JPH04305384A - クラッド鋼材製造用複合スラブの製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、接合部性能の優れた
クラッド鋼材を安定して得ることができる圧延用複合ス
ラブの製造する方法に関する。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、供給が安定していて成形
性，溶接性，コスト等の面からも非常に有利な炭素鋼（
Ｃ含有量：０．０１〜０．３０重量％の鋼等）を基材と
し、これに異種金属合わせ材（例えばＳＵＳ３０４等）
を重ね合わせたクラッド鋼材の需要が、厚鋼板，薄鋼板
，鋼管，平鋼等の種類を問わず増加する傾向を見せてい
る。

【０００３】従来、上記クラッド鋼材を製造する手段の
代表的なものとして、基材と合わせ材（以降“合材”と
呼ぶ）とを重ね合わせてから接合すべき面の四周を空気
抜き孔を除いて溶接・封入した後、これに軽圧下の冷間
圧延又はプレスを施して接合面間に存在する空気を追い
出し、更に空気抜き孔の溶接・密封を行って複合スラブ
を組み立てた後、これを加熱・圧延してクラッド成品と
する方法が知られていた（特公昭５７−２６８７０号公
報等を参照）。

【０００４】しかしながら、この方法では複合スラブ組
み立て時の空気抜きのために多大な設備（冷間圧延設備
，プレス設備等）を必要とするほか、得られる複合スラ
ブの接合すべき面の状態（真空度）が空気抜き孔を溶接
・密封する際の個人的な技術差等によって不完全なもの
となり、加熱・圧延時での界面剥離，成品接合面での剥
離や超音波欠陥（超音波検査で検出される欠陥）等が発
生しやすいとの問題があった。

【０００５】これに対して、各素材金属の接合すべき面
を清浄化して重ね合わせると共に、重ね合わせ面（接合
すべき面）の四周を電子ビ−ム溶接やレ−ザ−ビ−ム溶
接等の高エネルギ−ビ−ム溶接にて密封することにより
熱間クラッド圧延用複合スラブを組み立てる方法がある
（特公昭５５−６４９８号公報参照）。周知の如く、通
常、高エネルギ−ビ−ム溶接は真空室内で行なわれるの
で、上記複合スラブの組み立て法に従い重ね合わせ面の
四周を高エネルギ−ビ−ムビ−ム溶接によって密封すれ
ば、接合すべき面は必然的に高真空に保たれ、空気抜き
のための冷間圧延設備やプレス設備を必要としないばか
りか、空気抜き孔の溶接・密封作業も不要となる。

【０００６】ところが、高エネルギ−ビ−ム溶接を適用
した複合スラブであっても次のような問題が指摘された
。即ち、熱間圧延に供するために上記複合スラブを加熱
すると、その際の熱応力によって溶接部に破断が生じ接
合すべき面の気密性維持ができない場合があり、所望の
接合強度が得られないとの問題である。そこで、このよ
うな不都合を防止するため、前記特公昭５５−６４９８
号に係わる提案においても「複合スラブの密封溶接部強
度を左右する溶込み深さを特定量以上確保すること」が
必須の条件となっている。

【０００８】しかし、複合スラブを組み立てる際の密封
溶接は異材溶接であるため溶接時に熱起電力が発生し、
これが電子ビ−ムやレ−ザ−ビ−ムを曲げるように作用
するので、溶接部の溶込みが狙った方向から偏向し必要
な溶込み深さが確保されにくいとの問題があった。例え
ば、炭素鋼（ＳＳ４１）とステンレス鋼（ＳＵＳ３０４
）との組み合わせでは２．３ｍＶの熱起電力が、また炭
素鋼（ＳＳ４１）とモネルメタルの組み合わせでは　２
．７０ｍＶもの熱起電力が発生し、この組み合わせで接
合端部の電子ビ−ム溶接を行うと熱起電力により電子ビ
−ムに曲がりが生じて図７の如くに溶接部の溶込みが接
合面から偏向し、接合面での溶込み深さが不足する結果
となる。なお、この現象は溶接部に残留磁気が存在する
場合（ステンレス鋼等の非磁性材料面には磁気が残留し
やすい）にも発生する。

【０００９】しかも、クラッド圧延の実際作業では、複
合スラブ加熱時の熱応力だけではなく、圧延時の変形応
力によっても破壊されないだけの更に十分な溶込み深さ
を確保しないと、安定した接合部性能が確保できないこ
とが明らかとなった。従って、実際上、必要な溶込み深
さを確保することが困難な前記「特公昭５５−６４９８
号として提案された方法」も工業的には十分満足できる
ものとは言えなかった。

【００１０】このようなことから、本発明が目的とした
のは、接合部性能の優れたクラッド鋼材を煩雑な手数や
格別に高価な設備を必要とすることなく安定かつ安価に
製造し得る手段を確立することであった。

【課題を解決するための手段】

【００１１】本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研
究を重ねた結果、次のような知見を得ることができた。 （Ａ）　成品クラッド鋼材の接合部性能を高位に安定化
させるには、“加熱時の熱応力による複合スラブ溶接部
破断への対策”に加えて“クラッド圧延時の変形応力に
より複合スラブの溶接部が破断して気密性が破られるこ
とへの対策”が必要である。即ち、クラッド圧延法によ
って所望性能の積層複合金属材を安定製造するは、熱応
力による溶接部破断への対策は勿論重要であるが、これ
と共にクラッド圧延の初期パス（圧延により接合が進展
するまでの間）で生じる変形応力に耐えるだけの溶接部
強度（溶込み深さ）を複合スラブに確保しておくことが
重要な要素となる。しかるに、接合すべき面の真空封入
が容易である高エネルギ−ビ−ム溶接を密封手段として
適用する場合には、前述したように十分な溶込み深さを
確保することができないが、複合スラブの組み立てに際
して母材と合材を組み合わせたものを２組準備し、これ
らを母材又は合材の何れかで相手材が挟み込まれるよう
に重ね合わせると共に、更に挟み込まれた相手材の端部
をも“外側となった前記材料と同種材質の材料”で覆う
ことによって異種材料の全部位を同種材料で包み込んで
しまい、この組合わせ材の所要箇所を密封溶接するよう
にすれば、密封溶接は全て同種材間の溶接となるために
熱起電力の発生が殆どなく、高エネルギ−ビ−ム溶接で
あっても溶込み部の偏向を生じないで接合部性能を高位
に安定化させるのに必要な所定の密封溶接部溶込み深さ
を安定して確保できるようになる。更に、クラッド圧延
後には周知の手法に従って同時製造された２つのクラッ
ド鋼材を剥離すれば、品質上問題のない成品が得られる
。

【００１２】（Ｂ）　また、接合圧延による溶接部の塑
性変形による応力状態は圧延初期パスにおける接合進展
度合と密接な関係があり、接合が早く進めば圧延時の溶
接部破断の問題は軽減される。従って、例えば特公昭５
９−１１３９４号公報等で提案されている「複合スラブ
の接合面間にＮｉ箔等の金属箔媒接材を挿入して圧延プ
ロセスにおいて接合すべき面間の接合を促進する手法」
を活用すれば、圧延初期での素材の速やかな接合が促さ
れて圧延による溶接部の塑性変形が無理なく進行するこ
ととなり、溶接部にかかる剪断応力が小さくなるので、
密封溶接部の所要溶込み深さも軽減される。更に、合材
の種類によってはクラッド接合部に拡散による合金層が
形成されて界面の剥離強度が低下することがあるが、金
属箔媒接材の挿入によりこのような不都合も防止でき、
加工度の高い部材に適用できる高品位のクラッド材の製
造が可能となる。

【００１３】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、「クラッド圧用複合スラブを組み立
てるに際して、　図１又は図２に示したように、　清浄
化した（酸洗又は研磨により酸化層を完全に除去した）
接合面間に金属箔から成る媒接材を挿入して合材と母材
とを重ね合わせ、　更に重ね合わせた“合材と母材”の
２対を母材が外側となるように重ねると共に、　合材の
端部に母材と同種材質のスペ−サ−を配して合わせ材を
母材とスペ−サ−とで包み込んだ後、真空中にて母材と
スペ−サ−の高エネルギ−ビ−ム溶接を行うことによっ
て、　接合部性能の優れたクラッド鋼材を安定して得る
ことのできるクラッド鋼材製造用複合スラブを実現した
点」に大きな特徴を有している。

【００１４】ここで、媒接材として使用する金属箔はＮ
ｉ箔のみに限定されるものではなく、素材の種類その他
の条件に応じて公知のもの（例えば特公昭５９−１１３
９４号公報参照）等の中から適宜選択すれば良い。金属
箔の厚さは２０〜１００μｍ程度が適当である。なお、
合材と母材のうちで母材を外側に配置するのは、一般に
母材の方が安価であって同種材質のスペ−サ−を付加し
てもコスト的な不利につながらないことや、母材の方が
溶接が容易な上に十分な厚み寸法を有しているのが一般
的であるとの理由からである。そして、スペ−サ−に適
用される「母材と同種材質の材料」は必ずしも母材と同
一種類の材料に限定されるものではなく、母材との組み
合わせで生じる熱電力が少なくて高エネルギ−ビ−ム溶
接性に悪影響を与えない材料をも包含するものである（
通常母材は強磁性体であるためスペ−サ−も強磁性体と
する等の目安で良い）。スペ−サ−の寸法は、奥行きが
５０〜１００ｍｍ程度が適当である。

【００１５】また、高エネルギ−ビ−ム溶接とは、真空
室内で電子ビ−ム，レ−ザ−ビ−ム等の高エネルギ−ビ
−ムを照射して実施される溶接を総称したものであるこ
とは言うまでもない。この場合の溶接溶込み深さは“加
熱時の熱応力”及び“圧延時の変形応力”によっても破
断しない強度が溶接部に付与される深さでなければなら
ないが、これは合材の板厚，常温での合材又は基材の幅
，常温での合材又は基材の長さ，クラッド比，圧延ロ−
ル径，圧延時の１パス当りの圧下量等を考慮した実験デ
−タ等に基づいて算出すれば良い。

【００１６】続いて、本発明を実施例によって説明する
。

〔炭素鋼母材〕

材質：ＳＳ４１， 寸法：１００ｍｍ厚×１８００ｍｍ幅×２０００ｍｍ長
。 〔ステンレス鋼合材〕 材質：ＳＵＳ３１６， 寸法：３０ｍｍ厚×１８００ｍｍ幅×２０００ｍｍ長。 〔炭素鋼スペ−サ−〕 材質：ＳＭ４１Ａ， 〔Ｎｉ箔媒接材〕 材質：純Ｎｉ， 厚さ：０．１ｍｍ　。

【００１７】なお、複合スラブの組み立てに際しては、
まず母材及び合材の接合面を研磨し清浄化した後、その
接合面間にＮｉ箔を挿入して重ね合わせ、更にこれらの
２対を重ねると共にスペ−サ−を配して組合わせてから
、真空度：１０−２〜１０−５Ｔｏｒｒの真空室にて母
材とスペ−サ−間を電子ビ−ム照射により密封溶接した
。

【００１８】図４は、母材とスペ−サ−との接合面の中
心を狙って電子ビ−ム溶接を実施した後のビ−ド中心位
置を調べた結果を示している（イ，ロは図３の溶接部位
である）。この図４に示される結果からも、ビ−ドが曲
がったりせず、正確に狙い通りの電子ビ−ム溶接がなさ
れたことを確認できる。この電子ビ−ム溶接による母材
・スペ−サ−突き合わせ面に沿った溶込み深さは２５ｍ
ｍであった。そして、上述のように組み立てられた複合
スラブを１２５０℃に加熱後、ロ−ル径が１０００ｍｍ
の圧延機にてクラッド圧延し、その後に合材間での剥離
を行って整正したところ、厚さ：２０ｍｍ＋２．５ｍｍ
　の２枚のクラッド鋼板成品が得られた。得られたクラ
ッド鋼板は超音波検査歩留が１００％で、接合界面の剪
断強度が３８ｋｇｆ／ｍｍ２　と言う高い値を示した。

【００１９】実施例　　２ 次に示す炭素鋼母材（２個），キュプロニッケル合材（
２個），炭素鋼スペ−サ−（４個），Ｎｉ箔媒接材（２
枚）を準備し、図５で示したような複合スラブに組み立
てた。 〔炭素鋼母材〕 材質：ＳＳ４１， 寸法：１００ｍｍ厚×２０００ｍｍ幅×２１００ｍｍ長
。 〔キュプロニッケル合材〕 寸法：２０ｍｍ厚×２０００ｍｍ幅×２１００ｍｍ長。 〔炭素鋼スペ−サ−〕 材質：ＳＭ４１， 〔Ｎｉ箔媒接材〕 材質：純Ｎｉ， 厚さ：０．１ｍｍ　。 なお、複合スラブの組み立ては実施例１と同様手順で実
施した。

【００２０】図６は、母材とスペ−サ−との接合面の中
心を狙って電子ビ−ム溶接を実施した後のビ−ド中心位
置を調べた結果を示している（ハ，ニは図５の溶接部位
である）。この図６に示される結果からも、キュプロニ
ッケルのような残留磁気の大きかったり炭素鋼との組合
わせで大きな熱起電力を発生したりする材料を合材とし
た場合でも、ビ−ドが曲がったりせず、正確に狙い通り
の電子ビ−ム溶接がなされたことを確認できる。この電
子ビ−ム溶接による母材・スペ−サ−突き合わせ面に沿
った溶込み深さは２４ｍｍであった。そして、上述のよ
うに組み立てられた複合スラブを１２５０℃に加熱後、
ロ−ル径が１０００ｍｍの圧延機にてクラッド圧延し、
その後に合材間での剥離を行って整正したところ、厚さ
：２０ｍｍ＋２．０ｍｍ　の２枚のクラッド鋼板成品が
得られた。

【００２１】得られたクラッド鋼板は超音波検査歩留が
１００％で、接合界面の剪断強度が３６ｋｇｆ／ｍｍ２
　と言う高い値を示した。

【００２２】

【効果の総括】以上に示した如く、本発明によれば、ク
ラッド圧延によって優れた接合部性能を有したクラッド
鋼材を安定して製造することができる複合スラブをコス
ト安く実現できるなど、産業上極めて有用な効果がもた
らされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる複合スラブの組み立て例の説明
図である。

【図２】本発明に係わる複合スラブ組み立ての別例の説
明図である。

【図３】実施例での複合スラブ組み立て状況を示した模
式図である。

【図４】実施例での電子ビ−ム溶接結果を示したグラフ
である。

【図５】別の実施例での複合スラブ組み立て状況を示し
た模式図である。

【図６】別の実施例での電子ビ−ム溶接結果を示したグ
ラフである。

【図７】高エネルギ−ビ−ム溶接におけるビ−ム偏向状
況の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　クラッド圧用複合スラブを組み立てる
   に際して、清浄化した接合面間に金属箔から成る媒接材
   を挿入して合わせ材と母材とを重ね合わせ、更に重ね合
   わせた“合わせ材と母材”の２対を母材が外側となるよ
   うに重ねると共に、合わせ材の端部に母材と同種材質の
   スペ−サ−を配して合わせ材を母材とスペ−サ−とで包
   み込んだ後、真空中にて母材とスペ−サ−の高エネルギ
   −ビ−ム溶接を行うことを特徴とする、クラッド鋼材製
   造用複合スラブの製造方法。