JPS60115384A - ろう付圧延による複合材料の製造方法 - 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】 本発明はろう付圧延による複合材料の製造方法に係り、
詳しくは、鉄（以下、Ｆｅとする。）若しくはその合金
の母材と金属材料の合わせ材の（１） 問に銅（以下、Ｃｕとする。）若しくはその合金のろう
材をはさみろう付圧延する際に、このろう材のＣＵの母
材への侵入や、溶融部でのＦｅの富化間の形成を軽減で
きる複合金属材料の製造方法に係る。

材料の使用環境の厳しさが増すと共に、単一材料で多岐
にわたる要求性能を満足させることは難がしくなってい
る。これら要求性能に対し、数種の材料の複合化で対処
するために複合材料の開発が活発になっている。

複合材料の製造方法として、組立、鋳込、オーバーレイ
、爆発接着、溶融接合などの方法が提案され、その一部
の方法は実用化されている。

最近、これらのクラッド製造法に加えて新たにろう付法
が提案されている。この方法は次世代の有望素材の一つ
に上げられているセラミックスと汎用されている鉄鋼材
料の接合に有効であることから注目されている。このろ
う付法によるクラツド鋼の製造方法は、特開昭５５−４
１３４６８号公報に記述されているよう゛に、２種以上
の金（２） 層材料を接合して複合材料にする際に、接合すべき金属
材料の間に、それら金属材料よりも融点の低い接合用金
属を挟み、この接合金属を溶融させて金属材料を接合し
、その後、接合したスラブを圧延して製造している。し
かし、この方法で製造する場合は、次の通りの問題があ
る。

すなわち、第１図はろう材に純銅を用いて９０Ｃｕ−１
ＯＮｉ合金の合わせ材と５Ｓ４１鋼板の母材をろう付し
た際の接合部の断面組織の顕微鏡写真であって、ろう付
のままの状態ではＯｕが母材粒界（第１図の矢印方向に
て示す。）に侵入している。

これに圧延されると、ＣＵの侵入部はそのまま延ばされ
、最終製品の粒界にはくさび形に侵入したＣｕがみられ
る。このようなＣｕの存在は溶接施工時の割れの発生や
使用時の疲労強度の低下の原因になる。

また、ろう材の融点の制御にＮｉあるいはＭｎが用いら
れ、ろう材としてＣｕ−ＮｉあるいはＣｕ　−Ｍｎ合金
を用いた場合には母材の粒界へのＣｕの侵入は軽減され
る。

（３） しかし、母材中のＦｅがろう何時溶融するろう材部に溶
出し、第２図に示すようなＦｅの富化層を形成して好ま
しくない。

そこで、本発明者等は上述したＣｕの母材粒界への侵入
および溶融部でのＦｅの富化層の形成を軽減する方法に
ついて種々検討した結果、ＣＵが母材中に侵入してここ
から割れるが、母材面にＮｉメッキすることにより効果
的にＣｕの侵入が阻止できるとの知見を得た。

本発明は上記知見事実にもとずいて成立したものであっ
て、具体的には、母材粒界へのＣｕの侵入の防止と接合
面の酸化の防止とを達成できるろう付圧延法によるクラ
ツド鋼の製造法を提案する。

すなわち、本発明法は鉄若しくは鉄合金の母材と金属材
料の合わせ材の何れが一方若しくは双方の接合面にニッ
ケルメッキをほどこし、口の合わせ材と前記母材の間に
、合わせ材の融点より低い融点を持って銅若しくは銅合
金から成るろう材を、前記メッキ層がこのろう材に接触
（４） するようはさんだのちに、これらを前記ろう材の融点と
前記母材の融点との間でかつ１０５０℃より高い温度に
加熱して一体にろう付けしてスラブとし、その後、この
スラブを前記ろう材の融点以下で圧延することを特徴と
する。

以下、本発明法について詳しく説明する。

このように本発明法によってろう付圧延により製造した
何れのステンレスクラツド鋼の接合部の剪断強さはろう
材の強度に依存し、２２〜２４ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ　２
であった。

従って、このように製造したステンレスクラツド鋼は剪
断強さが２０ｋｇｆ／ｍ１以上である用途に使用できる
。

以上述べたように本発明法は従来のろう付圧延法の欠点
であるＯｕの粒界への侵入およびろう接部でのＦｅの濃
化を防止するために、予め、母材若しくは合わせ材部に
Ｎｉメッキを施こし、この条件でろう付け、圧延等を行
なうことを特徴としている。本発明法によれば溶接施工
時の割れ、使用時の疲労強度の低下が防止できるため（
５） 産業上きわめて有用である。

なお、合わせ材としては何れの金属材料が用いることが
でき、例えば、ステンレス鋼、銅合金（Ｃｕ−Ｎｉ、　
Ｃｕ−Ｍｎ等）等も用いることができる。

また、母材としては鉄若しくはその合金は何れのものも
十分で、例えば、炭素鋼（溶接構造用鋼板等）、低合金
鋼（高張力鋼Ｃｒ−Ｍｏ鋼、造船用鋼板等）等が用いる
ことができる。

まず、合わせ材として融点Ｔｏ（℃）の金属材料を用い
、母材として炭素鋼合わせ材若しくは母材の一方若しく
は双方の接合面にはＮｉメッキをほどこす。この母材と
合わせ材の間に融点Ｔｉ（℃）がＴｃより低い銅若しく
は銅合金を挟み、全体をＴｃ＞Ｔ＞Ｔｉ、Ｔ＞１０５０
℃を満足する温度Ｔ（℃）に加熱してろう付けを行なっ
てスラブをつくる。

その後、このスラブをＴｉ（℃）以下で圧延し複合材料
を製造する。

この場合、合わせ材としてはステンレス鋼板を用い、そ
のステンレス鋼板の接合面にＮｉメッキをほどこすと、
上記の如く、欠陥の少なくス（６） テンレスクラツド鋼が容易に得られ、更に、合わせ材の
ステンレス鋼や母材の鋼板の何れにもＮ１メッキをほど
こすと、圧延後の接合率はきわめて高くなる。

更に詳しく説明すると、例えば、９０％Ｃｕ−１０％Ｎ
ｉ合金の合わせ材と５Ｍ４１鋼の母材との間に接合用ろ
う材として純銅や８９％Ｃｕ−１１％触合金を用いて従
来法でクラツド鋼板を製造する場合、９５０〜１１００
℃でろう付したのも９００℃で圧延して製造できる。こ
の場合、母材である５Ｍ４１鋼板にはその接合面にＮｉ
メッキを施こされておらず、このときには、１０００℃
で接合できる。この製造時にろう材として純銅を用いた
場合には母材の粒界へＯｕが侵入する。これに対し、ろ
う材にＣｕ−Ｍｎ合金を用いた場合、粒界へのＣｕの侵
入は軽減されるが、溶融部にＦｅの濃化■ができる。

この点から、本発明においては、第３図から明らかな如
く、これら粒界へのＣｕの侵入および溶融部のＦｅの濃
化−の形成防止を達成するために、母材の接合面にＮｉ
メッキをほどこす。

（７） 母材にＮｉメッキが施こされることからろう付温度はや
や高＜　１０５０℃以上にする必要がある。

ちなみに、母材に厚さ１００μの旧メッキを施こした場
合、第４図に示すようにろう付温度が従来例の如＜　１
ｏｏｏ℃若しくはそれ以下であると圧延時に母材と合わ
せ材が剥離するが、ろう付温度を高めて１０５０℃以下
にすると剥離しない。従って、予め、母材にＮｉメッキ
を施こして銅合金でろう付するため、本発明ではろう付
温度は１０５０℃以上にする必要がある。

また、圧延温度がろう材の融点により低くするのは、ろ
う材の融点より高い場合には、ろう−材が溶融し母材と
合わせ材がろう何部で剥離してしまうからである。従っ
て、ろう付したスラブの圧延温度はろう材の融点より低
いことが必要である。

また、ろう付温度を上記の如く合わせ材の融点より低く
するのは、高いと合わせ材が溶融してしまい、流出防止
用枠の設置が必要となり、ろう付部の経済性が失なわれ
てしまうからであ（８） る。従って、ろう付温度は合わせ材の融点以下であるこ
とが必要である。

なお、上記のところでは母材の接合面にＮｉメッキを施
こした例を示したが、合わせ材の接合面わせ材の両接合
面にＮｉメッキを施こすこともでき、このように両接合
面にＮｉメッキを施こすと、接合率のきわめで高いステ
ンレスクラツド鋼が以上の通りの条件で、一本発明法は
、母材若しくは合わせ材の少なくとも一方の表面にＮｉ
メツ　１キを行なって、−この、母材と合わせ材との間
に、Ｃｕ若しくはその合金のろう材を介在させて加熱、
ろう付けを行なって・、その後、このスラブをろう材の
融点以下で圧延するが、この方法によると、次の通りに
接合率の高いステンレスクラツド鋼が製造できる。

すなわち、ステンレス鋼の熱間変形抵抗は炭素鋼に比べ
て高く、そのため、スラブの圧延温度を高くづる必要が
ある。この意味で、ろう材（９） としてはＣｕ若しくはその合金のうちでなるべく融点の
高いものがよい。そこで、比較例としてろう材に０．２
Ｘ１５０Ｘ２５０１１１１１”　の５Ｍ４１鋼板を１２
５０℃でろう付し、その後、１１５０℃で圧延する。こ
のようにすると、１０ｍｍ厚さのステンレスクラツド鋼
が得られる。しかし、このクラツド鋼は、合わせ材と母
材との接合率がきわめて低い。

己れに対し、本発明法によってろう材の０．２Ｘ１５０
Ｘ２５０１１１１１１３の７０％Ｃｕ　−３０％Ｎｉ合
金板、合わせ材の４ｘ１５０ｘ２００ｍｍ”の８０８３
１６鋼板、母材の３０Ｘ１５０Ｘ２００１１１ｍ’の５
Ｍ４１鋼板を用い、上記の如□　く、ろう付け、圧延す
る際には、合わせ材なら、びに母材の接合面の前処理と
して、＃／２０研磨したのち、一部の材料には厚さ１０
０μのＮｉメッキを施こして行なう。このように圧延す
ると、接合率９０％以上のステンレスクラツド鋼が得ら
れる。

そこで、上記の比較例と本発明法によって製造された各
クラツド材の端部から圧延方向に１０闘間隔でＣ方向の
ねじり試片を採取して剥離状（１０） 況を調べたところ、第５図に示す通りであった。

第５図において比較例（符号イで示す）として合わせ材
にＮ１メッキを施こさない場合には接合率がきわめて低
い。これに対して、本発明法の場合には、合わせ材の接
合面にのみＮｉメッキをほどこした場合（符号（ロ）で
示す）、合わせ材と母材の両接合面にＮｉメッキをほど
こした場合（符号（イ）で示す）の何れでも、高い接合
率が得られる。また、この中で両接合面にＮｉメッキを
ほどこした場合は、接合率９０％以上が確保でき、きわ
めて優れたクラツド鋼が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はろう材にＣｕを用１いた９０Ｃｕ−１ＯＮ　ｉ
クラッド鋼接合部の断面組織の顕微鏡写真、第２図はろ
う材に８９Ｃｕ、−ｌｌＭｎを用いたキュプロニッケル
クラッド鋼板接合部のＸＭＡ結果で、ろう接部にＦｅの
濃化■、鋼板の粒界へのＯｕの侵入状；８を示す説明図
、第３図は本発明方法によって母材にＮｉメッキを施こ
し、ろう材に８９０ｕ　−ｌｌＭｎを用いたキュプロニ
ッケルクラッド鋼接合部のＸＭＡＱ（１１） 果で、ろう接部のＦｅの濃化および粒界へのＣｕの侵入
がＮｉメッキにより防止されていることを示す説明図、
第４図は本発明法により母材にＮｉメッキを施こし、こ
の母材とキュプロニッケルを８９Ｑｕ−ｌｌＭｎでろう
付後、圧延する際のろう付温度と圧延材の接合率を示す
グラフ、第５図は７０Ｃｕ−３０旧のろう材を用いて５
ＵＳ３１６クラツド鋼をろう付圧延した時の圧延材の接
合率におよぼすＮｉメッキの影響を示したグラフである
。 符号（イ）・・・・・・比較例 （ロ）、（ハ）・・・・・二本発明法 特許出願人　川崎製鉄株式会社 代理人　弁理士松下義勝 弁護士　副　島　文　雄 （１２） −５０〔 第４図 ゴ ろ　ライ１温乃Ｌ　＜’Ｃ） 第５図 （ハ） 、ダ因１オ先爛や゛らの距離（ｍｍ＞

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄若しくは鉄合金の母材と金属材料の合わせ材の何れが
   一方若しくは双方の接合面にニッケルメッキをはど′こ
   し、この合わせ材と前記母材の間に、合わせ材の融点よ
   り低い融点を持がて銅若しくは銅合金から成るろう材を
   、前記メッキＮがこのろう材に接触するようはさんだの
   ちに、これらを前記ろう材の融点と前記母材の融点との
   間でかつ１０５０℃より高い温度に加熱して一体にろう
   付けしてスラブとし、その後、このスラブを前記ろう材
   の融点以下で圧延することを特徴とするろう付圧延によ
   る複合材料の製造方法。