JPS63104789A - ステンレスクラツド鋼の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、歩留りが良好で、生産性の良い薄板ステンレ
スクラッド鋼の連続的製造法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、薄板ステンレスクラッド鋼の多くは、組立圧延法
、爆着圧延法あるいは鋳込圧延法によって製造されてき
た。しかしながら、これらの方法では素材の前処理が複
雑であったり、歩留りが悪いといった問題があるため、
ステンレス鋼ソリッド材に比べて、十分安価に製造する
ことは不可能であった。

以下に、これら従来法の各々について、その概要と問題
点をより詳細に説明する。

（、）　　組立圧延法 合わせ材のステンレス鋼板と母材鋼板を重ね合わせて、
両者間の空気を除去してから全周を溶接し、これを加熱
、圧延して製品とする方法である。

この方法によればクラッド比の安定した良好な製品が得
られるが、溶接施行に相当の手間がかかること、圧延後
、周囲を切り落とす必要があること、さらに、前半はシ
ート状態での圧延のため、生産性が悪いなどの問題点が
ある。

（ｂ）　　爆着圧延法 まず、通常の爆着クラッド法により、ステンレス鋼と母
材となる鋼材との厚目のクラッド材を得て、その後は、
（−）と同様にして、これを加熱、圧延して製品とする
方法である。この場合も比較的良好な品質の製品が得ら
れるが、爆着そのものがかなりコスト高であること、や
はシ前半はシート状態での圧延のため、生産性が悪いな
どの問題点が指摘しうる。

（ｃ）鋳込み圧延法 例えば、３層クラッド材の場合、母材を鋳型中央部にセ
ットして、ステンレス溶鋼を下注ぎ鋳込することによシ
、まずクラッド鋼塊を製造する。

あるいはステンレス鋼を鋳型内にセットして、母材溶鋼
を鋳込む場合もある。ついで、これに分塊圧延、熱間圧
延、さらに必要に応じて冷間圧延を施して製品とする。

この場合、鋳造時の溶は込みのだめクラッド比を一定に
するのが難しいこと、鋼塊の頭部、底部、側面の切り捨
て量が多いため歩留シが悪いなどの問題点がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 生産性と歩留りを向上させるためには、コイル同志での
圧延クラッド法が最適であり、さらに、母材と合わせ材
の接合強度を増すためには熱間圧接法がより好ましい。

ところで、コイルで取り扱かうためには、母材、合わせ
材ともに板厚に制限があシ、厚くなるとコイルでのロー
ルへの供給が難しくなる。また、安価なステンレスクラ
ッド鋼を製造しようとする場合、材料費の節約の意味で
クラッド比は極力小さ目とする必要がある。

以上の諸条件を考慮して、安価なステンレスクラッド鋼
をコイル同志の熱間圧延法で製造しようとすると合わせ
材の板厚は、かなり薄くならざるを得ない。例えばコイ
ルで取扱い易い厚さの４，５１１１＋の母材にクラッド
比１０％で、合わせ材のステンレス鋼を張り合わせる場
合、合わせ材の厚さは０．５龍とかなシ薄くなる。この
ような組み合わせのものを熱間圧延法でクラッド材に加
工しようとしても、圧接が不可能であったり、圧接して
も十分な接合強度が得られない等の問題点があった。

本発明者等はこのような薄板材の熱間圧延クラッド法の
問題点を解決すべく研究を行なった結果、■　圧延時の
接合界面の温度低下が無視できるような比較的厚い合わ
せ材を用いた熱間圧延クラッド試験の結果、圧接して十
分な接合強度を得るためには、ある一定の圧下率を与え
る必要があり、その圧下率は高温程小さくなること。

■　圧接が不可能であったり、圧接しても十分な接合強
度が得られない原因は、合わせ材が薄い場合、合わせ材
からロールへの接舷熱伝導により、接合界面の温度低下
が著しいためであり。

■　接合界面の温度低下を防止するため、前述の圧接に
必要な圧下率を与えるまでの、被圧延材とロールとの接
触時間が短かくなるよう、合わせ材の板厚に応じて、圧
延速度等の圧延条件を厳密に制御することによって、十
分な接合強度が得られることを見い出し本発明に至った
ものである。

［問題点を解決するための手段］ 〈接合界面の温度低下が無視できる条件下での熱間圧延
クラッド条件〉 本発明者は合わせ材としてオーステナイト系ステンレス
鋼である５ＵＳ３０４とフェライト系ステンレス鋼であ
る５ＵＳ４４４、母材として軟鋼を選び、第１図に示す
試験片（ａ）と実験装置（ｂ）を用いて、種種の条件下
での熱間クラッド圧延実験を行なった。

なお、圧延機のロール径は２１０１１１であり、加熱時
のシールドがスとしてＡｒガスを用いた。

合わせ材の厚さ２絹、母材の厚さ４　ｍ　、圧延速度０
．２ｍ／ｓｅｃで熱間圧延クラッド試験を行ない、接合
の可否、程度を加熱温度と圧下率の関係で整理して第２
図に示した。合わせ材が、５ＵＳ３０４の場合、加熱温
度をＴ　（℃）　、圧下率をｒとしてｒ＝−８Ｘ１０　
　ＸＴ＋０．９９　　　　　　　（３）で示される直線
ＡＢよりも高温度、高圧下率側で圧接可能であり、かつ
十分な接合強度が得られることが分かった。

５ＵＳ４４４については第２図に示すように５ＵＳ３０
４の場合の直線ＡＢよりもやや下側に位置する直線ＣＤ
より、高温度、高圧下率側で圧接可能であり、かつ十分
な接合強度が得られることが分かった。

従って、いずれの場合においても、（３）式で示される
直線ＡＢよりも高温度、高圧下率側で接合可能であり、
十分な接合強度が得られる。

さらに、圧延速度を０．２ｍ／ｓｅｃから０．１ｍ／ｓ
ｅｃと小さくした場合、あるいは圧延速度を変えずに、
合わせ材の厚さのみを２絹から１朋と薄くした場合、す
なわち、圧延時の被圧延材からロールへの熱伝導により
接合界面の低下がより起こり易い条件下でも同様な実験
を行ない、５ＵＳ３０４と５ＵＳ４４４について、接合
のだめの加熱温度と圧下率との関係は、それぞれの鋼種
について、第２図の直線ＡＢ及び直線ＣＤとほとんど変
らないことを確認した。従って、前述の第２図を求める
だめの圧延条件、すなわち、合わせ材の厚さ２朋、圧延
速度０．２ｍ／ｓｅｃでは、被圧延材とロールの接触時
間内における、熱伝導による温度低下は接合界面まで達
しておらず、第２図は、そのような温度低下が生じない
条件下での接合条件を示していることが分かる。

く接合界面の温度低下を防止するだめの圧延クラッド製
造条件〉 熱間圧延時の接合界面の温度変化は、 （、）　　ワークとロールの接触熱伝導による温度低下
の他に、 （ｂ）　　塑性加工と界面の上り現象による発熱、とい
っだ現象をともない厳密にはかなり複雑である。しかし
ながら、発明者等は特に合わせ材の板厚が薄い場合の圧
延では（ａ）の要因が最も重要であると考え、さらに、
第一近似として、圧延時の形状変化全無視した状態にお
ける非定常熱伝導の現象として問題をとらえ、次にその
ような仮定の妥当性を実験で確認することとした。

上記仮定のもとに、さらに、被圧延材とロールの接触時
には被圧延材の表面は被圧延材の加熱温度とロール表面
温度との中間のある一定温度に保たれると仮定すると、
接合界面に垂直方向の非定常熱伝導を考えることによっ
て、界面の温度低下を抑制するためには、ｃ′全定数と
して、ｈ≧ｃ　’　、ｆ’ｉｆｉ’Ｆ　　　　　　　　
　　　　（４）の条件が取立すれば良いと予想される。

但し、（４）式において、 ｈ；シース厚さ　ｍ α；合わせ材の熱拡散係数　ｍ２／ｓｅｃ合わせ材の密
度をρ、比熱ｔ”　Ｃを熱伝導度ｔｋとして、α；に／
ρＣで与えられる。

ｔ：被圧延材とロールの接触時間　ｓｅｃ接触時間ｔは
幾何学的な解析から近似的に次式で与えられる。

ｔ≠Ｊ而ｒ面　／Ｖ　　　　　　　　　　　　（５）但
し、（５）式において、 Ｒ；ロール半径９ｍ ｒ；圧下率 Ｈ；被圧延材全厚さ１ｍ Ｖ；圧延速度、ｍ／ｓｅｃ である。なお、圧下率ｒは第２図に示す直線ＡＢで示さ
れる圧下率よりも大きい場合、実際の圧下率でなく、直
線ＡＢで示される各加熱温度毎の圧下率を採用する。な
ぜなら、今問題にしているのは、接合に必要な圧下率を
与えるまでの温度低下であり、接合後の温度低下は問題
にならないからである。（４）式と（５）式から次式が
得られる。

Ｖ　≧Ｃ’　”　（！　・Ｊ■■／　ｈ２（６）熱拡散
係数は厳密には温度によって変るが、温度範囲を広くと
らなければほぼ一定と考えられるため、 Ｃ１２α＝ｂ（定数） と置き変えることによって、 Ｖ　≧ｂ　Ｖ面７／　ｈ２（７） となる。

本発明者等は合わせ材として０，３Ｍ１！Ｎ〜１．０韻
の５ＵＳ３０４とＳＵＳ　４４４、母材として４．０門
の軟鋼を用いて、加熱温度と圧延速度を変えて実験を行
なった結果、第３図に示すように横軸に４／ｈ”　、縦
軸に■をとることによってデーターを整理すると、いず
れの合わせ材の場合についても接合領域と非接合領域は
、はぼ原点を通る一本の直線で２分することができた。

従って、この直線の傾きとして、（７）式における定数
すを次のように求めることができた。

ｂ　＝　２．２　Ｘ　１０　　ｍ　／　ｓｅｅ従って、
（７）式は次のようになる。

Ｖ　≧２．２　ｘ　１０−６ｘＪ酊丘／　ｈ”　　　　
　（８）以上述べてきたように、加熱雰囲気としてＡｒ
、ｆスあるいは水素ガスやアンモニア分解ガスなどの還
元性ガスを用い、接合しようとする合わせ材と母材の表
面の酸化を防ぎながら加熱して、その時の圧下率が（３
）式で求められる圧下率ｒよりも大きくなるように選び
、かつ、合わせ材が例えば０．５Ｍ１ｌｌ以下と薄い場
合にも（８）式を満足する圧延速度を選択することによ
って、十分な接合強度を有した圧延クラッド材を製造す
ることが可能となる。

以上述べてきたように、合わせ材としてオーステナイト
系ステンレス鋼の５ＵＳ３０４とフェライト系ステンレ
ス鋼の５ＵＳ４４４はほぼ同じ圧延条件で母材と接合可
能である。その原因は、特にＳＵＳ　４４４については
高温での物理的性質のデーターが十分詳しく得られてい
ないが（４）式における熱伝導特性を左右する熱拡散係
数αの元になる熱伝導度と比熱が両鋼種ともに、９００
℃〜１０００℃近くではほとんど同じ値となり（日刊工
業新聞社昭和４８年発刊ステンレス鋼便覧Ｐ、１０６〜
Ｐ、１０８参照）、従って、αもほとんど変らない値に
なるためと考えられる。

以上合わせ材として、オーステナイト系ステンレスとフ
ェライト系ステンレス鋼の代表例として、それぞれ５Ｕ
Ｓ３０４とＳＵＳ　４４４を取り上げ説明してきたが、
他のオーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステ
ンレス鋼も高温での機械的性質や物理的性質において、
それぞれ５ＵＳ３０４あるいはＳＵＳ　４４４と本質的
に変わることはないため１本発明はこれらのステンレス
鋼を合わせ材として用いる場合も含めることができる。

また、同様な理由から、オーステナイト相とフェライト
相の両相が混合したいわゆる二相ステンレス鋼である場
合にも適用することができる。

また、母材としては、軟鋼に限らず炭素鋼や高張力鋼、
あるいは合わせ材とは別のステンレス鋼等を選ぶことが
できる。

さらに、母材の片面のみに合わせ材を配した２層クラッ
ド鋼に限らず、両面に合わせ材を配した３層クラッド鋼
の製造方法としても採用することが可能であり、その場
合に、もし合わせ材の板厚が異なる場合は薄い方の板厚
を用いて（２）式で圧延速度の下限値を求めれば良い。

［発明の実施例］ 本発明にかかる方法を第４図に示す装置を用いて実施し
た。加熱は被圧延材への直接通電による抵抗加熱として
、接合面の酸化を防止するため、炉内にはアンモニア分
解ガスを導入した。なおロール径は２１０ｍ＋１である
。このような装置を用いて、厚さ４．Ｑ　ｕｒｎの軟鋼
５ＰＣＨを母材に、厚さ０，５本の５ＵＳ３０４ステン
レス鋼２枚を合わせ材として、３層クラッド鋼の製造を
試みた。なお、加熱温度は１０００℃として、圧下率と
圧延速度はそれぞれ（１）式と（２）式を満足している
０、３０と０．２ｍ／ａｅｃとした。

以上の条件で製造した３層熱間圧延クラッド材は、接合
強度は十分であり、途中焼鈍を行なうことなく、全圧下
率的７０％で、１．０ＭＩＩまで容易に冷間圧延するこ
とができた。

このようにして得たクラッド材の一部について１０００
℃×１０分・急冷の熱処理を行ない、以下に結果を示す
ように接合強度試験、引張試験、曲げ試験及び断面の組
織観察を行なった。

合わせ材と母材の接合強度の測定には、まず約ｌＱｍｍ
角のクラッド試験片を切り出し、両面の合わせ材に、引
張試験機に取り付けるためのホルダーとして用いた２本
の直径Ｉ　Ｑ　ｔａｒｔ　、長さ約８０龍の各端面を銀
ロウで接合して、供試材とした。このような試験片を用
いて、インストロ／試験機を用いて引張試験を行ない接
合面に垂直方向の強度を調べだ。その結果、いずれの試
験片においても、２９　Ｋｑ／　ｍｒｔｒ２以上の応力
でロウ付は部で破断しており、合わせ材と母材の接合部
の強度はそれ以上の十分な強度を有していることが知ら
れた。

次に、ＪＩＳＺ２２０１１３Ｂ号試験片を用いて行なっ
た引張試験の結果は表１に示すように、表２に参考値と
して示す５ＵＳ３０４のＪＩＳ規定値との比較において
も遜色無い特性を有していることが判った。

また１曲げ半径４ＩＩＩＩＩにて実施した曲げ試験の結
果でも、接合界面の剥離や割れは認められず、十分な曲
げ延性を有していることが判った。

また、クラッド材の断面の組織は第５図に示すように、
接合界面近傍には炭化物などの析出物は認められず、健
全な組織となっていた。

実施例２８ 合わせ材として厚さＱ、　５　ｒｒｙｒのフェライト系
ステンレス鋼５ＵＳ４４４．母材として厚さ４龍の軟鋼
５ＰＣＨを用いて、実施例１と同じ熱間圧延クラッド条
件及び冷間圧延条件で、厚さｌ、　Ｑ　ｍｍの３層クラ
ッド材を得た。但し、この場合、試験前の最終の熱処理
条件は９００℃ＸＩＯ分・急冷とした。

このようにして作製したクラッド材について、やはり実
施例１と同機にして、接合強度試験、曲げ引張試験、曲
げ試験及び断面の組織観察を行なった。

接合強度試験の結果は、いずれの試験片においても２７
Ｋｙ／ｍｍ２以上の応力でロウ付は部で破断しており、
合わせ材と母材の接合部の強度は十分大きいことが知ら
れた。

引張試、験の結果は、表３に示すように、表４に参考と
して示した５ＵＳ４４４のＪＩＳ規定値との比較におい
ても遜色ない特性を有していることが判明した。

また、曲げ試験の結果、接合界面の剥離や割れは認めら
れず十分な曲げ延性を有していた。

また、クラッド材の断面の顕微鏡組織観察の結果、接合
界面近傍には加工性と機械的性質に有害な炭化物などの
析出物は認められなかった。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によればコイル状態での取り扱い
の容易な６朋厚さ以下の母材鋼板を用いても、その厚さ
に応じて十分薄いステンレス鋼合わせ材を選択すること
が可能となり、クラッド比の小さなステンレスクラッド
鋼を歩留りよく、高能率で生産することができるため、
コスト低減に極めて有効である。

また本発明によれば、組立て圧延法、爆着圧延法、鋳込
圧延法と比べて、合わせ材と母材が接合後、高温に保持
される時間が極めて短かいため、母材から合わせ材のス
テンレス鋼へのＣの拡散力はとんど生じないため、接合
界面近傍における、クラッド材の機械的性質や加工性に
有害なＣｒ系炭化物の析出が抑制されるため、優れた特
性を有したステンレスクラッド鋼を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱間圧延クラッド試験における接合条件を求め
るのに用いた試験片の形状と試験装置の概略を示す図。 第２図は合わせ材が厚さ２龍の５ＵＳ３０４と５ＵＳ４
４４の場合について接合可能な加熱温度と圧下率の関係
を示す図。 第３図は合わせ材が５ＵＳ３０４と５ＵＳ４４４°の場
合について、圧延速度Ｖ、！：　Ｊ■ｒ７ｈ２の関係で
整理した接合可能な領域を示す図。 第４図は本発明の実施例で用いた熱間圧延クラッド製造
装置の概略模式図。 第５図は本発明の方法で製造した５ＵＳ３０４ステンレ
スクラッド鋼の接合界面近傍の断面の金属組織を示す図
である。 １、ｌａ、ｌｂ・・・合わせ材、２・・・母材、３・・
・ダミー板、４・・・Ａｒガス導入孔、５・・・加熱炉
、６・・・酸化防止加熱治具、７・・・熱間圧延ロール
、８ａ、８ｂ・・・合わせ材アンコイラ−１９・・・母
材アンコイラ−１１０・・・雰囲気直接通電加熱炉、１
１・・・アンモニア分解ガス導入孔、１２・・・クラッ
ド材コイラー。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステンレス鋼を合わせ材としたクラッド鋼を熱間
   圧延法で製造するに際して、不活性ガス雰囲気中あるい
   は還元性ガス雰囲気中で加熱した合わせ材と母材とを、
   加熱温度をＴ（℃）としたときに ｒ＝−８×１０＾−＾４×Ｔ＋０．９９（１）から求め
   られる圧下率ｒ以上で圧延を行ない、かつ、ロール半径
   をＲ（ｍ）、被圧延材の全厚さをＨ（ｍ）、合わせ材の
   ステンレス鋼の厚さをｈ（ｍ）とし、さらに（１）式で
   求められる各加熱温度毎のｒを用いた場合に Ｖ＝２．２×１０＾−＾６×√（ＲＨｒ）／ｈ＾２（２
   ）なる関係式から求められる圧延速度Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）
   以上の圧延速度で圧延することを特徴とするステンレス
   クラッド鋼の製造方法。
2. （２）合わせ材がオーステナイト系ステンレス鋼である
   特許請求の範囲第１項記載のステンレスクラッド鋼の製
   造方法。
3. （３）合わせ材がフェライト系ステンレス鋼である特許
   請求の範囲第１項記載のステンレスクラッド鋼の製造方
   法。
4. （４）合わせ材がオーステナイト・フェライト２相ステ
   ンレス鋼である特許請求の範囲第１項記載のステンレス
   クラッド鋼の製造方法。