(57)【要約】【課題】結晶粒径の寸法減少が飽和せずに大きな加工度を得て微細化することができ、板幅端のトリミングの必要がなく歩留り向上を図ることができる微粒子積層金属材の製造方法および設備を提供すること。【解決手段】金属薄板１１，１１ａを複数枚重ねて圧延して接合し、得られた中間圧延材１２，１２ａを再び複数枚重ねて圧延して接合する圧延パスを繰り返して微粒子層の積層金属材１３を製造するに際し、上下ワークロール２２ａ，２２ｂの圧延速度を変えた異速圧延による圧延パスを少なくとも１パス以上行うようにする。これにより、異速圧延により板厚方向全域に亘って大きなせん断応力が付加され、大きな加工度が得られ、通常圧延に比べ、結晶粒径の減少が飽和することを抑えて結晶粒を一層微細化できるようになる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄板を複数枚重ねて圧延して接合し、得られた中間圧延材を再び複数枚重ねて圧延して接合する圧延パスを繰り返して微粒子層の積層金属材を製造するに際し、上下ワークロールの圧延速度を変えた異速圧延による圧延パスを少なくとも１パス以上行うようにしたことを特徴とする微粒子積層金属材の製造方法。
【請求項２】
前記異速圧延を同径の上下ワークロールまたは異径の上下ワークロールで行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の微粒子積層金属材の製造方法。
【請求項３】
前記圧延パスの少なくとも１パス以上の前記圧延の前後いずれかに幅圧延を行うようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の微粒子積層金属材の製造方法。
【請求項４】
前記圧延パスの少なくとも前後いずれかで積層金属材を冷却するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微粒子積層金属材の製造方法。
【請求項５】
前記圧延パスの少なくとも１パス以上で、水平クロスロールで圧延するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の微粒子積層金属材の製造方法。
【請求項６】
金属薄板を複数枚重ねて圧延して接合し、得られた中間圧延材を再び複数枚重ねて圧延して接合する圧延パスを繰り返して微粒子層の積層金属材を製造する設備において、前記圧延パスの少なくとも１パスを、異速に速度設定可能な上下ワークロールを備えた少なくとも１スタンドの圧延機を設けて圧延することを特徴とする微粒子積層金属材の製造設備。
【請求項７】
前記圧延パスの少なくとも１パスを、水平クロスロールを備えた少なくとも１スタンドの圧延機を設けて圧延することを特徴とする請求項６記載の微粒子積層金属材の製造設備。
【請求項８】
前記圧延機の入出側の少なくとも一方に幅圧下用のエッジャーを設けたことを特徴とする請求項６または７記載の微粒子積層金属材の製造設備。
【請求項９】
前記圧延機の入出側の少なくとも一方に板材冷却用の冷却装置を設けたことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の微粒子積層金属材の製造設備。
【請求項１０】
前記圧延機の入出側にそれぞれシャーを設けるとともに、各シャーの前後に板材を押えるピンチロールを設けたことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の微粒子積層金属材の製造設備。
【請求項１１】
前記圧延機の入出側の端部に板材を巻き取りかつ複数枚重ねて巻き戻すことができる複数台の巻き取り装置を設けるとともに、複数枚の板材の重ね合わせ面間にブラシロールを設けたことを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の微粒子積層金属材の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微粒子積層金属材の製造方法および設備に関し、金属の結晶粒径を１００ｎｍ〜１μｍ程度に微細化した積層金属材料を工場規模で製造できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料の結晶粒径を１００ｎｍ〜１μｍ程度にすることにより、強度、靭性、耐蝕性などの種々の性質を飛躍的に向上することが期待されており、種々の研究・開発が行われている。
【０００３】
このような超微細結晶粒の金属材料を得るための加工法の一つに繰り返し重ね接合圧延法（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｒｏｌｌ−Ｂｅｎｄｉｎｇ；ＡＲＢ法）が提案されており、金属薄板を重ね合わせて圧延して接合し、得られた圧延材をさらに重ね合わせて圧延して接合することを繰り返すようにするものである。
【０００４】
このような繰り返し重ね接合圧延法では、極めて大きなひずみを材料に与えることができ、しかも圧延は何回繰り返しても良く、接合面は脱脂とワイヤブラッシングによる処理で足り、接合温度も再結晶温度以上の温間域で圧延すれば良く、鉄鋼材料やＡｌ合金などの大型構造材料への適用も比較的容易と考えられている。
【０００５】
例えば特許文献１の繰り返し重ね接合圧延による超微細組織高強度金属板の製造方法では、表面を清浄化した複数の金属板を積層し、その先端部を接合する工程と、これを再結晶温度未満で回復が起こる温度域に加熱する工程と、この積層板を所定の板厚まで圧延して接合する工程と、接合圧延された積層材を切断して複数の金属板とし、これらの表面を清浄化する工程とを複数サイクル繰り返して行うようにしている。
【０００６】
また、非特許文献１および２にも同様の繰り返し重ね接合圧延による積層材についての研究結果が報告されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２９６１２６３号公報
【非特許文献１】
伸鋼技術研究会誌第４０巻１号（２００１）ｐ２１３〜ｐ２１７
【非特許文献２】
日本金属学会誌第６４巻第６号  （２０００）  ｐ４２９〜ｐ４３７
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような重ね合わせ接合圧延では、圧延パス数（圧下率）の増大とともに、結晶粒径寸法が小さくなって行くが、例えば１パス５０％圧下率の繰り返し圧延を行う場合、６〜７パスを過ぎると結晶粒径の寸法減少が飽和してそれ以上は小さくすることができなくなるという問題がある。
【０００９】
また、多パスの厚み圧下圧延を行うと、板幅端にエッジクラックが発生し、両側の板幅端をトリミングしなければならず、歩留りが低下するという問題がある。
【００１０】
この発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、結晶粒径の寸法減少が飽和せずに大きな加工度を得て微細化することができ、板幅端のトリミングの必要がなく歩留り向上を図ることができる微粒子積層金属材の製造方法および設備を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の微粒子積層金属材の製造方法は、金属薄板を複数枚重ねて圧延して接合し、得られた中間圧延材を再び複数枚重ねて圧延して接合する圧延パスを繰り返して微粒子層の積層金属材を製造するに際し、上下ワークロールの圧延速度を変えた異速圧延による圧延パスを少なくとも１パス以上行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
この微粒子積層金属材の製造方法によれば、金属薄板を複数枚重ねて圧延して接合し、得られた中間圧延材を再び複数枚重ねて圧延して接合する圧延パスを繰り返して微粒子層の積層金属材を製造するに際し、上下ワークロールの圧延速度を変えた異速圧延による圧延パスを少なくとも１パス以上行うようにしており、異速圧延により板厚方向全域に亘って大きなせん断応力が付加され、大きな加工度が得られ、通常圧延に比べ結晶粒を一層微細化できるようになる。
【００１３】
また、この発明の請求項２記載の微粒子積層金属材の製造方法は、請求項１記載の構成に加え、前記異速圧延を同径の上下ワークロールまた異径の上下ワークロールで行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
この微粒子積層金属材の製造方法によれば、前記異速圧延を同径の上下ワークロールまた異径の上下ワークロールで行うようにしており、これらの異速圧延で板厚方向全域に亘って大きなせん断応力が付加され、大きな加工度を得て、通常圧延に比べ結晶粒を一層微細化できるようになる。
【００１５】
さらに、この発明の請求項３記載の微粒子積層金属材の製造方法は、請求項１または２記載の構成に加え、前記圧延パスの少なくとも１パス以上の前記圧延の前後いずれかに幅圧延を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
この微粒子積層金属材の製造方法によれば、前記圧延パスの少なくとも１パス以上の前記圧延の前後いずれかに幅圧延を行うようにしており、幅圧延によってエッジ割れを防止して良好な積層金属材を製造できるようになる。
【００１７】
また、この発明の請求項４記載の微粒子積層金属材の製造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記圧延パスの少なくとも前後いずれかで積層金属材を冷却するようにしたことを特徴とするものである。
【００１８】
この微粒子積層金属材の製造方法によれば、前記圧延パスの少なくとも前後いずれかで積層金属材を冷却するようにしており、加工発熱による板温度上昇を防止しながら圧延できるようになる。
【００１９】
さらに、この発明の請求項５記載の微粒子積層金属材の製造方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、前記圧延パスの少なくとも１パス以上で、水平クロスロールで圧延するようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
この微粒子積層金属材の製造方法によれば、前記圧延パスの少なくとも１パス以上で、水平クロスロールで圧延するようにしており、異速圧延により板厚方向全域に亘って大きなせん断応力が付加されるのに加え、板幅方向にも大きなせん断尾応力が付加され、一層大きな加工度が得られ、通常圧延に比べ結晶粒をより一層微細化できるようになる。
【００２１】
また、この発明の請求項６記載の微粒子積層金属材の製造設備は、金属薄板を複数枚重ねて圧延して接合し、得られた中間圧延材を再び複数枚重ねて圧延して接合する圧延パスを繰り返して微粒子層の積層金属材を製造する設備において、前記圧延パスの少なくとも１パスを、異速に速度設定可能な上下ワークロールを備えた少なくとも１スタンドの圧延機を設けて圧延することを特徴とするものである。
【００２２】
この微粒子積層金属材の製造設備によれば、金属薄板を複数枚重ねて圧延して接合し、得られた中間圧延材を再び複数枚重ねて圧延して接合する圧延パスを繰り返して微粒子層の積層金属材を製造する設備において、前記圧延パスの少なくとも１パスを、異速に速度設定可能な上下ワークロールを備えた少なくとも１スタンドの圧延機を設けて圧延するようにしており、異速圧延機により板厚方向全域に亘って大きなせん断応力が付加され、大きな加工度が得られ、通常圧延機だけの場合に比べ結晶粒を一層微細化できるようになる。
【００２３】
さらに、この発明の請求項７記載の微粒子積層金属材の製造設備は、請求項６記載の構成に加え、前記圧延パスの少なくとも１パスを、水平クロスロールを備えた少なくとも１スタンドの圧延機を設けて圧延することを特徴とするものである。
【００２４】
この微粒子積層金属材の製造設備によれば、前記圧延パスの少なくとも１パスを、水平クロスロールを備えた少なくとも１スタンドの圧延機を設けて圧延するようにしており、水平クロスロール圧延機により板幅方向にも大きなせん断応力を付加することができ、一層大きな加工度として結晶粒を微細化できるようになる。
【００２５】
また、この発明の請求項８記載の微粒子積層金属材の製造設備は、請求項６または７記載の構成に加え、前記圧延機の入出側の少なくとも一方に幅圧下用のエッジャーを設けたことを特徴とするものである。
【００２６】
この微粒子積層金属材の製造設備によれば、前記圧延機の入出側の少なくとも一方に幅圧下用のエッジャーを設けるようにしており、幅圧下用のエッジャーによってエッジ割れを防止して良好な積層金属材を製造できるようになる。
【００２７】
さらに、この発明の請求項９記載の微粒子積層金属材の製造設備は、請求項６〜８のいずれかに記載の構成に加え、前記圧延機の入出側の少なくとも一方に板材冷却用の冷却装置を設けたことを特徴とするものである。
【００２８】
この微粒子積層金属材の製造設備によれば、前記圧延機の入出側の少なくとも一方に板材冷却用の冷却装置を設けるようにしており、加工発熱による板温度上昇を防止しながら圧延できるようになる。
【００２９】
また、この発明の請求項１０記載の微粒子積層金属材の製造設備は、請求項６〜９のいずれかに記載の構成に加え、前記圧延機の入出側にそれぞれシャーを設けるとともに、各シャーの前後に板材を押えるピンチロールを設けたことを特徴とするものである。
【００３０】
この微粒子積層金属材の製造設備によれば、前記圧延機の入出側にそれぞれシャーを設けるとともに、各シャーの前後に板材を押えるピンチロールを設けるようにしており、薄い積層金属材であってもピンチロールで押えることでシャーで切断して繰り返し重ね合わせ圧延による接合ができるようになる。
【００３１】
さらに、この発明の請求項１１記載の微粒子積層金属材の製造設備は、請求項６〜１０のいずれかに記載の構成に加え、前記圧延機の入出側の端部に板材を巻き取りかつ複数枚重ねて巻き戻すことができる複数台の巻き取り装置を設けるとともに、複数枚の板材の重ね合わせ面間にブラシロールを設けたことを特徴とするものである。
【００３２】
この微粒子積層金属材の製造設備によれば、前記圧延機の入出側の端部に板材を巻き取りかつ複数枚重ねて巻き戻すことができる複数台の巻き取り装置を設けるとともに、複数枚の板材の重ね合わせ面間にブラシロールを設けるようにしており、複数台の巻き取り装置によって繰り返し重ね合わせ圧延ができ、しかもブラシロールによって接合面となる重ね合わせ面の清浄化もでき、接合も容易にできるようになる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の微粒子積層金属材の製造方法および設備の一実施の形態について詳細に説明する。
【００３４】
この微粒子積層金属材の製造方法では、金属薄板を複数枚重ね合わせて圧延して接合し、得られた中間圧延材を再び複数枚重ね合わせて圧延して接合する圧延パスを繰り返して初期の１枚の前記金属薄板の結晶粒径が微粒子の薄膜層となった微粒子積層金属材を製造するものであり、いわゆる繰り返し重ね接合圧延法（ＡＲＢ法）によるものである。
【００３５】
この繰り返し重ね接合圧延法（ＡＲＢ法）による微粒子積層金属材の製造方法では、金属薄板を複数枚重ね合わせて圧延することを繰り返すことから、出発材となる金属薄板としては、圧延に供することができる金属材料の薄板であれば何等制限はなく、通常の圧延によって得られた圧延材、粉末原料からの焼結材等、製造方法は何であっても良く、素材も鉄鋼などほか、アルミニウム、銅等の非鉄金属、あるいはこれらの合金など何等制限はない。
【００３６】
このような金属薄板は複数枚重ね合わせられ、複数回圧延されて接合されることが繰り返されるが、金属薄板の重ね合わせ枚数は、２枚以上何枚であっても良く、圧延設備の能力など圧延可能条件などによって適宜定めれば良い。
【００３７】
この重ね合わせ接合圧延では、圧延の１パス毎に得られた中間圧延材を再び重ね合わせて圧延して接合することを繰り返すようにするほか，複数パス毎に得られた中間圧延材を再び重ね合わせて圧延して接合することを繰り返すようにしても良く、この場合の重ね合わせ枚数も２枚以上複数枚とすれば良い。
【００３８】
この重ね合わせ圧延では、極めて大きな歪を与えることができることから、金属薄板の接合面は、脱脂とワイヤブラッシングとを行うことで良く、接合温度は高い方が良いが、歪の蓄積との兼ね合いから再結晶温度以下の温間域で行うようにする。
【００３９】
そして、この重ね合わせ接合圧延では、重ね合わせ接合圧延が繰り返されるにしたがって初期（圧延開始時）の１枚の金属薄板が次第に薄くなり、その厚さに応じて結晶粒径も微小になって微粒子径の薄膜層が積層された状態になるが、圧延パスが繰り返され、ある圧延パス数を超えると、結晶粒径の寸法減少が飽和してそれ以上小さくすることが困難になる傾向があることから、この微粒子積層金属材の製造方法では、金属薄板に大きなせん断応力を付加することができる上下ワークロールの周速を変えて行う異速圧延が行われ、接合圧延の全圧延パスの少なくとも１パスを異速圧延するようにする。
【００４０】
この異速圧延によれば、通常の上下ワークロールの周速が同一の等速圧延に比べ、金属薄板の板厚方向に大きなせん断応力を付加することができ、大きな加工度を得て結晶粒径の減少を飽和させずに結晶粒径を一層微小径にすることができる。
【００４１】
したがって、少なくとも１パスを異速圧延とするが、異速圧延による圧延パスが多くなればなる程少ない圧延パスで結晶粒を所定の微粒子径にすることができる。
【００４２】
こうして、重ね合わせ接合圧延を繰り返して初期（圧延開始時）の１枚の金属薄板の結晶粒が微粒子径の薄膜層になったときに、微粒子積層金属材の製造が完了する。
【００４３】
このような微粒子積層金属材では、その１層の厚さが、たとえば１ｎｍになれば、この１層を構成する金属の結晶粒の粒子径が最大でも１ｎｍになると考えられ、このことから結晶粒径が１ｎｍの金属材料を製造することができる。
【００４４】
このような微粒子積層金属材の製造方法を構成する異速圧延は上下ワークロールの周速度を変えることで行われ、同一径の上下ワークロールを異なる速度で駆動したり、異なる径の上下ワークロールを同一速度で駆動する場合のいずれの構成でも良く、通常圧延と別にスタンドを設けて異速圧延したり、１スタンドで通常圧延と異速圧延を切り替えて行うようにしても良い。
【００４５】
また、異速圧延の圧延スタンドは１スタンドに限らず、複数スタンドとしても良く、少なくとも１パスの異速圧延を行うことができれば良い。
【００４６】
さらに、この発明の微粒子積層金属材の製造方法では、圧延パスの少なくとも１パス以上の圧延の前後いずれかに幅圧延を行うようにしている。
【００４７】
金属薄板の重ね合わせ圧延を繰り返すと、板幅端にエッジクラックが発生し、両側の板幅端をトリミングしなければならず、その分だけ歩留まりが低下することになるが、この微粒子積層金属材の製造方法では、圧延パスの少なくとも１パス以上の圧延の前後いずれかに幅圧延を行うようにしており、この幅圧延によってエッジ割れを防止でき、トリミングの必要をなくして良好な積層金属材を製造することができる。
【００４８】
このような幅圧延には、ストリップエッジャーが用いられ、圧延材の幅方向両端部を上下の押さえロールで押さえることで、薄い圧延材であっても幅圧下ができるようにして行われる。
【００４９】
また、この微粒子積層金属材の製造方法では、圧延パスの少なくとも前後いずれかで積層金属材を冷却するようにしている。
【００５０】
金属薄板の重ね合わせ接合圧延を繰り返すと、圧延材に加工発熱が生じ、圧延材の温度が上昇することになるが、この微粒子積層金属材の製造方法によれば、圧延パスの少なくとも前後いずれかで積層金属材を冷却するようにしており、加工発熱による板温度上昇を防止しながら圧延することができる。
【００５１】
この圧延材の冷却は、たとえば圧延機の入り側または出側のいずれか、あるいは入出の両側に圧延材を冷却する冷却装置を設け、圧延材にノズルから冷却媒体、たとえば水を噴射して直接かけることで冷却し、圧延材に付着した冷却媒体を水切りロールで拭き取るようにしたり、圧延機の上下ワークロールに水を噴射して冷却することで、上下ワークロールと接触する圧延材を間接的に冷却するようにしても良い。
【００５２】
なお、冷却媒体は水に限らず他の液体や気体などを用いるようにしても良い。
【００５３】
さらに、この微粒子積層金属材の製造方法は、圧延パスの少なくとも１パス以上で、水平面内で上下ワークロールを交差させた水平クロスロールで圧延するようにしている。
【００５４】
この水平クロスロールによる圧延を圧延パスの少なくとも１パス以上で行うことで、異速圧延では、板厚方向全域に亘って大きなせん断応力が付加されるのに対し、板幅方向（水平方向）に大きなせん断応力が付加され、一層大きな加工度が得られ、通常圧延や異速圧延だけの場合に比べ、結晶粒をより一層微細化することができる。
【００５５】
次に、このような微粒子積層金属材を製造するための設備について、図面に基づき具体的に説明する。
【００５６】
図１および図２は、それぞれこの発明の微粒子積層金属材の製造方法および設備の一実施の形態にかかる製造設備の概略構成図である。
【００５７】
この微粒子積層金属材の製造設備（以下、単に製造設備とする）２０は、たとえば図１に示すように、一方側の２台の巻き取り巻き戻し装置２１，２１ａから供給される２枚の金属薄板１１，１１ａを重ねて圧延機２２で圧延して接合し、得られた中間圧延材１２を再び２枚重ねて圧延機２２で圧延する圧延パス（往復圧延パス）を繰り返して微粒子積層金属材１３を製造するためのものであり、中間圧延材１２を長さ方向中央部で切断して他方側の２台の巻き取り巻き戻し装置２３，２３ａで巻き取り、これら２枚の中間圧延材１２，１２ａを巻き戻して重ね、再び圧延して接合するようになっている。
【００５８】
なお、金属薄板１１は２枚重ねる場合に限らず、さらに多くの枚数を重ねるようにしても良く、それぞれの側に枚数に応じた巻き取り巻き戻し装置を設置すれば良い。
【００５９】
この製造設備２０では、圧延機２２を中心とした一方側の巻き取り巻き戻し装置２１，２１ａまでと他方側の巻き取り巻き戻し装置２３，２３ａまでとの間にそれぞれ同一の機器が配置されて往復圧延を繰り返して行うようになっていることから、ここでは一方側について説明し、他方側については同一機器に同一符号を印して説明は省略する。
【００６０】
この製造設備２０では、たとえば圧延機２２として１スタンドの異速圧延が可能な４段圧延機２２を用い、少なくとも１パスの圧延を上下ワークロール２２ａ，２２ｂの周速度を変えて圧延できるようにしてあり、ここでは、上下同一径のワークロール２２ａ、２２ｂを図示しない駆動装置で異なる速度で駆動して異速圧延を行ったり、同一速度で駆動して等速圧延を行うようにし、１スタンドの圧延機でいずれの圧延もできるようにしてある。
【００６１】
この４段圧延機２２での異速圧延により、板厚方向全域にわたって大きなせん断応力を付加することができ、大きな加工度を得て結晶粒を通常の圧延（等速圧延）に比べ、結晶粒径の減少が飽和することを抑えて一層微細化することが可能となる。
【００６２】
なお、少なくとも１パスを異速圧延とすれば良く、全圧延パスを異速圧延としても良い。また、通常の圧延機２２に加えて異速圧延機を別スタンドとして設置しても良く、この場合には、異速圧延機の上下ワークロールの径を変え、同一速度で駆動することで異速圧延ができるようにすることもできる。さらに、通常圧延機を複数スタンド設けたり、異速圧延機を複数スタンド設けるようにすることもできる。
【００６３】
また、この製造設備２０では、図２に示すように、異速圧延が可能な４段圧延機２２に加えて上下ワークロール２４ａ，２４ｂを水平面内で交差させた水平クロスミル２４が設けてある。
【００６４】
この水平クロスミル２４による圧延により、板幅方向（水平面内）全域にわたって大きなせん断応力を付加することができ、大きな加工度を得て結晶粒を通常の圧延に比べ、一層微細化することができ、さらに異速圧延と組み合わせることで、板幅方向全域および板厚方向全域にわたって大きなせん断応力を付加することができ、それぞれを単独で用いる場合に比べ、さらに結晶粒を微細化することができる。
【００６５】
この製造設備２０では、このような４段圧延機２２や水平クロスミル２４の入り側に中間圧延材１２，１２ａなどの圧延材を冷却する冷却装置２５が設置してあり、中間圧延材１２，１２ａなどの上下に冷却箱２５ａ，２５ｂが設けられ、内部に設置した図示しないノズルから冷却媒体、たとえば水を噴射して直接かけることで冷却し、中間圧延材１２，１２ａなどに付着した冷却媒体を水切りロール２６で拭き取るようになっている。
【００６６】
なお、中間圧延材などの冷却は、直接中間圧延材などを冷却する場合に限らず、圧延機の上下ワークロールに水を噴射して冷却することで、間接的に中間圧延材などを冷却するようにしても良く、また、圧延機の入り側で冷却する場合に限らず、出側に冷却装置を設けて冷却するようにしても良い。さらに、冷却媒体も水に限らず他の液体や気体などの流体を用いるようにすることもできる。
【００６７】
さらに、この製造設備２０の冷却装置２５の上流側には、ストリップエッジャー２７が設置してあり、中間圧延材１２，１２ａなどを幅圧下できるようになっている。このストリップエッジャー２７には、中間圧延材１２，１２ａなどの幅方向両端部を上下に押さえる押さえロール２８が備えられ、薄い中間圧延材１２，１２ａなどであっても幅圧下ができるように構成してある。
【００６８】
このストリップエッジャー２７による幅圧下により、中間圧延材１２，１２ａなどの板幅端にエッジクラックが発生することが防止でき、微粒子積層金属材１３のトリミングの必要をなくすことができる。
【００６９】
また、この製造設備２０では、ストリップエッジャー２７の上流側に中間圧延材１２，１２ａを切断するシャー２９が設置してあり、圧延機２２で圧延して接合された中間圧延材１２，１２ａを長手方向中間部で切断して再び２枚の金属薄板１１，１１ａを得ることができるようにする。このシャー２９の前後には、それぞれ切断の際に中間圧延材１２，１２ａを押さえるピンチロール３０が設けてあり、板厚の薄い中間圧延材１２，１２ａであっても容易に切断できるようにしてある。このシャー２９は中間圧延材１２，１２ａを送りながら切断するフライングシャーで構成したり、中間圧延材１２，１２ａを停止させて切断するシャーのいずれで構成しても良い。また、ピンチロール３０はシャー２９による切断の際に中間圧延材１２，１２ａを押さえるためだけでなく、重ね合わせた中間圧延材１２，１２ａを圧延機２２に送る際に押さえるためにも使用される。
【００７０】
この製造設備２０では、シャー２９の上流側のピンチロール３０の上流に２枚の金属薄板１１，１１ａや中間圧延材１２，１２ａの接合面となる上側の板材の裏面と下側の板材の表面とに接触する位置にブラシロール３１が設けられ、圧延による接合前に２枚の板材の接合面を清浄化できるようにしてある。
【００７１】
そして、このブラシロール３１の上流側にすでに説明した２台の巻き取り巻き戻し装置２１，２１ａが設置してあり、それぞれに巻かれている金属薄板１１，１１ａを巻き戻してブラシロール３１を介してピンチロール３０に送り込んで４段圧延機２２で圧延して接合するようにしたり、圧延して接合された中間圧延材１２，１２ａを１台目の巻き取り巻き戻し装置２１で巻き取った後、中間部をシャー２９で切断し、もう１台の巻き取り巻き戻し装置２１ａで巻き取ることができるようにしてある。
【００７２】
そして、この製造設備２０の他方側には、圧延機２２の下流側に向かって上記一方側と対称に同一機器が設置してあり、最も下流側に巻き取り巻き戻し装置２３，２３ａが設置してある。
【００７３】
このように構成した製造設備２０では、次のようにして金属薄板１１，１１ａから微粒子積層金属材１３が製造される。
【００７４】
まず、一方側から他方側に金属薄板を送って重ね合わせ接合圧延を行う。
このため、一方側の巻き取り巻き戻し装置２１，２１ａにコイル状の金属薄板１１，１１ａを装着し、それぞれを巻き戻して先端をピンチロール３０に噛み込ませるようにするとともに、これら２枚の金属薄板１１，１１ａの間にブラシロール３１が位置するようにする。そして、必要に応じてシャー２９で金属薄板１１，１１ａの先端をそろえるための切断を行い、ピンチロール３０、ストリップエッジャー２７、冷却装置２５、水切りロール２６を介して４段圧延機２２に噛み込ませて他方側に送り、水切りロール２６、冷却装置２５、ストリップエッジャー２７、ピンチロール３０、シャー２９、ピンチロール３０およびブラシロール３１を通過させて他方側の巻き取り巻き戻し装置２３に巻きかける。
【００７５】
こうして準備が完了した後、一方側のシャー２９以外の各機器および圧延機２２を運転するとともに、他方側の巻き取り巻き戻し装置２３を運転し、これ以外の機器は圧延材を通過可能な状態として重ね合わせ接合圧延を開始する。
【００７６】
この重ね合わせ圧延では、少なくとも圧延パスの１パス以上で異速圧延を行うとともに、水平クロスミル２４が設置してある場合には、水平クロスロール圧延を少なくとも１パス以上行うようにする。
【００７７】
こうして金属薄板１１，１１ａを重ねて圧延して接合して行き、全長の中間部まで圧延が行われたところで、他方側のピンチロール３０，３０およびシャー２９を運転して中間圧延材１２を切断し、新たな中間圧延材１２ａの先端部をもう１台の巻き取り巻き戻し装置２３に巻きかけて巻き取るようにする。
【００７８】
こうして一方側から他方側への重ね合わせ接合圧延が完了した後、同様にして他方側から一方側への重ね合わせ圧延を行うことを繰り返し、重ね合わされる各層の結晶粒径が所定の微小粒径になるまで往復圧延パスを繰り返して微粒子積層金属材１３を製造する。
【００７９】
そして、繰り返し圧延による加工発熱は冷却装置２５で除去しながら所定の温度条件を保ちながら圧延が行われる。
【００８０】
また、重ね合わせられる金属薄板１１，１１ａや中間圧延材１２，１２ａは４台のピンチロール３０で挟んで送ることで、ずれなどを防止して安定した状態で送給することができる。
【００８１】
このような製造設備１０によれば、微粒子積層金属材１３を実験室規模でなく工場規模で大量生産でき、工業的に利用することができる。
【００８２】
【実施例】
以下にこの発明の微粒子積層金属材の実施例について、比較例とともに具体的に説明するが、この発明はこれら実施例に限定するものでない。
【００８３】
［共通の実験条件］
▲１▼  圧延材：工業用純アルミニウム：Ａ１０５０材、初期板厚：２ｍｍを用いた。
【００８４】
▲２▼  圧延条件：繰り返し重ね接合圧延での各圧延パスごとに、ワイヤブラシによる表面処理を施し、室温にて無潤滑で圧延を行った。
【００８５】
▲３▼  結晶粒径の測定：透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用い、中間圧延材などの厚さ方向断面を観察して平均結晶粒径ｄ（ｎｍ）を求めた。
【００８６】
［実施例１］
圧延材を１パスごとに２枚重ねることを繰り返して異速圧延を行った。
異速圧延の異速比を１．１０とし、１パスごとの圧下率を５０％とした。
そして、重ね合わせ接合圧延の３パス目、６パス目、１３パス目の結晶粒径を観察し、その結果を図３に〇で示した。
【００８７】
図３では、横軸に圧延パス数を、縦軸には、後で説明する比較例１の通常圧延の１３パス目の平均結晶粒径ｄ（ｎｍ）を基準値ａとし、この基準値ａに対する比＝ｄ／ａで表した平均結晶粒径比で示してある。
【００８８】
この結果、ほぼ３パス目以降の各パスで、約４０％程度の結晶粒径の減少が見られ、異速圧延により一層の微細化が可能であることが分かる。
【００８９】
［実施例２］
圧延材を１パスごとに２枚重ねることを繰り返して異速圧延に加えて水平クロス圧延を行った。
【００９０】
異速圧延の異速比を１．１０とし、水平クロス角を１．０度とし、１パスごとの圧下率を５０％とした。
【００９１】
そして、重ね合わせ接合圧延の３パス目、６パス目、１３パス目の結晶粒径を観察し、その結果を図３に△で示した。
【００９２】
この結果、ほぼ３パス目以降の各パスで、通常圧延の場合や異速圧延だけの場合に比べて大幅な結晶粒径の減少が見られ、３パス目および６パス目で通常圧延に比べて約６０％、１３パス目で約７０％の結晶粒径の減少が確認でき、異速圧延に加えて水平クロス圧延を行うことがより一層の微細化に有効であることが分かる。
【００９３】
［比較例１］
圧延材を１パスごとに２枚重ねることを繰り返して１パスごとの圧下率を５０％として通常圧延を行った。
【００９４】
そして、重ね合わせ接合圧延の３パス目、６パス目、１３パス目の結晶粒径を観察し、その結果を図３に×で示した。
【００９５】
図３では、この通常圧延の１３パス目の平均結晶粒径ｄ（ｎｍ）を基準値ａとし、この基準値ａに対する比＝ｄ／ａでそれぞれの平均結晶粒径を示してある。
【００９６】
この結果、圧延パスの増加とともに結晶粒径の減少が飽和する傾向が見られ、特に実施例１の異速圧延だけの場合や実施例２の異速圧延および水平クロス圧延の場合に比べ、結晶粒径の減少が飽和する傾向が大きく、微細化に限界があることが分かる。
【００９７】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の微粒子積層金属材の製造方法によれば、金属薄板を複数枚重ねて圧延して接合し、得られた中間圧延材を再び複数枚重ねて圧延して接合する圧延パスを繰り返して微粒子層の積層金属材を製造するに際し、上下ワークロールの圧延速度を変えた異速圧延による圧延パスを少なくとも１パス以上行うようにしたので、異速圧延により板厚方向全域に亘って大きなせん断応力が付加され、大きな加工度を得て、通常圧延に比べ、結晶粒径の減少が飽和することを抑えて結晶粒を一層微細化することができる。
【００９８】
また、この発明の請求項２記載の微粒子積層金属材の製造方法によれば、前記異速圧延を同径の上下ワークロールまたは異径の上下ワークロールで行うようにしたので、これらの異速圧延で板厚方向全域に亘って大きなせん断応力が付加され、大きな加工度を得て、通常圧延に比べ、結晶粒径の減少が飽和することを抑えて結晶粒を一層微細化することができる。
【００９９】
さらに、この発明の請求項３記載の微粒子積層金属材の製造方法によれば、前記圧延パスの少なくとも１パス以上の前記圧延の前後いずれかに幅圧延を行うようにしたので、幅圧延によってエッジ割れを防止して良好な微粒子積層金属材を製造することができる。
【０１００】
また、この発明の請求項４記載の微粒子積層金属材の製造方法によれば、前記圧延パスの少なくとも前後いずれかで積層金属材を冷却するようにしたので、加工発熱による板温度上昇を防止しながら圧延することができ、品質の優れた微粒子積層金属材を製造することができる。
【０１０１】
さらに、この発明の請求項５記載の微粒子積層金属材の製造方法によれば、前記圧延パスの少なくとも１パス以上で、水平クロスロールで圧延するようにしたので、異速圧延により板厚方向全域に亘って大きなせん断応力が付加されるのに加え、板幅方向にも大きなせん断応力が付加され、一層大きな加工度が得られ、通常圧延に比べ、結晶粒径の減少が飽和することを抑えて結晶粒をより一層微細化することができる。
【０１０２】
また、この発明の請求項６記載の微粒子積層金属材の製造設備によれば、金属薄板を複数枚重ねて圧延して接合し、得られた中間圧延材を再び複数枚重ねて圧延して接合する圧延パスを繰り返して微粒子層の積層金属材を製造する設備において、前記圧延パスの少なくとも１パスを、異速に速度設定可能な上下ワークロールを備えた少なくとも１スタンドの圧延機を設けて圧延するようにしたので、異速圧延機により板厚方向全域に亘って大きなせん断応力が付加され、大きな加工度が得られ、通常圧延機だけの場合に比べ、結晶粒径の減少が飽和することを抑えて結晶粒を一層微細化することができるとともに、工業規模で大量生産することが可能となる。
【０１０３】
さらに、この発明の請求項７記載の微粒子積層金属材の製造設備によれば、前記圧延パスの少なくとも１パスを、水平クロスロールを備えた少なくとも１スタンドの圧延機を設けて圧延するようにしたので、水平クロスロール圧延機により板幅方向にも大きなせん断応力を付加することができ、一層大きな加工度として結晶粒を微細化することができる。
【０１０４】
また、この発明の請求項８記載の微粒子積層金属材の製造設備によれば、前記圧延機の入出側の少なくとも一方に幅圧下用のエッジャーを設けるようにしたので、幅圧下用のエッジャーによってエッジ割れを防止して良好な微粒子積層金属材を製造することができる。
【０１０５】
さらに、この発明の請求項９記載の微粒子積層金属材の製造設備によれば、前記圧延機の入出側の少なくとも一方に板材冷却用の冷却装置を設けるようにしたので、加工発熱による板温度上昇を防止しながら圧延することができ、品質の良い微粒子積層金属材を製造することができる。
【０１０６】
また、この発明の請求項１０記載の微粒子積層金属材の製造設備によれば、前記圧延機の入出側にそれぞれシャーを設けるとともに、各シャーの前後に板材を押えるピンチロールを設けるようにしたので、薄い積層金属材であってもピンチロールで押えることでシャーで切断して繰り返し重ね合わせ圧延による接合を行うことができる。
【０１０７】
さらに、この発明の請求項１１記載の微粒子積層金属材の製造設備によれば、前記圧延機の入出側の端部に板材を巻き取りかつ複数枚重ねて巻き戻すことができる複数台の巻き取り装置を設けるとともに、複数枚の板材の重ね合わせ面間にブラシロールを設けるようにしたので、複数台の巻き取り装置によって繰り返し重ね合わせ圧延ができ、しかもブラシロールによって接合面となる重ね合わせ面の清浄化もでき、接合も容易となり、品質の良い微粒子積層金属材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の微粒子積層金属材の製造方法および設備の一実施の形態にかかる製造設備の概略構成図である。
【図２】この発明の微粒子積層金属材の製造方法および設備の他の一実施の形態にかかる製造設備の概略構成図である。
【図３】この発明の微粒子積層金属材の製造方法および設備の一実施の形態にかかる実施例および比較例の微粒子積層金属材の圧延パスに対する平均結晶粒径の測定結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１１，１１ａ  金属薄板
１２，１２ａ  中間圧延材
１３  微粒子積層金属材
２０  微粒子積層金属材の製造設備
２１，２１ａ  巻き取り巻き戻し装置
２２  圧延機
２２ａ，２２ｂ  上下ワークロール
２３，２３ａ  巻き取り巻き戻し装置
２４  水平クロスミル
２４ａ，２４ｂ  上下ワークロール（水平クロスロール）
２５  冷却装置
２６  水切りロール
２７  ストリップエッジャー
２８  押さえロール
２９  シャー
３０  ピンチロール
３１  ブラシロール
【図１】
2004223540.tif 000003
【図２】
2004223540.tif 000004
【図３】
2004223540.tif 000005