(57)【要約】【課題】単一組成の金属材料からなり、板厚方向に傾斜機能を備えた板材とその製造方法を提供する。【解決手段】単一組成の金属材料からなり、断面組織が板厚中心に対して非対称である板厚方向に傾斜機能を有する金属板であり、板厚方向に傾斜機能を有する金属板の製造方法としては、二枚の金属板を重ね合わせて圧延を施した後、それぞれの金属板を重ね合わせ面に沿って引き剥がすかもしくは一枚の金属板を除去するか、或いはさらに熱処理を施すことにより断面組織の一部または全体を変質させる板厚方向に傾斜機能を有する金属板の製造方法である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一組成の金属材料からなり、断面組織が板厚中心に対して非対称であることを特徴とする板厚方向に傾斜機能を有する金属板。
【請求項２】
請求項１に記載の板厚方向に傾斜機能を有する金属板は、二枚の金属板を重ね合わせて圧延を施した後、それぞれの金属板を重ね合わせ面に沿って引き剥がすか若しくは一枚の金属板を除去することを特徴とする板厚方向に傾斜機能を有する金属板の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の板厚方向に傾斜機能を有する金属板は、二枚の金属板を重ね合わせて圧延を施した後、それぞれの金属板を重ね合わせ面に沿って引き剥がすか若しくは一枚の金属板を除去し、断面組織の一部または全体を変質させる加熱処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の板厚方向に傾斜機能を有する金属板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、板厚方向に傾斜機能を有する金属板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
傾斜機能材料は単一の素材では実現し得ない複合的性質を具備することが可能である。例えば、金属とセラミックスの比率を徐々に変化させ組成と組織を傾斜化させ界面を無くすことで硬度と靭性など両立し難い二つの機能を一体の材料に組み込むことが可能である。
従来の傾斜機能材料の多くは、上記のような二種以上の性質の異なる素材から出発し、これらを接合もしくは焼結等の方法により一体化し、さらに拡散熱処理を施すなどして傾斜機能を実現したものである。（例えば、非特許文献１参照。）
一方、単一の素材からなる傾斜機能材料の事例として、くさび型試料の圧延／圧縮を利用し、磁気的傾斜機能材料を作成する試みもなされている。（例えば、非特許文献２参照。）
【０００３】
【非特許文献１】
瀬川明夫ら著  「塑性と加工」  日本塑性加工学会誌  ３６−４１８  （１９９５）  １２６３−１２６８
【非特許文献２】
インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｃｈ．ｏｒ．ｊｐ／ｒｓｐ／ｉｔｅｎ／０１３３．ｈｔｍｌ長野県地域研究開発促進拠点支援事業文部科学省庁  科学技術振興事業団  ホームページ＞
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
金属板材において厚さ方向に傾斜機能を形成する場合、従来は二種以上の材料を接合する必要があり、接合に掛かる製造コストが高くなる問題点があった。また、このような二種以上の材料からなる傾斜機能材料にエッチングを適用する場合、異種金属間の電池効果により所望のエッチング速度やエッチング形状が得難い場合がある。
本発明の目的は、上述の問題を解決し単一組成の金属材料からなり、板厚方向に傾斜機能を備えた板材とその製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討の結果、圧延においては圧延ロールに接する板材表面と、板厚中心部とでは進行方向の伸びが小さくなる点に着目し、二枚の板材を重ね合わせて圧延すると、重ね合わせた板材の総厚の中心部付近が仮想的な板厚中心部になるため、圧延ロールに接する外側の面には大きな伸びが、仮想的な板厚中心部には小さな伸びが導入され、さらに圧延後それぞれの金属板を重ね合わせ面に沿って引き剥がすかもしくは片方の金属板を除去して得られた板材には、板厚中心に対して非対称な断面組織が形成されることを見出し本発明に到達した。
【０００６】
すなわち本発明は、単一組成の金属材料からなり、断面組織が板厚中心に対して非対称である板厚方向に傾斜機能を有する金属板である。
前記の本発明の板厚方向に傾斜機能を有する金属板の製造方法としては、二枚の金属板を重ね合わせて圧延を施した後、それぞれの金属板を重ね合わせ面に沿って引き剥がすかもしくは一枚の金属板を除去するか、或いは、二枚の金属板を重ね合わせて圧延を施した後、それぞれの金属板を重ね合わせ面に沿って引き剥がすかもしくは一枚の金属板を除去し、断面組織の一部または全体を変質させる加熱処理を施す板厚方向に傾斜機能を有する金属板の製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明の金属板材の重要な特徴は単一組成の金属材料からなり、断面組織が板厚中心に対して非対称の金属組織であるため、端的な特徴として表面と裏面とで異なる性質を示す点にある。
本発明で言う断面組織が板厚中心に対して非対称とは、断面の金属組織を見た時、表面側の金属組織と裏面側の金属組織とが異なるもので、例えば、結晶粒度や硬さ等の違いによって確認することができる。
従来の単一組成の金属材料においては、例えば焼鈍後に圧延を行った金属組織では、ロールによる伸びは板厚中心部付近が最も小さく、表、裏面付近は大きな伸びを受けることになり、それに伴い金属組織が変化して行く。この場合、表面側及び裏面側の金属組織は、同じ歪量を受けたことにより実質的に同じ結晶粒度を持った金属組織となる。
【０００８】
この点において、本発明の断面組織が板厚中心に対して非対称の金属組織は、一方の表面側から、もう一方の表面側に向かうに従い金属組織が変化し、単一組成の金属材料でありながら、断面の金属組織が板厚中心に対して非対称となるという特徴的な金属組織を呈する場合や、板厚中心部にあるべき歪の少ない領域が、表面、裏面何れかの方向にずれた金属組織を呈することになる。
なお、例えば単一組成の金属板一枚を冷間圧延し、更に冷間圧延後の金属板材の片側の表面のみに表面処理、熱処理を新たに実施し、金属材料の金属組織を変化させたものは本発明の対象外である。
【０００９】
そして、本発明の金属板は、上述のような特徴的な金属組織を有していることから、表面と裏面とで異なる性質を示し、例えば、板厚方向に以下のような傾斜機能を有する。
（１）  表面側と裏面側とでそれぞれ板面に垂直方向に入力された力に対して異なる変形挙動を示す。
（２）  エッチングに用いた場合、表面と裏面でそれぞれ異なるエッチング速度やエッチングファクターを示す。
（３）  強磁性金属材料においては、表面と裏面とで異なる透磁率を有する。
このように板厚方向に傾斜機能を有していることから、従来は用いることを検討されなかった新たな用途への適用の可能性が大いに広がることが期待できる。
【００１０】
次に本発明の製造方法について説明する。
上述した通り本発明の製造方法は、一般的に、圧延工程においては板材の圧延ロール表面に近い部分は進行方向に対して伸びが早く導入されるのに対し、板厚中心部付近は伸びの導入が遅くなる現象に着目したもので、二枚の板材を重ね合わせて圧延すると、重ね合わせた板材の総厚の中心部付近が仮想的な中心部となり、それぞれの重ね合わせた金属板を重ね合わせ面に沿って引き剥がすかもしくは一枚の金属板を除去して得られた板材には板厚中心に対して非対称な断面組織を形成することができる。
本発明の製造方法において、例えば、二枚の金属板（以下マスター材）の材質、板厚、機械的性質を適宜選択することにより、仮想板厚中心部を制御し、断面組織の対称性を調整することができる。なお、圧下率を大きくとるほど上記作用は顕著であるが、特性を損なう場合があるため、所望の特性に応じて適宜変化させると良い。
【００１１】
なお、本発明で言う、それぞれの重ね合わせた金属板を重ね合わせ面に沿って引き剥がすとは、文字通り、重ね合わせた二枚の金属板を重ね合わせ面に沿って、引きはがして一枚づつとすることを言い、一枚の金属板を除去とは、例えば機械研作やエッチングにより、一方の金属板を除去することを言う。
引き剥すか、或いは除去するかは、用いる二枚の材質、厚さ等を考慮し、最適な方法を適宜用いればよい。
【００１２】
上述の製造方法で得られた材料を重ね合わせ面に沿って引き剥がすか、或いは何れかのマスター材を除去することで、本発明の金属板を得ることができる。この時、用いるマスター材の材質によっても異なるが、過度に加熱を加えない方が良い。これは、二枚のマスター材が加熱によって拡散し接合される場合があり、除去が困難となる場合があるためである。そのため、好ましくは冷間で圧延を行うと良い。また、マスター材の重ね合わせ面の剥離性を向上させるため、離型材としてはアルミナ、ＢＮ等のセラミックス粉末や、油脂類を塗布すると良い。
また、圧延時の圧下率は用いるマスター材の材質、厚み等を考慮して適宜変化させると良く、板厚方向の傾斜機能の目的とする特性を考慮しながら圧下率を決定すると良い。
【００１３】
上記圧延を施し、重ね合わせ面に沿って引き剥がすか或いは一枚の金属板を除去した板材に熱処理を施すことにより厚さ方向の断面組織を変化させることが出来る。
例えば、再結晶温度付近で熱処理を施すと、歪量の違いにより表面側と裏面側の回復挙動が異なるため、断面組織の一部または全体を変化させることができる。
さらに、マルテンサイト変態を生じる金属材料では、加工誘起変態を利用したり、或いはさらに熱処理を組み合わせることで、表面と裏面とで断面組織を変化させることもできる。
【００１４】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
厚さ１．１ｍｍのＦｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ（ｍａｓｓ％）合金の金属板材と、厚さ０．１ｍｍのＡｇ−１５Ｃｕ（ｍａｓｓ％）の金属板材をマスター材として、これら二枚のマスター材を重ね合わせて室温状態で、二枚の合計の厚さ１．２ｍｍに対して０．５０ｍｍまで圧延した。（圧下率５８％）
【００１５】
そして、前記Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ（ｍａｓｓ％）合金の再結晶温度付近である７２０℃で１分間熱処理を施した。この試料の断面ミクロ組織と引き剥がしたＡｇ−１５Ｃｕの金属板のミクロ組織を並べて図１に示す。
この図で、Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ（ｍａｓｓ％）合金板の圧延ロール側は、再結晶組織が生成されているのに対し、重ねあわせ面側は圧延組織から大きな変化はなく、板厚方向に連続的に金属組織が変化していることがわかる。
次に、上記板材全体を硝酸に浸漬してＡｇ−１５Ｃｕ（ｍａｓｓ％）の金属板だけを除去した後、それぞれの面のビッカース硬さを測定したところ、圧延ロール側の硬さは１２０Ｈｖ、重ねあわせ面側の硬さは１６０Ｈｖと、両面で異なる硬さが得られており、厚さ方向に連続的に変化した金属組織を反映し、表面と裏面とで異なる機械的性質が得られていることが確認できた。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、二種以上の性質の異なる素材から出発し、これらを接合もしくは焼結する等の方法による従来の傾斜機能材料のように、コスト増を招くことなく板厚方向に傾斜機能を備えた板材とその製造方法を提供することができ、新たな用途への適用の可能性が大いに広がることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す顕微鏡写真とその模式図である。
【図１】
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