(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Crが12〜14％，Pが９〜11％で、
Sn：0.05〜10％，Bi：0.5％〜10％，Cu：0.5〜10％の内のいずれか一つ以上の成分を有し、それらの合計が10％以下で、残部が不可避不純物とNiからなるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材。
【請求項２】
重量％で、Crが28〜31％，Pが５〜７％で、
Sn：0.05〜10％，Bi：0.5％〜10％，Cu：0.5〜10％の内のいずれか一つ以上の成分を有し、それらの合計が10％以下で、残部が不可避不純物とNiからなるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
フェライト系ステンレス鋼に用いるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
フェライト系ステンレス鋼に用いると共に、オーステナイト系ステンレス鋼にも用いるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてフェライト系ステンレス鋼に用いるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のステンレス用のニッケルろう材は、主としてオーステナイト系ステンレス鋼を対象とするものである。そのため、そのろう材はフェライト系ステンレスには不向きである欠点があった。即ち、ＳＵＳ４４４等のフェライト系ステンレスどうしを、従来のニッケルろう材でろう付けするとき、ろう材の拡がり性が悪く、ろう付け不良を起こし易かった。
例えば、特許文献１に記載の「Ｎｉろう材合金」は、重量パーセントでＣｒが５〜１６％、Pが２〜９％、Ｓｉが１〜６％、Ｂが０．５〜２．５％を含み、残部のＮｉが７３〜８７％である。また、特許文献２に記載の「ステンレス用耐食性ろう材」は、Ｃｕを基材とし、Ｎｉを重量比で１５〜３５％混合してなることを特徴とする。さらには、引用文献３に記載の「ステンレス鋼用ろう材」は、Ｓｎを５〜２０％、Ｃｕを３０〜７０％、残部をＮｉとしたものである。
【０００３】
これらは何れもオーステナイト系ステンレス鋼を対象とし、フェライト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４４４）のろう付けに用いると、そのろう材の拡がり性が悪く、ろう付け不良を起こすことがあった。また、Ｎｉろう材の規格としてＢＮｉ−７が知られている。これはＣｒが１３％、Ｐが１０％、残部がＮｉであるものが知られている。
実験によれば、このＢＮｉ−７のろう材はＳＵＳ４４４Ｍ１のフェライト系ステンレス鋼において、他のろう材よりも拡がり性が比較的良いことがわかった。しかしながら、フェライト系ステンレス鋼のろう材として十分ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０７５８６７号公報
【特許文献２】特開２００３−２３０９８１号公報
【特許文献３】特開平９−２８５８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は主としてフェライト系ステンレスにおいて、ろう付け時にろう材の拡がり性が良く、且つ抗析力が高く、フィレット部の耐食性が良いＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の本発明は、重量％で、Crが12〜14％，Pが９〜11％で、
Sn：0.05〜10％，Bi：0. 5％〜10％，Cu：0.5〜10％の内のいずれか一つ以上の成分を有し、それらの合計が10％以下で、残部が不可避不純物とNiからなるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材である。
【０００７】
請求項２に記載の本発明は、重量％で、Crが28〜31％，Pが５〜７％で、
Sn：0.05〜10％，Bi：0.5％〜10％，Cu：0.5〜10％の内のいずれか一つ以上の成分を有し、それらの合計が10％以下で、残部が不可避不純物とNiからなるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材である。
【０００８】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
フェライト系ステンレス鋼に用いるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材である。
【０００９】
請求項４に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
フェライト系ステンレス鋼に用いると共に、オーステナイト系ステンレス鋼にも用いるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載のろう材によれば、８９０℃近傍の液相線を有するものにおいて、ろう付け時の拡がり係数が５．０〜６．０で、抗析力が１２０以上、フェレット部の耐食性として塩水噴霧試験後の浸食深さが４０μｍ以下である理想的な、ろう材を提供できる。
請求項２に記載のろう材によれば、１０４０℃近傍の液相線を有するものにおいて、ろう付け時の拡がり係数が５．０〜６．０で、抗析力が１２０以上、且つフェレット部の耐食性として塩水噴霧試験後の浸食深さがが４０μｍ以下である理想的なろう材を提供できる。
特に、これらはオーステナイト系ステンレス鋼に用いられる従来のろう材が、達成できなかったフェライト系ステンレスに対するろう付け時の拡がり性、その他の性能を最適範囲に維持することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施例１）
本発明の請求項１に記載のＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材は下記表１に示す如く、重量％でＣｒが１２〜１４％、Ｐが９〜１１％で且つ、Ｓｎが０．０５〜１０％、Ｂｉが０．５〜１０％、Ｃｕ０．５〜１０％のうちの何れか１以上の成分を有し、それらの合計が１０％以下で残部が不可避不純物とＮｉからなるものである。
【００１２】
【表１】
0005498324.tif 000002
【００１３】
詳細は後述するが、実施例１の概略を説明すると、表１の比較例ａ〜ｑから明らかなように、各成分比が上記範囲を超えると、次の問題が生じる。
まず、Ｃｒ−Ｐの相互作用において、Ｃｒが１２％未満ではフィレット部の耐食性が急激に悪くなる。Ｃｒが１４％を超えるとろう材の抗析力が低下する。
Ｃｒ−Ｐの相互作用において、Ｐが９％未満ではろう材の拡がり性が低下するばかりでなく、フィレットの耐食性が低下する。Ｐが１１％を超えるとろう材の抗析力が低下するとともに、フィレット部の耐食性が低下する。
【００１４】
次に、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｕが存在しない場合には、ろう付けの拡がり性が悪い。また、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｕのいずれかが１０％を超えると、ろう材の拡がり性が大きくなりすぎ、ろう材が流れて、隙間にろう材が保持されず、ろう付け不良になる。さらには、スラグが発生したり、抗析力が低下する。さらに、フィレット部の耐食性も悪くなる。
また、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｕの合計が１０％を超えても同様にろう材が流動し、抗析力が低下し、フィレット部の耐食性が低下する。
【００１５】
（実験例１）
表１は本発明の第１実施例を示し、この例は液相線が８８６℃〜９１０℃となる比較的ろう材の完全溶融温度が低いものに関する。
合金Ｎｏ．が１〜２０の各実施例は、Ｃｒが１２〜１４％、Ｐが９〜１１％で且つＳｎ、Ｂｉ、Ｃｕの含有量がそれぞれ所定量であり、残部がＮｉとなる。表１には合金強度の指標として抗析力（Ｎ／ｍｍ２）、フィレット部の耐食性として塩水噴霧試験による腐食深さ（μｍ）を合わせて示している。上記液相線および固相線温度は、ろう材を不活性ガスの雰囲気の電気炉で溶解し、熱電対型温度測定器で測定したものである。また、抗析力は溶解し、次いで凝固させたろう材を抗析力試験器に取り付け、荷重をかけて破断したときの値をその試験片の断面積で割ったものである。
【００１６】
ろう付け性は、拡がり係数とスラグの発生の有無の両者から検討する。拡がり係数は直径６ｍｍで高さ０．２ｍｍの大きさのろう材ペースト（ろう材+バインダー）をＳＵＳ４４４（フェライト系ステンレス鋼板）上に置き、ろう付け温度１０８０℃に加熱して拡がり性を測定した。
ろう付け前面積Ｓｏとろう付け後面積Ｓとの面積比Ｓ／Ｓｏを拡がり係数とした。拡がり係数は５〜６を最適値と定めた。これは５未満ではフェライト系ステンレスにおいて、隙間に十分浸透しないことがわかった。また、拡がり係数が６を超えると流動性が増し、表面張力が少なくなり、ろう材が隙間に保持されず流れ出してしまうことがわかったからである。スラグの発生は存在しないのが良とし、抗析力は１２０以上を良好とした。また、フィレット部の耐食性は塩水噴霧試験において腐食深さが４０μｍ以下を良好とした。
【００１７】
表１の実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２０から、重量％でＣｒが１２〜１４％、Ｐが９〜１１％で、Ｓｎが０．０５〜１０％、Ｂｉが０．５〜１０％、Ｃｕが０．５〜１０％の何れか１以上の成分を有し、それらの合計が１０％以下で、残部が不可避不純物とＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材が、フェライト系ステンレスのろう付けに適することが明らかになった。
【００１８】
そして、表１の比較例ａ〜ｑは、上記範囲をそれぞれ少し外れたＣｒ、Ｐ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｕの例である。
そして、その比較例ａ〜ｃでは、Ｃｒの成分量を除き、他はすべて請求項１の範囲に含まれる。これらの例はいずれも、Ｃｒが請求項１の下限である１２％より低い値であり、この場合フィレット部の耐食性が極めて悪い。すなわち、塩水噴霧試験において腐食深さが１３０μｍ〜２３４μｍとなっている。
【００１９】
次に、比較例ｄ〜ｆは、同様にＣｒ量以外、他は請求項１の範囲を示し、Ｃｒはその上限１４％を超えたものである。
これらの例では、抗析力が１０５〜１１７となり、目的とする120以上の値よりも低い。次に、比較例ｇ〜ｉは、Ｐの成分量、以外の他は請求項１を満足する。
これらの例では、Ｐの下限である９％を下回る７％である。それによって、拡がり性が４．２〜４．６と低下するとともに、耐食性もその侵食深さが４５〜５６μｍと劣化している。
【００２０】
次に比較例ｊ〜ｌは、Ｐの値が請求項１の上限１１％を超える１３％であり、他は請求項１の範囲を満足する。これらの比較例では、抗析力が１０７〜１１５と低下しているとともに、フィレット部の耐食性の悪いものが存在する。
比較例ｍ〜ｏは、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｕの含有量がその上限値１０％を超えたものであり、それによって、ろう付けの拡がり性が６．２〜７．０と不必要に大きくなり、流動性が増してろう材を隙間に保持することができない。さらにはスラグの発生したものが存在するとともに抗析力の悪いもの、さらにはフィレットの耐食性がすべて悪くなる。
【００２１】
比較例ｐは、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、の各成分量は請求項１を満足するが、その合計が１０％を超える。この例でも拡がり性が不必要に大きくなり、抗析力が低下するとともに耐食性が悪いものとなる。
比較例ｑは、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｕが全く存在しないものであり、この場合には拡がり性が４．９となり目標値から僅かに下回る。それとともに抗析力が低いことがわかる。
なお、比較例において各試験結果が基準に満たないものにその値の後に×印を付してある。総合評価ではその×印が一つ以上のものを不良とし、×印を付してある。また、総合評価で○であるものは、各試験においてそれぞれが基準値内に入る良好なものである。
【００２２】
（実施例２）
請求項２に記載の発明は、重量％でＣｒが２８〜３１％、Ｐが５〜７％で、Ｓｎが０．０５〜１０％、Ｂｉが０．５〜１０％、Ｃｕが０．５〜１０％のうちの何れか一つ以上の成分を有し、それらの合計が１０％以下で、残部が不可避不純物とＮｉからなるものである。
【００２３】
【表２】
0005498324.tif 000003
【００２４】
この請求項２に記載のろう材は、請求項１のろう材の液相線温度に比べて、それが４０℃程度高い、1027℃〜1049℃のものである。逆に言えば、請求項１に記載のろう材は液相線温度が４０℃程低い分、低温でろう付けすることができ、それだけ製造コストを低下させて、経済性の高いものである。これに対し、第２実施例である請求項２に記載のろう材は一般的なＮｉろう材のろう付け温度に近いものであり、且つフィライト系ステンレスへのろう付け性の良いものである。
【００２５】
このようなろう付け温度において、各成分量の上限および下限の限定理由の詳細は後述するが、その概略は、表２から明らかなように、次の理由による。
Ｃｒ量はＰ量との相乗作用において、Ｃｒが２８％未満であるとフィレット部の耐食性が低下する。３１％を超えると抗析力が低下する。
次にＰ量はＣｒ量との相乗作用において、５％未満であるとろう付けの際の拡がり性が悪くなる。Ｐが７％を超えるとろう材の拡がりが大きすぎ、流動性が増してろう付け部にそれを保持できないとともに、抗析力が低下する。
【００２６】
次に、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｕの何れか一つが１０％を超えると、ろう材の拡がり性、流動性が大きくなりすぎ、ろう付け不良となる。それとともに、スラグが発生し且つ、フィレットの耐食性が低下する。ＳｎとＢｉとＣｕとの合計が１０％を超えても同様に、広がり性、流動性が高くなりすぎ、抗析力が低下する。また、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｕの何れもが存在しない場合には、拡がり性が悪いとともに、抗析力が低下する。
【００２７】
（実験例２）
次に表２は、本発明の請求項２を満足するものであり、合金Ｎｏ.１〜Ｎｏ.２０はその液相線温度が前記第１実施例よりも高く１０２７℃〜１０４９℃である。これらの実施例における融点、ろう付け性、抗析力、フィレット部の耐食性の各試験は、それぞれ前記第１実施例と同様に行なうとともに、そのろう付け性、抗析力、フィレット部の耐食性の良好な基準範囲は前記第１実施例と同一のものである。
この第２実施例では、Ｃｒの含有量が第１実施例のそれよりも多いとともに、Ｐの量は第１実施例の量よりも少ないものであって、Ｓｎ、Ｂｉ，Ｃｕ、およびそれらの合計は第１実施例と同一である。
【００２８】
表２の合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２０からろう付け性、抗析力、フィレット部の耐食性が良好な範囲は、Ｃｒが２８〜３１％、Ｐが５〜７％で且つ、Ｓｎが0.05〜１０％、Ｂｉが0. 5〜１０％、Ｃｕが0. 5〜１０％のうちの何れか一つ以上の成分を有し、それらの合計が１０％以下で、残部が不可避不純物とＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ−Ｐ系ろう材である。そして、表２の比較例ａ〜ｑは何れも請求項２の各金属成分の範囲から少し外れているものである。
【００２９】
先ず、比較例ａ〜ｃは、Ｃｒの量が請求項２の下限２８％以下となる２６％であり、他の金属量は請求項２を満足する。これらの例では、ろう材が溶融固化したフィレット部の耐食性である侵食深さが４１〜４５μｍと悪い。
比較例ｄ〜ｆは、Ｃｒの量がその上限３１％を超える３３％であり、他の金属成分は請求項２を満足する。この例では、抗析力が１０７〜１１９となり、良好な目標値１２０を下回る。
【００３０】
比較例ｇ〜ｉは、Ｐの量が請求項２の下限５％を下回る３％であり、他の金属の成分量は請求項２を満足する。この例では、拡がり性が４．３〜４．８となり目標範囲5〜6の範囲以下である。
比較例ｊ〜ｌは、Ｐの成分量が請求項２の上限７％を超える９％であり、他は請求項２を満足する。この例では、抗析力が１０３〜１１９となり、良好な目標値以下である。
【００３１】
比較例ｍ〜ｏはＳｎ、Ｂｉ、Ｃｕの何れかの成分量が上限値の１０％を上回り、他は請求項２を満足する。この例では、ろう材の拡がり性が６．１〜７．４と必要以上に大きい。そのために、ろう材の流動性が増し、隙間にそれを保持できない場合が生じる。さらには、この例ではスラグが発生するとともに、フィレットの耐食性も悪くなっている。
比較例ｐはＳｎ、Ｂｉ、Ｃｕの各成分量は請求項２を満足するが、それらの合計が１０％を超える１５％である。この例では、拡がり性が必要以上に大きいとともに、抗析力が低下している。
比較例ｑはＳｎ、Ｂｉ、Ｃｕが全く存在しないものであり、ろう材の拡がり性が悪く、抗析力も悪い。
【００３２】
なお、上記の各実施例１、実施例２の実験はＳＵＳ４４４のフェライト系ステンレスで実験しているが、他のフェライト系ステンレスでも同様の結果が確認された。また、このろう材をオーステナイト系ステンレスに適用しても、ろう付けが良好に行なわれることが明らかとなった。