JPS63157774A - アルミニウム・炭素鋼クラツド材の製造方法 - 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】 く産業上の利用分野〉 この発明は、圧延圧着によって品質の良好なアルミニウ
ムクラッド鋼をコスト安く製造する方法に関するもので
ある。

く背景技術〉 耐食性が良好で軽量かつ電気抵抗の小さなアルミニウム
と、強度が大きくて安価な炭素鋼との長所を兼備したア
ルミニウム／炭素鋼クラッド材は、最近では建材等の他
にリニアモーターカーのリアクションプレート用材料と
して゛も重要なものとなり、その用途は益々拡大する傾
向を見せているが、現在、上記クラッド材の製造方法と
しては、例えば第５図に示すように、炭素鋼から成る母
材１とアルミニウムから成る合わせ材２とを加熱炉３で
４００〜５００℃程度に加熱してから圧延ロール４及び
４′にて圧接してクラッド材５とする方法が主流を占め
ている。

しかしながら、この方法には、素材の加熱時に炭素鋼母
材が酸化され、接合面に酸化膜が形成されることによる
接合強度の低下や酸化膜による着色と言った問題点があ
った。

そのため、素材の加熱に際し、炭素鋼母材表面にアルミ
ニウムや亜鉛等のメッキ皮膜又は溶射皮膜を施す予備処
理を行ったり、或いは加熱炉内を不活性ガスでシールし
たりする酸化膜形成防止手段が採用されているが、前者
の方法ではメッキ或いは溶射と言う別工程を必要とする
ので設備費やランニングコストが大幅に上昇してしまう
ことが指摘されており、一方、後者の方法ではシールに
細心の注意を払ったとしても実作業上酸化膜形成を完全
に防止することは難しく、従って十分に満足できる接合
材が得にくいとの問題を完全に解決することができなか
った。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、従来のクラッド材゛製造手段に見られる
上述のような問題点を踏まえた上で、不本意な表面着色
や接合不良を伴うことなく接合強度の良好なアルミニウ
ムクラッド鋼を比較的簡単な設備で高能率生産する方法
を模索しつつ、様々な観点からの研究を重ねたところ、 「これまで異種金属材料同士を圧延圧着してクラッド材
を製造する際に一方の金属材料のみを加熱するような手
段では通常の熱間圧着の場合の如き１５〜４０％程度の
圧下率で圧着がなされる筈がないと考えるのが常識であ
ったが、これに反して、炭素鋼を母材とすると共にアル
ミニウムを合わせ材として両者を圧延・圧着しクラッド
材を製造する際に、炭素鋼母材を加熱することなくアル
ミニウム合わせ材のみを加熱して接合圧延を行ったとし
ても、アルミニウム合わせ材の加熱温度とクラフト材の
総圧下率とを特定条件に調整さえすれば、十分に満足で
きる接合強度を有したアルミニウムクラッド鋼を容易か
つ安定に得ることができる」 との思いも掛けない知見が得られたのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 ［炭素鋼母材とアルミニウム合わせ材とを圧延・圧着し
てクラッド材を製造するに際して、炭素、ｍ母材は大気
雰囲気中においても薄スケールを発生しない温度状態で
、一方アルミニウム合わせ材は３５０〜５５０℃の加熱
状態で共に圧延機に供給し、かつクラッド材の総圧下率
Ｄ）が式１式％ を満足する条件にて圧延・圧着することにより、不本意
な母材側の表面着色や接合不良を伴うことなく接合強度
の良好なアルミニウムクラッド鋼を比較的簡単な設備で
高能率生産し得るようにした」点に特徴を有するもので
ある。

第１図はこの発明に係るクラッド材の製造方法の１例を
模式化した工程図であり、常温のままの炭素鋼から成る
母材１に加熱炉３で加熱したアルミニウムから成る合わ
せ材２を重ね合わせた後、これを直ちに圧延ロール４，
４′に供給して圧延・圧着しクラッド材５とする過程を
示している。

ここで、「アルミニウム」とはアルミニウム合金をも含
めて意味するものであり、また「大気雰囲気中において
も炭素鋼が薄スケールを発生しない温度」とは格別な数
値的によって示されるものではないが、１６５℃以下の
温度であれば十分にこの要件を満たしていると言うこと
ができる。

また、前記「クラッド材の総圧下率（ｒ）」とは、アル
ミニウム合わせ材の厚みをＬＩ、母材の厚みをｔ２１、
そして製品厚をｔ３とすれば１、　　＋１２ で定義されるものであり、多層クラッドの場合にはｔｌ
及びｔ２はそれぞれの入側厚みの加算値である。なお、
アルミニウム合わせ材の圧延機入側温度Ｔ（’Ｃ）とク
ラッド材の総圧下率（ｒ）との間に ｒ　≧９．２３　Ｘ　１０　”　Ｘ　Ｔ−’・７４＋　
６．８１なる条件設定をしたのは、クラッド材の総圧下
率がこの条件を満たしていないと良好な接合を得ること
が出来ないからである。

第２図は、炭素鋼母材板と純アルミニウム合わせ板とを
圧延・圧着してクラッド板を製造したときの、アルミニ
ウム合わせ材の圧延機入側温度Ｔ（’Ｃ）及びクラッド
材聡圧下率ｒ（％）と接合状態との関係を示したグラフ
であるが、この第２図からも、クラッド材の総圧下率（
ｒ）が式 １式％ を満足する条件でなければ良好な接合を確保できないこ
とが分かる。

更に、この発明の方法においてアルミニウム合わせ材の
加熱温度を特に３５０〜５５０℃と限定したのは、該加
熱温度が３５０℃未満になると圧延荷重が急激に上昇し
て通常圧延機の能力制限域にかかる懸念がでてくること
に加えて、ロールの撓みが大きくなって板幅方向のクラ
ッド比が不均一になり易く、一方、上記加熱温度が５５
０℃を越えるとアルミニウム合わせ材が軟らかくなり過
ぎて取り扱いが困難になると共に、ストリップ素材を用
いて接合圧延を行う場合には破断事故が頻発するように
なるためである。

ところで、炭素鋼母材は常温のままで圧延機に供給する
のが製造コスト的に有利であるが、薄スケールを生成し
ない“１６５℃以下程度の温度”に加熱した場合には圧
延荷重を低減することが可能となる上、アルミニウム合
わせ材の加熱温度が比較的低温であったとしても十分な
接合強度を確保できると言う利点を享受することができ
る。

次いで、この発明を実施例によって具体的に説明する。

〈実施例〉 まず、厚さ：２龍１幅：９０龍、長さ２２００ｍ１の純
アルミニウム板と厚さ：６１１幅：１００１、長さ：２
３０ｍｍの炭素鋼板とを用意した。

次に、純アルミニウム板及び炭素鋼板とも接合面にブラ
ッシング処理を施した後、１例を除いては純アルミニウ
ム板のみ加熱炉で加熱してから両者を重ね合わせて圧延
・圧着し、アルミニウム／炭素鋼クラッド板を製造した
。

なお、このときのクラッド素材の圧延機入側温度並びに
圧延条件は第１表に示す通りであった。

続いて、得られたクラッド板の接合状態を判断するため
“剪断試験”を実施すると共に、機械加工（切断）を施
してその時の接合界面での剥離状態を観察した。

これらの結果を第１表に併せて示した。

第１表に示される結果からも明らかなように、アルミニ
ウム合わせ材の圧延機入側温度に対する圧下率が小さく
て ｒ　≧９．２３　Ｘ　１０　”　Ｘ　Ｔ−’−”　＋６
．８１なる条件を満たしていない試験番号１〜６で示す
例では、得られるクラッド材が良好な状態で接合されて
おらず、例え「切断加工時」に剥離が生じなかったとし
ても「剪断試験時」には界面で剥離を生じてしまうこと
が分かる。

これに対して、この発明で規定する条件通りに製造され
たクラッド材（試験番号７〜１８で示す例）は、「切断
加工時」に剥離を生じないことは勿論、「剪断試験時」
にはアルミニウム層が剪断変形して界面での剥離を生じ
ないと言う良好な接合状態の得られることが確認された
。

また、これとは別に接合界面のＥＰＭＡ分析を行って相
互拡散層の状況をも調査したが、何れも相互拡散層は３
μｍ程度を示して十分な接合がなされていることや、接
合強度を低下させる金属間化合物の生成は認められない
ことが確認された。

なお、第３図に示すものはＥＰＭＡ分析の結果を示す代
表例である（第１表における試験番号１５の例）。

更に、前記試験番号７〜１８で得られたクラッド材は、
何れも“表曲げ”及び“裏曲げ”とも曲げ半径：２Ｔ（
Ｔは板厚）をクリアーすることも確認された。

ところで、製品厚が比較的薄い場合には、第４図に示さ
れる如く、生産性や歩留の観点より炭素鋼から成る母材
ｌ′及びアルミニウムから成る合わせ材２゛ともストリ
ップ状で圧延機に供給することが望ましいが、この場合
には圧延機前方張力並びに圧延機後方張力が圧延荷重に
影響を及ぼしはするものの、総圧下率（ｒ）とアルミニ
ウム合わせ材の圧延機入側温度（Ｔ）とがこの発明で規
定する条件を満たしてさえおれば良好なりラッド材を得
られることも確認された。

そして、３層以上の多層クラッドを製造する場合には、
２層クラッド製造時よりも圧下率をやや高めにすること
が良好な製品を得るのに好ましいことも明らかとなった
。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、商品価値を落
とす表面着色や接合性劣化を伴うことなく、接合強度の
良好なアルミニウム／炭素ｎクラッド材を作業性良く高
能率で量産することが可能となるなど、産業上有用な効
果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るクラッド材の製造例を模式化し
た概略図、 第２図は、炭素鋼母材板と純アルミニウム合わせ板とを
圧延・圧着してクラッド板を製造したときの、アルミニ
ウム合わせ材の圧延機入側温度Ｔ（”Ｃ）及びクラッド
材総圧下率ｒ（％）と接合状態との関係を示したグラフ
、 第３図は、本発明の方法に従って製造されたクラッド材
接合界面のＥＰＭＡ分析結果を示すグラフ、 第４図は、ストリップ状素材を用いた本発明例を模式化
した概略図、 第５図は、従来のクラッド材の製造例を模式化した概略
図である。 図面において、 ｌ、１′・・・炭素鋼から成る母材、 ２．２′・・・アルミニウムから成る合わせ材、３・・
・加熱炉、　　４．４′・・・圧延ロール、５・・・ク
ラッド材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素鋼母材とアルミニウム合わせ材とを圧延・圧
   着してクラッド材を製造するに際して、炭素鋼母材は大
   気雰囲気中においても薄スケールを発生しない温度状態
   で、一方アルミニウム合わせ材は３５０〜５５０℃の加
   熱状態で共に圧延機に供給し、かつクラッド材の総圧下
   率（ｒ）が式ｒ≧９．２３×１０＾２＾０×Ｔ＾−＾７
   ＾．＾７＾４＋６．８１［但し、Ｔはアルミニウム合わ
   せ材 の圧延機側温度（℃）］ を満足する条件にて圧延・圧着することを特徴とする、
   アルミニウムと炭素鋼とのクラッド材の製造方法。
2. （２）炭素鋼母材を常温で圧延機に供給する、特許請求
   の範囲第１項に記載のアルミニウムと炭素鋼とのクラッ
   ド材の製造方法。
3. （３）炭素鋼母材を１６５℃以下に加熱して圧延機に供
   給する、特許請求の範囲第１項に記載のアルミニウムと
   炭素鋼とのクラッド材の製造方法。