JP5198458B2 - 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、鉄鋼製品及びダイカスト製品 - Google Patents

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、鉄鋼製品及びダイカスト製品 Download PDF

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Description

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、鉄鋼製品及びダイカスト製品に関する。
図１２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１３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。
従来の鉄鋼部材の接合方法は、図１２及び図１３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。）。
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２つ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。
特開２００２−５９２７０号公報
しかしながら、従来の鉄鋼部材の接合方法においては、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ができないという問題があることがわかった。
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、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、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接合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、鉄鋼製品がダイカスト金型である場合に当該ダイカスト金型を用いて製造されたダイカスト製品を提供することを目的とする。
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。
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、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ができない原因を調査した結果、その原因は、接合面に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、この知見に基づき、接合面に存在する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。
（１）本発明の鉄鋼部材の接合方法は、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、前記接合体を前記鉄鋼部材におけるＡ１変態点以上の第２温度に加熱した後、前記Ａ１変態点から６００℃に降温するのに２時間以上かける条件で、前記接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することにより、前記接合体における接合力を強化する接合力強化工程とをこの順序で含むことを特徴とする。
このため、本発明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第２温度に加熱した後、当該接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することとしているため、接合面に存在する空隙は、徐冷に伴って接合体の金属組織が変化する過程で母相の鉄鋼材料中に溶け込んでいき、最終的には接合面に存在する空隙を消散させることが可能となる。その結果、接合体の接合力を十分に高くすることが可能となる。
なお、本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、接合体形成工程により形成した接合体を第２温度に加熱した後、Ａ１変態点から６００℃に降温するのに２時間以上かける条件で第３温度まで徐冷することとしている。すなわち、Ａ１変態点から６００℃の範囲において接合体を極めてゆっくりとした条件で徐冷することとしている。このときになぜ、接合面に存在する空隙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。
接合体の接合力をより高くする観点から言えば、Ａ１変態点から６００℃に降温するのにかける時間としては、５時間以上であることがより好ましく、１０時間以上であることがさらに好ましく、１５時間以上であることがさらに好ましい。
本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、鉄鋼部材準備工程において、２つの鉄鋼部材のほかに薄板鉄鋼部材（例えばＳＵＳ３０４）を準備し、接合体形成工程において、２つの鉄鋼部材（２つの鉄鋼部材ともに例えばＳＫＤ６１）の間に当該薄板鉄鋼部材を介在させた状態で、２つの鉄鋼部材及び薄板鉄鋼部材を互いに接合して接合体を形成してもよい。
（２）本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、前記２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有する鉄鋼部材を用いることが好ましい。
本発明の発明者らは、従来の鉄鋼部材の接合方法において、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する過程で、上記した知見のほか、次のような知見も得た。すなわち、２つの鉄鋼部材としてＣｒを含有する鉄鋼部材を用いた場合には、接合面に空隙が存在することだけでなく、接合面にＣｒ含有不動態層が存在することも、十分に高い接合力を得ることできない原因の１つとなっているのである。
これに対し、本発明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第２温度に加熱した後、当該接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することとしているため、上述のように接合面に存在する空隙を消散させることが可能となるのみならず、接合面に存在するＣｒ含有不導態層についても、徐冷に伴って接合体の金属組織が変化する過程で母相の鉄鋼材料中に溶け込んでいき、最終的には接合面に存在するＣｒ含有不導態層を消散させることが可能となる。その結果、接合体の接合力を十分に高くすることが可能となる。
したがって、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。
（３）上記（２）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、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、機械構造用金属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。
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。
（４）本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、前記２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有しない鉄鋼部材を用いることが好ましい。
２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有しない鉄鋼部材を用いた場合であっても、本発明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第２温度に加熱した後、当該接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することとしているため、上述のように接合面に存在する空隙を消散させることが可能となる。その結果、接合体の接合力を十分に高くすることが可能となる。
したがって、本発明の鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有しない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。
（５）上記（４）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、炭素鋼、一般構造用圧延鋼材、冷間圧延鋼板又は炭素鋼鍛鋼品からなる鉄鋼部材であることが好ましい。
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。
（６）本発明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、前記接合力強化工程を複数回行うことが好ましい。
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。
（７）本発明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。
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。
（８）本発明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、前記接合体を徐冷することが好ましい。
このような方法とすることにより、加圧により生じる接合体の応力歪みの発生を抑制して均質性の高い接合体を形成することが可能となる。
（９）本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、前記第２温度は、８３０℃〜１０５０℃の範囲内にあることが好ましい。
このような方法とすることにより、接合面に存在するＣｒ含有不導態層や空隙を十分に消散させることが可能となる。
（１０）本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、前記第３温度は、５５０℃以下であることが好ましい。
このような方法とすることにより、接合体の均質性を高くするとともに、接合体の硬度を低くして機械加工する際の加工性を高くすることが可能となる。
（１１）本発明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力強化工程を、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。
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。
（１２）本発明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力強化工程との間に、前記接合体を、前記接合体の金属組織をより均一にすることが可能な第４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。
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。
（１３）本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、前記第４温度は、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあることが好ましい。
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。
（１４）本発明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。
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。
（１５）本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合力強化工程においては、前記接合体を前記第２温度に加熱してから前記第３温度まで徐冷する間に、８００℃〜９００℃の範囲内にある第５温度で少なくとも３０分間保持することが好ましい。
このような方法とすることにより、接合体を第５温度で保持する間にも、接合面に存在する空隙（Ｃｒを含有する鉄鋼部材を用いた場合には、空隙やＣｒ含有不導態層。）は接合体の金属組織が変化する過程で母相の鉄鋼材料中に溶け込んでいき、接合面に存在する空隙（空隙及びＣｒ含有不導態層）を十分に消散させることが可能となる。
（１６）本発明の鉄鋼部材の接合方法において、前記接合力強化工程においては、前記接合体を加圧した状態で熱処理することが好ましい。
このような方法とすることにより、接合面をより強い力で押圧しながら接合力強化工程を実施することとなるため、より高い接合力を得ることが可能となる。
（１７）本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合力強化工程を行った後、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。
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。
（１８）本発明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。
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。
（１９）本発明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。
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。
（２０）本発明の鉄鋼部材の接合方法において、前記接合体形成工程においては、磁気加熱により前記２つの鉄鋼部材を加熱することが好ましい。
本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、接合体形成工程を外部加熱又は通電加熱（パルス通電加熱を含む。）によって行うこともできるが、磁気加熱によって行うことにより、２つ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。
（２１）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、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、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、前記接合体を前記鉄鋼部材におけるＡ１変態点以上の第２温度に加熱した後、前記Ａ１変態点から６００℃に降温するのに２時間以上かける条件で、前記接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することにより、前記接合体における接合力を強化する接合力強化工程とをこの順序で含むことを特徴とする。
このため、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れば、接合体を第２温度に加熱した後、当該接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することとしているため、接合面に存在する空隙は、徐冷に伴って接合体の金属組織が変化する過程で母相の鉄鋼材料中に溶け込んでいき、最終的には接合面に存在する空隙を消散させることが可能となる。その結果、接合体の接合力を十分に高くすることが可能となる。
なお、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おいては、接合体を第２温度に加熱した後、Ａ１変態点から６００℃に降温するのに２時間以上かける条件で第３温度まで徐冷することとしている。すなわち、Ａ１変態点から６００℃の範囲において接合体を極めてゆっくりとした条件で徐冷することとしている。このときになぜ、接合面に存在する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。
接合体の接合力をより高くする観点から言えば、Ａ１変態点から６００℃に降温するのにかける時間としては、５時間以上であることがより好ましく、１０時間以上であることがさらに好ましく、１５時間以上であることがさらに好ましい。
（２２）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おいては、前記２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有する鉄鋼部材を用いることが好ましい。
上述したように、２つの鉄鋼部材としてＣｒを含有する鉄鋼部材を用いた場合には、接合面に空隙が存在することだけでなく、接合面にＣｒ含有不動態層が存在することも、十分に高い接合力を得ることできない原因の１つとなっているが、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れば、接合体準備工程により準備した接合体を第２温度に加熱した後、当該接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することとしているため、上述のように接合面に存在する空隙を消散させることが可能となるのみならず、接合面に存在するＣｒ含有不導態層についても、徐冷に伴って接合体の金属組織が変化する過程で母相の鉄鋼材料中に溶け込んでいき、最終的には接合面に存在するＣｒ含有不導態層を消散させることが可能となる。その結果、接合体の接合力を十分に高くすることが可能となる。
したがって、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。
（２３）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おいては、前記２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有しない鉄鋼部材を用いることが好ましい。
２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有しない鉄鋼部材を用いた場合であっても、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れば、接合体準備工程により準備した接合体を第２温度に加熱した後、当該接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することとしているため、上述のように接合面に存在する空隙を消散させることが可能となる。その結果、接合体の接合力を十分に高くすることが可能となる。
したがって、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を含有しない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からなる接合体における接合力強化方法となる。
（２４）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おいては、前記接合体準備工程を行った後、前記接合力強化工程を複数回行うことが好ましい。
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。
（２５）本発明の鉄鋼製品は、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である。
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。
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。
（２６）本発明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側部分は、除去されていることが好ましい。
接合体における接合面のうち外側部分は、他の部分（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。
なお、この明細書において、「接合体における接合面のうち外側部分が除去されている」とは、２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体において、当該接合体の表面のうち接合面と接合体の側面とが交差する部分を含む表面と、当該表面から少なくとも０．２ｍｍ内側の部分とが除去されていることを意味している。円筒形状の接合体を例に説明すると、接合面と接合体の側面とが交差する部分を含む表面と、当該表面から少なくとも０．２ｍｍ内側の部分とが除去されていることを意味している。ただし、ドーナツ形状の接合体等のように接合体の内側に空間を有する接合体であって、接合面と接合体の側面とが交差する部分が接合体の外周部分及び内周部分に存在する接合体の場合には、必ずしも接合体の外周部分における接合面近傍だけが除去されるのではなく、接合体の内周部分における接合面近傍が除去されていてもよいし、外周部分及び内周部分の両方における接合面近傍が除去されていてもよい。
（２７）本発明の鉄鋼製品においては、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が好ましい。
ところで、本発明の鉄鋼製品は、上述したように、接合力強化工程が行われた接合体を用いて製造された鉄鋼製品であることから、高い接合力を備える反面、鉄鋼製品の硬度が低くなってしまう傾向にあるが、上記のように構成することにより、鉄鋼製品の表面硬度を高くして鉄鋼製品の耐摩耗性を向上することが可能となる。また、鉄鋼製品がダイカスト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。
（２８）本発明の鉄鋼製品は、ダイカスト金型である場合に特に効果がある。
ところで、ダイカスト金型として、熱交換用媒体流路を内部に含む構造からなるダイカスト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ダイカスト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（ダイカスト金型）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（ダイカスト金型）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ダイカスト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（ダイカスト金型）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ダイカスト金型となる。
（２９）本発明のダイカスト製品は、本発明のダイカスト金型を用いて製造されたダイカスト製品である。
このため、本発明のダイカスト製品は、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ダイカスト金型であって、高信頼性かつ長寿命なダイカスト金型を用いて製造されたダイカスト製品であるため、高品質なダイカスト製品となる。
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。 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。 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。 接合体における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。 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示す図である。 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。 実施形態４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。 実施形態５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。 変形例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。 変形例２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。 変形例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。 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。 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。
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、鉄鋼製品及びダイカスト製品について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
［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。
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示す図である。図２中、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。
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）は接合力強化工程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。
なお、Ｃｒ含有不導態層は、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）〜図３（ｄ２）においてＣｒ含有不導態層１４２を網掛化して示すこととする。
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、接合力強化工程Ｓ１４０とをこの順序で含む。なお、本発明者らは、接合力強化工程のことを「ＣＯＲＥ−Ｘ処理」（ＣＯＲＥ−Ｘは株式会社ＭＯＬＥ’Ｓ ＡＣＴの登録商標。）と呼んでいる。
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つの鉄鋼部材を準備する工程である（図３（ａ１）参照。）。
Ｃｒを含有する２つの鉄鋼部材としては、熱間金型用鋼（例えばＳＫＤ６１）からなる鉄鋼部材１１０，１２０を用いている。２つの鉄鋼部材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。
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。）。
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、例えば３０分間である（図２参照。）。接合体形成工程Ｓ１２０を行った後、接合体１００を室温まで徐冷する。
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の金属組織をより均一にすることが可能な第４温度Ｔ４（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。）。
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４温度Ｔ４における保持時間（第４熱処理時間ｔ４）は、例えば１時間（図２参照。）である。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。
４．接合力強化工程
接合力強化工程Ｓ１４０は、接合体１００を鉄鋼部材１１０，１２０におけるＡ１変態点（約８２０℃）以上の第２温度Ｔ２（図２においては９５０℃。）に加熱した後、Ａ１変態点ＴＡ１から６００℃に降温するのに５時間かける条件で、接合体１００を６００℃以下の第３温度Ｔ３（図２においては５００℃。）に徐冷することにより、接合体１００における接合力を強化する工程である。
接合力強化工程Ｓ１４０においては、真空炉を用いて接合体１００の加熱を行う。第２温度Ｔ２における保持時間（第２熱処理時間ｔ２）は、例えば２時間である（図２参照。）。第３熱処理時間ｔ３は、５時間である。接合力強化工程Ｓ１４０を行った後、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。
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。
以上の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を第２温度Ｔ２に加熱した後、接合体１００を６００℃以下の第３温度Ｔ３に徐冷することとしているため、接合面１４０に存在するＣｒ含有不導態層１４２や空隙１４４は、徐冷に伴って接合体１００の金属組織が変化する過程で母相の鉄鋼材料中に溶け込んでいき（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含有不導態層１４２や空隙１４４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の接合力を十分に高くすることが可能となる。
なお、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により形成した接合体を第２温度Ｔ２に加熱した後、Ａ１変態点ＴＡ１から６００℃に降温するのに５時間かける条件で第３温度Ｔ３まで徐冷することとしている。すなわち、Ａ１変態点ＴＡ１から６００℃の範囲において接合体１００を極めてゆっくりとした条件で徐冷することとしている。このときになぜ、接合面１４０に存在するＣｒ含有不導態層１４２や空隙１４４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１１０，１２０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。
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。
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を行った後、接合体１００を徐冷することとしているため、加圧により生じる接合体の応力歪みの発生を抑制して均質性の高い接合体１００を形成することが可能となる。
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、８３０℃〜１０５０℃の範囲内にあるため、接合面１４０に存在するＣｒ含有不導態層１４２や空隙１４４を十分に消散させることが可能となる。
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、第３温度Ｔ３は、５５０℃以下であるため、接合体１００の均質性を高くするとともに、接合体１００の硬度を低くして機械加工する際の加工性を高くすることが可能となる。
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及び接合力強化工程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。
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と接合力強化工程Ｓ１４０との間に、上述の金属組織均一化工程Ｓ１３０を行うこととしている。これにより、接合体形成工程Ｓ１２０を経て不均一な状態となっている接合体の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１００を形成することが可能となる。
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、第４温度Ｔ４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接合体の金属組織をさらに均一にすることが可能となる。
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１００を形成することが可能となる。
実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、接合力強化工程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。
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。
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Ｓ１４０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。
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、熱間金型用鋼からなる鉄鋼部材であるため、様々な用途に用いることが可能な接合体１００を製造することが可能となる。
［実施例１］
実施例１は、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の実施例である。実施例１においては、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法により形成された接合体１００における接合部分の断面電子顕微鏡写真を観察することにより、接合面１４０に存在する空隙１４４が消散しているかどうかを確認した。
図４は、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４（ａ）は実施例１に係る鉄鋼部材の接合方法により形成された接合体１００における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図４（ｂ）は比較例１に係る鉄鋼部材の接合方法により形成された接合体１００ａにおける接合部分の断面電子顕微鏡写真である。
実施例１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同様に、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、接合力強化工程Ｓ１４０とをこの順序で含む鉄鋼部材の接合方法である。
一方、比較例１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基本的には同じ鉄鋼部材の接合方法であるが、接合力強化工程Ｓ１４０を含まない点で実施例１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合と異なる。
図４を参照すれば、比較例１に係る鉄鋼部材の接合方法により形成された接合体１００ａにおいては接合面１４０ａに空隙１４４ａが存在するが、実施例１に係る鉄鋼部材の接合方法により形成された接合体１００においては、接合面１４０に空隙が存在しないことがわかる。
このことにより、実施例１に係る鉄鋼部材の接合方法により形成された接合体１００においては、接合面１４０に存在する空隙１４４が消散していることが確認できた。
［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。
図５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示す図である。図５中、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。
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、図５に示すように、接合力強化工程Ｓ２４０を複数回（２回）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。
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、金属組織均一化工程Ｓ２３０及び接合力強化工程Ｓ２４０の内容については、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。
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、接合力強化工程を複数回（２回）行う点で異なるが、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第２温度Ｔ２に加熱した後、Ａ１変態点ＴＡ１から６００℃に降温するのに５時間かける条件で、すなわち極めてゆっくりした条件で第３温度Ｔ３まで徐冷することとしている。その結果、接合体の接合面に存在するＣｒ含有不導態層や空隙を消散させることが可能となり、接合体の接合力を十分に高くすることが可能となる。
実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法においては、接合体形成工程Ｓ２２０を行った後、接合力強化工程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。
実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法は、接合力強化工程を複数回行う点以外の点では、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。
［実施形態３］
実施形態３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。
図６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６中、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。
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工程を含むが、接合力強化工程における徐冷の仕方が、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合とは異なる。
すなわち、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法において、接合力強化工程Ｓ３４０においては、接合体を第２温度Ｔ２に加熱した後、第３温度Ｔ３まで徐冷する間に、８００℃〜９００℃の範囲内にある第５温度Ｔ５（図６においては８５０℃。）で保持時間ｔ５の間保持することとしている。保持時間ｔ５は、例えば６０分である。
このように、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法は、接合力強化工程における徐冷の仕方が、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合とは異なるが、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Ｓ３２０により形成した接合体を第２温度Ｔ２に加熱した後、Ａ１変態点ＴＡ１から６００℃に降温するのに５時間かける条件で、すなわち極めてゆっくりした条件で第３温度Ｔ３まで徐冷することとしている。その結果、接合体の接合面に存在するＣｒ含有不導態層や空隙を消散させることが可能となり、接合体の接合力を十分に高くすることが可能となる。
実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法において、接合力強化工程Ｓ３２０においては、接合体を第２温度Ｔ２に加熱してから第３温度Ｔ３まで徐冷する間に、８００℃〜９００℃の範囲内にある第５温度Ｔ５で少なくとも３０分間（実施形態５では６０分間）保持することとしている。これにより、接合体を第５温度Ｔ５で保持する間にも、接合面に存在するＣｒ含有不導態層や空隙は接合体の金属組織が変化する過程で母相の鉄鋼材料中に溶け込んでいき、接合面に存在するＣｒ含有不導態層や空隙を十分に消散させることが可能となる。
実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法は、接合力強化工程における徐冷の仕方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。
［実施形態４］
実施形態４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の実施形態である。実施形態４においては、鉄鋼製品として、ダイカスト金型（実施形態４に係るダイカスト金型）を例にとって説明する。
図７は、実施形態４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７（ａ）は鉄鋼部材準備工程Ｓ４１０を説明するために示す図であり、図７（ｂ）は接合体形成工程Ｓ４２０を説明するために示す図であり、図７（ｃ）は金属組織均一化工程Ｓ４３０を説明するために示す図であり、図７（ｄ）は接合力強化工程Ｓ４４０を説明するために示す図であり、図７（ｅ）は切削工程Ｓ４５０を説明するために示す図である。
実施形態４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、接合対象として熱交換用媒体流路形成用溝を有する鉄鋼部材を用いている点と、接合力強化工程を行った後、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。
実施形態４に係る鉄鋼部材の接合方法においては、図７（ａ）に示すように、接合対象として、接合予定面４１２，４２２に熱交換用媒体流路形成用溝４１４，４２４が形成された２つの鉄鋼部材４１０，４２０を用いている。鉄鋼部材４１０，４２０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、熱間金型用鋼（例えばＳＫＤ６１）からなる鉄鋼部材を用いている。
実施形態４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。
このように、実施形態４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む点で異なるが、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Ｓ４２０により形成した接合体４００を第２温度に加熱した後、Ａ１変態点から６００℃に降温するのに５時間かける条件で、すなわち極めてゆっくりした条件で第３温度まで徐冷することとしている。その結果、接合体４００の接合面４４０に存在するＣｒ含有不導態層や空隙を消散させることが可能となり、接合体４００の接合力を十分に高くすることが可能となる。
実施形態４に係る鉄鋼部材の接合方法においては、図７（ｅ）に示すように、接合された接合体４００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４６０を内部に含むダイカスト金型４５０（実施形態４に係るダイカスト金型）を製造することが可能となる。
実施形態４に係る鉄鋼部材の接合方法においては、接合力強化工程を行うことにより、ダイカスト金型４５０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、ダイカスト金型４５０の表面硬度を高くすることが可能となる。このため、ダイカスト金型４５０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。
実施形態４に係るダイカスト金型４５０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ダイカスト金型となる。このため、ダイカスト金型４５０を用いて製造されたダイカスト製品は、高品質で製造コストの安価なダイカスト製品となる。
なお、実施形態４に係るダイカスト金型４５０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４００における接合面４４０のうち外側部分を除去している。具体的には、接合体４００の表面のうち接合面４４０と接合体４００の側面とが交差する部分を含む表面と、当該表面から少なくとも０．２ｍｍ内側の部分とを除去している。接合体４００における接合面４４０のうち外側部分は、他の部分（例えば、接合体４００における接合面４４０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４に係るダイカスト金型４５０によれば、接合面４４０のうち外側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ダイカスト金型となる。
実施形態４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。
［実施形態５］
実施形態５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の実施形態である。実施形態５においては、鉄鋼製品として、ダイカスト金型に用いる加圧ピン（実施形態５に係る加圧ピン）を例にとって説明する。
図８は、実施形態５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８（ａ）は鉄鋼部材準備工程Ｓ５１０を説明するために示す図であり、図８（ｂ）は接合体形成工程Ｓ５２０を説明するために示す図であり、図８（ｃ）は金属組織均一化工程Ｓ５３０を説明するために示す図であり、図８（ｄ）は接合力強化工程Ｓ５４０を説明するために示す図である。
実施形態５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。
実施形態５に係る鉄鋼部材の接合方法においては、図８（ａ）に示すように、接合対象として、それぞれＮＣ切削加工により所定の形状に切削されている２つの鉄鋼部材５１０，５２０を用いている。鉄鋼部材５１０，５２０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、熱間金型用鋼（例えばＳＫＤ６１）からなる鉄鋼部材を用いている。
このように、実施形態５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Ｓ５２０により形成した接合体５００を第２温度に加熱した後、Ａ１変態点から６００℃に降温するのに５時間かける条件で、すなわち極めてゆっくりした条件で第３温度まで徐冷することとしている。その結果、接合体５００の接合面５４０に存在するＣｒ含有不導態層や空隙を消散させることが可能となり、接合体５００の接合力を十分に高くすることが可能となる。
実施形態５に係る鉄鋼部材の接合方法においては、図８（ｄ）に示すように、ダイカスト金型に用いる加圧ピン５５０（実施形態５に係る加圧ピン）を製造することが可能となる。
実施形態５に係る加圧ピン５５０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加圧ピンとなる。
実施形態５に係る鉄鋼部材の接合方法は、接合対象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。
以上、本発明の鉄鋼部材の接合方法、鉄鋼製品及びダイカスト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。
（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、接合力強化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。２つの鉄鋼部材が互いに接合された接合体を、鉄鋼部材におけるＡ１変態点以上の第２温度に加熱した後、Ａ１変態点又は８５０℃のうち低い方の温度から６００℃に降温するのに２時間以上かける条件で、接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することにより、接合面に存在する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、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。
（２）上記各実施形態においては、各熱処理工程を行った後の接合体を炉から一旦取り出して、１００℃以下の温度まで徐冷する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形も可能である。
図９〜図１１は、変形例１〜３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９〜図１１中、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。
変形例１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、図９に示すように、接合体形成工程Ｓ１２２と金属組織均一化工程Ｓ１３２との間において、接合体を１００℃以下の温度まで徐冷していない点で、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法とは異なる。つまり、変形例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Ｓ１２２と金属組織均一化工程Ｓ１３２とを同じ炉（例えば真空炉）の中で連続して行っている。
変形例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、図１０に示すように、金属組織均一化工程Ｓ１３４と接合力強化工程Ｓ１４４との間において、接合体を１００℃以下の温度まで徐冷していない点で、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法とは異なる。つまり、変形例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Ｓ１３４と接合力強化工程Ｓ１４４とを同じ炉（例えば真空炉）の中で連続して行っている。
変形例３に係る鉄鋼部材の接合方法は、基本的には実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法と同様の工程を含むが、図１１に示すように、１回目の接合力強化工程Ｓ２４２と２回目の接合力強化工程Ｓ２４２との間において、接合体を１００℃以下の温度まで徐冷していない点で、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法とは異なる。つまり、変形例３に係る鉄鋼部材の接合方法においては、１回目の接合力強化工程Ｓ２４２と２回目の接合力強化工程Ｓ２４２とを同じ炉（例えば真空炉）の中で連続して行っている。
これら変形例１〜３に示すように、必ずしも各熱処理工程を行った後の接合体を炉から一旦取り出して１００℃以下の温度まで徐冷しなくても、本発明は適用可能である。
（３）上記各実施形態においては、接合体を構成する２つの鉄鋼部材が同じ種類の鉄鋼部材からな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、接合体を構成する２つの鉄鋼部材が異なる種類の鉄鋼部材からなる場合にも、本発明を適用することができる。
（４）上記各実施形態においては、２つの鉄鋼部材の間に何も介在させない状態で接合体を形成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、２つの鉄鋼部材とは異材質の薄板鉄鋼部材を２つの鉄鋼部材の間に介在させた状態で接合体を形成してもよい。
（５）上記各実施形態においては、鉄鋼部材として、熱間金型用鋼であるＳＫＤ６１を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。鉄鋼部材として、ＳＫＤ６１以外の熱間金型用鋼を用いてもよいし、冷間金型用鋼（例えばＳＫＤ１１）、マルテンサイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）、オーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ）、機械構造用金属鋼（例えばＳＣＭ４３０、ＳＮＣＭ４２０）又は高速度工具鋼（例えばＳＫＨ５１、ＨＡＰ４０）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。
（６）上記各実施形態においては、２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有する鉄鋼部材（ＳＫＤ６１）を用いた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、Ｃｒを含有しない鉄鋼部材を用いた場合にも本発明を適用可能である。Ｃｒを含有しない鉄鋼部材としては、炭素鋼（例えばＳ４５Ｃ、Ｓ５５Ｃ）、一般構造用圧延鋼材（例えばＳＳ４００）、冷間圧延鋼板（例えばＳＰＣＣ）又は炭素鋼鍛鋼品（例えばＳＦ材）などを例示することができる。
（７）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。
（８）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。
（９）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。
（１０）上記各実施形態においては、油圧により２つの鉄鋼部材を押圧しながら２つ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つの鉄鋼部材を加熱することもできる。これにより、２つ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、エアにより２つの鉄鋼部材を押圧しながら２つの鉄鋼部材を加熱してもよい。
（１１）上記各実施形態においては、接合力強化工程における第３熱処理時間ｔ３の始まりの温度をＡ１変態点としたが、本発明はこれに限定されるものではない。鉄鋼部材におけるＡ１変態点が８５０℃よりも高い場合には、第３熱処理時間ｔ３の始まりの温度を８５０℃としてもよい。
（１２）上記各実施形態においては、第３熱処理時間ｔ３が５時間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、２時間以上あればよい。なお、接合体の接合力をより高くする観点から、第３熱処理時間ｔ３を１０時間以上又は１５時間以上としてもよい。
（１３）上記実施形態２においては、接合力強化工程を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、接合力強化工程を３回以上行ってもよい。
（１４）上記各実施形態においては、接合力強化工程を行った後、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。接合力強化工を行った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。
（１５）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力強化工程を、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。
（１６）上記各実施形態においては、接合力強化工程において、接合体を加圧せずに熱処理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、接合体を加圧（例えば２００ＭＰａで加圧）した状態で熱処理してもよい。
（１７）上記各実施形態においては、接合体形成工程と接合力強化工程との間に、金属組織均一化工程を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。接合体形成工程を経たときの接合体の金属組織が比較的均一であれば、必ずしも金属組織均一化工程を行わなくてもよい。
（１８）上記各実施形態においては、鉄鋼製品として、ダイカスト金型及び加圧ピン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
１００，１００ａ，４００，５００…接合体、１１０，１１０ａ，１２０，１２０ａ，４１０，４２０，５１０，５２０…鉄鋼部材、１１２，１２２，４１２，４２２，５１２，５２２…接合予定面、１４０，１４０ａ，４４０，５４０…接合面、１４２…Ｃｒ含有不動態層、１４４…空隙、４１４，４２４…熱交換用媒体流路形成用溝、４５０…ダイカスト金型、４６０…熱交換用媒体流路、５５０…加圧ピン、Ｍｓ…Ｍｓ点、Ｔ１…第１温度、Ｔ２…第２温度、Ｔ３…第３温度、Ｔ４…第４温度、Ｔ５…第５温度、ＴＡ１…Ａ１変態点、ｔ１……第１熱処理時間、ｔ２…第２熱処理時間、ｔ３…第３熱処理時間、ｔ４…第４熱処理時間、ｔ５…第５熱処理時間

Claims (24)

  1. 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、
    前記接合体を前記鉄鋼部材におけるＡ１変態点以上の第２温度に加熱した後、前記Ａ１変態点から６００℃に降温するのに２時間以上かける条件で、前記接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することにより、前記接合体における接合力を強化する接合力強化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。
  2. 請求項１に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有する鉄鋼部材を用いることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
  3. 請求項２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、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、機械構造用金属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。
  4. 請求項１に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有しない鉄鋼部材を用いることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
  5. 請求項４に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記鉄鋼部材は、炭素鋼、一般構造用圧延鋼材、冷間圧延鋼板又は炭素鋼鍛鋼品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。
  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を行った後、前記接合力強化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。
  7. 請求項１〜６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。
  8. 請求項１〜７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を行った後、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。
  9. 請求項１〜７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２温度は、８３０℃〜１０５０℃の範囲内にあることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
  10. 請求項１〜９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３温度は、５５０℃以下であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
  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力強化工程を、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。
  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、
    前記接合体形成工程と前記接合力強化工程との間に、前記接合体を、前記接合体の金属組織をより均一にすることが可能な第４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。
  13. 請求項１２に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記第４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。
  14. 請求項１２又は１３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。
  15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記接合力強化工程においては、前記接合体を前記第２温度に加熱してから前記第３温度まで徐冷する間に、８００℃〜９００℃の範囲内にある第５温度で少なくとも３０分間保持することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
  16. 請求項１〜１５のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記接合力強化工程においては、前記接合体を加圧した状態で熱処理することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
  17. 請求項１〜１６のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記接合力強化工程を行った後、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。
  18. 請求項１〜１７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。
  19. 請求項１８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。
  20. 請求項１〜１９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においては、磁気加熱により前記２つの鉄鋼部材を加熱することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
  21. 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、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、
    前記接合体を前記鉄鋼部材におけるＡ１変態点以上の第２温度に加熱した後、前記Ａ１変態点から６００℃に降温するのに２時間以上かける条件で、前記接合体を６００℃以下の第３温度に徐冷することにより、前記接合体における接合力を強化する接合力強化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。
  22. 請求項２１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２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有する鉄鋼部材を用いる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。
  23. 請求項２１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２つの鉄鋼部材として、Ｃｒを含有しない鉄鋼部材を用いる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。
  24. 請求項２１〜２３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おいて、
    前記接合体準備工程を行った後、前記接合力強化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。
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