JPH04309476A - 銅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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は均一な合せ材厚と高い剪
断強さを有する銅クラッド鋼板の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】銅クラ
ッド鋼板は、合せ材としての銅の優れた耐食性や導電性
を活かして、アルコール製造プラントやリニアモーター
カーのリアクションプレート等に供用されている。

【０００３】銅クラッド鋼板の製造方法としては、肉盛
法、圧延法及び爆着法などがあるが、これらの製造法の
中で、広幅長尺のクラッド鋼板を比較的低コストで製造
できるという点で、圧延法が最も望ましい。

【０００４】この圧延法によって製造する場合、圧延過
程での銅の変形抵抗が母材鋼の０．２〜０．３倍と、変
形抵抗が大きく異なる金属同士の組合せ圧延となる。そ
のため、図１及び図２に示すように、１枚の銅板或いは
剥離材を介在させた２枚の銅板を、２枚の鋼板で挾み、
かつ銅板の４周を鋼製の枠材で取り囲んだ後、溶接して
密封するタイプのいわゆるセミサンドイッチ型或いはサ
ンドイッチ型のコンポジットを大きな圧延形状比で圧下
した場合、図３に示すように、圧延機入側の噛み込み部
においてふくれを発生することがある。その場合、図４
に示すように、圧延材の先後端部の広い範囲に亘って、
合せ材厚が中央部に比べて著しく厚くなるという現象を
生じる。この合せ材の厚肉領域は製品の合せ材厚の公差
を満足できず、結果として、歩留よく製品を採取できき
ないという問題があった。また、大きなふくれが発生し
た場合においては、圧延機入側のコンポジットの拘束溶
接部が破損することがあり、その場合、それ以降の圧延
が困難になったり、コンポジット内の真空雰囲気が破れ
て非接合部が発生するという問題があった。

【０００５】一方、小さな圧延形状比で圧下した場合、
圧延過程においてふくれは発生しないものの、図５に示
すように、圧延材の先後端部の広い範囲に亘って、合せ
材厚が中央部に比べて著しく薄くなるという現象が生じ
る。この合せ材の薄肉領域は、製品の合せ材厚の公差を
満足できないため、歩留よく製品を採取できないという
問題があった。また、接合予定面への圧延圧力が小さい
ため、接合界面にミクロボイドが残存したり、圧延パス
数が多いことによって圧延温度の低下を招くために、両
金属原子が十分に相互拡散できず、結果として、剪断強
さが低位となったり、所望の板厚までの圧延が困難とな
るという問題があった。

【０００６】本発明は、圧延法に関する上記の問題点を
解決して、均一な合せ材厚と高い剪断強さを有する銅ク
ラッド鋼板を製造し得る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】上記目的を達成するため
、本発明者等は、種々の実験により、圧延法においてコ
ンポジットの圧延過程でのふくれの発生の有無並びに圧
延材の合せ材厚の偏差及び剪断強さに及ぼす圧延形状比
、コンポジットを構成する母材鋼板の断面形状及びクラ
ッド率の影響を調査した結果、合せ材厚偏差を低減させ
、かつ高い剪断強さを確保するための銅クラッド鋼板の
圧下条件を見い出し、ここに本発明を完成したものであ
る。

【０００８】すなわち、本発明に係る銅クラッド鋼板の
製造方法は、１枚の銅板或いは剥離材を介在させた２枚
の銅板を２枚の鋼板間に配置した構造のコンポジットを
、全圧下率が３０％までを、圧延形状比が

【数５】 の式で示される範囲内になるように、１パス当りの圧下
量（△Ｈ）を設定して圧延し、全圧下率が３０％を超え
てからは、圧延形状比が

【数６】 の式で示される範囲内になるように、１パス当りの圧下
量（△Ｈ）を設定して圧延することを特徴とするもので
ある。

【０００９】また、他の本発明は、１枚の銅板或いは剥
離材を介在させた２枚の銅板と、接合予定面へのインサ
ート金属としてのＮｉ箔或いはＣｕ箔とを、２枚の鋼板
間に配置した構造のコンボジットを、全圧下率が２０％
までを、圧延形状比が

【数７】 の式で示される範囲内になるように、１パス当りの圧下
量（△Ｈ）を設定して圧延し、全圧下率が２０％を超え
てからは、圧延形状比が

【数８】 の式で示される範囲内になるように、１パス当りの圧下
量（△Ｈ）を設定して圧延することを特徴とするもので
ある。

【００１０】以下に、本発明における条件の限定理由に
ついて説明する。

【００１１】

【作用】本発明においては、母材の鋼板にクラッドさせ
る銅としては、無酸素銅（Ｃ１０２０）及びりん脱酸銅
（Ｃ１２０１、Ｃ１２２０、Ｃ１２２１）が含まれる。 勿論、母材鋼板としてはその材質は特に制限されず、適
宜のものを使用できることは云うまでもない。

【００１２】図１に示すような、鋼（拘束用鋼板）１・
銅（銅板）２・鋼（母材鋼板）３の順に重ね合せた３層
構造のセミサンドイッチ型コンポジット、或いは図２に
示すような、鋼（上側母材鋼板）１′・銅（上側銅板）
３・銅（下側銅板）４・鋼（下側母材鋼板）２´の順に
重ね合わせた４層構造のサンドイッチ型コンポジットを
圧延するに際し、圧延過程でのふくれ及び圧延材の先後
端部における合せ材厚のばらつきが発生する機構は、次
のように考えられる。

【００１３】すなわち、銅が母材鋼と未だ接合していな
い圧延初期にコンポジットが大きな圧延形状比で圧下さ
れた場合、母材鋼より変形抵抗の小さい銅が絞り出され
て、圧延機入側に溜りを生じ、その内部圧力によって、
銅の上下側に位置する鋼板がたわんでふくれが発生する
。この銅の溜りは圧延過程でコンポジットの端部に押し
出され、かつコンポジット内の枠材が太鼓状に張り出す
ことも相乗して、端部における銅の集積が進む。その結
果、図６に示すように、圧延材の先後端部において、厚
肉領域が生じるようになると考えられる。圧延過程での
ふくれが著しい場合は、コンポジット端部において、枠
材と母材鋼板間で引き裂かれて、拘束溶接部が破損する
結果、接合予定面の真空雰囲気が破られて、非接合を発
生する。

【００１４】一方、コンポジットが圧延初期から小さな
圧延形状比で圧下された場合、圧延過程において、ふく
れは発生しないものの、コンポジット内の枠材が鼓状に
折れ込むために枠材と銅間に間隙が生じ、先後端部にお
ける接合が大きな圧延形状比で圧下された場合に比べて
遅いことから、銅が自由に塑性変形して、この間隙に進
入する。その結果、図７に示すように、圧延材の先後端
部に銅の薄肉領域が生じるようになると考えられる。ま
た、先後端部の接合界面においては、ミクロボイドが残
存することがあり、剪断強さに影響を及ぼすことが判明
した。

【００１５】以上の知見から、圧延材について従来法で
見られた合せ材厚及び剪断強さの大きなばらつきを改善
するには、圧延初期における銅の自由な変形を抑制する
観点から、圧延過程においてふくれを発生させずに、で
きるだけ早期に接合させることが必要となる。これを達
成するには、合せ材と母材鋼が未だ接合していない間に
おいては、圧延機入側においてコンポジットがふくれな
い範囲で、接合予定面への圧延圧力をできるだけ大きく
とることが有効と考えられる。また、両金属原子の相互
拡散をより一層容易に行わせるためには、上述の方策に
加えて、接合予定面の凹凸を埋めて均一にする作用が期
待でき、かつ接合性に悪影響を及ぼさない金属箔を接合
予定面に配置することが有効と考えられる。

【００１６】そこで、コンポジットの圧延過程でのふく
れ発生の有無と超音波探傷試験での接合状態、並びに圧
延材の合せ材厚偏差と剪断強さに及ぼす圧延形状比及び
圧延機入側でのコンポジットの母材鋼板の断面形状の影
響を、クラッド比２０％、３０％、４０％のそれぞれに
ついて調査した。

【００１７】用いたコンポジットは、図２に示すように
、剥離材を介在させたそれぞれ１７．５ｍｍ、３０ｍｍ
、４６．７ｍｍの２枚の無酸素銅（Ｃ１０２０Ｐ）と２
枚の７０ｍｍ厚の母材鋼板（ＳＳ４００）及び銅板の４
周に銅と母材鋼との加熱時の熱膨張差相当分の間隙を空
けて枠材（ＳＳ４００）を配置したサンドイッチ型コン
ポジット、及び上記構成に加えて接合予定面に０．０５
ｍｍ厚のＮｉ箔を配置したものの２タイプとし、板幅を
種々変えた。また、加熱条件は、９５０℃の均一加熱と
した。圧延条件については、圧延過程での圧延形状比が
一定となるようにパススケジュールを設定し、全圧下率
を７５％とした。

【００１８】接合予定面にインサート金属を配置せず、
クラッド比が３０％のコンポジットについて、圧延過程
におけるふくれの有無、並びに圧延材の先後端部におけ
る合せ材の薄肉部長さの全長に占める割合と剪断強さに
及ぼす圧延形状比及び圧延機入側での母材鋼板の断面形
状の影響を図８に示し、クラッド比が２０〜４０％につ
いてまとめたものを図９に示す。

【００１９】接合予定面にＮｉ箔を配置したクラッド比
が３０％のコンポジットについての同様の影響を図１０
に示し、クラッド比が２０〜４０％についてまとめたも
のを図１１に示す。

【００２０】接合予定面にインサート金属を配置してい
ない場合及びＮｉ箔を配置した場合について、超音波探
傷試験（ＪＩＳ　Ｇ３６０４）により、圧延過程での接
合状態を調査した。その結果、圧延形状比が小さいもの
は、大きいものに比べて、接合の時間が遅くなるが、そ
の場合においても、前者については３０％、後者につい
ては２０％でＳ等級の接合状態が得られることがわかっ
た。

【００２１】圧延過程でのコンポジットのふくれの有無
は、クラッド比、銅と母材鋼が超音波探傷試験で接合（
Ｓ等級）と判定されるまでの圧延形状比及び圧延機入側
でのコンポジットの母材鋼の断面形状の指標となるｂ４
／ｈ３（ｂ：母材鋼の板幅、ｈ：母材鋼の板厚）に依存
し、これらが大きくなるほど、ふくれは発生し易くなる
。したがって、圧延過程でのふくれの発生及びこれによ
って生じる圧延材の先後端部における合せ材の厚肉現象
を防止するには、銅と母材鋼が超音波探傷試験で接合（
Ｓ等級）と判定される全圧下率、すなわち接合予定面に
インサート金属を配置していない場合については３０％
、接合予定面にインサート金属を配置した場合は２０％
までを、クラッド比及び圧延機入側のコンポジットの母
材鋼の断面形状に応じて、図中の上限以下に圧延形状比
を制限することが有効であることがわかった。

【００２２】圧延材の先後端部における合せ材の薄肉現
象については、クラッド比及び圧延機入側のコンポジッ
トの母材鋼の断面形状にほとんど依存せず、上記の全圧
下率までの圧延材の圧延形状比を０．２０以上とするこ
とによって抑制できることがわかった。

【００２３】なお、圧延材の合せ材厚の偏差については
、超音波探傷試験で接合（Ｓ等級）と判定されてからの
圧延形状比の影響は軽微であった。

【００２４】一方、圧延材の剪断強さについては、接合
界面におけるミクロボイドの残存は剪断強さに空く影響
を及ぼす。圧延材の全長に亘って高位の剪断強さを安定
して確保するには、超音波探傷試験で接合状態と判定さ
れる全圧下率以降の圧下を大きくとって、接合界面に残
存するミクロボイドを消滅させ、かつ、銅と母材鋼の両
金属原子の相互拡散をより一層促進させることが必要で
ある。そのためには、図８〜図１０の結果から、少なく
とも超音波探傷試験で接合（Ｓ等級）と判定される全圧
下率以降の圧延形状比を０．３０以上とする必要がある
と判断される。圧延形状比が０．３０未満の場合は、圧
延材の先後端部の剪断強さが低位となり、目標の１４７
Ｎ／ｍｍ２以上を満足できない。

【００２５】また、接合予定面に配置されるインサート
金属としては、Ｎｉ箔の他に、無酸素銅やりん脱酸銅等
の銅箔も同様の結果が得られる。

【００２６】以上の理由から、圧延過程でのふくれの発
生及び先後端部における合せ材厚の不均一現象を抑制し
、かつ高い剪断強さを安定して確保するための圧延条件
をとりまとめると、次のとおりである。

【００２７】すなわち、（ｉ）接合予定面にインサート
金属を配置していない場合においては、全圧下率が３０
％までの圧延形状比を

【数９】 の式を満足するように制御し、全圧下率が３０％を超え
てからの圧延形状比を

【数１０】 の式を満足するように制御する。

【００２８】（ｉｉ）接合予定面にインサート金属を配
置した場合においては、全圧下率が２０％までの圧延形
状比を

【数１１】 の式を満足するように制御し、全圧下率が２０％を超え
てからの圧延形状比を

【数１２】 の式を満足するように制御する。

【００２９】上記の条件で圧延形状比を制御して圧延し
たクラッド比３０％の銅クラッド鋼板の板厚断面形状及
び板厚分布の一例をそれぞれ図１２及び図１３に示す。 これらより明らかなように、本発明法によれば、従来法
で見られた圧延過程でのふくれの発生及び先後端部での
銅の不均一変形が抑制されて、均一な合せ材厚と高い剪
断強さを有する銅クラッド鋼板を製造することが可能で
あることがわかる。

【００３０】次に本発明の実施例について説明する。

【００３１】

【実施例１】図２に示すように、剥離材を介した２枚の
無酸素銅板（Ｃ１０２０Ｐ）と２枚の母材鋼板（ＳＳ４
００）及び無酸素銅板の４周に無酸素銅と母材鋼の加熱
時の熱膨張差相当分の間隙を空けて枠材（ＳＳ４００）
を配置したサンドイッチ型コンポジット及び、上記構成
のコンポジットの接合予定面にＮｉ箔（０．０５ｍｍ厚
）或いは無酸素銅箔（０．０５ｍｍ厚）をインサートし
たコンポジットを作製した。これらのコンポジットを９
５０℃に均熱加熱後、

【表１】 及び

【表２】 に示す条件（本発明法と従来法）により、全圧下率７５
％まで圧延を行い、圧延過程でのふくれ発生の有無を調
査した。

【００３２】また、圧延仕上り後、圧延材の合せ材厚の
測定により、合せ材厚の偏差（３σ）及び不均一部の長
さの全長に占める割合を求めた。また先後端部及び中央
部におけるクラッド鋼板の剪断強さを調査した。

【００３３】以上の結果を

【表３】 及び

【表４】 に示す。

【００３４】Ｎｏ．１、Ｎｏ．７、Ｎｏ．９は本発明法
で規定される圧延形状比を超えるパススケジュールで圧
延した場合（比較例）であり、いずれも、圧延過程でコ
ンポジットにふくれが発生し、かつ、圧延材の先後端部
に、合せ材の顕著な厚肉領域が認められて、合せ材厚の
偏差及び不均一部長さ／全長の割合が大きい。

【００３５】比較例Ｎｏ．３は、接合予定面にＮｉ箔を
インサートしたコンポジットを全圧下率２０％まで、本
発明法で規定される圧延形状比で圧延し、全圧下率が２
０％を超えてからは、本発明法で規定される圧延形状比
未満で圧延を行った場合（比較例）であり、圧延過程で
ふくれは発生しないものの、先後端部剪断強さは中央部
に比べて低位である。

【００３６】比較例Ｎｏ．４は、全圧下率が２０％まで
を、本発明法で規定される圧延形状比未満で圧延し、全
圧下率が２０％を超えてからは、本発明法で規定される
圧延形状比で圧延を行った場合であり、圧延過程でふく
れは発生しないものの、圧延材の先後端部の広い範囲に
合せ材の薄肉領域が認められ、合せ材厚の偏差及び不均
一部の長さ／全長の割合が大である。

【００３７】比較例Ｎｏ．６は、全パスが本発明法で規
定される圧延形状比を下回った場合であり、圧延材の先
後端部の広い範囲に顕著な合せ材の薄肉領域が認められ
、かつ剪断強さも先後端部、中央部ともに低位である。

【００３８】比較例Ｎｏ．１２は、接合予定面にインサ
ート金属を配置しないコンポジットを全圧下率２０〜３
０％の範囲において、本発明法で規定される圧延形状比
を上回った場合であり、全圧下率２０〜３０％の圧延過
程でふくれが発生し、圧延材の先後端部に合せ材の顕著
な厚肉領域が認められる。

【００３９】一方、Ｎｏ．２、Ｎｏ．５、Ｎｏ．８、Ｎ
ｏ．１０はＮｉ箔を、Ｎｏ．１１は無酸素銅（Ｃ１０２
０）箔を接合予定面に配置したコンポジットを、本発明
法で規定される圧延形状比で圧延を行った場合（本発明
例）であり、Ｎｏ．１３は、接合予定面にインサート金
属を配置しないコンポジットを、同様に本発明法で規定
される圧延形状比で圧延を行った場合（本発明例）であ
る。いずれの場合も、圧延過程でコンポジットにふくれ
は発生せず、かつ圧延材における合せ材厚の偏差及び不
均一の長さ／全長の割合も小さい。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
圧延法により、均一な合せ材厚と高い剪断強さを有する
高品質の銅クラッド鋼板を低コストで製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】セミサンドイッチ型コンポジットの摸式図であ
る。

【図２】サンドイッチ型コンポジットの摸式図である。

【図３】銅クラッド鋼用コンポジットの圧延過程におけ
るふくれの発生状況を示す図である。

【図４】従来法による無酸素銅クラッド鋼板の板厚分布
の一例を示す図である。

【図５】従来法による無酸素銅クラッド鋼板の板厚分布
の一例を示す図である。

【図６】従来法による無酸素銅クラッド鋼用コンポジッ
トの圧延後における圧延方向の板厚断面の一例を示す図
である。

【図７】従来法による無酸素銅クラッド鋼用コンポジッ
トの圧延後における圧延方向の板厚断面の一例を示す図
である。

【図８】接合予定面にインサート金属を配置せず、クラ
ッド比が３０％の無酸素銅クラッド鋼用コンポジットに
ついて、圧延過程でふくれの有無及び圧延材の先後端部
における合せ材の薄肉部長さの全長に占める割合と剪断
強さに及ぼす圧延形状比及び圧延機入側での母材鋼板の
断面形状の影響を示す図である。

【図９】接合予定面にインサート金属を配置せず、クラ
ッド比が２０〜４０％の無酸素銅クラッド鋼用コンポジ
ットについて、図８と同様の関係をとりまとめた図であ
る。

【図１０】接合予定面にＮｉ箔を配置したクラッド比が
３０％の無酸素銅クラッド鋼用コンポジットについて、
圧延過程でふくれの有無及び圧延材の先後端部における
合せ材の薄肉部長さの全長に占める割合と剪断強さに及
ぼす圧延形状比及び圧延機入側での母材鋼板の断面形状
の影響を示す図である。

【図１１】接合予定面にＮｉ箔を配置し、クラッド比が
２０〜４０％の無酸素銅クラッド鋼用コンポジットにつ
いて、図１０と同様の関係をとりまとめた図である。

【図１２】本発明法によって圧延したクラッド比が３０
％の無酸素銅クラッド鋼用コンポジットについて圧延方
向の板厚断面形状及び板厚分布の一例を示す図である。

【図１３】本発明法によって圧延したクラッド比が３０
％の無酸素銅クラッド鋼用コンポジットについて圧延方
向の板厚断面形状及び板厚分布の一例を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　拘束用母材鋼板 １´　　上側母材鋼板 ２　　　　母材鋼板 ２´　　下側母材鋼板 ３　　銅板（上側） ４　　銅板（下側） ５　　枠材 ６　　剥離材 ７　　拘束溶接部 １０　　母材鋼板 １１　　銅板 １２　　剥離材 １３　　ロール １４　　ふくれ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１枚の銅板或いは剥離材を介在させた
   ２枚の銅板を２枚の鋼板間に配置した構造のコンポジッ
   トを、全圧下率が３０％までを、圧延形状比が【数１】 の式で示される範囲内になるように、１パス当りの圧下
   量（△Ｈ）を設定して圧延し、全圧下率が３０％を超え
   てからは、圧延形状比が 【数２】 の式で示される範囲内になるように、１パス当りの圧下
   量（△Ｈ）を設定して圧延することを特徴とする銅クラ
   ッド鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】　　１枚の銅板或いは剥離材を介在させた
   ２枚の銅板と、接合予定面へのインサート金属としての
   Ｎｉ箔或いはＣｕ箔とを、２枚の鋼板間に配置した構造
   のコンポジットを、全圧下率が２０％までを、圧延形状
   比が【数３】 の式で示される範囲内になるように、１パス当りの圧下
   量（△Ｈ）を設定して圧延し、全圧下率が２０％を超え
   てからは、圧延形状比が 【数４】 の式で示される範囲内になるように、１パス当りの圧下
   量（△Ｈ）を設定して圧延することを特徴とする銅クラ
   ッド鋼板の製造方法。