JP2663811B2 - アルミニウムクラッド鋼板の製造方法 - Google Patents

アルミニウムクラッド鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、炭素鋼とアルミニウ
ム(アルミニウム合金を含む)との複合材たるアルミニ
ウムクラッド鋼板を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来技術とその課題】耐食性が良好で軽量な“アルミ
ニウム”と強度が高くて成形性に富むと共に価格の安い
“炭素鋼”の両特性を兼備したアルミニウム/炭素鋼ク
ラッド板は、最近では建材の他にリニアモ−タ−カ−の
リアクションプレ−ト用材料としても重要なものとな
り、更には自動車の軽量化対策の一環として使用が検討
されつつあるなど、その用途は益々拡大する傾向にあ
る。
【0003】ところで、このような炭素鋼とアルミニウ
ムとを複合化したアルミニウムクラッド鋼板は、工業的
には、加熱昇温したアルミニウム素材板を常温の炭素鋼
素材板と重ね合わせて接合圧延する“冷間圧延法”によ
り製造するのが一般的であった。
【0004】しかしながら、アルミニウム素材板のみを
加熱して常温の炭素鋼板と重ね合わせて圧着する前記方
法では、アルミニウム素材板の板厚が例えば 1.5mm以下
といったように薄かったりすると、炭素鋼素材板との重
ね合わせを圧延機の直前で実施したとしても両素材接触
面の温度低下が大きくなって十分な接合を達成できなく
なり、強いて接合しようとすると高い圧下率が必要とな
るため製品クラッド板の加工硬化が大きくなるといった
問題があった。このように、加工硬化したクラッド製品
は“深絞り”や“張り出し”等の成形加工を施そうとす
ると“割れ”や“破断”を起こしやすく、そのため成形
に適さないと言わざるを得なかった。
【0005】なお、加工硬化材に対しては“単一材”で
あれば軟化焼鈍を施して調整することが可能であるが、
アルミニウムクラッド鋼板の場合は、アルミニウムの融
点が低いので炭素鋼が軟化する温度にまで加熱するとア
ルミニウムの溶融が起き、従って軟化焼鈍の適用は困難
であった。特に、冷間圧延法による接合圧延では圧着に
必要な圧下率が非常に高く、そのため得られる製品の加
工硬化は一段と大きいので成形用素材としては不向きで
あった。
【0006】このようなことから、本発明が目的とした
のは、十分な接合強度を有し、しかも良好な成形性を示
すアルミニウムクラッド鋼板の低コストで安定した量産
手段を確立することであった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記目的を
達成すべく鋭意研究を重ねたところ、次のような知見を
得ることができた。 a) 量産性の点で秀でた圧延法によって接合強度が高く
て加工硬化の少ないアルミニウムクラッド鋼板を製造す
るには、接合圧延に際しての炭素鋼,アルミニウム両素
材の接合面温度をできるだけ高く保つことが重要であ
り、そのためにはアルミニウム素材板の温度だけではな
く炭素鋼素材板の温度も高くすることが必要である。
【0008】b) ただ、従来は、大気雰囲気中で炭素鋼
素材板を加熱すると表面(接合面)にスケ−ルが発生し
て接合強度の低下に結びつくことから炭素鋼素材板の加
熱は実際的でないと考えられていたが、加工硬化の減少
に結びつく“圧下率の低減”を可能にし、かつ十分な接
合強度が得られる温度にまで炭素鋼素材板を加熱した場
合でも、圧延されるまでの間に該炭素鋼素材板が特定の
温度以上の高温に保たれる時間を短く制限すれば大気中
であってもスケ−ルの成長は少なく、接合が阻害される
ことはない。
【0009】本発明は、上記知見事項等に基づいた更な
る検討の末に完成されたもので、「炭素鋼板とアルミニ
ウム(アルミニウム合金を含む)板とを重ね合わせて圧
延圧着しクラッド板を製造するに際して、 炭素鋼板を1
70〜250℃に加熱し、この鋼板と300〜500℃
に加熱されたアルミニウム板とを重ね合わせて炭素鋼板
の温度が170℃を下回らない温度状態で接合圧延を行
う一方で、 加熱され圧延されるまでの間の炭素鋼板が1
70℃以上の温度状態にある時間を2分以内に制限して
前記接合圧延を行うか、 或いは、 この接合圧延の後、 圧
着したクラッド板に加熱温度が250〜450℃で保持
時間が5分以上の熱処理を施すことにより、 接合強度が
高い上に成形性の良好なアルミニウムクラッド鋼板を安
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。
【0010】なお、図1は、本発明に係る“接合圧延ま
での炭素鋼素材板の温度推移例”を説明したグラフであ
る。
【0011】
【作用】さて、本発明法に従うと、接合圧延に先立って
炭素鋼素材板は170〜250℃に加熱されるが、該加
熱温度が170℃未満であると接合圧延時に170℃以
上の炭素鋼素材板温度を確保することができず、そのた
めアルミニウム素材板との接合面の温度が低くて接合に
必要な圧下率が非常に大きくなり、製品クラッド材の加
工硬化が著しくて所望の成形性を確保することができな
い。また、この加熱温度の上限を250℃と定めたの
は、これより高い温度では急速に表面が酸化してスケ−
ルが成長し、十分な接合強度が得られなくなるためであ
る。
【0012】そして、“加熱され圧延されるまでの間の
炭素鋼板素材が170℃以上の温度状態にある時間”を
2分以内に制限したのは、前記高温の状態が2分を超え
る長い時間に亘って保たれると表面の酸化が進み、接合
を阻害するようなスケ−ルに成長するからである。
【0013】一方、接合圧延に先立ってのアルミニウム
素材板の加熱温度は300〜500℃とされるが、その
加熱温度が300℃未満であるとやはり接合に必要な圧
下率が高くなって材料の加工硬化が大となり、製品の成
形性劣化を招くので避けるべきである。また、500℃
を超える温度にアルミニウム素材を加熱すると材料が柔
かくなり過ぎて取り扱いが困難になる上、接合性も悪化
することから、該加熱温度の上限は500℃に抑えなけ
ればならない。
【0014】なお、上記条件の接合圧延で得たアルミニ
ウムクラッド鋼板に対しては、その後250〜450℃
で5分以上の熱処理を施すのが好ましく、この熱処理に
よってアルミニウム/炭素鋼間の相互拡散が進んでより
高い接合強度を示すようになる。
【0015】この場合、加熱(熱処理)温度が250℃
未満であると相互拡散の進む速度が低くて熱処理に時間
がかかり過ぎ、一方、450℃を超える高温に加熱する
と相互拡散が進み過ぎて金属間化合物が形成され、逆に
接合強度を低下させることから、加熱温度は250〜4
50℃と定めたが、好ましくは300〜400℃に調整
するのが良い。
【0016】また、上記熱処理における加熱保持(熱処
理)時間は、5分未満であると十分な相互拡散がなされ
ないので所期の目的を達成できないことから5分以上と
する必要がある。ただ、90分を超える熱処理は作業能
率の悪化につながる上、相互拡散が進み過ぎて接合強度
の低下を招く恐れが出てくることから、前記加熱保持時
間は5〜90分とするのが好ましい。
【0017】続いて、本発明を実施例により更に具体的
に説明する。
【実施例】
〈実施例1〉まず、厚さが1.2 mm,幅が250mmの純ア
ルミニウムコイル(A1050相当材)と、厚さが0.3
mm,幅が230mmの炭素鋼コイル(SPCC相当材)と
を用意した。
【0018】次に、これらの素材を用い、図2に示す処
理ラインで接合圧延を行ってアルミニウムクラッド鋼板
の製造試験を実施した。即ち、図2において、炭素鋼板
1と純アルミニウム板2とが巻き戻され、研磨ブラシ3,
3 によるブラッシングにより接合面の粗面化及び活性化
がなされた後、純アルミニウム板2は誘導加熱コイル4
によって加熱され、一方炭素鋼板1は通電加熱ピンチロ
−ル5及び6間に通電することで加熱される。続いて、
加熱された炭素鋼板1と純アルミニウム板2は重ね合わ
せられ、圧延機7による接合圧延により圧着せしめられ
てアルミニウムクラッド鋼板8として巻き取られる。こ
の時の圧延条件は表1に示す通りであった。
【0019】
【表1】
【0020】表1に示される結果からも明らかなよう
に、本発明で規定される条件に従って接合圧延を行った
場合には、十分に優れた接合状態の成形性が良好なアル
ミニウムクラッド鋼板を得られるが、接合圧延条件が本
発明で規定される条件を満たしていない場合(比較例)
には得られるアルミニウムクラッド鋼板の性能が十分で
ないことが分かる。なお、上記比較例に係る“接合圧延
までの炭素鋼素材板の温度推移パタ−ン”を類別し、そ
れぞれ図3,図4及び図5に例示した。
【0021】〈実施例2〉実施例1で作成したアルミニ
ウムクラッド鋼板のうちの2種(表1中の試験番号5及
び14)につき、これを脱脂・洗浄した後、表2に示す条
件の熱処理を施した。そして、熱処理後、捩り試験を行
ってアルミニウムクラッド鋼板の接合性と成形性を調査
した。
【0022】なお、捩り試験は、図6に示したような
幅:5mm,長さ:150mmの試験片(板厚は圧延のまま)を採
取し、その両端20mmのつかみ部を図7に示す捩り試験
機のチャックで挟んで4回転捩り、次いで逆方向に8回
転捩り戻す手法によった。
【0023】ここで、捩り試験による接合性,成形性の
評価ポイントは次の通りである。接合性 接合が弱いと剥離を生じるので、剥離発生の有無により
接合性の評価を行える。即ち、接合が弱いほど少ない捩
り回転で剥離し、例え一方向の捩りに耐えても逆方向の
捩りで剥離しやすい。従って、捩り(4回)捩り戻し
(8回)に耐えれば接合性は十分に高く、かなりの加工
に耐えるとすることができる。成形性 捩り回数が増えれば材料の伸びも大きくなるので、加工
硬化が大きくて焼鈍が不十分な場合には捩りによって剥
離しなくても破断が生じる。従って、これにより成形性
の評価が行える。
【0024】従って、評価は「剥離・破断なし」が最も
良く、次が接合性は高いが成形性が若干劣る「破断」
で、接合性の低い「剥離」が最も悪いことになる。この
調査結果を、熱処理条件と共に表2に示す。
【0025】
【表2】
【0026】表2に示される結果からも明らかなよう
に、本発明法に従うと接合性,成形性に優れたアルミニ
ウムクラッド鋼板が得られるのに対して、熱処理条件が
本発明で規定する条件を満たしていない試験番号29,3
1,32及び33に係るクラッド鋼板では脆い金属間化合物F
e2Al5,Fe4Al13 が界面に生成するため、熱処理時に剥
離が生じた。
【0027】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、接合強度が高く、成形性に優れたアルミニウムクラ
ッド鋼板を安定して量産することが可能となるなど、産
業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る“接合圧延までの炭素鋼素材板の
温度推移例”を説明したグラフである。
【図2】実施例で採用したアルミニウムクラッド鋼板の
製造ラインに関する説明図である。
【図3】比較例に係る“接合圧延までの炭素鋼素材板の
温度推移パタ−ン”の例を説明したグラフである。
【図4】比較例に係る“接合圧延までの炭素鋼素材板の
温度推移パタ−ン”の別例を説明したグラフである。
【図5】比較例に係る“接合圧延までの炭素鋼素材板の
温度推移パタ−ン”の更に別例を説明したグラフであ
る。
【図6】捩り試験片の説明図である。
【図7】捩り試験機による捩り試験の説明図である。
【符号の説明】
1 炭素鋼板 2 アルミニウム板 3 研磨ブラシ 4 誘導加熱コイル 5 通電加熱ピンチロ−ル 6 通電加熱ピンチロ−ル 7 圧延機 8 アルミニウムクラッド鋼板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−329665(JP,A) 特開 平5−69161(JP,A) 特開 平3−271358(JP,A) 特開 平3−258471(JP,A) 特開 昭64−5683(JP,A) 特開 昭63−157774(JP,A) 特開 昭59−185588(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素鋼板とアルミニウム板とを重ね合わ
    せて圧延圧着しクラッド板を製造するに際して、炭素鋼
    板を170〜250℃に加熱し、この鋼板と300〜5
    00℃に加熱されたアルミニウム板とを重ね合わせて炭
    素鋼板の温度が170℃を下回らない温度状態で接合圧
    延を行う一方で、加熱され圧延されるまでの間の炭素鋼
    板が170℃以上の温度状態にある時間を2分以内に制
    限することを特徴とする、アルミニウムクラッド鋼板の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 炭素鋼板とアルミニウム板とを重ね合わ
    せて圧延圧着しクラッド板を製造するに際して、炭素鋼
    板を170〜250℃に加熱し、この鋼板と300〜5
    00℃に加熱されたアルミニウム板とを重ね合わせて炭
    素鋼板の温度が170℃を下回らない温度状態で接合圧
    延を行う一方で、加熱され圧延されるまでの間の炭素鋼
    板が170℃以上の温度状態にある時間を2分以内に制
    限して前記接合圧延を行った後、圧着したクラッド板に
    加熱温度が250〜450℃で保持時間が5分以上の熱
    処理を施すことを特徴とする、アルミニウムクラッド鋼
    板の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005021899A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Sumitomo Metal Ind Ltd 金属クラッド板およびその製造方法

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JP2005021899A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Sumitomo Metal Ind Ltd 金属クラッド板およびその製造方法

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