JPS63158B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 開示技術は複数金属材を予め添接積層させて電
子ビーム溶接法により冶金的結合を行つた後所定
に圧延して所望鋼板クラツド鋼材を得る製造技術
に属する。

而して、この発明は高張力鋼等の直方体形状等
の母材鋼材の一面に対しステンレス鋼等の異種金
属材を緊密添接させて積層し、而して該異種金属
材の接合面全面に電子ビームを照射して冶金的接
合を行つて添着一体化した金属材を所定に熱間、
或は、冷間圧延等して所望に成形した鋼板クラツ
ド鋼材を得る様にしたクラツド鋼材の製造方法に
関する発明であり、特に、直方体等の上記鋼材に
対して異種金属材を開放断面で接合して密着させ
一体ブロツク化し接合面全面に超大出力電子ビー
ム溶接を施して全面に冶金的接合し、その深溶け
込みにより該接合金全面の溶融結合を成し接合金
属を強固に一体化して熱間、或は、冷間圧延して
所望成形鋼板クラツド鋼材を得る様にしたクラツ
ド鋼材の製造方法に係る発明である。

周知の如く、橋梁、ビル建築等の一般構造物は
勿論のこと、管槽構造物、化学プラント、熱交換
器等広範囲の産業の各利用分野にて多く用いられ
ている鋼板等に於ては強度のみならず、経時的耐
用性の点から耐熱性、耐腐蝕性、耐摩耗性が要求
される。

而して、該種鋼材の材料条件は材質、厚み等に
於て第１義的に強度面から決定されるものではあ
るが、上述耐用性の面に於て、強度要求とは材料
的に一致しない場合が多く、換言すれば、高張力
鋼必らずしも耐腐蝕性に優れているものではな
い。

従つて、クラツデイング法、単なるライニン
グ、或は、適宜金属材料、非金属材料の単体、混
合物の塗着手段等が採用されている。

特に、近時構造物が大型化、複雑化の様相を有
する傾向になるとその建造費は勿論、耐腐蝕対策
等の管理、保守のランニングコストも極めて高く
つく様になり、強度性に併せて腐蝕性を充分に有
する鋼材のニーズは益々大きくなる傾向にある。

例えば、増強度材として高張力鋼が採用される
ケースが多くなつているが、該高張力鋼はその極
めて優れている強度性に反し耐腐蝕性の点に於て
必らずしも満足されないものであり、従つて、こ
れに対処するに耐腐蝕性に優れるステンレス鋼を
用いることもその面に於ては可能であるが、反面
強度的に劣ることにより厚肉重構造となりコスト
高になるデメリツトを招くことになる。

そこで、両者の優れた点を用いてマイナスを補
うべく高張力鋼を母材とし、ステンレス鋼を添設
しそれぞれ耐強度性、耐腐蝕性をもたせる様にす
る技術が案出されているが、その場合、高価な添
設ステンレス鋼の薄さと金属的結合の強さが経済
面と材料力学面から強く望まれることになる。

ところで、１つの金属材に対して異種金属を添
設する技術としてはクラツド方法が周知の慣用技
術として採用されている。

該クラツド法には、例えば、爆発圧接法、溶接
肉盛法、熱間圧延法等があり、爆発圧接法は火薬
爆発に伴う瞬間的高圧力印加を用いるものである
が、実用上には設備が高くつく上に安全対策も講
じなければならず、容易に採用し難い難点があ
る。

又、溶接肉盛法は炭素鋼材等の母材表面をステ
ンレス鋼溶加材を用いて溶接し溶融肉盛するもの
であるが、溶接中に発する溶接熱が溶接歪を与
え、溶接作業に長時間を要し、作業能率も悪い上
に溶接性の良好な溶加材の選択の制約がある等の
不利点がある。

これに対し熱間圧延法は歴史的にも古く１方の
金属材に異種の金属材をその接合面を清浄にして
添接し熱間圧延を行い、その過程に於て該接合面
に新生面を形成させ、高温裡に鍛接する様にした
ものであり、従つて、清浄な接合添接面を予め得
ておくことが必須の要件となり、その限り、接合
面に残存空気があつたり、酸化皮膜が形成されて
いたりすることは絶対的に避けられねばならず、
加えて大圧延比と高圧延温度を必要とし在来種々
の方策がとられて来たものの、手段が煩瑣であ
り、能率が悪い不具合が多かつた。

これに対処する熱間圧延法として、例えば、特
公昭51―19819号公報に記載されている発明の如
き電子ビーム溶接による金属材の接合を介しての
熱間圧延法が案出される様になり接合工程に於け
る添接面残存空気の真空ポンプ排除や、脱酸、脱
窒剤の前処理充填等の煩瑣な作業を省き、効率的
クラツド鋼材の製造を成し得る様にされている。

該既案出電子ビーム溶接による接合圧延を第
１，２図態様で略説すると、クラツド鋼板製造に
ついては、母材鋼材１に対して被接合材の異種金
属材２を開放断面で対向させ両者の接合面３を相
互に可及的に清浄化して緊密に添接し、所定真空
装置内にセツトさせ、該異種金属材２上面側から
周縁に沿い該接合面３に交叉して電子ビームを照
射し周回させて電子ビーム溶接ビード４を形成さ
せ、溶融結合により鋼材１と異種金属材２を接合
し、接合面３の真空度を保ち、その後所定に熱間
圧延する様にされる。

而して、上記鋼材１と異種金属材２は相互に熱
膨脹係数を異にするものであり、溶接々合後の加
熱圧延工程に於て熱応力及び圧延ずれを介して溶
接交叉部のビード４の金属に破損が生じ、溶接工
程に於て確実に得られた真空が破られるおそれが
あり、特に、均一厚さの保証が求められる圧延鋼
板の場合はそのおそれが大である。

そのため、第３図溶接金属４の厚さＷは被溶接
異種金属２の厚みｈの少くとも1/2以上にするこ
とが必要とされている。

さりながら、これまで用いられて来た電子ビー
ム溶接によるビード４の幅は通常５〜６mm程度で
あり、従つて、上記異種金属２の厚みが30〜50mm
を越えると該種方法を用いることが不可能とな
り、圧延クラツド鋼板製造には用いられないとい
う欠点があつた。

この発明の目的は上述従来技術に基づくクラツ
ド鋼材製造に於ける問題点を解決すべき技術的課
題とし、近時開発された超大出力電子ビーム溶接
手段を用いることにより前記欠点を除去し、難点
を解消し、不利点を無くすのみならず、母材鋼材
に対し開放断面で添接した異種金属の対向接合面
全域に対し超大出力電子ビームを照射し深溶け込
みを効果的に行い、対向金属材相互を強固に溶融
結合し冶金的に一体化し、その後熱間、冷間圧
延、或は、鍛造、及び、圧延を行いクラツドされ
た所定形状の鋼板を得ることが出来る様にし建設
産業等に於けるクラツド鋼板利用分野に益する優
れたクラツド鋼材の製造方法を提供せんとするも
のである。

上述目的に沿うこの発明の構成は前述問題点を
解決するために、一方の母材の鋼材と他方の異種
金属とを密着接合させておき、その接合境界面全
面に対して超大出力電子ビーム溶接を施して全面
一体溶接結合して冶金的に一体化し、該結合一体
化ブロツク状鋼材を熱間、冷間圧延してクラツド
された鋼板のクラツド鋼材を得るようにした技術
的手段を講じたことを要旨とするものである。

次にこの発明の実施例を第４図以下の図面に従
つて説明すれば以下の通りである。

母材鋼材としての炭素鋼材の直方体形状の鋼塊
５の上下面AA′A″B″B′B、及び、CC′C″D″D′Dを
開放断面の接合面となし、当該接合面に合致する
開放断面接合面を有する異種金属材としてのステ
ンレス鋼板６、６を対向接合面を適宜の機械仕上
げで行い、当該３者を所定に添接重合積層させ、
所定の図示しない超大出力電子ビーム装置の真空
チヤンバ内にセツトし、最初上側接合面
AA′A″B″B′Bに対し該接合面に沿つて超大出力
電子ビームを照射する。

而して、該照射は１側寄り断面接合面AA′B′B
から行われ、超大出力電子ビームは接合面AA′に
沿つて充分A′部位に達し、且つ、これを越える
様に照射され、所定速度にてＡ端からＢ端に向か
つて移行され、その結果、接合面AA′B′Bは完全
に全面冶金的溶融結合される。

而して、該１側面AA′B′B接合面の超大出力電
子ビーム溶接７による結合が終了すれば、次いで
同様に他側開放断面接合面A″A′B′B″の超大出力
電子ビーム溶接７を行い、これによつて炭素鋼塊
６とステンレス鋼板６の接合面AA′A″B″B′Bの
全面完全冶金的溶融結合が成される。

尚、上記１側開放断面接合面毎に電子ビームを
照射する代りにAB側面とA″B″側面の両側面から
２台の超大出力電子ビーム照射装置を作動させて
同時に溶接する様にしても良い。

この様にして上側ステンレス鋼板６と炭素鋼塊
５の溶接々合を終えると次に下側ステンレス鋼板
６と炭素鋼塊５との接合面CC′D′D、及び、
C″C′D′D″の超大出力電子ビーム溶接７について
も同様に行い、その結果、３金属材は冶金的に完
全に一体化されることになる。

而して、溶接々合を終えた一体金属材８は超大
出力電子ビーム装置より取り出され、所定熱間圧
延装置にセツトされ、周知のローラ、或は、プレ
ス圧延工程により第５図サフイツクスに示すステ
ンレス鋼材６′，６′にサンドイツチされた炭素鋼
材５′を有するクラツド鋼板９に形成される。

該ステンレスクラツド鋼板９に於ても超大出力
電子ビームビード８′は破壊されることなく残存
し、空気の侵入を許さず、強固に両金属材５′，
６′の冶金結合を保持している。

上述実施例に則す実験例を次に示す。

＜炭素鋼塊＞ 長さ；600mm、幅；1000mm、厚さ；800mm ＜ステンレス鋼板＞ 長さ；600mm、幅；1000mm、厚さ；（上板40mm、
下板20mm） ＜超大出力電子ビーム＞（電子ビームは接合面の
長さ600mmの半分300mmに充分達する） 出力；100KW、深溶け込み；320mm、溶接速
度；100mm／min ＜熱間圧延＞ ローラ圧延；圧延比40、圧延温度；800℃ ＜クラツド鋼板＞ クラツド鋼板厚さ；20mm、上板ステンレス板厚
さ；１mm、下板ステンレス板厚さ；0.5mm 尚、この発明のステンレスクラツド鋼板製造態
様は上述実施例に限られるものでなく、他の態様
が種々可能であり、例えば、冷間圧延も可能であ
り何ら接合面の冶金的接合に損傷は発生しない。

又、圧延は実施例中で略述した如く冷間圧延も
可能であり、それらの圧延の中間、或は、前に鍛
造工程が介装される態様も可能である。

そして、クラツド金属の厚みについても超大出
力電子ビームの深溶け込み可能な程度であれば設
計の範囲の選択にまかされ、圧延工程に於けるク
ラツド鋼のクラツデイング厚さは所望により相当
程度薄くすることが出来、防腐蝕機能を満足させ
ると共にコスト低減に充分寄与することが可能で
ある。

又、炭素鋼にステンレス鋼を内外添接積層する
態様ばかりでなく、２種以上の相互に異なる金属
材を張設、挿入等の介装添接々合をして積層重合
する金属材にすることもこの発明の確実な実施例
であり、態様によつては利用発明、利用考案を構
成するものであり、それらの実施態様は製品の強
度上の考察は勿論、耐熱性、耐腐蝕性、耐摩耗性
等も充分考慮し、使用目的と勘案して材料、材質
の組合せ選択、設計変更が行われ得るものであつ
て、鋼材、添接異種金属材共に普通鋼、高張力
鋼、極軟鋼、ステンレス鋼、高速度鋼、耐摩耗鋼
等の鉄系材料ばかりでなく、Ti、Nb、Mo、Zr、
Al、Cr、Cu等の非鉄系金属材料の採用も可能で
あり、それらは超大出力電子ビーム溶接々合が可
能な限りの選択組合せを許容対象とされる。

前述の如くこの発明によれば、母材鋼材に対し
て異種金属材を添接積層させ全接合面に対し超大
出力電子ビーム溶接を施して冶金的接合をなして
後圧延してクラツド鋼板を得る様にした方法に於
て、該両金属材の開放断面の添接々合面の全面に
対して超大出力電子ビーム溶接を施す様にしたこ
とにより、基本的に該接合面が完全に全面溶融接
合をされて冶金的接合を強固になすことが出来、
該超大出力電子ビーム溶接の工程のみで圧延に先
立ち、素材段階で確実に冶金的固着がなされる優
れた効果が奏される。

而して、この発明によれば、両金属材接合面全
面に亘り超大出力電子ビームにより溶融接合され
るため、従来の積層材の周囲を密封シールした後
圧延するのに比し、接合部の品質、及び、信頼性
が著るしく高くなる優れた効果が奏される。

従つて、これまでの製作態様では積層材の材質
の組合せに応じた圧延時の温度、圧力条件等に厳
しい要求が課せられ、これを満足することは極め
て困難である上、例え満たされたとしても、非接
合部が生ずることがあるのに対して、この発明で
は完全接合部が容易且つ正確に得られる優れた効
果が奏される。

又、該超大出力電子ビーム溶接は接合面全面の
溶融冶金結合であるので、従来鍛接工程の必要と
する接合面の完全仕上げ、圧延に至る前後の真空
維持等の清浄保持、高温保持を省くことが出来る
ため、工程のシンプル化、作業の能率化、歩留り
アツプ、コスト低減、精度向上を企ることが出来
る優れた効果もある。

又、用いられる超大出力電子ビーム溶接は深溶
け込み、狭溶接幅を有しているため、添接異種金
属の肉厚をそれだけ素材金属の段階で薄くするこ
とが出来、結果的に圧延製品のクラツド金属を可
及的に薄くして、充分に耐熱性、耐腐蝕性、耐摩
耗性を有することが出来、単に材料費の面から、
コストダウンを計ることが出来るのみならず、鍛
造延工程に於ける工数削減、動力節約にも大いに
寄与することが出来、その点からもコストダウン
に連がるメリツトがあり、加えて製品軽量化に連
がる利点がある。

更に、該超大出力電子ビーム溶接は接合面に対
し深溶け込み溶接が可能であり、しかも、溶融溶
接であつて溶接強度は上述の通り鍛接に比し極め
て強く、その割に接合面積当りの溶接入熱は従来
溶接に比し著るしく小さく、従つて、異種金属の
溶接組合せ範囲が広範囲にとれ、前記の様に鋼に
対するにステンレスばかりでなく、Ti、Nb、
Al、Mo、Zr等のクラツドが可能となり在来の圧
延法は勿論のこと溶接肉盛法等に於ける材料組合
せをはるかに越すことが出来る効果もある。

而して、この発明によれば、接合強度が強固で
あるため通常の圧延、即ち、熱間、冷間のいづれ
もとれ、圧延比も特に制限なく、逆にその制約が
無い故に接合面の製品強度が充分に保証されると
いう優れた効果も奏される。

更に又、超大出力電子ビーム溶接は溶接速度が
早く、入熱量も少いため製品精度を良くするばか
りでなく、クラツド金属の極薄膜化に大いは寄与
することが出来る効果もある。

加えて、クラツドに使用される材料は一般に変
形抵抗が高温に於て異なり、従つて、積層材の周
囲がシール溶接されているだけの状態で圧延され
ると、合材が引きつれを生じ、場合によつては破
損を生じ、溶接長を長くとれない鋼板に於ては大
きな問題を生ずるが、この発明によれば、圧延以
前に接合面が全面溶融結合されているためにこの
様なおそれは全くなく、製作に於ける耐蝕材の薄
膜添設のクラツド鋼板を良品質裡に得ることが出
来る優れた効果が奏される。

そして、従来の電子ビーム溶接法の様に隔離板
等も添設せずとも良い点等組立も簡単で操作も容
易であり、作業性向上に益する等の副次的利点も
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に基づく電子ビーム溶接によ
るクラツド鋼々材製造の概略説明斜視図、第２図
は第１図―断面図、第３図は同じく従来技術
に基づく電子ビーム溶け込み説明断面図、第４図
以下はこの発明の実施例を示すものであり、第４
図は超大出力電子ビーム溶接説明斜視図、第５図
は圧延製品説明図である。 ５…鋼材、６…異種金属材、AA′A″B″B′B，
CC′C″D″D′D…接合面、７…電子ビーム溶接、８
…一体化接合金属材、９…クラツド鋼板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋼材に対して異種金属材を添接積層させ積層
   接合面全面に電子ビーム溶接を施して一体化した
   後一体化接合金属材を圧延して鋼板クラツド鋼材
   を得る様にしたクラツド鋼材の製造方法におい
   て、上記鋼材に対して上記異種金属材を開放断面
   で密着添接させ、その全接合面に超大出力電子ビ
   ーム溶接を施して該接合面の全面に冶金的接合を
   行つた後一体化接合金属材を圧延して鋼板クラツ
   ド鋼材を得る様にしたことを特徴とするクラツド
   鋼材の製造方法。