JPH11319970A - 深絞り成形性に優れたフェライト系ステンレス鋼／アルミニウムクラッド板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 深絞り成形性に優れたフェライト系ステンレ
ス鋼／アルミニウムクラッド板を提供する。 【解決手段】 本発明のフェライト系ステンレス鋼／ア
ルミニウムクラッド板は、その目的を達成するため、フ
ェライト結晶粒の粒度番号が７から１０の範囲のフェラ
イト系ステンレス鋼とアルミニウムからなり、接合強度
が２０Ｎ／ｍｍ以上であることを特徴とする。 【効果】 フェライト結晶粒の粒度番号が７から１０の
範囲のフェライト系ステンレス鋼とアルミニウムからな
る構成であり、接合強度が２０Ｎ／ｍｍ以上であること
を特徴とするフェライト系ステンレス鋼／アルミニウム
クラッド板を用いることで深絞り成形性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、深絞り成形性、とくに
パンチ肩半径の大きな深絞り加工での材料のパンチ肩付
近での耐割れ性に優れたフェライト系ステンレス鋼／ア
ルミニウムクラッド板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、特性の異なる異種金属を複合した
クラッド板は、それぞれの長所を兼ね備えた材料として
厨房用品、建材、電子部品等の広範な分野で使用されて
いる。なかでも、耐食性及び強度に優れ誘導加熱による
発熱性の良いフェライト系ステンレス鋼板と熱伝導性の
良好なアルミニウム板とを組み合わせたフェライト系ス
テンレス鋼／アルミニウムクラッド板は、電磁調理器用
途に広く用いられている。

【０００３】フェライト系ステンレス鋼／アルミニウム
クラッド板の製造方法としては、拡散接合方法や圧延接
合方法等様々な方法で製造されているが、薄板クラッド
板を効率良く製造する方法としては、圧延接合方法が広
く用いられている。

【０００４】一般に冷間圧延接合後のクラッド板は、圧
延後の板が加工硬化して延性が低下しているために、圧
延後に軟化焼鈍の熱処理を施し、クラッド板の延性を回
復させているが、フェライト系ステンレス鋼／アルミニ
ウムクラッド板の場合は、フェライト系ステンレス鋼の
軟化焼鈍温度がアルミニウムの融点よりかなり高いた
め、軟化焼鈍が不可能である。そのためフェライト系ス
テンレス鋼／アルミニウムクラッド板の加工性の観点か
ら、クラッド素材のフェライト系ステンレス鋼はできる
だけ軟質な材料を用い、圧延接合後のフェライト系ステ
ンレス鋼／アルミニウムクラッド板の延性をできるだけ
高める方法が一般的に行われている。そのためフェライ
ト系ステンレス鋼／アルミニウムクラッド板用途のフェ
ライト系ステンレス鋼素材においては、所定の板厚に冷
間圧延後、仕上げ焼鈍温度を高めに設定してフェライト
系ステンレス鋼を軟化させる方法がとられている。この
ようにして製造されたフェライト系ステンレス鋼素材は
フェライト結晶粒が粗粒となり、フェライト粒度番号
（ＪＩＳＧ０５５２）は、６未満の小さいものとなる。
しかし、材料は軟質であるにも拘わらず、深絞り成形に
おいて、とくに下記のようにパンチ肩半径の大きな深絞
り加工でのクラッド材の変形能は十分ではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年の電磁調理器等の
製品形状としては、熱効率を高める工夫が求められるよ
うになり、加工条件の厳しい形状が要求されるようにな
った。特にＩＨ炊飯器内釜等に見られるように、底面か
ら縦壁部に至る曲げ部での曲げ半径を大きくし、熱対流
効率を高めるように工夫されており、かつ内容積を確保
するために絞り比の高い形状が要求されている。なお、
ここでいう絞り比とは、絞り成形を行うときのパンチ径
とブランク径（絞り前の円盤状の材料の直径）との比を
いう。

【０００６】フェライト系ステンレス鋼／アルミニウム
クラッド板は一般的な深絞り成形ではフェライト系ステ
ンレス鋼とアルミニウムの接合強度が弱く、フランジの
曲げ部での割れが問題になることがある。この対策とし
て、特開平５−３１７９８３号や特開平７−２２３０８
１号に見られるような接合強度を高めることで深絞り成
形性を向上させる方法が開示されている。ここに、前者
は製品としての金属クラッド板に熱処理を付与するとと
もに深絞り力を制御しつつ成形する方法であり、後者は
クラッド板の冷間圧延製造時に界面の酸化膜を低減させ
ることを骨子とするものである。

【０００７】しかし、最近求められるような底面から縦
壁部に至る曲げ部での曲げ半径の大きな形状の深絞り成
形では、パンチ肩半径の大きなパンチが用いられ、パン
チ肩相当部での割れが発生することが多い。割れの発生
現象としては、深絞り成形中にフランジ部の板厚が増加
し、ダイス内部への流入抵抗が増加することにより、材
料の板厚減少の大きな部分が成形荷重に耐えられなくな
り割れが発生する。パンチ肩半径の大きい場合は、パン
チ肩相当部では張り出し成形のような2軸引張曲げ変形
が大きくなるため、この位置での板厚減少が他の部分よ
り大きくなり割れが発生しやすくなる。また、絞り比の
高い形状での深絞り成形ではフランジ部の流入抵抗の増
加が大きくなるため更に割れが発生しやすくなる。この
ように厳しい条件でフェライト系ステンレス鋼／アルミ
ニウムクラッド板を深絞り成形に適用するには、前記の
特許公報に開示されているようなクラッド板界面の接合
強度を高めるだけでは限界があり、成形が不安定となり
割れが発生しやすいという問題がある。このためには、
アルミニウムが接合された状態でのステンレス鋼板の材
料挙動そのものが重要であり、アルミニウムクラッドと
するについて適正なステンレス鋼の条件を明らかにする
必要がある。かかる先行技術は重要な問題であるにもか
かわらず、見当たらないのが現状である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のフェライト系ス
テンレス鋼／アルミニウムクラッド板は、深絞り成形性
を高めるため、フェライト結晶粒の粒度番号が７から１
０の範囲のフェライト系ステンレス鋼とアルミニウムと
で構成される。また、該クラッド板は、圧延接合後に拡
散熱処理を施した後の接合強度が２０Ｎ／ｍｍ以上であ
ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】フェライト系ステンレス鋼／アルミニウムクラ
ッド板の深絞り成形、特にパンチ肩半径が大きくなるよ
うな厳しい条件での深絞り成形を行う場合の割れの発生
原因を調査した結果、フェライト系ステンレス鋼のフェ
ライト結晶粒の大きさに大きく影響を受けることが判明
した。すなわち、フェライト系ステンレス鋼／アルミニ
ウムクラッド板の深絞り成形には、強度の高いフェライ
ト系ステンレス鋼の材質に大きく影響されている。フェ
ライト系ステンレス鋼においてフェライト結晶粒が粗粒
な材料の場合は、強加工を行うと局部的なくびれを生
じ、肌荒れが生じやすくなる。この局部くびれは加工の
際の局部伸びによって発生するが、この局部くびれ部で
は板厚減少が著しく（肌荒れの著しい材料ほど局部くび
れ部の板厚減少が大きくなる）、そのため加工条件の厳
しい場合には、局部くびれ部を起点とした割れが発生し
やすい。逆にフェライト系ステンレス鋼のフェライト結
晶粒が細粒な材料の場合は、局部くびれが微細に生じて
おり歪みが分散して板厚減少が抑制されるために、加工
時の割れが発生しにくくなることが判明した。しかし、
フェライト結晶粒があまりにも細粒化されたフェライト
系ステンレス鋼は硬くて延性が低下する。特にフェライ
ト系ステンレス鋼／アルミニウムクラッド板では、圧延
接合時にフェライト系ステンレス鋼が加工硬化された
後、軟化焼鈍ができないために一段と延性が低下する。
そのため加工時には延性不足により割れが生じやすくな
る。このようにフェライト系ステンレス鋼／アルミニウ
ムクラッド板の深絞り成形においては、フェライト系ス
テンレス鋼のフェライト結晶粒の大きさが大きな影響を
及ぼしていることが判明した。

【００１０】次にフェライト系ステンレス鋼／アルミニ
ウムクラッド板の深絞り加工に及ぼす接合強度の影響に
ついて説明する。深絞り成形等の厳しい加工性を要求さ
れるフェライト系ステンレス鋼／アルミニウムクラッド
板の製造において、フェライト系ステンレス鋼とアルミ
ニウムを圧延接合する場合は、フェライト系ステンレス
鋼の圧延加工による加工硬化を抑制するためにできるだ
け圧下率を小さくして接合するのが好ましい。小さな圧
下率で圧延接合した場合、圧延接合条件によっては接合
強度が弱くなる場合がある。接合強度の強いフェライト
系ステンレス鋼／アルミニウムクラッド板では深絞り成
形を行っても剥離が発生することはないが、接合強度の
弱いフェライト系ステンレス鋼／アルミニウムクラッド
板では深絞り成形を行えば成形中にフェライト系ステン
レス鋼とアルミニウムとの界面で発生するせん断応力に
耐えられなく剥離が生じて割れが発生することが考えら
れる。

【００１１】接合強度を強くする方法を検討するため、
金属間での原子の相互拡散を促進させて接合強度を強め
ることに着目して、圧延接合後の拡散熱処理の影響を調
査した。図1に圧延接合後の接合強度に及ぼす拡散熱処
理温度の影響を調査した結果を示す。また、接合強度を
評価する方法として図２に示すＴ字剥離試験を実施し
た。なお、図１における接合強度に及ぼす拡散熱処理温
度の影響を調査した実験は、拡散熱処理温度での保持時
間を３０分均熱としたものである。また、図２のＴ字剥
離試験においては、フェライト系ステンレス鋼／アルミ
ニウムクラッド板の板幅中央部より幅１０ｍｍの試験片
を切り出し、試験片の先端を予め２０ｍｍほどフェライ
ト系ステンレス鋼とアルミニウムを剥離させた後、引張
試験機のチャックに取り付け、フェライト系ステンレス
鋼とアルミニウムをそれぞれ１５０ｍｍ／ｍｉｎの速度
でＴ字型に引張ながら剥離させ、その時の引張荷重を試
験片の幅当たりに換算して接合強度とした。

【００１２】図１の結果より、拡散熱処理温度は２００
℃より低温で実施しても圧延接合後の接合強度とほぼ変
わらないが、２００℃以上では急激に接合強度が高くな
り、５００℃を超えると接合強度は急激に低下する。こ
れは２００℃以上で金属間の拡散効果が始まり、５４０
℃を超えるとフェライト系ステンレス鋼とアルミニウム
の界面に硬くて脆い金属間化合物が生成するため接合強
度が弱くなる。このように、拡散熱処理を行うことによ
り接合強度の強いフェライト系ステンレス鋼／アルミニ
ウムクラッド板を製造することができる。

【００１３】次に、拡散熱処理温度を変えて接合強度の
異なるフェライト系ステンレス鋼／アルミニウムクラッ
ド板を深絞り加工した際の剥離の有無を調査した。表１
に調査した結果の１例を示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１に示すように接合強度が弱い場合は深
絞り加工の際に剥離が発生し成形が不可能である。その
ため剥離無しで深絞り加工を行うためには２０Ｎ／ｍｍ
以上の接合強度が必要であり、２００℃から５４０℃の
温度範囲で拡散熱処理を行うことが好ましい。

【００１６】

【実施例】［実施例１］フェライト系のＳＵＳ４３０ス
テンレス鋼で粒度番号が５から１２の範囲で異なる数種
類の材料を一方の素材とし、Ａ１１００アルミニウムを
他方のクラッド素材とした。粒度番号はＪＩＳ Ｇ０５
５２の比較法にて測定した。フェライト系ステンレス鋼
とアルミニウムを重ね合わせて３５０℃に加熱して圧延
接合し、板厚１．５ｍｍ（フェライト系ステンレス鋼：
０．５ｍｍ、アルミニウム：１．０ｍｍ）のフェライト
系ステンレス鋼／アルミニウムクラッド板を製造した。

【００１７】製造したフェライト系ステンレス鋼／クラ
ッド板をＴ字剥離試験で調査したところ、３０Ｎ／ｍｍ
と強い接合強度であった。このフェライト系ステンレス
鋼／クラッド板をブランキングした材料で成形テストを
行った。成形用に用いたパンチは直径が２００ｍｍでパ
ンチ肩半径が５０ｍｍであり、張り出し要素が強い加工
形状で厳しい加工条件のものを用いた。また、ダイスは
内径が２０２．９ｍｍで肩半径１０ｍｍのダイスを用い
た。絞り比の影響をみるためブランク径を３２０ｍｍか
ら４４０ｍｍとし、板の両面に潤滑材を塗布した後、ア
ルミニウム側をパンチ側とし、しわ押さえ力４Ｎ／ｍｍ
２で深絞り成形を行った。

【００１８】図３に粒度番号と絞り比が異なる場合の成
形の可否結果を示す。○が成形可能であり、×が割れが
発生したものである。絞り比が低い１．８未満の場合は
いずれの粒度番号の材料でも深絞り成形が可能である
が、絞り比が１．８以上と高くなる場合は粒度番号が７
未満と１０より大きい場合に割れが発生している。粒度
番号が小さい場合はパンチ肩相当部での肌荒れが大きく
板厚減少が大きいことが観察され、深絞り成形の最中に
フェライト系ステンレス鋼の局部くびれを起点として割
れが発生したものである。粒度番号の大きい場合は、肌
荒れが小さく板厚減少が小さいことが観察され、割れの
原因は延性不足によるものであった。

【００１９】従って、本発明の様にフェライト結晶粒の
粒度番号が７から１０に規制したフェライト系ステンレ
ス鋼とアルミニウムで製造されたフェライト系ステンレ
ス鋼／アルミニウムクラッド板を用いることで、パンチ
肩半径が大きく、絞り比が１．８以上と厳しい条件での
深絞り成形が可能となる。

【００２０】［実施例２］粒度番号が６，９，１２の３
種類のフェライト系のＳＵＳ４３０ステンレス鋼を一方
の素材とし、Ａ１１００アルミニウムを他方のクラッド
素材として冷間圧延接合した。得られたフェライト系ス
テンレス鋼／アルミニウムクラッド板をＴ字剥離試験で
調査したところ、接合強度は８．４Ｎ／ｍｍと弱いもの
であった。このフェライト系ステンレス鋼／アルミニウ
ムクラッド板を１５０℃から５５０℃の温度で拡散熱処
理を行った後、直径４００ｍｍにブランキングして深絞
り成形を行った。成形条件としては、実施例1と同じパ
ンチ、ダイスを用い厳しい条件とした。板の両面に潤滑
材を塗布した後、アルミニウム側をパンチ側として、し
わ押さえ力４Ｎ／ｍｍ２で深絞り成形を行った。

【００２１】表２に圧延接合後の拡散熱処理温度と接合
強度に対する深絞り成形結果を示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】試験番号が１から５の粒度番号が６のフェ
ライト系ステンレス鋼を用いた条件においては、拡散熱
処理温度に関わらず、剥離及び割れが発生した。これは
フェライト結晶粒が粗粒であり、パンチ肩相当部での肌
荒れが大きく板厚減少が大きいことが観察され、深絞り
成形の最中にフェライト系ステンレス鋼の局部くびれを
起点として割れが発生したものである。

【００２４】試験番号６、７の条件では接合強度が２０
Ｎ／ｍｍ未満であり、成形時に剥離が発生した。本発明
である接合強度が２０Ｎ／ｍｍ以上で、かつ粒度番号が
９のフェライト系ステンレス鋼を用いた試験番号８、９
の条件の場合は、剥離も発生せず成形が可能であった。
粒度番号が９のフェライト系ステンレス鋼を用いて、拡
散熱処理温度が５５０℃の試験番号が１０の場合は、フ
ェライト系ステンレス鋼とアルミニウムとの界面に硬く
て脆い合金層が発生し、接合強度が５．３Ｎ／ｍｍと低
下したため成形中に剥離が生じた。

【００２５】また、試験番号が１１から１５の粒度番号
が１２のフェライト系ステンレス鋼を用いた条件におい
ては、剥離及び割れが発生し成形が不可能であった。割
れの原因としては、肌荒れが少なく板厚減少が小さいこ
とが観察されたことより、フェライト結晶粒の粒度番号
が大きいため延性が不足したことによるものであった。

【００２６】従って、本発明の様にフェライト結晶粒の
粒度番号が７から１０の範囲のフェライト系ステンレス
鋼とアルミニウムからなり、Ｔ字剥離強度が２０Ｎ／ｍ
ｍ以上のフェライト系ステンレス鋼／アルミニウムクラ
ッド板を用いることで、パンチ肩半径が大きく、絞り比
の高い条件での深絞り成形が可能となる。

【００２７】

【発明の効果】フェライト結晶粒の粒度番号が７から１
０の範囲のフェライト系ステンレス鋼とアルミニウムか
らなり、接合強度が２０Ｎ／ｍｍ以上であることを特徴
とするフェライト系ステンレス鋼／アルミニウムクラッ
ド板を用いることで深絞り成形性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 圧延接合後の接合強度に及ぼす拡散熱処理温
度の影響

【図２】 Ｔ字剥離試験の概略図

【図３】 深絞り成形可否に対する粒度番号および絞り
比の影響

【符号の説明】

１：ステンレス鋼、２：アルミニウム、３：引張荷重

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中本 一成 兵庫県尼崎市鶴町１番地 日新製鋼株式会 社技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェライト結晶粒度番号が７から１０の
   範囲のフェライト系ステンレス鋼とアルミニウムからな
   り、該フェライト系ステンレス鋼とアルミニウムとを圧
   延接合後に拡散熱処理を施した後の接合強度が２０Ｎ／
   ｍｍ以上であることを特徴とする深絞り成形性に優れた
   フェライト系ステンレス鋼／アルミニウムクラッド板。