JP2504118B2 - クラッド棒鋼の製造方法 - Google Patents

クラッド棒鋼の製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は外層材と芯材との接合強度に優れ、外層材が
均一、且つ薄肉のクラッド棒鋼を製造する方法に関す
る。
〔従来技術〕
クラッド棒鋼を製造する方法としては、連続鋳造法に
よってクラッド素材である複層鋳片を製造し、この複層
鋳片を再加熱し、複数の孔型ロール間に通して圧延成形
する方法(特開昭59−156539号、特公昭59−19786号公
報)、 或いは連続鋳造法によて得た鋳片を高温状態のまま圧
延し、デスケーリングした後、これを外層材用の溶融金
属浴中に浸漬してクラッド素材を形成し、複数の孔型1
ール間に通して圧延形成するデイップフォーミング方法
(特開昭61−245913号公報)、 或いは外層材を構成する金属管体内に芯材を形成する
金属棒材を嵌合し、嵌合状態のまま冷間抽伸し、相互に
密接せしめてクラッド素材である積層ビレットを得、こ
の積層ビレットを熱間で複数の孔型はールに通して延伸
圧延し、相互に治金的に接合せしめる方法(特開昭55−
141313号公報)、等がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで上述した如き方法のうち、連続鋳造法デイッ
プフォーミング法では製造設備が複雑となり、また芯
材,外層材の組合せ変更が設備上限定される。特に連続
鋳造法は鋳造であるために接合力が弱く、組織も鋳造組
織であって加工性が悪い。また冷間抽伸法では素材の曲
り、焼付傷の発生、肉厚が薄い場合には口絞り部の破断
等が生じる。
更に上述した方法はいずれもクラッド素材を孔形ロー
ルを用いた熱間延伸圧延する工程を含むが、孔形ロール
では強圧下が出来ず、芯材と外層材との接合力が弱く、
また孔形ロールを経る過程では孔形ロールによる拘束面
と非拘束面(自由面)が同時に存在する結果、自由面に
おいて芯材と外層材とがその境界層で剥離せしめられる
現像が発生し、また自由面では外層材の温度が低下して
変形能が低下する結果、外層材として薄肉材を用いると
割れが発生することがあり、外層材として必要以上の肉
厚が要求され、圧延後の肉厚にばらつきが多い等の問題
があった。
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、本
発明の第1の目的は外層材の肉厚の均一化、肉薄化が容
易で、且つ芯材と外層材との接合強度に優れたクラッド
棒鋼の製造方法を提供するにあり、また本発明の第2の
目的は外層材と芯材との組合せを広範囲に設定でき、し
かも相互に大きな接合強度で接合せしめ得るようにした
クラッド棒鋼の製造方法を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
第1の発明に係るクラッド棒鋼の製造方法は、断面円
形金属芯材の周面に円筒状金属外層材を被嵌接合せしめ
たクラッド棒鋼の製造方法において、芯材の外周面、外
層材の内周面を夫々脱脂,清浄化した後、不活性又は還
元性雰囲気中で芯材を外層材に挿入して両端面の芯材と
外層材との境界を溶接により密閉してクラッド素材を形
成し、このクラッド素材を加熱し、3個以上のコーン型
ロールを有する傾斜圧延機により延伸圧延することを特
徴とする。
第2の発明に係るクラッド棒鋼の製造方法は、炭素鋼
又は低合金鋼製の断面円形芯材の周囲に円筒状ステンレ
ス鋼製の外層材を被嵌接合せしめたステンレスクラッド
棒鋼を製造する方法において、芯材の外周面、外層材の
内周面を夫々脱脂,清浄化した後、不活性又は還元性雰
囲気中で芯材を外層材に挿入し、両端面の芯材と外層材
との境界を溶接により密封してクラッド素材を形成し、
このクラッド素材を加熱し、3個以上のコーン型ロール
を有する傾斜圧延機により延伸圧延することを特徴とす
る。
〔作用〕
第1,第2の発明にあってはこれによって接合面への酸
化被膜の生成を抑制し、芯材,外層材相互の接合強度を
高め得、また外層材の肉厚の均一化が図れる。
〔実施例〕
以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。
第1図は本発明に係るクラッド棒鋼の製法方法の主要
工程を示す工程図である。
芯材となる組成の金属を熱間圧延後、磨き加工を施し
て所定の長さ、直径を有する断面円形の柱状又は棒状に
形成し、その周面を例えばアセトン等を用いて脱脂,清
浄する。
磨き加工法としては例えばショット加工後、冷間抽伸
を行う方法等があり、これによって熱間圧延後における
スケール等の酸化物を除去し、また研磨を施す。
一方、外層材となる組成の金属を熱間押出し、或いは
熱間圧延した後、冷間加工を施して所定の長さ,外径,
肉厚を有する断面円形の筒体に形成し、内周面を芯材と
同様にアセトン等を用いて脱脂,清浄する。外層材とし
ては溶接管、継目無管等を用いてもよい。
芯材と外層材とは脱脂,清浄後不活性又は還元性雰囲
気中でそのまま組み合せてもよいが、両者の接合面とな
るべき部分の両方。または片方に媒材を施すのが望まし
い。
例えば芯材に対しては脱脂,清浄化した後、周面に媒
材をメッキ法、溶射法にて施すか、或いはNi等の金属箔
(又は薄板)を巻き付けてもよい。この場合外層材に対
してもその内周面に同様の媒材を施すのが望ましいが、
特に芯材が炭素鋼製で外層材がステンレス鋼製のときは
媒材としてはNiがよい。
メッキ、金属箔の材質は芯材と外層材との組合せによ
り変化するが、多くの場合Niが相応しい。特例としてC
r,Mo,タンタル等を用いることもある。
このようにして得た芯材と外層材とは不活性ガスを充
満させた還元性雰囲気中で外層材に芯材を挿入し、両端
面で芯材と外層材との境界部を溶接密封し、クラッド素
材を得る。
第2図は芯材と外層材との嵌合工程を示す模式図、第
3図(イ),(ロ)はクラッド素材の模式的正面図、模
式的側面図である。ガス供給管8を通じて槽9内に不活
性ガスを充満させると共に、外層材12の一端部をガス供
給管8のガス吹出口に臨ませつつ外層材12の他端部から
芯材11を挿入してゆく。外層材12に芯材11を挿入し終え
るとその両端面において、夫々芯材11と外層材12との境
界部を溶接密封し、クラッド素材10を形成する。
芯材11と外層材12との境界部を溶接密封するのは後の
加熱過程で芯材11と外層材12との熱膨脹率の差により両
材間に隙間が生じ、ここに空気が侵入するのを防止する
ためである。ただし両材11,12間の隙間がクラッド素材
組立上の制約より1mm以上となる時には圧延後後端とな
る端面に1〜4ヶ所程度の不活性ガス排出孔を設けるよ
うに溶接するのが好ましい。
次にこのクラッド素材10を所定温度に加熱した後、第
4〜6図に示す如く3個(又はそれ以上)のロールを有
する傾斜圧延機を用いて延伸圧延し、クラッド棒鋼14を
得る。
第4図は第5図のIV−IV線による断面図、第5図は第
4図のV−V線による正面図、第6図はパスラインX−
X線に対するロールの傾斜状態を示す模式的側面図であ
る。傾斜圧延機4はパスライン周りに臨んで3個のコー
ン型ロール1,2,3を有し、3個のロール1,2,3はクラッド
素材10の出側端部にゴージ部1a,2a,3aを備え、ゴージ部
1a,2a,3aを境にしてクラッド素材10の入側は軸端に向け
て漸次直径を縮小され、また出側は拡大されて円錐台形
をなす入口面1b,2b,3b及び出口面1c,2c,3cを備えてお
り、出口面1c,2c,3cはパスラインX−X線との距離をゴ
ージ部とパスラインとの距離に一致させている。
このようなコーン型ロール1,2,3はいずれもその入口
面1b,2b,3bをクラッド素材10の移動方向上流側に位置さ
せた状態とし、また線心線Y−Yと、コージ部1a,2a,3a
を含む平面との交点O(以下ロール設定中心という)
を、クラッド素材10のパスラインX−X線と直交する同
一平面上にてパスラインX−X線周りに略等間隔に配設
されている。そして各ロール1,2,3の軸芯線Y−Yはロ
ール設定中心0回りにクラッド素材10のパスラインX−
X線との関係において第4図に示すように前方の軸端が
パスラオンX−X線に向けて接近するような交叉角γだ
け交叉(傾斜)せしめられ、且つ第5図、第6図に示す
ように前方の軸端がクラッド素材10の周方向の同じ側に
向けて傾斜角βだけ傾斜せしめられている。
ロール1,2,3は夫々図示しない駆動源に連繋されてお
り、第5図に矢符で示す如く同方向に回転駆動されるよ
うになっている。
なお、ロール軸保持機構は両持型式であることが望ま
しい。ロール軸を両持型式にするのは、両持型式の場合
には被圧延材の外径寸法精度は±0.1%となるのに対
し、片持型式の場合にはミル鋼性が低くなると同時に被
圧延材の両金属界面でのすべりの影響により、被圧延材
の外径寸法精度は±0.7%と悪化するからである。
ロール間に噛み込まれた熱間のクラッド素材10はその
軸芯線周りに回転駆動されつつ軸長方向に移動する、所
謂螺進移動せしめられる。
クラッド素材10はロール間を螺進移動せしめられる間
に、第4図に示す如くリールバイトト部Aにて外径を絞
られ、例えば最大減面率が80〜90%の高圧下を受け、ク
ラッド素材10の圧下面Bが円錐台形状に形成された後、
ゴージ部1a,2a,3a,出口面1c,2c,3cにて所定外径の断面
図形のクラッド棒鋼14となる。
なお、第4図に示すように圧延上流側に位置するロー
ル軸端がパスラインX−X線に向けて接近して位置する
ときの交叉角γを正とし、逆に圧延上流側に位置するロ
ール軸端がパスライン−X線から離反して位置するとき
の交叉角γを負とする。
傾斜圧延機の交叉角γ,傾斜角βは0°≦γ<15°,6
°≦β<20°の範囲とする。
交叉角γを0°≦γ<15°とするのはγ<0°の場合
には幾何学的関係から被圧延材の進行方向に向かってロ
ール径が小さくなり、一方被圧延材の外径は進行方向に
向かって漸次絞られるので、必然的に被圧延材の速度は
進行方向に向かって速くなる。
これによって、被圧延材にはロールにより進行方向に
向かって速度を抑制される力が働く。この幾何学的な影
響と、被圧延材の両金属界面でのすべりの影響とによ
り、被圧延材の外径寸法精度は±0.7%と低下すること
による。
またγ≧15°とするのは傾斜圧延機の構造上ロール軸
を保持するチョックを両持型式で設定出来なくなること
による。
一方傾斜角βを6°≦β<20°とするのは次の理由に
よる。通常圧延速度vは次式で求めることが出来る。
但し、D:ロールのゴージ部外径〔m〕 M:ロール回転数〔rpm〕 η:先進率 ηはロール表面性状,傾斜角,減面率等によって変化
するが、大体0.7〜1.5である。これから同一ロールでパ
ススケジュールが同じ場合、圧延速度は傾斜角βとロー
ル回転数Nで決まる。
被圧延材の振れ回りを考えると、ロール回転数は250r
pmが限界であるので、傾斜角が小さくなると圧延速度は
低くなってくる。従って実用的にはβ≧6°で圧延し、
圧延速度を確保するのが望ましい。
またこのような傾斜圧延ではロールの圧下部(第4図
参照)において被圧延材は螺進移動されてロールと数回
接触し、その都度圧下されて最終的に80〜90%以上の減
面率を達成することが出来る。また傾斜角βを大きくし
ていくと、被圧延材とロールとの接触部の長さが短くな
り、接触回数が減少するので螺進方向でのロールによる
圧下量は大きくなる。この圧下量が大きくなると被圧延
材の両金属界面でのすべりの影響があらわれ、β≧20°
になるとその影響が顕著になり、被圧延材の外径寸法精
度が±0.4%以上に悪化することとなるため傾斜角β<2
0°とするのが望ましい。
〔数値例〕
次に本発明方法について具体的数値を掲げて説明す
る。
第2図に示す如き槽9内にアルゴンガスを20l/分で5
分間吹き込んで充満させた還元性雰囲気中で、アルゴン
ガスを吹き込みつつ内周面を脱脂,清浄化したステンレ
ス鋼(SUS304TB)製の継目無管で構成した外層材に、磨
き工程を経た炭素鋼(炭素量0.06%)製の外周面に清浄
化した芯材を挿入した後、両端面の境界部を溶接密封
し、クラッド素材を得た。組立前の芯材,外層材の寸法
仕様は表1に示す通りである。
次にこのクラッド素材を加熱し、温度1100℃で交叉型
の傾斜圧延機により傾斜圧延を行った。傾斜圧延条件は
次のとおりである。
〔傾斜圧延条件〕
・交叉角(γ):3° ・傾斜角(β):15° ・ロール直径 :182mm ・ロール材質 :SCM440 ・ロール回転数:100rpm ・減面率 :60.3%(外径63.5mmを40mmに絞った) 製造したステンレスクラッド棒鋼の接合強度を調査す
べく、第7図に示す如く所定長さのクラッド棒鋼の一端
側を一定長さhでそのままとし、他端側を芯材の外径よ
りも小さい外径の円柱部とした試験片を2個作成し、芯
材の外径よりも少し大きい直径の円形開口部の縁部に、
試験片の一端側の外層材部分を当接させ、その状態で他
端側より押圧力を付与して芯材と外層材とが破断する直
前の荷重Pを測定し、下記式に従って剪断強さを求め
た。
剪断強さ=P/(π・D・h) 但し、D:芯材の直径 剪断強さは夫々32.3kgf/mm2,33.4kgf/mm2であった。J
IS G 3601に従えば剪断強さは20kgf/mm2以上となってい
るから十分JISの規格値を満足するステンレスクラッド
棒鋼を製造し得ることが確認できた。
またステンレスクラッド棒鋼について、その横断面に
おける外層材の肉厚を周方向の8点で測定した。その結
果は表2に示すとおりである。
これより、外層材の肉厚変動がほとんどないステンレ
スクラッド棒鋼が得られていることが確認出来た。更に
ステンレスクラッド棒鋼の金属界面の接合状況を調べる
ために超音波探傷試験を行った。
〔試験条件〕
・探傷記 :USIP12 ・探傷型式:水浸 ・探傷感度:66dB ・周波数 :10MHz ・探触子 :L10K 結果は、ステンレスクラッド棒鋼に欠陥はなく、良好
な接合状況であることが確認された。
〔効果〕
第1,第2の発明にあっては、不活性、又は還元性雰囲
気中で外層材と芯材とを組合わせるから、密封した後、
空気を排出し、不活性ガスに置換する作業と比較して作
業能率が高く、生産性,経済性に優れ、また両端面の芯
材と外層材との境界を溶接により密閉してクラッド素材
を形成したから、外層材と芯材との間に空気が存在せ
ず、加熱,圧延過程で酸化膜が形成されないから、両者
の接合強度に極めて優れ、外層材の肉厚も均一、且つ薄
肉のクラッド棒鋼の製造が可能となり、高品位で生産
性、経済性に優れるなど本発明は優れた効果を奏するも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の製造工程を示すブロック図、第2
図は本発明方法における還元性雰囲気中のクラッド素材
組立図、第3図(イ)は本発明方法において用いるクラ
ッド素材の模式的正面図、第3図(ロ)は同じく模試的
側面図、第4図は第5図のIV−IV線による断面図、第5
図は第4図のV−V線による正面図、第6図はパスライ
ンX−X線に対するロールの傾斜状態を示す模式的側面
図、第7図はクラッド素材における芯材と外層材との剪
断強さ試験の態様を示す説明図である。 1,2,3……ロール、1a,2a,3a……ゴージ部 1b,2b,3b……入口面、1c,2c,3c……出口面 4……傾斜圧延機、8……不活性ガス吹込管 9……還元性雰囲気槽、10……クラッド素材 11……芯材、12……外層材、13……境界部

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】断面円形金属芯材の周面に円筒状金属外層
    材を被嵌接合せしめたクラッド棒鋼の製造方法におい
    て、 芯材の外周面、外層材の内周面を夫々脱脂,清浄化した
    後、不活性又は還元性雰囲気中で芯材を外層材に挿入し
    て両端面の芯材と外層材との境界を溶接により密閉して
    クラッド素材を形成し、このクラッド素材を加熱し、3
    個以上のコーン型ロールを有する傾斜圧延機により延伸
    圧延することを特徴とするクラッド棒鋼の製造方法。
  2. 【請求項2】炭素鋼又は低合金鋼製の断面円形芯材の周
    囲に円筒状ステンレス鋼製の外層材を被嵌接合せしめた
    ステンレスクラッド棒鋼を製造する方法において、 芯材の外周面、外層材の内周面を夫々脱脂,清浄化した
    後、不活性又は還元性雰囲気中で芯材を外層材に挿入
    し、両端面の芯材と外層材との境界を溶接により密封し
    てクラッド素材を形成し、このクラッド素材を加熱し、
    3個以上のコーン型ロールを有する傾斜圧延機により延
    伸圧延することを特徴とするステンレスクラッド棒鋼の
    製造方法。
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