JPH03184678A - Ｆｅ―Ａｌ合金薄板の製造法 - 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、常温での底形が可能で且つ優れた耐酸化性、
磁気特性、耐食性を有するＦ　ｅ−Ａ　Ｉ合金薄板の工
業的製造法に関する。

〔従来の技術〕

Ｆ　ｅ−Ａ　Ｉ合金は優れた高温耐酸化性および磁気特
性を有することが知られている。特にＦｅ−１２％Ａ　
Ｉ、　Ｆ　ｅ−１６％Ａｌは磁気特性が非常に良好とな
る。

しかし、従来、かようなＦ　ｅ−Ａ　Ｉ合金の薄板を工
業的に製造することは極めて困難であった。これは、Ｆ
ｅ中に高濃度でＡｌを含有させると材質を非常に脆＜シ
、ｉｌ常の圧延と焼鈍の組み合わせによって薄板に製造
することが困難となることによる。冷間圧延が殆んど不
可能で薄板への加工が困難であるという理由から、かよ
うなＦ　ｅ−Ａ　Ｉ合金は耐酸化性および磁気特性に優
れた材料であるにも拘わらず、工業的に広く利用される
に至っていないのが実状である。

この合金の加工性の悪さを解決する手段として従来より
特殊な温間圧延を行なう方法（例えばＪ。

Ｆ、　Ｎａｅｈｍａｎ；　Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ、２５（１９５９）、　Ｐ、３０？）。

粉末Ａｌを鋼板表面から拡ｒＰＬ浸透させる方法（特開
昭５４−４９９３６号公報）、液体急冷法により極薄の
Ｆｅ−Ａｌ合金を得る方法（特開昭５７−６００２４号
公報）等が提案されている。

しかし　いずれの方法も特殊な製造装置を用いて製造す
る必要がある。したがって通常の鋼板の製造のように大
量生産性に欠け、製造コストが高くなることは否めない
。また、Ａｌクラッド鋼板を素材として拡散焼鈍で合金
化することも提案されたが、拡散処理時において鋼板と
Ａｌ板との界面近くにボイドやクランクが発生するとい
う問題があり、良品質のＦ　ｅ−Ａ　１合金薄板を得る
技術は確立されていなかった。

〔発明の目的］ 本発明の目的は、かかる有益なＦ　ｅ−Ａ　Ｉ合金の薄
板を通常の設備を用いて工業的に安価に製造することに
あり、特に鋼板とＡｌ板とを重ね合わせてクラッド圧延
したＦ　ｅ−Ａ　Ｉ積層圧接板を素材とし、これを拡散
焼鈍して合金化するさいに、鋼層とＡｌ層との界面近く
にクラックの発生がなく。

またボイドの生成の少ない良品質のＦ　ｅ−Ａ　１合金
薄板を製造することにある。

〔発明の構成〕

本発明によれば、Ｃ含有量が０．０２重量％以下で珪つ
Ｔｉ、ＮｂまたはＺｒの１種もしくは２種以上を０．０
１〜０．８重量％含有した鋼ｖｉ（ステンレス鋼板を除
く）の少なくとも片面に、該鋼板中に含有させるべきＡ
ｌ１量に相当する厚さをもつＡｌ板を重ね合わせ、これ
をロール間に通板し３０％以上の圧下を施して積層圧接
板とし、得られた積層圧接板を６００〜１３００℃の範
囲の温度においてＡｌ層が溶融せずに咳鋼と合金化する
条件で拡散処理を施すことからなるＦ　ｅ−Ａ　１合金
薄板の製造法を提供する。

また、前記の積層圧接板を素材として、これをさらに目
標板厚まで圧延し、そのさい４　この圧延の前または途
中において２５０〜５５０℃の中間焼鈍を施し１次いで
６００〜１３００℃の範囲の温度においてＡｌ層が溶融
せずに該鋼と合金化する条件で拡散処理を施すことから
なるＦｅ−Ａｌ合金薄板の製造法を提供する。

さらに、前記の積層圧接板に２５０〜５５０℃の焼鈍を
施したあと所望形状（半加工品形状を含む）に成形加工
し２次いで６００〜１３００℃の範囲の温度においてＡ
ｌ１ｉが溶融せずに咳鋼と合金化する条件で拡散処理を
施すことからなるＦ　ｅ−Ａ　Ｉ合金薄板成形品の製造
法を提供する。

〔作用〕

本発明法は、クラッド圧接および拡散処理という操作を
行うものであるから、３％以上のＡｌ、場合によっては
２０％以上ものＡｌをＦｅ中に含有したＦ　ｅ−Ａ　Ｉ
合金の薄板が通常の鋼板の製造と同様に調帯として工業
的に製造ができる。

拡散処理においては、その程度を調整することによって
、仮の厚み方向にＡｌが均一に拡散した均一濃度のＦ　
ｅ−Ａ　１合金板にすることができるし。

厚み方向にＡｌの濃度分布が異なったＡ　Ｉ　Ｕツチ部
分をもつＦｅ−Ａｌ合金板を得ることもできる。

また、最表面にＡｌの酸化被膜をもちその内部に層状の
Ｆ　ｅ−Ａ　Ｉ合金層が介在した特殊構造のＦｅＡｌ合
金板とすることもできるなど、用途に適したものが比較
的簡単に製造できる。さらに拡散処理による合金化の前
に加工を施せば、従来では製造が困難であった複雑な形
状のＦ　ｅ−Ａ　Ｉ合金の加工品または半加工品が容易
に製造できる。

本発明においては、Ｃ：０．０２％以下、　　Ｔｉ、Ｎ
ｂ。

Ｚｒの１種もしくは２種以上を０．０１〜０．８％含有
した鋼板をＦｅ系素材とするのであるが、この成分基の
鋼板を用いると、Ａｌ板との圧接板の拡散処理時におい
て、ｍ板とＡｌ板との界面近くに発生することがあるボ
イドやクランクが防止される。

すなわち、ｉｇ中のＣ含有量を０．０２％以下としたう
えで、鋼中にＴｉ、Ｎｂ、Ｚｒの１種もしくは２種以上
を０．Ｏ１〜０．８％含有させると、これらの元素は本
発明製品のボイドやクラックの発生を防止する作用を果
たし、これによって耐熱性、磁気特性に優れた良品質の
Ｆ　ａ−Ａ　１合金薄板を製造することができる。

〔発明の詳細な 説明は、Ｃ：０．０２重量％以下、　　Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚ
ｒの１種もしくは２種以上を０．０１〜０．８重量％含
有する鋼板または銅帯（以下鋼板と総称する）を出発材
料の一方として使用する。なお、クロムを多量に含有し
たステンレス鋼板は本発明においては対象としない０本
発明の実施にさいし、Ｃ含有量が多い鋼板を使用すると
、鋼板とＡｌ板の圧接板を拡散処理した際に２両者の界
面付近にボイドが生威しやすくなり、ひいては界面にク
ラックが生じる原因となる。したがって鋼板中のＣ含有
量はできる限り低い方が望ましいが１本発明においては
０．０２％までは許容できる。Ｔｉ、ＮｂまたはＺｒを
鋼中に適量含有させると圧接板の拡散処理時における鋼
層とＡｌ層との界面付近のボイド、クランクの発生を防
止できることがわかった。これらの成分の１種または２
種以上の含有量が０．０１％未満ではその効果が認めら
れない。一方、多量に含有させてもその効果は飽和する
うえ、加工性が劣化して圧接板を得ることが困難となる
ことから０．８％以下に限定される。なお、これらの成
分を含有すると界面付近に生じるボイドやクラックがな
ぜ防止できるかは必ずしも明らかではないが、これらの
成分がＣを固定して安定な炭化物を生成することに関連
しているものと考えられる。

本発明法において他方の出発材料として使用するＡｌ板
（通常は薄板または薄帯）は純Ａｌ板であることが望ま
しいが１通常のＡｌ板にはＦｅ、Ｓｉ等が多少含有され
ている。これらの元素は鋼板にも含有されているもので
あり、したがって特にこのような元素が含有されていて
も問題はない。

かようなＡｌ板を前記の鋼板の片面または両面に、製品
合金薄板における目標Ａｌ含有量となるようにその厚み
を選定して重ね合わせ、これをロールを用いて圧接する
。そのさい両者とも重ね合わせ面は浄化処理をしておく
のが望ましい。このロールによる重ね合わせ板の圧接工
程において圧接圧下率が３０％未満では鋼板とＡｌ板と
の良好な圧接状態を得ることが通常は困難である。した
がって、圧接圧下率は３０％以上とすることが必要であ
り、これによって鋼板とＡｌ板との積層圧接ヰ反が得ら
れる。

この積層圧接板の接着性を一層高めるには適切な焼鈍処
理を施すのがよい、この焼鈍処理は全てに必要なもので
はないが、圧接板の板厚が約１．５ａｍを超えるような
場合に１次工程で更に冷間圧延して板厚減少を行なった
り、場合によっては製品形状または半製品形状に成形加
工したりするさいに、接着面に剥離が発生することがあ
るが、適切な焼鈍を施すとこれが防止できる。この中間
焼鈍は２５０℃以上の温度を採用しないと効果が認めら
れない。しかし、５５０℃を超えると圧接板の鋼層とＡ
ｌ層との界面に全眉間化合物層が厚く発達し次工程の冷
間圧延時にこの合金層付近にクランクが生し、このため
に剥離が逆に生じたりする。焼鈍方式としてはタイトコ
イルによるバッチ焼鈍とすることができる。この場合、
焼鈍時間は１〜２０時間程度とするのが良い。その他の
焼鈍方式でもよいが、いずれにしても冷間圧延時等の剥
離を防止するためには２５０〜５５０℃の温度範囲で実
施することが必要である。

このようにして、圧接工程を経たままの積層圧接板、中
間焼鈍を施した焼鈍圧接板、あるいは冷延前に中間焼鈍
を施すかまたは冷延途中で中間焼鈍を施した冷延圧接板
を、目標とするＡｌ量をもって製造したら９次にこれを
拡散処理する。この拡散処理は鋼層とＡｌ層とを相互に
拡散させる処理である。この拡散処理の実施にさいし、
処理温度が６００℃未満ではＡｌの拡散が充分進行しな
い。

また１３００℃を超えると拡散合金層において溶融層が
生しる。したがって、　６００℃−１３００℃の温度範
囲で行う必要がある。なお、この拡散処理時において加
熱速度を速くしてＡｌの融点以上の高温まで急速加熱す
ると、約７００℃付近でＡｌＮが溶融することがある。

このＡｌ層が溶融すると、垂れや集積によってＡｌの板
面方向での濃度変化が発生ずる原因となる。したがって
、このようなＡｌＮの溶融はできるだけ防止することが
必要であり。

このためにＡｌの融点以下の温度で所定時間加熱して１
例えば６００〜６８０℃の温度に１分間以上保持してＡ
ｌＪｉを融点の高い合金層にさせてからさらに高温に加
熱して十分な拡散処理を施すのがよい。本発明において
ｒＡｌＩｉ）が溶融せずに合金化する条件下で拡散処理
を施す」とは、このような内容を言う。

この拡散処理の実施のさいに、前記の処理温度範囲内で
の温度と処理時間を適正に選定することによって、さら
には雰囲気調整によって９種々の組織構成をもつ鋼板製
品が製造できる。例えば十分な拡散を非酸化性雰囲気下
で行わせると板厚方向に均一なＡｌ濃度をもつＦ　ｅ−
Ａ　１合金薄板が製造できるし、十分な拡散に至るまで
の途中で処理を終えれば表層部に高Ａｌ濃度をもつＦ　
ｅ−Ａ　１合金薄板が製造できる。また９表面酸化を特
に回避しないで拡散焼鈍すれば１表層部にＡｌの酸化物
層がリッチに存在した特殊な耐熱用のＦ　ｅ−Ａ　１合
金薄板が製造できる。なお、拡散処理後においてＦ　ｅ
−Ａ　１合金薄板の表面性状が不良となった場合には、
軽冷延によって歪を取り除いたり、あるいは表面の研磨
や光沢仕上げを行なうことによって良好な表面性状にす
ることができる。

このようにして本発明法によると通常の製造法では製造
が困難なＦ　ｅ−Ａ　１合金薄板が工業的に製造できる
。特にＦｅ−Ａｌ合金は冷間圧延はもとより熱間圧延で
も圧延が困難であるが１本発明法では加工性の良好な鋼
板とＡｌ板を、Ａｌが合金化する前の圧接状態であるい
は圧接後の圧延で板厚減少を行なうので目標とする薄板
まで良好に冷間で圧延することができ、場合によっては
製品形状または半製品形状に冷間で加工することができ
。

しかもＡｌ含有量は必要に応して１０％以上にすること
も可能である。したがって、高透磁率合金であるＦ　ｅ
−Ａ　１合金薄板や高温で使用される触媒担持用金属基
板はもとより一層耐熱性と耐食性に優れたＦ　ｅ−Ａ　
１合金薄板または合金薄帯が安価に製造できる。

本発明法によって得られたＦ　ｅ−Ａ　１合金薄板の耐
酸化性は、後記実施例に示すように、　１０００℃加熱
といった過酷な条件下でもステンレス鋼板（フェライト
系）よりも優れたものであり、かつＣが０．０２％以下
で、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒの１種もしくは２種以上を０．０
１〜０，８％含有させたｔＩ４板を使用することによっ
て拡散処理時にｗ４層とＡｌ層との界面にボイドやクラ
ックの発生が防止されるので高品質のＦｅ−Ａｌ合金薄
板が製造できる。

以下に本発明の代表的な実施例を挙げ１本発明法によっ
て得られた鋼板の特性を示す。

〔実施例１〕 第１表にその化学成分値（重量％）を示した板厚０．６
１の鋼板について、その両表面をワイヤーブラシ付ロー
ルで研磨してこれを芯材とし、板厚が０．１５ｍｍのＪ
ＩＳ合金番号１０５０のＡｌ板をトリクロールエタンで
スプレー脱脂したものを皮材として使用した。

各芯材の両面に第２表に示す板厚構成のもとて皮材を重
ね合わせて４段圧延機に噛み込ませ、第２表に示す板厚
にまで表示の圧下率で圧接圧延してコイラーに巻き取っ
た。圧延速度は１０〜３０−７分であった。得られた圧
接板コイルをバッチ焼鈍炉に装入して３５０℃×１０時
間の中間焼鈍を施した後板１！０．１０ｍｍにまで冷間
圧延した。得られた圧接冷延コイルより６０層讃φの円
板状試片を採取し、この円板状試片を６５０℃Ｘｔ時間
保持の熱処理を施した０次いで１０００℃〜１１５０℃
の温度に大気中にて表示の時間加熱する酸化試験を実施
し、酸化増量を測定した。その結果を第２表に示した。

なお、この高温酸化試験中においてＡｌの拡散が進行す
るが、均一に拡散し終るのは本発明例において１１００
℃で約１時間であった。

また１１００℃×２５時間保持の熱処理後の試料隘４及
びＮα５のサンプルを採取し、それらの断面を顕微鏡観
察した。その写真を第１図および第２図に示した。

第２表より明らかな如（、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒを含有しな
い比較材である試料に５では１１００℃Ｘ２００時間に
おいてＩＯ＋ｗｇ／ｃ＋ｍ”以上の酸化増量を示すのに
対し１本発明材である試料Ｎｏ、１．Ｎｏ、２．Ｎｃｔ
３および阻４は酸化試験１１００℃Ｘ２００時間におい
ても酸化増量は１０１１１ｇ／ｃ＋ｍ”未満の良好な耐
酸化性を示す。また第２図の写真に見られるようにＴｉ
、Ｎｂ、Ｚｒを含有しない比較材の試料階５では鋼板層
とＡｌ層の界面付近にボイドやクラックが生している。

これに対し本発明で規定する成分の鋼板を使用した場合
には、第１図の写真に見られるように　ボイドやクラ ツタは見られず界面は均一化したものとなっている。

〔実施例２〕 実施例１における試料Ｎｔ１４と阻５の圧接圧延板を板
厚０．０５ｍ−に冷間圧延し、６５０℃Ｘ１時間の熱処
理と、これに引き続いて１１００℃Ｘ２時間の拡散処理
を真空中で実施し、Ａｌが均一に拡散したＦｅＡｌ合金
薄板とした。その後、板の形状修正のため伸び率が１．
０％の軽冷延を施した。得られたＦ　ｅ−Ａ　Ｉ合金薄
板から６０ｓ＋−φの円板状試片を採取し、大気中で１
０００〜１１５０℃に加熱して酸化実験を行った。その
結果を第３表に示した０本実施例は圧接板のＡｌを均一
に拡散したＦ　ｅ−Ａ　Ｉ合金Ｆｉ板の耐酸化性を調べ
たものである。

第３表から明らかな如く、比較材であるに６の５ＩＪＳ
４３０のステンレス鋼板は酸化温度１１００℃，１１５
０℃において２５時間未満で１０＋ｗｇ／ｃｍ”以上の
酸化増量を示し、また、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒを含有しない
鋼板を使用した比較付試料５ａでは、試料随６の５ＵＳ
４３０鋼板より酸化増量は小さく良好であるが、　１２
００’ｃ　ｘ２００時間、　１１５０℃×５０時間未満
で１０ｍｇ／ｃ１以上の酸化増量を示すのに対し１本発
明に係る試料Ｎｏ、　４　ａにおいては１１００℃Ｘ２
００時間、　１１５０°ｃ×５０時間においても１０＋
ｍｇ／ｃ−未満の酸化増量であり良好な耐酸化性を示す
。

なお、比較付試料Ｎａ　５　ａでは圧接冷延板を拡散処
理すると前述の第２図のようにｍ層とＡｌ層との界面付
近にボイドやクランクが生し、拡散処理後の板の形状修
正のために施す軽冷延時において板切れが生じ易く、ま
た打抜加工や曲げ加工等の加工時に割れが発生する原因
となることが確認された。

〔発明の効果〕

上述のように１本発明によれば薄板化することが非常に
困難であったＦｅ−Ａｌ合金の薄板がクランクやボイド
の生成のない良品質の状態で製造でき、しかも既存の生
産ラインを用いて容易にしかも安価にこれを製造できる
ので、その工業的意義には多大のものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴｉを含有する鋼板を芯材とした拡散処理後の
鋼板断面の金属組織を示す金属顕微鏡写真、第２図はＴ
ｉ、Ｎｂ、Ｚｒを含有しない鋼板を芯材とした拡散処理
後の鋼板断面の金属組織を示す金属顕微鏡写真である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ含有量が０．０２重量％以下で且つＴｉ、Ｎｂ
   またはＺｒの１種もしくは２種以上を０．０１〜０．８
   重量％含有した鋼板の少なくとも片面に、該鋼板中に含
   有させるべきＡｌ量に相当する厚さをもつＡｌ板を重ね
   合わせ、これをロール間に通板し３０％以上の圧下を施
   して積層圧接板とし、得られた積層圧接板を６００〜１
   ３００℃の範囲の温度においてＡｌ層が溶融せずに該鋼
   と合金化する条件で拡散処理を施すことからなるＦｅ−
   Ａｌ合金薄板の製造法。
2. （２）Ｃ含有量が０．０２重量％以下で且つＴｉ、Ｎｂ
   またはＺｒの１種もしくは２種以上を０．０１〜０．８
   重量％含有した鋼板の少なくとも片面に、該鋼板中に含
   有させるべきＡｌ量に相当する厚さをもつＡｌ板を重ね
   合わせ、これをロール間に通板し３０％以上の圧下を施
   して積層圧接板とし、得られた積層圧接板をさらに目標
   板厚まで圧延し、そのさい、この圧延の前または途中に
   おいて２５０〜５５０℃の中間焼鈍を施し、次いで６０
   ０〜１３００℃の範囲の温度においてＡｌ層が溶融せず
   に該鋼と合金化する条件で拡散処理を施すことからなる
   Ｆｅ−Ａｌ合金薄板の製造法。
3. （３）Ｃ含有量が０．０２重量％以下で且つＴｉ、Ｎｂ
   またはＺｒの１種もしくは２種以上を０．０１〜０．８
   重量％含有した鋼板の少なくとも片面に、該鋼板中に含
   有させるべきＡｌ量に相当する厚さをもつＡｌ板を重ね
   合わせ、これをロール間に通板し３０％以上の圧下を施
   して積層圧接板とし、得られた積層圧接板に２５０〜５
   ５０℃の焼鈍を施したあと所望の形状に成形加工し、次
   いで６００〜１３００℃の範囲の温度においてＡｌ層が
   溶融せずに該鋼と合金化する条件で拡散処理を施すこと
   からなるＦｅ−Ａｌ合金薄板成形品の製造法。