(57)【要約】  特に過酷な摺動環境下で使用される摺動部材の素材として用いられても、摩擦圧力と摩擦熱による使用中の変形に対して高い抵抗性を有するクラッド板を提供する。板厚方向へ積層された第１層２、第２層３および第３層４をこの順に備えるクラッド板１である。第１層２および第３層４は、焼入れ硬化した炭素鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼であって、同一の材料からなる。第２層３はアルミニウム合金からなる。４００℃におけるアルミニウム合金の耐力は１０ＭＰａ超である。完全焼き鈍し後の常温におけるアルミニウム合金の耐力は、焼入れ硬化した炭素鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼の耐力の１／１０以下である。第１層２および第３層４それぞれの残留応力の差は１５０ＭＰａ以内である。
2017043360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚方向へ積層された第１層、第２層および第３層をこの順に備えるクラッド板であって、
前記第１層および前記第３層は、焼入れ硬化した炭素鋼または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼であって、同一の材料からなり、
前記第２層はアルミニウム合金からなり、
４００℃における前記アルミニウム合金の耐力は１０ＭＰａ超であり、
完全焼き鈍し後の常温における前記アルミニウム合金の耐力は、前記焼入れ硬化した炭素鋼または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼の耐力の１／１０以下であるとともに、
前記第１層および前記第３層それぞれの残留応力の差は１５０ＭＰａ以内である、クラッド板。
【請求項２】
前記アルミニウム合金は、ＪＩＳ  Ｈ４０００：２０１４に規定される３０００系アルミニウム合金または５０００系アルミニウム合金である、請求項１に記載のクラッド板。
【請求項３】
前記第１層および前記第３層の硬度は、いずれも、ＪＩＳ  Ｚ２２４４：２００９に規定されるビッカース硬度で３５０Ｈｖ以上である、請求項１または２に記載のクラッド板。
【請求項４】
下記摩擦試験により測定される反り量は１．５ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のクラッド板。
摩擦試験：クラッド板を直径１００ｍｍのディスクに加工し、ディスクの最外周から半径方向へ１０ｍｍ離れた位置を、材質：ＪＩＳ  Ｇ４８０５：２００８に規定されるＳＵＪ２，および断面積：１ｃｍ２の２本のピンにより挟んで１００Ｎの荷重を負荷しながら、ディスクを１００ｒｐｍで回転させ、ディスクの表面温度が３００℃に到達した時点で荷重を１０００Ｎに高めて制動することを１０サイクル行った後、ディスクを定盤上に平置きし、ディスクが定盤の表面から離れた量の最大値である反り量を測定する。
【請求項５】
前記第１層および前記第３層と前記第２層との接合強度は１０Ｎ／ｍｍ以上である、請求項１または２に記載のクラッド板。
【請求項６】
第１の焼入れ硬化した炭素鋼板または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼板と、アルミニウム合金板と、前記第１の焼入れ硬化した炭素鋼板または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼板と同一の材料から構成される第２の焼入れ硬化した炭素鋼板または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼板とを、２５０〜４３０℃に加熱し、この順に積層して積層体とする積層工程と、
前記積層体を圧下率１０％以上で接合圧延して、焼入れ硬化した炭素鋼または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼からなる第１層と、アルミニウム合金からなる第２層と、前記第１層と同一の材料からなる第３層とを有するクラッド帯とする第１圧延工程と、
前記クラッド帯に３００〜５００℃で３分間以上保持する第１熱処理を行う第１熱処理工程と、
前記第１熱処理を行われたクラッド帯を、１０ｋｇ／ｍｍ２以上の前方張力および後方張力を付与しながら２．０％以上破断伸び値以下の圧下率で圧延する第２圧延工程と、
前記前方張力および前記後方張力を付与されながら圧延されたクラッド帯に３００〜５００℃で３分間以上保持する第２熱処理を行う第２熱処理工程を含む、クラッド板の製造方法。
ただし、前記前方張力および前記後方張力の値は、前記クラッド帯における前記第１層および第３層の断面積に基づいて求められる。
【請求項７】
前記前方張力は１５ｋｇ／ｍｍ２以上である、請求項６に記載のクラッド板の製造方法。
【請求項８】
前記第２熱処理を行われたクラッド帯をレベラにより平坦矯正する平坦矯正工程を含む、請求項６または７に記載のクラッド板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラッド板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械部品の摺動部材（例えば、減速装置のローター板やクラッチ板など）の素材として用いられる金属板は、高い耐摩耗性の表面を有することにより、摺動時の摩擦による損傷を起こさないことを要求される。【０００３】
この金属板は、熱伝導性に優れることにより、摩擦により生じる熱を効率的に放散できることを要求される。この金属板は、圧力や熱サイクルなどの摺動環境が過酷である場合には、高い面圧と熱サイクルによる変形に対する高い抵抗性を要求される。【０００４】
少なくとも表面に用いる金属材料の硬度を高くすることが、耐摩耗性に優れた表面を有する摺動部材を得るために、有効である。この硬度は、ＪＩＳ  Ｚ２２４４：２００９に規定されるビッカース硬度で３５０Ｈｖ以上であることが望ましい。焼入れ硬化した炭素鋼板または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼板が優れた耐摩耗性を有する金属板として知られる。【０００５】
単一の材料からなるこれらの金属板の熱伝導性は低い。これらの金属板は、摺動時に発生する熱を十分に放散できないために、熱変形を生じ、あるいは、焼き付きによって損傷する。【０００６】
優れた耐摩耗性を有する金属板と優れた熱伝導性を有する金属板とを積層して接合したクラッド板が、優れた耐摩耗性を有する金属板の熱伝導性を改善するために、有効である。【０００７】
本発明者は、特許文献１により、３層からなる優れた耐摩耗性および熱伝導性を有するクラッド板を開示した。３層は、少なくとも一方の表面の硬さがビッカース硬度で３５０Ｈｖ以上である金属層と、アルミニウムまたはアルミニウム合金層と、任意の金属層である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２１８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者が検討した結果、特許文献１により開示されたクラッド板は、特に過酷な摺動環境下で使用される摺動部材の素材として用いられると、アルミニウムまたはアルミニウム合金層が高い面圧によって圧縮して変形するおそれがあること、および、反りが熱サイクルによって生じるおそれがあることが判明した。特に、発生した反り量が大きいと、摺動部材が他の部材と干渉し、機械部品を使用できなくなる。【００１０】
本発明の目的は、優れた耐摩耗性を有する高硬度の金属材料からなる表層と、優れた熱伝導性を有する中間層とを有するクラッド板であって、特に過酷な摺動環境下において、中間層が高い面圧によって圧縮して変形すること、および、反りが熱サイクルによって生じることをいずれも防止できるクラッド板と、その製造方法を提供することである。【００１１】
すなわち、本発明の目的は、摩擦圧力および摩擦熱による変形に対して高い抵抗性を有するために、特に過酷な摺動環境下で使用される摺動部材の素材として好適に用いられるクラッド板と、その製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、以下に列記の知見Ａ〜Ｅを得て、本発明を完成した。
（Ａ）第１層（表層）、第２層（中間層）および第３層（表層）の３層からなるクラッド板が、特に過酷な摺動環境下で使用される摺動部材の素材として、用いられる。【００１３】
（Ｂ）焼入れ硬化した炭素鋼または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼であって、同一の材料が、第１層および第３層として、用いられる。【００１４】
（Ｃ）アルミニウム合金が第２層として用いられる。４００℃におけるこのアルミニウム合金の耐力は１０ＭＰａ超である。さらに、完全焼き鈍し後の常温におけるこのアルミニウム合金の耐力は、第１，３層を構成する焼入れ硬化した炭素鋼または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼の耐力の１／１０以下である。【００１５】
（Ｄ）第１層および第３層それぞれの残留応力の差の絶対値は１５０ＭＰａ以内である。これにより、摺動部材として使用中における反り（熱変形）の発生が実質的に防がれる。【００１６】
（Ｅ）これらの第１層、第２層および第３層を有するクラッド板は、高い面圧や熱サイクルに曝された時でも、摺動部材の変形を実質的に防止できる。
本発明は以下に列記の通りである。【００１７】
（１）板厚方向へ積層された第１層、第２層および第３層をこの順に備えるクラッド板であって、
前記第１層および前記第３層は、焼入れ硬化した炭素鋼または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼であって、同一の材料からなり、
前記第２層はアルミニウム合金からなり、
４００℃における前記アルミニウム合金の耐力は１０ＭＰａ超であり、
完全焼き鈍し後の常温における前記アルミニウム合金の耐力は、前記焼入れ硬化した炭素鋼または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼の耐力の１／１０以下であるとともに、
前記第１層および前記第３層それぞれの残留応力の差の絶対値は１５０ＭＰａ以内である、クラッド板。【００１８】
（２）前記アルミニウム合金は、ＪＩＳ  Ｈ４０００：２０１４に規定される３０００系アルミニウム合金または５０００系アルミニウム合金である、１項に記載のクラッド板。【００１９】
（３）前記第１層および前記第３層の硬度は、いずれも、ＪＩＳ  Ｚ２２４４：２００９に規定されるビッカース硬度で３５０Ｈｖ以上である、１または２項に記載のクラッド板。【００２０】
（４）下記摩擦試験により測定される反り量は１．５ｍｍ以下である、１または２項に記載のクラッド板。
摩擦試験：クラッド板を直径１００ｍｍのディスクに加工し、ディスクの最外周から半径方向へ１０ｍｍ離れた位置を、材質：ＪＩＳ  Ｇ４８０５：２００８に規定されるＳＵＪ２，および断面積：１ｃｍ２の２本のピンにより挟んで１００Ｎの荷重を負荷しながら、ディスクを１００ｒｐｍで回転させ、ディスクの表面温度が３００℃に到達した時点で荷重を１０００Ｎに高めて制動することを１０サイクル行った後、ディスクを定盤上に平置きし、ディスクが定盤の表面から離れた量の最大値である反り量を測定する。【００２１】
（５）前記第１層および前記第３層と前記第２層との接合強度は１０Ｎ／ｍｍ以上である、１または２項に記載のクラッド板。【００２２】
（６）第１の焼入れ硬化した炭素鋼板または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼板と、アルミニウム合金板と、前記第１の焼入れ硬化した炭素鋼板または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼板と同一の材料から構成される第２の焼入れ硬化した炭素鋼板または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼板とを、２５０〜４３０℃に加熱し、この順に積層して積層体とする積層工程と、
前記積層体を圧下率１０％以上で接合圧延して、焼入れ硬化した炭素鋼または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼からなる第１層と、アルミニウム合金からなる第２層と、前記第１層と同一の材料からなる第３層とを有するクラッド帯とする第１圧延工程と、
前記クラッド帯に３００〜５００℃で３分間以上保持する第１熱処理を行う第１熱処理工程と、
前記第１熱処理を行われたクラッド帯を、１０ｋｇ／ｍｍ２以上の前方張力および後方張力を付与しながら２．０％以上破断伸び値以下の圧下率で圧延する第２圧延工程と、
前記前方張力および前記後方張力を付与されながら圧延されたクラッド帯に３００〜５００℃で３分間以上保持する第２熱処理を行う第２熱処理工程を含む、クラッド板の製造方法。
ただし、前記前方張力および前記後方張力の値は、前記クラッド帯における前記第１層および第３層の断面積に基づいて求められる。【００２３】
（７）前記前方張力は１５ｋｇ／ｍｍ２以上である、６項に記載のクラッド板の製造方法。【００２４】
（８）前記第２熱処理を行われたクラッド帯をレベラにより平坦矯正する平坦矯正工程を含む、６または７項に記載のクラッド板の製造方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るクラッド板は、摩擦圧力と摩擦熱による使用中の変形に対して高い抵抗性を有する。本発明に係るクラッド板は、特に過酷な摺動環境下で使用される摺動部材の素材として用いられる場合に、高い面圧によって第２層が圧縮して変形することや、反りが熱サイクルによって生じることを実質的に防止できる。【００２６】
このため、本発明に係るクラッド板は、特に過酷な摺動環境下で使用される摺動部材の素材として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明に係るクラッド板の一例の全体構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
１．本発明に係るクラッド板１
（１）全体構成
図１は、本発明に係るクラッド板１の一例の全体構成を示す説明図である。
【００２９】
図１に示すように、クラッド板１は、第１層（表層）２、第２層（中間層）３および第３層（表層）４を備える。第２層３は、二面のうちの一方の面を介して第１層２と接合される。第２層３は、二面のうちの他方の面を介して第３層４と接合される。
【００３０】
クラッド板１は、耐摩耗性に優れる高硬度金属からなる第１層２および第３層４を表層として有する。さらに、クラッド板１は、熱伝導性に優れるアルミニウム合金からなる第２層３を中間層として有する。
【００３１】
例えば、高硬度金属およびアルミニウムの２層からなるクラッド板、あるいは、第１層２および第３層４に熱膨張率が異なる金属を有する３層からなるクラッド板は、バイメタル効果による熱変形が摺動部材として使用中に発生するため、熱サイクルによる変形を抑制できない。
【００３２】
このため、本発明に係るクラッド板１は、第１層２、第２層３および第３層４の３層からなるクラッド板である。第１層２および第３層４は、いずれも、焼入れ硬化した炭素鋼もしくは焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼であって、同一の材料からなる。さらに、第２層３はアルミニウム合金からなる。
【００３３】
本発明において、「第１層２および第３層４は同一の材料から構成される」とは、第１層２および第３層４が、ともに、焼入れ硬化した炭素鋼同士、または焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼同士であり、金属組織としての相や強度が工業的な製造ばらつきの範囲内で同一であることを意味し、化学組成が完全に同一であることを意味しない。
【００３４】
（２）第１層２，第３層４
第１層２および第３層４は、ともに、焼入れ硬化した炭素鋼もしくは焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼（以降の説明では「焼入れ硬化鋼」と総称する）であって、同一の材料からなる。
【００３５】
焼入れ硬化鋼を、第１層２および第３層４として用いる理由は、
（ａ）焼入れ硬化鋼が優れた耐摩耗性を発揮できる、３５０Ｈｖ以上のビッカース硬度が容易に得られること、および
【００３６】
（ｂ）クラッド板１の使用温度範囲（常温〜４００℃、さらには短時間に限って許容される最高到達温度である５００℃の範囲）での変形原因である、温度履歴に起因した特性の変化が、使用前に予め３００〜５００℃で熱処理して時効硬化させることにより、比較的小さく抑制されること
である。
【００３７】
第１層２および第３層４それぞれの残留応力の差は、１５０ＭＰａ以内であり、小さな値に抑制される。これにより、クラッド板１は、摺動部材として使用中における反りを実質的に防止できる。この残留応力の差は、望ましくは１００ＭＰａ以内であり、さらに望ましくは８０ＭＰａ以内である。
【００３８】
クラッド板１の第１層２および第３層４それぞれの残留応力は、第１層２および第３層４それぞれの外表面における圧延方向と平行な方向の応力について測定し、エックス線回折装置を用いた並傾法測定によって得られる２θ−ｓｉｎ２ψ線図の勾配から算出する。第１層２および第３層４それぞれの残留応力の差は、第１層２の外表面における残留応力から第３層４の外表面における残留応力を減算することにより、得られる。
【００３９】
（３）第２層３
第２層３はアルミニウム合金からなる。４００℃におけるこのアルミニウム合金の耐力は１０ＭＰａ超である。さらに、完全焼き鈍し後の常温におけるこのアルミニウム合金の耐力は、焼入れ硬化鋼の耐力の１／１０以下である。
【００４０】
銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金が第２層（中間層）３に用いる熱伝導性に優れた金属として考えられる。大気中での温間圧延接合が可能なアルミニウム合金が、クラッド板の製造性の観点から、望ましい。
【００４１】
４００℃（クラッド板１の継続的な使用温度範囲の上限）において、第２層３の耐力が１０ＭＰａを下回ると、特に過酷な摺動環境下において摺動部材の温度が上昇した場合に、第２層３が高い摩擦力と摩擦発熱によって圧縮の塑性変形を生じ、摺動部材が変形するおそれがある。このため、クラッド板１の第２層３は、ＪＩＳ  Ｈ４０００：２０１４により規定される純アルミニウム（１０００番系）ではなく、アルミニウム合金からなる。
【００４２】
４００℃における第２層３の耐力は、望ましくは１２ＭＰａ以上であり、さらに望ましくは１５ＭＰａ以上である。
さらに、中間層である第２層３として用いるアルミニウム合金の耐力は、第１層２，第３層４として用いる焼入れ硬化鋼の耐力の１／１０以下である。これにより、摺動中の熱履歴によって摺動部材が加熱されて第１層２，第３層４と第２層３との間に熱膨張差が生じても、耐力の小さなアルミニウム合金からなる第２層３が塑性変形して応力を解放し、反りが軽減される。
【００４３】
アルミニウム合金の耐力は第１層２，第３層４として用いる焼入れ硬化鋼の耐力の１／１２.５以下であることが望ましい。
【００４４】
特に、使用開始前から第１層２および第３層４それぞれの厚みが異なる場合、または、使用中の摩耗によって第１層２および第３層４それぞれが不均一に減肉したために第１層２および第３層４それぞれの厚みが異なる場合であっても、第２層３のアルミニウム合金の耐力が第１層２，第３層４の焼入れ硬化鋼の耐力に比べて充分に小さいことにより、摺動部材の変形が軽減される。
【００４５】
ＪＩＳ  Ｈ４０００：２０１４により規定される３０００系や５０００系の非熱処理型アルミニウム合金を第２層３に用いることが、第２層３に求められる特性を満たすために、望ましい。
【００４６】
ジュラルミンに代表される２０００系，６０００系，７０００系の熱処理型（析出硬化型）アルミニウム合金の耐力は高い。しかし、熱処理型アルミニウム合金の強度は、クラッド板１の使用温度範囲（常温〜５００℃）で大きく変化する。このため、熱処理型アルミニウム合金を第２層３に用いることは、望ましくない。
【００４７】
第１層２、第２層３および第３層４それぞれの厚さは、摺動部材に要求する性能を勘案して適宜設定すればよい。第１層２および第３層４それぞれの厚さは、反りを軽減するために、同じであることが望ましい。例えば、第１層２および第３層４それぞれの厚さ：０．２〜１．０ｍｍ、第２層の厚さ：０．５〜１．０ｍｍである。
【００４８】
２．クラッド板１の製造方法
（１）全体工程
クラッド板１を製造する方法は、特許文献１により開示された方法と概ね同じである。相違点は、クラッド帯に前方張力を高めて第２圧延を行うこと、および、必要に応じて、最終工程でレベラにより平坦矯正することである。
【００４９】
［積層工程］
第１層２の素材（硬さがビッカース硬度で３５０Ｈｖ以上の焼入れ硬化した炭素鋼板もしくは焼入れ硬化したマルテンサイト系ステンレス鋼板、以降の説明では「焼入れ硬化鋼板」と総称する）と、第２層３の素材（アルミニウム合金板）と、第３層４の素材（第１層２と同一材料から構成される焼入れ硬化鋼板）とを個別に２５０〜４３０℃に加熱し、この順序で積層して積層体とする工程、
【００５０】
［第１圧延工程］
積層体を圧下率１０％以上で接合圧延（第１圧延）して、焼入れ硬化鋼からなる第１層と、アルミニウム合金からなる第２層と、第１層と同一の材料からなる第３層とを有するクラッド帯とする工程、
【００５１】
［第１熱処理工程］
クラッド帯に、３００〜５００℃で３分間以上保持する第１熱処理を行う工程、
［第２圧延工程］
第１熱処理を行われたクラッド帯に、１０ｋｇ／ｍｍ２以上の前方張力および後方張力を付与して２．０％以上破断伸び値以下の圧下率で第２圧延を行う工程、および
【００５２】
［第２熱処理工程］
第２圧延を行われたクラッド帯に、３００〜５００℃で３分間以上保持する第２熱処理を行う工程
を経て、クラッド板１が製造される。必要に応じて、さらに
【００５３】
［平坦矯正工程］
第２熱処理を行われたクラッド帯をレベラにより平坦矯正する工程
を経てもよい。以下、各工程を順次説明する。
【００５４】
（２）積層工程および第１圧延工程
はじめに、第１層２の素材である焼入れ硬化鋼板と、第２層３の素材であるアルミニウム合金板と、第１層２と同一材料から構成される第３層４の素材である焼入れ硬化鋼板とを、個別に、２５０℃以上４３０℃以下に加熱し、この順で積層して積層体とする。そして、この積層体を圧下率１０％以上で接合圧延（第１圧延）してクラッド帯とする。
【００５５】
加熱温度が２５０℃未満である場合、接合界面の化学的な活性が十分に得られない。一方、加熱温度が４３０℃超である場合、厚い酸化被膜が第１層２，第２層３，第３層４の素材の表面に形成され、接合が阻害される。このため、いずれの場合にも十分な接合強度が得られない。したがって、加熱温度は２５０〜４３０℃である。加熱温度は、望ましくは３００℃以上であり、望ましくは４００℃以下である。
【００５６】
第１圧延は、第１層２の素材、第２層３の素材および第３層４の素材を仮接合状態とし、第1圧延後の第１熱処理により相互拡散を進行させるために、行う。しかし、第１圧延の圧下率が１０％未満であると、第１熱処理を行っても相互拡散が接合界面で十分に進行しない
【００５７】
したがって、第１圧延の圧下率は、１０％以上であり、望ましくは２０％以上である。第１圧延の圧下率の上限は限定しない。第１圧延の圧下率は、圧延機への負荷の増大や、製品形状の確保の困難性の観点から、望ましくは６０％以下であり、望ましくは５０％以下である。なお、圧下率（％）は、１００×｛（積層体の板厚）−（クラッド帯の板厚）｝／（積層体の板厚）として求められる。
【００５８】
積層工程および第１圧延工程では、第１層２，第２層３および第３層４それぞれの素材を積層した積層体が大気中で温間圧延接合される。これにより、積層体は、焼入れ硬化鋼からなる第１層と、アルミニウム合金からなる第２層と、第１層と同一の材料からなる第３層とを有するクラッド帯とされる。
【００５９】
クラッド板１を構成する第１層２および第３層４それぞれの素材（焼入れ硬化鋼板）は、第２層３の素材（アルミニウム合金板）に比べて特に高強度である。このため、第２層３の素材（アルミニウム合金板）のみが接合圧延の際に展伸する。
【００６０】
クラッド接合に必要な新生表面が、クラッド板１を構成する第１層２および第３層４それぞれの素材（焼入れ硬化鋼板）には殆ど生成しない。このため、第１圧延を完了したクラッド帯は充分な接合強度を有さない。第１層２の素材、第２層３の素材および第３層４の素材は仮接合状態にある。
【００６１】
（３）第１熱処理工程および第２圧延工程
３００℃以上５００℃以下で３分間以上保持する第１熱処理が、第１圧延工程を経て得られたクラッド帯に行われる。さらに、第２圧延が第１熱処理を行われたクラッド帯に行われる。第２圧延は、圧下率：２．０％以上破断伸び値以下，前方張力（圧延機出口側で圧延方向へ向けた張力）および後方張力（圧延機入口側で圧延方向と反対の方向へ向けた張力）：１０ｋｇ／ｍｍ２以上の条件で、行われる。ただし、前方張力および後方張力の値は、クラッド帯の第１層および第３層の断面積に基づいて求められる。
【００６２】
第１熱処理は、接合界面での相互拡散を進行させるために、行う。高い接合強度が、第１熱処理を行った後に後述の第２圧延および第２熱処理を行うことにより、得られる。
【００６３】
しかし、第１熱処理の温度が３００℃未満の場合には、接合界面での相互拡散が進行しない。一方、第１熱処理の温度が５００℃を超える場合には、脆い金属間化合物が接合界面に生成する。このため、いずれの場合にも最終的に十分な接合強度が得られない。第１熱処理の温度は、望ましくは３２０℃以上であり、望ましくは４００℃以下である。
【００６４】
また、接合界面の相互拡散は短時間の熱処理でも進行する。３分間以上、望ましくは１０分間以上の熱処理時間が、接合界面全体で均質に相互拡散させるために、有効である。したがって、第１熱処理は、３００〜５００℃で３分間以上保持することにより、行う。なお、第１熱処理の時間は、製造コストの観点から、望ましくは２時間以下である。
【００６５】
上述のように、この第２圧延の前のクラッド帯は、第１熱処理により接合界面での相互拡散が進行した状態にある。このため、第１層２および第３層４それぞれの素材（焼入れ硬化鋼板）と、第２層３の素材（アルミニウム合金板）とは、ある程度の接合強度（例えば３Ｎ／ｍｍ以上）で接合される。第１層２、第２層３および第３層４それぞれの素材が、この状態のクラッド帯に第２圧延を行うことにより、略同じ圧下率で展伸する。これにより、第１層２および第３層４それぞれの素材の表面における新生表面が効率的に生成する。
【００６６】
第１層２、第２層３および第３層４それぞれの個別圧下率は、いずれも、総圧下率とほぼ同じである。このため、新生表面が第１層２および第３層４それぞれの素材の表面に総圧下率と同じ比率で生成し、接合が進行する。
【００６７】
しかし、第２圧延の圧下率が２．０％未満であると、第２圧延後に第２熱処理を行っても、クラッド板１の接合強度が１０Ｎ／ｍｍを下回る。このため、第２圧延の圧下率は、２．０％以上であり、望ましくは３．０％以上である。
【００６８】
一方、第１熱処理後のクラッド帯の破断伸び値を超える圧下率で第２圧延を行うと、第１層２および第３層４に断続的な割れが発生し、クラッド帯の接合界面が剥離する。このため、第２圧延の圧下率は、第１熱処理後のクラッド帯の破断伸び値以下である。
【００６９】
なお、第２圧延の圧下率（％）は、１００×｛（第２圧延前のクラッド帯の板厚）−（第２圧延後のクラッド帯の板厚）｝／（第２圧延前のクラッド帯の板厚）として求められる。
【００７０】
このように、クラッド帯は、第１熱処理を行うことにより、引き続いて行われる第２圧延に耐え得る接合強度を有する。そして、クラッド帯に第２圧延を行うことにより、第１層２および第３層４それぞれの素材（焼入れ硬化鋼板）が展伸する。これにより、新生表面が接合界面に発生する。
【００７１】
クラッド帯に前方張力を高めて第２圧延を行う理由は、第２圧延によって第１層２および第３層４それぞれの素材に付与される加工歪みを均一化し、これにより、クラッド板１の表面、裏面をなす第１層２、第３層４の残留応力の差の絶対値を小さくするためである。
【００７２】
圧延ロールの直下でのクラッド帯の変形に要する圧下力が後方張力の増加により減少し、板厚がより小さな圧下力で減少する。これに対し、圧延されたクラッド帯の第１層および第３層それぞれに内在する残留応力の差が前方張力の増加により小さくなり、クラッド板１の第１層２および第３層４それぞれの表層における残留応力の差が１５０ＭＰａ以内と小さくなる。
【００７３】
一般的に、金属板の冷間圧延では、圧延負荷を軽減するために後方張力を高める。これに対し、本発明では、前方張力を高めて第２圧延を行うことにより、第１層２および第３層４それぞれに付与される加工歪みを均一化する。
【００７４】
前方張力および後方張力の値は、いずれも、クラッド帯における第１層および第３層の断面積に基づいて求められ、１０ｋｇ／ｍｍ２以上である。前方張力は、望ましくは１５ｋｇ／ｍｍ２以上である。なお、前方張力は、強くし過ぎると板幅方向の縮み変形に起因して幅反りを生じる恐れがあるために、望ましくは３５ｋｇ／ｍｍ２以下である。
【００７５】
（４）第２熱処理工程および平坦矯正工程
クラッド板１は、３００〜５００℃で３分間以上保持する第２熱処理を行うことにより、製造される。第２熱処理の目的は、クラッド板１として必要な接合強度を確保すること、および、摺動部材としての使用に先立って第1層２、第２層３および第３層４それぞれを予め均質化することにより、第1層２、第２層３および第３層４それぞれの強度を使用中の熱サイクルにより変動させないことである。
【００７６】
クラッド帯の接合強度は、第２圧延および第２熱処理を行うことにより、急激に増加する。新生表面が、第２圧延を行われたままの第１層２および第３層４それぞれの素材の接合界面に生成する。しかし、相互拡散がこの接合界面に進行していない。このため、第２圧延後のクラッド帯の接合強度は小さい。このクラッド帯に第２熱処理を行うことにより接合界面に相互拡散が進行し、接合強度が増加する。
【００７７】
しかし、第２熱処理の温度が３００℃未満の場合には、接合界面での相互拡散が進行しない。一方、第２熱処理の温度が５００℃を超える場合、脆い金属間化合物が接合界面に生成する。したがって、いずれの場合にも十分な接合強度が得られない。第２熱処理の温度は、望ましくは３００℃以上であり、望ましくは４００℃以下である。
【００７８】
ここで、３分間以上の熱処理時間が接合界面全体に均質な相互拡散を得るために有効である。したがって、第２熱処理は、３００〜５００℃で３分間以上、望ましくは１０分間以上保持することにより行う。なお、製造コストの観点からは、第２熱処理の時間は２時間以下であることが望ましい。
【００７９】
また、第２熱処理は、マルテンサイト系ステンレス鋼においては３００〜５００℃で進行する時効硬化を予め発生させ、また、アルミニウム合金においては３００〜５００℃で進行する軟化熱処理を予め発生させる。これにより、クラッド板１の実際の使用時における熱サイクルによる特性の変化が防止される。
【００８０】
第２熱処理を行った後に、必要に応じて、レベラによる平坦矯正を行うことが望ましい。これにより、上記特性の変化により生じる内部応力のバランスの歪みが均質化される。
【００８１】
このようにして、耐摩耗性に優れた表層である第１層２および第３層４と、熱伝導性に優れた中間層である第２層３とを有するクラッド板１が製造される。
【００８２】
クラッド板１は、特に過酷な摺動環境下で使用される場合における高い面圧によって、アルミニウム合金からなる第２層３が圧縮して変形すること、および熱サイクルによって反りが発生することを、防止できる。
【実施例】
【００８３】
表１に示すように、第１層２，第２層３および第３層４それぞれの素材の構成と製造条件とを種々変更することにより、図１に示すクラッド板１を作成し、得られたクラッド板１の第１層２のビッカース硬度および接合強度と、第１層２および第３層４の残留応力差を測定した。残留応力差は上述した方法により求めた。また、第２圧延の前方張力、後方張力は、各々リールモーターの電力値からの換算により求めた。【００８４】
また、クラッド板１に前記摩擦試験を行って、前記反り量を測定した。この反り量が１．５ｍｍを超えた場合を不良として判定した。【００８５】
試験の条件および結果を表１にまとめて示す。表１における番号１〜５，１２は、本発明の規定を全て満足する本発明例であり、番号６〜１１，１３〜１５は、本発明の規定を満足しない比較例である。【００８６】
【表１】
2017043360.tif 000003
【００８７】
表１に示すように、番号１〜５，１２の本発明例は、いずれも、反り量が１．５ｍｍ以下の目標値に抑制されている。なお、番号１２の本発明例は、レベラによる平坦矯正を行わなかったために、反り量が１．５ｍｍと若干大きくなったものの、合格レベルであった。【００８８】
これに対し、番号６の比較例は、第１層のビッカース硬度が３２０Ｈｖと本発明の範囲に達しないため、摩擦試験によりディスクの表面（第１層２および第３層４）が摩耗し、７サイクル目で破損した。【００８９】
番号７の比較例は、第１層２および第３層４が異なる材料からなるため、反り量が３．５ｍｍとなった。【００９０】
番号８の比較例は、第２層３および第３層４の加熱温度が本発明の範囲に達しないために接合強度が低く、摩擦試験の３サイクル目で剥離を生じて破損した。【００９１】
番号９の比較例は、第１圧延の圧下率が本発明の範囲に達しないため、未接合であり、以降の実験を中止した。【００９２】
番号１０の比較例は、第２圧延における前方張力が本発明の範囲に達しないために第１層２および第３層４に付与される加工歪みが均一にならず、第１層２および第３層４それぞれの残留応力の差の絶対値が本発明の範囲の上限を超え、反り量が１．７ｍｍとなった。【００９３】
番号１１の比較例は、第２熱処理の温度が本発明の範囲に達しないために第１層２，第２層３および第３層４それぞれの材料特性が均一化されず、反り量が１．９ｍｍとなった。【００９４】
番号１３，１５の比較例は、第２層３として用いるアルミニウム合金の４００℃における耐力が本発明の範囲に達しないため、反り量がそれぞれ２．７ｍｍ，３．３ｍｍとなった。【００９５】
さらに、番号１４，１５の比較例は、第２層３として用いるアルミニウム合金の常温における耐力が本発明の範囲を上回るため、反り量がそれぞれ２．１ｍｍ，３．３ｍｍとなった。
【符号の説明】
【００９６】
１  本発明に係るクラッド板
２  第１層
３  第２層
４  第３層
【図１】
2017043360.tif 000004
【国際調査報告】
2017043360.tif 000005
2017043360.tif 000006