JPS6061186A - 銅または銅合金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】 本発明は、簡便かつ経済的に品質の優れた銅または銅合
金クラツド鋼を製造する方法に関するものである。

銅および銅合金は海水に対する腐食性が優れているため
に、海水環境のもとにある構造物、例えば海水淡水化装
置や海水導水管に用いられる。しかし、銅および銅合金
の強度は鋼に比べて低いため、構造物が大型化すると銅
および銅合金だけでは外力に対する耐久性が不足し、こ
のため、炭素鋼または合金鋼で強度會確保させた銅また
は銅合金クラツド鋼が用いられる。この種のクラツド鋼
は、構造材としての用途の他に薄板にして建材に使われ
る。それは、錫、亜鉛、ニッケルなどの元素の種類およ
び量を加減して銅に添加することにより、白、黄緑、赤
、青などの色彩を帯びるためである。その美麗さあるい
は意匠性を利用して室内装飾用材料にされている。

このような銅または銅合金クラツド鋼は、組立て圧延法
、オーバーレイ法、爆着圧延法および溶融接合法で製造
可能であるが、これらの方法には次に述べるような技術
上、環境上および経済上の問題がある。

組立て圧延法は最も汎用されている方法であり、合わせ
材あるいは母材にもニッケルめつ＠を施した後、合わせ
材と母材の四周を溶接し、高温で強圧下圧延してクラツ
ド鋼とする方法である。この方法では接合すべき面の平
滑度が接合率に大きく影響するため、かなりの工数を接
合面の研磨にかけている。さらに、合わせ材が銅合金の
場合は鋼と溶接するために特殊な溶接材料が必要であり
、組立てに要する費用が高くなる。また、同法では合わ
せ材と母材の接合は圧延工程で行われるため、圧延に際
しては一定水準以上の圧下率が必要となる。

オーバーレイ法は母材の上にフラックスを置き、薄物コ
イルをアークで溶接し母材上で凝固させる方法であり、
フラックスと薄物コイルの合金組成を制御して目的とす
る複合材とするものであるが、この方法は、高価な薄物
コイルを再溶融するため、母材に対する合わせ材の比率
が大きい場合には他の製造法よりコストが高くなる。ま
た、鋼にオーバーレイできる銅合金の種類も、オーバー
レイ時の高温割れのため限定される。

爆着圧延法は火薬を使用するので、火薬そのものが高価
であることに加え、火薬の使用場所が限定されるため、
一般には採用し難い。

溶融接合法は合わせ材と母材の融点の差が大きい場合に
適用でき、銅合金クラツド鋼を製造する際には経済的に
極めて有利な方法である。具体的には、囲い枠を設けた
母材の上に母材より融点の低い合わせ材を置き、その上
面をフラックスで覆い、全体を非酸化性雰囲気下で加熱
して合わせ材のみを母材上で溶融させ、両者の界面で合
金元素の相互拡散を生じるに足る保持をして、その後、
溶融した合わせ材の凝固組織を管理しながら冷却して複
合スラブとし、次いで熱間圧延を施す方法である。この
方法で４凝固組織の管理が難しい。

上述したように、銅または銅合金クラツド鋼の従来の製
造法には、それぞれ特有の問題を有し、それ全解決する
ために高度な技術と複雑な工程を必要としている。

そこで、従来法に比べて簡便で経済的な銅および銅合金
クラッド銅全柿々検討した結果提案されたろう付圧延法
は、合わせ材と母材の間に挾んだ低融点インサートメタ
ルによってろう付接合する工程と、その後、一体化した
合わせ材と母材を熱間圧延する工程を有している。イン
サートメタルを介してのろう付に際しては、溶融したイ
ンサートメタルが接合界面全体に拡がることが必要であ
シ、合わせ材と母材の間での毛細管現象が重要な役割を
果す。しかし、なんら対策を施さずに単に毛細管現象の
みでろう付した場合、合わせ材と母材の間に存在する気
体がろう付後も一部残って欠陥となる場合があり、接合
界面の平滑度およびろう付加熱の際の温度均一性を管理
してもなお、その確実性に欠けるという問題点があった
。さらに、合わせ材、母材の寸法が大きくなると、上記
の様な加熱温度管理は困難となり、接合界面にろう付加
に存在する気体を完全に排除することは不可能である。

本発明は、この様な問題をインサートメタルの融点を管
理することにより解決しようとするものである。すなわ
ち、ｆｓｉ　ａ図に示すように、母材１に炭素鋼または
合金鋼、合わせ材２に銅または銅合金を用いてクラツド
鋼を製造するに際して、第１ｂ図に示すように、合わせ
材と母材との間に中央部から外周縁部方向に融点が高く
なるように融点が異なる２種以上のインサートメタル３
，４を挾み、合わせ材の融点以下、高融点インサートメ
タル（外周縁部のインサートメタル）の融点以上で加熱
して合わせ材と母材を接合する。さらに、このクラツド
鋼の製造に際しては、中央部のインサートメタルの融点
Ｔｃに対して、（Ｔｃ　５０）℃以下の温度で圧延する
のが好ましい。また、インサートメタルの融点はＭｎ含
有量を変えて制御するのが好ましい。

以下に本発明の内容を更に詳細に説明する。

インサートメタルを効率良く溶融させるには、加熱温度
がインサートメタルの融点より高いほどよいが、合わせ
材の融点以上になると合わせ材が溶融してしまい、溶融
接合法と同じ囲い枠の設置、溶融時からの制御冷却が必
要となり、本発明の特長である経済性が失われてしまう
。従って、合わせ材とインサートメタルの融点には差が
あり、少なくとも３０℃あることが望ましい。インサー
トメタルの融点の調整はＣｕ合金を基本とし、Ｎｔ。

Ｍｎ、Ｓｎ、　Ｚｎ、　Ａｔなどを適宜添加して行う。

また、合わせ材と母材の間の空隙をインサートメタルが
完全に満たすように、板の中央部分からインサートメタ
ルの溶解が始まり、四周に拡がるような設定をするため
、本発明においては、インサートメタルの融点に板の中
央部と外周縁部で差をつけるようにする。すなわち、中
央部の融点を’］”ｌｃ　、四周の融点をＴＩｇとした
場合、ＴＩＥ＞　’ｒｉｃとなるように２種以上のイン
サートメタルを配置する。ＴＩＥ　Ｔ’ｉｃの値は、板
を加熱する時に、板の中央部と外周縁部で温度むらがあ
る場合においても、中央部から溶融するように設定する
ために１０℃以上あるのが望ましく、また、インサート
メタルの融点を下げすぎると次工程の圧延が困難と彦る
ため１００℃以下とするのが良い。すなわち、インサー
トメタルの融点近傍あるいはそれ以上の温度では接合部
の強度が極めて小さいため、その温度での圧延では合わ
せ材と母材は剥離してしまう。インサートメタルの融点
から５０℃以上下った温度になれば、接合部の強度が大
きくなるため剥離しなくなる。従って、圧延温度をイン
サートメタルの融点より少なくとも５０℃以上、下の温
度に限定する必要がある。板中央部分のインサートメタ
ルの融点を下げることは、とりもなおさず圧延温度を下
げる必要性を生じる。この圧延温度の低下に伴い変形抵
抗が増し、生産性が低下する。従って、（Ｔｔｇ　Ｔｌ
ｃ）の値は１００℃以下に限定する必要がある。このイ
ンサートメタルとして、経済性の点からあるいは融点の
調整のし易さの点から、Ｃｕ−Ｍｎ系の合金が有利であ
る。

次に、本発明を実施例につき具体的に説明する。

〔実施例１〕 表面を＃８０に研磨仕上げした６０Ｘ１００×２００−
の５Ｍ４１鋼板と、同じく＃８０に表面を研磨した１０
Ｘ１００Ｘ２００−の９０／１０Ｃｕ　−Ｎｉ合金板を
、それぞれ母材および合わせ材として準備した。なお、
９０／１０　Ｃｕ　−Ｎｉ合金の融点は１１００℃であ
る。また、インサートメタルとして、融点が９５０℃の
０．２Ｘ４０Ｘ４０−の１５％Ｍｎ−Ｃｕ合金と、融点
が１０００℃の１０％Ｍｎ−Ｃｕ合金を準備し、第１図
に示すように、９０／１０　Ｃｕ　−Ｎｉ合金板と５Ｍ
４１鋼板の間に挾んだ。比較のため、同様に用意した合
わせ材と母材の間に１０％Ｍｎ−Ｃｕ合金板だけを挾ん
だ積層材も準備した。

これらを１０５０℃に保持した加熱炉に入れてアルゴン
ガス雰囲気中で１時間加熱した。炉から抽出した後、室
温まで冷却し、種々の位置で断面を観察した。従来通り
一種類のインサートメタルでろう付した場合、接合界面
には小さな気泡が数ケ所存在したが、本発明法に従って
中央部分に低融点、周囲に高融点のインサートメタルを
使用した場合については伺等欠陥はなかった。

これらのろう付したサンプルを９５０〜７００℃で厚さ
１０■に圧延した。圧延結果とともに接合強度を調べる
ために行なった捩り試験および剪断試験の結果を、表１
に示す。圧延開始温度が９００℃以下の場合には、本発
明法および従来法とも圧延中に合わせ材と母材は剥離し
なかった。

しかし、その接合強度は剪断試験片を種々の位置から採
取して試験したところ、表１に示すように従来法の場合
バラツキが大きかった。すなわち、インサートメタルが
溶解し始める位置は、従来法では周囲から溶ける場合が
多く、従ってインサートメタルが板の中央部近くに存在
する気体を完全に排除することができず、空洞として残
り、接合強度のバラツキの原因となる。

ろう付後の圧延に際しては、従来法、本発明法ともに１
０５０℃の炉から抽出後直ちに圧延すると、１パス目の
圧延途中に合わせ材が母材から剥離した。また、板温が
９５０℃の場合も圧延途中で剥離した。ところが、９０
０℃以下の圧延では１０■に圧延するまで剥離は認めら
れず、また捩り試験でも接合部の剥離はなく、同法によ
り製造した９０／１０　Ｃｕ　−Ｎｉクラツド鋼の接合
強度は高い。

〔実施例２〕 表面を＃８０に研磨仕上げした６０Ｘ１００×２００−
の５Ｍ４１鋼板の母材と、融点１２３０℃の１０Ｘ１０
０Ｘ２００−の７０／３０　Ｃｕ　−Ｎｉ合金板の合わ
せ材との間に、融点１１５０℃の０，２Ｘ１００Ｘ２０
０−の９０／１０　Ｃｕ　−Ｎｉ合金板と融点１０８０
℃の０．２Ｘ４０Ｘ４０ａＪの銅板を、第１図に示すよ
うにして挾んだ。全体を１１６０℃に保持した炉に入れ
、１時間Ａｒガス雰囲気中で加熱した後、炉から抽出し
て放冷し、板の混ｔｍｔが１０００℃になった時点で熱
間圧延して厚さ１０期のクラツド鋼板にした。

圧延中に合わせ材と母材の剥離は認められなかった。ま
た、圧延後のクラツド鋼板は接合強さが表　１ 安定的に２０Ｋｙｆ／−以上あり、従来のろう骨法で作
った７０／３０　Ｃｕ　−Ｎｉクラツド鋼（ろう材９０
／ｌ。

Ｃｕ−Ｎ１）の接合強度が場所によってバラツキがある
のに対し、改善された。

以上の説明から明らかなように、２種以上の融点の異な
るインサートメタルを使用し、中央部から外周縁部にか
けて融点が高くなるようにインサートメタルを配置する
ことにより、ろう付の健全性が改善されることがわかる
。インサートメタルの配置の方法は、実施例のような方
法以外にも、放射状等などの配置により中央部から外周
縁部にかけて融点が高くなるように配置すれば、同様の
効果が得られる。さらに、インサートメタルも板状のも
のだけでなく、線材あ雇いは粒材などの低融点金属を配
置することにより、本発明の効果は十分得られる。

１２−

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１ｂ図のように中央部から外周縁部にかけ
て融点が高くなるよう配置したインサートメタルを、第
１＆図のように挾んでクラツド鋼を製造する方法を説明
する線図である。 符号の説明 １・・・母材、２・・・合わせ材、３・・・低融点のイ
ンサートメタル、４・・・高融点のインサートメタル特
許出願人　川崎製鉄株式会社 １４− 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）母材に炭素鋼または合金鋼、合わせ材に銅または
   銅合金を用いて銅または銅合金クラツド鋼な製造するに
   際し、合わせ材と母材との間に中央部から外周縁部にか
   けて融点が高くなるように融点が異なる２種以上のイン
   サートメタルを挾み、合わせ材の融点以下、外周縁部の
   高融点インサートメタルの融点以上の温度で加熱して合
   わせ材と母材とを接合することを特徴とする銅または銅
   合金クラツド鋼の製造方法。
2. （２）母材に炭素鋼または合金鋼、合わせ材に銅または
   銅合金を用いて銅または銅合金クラツド鋼を製造するに
   際し、合わせ材と母材との間に中央部から外周縁部にか
   けて融点が高くなるように融点が異なる２種以上のイン
   サートメタルを挾み、合わせ材の融点以下、外周縁部の
   高融点インサートメタルの融点以上の温度で加熱して合
   わせ材と母材とを接合し、中央部に配置した低融点イン
   サートメタルの融点ｉＴｃとした時、Ｔｃ−５０℃の温
   度で圧延することを特徴とする銅または銅合金クラツド
   鋼の製造方法。