(57)【要約】【課  題】表面欠陥を生じさせることなく、かつ製造コストの増大を招くことなく、圧着強度に優れた金属クラッド材の製造方法を提供する。【解決手段】２枚以上の金属材を重ねて圧延し、前記金属材を圧着する金属クラッド材の製造方法において、前記圧延を施す前に前記金属材の圧着予定面の少なくとも一方にショッブラスト処理を施す。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚以上の金属材を重ねて圧延し、前記金属材を圧着する金属クラッド材の製造方法において、前記圧延を施す前に前記金属材の圧着予定面の少なくとも一方にショットブラスト処理を施すことを特徴とする金属クラッド材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼やアルミ合金等の金属材を２枚以上重ねて圧延して金属クラッド材を製造する方法に関し、詳しくは圧着強度に優れた金属クラッド材を歩留り良く、しかも低コストで製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属クラッド材とは、性質の異なる異種金属をその厚み方向に積層状に一体化した材料のことで、それぞれの金属の特徴を兼ね備えている。また、拡散焼鈍によって異種金属の成分を相互拡散させ、従来の製法では製造が困難であった金属素材として用いられることもある。金属クラッド材では、要求される性能や用途に応じて各種の金属や合金鋼が組み合せられるが、特に製品厚みの小さい金属クラッド材の製造には圧延で圧着する製造方法が用いられる。
【０００３】
圧延で金属クラッド材を製造するにあたっては、２個以上のコイル状に巻かれた金属材を巻き出し、圧延機入側で重ね合わせ、圧延機の入側および出側から張力を付与しながら、圧延ロールで上下から圧下して圧着させ、１枚の板とした上で１個のコイルに巻き取る方法が一般的である。図３は、圧延によって金属クラッド材を製造する際に使用する従来から知られている圧延装置の例を模式的に示す配置図である。
【０００４】
巻き出し側のリール１およびリール２から巻き出された金属材３，４は、圧延ロール５で圧延されて圧着され、巻き取り側のリール６で巻き取られる。ここで、金属クラッド材では、圧着された金属材同士の圧着強度が重要であり、この圧着強度を上げるために、従来からいくつかの方法が試みられている。
特許文献１では、圧延前に金属材の圧着面をブラシングして酸化物や不純物  等を除去するとともに、圧着面にアルミを介在させて金属原子の拡散速度を高くし、かつ２０〜５０％の圧下率で圧延することによって、圧着強度を向上させる方法を開示している。
【０００５】
また、特許文献２では、真空槽内で活性化処理する金属クラッド材の製造法において、低圧不活性ガス雰囲気の圧力を限定し、交流電流の周波数を限定し、かつ電極の面積等を限定してスパッタエッチング処理した後、冷間圧延で圧着することにより、用途に応じた圧着強度が得られる方法を開示している。
また、特許文献３では、真空槽内で圧着面にイオンエッチングして活性化させた後、圧着圧延を行ない、加熱拡散処理を施す方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−１３８０７８号公報
【特許文献２】
特公平７−５５３８４  号公報
【特許文献３】
特開２００１−８７８７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献１で開示された技術では、金属材の表面に直接ブラシを接触させてブラシングするため、薄肉の金属材を適用した場合には穴あき等の欠陥を生じやすいという問題がある。また、ブラシの摩耗等によりブラシング効果の持続が難しいことや、ブラシと金属面の接触が不均一になりやすく、圧着むらが生じやすいという問題がある。また圧着面にアルミを介在させるための方法として、金属材にアルミめっきを施したり、圧着する金属材の間にアルミ箔を挿入する方法を開示しているが、いずれも製造コストが増加する問題がある。さらに、圧下率が２０〜５０％に規制されることにより、伸びの異なる金属材同士の圧着が困難となったり、所望の製品板厚を得ることが困難になるという問題がある。
【０００８】
また特許文献２で開示された技術では、スパッタエッチング処理装置から圧延装置に至るまで、全て真空槽内に設置するというもので、たとえば冷却ファンを必要とする圧延機モーター等の設置方法のような設備設計上の大きな問題があるだけでなく、各設備の規模的な制約から板幅等も狭いものに限られるという問題がある。
【０００９】
また特許文献３で開示された技術では、圧延装置から加熱装置まで、全て真空槽内に設置し、圧着圧延した後、加熱拡散処理を行なうとしているが、特許文献２と同様に設備的な問題があるだけでなく、金属材によっては加熱処理により組織変態を引き起こし、硬さ等の機械的性質に悪影響を及ぼすことがあるので、適用できる金属材の種類が限られるという問題がある。また、加熱処理のために製造コストが増加するという問題もある。
【００１０】
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解消することにあり、２枚以上の金属材を重ねて圧延して圧着させる金属クラッド材の製造方法において、表面欠陥を生じさせることなく、かつ製造コストの増加を招くことなく、圧着強度に優れた金属クラッド材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明は２枚以上の金属材を重ねて圧延し、前記金属材を圧着する金属クラッド材の製造方法において、前記圧延を施す前に前記金属材の圧着予定面の少なくとも一方にショットブラスト処理を施すこととした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、圧延による金属クラッド材の製造に供される圧延機の概略側面図であり、１，２は金属材の巻き出しのためのリール、３，４は圧着される前の被圧延材である金属材、５は圧延ロールであり、６は圧着された金属クラッド材を巻き取るためのリール、７は圧延前に金属材の圧着予定面をショットブラスト処理するためのショットブラスト装置である。図１中の矢印は、金属材３，４の進行方向を示す。
【００１３】
ショットブラスト処理とは、球状粒（ショット粒とも言う）を空気圧や遠心力で金属材の表面に衝突させる処理のことである。図２は、ショットブラスト装置７の概略を示す側面図である。図２において、８はショットブラスト噴出ノズル、９はショットブラスト噴出ノズル８から噴出された球状粒である。４は巻き出し側のリール２から巻き出された圧延前の金属材で、図２において上側が圧着予定面である。１０は球状粒９が金属材４に残らないように除去するためのワイパーである。図２中の矢印は、金属材４の進行方向を示す。
【００１４】
金属材４の表面に、ショットブラスト噴出ノズル８から噴出された球状粒９が衝突することによって、凹凸ができて粗面化される。ショットブラスト噴出ノズル８を板幅方向の全範囲をカバーするように配置し、連続的に球状粒９を噴出することによって、矢印の方向に移動する金属材４の全面に粗面化処理を施すことが可能となる。
【００１５】
ショットブラスト処理は、従来から金属材３，４の酸化物の除去や外観色調の均一性の確保等のために行なわれている処理である。しかしながら発明者らは、圧着予定面にショットブラスト処理を施すと、金属材３，４の圧着強度が著しく向上するという現象を見出した。この現象を詳細に説明するため、図４に、ショットブラスト処理によって粗面化処理された金属材３，４の表層部の断面を模式的に示す。実際には突起の高さは隣り合うもの同士で異なる場合も多い。
【００１６】
ショットブラスト処理は、球状粒９を金属材３，４に衝突させる処理であり、金属材３，４表面は先端が鋭利な形態の凹凸形状になる。そして、このような先端が鋭利な形態の凹凸形状を有する金属材３，４を圧着すると、圧着強度を向上できる。これは、先端の鋭利な突起部分が、他方の金属材の表面に突き刺さるためである。そのため圧下率が小さくても、高い圧着強度が得られる。
【００１７】
本発明は、このような特性に着目してなされたもので、設備コストやランニングコストの増大を招く真空槽や加熱装置等を必要とせず、圧着強度の高い金属クラッド材の製造が可能である。またショットブラスト処理は、球状粒９を金属材３，４に衝突させる処理であり、球状粒９は数１０μｍから数  １００μｍの大きさであるから、ブラシング法でのブラシと金属材３，４との接触による穴あき等の表面欠陥を生じることもない。
【００１８】
またショットブラスト噴出ノズル８から金属材３，４表面に広範囲に吹き付ける方法であるため、金属材３，４表面に均一な粗面化処理を施すことが可能で、ブラシング法での圧着むらの発生やブラシの摩耗等に起因してブラシング効果の持続が難しいという問題も生じない。ショットブラスト処理を施すのは、圧着予定面の双方でも良いし、片方のみであっても良い。ただし片方のみに施す場合は、硬質な金属材の方にショットブラスト処理を施すのが好ましい。
【００１９】
ショットブラスト処理は、圧延機の入側にショットブラスト装置７を設置して、圧延と同期させて行なっても良いし、あらかじめショットブラストの専用工程でショットブラスト処理を施した後、金属材３，４を圧延機に装入しても良い。
ここで金属材３，４の種類や組み合わせは特に限定せず、ステンレス鋼，一般の炭素鋼，銅，アルミ，チタン等のいずれでも良い。
【００２０】
金属材３，４の板幅が広く、１個のショットブラスト噴出ノズル８で全面の粗面化処理を行なうことが困難な場合は、板幅方向に複数個のショットブラスト噴出ノズル８を配置する。
また３枚以上の金属材からなる金属クラッド材を製造する際には、それぞれの圧着予定面同士の両方または片方にショツトブラスト処理を行なう。
【００２１】
【実施例】
図１に示すような４段圧延機を用いて金属クラッド材を製造する際に本発明を適用した実施例について説明する。表１に発明例および比較例の金属材３，４の種類，板厚および圧延の条件を示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
発明例１，２は、金属材３を板厚０．２ｍｍ  のステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４）とし、金属材４を板厚０．０５ｍｍのアルミ（ＪＩＳ規格Ａ１０５０  ）とし、リール１，２からそれぞれ巻き出し、ショットブラスト装置７により圧着予定面にショットブラスト処理を施し、次いで圧延ロール５によって圧下率５％，３０％の圧延を行ない、巻き取り側のリール６で巻き取った。
【００２４】
発明例３，４は、金属材３を板厚０．２ｍｍ  のステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４）とし、金属材４を板厚０．０５ｍｍの銅（ＪＩＳ規格Ｃ１０２０  ）とし、その他は発明例１，２と同じ条件とした。
圧延荷重や圧延張力は、所望の圧下率が得られるように、各々の金属材３，４に応じて設定した。なお、いずれの金属材３，４も板幅は５００ｍｍ  とした。
【００２５】
ショットブラスト装置７は、空気圧で球状粒９を噴出する方式のものを使用し、空気圧は７  ｋｇｆ／ｃｍ２  ，球状粒９は平均粒径が  １００μｍの高炭素工具鋼を使用した。１個のショットブラスト噴出ノズル８で粗面化処理を行なう範囲は半径約１００ｍｍ  である。発明例１〜４では、板幅方向に５個のショットブラスト噴出ノズル８を、ムラ防止のため粗面化範囲が重なり合うように設置したショットブラスト装置７を使用した。
【００２６】
発明例５〜８は、それぞれ発明例１〜４と同じ金属材３，４を使用し、あらかじめショットブラストの専用工程で金属材３，４にショットブラスト処理を施した後、圧延機に装入したものである。発明例５〜８のショットブラスト処理は、ショットブラストの専用工程で行なったことを除いて、発明例１〜４と同じ条件で行なった。
【００２７】
なお、発明例１〜４のように、圧延機入側で圧延と同期してショットブラスト処理を行なうことをオンライン・ショットブラストと呼び、発明例５〜８のように、あらかじめショットブラストの専用工程で金属材３，４へショットブラスト処理を行なうことをオフライン・ショットブラストと呼ぶこととする。
一方、比較例１は、ショットブラスト処理を施さずに、圧下率３０％の圧延を行なったものである。比較例２，３は、ショットブラスト装置７の代わりにブラシングを施し、圧下率５％，３０％の圧延を行なったものである。
【００２８】
ここで、ブラシング法について、図５に従い簡単に説明する。図５において、１１はブラシングに用いる回転ブラシであり、軟鋼針金が円柱中心から放射線状に広がっている。ブラシング法は、回転ブラシ１１を金属材４に接触させて回転させながら、金属材４の表面を研削して凹凸を付与し、圧着強度の向上を図る方法である。
【００２９】
表１に、各発明例と比較例の圧着強度と表面性状の評価も記載した。圧着強度の評価方法は、Ｔピール剥離試験を採用した。Ｔピール剥離試験とは、金属クラッド材を幅１０ｍｍに切り出し、圧着した各々の金属材３，４を上下方向に引っ張り、剥離したときの荷重で圧着強度を評価するものである。表１では、剥離荷重が  ５００Ｎ／１０ｍｍ以上を良好（○），  ２００Ｎ／１０ｍｍ以上〜  ５００Ｎ／１０ｍｍ未満をやや不良（△），  ２００Ｎ／１０ｍｍ未満を不良（×）として評価した。
【００３０】
表面性状の評価方法は、金属クラッド材表面の面積１０００ｍｍ２  あたりの欠陥（穴あき等）の個数が２個未満を良好（○），２個以上〜１０個未満をやや不良（△），１０個以上を不良（×）として評価した。
オンライン・ショツトブラストを施した発明例１〜４では、いずれも圧着強度，表面性状は良好であった。また、オフライン・ショットブラストを施した発明例５〜８も、それぞれ発明例１〜４と同様に、圧着強度，表面性状は良好であった。
【００３１】
ショットブラスト処理を施さず、圧下率３０％の圧延を行なった比較例１では、剥離試験では小さい荷重で剥離してしまい、圧着強度の評価は不良（×）であった。
ブラシング法を施した後、圧下率５％の圧延を行なった比較例２では、圧着強度の評価はやや不良（△）であり、表面性状はアルミ面にブラシングによる穴あきが多数発生したため、  評価は不良（×）であった。ブラシング法を施した後、圧下率３０％の圧延を行なった比較例３では、圧着強度の評価は良好（○）であったが、表面性状については、比較例２と同様に穴あきが多数発生したため、  評価は不良（×）であった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、２枚以上の金属材を重ねて圧延して圧着させて金属クラッド材を製造する際に、表面欠陥を生じさせることなく、かつ製造コストの増大を招くことなく、圧着強度に優れた金属クラッド材を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する圧延装置の例を模式的に示す配置図である。
【図２】ショットブラスト装置の概略を示す側面図である。
【図３】従来の圧延装置の例を模式的に示す配置図である。
【図４】粗面化処理された金属材の表層部を模式的に示す断面図である。
【図５】ブラシング装置の例を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１  巻き出し側のリール
２  巻き出し側のリール
３  金属材
４  金属材
５  圧延ロール
６  巻き取り側のリール
７  ショットブラスト装置
８  ショットブラスト噴出ノズル
９  球状粒
１０  ワイパー
１１  回転ブラシ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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