JP3168930B2 - 銅−ステンレス鋼クラッド板の製造方法 - Google Patents

銅−ステンレス鋼クラッド板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Cu ―ステンレス
鋼クラッド板の製造方法に関する。さらに詳しくは、自
動車用オイルクーラー材、容器材などに用いられるクラ
ッド板に関する。
【0002】
【従来の技術】Cu ―ステンレス鋼クラッド板は、たと
えば容器および電子材料として使用されるなど比較的需
要の多い複合材料であるが、高価なことが更なる普及を
妨げている。Cu ―ステンレス鋼クラッド板は、一般的
には、接合面を冷間でブラッシング処理した後、接合面
同士を重ね合わせ、圧下率60%以上の冷間圧延を行なっ
て製造されている。ブラッシングは、接合性を阻害する
表面の油脂や酸化物などの除去し、新生面確保し、さら
に、表面歪を与えて接合性を向上させることを目的とし
て施す。しかしながら、このような従来法では、表面活
性化を十分に実現しようとしてブラッシングを過度に行
なうと材料に疵を付け、機械的特性を劣化させるおそれ
がある。
【0003】さらに、60%以上の圧下率での冷間圧延時
の圧延荷重は相当高いので、この方法では広幅のクラッ
ド板の製造が難しい。この方法で製造可能な圧接材の幅
は通常300 mm以下、最大でも600 mmまでである。広幅の
製品の製造が困難なために生産性や歩留まりが芳しくな
く、クラッド板の製造コストが高くなる要因になってい
る。クラッド板の製造コストを低減するためには、素材
費用よりもこれらのクラッド化に要する費用を低減する
ことが重要な課題になっている。
【0004】特公昭41-21975号公報には、高純度の水素
雰囲気中(水素純度99.99999%以上、露点―70℃以下)
で、2kg/cm2 以上の圧接外力を加えつつ600 ℃以上、
銅の融点(1083℃)以下の温度範囲に加熱、保持して銅
とステンレス鋼を接着する方法が開示されている。しか
し、この方法では高純度の水素が必要なうえ、高温加熱
中に高い圧接外力を加える必要があり、経済性や大量生
産性に欠ける。この方法が適用できるのは小寸法の板材
に限定され、長尺の板材の製造には適用が困難でもあ
る。
【0005】特開平2-34288 号公報にはクラッド板を構
成する2種類以上の薄板とはく離材として作用する耐熱
鋼の薄板とを熱膨張係数が高い鋼の芯金にコイル状に巻
き上げ、真空焼鈍して拡散接合するクラッド板の製造方
法が開示されている。しかし、この製造方法では接合に
必要な接合圧力を、主として芯金やコイルを構成する材
料の熱膨張率の差に依存している。この方法では、コイ
ルを構成する材料の寸法精度の変動やコイル巻き上げ時
の張力変動などが接合性に影響するので、クラッド板の
幅方向、長さ方向で安定して良好な接合強度を確保する
のは困難である。
【0006】特開平4-228278号公報には、銅板とステン
レス鋼板の接合面を温間でブラッシングし、温間圧延し
て接合するか、さらに必要に応じて熱処理して相互拡散
させて接合強度を強める方法が開示されている。しかし
この方法ではブラッシング処理時の温度低下が激しく、
低温接合となるので接合が不安定になると共に圧延荷重
も過大になって広幅材の製造には不適当である。
【0007】特開平4-266490号公報には、張力下でコイ
ル状に巻き込んだCu 板とステンレス鋼板を無酸化雰囲
気下で加熱して拡散接合する方法が開示されている。し
かしこの方法では特開平2-34288 号公報に記載の方法と
同様に、コイル巻取り時のコイルの長さ方向、幅方向で
の張力変動が接合強度に影響するので安定して良好な接
合状態を得るのは困難である。
【0008】以上述べたように、Cu ―ステンレス鋼ク
ラッド板を効率的に、経済的に製造できる、長尺広幅材
にも適用が可能な方法は未だ開示されていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、コイル全体において接合強度が均一な広幅
のCu ―ステンレス鋼クラッド板の経済的な製造方法を
提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は下記のC
u ―ステンレス鋼のクラッド板の製造方法にある。
【0011】Cu 板とステンレス鋼板のブラッシング処
理された接合面同士を重ね合わせて圧下率2〜10%の冷
間圧延を行なって圧接して合わせ板とした後、10-4Tor
r 以下の真空中で500 〜1050℃に加熱することを特徴と
するCu ―ステンレス鋼クラッド板の製造方法。
【0012】 ただし、圧下率={(t0―t)÷t0}×100 (%) t0 :圧延前のCu 板とステンレス鋼板の板厚の和 t :圧延後の合わせ板の板厚 本発明は、銅とステンレス鋼との接合現象に関する下記
の新たな知見を基に完成された。
【0013】ブラッシング処理により接合すべき表面に
適度の凹凸を付与したCu とステンレス鋼の接合面同士
を重ね合わせて冷間圧延することにより、表面の凹凸に
よる機械的な投錨効果で幅方向、長さ方向に均一な弛み
のない重ね合わせ形状の合わせ板が得られる。この時の
圧下率は低くても構わない。この、幅方向、長さ方向に
均一に重ね合わせられた合わせ板を非酸化性雰囲気中で
熱処理すると、接合強度の均一なCu ―ステンレス鋼ク
ラッドコイルが得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明のCu ―ステンレス鋼のク
ラッド板の製造方法は次の通りである。
【0015】前処理:機械的な投錨効果による幅方向、
長さ方向に弛みのない合わせ板が軽度の冷間圧延で得ら
れるように、クラッドする前のCu 板とステンレス鋼板
の接合面にブラッシング処理を施す。この処理は、接合
面の清浄化および接合面への凹凸の形成を目的としてお
り、回転ブラシを用いるのが好適である。接合面に形成
する凹凸の程度は、後ほど施す軽度の圧延で合わせ板を
形成するのに必要なだけの機械的な投錨効果を得るため
に、Cu 板、ステンレス鋼板いずれの接合面とも、回転
ブラシの直角方向に測定した表面粗さRa で0.12μm 以
上とするのが好ましい。Ra が0.12μm に満たない場合
には圧延後の機械的な投錨効果が確保できない。ブラシ
の材質や回転数、圧下力などは特に規定するものではな
いが、接合面の清浄化と凹凸付与を効率的に行なうに
は、例えば、ブラシの材質は耐摩耗生に優れたアルミナ
やシリカの粒子を備えたワイヤブラシ等を用いるのが好
ましい。ブラッシング後の接合される表面には研削屑等
が残存しないように清浄にしておくのが望ましいく、水
等でで表面を洗浄した後、例えば熱風等によって乾燥す
る。
【0016】冷間圧延:接合すべき表面をブラッシング
処理されたCu 板とステンレス鋼板は、接合面同士を合
わせて冷間圧延され、幅方向、長さ方向に弛みのない形
状に圧接されて合わせ板に加工される。この時の冷間圧
下率は、2〜10%の範囲とする。圧下率が2%に満たな
い場合には、表面の凹凸の食い込みによる機械的な投錨
効果が発揮されず、銅とステンレス鋼板の間に弛みが生
じるおそれがある。圧下率が10%を超えると、変形抵抗
の違いからCu 板とステンレス鋼板の長さ方向のずれが
大きくなり、両者間のに弛みが生じると同時に表面の凹
凸も圧延されて平滑な表面に変化し、機械的な投錨効果
が低下してしまう。圧延中の蛇行を防ぐために、圧延時
には圧延方向に対して前方及び後方にそれぞれ5〜150
N/mm2 の範囲で張力を掛けて圧延するのが望ましい。
圧延は無潤滑で行ない、ロールは表面粗さがRa で0.1
μm 以下の平滑な表面のものを用いるのが望ましい。圧
延速度その他の条件には特別な制約はなく実施できる。
【0017】熱処理:合わせられた板は真空中で500 〜
1050℃の温度範囲で2時間以上加熱して拡散接合され
る。Cu は低温においても酸素との親和力が著しく高い
金属であり、酸化性の雰囲気中で加熱するとCu の表面
にCuO からなる強固な酸化物層が生じて接合の妨げと
なる。これを避けるためには、真空度が10-4Torr 以下
の真空中で熱処理を行なう必要がある。
【0018】熱処理温度が低すぎると、Cu とFe の相
互拡散による金属接合が起こりにくく、目標とする接合
強度が得られない。このため、熱処理温度の下限を500
℃とする。熱処理温度が過度に高くなると、Cu 板に接
している接合対象でないステンレス鋼板の表面に融着す
るおそれがある。この様な現象が生じると良好なクラッ
ド板が得られないので、これを避けるために、熱処理温
度の上限は1050℃とする。この熱処理温度範囲に保持す
べき時間は拡散接合を十分に行わせるために2時間以上
とする。保持時間の上限は制限しないが経済性の観点か
らは短い方が好ましい。熱処理温度までの加熱速度や熱
処理終了後の冷却速度は任意である。
【0019】本発明の製造方法は、その処理を切り板状
の鋼板にして行っても構わないが、長尺のコイル状で処
理するのが効率的である。また、クラッドされる銅ある
いはステンレス鋼の厚さや幅に特段の制約はなく、上記
のブラッシング処理や圧延が行なえる範囲であれば本発
明の方法が適用可能である。また、本発明の製造方法が
適用できる素材としてのCu 板は、純Cu あるいは、例
えばJIS H 3100に規定されているCu とZn 、Al 等か
らなるCu 合金などが使用できる。素材としてのステン
レス鋼板は一般的なステンレス鋼板であれば良く、例え
ばJIS G 4305に規定されている各種のフェライト系、オ
ーステナイト系あるいはオーステナイト・フェライト系
等の冷間圧延ステンレス鋼板が使用できる。
【0020】
【実施例】
(実施例1)それぞれの厚さが0.3mm 、幅が700 mmであ
る、JIS H 3100に規定されている無酸素銅の板(C1020
P)およびJIS G 4305に規定されているオーステナイト
系ステンレス鋼板(SUS304)を用いて、以下の条件でク
ラッド鋼板を製造した。銅板とステンレス鋼板のそれぞ
れの接合予定面に、冷間圧延機の入り側に設けたブラッ
シング装置を用いてブラッシング処理を施し、接合面を
重ね合わせ、1〜12%の圧下率にて冷間圧延して両者を
圧接してコイルに巻き取った。ブラッシング時と冷間圧
延時の後方張力は、銅板では幅1mm2 あたり20N、ステ
ンレス鋼板では幅1mm2 あたり28Nとし、クラッド板へ
の前方張力は48N/mm2 とした。ブラシの材質はSiC
、ブラッシング処理後の板幅方向に測定した表面粗さ
(Ra )は、銅は0.25μm 、ステンレス鋼板は0.25μm
であった。巻き取ったコイルは、真空度10-6Torr の真
空中で、500 〜1050℃の間のいくつかの温度レベルに2
時間保持する熱処理を施し、クラッド板とした。また、
比較のために、同一の真空中で450 ℃で2時間保持する
場合もおこなった。
【0021】得られたクラッド板の接合強度は、JIS K
6854に記載のT字剥離試験法に従って評価した。幅10m
m、長さ150mm の剥離試験片を用いて、180mm /分の引
張速度で試験した。試験片は、コイル長手方向の先後端
と中央部の幅方向両端部で、それぞれ10mm内側の位置か
ら採取した。はく離強度が幅1mmあたり20N(以下、20
N/mm等と記す)以上あればプレス加工時にはく離が生
じないので、20N/mm以上のはくり強度を有するものを
接合性が良好と判断した。表1にこれらの試験結果を示
す。
【0022】
【表1】
【0023】表1の評価欄には、はく離強度が20N/mm
以上のものを○、20N/mmに満たないものを×とした。
表1に示されているように、本発明で規定する条件を満
たす方法で製造した試番1〜9に記載のクラッド板は、
いずれもはく離強度が20N/mm以上であり、接合強度が
高いことが確認された。一方、比較例として本発明で規
定する条件を満たさない方法で製造した試番10〜12のク
ラッド板の接合強度は好ましくなかった。
【0024】
【発明の効果】本発明の方法によれば、コイル全体にお
いて均一な接合強度を有するCu ―ステンレス鋼のクラ
ッド板が効率的、経済的に製造できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 20/00 - 20/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cu 板とステンレス鋼板のブラッシング処
    理された接合面同士を重ね合わせて圧下率2〜10%の冷
    間圧延を行なって圧接して合わせ板とした後、10-4Tor
    r 以下の真空中で500 〜1050℃に加熱することを特徴と
    するCu ―ステンレス鋼クラッド板の製造方法。 ただし、圧下率={(t0―t)÷t0}×100 (%) t0 :圧延前のCu 板とステンレス鋼板の板厚の和 t :圧延後の合わせ板の板厚
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