JP3081791B2

JP3081791B2 - クラッド鋼の製造方法

Info

Publication number: JP3081791B2
Application number: JP08171871A
Authority: JP
Inventors: 均五味; 玄三郎佐々木; 博福川
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 2000-08-28
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: JPH09327778A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素鋼や低合金鋼
に合わせ材を接合して２つの材料の特性を持ち合わせた
クラッド鋼を製造するクラッド鋼の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】各種目的に対応させるために炭素鋼や低
合金鋼の母材に所定の特性（例えば、耐食性等）を有す
る合わせ材を接合したクラッド鋼が実用化されている。
このクラッド鋼の製造方法としては爆接法、圧延法等の
方法が知られており、このうち爆接法は、爆薬の爆発力
を利用して合わせ材を母材に接着するものであり、加工
性の悪い材料でも容易に接合できる方法として知られて
いる。ただし爆接法は面積の大きな材料の接合には不向
きである。これに対し、圧延法は、重ね合わせた母材と
合わせ材とを所定の温度に加熱し、これを圧延して両者
を金属接合するものであり、大面積材でも良好に接合す
ることができる。

【０００３】しかし、上記圧延法では、極厚板材になる
と十分な圧下量を与えることが困難であることや、母材
と合わせ材との変形抵抗差が大きい場合（たとえば、合
せ材が銅および銅合金など母材に比べ変形抵抗の小さい
場合）、変形が不均一になることから、母材と合わせ材
とを重ねた重ね合わせ体の２組を、合わせ材同士が対面
するようにさらに重ねたサンドイッチ方式や、図３に示
すように、母材１０と重ねた合わせ材１１の表面側に母
材と同等の変形抵抗を有し、かつ母材と同程度の厚さを
有する犠牲材１２を重ねる犠牲材方式が採用されてい
る。なお、これらの方式では、例えば図３に示すよう
に、合わせ材１１を挟んでいる母材１０および犠牲材１
２の周囲に接合板１３を配置して、該接合板１３と母材
１１および犠牲材１２とをそれぞれシール溶接した後、
圧延に供しており、圧延後に上記犠牲材１２を剥離させ
ることにより所望のクラッド鋼を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したクラ
ッド鋼の製造方法（熱間圧延法）では、圧延中に異常変
形が発生し、非接合、寸法不良等が発生し易いという問
題があった。従来、上記不具合は、母材と合わせ材との
変形抵抗差に起因していると考えられていたが、本発明
者らは上記問題の発生原因について種々検討したとこ
ろ、新たに以下のことが判明した。すなわち、銅および
銅合金を合せ材とするクラッド鋼の製造方法では、通
常、圧延前の加熱を合わせ材に合わせて低温（７３０℃
〜９７０℃）で行うので炭素鋼や低合金鋼の変形抵抗が
大きくなって強圧下が難しく、しかも、サンドイッチ方
式や犠牲材方法の採用により接合面が圧下表面から離れ
ることになり、初期の段階では圧下力が接合面に十分に
伝わらないため、複数パスの圧下を経るまで母材と合わ
せ材とが十分に圧着されない状態にあり、この間に上記
不具合が発生するというものである。

【０００５】そこで、本発明者らは、犠牲材の厚さを所
定以下に薄くすることによって圧下表面と接合面とを近
づけ、よって上記不具合の発生を防止できるという新規
な結論を得るに至ったものである。なお、母材と合わせ
材との変形抵抗差が大きい場合には、犠牲材を薄くする
ことにより変形が不均一になりやすいという問題がある
が、この場合には、１パス当たりの圧下量を小さくした
り、犠牲材に母材よりも変形抵抗が大きいものを使用す
ることにより容易に問題を回避することができる。

【０００６】すなわち、本発明は、クラッド鋼の製造法
の一つである熱間圧延法の改良に関わるものであり、犠
牲材の厚さを規定することによって、母材と合わせ材と
を良好に接合することができるクラッド鋼の製造方法を
提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のクラッド鋼の製造方法のうち第１の発明は、熱
間圧延によって炭素鋼または低合金鋼からなる母材に合
わせ材を圧着するクラッド鋼の製造方法において、母材
と重ねた合わせ材の表面側に、母材の１／４以下の厚さ
の犠牲材を重ね、これらを１パス当たり２％以上の圧下
率で総圧延比が１．５以上となるように熱間圧延して母
材に合わせ材を圧着することを特徴とする。

【０００８】また、第２の発明は、合わせ材が母材より
変形抵抗の小さい材料からなり、該合わせ材を母材と犠
牲材との間に置いて重ね合わせる際に、合わせ材の周囲
であって母材と犠牲材との間隙に、合わせ材よりも変形
抵抗が大きく、母材と同等または母材よりも変形抵抗が
小さい間隙材を装入して、熱間圧延することを特徴とす
る。

【０００９】本発明で母材となる材料のうち炭素鋼は、
鉄と炭素とを主成分とし、通常、炭素量が２％以下のも
のをいう。なお、不純物として、その他にＳｉ、Ｍｎ、
Ｐ、Ｓ等の含有が許容される。また、母材となる他の材
料の低合金鋼は、所定の目的で１種以上の合金元素を１
０％以下で含有するものであり、通常は、数％以下で合
金元素を含有する。低合金鋼の例を示すと、２％以下の
Ｍｎ、４％以下のＮｉ、２％以下のＣｒ、０．６％以下
のＭｏ、０．２％以下のＶを１種以上含有するものが挙
げられる。なお、上記した低合金鋼の例は、あくまで例
示であるので、各成分の種別や含有量が上記のものに限
定されるものではない。

【００１０】また、本発明で合わせ材として用いられる
材料にもその目的に応じて各種材料が使用される。例え
ば、銅や銅合金等が挙げられる。なお、具体的には、上
記銅として無酸素銅、銅合金としてはネーバル黄銅、Ａ
ＢＰ（アルミニウム青銅の略）、キュプロニッケル（商
標）等が例示される。

【００１１】次に、犠牲材には、通常は母材と同等の変
形抵抗を有する材料が使用され、母材と同材質のものを
使用することもできる。ただし、合わせ材の変形抵抗が
母材よりも小さく、かつその差が大きい場合には、圧下
率で調整する他に、犠牲材に母材よりも変形抵抗の大き
な材料を使用するのが望ましい。この変形抵抗を絶対的
な数値で正確に表現することは容易ではないが、近似的
に引張り強さの大きさで比較することができる。上記し
たように母材と合わせ材との変形抵抗差が大きい場合と
しては、引張り強さの比（合わせ材／母材）が０．８以
下となるものが例示され、望ましい犠牲材としては引張
り強さの比（犠牲材／母材）が１．２以上となるものが
例示される。このような犠牲材としては、母材が炭素鋼
である場合に、例えば、クロムモリブデン鋼等が例示さ
れる。

【００１２】なお、犠牲材の板厚を母材厚さの１／４以
下とした理由は、接合面を圧下表面に近づけて早期に母
材と合わせ材とを圧着させ、これにより圧延中の異常変
形等を防止するためである。また、不均一変形の発生を
防止するために圧下量を小さくしても接合面が近いの
で、良好な接合が可能になる。一方、犠牲材の厚さが母
材厚さの１／４を越えると、上記作用が十分に得られ
ず、接合不良が生じる。なお、圧延中の溶接部破断防止
等の理由から溶接部の脚長を確保するため、犠牲材の厚
さは２０ｍｍ以上とするのが望ましい。

【００１３】なお、上記母材、合わせ材、犠牲材を重ね
合わせる際には、合わせ材を母材および犠牲材よりも
幅、長さともに小さい寸法にしておき、合わせ材を挟む
母材と犠牲材の間に、合わせ材の周囲を囲むように間隙
材を配置するのが望ましい。この間隙材は、上下の母材
および犠牲材との間でできるだけ隙間がないように配置
するのが望ましく、密着させるのが一層望ましい。ま
た、合わせ材との間では、合わせ材の変形と干渉しない
ようにある程度のスペースを確保しておく。また、この
間隙材には、母材と同等の変形抵抗を有する材料を使用
できるが、当然に母材と同材質のものを使用することも
できる。

【００１４】上記のようにして重ね合わせた重ね合わせ
体は、１パス当たりの圧下率を２％以上とし、総圧延比
が１．５以上となるように圧延する。上記圧下率は、圧
延の際に変形が不均一になるのを避けるため、従来より
も小さくするのが望ましく、１０％未満の圧下率にする
ことにより不均一な変形を確実に防止できる。ただし、
上述したように、犠牲材に母材よりも変形抵抗の大きな
材料を使用すれば、圧下率を従来どおりにしても不均一
な変形は避けられる。したがって、本発明としては、圧
下率が上記１０％未満に限定されるものではない。

【００１５】なお、１パス当たりの圧下率を２％以上、
総圧延比を１．５以上とした理由は、これら数値未満で
は非接合が発生しやすいためである。特に、２％未満の
圧下率では圧延パス回数が増えて仕上り温度が低くなる
ため合わせ材に耳割れが生じやすくなる。ところで、従
来のサンドイッチ方式および犠牲材方式では、非接合を
避けるために１パス当たりの圧下率は１０％以上が必要
であるとされているが、本発明では、上述したように接
合面と圧下表面とが近くなり、圧下力が効率的に伝達さ
れるため、１パス当たりの圧下率を小さくすることがで
きる。

【００１６】すなわち、本発明によれば、犠牲材の厚さ
を薄くすることにより圧下表面と接合面との距離が大幅
に小さくなり、圧下力が接合面に効率的に伝達される。
これにより母材と合わせ材とは、圧延の初期に早期に圧
着され、異常変形等の発生が阻止される。なお、１パス
当たりの圧下率を１０％未満にするか、犠牲材に母材よ
りも変形抵抗の大きな材料を使用すれば、母材と合わせ
材との不均一変形が避けられ、そりの発生等が防止さ
れ、特に母材と合わせ材の変形抵抗差が大きい場合に有
効に作用する。なお、これらの手段（圧下率の調整、犠
牲材の材質選定）は、単独で採用することも可能である
が、両者を共に採用すれば、上記作用は一層顕著にな
る。

【００１７】また、母材と犠牲材との間に、合わせ材の
周囲を囲むように、母材と同等の間隙材を配置すれば、
間隙材の保温効果により合わせ材の耳割れ等の発生が防
止される。また、合わせ材の変形抵抗が母材に比べて小
さい場合に、合わせ材が優先的に圧下されて板厚の制御
が困難になることがあるが、上記間隙材によれば、合わ
せ材の優先的な変形を防止して、母材と合わせ材とを似
通った挙動で変形させることができ、よって板厚の制御
を容易にする。

【００１８】

【発明の実施の形態】常法により製造された炭素鋼また
は低合金鋼からなる母材１と、銅または銅合金からなる
合わせ材２と、低合金鋼からなる犠牲板３とを用意す
る。図１の方式では、母材１と犠牲材３とを同幅、同長
さとし、合わせ材２をこれらよりも幅、長さとも小さく
した。一方、図２の方式では、母材、犠牲材、合わせ材
の順に幅及び長さを小さくした。上記合わせ材２を母材
１および犠牲材３で挟むように重ね合わせ、母材１と犠
牲材３との間に、合わせ材２の周囲を囲むように母材１
と同材質の間隙材４を配置する。なお、図１の方式で
は、間隙材４は、母材１よりも幅および長さ方向に突出
しており、図２の方式では、間隙材４は、犠牲材３より
も幅、長さ方向に突出するものの母材１の幅および長さ
内に収まっている。

【００１９】上記重ね合わせ材は、それぞれを溶接する
ため、図１の方式では、重ね合わせ材を反転して、間隙
材と母材との隅肉、間隙材と犠牲材との隅肉部をシール
溶接する。一方、図２の方式では、組合せ材の反転が不
要であり、母材と間隙材との隅肉および間隙材と犠牲材
との隅肉をシール溶接する。この方式は、材料の歩留り
がやや悪いものの溶接時の反転が不要で作業効率がよ
く、また溶接強度も強いという利点を有している。上記
組合せ材を合わせ材に合わせて７３０〜９７０℃に加熱
し、１パス当たり２％以上の圧下率で、総圧延比１．５
以上となるように圧延する。得られたクラッド鋼は、合
わせ材が良好に母材に圧着されており、その後、犠牲材
を剥離させることにより所望のクラッド鋼が得られる。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、本実施
例に使用する各材料の種別、寸法（いずれもｍｍ単位）
は以下の通りである。母材ＪＩＳＳＳ４００炭素鋼２５０厚×１６００幅×２１００長合わせ材（１）９０／１０キュプロニッケル合金（ＪＩＳＣ７０６０Ｐ）１５厚×１５００幅×２０００長（２）ネーバル黄銅（ＪＩＳＣ４６２１Ｐ）１５厚×１５００幅×２０００長犠牲板（１）クロムモリブデン鋼（ＪＩＳＳＣＭＶ３）６０厚×１５５０幅×２０５０長（２）同上１２０厚×１５５０幅×２０５０長２５０厚×１５５０幅×２０５０長間隙材ＪＩＳＳＳ４００炭素鋼（幅方向用）１５厚× ３０幅×１５００長（長さ方向用）１５厚× ３０幅×２０００長

【００２１】上記材料について、表１に示す組合せで重
ね合わせ、発明法および比較法では、図２に示すように
間隙材を介して母材、合わせ材、犠牲材を溶接接合し、
従来法では、図３に示すように間隙材を使用せず、合わ
せ材と犠牲材とを接合板を介して溶接接合する。その
後、各重ね合わせ体に、表１に示す加熱温度、圧下率及
び総圧延比で複数パスの圧延を行った。なお、クラッド
鋼における目標板厚比は合わせ材で板厚の５．７％、母
材で板厚の９４．３％とする。得られたクラッド鋼は、
その後犠牲材を除去し、接合部の接合状態を超音波試験
により評価した。また、合わせ材の割れの発生を目視に
より確認し、さらに合わせ材の板厚を測定し目標板厚と
のずれ量が２％以内のものを良好、それ以上のものを不
良と判定した。これらの結果は、表２に示す。

【００２２】表２から明らかなように、本発明法によれ
ば、母材と合わせ材とが良好に接合されており、合わせ
材の割れの発生もなく、板厚比率も所望の範囲に収まっ
ている。一方、従来法や本発明法の条件範囲を外れる比
較法では、母材と合わせ材との接合に不具合があり、ま
た、合わせ材に割れが発生したり、板厚精度の良くない
ものもあり、良好なクラッド鋼が得られなかった。ま
た、間隙材の使用が、合わせ材の割れ防止、板厚精度の
向上に効果があることも明らかである。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のクラッド
鋼の製造方法によれば、母材と重ねた合わせ材の表面側
に、母材の１／４以下の厚さの犠牲材を重ね、これらを
１パス当たり２％以上の圧下率で総圧延比が１．５以上
となるように熱間圧延して母材に合わせ材を圧着するの
で、比較的小さな圧下力でも早期に合わせ材を母材に圧
着することができ、合わせ材を良好に母材に接合するこ
とができる。

【００２６】また、合わせ材が母材より変形抵抗の小さ
い材料からなる場合に、合わせ材の周囲であって母材と
犠牲材との間隙に、合わせ材よりも変形抵抗が大きく、
母材と同等または母材よりも変形抵抗が小さい間隙材を
装入して、熱間圧延すれば、合わせ材の母材の変形に合
わせて徐々に変形し、合わせ材の板厚の精度が高いクラ
ッド鋼が得られる。また、間隙材による保温効果により
合わせ材が良好に変形し、割れの発生が確実に防止され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における材料の重ね合わ
せ状態を示す正面断面図である。

【図２】同じく材料の重ね合わせの変更例を示す正面
断面図である。

【図３】従来例における材料の重ね合わせ状態を示す
正面断面図である。

【符号の説明】

１母材２合わせ材３犠牲材４間隙材

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−56371（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−89588（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−89587（ＪＰ，Ａ) 特開平５−177363（ＪＰ，Ａ) 特開平５−8059（ＪＰ，Ａ) 特開平２−104481（ＪＰ，Ａ) 特開平４−182082（ＪＰ，Ａ) 特開平７−9168（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 20/00 - 20/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱間圧延によって炭素鋼または低合金鋼
からなる母材に合わせ材を圧着するクラッド鋼の製造方
法において、母材と重ねる合わせ材の表面側に、母材の
１／４以下の厚さの犠牲材を重ね、これらを１パス当た
り２％以上の圧下率で総圧延比が１．５以上となるよう
に熱間圧延して母材に合わせ材を圧着することを特徴と
するクラッド鋼の製造方法
【請求項２】合わせ材が母材より変形抵抗の小さい材
料からなり、該合わせ材を母材と犠牲材との間に置いて
重ね合わせる際に、母材と犠牲材との間隙に、合わせ材
の周囲を囲むように、合わせ材よりも変形抵抗が大き
く、母材と同等または母材よりも変形抵抗が小さい間隙
材を配置して、熱間圧延することを特徴とする請求項１
記載のクラッド鋼の製造方法