対する変化を示す。１１００合金では６サイク
ル以上で、引張強さは３００ＭＰａと出発材（Ｏ材）の
３．６倍に達し、５０８３合金も７サイクルで５５０Ｍ
Ｐａと出発材の１．７倍に達し、さらに上昇傾向にあ
る。伸びは７％程度まで低下するがサイクル数が増加し
てもそれ以上低下しない。図３に上記繰り返し重ね接合
圧延されたアルミニウム合金（１１００，５０８３）の
透過電子顕微鏡像とその中心部（直径１．６μｍ）の制
限視野回折図形の写真を示す。図３（ａ）は８回繰り返
し重ね接合圧延された１１００合金の透過電子顕微鏡像
とその制限視野回折図形の写真、図３（ｂ）は７回繰り
返し重ね接合圧延された５０８３合金の透過電子顕微鏡
像とその制限視野回折図形の写真である。図３（ａ），
（ｂ）の透過顕微鏡像とその制限視野回折図形は、いず
れの合金も平均粒径１μｍ以下の多結晶化した超微細粒
組織が形成されていることを示している。
【００３６】（実施例２）極低炭素ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｓ
ｔｉｔｉａｌ Ｆｒｅｅ）鋼への適用結果：厚さ１ｍ
ｍ、幅２０ｍｍ、初期粒径２７μｍのＴｉ添加ＩＦ鋼
（Ｃ：２０ｐｐｍ，Ｍｎ：０．１７％，Ｔｉ：０．０７
％）を加熱温度５００℃（回復温度）で２枚重ね圧延を
繰り返した。図４に室温における引張強さと伸びの繰り
返し重ね圧延回数に対する変化を示す。５サイクルで引
張強さは７６０ＭＰａと出発材の２．７倍に達し、伸び
は６％と延性を失わない。７サイクルでは引張強さは８
７０ＭＰａと出発材の３．１倍に達する。
ｔｉｔｉａｌ Ｆｒｅｅ）鋼への適用結果：厚さ１ｍ
ｍ、幅２０ｍｍ、初期粒径２７μｍのＴｉ添加ＩＦ鋼
（Ｃ：２０ｐｐｍ，Ｍｎ：０．１７％，Ｔｉ：０．０７
％）を加熱温度５００℃（回復温度）で２枚重ね圧延を
繰り返した。図４に室温における引張強さと伸びの繰り
返し重ね圧延回数に対する変化を示す。５サイクルで引
張強さは７６０ＭＰａと出発材の２．７倍に達し、伸び
は６％と延性を失わない。７サイクルでは引張強さは８
７０ＭＰａと出発材の３．１倍に達する。
【００３７】図５に上記７回繰り返し重ね接合圧延され
たＴｉ添加ＩＦ鋼の透過電子顕微鏡像とその中心部（直
径１．６μｍ）の制限視野回折図形の写真を示す。図５
の透過電子顕微鏡像とその制限視野回折図形は平均粒径
が１μｍ以下の超微細粒組織であることを示している。
たＴｉ添加ＩＦ鋼の透過電子顕微鏡像とその中心部（直
径１．６μｍ）の制限視野回折図形の写真を示す。図５
の透過電子顕微鏡像とその制限視野回折図形は平均粒径
が１μｍ以下の超微細粒組織であることを示している。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
繰り返し重ね接合圧延の温間圧延条件、または室温にお
ける圧延、焼鈍条件を特定することにより、粒径が１μ
ｍ以下の微細結晶粒からなる超微細組織高強度金属材料
いわゆるスーパーメタルの広幅薄板等の金属板を工業的
に量産できる新規な製造原理及び製造方法を提供するこ
とができる。
繰り返し重ね接合圧延の温間圧延条件、または室温にお
ける圧延、焼鈍条件を特定することにより、粒径が１μ
ｍ以下の微細結晶粒からなる超微細組織高強度金属材料
いわゆるスーパーメタルの広幅薄板等の金属板を工業的
に量産できる新規な製造原理及び製造方法を提供するこ
とができる。
【００３９】本発明の製造方法は、鉄鋼、アルミニウム
及びアルミニウム合金、銅及び銅合金、ニッケル及びニ
ッケル合金、チタン及びチタン合金、マグネシウム及び
マグネシウム合金、その他圧延により製造し得る全ての
広幅長尺の金属薄板等の金属板に適用可能である。
及びアルミニウム合金、銅及び銅合金、ニッケル及びニ
ッケル合金、チタン及びチタン合金、マグネシウム及び
マグネシウム合金、その他圧延により製造し得る全ての
広幅長尺の金属薄板等の金属板に適用可能である。
【００４０】また、本発明で製造される超微細組織高強
度金属材料（いわゆるスーパーメタル）は、自動車、航
空機、スペースプレーン、鉄道車両などに、省資源、省
エネルギー、環境適応材料の観点から適用可能であるな
ど、産業上の利用価値は大きい。
度金属材料（いわゆるスーパーメタル）は、自動車、航
空機、スペースプレーン、鉄道車両などに、省資源、省
エネルギー、環境適応材料の観点から適用可能であるな
ど、産業上の利用価値は大きい。
【図１】本発明の実施の形態に係る温間繰り返し重ね接
合圧延方法を示す図。
合圧延方法を示す図。
【図２】本発明の実施例１に係る繰り返し重ね接合圧延
回数によるアルミニウム合金の引張強さと伸び率の変化
を示す図。
回数によるアルミニウム合金の引張強さと伸び率の変化
を示す図。
【図３】本発明の実施例１に係る２００℃で繰り返し重
ね接合圧延されたアルミニウム合金の透過電子顕微鏡像
とその中心部（直径１．６μｍ）の制限視野回折図形の
写真。（ａ）は８回繰り返し重ね接合圧延された１１０
０合金の透過電子顕微鏡像とその制限視野回折図形の写
真。（ｂ）は７回繰り返し重ね接合圧延された５０８３
合金の透過電子顕微鏡像とその制限視野回折図形の写
真。
ね接合圧延されたアルミニウム合金の透過電子顕微鏡像
とその中心部（直径１．６μｍ）の制限視野回折図形の
写真。（ａ）は８回繰り返し重ね接合圧延された１１０
０合金の透過電子顕微鏡像とその制限視野回折図形の写
真。（ｂ）は７回繰り返し重ね接合圧延された５０８３
合金の透過電子顕微鏡像とその制限視野回折図形の写
真。
【図４】本発明の実施例２に係る繰り返し重ね接合圧延
回数によるＩＦ鋼の引張強さと伸び率の変化を示す図。
回数によるＩＦ鋼の引張強さと伸び率の変化を示す図。
【図５】本発明の実施例２に係る５００℃で７回繰り返
し重ね接合圧延されたＩＦ鋼の透過電子顕微鏡像とその
中心部（直径１．６μｍ）の制限視野回折図形の写真。
し重ね接合圧延されたＩＦ鋼の透過電子顕微鏡像とその
中心部（直径１．６μｍ）の制限視野回折図形の写真。
【図６】低温大圧下圧延法を示す図。
【図７】せん断押出し法（ＥＣＡＰ法）を示す図。
【図８】粉体のメカニカルミリング法を示す図。
１，１’，１’’…金属板材、２…スチールワイヤブラ
シ、３…スポット溶接機、４…加熱炉、５，５’…圧延
ロール、６，６’…サイドローラガイド（またはエッジ
ングロール）、７…金属板、８…カッター。
シ、３…スポット溶接機、４…加熱炉、５，５’…圧延
ロール、６，６’…サイドローラガイド（またはエッジ
ングロール）、７…金属板、８…カッター。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/08 Ｃ２２Ｆ 1/08 Ａ 1/18 1/18 Ｈ // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０４ 1/00 ６０４ ６２７ ６２７ ６３０ ６３０Ａ ６８５ ６８５Ｚ ６８６ ６８６Ｂ Ｆターム(参考） 4E067 AA01 AA02 AA05 AA07 AA09 AA12 BB02 BD01 DA00 DA01 DA10 EA06 EA07 EA08 EB00 4K032 AA04 AA16 AA35 BA01 CC01
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の金属板を積層して接合圧延を行
い、超微細組織高強度金属板を製造する方法において、 表面を清浄化した複数の金属板を積層し、その先端部を
接合する工程と、 先端部を接合された積層板を、再結晶温度未満で回復が
起こる温度域に加熱する工程と、 再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱された積層
板を、所定の板厚まで圧延して接合する工程と、 接合圧延された積層板を長手方向に所定の長さに切断し
て複数の金属板となし、これらの表面を清浄化する工程
とを複数サイクル繰り返し行なうことにより、金属板の
平均結晶粒径を１μｍ以下に微細化することを特徴とす
る、繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属
板の製造方法。 - 【請求項２】 複数の金属板を積層して接合圧延を行
い、超微細組織高強度金属板を製造する方法において、 表面を清浄化した複数の金属板を積層し、その先端部を
接合する工程と、 先端部を接合された積層板を、室温で所定の板厚まで圧
延して接合する工程と、 接合圧延された積層板を長手
方向に所定の長さに切断して複数の金属板となし、これ
らの表面を清浄化する工程とを複数サイクル繰り返し行
なった後、再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱
することにより、金属板の平均結晶粒径を１μｍ以下に
微細化することを特徴とする、繰り返し重ね接合圧延に
よる超微細組織高強度金属板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10257641A JP2961263B1 (ja) | 1998-08-28 | 1998-08-28 | 繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10257641A JP2961263B1 (ja) | 1998-08-28 | 1998-08-28 | 繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2961263B1 JP2961263B1 (ja) | 1999-10-12 |
| JP2000073152A true JP2000073152A (ja) | 2000-03-07 |
Family
ID=17309071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10257641A Expired - Lifetime JP2961263B1 (ja) | 1998-08-28 | 1998-08-28 | 繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2961263B1 (ja) |
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-
1998
- 1998-08-28 JP JP10257641A patent/JP2961263B1/ja not_active Expired - Lifetime
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