JPS62227598A - 固相接合用Ｆｅ基合金薄帯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用骨！ｌ’Ｆ） 本発明は、Ｆｅ基合金を用いた接合用薄帯に関する。

（従来の技術） 超塑性材料を使った固相接合についてはすでに良（知ら
れている〔例えば、（「超塑性と金属加工技術」：超塑
性研究会線（１９８０）、日刊工業新聞社、ｐ、　１５
１）参照〕。

しかしながら、一般に、超塑性材料は通常の加工におい
ては難加工性を示すものが多いので、その薄帯をサンド
イッチにはさんだ固相接合のアイデアはあっても（特開
昭５２−４５５６７号）その実用化は困難であった。固
相接合の場合、厚さ数１以下の薄帯に成形しなければな
らず、工業的なコストで従来公知の超塑性材料をそのよ
うに加工することはできなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、上述のような従来技術の諸欠点を解消
した、超塑性を示す固相接合用Ｆｅ基合金薄帯を提供す
ることである。

（問題点を解決するための手段） かくして、本発明者は固相接合用の材料について種々検
討を重ねたところ、２相ステンレス鋼で超塑性を示すも
のが、特にすぐれていることを知り、さらに研究を重ね
、その合金組成を特定化するとともに、加工性に難点が
ある場合には、好ましくは、溶湯からの直接の成形によ
りて薄帯とすることで、超塑性化とともに成形が行われ
ることを知り、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、重量％で、Ｓｉ
≧０．５％、およびＭｎ≧１．７％の１種または２種を
含有し、〜かつ Ｓｉ　ｅｑ　＝Ｓｉ＋２／３　（Ｃｒ　＋Ｍｏ）および
Ｍｎ　ｅｑ　＝Ｍｎ＋２Ｎｉ　　＋６０Ｃ＋５０Ｎで規
定されるＳｉ　ＧＱおよびＭｎｅｑが次式の関係を満足
し、 残部実質的にＦｅかうなる合金組成を有する、固相接合
用Ｆｅ基合金薄帯である。

さらにまた、本発明は、好ましくは、急冷凝固によって
超塑性に優れた薄帯を溶湯から直接に製造し、その超塑
性を利用した優れた向流れによる密着性に基づく極めて
短い拡散距離を利用した拡散接合方法を実現可能とする
もので、その接合、対象材ギ・１は特に制限されないが
鉄合金がより好ましい。

また、上述のような急冷凝固によれば厚さ２１以下の薄
帯が加工性を問題とすることなく容易に製造できる。

（作用） 次に、本発明において、合金組成を上述のように限定し
た理由を述べる。

まず、上述のように限定されたＳｉ　ｃｑおよびＭｎｅ
ｑは７００〜１２００℃という熱間加工条件下でα／（
α＋γ）の比が０．２〜０．８となる範囲を規定するも
のであって、そのような条件を満足する限り、個々の具
体的組成に係わらすα／（α＋γ）＝０゜２〜０．８が
満足され、超塑性が実現される。好ましくは、１．１　
Ｓｉ　ｅｑ　−１０，８≦Ｍｎ　ｅｑ≦１．７　Ｓｉ　
ｅｑ−１４であって、Ｓｉ　ｅｑ　＝ＩＯ〜２０である
。この好ましいＳｉ　ｅｑおよびＭｎ　ｅｑの範囲は後
述する第１図に斜線で示した範囲であるが、これは超塑
性変形中のα相とγ相の相比が約１：１となったものが
より好ましいということであり、これは製品の性質の確
保の上からも好ましい。

第１図は・Ｍｎ　ｅｑとＳｔ　ｅｑとの間の上述の関係
をまとめて示すグラフである。

Ｓｉ　ｅｑおよびＭｎ　ｅｑをまず上述のように定義し
たのは、すでに述べたところからも明らかなように、そ
れぞれフェライト生成元素の５１換算当量、およびオー
ステナイト生成元素のＭｎ換算当量を得るためである。

本発明の場合、ＳｉおよびＭｎにより２相組織を調整す
るためそれぞれについて上述のように定義するのである
。

また、それらを上述の範囲に限定したのは、その範囲で
α相とγ相との２相＆１１織となり、熱間加工時のγ相
の割合が０．２〜０．８となって優れた超塑性が得られ
るからである。

また、０．５％以上のＳｉもしくは１．７％以上のＭｎ
のいずれかを含有することを条件としたのは本発明の目
的が必ずしも耐食性を必要とせず安価な超塑性用Ｆｅ基
合金を提供しようとするものであり、ＳｉもしくはＭｎ
を積掻的に利用←ようとするからであり、従来脱酸材と
して使用されていた量以上のものを本発明においては添
加するのである。

本発明においてＳｔおよびＭｎの上限は特に限定される
ものではないが、第３元素をＦｅとして考えた場合、所
望の２相組織を得るには、Ｓｉ＜１０％、Ｍｎ＜１５％
とすることにより組ｍ、ｍ整がより容易となる。

したがって、本発明の一つの好適態様によれば、その合
金組成は、Ｓｉ：０．５〜１０重量％、および／または
Ｍｎ：１．７〜１５％、残部Ｆｅである。

また、本発明の上述のような２相組織を１）るという趣
旨からは、Ｎｉ、　ＣｒあるいはＭｏの添加■は制限さ
れないが、経済的理由からは、それぞれＮｉ：０〜５％
、Ｃｒ：０〜２０％、Ｍｏ：Ｏ〜２．５％に制限される
。

もし、耐食性を確保したいならば、必要に応じてＣｒや
ＭＯを増量すればよい。

したがって、本発明の別の態様によれば、その合金組成
は、Ｓｉ：０．５〜１０重量％、および／またはＭｎ：
１．７〜１５重量％、ならびにＮｉ：５重量％以下、Ｃ
ｒ：２０重重景以下およびＭｏ：２．５重量％以下の少
なくとも１種、残部Ｆｅと不可避不純物から成るのもで
ある。

本発明にかかる２相合金には、Ｆｅ、　Ｓｉ、　Ｃｒｓ
　Ｍｏ・ＮやＣのほかに、必要に応じて、Ｃｕ≦１．０
％、ＴｉＳ２．５％、ＺｒＳ２．５％、ＮｂＳ２．５％
、７５０．５％、ＷＳ２．０％のうち少なくとも１種以
上を含有したものや、さらにその他、少量のＲｅ、　Ｃ
ａ、　Ｃｅや不可避不純物を含むものも本発明に包含さ
れる。

しかしながら、Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｖは窒化物を
容易に生成して超塑性にを効な固溶Ｎ量を低減させるの
で、できれば添加しないほうがよい。

Ｃは炭化物を生成して製品の性質を害することもあるの
で、低いほうが好ましい。

Ｎは有力なＴ生成元素であり、ＭｎやＮｉに比べて拡散
しやすく、したがって、熱活性化過程による組織変化を
助けて超塑性変形を発現しやすくし、しかも最も安価で
あることから、できるだけ多量に、好ましくは、０．０
１〜０．２５％程度含有させるのが有利となる。

以上のように、本発明にあってはα＋Ｔ型２相組織を呈
する限りにおいてそのすぐれた超塑性現象を利用できる
のであって、上述の各種添加元素およびその添加量を変
えても、前述の第１図に示す条件を満足する限り、実質
上α＋γ型２相組織は何ら変更を受けないことが確認さ
れている。

本発明にかかる薄帯の製造方法は特に問わないが、一般
に２相系合金が難加工材であることを考えると急冷凝固
によるのが好ましく、通常の片ロール、双ロールもしく
は、その他の方法が適用できる。冷却速度は特に限定さ
れないが、！ｌｉｌ！織が微細になったほうが、後の超
塑性変形能を向上させるため１００℃／ｓｅｃ以上が好
ましい。より好ましくは１０’　℃／ｓｅｃ以上である
。

また、上記薄帯の厚さは、薄いほうが冷却速度を上げら
れ、かつ接合上効率的であるので、好ましくは、その上
限は２■とする。下限は、特にないが急冷薄帯製造上の
理由により２０μｍとなる。

このようにして得られた薄帯はそのまま固相接合に利用
することも可能であるが、板表面性状の改善およびさら
に後工程で組織を微細にするため、熱間加工もしくは冷
却加工等を施しても良い。これらの処理は固相接合時に
再結晶によって組織を著しく微細化し、超塑性を向上さ
せるが、それには各々、５０％、２０％以上が好ましい
。熱間圧延の温度は、上記目的を達成するために、低い
ほうが好ましく　１２００℃以下、より好ましくは１０
００　’Ｃ以下で行うのが良い。

本発明により得られた固相接合用薄帯を使って固相接合
する場合、その具体的条件は特に限定されないが、好ま
しくは、まず接合面を清浄面としから７５０〜１２００
℃に加熱し、０．５　ｋｇｆ／ｍ１１”以上の加圧力を
かけながら接合を行えばよい。

温度を７５０〜１２００℃に限定する理由は、この範囲
で２相ステンレス鋼の超塑性が得やすいからであり、か
つ固相接合素材の組織が粗くなったすせず、本来の性質
を…なわないからである。より好ましくは９００〜１１
００℃とするのがよい。

加熱は、どのような方法であっても良いが、スケール防
止のため、２相系ステンレス鋼中に多量に含有される窒
素を多く含有するＮ２ガス雰囲気中で加熱することが好
ましい。

接合のための圧縮力は０．５　ｋｇｆ／ｍｍ”以上が必
要であり、あまり大きすぎると座屈、変形が大きくなる
ため、１０ｋｇｆ／ｍｍ”以下にとどめるのが望ましい
。

加熱、加圧により接合された２相系ステンレス鋼は、そ
のまま冷却されるが、冷却中にシグマ相が生成すると著
しく靭性を害するため、５℃／　ｍ　ｉｎ以上の冷却速
度で冷却し、できれば１０００〜１２００℃近傍に加熱
後急冷すれば溶体化処理を施したのと実質的に同じとな
るため好ましい。

接合に供する素材としては特に限定されないが、拡散接
合性が良く異種元素間の拡散係数の著しい差によって生
じるカーケンダルボイドや機械的性質を劣化させる金属
間化合物からなる中間相等を生じにくい鉄基合金が好ま
しく、低合金鋼、オーステナイト系、フェライト系ステ
ンレス鋼が適用でき、Ｎｉ基合金にも適用が可能である
。

次に、実施例によって本発明をさらに詳述するが、それ
らは単に本発明の例として示すもので・それによって本
発明が不当に制限されるものではない。

実施例 本例では安価な２相系鉄基合金としてＦｅ　−Ｍｎ　−
５ｉ　３元系合金を使用した。

第１表に示す化学組成の溶湯を２０〜２０００ｒｐＩｍ
で回転する直径３００ＩＩＩ１１の超硬合金製双ロール
、または４００ｍ５のＣｕ製単ロール表面上に０．５　
Ｘ１５ｍｍ口径のノズルより噴射し、５０〜３００　μ
ｍ厚、幅１５１ＩＩＩｍの２、冷薄帯を作製した。鋳造
まま、もしくはそれらのいくつかについては熱間圧延と
冷間圧延を組み合せた処理をした後、直径１５ｍｎ＋の
端面をエメリー紙で＃６００仕上げとした種々の接合素
材で上記薄帯をはさみＮｚガス雰囲気中で局所的に高周
波加熱、所定の温度に昇温、所定の加圧力で所定の時間
加圧し放冷した。

これらより、平行部の直径１０ｍｍ、長さ４０ｍｍの引
張試験片を切り出し、常温にて引張試験を行った。

それぞれの条件と試験結果を第２表に示すが、本発明ニ
ヨって容易に固相接合が行われることが分かる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明におけるＭｎ　ｅｑとＳｉ　ｅｑと
の関係を示すグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｓｉ≧０．５％、およびＭｎ≧１．７％の１種または２
   種を含有し、かつ Ｓｉｅｑ＝Ｓｉ＋２／３（Ｃｒ＋Ｍｏ）およびＭｎｅｑ
   ＝Ｍｎ＋２Ｎｉ＋６０Ｃ＋５０Ｎで規定されるＳｉｅｑ
   およびＭｎｅｑが次式の関係を満足し、 ５／６Ｓｉｅｑ−１５／２≦Ｍｎｅｑ≦１１／５Ｓｉｅ
   ｑ−７７／５残部実質的にＦｅからなる合金組成を有す
   る、固相接合用Ｆｅ基合金薄帯。
2. （２）溶湯から直接に薄帯にまで成形された、特許請求
   の範囲第１項記載の固相接合用Ｆｅ基合金薄帯。
3. （３）厚さが２ｍｍ以下である、特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の固相接合用Ｆｅ基合金薄帯。