JPH11216577A - 長尺圧接複合板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 一方主面にＮｉ、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ系合金、
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金、Ｃ
ｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金等、他方主面にＮｉ−Ｆｅ系合
金、Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金等が圧
接配置されたバイメタル素材として有効な長尺圧接複合
板を、接合強度に優れた特に厚みが１．５ｍｍ以上のバ
イメタル素材として工業規模で量産可能な製造方法の提
供。 【解決手段】 融点が９００℃以上の複数枚の長尺金属
板を圧接して複合板となすに際し、圧接前に前記長尺金
属板を１００℃〜４００℃に加熱し、圧下率６０％以
下、両主面を形成して圧接配置する長尺金属板の厚み比
を１：１〜１：２の範囲となすことにより、圧接直後の
接合界面における接合寄与面積が全接合面積の５０％以
上で接合強度が１５Ｎ／ｍｍ以上であり、その後適当な
拡散焼鈍を施すことにより、極めて高い接合強度を有す
る長尺圧接複合板を得ることができ、連続圧接が可能。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、長尺圧接複合板
及びその製造方法に係り、特に厚みが１．５ｍｍ以上の
バイメタル素材として有効な長尺圧接複合板及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、複数枚の金属板を圧接して積
層一体化した複合板は、バイメタル等の電気・電子工業
用材料の他、広範囲の用途に使用されている。これらの
複合板は、従来から通常、冷間圧接法にて製造されてい
た。

【０００３】冷間圧接法は、種々の組成からなる複数枚
の長尺金属板からなる素材を連続的に圧接することがで
きるため、高品質の複合板を歩留り良く得ることが可能
となる。

【０００４】最近では複合板の用途も拡大され、例えば
バイメタルの用途においても、大きな荷重を受ける構成
や変位量は僅かでも高精度の変位が要求される構成等で
は、従来のバイメタルに比べその厚みが大きなものが使
用されている。

【０００５】このような厚みが大きな複合板は、従来か
ら知られる冷間圧接法による製造には不向きとされてい
る。すなわち、要求される接合強度を得るためには、圧
接の際に大きな圧下率を要するため、厚みが１．５ｍｍ
以上の複合板を製造する場合には、必ずしも冷間圧接法
が有する本来の長所を活かすことができず、厚みが２ｍ
ｍ以上では、高い圧接強度が得られるとともに数百ｍの
長さで連続して製造する工業規模での実質的な製造は困
難とされていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、比較的
厚みが大きな複合板を得る方法として、熱間圧接法が知
られている。しかし、熱間圧接法では複数枚の金属板の
各々を赤熱状態、通常７００℃以上に加熱する必要があ
るとともに、圧接時の温度を高温に維持するためには、
必然的に圧接前の各々金属板の長手方向の長さも限定さ
れ、また、圧接時の圧接ロールとの焼き付き防止等の観
点からもバイメタルでは、長くて５０ｍ程度が限界であ
った。

【０００７】また、熱間圧接後の冷却において、各層の
熱膨張係数が異なるバイメタル板は、大きなソリや変形
が生じることも問題である。さらに熱間圧接法では、
２．０ｍｍ以下の圧接圧延が困難であり、融点や軟化点
の大きく異なる組合せの接合が困難であった。また、赤
熱状態まで加熱した際に、脆い金属間化合物が生ずる場
合、しばしば接合が困難であった。

【０００８】したがって、熱間圧接法は冷間圧接法に比
べ、非常に生産性が悪いという問題点の他、製作可能な
素材の組み合わせが少なく、製作可能寸法にも制約が多
い、特に薄板や特殊形状が困難である等の問題点を有し
ていた。

【０００９】この発明は、上述の問題点を解決し、接合
強度に優れた長尺な圧接複合板を、工業規模で量産可能
な製造方法を提供することを目的とする。また、接合強
度に優れた特に厚みが１．５ｍｍ以上のバイメタル素材
として有効な長尺圧接複合板を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記の目的
を達成するために、種々の接合方法を検討した。特に、
バイメタル素材として有効な長尺圧接複合板としては、
一方主面にＮｉ、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ
−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−
Ｍｎ系合金等、他方主面にＮｉ−Ｆｅ系合金、Ｃｒ−Ｆ
ｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金等が圧接配置された
構成が知られるが、これらの金属は融点が９００℃以上
と高く、硬度も比較的高い（通常ＨＶ１２０以上）た
め、複合板の全体厚みが１．５ｍｍ以上になると従来の
冷間圧接法をそのまま採用しても目的とする接合強度が
得られないことから、圧接前に複合板を構成する各々長
尺金属板を所定温度範囲内にて加熱することにより、目
的が達成できることを知見し、発明を完成したのであ
る。

【００１１】すなわち、この発明は、融点が９００℃以
上の長尺金属板からなる複数層の長尺圧接複合板におい
て、該複合板の全体厚みが１．５ｍｍ以上で、かつ両主
面を形成して圧接配置する長尺金属板の厚み比が１：１
〜１：２の範囲にあり、各々の接合界面における接合寄
与面積が全接合面積の５０％以上であるとともに、圧接
直後の互いの接合強度が１５Ｎ／ｍｍ以上であることを
特徴とする長尺圧接複合板である。

【００１２】また、上記構成の長尺圧接複合板におい
て、両主面側に圧接配置する長尺金属板の一方がＮｉ、
Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎ
ｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金のうち
何れか一種、他方がＮｉ−Ｆｅ系合金、Ｃｒ−Ｆｅ系合
金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金のうち何れか一種からなる
ことを特徴とする長尺圧接複合板を併せて提供する。

【００１３】さらに、この発明は、融点が９００℃以上
の複数枚の長尺金属板を圧接して複合板とする長尺複合
板の製造方法において、圧接前に前記長尺金属板を、１
００℃〜４００℃に加熱することを特徴とする長尺圧接
複合板の製造方法である。

【００１４】また、上記構成の製造方法において、前記
圧接前の各々長尺金属板の長手方向の長さが１００ｍ以
上であること、前記圧接時の圧下率が６０％以下である
こと、前記圧接後の長尺複合板の厚さが１．５ｍｍ以上
であること、前記圧接後に拡散焼鈍を行なうこと、をそ
れぞれ特徴とする長尺圧接複合板の製造方法を併せて提
供する。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明の長尺圧接複合板は、そ
の全体厚みが１．５ｍｍ以上のものを対象とし、特に厚
みが２ｍｍ〜３ｍｍの場合、さらに２．５ｍｍ〜３ｍｍ
の場合にこの発明の特徴を最も有効に発現できる。

【００１６】この発明の長尺圧接複合板は、２層に限定
されることなく２層を超える多数層であってもよいが、
両主面を形成して圧接配置する長尺金属板の厚み比が
１：１〜１：２の範囲にある構成を対象にする。

【００１７】例えば、バイメタル素材として有効な長尺
圧接複合板としては、一方主面（高膨張側）にＮｉ、Ｎ
ｉ−Ｍｎ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ
−Ｍｏ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金のうち何
れか一種、他方主面（低膨張側）にＮｉ−Ｆｅ系合金、
Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金のうち何れ
か一種が圧接配置されるが、体積抵抗率の低減、熱伝導
率の向上等の目的から、さらに上記の両主面間に所定厚
さからなるＮｉ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ｃｕ系合金、Ｚｒ−Ｃｕ
系合金、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金、
Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金等の
種々の金属を介在させ、全体として３層、あるいは４層
等の構成とすることも可能である。

【００１８】また、上記の両主面を形成して圧接配置す
る長尺金属板の具体的な組成としては、例えば、高膨張
側には、Ｎｉの他、Ｎｉ２２．５〜２３．５−Ｍｎ５．
０〜６．０−Ｆｅ合金（ｗｔ％）、Ｎｉ１９．５〜２
２．５−Ｃｒ５．５〜６．５−Ｆｅ合金（ｗｔ％）、Ｎ
ｉ２１．５〜２２．５−Ｃｒ３．１〜３．６−Ｆｅ合金
（ｗｔ％）、Ｎｉ１７．５〜１８．５−Ｃｒ１１．０〜
１２．０−Ｆｅ合金（ｗｔ％）、Ｎｉ２４〜２６−Ｍｏ
４〜６−Ｆｅ合金（ｗｔ％）、Ｍｎ７１〜７３−Ｎｉ９
〜１１−Ｃｕ合金（ｗｔ％）、低膨張側には、Ｎｉ３５
〜５０−Ｆｅ合金（ｗｔ％）、Ｃｒ１３〜１８−Ｆｅ合
金（ｗｔ％）、Ｎｉ３１．５〜３４−Ｃｏ６〜８．５−
Ｆｅ合金（ｗｔ％）等、いずれも融点が９００℃以上で
ある公知のバイメタル構成材料を採用することが可能で
ある。

【００１９】この発明の長尺圧接複合板において、長尺
圧接複合板を構成する各々の長尺金属板同士の接合界面
における接合寄与面積（％）は、図１に示すごとく、長
尺金属板１，２の接合界面の顕微鏡観察によって、各接
合部の長さ（ａ₁，ａ₂，ａ₃，……ａ_n）をそれぞれ計測
し、接合部長さ（Σａ_n）として合算し、これを観察界
面長（ｌ）で除した百分率で定義される。

【００２０】また、長尺圧接複合板を構成する各々の長
尺金属板同士の接合強度は、図２に示すごとく、複合板
構成材のそれぞれを握持し、引張試験機によって相反方
向に引張り、剥離させるのに要する安定した荷重Ｐを測
定し、構成材の幅をＷとしてＰ／Ｗ（Ｎ／ｍｍ）で定義
される。

【００２１】圧接後（焼鈍前）の複合板において、上記
の方法にて測定された接合寄与面積が全接合面積の５０
％以上でないと、目的とする１５Ｎ／ｍｍ以上の接合強
度が得られない。特に、接合寄与面積が全接合面積の８
０％以上が好ましく、その場合２０Ｎ／ｍｍ以上の接合
強度が得られることを確認した。

【００２２】以上のような接合寄与面積及び接合強度を
有する複合板においては、圧接厚みが２ｍｍ以上の場合
でも、最適な拡散焼鈍熱処理を施すことによって６０Ｎ
／ｍｍ以上のすぐれた接合強度が得られる。

【００２３】この発明の上記長尺圧接複合板は、圧接前
に複合板を構成する各々長尺金属板を１００℃〜４００
℃にて加熱することによって得ることができる。この温
度は、各々長尺金属板の組成や板厚、接合比率等に応じ
て適宜選定することが望ましい。特に、接合強度向上及
び圧延加工変形抵抗削減等の観点からは１００℃〜４０
０℃の範囲が好ましく、また、圧接圧延時のロールとの
焼付防止等の観点からは１００℃〜２５０℃の範囲が好
ましい。

【００２４】したがって、例えば、両主面に上記の各種
組成からなる長尺金属板を圧接配置するバイメタル素材
として有効な長尺圧接複合板を工業規模における量産を
可能とする効率的な温度としては、１５０℃〜２５０℃
の範囲が好ましく、特に１５０℃〜２００℃の範囲が最
も好ましい。

【００２５】また、加熱時の雰囲気は大気中でもよい
が、酸化防止の観点から、Ｈ₂、Ｎ₂、Ａｒ等の不活性ガ
ス雰囲気中が好ましい。

【００２６】この発明の長尺圧接複合板の製造方法は、
特に圧接前の各々長尺金属板の長手方向の長さが２０ｍ
以上である場合に有効であり、加熱温度、圧接時の圧下
率、圧接後の厚さ等を選定することによって、従来の冷
間圧接法の場合と同様に圧接前の各々長尺金属板の長手
方向の長さが１００ｍ以上でも目的の接合強度を有する
長尺圧接複合板を得ることが可能となる。実施例に明ら
かなごとく、好ましい条件を選定すれば連続圧接可能長
さは２００ｍｍを超え、さらに好ましい条件では４００
ｍｍ以上の連続圧接が可能である。

【００２７】この発明の長尺圧接複合板の製造方法の効
果をより有効に活用するためには、圧接時の圧下率を６
０％以下とすることが好ましく、特に好ましくは５５％
以下である。すなわち、圧接前に複合板を構成する各々
長尺金属板を１００℃〜４００℃にて加熱することによ
って、圧下率を従来の冷間圧接法の場合と比べて大幅に
軽減することが可能となるとともに素材の変形抵抗が低
下することから、ワークロールのたわみ、偏平変形の減
少に伴うシートクラウンの改善や圧接幅拡幅化が可能と
なり、寸法精度に優れた長尺圧接複合板の生産性を大幅
に向上することができる。

【００２８】この発明の長尺圧接複合板の製造方法にお
いて、主たる特徴は圧接前に複合板を構成する各々長尺
金属板を１００℃〜４００℃にて加熱することにある
が、この方法によって得られる長尺圧接複合板の接合強
度をより向上するためには、加熱前の工程として脱脂洗
浄、スクラッチ・ブラッシング等の前処理を施すことが
好ましく、また圧接後の工程として圧接後速やかに拡散
熱処理を施すことが好ましい。

【００２９】特に、拡散熱処理は得られた長尺圧接複合
板を構成する長尺金属板の組成や厚み等によって最適熱
処理温度は異なるが、通常６００℃〜１２００℃の範囲
にて行なう。また、熱処理時の雰囲気もＨ₂、Ｎ₂、Ａｒ
等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。

【００３０】以上の説明においては、バイメタル素材と
して有効な長尺圧接複合板を主体に説明したが、この発
明の長尺圧接複合板及びその製造方法はバイメタル素材
として有効な長尺圧接複合板だけでなく、Ｆｅ，Ｎｉ，
Ｃｕ，Ｔｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、
Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合
金等の各種組合せのクラッド材料等、融点が９００℃以
上の長尺金属板を用いた種々の長尺圧接複合板に適用可
能である。

【００３１】

【実施例】実施例１ 一方主面（高膨張側）にＮｉ２１−Ｃｒ６−Ｆｅ合金
（ｗｔ％）を、他方主面（低膨張側）にＮｉ３６−Ｆｅ
合金（ｗｔ％）を圧接配置するバイメタル素材として有
効な長尺圧接複合板を従来の冷間圧接法で製造する場合
とこの発明で製造する場合とを比較して、この発明の効
果を確認した。

【００３２】冷間圧接法及びこの発明の圧接法の場合と
もに、１回（１パス）の圧接にて、複合板の全体厚みが
１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍの長
尺圧接複合板を得た時の、各々圧接後及び拡散焼鈍を施
した後の全接合面積に対する接合寄与面積の割合
（％）、接合強度（Ｎ／ｍｍ）、シートクラウン（％）
を測定し、それぞれの測定結果を表１〜表４に示す。圧
接後の高膨張側合金と低膨張側合金との厚み比はいずれ
の場合も１：１であった。なお、この発明の場合、圧接
前の各々長尺金属板の加熱温度は１５０℃、２００℃、
２５０℃、３００℃とした。

【００３３】また、圧接前の各々長尺金属板の長手方向
の長さは１００ ｍｍとし、圧下率は前記１００ｍの連
続圧接が可能でかつ圧接後の接合強度が最大となる値を
選定した。

【００３４】表１〜表４に明らか如く、冷間圧接法で
は、圧下率が大きいためにシートクラウン（％）が大き
くなっており、また圧接直後の接合強度はこの発明に対
して大幅に低下しており、この圧接直後の接合強度が低
いと焼鈍後の接合強度も低下していることが分かる。特
に圧接直後の接合強度の値は全体厚みが厚くなるほど、
焼鈍後の接合強度に大きく影響し、冷間圧接法ではこの
発明に対して大幅に低下しており、特に厚さが２ｍｍ以
上では顕著に接合強度に差がある。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】実施例２ 冷間圧接法及びこの発明の圧接法の場合ともに、１回
（１パス）の圧接にて、複合板の全体厚みが２．０ｍｍ
の長尺圧接複合板を製造するに際し、加熱温度、圧下率
を表２と同一条件で実施し、連続圧接可能な長さを測定
した。

【００４０】冷間圧接法では、圧下率が高いために２０
０ｍｍで焼き付きが発生して圧接を中止した。しかし、
この発明方法では、加熱温度が３００℃の場合は３００
ｍまで連続圧接が可能であり、加熱温度が１５０℃〜
２５０℃の場合は４００ｍ以上の連続圧接が可能であっ
た。

【００４１】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、従
来の冷間圧接法においても全体厚みが１．５ｍｍの長尺
圧接複合板は得られるが接合強度が弱く、全体厚みが
２．０ｍｍ以上では実用上必要とされる接合強度が得ら
れるように圧接時の圧下率を高くすると連続圧接ができ
ず、特に２．５ｍｍ以上では所要の接合強度が得られず
かつ連続圧接が極めて困難となる。ところがこの発明方
法によれば、圧接時の圧下率が大幅に軽減でき、長尺も
のの連続圧接が可能で、シートクラウンの少ない高い接
合強度を有する長尺圧接複合板の生産性が大幅に向上す
ることが確認できた。

【００４２】すなわち、一方主面にＮｉ、Ｎｉ−Ｍｎ−
Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆ
ｅ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金等、他方主面にＮｉ
−Ｆｅ系合金、Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系
合金等が圧接配置されたバイメタル素材として有効な長
尺圧接複合板は、融点が９００℃以上と高く、硬度もＨ
Ｖ１２０以上と高く、従来の冷間圧接法では実質的に製
造が困難とされていた厚みが２ｍｍ以上の長尺圧接複合
板も、圧接前に前記長尺金属板を１００℃〜４００℃に
加熱し、圧下率６０％以下、両主面を形成して圧接配置
する長尺金属板の厚み比を１：１〜１：２の範囲となす
ことにより、圧接直後の接合界面における接合寄与面積
が全接合面積の５０％以上で接合強度が１５Ｎ／ｍｍ以
上であり、その後適当な拡散焼鈍を施すことにより、極
めて高い接合強度を有する長尺圧接複合板を得ることが
でき、連続圧接が可能で工業規模における量産が可能で
あることが確認できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】顕微鏡観察による長尺金属板同士の接合界面の
模式図である。

【図２】長尺金属板同士の接合強度を測定するための試
料の斜視説明図である。

【符号の説明】

１，２ 長尺金属板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 融点が９００℃以上の長尺金属板からな
   る複数層の長尺圧接複合板において、該複合板の全体厚
   みが１．５ｍｍ以上で、かつ両主面を形成して圧接配置
   する長尺金属板の厚み比が１：１〜１：２の範囲にあ
   り、圧接後の各々の接合界面における接合寄与面積が全
   接合面積の５０％以上であるとともに、互いの接合強度
   が１５Ｎ／ｍｍ以上であることを特徴とする長尺圧接複
   合板。
2. 【請求項２】 請求項１において、両主面側に圧接配置
   する長尺金属板の一方がＮｉ、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ系合
   金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合
   金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金のうち何れか一種、他方が
   Ｎｉ−Ｆｅ系合金、Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆ
   ｅ系合金のうち何れか一種からなる長尺圧接複合板。
3. 【請求項３】 融点が９００℃以上の複数枚の長尺金属
   板を圧接して複合板とする長尺複合板の製造方法におい
   て、圧接前に前記長尺金属板を、１００℃〜４００℃に
   加熱することを特徴とする長尺圧接複合板の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記圧接前の各々長
   尺金属板の長手方向の長さが１００ｍ以上である長尺圧
   接複合板の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３において、前記圧接時の圧下率
   が６０％以下である長尺圧接複合板の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項３において、前記圧接後の長尺複
   合板の厚さが１．５ｍｍ以上である長尺圧接複合板の製
   造方法。
7. 【請求項７】 請求項３において、前記圧接後に拡散焼
   鈍を行なう長尺圧接複合板の製造方法。