JPH04305383A - クラッド鋼材の製造方法 - Google Patents

クラッド鋼材の製造方法

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JPH04305383A JP9473891A JP9473891A JPH04305383A JP H04305383 A JPH04305383 A JP H04305383A JP 9473891 A JP9473891 A JP 9473891A JP 9473891 A JP9473891 A JP 9473891A JP H04305383 A JPH04305383 A JP H04305383A
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、接合部性能の優れた
クラッド鋼材を工業的に安定して製造する方法に関する
【0002】
【従来技術とその課題】近年、供給が安定していて成形
性,溶接性,コスト等の面からも非常に有利な炭素鋼(
C含有量:0.01〜0.30重量%の鋼等)を基材と
し、これに異種金属合わせ材(例えばSUS304等)
を重ね合わせたクラッド鋼材の需要が、厚鋼板,薄鋼板
,鋼管,平鋼等の種類を問わず増加する傾向を見せてい
る。
【0003】従来、上記クラッド鋼材を製造する手段の
代表的なものとして、基材と合わせ材(以降“合材”と
呼ぶ)とを重ね合わせてから接合すべき面の四周を空気
抜き孔を除いて溶接・封入した後、これに軽圧下の冷間
圧延又はプレスを施して接合面間に存在する空気を追い
出し、更に空気抜き孔の溶接・密封を行って複合スラブ
を組み立てた後、これを加熱・圧延してクラッド成品と
する方法が知られていた(特公昭57−26870号公
報,特公昭59−11394号公報等参照)。
【0004】しかしながら、この方法では複合スラブ組
み立て時の空気抜きのために多大な設備(冷間圧延設備
,プレス設備等)を必要とするほか、得られる複合スラ
ブの接合すべき面の状態(真空度)が空気抜き孔を溶接
・密封する際の個人的な技術差等によって不完全なもの
となり、加熱・圧延時での界面剥離,成品接合面での剥
離や超音波欠陥(超音波検査で検出される欠陥)等が発
生しやすいとの問題があった。
【0005】もっとも、上記方法を適用する場合に、接
合すべき面の間に空気吸収材(例えばジルコニウム又は
ジルカロイ等)を介在させておいて加熱時における該箇
所の真空度確保を強化しようとの提案(特公昭59−3
0517号)もなされたが、空気吸収材自体が比較的高
価なためにコストへの悪影響が無視できない上、設備の
問題や空気抜き孔溶接・密封技術のバラツキに関する前
記問題は残されたままであったことから、実用上の効果
は十分と言えなかった。
【0006】これに対して、各素材金属の接合すべき面
を清浄化して重ね合わせると共に、重ね合わせ面(接合
すべき面)の四周を電子ビ−ム溶接やレ−ザ−ビ−ム溶
接等の高エネルギ−ビ−ム溶接にて密封することにより
熱間接合圧延用複合スラブを組み立てる方法がある(特
公昭55−6498号公報参照)。周知の如く、通常、
高エネルギ−ビ−ム溶接は真空室内で行なわれるので、
上記複合スラブの組み立て法に従い重ね合わせ面の四周
を高エネルギ−ビ−ムビ−ム溶接によって密封すれば、
接合すべき面は必然的に高真空に保たれ、空気抜きのた
めの冷間圧延設備やプレス設備を必要としないばかりか
、空気抜き孔の溶接・密封作業も不要となる。
【0007】ところが、高エネルギ−ビ−ム溶接を適用
した複合スラブであっても次のような問題が指摘された
。即ち、熱間圧延に供するために複合スラブを加熱する
と、その際の熱応力によって溶接部に破断が生じ接合す
べき面の気密性維持ができない場合があり、所望の接合
強度が得られないとの問題である。そこで、このような
不都合を防止しようとの観点から、前記特公昭55−6
498号に係わる提案においても「複合スラブの密封溶
接部強度を左右する溶込み深さを特定量以上確保するこ
と」が必須の条件となっている。
【0008】しかし、複合スラブ組み立て時の密封溶接
は異材溶接であるので熱起電力が発生しやすく、更に残
留磁気が存在することも考えられるものであるが、電子
ビ−ムやレ−ザ−ビ−ム等はこれらに影響されて曲がり
を生じやすく、そのため溶接部が図4の如くに偏向し必
要な溶込み深さが確保されにくいとの問題があった。し
かも、接合圧延の実際作業では、複合スラブ加熱時の熱
応力だけではなく、圧延時の変形応力によっても破壊さ
れないだけの更に十分な溶込み深さを確保しないと、安
定した接合部性能が確保できないことが明らかとなった
。従って、実際上、必要な溶込み深さを確保することが
困難な前記「特公昭55−6498号として提案された
方法」も工業的には十分満足できるものとは言えなかっ
た。
【0009】このようなことから、本発明が目的とした
のは、接合部性能の優れたクラッド鋼材を煩雑な手数や
格別に高価な設備を必要とすることなく安定かつ安価に
製造し得る手段を確立することであった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得
ることができた。 (A) 成品クラッド鋼材の接合部性能を高位に安定化
させるには“複合スラブ加熱時の熱応力による溶接部破
断対策”に加えて“接合圧延時の変形応力による溶接部
破断で気密性が破られることへの対策”が必要である。 即ち、接合圧延法によって所望性能の積層複合金属材を
安定製造するは、熱応力による溶接部破断への対策は勿
論重要であるが、これと共に接合圧延の初期パス(圧延
により接合が進展するまでの間)で生じる変形応力に耐
えるだけの溶接部強度(溶込み深さ)を複合スラブに確
保しておくことが重要な要素となる。しかるに、接合す
べき面の真空封入が容易である高エネルギ−ビ−ム溶接
を密封手段として適用する場合には、前述したように十
分な溶込み深さを確保することができないが、接合すべ
き面の単なる密封のための仮付けにのみ高エネルギ−ビ
−ム溶接を適用すると共に、その後これを真空室から取
り出し、加熱・接合圧延を実施する前に十分な溶込み深
さが容易に得られる溶接手段(例えば大気中等でのア−
ク溶接等)で本溶接すれば、接合すべき面の真空封入が
容易である上、接合部性能を高位に安定化させるのに必
要な所定の密封溶接部溶込み深さの確保も簡単かつ確実
に行えるようになる。また、この場合には、長時間にわ
たり真空室を使用する必要もなくなり、コスト的にも有
利となる。
【0011】(B) また、接合圧延による溶接部の塑
性変形による応力状態は圧延初期パスにおける接合進展
度合と密接な関係があり、接合が早く進めば圧延時の溶
接部破断の問題は軽減される。従って、例えば特公昭5
9−11394号公報等で提案されている「複合スラブ
の接合面間にNi箔等の金属箔媒接材を挿入して圧延プ
ロセスにおいて接合すべき面間の接合を促進する手法」
を活用すれば、圧延初期での素材の速やかな接合が促さ
れて圧延による溶接部の塑性変形が無理なく進行するこ
ととなり、溶接部にかかる剪断応力が小さくなるので、
密封溶接部の所要溶込み深さも軽減される。更に、合材
の種類によってはクラッド接合部に拡散による合金層が
形成されて界面の剥離強度が低下することがあるが、金
属箔媒接材の挿入によりこのような不都合も防止でき、
加工度の高い部材に適用できる高品位のクラッド材の製
造が可能となる。
【0012】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、「接合圧延によりクラッド鋼材を製
造する際、 まず接合すべき面を清浄化した複数の素材
金属間にNi箔等の金属箔から成る媒接材を挿入して重
ね合わせると共に、 その接合すべき面の四周を真空中
での高エネルギ−ビ−ム溶接で仮付けして密封し、 次
いで前記四周の本溶接を行って所定の溶接部溶込み深さ
が確保された複合スラブとした後、 この複合スラブを
熱間又は温間で接合圧延することによって、 接合部性
能の優れたクラッド鋼材を安定に低コストで製造し得る
ようにした点」に大きな特徴を有している。
【0013】ここで、媒接材として使用する金属箔はN
i箔のみに限定されるものではなく、素材の種類その他
の条件に応じて公知のもの(例えば特公昭59−113
94号公報参照)等の中から適宜選択すれば良い。また
、高エネルギ−ビ−ム溶接とは、真空室内で電子ビ−ム
,レ−ザ−ビ−ム等の高エネルギ−ビ−ムを照射して実
施される溶接を総称したものであることは言うまでもな
い。この高エネルギ−ビ−ム溶接は真空度確保に主眼を
おいた仮付け溶接であるので、溶込み深さは浅くても差
支えはない。例えば、図1は、ステンレス鋼を合材とし
た複合スラブ(基材は炭素鋼)の電子ビ−ム仮付け溶接
での「真空度確保に必要な溶込み深さ」の調査結果を示
すグラフであるが、この図1からも仮付け溶接では非常
に少ない溶込み深さであっても構わないことが確認でき
る。本溶接としては、十分な溶込み深さが容易に得られ
る通常の大気中でのア−ク溶接(例えばMIG溶接等)
が適当である。そして、本溶接では“加熱時の熱応力”
及び“圧延時の変形応力”によっても破断しない強度が
溶接部に付与される溶込み深さを確保する必要があり、
これは合材の板厚,常温での合材又は基材の幅,常温で
の合材又は基材の長さ,クラッド比,圧延ロ−ル径,圧
延時の1パス当りの圧下量等を考慮した実験デ−タ等に
基づいて算出すれば良い。
【0014】続いて、本発明を実施例によって説明する
〔炭素鋼母材〕
炭素含有量:0.05重量%, 寸法:250mm厚×2200mm幅×4000mm長
。 〔ステンレス鋼合材〕 材質:SUS304, 寸法:30mm厚×2200mm幅×4000mm長。 〔Ni箔媒接材〕 材質:純Ni, 厚さ:0.1mm 。
【0015】なお、複合スラブの組み立てに際しては、
まず母材及び合材の接合面を研磨し清浄化した後、その
接合面間にNi箔を挿入し、真空室(真空度10−2〜
10−5Torr)で電子ビ−ム照射による接合面四周
の仮付け溶接を実施して接合面の真空密封を行った。こ
の仮付け溶接での溶込み深さは5mmであった。
【0016】次いで、真空室に給気して大気雰囲気とし
た後、MIG溶接によって仮付けした溶接部の本溶接を
実施した。この本溶接後の溶込み深さは25mmであっ
た。そして、上述のように組み立てられた複合スラブを
1250℃に加熱後、ロ−ル径が1000mmの圧延機
にて接合圧延し、厚さ:20mm+2.5mm のクラ
ッド鋼板を製造した。
【0017】得られたクラッド鋼板は超音波検査歩留が
100%で、接合界面の剪断強度が37kgf/mm2
 と言う高い値を示した。
【0018】実施例  2 次に示す炭素鋼母材,ステンレス鋼合材,Ni箔媒接材
を準備し、図3の如き複合スラブに組み立てた。 〔炭素鋼母材〕 炭素含有量:0.05重量%, 寸法:100mm厚×2200mm幅×4000mm長
。 〔ステンレス鋼合材〕 材質:SUS304, 寸法:30mm厚×2150mm幅×3950mm長。 〔Ni箔媒接材〕 材質:純Ni, 厚さ:0.1mm 。
【0019】なお、複合スラブの組み立てに際しては、
まず母材及び合材の接合面を研磨し清浄化した後、その
接合面間にNi箔を挿入し、真空室(真空度10−2〜
10−5Torr)で電子ビ−ム照射による接合面四周
の仮付け溶接を実施して接合面の真空密封を行った。こ
の仮付け溶接での溶込み深さは5mmであった。
【0020】次いで、真空室に給気して大気雰囲気とし
た後、MIG溶接によって仮付けした溶接部の本溶接を
実施した。この本溶接後の溶込み深さは28mmであっ
た。そして、上述のように組み立てられた複合スラブを
1250℃に加熱後、ロ−ル径が1000mmの圧延機
にて接合圧延し、厚さ:12mm+2.5mm のクラ
ッド鋼板を製造した。
【0021】得られたクラッド鋼板は超音波検査歩留が
100%で、接合界面の剪断強度が35kgf/mm2
 と言う高い値を示した。
【0022】
【効果の総括】以上に示した如く、本発明によれば、接
合部性能の優れたクラッド鋼材を容易かつ安価に、しか
も安定して製造することが可能となるなど、産業上極め
て有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】複合スラブ組み立て時における仮付け溶接での
必要溶込み深さを示したグラフである。
【図2】実施例での複合スラブ組み立て状況を示した模
式図である。
【図3】別の実施例での複合スラブ組み立て状況を示し
た模式図である。
【図4】高エネルギ−ビ−ム溶接でのビ−ム偏向状況を
示した模式図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  接合圧延によるクラッド鋼材の製造に
    おいて、まず接合すべき面を清浄化した複数の素材金属
    間に金属箔から成る媒接材を挿入して重ね合わせると共
    に、その接合すべき面の四周を真空中での高エネルギ−
    ビ−ム溶接で仮付けして密封し、次いで前記四周の本溶
    接を行って所定の溶接部溶込み深さが確保された複合ス
    ラブとした後、この複合スラブを熱間又は温間で接合圧
    延することを特徴とするクラッド鋼材の製造方法。
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