(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｆｅ：２１〜４０％、
Ｃｒ：１０〜３０％、
Ｐ：７〜１１％
を含み、残部Ｎｉからなり、かつＦｅ／Ｐ：２．６〜５の範囲であることを特徴とするＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材。
【請求項２】
請求項１に加え、
Ｂ：５％以下、
Ｓｉ：４．５％以下
の１種または２種を含み、かつＰ＋Ｂ＋Ｓｉ：７〜１３％の範囲であることを特徴とするＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材。
【請求項３】
請求項１または２に加えて、
Ｖ：５％以下、
Ｃｏ：５％以下、
の１種または２種を含み、Ｖ＋Ｃｏ：１０％以下の範囲であることを特徴とするＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項の合金成分よりなる金属粉末をバインダと混合したことを特徴とするＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項の合金成分よりなることを特徴とする箔帯状Ｎｉ−Ｆｅ基合金ろう材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス製熱交換器などの製造に用いる、溶融温度が低く、耐食性に優れ
比較的入手しやすい原料よりなるＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりステンレス鋼のろう付けには耐食性、耐酸化性に優れるＮｉ基合金ろう材が用いられており、特に、ＪＩＳ規格であるＢＮｉ−２（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ合金）、ＢＮｉ−５（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金）、ＢＮｉ−７（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐ合金）が多く用いられてきた。上記３種のＮｉ基ろう材にはそれぞれに長所、短所があり、用途により使い分けられてきた。
【０００３】
例えば、ＢＮｉ−２は液相線温度が約１０００℃と比較的低いが、耐食性が必ずしも十分ではなく、ＢＮｉ−５は耐食性に優れるが液相線温度が約１１４０℃であり、高いろう付け温度を要する。また、ＢＮｉ−７は液相線温度が約９００℃と非常に低く、耐食性も比較的優れるが、Ｐを添加するためにＮｉ−Ｐ合金母材を使用するが、この母材は比較的入手が困難であり、供給に不安がある。このように、低い液相線温度と優れた耐食性を兼備し、かつ比較的入手しやすい原料からなるＮｉ基ろう材がなく、新規合金ろう材の開発が求められていた。
【０００４】
これらの課題に対し、低い液相線温度と高い耐食性を有するＮｉ基耐熱ろう材が、例えば特開平９−２２５６７９号公報（特許文献１）に提案されている。このＮｉ基耐熱ろう材は高い耐食性を得るためＣｒの添加量を規定すると共に、Ｎｉ−Ｃｒ固溶体と共晶反応を示すＰ、Ｓｉの添加量を規定することにより低い液相線温度を有する優れた合金であるが、一方で原料として比較的入手が困難なＮｉ−Ｐを必要とする。
【０００５】
また、特開２００９−１４８７６９号公報（特許文献２）はベース合金自体を比較的高価なＮｉではなく、非常に安価なＦｅおよびＣｒとすることにより、大幅な原料費低減を実現した合金であるが、一方で実施例に記載されている通り液相線温度は１０６０℃以上となる。
【特許文献１】特開平９−２２５６７９号公報
【特許文献２】特開２００９−１４８７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、特許文献１および特許文献２におけるＮｉ基ろう材では、耐食性、低溶融温度を兼備し、かつ入手しやすい原料からなるものではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述のような問題を解消するために発明者らは鋭意開発を進めた結果、優れた耐食性と低い液相線温度を兼備し、かつ比較的入手しやすい原料よりなるＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材の開発を目的とし、耐食性が許す程度のＦｅを添加し、Ｐの原料として比較的入手が困難なＮｉ−Ｐではなく、入手しやすいＦｅ−Ｐを使用できる合金を開発するに至った。
【０００８】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｆｅ：２１〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ｐ：７〜１１％を含み、残部Ｎｉからなり、かつＦｅ／Ｐ：２．６〜５の範囲であることを特徴とするＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材。
（２）前記（１）に加え、Ｂ：５％以下、Ｓｉ：４．５％以下の１種または２種を含み、かつ、Ｐ＋Ｂ＋Ｓｉ：７〜１３％の範囲であることを特徴とするＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材。
【０００９】
（３）前記（１）または（２）に加えて、Ｖ：５％以下、Ｃｏ：５％以下の１種または２種を含み、Ｖ＋Ｃｏ：１０％以下の範囲であることを特徴とするＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材。
（４）前記（１）〜（３）のいずれか１項の合金成分よりなる金属粉末をバインダと混合したことを特徴とするＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材。
（５）前記（１）〜（３）のいずれか１項の合金成分よりなることを特徴とする箔帯状Ｎｉ−Ｆｅ基合金ろう材にある。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように、ステンレス製熱交換器などの製造に用いる、溶融温度が低く、耐食性に優れ、比較的入手しやすい原料よりなるＮｉ−Ｆｅ基合金ろう材を提供することができる極めて優れた効果を奏するものである。
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の合金設計については、先ず、液相線温度を低くするため、前述のＪＩＳ規格組成などで添加されているＢ、Ｓｉ、Ｐの中でも特にＮｉとの共晶温度の低いＰを選択した。Ｎｉ−Ｐ二元系の共晶組成はＮｉ−１１％Ｐである。ただし、Ｐを添加する母材として比較的入手の困難なＮｉ−Ｐではなく、入手しやすいＦｅ−Ｐを用いることを考えた。
【００１２】
ここで、市販されているＦｅ−Ｐ母材のＰ含有量は２５％前後であり、残部の７５％はＦｅおよび不純物であるため、Ｐ量の約３倍のＦｅ量が同時に添加されることとなる。さらに耐食性改善のためＣｒ添加は必須であると考えられた。以上より、１１％程度のＰ量とその約３倍のＦｅ量と十分な耐食性が確保できるＣｒ量がおおよその必須元素系であると考えた。さらに実施例に示す検討により、これら必須元素、微量添加元素の添加量範囲およびその他条件を決定し、本発明に至った。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について述べる。
Ｆｅ：２１〜４０％
本発明合金においてＦｅはＦｅ−Ｐ母材を用いることから必須元素であると共に、ベース金属であるＮｉ含有量を低減することでも原料費を安価にする。しかしながら、添加量と共に液相線温度を上昇させてしまう。しかし、２１％までは液相線温度をほとんど上昇させることなくＮｉ含有量を低減できるため積極的に添加することとした。一方、４０％を超えて添加すると、液相線温度の上昇が顕著となる。したがって、その範囲を２１〜４０％とした。好ましくは２２〜３５％、より好ましくは２２〜２９％である。
【００１４】
Ｃｒ：１０〜３０％
本発明合金においてＣｒは耐食性改善のため必須元素である。しかしながら、添加量と共に液相線温度を上昇させてしまう。しかし、１０％未満の添加では耐食性改善が十分でなく、３０％を超えて添加すると液相線温度が過度に上昇してしまう。したがって、その範囲を１０〜３０％とした。好ましくは１４〜２８％、より好ましくは１７〜２４％である。
【００１５】
Ｐ：７〜１１％
本発明合金においてＰは液相線温度の低下のため必須元素である。しかしながら、過度に共晶組成を超えて添加すると液相線温度は上昇してしまう。しかし、７％未満または１１％を超える添加量ではいずれも液相線温度が高くなってしまう。したがって、その範囲を７〜１１％とした。好ましくは７．５〜１０．５％、より好ましくは８．５〜１０％である。
【００１６】
Ｆｅ／Ｐ：２．６〜５
本発明合金は原料として約２５％のＰを含む入手しやすいＦｅ−Ｐ母材を使用する。Ｐ含有量が２５％であればＦｅ／Ｐ＝７５／２５＝３．０である。この母材のＰ含有量はある程度のバラツキを持つため、Ｆｅ／Ｐの下限を２．６とした。しかし、Ｆｅ／Ｐが２．６未満では、Ｐに対しＦｅが少なすぎるため、Ｆｅ−Ｐ母材以外に比較的入手が困難なＮｉ−ＰによりＰを添加することになる。また、Ｆｅ／Ｐが５を超えると液相線温度を上昇させてしまうＦｅ量と低下させるＰ量のバランスが悪くなり、合金の液相線温度を過度に上昇させてしまう。したがって、その範囲を２．６〜５％とした。好ましくは２．６〜４．０、より好ましくは２．６〜３．２である。
【００１７】
Ｂ：５％以下、Ｓｉ：４．５％以下、Ｐ＋Ｂ＋Ｓｉ：７〜１３％
本発明合金においてＢ、ＳｉはＰほどではないものの、液相線温度を低下させる効果があるため、必要に応じて添加してもよい。ただし、Ｂは５％、Ｓｉは４．５％を超えて添加すると液相線温度が上昇する。また、Ｐ＋Ｂ＋Ｓｉは１３％を超えると液相線温度が上昇する。Ｂ、Ｓｉは必須元素ではないため、Ｐ＋Ｂ＋Ｓｉの下限はＰ量の下限と同様に７％であり、これを下回ると液相線温度が上昇する。好ましいＢ量は３．５％以下、より好ましくは２．５％以下である。好ましいＳｉ量は３．５％以下、より好ましくは２．５％以下である。好ましいＰ＋Ｂ＋Ｓｉ量は７．５〜１１．５％、より好ましくは８．５〜１０％である。
【００１８】
Ｖ：５％以下、Ｃｏ：５％以下、Ｖ＋Ｃｏ：１０％以下
本発明合金においてＶ、Ｃｏはいずれも強度改善の効果があるがそれぞれ５％を超えて添加するかもしくはＶ＋Ｃｏが１０％を超えると液相線温度が上昇してしまう。好ましいＶ、Ｃｏの添加量はいずれも１％以下、より好ましくは無添加である。また、好ましいＶ＋Ｃｏは５％以下、より好ましくは０％である。
【００１９】
本発明合金は、Ｔｉなどの酸化しやすい活性元素を含んでいないため、従来からある通常のバインダーと混合し、ペーストとして使用することもできる。また、従来からある通常の急冷箔帯や圧延箔帯として使用することも出来る。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
（１）液相線温度測定、ろう付け試験、耐食性試験
表１に示す成分組成の急冷薄帯を作製し、液相線温度測定、ろう付け試験を行なった。急冷リボンは、あらかじめ表１の各組成となるよう原料を計量してアーク溶解にて約５０ｇの母材を作製しておき、これをノズル幅２５ｍｍの石英管に入れて再度溶解し、１５００ｒｐｍで回転させた径３００ｍｍの銅ロール上に出湯して得た。溶解および出湯は減圧Ａｒ雰囲気中で行なった。この急冷リボンを熱分析することで液相線温度を測定した。さらに、得られた急冷リボンを厚さ１ｍｍ、径２０ｍｍのＳＵＳ３０４製円盤に乗せ、真空中で１１００℃でろう付けを行なった。その後、光学顕微鏡により断面観察を行い、急冷リボンが完全に溶融しろう付けされているものを○、未溶融部が残存しているものを×とし評価した。
【００２１】
ここで、溶融の評価は、ろう材部全体がデンドライト状の凝固組織となっているかどうかで判断した。同様に作製したこのろう付け試験片を用い、５％で３５℃のＮａＣｌの溶液に９６ｈ曝した塩水噴霧試験を行なった。その表面を観察し、発銹なしのものを◎、一部に発銹を生じたものを○、全面に発銹したものを×とし評価した。
【００２２】
（２）抗折試験
表１に示す成分組成のインゴットを遠心鋳造法により作製した。作製したインゴットのサイズは、径が約３５ｍｍ、長さが約３０ｍｍである。このインゴットから１．８ｍｍ角で、長さが２０ｍｍ、の試験片を切り出し、支点間距離１０ｍｍで三点曲げ試験を行なった。抗折強度が５００ＭＰａ未満のものは×、５００ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ未満のものは○、１０００ＭＰａ以上のものは◎で評価した。
【００２３】
【表１】
0005546836.tif 000002
【００２４】
【表２】
0005546836.tif 000003
表１または表２に示すように、Ｎｏ．１〜１０は本発明例であり、Ｎｏ．１１〜１９は比較例である。
【００２５】
比較例Ｎｏ．１１は、Ｆｅ含有量が低いために、Ｐの原料として比較的入手しにくいＮｉ−Ｐを使用しなければならず、かつろう付け性が劣る。比較例Ｎｏ．１２は、Ｆｅ含有量が高く、Ｖ＋Ｃｏ含有量が高いために、ろう付け性および耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．１３は、Ｃｒ含有量が低いために、耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．１４は、Ｃｒ含有量が高いために、ろう付け性が劣る。比較例Ｎｏ．１５は、Ｐ含有量およびＦｅ／Ｐの値が低いために、ろう付け性および耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．１６は、Ｐ含有量が高く、かつＢ含有量が高いために、ろう付け性および抗折強度が５００ＭＰａ未満である。
【００２６】
比較例Ｎｏ．１７は、Ｂ含有量が高く、かつＦｅ／Ｐ比が高いために、ろう付け性および耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．１８は、Ｓｉ含有量が高いために、ろう付け性が劣り、かつ耐食性が悪く抗折強度が５００ＭＰａ未満である。比較例Ｎｏ．１９は、ろう付け性、耐食性、抗折力いずれも良好であるが、Ｆｅ含有量が低く、かつＦｅ／Ｐ比が低いため、比較的入手が困難なＮｉ−Ｐを原料として使用しなくてはならなかった。これに対し、本発明例Ｎｏ．１〜１０は、いずれも本発明の条件を満たしていることからその特性について優れていることが分かる。
【００２７】
以上のように、液相線温度を低くするために、Ｂ，Ｓｉ，Ｐの中でも、特にＮｉとの共晶温度の低いＰを選択し、しかも、Ｐを添加する母材として比較的入手しやすいＦｅ−Ｐを用いることで、ベース金属であるＮｉ含有量を低減することで原料費を安価とし、耐食性を保ちながら、ろう付け性および抗折強度を有するＮｉ−Ｆｅ基合金のろう材を提供するものである。
特許出願人  山陽特殊製鋼株式会社  他１名
代理人  弁理士    椎  名    彊