(57)【要約】  本発明の鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を準備する鉄鋼部材準備工程と、２つの鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、２つの鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら２つの鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を形成する接合体形成工程と、５２０℃以上かつ鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で、接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含む。  このため、本発明の鉄鋼部材の接合方法によれば、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合にも十分に高い接合力を得ることが可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を準備する鉄鋼部材準備工程と、
前記２つの鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、前記２つの鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記２つの鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、前記２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を形成する接合体形成工程と、
５２０℃以上かつ前記鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項２】
Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材を準備する鉄鋼部材準備工程と、
前記２つの鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、前記２つの鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記２つの鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、前記２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を形成する接合体形成工程と、
５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記接合体形成工程を行った後、前記接合体静置工程を複数回行うことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記接合体静置工程を行った後、不活性ガス雰囲気下で前記接合体を冷却することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記第１温度は、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記接合体形成工程と前記接合体静置工程との間に、前記接合体を、前記接合体の組織をより均一にすることが可能な第２温度に加熱する金属組織均一化工程をさらに含むことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項７】
請求項６に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記第２温度は、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記金属組織均一化工程を行った後、前記接合体をＭｓ点まで急冷し、その後前記接合体を徐冷することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記２つの鉄鋼部材における前記接合予定面は、平面であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記接合予定面における算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以下であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記接合体形成工程及び前記接合体静置工程を、真空中又は不活性ガス雰囲気中において行うことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記鉄鋼部材は、ステンレス鋼からなる鉄鋼部材であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記鉄鋼部材は、熱間金型用鋼、冷間金型用鋼、機械構造用鋼又は高速度工具鋼からなる鉄鋼部材であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項１４】
Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体の接合力を強化する、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法であって、
前記接合体として、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体を準備する接合体準備工程と、
５２０℃以上かつ前記鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法。
【請求項１５】
Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体の接合力を強化する、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法であって、
前記接合体として、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体を準備する接合体準備工程と、
５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法において、
前記接合体準備工程を行った後、前記接合体静置工程を複数回行うことを特徴とする鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法。
【請求項１７】
請求項１〜１３のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体又は請求項１４〜１６のいずれかに記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法により接合力が強化された接合体を用いて製造された鉄鋼製品。
【請求項１８】
請求項１７に記載の鉄鋼製品において、
前記接合体における接合面のうち外方に露出する部分は、除去されていることを特徴とする鉄鋼製品。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の鉄鋼製品において、
前記鉄鋼製品には表面硬度を高くする表面処理が施されていることを特徴とする鉄鋼製品。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれかに記載の鉄鋼製品において、
前記鉄鋼製品は、樹脂成形用金型であることを特徴とする鉄鋼製品。
【請求項２１】
請求項２０に記載の樹脂成形用金型を用いて製造された樹脂製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼部材の接合方法、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法、鉄鋼製品及び樹脂製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来の鉄鋼部材の接合方法を説明するために示すフローチャートである。図１４は、従来の鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。【０００３】
従来の鉄鋼部材の接合方法は、図１３及び図１４に示すように、２つの鉄鋼部材を準備する鉄鋼部材準備工程Ｓ９１０と、２つの鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、２つの鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら２つの鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を形成する接合体形成工程Ｓ９２０と、接合体を所定の温度条件の下で熱処理することにより接合体における接合力を強化する接合力強化工程Ｓ９３０とを含む（例えば、特許文献１参照。）。【０００４】
このため、従来の鉄鋼部材の接合方法によれば、溶接補助材を全く使用せずに複数の鉄鋼部材を接合することが可能となる。また、従来の鉄鋼部材の接合方法によれば、接合体を形成した後に接合力強化工程Ｓ９３０を行うことにより、接合体における接合力を強化することが可能となる。
その結果、従来の鉄鋼部材の接合方法によれば、プラスチックギアなどの樹脂成形用金型に適した接合体（鉄鋼製品）を製造することが可能となる。【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５９２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の鉄鋼部材の接合方法においては、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合に、十分に高い接合力を得ることできないという問題があることがわかった。【０００７】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合にも十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法を提供することを目的とする。また、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合された接合体の接合力を十分に高くすることが可能な、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法を提供することを目的とする。また、このような鉄鋼部材の接合方法により形成された接合体又は鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法により接合力が強化された接合体を用いて製造された鉄鋼製品を提供することを目的とする。さらにまた、鉄鋼製品が樹脂成形用金型である場合に当該樹脂成形用金型を用いて製造された樹脂製品を提供することを目的とする。【０００８】
なお、本発明の鉄鋼部材の接合方法は、２つの鉄鋼部材を接合する場合のみに限定されるものではなく、３つ以上の鉄鋼部材を接合する場合にも適用することが可能である。３つ以上の鉄鋼部材を接合する場合には、３つ以上の鉄鋼部材のうち互いに接合される２つの鉄鋼部材に着目すれば、本発明の鉄鋼部材の接合方法を実施することとなる。本発明の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法についても同様である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発明者らは、上記目的を達成するため、従来の鉄鋼部材の接合方法において、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合に十分に高い接合力を得ることできない原因を調査した結果、その原因は、接合面にＣｒ含有不動態層や空隙が存在することにあるという知見を得た。そこで、本発明の発明者らは、これらの知見に基づき、接合面に存在するＣｒ含有不動態層や空隙を消散させることができれば、接合体の接合力を十分に高くすることが可能となり上記問題を解決することができることに想到し、本発明を完成させるに至った。【００１０】
（１）すなわち、本発明の鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を準備する鉄鋼部材準備工程と、前記２つの鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、前記２つの鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記２つの鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、前記２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を形成する接合体形成工程と、５２０℃以上かつ前記鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする。【００１１】
（２）本発明の鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材を準備する鉄鋼部材準備工程と、前記２つの鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、前記２つの鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記２つの鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、前記２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を形成する接合体形成工程と、５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする。【００１２】
このため、上記（１）又は（２）に記載の鉄鋼部材の接合方法によれば、接合体形成工程により形成した接合体を、５２０℃以上かつ鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲又は５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲で３０分以上静置することとしているため、接合面に存在するＣｒ含有不動態層や空隙の多くが母相の鉄鋼材料中に溶け込み、最終的には接合面に存在するＣｒ含有不動態層や空隙の多くを消散させることが可能となる。その結果、接合体の接合力を、用途によっては十分に高くすることが可能となる。【００１３】
したがって、上記（１）又は（２）に記載の鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合にも十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法となる。【００１４】
また、上記（１）又は（２）に記載の鉄鋼部材の接合方法は、接合体形成工程により形成した接合体における接合力を、このような比較的低い温度範囲で静置することにより高くすることとしているため、接合力の強化された接合体を比較的急速に冷却することが可能となり、生産性の高い鉄鋼部材の接合方法となる。【００１５】
なお、上記（１）又は（２）に記載の鉄鋼部材の接合方法において、接合体形成工程により形成した接合体を、このような比較的低い温度範囲（５２０℃以上かつ鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲又は５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲）で３０分以上静置することとしたときに、なぜ、接合面に存在するＣｒ含有不動態層や空隙の多くが母相の鉄鋼材料中に溶け込むのかについては、詳細は不明であるが、上述のような比較的低い温度範囲においても鉄鋼部材の結晶粒がサブミクロン単位で移動可能であることが１つの理由として推測される。【００１６】
接合体の接合力をより高くする観点から言えば、接合体を１時間以上静置することがより好ましく、２時間以上静置することがさらに好ましい。【００１７】
（３）上記（１）又は（２）に記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合体形成工程を行った後、前記接合体静置工程を複数回行うことが好ましい。【００１８】
このような方法とすることにより、より高い接合力を得ることが可能となる。【００１９】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合体静置工程を行った後、不活性ガス雰囲気下で前記接合体を冷却することが好ましい。【００２０】
このような方法とすることにより、冷却過程で接合体の表面が酸化して品質が劣化するのを抑制することが可能となる。【００２１】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記第１温度は、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあることが好ましい。【００２２】
このような方法とすることにより、所定の圧力条件で押圧しながら２つの鉄鋼部材を接合して接合体を形成することが可能となる。【００２３】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合体形成工程と前記接合体静置工程との間に、前記接合体を、前記接合体の組織をより均一にすることが可能な第２温度に加熱する金属組織均一化工程をさらに含むことが好ましい。【００２４】
このような方法とすることにより、接合体形成工程を経て不均一な状態となっている金属組織をより均一にすることが可能となるため、さらに均質性の高い接合体を形成することが可能となる。【００２５】
（７）上記（６）に記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記第２温度は、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあることが好ましい。【００２６】
このような方法とすることにより、接合体形成工程を経て不均一な状態となっている金属組織をさらに均一にすることが可能となる。【００２７】
（８）上記（６）又は（７）に記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記金属組織均一化工程を行った後、前記接合体をＭｓ点まで急冷し、その後前記接合体を徐冷することが好ましい。【００２８】
このような方法とすることにより、焼入れ効果により、接合体の硬度を高くすることで、機械的強度が高く高品質の接合体を形成することが可能となる。【００２９】
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記２つの鉄鋼部材における前記接合予定面は、平面であることが好ましい。【００３０】
このような方法とすることにより、接合予定面を高精度に加工することで２つの鉄鋼部材を突き当てたときの鉄鋼部材間の密着度を高めて、十分に高い接合力を得ることが可能となる。【００３１】
（１０）上記（９）に記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合予定面における算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以下であることが好ましい。【００３２】
このような方法とすることにより、２つの鉄鋼部材における接合予定面同士の間隔が平均で０．４μｍ以下となる状態で接合体形成工程を行うこととなり、また、２つの鉄鋼部材における接合予定面同士の間隔が平均で０．４μｍ以下となる状態で形成された接合体（言い換えると、接合面に残存することのある空隙が極めて小さい接合体。）に対して接合力強化工程を行うこととなることから、十分に高い接合力を得ることが可能となる。【００３３】
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合体形成工程及び前記接合体静置工程を、真空中又は不活性ガス雰囲気中において行うことが好ましい。【００３４】
このような方法とすることにより、各熱処理工程における酸素等の活性ガスの存在に起因して発生する悪影響を抑制することが可能となる。【００３５】
（１２）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記鉄鋼部材は、ステンレス鋼からなる鉄鋼部材である場合に特に効果がある。【００３６】
このように鉄鋼部材がステンレス鋼からなる鉄鋼部材である場合には特に、接合体静置工程を行うことによって接合面に存在するＣｒ含有不動態層や空隙の多くを消散させることが可能となるため、接合体の接合力を十分に高くすることが可能となる。このことは、後述する試験例からも明らかである。【００３７】
なお、ステンレス鋼としては、例えばＳＵＳ４２０Ｊ２系のステンレス鋼や、ＳＵＳ４４０Ｃ系のステンレス鋼などを例示することができる。ＳＵＳ４２０Ｊ２系のステンレス鋼としては、ＳＴＡＶＡＸ（ウッデホルム社の登録商標）、ＨＰＭ３８、Ｓ−ＳＴＡＲなどを例示することができる。ＳＵＳ４４０Ｃ系のステンレス鋼としては、ＥＬＭＡＸなどを例示することができる。【００３８】
（１３）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記鉄鋼部材は、熱間金型用鋼、冷間金型用鋼、機械構造用鋼又は高速度工具鋼からなる鉄鋼部材であることが好ましい。【００３９】
このような方法とすることにより、様々な用途に用いることが可能な接合体を製造することが可能となる。【００４０】
（１４）本発明の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体の接合力を強化する、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法であって、前記接合体として、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体を準備する接合体準備工程と、５２０℃以上かつ前記鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする。【００４１】
（１５）本発明の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体の接合力を強化する、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法であって、前記接合体として、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体を準備する接合体準備工程と、５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする。【００４２】
このため、上記（１４）又は（１５）に記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法によれば、２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体を、５２０℃以上かつ鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲又は５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲で３０分以上静置することとしているため、接合面に存在するＣｒ含有不動態層や空隙の多くが母相の鉄鋼材料中に溶け込み、最終的には接合面に存在するＣｒ含有不動態層や空隙の多くを消散させることが可能となる。その結果、接合体の接合力を、用途によっては十分に高くすることが可能となる。【００４３】
したがって、上記（１４）又は（１５）に記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体の接合力を十分に高くすることが可能な、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法となる。【００４４】
また、上記（１４）又は（１５）に記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法は、２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体の接合力を、このような比較的低い温度範囲で３０分以上静置することにより高くすることとしているため、接合力の強化された接合体を比較的急速に冷却することが可能となり、生産性の高い方法となる。【００４５】
接合体の接合力をより高くする観点から言えば、接合体を１時間以上静置することがより好ましく、２時間以上静置することがさらに好ましい。【００４６】
（１６）上記（１４）又は（１５）に記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法においては、前記接合体準備工程を行った後、前記接合体静置工程を複数回行うことが好ましい。【００４７】
このような方法とすることにより、接合体の接合力をより高くすることが可能となる。【００４８】
（１７）本発明の鉄鋼製品は、上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体又は上記（１４）〜（１６）のいずれかに記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法により接合力が強化された接合体を用いて製造された鉄鋼製品である。【００４９】
このため、本発明の鉄鋼製品は、十分に高い接合力で接合された鉄鋼製品となり、様々な用途に用いることが可能となる。【００５０】
鉄鋼製品としては、各種成形金型、各種工具、各種構造材などを例示することができる。【００５１】
（１８）上記（１７）に記載の鉄鋼製品においては、前記接合体における接合面のうち外方に露出する部分は、除去されていることを特徴とが好ましい。【００５２】
接合体における接合面のうち外方に露出する部分は、他の部分（接合体における接合面のうち外方に露出しない部分であって、例えば、接合体における接合面のうち中心部分）と比べると接合力が低い可能性があるが、上記のように構成することにより、相対的に接合力が低い部分が除去された高品質な鉄鋼製品となる。【００５３】
（１９）本発明の鉄鋼製品においては、前記鉄鋼製品には表面高度を高くする表面処理が施されていることが好ましい。【００５４】
このように構成することにより、鉄鋼製品の耐摩耗性を向上することが可能となる。また、鉄鋼製品が樹脂成形用金型などの成形金型である場合には、離型性を向上することが可能となる。【００５５】
（２０）本発明の鉄鋼製品は、樹脂成形用金型である場合に特に効果がある。【００５６】
ところで、樹脂成形用金型として、熱交換用媒体流路を内部に含む構造からなる樹脂成形用金型が要望されることがあるが、このような構造からなる樹脂成形用金型を単一の鉄鋼部材を用いて製造するのは極めて困難である。
これに対し、本発明の鉄鋼製品（樹脂成形用金型）によれば、本発明の鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体又は本発明の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法により接合力が強化された接合体を用いて製造された鉄鋼製品（樹脂成形用金型）であるため、熱交換用媒体流路を内部に含む構造からなる樹脂成形用金型を比較的容易に実現することが可能となる。
また、本発明の鉄鋼製品（樹脂成形用金型）は、十分に高い接合力で接合されていることから、高信頼性かつ長寿命な樹脂成形用金型となる。【００５７】
（２１）本発明の樹脂製品は、上記（２０）に記載の樹脂成形用金型を用いて製造された樹脂製品である。【００５８】
このため、本発明の樹脂製品は、上述のように、熱交換用媒体流路を内部に含む構造からなる樹脂成形用金型であって、高信頼性かつ長寿命な樹脂成形用金型を用いて製造された樹脂製品であるため、高品質な樹脂製品となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示すフローチャートである。
【図２】実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために図である。
【図３】実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。
【図４】試験手順を説明するために示す図である。
【図５】各接合体における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。
【図６】各接合体における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。
【図７】各接合体における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。
【図８】各接合体における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。
【図９】各接合体における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。
【図１０】破断試験を行った後の試験片の写真である。
【図１１】実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために図である。
【図１２】実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。
【図１３】従来の鉄鋼部材の接合方法を説明するために示すフローチャートである。
【図１４】従来の鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下、本発明の鉄鋼部材の接合方法、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法、鉄鋼製品及び樹脂製品について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。【００６１】
［実施形態１］
実施形態１は、本発明の鉄鋼部材の接合方法を説明するための実施形態である。【００６２】
図１は、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示すフローチャートである。図２は、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために図である。図２中、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。【００６３】
図３は、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。図３（ａ１）は鉄鋼部材準備工程Ｓ１１０を説明するために示す図であり、図３（ｂ１）は接合体形成工程Ｓ１２０を説明するために示す図であり、図３（ｃ１）は金属組織均一化工程Ｓ１３０を説明するために示す図であり、図３（ｄ１）及び図３（ｅ１）は接合体静置工程Ｓ１４０を説明するために示す図であり、図３（ａ２）〜図３（ｅ２）は図３（ａ１）〜図３（ｅ１）における領域Ｒの部分拡大図である。【００６４】
なお、Ｃｒ含有不動態層は、通常の断面電子顕微鏡において視認できるものではないが、理解を容易にするために、図３（ｂ２）及び図３（ｃ２）においてはＣｒ含有不動態層１４２を網掛化して示すこととする。【００６５】
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法は、図１に示すように、鉄鋼部材準備工程Ｓ１１０と、接合体形成工程Ｓ１２０と、金属組織均一化工程Ｓ１３０と、接合体静置工程Ｓ１４０とをこの順序で含む。【００６６】
１．鉄鋼部材準備工程
鉄鋼部材準備工程Ｓ１１０は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材１１０，１２０を準備する工程である（図３（ａ）参照。）。【００６７】
鉄鋼部材１１０，１２０としては、ＳＵＳ４２０Ｊ２系のステンレス鋼（例えばＨＰＭ３８）を用いている。鉄鋼部材１１０，１２０の形状は、それぞれ円柱形状（２０ｍｍφ×２０ｍｍＬ）である。２つの鉄鋼部材１１０，１２０における接合予定面１１２，１２２は、平面であり、接合予定面１１２，１２２の算術平均粗さＲａは、例えば０．１μｍである。【００６８】
２．接合体形成工程
接合体形成工程Ｓ１２０は、２つの鉄鋼部材１１０，１２０における接合予定面１１２，１２２を突き合わせた状態で、２つの鉄鋼部材１１０，１２０を所定の圧力条件で押圧しながら、２つの鉄鋼部材１１０，１２０を接合可能な第１温度Ｔ１（例えば、８５０℃〜１１５０℃（図２においては１０７０℃））に加熱することにより、２つの鉄鋼部材１１０，１２０を互いに接合して接合体１００を形成する工程である（図３（ｂ１）参照。）。【００６９】
接合体形成工程Ｓ１２０においては、複数の接合対象部材にパルス電流を流して当該複数の接合対象部材を接合するパルス通電接合装置（例えば、特許第３５４８５０９号公報参照。）を用いて接合体１００の形成を行う。２つの鉄鋼部材１１０，１２０の押圧は、油圧を用いて例えば１０ＭＰａの圧力条件で行う。２つの鉄鋼部材１１０，１２０の加熱は、２つの鉄鋼部材１１０，１２０にパルス通電することにより行う。第１温度Ｔ１における保持時間（第１熱処理時間ｔ１）は３０分間とする（図２参照。）。接合体形成工程Ｓ１２０実施後には、接合体１００を室温まで徐冷する。【００７０】
３．金属組織均一化工程
金属組織均一化工程Ｓ１３０は、接合体１００を、接合体１００の組織をより均一にすることが可能な第２温度Ｔ２（例えば、８５０℃〜１１５０℃（図２においては１０４０℃））に加熱する工程である（図３（ｃ１）参照。）。【００７１】
金属組織均一化工程Ｓ１３０においては、真空炉を用いて接合体１００の加熱を行う。第２温度Ｔ２における保持時間（第２熱処理時間ｔ２）は１時間（図２参照。）である。金属組織均一化工程Ｓ１３０実施後には、接合体１００をＭｓ点まで急冷し、その後接合体１００を徐冷する。【００７２】
４．接合体静置工程
接合体静置工程Ｓ１４０は、５２０℃以上かつ鉄鋼部材１１０，１２０におけるＡ１変態点（約８２０℃）未満の温度範囲で、接合体１００を３０分以上静置する工程である。【００７３】
接合体静置工程Ｓ１４０においては、真空炉を用いて接合体１００の加熱を行う。接合体１００を静置するときの温度Ｔ３は、例えば６５０℃を目安とし、静置時間ｔ３は２時間とする（図２参照。）。接合体静置工程Ｓ１４０実施後には、不活性ガス雰囲気下（例えば、Ｎ２ガス雰囲気下。）で接合体１００を冷却する。【００７４】
なお、上記した各工程において、接合体の温度を測定する際には、熱電対又は放射温度計を用いて、接合体の最外周部の温度を測定している。【００７５】
以上のような工程を含む実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、接合体形成工程Ｓ１２０により形成した接合体１００を、５２０℃以上かつ鉄鋼部材１１０，１２０におけるＡ１変態点未満の温度範囲で３０分以上静置することとしているため、接合面１４０に存在するＣｒ含有不動態層１４２や空隙１４４の多くが母相の鉄鋼材料中に溶け込み（図３（ｃ２）及び図３（ｄ２）参照。）、最終的には接合面１４０に存在するＣｒ含有不動態層１４２や空隙１４４の多くを消散させることが可能となる（図３（ｅ２）参照。）。その結果、接合体１００の接合力を、用途によっては十分に高くすることが可能となる。【００７６】
したがって、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合にも十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法となる。【００７７】
また、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法は、接合体形成工程Ｓ１２０により形成した接合体１００における接合力を、このような比較的低い温度範囲で３０分以上静置することにより高くすることとしているため、接合力の強化された接合体１００を比較的急速に冷却することが可能となり、生産性の高い鉄鋼部材の接合方法となる。【００７８】
また、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、鉄鋼部材１１０，１２０はステンレス鋼からなる鉄鋼部材である。このため、後述する試験例からも明らかなように、接合体静置工程Ｓ１４０を行うことによって接合面１４０に存在するＣｒ含有不動態層１４２や空隙１４４の多くを消散させることが可能となるため、接合体１００の接合力を十分に高くすることが可能となる。【００７９】
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、接合体静置工程Ｓ１４０を行った後、不活性ガス雰囲気下で接合体１００を冷却することとしているため、冷却過程で接合体１００の表面が酸化して品質が劣化するのを抑制することが可能となる。【００８０】
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、第１温度Ｔ１は、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあるため、所定の圧力条件で押圧しながら２つの鉄鋼部材１１０，１２０を接合して接合体１００を形成することが可能となる。【００８１】
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、接合体形成工程Ｓ１２０と接合体静置工程Ｓ１４０との間に金属組織均一化工程Ｓ１３０を行うこととしているため、接合体形成工程Ｓ１２０を経て不均一な状態となっている金属組織をより均一にすることが可能となり、さらに均質性の高い接合体１００を形成することが可能となる。【００８２】
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、第２温度Ｔ２は、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあるため、接合体形成工程Ｓ１２０を経て不均一な状態となっている金属組織をさらに均一にすることが可能となる。【００８３】
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、金属組織均一化工程Ｓ１３０を行った後、接合体１００をＭｓ点まで急冷し、その後接合体１００を徐冷することとしているため、焼入れ効果により、接合体１００の硬度を高くすることで、機械的強度が高く高品質の接合体を形成することが可能となる。【００８４】
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、２つの鉄鋼部材１１０，１２０における接合予定面１１２，１２２は、平面であるため、接合予定面１１２，１２２を高精度に加工することで２つの鉄鋼部材１１０，１２０を突き当てたときの鉄鋼部材間の密着度を高めて、十分に高い接合力を得ることが可能となる。【００８５】
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、接合予定面１１２，１２２における算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以下であるため、２つの鉄鋼部材１１０，１２０における接合予定面同士の間隔が平均で０．４μｍ以下となる状態で接合体形成工程Ｓ１２０を行うこととなり、また、２つの鉄鋼部材１１０，１２０における接合予定面同士の間隔が平均で０．４μｍ以下となる状態で形成された接合体１００（言い換えると、接合面１４０に残存することのある空隙が極めて小さい接合体。）に対して接合力強化工程Ｓ１２０を行うこととなることから、十分に高い接合力を得ることが可能となる。【００８６】
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、接合体形成工程Ｓ１２０及び接合体静置工程Ｓ１４０を、真空中において行うこととしているため、各熱処理工程における酸素等の活性ガスの存在に起因して発生する悪影響を抑制することが可能となる。【００８７】
［試験例］
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の効果を確認するために試験を行った。試験は、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によって得られる接合体Ａ１〜Ａ５と、実施形態１の比較例に係る鉄鋼部材の接合方法によって得られる接合体Ｂ１〜Ｂ５について、各接合体の接合状態の評価を行うとともに、各接合体について破断試験による評価を行った。【００８８】
実施形態１の比較例に係る鉄鋼部材の接合方法は、基本的には実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法と同様の工程を含むが、接合体静置工程を行わない点で、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法とは異なる。【００８９】
すなわち、比較例に係る鉄鋼部材の接合方法は、鉄鋼部材準備工程と、接合体形成工程と、金属組織均一化工程とをこの順序で含む。なお、これら各工程の内容は、実施形態１で説明したものと同様であるため、詳細な説明は省略する。【００９０】
図４は、試験手順を説明するために示す図である。図４（ａ）は接合前の２つの鉄鋼部材１０，２０を示す斜視図であり、図４（ｂ）は接合後の接合体Ａ１を示す斜視図であり、図４（ｃ）は接合体Ａ１を４分割した状態を示す斜視図であり、図４（ｄ）は試験片ａ１を示す斜視図であり、図４（ｅ）は試験片ａ１を万力Ｖで固定した状態を示す図である。【００９１】
接合体Ａ１の場合を例に試験手順を説明すると、まず、２つの鉄鋼部材１０，２０を準備した（図４（ａ）参照。）。各鉄鋼部材１０，２０の大きさは、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍ厚である。次に、２つの鉄鋼部材１０，２０を接合して接合体Ａ１を形成した（図４（ｂ）参照。）。接合体Ａ１〜Ａ５の場合には、接合体形成工程、金属組織均一化工程及び接合体静置工程を行い、接合体Ｂ１〜Ｂ５の場合には、接合体形成工程及び金属組織均一化工程を行った。【００９２】
次に、接合体Ａ１を４分割して４つのブロック片３０〜３６を作成した（図４（ｃ）参照。）。４つのブロック片３０〜３６のうち１つのブロック片（例えばブロック片３０）を、接合体の接合状態を評価するために用い、他のブロック片（例えばブロック片３２）を、破断試験を行うために用いた。【００９３】
接合体の接合状態を評価するにあたり、ブロック片３０における接合部分及びその周辺部を研磨及びエッチングした後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて接合部分を観察した。【００９４】
破断試験を行うにあたり、図４（ｄ）に示すように、ブロック片３２から試験片ａ１を作成し、図４（ｅ）に示すように、試験片ａ１を万力Ｖで固定した後、試験片ａ１に対してハンマーで所定の打撃を加えて、試験片ａ１の破断状態等を観察した。試験片ａ１の大きさは、１０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ厚である。【００９５】
このような試験手順に沿って、接合体Ａ１〜Ａ５（接合体静置工程を行ったもの）と接合体Ｂ１〜Ｂ５（接合体静置工程を行わないもの）のそれぞれの接合状態の評価及び破断試験による評価を行い、それらの評価結果に基づいて各接合体の総合的な評価を行った。【００９６】
なお、接合体Ａ１〜Ａ５，Ｂ１〜Ｂ５は、接合体を構成する２つの鉄鋼部材の種類がそれぞれ異なる。すなわち、接合体Ａ１，Ｂ１は、２つの鉄鋼部材としてＨＰＭ３８（日立金属社製）を用いており、接合体Ａ２，Ｂ２は、２つの鉄鋼部材としてＳ−ＳＴＡＲ（大同特殊鋼社製）を用いており、接合体Ａ３，Ｂ３は、２つの鉄鋼部材としてＳＴＡＶＡＸ（ウッデホルム社製）を用いており、接合体Ａ４，Ｂ４は、２つの鉄鋼部材としてＥＬＭＡＸ（ウッデホルム社製）を用いており、接合体Ａ５，Ｂ５は、２つの鉄鋼部材としてＳＫＤ６１を用いている。
ＨＰＭ３８、Ｓ−ＳＴＡＲ及びＳＴＡＶＡＸは、ＳＵＳ４２０Ｊ２系のステンレス鋼である。ＥＬＭＡＸは、ＳＵＳ４４０Ｃ系のステンレス鋼である。ＳＫＤ６１は、熱間金型用鋼である。【００９７】
図５〜図９は、各接合体における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。図５（ａ）は接合体Ａ１における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図５（ｂ）は接合体Ｂ１における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図６（ａ）は接合体Ａ２における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図６（ｂ）は接合体Ｂ２における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図７（ａ）は接合体Ａ３における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図７（ｂ）は接合体Ｂ３における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図８（ａ）は接合体Ａ４における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図８（ｂ）は接合体Ｂ４における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図９（ａ）は接合体Ａ５における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図９（ｂ）は接合体Ｂ５における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。【００９８】
図１０は、破断試験を行った後の試験片の写真である。図１０（ａ）は試験片が母材破断した状態を示す写真であり、図１０（ｂ）は試験片が母材破断せずに接合面近傍で破断した状態を示す写真である。なお、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）中に示す符号Ｐの位置に接合面が存在している。【００９９】
表１は、各接合体についての試験結果を示す表である。
なお、表１中の接合状態の評価の欄において、「◎」は接合面が全く確認できない場合を表し、「○」は接合面がほとんど確認できない場合を表し、「△」は接合面が視認可能である場合を表し、「×」は接合面がはっきりと視認可能である場合を表している。また、表１中の破断試験による評価の欄において、「○」は母材破断を起こした場合を表し、「△」は接合面で破断したが破断するには比較的強い力が必要であった場合を表し、「×」は比較的弱い力でも接合面で破断した場合を表している。また、表１中の総合評価の欄は、接合状態の評価及び破断試験による評価に基づいた総合的な評価であって、「◎」はかなり優れた接合体であることを表し、「○」は優れた接合体であることを表し、「×」は悪い接合体であることを表している。【０１００】
【表１】
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【０１０１】
接合体の接合状態について、図５〜図９及び表１からも明らかなように、比較例に係る鉄鋼部材の接合方法によって接合された接合体Ｂ１〜Ｂ５（接合体静置工程を行わないもの）においては、接合面に空隙が存在しているのに対し、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によって接合された接合体Ａ１〜Ａ５（接合体静置工程を行ったもの）においては、接合面に空隙の存在をほとんど確認することができなかった。特に接合体Ａ１，Ａ２，Ａ３に至っては、接合面に空隙の存在を全く確認することができなかった。これより、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によって接合された接合体Ａ１〜Ａ５（接合体静置工程を行ったもの）においては、接合面に存在する空隙が消散していることが確認できた。【０１０２】
破断試験結果について、表１からも明らかなように、比較例に係る鉄鋼部材の接合方法によって接合された接合体Ｂ１〜Ｂ５（接合体静置工程を行わないもの）は、すべて接合面で破断したのに対し、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によって接合された接合体Ａ１〜Ａ５（接合体静置工程を行ったもの）のうち接合体Ａ１〜Ａ３は、母材破断を起こした。また、接合体Ａ４，Ａ５は、母材破断を起こすまでには至らないが、接合体Ｂ１〜Ｂ５の場合に比べてかなり強い力を加えなければ接合面で破断しなかった。これより、比較例に係る鉄鋼部材の接合方法によって接合された接合体Ｂ１〜Ｂ５（接合体静置工程を行わないもの）に比べて、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によって接合された接合体Ａ１〜Ａ５（接合体静置工程を行ったもの）の方が接合強度が高いことがわかった。特に、接合体Ａ１，Ａ２，Ａ３に至っては、母材破断を起こすほど高い接合強度を備えていることが分かった。【０１０３】
これらの評価に基づいて各接合体を総合的に評価すると、表１に示すように、比較例に係る鉄鋼部材の接合方法によって接合された接合体Ｂ１〜Ｂ５（接合体静置工程を行わないもの）は、接合力が低いのに対し、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によって接合された接合体Ａ１〜Ａ５（接合体静置工程を行ったもの）は比較的高い接合力を備えている。特に接合体Ａ１，Ａ２，Ａ３については、接合面を確認することができず、かつ、母材破断を起こすほどの高い接合強度を備えていることから、接合品質の観点からしても、また接合力の観点からしても非常に優れた接合体であることがわかる。【０１０４】
以上、本試験例における試験によって、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法が有する効果（Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合にも十分に高い接合力を得ることが可能となるという効果。）を確認することができた。【０１０５】
［実施形態２］
実施形態２は、本発明の鉄鋼部材の接合方法を説明するための実施形態である。【０１０６】
図１１は、実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために図である。図１１中、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。【０１０７】
実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法は、基本的には実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法と同様の工程を含むが、接合体静置工程を行う回数が、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法とは異なる。【０１０８】
すなわち、実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法は、鉄鋼部材準備工程Ｓ２１０と、接合体形成工程Ｓ２２０と、金属組織均一化工程Ｓ２３０と、接合体静置工程Ｓ２４０とをこの順序で含むとともに、接合体静置工程Ｓ２４０を２回行うこととしている。【０１０９】
なお、実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法における鉄鋼部材準備工程Ｓ２１０、接合体形成工程Ｓ２２０及び金属組織均一化工程Ｓ２３０については、実施形態１で説明した工程と同様であるため、詳細な説明は省略する。【０１１０】
接合体静置工程Ｓ２４０は、実施形態１で説明した接合体静置工程Ｓ１４０と同様に、５２０℃以上かつ鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で、接合体を３０分以上静置する工程である。【０１１１】
接合体静置工程Ｓ２４０においては、真空炉を用いて接合体の加熱を行う。接合体を静置するときの温度Ｔ３は、例えば６５０℃を目安とし、静置時間ｔ３はそれぞれ２時間とする（図１１参照。）。接合体静置工程Ｓ２４０実施後には、不活性ガス雰囲気下（例えば、Ｎ２ガス雰囲気下。）で接合体を冷却する。【０１１２】
このように、実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法は、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法とは、接合体静置工程を行う回数が異なるが、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合と同様に、接合体形成工程Ｓ２２０により形成した接合体を、５２０℃以上かつ鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で３０分以上静置することとしているため、接合体の接合力を、用途によっては十分に高くすることが可能となる。【０１１３】
したがって、実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合にも十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法となる。【０１１４】
実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法においては、金属組織均一化工程Ｓ２３０を行った後、接合体静置工程Ｓ２４０を２回行うこととしているため、より高い接合力を得ることが可能となる。【０１１５】
実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法は、接合体静置工程を行う回数が異なる点以外の点では、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法と同様の工程を含むため、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。【０１１６】
［実施形態３］
実施形態３は、本発明の鉄鋼部材の接合方法及び当該方法によって製造される鉄鋼製品を説明するために示す実施形態である。実施形態３においては、鉄鋼製品として、樹脂成形用金型（実施形態３に係る樹脂成形用金型）を例にとって説明する。【０１１７】
図１２は、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。図１２（ａ）は鉄鋼部材準備工程Ｓ３１０を説明するために示す図であり、図１２（ｂ）は接合体形成工程Ｓ３２０を説明するために示す図であり、図１２（ｃ）は金属組織均一化工程Ｓ３３０を説明するために示す図であり、図１２（ｄ）は接合体静置工程Ｓ３４０を説明するために示す図であり、図１２（ｅ）は切削工程Ｓ３５０を説明するために示す図である。【０１１８】
実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法は、基本的には実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法と同様の方法を含むが、接合対象が実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法とは異なる。また、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法は、接合体静置工程を行った後に、接合体に切削加工を施す切削工程を行う点と、切削工程を行った後に、接合体の表面硬度を高くする表面処理工程を行う点で、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法とは異なる。【０１１９】
実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法においては、図１２（ａ）に示すように、接合対象として、接合予定面３１２，３２２に熱交換用媒体流路形成用溝３１４，３２４が形成された鉄鋼部材３１０，３２０を用いている。鉄鋼部材３１０，３２０としては、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合と同様に、ＳＵＳ４２０Ｊ２系のステンレス鋼（例えばＨＰＭ３８）を用いている。【０１２０】
実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法においては、表面処理工程として、窒化処理（例えばイオン窒化処理など）を行っている。なお、窒化処理に限らず、他の表面処理方法（例えば、マルチナイト処理、浸炭処理、各種コーティング処理（例えばチタンコーティングやセラミックコーティング）など）を用いてもよい。【０１２１】
このように、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法は、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法とは、接合対象が異なるとともに切削工程及び表面処理工程をさらに含んでいるが、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合と同様に、接合体形成工程Ｓ３２０により形成した接合体を、５２０℃以上かつ鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で３０分以上静置することとしているため、接合体３００の接合力を十分に高くすることが可能となる。【０１２２】
したがって、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合にも十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法となる。【０１２３】
実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法においては、図１２（ｅ）に示すように、接合された接合体３００に切削加工を施して所望の形状になるよう加工することにより、熱交換用媒体流路３６０を内部に含む樹脂成形用金型３５０（実施形態３に係る樹脂成形用金型）を製造することが可能となる。【０１２４】
実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法においては、接合体静置工程を行うことにより、樹脂成形用金型３５０のバルクとしての硬度が低下することがあるとしても、表面処理工程を行うことにより、樹脂成形用金型３５０の表面硬度を高くすることが可能となる。このため、樹脂成形用金型３５０の耐久性（耐摩耗性）を向上することが可能となるとともに、離型性も向上することが可能となる。【０１２５】
実施形態３に係る樹脂成形用金型３５０は、十分に高い接合力で接合されているため、高信頼性かつ長寿命な樹脂成形用金型となる（実験では寿命が１００倍以上に延びることが確認されている。）。このため、樹脂成形用金型３５０を用いて製造された樹脂製品は、高品質で製造コストの安価な樹脂製品となる。【０１２６】
なお、実施形態３に係る樹脂成形用金型３５０においては、ここでは図示による説明を省略するが、接合体３００における接合面３４０のうち外方に露出する部分を除去している。具体的には、接合体３００における接合面３４０が露出している端面について、端面から少なくとも２ｍｍ内側部分を除去している。接合体３００における接合面３４０のうち外方に露出する部分は、他の部分（接合体３００における接合面３４０のうち外方に露出しない部分であって、例えば、接合体３００における接合面３４０のうち中心部分）と比べると接合力が低い可能性があるが、実施形態３に係る樹脂成形用金型３５０によれば、接合面３４０のうち外方に露出する部分を除去しているため、相対的に接合力が低い部分が除去された高品質な樹脂成形用金型となる。【０１２７】
実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法は、接合対象が異なる点並びに切削工程及び表面処理工程をさらに含む点以外の点では、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法と同様の工程を含むため、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。【０１２８】
以上、本発明の鉄鋼部材の接合方法、鉄鋼製品及び樹脂製品を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。【０１２９】
（１）上記各実施形態においては、鉄鋼部材準備工程と、接合体形成工程と、金属組織均一化工程と、接合体静置工程とをこの順序で含む鉄鋼部材の接合方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体を、５２０℃以上かつ鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲又は５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲で、接合体を３０分以上静置することにより、接合面に存在するＣｒ含有不動態層や空隙を消散させて接合体の接合力を強化する、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法をも含むものである。この場合にも、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体の接合力を十分に高くすることが可能となる。【０１３０】
（２）上記各実施形態においては、鉄鋼部材として、ＳＵＳ４２０Ｊ２系のステンレス鋼であるＨＰＭ３８を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、同じＳＵＳ４２０Ｊ２系のステンレス鋼であるＳＴＡＶＡＸ（ウッデホルム社の登録商標）やＳ−ＳＴＡＲ、ＳＵＳ４４０Ｃ系のステンレス鋼であるＥＬＭＡＸなどを用いてもよい。また、鉄鋼部材として、これら以外のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いてもよいし、熱間金型用鋼、冷間金型用鋼、機械構造用鋼又は高速度工具鋼を用いてもよい。このような鉄鋼部材を用いた場合であっても、十分に高い接合力で接合することが可能となる。【０１３１】
（３）上記各実施形態ににおいては、接合予定面が平面である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。接合予定面が互いに密着可能であれば、接合予定面は曲面であったり段差を有していたりしてもよい。【０１３２】
（４）上記各実施形態においては、鉄鋼部材における接合予定面の算術平均粗さＲａが０．１μｍである場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、接合予定面の算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下であればよい。【０１３３】
（５）上記各実施形態においては、接合体形成工程をパルス通電加熱装置を用いたパルス通電加熱により行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、外部加熱又は磁気加熱により行うこともできる。このうち、磁気加熱の場合には、複数の鉄鋼部材を高速かつ均一に加熱することが可能となり、結果として応力歪みの小さい高品質の接合体を生産性よく製造することが可能となる。
なお、接合体形成工程を磁気加熱により行う方法は、Ｃｒを含有しない鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材の接合方法にも適用可能なものである。【０１３４】
（６）上記各実施形態においては、油圧により複数の鉄鋼部材を押圧しながら複数の鉄鋼部材を加熱することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、サーボモータを用いて複数の鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら複数の鉄鋼部材を加熱することもできる。これにより、複数の鉄鋼部材を一定の圧力条件で押圧することが可能となり、結果として応力歪みの小さい高品質の接合体を製造することが可能となる。
なお、接合体形成工程をサーボモータを用いて鉄鋼部材を押圧する方法は、Ｃｒを含有しない鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材の接合方法にも適用可能なものである。【０１３５】
（７）上記各実施形態においては、５２０℃以上かつ鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で、接合体を静置する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲で、接合体を静置してもよい。【０１３６】
（８）上記実施形態１においては、接合体の静置時間ｔ３を２時間とする場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。接合体の大きさにもよるが、接合体静置工程における接合体の静置時間は、３０分以上あればよい。【０１３７】
（９）上記実施形態２においては、接合体静置工程を２回行うこととしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、接合体静置工程を３回以上行ってもよい。【０１３８】
（１０）上記各実施形態においては、接合体静置工程実施後に不活性ガス雰囲気下（例えば、Ｎ２ガス雰囲気下。）で接合体を冷却する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。接合体静置工程実施後の接合体を炉から取り出して、そのまま大気中で放置してもよい。【０１３９】
（１１）上記各実施形態においては、接合体形成工程、金属組織均一化工程及び接合体静置工程を、真空中において行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、これらの工程をＮ２ガス、Ａｒガス等の不活性ガス雰囲気中において行うこともできる。このような方法とすることによっても、各熱処理工程において、酸素等の反応性ガスによる悪影響を抑制することが可能となる。【０１４０】
（１２）上記各実施形態においては、鉄鋼製品として、樹脂成形用金型を製造することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。鉄鋼製品としては、各種成形金型、各種工具、各種構造材などを例示することができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１０，２０，１１０，１２０，３１０，３２０…鉄鋼部材、３０，３２，３４，３６…ブロック片、１００，３００，Ａ１…接合体、１４０，３４０…接合面、１４２…Ｃｒ含有不動態層、１４４…空隙、３１２，３２２…接合予定面、３１４，３２４…熱交換用媒体流路形成用溝、３５０…樹脂成形用金型、３６０…熱交換用媒体流路、４２，４４…熱交換用媒体流路形成用溝、ａ１…試験片、Ｔ１…第１温度、Ｔ２…第２温度、Ｔ３…第３温度、ＴＡ１…Ａ１変態点、ｔ１…第１熱処理時間、ｔ２…第２熱処理時間、ｔ２…静置時間、ｔ４…第４熱処理時間、Ｖ…万力
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月18日(2010.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を準備する鉄鋼部材準備工程と、
前記２つの鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、前記２つの鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記２つの鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、前記２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を形成する接合体形成工程と、
５２０℃以上かつ前記鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項２】
Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を準備する鉄鋼部材準備工程と、
前記２つの鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、前記２つの鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記２つの鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、前記２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を形成する接合体形成工程と、
５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記接合体形成工程を行った後、前記接合体静置工程を複数回行うことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記接合体静置工程を行った後、不活性ガス雰囲気下で前記接合体を冷却することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記第１温度は、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記接合体形成工程と前記接合体静置工程との間に、前記接合体を、前記接合体の組織をより均一にすることが可能な第２温度に加熱する金属組織均一化工程をさらに含むことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項７】
請求項６に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記第２温度は、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記金属組織均一化工程を行った後、前記接合体をＭｓ点まで急冷し、その後前記接合
体を徐冷することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記２つの鉄鋼部材における前記接合予定面は、平面であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記接合予定面における算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以下であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記接合体形成工程及び前記接合体静置工程を、真空中又は不活性ガス雰囲気中において行うことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記鉄鋼部材は、ステンレス鋼からなる鉄鋼部材であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
前記鉄鋼部材は、熱間金型用鋼、冷間金型用鋼、機械構造用鋼又は高速度工具鋼からなる鉄鋼部材であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
【請求項１４】
Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体の接合力を強化する、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法であって、
前記接合体として、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、前記２つの鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記２つの鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、前記２つの鉄鋼部材を互いに接合することにより形成された接合体を準備する接合体準備工程と、
５２０℃以上かつ前記鉄鋼部材におけるＡ１変態点未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法。
【請求項１５】
Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体の接合力を強化する、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法であって、
前記接合体として、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、前記２つの鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記２つの鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、前記２つの鉄鋼部材を互いに接合することにより形成された接合体を準備する接合体準備工程と、
５２０℃以上かつ８２０℃未満の温度範囲で、前記接合体を３０分以上静置する接合体静置工程とをこの順序で含むことを特徴とする、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法において、
前記接合体準備工程を行った後、前記接合体静置工程を複数回行うことを特徴とする鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法。
【請求項１７】
請求項１〜１３のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体又は請求項１４〜１６のいずれかに記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法により接合力が強化された接合体を用いて鉄鋼製品を製造することを特徴とする鉄鋼製品の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の鉄鋼製品の製造方法において、
前記鉄鋼製品に、表面硬度を高くする表面処理としての、窒化処理、マルチナイト処理、浸炭処理、チタンコーティング処理又はセラミックコーティング処理を施すことを特徴とする鉄鋼製品の製造方法。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の鉄鋼製品の製造方法において、
前記鉄鋼製品は、樹脂成形用金型であることを特徴とする鉄鋼製品の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の鉄鋼製品の製造法方法により製造された樹脂成形用金型を用いて樹脂製品を製造することを特徴とする樹脂製品の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、鉄鋼部材の接合方法、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法、鉄鋼製品の製造方法及び樹脂製品の製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合にも十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法を提供することを目的とする。また、Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体の接合力を十分に高くすることが可能な、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法を提供することを目的とする。また、このような鉄鋼部材の接合方法により形成された接合体又は鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法により接合力が強化された接合体を用いて鉄鋼製品を製造する鉄鋼製品の製造方法を提供することを目的とする。さらにまた、鉄鋼製品が樹脂成形用金型である場合に当該樹脂成形用金型を用いて樹脂製品を製造する樹脂製品の製造方法を提供することを目的とする。
【国際調査報告】
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