JP2543421B2

JP2543421B2 - アルミニウム積層鋼板の製造法

Info

Publication number: JP2543421B2
Application number: JP2016040A
Authority: JP
Inventors: 勝美神田; 琢司中村; 嘉一近藤
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 1990-01-29
Filing date: 1990-01-29
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPH03221275A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ロール加圧と加熱によりアルミニウムと鋼
板を接合したアルミニウム積層鋼板の製造法に関する。

［従来の技術］アルミニウムは軽量で、耐食性にも優れ、また、加工
硬化が少ないため、加工性に優れるなど、金属として多
くの優れた性質を持つ。このアルミニウムにさらに鋼板
の特性を付与するために、アルミニウム板と鋼板とのク
ラッド材の開発が進められている。アルミニウム板と鋼
板を接合する方法には、従来から冷間圧延による接合法
（特開昭53−85759号，特開昭55−68195号，特開昭56−
109183号，特開昭58−141882号，特開昭61−67581号
等）が、数多く検討されているが、一般に20％以上の圧
延率を必要とし、アルミニウム箔の接合時には技術的困
難を伴う。また、接合強度を改善するために加熱処理を
施すと、アルミニウムと鉄からなる脆い合金層が成長
し、加工性を低下させる。これらの欠点を解決するため
に、アルゴンなどの非酸化性の低圧気体でイオンエッチ
ングを行い酸化物を除去した後に圧延することにより、
低圧延率で加熱拡散処理が不要な方法や、接合界面にニ
ッケル，銅などのインサート材を挿入して圧延し、熱処
理時に生成する脆弱な合金を抑制する方法がある。ま
た、鋼板とアルミニウム箔の界面に銅を介在させ、塑性
変形以下の加圧，加熱処理を行うことにより、両者を接
合させる方法（特願昭63−269545号）がある。さらに、
接合界面にニッケルまたは銅のめっきを施した後圧延
し、脆弱な合金の生成を抑制する方法（特願平１−2648
56号）がある。

［発明が解決しようとする課題］アルミニウム積層鋼板の製造法において、従来の冷間
圧延による方法では、一般に20％以上の圧延率を必要と
するが、アルミニウムと鋼とでは塑性変形量が異なるた
め、アルミニウム箔の接合においては技術的な困難を伴
う。また、接合強度を改善するために加熱拡散処理を行
うと脆弱な合金が界面において生成し加工性が低下す
る。合金生成の抑制にインサート材を用いる方法では、
インサート材の取り扱いに厚み10μｍ以上を必要とし、
経済性が劣る。さらに、加熱拡散処理が不要な、イオン
エッチングによりアルミニウム箔または板および鋼板の
酸化物を除去する方法は、真空装置および真空技術を必
要とし、連続性，経済性の面で問題がある。

［課題を解決するための手段］本発明はアルミニウム積層鋼板の製造法において、低
圧延率により、密着性，加工性，加工密着性にすぐれた
アルミニウム積層鋼板を連続的かつ経済的に提供するこ
とを目的とするものである。

その要旨は、ケイ酸イオン，オルトケイ酸イオン，リ
ン酸イオン，リン酸１水素イオン，リン酸２水素イオ
ン，しゅう酸イオン，モリブデン酸イオンあるいはクロ
ム酸イオンのいずれか、または複数を含んだアルカリ性
溶液中において、鋼板を陰極として電解処理を行った
後、水洗，乾燥を行うか、あるいは、水洗，乾燥後さら
に中性あるいは還元性雰囲気中において、加熱処理を行
った後に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の箔
を重ね合わせ、全体を圧下，圧着した後に熱処理を施
し、拡散接合により、片面あるいは両面に、アルミニウ
ムあるいはアルミニウム合金の箔を被覆したアルミニウ
ム積層鋼板を製造することである。

本発明のアルミニウム積層鋼板に使用される鋼板と
は、圧延法により製造された冷延鋼板である。

一方、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からな
る箔は、圧延法により製造された厚さ５〜200μｍのア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金である。アルミニ
ウム合金には、マグネシウム，マンガン，ケイ素，銅を
含んだ合金が含まれ、使用用途に応じて選択することが
できる。厚みが５μｍ未満の箔では作業性が低下し、高
速生産に不向きである。また、厚みが200μｍをこえる
と、材料費の面で不経済である。

製造にあたって、まず、鋼板の接合面をアルカリ性の
溶液を用いて、浸漬処理、または、陰極あるいは陽極処
理し脱脂を行う。この場合の液組成，液濃度，処理温
度，処理時間などの処理条件は特に制限されない。ま
た、必要に応じて、酸洗処理を行い、鋼板表面の酸化物
を取り除く。酸洗の条件も特に制限されるものではない
が、過度の処理は、水素吸蔵の原因となり、接合の均一
性を阻害する原因となる。これらの脱脂，酸洗の処理を
施さないと、以後の化成皮膜の密着性が悪く十分な接合
力をもったアルミ積層鋼板が得られにくい。

次に、ケイ酸イオン，オルトケイ酸イオン，リン酸イ
オン，リン酸１水素イオン，リン酸２水素イオン，しゅ
う酸イオン，モリブデン酸イオンまたはクロム酸イオン
のいずれか、または複数を１〜20g/含む、温度10〜90
℃のアルカリ性溶液において、鋼板を陰極として500〜1
0000クーロン/m²通電し、表面にケイ酸，リン酸，リン
酸１水素，リン酸２水素，しゅう酸，モリブデン酸また
はクロム酸の化合物の皮膜を形成させ、その後、水洗，
乾燥を行う。処理時間はとくに制御されるものではない
が、処理電流密度が高すぎると水素を共析し、接合の均
一性を損なう原因となる。また、この時、溶液中に存在
する金属イオンが金属あるいは化合物となって、皮膜中
に析出しても差しつかえない。

鋼板の表面を電気的に処理した場合、鋼板に熱処理を
施すと、電気的処理により吸蔵あるいは吸着された水素
などの気体あるいは液体を脱離させることができ、接合
の均一性が改善される。脱離処理の雰囲気は非酸化性の
雰囲気であればよい。たとえば、水素，窒素あるいはア
ルゴンからなる雰囲気が好ましい。また、これらのガス
からなる混合ガス雰囲気でもよい。この雰囲気中におい
て、被覆した鋼板を200〜800℃の板温で熱処理を行う。
加熱温度は200℃未満でも脱離処理は可能であるが処理
時間が長くなり作業性を悪くする。また、耐熱性に乏し
い化成皮膜の場合、必要以上の加熱は、スケール形成の
原因となる。加熱時間は１〜600秒の範囲でよいが、吸
蔵あるいは吸着された気体，液体の量によって異なる。
１秒未満では、接合の均一性が改善されにくい。また、
600秒をこえては効果は飽和し、経済性が劣る。好まし
くは、60秒であるが、機械的特性を改善するためには60
0秒を要する場合がある。

次に、以上の処理を施した鋼板とアルミニウムあるい
はアルミニウム合金の箔を重ね合わせ、全体を圧延率１
〜15％で圧着する。圧延率は使用する鋼板およびアルミ
ニウムあるいはアルミニウム合金の箔の厚さ，硬度によ
ってことなる。焼鈍処理を施していない鋼板では、１％
程度の圧延率で十分な接合力を得ることができる。ま
た、15％をこえて圧延率を高くするとしわなどの発生の
原因となる。アルミニウムあるいはアルミニウム合金の
箔は鋼板の両面あるいは片面に被覆することができる
が、対称的に積層して圧下した場合、塑性変形量および
線膨張率の差に起因する反りを解消することができる。

次いで、圧延により仮接合した鋼板およびアルミニウ
ムあるいはアルミニウム合金の箔に400℃から被覆した
アルミニウムあるいはアルミニウム合金の融点未満の温
度において加熱処理を施す。400℃未満では鋼板とアル
ミニウムあるいはアルミニウム合金の箔との密着性が劣
る。加熱時間は１〜600秒の範囲でよいが、処理条件あ
るいは皮膜の種類，厚みにより加減する必要がある。１
秒未満では、鋼板とアルミニウムあるいはアルミニウム
合金の箔とが均一に接合しにくい。600秒をこえても接
合するが、連続的な高速生産を行う場合60秒以下が好ま
しい。もちろん、一定温度以上の拡散処理は、軟化焼鈍
を兼ねることができる。

加熱時の雰囲気は制限されず、水素，窒素あるいはア
ルゴンからなる雰囲気、または、これらのガスからなる
混合ガス雰囲気でもよい。また、空気中で加熱処理を行
ってもよい。加熱時の加圧力は特に制限されない。

［作用］アルミニウムあるいはアルミニウム合金の表面には拡
散を妨げる安定な酸化膜が存在するが、これらを取り除
く前処理をする必要がない。それは、鋼板と重ね合わせ
て圧延をすることにより、接合面では、酸化膜が破壊さ
れ、新生面が出現するためと考えられる。また、鋼板表
面に処理された化成皮膜は圧延により容易に破壊される
が、あわせて、表面の表面欠陥部を覆う働きがある。こ
の出現した新生面により加熱処理による拡散が促進さ
れ、鋼板とアルミニウムあるいはアルミニウム合金を接
合させ、接合力および加工密着性にすぐれたアルミニウ
ム積層鋼板が得られるものと考れられる。さらに、ケイ
酸，リン酸，リン酸１水素，リン酸２水素，しゅう酸，
モリブデン酸あるいはクロム酸の化合物が鉄，アルミニ
ウムの接合面に存在することによって、脆弱な金属間化
合物である鉄−アルミニウムの合金の形成を抑制し、上
記の接合力および加工密着性にすぐれたアルミニウム積
層鋼板が得ることができる拡散処理の加熱条件を拡大す
ることができる。これにより、圧延にともない劣化した
エリクセン張り出し特性あるいは曲げ特性などの機械加
工特性を軟化焼鈍により圧延前の特性まで改善させるこ
とが可能であり、加工性にすぐれたアルミニウム積層鋼
板を容易に製造することができる。

［実施例］本発明を実施例で具体的に説明する。

実施例１通常の脱脂，酸洗処理を施した厚み0.2mmの鋼板を、
ケイ酸ナトリウムを10g/含んだ温度60℃のアルカリ性
溶液中で、鋼板を陰極として、電流密度100A/m²で５秒
間電解処理した後、厚み15μｍのアルミニウム箔を重
ね、５％の圧下率で圧延後、水素ガス雰囲気中で板の温
度400℃の条件で30秒間加熱処理を施し、アルミニウム
積層鋼板を得た。

実施例２通常の脱脂，酸洗処理を施した厚み0.25mmの鋼板を、
オルトケイ酸ナトリウムを20g/を含んだ温度40℃のア
ルカリ性溶液中で、鋼板を陰極として、電流密度1000A/
m²で10秒間電解処理した。この処理を施した鋼板と厚み
20μｍのアルミニウム合金箔（JIS−1070）を重ね、４
％の圧下率で圧延後、空気中で板の温度500℃の条件で3
0秒間加熱処理を施し、アルミニウム積層鋼板を得た。

実施例３通常の脱脂，酸洗処理を施した厚み0.10mmの鋼板を、
リン酸亜鉛，リン酸２水素亜鉛をそれぞれ15g/,15g/
含んだ温度90℃のアルカリ性溶液中で、鋼板を陰極と
して、電流密度100A/m²で５秒間電解処理をした。この
鋼板と厚み50μｍのアルミニウム合金箔（JIS−3003）
を重ね、１％の圧下率で圧延後、窒素ガス雰囲気中で板
の温度500℃の条件で30秒間加熱処理を施し、アルミニ
ウム積層鋼板を得た。

実施例４通常の脱脂，酸洗処理を行った厚み0.6mmの鋼板を、
リン酸１水素アンモニウム、しゅう酸アンモニウムをそ
れぞれ5g/,10g/含んだアルカリ性溶液中で、温度50
℃、電流密度400A/m²の条件で、鋼板を陰極として10秒
間処理した。この処理を施した鋼板を、水素ガス雰囲気
中で、板の温度200℃の条件で60秒間加熱処理をし、次
いで、厚み200μｍのアルミニウム合金箔（JIS−1100）
を重ね、10％の圧下率で圧延後、水素ガス雰囲気中での
板の温度650℃の条件で１秒間加熱処理を施し、アルミ
ニウム積層鋼板を得た。

実施例５通常の脱脂，酸洗処理を行った厚み1.0mmの鋼板を、
しゅう酸ナトリウムを10g/含んだアルカリ性溶液中
で、温度70℃、処理電流密度500A/m²の条件で、鋼板を
陰極として20秒間処理し、水洗，乾燥後、アルゴンガス
雰囲気中で、板の温度800℃の条件で１秒間加熱処理し
た。次いでこの鋼板と厚み200μｍのアルミニウム合金
箔（JIS−5052）を重ね、15％の圧下率で圧延後、アル
ゴンガス雰囲気中で板の温度500℃の条件で60秒間加熱
処理を施し、アルミニウム積層鋼板を得た。

実施例６通常の脱脂，酸洗処理を行った厚み0.8mmの鋼板を、
モリブデン酸ナトリウムを10g/含んだアルカリ性溶液
中で、温度10℃、電流密度500A/m²の条件で、鋼板を陰
極として５秒間処理し、水洗，乾燥後、窒素ガス95％と
水素ガス５％を含んだ雰囲気中で、板の温度300℃の条
件で30秒間加熱処理をした。この鋼板と厚み30μｍのア
ルミニウム箔を重ね、全体を７％の圧下率で圧延後、窒
素ガス95％と水素ガス５％を含んだ雰囲気中で、板の温
度500℃の条件で60秒間加熱処理を施し、アルミニウム
積層鋼板を得た。

実施例７厚み0.3mmで、軟化焼鈍処理を行っていない鋼板を通
常の脱脂，酸洗後、クロム酸ナトリウムを15g/，モリ
ブデン酸ナトリウムを5g/それぞれ含んだアルカリ性
溶液中で、温度60℃、電流密度400A/m²の条件で、鋼板
を陰極として20秒間処理した後、窒素雰囲気中で、板の
温度400℃の条件で10秒間加熱処理した。次いで、当鋼
板と厚み100μｍのアルミニウム合金箔（JIS−3004）を
重ね、２％の圧下率で全体を圧延後、空気中で板の温度
600℃の条件で60秒間加熱処理を施し、アルミニウム積
層鋼板を得た。

得られたアルミニウム積層鋼板は、アルミニウム表面
にカッターで1mm平方の碁盤目を地鉄部に達するまでつ
けた後、エリクセン試験機でアルミニウム側を6mmある
いは8mm張り出し、セロハンテープで強制的に剥離し、
加工密着性を試験した。

その結果、実施例１〜７の本発明によるアルミニウム
積層鋼板において、アルミニウムあるいはアルミニウム
合金の箔の鋼板からの剥離は認められなかった。

［発明の効果］本発明によるアルミニウム積層鋼板の製造法により、
アルミニウムあるいはアルミニウム合金の箔と鋼板とが
低い圧延率で均一に接合し、また拡散処理が軟化焼鈍を
兼ねることができ、密着性，加工性および加工密着性に
優れたアルミニウム積層鋼板が経済的に得られた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−128180（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−102840（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−40689（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−120258（ＪＰ，Ａ) 実公昭34−5408（ＪＰ，Ｙ１) 実公昭37−70（ＪＰ，Ｙ１)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み５〜200μｍのアルミニウムあるいは
アルミニウム合金の箔を鋼板に積層する方法において、
鋼板をケイ酸イオン，オルトケイ酸イオン，リン酸イオ
ン，リン酸１水素イオン，リン酸２水素イオン，しゅう
酸イオン，モリブデン酸イオンまたはクロム酸イオンの
一種類以上を１〜20g/含んだ温度10〜90℃のアルカリ
性溶液中において、鋼板を陰極として電流を500〜10000
クーロン/m²通電した後、アルミニウムあるいはアルミ
ニウム合金の箔を積層し、圧下率１〜15％で圧着し、次
いで、400℃からアルミニウムあるいはアルミニウム合
金の融点未満の温度で、加熱時間１〜600秒の熱処理を
することを特徴とするアルミニウム積層鋼板の製造法。
【請求項２】厚み５〜200μｍのアルミニウムあるいは
アルミニウム合金の箔を鋼板に積層する方法において、
鋼板をケイ酸イオン，オルトケイ酸イオン，リン酸イオ
ン，リン酸１水素イオン，リン酸２水素イオン，しゅう
酸イオン，モリブデン酸イオンまたはクロム酸イオンの
一種類以上を１〜20g/含んだ温度10〜90℃のアルカリ
性溶液中において、鋼板を陰極として電流を500〜10000
クーロン/m²通電した後、中性あるいは還元雰囲気中
で、加熱温度200〜800℃，加熱時間１〜600秒の熱処理
を行い、次いで、該処理鋼板にアルミニウムあるいはア
ルミニウム合金の箔を積層し、圧下率１〜15％で圧着し
た後400℃からアルミニウムあるいはアルミニウム合金
の融点未満の温度で、加熱時間１〜600秒の熱処理をす
ることを特徴とするアルミニウム積層鋼板の製造法。