KR20200042925A - 클래드판 - Google Patents

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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

금속 재료층(3)과 알루미늄층(4)이 압연에 의해 강고하게 접합되고, 연화 열처리에 의해 결정립이 크게 성장한 알루미늄층(4)에 기인하는, 금속 재료층(3)의 표면에 있어서의 프레스 가공 후의 표면 거침을 일으키지 않는 클래드판(1)은, 제1층(3) 및 제2층(4)을 구비한다. 제1층(3)은 페라이트계 스테인리스강으로 이루어지고, 제2층(4)은 알루미늄으로 이루어진다. 제1 접합 계면(6)으로부터 판두께 방향으로 100μm 떨어진 위치까지의 제2층(4)의 범위에 있어서, 장경과 단경의 비인 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 85% 이상이며, 또한, 최대 결정립경이 50μm 이하이다. 또한, 제2층(4)의 판두께 방향의 1/2의 위치에 있어서, 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만이다.

Description

클래드판
본 발명은 클래드판에 관한 것이다.
예를 들면 페라이트계 스테인리스강과 알루미늄을 접합한 클래드판은, IH(Induction Heating) 조리기나 IH 취반기 등의 제품에 이용하는 냄비와 솥의 프레스 성형 소재로서, 널리 이용되고 있다.
이 클래드판의 구성 재료인 스테인리스강은 우수한 IH 발열 특성을 가지며, 알루미늄은 우수한 열전달 특성을 가진다. 최근, 보다 복잡하고 부하가 큰 프레스 가공에 견딜 수 있는 클래드판이나, 보다 후육(厚肉)이며 프레스 하중이 큰 프레스 가공에 견딜 수 있는 클래드판이, 제품의 성능을 높이기 위해 요구된다.
특허 문헌 1에 개시된 바와 같이, 소재가 되는 알루미늄 코일과 스테인리스강 코일을 압연에 의해 접합하는 방법이, 이 클래드판의 공업적인 제조에서의 제조 효율이 높기 때문에 우수하다. 특허 문헌 2에는, 접합 전의 코일을 특정의 온도로 예열한 후에 소정의 압하율로 압연하는 것이 접합 조건으로서 개시되어 있다.
이와 같이 하여 제조된 클래드판은, 압연에 의한 접합 시의 가공 변형이 내재된 채로의 상태에 있으며, 알루미늄층 및 스테인리스강층 모두가 가공 경화된 상태에 있다. 클래드판을 복잡한 형상으로 프레스 가공하는 경우나, 후육의 클래드판을 높은 프레스 하중으로 프레스 가공하는 경우에는, 프레스 가공성을 높임과 함께 프레스 하중을 저감하는 것이 유효하다. 이 때문에, 프레스 가공 전의 클래드판에 연화 열처리를 실시함으로써 변형 저항을 저감하는 처리를 행한다.
그러나, 연화 열처리에 의해 알루미늄층이 충분히 연화되고, 그 결정립이 커진 클래드판을 프레스 가공하면, 프레스 하중에 의해 알루미늄층의 결정립이 스테인리스강층의 표면에 전사되어 표면 거침 모양(이하, 간단히 「표면 거침」이라고 한다)을 일으키는 경우가 있다.
이 때문에, 표면의 미관을 중시하는 제품에서는, 종래, 연화 열처리를 행하지 않고 압연에 의해 접합한 채로의 클래드판을 프레스 가공하고 있었다. 또, 특히 복잡한 형상으로의 프레스 가공이나, 높은 프레스 하중으로 프레스 가공을 행하는 경우에는, 연화 열처리가 행해진 클래드판을 프레스 가공한 후에, 표면 거침이 생긴 스테인리스강층의 표면을 연마 가공함으로써 표면 거침을 제거하는 공정이나, 이 표면을 도장하여 표면 거침을 감추는 공정 등을 거칠 필요가 있었다.
특허 문헌 3에는, 알루미늄판 혹은 알루미늄 합금판과 스테인리스강판을 미리 2층 이상 적층하여, 이것을 특정의 가열 조건으로 가열하고, 즉시 열간 압연을 행하며, 다음에, 이 열간 압연재를, 350~550℃의 온도에서 0.5~6시간 소둔함으로써, 성형 가공용 클래드판을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 4에는, 냉간 압연 또는 열간 압연에 의해 제조한 알루미늄 합금층과 스테인리스강층을 가지는 클래드판의 접합 강도를 증대시키기 위해 행하는 소둔 처리의 소둔 온도를 150~400℃로 하는 발명이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 5에는, 특정의 조건으로 제조한 알루미늄판을 스테인리스강대에 겹치고, 알루미늄판을 250℃ 이하의 온도로 유지하여 알루미늄판을 스테인리스강대에 압연에 의해 접합하고, 다음에 250~330℃에서 연화 열처리함으로써, 가공성이 우수한 클래드판을 제조하는 발명이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 평5-146880호 공보 일본국 특허 제2783170호 명세서 일본국 특허공개 소61-42498호 공보 일본국 특허공개 평9-70918호 공보 일본국 특허공개 평10-244620호 공보
특허 문헌 3에 의해 개시된 발명은, 열간 압연인 채로는 접합 강도가 충분하지 않은 경우에 금속 결합부에서의 원자의 확산을 이용하여 접합 강도를 높이는 것을 목적으로 한다. 이 때문에, 특허 문헌 3에는, 프레스 가공에 의한 강가공을 받아도 박리나 깨짐을 일으키지 않고, 또한 프레스 가공 후의 표면 거침을 방지하는 방법은 개시되어 있지 않다.
특허 문헌 4에 의해 개시된 발명은, 알루미늄 합금층의 표면에 두께가 15nm 이상인 표면 산화 피막을 형성하는 것을 목적으로 한다. 이 때문에, 특허 문헌 4에는, 프레스 가공에 의한 강가공을 받아도 박리나 깨짐을 일으키지 않고, 또한 프레스 가공 후의 표면 거침을 방지하는 방법은 개시되어 있지 않다.
또한, 특허 문헌 5에 의해 개시된 발명은, 압연 집합 조직을 제어함으로써 클래드판의 변형 이방성을 작게 하는 것을 목적으로 한다. 이 때문에, 특허 문헌 5에는, 프레스 가공에 의한 강가공을 받아도 박리나 깨짐을 일으키지 않고, 또한 프레스 가공 후의 표면 거침을 방지하는 방법은 개시되어 있지 않다.
본 발명자는, 클래드판의 연화 열처리에 의해 알루미늄층에 생기는 금속 조직의 변화를 상세하게 조사한 결과,
(A) 특정의 조건 하에서 압연에 의해 접합한 클래드판에서는, 특히 접합 계면의 근방의 알루미늄층에 큰 전단 변형을 집중적으로 부여할 수 있는 것, 및
(B) 큰 전단 변형이 집중적으로 발생한 부위의 알루미늄층은, 다른 부위의 알루미늄층에 비해 저온에서 재결정을 개시하고, 또 고온 또한 장시간의 연화 열처리에 의해서도 결정립이 성장하기 어려워, 세립의 상태를 유지하는 것을 알아냈다.
본 발명자는, 이와 같은 신규 지견 A, B에 의거하여, 접합 계면의 근방의 알루미늄층에서의 결정립의 성장을 억제하고, 알루미늄층의 접합 계면의 근방 만을 재결정시켜 연성을 향상시킴으로써, 상술한 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성했다. 본 발명은 이하에 열기한 대로이다.
(1) 접합 계면을 개재하여 접합된 제1층 및 제2층을 구비하는 클래드판으로서,
상기 제1층은, 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 티탄 또는 탄소강 중 어느 하나로 이루어지며,
상기 제2층은, 알루미늄으로 이루어지고,
상기 제2층에 있어서의, 상기 접합 계면으로부터 판두께 방향으로 100μm 떨어진 위치까지의 범위에 있어서, 장경과 단경의 비인 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 85% 이상이며, 또한, 최대 결정립경이 50μm 이하이며,
상기 제2층의 판두께 방향의 1/2의 위치에 있어서, 상기 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만인, 클래드판.
(2) 제1층, 제2층 및 제3층을 구비하고, 상기 제1층 및 상기 제2층은 제1 접합 계면을 개재하여 접합되며, 상기 제2층 및 상기 제3층은 제2 접합 계면을 개재하여 접합되는 클래드판으로서,
상기 제1층 및 상기 제3층은, 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 티탄 또는 탄소강 중 어느 하나로 이루어지며,
상기 제2층은, 알루미늄으로 이루어지고,
상기 제2층에 있어서의, 상기 제1 접합 계면으로부터 판두께 방향으로 100μm 떨어진 위치까지의 범위, 및 상기 제2층에 있어서의, 상기 제2 접합 계면으로부터 판두께 방향으로 100μm 떨어진 위치까지의 범위에 있어서, 장경과 단경의 비인 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 85% 이상이며, 또한, 최대 결정립경이 50μm 이하이며,
상기 제2층의 판두께 방향의 1/2의 위치에 있어서, 상기 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만인, 클래드판.
(3) 상기 제1층의 두께가 0.2~1.0mm, 상기 제2층의 두께가 0.5~3.0mm인, 1항에 기재된 클래드판.
(4) 상기 제1층 및 상기 제3층의 두께가 0.2~1.0mm, 상기 제2층의 두께가 0.5~3.0mm인, 2항에 기재된 클래드판.
본 발명에 의해, 금속 재료층과 알루미늄층이 압연에 의해 강고하게 접합한, 프레스 성형 후의 표면 성상이 우수한 클래드판을 제공할 수 있다. 이 클래드판은, 프레스 가공에 의한 강가공을 받아도 박리나 깨짐을 일으키지 않는다. 또한, 이 클래드판은, 연화 열처리에 의해 결정립이 크게 성장한 알루미늄층에 기인하는, 금속 재료층의 표면에 있어서의 프레스 가공 후의 표면 거침을 일으키지 않는다.
도 1은, 본 발명에 있어서의 제1의 실시 형태의 2층 클래드판을 나타내는 단면도이다.
도 2는, 본 발명에 있어서의 제2의 실시 형태의 3층 클래드판을 나타내는 단면도이다.
도 3a~도 3d는, 다양한 조건에서 연화 열처리한 2층 클래드판의 제1 접합 계면 부근의 금속 조직을 관찰한 사진이다. 도 3a는 접합한 채로의 2층 클래드판을 나타내고, 도 3b는 접합 후에 300℃×50분간의 연화 열처리를 실시한 2층 클래드판을 나타내고, 도 3c는 접합 후에 300℃×500분간의 연화 열처리를 실시한 2층 클래드판을 나타내고, 도 3d는 접합 후에 350℃×50분간의 연화 열처리를 실시한 2층 클래드판을 나타낸다.
도 4는, 특정의 압연 조건 하에 있어서, 특히 제1 접합 계면의 근방에 큰 전단 변형을 집중적으로 발생시킨 2층 클래드판에 대해, 다양한 조건에서 연화 열처리한 2층 클래드판의 제1 접합 계면의 파괴 하중의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 2층 클래드판의 제조 공정을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 6은, 3층 클래드판의 제조 공정을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
본 발명을 설명한다. 이후의 설명에서는, 화학 조성에 관한 「%」는 특별히 언급이 없는 한 「질량%」를 의미한다.
1. 제1의 실시 형태에 있어서의 클래드판
도 1은, 본 발명에 있어서의 제1의 실시 형태의 2층 클래드판(1)을 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1의 실시의 형태에 있어서의 2층 클래드판(1)은, 제1 접합 계면(6)을 개재하여 서로 접합된 제1층(3)과 제2층(4)을 구비한다. 제1층(3)은, 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 티탄 또는 탄소강 중 어느 하나로 이루어진다. 제2층(4)은, Al함유량이 99.00% 이상인 알루미늄(소위, 공업용 순알루미늄. 이하, 간단히 알루미늄이라고 칭한다)으로 이루어진다. 2층 클래드판(1)의 구성의 상세에 대해서는 후술한다.
2. 본 발명의 원리
(2-1) 제2층(4)의 연화 열처리와, 프레스 가공 후의 제1층(3)의 표면 거침의 관계
가공 특성이 상이한 이종의 금속 재료를 구비하는 클래드판을 프레스 가공하는 경우, 이들 이종의 금속 재료가 일체로 변형되는 것이 중요하다.
그러기 위해서는, 클래드판의 압연에 의한 접합에 의해 충분한 접합 강도를 얻는 것이 중요하다. 이에 더하여, 접합 계면의 근방의 구성 재료가 전신성이 풍부함으로써, 프레스 가공 중의 접합 계면에 생기는 전단 변형을 흡수할 수 있어, 이것에 의해, 접합 계면의 파괴를 방지할 수 있는 것이 중요하다.
압연에 의해 접합한 채로의 클래드판은, 개개의 구성 재료가 가공 경화되어 있기 때문에, 소둔재보다도 연성이 떨어진다. 제1층(3)의 연화 온도는 제2층(4)의 융점보다도 높다. 이 때문에, 제1층(3)을 충분히 소둔하는 것은 불가능하다. 이에 반해, 제2층(4)은, 제1층(3)에 영향을 주지 않고 연화 열처리할 수 있다. 이 때문에, 제2층(4)의 연화 열처리를 행하는 것은, 클래드판(1)의 프레스 성형성의 개선에 유효하다.
제2층(4)에 충분히 연화 열처리를 행하면, 제2층(4)은 필연적으로 재결정된다. 특히 Al함유량이 99.00% 이상인 알루미늄과 같은 순금속에 고온 또한 장시간의 연화 열처리를 행하면, 제2층(4)의 결정립이 크게 성장한다. 이와 같이 결정립이 조대화한 제2층(4)을 가지는 클래드판(1)을 프레스 가공하면, 프레스 하중에 의해 제2층(4)의 결정립이 제1층(3)의 표면에 전사되기 때문에, 제1층(3)의 표면에 표면 거침을 일으킨다.
(2-2) 클래드판(1)의 연화 열처리에 의한 금속 조직의 변화(제1 접합 계면(6)의 근방에서의 큰 전단 변형의 집중)
본 발명자는, 클래드판(1)의 연화 열처리에 의한 금속 조직의 변화를 상세하게 검토한 결과, 이하의 지견을 얻었다.
먼저, 압연에 의한 접합 시에 제2층(4)의 내부에서 발생하는 변형량에 주목하여 다양한 해석을 행했다. 그 결과, 특정의 압연 조건 하에서는, 특히 제1 접합 계면(6)의 근방에 큰 전단 변형이 집중적으로 발생하는 것이 판명되었다. 이와 같은 큰 전단 변형의 국부적인 집중은, 제1층(3)의 변형 저항과 제2층(4)의 변형 저항이 크게 상이하며, 또한 고압 하 및 고마찰의 조건 하에서 압연에 의해 접합한 경우에 발현한다.
큰 전단 변형이 집중적으로 축적된 부위를 포함하는 제2층(4)에, 통상의 소둔 온도인 345℃~400℃ 정도보다도 저온의 연화 열처리, 구체적으로는 250℃~300℃에서 50분간 이하의 조건으로 열처리를 행하면, 큰 전단 변형이 축적된 부위 만이 선택적으로 재결정된다. 그 이유는, 제2층(4)이, 다량으로 축적된 전위의 이동과 소멸을 수반하여 재결정의 핵을 생성하기 쉬운 상태에 있기 때문이라고 생각할 수 있다.
도 3a~도 3d는, 다양한 조건에서 연화 열처리한 2층 클래드판(1)의 제1 접합 계면(6) 부근의 금속 조직을 관찰한 사진이다.
도 3a는 접합한 채로의 2층 클래드판(1)을 나타내고, 도 3b는 접합 후에 300℃×50분간의 연화 열처리를 실시한 2층 클래드판(1)을 나타내고, 도 3c는 접합 후에 300℃×500분간의 연화 열처리를 실시한 2층 클래드판(1)을 나타내고, 도 3d는 접합 후에 350℃×50분간의 연화 열처리를 실시한 2층 클래드판(1)을 나타낸다. 도 3a~3d에서는, 제1 접합 계면(6)보다 하측이 제1층(3)이며, 제1 접합 계면(6)보다 상측이 제2층(4)이다. 또, 제1 접합 계면(6)은 제1층(3) 및 제2층(4) 사이의 직선 부분에 의해 나타낸다.
도 3a에 나타내는 바와 같이, 압연에 의해 접합한 채로의 2층 클래드판(1)의 제2층(4)에는, 접합 계면(6)으로부터 대략 150μm까지의 범위에, 압연 시에 받은 전단 변형이 특히 강하게 관찰되는 전단 강가공역이 확인된다.
도 3b에 나타내는 바와 같이, 도 3a에 있어서의 전단 강가공역에 상당하는 부분 만이 재결정되어, 세립 조직이 형성된다. 이 세립 조직보다도 제1 접합 계면(6)으로부터 보다 떨어진 부위의 금속 조직은, 가공 조직인 채이며, 소정의 시간의 연화 열처리를 실시해도 재결정되지 않는다.
도 3c, 3d에 나타내는 바와 같이, 도 3b보다도 더 고온 또는 장시간의 연화 열처리를 행하면, 세립 조직보다도 제1 접합 계면(6)으로부터 떨어진 부위도 재결정된다. 또, 도 3a에 있어서의 전단 강가공역에 상당하는 부분은 세립 조직을 유지한 채이며, 결정립의 성장을 볼 수 없었다. 그러나, 세립 조직보다도 제1 접합 계면(6)으로부터 떨어진 부위에서는 결정립이 크게 성장했다.
도 3b~3d에 나타내는 현상은, 2층 클래드판(1)을 일정한 조건 하에서 압연에 의해 접합한 경우에, 특히 제1 접합 계면(6)의 근방에서 특징적으로 생기는 현상에 기인한다. 즉, 경질인 제1층(3)과 연질인 제2층(4)이 동시에 변형됨으로써 생긴 큰 변형차와, 제1 접합 계면(6)에 생기는 큰 마찰력에 의해, 특히 압연 접합 시의 제1 접합 계면(6)의 근방에 큰 전단 변형이 국부적으로 생긴다.
그 결과, 강한 전단 변형이 축적된 영역이 제2층(4)의 제1 접합 계면(6)의 근방에 생긴다. 이 2층 클래드판(1)에 연화 열처리를 실시하면, 제2층의 제1 접합 계면(6)의 근방은 다량으로 축적된 전위의 이동과 소멸을 수반하여, 재결정의 핵을 생성하기 쉬운 상태에 있기 때문에, 다른 부위보다도 저온의 연화 열처리에 의해 재결정이 선택적으로 진행된다.
제1 접합 계면(6)의 근방에는, 2층 클래드판(1)의 소재의 표면에 존재한 산화물 등의 표면 피막이 불순물로서 존재하고, 그 일부는 지금(地金) 표면에 침투한다. 그 때문에, 제1 접합 계면(6)의 근방에서는, 결정립의 성장이 저해되어, 고온 또한 장시간의 연화 열처리를 행해도 결정립이 커지기 어렵다.
(2-3) 2층 클래드판(1)의 프레스 가공성 및 표면 거침의 개선
본 발명에서는, 접합 압연 후의 연화 열처리 조건에 의거하는 금속 조직의 변화를, 2층 클래드판(1)의 프레스 가공성의 개선에 유효하게 활용한다. 구체적으로는, 먼저, 후술하는 특정의 압연 조건 하에 있어서, 제1 접합 계면(6)의 근방에 큰 전단 변형을 집중적으로 발생시켜 2층 클래드판(1)을 제작한다.
계속해서, 2층 클래드판(1)에 대해, 열처리에 의해 금속 조직에 변화를 주어, 프레스 가공 중의 제1 접합 계면(6)에 생기는 전단 변형을 흡수시키기 위해 필요한 제2층(4)의 전신성을, 제1 접합 계면(6)의 근방에서 국부적으로 증대시킨다. 또한, 제1 접합 계면(6)의 근방보다도 떨어진 부위에서는, 결정립의 성장을 일정 범위 내로 제어한다. 이것에 의해, 제2층(4)의 결정립경의 조대화에 기인하는 제1층(3)의 표면의 표면 거침을 방지한다.
또, 본 발명에서는, 제1 접합 계면(6)의 근방에 있어서의 제2층(4)의 연화를 선택적으로 행함으로써, 제1 접합 계면(6)의 파괴 하중을 증대시킨다. 도 4에 나타내는 제1 접합 계면(6)의 파괴 하중을 측정한 결과를 참조하면서, 제2층(4)의 제1 접합 계면(6)의 근방 만의 전신성을 개선함으로써, 프레스 가공 중의 접합 계면에 생기는 전단 변형이 유효하게 흡수되는 것을 설명한다.
도 4는, 후술하는 특정의 압연 조건 하에 있어서, 특히 제1 접합 계면(6)의 근방에 큰 전단 변형을 집중적으로 발생시킨 2층 클래드판(1)에 대해, 다양한 조건에서 연화 열처리한 2층 클래드판(1)의 제1 접합 계면(6)의 파괴 하중의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이 때의 압연 조건은, 소재로서, 두께 0.6mm의 JIS G4305(2012)에 규정된 SUS430J1L 스테인리스강과, 두께 3.7mm의 JIS H 4000(2006)에 규정된 A1100 알루미늄을 이용하여, 압연에 앞서 A1100 알루미늄을 460℃로 가열함으로써 완전 연화시켰다. 그 후, 축방향의 표면 거칠기로서 최대 높이 Ry가 1.15μm인 워크 롤을 이용하여, 250℃의 온도에서 압연함으로써 두께 2.5mm의 2층 클래드판을 얻었다. 이 때의 워크 롤에 대한 SUS430J1L 스테인리스강의 감음 각도는 8도로 하고, A1100 알루미늄의 감음 각도는 0도로 함과 함께, 상하 워크 롤의 주속도는 동일하게 10m/min로 했다.
2층 클래드판(1)의 제1 접합 계면(6)의 파괴 하중의 측정 방법은 다양하게 알려져 있지만, 이 측정에서는, 측정 대상이 되는 클래드판(1)으로부터 폭 10mm, 길이 150mm의 샘플을 잘라내어, 길이 방향의 단면의 한쪽을 기계적으로 박리한 후에, 그 양단을 인장 시험 장치에 유지하여 크로스 헤드 속도 150mm/min로 인장했을 때의 크로스 헤드 하중을 시험편폭으로 나눈 값에 의해, 단위폭당 박리 강도로 하는 방법을 이용했다.
도 4의 그래프에 나타내는 바와 같이, 2층 클래드판(1)의 접합 후의 열처리 온도가 200℃를 초과하면, 제1 접합 계면(6)의 파괴에 필요로 하는 하중이 증대하기 시작한다. 연화 열처리 온도가 300℃인 경우, 연화 열처리 시간이 5~500분간인 경우 중 어느 경우여도, 제1 접합 계면(6)의 파괴 하중은 변하지 않는다.
이 조건에서는, 도 3b, 3c에 나타내는 바와 같이, 제1 접합 계면(6)의 근방의 결정 조직은, 모두 세립의 결정 조직이다. 제1 접합 계면(6)의 근방보다도 떨어진 부위에서는, 5~50분간 연화 열처리재 모두가 미재결정의 가공 조직이며, 500분간 연화 열처리재가 결정립이 큰 결정 조직이었다.
즉, 2층 클래드판(1)의 제1 접합 계면(6)의 파괴 하중에는, 주로 제1 접합 계면(6)의 근방의 제2층(4)의 가공 특성이 영향을 주고, 제1 접합 계면(6)의 근방 이외의 제2층(4)의 가공 특성은 대부분 영향을 주지 않는다.
즉, 2층 클래드판(1)의 프레스 가공성은, 제1 접합 계면(6)의 근방의 제2층(4)의 가공 특성 만을 개선하면, 충분히 개선할 수 있다. 즉, 열처리에 의한 제1 접합 계면(6)의 파괴 하중의 변화는, 제1 접합 계면(6)의 근방의 제2층(4)의 연화 만에 의해서 결정되고, 제1 접합 계면(6)으로부터 200μm 이상 떨어진 위치의 재결정이나 연화는, 제1 접합 계면(6)의 파괴 하중의 변화에 영향을 미치지 않는다.
3. 제1의 실시 형태의 2층 클래드판(1)의 구성
본 실시 형태의 2층 클래드판(1)은, 제1 접합 계면(6)을 개재하여 서로 접합된 제1층(3) 및 제2층(4)을 가진다. 제1층(3)은, 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 티탄 또는 탄소강 중 어느 하나로 이루어진다. 제2층(4)은 알루미늄으로 이루어진다.
(3-1) 제1층(3)
제1층(3)에는, 제2층(4)의 알루미늄의 결점인 내흠집성이나 내식성을 보완하는 것이며 알루미늄과 압연 접합이 가능한 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 냄비와 솥 등 일반 기물 용도로는 오스테나이트계 스테인리스강이나 티탄, 또한 탄소강 등이 바람직하고, 특히 유도 가열 조리기의 기물에 이용하는 경우에는 페라이트계 스테인리스강을 이용하는 것이 바람직하다. 이하, 제1층(3)에 이용하는 금속을 설명한다.
[오스테나이트계 스테인리스강]
(A) 화학 조성
오스테나이트계 스테인리스강의 화학 조성은, 예를 들면, C：0-0.15%, Si：0-1.70%, Mn：0-5.00%, P：0.050% 이하, S：0.040% 이하, Ni：6.0-22.0%, Cr：11.0-26.0%, Mo：0-3.50%, Cu：0-3.5%, N：0-0.30%, Nb：0-1.00%, V：0-1.00%, Ti：0-1.00%, B：0-0.10%, Al：0-0.50%, 잔부：Fe 및 불순물의 강이다.
(B) 규격예
오스테나이트계 스테인리스강은, JIS G4305：2012의 표 3에 규정된 화학 조성을 만족하는 강인 것이 바람직하다. 구체적으로는, JIS G4305：2012의 SUS301, SUS304, SUS304N2, SUS304L, SUSU316, SUS316L이 예시된다.
(C) 두께
오스테나이트계 스테인리스강을 제1층(3) 및 제3층(5)에 이용한 경우, 각각의 접합 후의 두께는, 예를 들면, 0.2~1.0mm이다. 두께의 하한은 0.4mm여도 되고, 상한은 0.8mm여도 된다.
오스테나이트계 스테인리스강은, 딥 드로잉 성형한 제품의 강도나 내식성을 담당하는데, 그 효과는 두께가 0.2mm 이상이면 얻을 수 있다. 두께가 0.2mm를 밑돌면, 압연에 의한 접합 시에 좌굴 변형되어 접합성을 저해할 우려가 있다. 한편, 두께가 1.0mm를 초과하면, 본 발명이 대상으로 하는 딥 드로잉 가공에는 부적당해진다.
[티탄]
(A) 화학 조성
티탄의 화학 조성은, 예를 들면, N：0-0.03%, C：0-0.08%, H：0-0.013%, Fe：0-0.25%, O：0-0.20%, Mn：0-0.50%, Si：0-0.30%, 상기 및 Ti를 제외한 원소：각각 0-0.2%, 또한 그 합계는 0-0.5%, 잔부：Ti이다.
(B) 규격예
티탄은, 구체적으로는, JIS H4600：2012의 1종 또는 2종이며, 구체적으로는 TP270C, TP340C가 예시된다.
(C) 두께
티탄을 제1층(3)에 이용한 경우, 접합 후의 두께는, 예를 들면, 0.2~1.0mm이다. 두께의 하한은 0.4mm여도 되고, 상한은 0.8mm여도 된다.
티탄은, 딥 드로잉 성형한 제품의 강도나 내식성을 담당하는데, 그 효과는 두께가 0.2mm 이상이면 얻을 수 있다. 두께가 0.2mm를 밑돌면, 압연에 의한 접합 시에 좌굴 변형되어 접합성을 저해할 우려가 있다. 한편, 두께가 1.0mm를 초과하면, 본 발명이 대상으로 하는 딥 드로잉 가공에는 부적당해진다.
[탄소강]
(A) 화학 조성
탄소강의 화학 조성은, 예를 들면, C：0-0.12%, Si：0.50% 이하, Mn：0.10-1.00%, P：0.100% 이하, S：0.035% 이하, Cu：0-0.25%, Ni：0-0.25%, Cr：0-0.25%, Mo：0-0.08%, Nb：0-0.050%, V：0-0.05%, Ti：0-0.02%, B：0-0.0050%, N：0-0.0080%, O：0-0.0080%, Al：0-0.080%, 잔부：Fe 및 불순물이다.
(B) 규격예
본 발명에 따른 탄소강은, 구체적으로는, JIS G3141：2017의 SPCD(Steel Plate Cold Deep drawn) 또는 SPCE(Steel Plate Cold deep drawn Extra)와 같은 냉간 압연 강판과 냉간 압연 강대가 예시된다. 강도(TS)는 270-490MPa가 바람직하다.
(C) 두께
티탄을 제1층(3)에 이용한 경우, 접합 후의 두께는, 예를 들면, 0.2~1.0mm이다. 두께의 하한은 0.4mm여도 되고, 상한은 0.8mm여도 된다. 탄소강은, 딥 드로잉 성형한 제품의 강도나 내식성을 담당하는데, 그 효과는 두께가 0.2mm 이상이면 얻을 수 있다. 두께가 0.2mm를 밑돌면, 접합 시에 좌굴 변형되어 접합성을 저해할 우려가 있다. 한편, 두께가 1.0mm를 초과하면, 본 발명이 대상으로 하는 딥 드로잉 가공에는 부적당해진다.
[페라이트계 스테인리스강]
(A) 화학 조성
페라이트계 스테인리스강의 화학 조성은, 예를 들면, C：0-0.12%, Si：0-1.00%, Mn：0-1.00%, P：0.050% 이하, S：0.040% 이하, Ni：0-0.50%, Cr：11.0-32.0%, Mo：0-2.50%, Cu：0-1.0%, N：0-0.025%, Nb：0-1.00%, V：0-1.00%, Ti：0-1.00%, B：0-0.10%, Al：0-0.50%, 잔부：Fe 및 불순물이다.
(B) 규격예
페라이트계 스테인리스강은, 구체적으로는, JIS G4305：2012의 표 5에 규정된 화학 성분을 만족하는 강이며, JIS G4305：2012의 SUS430, SUS430LX, SUSU430J1L, SUS444가 예시된다.
(C) 두께
페라이트계 스테인리스강을 제1층(3)에 이용한 경우, 접합 후의 두께는, 예를 들면, 0.2~1.0mm이다. 두께의 하한은 0.4mm여도 되고, 상한은 0.8mm여도 된다.
페라이트계 스테인리스강은, 딥 드로잉 성형한 제품의 강도나 내식성을 담당하는데, 그 효과는 두께가 0.2mm 이상이면 얻을 수 있다. 두께가 0.2mm를 밑돌면, 압연에 의한 접합 시에 좌굴 변형되어 접합성을 저해할 우려가 있다. 한편, 두께가 1.0mm를 초과하면, 본 발명이 대상으로 하는 딥 드로잉 가공에는 부적당해진다.
(3-2) 제2층(4)
본 발명에 따른 2층 클래드판(1)은, 제2층(4)으로서, JIS A1100이나 A1050 등에서 규정되는 알루미늄을 이용하는 것이 바람직하다. 제2층(4)으로서 알루미늄을 이용하는 이유는, 열전달 성능이나 경량성 등 제품으로서의 성능이 우수하기 때문이다. 또, 특히 압연 접합 후의 연화 열처리에 의해 접합 계면의 근방의 연성을 개선할 수 있어, 프레스 성형성과 프레스 가공 후의 내표면 거침성을 개선할 수 있기 때문이다. 이하, 제2층(4)에 이용하는 알루미늄에 대해서 설명한다.
[알루미늄]
(A) 화학 조성
알루미늄의 화학 조성은, 예를 들면, Al함유량이 99.00% 이상인 알루미늄이며, Al 이외에, 불순물로서 Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zr, Ga, V, N, Ni, B, Zr, Ti 등을 함유해도 된다. 단, 이들 원소의 함유량의 합계는 1.00% 이하이다. 이들 원소의 함유량의 합계의 하한을 규정할 필요는 없지만, 하한을 0%로 해도 된다.
(B) 규격예
알루미늄은, 구체적으로는, JIS H4000：2014의 합금 번호 1085, 1080, 1070, 1060, 1050, 1050A, 1100, 1100A를 만족하는 알루미늄이 예시된다.
(C) 두께
접합 후의 알루미늄의 두께는, 예를 들면, 0.5~3.0mm이다. 두께의 하한은 1.5mm여도 되고, 상한은 2.5mm여도 된다.
알루미늄은, 최종 제품에서의 열전달을 담당하는데, 그 두께가 0.5mm를 밑돌면, 충분한 열전달 특성을 얻을 수 없다. 알루미늄층의 두께가 3.0mm를 초과하면, 본 발명이 대상으로 하는 딥 드로잉 가공에 부적당해진다.
(3-3) 제2층(4)의 금속 조직
본 발명의 특징은, 2층 클래드판(1)에 있어서의 제2층(4)의 재료 특성 그리고 결정 조직의 제어에 있다. 본 실시 형태의 2층 클래드판(1)에서는, 압연 방향에 평행한 단면에 있어서, 제1 접합 계면(6)으로부터 제2층(4)측으로 100μm 떨어진 위치까지의 범위에 있어서, 재결정 조직이 된다. 구체적으로는, 이 범위에 있어서, 장경과 단경의 비인 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 85% 이상이며, 또한, 최대 결정립경이 50μm 이하인 금속 조직이 된다.
여기서, 최대 결정립경이란, 100개 이상의 결정립경을 측정하여, 입경이 큰 순서로 늘어놓은 경우, 상위 2%의 순위의 결정립경으로 한다. 예를 들면, 150개의 결정립경을 측정한 경우, 3번째로 큰 결정립경을, 최대 결정립경으로 한다.
이와 같은 조직이 된 경우, 프레스 성형 가공 중의 제1 접합 계면(6)에 생기는 전단 변형을 흡수시키기 위해 필요한 알루미늄의 전신성을, 제1 접합 계면(6)에서 국부적으로 증대시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클래드판은, 압연 방향에 평행한 단면에 있어서, 제2층(4)의 판두께 방향의 1/2의 위치에 있어서, 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만이다.
일반적으로는, 제2층(4)에 있어서, 제1 접합 계면(6)으로부터 떨어지면 떨어질수록, 조대한 재결정립이 성장하기 쉬운 경향이 있다. 그래서, 제1 접합 계면(6)으로부터 제2층측으로 200μm 이상 떨어진 금속 조직의 관찰은, 제2층(4)의 판두께 방향의 1/2의 위치에서 행하는 것으로 한다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 2층 클래드판(1)에서는, 제2층(4)에 있어서, 제2층(4)의 두께의 1/2의 위치에서, 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만이다. 이것에 의해, 제2층(4)의 알루미늄의 결정립에 기인한, 프레스 성형 후에 있어서의 제1층(3)의 표면의 표면 거침을 억제할 수 있다.
제2층(4)의 상기 범위의 금속 조직은, 이 범위의 금속 조직을 100배의 현미경 사진으로 관찰하여, 접합 계면(6, 7)을 따른 길이 5mm에 걸친 합계 100μm×5.0mm=0.5mm2 이상의 범위(시야)에 관찰되는 각각의 결정립(단, 측정한 결정립의 개수는 100개 이상으로 한다.)에 대해서, 장변과 단변의 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률 및, 최대 결정립경을 측정함으로써 확인된다.
구체적으로는, 제2층(4)의 상기 범위의 금속 조직이 재결정 조직인 것은, 상기 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 85% 이상임과 함께, 최대 결정립경이 50μm 이하임으로써 확인된다.
제2층(4)에 있어서, 제2층(4)의 두께의 1/2의 위치의 금속 조직이, 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만인 것은, 이하에 설명하는 수법에 의해 확인된다. 즉, 제2층(4)의 두께의 1/2의 위치를 100배의 현미경 사진으로 관찰하여, 0.5mm2 이상의 범위(시야)에 관찰되는 금속 조직에 있어서, 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만임으로써 확인된다.
이것에 의해, 제2층(4)에 있어서의 상기 범위 이외의 금속 조직 중 50% 이상의 면적을 전신립이 차지하고 있기 때문에, 적어도 프레스 가공 후의 제1층(3)의 표면 거침의 원인이 되는 조대한 결정 조직이 존재하지 않는다.
4. 제1의 실시 형태의 2층 클래드판(1)의 제조 방법
도 5는, 2층 클래드판(1)의 제조 공정을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
2층 클래드판(1)을 구성하는 제1층(3)과 제2층(4)의 변형능이 크게 상이한 것, 및, 제1 접합 계면(6)에 큰 전단 응력이 가해지는 것이, 제1 접합 계면(6)의 근방에서의 국소적인 금속 조직의 변화를 일으키기 때문에 중요하다.
제1의 실시의 형태에 있어서의 2층 클래드판(1)은, 이하의 (4-1)~(4-3)의 공정을 거쳐 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, 소재(12)로서 상술한 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 티탄 또는 탄소강 중 어느 하나를 이용하고, 소재(13)로서, 상술한 알루미늄을 이용한다. 또한, (4-1)~(4-3)의 공정을 거쳐 제조된 2층 클래드판(1)에 있어서의 제1층(3) 및 제2층(4)의 성분은, 소재(13) 및 소재(12)의 성분과 동등하다.
(4-1) 소재(13)에 대한 연화 열처리
제1층(3)과 제2층(4) 각각의 변형능의 차이를 최대화하기 위해, 제2층(4)을 형성하는 소재(13)의 완전 연화가 유효하다. 본 발명에서는,
(i) 압연에 의한 접합 전에, 소재(13)에 대해, 350℃ 이상, 바람직하게는 400℃ 이상에서의 연화 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.
(4-2) 열간 압연 접합
연화 열처리된 소재(13)와, 소재(12)를 워크 롤(10, 11)을 이용한 열간 압연에 의해 접합한다. 접합 압연 시의 온도는, 200℃~350℃, 더 바람직하게는 200℃~300℃로 하는 것이 바람직하다. 또, 접합 시, 제1 접합 계면(6)에 있어서의 전단 응력을 증대시키기 위해서는, 워크 롤(10, 11)과 소재(12, 13) 사이의 마찰 계수를 증대시키는 것이 유효하다.
그러나, 압연에 의한 접합 시에 있어서의 워크 롤(10, 11)과 소재(12, 13) 사이의 마찰 계수를 측정하는 것은 기술적으로 곤란하다. 이 때문에, 마찰 계수의 증대에 유효한 다양한 압연 조건에서 압연 시험을 행하여, 제2층(4)의 제1 접합 계면(6)의 근방에 원하는 전단 변형이 도입되는 조건을 검토했다. 그 결과, 제2층(4)의 제1 접합 계면(6)의 근방에 큰 전단 변형이 도입되는 조건의 일례로서, 상술한 조건 (i)에 더하여, 이하에 열기한 조건 (ii)~(iv)를 발견했다. 이들 조건을 순차적으로 설명한다.
(ii) 제1층(3)의 소재(12)에 직접 접촉하는 워크 롤(10)의 표면 조도를, 적어도 워크 롤(10)의 표면의 법선 방향에 있어서, 최대 높이 Ry≥1.0μm, 바람직하게는 산술 평균 거칠기 Ra≥0.2μm로 한다. 또는, 워크 롤(10)의 연마선을 워크 롤(10)의 축방향과 평행하게 연마한다. 혹은 워크 롤(10)을 쇼트 블라스트 혹은 레이저 가공에 의해 덜(dull) 표면으로 한다. 이들 중 어느 하나에 의해, 적어도 워크 롤(10)의 표면의 법선 방향에 있어서, 최대 높이 Ry≥0.5μm, 바람직하게는 산술 평균 거칠기 Ra≥0.1μm로 하는 것이 바람직하다.
2층 클래드판(1)의 제조에서는, 제2층(4)의 소재(13)에 직접 접촉하는 워크 롤(11)의 표면 조도는, 고려할 필요는 없지만, 워크 롤(10)과 동일한 표면 조도로 하는 것이, 제조 상의 간편함 면에서 바람직하다.
(iii) 2층 클래드판(1)의 목표 판두께 t(mm) 및 압하량 Δh(mm)이, 워크 롤(10)의 반경 R(mm)과의 사이에 R≥(16×t2)/Δh에 의해 나타내는 관계를 만족한다. 이와 같은 조건은, 각 소재(12)와 워크 롤(10) 사이의 마찰 계수를 유효하게 증대시키기 때문에 바람직하다.
워크 롤(10)의 표면 조도를 거칠게 해도, 압연 시의 워크 롤(10)의 접촉 길이(접촉 호길이로도 칭한다)가, 압연 후의 2층 클래드판(1)의 판두께(목표 판두께 t에 상당)에 대해 짧은 경우에는, 마찰 계수를 증대시키는 효과를 유효하게 얻을 수 없다. 그 이유는, 소재(12)와 워크 롤(10)의 사이에서는 미끄러짐이 생기기 쉬워, 워크 롤(10)의 접촉 길이가 짧은 경우, 이 미끄러짐을 충분히 억제하지 못하여, 마찰 계수를 효과적으로 증대시킬 수 없기 때문이다.
소재(12)와 워크 롤(10) 사이에서의 미끄러짐을 억제하기 위해서는, 워크 롤(10)과 소재(12)가 접촉하는 길이를 길게 하는 것, 예를 들면, (iii)의 조건이나 후술하는 (iv)의 조건을 만족하는 것이 예시된다.
(iv) 압연기의 입측에 있어서, 소재(12)의 워크 롤(10)에 대한 감음 각도 θ1을 규정하는 것이 바람직하다. 감음 각도 θ1을 설정함으로써, 소재(12)가 워크 롤(10)에 대해 감겨, 소재(12)에 대한 구속력이 높아져, 소재(12)와 워크 롤(10) 사이에서의 미끄러짐이 억제된다.
압연기의 입측에서는, 소재(12)의 속도가 워크 롤(10)의 주속도보다도 늦어진다. 이 때문에, 감음 각도 θ1을 과대하게 설정하면, 워크 롤(10)과 소재(12) 사이의 속도차를 해소하지 못하여, 소재(12)가 주름 형상으로 변형되어 평탄하게 압연할 수 없게 된다. 이 때문에, 감음 각도 θ1에 상한을 설정하는 것이 바람직하다.
소재(12)보다도 연질의 소재(13)에서는, 소재(13)의 속도와 워크 롤(11)의 주속도의 차가 현저함과 함께 소재(13)의 좌굴 한계도 작다. 이 때문에, 소재(13)에 대한 감음 각도 θ2는 실용적인 범위에서 가능한 한 작게 설정하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 워크 롤(10, 11)의 축방향과 직교하는 단면에 있어서, 각각의 중심을 잇는 선에 수직인 방향을 압연기의 패스 라인으로 하고, 압연기의 입측으로 도입되는 소재(12)와 패스 라인이 이루는 각도로 표시되는 감음 각도 θ1(rad)이, R×(θ1)2/Δh가 1.0~4.0의 범위가 되도록 설정함과 함께, 압연기의 입측으로 도입되는 소재(13)와 패스 라인이 이루는 각도로 표시되는 감음 각도 θ2(rad)가, R×(θ2)2/Δh가 1.0 이하의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들면 일본국 특허공고 평2-19758호 공보에는, 클래드판을 구성하는 연질의 소재 및 경질의 소재 중 연질의 소재를 압연 롤에 감고, 그 압연 롤의 주속도를, 다른쪽의 압연 롤의 주속도보다도 저속으로 함으로써, 각 소재의 압하율을 조정하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 이 방법에서는, 연질의 소재의 압하율이 경질의 소재의 압하율보다도 크기 때문에, 입측 속도가 늦어지는 소재와 동조하는 방향으로, 압연 롤의 주속도가 느리게 조정되어 있다. 이 때문에, 압연 롤과 소재 사이의 전단 변형이 완화되어, 이것에 의해, 대향하는 위치에 있는 접합 계면에 있어서도 전단 변형이 작아진다.
이 때문에, 이 방법에서는, 접합 계면의 전단 변형을 높일 수는 없다. 이 때문에, 본 발명에서는, 한 쌍의 압연 롤(10, 11)의 주속도를 다르게 하는 이주속 압연은 행하지 않고, 한 쌍의 압연 롤(10, 11)의 주속도를 동일하게 하는 동주속 압연을 행한다.
(4-3) 접합 후의 연화 열처리
워크 롤(10, 11)에 의해 압연 접합된 2층 클래드판(1)에 대해, 연화 열처리를 행한다. 접합 후의 연화 열처리의 조건은, 250℃~300℃, 또한 50분간 이하인 것이 바람직하다. 이하, 접합 후의 연화 열처리의 상세를 설명한다. (i)~(iv)의 조건에 의해 압연 접합하여 제조된 2층 클래드판(1)에서는, 제2층(4)의 제1 접합 계면(6)의 근방에 큰 전단 변형을 축적시킬 수 있다.
이 2층 클래드판(1)에 대해, 250℃~300℃, 또한 50분간 이하의 조건에서 연화 열처리를 행한다. 이것에 의해, 제1 접합 계면(6)의 근방에 있어서의 제2층(4)이 선택적으로 연화된다. 또, 적어도 제1 접합 계면(6)과 접하는 제2층(4)은, 제1 접합 계면(6)으로부터 100μm까지의 범위에 있어서 세립의 재결정 조직이 되고, 이 범위 이외에서는 제2층(4)에서의 결정립 성장이 억제된다.
이와 같이, 본 발명에서는, 제1 접합 계면(6)의 근방에 있어서의 제2층(4)의 연화를 선택적으로 행하기 때문에, 접합 계면의 파괴 하중이 높아짐과 함께, 제2층(4)의 입경이 작아진다. 이것에 의해, 2층 클래드판(1)에 복잡한 형상으로의 프레스 가공이나 높은 하중의 프레스 가공을 행해도, 제1 접합 계면(6)에 있어서의 박리가 억제됨과 함께, 프레스 가공 후의 제1층(3)의 표면 거침을 방지할 수 있다.
5. 제2의 실시 형태에 있어서의 클래드판
도 2는, 본 발명에 있어서의 제2의 실시 형태의 3층 클래드판(2)을 나타내는 단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제2의 실시의 형태에 있어서의 3층 클래드판(2)은, 제1층(3), 제2층(4), 제3층(5)을 구비하고, 제1층(3)과 제2층(4)은 제1 접합 계면(6)을 개재하여 접합되고, 제2층(4)과 제3층(5)은, 제2 접합 계면(7)을 개재하여 접합된다.
3층 클래드판(2)은, 2층 클래드판(1)에 제3층(5)을 추가한 것이다. 이 때문에, 3층 클래드판(2)에 대해서도 2층 클래드판(1)과 동일한 원리에 의해, 압연 접합 조건 및, 3층 클래드판(2)에 대한 열처리 조건을 소정의 조건으로 함으로써, 2층 클래드판(1)과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 3층 클래드판(2)에 있어서도, 접합 계면의 파괴 하중이 높아지기 때문에, 복잡한 형상으로의 프레스 가공이나 높은 하중의 프레스 가공을 행해도 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)에 박리가 생기지 않음과 함께, 제2층(4)의 입경이 작기 때문에, 프레스 가공 후의 제1층(3) 및 제3층(5)의 표면 거침을 방지할 수 있다.
6. 제2의 실시 형태의 3층 클래드판(2)의 구성
본 실시 형태의 3층 클래드판(2)은, 판두께 방향으로 순서대로 제1층(3), 제2층(4) 및 제3층(5)을 가진다. 제1층(3)과 제2층(4)은, 제1 접합 계면(6)을 개재하여 서로 접합되고, 제2층(4)과 제3층(5)은, 제2 접합 계면(7)을 개재하여 접합된다. 제1층(3) 및 제3층(5)은, 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 티탄 또는 탄소강 중 어느 하나로 이루어진다. 제2층(4)은 알루미늄으로 이루어진다.
(6-1) 제1층(3) 및 제3층(5)
제1층(3) 및 제3층(5)에는, 제2층(4)의 알루미늄의 결점인 내흠집성이나 내식성을 보완하는 것이며 알루미늄과 압연 접합이 가능한 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 냄비와 솥 등 일반 기물 용도로는 오스테나이트계 스테인리스강이나 티탄, 또한 탄소강 등이 바람직하고, 특히 유도 가열 조리기의 기물에 이용하는 경우에는 페라이트계 스테인리스강을 이용하는 것이 바람직하다.
3층 클래드판(2)의 제1층(3) 및 제3층(5)에 이용하는 금속의 화학 조성, 두께, 기계적 특성은, 2층 클래드판(1)의 제1층(3)에 이용하는 상술한 금속과 동일하다. 이 때문에, 3층 클래드판(2)의 제1층(3) 및 제3층(5)에 이용하는 금속의 설명은 생략한다.
(6-2) 제2층(4)
3층 클래드판(2)의 제2층(4)에 이용하는 금속의 화학 조성, 두께, 기계적 특성은, 2층 클래드판(1)의 제2층(4)에 이용하는 상술한 금속과 동일하다. 이 때문에, 3층 클래드판(2)의 제2층(4)에 이용하는 금속의 설명은 생략한다.
(6-3) 제2층(4)의 금속 조직
본 발명의 특징은, 3층 클래드판(2)에 있어서의 제2층(4)의 재료 특성 그리고 결정 조직의 제어에 있다. 본 실시 형태의 3층 클래드판(2)에서는, 압연 방향에 평행한 단면에 있어서, 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)으로부터 제2층(4)측으로 100μm 떨어진 위치까지의 범위에서 재결정 조직이 된다. 구체적으로는, 이 범위에 있어서, 장경과 단경의 비인 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 85% 이상이며, 또한, 최대 결정립경이 50μm 이하인 금속 조직이 된다. 최대 결정립경은, 2층 클래드판(1)과 동일하게 구한다.
이와 같은 조직이 된 경우, 프레스 성형 가공 중의 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)에 생기는 전단 변형을 흡수시키기 위해 필요한 알루미늄의 전신성을, 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)의 근방에서 국부적으로 증대시킬 수 있다.
일반적으로, 제2층(4)에 있어서, 제1 접합 계면(6), 또는 제2 접합 계면(7)으로부터 떨어지면 떨어질수록, 조대한 재결정립이 성장하기 쉬운 경향이 있다. 그래서, 제1 접합 계면(6), 제2 접합 계면(7)으로부터 제2층(4)측으로 200μm 이상 떨어진 금속 조직의 관찰은, 압연 방향에 평행한 단면에 있어서, 제2층(4)의 두께의 1/2의 위치에서 행하는 것으로 한다.
구체적으로는, 본 실시 형태의 3층 클래드판(2)에서는, 제2층(4)에 있어서, 제2층의 판두께 방향의 1/2의 위치에서, 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만이다. 이것에 의해, 제2층(4)의 알루미늄의 결정립에 기인한, 프레스 성형 후에 있어서의 제1층(3), 제3층(5)의 표면의 표면 거침을 억제할 수 있다.
제2층(4)의 상기 범위의 금속 조직은, 2층 클래드판(1)의 제2층(4)의 상기 범위의 금속 조직의 측정법과 동일한 측정법에 의해 확인된다. 구체적으로는, 제2층(4)의 상기 범위의 금속 조직이 재결정 조직인 것은, 상기 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 85% 이상임과 함께, 최대 결정립경이 50μm 이하임으로써 확인된다.
제2층(4)에 있어서, 제2층(4)의 두께의 1/2의 위치에 있어서의, 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만인 것은, 제2층(4)의 두께의 1/2의 위치를 100배의 현미경 사진으로 관찰하여, 0.5mm2 이상의 범위(시야)에 관찰되는 금속 조직에 있어서, 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만임으로써 확인된다.
이것에 의해, 제2층(4)에 있어서의 상기 범위 이외의 금속 조직 중 50% 이상의 면적을 전신립이 차지하고 있기 때문에, 적어도 프레스 가공 후의 제1층(3) 및 제3층(5)의 표면 거침의 원인이 되는 조대한 결정 조직이 존재하지 않는다.
7. 제2의 실시 형태의 3층 클래드판(2)의 제조 방법
도 6은, 3층 클래드판(2)의 제조 공정을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
3층 클래드판(2)을 구성하는 제1층(3) 및 제3층(5)과 제2층(4)의 변형능이 크게 상이한 것, 및, 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)에 큰 전단 응력이 가해지는 것이, 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)의 근방에서의 국소적인 금속 조직의 변화를 일으키기 때문에 중요하다.
제2의 실시의 형태에 있어서의 3층 클래드판(2)은, 이하의 (7-1)~(7-3)의 공정을 거쳐 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, 소재(12, 14)로서 상술한 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 티탄 또는 탄소강 중 어느 하나를 이용하고, 소재(13)로서, 상술한 알루미늄을 이용한다.
또한, (7-1)~(7-3)의 공정을 거쳐 제조된 3층 클래드판(2)에 있어서의 제1층(3), 제2층(4) 및 제3층(5)의 각각의 성분은, 소재(13), 소재(12), 및 소재(14)의 성분과 동등하다.
(7-1) 소재(13)에 대한 연화 열처리
제1층(3) 및 제3층(5)과 제2층(4)의 각각의 변형능의 차이를 최대화하기 위해, 제2층(4)을 형성하는 소재(13)의 완전 연화가 유효하다. 본 발명에서는, (i) 압연에 의한 접합 전에, 소재(13)에 대해, 350℃ 이상, 바람직하게는 400℃ 이상에서의 연화 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.
(7-2) 열간 압연 접합
연화 열처리된 소재(13)와, 소재(12, 14)를 워크 롤(10, 11)을 이용한 열간 압연에 의해 접합한다. 접합 압연 시의 온도는, 200℃~350℃, 더 바람직하게는 200℃~300℃로 하는 것이 바람직하다. 또, 접합 시, 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)에 있어서의 전단 응력을 증대시키기 위해서는, 워크 롤(10, 11)과 소재(12, 14) 사이의 마찰 계수를 증대시키는 것이 유효하다.
그러나, 압연에 의한 접합 시에 있어서의 워크 롤(10, 11)과 소재(12, 14) 사이의 마찰 계수를 측정하는 것은 기술적으로 곤란하다. 이 때문에, 마찰 계수의 증대에 유효한 다양한 압연 조건에서 압연 시험을 행하여, 제2층(4)의 접합 계면(6, 7)의 근방에 원하는 전단 변형이 도입되는 조건을 검토했다. 그 결과, 제2층(4)의 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)의 근방에 큰 전단 변형이 도입되는 조건의 일례로서, 상술한 조건 (i)에 더하여, 이하에 열기한 조건 (ii)~(iv)를 발견했다. 이들 조건을 순차적으로 설명한다.
(ii) 제1층(3), 제3층(5)의 소재(12, 14)에 직접 접촉하는 워크 롤(10, 11)의 표면 조도를, 적어도 워크 롤(10, 11)의 표면의 법선 방향에 있어서, 최대 높이 Ry≥1.0μm, 바람직하게는 산술 평균 거칠기 Ra≥0.2μm로 한다. 또는, 워크 롤(10, 11)의 연마선을 워크 롤(10, 11)의 축방향과 평행하게 연마한다. 혹은 워크 롤(10, 11)을 쇼트 블라스트 혹은 레이저 가공에 의해 덜 표면으로 한다. 이들 중 어느 하나에 의해, 적어도 워크 롤(10, 11)의 표면의 법선 방향에 있어서, 최대 높이 Ry≥0.5μm, 바람직하게는 산술 평균 거칠기 Ra≥0.1μm로 하는 것이 바람직하다.
(iii) 3층 클래드판(2)의 목표 판두께 t(mm) 및 압하량 Δh(mm)이, 워크 롤(10, 11)의 반경 R(mm)과의 사이에 R≥(16×t2)/Δh에 의해 나타내는 관계를 만족한다. 이와 같은 조건은, 각 소재(12, 14)와 워크 롤(10, 11) 사이의 마찰 계수를 유효하게 증대시키기 때문에 바람직하다.
워크 롤(10, 11)의 표면 조도를 거칠게 해도, 압연 시의 워크 롤(10, 11)의 접촉 길이(접촉 호길이로도 칭한다)가, 압연 후의 클래드판(1)의 판두께(목표 판두께 t에 상당)에 대해 짧은 경우에는, 마찰 계수를 증대시키는 효과를 유효하게 얻을 수 없다. 그 이유는, 소재(12, 14)와 워크 롤(10, 11)의 사이에서는 미끄러짐이 생기기 쉬워, 워크 롤(10, 11)의 접촉 길이가 짧은 경우, 이 미끄러짐을 충분히 억제하지 못하여, 마찰 계수를 효과적으로 증대시킬 수 없기 때문이다.
소재(12, 14)와 워크 롤(10, 11) 사이에서의 미끄러짐을 억제하기 위해서는, 워크 롤(10, 11)과 소재(12, 14)가 접촉하는 길이를 길게 하는 것, 예를 들면, (iii)의 조건이나 후술하는 (iv)의 조건을 만족하는 것이 예시되며, (iii)의 조건 및 (iv)의 조건을 조합하는 것이 특히 바람직하다.
(iv) 압연기의 입측에 있어서, 소재(12, 14)의 워크 롤(10, 11)에 대한 감음 각도 θ1, θ3을 규정하는 것이 바람직하다. 감음 각도 θ1, θ3을 설정함으로써, 소재(12, 14)가 워크 롤(10, 11)에 대해 감겨, 소재(12, 14)에 대한 구속력이 높아져, 소재(12, 14)와 워크 롤(10, 11) 사이에서의 미끄러짐이 억제된다.
압연기의 입측에서는, 소재(12, 14)의 속도가 워크 롤(10, 11)의 주속도보다도 늦어진다. 이 때문에, 감음 각도 θ1, θ3을 과대하게 설정하면, 워크 롤(10, 11)과 소재(12, 14) 사이의 속도차를 해소하지 못하여, 소재(12, 14)가 주름 형상으로 변형되어 평탄하게 압연할 수 없게 된다. 이 때문에, 감음 각도 θ1, θ3에 상한을 설정하는 것이 바람직하다.
소재(12, 14)보다도 연질의 소재(13)에서는, 소재(13)의 속도와 워크 롤(10, 11)의 주속도의 차가 현저함과 함께 소재(13)의 좌굴 한계도 작다. 이 때문에, 소재(13)에 대한 감음 각도 θ2는 실용적인 범위에서 가능한 한 작게 설정하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 워크 롤(10, 11)의 축방향과 직교하는 단면에 있어서, 각각의 중심을 잇는 선에 수직인 방향을 압연기의 패스 라인으로 하고, 압연기의 입측으로 도입되는 소재(12, 14)와 패스 라인이 이루는 각도로 표시되는 감음 각도 θ1, θ3(rad)이, R×(θ1)2/Δh가 1.0~4.0, R×(θ3)2/Δh가 1.0~4.0의 범위가 되도록 설정함과 함께, 압연기의 입측으로 도입되는 소재(13)와 패스 라인이 이루는 각도로 표시되는 감음 각도 θ2(rad)가, R×(θ2)2/Δh가 1.0 이하의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 3층 클래드판(2)은, 상술한 바와 같이, 한 쌍의 압연 롤(10, 11)의 주속도를 다르게 하는 이주속 압연은 행하지 않고, 한 쌍의 압연 롤(10, 11)의 주속도를 동일하게 하는 동주속 압연을 행한다.
(7-3) 접합 후의 연화 열처리
워크 롤(10, 11)에 의해 압연 접합된 3층 클래드판(2)에 대해, 연화 열처리를 행한다. 접합 후의 연화 열처리의 조건은, 250℃~300℃, 또한 50분간 이하인 것이 바람직하다. 이하, 접합 후의 연화 열처리의 상세를 설명한다. (i)~(iv)의 조건에 의해 압연 접합하여 제조된 3층 클래드판(2)에서는, 제2층(4)의 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)의 근방에 큰 전단 변형을 축적시킬 수 있다.
이 3층 클래드판(2)에 대해, 250℃~300℃, 또한 50분간 이하의 조건에서 연화 열처리를 행한다. 이것에 의해, 제1 접합 계면(6) 근방 및 제2 접합 계면(7) 근방에 있어서의 제2층(4)이 선택적으로 연화된다. 또, 적어도 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)과 접하는 제2층(4)은, 제1 접합 계면(6) 또는 제2 접합 계면(7)의 접합 계면으로부터 100μm까지의 범위에 있어서 세립의 재결정 조직이 되고, 이 범위 이외에서는 제2층(4)에서의 결정립 성장이 억제된다.
이와 같이, 본 발명에서는, 제1 접합 계면(6)의 근방 및 제2 접합 계면(7)의 근방에 있어서의 제2층(4)의 연화를 선택적으로 행하기 때문에, 접합 계면의 파괴 하중이 높아짐과 함께, 제2층(4)의 입경이 작아진다. 이것에 의해, 3층 클래드판(2)에 복잡한 형상으로의 프레스 가공이나 높은 하중의 프레스 가공을 행해도, 제1 접합 계면(6) 및 제2 접합 계면(7)에 있어서의 박리가 억제됨과 함께, 프레스 가공 후의 제1층(3) 및 제3층(5)의 표면 거침을 방지할 수 있다.
[실시예]
본 발명의 효과를 확인하기 위한 클래드판의 소재(13)로서,
JIS H 4000(2006)에 규정된 A1100P(Si：0.10%, Fe：0.58%, Cu：0.13%, Mn：0.01%, 잔부 Al 및 불순물) 및 A1050P(Si：0.08%, Fe：0.32%, Cu：0.02%, Mn：0.01%, 잔부 Al 및 불순물)의 알루미늄판의 두께 2.5mm 혹은 3.7mm의 코일을 이용했다.
또, 본 발명의 효과를 확인하기 위한 클래드판의 소재(12) 또는 소재(14)로서,
(a) JIS G4305(2012)에 규정된 SUS304L(C：0.008%, Si：0.28%, Mn：0.95%, P：0.020%, S：0.001%, Ni：9.55%, Cr：18.8%, N：0.010%, 잔부 Fe 및 불순물)의 오스테나이트계 스테인리스강판의 두께 0.6mm의 코일,
(b) JIS G4305(2012)에 규정된 SUS430J1L(C：0.008%, Si：0.55%, Mn：0.45%, P：0.025%, S：0.002%, Cr：16.4%, Cu：0.32%, Nb：0.54%, N：0.011%, 잔부 Fe 및 불순물)의 페라이트계 스테인리스강판의 두께 0.5mm 혹은 0.6mm의 코일,
(c) JIS H4600(2012)에 규정된 TC270C(C：0.003%, O：0.04%, Fe：0.03%, N：0.005%, H：0.003%, 잔부 Ti 및 불순물)의 티탄판의 두께 0.6mm의 코일,
(d) JIS G3141(2011)에 규정된 SPCE(C：0.045%, Si：0.01%, Mn：0.25%, P：0.020%, S：0.013%, 잔부 Fe 및 불순물)의 딥 드로잉용 냉간 압연 강판의 두께 0.6mm의 코일 중 어느 하나를 이용했다. 또한, (a)~(d)의 소재는, 접합면을 연마입자 브러쉬로 미리 브러싱 처리함으로써 표면을 청정화했다.
이들 각각 1종씩을 이용하여, 2층 클래드판 또는 3층 클래드판을 제조했다. 클래드판의 제조에는, 압연 접합용의 압연 설비를 이용하여, 압연기 입측에 배치한 2개 혹은 3개의 릴에 각 소재의 코일을 각각 설치하여 감았다. 다음에, 알루미늄판의 코일을 인 라인노(爐)에서 가열했다. 그 후, 오스테나이트계 스테인리스강판, 페라이트계 스테인리스강판, 티탄판 또는 딥 드로잉용 냉간 압연 강판의 코일과 겹쳐 소정의 온도로 조정하고, 압연에 의해 접합함으로써, 클래드판을 얻었다. 또한, 클래드판에 있어서의 각층의 성분은, 접합 전의 소재의 성분과 동등한 것은 말할 필요도 없다.
표 1에, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 본 발명예 그리고 비교예로서 작성한 클래드판의 압연 조건을 나타낸다.
Figure pct00001
얻어진 클래드판으로부터 샘플을 잘라내어 연화 열처리를 실시한 후에, 그 금속 조직의 관찰을 행함과 함께 프레스 성형 시험을 행함으로써, 클래드판의 성능을 평가했다.
금속 조직의 관찰에서는, 상술한 방법에 의해, 압연 방향에 평행한 단면에 있어서, 접합 계면으로부터 제2층측으로 100μm 떨어진 위치까지의 범위와, 제2층의 두께의 1/2의 깊이 위치에 대해서, 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률을 측정했다.
프레스 성형 시험에서는, 반경 350mm의 원반을 잘라내어 샘플로 하고, 다양한 온도에서 연화 열처리를 실시한 후에, 원통형의 딥 드로잉 프레스 시험을 행하여, 그 성공 여부에 의해 평가했다. 이 때에 이용한 펀치 직경은 200mm이며, 펀치 어깨부의 굽힘 반경은 20mm이며, 플랜지 어깨부의 굽힘 반경은 15mm이다.
딥 드로잉 프레스는, 제1층을 외면측으로 하고, 높이 150mm의 플랜지를 남긴 형상으로 하여 행했다. 이 프레스 성형에서는, 특히 플랜지 어깨부의 굽힘 반경이 작기 때문에 플랜지부에서 접합 계면이 파괴되기 쉽다. 이 때문에, 플랜지부의 근방에서의 깨짐이나 플랜지부에서의 박리가 관찰된 경우에 프레스 성형성이 불량인 것으로 평가했다.
또한, 딥 드로잉 프레스 성형재의 외면에 상당하는 제1층의 비접합면을 육안으로 관찰함으로써, 제2층의 결정립의 전사에 의한 표면 거침의 유무를 판정했다.
표 1에, 본 발명예 그리고 비교예의 클래드판에 대해서, 압연에 의한 접합 후의 연화 열처리 조건을 나타낸다. 표 2에, 제2, 3층의 금속 조직의 관찰 결과와, 프레스 성형성의 시험 결과 및 표면 거침의 유무를 정리하여 나타낸다.
Figure pct00002
표 2에 있어서의 프레스 성형성은, A：양호, B：플랜지부에 경미한 주름, C：플랜지부 깨짐, D：플랜지부 박리를 나타내고, C, D를 프레스 성형성이 불량인 것으로 판정했다. 또, 표 2에 있어서의 표면 거침은, A：양호, B：경미한 표면 거침, C：표면 거침 불량을 나타내고, C를 표면 거침이 불량인 것으로 판정했다.
표 1에 있어서의 번호 1~17은, 모두, 본 발명의 조건을 모두 만족하는 본 발명예이다. 번호 1~12는 2층 클래드판이며, 번호 13~17은 3층 클래드판이다. 번호 8에서는, 제1층의 소재와 직접 접촉하는 워크 롤로서, 그 표면을 롤축 방향과 평행하게 연마한 평행 연마 롤을 사용했다. 또한, 번호 9는, 제1층의 소재와 직접 접촉하는 워크 롤로서, 그 표면을 쇼트 블라스트 처리한 롤을 사용했다.
번호 1~17은, 접합 계면으로부터 제2층측으로 100μm 떨어진 위치까지의 범위의 금속 조직이 모두 결정립경 50μm 이하의 재결정 조직이 되어 있기 때문에, 프레스 성형성은 양호하다. 또, 번호 1~17은, 제2층의 두께의 1/2의 깊이 위치의 금속 조직은 가공 조직인 채이거나, 일부가 재결정되어 있어도 종횡비가 2.0 이하인 결정립(재결정립)의 면적이 모든 면적에서 차지하는 비율이 50% 미만이기 때문에, 조대한 재결정립이 제1층에 전사되지 않고, 제1층의 표면의 표면 거침은 생기지 않거나, 또는 경미했다.
이에 반해, 번호 18~38은, 본 발명의 조건을 만족하지 않는 비교예이다. 번호 20에서는, 제1층의 소재와 직접 접촉하는 워크 롤로서, 그 표면을 쇼트 블라스트 처리한 롤을 사용했다.
번호 18~20은, 압연 시에 제1층의 소재와 직접 접촉하는 워크 롤의 표면 거칠기가 최대 높이 Ry로서 모두, 상술한 범위의 하한을 밑돌기 때문에, 제2층의 접합 계면의 근방에서 재결정 조직을 얻지 못하여, 프레스 성형 시에 플랜지부가 박리했다.
번호 21, 22는, 제2층의 소재의 사전 가열 온도가 상술한 범위의 하한을 밑돌기 때문에, 제2층의 특히 접합 계면의 근방에서 재결정 조직을 얻지 못하여, 프레스 성형 시에 플랜지부가 박리했다.
번호 23, 24는, 압연 시의 워크 롤 반경이 상술한 범위의 하한을 밑돌기 때문에, 제2층의 특히 접합 계면의 근방에서 재결정 조직을 얻지 못하여, 프레스 성형 시에 플랜지부가 박리했다.
번호 25, 26은, 압연 시에 압연기 입측에 있어서의 소재의 워크 롤로의 감음 각도 θ1에 대한 R×(θ1)2/Δh가, 상술한 범위의 하한을 밑돌기 때문에, 제2층의 특히 접합 계면의 근방에서 재결정 조직을 얻지 못하여, 프레스 성형 시에 플랜지부가 박리했다.
번호 27은, 압연 시에 압연기 입측에 있어서의 소재의 워크 롤로의 감음 각도 θ1에 대한 R×(θ1)2/Δh가 상술한 범위의 상한을 웃돌았기 때문에, 제2층과 접합되지 않았다.
번호 28은, 압연 시에 압연기 입측에 있어서의 소재의 워크 롤로의 감음 각도 θ2에 대한 R×(θ2)2/Δh가 상술한 범위의 상한을 웃돌았기 때문에, 제2층과 접합되지 않았다.
번호 29, 30은, 2층 클래드판의 접합 압연 시에 압연기 입측에 있어서의 제2층의 소재의 워크 롤로의 감음 각도 θ1을 180도로 한 예이다. 이 때, 한 쌍의 워크 롤 주속도를 동일 속도로 하여 압연하면, 제2층의 소재 입측 속도와, 이것에 직접 접촉하는 워크 롤의 주속도가 크게 상이한데다 접촉 거리가 길다. 이 때문에, 제2층이 워크 롤에 추종하지 못하고 주름 형상으로 변형되어, 평탄하게 압연되지 못하여, 제1층과 접합되지 않았다.
그래서, 제2층의 입측 속도와, 이것에 직접 접촉하는 워크 롤의 속도차를 완화하기 위해, 제2층의 소재의 워크 롤로의 감음 각도 θ1을 180도로 한 채로, 제1층과 접촉하는 워크 롤의 주속도를 10m 매분, 제2층과 접촉하는 워크 롤의 주속도를 7.7m 매분으로 하는 이주속 압연을 행했다. 그 결과, 제2층의 소재가 주름 형상으로 변형되지 않고 제1층과 접합될 수 있었다.
그러나, 제2층과 워크 롤의 속도차가 완화되었기 때문에, 제2층과 워크 롤 사이의 전단 변형, 그리고 제1층 및 제2층의 사이의 전단 변형이 큰 폭으로 완화되었다. 이 때문에, 제2층의 특히 접합 계면의 근방에서 재결정 조직을 얻지 못하여, 프레스 성형 시에 플랜지부가 박리했다.
번호 31~33은, 접합 후의 클래드판에 실시하는 연화 열처리의 온도 또는 시간이 상술한 범위의 상한을 웃돌았다. 이 때문에, 제2층의 제2 범위에 있어서 금속 조직의 재결정이 진행되어, 종횡비가 2.0 이하인 결정립(재결정립)의 면적이 모든 면적에서 차지하는 비율이 50% 이상이 되었다. 이 때문에, 제2층의 조대한 재결정립이 제1층에 전사되어, 제1층의 표면에 표면 거침이 생겼다.
번호 34~36은, 접합 후의 클래드판에 실시하는 연화 열처리를 행하지 않거나, 혹은, 연화 열처리의 온도 또는 시간이 상술한 범위의 하한을 밑돌았다. 이 때문에, 제2층의 제1 범위의 금속 조직이 모두 가공 조직인 채로 재결정되지 않았다. 이것에 의해, 프레스 가공 시의 전단 응력을 견디지 못하여, 플랜지부가 깨졌다.
번호 37은, 3층의 접합에 있어서 사용한 워크 롤의 표면 거칠기가, 최대 높이 Ry로서 모두 상술한 범위의 하한을 밑도는데다, 값｛R(θ1)2/Δh｝가 상술한 범위의 상한을 웃돌았다. 이 때문에, 제1층의 소재가 주름 형상으로 변형되어 평탄한 압연이 불가능해져, 제2층과 접합되지 않았다.
또한, 번호 38은, 제1~3층의 접합이 달성되었지만, 접합 후의 클래드판에 실시하는 연화 열처리의 시간이 상술한 범위의 상한을 웃돌았다. 이 때문에, 제2층의 제2 범위에 있어서 금속 조직의 재결정이 진행되어, 제2층의 조대한 재결정립이 제1층에 전사되어, 제1층의 표면에 표면 거침이 생겼다.
1 2층 클래드판 2 3층 클래드판
3 제1층 4 제2층
5 제3층 6 제1 접합 계면
7 제2 접합 계면 10, 11 워크 롤
12~14 소재

Claims (4)

  1. 접합 계면을 개재하여 접합된 제1층 및 제2층을 구비하는 클래드판으로서,
    상기 제1층은, 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 티탄 또는 탄소강 중 어느 하나로 이루어지며,
    상기 제2층은, 알루미늄으로 이루어지고,
    상기 제2층에 있어서의, 상기 접합 계면으로부터 판두께 방향으로 100μm 떨어진 위치까지의 범위에 있어서, 장경과 단경의 비인 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 85% 이상이며, 또한, 최대 결정립경이 50μm 이하이며,
    상기 제2층의 판두께 방향의 1/2의 위치에 있어서, 상기 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만인, 클래드판.
  2. 제1층, 제2층 및 제3층을 구비하고, 상기 제1층 및 상기 제2층은 제1 접합 계면을 개재하여 접합되며, 상기 제2층 및 상기 제3층은 제2 접합 계면을 개재하여 접합되는 클래드판으로서,
    상기 제1층 및 상기 제3층은, 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 티탄 또는 탄소강 중 어느 하나로 이루어지며,
    상기 제2층은, 알루미늄으로 이루어지고,
    상기 제2층에 있어서의, 상기 제1 접합 계면으로부터 판두께 방향으로 100μm 떨어진 위치까지의 범위, 및 상기 제2층에 있어서의, 상기 제2 접합 계면으로부터 판두께 방향으로 100μm 떨어진 위치까지의 범위에 있어서, 장경과 단경의 비인 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 85% 이상이며, 또한, 최대 결정립경이 50μm 이하이며,
    상기 제2층의 판두께 방향의 1/2의 위치에 있어서, 상기 종횡비가 2.0 이하인 결정립의 면적률이 50% 미만인, 클래드판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1층의 두께가 0.2~1.0mm, 상기 제2층의 두께가 0.5~3.0mm인, 클래드판.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1층 및 상기 제3층의 두께가 0.2~1.0mm, 상기 제2층의 두께가 0.5~3.0mm인, 클래드판.
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