(57)【要約】  本発明は、複合材料を製造する方法を提案し、第２の方法ステップにおいて、複合材構成要素間に実質的な一体結合がなく接触ゾーンが形成されるように、複合材を形成するために、２つ以上の複合材構成要素が鋳造法によって互いに対して配置され、複合材料を製造するための第３の方法ステップにおいて、複合材構成要素は、熱間圧延によって接触ゾーンで一体的に結合される。【選択図】図１
2017534464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料の製造方法であって、第１の方法ステップは、固体の第１の複合材構成要素（１）を提供することを含み、第２の方法ステップでは、鋳造によって第２の複合材構成要素（２）を加えて、前記第１の複合材構成要素（１）と前記第２の複合材構成要素（２）との間に材料結合が実質的にない接触領域を作り出すように、複合材（４）を形成し、第３の方法ステップでは、前記第１の複合材構成要素（１）と前記第２の複合材構成要素（２）とが、熱間圧延工程によって接触領域で互いに物質的に結合される、方法。
【請求項２】
前記第２の方法ステップにおいて、前記第２の複合材構成要素（２）は、前記第１の複合材構成要素（１）の周りに鋳造されるか、または前記第２の複合材構成要素（２）は、前記第１の複合材構成要素（１）によって境界された構築空間内に鋳造される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
−前記第１の複合材構成要素（１）は、コア、ロッドおよび／または１つ以上のプレート（２３）を含み、
−前記第２の複合材構成要素（２）は、溶融物からなる、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の方法ステップが、前記第１の複合材構成要素（１）と前記第２の複合材構成要素（２）との間に５００℃を超える温度差を作り出すことを含む、請求項１〜３の一項に記載の方法。
【請求項５】
前記複合材（４）が、全体積の３０％を超える内部複合材構成要素の体積比率を有する、請求項１〜４の一項に記載の方法。
【請求項６】
前記鋳造工程が、永久鋳型（１１）内で行われる、請求項１〜５の一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第３の方法ステップにおいて、空隙を圧縮するために前記複合材（４）が変形される、請求項１〜６の一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の複合材構成要素（１）および／または前記第２の複合材構成要素（２）は、鋳造工程において、前記複合材（４）中の前記第１の複合材構成要素（１）と前記第２の複合材構成要素（２）との間に形状嵌合係合を確立するように構成される、請求項１〜７の一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の複合材構成要素（１）および前記第２の複合材構成要素（２）として、多くの異なる材料が使用される、請求項１〜８の一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の複合材構成要素または前記第２の複合材構成要素として、炭素鋼、耐錆鋼、耐酸鋼および耐熱鋼、ＦｅＡｌＣｒ鋼、Ｎｉ合金、Ｔｉ合金、Ａｌ合金またはＭｇ合金、および／またはＦｅＭｎ鋼が使用される、請求項１〜９の一項に記載の方法。
【請求項１１】
−前記第２の方法ステップにおいて、前記第１の複合材構成要素（１）は、鋳造用金型および／またはシェル（２３）として提供され、かつ／または
−複数の複合材構成要素（１）および／または複数のシェルを含む、
請求項１〜１０の一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の複合材構成要素（１）および前記第２の複合材構成要素（２）は、前記第２の方法ステップにおける鋳造によって、所望の体積比および／またはアスペクト比で提供される、請求項１〜１１の一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の複合材構成要素（１）および／または前記第２の複合材構成要素（２）の任意の幾何学的構造（２４）が実現される、請求項１〜１２の一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第３の方法ステップでは、前記複合材（４）は熱間圧延温度まで加熱され、前記複合材（４）は、前記第３の方法ステップの時間的に後に、第４の方法ステップで圧延される、請求項１〜１３の一項に記載の方法。
【請求項１５】
複合材料を製造するための装置であって、前記装置は永久鋳型（１１）と圧延装置（６）とを有し、前記装置が請求項１〜１４の一項に記載の方法を行うために使用できるように構成されている、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料の製造方法に関する。
【０００２】
このような複合材料では、異なる組成の鋼材などの複合材構成要素が接合されて、複合材料を形成する。この目的は、複合材料中に個々の複合材構成要素の所望の特性を併せ持つ、複合材料を提供することができることである。
【背景技術】
【０００３】
このような複合材料を作製するために、複合材構成要素の一方が他方の内側に鋳造される連続鋳造法が従来技術、例えば欧州特許出願公開第９４６３１５号明細書で知られている。そうすることで、ある種の鋼質を組み合わせたときに、鋼が部分的または完全に溶融し、鋼質を混合することができる。次に、鋳造によって製造された複合材を圧延またはめっきする。英国特許出願公開第２０３３７９４号明細書には、溶融物中にプレートスタックを浸漬することによって複合材シートまたは複合材プレートを製造する方法が開示されている。また、国際公開第０１／６８２９３号には、鋳造工程において、複合材料を形成するためのコア層およびエッジ層を表面溶融によって互いに物質的に結合させる方法が開示されている。
【０００４】
複合材を形成するために複合材構成要素を配置する別の方法は、独国特許出願公開第１０２００５００６６０６号明細書で知られており、プレート形態の個々の複合材構成要素は、包囲溶接によって互いに結合される。この方法は、異なる熱膨張のため、ある種の鋼質を組み合わせた場合に、溶接されたプレートスタックを熱間圧延工程のために再加熱する際にこの溶接が再び開き、複合材のそれぞれが互いに分離する可能性があるという欠点を有することが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第９４６３１５号明細書
【特許文献２】英国特許出願公開第２０３３７９４号明細書
【特許文献３】国際公開第０１／６８２９３号
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２００５００６６０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、可能な限り問題なく欠陥なく複合材料を製造することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、複合材料の製造方法によって実現され、第１の方法ステップは、固体の第１の複合材構成要素を提供することを含み、第２の方法ステップでは、鋳造によって第２の複合材構成要素を加えて、第１の複合材構成要素と第２の複合材構成要素との間に材料結合が実質的にない接触領域を作り出すように、複合材を形成し、複合材料を製造するための第３の方法ステップでは、第１の複合材構成要素と第２の複合材構成要素とが、熱間圧延工程によって接触領域で互いに物質的に結合される。
【０００８】
従来技術とは対照的に、複合材を形成するための材料構成要素は、材料結合なしで鋳造工程後に合わせて保持される。材料結合は、熱間圧延段階でのみ作り出される。これに関して、本発明による方法は、鋳造工程の間に起こる複合材構成要素の体積の変化、好ましくはその収縮を用いて、第１の複合材構成要素と第２の複合材構成要素との間の空気含有を実質的に回避することができる点で有利であることが証明されている。次に、鋳造プロセスによって、複合材構成要素が互いに分離することなく、輸送、第３の方法ステップのための加熱、および圧延工程中のブローチ加工に耐える複合材が有利に作り出される。さらに、この方法は、複合材が実質的に材料結合していないことにより、第３の方法ステップで互いに物質的に結合させることができることを有利に保証する。鋳造によって加えられた液体の第２の複合材構成要素が、第２の方法ステップの時間的に後に固体化することが特に提供される。
【０００９】
好ましくは、第１の方法ステップにおいて、複数の固体の複合材構成要素、好ましくは複数の異なる固体の第１の複合材構成要素が提供され、および／または第２の方法ステップにおいて、複数の第２の複合材構成要素、好ましくは複数の異なる液体の第２の複合材構成要素が鋳造によって加えられる。第２の複合材構成要素が固体化すると、第２の複合材構成要素は、第１の複合材構成要素よりも大きな体積変化、好ましくは収縮をする。このように、第２の複合材構成要素と第１の複合材構成要素とを合わせてプレスまたはクランプし、当初は材料結合のない、所望の複合材が確立される。特に、鋳造工程中または第２の方法ステップの時間的に後で、第１の複合材構成要素と第２の複合材構成要素との間に空気が含まれることなく、第３の方法ステップで結合を確立することが保証される。これにより、鋳造工程の種類によって目標とされる方法で、第２の複合材構成要素が第１の複合材構成要素上に溶融することを実質的に回避する。特に、鋳造工程は、第３の方法ステップのために鋳造装置から圧延装置に容易に供給することができる複合材構成要素を含む複合材を形成する。加えて、第３の方法ステップの時点まで材料結合を有さない複合材は、従来技術で知られている溶接シームを使用して複合材を形成すると起こり得る、相互に付着した複合材構成要素の加熱による緩みを回避することができる。
【００１０】
本発明の有利な実施形態および改良形態は、図面を参照して、従属請求項および明細書に見出すことができる。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、第２の方法ステップにおいて、第２の複合材構成要素が、第１の複合材構成要素によって境界された構築空間または間隙内に鋳造されることを提供する。
【００１２】
本発明の別の実施形態は、第１の方法ステップにおいて、第１の複合材構成要素がブロックとして提供され、第２の方法ステップにおいて、第２の複合材構成要素が鋳造によって添加され、第１の複合材構成要素が第２の複合材構成要素によって好ましくは全体的に包まれるようになる。したがって、複合材中の複合材構成要素は、互いに対して適所に有利に固定される。
【００１３】
本発明の別の実施形態は、第１の複合材構成要素がコア、ロッドおよび／または１つ以上のプレート、特に異なる性質のプレートを含み、第２の複合材構成要素が１つまたは複数の溶融物、特に異なる性質の溶融物から作られていることを提供する。特に、プレートまたはロッドの使用は、多層または繊維様複合材料を作製することを有利に可能にする。例えば、プレートは複合材の境界部を形成し、後の複合材料において、表面特性がプレートの材料特性によって少なくとも部分的に相互に決定される表面を形成する。これに関して、異なるプレートまたはロッドを第１の複合材構成要素として鋳造装置に導入し、表面またはコアが異なる物理化学的特性を有する複合材料を作り出すことが考えられる。
【００１４】
本発明の別の実施形態は、第２の方法ステップが、第１の複合材構成要素と第２の複合材構成要素との間に５００℃を超える温度差を作り出すことを含むことを提供する。これにより、複合材構成要素の目標とされる「非結合」、または第１の複合材構成要素を第２の複合材構成要素に実質的に完全に溶融させることを有利に回避することを可能にし、複合材構成要素間の材料の結合が実質的に作り出されないことを保証することを可能にする。
【００１５】
本発明の別の実施形態は、製造された複合材が、全体積の３０％を超える内部複合材構成要素の体積比率を有することを提供する。この文脈において、内部複合材構成要素は、第２の複合材構成要素によって包まれている第１の複合材構成要素、または第１の複合材構成要素によって包まれている第２の複合材構成要素であり得る。特に、内部複合材構成要素はコアを形成する。この文脈において、内部複合材構成要素は複部構成であることも考えられ、それぞれの体積分率は、内部複合材構成要素のすべての個々の部分の合計によって決定される。内部複合材構成要素の体積分率が高いことにより、内部複合材構成要素は、熱を除去するため、ひいては鋳造工程を冷却するために理想的に使用することができる。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、鋳造工程が永久鋳型内で行われることを提供する。永久鋳型の使用は、複合材料の製造方法のための鋳造工程用に確立された既存の装置を単純かつ複雑でない方法で使用することを可能にする。
【００１７】
本発明の別の実施形態は、第３の方法ステップにおいて、潜在的な空隙を圧縮するために複合材を変形させることを提供する。
【００１８】
本発明の別の実施形態は、第１および／または第２の複合材構成要素が、鋳造工程において、複合材中の第１の複合材構成要素と第２の複合材構成要素との間に形状嵌合係合を確立するように構成されることを提供する。オシレーションマークを有するスラブ部分が第１の複合材構成要素として設けられることが特に提供される。鋳造工程後に、第１の複合材構成要素および固体化した第２の複合材構成要素の形状は、複合材中の複合材構成要素の接着を促進する。この文脈において、固体化した第２の複合材構成要素は、第１の複合材構成要素と係合するか、または第１の複合材構成要素に係止されることが考えられる。
【００１９】
本発明の別の実施形態は、２つの異なる材料、特に異なる性質の鋼が複合材構成要素として使用されることを提供する。例えば、高炭素の第１の複合材構成要素がロッドまたは他の形状の固体として永久鋳型に導入され、次いで低炭素の第２の複合材構成要素がロッドまたは他の形状の固体の周りに鋳造される。したがって、低炭素および高炭素複合材構成要素の特性を有利に併せ持つ複合材料を作製することが可能である。
【００２０】
本発明の別の実施形態は、複合材構成要素が、金属、好ましくは炭素鋼、耐錆鋼、耐酸鋼および耐熱鋼、ＦｅＭｎ鋼、ＦｅＡｌＣｒ鋼、Ｎｉ合金、Ｔｉ合金、Ａｌ合金および／またはＭｇ合金の組み合わせを含むことを提供する。
【００２１】
本発明の別の実施形態は、第２の方法ステップにおいて、第１の複合材構成要素が鋳型および／またはシェルとして提供され、かつ／または、複数の第１の複合材構成要素、１つ以上の鋳型および／または１つ以上のシェルを含むことを提供する。特に、第１の複合材構成要素の形状およびサイズは、複合材料の所望の形状に適合させることができる。この文脈において、複合材構成要素は永久鋳型内に固定されることが提供される。特に、鋳型またはシェルとして形成された第１の複合材構成要素は、永久鋳型の形状およびサイズに適合される。
【００２２】
本発明の別の実施形態は、第２の方法ステップにおける鋳造によって、複合材構成要素が所望の体積比および／またはアスペクト比で提供されることを提供する。アスペクト比は熱間圧延後に、複合材が熱間圧延によってクラッドされても保持され、広がりの方向に沿って適宜圧縮されることが特に提供される。アスペクト比の保持は、複合材を形成する段階であっても、複合材料中の複合材構成要素間の比を決定することを可能にする。したがって、複合材料の構成を有利に制御することができる。
【００２３】
本発明の別の実施形態は、第１の複合材構成要素および／または第２の複合材構成要素の任意の幾何学的構造が実現されることを提供する。特に、後に製造される複合材料の所望の要件に対応するように、構造を適合させることができる。この文脈において、後に製造される複合材料の可能な装填に適合するように、構造を選択することが考えられる。鋳造工程は、複合材構成要素を単純に接合して複合材を形成する従来技術による方法の場合よりも、設計の自由度が制限されないことを意味する。
【００２４】
本発明の別の実施形態は、第３の方法ステップにおいて、複合材を圧延温度まで加熱し、複合材を熱間圧延装置で圧延することを提供する。
【００２５】
本発明はまた、複合材料を製造するための装置に関し、装置は永久鋳型および圧延装置を有し、装置は本発明による方法を行うために使用できるように構成されている。
【００２６】
従来技術とは対照的に、このような装置は、複合材構成要素が互いに分離することなく、予備加熱装置への輸送および第３の方法ステップのための加熱に耐える、複合材を作製することを可能にする。
【００２７】
本発明のさらなる詳細、特徴および利点は、図面から、また図面を参照しつつ以下の好ましい実施形態の説明から収集することができる。この場合、図面は、本発明の概念を限定するものではない本発明の例示的な実施形態を示すに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の例示的な実施形態による方法を概略的に示す。
【図２】図２ａ乃至図２ｅは、本発明の第２の例示的な実施形態による方法のための様々な鋳型を概略的に示す。
【図３】図３ａ乃至図３ｅは、本発明の第３の例示的な実施形態による方法のための様々な鋳型を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
様々な図において、同一の部分には常に同じ参照符号が付されているため、概してそれぞれ１回のみ命名または言及される。
【００３０】
図１は、本発明の第１の例示的な実施形態による複合材料の製造方法を概略的に示す。特に、この方法は、少なくとも２つの複合材構成要素を含む複合材料の作成を意図しており、２つの異なる材料が複合材構成要素として使用される。異なる複合材構成要素の使用は、複合材料中に個々の異なる複合材構成要素のそれぞれの特性をできるだけ多く併せ持つ複合材料を作製することを目的としている。したがって、所望の複合材構成要素からなるスラブ形状またはブロック形状の複合材４は、好ましくは、圧延工程でクラッドする前に、好ましくは所望の層厚分布で提供される。次に、ローラー３を用いて複合材４を圧延して、ホットストリップの形態の複合材料を形成することが好ましい。従来技術は、複合材構成要素を互いに積み重ねて複合材４を形成し、次いで周辺溶接する方法を含む。複合材４内の複合材構成要素間の全域に材料結合を形成するためには、この文脈では、圧延装置６または圧延のために設けられた圧延スタンドにおける最初のブローチ加工の時点で、複合材構成要素の表面は清浄かつスケールフリーであることが必要である。周辺溶接は、これらの要求を満たすことを意図している。複合材構成要素が、例えばその温度挙動に関して、特にその熱膨張挙動に関して、熱間圧延温度まで再加熱する際に根本的に異なる複合材である場合には、溶接継ぎ目の欠陥の結果としての複合材構成要素間のその後のスケール形成を確実に防止することは不可能である。したがって、複合材料に容易に圧延することができる複合材４を提供することが可能な方法を提供する必要がある。
【００３１】
複合材料を製造するために、第２の方法ステップでは、複合材構成要素は、接触領域における材料結合の形成を実質的に回避するように、鋳造工程によって、好ましくは永久鋳型１１内に、互いに対して配置されることが提供される。特に、鋳造工程は複合材構成要素の周辺溶接を回避する。この文脈において、好ましくは、第２の複合材構成要素２を永久鋳型１１内の第１の複合材構成要素１の周りに鋳造することが提供される。鋳造工程の状況で起こる第２の複合材構成要素２の収縮により、第２の複合材構成要素２は、次いで、第１の複合材構成要素１が第２の複合材構成要素２によって包囲され、第１の複合材構成要素１と第２の複合材構成要素２との間の空気含有が最小限になるように、好ましくは機械的に第１の複合材構成要素１と形状が嵌合するように接合される。また、鋳造工程は、複合材構成要素を備え、かつ複合材構成要素の望ましくない分離をせずに、または一方の複合材構成要素が他方から分離せずに、輸送、再加熱炉内の圧延温度への加熱、および熱間圧延装置６または熱間圧延機の粗圧延列におけるブローチ加工に耐える、実質的に機械的な複合材４をもたらす。第２の方法ステップに続く第３の方法ステップでは、複合材料を形成するための材料結合が次に熱間圧延工程によって作り出される。
【００３２】
複合材４を形成する場合、鋳造工程中に、第１の複合材構成要素１上への第２の複合材構成要素２の溶融は、少なくとも部分的に回避されることが特に提供される。このような材料が結合していない接続は、好ましくは、２つの接続構成要素の１つのみを過熱することによってもたらされる。第２の方法ステップにおいて、それぞれの複合材構成要素間に５００℃を超える温度差が存在することが特に提供される。また、複合材構成要素間の空隙は、鋳造工程後の変形の状況で圧縮されることが提供される。また、第１の複合材構成要素１および／または第２の複合材構成要素２は、第２の方法ステップにおいて、それらが形状嵌合様式で係合するように変形されることが提供される。例えば、第１の複合材構成要素１として、固体化した第２の複合材構成要素２と形状嵌合様式で係合するオシレーションマークを有するスラブ部分が使用され、この形状嵌合が、特に複合材４の輸送時に、複合材構成要素間の接着を促進する。また、例えば、複合材４の内側に配置された第１の複合材構成要素１の体積分率が、複合材の全体積の少なくとも３０％を構成することが提供される。炭素鋼、耐錆鋼、耐酸鋼および耐熱鋼、ＦｅＭｎ鋼、ＦｅＡｌＣｒ鋼、Ｎｉ合金、Ｔｉ合金、Ａｌ合金またはＭｇ合金の組み合わせが好ましく使用される。可能な組み合わせの例を以下の表に示す。
【００３３】
【表１】
2017534464.tif 000003
【００３４】
図２ａ〜図２ｅは、本発明の第２の例示的な実施形態による複合材料の製造方法のための鋳型を概略的に示す。この文脈において、永久鋳型１１および第１の複合材構成要素は、好ましくは、第２の複合材構成要素用の鋳型を実質的に形成する。図２ａに示すように、第１の複合材構成要素１は、第２の方法ステップの鋳造プロセスにおいて第２の複合材構成要素２を形成する溶融物２１の周りに鋳造される、コアを形成することが特に提供される。鋳造工程において、溶融物２１は、好ましくは、永久鋳型１１、特に永久鋳型１３の境界部の近くとコア１との間に構築空間または間隙として設けられた空間を占める。図２ｂ〜図２ｅに示すように、第１の複合材構成要素１は多くの部分を有することが特に考えられる。例えば、複数の第１の複合材構成要素１は、それらが永久鋳型１３の縁部または境界部に対して実質的に平行に延びるように配向され、永久鋳型の縁部は、鋳造工程に利用可能な構築空間を画定する。また、複数の第１の複合材構成要素１をチェス盤のように互いに対して配置することも考えられる（図２ｄおよび図２ｅ参照）。第１の複合材構成要素は、任意の構造２４の断面を有することがさらに考えられる。例えば、構造は、少なくとも部分的に角張っている（２ａ〜２ｄ）か、または円形もしくは楕円形である（図２ｅ参照）。
【００３５】
図３ａ〜図３ｅは、本発明の第２の例示的な実施形態による複合材料の製造方法のための鋳型を概略的に示す。この実施形態では、鋳造工程において第１の複合材構成要素１で充填される第２の複合材構成要素２によって、鋳造鋳型が形成されることが提供される。第２の複合材構成要素２は、例えばプレート２３からなるシェル２２を形成することが特に提供される。次いで、方法は、複合材料の中央部分が第１の複合材構成要素を含み、また第１の複合材構成要素が第２の複合材構成要素２によって包まれている、多層、好ましくは３層の複合材料を製造するために好ましくは使用される。実質的に鋳型として形成されている第２の複合材構成要素２は、鋳造工程において第１の複合材構成要素１が注入される、凹部を有することがさらに考えられる。特に、凹部は、第２の複合材構成要素２の縁部に少なくとも部分的に平行および／または垂直に延びるように配置される。この文脈において、凹所は、第２の複合材構成要素２の断面に沿ってチェス盤のように広がることも考えられる。特に、凹部を境界する構造は、任意の所望の構成にすることができる。例えば、１つ以上の凹部の構造２４は、長方形、円形または楕円形である。異なる構造２４および／または異なるサイズの凹部が断面に沿って規則的および／または不規則に配置されることがさらに考えられる。
【符号の説明】
【００３６】
１  第１の複合材構成要素
２  第２の複合材構成要素
３  ローラー
４  複合材
５  ローラー軸
６  熱間圧延装置
１１  永久鋳型
１３  永久鋳型の境界部
２１  溶融物
２２  シェル
２３  プレート
２４  輪郭プロファイル
【図１】
2017534464.tif 000004
【図２】
2017534464.tif 000005
【図３】
2017534464.tif 000006
【国際調査報告】
2017534464.tif 000007
2017534464.tif 000008
2017534464.tif 000009
2017534464.tif 000010