JPH0299284A - クラッド鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、高エネルギー密度ビーム照射と圧延との組合
せによるクラッド鋼板の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、低コスト化、特性の複合化の観点から、母材にク
ラット材を重ね合せたクラッド鋼板が注目されている。

そして、一部ではステンレス、銅、銅合金、ニッケル、
ニッケル合金、チタン、チタン合金等のクラッド材を持
つ各種クラッド鋼板が開発され、実用に供されている。

これらのクラッド鋼板は用途に応じた特性によって使い
分けられ、単一材料に比べて次のような利点がある。

第１は材料費を節約できる点であり、クラッド材の厚み
を薄くすることにより単一材料に比べて材料コストが低
下する。第２は良好な加工性が確保できる点であり、加
工性に優れた普通鋼を母材に選択できる場合が多いこと
から、曲げ、プレス、切断等に対して優れた適性を示す
、第３はクラッド材と母材との材質組合せで種々の複合
機能を有する点であり、例えば強度と耐食性、熱伝導性
と耐食性、電気伝導度と強磁性、耐摩耗性と加工性など
の複合機能を可能にする。

クラッド鋼板はこのように多くの利点を有するものの、
期待されているほどの実用化は進んでいない。それは主
に製法に問題があるためであり、製法上の最大の問題は
能率と言われている。すなわち、クラッド鋼板の製法に
ついては、一般的には爆着法、組立て圧延クラッド法が
採用されているが、全てバッチ方式であり、バッチ工程
でのコストが嵩み、結局は大１１なコスト低減が達成さ
れていないのが実状である。

そのため、一部では連続化が試みられ、その一つとして
冷間圧延クラッド法が検討されている。

しかし、この製法では界面の接合強度が十分に確保でき
ないとされている。そこで、冷間圧延法とレーザビーム
照射との組合せが試みられ始め、その成果が文献（Ｐｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ＬＡＭＰ８７　（Ｍａｙ１９
８７）Ｐ１５１〜１５６および第３８回塑性加工連合講
演会概要集Ｐ１３７〜１４０に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

冷間圧延とレーザビーム照射との組合せによる製法は、
板材を冷間圧延する際に板材の未接合部をＶ状に開き、
その奥の接合部近傍の対向部分を開放側よりレーザビー
ムで加熱するものである。

加熱部分は直ちに冷間圧延されて接合される。この製法
によると、被接合面が圧延前に加熱されるので、界面で
十分な接合強度が確保される。接合面は溶融を伴う場合
と溶融を伴わない固相接合の場合とが、上記文献に開示
されている。

しかるに、上記文献に開示された製法は、圧延方向に線
状にレーザビームを照射するだけのものであり、幅広材
料に適用して幅方向の全域で安定な接合強度を確保する
ことは不可能である。

本発明は、ビーム照射源を大型化しなくても幅広材料に
対して幅方向の全域で安定な接合強度が確保できる高効
率な冷間圧延とビーム照射との組合せによるクラッド鋼
板製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

冷間圧延とビーム照射との組合せによるクラッド鋼板の
製造方法において、ビーム照射範囲を広げれば材料幅方
向の広い範囲を加熱できるが、そうすると単位面積当り
の大熱量が減少し、ビーム照射源の大型化が必要になる
。本発明者らは、被加熱部を特定条件下で高エネルギー
密度ビームにより幅方向に走査すれば、幅広材料に対し
てもビーム照射源の大型化を伴うことなく、幅方向全域
で安定な接合強度が確保できることを知見した。

特定条件とは、走査周期と圧延速度とを一定の関係のも
とで制御すること、及び被加熱部を不活性ガス中または
真空雰囲気中におくことである。

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、圧延に
よるクラッド鋼板の製造法において、クラッド材、母材
間の未接合部をＶ状に開き、その奥の接合部近傍を、不
活性ガスまたは真空雰囲気中で開放側より高エネルギー
密度ビームにて一方の板端から他方の板端まで板幅方向
に下記条件で連続的に往復走査し、加熱した後、直ちに
上記圧延により圧着することを特徴とするクラッド鋼板
の製造方法を要旨とする。

Ｔ≦０．１（Ｓ） Ｖ≦ｌ／Ｔ（Ｍ／Ｓ） Ｔニ一方の板端から他方の板端までの 走査時間（Ｓ） Ｖ：圧延速度（叩／Ｓ） ｌ：ビームによる接合部近傍の圧延方 向加熱長（ｆｆｉｍ） 〔作　　用〕 本発明の製造方法において、Ｔを０．１Ｓ以下としたの
は、ＴがＯ，ｌ　Ｓを超えるとビームによる加熱効果が
薄れること、また板幅方向での加熱温度分布が過大にな
り、均−且つ十分な加熱効果が得られなくなることが理
由である。Ｔが０．１Ｓ以下であれば、短時間はど能率
も向上し好ましいが、極端に短時間になると、ビームの
エネルギー密度にもよるが加熱不足を生じる危険性があ
るので、ビームのエネルギー密度等に応じて０．１Ｓ以
下の範囲内で適当な時間が選択される。

また、Ｖをｌ／Ｔ（ｍｍ／Ｓ）以下としたのは、Ｖがｌ
　／Ｔ　（＋＋＋ｍ／　Ｓ　）を超えると、圧延速度に
ビームによる加熱が追従せず、未加熱部分が圧延される
ことになって所定の接合強度が得られなくなるからであ
る。■は厳密には母材およびクラッド材の送り速度であ
る。ビームのエネルギー密度に制限がある場合には、こ
のＶを遅くすることにより加熱温度を高めることが可能
となる。実際の製造においては、このＶは、ビームのエ
ネルギー密度、必要な加熱温度を考慮し、ｌ／Ｔ　（Ｉ
ｎｌＩｌ／Ｓ）以下の範囲内で適宜決定される。

ビームによる加熱を不活性ガスまたは真空雰囲気中で行
うのは、加熱面が接合されるまでの間に加熱部が酸化す
るのを防ぐためであり、こうすることにより接合界面は
十分な接合強度を示す。具体的には、ビームがレーザビ
ームの場合は加熱部をＡｒ、Ｈｅ、Ｎｚガス等の不活性
ガスでシールドするのが効率的であり、ビームが電子ビ
ームの場合は真空中で実施されるので、そのままで良好
な結果が得られる。また、適正な加熱温度になるように
クラッド材の材質・板厚、母材の材質・板厚、クラッド
鋼板の幅等の条件により適宜高密度エネルギービームの
出力は決定される。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施態様を例示する斜視図、第２図は
第１図のＡ部拡大図である。

本例では、母材１の上面にクラッド材２が重ねられて圧
延ロール３により上下方向で圧下される一方、その入側
で母材１に対してクラッド材２が上方へ■状に開けられ
ている。開放側からは、母材ｌとクラッド材２との接合
部に向けて高エネルギー密度ビームが出射される。

ビーム源４は、上記接合部近傍の一方の板端から他方の
板端までの範囲にビーム照射が行えるように所定角度で
ミラー等が首振り運動をするようになっている。同ビー
ム源４は又、第２図に示すように、母材１に対するクラ
ッド材２の開き角αの約１／２の角度でビームを出射し
て、接合部近傍の対向面部をρの長さにわたって均等加
熱するように設置されている。

加熱温度は、少なくとも母材１とクラッド材２とを固相
接合させ得る温度が必要である。例えばクラッド材２が
ステンレス鋼の場合は加熱部が溶融しても問題はないが
、クラッド材２がＴｉのような材質では溶融により脆化
を生しるので、融点以下に抑制する。そして、斯かる加
熱温度を確保した上で、Ｔ≦０．ＩＳ、、ｖ≦ｌ　／　
Ｔ　（ｍＩ＋＋／　Ｓ　）を満足するようビームの走査
速度、ビームのエネルギー密度、圧延速度が適宜設定さ
れる。

また、ビームがレーザビームの場合は加熱部をＡｒＸＨ
ｅ、Ｎ２ガス等でシールドし、電子ビームの場合は真空
電子ビームとする。

ビーム源４からのビームをＴ≦０．ＩＳの条件で左右に
振りながら、母材ｌにクラッド材２をロール３にて圧下
していけば、母材１とクラッド材２との被接合面は、幅
方向の全域で均一に加熱された直後に圧着され、幅広材
料に対しても十分な接合強度が確保される。

なお、Ｔｉ等のクラッド鋼板の製造において、インサー
ト金属を使用した方が接合性能が良好な場合においても
本発明の方法は適用可能である。

その場合は、第１図の態様で実施してもよいが、第３図
に示されるようにインサート材５の両面側から同時にビ
ーム照射を行う方がより好ましい。

第１図に示す態様で本発明の方法を実施した結果を次に
説明する。

母材ｌとしては板厚１０噛、幅５００ｍｍの引張強度３
０ｋｇ／ｍｓ”級軟鋼板を使用し、クラッド材２として
は板厚１ａｕｉ、幅５００帥のステンレス鋼（ＳＵＳ３
０４）及びＴｉ１１１を使用した。高エネルギー密度ビ
ームとしてはＣＯ□レーザ、電子ビームを使用し、ＣＯ
□レーザによる加熱部は比較の場合を除きＡｒガスでシ
ールドし、電子ビームは真空中（１０−”Ｔｏ　ｒ　ｒ
）で行った。なお、この真空雰囲気は該加熱部のみを真
空にすればよいわけであるが、本実施例においては加熱
を行なう部屋を作り、該加熱部屋を真空にして実施した
。

ビーム出力密度１０　’　Ｗ／ｃｄ　（一定）、１＝２
１１１Ｂ（一定）で、Ｔ、ｖを種々変更して接合を行っ
た時の接合部のせん断強度を第１表に示す。せん断強度
はＪＩＳに対応する試験法で調査しくステンレス鋼＋Ｊ
ＩＳ　　Ｇ３６０１、Ｔｉ：ＪＩＳ０３６０３、ｔＪ！
：ＪＩＳ　　Ｇ３６０４）、ステンレス鋼は２０　ｋｇ
　ｆ　／ｍ”以上、Ｔｉｔよ１４ｋｇｆ／ａｍ”以上、
銅は１０ｋｇｆ／ａ＋ｍ”以上を評価良（○）とした。

なお、ロール３による圧下比は０．０５〜０．１の範囲
内とした。なお、上記圧下比とは次式で求めた値Ｘであ
る。

魔１〜９はステンレス鋼をクラッド材とした場合である
。

ｋｌ、３．４，６．７ではＴ、ｖ、加熱部雰囲気とも適
正なため、せん断強度は３０　ｋｇ　ｆ　７１ｍ”を超
えている。

これに対し、Ｎα２．５ではＴがＯ，ｌ　Ｓを超えてい
るため、■が本発明範囲内にもかかわらず、せん断強度
は１５ｋｇｆ／ｍ１１＋”でしかない。これは加熱効果
が充分に発揮されなかったためであり、過大なＴは圧延
速度■の制限では補えないことを示している。一方、Ｎ
α８ではＴは０．１　Ｓ以下に抑えられているが、Ｖが
ｌ　／Ｔ　（ｍａ／　Ｓ　）を超えているため、せん断
強度は１３ｋｇｆ／ｍ”でしかない。

このように、過大なＶについてはＴでは補うことができ
ず、ＴとＶの双方が接合強度に大きな影響を与えるので
ある。また、Ｎα９ではＴ、ｖは適正であるが、加熱が
大気中で実施されたため、せん断強度は８ｋｇｆ／ｍ”
と極端に悪い。

ｋｌＯ，１１はＴｉ、銅をクラッド材とした場合である
。このようなりラッド材の場合７も・、Ｔ、Ｖ及び雰囲
気が適正であれば、良好な接合強度が確保される。

〔発明の効果〕

このように、本発明のクラッド鋼板製造方法は、幅広材
料に対してもビーム照射と圧延との組合せにより優れた
接合強度を付与する。しかも、ビーム源は材料を圧延方
向に線状に加熱する簡単且つ小型なものを使用しており
、このようなビーム源で幅広材料を効果的に接合できる
本発明の方法は、経済性に著しく優れ、工業的規模で実
施するのにも適し、高品質なりラッド鋼板を連続製造に
より低コストで製造して、そのコスト低減に大きな効果
を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は本発明の実施Ｂ様を例示する斜視
図および側面図、第２図は第１図のＡ部を拡大して示し
た側面図である。 図中、ｌ：母材、２：クラッド材、３：圧延ロール、４
：ビーム源。 第　　１　　図 讐 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧延によるクラッド鋼板の製造方法において、クラ
   ッド材、母材間の未接合部をＶ状に開き、その奥の接合
   部近傍を、不活性ガスまたは真空雰囲気中で開放側より
   高エネルギー密度ビームにて一方の板端から他方の板端
   まで板幅方向に下記条件で連続的に往復走査し、加熱し
   た後、直ちに上記圧延により圧着することを特徴とする
   クラッド鋼板の製造方法。 Ｔ≦０．１（Ｓ） ｖ≦ｌ／Ｔ（ｍｍ／Ｓ） Ｔ：一方の板端から他方の板端までの 走査時間（Ｓ） ｖ：圧延速度（ｍｍ／Ｓ） ｌ：ビームによる接合部近傍の圧延方 向加熱長（ｍｍ）