JP2658612B2 - 熱間圧延用複合スラブの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、接合性に優れた積層
複合金属材を安定して得ることのできる熱間圧延用複合
スラブの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】現在、２種以上の金属を接合し
て積層複合金属材を得るための代表的な方法として、各
素材金属の接合すべき面を清浄化して重ね合わせると共
に、更に重ね合わせ面の四周を溶接することで接合面を
封入して作成したところの、“図12又は図13に例示した
ような複合スラブ”を加熱・圧延して接合を行う「熱間
圧延法」を挙げることができる。そして、この方法は技
術的にも比較的簡単で大量生産に適していることから、
様々な種類の金属積層板を製造するための主流技術とな
ってきた。

【０００３】ただ、上記方法においては“圧延に供され
る複合スラブの状況”が圧延後の積層金属材の品質、特
にその接合部性能を左右する大きな要因となっている。
中でも、複合スラブの重ね合わせ面が接合完了まで健全
性（清浄性）を保持できる状態とされているか否かが接
合性に優れた積層金属（板）を得る上で極めて重要であ
る。

【０００４】このような意味合いからも、熱間圧延用複
合スラブの溶接組み立てに際し“電子ビ−ム溶接”を適
用することは非常に好ましいと言える。なぜなら、周知
の如く電子ビ−ム溶接は通常は真空室内で行なわれるの
で、重ね合わせ面の四周を電子ビ−ム溶接によって密封
溶接すれば接合すべき面は必然的に高真空に保たれ、そ
の後の加熱・圧延工程を通じて該接合すべき面の酸化が
抑えられる筈であり、接合性を高め得ると考えられるか
らである。

【０００５】ところが、電子ビ−ム溶接を適用した複合
スラブであっても次のような問題が指摘されることがあ
った。即ち、熱間圧延に供するために複合スラブを加熱
すると、その際の熱応力によって溶接部に破断が生じ接
合すべき面の気密性維持ができない場合があり、所望の
接合強度が得られないとの問題である。

【０００６】そこで、このような不都合を防止しようと
の観点から、複合スラブの重ね合わせ面四周の溶接部強
度を左右する溶込み深さｗ(mm)を 又は ｗ≧２０mm に調整しようとの提案がなされた（特公昭５５−６４９
８号）。

【０００７】しかしながら、実際作業においては上記手
立てを講じたとしても所望の接合強度を得られないこと
があり、その解決が熱間圧延法による積層複合金属材の
製造を安定化する上で欠かせない事項であると考えられ
た。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述のよう
な観点から、複合スラブの熱間圧延により得られる積層
複合金属材の性能向上とそれを安定化させる手段の確立
を目指し、まず熱応力による溶接部破断への対策を講じ
たとしても積層製品の接合強度に不安定を生じる原因を
追求したところ、「この問題は圧延時の変形応力による
溶接部の破断に起因したものであり、 接合部性能を安定
化させるには“複合スラブ加熱時の熱応力による溶接部
破断対策”に加えて“熱間圧延時の変形応力による溶接
部破断で気密性が破られることへの対策”が必要であ
る」ことが明らかとなった。

【０００９】そこで、その方策を求めて更に研究を重ね
た結果、次の知見が得られたのである。 a) 熱間圧延法によって所望性能の積層複合金属材を安
定製造するは、熱応力による溶接部破断への対策は勿論
重要であるが、これと共に熱間圧延の初期パス（圧延に
より接合が進展するまでの間）において生じる変形応力
に耐えるだけの溶接部強度（即ち“溶込み深さ”）を複
合スラブに確保しておくことが重要な要素となる。そし
て、そのためには熱間圧延による溶接部の塑性変形にて
発生する応力状態を的確に把握して溶接部強度を調整す
る必要がある。

【００１０】b) しかしながら、圧延プロセスにおいて
は複合スラブの溶接部は連続的に塑性変形を受け続ける
ので、圧延が進行中の状況下における所望溶接部強度を
唯一の手掛かりと考えられる“圧延前の溶接部形状に基
づく応力計算”のみから正確に予測することは極めて困
難であって、溶接部の健全性を必ずしも的確に把握でき
るとは言えない。

【００１１】c) ところが、熱間圧延による溶接部の塑
性変形による応力状態は圧延初期パスにおける接合進展
度合と密接な関係があり、接合が早く進めば圧延時の溶
接部破断の問題は軽減される。従って、例えば特公昭５
９−１１３９４号公報等で提案されている「複合スラブ
の接合面間にNi箔等の金属箔媒接材を挿入して圧延プロ
セスにおいて接合すべき面間の接合を促進する手法」を
活用すれば、圧延初期での素材の速やかな接合が促され
て圧延による溶接部の塑性変形が無理なく進行すること
となるので、溶接部にかかる剪断応力が小さくなり、溶
接部強度が次第に低下しても溶接部破断は効果的に防止
される結果となる。

【００１２】d) そのため、複合ビレット組み立て時に
おいて、“前記熱応力による溶接部破断への対策", "机
上計算に基づく熱間圧延時の溶接部の塑性変形応力によ
る溶接部破断への対策”に加え、“金属箔媒接材の挿入
による接合促進策”をも講じれば、加熱・圧延時を通じ
て複合スラブの健全性が的確に保持され、接合部特性の
優れた積層複合金属材が極めて安定に得られるようにな
る。

【００１３】本発明は、上記知見事項等を基に完成され
たものであり、「複数金属の清浄化した接合すべき面の
間に２０〜５００μｍの金属箔から成る媒接材を介在さ
せてこれらを重ね合わせると共に、 その接合すべき面の
四周を電子ビ−ム溶接して熱間圧延用複合スラブを組み
立てるに際し、 溶込み深さｗを

【数２】 で、 かつ 又は の条件を満たす範囲に維持しつつ電子ビ−ム溶接するこ
とにより、 熱間圧延法によって接合性に優れた積層複合
金属材を安定して製造できるようにした点」に大きな特
徴を有している。

【００１４】このように、本発明は、熱間圧延法による
積層複合金属材製造用の複合スラブにおいて、熱応力が
加わる加熱時における接合すべき面の健全性（気密性）
保持だけでなく“接合が完全に完了されるまでの圧延工
程”でも健全性が保持されるように図ったばかりか、実
際的には正確な予測が困難な圧延工程での健全性維持条
件を金属箔媒接材の挿入により緩和して余裕を持たせ、
これによって優れた接合部性能を有する積層複合金属材
を安定製造を可能ならしめたことを骨子とするものであ
るが、本発明法は例えば図１，図２或いは図３で示した
如き様々な形態の複合スラブを組み立てる際に適用する
ことができ、複合スラブ形態による格別な制限はない。

【００１４】次に、本発明において熱間圧延用複合スラ
ブの製造条件を前記式或いは数値によって限定した理由
を説明する。接合すべき面の四周を電子ビ−ム溶接して
封入した複合スラブの接合圧延は図４のように模式図化
されるが、この接合圧延中における複合スラブの応力状
態に影響を及ぼす因子としてスラブ総厚とクラッド比が
考えられる。中でも、合わせ面（溶接部）での剪断応力
τ₀ にはクラッド比（γ＝合材厚さ／総厚）が大きな影
響を与える因子となる。

【００１５】クラッド圧延時の合わせ面における応力状
態は図５に示す通りであって、常に の剪断応力が生じており、その値はクラッド比γに対し
て図６のようになる。

【００１６】いま、１パス当りの圧下量をΔｔとする
と、圧延時に生じる剪断力は

【数３】 で表され、複合スラブの四周溶接部の溶込み深さをｗ，
合材又は母材の幅をＷとすれば、溶接部の最小剪断力は Ｆ＝ｋ₁ ・ ｗ・Ｗ で表される。従って、上記両式より、溶接部が破断しな
い条件として

【数４】 が成立し、これを変形すると

【数５】 が導かれる。

【００１７】一方、加熱時の熱応力によって溶接部が破
断しないためには、スラブ長さL₀，合材厚さtaとして の条件を満たしていなければならない（これは前述した
特公昭５５−６４９８号公報所載の通りである）。

【００１８】これらの関係から、例えばスラブ幅Ｗ＝１
５００mm，スラブ長さL₀＝３０００mm，スラブ厚＝２０
０mm，圧延ロ−ル半径Ｒ＝５００mm，圧下量Δｔ＝１０
mmとの場合に加熱・圧延工程を通じて溶接部が破断せず
に良好な接合性が得られる溶接溶込み深さｗの領域を図
示すると、図７のようになる。

【００１９】しかしながら、圧延プロセスでは複合スラ
ブの溶接部は塑性変形を受け続けるため、圧延の進行す
るにつれて、前述した如く圧延前の溶接部形状に基づく
応力計算のみでは必ずしも溶接部の健全性は予測できな
い。本発明では、これを補うため、複合スラブの接合面
間にNi箔等の金属箔を媒接材として挿入する。図８は、
炭素鋼とステンレス鋼との間に媒接材としてNi箔を挿入
した場合の接合促進状況を示すグラフであるが、このよ
うに金属箔媒接材を挿入して圧延プロセス初期での接合
すべき面間の接合を促進すると圧延による溶接部の塑性
変形が円滑に進行するので溶接部に過大な剪断応力が生
ぜず、溶接部強度が低下してきても溶接部破断を回避で
きるようになる。従って、圧延前の溶接部形状に基づく
応力計算値が実際の状況から多少ずれるようなことがあ
ったとしても、溶接部の破断が効果的に防止される訳で
ある。

【００２０】なお、媒接材として使用する金属箔はNi箔
のみに限定されるものではなく、素材の種類その他の条
件に応じて公知のもの（例えば特公昭５９−１１３９４
号公報参照）等の中から適宜選択すれば良い。

【００２１】媒接材として使用する金属箔の厚さを２０
〜５００μｍと限定したのは次の理由による。即ち、金
属箔の厚さが２０μｍを下回ると箔製造の困難さからコ
スト高となって積層製品の価格に悪影響を及ぼす上、剛
性低下による使用時のハンドリングの困難さが問題とな
る。一方、その厚さが５００μｍを超えると電子ビ−ム
溶接時に合材と母材との間隙が大きくなって溶接が困難
となることに加え、厚くてもコスト高となって（一般に
はこのようなインサ−ト材はNi箔等の比較的高価な金属
が用いられる）工業的に不利となる。

【００２２】続いて、本発明の効果を実施例によって更
に具体的に説明する。

【実施例】異種金属から成る母材と合材を組み合わせ、
表１に示す条件で複合スラブを組み立てた後、これを熱
間圧延してステンレス鋼クラッド鋼板を製造した。この
ときの熱間圧延条件は、表２に示す通りであった。次い
で、このようにして得られたステンレス鋼クラッド鋼板
接合部性能を調査したが、その結果を表２に併せて示
す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】表１，表２に示される結果からも明らかな
ように、本発明で規定する条件に従って複合スラブを組
み立てた場合には、熱延法によって優れた接合部特性を
有するステンレス鋼クラッド鋼板を極めて安定に製造で
きるようになることが確認できる。

【００２６】なお、図９，図10及び図11は、それぞれ種
々条件のステンレス鋼クラッド鋼板製造用複合スラブに
ついて「溶接部が破断せずに良好な接合性が得られる電
子ビ−ム溶接溶込み深さｗの領域を調査した結果」を示
したものである。

【００２７】

【効果の総括】以上に示した如く、本発明によれば、接
合性の優れた積層複合金属材が安定して得られる熱間圧
延用複合スラブを安価に提供することができるなど、産
業上極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法に従って製造された複合スラブ例の模
式図である。

【図２】本発明法に従って製造された複合スラブの別例
を示す模式図である。

【図３】本発明法に従って製造された複合スラブの更に
別例を示す模式図である。

【図４】クラッド圧延の概念図である。

【図５】クラッド圧延中における応力状態の説明図であ
る。

【図６】クラッドγが圧延中応力状態に及ぼす影響を示
したグラフである。

【図７】熱間圧延用複合スラブに必要な電子ビ−ム溶接
の溶込み深さの１例を示したグラフである。

【図８】接合性に及ぼす媒接材（Ni箔）の影響を示した
グラフである。

【図９】種々条件のステンレス鋼クラッド鋼板製造用複
合スラブについて「溶接部が破断せずに良好な接合性が
得られる電子ビ−ム溶接溶込み深さｗの領域を調査した
結果」を示したグラフである。

【図10】種々条件のステンレス鋼クラッド鋼板製造用複
合スラブについて「溶接部が破断せずに良好な接合性が
得られる電子ビ−ム溶接溶込み深さｗの領域を調査した
別の結果」を示したグラフである。

【図11】種々条件のステンレス鋼クラッド鋼板製造用複
合スラブについて「溶接部が破断せずに良好な接合性が
得られる電子ビ−ム溶接溶込み深さｗの領域を調査した
更に別の結果」を示したグラフである。

【図12】従来法に従って製造された複合スラブ例の模式
図である。

【図13】従来法に従って製造された複合スラブの別例を
示す模式図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数金属の清浄化した接合すべき面の間
   に２０〜５００μｍの金属箔から成る媒接材を介在させ
   てこれらを重ね合わせると共に、その接合すべき面の四
   周を電子ビ−ム溶接して複合スラブを組み立てるに際
   し、溶込み深さｗを下記範囲に維持しつつ電子ビ−ム溶
   接することを特徴とする、電子ビ−ム溶接組み立てによ
   る熱間圧延用複合スラブの製造方法。記 【数１】 で、かつ 又は