JPH09183184A - アルミニウム合金合わせ材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 合わせ圧延の際に変形抵抗の異なるアルミニ
ウム合金によって構成される合わせ材の構成材料の厚さ
精度を向上させると共に、その製造歩留及び品質を向上
させる。 【解決手段】 機械的性質の異なるアルミニウム合金材
で構成され、より高強度のアルミニウム合金を芯材と
し、片面或いは両面に芯材よりも強度の低いアルミニウ
ム合金をそれぞれ１層以上被覆する合わせ材の製造にお
いて、芯材の合わせ面に凹形状部を形成し、凹形状部に
皮材とする材料を組み付けた後、３００℃以上、５５０
℃以下の温度において熱間圧延することにより、少なく
とも２層以上からなるアルミニウム合金合わせ材を製造
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧延圧接法によるア
ルミニウム合金合わせ材の製造に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金合わせ材は、これを構
成するそれぞれのアルミニウム合金材料の機械的性質、
耐食性、表面処理性、電気的特性などの複合機能を有す
る軽量金属材料として建築用材料、貯蔵用タンク材、航
空機用材料、軍需用材料、熱交換器用材料等の各種の用
途に使用されている。アルミニウム合金は比較的圧接性
が良好である。従って、従来より、アルミニウム合金合
わせ材の製造方法は、芯材と皮材の両者の表面状態が良
好な場合には、両者を直接重ね合わせて圧延することも
可能であるが、素材の表面状態によっては皮材と芯材の
圧接面を機械的に切削し、切削面を直接重ね合わせて圧
延圧接する方法、アルカリ・酸等の薬剤洗浄或いブラッ
シング等により圧接面を清浄処理して圧延圧接する方
法、更には、芯材と皮材の圧接面外周部を圧接圧延前に
予め溶接を行った後、圧延圧接することが行われる。特
殊な場合では圧接面の一方或いは双方に低融点金属を溶
射或いは鍍金するなどにより接着層を設けて圧延圧接す
る方法も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】アルミニウム合金合わ
せ材の用途が拡大されるに伴って、従来にもまして、大
型の合わせ材、大型で且つ皮材と芯材を構成する材料の
種類の多様化が要求されるようになり、このような合わ
せ材の製造では、上述のような従来のアルミニウム合金
合わせ技術では対応し得なくなってきた。最近のアルミ
ニウム合金技術の進歩により、高強度を目的にした高濃
度、難加工性のアルミニウム合金が開発されている。し
かし、これらの合金は高強度化が実現される一方で、耐
食性が劣化する等の欠点も顕著になる。この問題を解決
する為、耐食性の良好な純アルミニウム材料、マグネシ
ウム或いはマンガン又はその双方が添加された低濃度ア
ルミニウム合金、電気化学的犠牲層として亜鉛を含むア
ルミニウム合金等の軟質のアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金を皮材として合わせることが行われる。このよ
うな合わせ材では皮材の構成比率が変動すると、合わせ
材の機械的性質及び耐食性等の合わせ材としての特性に
変動を生じることになる。例えば、軟質材の皮材比率が
低下すると合わせ材の機械的性質は大きくなるが、耐食
性が低下する。皮材比率が大きくなると耐食性は向上す
るが、機械的性質は低下するという問題を生じる。

【０００４】更に、合わせ材は単一合金材料の特性及び
機能によっては満足できない特性を得るために、特性の
全く異なる合金を組み合わせて、複合機能特性を得るた
めに設計されるものである。最近では、従来の合わせ材
のように皮材による芯材の保護或いは皮材による表面処
理均一性の改善といった材料表面等に関係した特性の改
善の目的に止まらず、従来の合わせ材よりも構成材料の
構成比率を大きく変え、更に強度が大きく異なるアルミ
ニウム合金を組み合わせた傾斜材料的機能を具備させた
アルミニウム合金合わせ材の開発も行われている。この
様な用途に対応するためには、合わせ材の構成材料の構
成比率は厳しく設計・制御しなければならい。従って、
合わせ材の構成比率を精度よく管理することはますます
重要になり、従来の通常の合わせ率の規格範囲よりも厳
しい精度の合わせ率の管理が要求されるに至った。

【０００５】高濃度の添加元素を含む高強度アルミニウ
ム合金の開発はますます合わせ材のの製造を困難にす
る。即ち、高強度アルミニウム合金と軟質の純アルミニ
ウム或いは低濃度アルミニウム合金とでは、両者の圧延
変形抵抗が著しく異なる。従って、この高強度アルミニ
ウム合金を芯材とし、軟質のアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金を皮材として圧延圧接する場合、合わせ材を
構成しようとする各材料は均等に圧延されることなく、
軟質材の圧延が先行される。従って、圧延後の合わせ材
の芯材と皮材の厚さ構成比率は、圧延前の芯材と皮材の
厚さ構成比率よりも皮材が薄くなりやすく、その変動も
大きくなる。

【０００６】図１は従来の方法による合わせ圧延中の皮
材と芯材の変形の状況を模式図で示したものである。即
ち、従来の方法では図１（１Ａ）に示すように芯材１と
皮材２とを単に重ね合わせたものを用意して圧延する。
これを圧延すると圧延変形抵抗の小さい皮材２が圧延変
形抵抗の大きい芯材１よりも大きな変形を受けるために
（１Ｂー１）に示すように皮材２が大きく延ばされ芯材
１の外にはみ出し皮材として有効に作用しない。更に圧
延を進めるとこの状況は顕著になり、長さ方向だけでな
く、圧延による皮材２の幅広がりにより、板幅方向にも
皮材２がはみ出すため、芯材１上の皮材２の厚さ、即ち
芯材１と皮材２の構成比率の管理が困難となるだけでな
く、皮材の損失も大きくなる。図１（１Ｂー２）には
（１Ｂー１）のＡ−Ａ’における断面の状態を示した。

【０００７】アルミニウム合金の合わせ材の圧延圧接
は、通常は熱間圧延で行われるが、熱間圧延においても
強度の異なるアルミニウム合金の皮材と芯材の圧延変形
抵抗の差は依然大きく、また、圧延中の皮材と芯材の圧
下率の差は圧延パス毎の圧延温度、圧延速度、圧延荷重
にも影響されるので、実際上の圧延作業においては、圧
延ロット毎に、正確に条件を再現、制御することが困難
になる。また、広幅合わせ材の製造では圧延ロールの接
触弧長が大きくなるため、単位ロール弧長当たりの圧延
荷重が低下する。このため、圧延荷重が不足し、圧延時
に皮材と芯材がずれて完全な合わせ圧延が出来ないとい
う問題も生じる。これらは製品の歩留まりと生産性を著
しく低下させる問題を惹起する。更に、圧接が十分に行
われない場合には、合わせ材の加工を行う際、皮材の剥
がれを生じたり、圧延後の焼鈍、熱処理においてブロー
ホールが発生するなどの材料欠陥が露呈される。

【０００８】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
ので、特に高強度アルミニウム合金を芯材とし軟質アル
ミニウム合金を皮材とする合わせ材における構成材料の
構成比率の精度を向上させ、且つその製造歩留まり及び
品質向上を課題として行ったものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者はアルミニウム
合金合わせ材の構成精度とその他の品質の改善につい
て、鋭意、研究を重ねた結果、高強度で圧延変形抵抗の
大きいアルミニウム合金からなる芯材と圧延変形抵抗の
小さい軟質アルミニウム合金からなる皮材の圧延変形抵
抗の差により、皮材と芯材の圧延変形の経過が異なるこ
との知見を得て、上記の問題を解決する方法を見出した
ものである。

【００１０】本発明に係るアルミニウム合金合わせ材の
製造法について、以下に詳細に説明する。先ず、本願請
求項１の発明は、芯材及び皮材が機械的性質の異なるア
ルミニウム合金材で構成されており、より高強度のアル
ミニウム合金を芯材とし、前記芯材の片面或いは両面に
芯材よりも強度の低いアルミニウム合金を皮材としてそ
れぞれ１層以上被覆する合わせ材の製造において、皮材
との合わせ面になる芯材の圧延面に凹形状部を形成し、
前記凹形状部に皮材とする材料を組み付けた後、３００
℃以上、５００℃以下の温度において熱間圧延すること
を特徴とするアルミニウム合金合わせ材の製造方法であ
る。

【００１１】次に、本願請求項２の発明は、皮材を構成
する材料が、芯材に形成された凹形状部よりはみ出すこ
となく熱間圧延される寸法に調整されたものであること
を特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金合わせ材
の製造方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】圧延変形抵抗の大きいアルミニウ
ム合金を芯材とし圧延変形抵抗の小さいアルミニウム合
金を皮材として合わせ圧延を行う場合、図２に本発明の
実施の形態を示す。図２には芯材と皮材及び凹部形状の
組み合わせを断面図で併記した。即ち、片面あわせ材の
図２（２Ａ）の例では、芯材１に凹形状部を形成させ、
該凹形状部に皮材２とする材料を組み合わせる。凹形状
部の深さ寸法は所要の合わせ率によって調整すればよ
く、皮材２の形状・寸法は圧延前或いは圧延の初期パス
で凹形状部を充満させるものであればよい。圧延初期に
皮材２は凹形状部内で圧延され、該凹形状部の周縁の壁
部によって、皮材の移動も拘束されるので皮材と芯材の
構成比率は良好に保たれる。また、皮材２がずれて、不
均一な合わせとなったり或いは芯材１の一部に皮材２が
存在しないまま圧延されるという合わせ不良の問題から
免れることができる。

【００１３】図２に示す例は何れも凹部形状の寸法は皮
材２の寸法にほぼ等しい場合を挙げたが、もし、圧延前
において、皮材の幅が凹形状部幅に比してかなり小さい
場合は、皮材を組み付けた後、芯材１の上で皮材２の幅
出し圧延を行って、その後、通常の合わせ圧延を行って
もよい。凹形状部に皮材２が充満された後は芯材１と皮
材２とは一体となって圧延されるので、従来の合わせ圧
延で遭遇する合わせ材の幅方向及び圧延方向の合わせ率
の変動を回避することができ、合わせ率の変動は飛躍的
に小さくなり、歩留まりは著しく改善される。

【００１４】凹形状部の形状は、図２の（２Ａ）、（２
Ｃ）に示すように、その外縁部が囲まれたのものである
ことが望ましいが、このような形状に加工することに困
難を伴う場合は図２（２Ｂ）、（２Ｄ）に示す形状のも
のであっても有効である。図２（２Ｂ）、（２Ｄ）の形
状の場合は圧延方向での芯材１の外部への皮材２の流出
は防止できないが幅方向への皮材２の流出は抑止する事
が出来る。従って、合わせ材の圧延方向と直角方向の皮
材２の合わせ率の変動は防止することが出来るという効
果は失われない。また、合わせ圧延でしばしば遭遇する
圧延トラブルに、圧延初期に皮材２が圧延方向に対し横
方向或いは斜め方向にずれるため圧接圧延が不可能にな
ることがある。図２（２Ｂ）の凹形状部を採用するとこ
とにより、このような圧延トラブルを完全に回避するこ
とが出来る。図２（２Ａ）及び図２（２Ｂ）は本発明に
よって片面合わせ材を製造する場合の例であるが、図２
（２Ｃ）及び図２（２Ｄ）のように圧延上面及び下面の
両面に凹形状部を設け、それぞれの面に１層以上の皮材
を組み合わせることにより、両面合わせ材の製造に対し
て適用しても有効である。

【００１５】熱間圧延温度を３００℃以上、５００℃以
下としたのは、３００℃未満では芯材の圧延が困難とな
ると同時に、通常の熱間圧延に於ける圧下率、圧延速度
では皮材と芯材の圧延圧接が困難になるからである。ま
た、熱間圧延が５００℃を越えると、添加元素を多量に
含む高力アルミニウム合金或いは大きい熱間変形抵抗を
持つアルミニウム合金では熱間圧延割れを生じやすく圧
延が困難となるためである。

【００１６】皮材を構成する材料が凹形状部を充満し、
該凹形状部よりはみだすことなく圧延されるならば、皮
材を構成する材料は有効に皮材を形成することになる。
即ち、皮材は圧延変形を受けても体積は不変である故、
合わせ圧延後の皮材の厚さは凹形状部の（圧延前の皮構
成材の体積）／（圧延後の底部面積）と一致する事にな
る。従って合わせ材の合わせ率は、凹形状部における芯
材の厚さと皮材の厚さ比から求めればよく、合わせ率の
管理は極めて容易になる。

【００１７】本発明の対象となるアルミニウム合金材料
としては、例えばＪＩＳに定められる高強度アルミニウ
ム合金合わせ材Ａ７０７５ＰＣ、Ａ２０１４ＰＣ、Ａ２
０２４ＰＣ等を用いることが出来、これらの製造に本発
明を適用した場合、合わせ率の均一性が極めて良好とな
り、合わせ材の特性の変動を抑えることが出来る。更
に、従来、歩留りが悪く合わせ材の製造が極めて困難と
されていた次のような合わせ材、即ち、国際登録合金７
１７８、７０５０、７０４６、７０４９等の高力アルミ
ニウム合金を芯材とし、皮材に１０５０、１２３０、３
００３、５０５２、５１５４、６０６３、６０６１、７
０７２、７００８等の合金を使用する組み合わせからな
る合わせ材の製造も、本発明によれば容易に行うことが
でき、本発明は極めて有効である。

【００１８】なお、本発明による合わせ材の製造方法は
高強度アルミニウム合金合わせ材に優れた効果を発揮す
るが、合わせ率の均一性を向上させ、圧延トラブルを防
止する上では、これらに限定されるものではなく建築用
材、ブレージング用材料等の軟質及び中強度アルミニウ
ム合金合わせ材の製造に適用して有効であることは云う
までもない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて、更に詳細
に説明する。本発明に基づく実施例の詳細を表１に示し
た。実施例１〜３は芯材１の片面に皮材２を合わせた片
面合わせ材、実施例４〜６は芯材１の１面に皮材２を、
他の１面に皮材３を合わせ両面合わせ材、実施例７は芯
材１の１面に皮材２と皮材４の２層を合わせ、他の１面
に皮材３を合わせたもので芯材を含めて４層構造からな
る両面合わせ材の場合である。表１には合わせ材の材料
構成（合金種類、各合わせ層の圧延後の目標厚さ）とこ
の様な合わせ材を作成するための圧延前の材料寸法及び
凹形状部寸法を示す。芯材は厚さ５００ｍｍ，幅１６０
０ｍｍ、長さ５１００ｍｍの鋳塊を用い機械加工によっ
て表１に示した寸法の凹形状部を形成した。皮材はそれ
ぞれの合金の熱間圧延厚板を所定の寸法に鋸切断したも
のを使用した。皮材を凹形状部に組み付けた後、それぞ
れの圧延開始温度に加熱し、続いて熱間圧延を行い合わ
せ材を製造した。合わせ圧延の圧延条件の実績（圧延開
始及び終了温度、圧延パス回数、圧延終了厚さ）を表１
に併記した。

【００２０】

【表１】

【００２１】実施例１〜７と同様の材料構成の合わせ材
を従来の方法よって製造したものを従来例１〜７とし
て、その実施状況を表２に纏めて示した。芯材及び皮材
の材料には所定の厚さに圧延した熱間圧延板を使用し、
それぞれの材料を幅１６００ｍｍ、長さ５１００ｍｍに
切断した後、表２の材料構成になるよう重ね合わせて熱
間合わせ圧延を行った。従来例の合わせ圧延条件の実績
は表２に併記したとおりである。従来の方法では、本発
明の方法と同様のパススケヂュールでは合わせ圧延初期
に皮材に曲がり、反り、ずれ等が発生し圧延が不可能に
なる場合も発生した。この為、圧延初期に軽圧下のパス
を多く取らざるを得なかった。

【００２２】

【表２】

【００２３】作製した合わせ材の圧延方向にほぼ均等な
長さ間隔で６カ所のそれぞれの位置の板幅両端部及び中
央部の３カ所から試験片を採取し、合わせ界面の健全性
と合わせ率の均一性を評価した。合わせ面の健全性につ
いては曲げ試験を行った。曲げ試験は、熱間圧延で得ら
れた３０ｍｍ、３８ｍｍ、４５ｍｍの各厚さの合わせ材
を更に厚さ２０ｍｍ製品まで冷間圧延し、これより幅４
０ｍｍ、長さ３００ｍｍの曲げ試験片を圧延方向に平行
な方向より採取し、ＪＩＳ Ｂ ７７７８による曲げ半
径１００ｍｍの押し曲げ試験を、曲げ角度を変化させて
行った。剥がれの有無の観察は目視或いは拡大鏡を用い
て観察した。合わせ率につては上記の１８カ所の試験片
採取位置に於ける皮材合わせ率を調査した。

【００２４】本発明の実施例についての試験結果を表３
に、従来例についての試験結果を表４に示す。曲げ試験
結果は、全ての試験後の試験片が健全な曲げ状態を呈す
るものを○、曲げ部に圧着不良の存在が疑われる試験片
が存在する場合を△、試験片の何れかに明らかに圧着不
良が認められるものを×で示した。

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】合わせ厚さの試験結果については、圧延長
さ方向の各位置での板両端及び中央の三個所の合わせ厚
さの変動（ばらつき）が表１に示した目標合わせ厚さに
対し、全て１％以内のものを◎、１〜２％の範囲の測定
結果が存在するものを○、２〜５％の範囲にあるものを
△、５％を越えるものを×として示した。ここで測定位
置Ａ〜Ｆは皮材１の、Ｇ〜Ｌは皮材２の、Ｍ〜Ｒは皮材
３の長さ方向６個所の測定位置に於ける厚さ精度の測定
結果を示したものである。歩留まりは合わせ圧延のまま
の材料から合わせ率の変動が２％以内でかつ剥がれを生
じないものを良品とするとき、良品の採取可能重量を圧
延のままの材料の重量との比率（％）で示したものであ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかな如く、本発
明によれば、高強度アルミニウム合金と軟質アルミニウ
ム合金との組み合わせからなる様な熱間圧延変形抵抗の
異なるアルミニウム合金の組み合わせにおいても、均一
な合わせ率分布を有し、合わせ界面の圧接状態において
も優れたアルミニウム合金合わせ材を容易に且つ歩留ま
り良く製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法による合わせ圧延前の芯材と皮材の組み
合わせ状況と圧延中の材料の変形状況を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の方法による合わせ材の製造方法を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１ 芯材 ２ 片面１層合わせ材の皮材 ３ 両面合わせ材の皮材 ４ 両面合わせ材（片面２層）の皮材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】芯材及び皮材が機械的性質の異なるアルミ
   ニウム合金材で構成されており、より高強度のアルミニ
   ウム合金を芯材とし、前記芯材の片面或いは両面に芯材
   よりも強度の低いアルミニウム合金を皮材としてそれぞ
   れ１層以上被覆する合わせ材の製造において、皮材との
   合わせ面になる芯材の圧延面に凹形状部を形成し、前記
   凹形状部に皮材とする材料を組み付けた後、３００℃以
   上、５００℃以下の温度において熱間圧延することを特
   徴とするアルミニウム合金合わせ材の製造方法。
2. 【請求項２】皮材を構成する材料が、芯材に形成された
   凹形状部よりはみ出すことなく熱間圧延される寸法に調
   整されたものであることを特徴とする請求項１記載のア
   ルミニウム合金合わせ材の製造方法。