JPH0638997B2

JPH0638997B2 - ろう付け接合用ろう薄帯

Info

Publication number: JPH0638997B2
Application number: JP7038486A
Authority: JP
Inventors: 俊郎富田; 信幸山内; 文雄樫本; 芳男樽谷; 健次北野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPS62227595A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ろう付け接合用ろう薄帯、特にステンレス鋼
接合用のNi−Cr−Ｂ系合金から成るろう薄帯に関する。

（従来の技術）従来より、ステンレス鋼の溶接方法には、アーク溶接、
ろう付溶接があるが、前者が主に用いられている。しか
し、ろう付溶接は、アーク溶接に比べ簡便、かつ精密な
溶接が可能であり、量産性にも富んでいるため、今後大
きく発展する産業分野である。

このろう付けに用いられるろう材には、B-Ni粉末をバイ
ンダーで固めて薄板状にしたものが用いられてきた。し
かし、最近に至り、特公昭57−36075号および特公昭58
−15234号で開示された溶湯超急冷法によるNi基アモル
ファス合金薄帯が用いられるようになってきている。

同様なろう付け用合金としては、「日本金属学会誌」第
49巻、第４号、1985年、285〜290頁に6 Ni-15.7 Cr-2.8
B-Fe系ろう合金が微結晶質として開示されている。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、前者のバインダーで固めたろう材では、接合
時の未昇華バインダーがボイドになり易く、ろう接欠陥
を作る。また、後者のアモルファス質または微結晶質の
ろう材ではバインダーは使用されないため、それによる
ボイド生成はみられず、接合強度はかなり増加するもの
の、ステンレス鋼を接合した場合その接合部の耐蝕性が
母材ステンレス鋼のものと同等以上にならず、腐食環境
下で使用した場合、接合部が溶出分断するという欠点が
あった。

かくして、本発明の目的は、特に、ステンレス鋼、およ
びNi基合金、さらには、Ni、Mo、Co、Ｗ等を多量に含有
する高合金鋼の接合に際して接合部の耐食性にすぐれた
ろう薄帯を提供することである。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、上記目的達成のために、溶湯超急冷法に
よるステンレス鋼接合用ろう薄帯の研究を積み重ねた結
果、次のような知見を得、本発明を完成した。

(1)Ｂ、Cr等の元素を適量添加した場合、特にNi基合金
でなくとも安価なFe基合金であっても、強度、耐蝕性に
優れたステンレス鋼接合用ろう薄帯となる。

(2)Ｂ、Cr量、特にＢ量が接合部耐蝕性に大きく影響
し、Ｂ：2.5重量％以下、Cr：10重量％以上添加するこ
とにより、母材以上の接合部耐蝕性が得られる。この
点、従来はＢの多量添加（例：2.5重量％超）は、アモ
ルファス化して強度、靱性改善に不可欠と考えられてき
たのである。

(3)上述のように、このようなNi基、Fe基の合金では、
Ｂ、Si、Ｐ、Ｃ等の元素を15〜20原子％程度添加するこ
とにより初めて、溶湯超急冷法によりアモルファス質と
して靱性に富んだ薄帯を得ることができると考えられて
いたが、Ｂ：2.0〜2.5重量％（10〜12.3原子％）でもア
モルファス質もしくはアモルファス質と結晶質との混合
物となりろう材薄帯として十分な靱性を有する。また、
Ｂ：１〜２重量％（5.2〜10原子％）では微細結晶質と
なるが、脆化元素であるＢ量が低減しているため十分な
靱性をもつろう薄帯が得られる。

(4)このような薄帯を使用し、ステンレス鋼のろう付接
合、特にステンレス鋼パイプの周溶接を行うことによ
り、従来のアーク溶接に比べより簡便、精密、量産性に
富んだ溶接が可能となる。

かくして、本発明の要旨とするところは、重量％で、 Si：1.5％以下、Mn：1.0％以下、 Cr：10〜40％、Ni：50％以下、Ｂ：1.0〜2.5％、およびさらに必要に応じ、Co：20％以下および／またはMo：20
％以下、ならびに、残部実質的にFe から成る組成を有するろう付け接合用ろう薄帯である。

ここに、ろう薄帯は一般にはアモルファス質でるが、そ
こまで急冷されずに微細結晶質のものであってもよい。
上記組成合金が均質体として得られればよく、したがっ
て、アモルファス質と微細結晶質との混合組織であって
もよい。

また、本発明にかかるろう薄帯を使ったろう付けの対象
となるのは代表的にはステンレス鋼であり、そのほかNi
基合金さらにはNi、Mo、Co、Ｗ等を多量に含有する高合
金鋼等が包含される。

（作用）次に、本発明にかかるろう薄帯の合金組成を上述のよう
に限定した理由を述べる。

Si：接合部の強度の上昇、耐蝕性向上および合金の融点低下
のために添加することがこのましいが、ろう薄帯の脆化
を引き起こすため1.5重量％以下とした。好ましくは、
1.0重量％以下である。

Mn：高価なNi等の代用としてMnを添加してもよいが、耐蝕性
が劣化するため、５重量％以下とした。

Cr：接合部の耐蝕性を向上させるため10重量％以上添加し、
一方、合金の融点の上昇および接合部にσ相が析出し脆
化するため、40重量％以下とした。好ましくは、15〜35
重量％である。

Ni：接合部の耐蝕性の向上および合金の融点低下のためNiを
添加することが好ましい。特に、オーステナイト系ステ
ンレス鋼の接合には、接合部をフェライトにさせないた
め５重量％以上必要である。Niについては、大部分がNi
となるまで添加しても良いが、Niが高価であること、ま
た多量添加しても接合部強度、耐蝕性は変化しないた
め、50重量％以下とした。好ましくは、５〜30重量％で
ある。

Ｂ：合金の融点低下、溶融ろうの流動性向上のため１重量％
以上添加するが、接合部の耐蝕性が劣化するため2.5重
量％以下とする。好ましくは1.6〜2.3重量％である。

CoおよびMo：これらは任意添加成分であり、接合部の耐蝕性および高
温強度を改善するために、そのうちの少なくとも１種の
添加が好ましい。しかしそれらはいずれも高価が元素で
あるためそれぞれ20重量％以下に制限される。

なお、Moの場合、合金の融点をも上昇させる傾向が強
い。したがって、好ましくは、Moは10重量％以下添加す
るのがよい。

その他、Ｃ、Ｐなどの不純物は、余り過剰に含有される
と接合部の耐食性劣化をもたらすことから、合計で0.05
重量％以下に制限するのが好ましい。

次に、本発明にかかるろう付用の薄帯の代表的製造方法
である溶湯超急速冷却法について説明する。

第１図は、溶湯超急冷法の概念の略式説明図であり、図
示例の場合は単ロール法と呼ばれている方法であり、適
宜保持容器から注入ノズルを経て溶湯流がロール上に供
給され、これをロールの上で急速冷却するのである。こ
のときロールは高速で回転されており、しかも内側から
急速に冷却されているため、超急速冷却が可能となるの
である。

例えば、上述のような組成の合金溶湯を冷却する場合、
１０⁴℃／sec以上の冷却速度で冷却凝固させて、20〜10
0μｍ厚の薄帯とする。

かくして、アモルファス質または微細結晶質もしくはそ
れらの混合物の薄帯となる。これらの薄帯は殆ど表面酸
化もなく、そのままでろう付けに有用であるが、十分な
靱性を持っているため、複雑な形状に切断、およびプレ
ス加工した後にろう付けに使用してもよい。

本発明の薄帯を使用してステンレス鋼を液相拡散接合す
る場合は、接合材間にインサート材としてその薄帯を挿
入し、インサート材を溶融させると、接合材と相互に拡
散し、次いで、等温凝固してインサート材が消滅し、接
合材と同質の継手を得るのである。

かかる接合法において、インサート材は接合材より低融
点であり、接合温度はインサート材の溶融温度よりも高
く、接合材の溶融温度より低い温度とする。なお、接合
雰囲気は不活性ガス等の保護雰囲気である。

かくして、本発明によれば、ステンレス鋼はもちろん、
Ni基合金さらには高合金鋼の優れたろう接合が行われ
る。

ここに言う「ステンレス鋼」は、Cr：12重量％以上を含
有する鋼一般を指称するが、それより少ない量のCrの場
合であっても、あるいはNi基もしくはFe基の耐熱合金の
ろう付け用に本発明にかかる薄帯を使用しても十分な接
合部強度および耐食性が得られる。

次に、実施例によってさらに本発明を説明する。

実施例１第２図は、本実施例において使用した拡散接合装置の略
式断面である。

接合母材1,2は上下加圧治具3,4によってそれぞれ支持さ
れており、上下加圧ラム5,6を介して油圧シリンダー10
によって加圧される。符号７は固定台、８はロードセ
ル、９は高周波加熱用コイルである。これらは全体が外
壁11によって包囲されていて、内部に保護雰囲気を形成
している。

かかる装置によりろう接合を行う場合、まず、接合母材
1,2の間にろう薄帯10をインサート材として介在させ、
外壁11内を或るArガスなどによって保護雰囲気としてか
ら、高温状態で上下加圧ラム5,6の作用により両接合材
を圧着させることによりろう付け実施するのである。

第１図に示す組成を有する10種の合金溶湯を第１図に示
すようにして3000r.p.m.で回転する直径300mmの鋼製ロ
ール表面上に開口部0.5×14mmの矩形ノズルを用いて噴
射し、幅14mm、厚さ35μｍの薄帯を作製した。これらは
アモルファス質と微細結晶質との混合組織であった。こ
れらの薄帯を14mm×14mmの大きさに切断した後、２つの
14mm×14mm×60mmのSUS304の角材の14mm×14mmの端面に
はさみ、1Kgf/mm²の荷重を加えながら、Ar雰囲気中で12
50℃、５分間の加熱により、薄帯を溶融し、接合した。
供試材のSUS304の組成を第２表に示す。また、比較例と
してJIS規格BNi-1AのNi系粉末シートろうを用い、同様
に接合した。

その後、接合強度の測定のため、接合した角材を切削加
工によりJIS Z 2201の形状に成形し、引張り試験を行っ
た。

接合部耐食性は、接合した角材よりろう接部中心として
3mm(t)×10mm(w)×40mm(l)ならびに2mm(t)×直径11mmの
試験片を加工し、ステンレス鋼の硫酸、硫酸鋼腐食試験
（JIS G 0575。以下、「ストラウス試験」という）なら
びに孔食電位測定により評価した。

ストラウス試験の試験片は湿式600番エメリー紙研磨仕
上げとし、試験後にＵベンド曲げを実施して割れの有無
を顕微鏡を用いて判定した。

孔食電位測定は0.01モルNaCl水溶液、60℃、Ar脱気下で
掃引速度20mV/minの動電位法にて測定した。ｎ数は３で
あった。

以上の結果をまとめて示す。

Ａ〜Ｄ合金は、特にＢ量の影響を調べるためのものであ
るが、比較材である0.85重量％Ｂを含有するＡ合金では
融点が高く、溶融せず、接合不可能であり、同じく比較
材である３重量％Ｂを含有するＤ合金では接合部強度、
延びは高いが耐食性に劣ることが分かる。これらと比較
して本発明にかかるＢおよびＣ合金では接合部の機械的
性質および耐食性ともにすぐれていることがわかる。

Ｅ〜Ｉ合金は特にCr量の影響を調べたものであるが、こ
れらの合金についての機械的性質はすぐれている。しか
し、Cr含有量の少ない比較材であるＥ合金では耐食性が
劣り、一方、本発明にかかる合金であるＦ〜Ｉ合金では
耐食性にも何ら問題がないことがわかる。

Ｊ合金は市販されているアモルファス合金ろう薄帯とほ
ぼ同じ組成となっている。本発明にかかる合金では機械
的性質および耐食性についてなんら問題なく、優れた性
質を有しているが、比較材であるＪ合金では耐食性に問
題があることがあきらかである。

また、本発明合金が従来のBNi-1A系粉末シートろう材に
比べ、機械的性質および耐食性の両面で優れていること
も明らかである。

以上のように、本発明にかかるろう薄帯を用いてステン
レス鋼をろう付け接合することにより、優れた接合部の
機械的性質および耐食性が得られる。

実施例２実施例１のＧ合金組成の溶湯を2500r.p.m.で回転する直
径300mmの鋼製ロール表面上に、開口部0.6×20mmの矩形
ノズルより噴射し、幅20mm、厚さ30μｍのろう薄帯を作
製した。これらはアモルファス質と微細結晶質との混合
組織であった。

第２図に示すように、拡散接合装置を使用し、SUS304ス
テンレス鋼製の直径25.4mm×厚さ1.0mm×長さ100のパイ
プを上述のようにして得られたろう薄帯をインサートー
材として接合面に挿入し、アルゴン雰囲気中で、接合温
度1250℃、接合時間200秒、加圧力1Kgf/mm²で接合し
た。この接合部より４個所の板状引張試験片および耐食
性試験片を採取した。

本発明のろう簿帯をパイプ接合に適用しても何ら問題は
なく、母材レベルの接合強度が得られたｑまた、耐食性についても実施例１と同様の条件で評価を
行ったが、その結果をまとめた示す第４表からも明らか
なように、本発明によれば、良好な耐食性が確認され
た。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明は、従来絶対必要と考えら
れていたボロン添加量を大幅に低減することにより、む
しろ耐食性を改善することができるものであり、しかも
必ずしも全部をアモルファス質とすることはなく、一部
微細結晶質を含有していてもよいなど、実用上実施が容
易であり、その利益は大きい。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明にかかる薄帯の製造方法の概念の説明
図、および第２図は、本発明において利用するろう付け装置の略式
断面図である。 1、2：接合母材、3、4：上下加圧治具 5、6：上下加圧ムラ、７：固定台８：ロードセル、９：高周波加熱用コイル 10：油圧シリンダー、11：外壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樽谷芳男兵庫県尼崎市西長洲本通１丁目３番地住友金属工業株式会社中央技術研究所内 (72)発明者北野健次大阪府大阪市東区北浜５丁目15番地住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、 Si：1.5％以下、Mn：1.0％以下、 Cr：10〜40％、Ni：50％以下、Ｂ：1.0〜2.5％、および残部実質的にFe から成る組成を有するろう付け接合用ろう薄帯。
【請求項２】重量％で、 Si：1.5％以下、Mn：1.0％以下、 Cr：10〜40％、Ni：50％以下、 Co：20％以下および／またはMo：20％以下、Ｂ：1.0〜2.5％、および残部実質的にFe から成る組成を有するろう付け接合用ろう薄帯。