JP3012053B2

JP3012053B2 - Ａｌクラッドステンレス鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3012053B2
Application number: JP3298009A
Authority: JP
Inventors: 好弘齋藤; 孝二郎越智; 和泰足立; 丈二宮本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 2000-02-21
Anticipated expiration: 2015-02-21
Also published as: JPH06254659A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クラッド比率を任意に
設定することができ、しかも界面接合力に優れたＡｌク
ラッドステンレス鋼板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属Ａｌ，Ａｌ合金等のアルミニウム系
材料は、軽量で耐食性及び熱伝導性に優れていることか
ら、厨房器具を始めとして広範な分野で使用されてい
る。また、低燃費化等の最近の傾向から、自動車用の軽
量化部材としての使用も注目されている。

【０００３】アルミニウム系材料は、機械的強度が低い
ことから、たとえば構造部材として使用する場合に厚肉
の鋳物等の形態で使用されている。厚肉化によって所定
の剛体強度をアルミニウム系材料にもたせることができ
るものの、本来の長所である軽量性が損なわれる。ま
た、厚肉材料は、鋳造によって製造されることから生産
性が低く、比較的コストの高いものとなっている。

【０００４】この欠点を補いアルミニウム系材料の長所
を活かすため、アルミニウム系材料を鋼板やステンレス
鋼板等の高強度材料と貼り合わせたクラッド材の開発が
進められている。なかでも、ステンレス鋼板は、耐食性
に優れ、アルミニウム系材料に対する貼合せ材料として
有望視されている。また、このようなクラッド材では、
クラッド層形成材料として安価なＡｌ圧延板を使用でき
る。

【０００５】普通鋼鋼板とアルミニウム系材料とを貼り
合わせたクラッド材は、これまで種々の方法で製造され
ている。しかし、同様なクラッド材製造方法をステンレ
ス鋼板とアルミニウム系材料との貼り合わせに適用して
も、通常の冷間圧延法では十分な接合強度をもったＡｌ
クラッドステンレス鋼板が得られない。これは、ステン
レス鋼板の表面に形成されている強固な不動態皮膜がク
ラッド層と下地鋼との接合を阻害することに原因があ
る。

【０００６】そこで、芯材であるステンレス鋼板及び皮
材であるＡｌ板の両者を、高周波誘導加熱しながら圧延
クラッドラインを通板させる温間圧延法が開発されてい
る。また、真空中でステンレス鋼板及びＡｌ板を圧延接
合することも検討されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ステンレス鋼板及びＡ
ｌ板は、圧延時に著しく異なる塑性抵抗を呈する。しか
も、ステンレス鋼表面の強固な不動態皮膜は、依然とし
てクラッド層と下地鋼との接合反応に悪影響を与える。
そのため、ステンレス鋼板及びＡｌ板を重ね合わせてク
ラッド圧延するとき、最適圧延率は、高リダクションで
且つ極めて狭い範囲となる。そのため、製品厚み及びク
ラッド比率に応じ、種々の板厚をもったＡｌ板を用意す
ることが必要になる。

【０００８】また、真空等の密閉雰囲気で圧延する方法
においては、使用する材料に対する前処理によって不動
態皮膜の悪影響を抑制することができる。しかし、作業
雰囲気が密閉状態であるため、各部にシール機構が必要
とされる等の設備上の問題が生じ、実操業上での解決策
にはならない。

【０００９】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、Ａｌクラッド層の厚みを任意に設
定することができ、接合強度，平滑性，表面性状等に優
れたＡｌクラッド層を有するＡｌクラッドステンレス鋼
板を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、そ
の目的を達成するため、Ａｌめっき層が形成されたステ
ンレス鋼板を一対の圧延ロールの間に送り込むと共に、
前記圧延ロールの間に形成される湯溜り部にＡｌ又はＡ
ｌ合金溶湯を連続的に供給し、前記圧延ロール間で前記
Ａｌ又はＡｌ合金溶湯を連続的に凝固させると同時に圧
延して前記ステンレス鋼板に一体化することを特徴とす
る。

【００１１】Ａｌめっき層は、溶融めっき，電気めっ
き，蒸着等により予めステンレス鋼板表面に形成され
る。なかでも、比較的厚いＡｌめっき層を簡単に形成で
きることから、溶融めっき法が有利である。溶融Ａｌめ
っきステンレス鋼板は、たとえば特開昭６４−２８３５
１号公報で紹介されている方法によって製造される。

【００１２】Ａｌ又はＡｌ合金溶湯の凝固，圧延接合に
際しては、圧延ロールに対するＡｌ又はＡｌ合金溶湯の
焼付きを防止するため、炭化水素を主成分とするガスの
不完全燃焼により発生した煤状カーボンを回転している
圧延ロールに連続的に付着させながら、前記圧延ロール
間でステンレス鋼板にＡｌクラッド層を形成することも
できる。

【００１３】

【作用】本発明においては、下地となるステンレス鋼
板に予めＡｌめっき層を形成している。Ａｌめっき層
は、ステンレス鋼板が大気と接することによって形成さ
れる不動態皮膜の発生を抑制し、また仮に不動態皮膜が
形成されたステンレス鋼板であってもその悪影響を抑え
る。しかも、Ａｌめっき層は、クラッド材と基本的に同
種の材料であることから、下地とクラッド層との間の接
合強度を改善する中間層として働く。その結果、得られ
たＡｌクラッドステンレス鋼は、Ａｌクラッド層が強固
に下地鋼に接合し、優れた界面接合力を呈する。

【００１４】また、Ａｌクラッド層は、いわゆるツイン
ロール法によって溶湯から形成されるものであるため、
ロールギャップを調節することによりクラッド材の厚み
を自由に設定することができる。そして、ロールギャッ
プを通過するとき、溶融状態から僅かに降温した塑性流
動性の高いＡｌ又はＡｌ合金が圧延ロールによって加圧
されるので、平滑で優れた表面性状を呈するクラッド層
となる。

【００１５】本発明のＡｌクラッドステンレス鋼板は、
たとえば図１に概略を示す構造をもった設備で製造され
る。

【００１６】水冷機構を内蔵した一対の圧延ロール１
０，２０を、回転軸を互いに平行にして配置し、両者の
間に湯溜り部３０を形成する。圧延ロール１０，２０
は、たとえば無段変速モータによって駆動される。圧延
ロール１０，２０の回転速度は、製造しようとするクラ
ッド材の厚みを初めとする種々の操業条件に応じて変わ
るものであるが、周速１〜１００ｍ／分の範囲で設定さ
れる。

【００１７】圧延ロール１０，２０の軸長方向両端部に
は、カラー１１，２１が設けられている。下位側の圧延
ロール１０に形成したカラー１１よりも中央側が圧延部
１２となり、上位側の圧延ロール２０に形成したカラー
２１よりも中央側がカラーホール２２となる。カラー１
１，２１は、圧延による板の幅方向広がり力を受けて製
品板幅を規制すると共に、ロールバイト１４への材料の
引き込みを促進させる。また、下位側の圧延ロール１０
に設けたカラー１１により、閉鎖孔型の湯溜り部３０が
形成される。

【００１８】図示の例では、圧延ロール１０，２０の回
転軸１３，２３を結ぶ直線の水平方向に対する傾斜角度
αが４５度に設定されている。しかし、傾斜角度αは、
これに拘束されることなく、０〜１８０度の範囲で自由
に選ぶことができる。なお。傾斜角度αに応じて、湯溜
り部３０への溶湯供給方法を適宜変更する。

【００１９】湯溜り部３０のロール軸長方向両端部は、
サイド堰ユニット３１で仕切られている。サイド堰ユニ
ット３１は、内側が断熱材でライニングされた二枚のス
テンレス鋼製サイド堰を結合し、サイド堰を圧延ロール
１０，２０のカラー１１，２１に載せている。

【００２０】湯溜り部３０には、サイド堰ユニット３１
の斜め上方に配置された保持炉３２から樋３３を経てＡ
ｌ又はＡｌ合金の溶湯３４が連続的に供給される。保持
炉３２は、溶湯３４を高温に保持するためのルツボ３５
を収容している。ルツボ３５の底壁には流出孔３６が穿
設されており、流量調整用のストッパー３７が流出孔３
６に対し昇降自在に設けられている。なお、ストッパー
３７に代え、スライディングノズルを使用することも可
能である。

【００２１】ストッパー３７の高さ方向位置に応じて流
量調整された溶湯３４は、一定流量の下降流３８となっ
て樋３３に流下する。樋３３に供給された溶湯３４をロ
ール軸長方向に関し均一な流量分布の流れとして湯溜り
部３０に送り込むため、幅方向に均等に分配するため複
数のＶ型溝を樋３３に形成することが好ましい。

【００２２】他方、アルミニウム系材料とクラッドされ
るステンレス鋼板４０としては、予めＡｌめっき層が片
面或いは両面に形成されたものを使用する。実用的な観
点からは、板厚０．３〜１．０ｍｍ及び板幅１．５ｍ以
下のステンレス鋼板が好ましい。ステンレス鋼板４０
は、Ａｌめっき層形成側の表面が溶湯３４に接するよう
に、圧延ロール２０の周面に沿って湯溜り部３０に送り
込まれる。このとき、ステンレス鋼板４０を所定の張力
付与状態で供給するため、入側にガイド４１を設けてい
る。

【００２３】湯溜り部３０に供給された溶湯３４は、ロ
ール軸長方向に関して断熱材を介してサイド堰ユニット
３１のサイド堰に接触している。そのため、湯溜り部３
０からロール軸長方向両側に溶湯３４が漏出することが
なく、またサイド堰によって冷却されることもない。し
たがって、湯溜り部３０の溶湯３４は、直接接触する圧
延ロール１０及びステンレス鋼板４０を介して間接的に
接触する圧延ロール２０により抜熱され、ステンレス鋼
板４０の表面上で冷却・凝固する。このとき、ステンレ
ス鋼板４０の表面にＡｌめっき層が予め形成されている
ので、ステンレス鋼板４０に対する溶湯３４の馴染みが
よく、ステンレス鋼板４０の全面に溶湯３４が均一に拡
がる。

【００２４】溶湯３４の凝固と同時に、圧延ロール１
０，２０間で圧延が行われる。したがって、下地鋼５１
の上に形成されるクラッド層５２は、平滑で優れた表面
性状をもつものとなる。また、圧延ロール１０，２０間
のロールギャップを調整することによって、クラッド層
５２の厚みを任意に変えることができる。具体的には、
０．４〜４．０ｍｍの範囲でロールギャップを設定する
ことが好ましい。しかも、形成されたクラッド層５２が
Ａｌめっき層を介して下地鋼５１に接合しているので、
ステンレス鋼表面に形成されがちな不動態皮膜の影響を
受けることなく、接合強度に優れたクラッド層５２を有
するクラッド材５０が得られる。

【００２５】クラッド層５２の厚みは、特に制約される
ものではないが、実用上から０．１〜３．０ｍｍの範囲
で設定することが好ましい。クラッド層５２の厚みが
０．１ｍｍ未満になると、ロールギャップの調整が難し
く、操業安定性を低下させる。他方、厚みが３．０ｍｍ
を超えるクラッド層５２では、クラッド層５２自体で強
度が確保され、補強材として働くステンレス鋼板４０と
貼り合わせる利点が薄くなる。

【００２６】ツインロール法の適用材料としてＡｌ又は
Ａｌ合金を使用するとき、ロール表面に対するＡｌ又は
Ａｌ合金の焼付きが生じる場合がある。この焼付きを防
止する手段として、本発明においては、圧延ロール１
０，２０の表面に煤状カーボンを付着させる手段を採用
している。すなわち、圧延ロール１０，２０の下方に配
置したバーナ１５，２５で炭化水素を主成分とするガス
を不完全燃焼させ、発生した煤状カーボンを回転してい
る圧延ロール１０，２０の周面に連続的に付着させる。
煤状カーボンは、焼付きを防止すると共に一種の離型剤
として働き、圧延ロール１０，２０の周面からクラッド
材５０が離れることを容易にすると共に、製造されたク
ラッド材５０の表面性状を改善する。

【００２７】圧延ロール１０，２０の周面に対する煤状
カーボンの付着を均一にするため、圧延ロール１０，２
０とバーナ１５，２５との間に遮蔽板１６，２６が設け
られている。遮蔽板１６，２６には、圧延ロール１０，
２０の特定された周面にバーナ１５，２５からのフレー
ムが照射されるように、シャッター付きのスリット１
７，２７が形成されている。遮蔽板１６，２６は、圧延
中以外に煤状カーボンが圧延ロール１０，２０の周面に
付着することを防止する作用も呈する。そして、圧延が
始まると同時にシャッターを移動させてスリット１７，
２７を解放し、煤状カーボンを圧延ロール１０，２０の
周面に均一な薄膜として付着させる。なお、Ａｌ又はＡ
ｌ合金の焼付きは、溶湯３４が直接接触する側の圧延ロ
ール１０の周面に発生し易いことから、他方のバーナ２
５を省略することが可能である。

【００２８】圧延ロール１０，２０の表面温度を一定に
維持するとき、溶湯３４の冷却・凝固及びステンレス鋼
板４０に対する接合反応が所期設定通りに進行する。具
体的には、圧延ロール１０，２０の表面温度を常温〜８
０℃の範囲に維持することが好ましい。

【００２９】圧延ロール１０，２０の表面温度を一定に
維持する手段として適宜の予熱・冷却装置が必要とされ
るが、本発明においては、圧延ロール１０，２０を中空
とし内部から水冷することによってロール周面の冷却を
行い、バーナ１５，２５でガスを完全燃焼させることに
よりロール周面を所定温度に予熱することができる。し
かし、予熱・冷却手段としては、これに拘束されるもの
ではなく、種々の予熱機構及び冷却機構が採用可能なこ
とは勿論である。

【００３０】ルツボ３５から樋３３に供給される溶湯３
４の流出温度は７２０〜８２０℃、樋３３から湯溜り部
３０に供給される溶湯３４の注湯温度は７００〜８００
℃にそれぞれ維持することが好ましい。すなわち、ロー
ルバイト１４における溶湯３４の温度を、Ａｌの融点よ
りも相当高い温度に設定する。これにより、湯溜り部３
０に供給された溶湯３４は、ステンレス鋼板４０に接触
して直ちに凝固することなく、ステンレス鋼板４０表面
のＡｌめっき層を溶解し、下地鋼５１に対する密着性が
優れたクラッド層５２となる。

【００３１】図示の例では、下地鋼５１の片面のみにク
ラッド層５２を形成したクラッド材５０を製造する場合
を示している。しかし、本発明は、下地鋼５１の両面に
クラッド層５２を形成したクラッド材に対しても適用さ
れる。この場合、両面がＡｌめっきされたステンレス鋼
板４０を、圧延ロール２０の周面から離した状態で湯溜
り部３０に供給する。そして、ステンレス鋼板４０の両
側から、Ａｌ又はＡｌ合金の溶湯３４を圧延ロール１
０，２０間の湯溜り部３０に供給する。これにより、ス
テンレス鋼板４０を芯材として両面にＡｌクラッド層が
形成された３層構造のクラッド材が得られる。

【００３２】

【実施例】

実施例１：下地鋼となるステンレス鋼板４０として、板
厚０．４ｍｍ及び板幅３９．４ｍｍのステンレス鋼板Ｓ
ＵＳ３０４の両面に片面当りの目付け量４０ｇ／ｍ²
（めっき厚み約１５μｍ）でＡｌめっき層を溶融めっき
法で予め形成したものを使用した。他方、このステンレ
ス鋼板にクラッドされるアルミニウム系材料としては、
純Ａｌ（ＪＩＳ１０５０）を使用した。

【００３３】圧延ロール１０，２０としては、直径２５
５ｍｍ，胴長２５０ｍｍ，肉厚５０ｍｍのＳＫＤ６１製
中空ロールを使用した。また、圧延部１２の幅を４０ｍ
ｍ，カラー１１の高さを４ｍｍ，カラーホール２２の深
さを８ｍｍにそれぞれ設定した。また、表面温度が５０
±５℃に維持されるように、圧延ロール１０，２０を予
熱した。そして、これら圧延ロール１０，２０をＡＣ１
５ｋＷのインバータ式無段変速モータにより駆動した。
なお、本実施例においては一回の圧延量が少量であるこ
とから、圧延ロール１０，２０の水冷は省略した。

【００３４】また、圧延ロール１０，２０の周面に煤状
カーボンを均一に付着させるため、燃焼ガス流量を一定
にした条件下で、ロール周速に応じて酸素流量を表１の
ように変化させる方式を採用した。なお、燃焼ガスとし
て、圧延ロール１０，２０の周面から１５ｃｍ離れた位
置に設定されたバーナー１５，２５から、流量０．６ｍ
³ ／時でブタンガスを供給した。

【００３５】

【表１】

【００３６】注湯温度及びロールギャップを７５０℃及
び１．４ｍｍにそれぞれ設定し、ロール周速を６〜１４
ｍ／分の範囲で種々変化させて圧延を行い、Ａｌクラッ
ドステンレス鋼板を製造した。圧延中はストッパー３７
によって湯溜り部３０の供給される溶湯３４の流量を調
節し、湯溜り部３０における湯面高さを約２０ｍｍに保
った。

【００３７】製造されたＡｌクラッドステンレス鋼板の
平坦度，表面性状及び界面接合力を調査した。界面接合
力は、Ａｌクラッドステンレス鋼板から切り出された試
験片を９０度曲げ・曲げ戻し試験に供し、クラッド層に
剥離が生じないものを良好と判定した。調査結果を、表
２に示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】表２から明らかなように、ロール周速を１
２ｍ／分に設定するとき、平坦度，表面性状及び界面接
合力の全てにおいて優れたＡｌクラッドステンレス鋼板
が製造された。ただし、ロール周速１２ｍ／分は、前述
した他の条件に適した値であり、溶湯温度，ロールギャ
ップ等の他の条件が変動するのに伴って当然に変わるも
のであり、一概に定めることはできない。なお、表２に
おけるクラックはステンレス鋼側にみられ、湯皺はＡｌ
クラッド層側にみられた。

【００４０】更に、アルミクラッドされたステンレス鋼
板から試験片を切り出し、その断面を観察したところ、
図２に示すように下地鋼５１とクラッド層５２との間に
僅かながらアルミめっき層に由来する中間層５３がみら
れた。この中間層５３がクラッド層５２に優れた親和性
を呈することから、平坦度，表面性状及び界面接合力の
全てに優れたクラッド層５２が形成されるものと推察さ
れる。これに対し、クラッド層５２が設けられない反対
側の表面では、予め形成したＡｌめっき層５４が実質的
な厚み変動無くほとんど当初のままで残っていた。

【００４１】実施例２：ステンレス鋼板４０として、板
厚０．５ｍｍ，板幅３９．４ｍｍのステンレス鋼板ＳＵ
Ｓ４３０を使用し、このステンレス鋼板に片面当り２
０ｇ／ｍ² （めっき厚み約７．５μｍ）の目付け量で溶
融Ａｌめっきを施した。このステンレス鋼板４０にクラ
ッドさせるアルミニウム系材料として、Ｍｇ含有アルミ
合金（ＪＩＳ５０５２）を使用した。また、圧延ロー
ル１０，２０としては、実施例１と同じものを使用し、
ロール周面を同様に５０±５℃に予熱した。

【００４２】注湯温度７５０℃に設定し、ロールギャッ
プを１．０〜３．０ｍｍの範囲で、またロール周速を２
〜２８ｍ／分の範囲で種々変化させて圧延を行い、アル
ミクラッドステンレス鋼板を製造した。また、圧延中は
ストッパー３７で溶湯３４の流量を調節し、湯溜り部３
０における湯面の高さを約２０ｍｍに保った。なお。圧
延ロール１０，２０に対する冷却の省略及び圧延ロール
１０，２０の駆動方式は実施例１と同様にした。

【００４３】また、圧延ロール１０，２０の周面に煤状
カーボンを均一に付着させる条件として、ロール周速に
応じて燃焼ガス及び酸素ガスの流量を表３に示すように
変化させた。なお、燃焼ガスとしてはブタンガスを使用
し、圧延ロール１０，２０とバーナー１５，２５との間
の距離は１５ｃｍに設定した。

【００４４】

【表３】

【００４５】製造されたアルミクラッドステンレス鋼板
の平坦度，表面性状及び界面接合力を実施例１と同様に
調査した。そして、平坦度，表面性状及び界面接合力の
全てにおいて良好なＡｌクラッドステンレス鋼板が得ら
れたロールギャップとロール周速との関係を、表４に示
した。なお、表４では、得られたアルミクラッドステン
レス鋼板のクラッド層厚と全板厚との関係を併せ示して
いる。

【００４６】

【表４】

【００４７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、ステンレス鋼板表面に形成したＡｌめっき層に接触
する状態でＡｌ又はＡｌ合金の溶湯を供給し、一対の冷
却ロールの間で溶湯を凝固させると同時に圧延すること
により、Ａｌクラッド層を形成している。このとき、Ａ
ｌ又はＡｌ合金は、ステンレス鋼板表面にあるＡｌめっ
き層を溶かし込みながら冷却・凝固する。そして、塑性
流動性が高い高温状態でステンレス鋼板表面に押しつけ
られながら圧延される。そのため、形成されたクラッド
層は、下地であるステンレス鋼板に対して良好な密着性
を呈すると共に、平滑化された優れた表面性状をもつこ
とになる。しかも、ロールギャップに応じてクラッド層
の厚みを任意に調節することができるため、従来のよう
に種々の板厚をもつアルミ板を用意する必要なく、需要
に応じたクラッド比率をもったＡｌクラッドステンレス
鋼板を製造することができる。製造されたＡｌクラッド
ステンレス鋼板は、下地及びクラッド層共に耐食性に優
れた材料であり、しかも下地による機械強度及びクラッ
ド層に起因する軽量性を活用し、厨房用器具，内装材，
外装材，各種自動車用部材等として広範な用途に適した
材料となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための設備構成の一例を示
す。

【図２】製造されたＡｌクラッドステンレス鋼の断面
を示す。

【符号の説明】

１０，２０圧延ロール１５，２５バーナ
３０湯溜り部３４Ａｌ又はＡｌ合金の溶湯４０ステンレス鋼板５０クラッド材（Ａｌクラッドステンレス鋼板）５１下地鋼（ステンレス鋼）５２クラッド層
５３中間層５４Ａｌめっき層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮本丈二大阪府枚方市香里ケ丘４−15−２香里合同宿舎13−572 (56)参考文献特開昭54−28225（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−27864（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−112648（ＪＰ，Ａ) 特開平３−234347（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−115666（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−1998（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−115651（ＪＰ，Ａ) 特開平３−128102（ＪＰ，Ａ) 実開平４−47845（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/00 B22D 11/06 330 B22D 19/00 B22D 19/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌめっき層が形成されたステンレス鋼
板を一対の圧延ロールの間に送り込むと共に、前記圧延
ロールの間に形成される湯溜り部にＡｌ又はＡｌ合金溶
湯を連続的に供給し、前記圧延ロール間で前記Ａｌ又は
Ａｌ合金溶湯を連続的に凝固させると同時に圧延して前
記ステンレス鋼板に一体化することを特徴とするＡｌク
ラッドステンレス鋼板の製造方法。
【請求項２】炭化水素を主成分とするガスの不完全燃
焼により発生した煤状カーボンを回転している圧延ロー
ルに連続的に付着させながら、前記圧延ロール間でステ
ンレス鋼板にＡｌクラッド層を一体化することを特徴と
する請求項１記載の製造方法。
【請求項３】溶融めっき，電気めっき，蒸着等によっ
てＡｌめっき層が予め形成されたステンレス鋼板を使用
する請求項１又は２記載の製造方法。