JPS5910462A - 銅または銅合金クラツド鋼の製造法 - 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】 この発明は鋼または銅合金クラツド鋼の製造法に関し、
とくに良好な接合界面強度を備えるこの種の複合金属材
料を簡便に、しかも安価に製造しようとするものである
。

産業の発達に伴い金属相別の使用環境が年々厳しくなり
多様化している。このような状況にあって　単一金属材
料では対応が難しくなり、また、たとえ対応できるとし
ても非常に高価な金属材料を使用せざるを得ない場合が
増えつつある。

このような過酷な環境での使用に対処するため優れた材
料特性を有し互いに補児しあうような金属材料１積ｒ＠
［また安価な複合金屑材料の開発が急がれている。

この種の複合金屑材料では、一般に母材に強度を受は持
たせ、合わせ板材として耐食性や耐摩耗性などにすぐれ
ｌｔ特殊金属を用いる場合が多い。

とくに銅寸たは銅合金を合わせ材にする複合材料は、合
わせ材で耐食性、耐海水性や耐池生物汚損性などの特性
を保証して、化学装置、海水淡水化装置あるいは海洋構
造物用材料として用いられている。

今日、ｐ一種金属月料を接合する主な手法とＩ７ては、
オーバーレイ法、爆着法、組立て一圧延法あるいは鋳込
法が知られている。

オーバーレイ法は母材の上にフラックスを置き、うす物
コイルをアークで溶融し母材に接合させる方法であるが
、渭ｊ価なうす物コイルを刊溶融するだめ、母材に対す
る合わせ材の比率が大きい場合には他の製造法にくらべ
てコストが高くなるという欠点がある。

爆着法は火薬を使用するため、火薬そのものが乱倫であ
ることと火薬の使用場用が限定されるため一般には採用
しにくい方法である。

組立て一圧延法は汎用されている方法であシ、合わせ板
材にニッケルメッキを施したのち合わせ仮相と母材を重
ね合わせて四周を溶接し、高温で強圧下圧延ｉ−で複合
材料を得る方法である。この方法では接合すべき合わせ
板材と母材の表面を平滑に什トげることが接合のため不
可欠であり、したがって、組立て圧延法は表面手入れを
含めた組立てに要するコストが高く、またこの方法では
、圧延工程で合わせ材と母材を接合させるために、一定
水準以一りの能力を持つ圧延機の使用が必要となる。

一方、鋳込法け、合わせ材あるいは旬材を、鋳型の内部
に予め組立てその鋳型の中に溶融した母材りるいは合わ
せ材全注入して造塊し、これを分塊および熱間圧延によ
り両者の接合を生じさせる複合材料の製造法である。こ
の方法では、鋳込の際にスカムを巻き込みその部分が接
合不良となる問題がある。

このように複合金属材料の現行の製造法はそれぞれ欠点
を残していて、これらの製造方法に代わる安価な製造法
が要望されている。

発明者らｔ」　さきに母材の周辺に囲い枠ｆ設けてこの
ｆＪ拐の上に、母相よりも融点の低い合わせ材と、その
上面を覆うフラックス力かでも炭素を５０％以」−含有
する板あるいは粉末をおき、全体に加熱を１１＋Ｉｔ、
て合わせ材のみを母材上で溶融させ、界面での拡散苓−
生じるに足る保持を行ない、その伊溶融凝固紹織を管理
しつつ冷却して複合スラブを得、しかるのちこの抱合ス
ラブに熱間圧延を施す方法を開発したが、この場合の接
合機構の重要な点は、合わせ（」が溶融して液体となシ
、まずそれが固体である母材に°゛ぬれる″ことであり
、ついでぬれた界ｉ’ｌｎ　Ｔ　厚手が十分に拡散する
ことである。

かようなぬれ性と拡散性の２点全満足することを必要と
する溶融接合法では、合わせ材と母材の「ぬれ性」が悪
い場合には接合不良を生じ、またたとえ「ぬれ性」が良
い場合でも、拡散によって形成される合金層が脆弱であ
ると加工時に割れることがある。

とくに合わせ材が銅あるいは銅合金の場合、銅が母材の
粒界に浸入して母材が脆化するうれいがある。このよう
に従来の溶融接合法においては、合わせ材と母材の組み
合わせを限定する必要があり、銅または銅合金クラツド
鋼の製造に非常な困＃をとも々つた。

発明者らは従来技術の「ぬれ性」「界面における拡散に
よる脆弱な合金層の形成」あるいは「溶融した合わせ材
金属の母材粒界への浸食による脆化」の問題テどｆ解決
すべく種々検討し従求技術の適用では高度の技術を要し
た銅および銅合金クラツド鋼の製造に関し簡便で経済釣
力方法を見い田した。

この発明は、母材鋼板上でそれよりも融点の低い合わせ
板材である銅または銅合金板と、その上面を覆うフラッ
クスとをおき、全体に加熱を施して合わせ板材のみを母
材鋼板上で溶融させて、母材と接合する段階を含む銅ま
たは銅合金クラツド鋼の製造に際して、母材鋼板の接合
面にあらかじめ、ニッケルもしくはニッケル合金によシ
予備被覆を行うことにより前記課題を解決したものであ
この発明の実施に当っては、ニッケルもしくはニッケル
合金による予備被覆がメッキ、溶射、またはオーバーレ
イによるものであること、また接合段階を経た積層材に
ついての熱間段階を含むこと、熱間圧延段階が、合せた
板材の周囲に施［７た囲い枠による拘束下であることが
好ましくフラックスとして炭素を５０％含有する板ある
いは粉末全使用することができる。

さてこの発明は、母材と合わせ材の溶融接合に際して、
母材接合面にあらかじめニッケルあるいはニッケル合金
により予備被覆を施すことにより、合わせ材が銅あるい
は銅合金であることによる溶融接合時の障害を排除した
ものである。

以下に、この発明の実施態様を図面に従い具体的に説明
する。

第１図にこの発明法に従い母材鋼板上に合わせ板材およ
びフラックスを積層した状態を示す。同図で番号１は母
材鋼板、２は母材接合面側に施したニッケルもしくはニ
ッケル合金による予備被覆であり、８は合わせ仮相の銅
または銅合金の板材、４、は母材の周辺に設けた囲い枠
、５はフラックスである。

旬・材鋼板１の−に面はなるべくグラインダなどで予め
表面１手入れを施した上で、メッキ、オーツクーレイな
いしは、溶射などの技術によりニッケルもしくはニッケ
ル合金の予備被覆２を施す。

この予備被覆２け、銅または銅合金の合わせ板材３が溶
融し九時い一１母材接合面へのｙ）れ性を改善するのみ
ならず、接合界面における脆弱な合金層の形成を防止し
、さらに合わせ板材３の母材粒界への浸食、さらには母
材鋼板１側から合わせ仮相８へのカーボン々どの有害元
累の拡散を防止する。囲い枠４は合わせ板材３を溶融し
たとき堰の働き金なすものであり、従って高温加熱下で
も溶融せずに溶融合わせ制８の圧力に劃え伺る＠度を必
要とするが、拐質としては経済的な面からも軟鋼がとく
に有利に適合する。

フラックス５としてはアルカリ金属やアルカリ土類金属
のノ・ロゲン塩もしくはそれらの混合物が有利であるが
、このフラックスとしては炭素を５０％以」二含有する
板もしくは粉末を使用することもできる。第１図に示す
様に組み立てた状態で全体を、合わせ板拐８の融点以１
−で、かつ母料鋼板１、予備被覆２および囲い材４の融
点以下の温間に加熱し、母相鋼板１の予備被覆上の面一
にで合わせ仮相８を溶融させる。

次にこの溶融下に積層（〜だ複合相を冷却して接合スラ
ブとする。このとき合わせ板材８の材質によっては、冷
却条件次第で凝固組織が異なる場合もあるので、冷却速
度や冷却方向などの制御を行って溶融凝固組織を管理し
なから冷却して所定の特性をそなえる凝固Ｍ繊とする。

次いでこの複合スラブに熱間圧延を施して所定の形状寸
法の製品とする。この場合に合わせ仮相と母材の変形抵
抗が甚しく異なるときはクラツド比が変化し、歩留の低
下を招く恐れがあるが、合わせ材の四周の囲い枠をその
壕ま残し、合わせ材の周辺における変形を拘束した状態
で圧延を行うことでクラツド比の変化を軽減し得る。

次にこの発明法全９０フ□０キユプロニツケルクラツド
鋼の製造に適用した具体例について説明する。

厚さ６５　ｍｍのＪＩＳ規格５Ｍ４１Ｂ板材を母相鋼板
１とし、その鎚５合面にグラインダで手入れｋｍしたの
ち、モネル（Ｎｉ／７０　ｗｔ％、Ｏｕ／３ｏｗｔ％）
を予備被覆２と１〜て肉盛溶接した。母材鋼板１の周辺
に前掲第１図に示ｊ−たとおり、３　ｍｍ厚の軟鋼板帯
を囲い枠ｌとして溶Ｊ？　ｌ、た。この囲い枠４で囲わ
れた母材予備被覆２０面上に合わせ板材３として厚さ１
５朋の９°／□０キユプロニツケルを置き、さらにその
上面をほう砂−はう酸系フラックス５で］　Ｑ　ｍｍ厚
に榎い、全体ｉＡｒ雰囲気の炉で１２０１）℃（９０／
□０キユプロニツケルの融点：約１１５０℃）まで加熱
して９０／１ｏキユプロニツケルを母材上で溶解させた
。この状態で１０分間保持して界面での拡散を十分に行
ったのち空冷により合わせ板材を冷却し複合スラブとし
た。

ついでこの軸合スラブに囲い枠４はそのままとして熱間
圧延を施し、目標板厚２　（１ｍｍに仕上げた。かくし
て得られた複合金属材料は、熱間圧延中における合わせ
仮相の耳だれはかく歩留りは良好で所期ｊ〜たとおりの
クラツド比の■／、ｏキュプロニッケルクラッド銅が得
られた。表１にこの９０／１ｏキユプロニツケルクラツ
ド鋼板の接合界面強度Ｖこ関し試験した結果を示す。

ｉｌ　　　”／□。キュブｒノニッケルクラツド鋼板の
接合界面強度 ＊　接合面に対し垂直方向の引張試駆、破断位置はいず
れも合わせ材、 ＊＊　モネルの場合と同様に肉盛溶接、銅合金クラツド
鋼の規格ＪＩ８　　Ｇ　８６０４　に規定のせん断強さ
の下限値ｌＯ’Ｑｆ／ｍｍ”に対し、この発明に従い得
られた複合金属板は２８．２ｋｆｆ／ｒｎｍ２であり、
月１格値を大幅に越えている。また熱延前の垂直方向引
張り試験において破断が生じたのは接合界面でけ々く合
わせ板材の肉厚内部であったことからも、との発明に従
う複合金属板はすぐれた接合界面強度を有することがわ
かる。

また第２図に抱合材料の接合界面におけるＸＭＡ分析結
果を示すが、Ｗ材接合面に施１７た予備被覆の効果によ
り脆弱な合金層の形成を防止していることがわかる。な
おこの発明の方法は癲または銅合金クラツド鋼に限らず
合わせ材として鋼板よりも融点の低い金属を利用する場
合に適用できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は母材鋼板、合わせ板材およびフラックスの積層
状態を示す断面図、 第２図は本発明法による９０／／□。ギュブロニッケル
クラツド鋼板の接合界面ＸＭＡ分析結果を示すグラフで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　母材鋼板−１−にそれよりも融点の低い合わせ板材
   である銅または銅合金板と、その上面を覆うフラックス
   とをおき、全体に加熱を施して合わせ板材のみを母材鋼
   板上で溶融させて、母材と接合する段階を含む銅または
   銅合金クラツド鋼の製造に際して、母材鋼板の接合面に
   あらかじめ、ニッケルもしくはニッケル合金により予備
   被覆を行うことを特徴とする銅または銅合金クラツド鋼
   の製造法。 λ　ニッケルもしくはニッケル合金による予備被覆がメ
   ッキ溶射、またはオーバーレイによるものである特許請
   求の範囲１記載の方法。 ＆　接合段階を経た積層材についての熱間圧延段階を含
   む特許請求の範囲１または２記載の方法。 表　熱間圧延段階が合わせ板材の周囲に施した囲い枠に
   よる拘束下である特許請求の範囲３記載の方法。 五　フラックスとして炭素を５０％以上含有する板ある
   いは粉末を用いる特許請求の範囲１〜４・の何れか−に
   記載の方法。