JP2002178166A - 高窒素ステンレス鋼の接合方法 - Google Patents
高窒素ステンレス鋼の接合方法Info
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- JP2002178166A JP2002178166A JP2000372669A JP2000372669A JP2002178166A JP 2002178166 A JP2002178166 A JP 2002178166A JP 2000372669 A JP2000372669 A JP 2000372669A JP 2000372669 A JP2000372669 A JP 2000372669A JP 2002178166 A JP2002178166 A JP 2002178166A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高窒素ステンレス鋼において、ブローホール
の発生を抑制し、良好な機械特性を有する継ぎ手を実現
可能とする。 【解決手段】 窒素を0.5重量%以上含有する高窒素ステ
ンレス鋼からなる２つの被接合物を摩擦時間６秒以下、
アプセット加圧力40kgf/mm2以上において摩擦圧接す
る。
の発生を抑制し、良好な機械特性を有する継ぎ手を実現
可能とする。 【解決手段】 窒素を0.5重量%以上含有する高窒素ステ
ンレス鋼からなる２つの被接合物を摩擦時間６秒以下、
アプセット加圧力40kgf/mm2以上において摩擦圧接す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、高窒素ス
テンレス鋼の接合方法に関するものである。さらに詳し
くは、この出願の発明は、ブローホールの発生を抑制
し、良好な機械特性を有する継ぎ手を実現可能とし、高
窒素ステンレス鋼の実用化に貢献することのできる高窒
素ステンレス鋼の接合方法に関するものである。
テンレス鋼の接合方法に関するものである。さらに詳し
くは、この出願の発明は、ブローホールの発生を抑制
し、良好な機械特性を有する継ぎ手を実現可能とし、高
窒素ステンレス鋼の実用化に貢献することのできる高窒
素ステンレス鋼の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】窒素を0.5重量%以上含有する
高窒素ステンレス鋼は、普通鋼に適用されるアーク溶接
等溶融溶接により接合しようとすると、ブローホールが
多発し、良好な機械的特性を有する健全な継ぎ手を得る
ことができない。このため、従来、高窒素ステンレス鋼
の溶接は不可能とされており、その実用化に大きな支障
となっている。
高窒素ステンレス鋼は、普通鋼に適用されるアーク溶接
等溶融溶接により接合しようとすると、ブローホールが
多発し、良好な機械的特性を有する健全な継ぎ手を得る
ことができない。このため、従来、高窒素ステンレス鋼
の溶接は不可能とされており、その実用化に大きな支障
となっている。
【０００３】この出願の発明は、ブローホールの発生を
抑制し、良好な機械特性を有する継ぎ手を実現可能と
し、高窒素ステンレス鋼の実用化に貢献することのでき
る高窒素ステンレス鋼の接合方法を提供することを目的
としている。
抑制し、良好な機械特性を有する継ぎ手を実現可能と
し、高窒素ステンレス鋼の実用化に貢献することのでき
る高窒素ステンレス鋼の接合方法を提供することを目的
としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、窒素を0.5重量%以上含有
する高窒素ステンレス鋼からなる２つの被接合物を摩擦
時間６秒以下、アプセット加圧力40kgf/mm2以上におい
て摩擦圧接することを特徴とする高窒素ステンレス鋼の
接合方法を提供する。
の課題を解決するものとして、窒素を0.5重量%以上含有
する高窒素ステンレス鋼からなる２つの被接合物を摩擦
時間６秒以下、アプセット加圧力40kgf/mm2以上におい
て摩擦圧接することを特徴とする高窒素ステンレス鋼の
接合方法を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】固相接合法の一つとして摩擦圧接
がある。摩擦圧接は、２つの被接合物を相対回転させた
状態でヒーティング加圧力をかけ、このとき発生する摩
擦熱により接合界面の温度を上昇させ、さらにアプセッ
ト加圧力をかけることにより、接合界面付近の被接合物
に塑性流動を生じさせて接合するという接合方法であ
る。
がある。摩擦圧接は、２つの被接合物を相対回転させた
状態でヒーティング加圧力をかけ、このとき発生する摩
擦熱により接合界面の温度を上昇させ、さらにアプセッ
ト加圧力をかけることにより、接合界面付近の被接合物
に塑性流動を生じさせて接合するという接合方法であ
る。
【０００６】そこで、この出願の発明の発明者らは、前
記高窒素ステンレス鋼にそのような摩擦圧接を試みたと
ころ、溶融接合では避けられないブローホールが接合部
に発生しないことを確認した。だが、同時に、接合部に
はクロムと窒素とがリッチな硬度の高い層が形成される
ことも確認した。そして鋭意検討を加えたところ、その
クロム及び窒素がリッチな層をいかに薄くするかが継ぎ
手の機械特性、すなわち、引っ張り試験時に接合部に破
断が生じるか否かに左右することを突き止めた。
記高窒素ステンレス鋼にそのような摩擦圧接を試みたと
ころ、溶融接合では避けられないブローホールが接合部
に発生しないことを確認した。だが、同時に、接合部に
はクロムと窒素とがリッチな硬度の高い層が形成される
ことも確認した。そして鋭意検討を加えたところ、その
クロム及び窒素がリッチな層をいかに薄くするかが継ぎ
手の機械特性、すなわち、引っ張り試験時に接合部に破
断が生じるか否かに左右することを突き止めた。
【０００７】被接合物の接合界面の温度を支配するパラ
メータとしては、被接合物の回転数、ヒーティング加圧
力、摩擦時間、被接合物の寄り代などが考えられる。試
行錯誤の結果、図１に示したように、摩擦時間をでき得
る限り短くし、普通鋼を摩擦圧接により接合する場合の
およそ５倍以上のアプセット加圧力をかけたとき、1200
℃程度と推定される比較的低温において接合界面付近の
被接合物に塑性流動が生じ（軟鋼どうしの摩擦圧接によ
る接合の場合、接合界面付近の温度は、一般に1250〜13
90℃であるとされている）、接合部に形成されるクロム
及び窒素がリッチな層の厚みがおよそ300μm以下に縮小
され、引っ張り試験において接合部に破断が生じないと
の知見が得られた。より具体的には、摩擦時間２秒、ア
プセット加圧力72kgf/mm2のとき、接合部の幅は100μm
にまで薄くなった。このことから、クロム及び窒素がリ
ッチな層を薄くするには、接合界面の温度をできる限り
下げ、かつアプセット加圧力を大きくすることが有効で
あると理解された。
メータとしては、被接合物の回転数、ヒーティング加圧
力、摩擦時間、被接合物の寄り代などが考えられる。試
行錯誤の結果、図１に示したように、摩擦時間をでき得
る限り短くし、普通鋼を摩擦圧接により接合する場合の
およそ５倍以上のアプセット加圧力をかけたとき、1200
℃程度と推定される比較的低温において接合界面付近の
被接合物に塑性流動が生じ（軟鋼どうしの摩擦圧接によ
る接合の場合、接合界面付近の温度は、一般に1250〜13
90℃であるとされている）、接合部に形成されるクロム
及び窒素がリッチな層の厚みがおよそ300μm以下に縮小
され、引っ張り試験において接合部に破断が生じないと
の知見が得られた。より具体的には、摩擦時間２秒、ア
プセット加圧力72kgf/mm2のとき、接合部の幅は100μm
にまで薄くなった。このことから、クロム及び窒素がリ
ッチな層を薄くするには、接合界面の温度をできる限り
下げ、かつアプセット加圧力を大きくすることが有効で
あると理解された。
【０００８】この出願の発明は、以上の知見に基づいて
完成されたものである。従来、高窒素ステンレス鋼が、
摩擦圧接により接合部にブローホールが発生せずに接合
されること、また、接合部にクロム及び窒素がリッチな
硬度の高い層が形成されること、このクロム及び窒素が
リッチな層の厚みが継ぎ手の機械特性を左右すること、
さらにそのクロム及び窒素がリッチな層の厚みが特定の
条件下における摩擦圧接により著しく縮小され、良好な
継ぎ手の機械特性が得られること、これら一切が予想だ
にされなかったことであり、この出願の発明が完成され
る過程において初めて明らかにされた事実である。
完成されたものである。従来、高窒素ステンレス鋼が、
摩擦圧接により接合部にブローホールが発生せずに接合
されること、また、接合部にクロム及び窒素がリッチな
硬度の高い層が形成されること、このクロム及び窒素が
リッチな層の厚みが継ぎ手の機械特性を左右すること、
さらにそのクロム及び窒素がリッチな層の厚みが特定の
条件下における摩擦圧接により著しく縮小され、良好な
継ぎ手の機械特性が得られること、これら一切が予想だ
にされなかったことであり、この出願の発明が完成され
る過程において初めて明らかにされた事実である。
【０００９】なお、この出願の発明が対象とする高窒素
ステンレス鋼は、窒素含有量が0.5%重量%以上である
が、その上限は、現状の技術レベルでは２%程度が、各
種特性などを勘案すれば一応の限界であると考えられ
る。また、含有する主要な金属元素としては、Niが０〜
５重量%、Crが20〜25重量%、Moが０〜４重量％を各種特
性などの観点からすると好ましいと考えられる。
ステンレス鋼は、窒素含有量が0.5%重量%以上である
が、その上限は、現状の技術レベルでは２%程度が、各
種特性などを勘案すれば一応の限界であると考えられ
る。また、含有する主要な金属元素としては、Niが０〜
５重量%、Crが20〜25重量%、Moが０〜４重量％を各種特
性などの観点からすると好ましいと考えられる。
【００１０】
【実施例】（実施例１、２及び比較例１、２）表１に示
した化学組成を有する供試材料から直径５mmの丸棒を作
製し、表２に示した条件において２本の丸棒を摩擦圧接
した。接合された棒材に対し、JIS準拠の以下に示す条
件の引っ張り試験を行ったところ、摩擦時間６秒以下、
アプセット加圧力40kgf/mm2以上のときに（実施例１、
２）、破断形態が母材破断となり、良好な機械特性を有
する継ぎ手が実現されたことが確認された。また、図２
に示したように、接合部にブローホールの発生は見られ
なかった。 [引っ張り試験の条件] 使用試験機 10t Test Star (MTS社製) 引っ張り速度 1mm/min 加圧力範囲 50kN ストローク長 50mm 一方、摩擦時間が６秒を過ぎ、アプセット加圧力が40kg
f/mm2未満となると（比較例１、２）、接合部近傍での
破断となり、継ぎ手としての機械特性が低減することが
確認された。
した化学組成を有する供試材料から直径５mmの丸棒を作
製し、表２に示した条件において２本の丸棒を摩擦圧接
した。接合された棒材に対し、JIS準拠の以下に示す条
件の引っ張り試験を行ったところ、摩擦時間６秒以下、
アプセット加圧力40kgf/mm2以上のときに（実施例１、
２）、破断形態が母材破断となり、良好な機械特性を有
する継ぎ手が実現されたことが確認された。また、図２
に示したように、接合部にブローホールの発生は見られ
なかった。 [引っ張り試験の条件] 使用試験機 10t Test Star (MTS社製) 引っ張り速度 1mm/min 加圧力範囲 50kN ストローク長 50mm 一方、摩擦時間が６秒を過ぎ、アプセット加圧力が40kg
f/mm2未満となると（比較例１、２）、接合部近傍での
破断となり、継ぎ手としての機械特性が低減することが
確認された。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】 勿論、この出願の発明は、以上の実施例によって限定さ
れるものではない。供試材料の化学組成、被接合物の大
きさ及び形状、回転数、ヒーティング加圧力等の細部に
ついては様々な態様が可能であることは言うまでもな
い。
れるものではない。供試材料の化学組成、被接合物の大
きさ及び形状、回転数、ヒーティング加圧力等の細部に
ついては様々な態様が可能であることは言うまでもな
い。
【００１３】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この出願の発
明によって、高窒素ステンレス鋼において、ブローホー
ルの発生を抑制し、良好な機械特性を有する継ぎ手が実
現可能となる。高窒素ステンレス鋼の実用化が大きく推
進されるものと期待される。
明によって、高窒素ステンレス鋼において、ブローホー
ルの発生を抑制し、良好な機械特性を有する継ぎ手が実
現可能となる。高窒素ステンレス鋼の実用化が大きく推
進されるものと期待される。
【図１】高窒素ステンレス鋼及び普通鋼の摩擦圧接にお
ける摩擦時間及びアプセット加圧力の適正条件範囲を示
した相関図である。
ける摩擦時間及びアプセット加圧力の適正条件範囲を示
した相関図である。
【図２】実施例における高窒素ステンレス鋼の接合部の
断面図に代わる写真である。
断面図に代わる写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雀部 謙 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 片田 康行 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 志賀 千晃 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 Ｆターム(参考） 4E067 AA03 BG00 DC02 DC07
Claims (1)
- 【請求項１】 窒素を0.5重量%以上含有する高窒素ステ
ンレス鋼からなる２つの被接合物を摩擦時間６秒以下、
アプセット加圧力40kgf/mm2以上において摩擦圧接する
ことを特徴とする高窒素ステンレス鋼の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000372669A JP2002178166A (ja) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | 高窒素ステンレス鋼の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000372669A JP2002178166A (ja) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | 高窒素ステンレス鋼の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002178166A true JP2002178166A (ja) | 2002-06-25 |
Family
ID=18842170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000372669A Withdrawn JP2002178166A (ja) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | 高窒素ステンレス鋼の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002178166A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017026123A1 (en) | 2015-08-12 | 2017-02-16 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Weld joint, welding material used therefor, and welding method |
| CN108907447A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-11-30 | 山东大学 | 高氮奥氏体不锈钢和无磁钻铤的轴向摩擦焊接工艺方法 |
-
2000
- 2000-12-07 JP JP2000372669A patent/JP2002178166A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017026123A1 (en) | 2015-08-12 | 2017-02-16 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Weld joint, welding material used therefor, and welding method |
| CN108907447A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-11-30 | 山东大学 | 高氮奥氏体不锈钢和无磁钻铤的轴向摩擦焊接工艺方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20050216 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060724 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20060724 |
|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080304 |