JPH05169283A

JPH05169283A - クラッド鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH05169283A
Application number: JP3332191A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Ogata; 龍二緒方
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】剪断強度が200N/mm²以上であって耐食性に優
れ、熱間圧延後に熱処理を行っても剪断強度が低下しな
いクラッド鋼板を製造する。【構成】アルミニウム青銅３と鋼板４との間に銅箔２
を介在させて積層物とし、該積層物を外気から遮断した
後組立てを行い、930 〜980 ℃の温度域に加熱後圧延を
行い、圧延終了後のインサート部銅層厚さを100 μm 以
上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム青銅と鋼
板とからなるクラッド鋼板の製造方法に関する。さらに
具体的には、本発明は、耐食性に優れ、例えば発電所の
復水器管用材料として用いるのに好適な、銅に約２〜15
％ (以下、本明細書においては、特にことわりがない限
り、「％」は「重量％」を意味するものとする) のアル
ミニウムを添加したアルミニウム青銅と鋼板とのクラッ
ド鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】クラッド鋼板は、鋼板を他の金属板と接
合して得た複合鋼板の１種であり、鋼板単独では得られ
ないような優れた性質が得られるものとして今日、多く
の用途開発がされている。かかるクラッド鋼板の製造方
法としては、一般的には圧延方法、爆着法等が知られて
いる。

【０００３】ところで、アルミニウム青銅は、Al:2〜15
％を添加した銅合金であり、引張強度：46kgf/mm² 、比
重7.7 であり、さらに銅合金として耐食性にも優れてい
ることから、ギヤ、シャフト、ブッシュ等の各種機械部
品として主に使用されている。一方、かかるアルミニウ
ム青銅と鋼板とからなるクラッド鋼板は、極めて優れた
耐食性を備える安価な材料として上述のような機械部品
等への応用が考えられる。

【０００４】しかし、アルミニウム青銅と鋼板とのクラ
ッド鋼板は、今日、圧延法によって製造されているが、
熱間圧延に際して鋼板とアルミニウム青銅とが直接に接
触すると、加熱時にアルミニウム青銅中のアルミニウム
が鋼板側に拡散して鋼板の接合界面側に脆弱な金属間化
合物を形成し、鋼板とアルミニウム青銅との接合力を著
しく低下させる。そこで、アルミニウム青銅の表面に銅
メッキを行い、さらに酸化物の生成を押さえるために前
記銅メッキの表層にNiメッキを行って、組立て、熱間圧
延を行っていた。

【０００５】しかし、このようにアルミニウム青銅の表
面にメッキを行って熱間圧延を行うのでは製造コストが
上昇し、また製造工程も増加してしまうため、量産化へ
の適合性に劣ってしまうという問題があった。

【０００６】一方、特開昭56−26686 号公報には、アル
ミニウム青銅と鋼板との間に、銅または銅合金層を介在
させて積層物とし、この積層物を外気から遮断し、850
℃〜870 ℃の温度域に加熱して熱間圧延を行うことによ
るクラッド材の製造方法が提案されている。この方法
は、アルミニウム青銅と鋼板との間に、銅薄板材層又は
銅合金層 (例えば銅箔) を挟み込んで前記温度域で熱間
圧延を行う方法である。

【０００７】このように従来より製造されてきたアルミ
ニウム青銅と鋼板とのクラッド鋼板は、前述のように、
主として機械部品等用として使用されてきており、圧延
(鍛造) まゝで使用すれば十分であったが、発電所の復
水器管のような部品の場合、加工性改善のための熱処理
が必要となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
メッキ法や特開昭56−26686 号公報により提案された方
法により得られたクラッド材は、通常の場合、熱間圧延
後に500 〜900 ℃に加熱する熱処理を行って加工性の改
良を行うと、この熱処理により、クラッド材のアルミニ
ウム原子が鋼板側に拡散して、鋼板の接合界面側にAl−
Fe金属間化合物を形成するため、クラッド材の剪断強度
が著しく低下してしまうことが判明した。また、この方
法では、１枚のクラッド鋼板を製造するために、アルミ
ニウム青銅の外側に補助板を設け、圧延完了後に該補助
板を除去する必要があり、生産性が低いという問題もあ
った。

【０００９】ここに、本発明の目的は、曲げ加工等二次
加工性確保のため熱処理を行っても剪断強度が低下しな
いクラッド鋼板の製造方法を提供することにあり、具体
的には、剪断強度が200N/m²以上であって耐食性に優
れ、例えば発電所の復水器管などの材料として用いるの
に好適であり、熱処理を行っても剪断強度が低下しない
クラッド鋼板の製造方法を提供することにある。したが
って、より特定的には、本発明の目的はアルミニウム青
銅−鋼のクラッド鋼板からの復水器管の製造方法を提供
することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記解決す
るため種々検討を重ね、以下に列記する知見を得て、本
発明を完成した。 (1) 特開昭56−26686 号公報により提案された方法によ
り得られたクラッド材に熱処理を行うと剪断強度が低下
するのは、熱処理時に、クラッド材のアルミニウム原子
が銅薄板材層又は銅合金層を突き抜けて鋼板側に拡散す
るためである。したがって、前記アルミニウム原子の拡
散を阻止できれば、熱処理を行っても剪断強度の低下を
防止することができる。

【００１１】(2) 十分な加工性を確保するには930 〜98
0 ℃という高温圧延が有利であるが、そのような高温で
は今度は拡散が活発になり、十分な接合強度の確保が困
難である。しかも、二次加工性を確保するには圧延後、
熱処理を行う必要があり、この点からも接合強度の低下
は免れない。 (3) アルミニウム原子の拡散を抑制して、熱間圧延を行
った際も良好な剪断強度を確保するには、熱間圧延後に
おける、アルミニウム青銅と鋼板との間のインサート部
銅層厚さを100 μm 以上確保すればよい。

【００１２】(4) アルミニウム青銅および鋼板からなる
一組の積層物から一枚のクラッド鋼板を得る製造方法に
対して、２枚の積層物を、それぞれのアルミニウム青銅
同士が対向しかつそれぞれの間に剥離材を狭持して加熱
した後に、熱間圧延終了後の前記銅層の厚さが100 μm
以上となるように熱間圧延を行い、その後２枚の積層物
に分離することにより、生産性の向上を図ることができ
る。

【００１３】ここに、本発明の要旨とするところは、ア
ルミニウム青銅と鋼板との間に銅層を介在させて積層物
とし、その積層物の各層の接触面を外気から遮断した状
態で、930 〜980 ℃の温度範囲に加熱して、圧延終了後
の銅層厚さが100 μm 以上となるように熱間圧延を行っ
て前記各接触面を冶金的に接合させることを特徴とする
クラッド鋼板の製造方法である。

【００１４】上記の本発明において、アルミニウム青銅
と鋼板との組立ては、接合界面の接合強度を確保すべ
く、アルミニウム青銅および鋼板の双方の表面の酸化皮
膜を削除し、研磨してから行うことが望ましい。そし
て、この組立は、界面に酸化皮膜が生成しないように減
圧条件下で行う。

【００１５】また、圧延および熱処理は、例えば以下に
示す条件で行うことが望ましい。圧下率 : １パスあたり10％未満の圧下率熱処理温度 : 500 〜900 ℃ 本発明により得られるクラッド鋼板は、曲げ加工を行わ
れても接合界面の剥離を生じることなく、剪断強さは熱
間圧延後に熱処理を行った場合にも、200N/mm²以上と優
れた特性を有する。

【００１６】したがって、別の面からより特定的に云え
ば、本発明は、前述のようにして得られたクラッド鋼板
を 500〜900 ℃で熱処理してから曲げ加工および溶接を
行うことを特徴とする発電所の復水器管の製造方法であ
る。

【００１７】

【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。本
発明では、まず、アルミニウム青銅と鋼板との間に銅層
を介在させて積層物とする。この積層物は、基本的に
は、特開昭56−26686 号公報により提案されたクラッド
材の製造方法における積層物と同じでよいが、本発明で
は、中間に位置する銅層の厚さを以下に示すように限定
する。

【００１８】アルミニウム青銅および鋼板の接合界面で
は、アルミニウム青銅中のAlが鋼板へ拡散して、鋼板の
接合界面側に金属間化合物が形成されるため、得られる
クラッド鋼板の接着強度 (剪断強度) が著しく低下して
しまう。そこで、本発明では、アルミニウム青銅および
鋼板の双方と金属間化合物を形成することがない元素で
ある銅を前記界面に存在させることにより、アルミニウ
ムの拡散を遅らせ、熱処理後もしくは熱間加工時におけ
る剪断強度の低下を防ぐ。

【００１９】かかる効果を奏するためには、本発明者の
知見によれば、圧延終了後のインサート部銅層厚さは10
0 μm 以上、望ましくは100 μm 以上 200μm 以下であ
ればよい。熱間圧延時の圧下率にもよるが、通常の圧下
率 (１パス当りの圧下率：５〜10％、総圧下率：75〜90
％) の圧下を行う場合には、圧延実施前の銅層の厚さ
は、400 〜2000μm 程度である。

【００２０】次に、各積層物の接触面を外気から遮断し
た後組立てを行う。積層物の外気からの遮断および組立
ては、従来から公知の手段によればよく、本発明では何
ら限定を要さない。例えば、組立てた積層物の略式断面
図である図１に示すように、鋼板４、４ (例えばSS400)
とアルミニウム青銅３、３との間に銅箔２、２を狭持し
て積層物とし、これらを２つの積層物のアルミニウム青
銅３、３が対向するようにして配置し、アルミニウム青
銅３、３同士の間に剥離材１ (剥離用高炭素鋼薄板) を
挟んだ状態でこれらの積層物の側面には例えばSS400 製
のダミー鋼板６を配置して組立て (対称組立) 、外気か
らの遮断および組立てを行えばよい。なお、同図中５は
溶接部を示す。

【００２１】このようにして組立てを終えた積層物を、
本発明では、930 〜980 ℃と従来より高温に加熱して、
熱間圧延を行う。本発明において930 〜980 ℃の温度範
囲に加熱を行うのは、アルミニウム青銅および鋼板とも
に930 ℃よりも低温で圧延を行うと硬質なために加工・
成形性が悪いためであり、一方980 ℃超の温度域に加熱
すると、炉内温度のばらつき等により、銅層として純銅
を用いた場合にはアルミニウム青銅と鋼板との接合部に
積層化した純銅が溶融してしまうことがある。そこで、
本発明では、熱間圧延時の加熱 (圧延) 温度を930 ℃以
上980 ℃以下と限定する。

【００２２】熱間圧延についても、基本的には公知の手
段によればよいが、本発明では、前述のように、圧延終
了後のインサート部銅層厚さが100 μm 以上となるよう
に熱間圧延を行って前記各接触面を冶金的に接合させ
る。本発明で、インサート部銅層厚さを100 μm 以上と
限定する理由は以下に示す通りである。アルミニウム青
銅は、銅とは異なり、圧延ままの状態では硬質で加工性
が悪いため、接合されたクラッド鋼板に熱処理を行う必
要があるが、この際にアルミニウムの鋼への拡散を誘発
し、接合部に金属間化合物であるFe₃Al を形成し、接合
部の剪断強度が低下してしまうため、本発明では前記拡
散を阻害するために銅層を積層するが、前記インサート
部銅層厚さが100 μm 未満であると、アルミニウムは容
易に透過し、前記金属間化合物の生成を阻止することが
できないからである。

【００２３】また、本発明では、圧延時の１パス当たり
の圧下率は10％以下と限定することが望ましい。本発明
では、熱間圧延の際に積層物を従来よりも高温域(930〜
980℃) に加熱するため、比較的大きな圧下率で圧下を
行った場合にも前記圧下率の範囲内である限り、例えば
前述のダミー鋼板を用いて積層物の外気からの遮断およ
び組立てを行った場合にもアルミニウム青銅がダミー鋼
板を突き破ることなく、良好な成品性状で加工を行える
からである。圧下率が10％超の圧下を行うと、前述のよ
うに、軟化したアルミニウム青銅がダミー鋼板を突き破
ってしまうという問題がある。溶接ビードを強固にする
ことで、前記問題に一応対応することはできるものの、
著しいコスト増を伴うとともに信頼性に欠けた対策とな
ってしまう。そこで、本発明では、圧延時の１パス当り
の圧下率は10％以下と限定することが望ましい。

【００２４】このようにして、本発明では、クラッド鋼
板の接合部を冶金的に強固に接合させることができる
が、圧延ままの状態では硬質で加工性が悪いために、本
発明ではさらに熱処理を行って、アルミニウム青銅を軟
化させることにより成品の加工性を改善・向上しておく
ことが望ましい。かかる効果を得ることができる熱処理
温度は500 ℃以上であり、かつ900 ℃を超えるとアルミ
ニウムの拡散を促進させるために低めが望ましい。そこ
で、本発明では、熱間圧延後に熱処理を行う場合の加熱
温度は500 ℃以上900 ℃以下と限定することが望まし
い。

【００２５】さらに、本発明では、前述した図１に示す
ように、対称組立てを実施することにより、特開昭56−
26686 号公報により提案された方法よりも高能率に圧延
を実施できることはいうまでもない。すなわち、対称組
立てによれば１度の圧延チャンスで２枚のクラッド鋼板
を得ることができるとともに圧延時にアルミニウム青銅
の表面には補助板を設ける必要がないためである。

【００２６】このようにして、本発明により、二次加工
性を確保すべく500 〜900 ℃で熱処理を行った後でも剪
断強度が200N/m²以上であって耐食性に優れ、例えば発
電所の覆水器管用材料として用いるのに好適であり、熱
処理を行っても剪断強度が低下しないクラッド鋼板を製
造することが可能となった。

【００２７】なお、従来は圧延まゝで 220〜280N/mm²で
あってこれを熱処理すれば150 N/mm²に低下してしまっ
た。到底、大型構造材として用いることはできなかっ
た。さらに、本発明を実施例を参照しながら詳述する
が、これは本発明の例示であり、これにより本発明が限
定されるものではない。

【００２８】

【実施例】図２に示すように、母材としてSS400(鋼板)
を、合わせ材としてJIS C 6161P(Al 青銅) をそれぞれ
用い、母材および合わせ材の間に厚さが 100μm の銅箔
を１〜８枚狭持して積層物とし、この積層物をAl青銅同
士が向き合うようにして２つ対向させるとともに双方の
Al青銅の間に剥離材としての高炭素鋼薄板 (厚さ0.1mm)
を狭持し、圧延方法によるクラッド材の、 (1) インサート部銅層厚さの適正範囲、および (2) 適正圧延条件を確認すべく、以下に示す操作により熱間圧延を行っ
た。

【００２９】全厚112 mmの母材用スラブを作製し、圧延
を行って、板厚16mmの鋼板とした。次に、熱間圧延終了
後の銅層厚さが25〜250 μm となるように、銅箔を前記
鋼板の表面に重ね、さらにその上に合わせ材としてアル
ミニウム青銅を積層した。なお、比較例として箔なし
(鋼板＋アルミニウム青銅) も準備した。

【００３０】製造条件としては、加熱温度：950 ℃、仕
上温度：840 ℃、１パス当り圧下率：10％以下で行っ
た。なお、この製造条件とは別に、加熱温度： 900℃、
１パス当たり圧下率：15％の製造条件も行った。しか
し、加熱温度が低過ぎたために仕上げ温度が低くなり製
品として望ましい表面性状を得ることができず、また、
圧下率が大き過ぎるためにアルミニウム青銅がダミー鋼
板を突き破り、クラッド鋼板としての形態を確保できな
かった。

【００３１】以上の製造条件で製作したアルミニウム青
銅を500 〜900 ℃、保持１時間後空冷する熱処理を施し
た後、剪断試験を実施した。試験データ (剪断応力値)
を表１および表２に示すとともに、図３には、熱処理温
度とインサート部銅層厚さとの剪断応力に及ぼす影響
を、図４には、インサート部銅層厚さの剪断応力に及ぼ
す影響をそれぞれグラフで示す。なお、表１および表２
の単位はN/mm²である。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】図３および図４からも明らかなように、い
ずれも100 μm 以上の圧延後銅層厚さを有することによ
り十分な特性を有することが確認できた。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、剪
断強度が200N/mm²以上であって耐食性に優れ、例えば発
電所の覆水器管用材料として用いるのに好適であり、熱
処理を行っても剪断強度が低下しないクラッド鋼板を提
供することが可能となった。かかる効果を有する本発明
の意義は極めて著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の際の状況を模式的に示す略式説
明図である。

【図２】実施例における本発明の実施状況を概念的に示
す略式説明図である。

【図３】剪断応力に及ぼす熱処理温度の影響を示すグラ
フである。

【図４】剪断応力に及ぼすインサート部銅層厚さの影響
を示すグラフである。

【符号の説明】

１：剥離材２：銅箔３：アルミニウム青銅４：鋼板５：溶接部６：ダミー鋼板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム青銅と鋼板との間に銅層を
介在させて積層物とし、該積層物の各層の接触面を外気
から遮断した状態で、930 〜980 ℃の温度範囲に加熱し
て、圧延終了後の銅層厚さが100 μm 以上となるように
熱間圧延を行って前記各接触面を冶金的に接合させるこ
とを特徴とするクラッド鋼板の製造方法。