JP2868344B2 - 複合金属板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気装置の材料や軽量、
熱伝導性が良いことを生かした用途に適するアルミニウ
ムまたはＪＩＳ規格３００３などのアルミニウム合金の
板と低炭素鋼板などの普通鋼の鋼板との比較的薄い複合
金属板、すなわちクラッド板を製造する方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】複合金属板の製造技術は多様なものがあ
り、たとえば製造工程の初めの段階から複合化を行なう
ものとしては鋳込み圧延法と称し、一方の材料を鋳型の
中に吊しておき鋳ぐるみした鋳塊を作る方法がある。ま
た厚さ数百ミリメートルといったスラブの段階で素材を
重ね合わせ周辺を溶接して酸化を防止した上、加熱して
圧延して接合する熱間圧延法と一般に云われている方法
もある。

【０００３】上記いずれの方法も以降の圧延・焼鈍など
の工程があることが前提になっており、アルミニウムと
鉄のように焼鈍すべき温度が大きく異なる材料の複合化
に適用することは困難である。すなわちアルミニウムの
融点６６０℃に対し、鉄の一般的な焼鈍温度は７００℃
以上である。

【０００４】また広い範囲の材料の組合せに適用できる
ものとして、火薬が爆発するとき発生する高圧力を利用
する爆着法が知られており、リニアモーターカーのリア
クションプレートなどのアルミニウムと鉄のクラッド材
において実用されている。しかしこの実用例のような厚
板（たとえばアルミニウム５ｍｍ厚、鋼板１５ｍｍ厚）
ではそのまま最終製品とすることができても、薄板では
あとで圧延することを考えねばならず、やはり前述の鋳
込み圧延法等と同様な問題を生ずる。

【０００５】もっぱら薄板のクラッド材に適用される方
法として重ね圧延法といわれるものが知られている。こ
れは冷間または温間で素材の板を重ねて圧延機に送り込
んで圧下し、圧着するものでコイル状に連続的に作られ
るのが普通である。十分な接合が行なわれるためには１
パスでの圧下をできるだけ大きくすることが条件とさ
れ、非鉄金属同士の接合の場合には冷間で行なわれるこ
とが多いが、鋼板については加熱して温間で行なわれる
ことが多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の重ね圧延法にお
いても、その名の示すごとく接合の駆動力は圧延にあ
り、加熱する場合においても熱は補助的役割をするだけ
である。すなわち鋼板などの場合には変形抵抗が大きく
冷間では圧下力が著しく大きくなるので、ある程度加熱
して軟化させ圧下を容易にしようというものである。

【０００７】したがって接合された材料は加熱した場合
でも冷間圧延後と同様な結晶粒が伸びて硬化した組織に
なっており、絞り加工等の加工用の用途には軟化のため
焼鈍を行なわねばならない。

【０００８】しかしながらアルミニウムと普通鋼とでは
焼鈍に適した温度が全く異なっており、このような異質
の材料の複合金属板の場合に両方の材料の要求を満足す
るような焼鈍を行なうことは不可能である。このような
こともあってアルミニウムと普通鋼の薄板の複合材はほ
とんど実用化されていないのが現状である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題を解決
するものであって、少なくとも１のアルミニウムまたは
アルミニウム合金の板と少なくとも１の普通鋼の鋼板と
を重ねて接合し複合金属板を製造する方法において、前
記アルミニウムまたはアルミニウム合金の板を常温のま
ままたは常温から４５０℃以下に酸素濃度３％以下の雰
囲気中で加熱しつつ圧着ロール間に送り込むと共に、普
通鋼の鋼板の温度を６００から９１０℃に酸素濃度３％
以下の雰囲気中で加熱しつつ圧着ロール間に送り込み、
３０％以下の圧下率で圧着させることを特徴とする複合
金属板の製造方法である。

【００１０】また加熱手段として、圧着すべきアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金の板および普通鋼の鋼板の
うち少なくとも普通鋼の鋼板それぞれに１または２以上
の通電ロールを設け、前記通電ロール間に電流を流して
加熱を行なうことも特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、複合金属板の素材となる金
属板を加熱して重ね合わせて圧着ロール間に送り込み接
合する。この際の加熱温度としてアルミニウムまたはア
ルミニウム合金の板については常温のまままたは常温か
ら４５０℃以下に、普通鋼の鋼板については６００から
９１０℃好ましくはこの範囲でも７５０℃以上にまで加
熱する。本発明は高温による原子の拡散速度の上昇を接
合の主な駆動力としており、加熱温度は従来のいわゆる
重ね圧延法より高くなっている。上記温度未満では接合
強度が不十分となり、また上記温度を超えると結晶粒が
粗大化したり、鋼板においては組織変態により集合組織
が変わり材質上好ましくなく、また加熱時の強度も低下
し、製造作業も困難になる。

【００１２】また、このような高温での加熱をするため
酸化防止手段が必要であり、酸素濃度３％以下の雰囲
気、たとえば窒素ガス雰囲気中で加熱から圧着までの工
程を行なう。このため装置全体を保護雰囲気の室の中に
入れるなどの手段が必要になる。高い圧下率によって接
合面に新生面を生成させ接合を促進させる低温接合法で
は酸化自体が少ないため、酸化の防止はさして重要でな
かったが、本発明の方法では後述のように高温、低圧下
率の接合であり酸化の防止は重要である。雰囲気中酸素
量はできるだけ低いことが望ましいが、実用的限界は３
％であり、これを超えると板の酸化が著しくなる。

【００１３】一方、圧着ロールによる圧下率は従来の重
ね圧延法より低くなっており、圧下率すなわち素材の板
厚の合計に対する製品板厚との差の比率は３０％以下、
好ましくは２０％以下の範囲内とする。圧下率を３０％
以下とするのは圧下率が高くなると加工組織の形成によ
り材質が悪くなることが多いからである。本発明の方法
としては、加工組織の形成が少ない範囲での圧下に止め
るため２０％以下が好ましい。素材の加熱温度が十分高
ければ圧下率は５％以上あれば通常は圧着可能である。
従来アルミニウムの拡散接合等においては、表面の酸
化被膜を除去する目的でブラッシングすることがしばし
ば行なわれてきたが、本発明者等の実験では前記条件内
ではその必要性はなく良好な圧着ができた。

【００１４】上記のような本発明の工程は材質上特に好
ましい影響を与える。すなわち従来の重ね圧延法は圧着
における圧下率が高い一方、加熱しても再結晶温度以下
なので結晶粒は延伸した形になり、加工硬化状態にな
る。したがって曲げたり絞ったりの一般の加工用の用途
にするためには焼鈍して軟化させねばならないが、鋼を
軟化させるに十分な温度にすればアルミニウムについて
は融点を超えてしまう。ところが本発明の通電加熱法に
よれば素材に各板それぞれについて最適の温度に加熱し
接合したまま最終製品にできるからこのような問題がな
い。

【００１５】また鉄とアルミニウムのクラッド材におい
ては、接合界面に脆い合金層が生成して加工性を害する
ことが言われているが、本発明の複合金属板ではこのよ
うな問題はみられなかった。その理由は本発明の方法は
鉄とアルミニウムとが接触した後は圧着ロールによって
急激に冷やされ、高温に長時間保持されないことによる
ものと考えられる。

【００１６】本発明の方法を実施するための装置として
は加熱手段に関して種々のものが考えられるが、本発明
者等が先に開発した通電加熱による方法が特に適してい
る（特開平２−３０７６８７号）。これは複数の金属板
それぞれに１または２以上の通電ロールを設け、この通
電ロール間に電流を流しつつ複数の金属板が重なるよう
に圧着ロール間に連続的に送り込んで複合金属板を製造
する方法である。 すなわち図１に示すように素材の金
属板１には２個の通電ロール１１、１４、金属板２には
１つの通電ロール１２が設けられ、それぞれの通電ロー
ル間に電源２１、２３を接続して電流を流しつつ、素材
の金属板が重なるように圧着ロール４間に送り込むこと
により複合金属板５が製造される。

【００１７】電源は低周波の交流電源、直流電源等いず
れも使用できる。電源２１の電流は一方の通電ロール１
１から一方の素材の金属板１を通り、圧着ロール４の部
分を経て他方の素材の金属板２を通り他方の通電ロール
１２に至る。すなわち各素材の金属板１、２における電
流値は同一である。たとえば素材の金属板１が鋼板、２
がアルミニウム板であるとすると、アルミニウム板の方
が鋼板に比べて特に薄い場合でない限り、鋼板の方が電
気抵抗が高い。このため同じ電流値では鋼板の方がより
強く加熱される。必要温度は鋼板の方が高いので都合が
よいが、それでもなお鋼板の加熱が不足することが多い
ので、補助加熱用の通電ロール１４を設け、電源２３に
より電流を流して加熱を補助する。この加熱方法では素
材の金属板は絶えず昇温するので、本発明でいう加熱温
度は圧着ロール直前における温度ということになる。

【００１８】この加熱方法は電源として商用周波数のも
ので済むので高周波加熱などに比べて電気設備の費用が
著しく安いと共に温度調節が容易で、板幅方向の温度分
布の均一性も良く、本発明の方法に適用するのに好適で
ある。

【００１９】図２は中心を鋼板、表、裏面をアルミニウ
ム板として３枚重ねて複合金属板を製造する場合を示し
ているが、アルミニウム板２と鋼板１を通電ロール１
１、１２間で電源２１により加熱し、アルミニウム板３
と鋼板１を通電ロール１３、１２間で電源２２により通
電して加熱する。この場合２つの電源２１、２２の電流
の和が鋼板１に流れるよう電源２１、２２の位相を定め
る。さらに鋼板１の方を補助加熱するために補助加熱用
の通電ロール１６を設け、電源２５により電流を流すよ
うにしている。

【００２０】図３は中心をアルミニウム板、表、裏面を
鋼板として３枚重ねて複合金属板を製造する場合を示
す。この例ではアルミニウム板２は加熱しない場合を示
しており、表、裏の鋼板１と６を通電ロール１１、１３
間で電源２６により通電し、加熱する。さらに補助加熱
用の通電ロール１４、１５を設け電源２３、２４により
加熱しているが、この例では表、裏の鋼板１、６の厚さ
が同じなら必ずしも必要ではない。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）図１に示す装置により厚さ０．４ｍｍ、幅
２８０ｍｍのアルミニウム板と厚さ０．４ｍｍ、幅３０
０ｍｍの低炭素鋼板（ＪＩＳ規格ＳＰＣＥ相当）により
２層の複合金属板を製造した。すなわち図１において素
材の金属板２をアルミニウム板、１を低炭素鋼板として
製造を行なった。アルミニウム板の加熱温度は２００
℃、鋼板の加熱温度は８００℃で酸素濃度０．１％以下
の窒素雰囲気中で加熱から圧着まで行なった。圧着ロー
ルでの圧下率は１０％である。 製品の特性を調べたが
９０度の曲げ、曲げ戻し試験を行なっても剥離を生じな
かった。また冷間圧延を行なったが、この場合も剥離を
生じなかった。その他ピール強度試験、加工性を調べる
ためのエリクセン試験、深絞り（スウィフトカップ）試
験等を行なったが、表１に示すように良好な特性を示し
た。なおエリクセン試験、深絞り試験はアルミニウム板
の側が絞られた外面になるようにして試験した。

【００２２】

【表１】

【００２３】（実施例２）図３に示す装置により厚さ
０．４ｍｍ，幅３００ｍｍの低炭素鋼板を表、裏の表面
の金属板１、６とし、厚さ０．５ｍｍ、幅３００ｍｍの
アルミニウム板を中心の板２として３層の複合金属板を
製造した。鋼板の加熱温度は８００℃でアルミニウムは
常温のままである。加熱雰囲気、圧下率の条件は実施例
１と同じである。表１に示すように製品特性は良好であ
った。

【００２４】（比較例１）実施例２に用いたのと同じ素
材の金属板により、低炭素鋼板とアルミニウム板の３層
の複合金属板の製造工程を実施した。装置は実施例２と
同様に図３に示すものを用いたが、鋼板の加熱温度は５
５０℃でアルミニウム板は常温のまま、圧下率は実施例
２と同様の１０％とした（表１）。加熱中の雰囲気につ
いては実施例２と同様の窒素雰囲気である。結果は良好
な接合はせず、曲げによりすぐはがれた。

【００２５】（比較例２）素材、加熱温度等の条件は比
較例１と同様であるが、圧下率を３５％としたものであ
る。製品特性は表１に示すように接合はするものの再結
晶温度以下で加工を受けたため材料が硬化し、加工性は
不良であった。

【００２６】

【発明の効果】アルミニウムまたはアルミニウム合金と
普通鋼の鋼板との複合金属板を製造する場合、本発明の
方法によれば、素材の各金属板を十分に加熱した上で少
ない圧下率で圧着するので各素材の本来の特性を損なわ
ず複合化することができる。したがって深絞り加工など
種々の用途に適した複合金属板を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施する装置の例を示す概念図

【図２】本発明の方法を実施する装置の例を示す概念図

【図３】本発明の方法を実施する装置の例を示す概念図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｂ２３Ｋ 103:20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１のアルミニウムまたはアル
   ミニウム合金の板と少なくとも１の普通鋼の鋼板とを重
   ねて接合し複合金属板を製造する方法において、前記ア
   ルミニウムまたはアルミニウム合金の板を常温のままま
   たは常温から４５０℃以下に酸素濃度３％以下の雰囲気
   中で加熱しつつ圧着ロール間に送り込むと共に、普通鋼
   の鋼板の温度を６００から９１０℃に酸素濃度３％以下
   の雰囲気中で加熱しつつ圧着ロール間に送り込み、３０
   ％以下の圧下率で圧着させることを特徴とする複合金属
   板の製造方法。
2. 【請求項２】 圧着すべきアルミニウムまたはアルミニ
   ウム合金の板および普通鋼の鋼板のうち少なくとも普通
   鋼の鋼板それぞれに１または２以上の通電ロールを設
   け、前記通電ロール間に電流を流して加熱を行なうこと
   を特徴とする請求項１記載の複合金属板の製造方法。