(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素鋼または低合金鋼からなる母材と、前記母材とは異なる合金鋼からなり、前記母材の変形抵抗より大きい変形抵抗を有する合わせ材とを重ね合わせ、その周縁を溶接した複合スラブを所定温度に加熱した後、熱間圧延して、前記母材と前記合わせ材とからなるクラッド鋼板を製造する方法において、前記複合スラブを、第１合わせ材と第１母材と第２母材と第２合わせ材とを、この順序で重ね合わせ組立てることにより調製し、このように組立てられた複合スラブを熱間圧延して接合した後、前記第１母材と前記第２母材との重ね合わせ部から分割することにより、前記第１母材と第１合わせ材とからなるクラッド鋼板および前記第２母材と第２合わせ材とからなるクラッド鋼板を製造することを特徴とするクラッド鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記第１合わせ材と前記第１母材とを重ね合わせ両者の周縁を溶接した第１組立てスラブと、前記第２母材と前記第２合わせ材とを重ね合わせ両者の周縁を溶接した第２組立てスラブとを、前記第１母材と前記第２母材とが接するように組み立て、前記第１母材と前記第２母材との周縁を溶接して前記複合スラブを調製する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記複合スラブの、前記第１母材と前記第２母材との間には、剥離材が挿入されている、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１母材と前記第２母材との重ね合わせ周縁を部分的に溶接する、請求項１から３の何れか１つに記載の方法。
【請求項５】
前記第１合わせ材と前記第１母材との間、および、前記第２母材と前記第２合わせ材との間における、重ね合わせ界面の空間内に存在する空気を真空引きした後、その周縁を溶接する、請求項１〜４のいづれか１つに記載の方法。
【請求項６】
前記複合スラブの、前記第１合わせ材と前記第１母材との間、および、前記第２合わせ材と前記第２母材との間の各々に、中間材を挿入する、請求項１〜４の何れか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記第１合わせ材と前記中間材と前記第１母材との各々の間、および、前記第２母材と前記中間材と前記第２合わせ材との各々の間における、重ね合わせ界面の空間内に存在する空気を真空引きした後、その周縁を溶接する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複合スラブの、前記第１合わせ材の外表面および前記第２合わせ材の外表面の各々に、犠牲材を重ね合わせる、請求項１〜７の何れか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記犠牲材と前記第１合わせ材との間、および、前記犠牲材と前記第２合わせ材との間に、剥離材を挿入する、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭素鋼または低合金鋼からなる母材と、前記母材とは異なる材質の合金鋼からなる合わせ材とを重ね合わせた複合スラブを熱間圧延により接合して、クラッド鋼板を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、クラッド鋼板は、図２に示すように、炭素鋼または低合金鋼からなる母材２と、母材２とは材質の異なる合金鋼からなる合わせ材１とを重ね合わせ、その周縁部を溶接して複合スラブ３を調製し、この複合スラブ３を所定温度に加熱した後、熱間圧延機によって接合圧延する方法（以下、オープン法という）によって製造されている。
【０００３】
このようなオープン法によるクラッド鋼板の製造に際し、次のような問題がある。即ち、図３に示すように、炭素鋼または低合金鋼からなる母材２が、熱間圧延中に押し出され、押し出された母材２がクラッド鋼板Ａの周縁部（先後端部および幅端部）において、合わせ材１側に被さるように捲くれ込む現象が生ずる。その結果、捲くれ込み部分を除去する処理作業が必要になる上、製品歩留りの低下を招いていた。
【０００４】
また、図４に示すように、複合スラブ３を圧延機のロール４によって接合圧延する際に、合金鋼からなる合わせ材１の変形抵抗よりも炭素鋼または低合金鋼からなる母材２の変形抵抗の方が小で且つ伸びが大であるために、接合圧延されたクラッド鋼板Ａに合わせ材１側に向けた反り５が生ずる。その結果、圧延作業性、歩留り、製品品質等の劣化を招いていた。
【０００５】
上述した捲れ込み現象の発生を防止するために、例えば、特開昭６２−１３４１８６号公報、特開平５−６９１６２号公報には、複合スラブの母材周縁部のみを角落し処理し、この角落し処理された複合スラブを圧延する方法が開示されている。
【０００６】
また、上記反りの発生を防止するために、特開平５−２３７０２号公報には、母材側の温度を合わせ材側の温度よりも低くなし両者間に温度差を生じさせて圧延する方法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、上述した方法は、何れも捲くれ込み現象の発生防止またはそりの発生防止のみを目的とするものであり、捲くれ込み現象およびそりの発生現象を共に解決することはできない。
【０００８】
そこで、主に反りの解消および圧延作業性を重視して、図５に示すように、第１母材２ａと、第１母材２ａよりも幅方向の寸法が短い第１合わせ材１ａとからなる第１組み立てスラブ３ａと、同じく第２母材２ｂと、第２母材２ｂよりも幅方向の寸法が短い第２合わせ材１ｂとからなる第２組み立てスラブ３ｂとを、その第１合わせ材１ａと第２合わせ材１ｂとが接するように対称に重ね合わせ、第１合わせ材１ａと第２合わせ材１ｂとの界面には剥離材６を介在させ、そして、第１合わせ材１ａと第２合わせ材１ｂとを挟む幅の広い第１母材２ａと第２母材２ｂとの間にスペーサー７を挿入し、スぺーサー７と第１母材２ａおよび第２母材２ｂとの周縁を溶接することにより、第１母材２ａと第１合わせ材１ａと第２合わせ材１ｂと第２合わせ材１ｂとがこの順序で重ね合わされたサンドイッチ状複合スラブ８を調製し、このサンドイッチ状複合スラブ８を所定温度に加熱した後、圧延機によって接合圧延する方法（以下、従来のサンドイッチ法という）が知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のサンドイッチ法によれば、圧延中に反りの発生することは防止される。しかしながら、母材と合わせ材との接合状態を良好に保つためには、十分な圧下比で圧延することが必要であり、圧下比が不十分であると接合性が劣化する。従って、十分な圧下比で圧延するために、圧延可能な最大スラブ厚の制約から、製品板厚の上限が制限されるという問題がある。
【００１０】
また、従来のサンドイッチ法による複合スラブ８は、その第１組み立てスラブ３ａと第２組み立てスラブ３ｂとが、圧延中にずれることを防止するために、外側の第１母材２ａおよび第２母材２ｂと、これよりも幅の狭い内側の第１合わせ材１ａおよび第２合わせ材１ｂとの間の両側に生じた間隙にスペーサー７を挿入し、スぺーサー７と第１母材２ａおよび第２母材２ｂとの周縁を溶接することにより構成されている。
【００１１】
第１合わせ材１ａと第２合わせ材１ｂとを直接溶接しないのは、接合圧延後、両者間を剥離する際に、高価な合わせ材に剥離疵の発生することを防止するためである。
【００１２】
従って、接合圧延後は、スペーサー７を、第１母材２ａおよび第２母材２ｂの両側のスペーサー挿入部分と共に切除した上、第１合わせ材１ａと第２合わせ材１ｂとの接合部から２つに分割していた。
【００１３】
このような、第１母材２ａおよび第２母材２ｂの両側におけるスペーサー挿入部分の切除のために、製品歩留りの低下することが避けられず、更に、圧延方向先後端には異形が生じ、且つ、捲くれ込み現象が発生する問題があった。
【００１４】
従って、この発明の目的は、上述した従来の問題を解決し、接合圧延時に捲くれ込み現象や反りが生ぜず、十分な接合性を有し、スペーサーの取り付けを必要とせず、圧延作業性に優れ、製品歩留りが高く、品質の優れたクラッド鋼板を製造することができる、クラッド鋼板の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述した従来の問題を解決し、品質の優れたクラッド鋼板を歩留り高く製造することができる方法を開発すべく、従来問題とされていた接合性、反りおよび歩留りに関し研究を重ねた結果、次の知見を得た。
（１）接合性について：
クラッド鋼板における母材と合わせ材との接着強度と、接合圧延時の圧下比との関係を調べるべく、炭素鋼（ＳＳ４１）からなる母材と、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる合わせ材とを使用し、図２に示したオープン法および図５に示した従来のサンドイッチ法によって複合スラブを調製し、この複合スラブを１０００℃の温度で圧下比を変えて接合圧延した。図６に、そのときの合わせ材と母材との接着強度と圧下比との関係を示す。
【００１６】
図６から明らかなように、良好な接着強度を得るためには、オープン法の場合には、３程度の圧下比で十分であるのに対し、従来のサンドイッチ法の場合には、５以上の圧下比が必要であることがわかった。このことから、圧延ロールに近い部分において歪みおよび応力の発生の高くなることが推察される。
（２）反りについて：
サンドイッチ法の場合には、複合スラブの変形抵抗の分布が基本的に板厚方向に対称であり、圧延作業に支障となるような反りは発生しなかった。これに対し、オープン法の場合には、変形抵抗の小さい母材側を凸とする大きな反りが発生する結果、安定した圧延作業を行うことが困難であった。
（３）歩留りについて：
オープン法の場合には、変形抵抗の小さい母材側において変形が激しく生ずるが、図７に示すように、合わせ材１と母材２との接合界面においては、合わせ材１に拘束され、矢印で示すような母材の回り込みが生じ、変形は主として圧延ロールに接する母材２側から発生することがわかった。
【００１７】
このような母材の回り込みにより、クラッド鋼板圧延後の先後端および幅方向端部の形状が悪化して切断代が大きくなり、歩留りが大きく低下する。また、母材の回り込みが非常に大きい場合には、反りの発生を伴い、圧延後に矯正工程が必要になったり、ときには製品にならない場合も生じ、経済性が悪化する問題がある。
【００１８】
従来のサンドイッチ法の場合には、図５に示すように、合わせ材１ａ，１ｂを挟むそれよりも幅の広い母材２ａと２ｂとの間にスペーサー７を挿入してスラブを組立て、接合圧延後はスペーサ７の挿入部分の母材を切除しなければならないこと、接合界面の強度確保のために圧下比を大にしなければならず、それに伴って、先後端および側面に生ずる異形が大になること、および、合わせ材１ａと１ｂとの間に剥離材６を介在させるために、高価な合わせ材表面を削り取る必要が生ずることなどから、歩留りが低下する。
【００１９】
この発明は、上記知見に基づきなされたものであって、請求項１に記載の発明は、炭素鋼または低合金鋼からなる母材と、前記母材とは異なる合金鋼からなり、前記母材の変形抵抗より大きい変形抵抗を有する合わせ材とを重ね合わせ、その周縁を溶接した複合スラブを所定温度に加熱した後、熱間圧延して、前記母材と前記合わせ材とからなるクラッド鋼板を製造する方法において、前記複合スラブを、第１合わせ材と第１母材と第２母材と第２合わせ材とを、この順序で重ね合わせ組立てることにより調製し、このように組立てられた複合スラブを熱間圧延して接合した後、前記第１母材と前記第２母材との重ね合わせ部から分割することにより、前記第１母材と第１合わせ材とからなるクラッド鋼板および前記第２母材と第２合わせ材とからなるクラッド鋼板を製造することに特徴を有するものである。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１合わせ材と前記第１母材とを重ね合わせ両者の周縁を溶接した第１組立てスラブと、前記第２母材と前記第２合わせ材とを重ね合わせ両者の周縁を溶接した第２組立てスラブとを、前記第１母材と前記第２母材とが接するように組み立て、前記第１母材と前記第２母材との周縁を溶接して前記複合スラブを調製することに特徴を有するものである。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記複合スラブの、前記第１母材と前記第２母材との間には、剥離材が挿入されていることに特徴を有し、請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の発明において、前記第１母材と前記第２母材との重ね合わせ周縁を部分的に溶接することに特徴を有するものである。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいづれか１つに記載の発明において、前記第１合わせ材と前記第１母材との間、および、前記第２母材と前記第２合わせ材との間における、重ね合わせ界面の空間内に存在する空気を真空引きした後、その周縁を溶接することに特徴を有するものである。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１つに記載の発明において、前記複合スラブの、前記第１合わせ材と前記第１母材との間、および、前記第２合わせ材と前記第２母材との間の各々に、中間材を挿入することに特徴を有し、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第１合わせ材と前記中間材と前記第１母材との各々の間、および、前記第２母材と前記中間材と前記第２合わせ材との各々の間における、重ね合わせ界面の空間内に存在する空気を真空引きした後、その周縁を溶接することに特徴を有するものである。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、前記複合スラブの、前記第１合わせ材の外表面および前記第２合わせ材の外表面の各々に、犠牲材を重ね合わせることに特徴を有するものであり、そして、請求項９に記載の発明は、前記犠牲材と前記第１合わせ材との間、および、前記犠牲材と前記第２合わせ材との間に、剥離材を挿入することに特徴を有するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の方法を図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の方法を示す概略説明図である。図１に示すように、この発明においては、炭素鋼または低合金鋼からなる第１母材２ａと、これと同じ寸法幅の、第１母材２ａとは異なる材質の合金鋼からなる第１合わせ材１ａとが組み合わされ、その周縁が溶接等により接合された第１組み立てスラブ３ａと、同じく炭素鋼または低合金鋼からなる第２母材２ｂと、これと同じ寸法幅の材質の異なる合金鋼からなる第２合わせ材１ｂとが組み合わされその周縁が溶接等により接合された第２組み立てスラブ３ｂとからなる２組の組立てスラブ３ａ、３ｂを、その第１母材２ａと第２母材２ｂとが接するように、板厚方向に対称に重ね合わせ、第１母材２ａと第２母材２ｂとの接合部周縁を溶接して、第１合わせ材１ａと第１母材２ａと第２母材２ｂと第２合わせ材１ｂとが、この順序で重ね合わされたサンドイッチ状複合スラブ９を調製する。
【００２６】
第１母材２ａと第２母材２ｂとの間には、剥離材を介在させてもよい。第１組立てスラブ３ａの第１合わせ材１ａと第１母材２ａの周縁の溶接、および、第２組立てスラブ３ｂの第２合わせ材１ｂと第２母材２ｂの周縁の溶接に際しては、重ね合わせ界面の空間に存在する空気を真空引きした後、溶接することが好ましい。また、第１母材２ａと第２母材２ｂとの接合部周縁の溶接は、部分的な点溶接でもよい。
【００２７】
合わせ材と母材との組み合わせによっては、第１合わせ材１ａと第１母材２ａとの間、および、第２合わせ材２ａと第２母材２ｂとの間の各々に、例えばニッケル、純鉄のような中間材を挿入してもよい。このような中間材を挿入すれば、例えば、後工程で行われる高温での熱処理時に、合わせ材と母材とが反応し、両者の接合面に合金層が生成するような問題を防止することができる。
【００２８】
第１合わせ材１ａと上記中間材と第１母材２ａの周縁の溶接、および、第２合わせ材１ｂと上記中間材と第２母材２ｂの周縁の溶接に際しては、各重ね合わせ界面の空間に存在する空気を真空引きした後、溶接することが好ましい。
【００２９】
このようにして調製されたサンドイッチ状複合スラブ９を所定温度に加熱した後、圧延機の圧延ロール４によって接合圧延する。圧延後は、第１母材２ａと第２母材２ｂとの接合部から２つに分割する。かくして、第１組み立てスラブ３ａのクラッド鋼板および第２組み立てスラブ３ｂのクラッド鋼板が製造される。
【００３０】
上述した接合圧延時に生ずる複合スラブ９の表面温度の低下を防止するために、予め複合スラブ９の第１合わせ材１ａの外表面および第２合わせ材１ｂの外表面の各々に、例えば炭素鋼からなる犠牲材を重ね合わせ、犠牲材の重ね合わされた複合スラブを接合圧延し、圧延後に犠牲材を第１合わせ材１ａおよび第２合わせ材１ｂの外表面から剥離し除去するようにしてもよい。このような圧延後における犠牲材の除去を容易にするために、犠牲材と第１合わせ材１ａとの間、および、犠牲材と第２合わせ材１ｂとの間に剥離材を挿入しておくことが好ましい。
【００３１】
本発明の方法によれば、サンドイッチ状複合スラブ９の合わせ材１ａ、１ｂ側が圧延ロール４に接触し、合わせ材と母材との接合面が圧延ロールに近いことから、合わせ材と母材との接合面に十分な応力と変形が生ずる結果、合わせ材と母材との接合強度が向上する。また、複合スラブ９の組立て構成が板厚方向に対称であるために、圧延中に反りが生ずることはなく、安定した圧延作業を行うことができる。
【００３２】
この発明においては、従来のようなスペーサーを介在させることなく、第１母材２ａと第２母材２ｂとの重ね合わせ周縁を直接溶接等により接合する。接合圧延後、両者間を剥離する際に剥離疵が発生しても、それは母材側に生ずるため、大きな問題にはならない。
【００３３】
従って、従来のサンドイッチ法のように、母材間にスペーサーを挿入し、接合圧延後２つに分割する際に、母材のスペーサー挿入部分をスペーサーと共に切除する必要がなく、また、合わせ材間には剥離材が介在しないので、剥離材のために高価な合わせ材を削り取るようなことも生じない。従って、大幅に歩留りを向上させることができ、組み立ても単純で容易に行うことができる。
【００３４】
重ね合わされた第１母材２ａと第２母材２ｂとは、互いに溶接によって拘束されており、且つ、圧延ロ−ル側には位置していないので、従来のオープン法やサンドイッチ法のように、クラッド鋼板の先後端および側面に異形が発生せず、この点からも歩留りが向上する。
【００３５】
また、合わせ材が外側に位置し圧延ロールに接触するので、接合圧延時における温度低下が母材側よりも速い。一般に、高温の被圧延材が、比較的低温の圧延ロールと接触する際には、接触領域の近傍で瞬間的に温度が低下し、局所的に変形抵抗が増大する。従って、接合圧延時における板厚方向の圧縮応力が増大するが、その効果は、被圧延材のロールと接触する表層近傍でのみ顕著である。本発明においては、従来のサンドイッチ法に比べて合わせ材と母材との接合面が圧延ロールに近いことから、上記圧縮応力の増大効果を利用することができ、従って、合わせ材と母材との接合が促進され、接合強度を高めることができる。
【００３６】
なお、合わせ材と母材とからなる組立てスラブは、前述した溶接組み立てのほか、複合鋳造、肉盛り、爆着等、何れの方法によって調製してもよい。
また、圧延ロールに合わせ材が接触することによって、合わせ材に表面傷が生じるおそれがある場合には、圧延ロール表面に圧延潤滑油を供給することによってこれを防止することができる。
【００３７】
【実施例】
次に、この発明を実施例によって更に説明する。
下記素材を使用し、本発明方法および従来のオープン法ならびに従来のサンドイッチ法によって複合スラブを調製した。
0003899709.tif 000002
上記素材を使用し、本発明方法の場合には、図１に示すサンドイッチ状複合スラブに組み立て、従来のオープン法の場合には、図２に示す複合スラブに組み立て、従来のサンドイッチ法の場合には、図５に示す従来のサンドイッチ状複合スラブに組み立てた。
【００３８】
このようにして組み立てられた複合スラブを、約１０００℃に加熱した後、圧延機によって、製品厚２０ｍｍ（クラッド比１５％）まで圧延し、本発明方法によるクラッド鋼板の供試体Ｎｏ．１および従来方法によるクラッド鋼板の供試体Ｎｏ．１およびＮｏ．２を調製した。
【００３９】
上記各供試体について、圧延中の反り、接合強度、圧延能率および歩留りを調べ総合評価を行い、その結果を表１に示した。なお、圧延中の反り、接合強度および総合評価は下記により評価し、また、圧延能率および歩留りは、従来のオープン法を基準とした。
【００４０】
圧延中の反り：  ◎  発生せず、  ×  発生した
接合強度    ：  ◎  大、      ○  中、      ×  剥離発生、圧延不可能
総合評価    ：  ◎  良、      △  不良、    ×  極めて不良
【００４１】
【表１】
0003899709.tif 000003
【００４２】
表１から明らかなように、本発明方法の場合には、圧延中に反りの発生することがなく、接合面に十分な応力と変形が生ずるため接合強度が大で、従来のオープン法に比較し、圧延能率および歩留りが大幅に向上した。これに対し、従来のサンドイッチ法の場合には、接合強度が低く、圧延中に剥離が発生して圧延不可能になり、また、歩留りも低下した。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、接合圧延時に捲くれ込み現象や反りが発生せず、接合面に十分な応力と変形が生じて接合強度が向上し、スラブの組立て方が単純でスペーサーなどの取り付けを必要とせず、先後端や側面に異形が生ぜず、これらによって製品歩留りが向上し、且つ、圧下比が小さくて済むため厚物の製造が可能で、品質の優れたクラッド鋼板を効率高く製造することができる等、多くの工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法を示す概略説明図である。
【図２】従来のオープン法複合スラブの組立て構造を示す斜視図である。
【図３  】従来のオープン法複合スラブで圧延したときに生ずる捲れ込み現象を示す模式図である。
【図４  】従来のオープン法複合スラブで圧延したときに生ずる反り現象を示す模式図である。
【図５】従来のサンドイッチ法複合スラブの組立て構造を示す斜視図である。
【図６】従来のオープン法複合スラブおよびサンドイッチ法複合スラブを圧延した際の合わせ材と母材と接着強度と圧下比との関係を示す図である。
【図７】従来のオープン法複合スラブを圧延した際の圧延ロール側からの母材の回り込み現象を示す模式図である。
【符号の説明】
１  合わせ材
１ａ第１合わせ材
１ｂ第２合わせ材
２  母材
２ａ  第１母材
２ｂ  第２母材
３  複合スラブ
３ａ  第１組立てスラブ
３ｂ  第２組立てスラブ
４  圧延ロール
５  反り
６  剥離材
７  スペーサー
８  従来のサンドイッチ状複合スラブ
９  本発明のサンドイッチ状複合スラブ
【図１】
0003899709.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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