(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．５〜１．５ｗｔ％のＢ、１．５〜３．０ｗｔ％のＳｉ及び１．０〜３．５ｗｔ％のＣを含有し残部がＦｅからなることを特徴とする鉄系ろう材。
【請求項２】
０．５〜１．５ｗｔ％のＢ、１．５〜３．０ｗｔ％のＳｉ、１．０〜３．５ｗｔ％のＣ、１．５〜３．５ｗｔ％のＮｉ及び０．５〜１．０ｗｔ％のＣｒを含有し残部がＦｅからなることを特徴とする鉄系ろう材。
【請求項３】
０．５〜１．５ｗｔ％のＢ、１．５〜３．０ｗｔ％のＳｉ、１．０〜３．５ｗｔ％のＣ、１．５〜３．５ｗｔのＮｉ、０．５〜１．０ｗｔ％のＣｒ及び０．１〜０．３ｗｔ％のＭｏを含有し残部がＦｅからなることを特徴とする鉄系ろう材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載する鉄系ろう材を用いて接合される母材同士を互いにろう付けした後、接合された母材を熱処理することを特徴とするろう付け方法。
【請求項５】
前記熱処理が、焼入れ及び焼き戻し熱処理であることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記熱処理が、焼ならし及び焼き戻し熱処理であることを特徴とする請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄系低合金を素材にした鉄系ろう材に関し、さらに具体的にはろうずけ接合した後ろうずけ接合した母材を熱処理することによって、高強度及び高靭性を備えることができる鉄系ろう材、及びこの鉄系ろう材を用いたろう付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄鋼材料のろう付けにはＮｉ系ろう材が用いられてきたが、しかしながらこのＮｉ系ろう材は接合された鉄鋼材料のろう材部を高強度にすることはことはできるが、そのろう材部に高靭性を備えることができなかった。
【０００３】
また、鉄鋼材料のろう付けに金系ろう材を用いた場合、ろう材部は鉄鋼材料により変形が拘束されるので、ろう材部自体の強度を確保することがきるが、Ｎｉ系ろう材と同様にろう材部に高靭性を備えることはできなかった。
【０００４】
また、特開平６−１５４７９号公報には、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ含有合金鋼をろう材素材とし、且つ、０．５ｗｔ％≦Ｃ≦２．０ｗｔ％、３．０ｗｔ％≦Ｂ≦３．５ｗｔ％、及び４．０ｗｔ％≦Ｓｉ≦４．３ｗｔ％を添加することによって、１０５０℃〜１０６０℃程度の低融点でろう付けが可能である鉄系ろう付け材が開示されている。しかしながら、上記ろう材を構造用鋼と使用する鉄鋼材料のろう付け接合に用いた場合、課題となるろう材部の衝撃値向上に関してはなんら言及をしていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記状況を鑑み、本発明者は、鉄鋼材料をより低温度でろう付けすることにより、並びにろう付け後に種々の熱処理をろう付けした材料に施すことによって高強度及び鋼靭性を材料に付与することができることに着目した。本発明の鉄系ろう材は、構造用鋼として使用する鉄鋼材料を１２００℃以下の低い温度でろう付けすることを可能にし、且つ接合されたろう材部に種々の熱処理を行ない高強度及び高靭性を付与することが可能とすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明の下記の鉄系ろう材及びこの鉄系ろう付け材を用いたろう付け方法によって達成することができる。
【０００７】
本発明の鉄系ろう材は、０．５〜１．５ｗｔ％のＢ、１．５〜３．０ｗｔ％のＳｉ及び１．０〜３．５ｗｔ％のＣを含有し残部がＦｅからなるものである。また、これに加えて、１．５〜３．５ｗｔ％のＮｉ及び０．５〜１．０ｗｔ％のＣｒを含有する材料である場合、ろう付け後にさらに熱処理を施すことによって衝撃値を改善する効果が著しい。
【０００８】
さらに、０．５〜１．５ｗｔ％のＢ、１．５〜３．０ｗｔ％のＳｉ、１．０〜３．５ｗｔ％のＣ、１．５〜３．５ｗｔのＮｉ、０．５〜１．０ｗｔ％のＣｒ及び０．１〜０．３ｗｔ％のＭｏを含有し残部がＦｅからなる材料である場合、ろう付け後にさらに熱処理を施すことによってさらに衝撃値を改善する効果が得られる。
【０００９】
また、本発明のろう付け方法は、上記ろう材を用いて接合される母材同士をろう付けした後、接合された母材を熱処理する。さらに、本発明のろう付け方法は、上記熱処理が、焼入れ焼き戻し熱処理であることを特徴とする。さらに、本発明のろう付け方法は、上記熱処理が、焼ならし焼き戻し熱処理であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の鉄系ろう材は、鉄系低合金をろう材の基本材とし、これらの合金に０．５〜１．５ｗｔ％のＢ、１．５〜３．０ｗｔ％のＳｉ及び１．０〜３．５ｗｔの％Ｃを添加したろう材であって、この鉄系ろう材の融点は１０００℃から１２００℃の範囲に存在する。また、本発明の鉄系ろう材は、上記Ｂ、Ｓｉ及びＣを含有する材料を溶融急冷法により製作する。なお、本発明の好ましいろう材の基本となる合金はＮｉ−Ｃｒ系であって１．５〜３．５ｗｔ％のＮｉ及び０．５〜１．０ｗｔ％のＣｒを含有する合金であり、さらに０．５〜１．５ｗｔ％のＢ、１．５〜３．０ｗｔ％のＳｉ及び１．０〜３．５ｗｔ％のＣを添加した合金である。
【００１１】
本発明のろう付け接合においては、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼（ＳＮＣＭ鋼）、炭素鋼及び低合金鋼をろう付け接合する母材とし、このろう付け接合される鋼材試料は、接合面となる面を所定の平面加工を行なう。用意したろう付け接合鋼材試料は、互いの加工平面の間に例えば総厚さ１００ミクロンの鉄系ろう材をはさみ、自重程度の圧力を加えて、６．７×１０-2Ｐａ（５×１０-4Ｔｏｒｒ）以下の真空中でろう付け作業を行なう。それによって、ろう材とろう付け接合鋼材試料との接合面は、良好な濡れ性を示してろう付け接合することができる。互いのろう付け接合鋼材試料との間に形成されるろう材部は、この鋼材試料より高含有量のろう材中の成分すなわちＢ、Ｓｉ及びＣが、鋼材試料中に拡散浸透して、ろう材とろう付け接合される鋼材試料とはほぼ同等の化学組成となる。しかし、ろう材中のＳｉはろう付け接合される鋼材試料への拡散速度が遅いために、ろう材のＳｉ添加量はろう付け接合される鋼材試料より過度に多くならないように調整する必要がある。ろう付け接合される鋼材試料の間にろう材によって形成されるろう材部の組成は、ろう付け後の焼入れ時の加熱によってろう材中の高濃度成分がさらにろう付け接合される鋼材試料中へと拡散浸透して、ろう材部はろう付け接合される鋼材試料と同等の化学組成となる。通常の炭素鋼の場合は、ろう材中への拡散速度が遅く且つ多量に含有されると衝撃値に悪影響を及ぼすＳｉを１．５〜３ｗｔ％と低くしているので、従来のろう材の比べて衝撃値が改善される。熱処理を行うと衝撃値がさらに改善される。
【００１２】
そして、ろう材中に１．５〜３．５ｗｔ％のＮｉ、０．５〜１．５ｗｔ％のＣｒ及び０．５〜１．５ｗｔ％のＢ、１．５〜３．０ｗｔ％のＳｉ、１．０〜３．５ｗｔ％のＣを含有し、被接合材がＳＮＣＭ４３１のような材料の場合は、ろう付け接合されたろう付け部は、その後の焼入れ焼き戻し熱処理により、ろう付け接合される鋼材試料と同等の焼き戻しマルテンサイト組織となる。ろう付け接合される鋼材試料と同等の焼き戻しマルテンサイト組織となったろう材部は、９０ｋｇｆ／ｍｍ2以上の引張強さの強度が達成されるとともに、２ｖＥ０値（２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値）が２１Ｊ以上の衝撃値を達成することができる。さらに、本発明においてろう材の成分範囲を特定の範囲とした場合、２ｖＥ０値が２７Ｊ以上の衝撃値を達成することができる。
【００１３】
また、焼きならし及び焼き戻し熱処理により焼き戻しマルテンサイト組織となったろう材部は、８０ｋｇｆ／ｍｍ2以上の引張強さの強度が達成されるとともに、２ｖＥ０値が２１Ｊ以上の衝撃値を達成することができる。本実施例では２９Ｊを達成した。
【００１４】
【実施例】
実施例１
本発明の表１に示す各成分組成のろう材を用いて、ＳＮＣＭ４３１鋼のろう付け接合母材をろう付けをした。１１８０℃または１２００℃の温度でろう付けしてその後８５７℃で焼入れを施しその後さらに６００℃で焼き戻した熱処理を施した試料を表１にＱ＆Ｔで示す。また、１１８０℃または１２００℃の温度でろう付け後さらに８５７℃で焼きならし及び６００℃で焼き戻し熱処理を施した試料を表３にＮ及びＴで示す。これらの条件でろう付け後各熱処理を施した各試料の、シャルピー衝撃値を表２及び表４に示す。
【００１５】
表１ろう付け試験結果
No  区分        ろう材                      接合    熱      備考
温度    処理        
1  本  Fe-1.7Ni-0.7Cr-2Si-1B-3C            1180℃  Q&T   代表値
2  発  Fe-2Ni-0.5Cr-3Si-0.5B-1C            1200℃  Q&T   Si上限B,C下限
3  明  Fe-2Ni-0.5Cr-3Si-0.5B-3.5C          1180℃  Q&T   C,Si上限B下限
4  〃  Fe-2Ni-0.5Cr-3Si-1.5B-1C            1200℃  Q&T   Si,B上限C下限
5  〃  Fe-2Ni-0.5Cr-3Si-1.5B-1C            1200℃  Q&T   Si,B,C上限
6  〃  Fe-2Ni-0.5Cr-1.5Si-1.5B-1C          1200℃  Q&T   B上限Si,C下限
7  〃  Fe-2Ni-0.5Cr-1.5Si-0.5B-3.5C        1200℃  Q&T   C 上限Si,B下限
8  〃  Fe-2Ni-0.5Cr-1.5Si-1.5B-3.5C        1200℃  Q&T   B,C上限Si下限
9  〃  Fe-2Ni-0.5Cr-1.5Si-0.5B-1C          1200℃  Q&T   Si,B,C上限
10  〃  Fe-3.5Ni-0.5Cr-0.2Mo-1.5Si-0.5B-1C  1200℃  Q&T   Ni高 Cr低
11  〃  Fe-3.5Ni-1.5Cr-0.1Mo-1.5Si-1.5B-3.5C1200℃  Q&T   Ni,Cr 高Mo低
12  〃  Fe-3.5Ni-1Cr-0.3Mo-1.5Si-0.5B-1C    1200℃  Q&T   Ni,Cr,Mo高
13  〃  Fe-2Ni-1Cr-0.1Mo-1.5Si-1.5B-3.5C    1200℃  Q&T   Cr高Mo低
14  〃  Fe-2Ni-0.5Cr-0.3Mo-3Si-1.5B-3.5C    1200℃  Q&T   Mo高Cr低
15  〃  Fe-1.6Ni-0.5Cr-0.1Mo-3Si-1.5B-3.5C  1200℃  Q&T   Ni,Cr,Mo低
16  〃  Fe-1.6Ni-1Cr-0.1Mo-3Si-1.5B-3.5C    1200℃  Q&T   Cr高Ni,Mo低
17  〃  Fe-1.6Ni-0.5Cr-0.3Mo-3Si-1.5B-3.5C  1200℃  Q&T   Mo高Ni,Cr低
18  〃  Fe-2.0Ni-1.5Cr-3Si-0.5B-2.3C        1200℃  Q&T   Cr特定範囲
上限外
19  〃  Fe-2.0Ni-1.5Cr-0.5Mo-3Si-0.5B-2.3C  1200℃  Q&T   Cr特定範囲
下限外
20  〃  Fe-2.0Ni-0.2Cr-0.5Mo-3Si-0.5B-2.3C  1200℃  Q&T   Cr特定範囲
上限外
21  〃  Fe-1.2Ni-0.5Cr-3Si-0.5B-3.0C        1200℃  Q&T   Ni特定範囲
下限外
22  〃  Fe-4.0Ni-1.0Cr-3Si-0.5B-2.3C        1200℃  Q&T   Ni特定範囲
上限外
23  〃  Fe-4Ni-1.5Cr-1Si-1.5B-3C            1200℃  Q&T   Ni,Cr 特定範囲
上限外
24  〃   Fe-1Mn-1.2Cr-1Si-1.5B-3C  1200℃  Q&T  Ni,Mo含まず
25  本   Fe-2Ni-0.5Cr-2Si-1B-3C             1200℃  ろう付熱処理範囲外
26  発   Fe-1.7Ni-1Cr-0.2Mo-5Si-2.3C        1200℃  Q&T   Si範囲上限外
27  明   Fe-2Ni-0.7Cr-2.0Si-0.3B-2C         1200℃  Q&T   B範囲下限外
28  外   Fe-2Ni-0.5Cr-2Si-1B-4C             1200℃  Q&T   C範囲上限外
29  〃   Fe-1.2Ni-0.7Cr-0.3Mo-2.0Si-3B-2.3C 1200℃  Q&T   B範囲上限外
30  〃   Fe-2Ni-0.5Cr-2Si-1B-0.5C           1200℃  Q&T   C範囲下限外
31  〃   Fe-2Ni-0.7Cr-1.0Si-1B-2C  1200℃  Q&T  Si範囲下限外
本発明の鉄系ろう材を用いてろう付け接合された母材は、焼入れ焼き戻し熱処理、または焼きならし焼き戻し熱処理を施すことによって、表２及び表４に示すように有用な強度レベルのシャルピー衝撃値を得ることができた。本発明の鉄系ろう材は、鉄系低合金鋼にＢを０．５〜１．５ｗｔ％、Ｓｉを１、５〜３．０ｗｔ％、Ｃを１．０〜３．５ｗｔ％を添加することを特徴とする。
【００１６】
0003848871.tif 000002
0003848871.tif 000003
Ｂはろう材の融点を低下させるとともに、ろう付け後に接合される試料母材へと拡散することにより、ろう付け部のＢ含有量が低減することによりシャルピー衝撃値の向上が図れるので、本発明のろう材にはＢが添加される。１．５ｗｔ％以上のＢを添加すると、ろう付け部に残存するＢが多くなり、ろう材部付近が脆くなる傾向をもたらす。また、０．５ｗｔ％以下のＢ添加量では、ろう材の融点が上昇するのでろう付け温度が上昇し１２００℃以上となり通常のろう付け炉では施工が困難となる。したがって、本発明のろう材のＢ含有量は０．５ｗｔ％〜１、５ｗｔ％の範囲とする。
【００１７】
Ｓｉはろう材の融点を低下させるので、Ｓｉの含有量は１．５ｗｔ％以上とする。しかしながら、Ｓｉはろう材及びろう付け接合母材中への拡散速度が遅く、且つ３ｗｔ％以上を含有すると、図２の組織模式図に示すように、ろう材部が焼き戻しマルテンサイトに変態することなくフェライト相が生じることになり、シャルピー衝撃値が向上しなくなる。したがって、本発明のろう材は、Ｓｉの含有量を１．５ｗｔ％〜３ｗｔ％の範囲とするのが好ましい。ＣもＢと同様にろう材の融点の低下をもたらし且つろう付け接合母材へと拡散することによってろう付け部のシャルピー衝撃値を改善するので、ろう材に１．０ｗｔ％以上のＣを含有させる。しかしながら、Ｃの含有量が３．５ｗｔ％を越えるとシャルピー衝撃値が向上しなくなる。したがって、本発明のろう材は、Ｃの含有量を１．０〜３．５ｗｔ％の範囲とする。以上のように鉄系低合金に０．５〜１．５ｗｔ％のＢ、１．５〜３ｗｔ％のＳｉ、１．０〜３．５ｗｔ％のＣを含むろう材であることを基本とする。
【００１８】
図１には、本発明の効果を高める材料としてＳＮＣＭ４３１銅に２ｗｔ％Ｓｉ−１ｗｔ％Ｂ−３ｗｔ％Ｃを含有するろう材で、ろう付け接合する母材がＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼（ＳＮＣＭ鋼）である継手を接合した断面組織の模式図である。この断面組織の模式図においては、ろう付け接合母材とろう材部とがともに細かい焼き戻しマルテンサイト組織となっていることが示されている。
【００１９】
この材料のろう付け部は、ろう付け部に焼き戻しマルテンサイトを得ることにより衝撃値を著しく改善する効果を有する。
【００２０】
0003848871.tif 000004
実施例２
また、接合される継手に高強度及び高靭性が必要な場合は、本発明のろう材の素材である鉄系低合金に含有されるＮｉを１．５〜３．５ｗｔ％、Ｃｒを０．５〜１．０ｗｔ％とし、この鉄系低合金にＢを０．５〜１．５ｗｔ％、Ｓｉを１、５〜３．０ｗｔ％、Ｃを１．０〜３．５ｗｔ％を添加すればよい（表１：Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７参照）。
【００２１】
さらに好ましくは、本発明のろう材の素材である鉄系低合金に含有されるＮｉを１．５〜３．５ｗｔ％、Ｃｒを０．５〜１．０ｗｔ％、Ｍｏを０．１〜０．３ｗｔ％とし、この鉄系低合金にＢを０．５〜１．５ｗｔ％、Ｓｉを１、５〜３．０ｗｔ％、Ｃを１．０〜３．５ｗｔ％を添加する（表１：Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７参照）。
【００２２】
上記のように本発明のろう材の素材である鉄系低合金のＮｉ、Ｃｒ、さらにＭｏの添加量を限定することによって、焼入れ性の増加とともに焼き戻し脆化の低減とを達成できる。
【００２３】
Ｎｉの添加量が１．５ｗｔ％より少ないと焼入れ時或いは焼きならし時に冷却速度が遅くなった場合に、ろう材部は十分な量のマルテンサイト組織に変態せず、高強度が得られなくなる。また、Ｎｉの添加量が３．５ｗｔ％を越えると焼き戻し脆化が著しくなり、高いシャルピー衝撃値が得られなくなる。したがって、本発明のろう材の素材である鉄系低合金のＮｉ添加量は、１．５〜３．５ｗｔ％の範囲とするとより好ましい。
【００２４】
Ｃｒを０．５ｗｔ％以上添加すると焼入れ性の向上に効果があるが、１．０ｗｔ％を越えるとシャルピー衝撃値の向上に効果が期待できなくなる。したがって、本発明のろう材の素材である鉄系低合金のＣｒ添加量は、０．５〜１．０ｗｔ％の範囲とするとより好ましい。
【００２５】
ＭｏもＣｒと同様に焼き入れ性の改善に効果があるが、Ｍｏ含有量が０．１ｗｔ％以下では焼入れ性の改善に効果を示さない。Ｍｏは高価であるうえに、Ｍｏ含有量が０．３ｗｔ％を越えると熱処理温度が変化した場合に焼き戻し硬化を生じて、熱処理温度と引張強さ、シャルピー衝撃値とが対応しにくくなる。したがって、本発明のろう材の素材である鉄系低合金のＭｏ添加量は、０．１〜０．３ｗｔ％の範囲とするとより好ましい。
【００２６】
【発明の効果】
上記のように、本発明のろう材は、Ｂ、Ｓｉ及びＣを含有し、残部をＦｅとすることによって、融点を低下させてろう付けを可能にすることができる。さらに、Ｎｉ、ＣｒまたはＭｏを適正範囲で含有することによって、焼入れ性を向上させ、焼き戻し脆化を緩和することができる。すなわち、標準状態では構造用合金と同様のフェライト−パーライト系組織でありながら、構造用合金と同様に焼入れ後或いは焼きならし処理後の焼き戻し処理により、焼き戻しマルテンサイト組織を得ることができ、シャルピー衝撃値を向上することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のろう付け材を用いて接合した母材とろう材部との断面組織を示す模式図である。
【図２】図２は、従来技術のろう付け材を用いて接合した母材とろう材部との断面組織を示す模式図である。
【図１】
0003848871.tif 000005
【図２】
0003848871.tif 000006