JP2002144080A - Ni基耐熱ろう材 - Google Patents
Ni基耐熱ろう材Info
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- B23K35/3033—Ni as the principal constituent
- B23K35/304—Ni as the principal constituent with Cr as the next major constituent
Abstract
鋼などをろう付する際に、できるだけ低い温度(110
0℃程度)でろう付でき、ろう付時にスラグが発生せ
ず、ぬれ性が良好で、硫酸等に対する耐食性に優れ、高
い強度の得られるNi基耐熱ろう材を提供することを目
的とする。 【解決手段】 重量%で、Crを25〜35%、Pを4
〜8%、Siを3〜6%で、P+Siの合計が9〜1
1.5%、Al、Ca、Y、ミッシュメタルの1種以上
を0.01〜0.10%含み、必要に応じてFeを20
%以下、Coを20%以下、Moを10%以下、Vを5
%以下でその合計が20%以下含み、残部はNiおよび
不可避不純物よりなるNi基耐熱ろう材。
Description
面に強固な酸化皮膜を形成するステンレス鋼などをろう
付する際に使用する、ぬれ性、耐食性に優れ、高強度の
Ni基耐熱ろう材に関するものである。
5)やAWS規格(ANSI/AWSA5,8)に規定
されたNi基耐熱ろう材は、主にステンレス鋼などのろ
う付に使用されており、熱交換器やガスタービンなどを
作製するときのろう付に広く使われてきた。しかし、近
年特に硫酸等の腐食環境下での耐食性が要求され、しか
もできるだけ低い温度で効率良くろう付でき、かつ、高
いろう付強度が得られるろう材が要求される中で、従来
のNi基耐熱ろう材は次のような問題が生じてきた。
うの中で、Ni−Cr−Si組成のBNi−5は耐食性
は良好であるが、液相線温度が約1150℃と高いた
め、ろう付温度は1200℃の高温を必要とすることか
ら、ろう付しようとするステンレス鋼の特性を劣化させ
る難点がある。Ni−Cr−Fe−Si−B組成のBN
i−1,1A,2及びNi−Si−B組成のBNi−
3,4はNiろうの中では高いろう付強度が得られる
が、ろう付時にBの拡散によりステンレス鋼母材の耐食
性を劣化させる難点がある。
融点が低く、1000℃程度の低い温度でろう付でき、
ぬれ性は良好であるが、合金自体が脆く、強度が低い難
点がある。また、既に本発明者らが特開平9−2256
79号で提示したNi基耐熱ろう材の範囲の中で、ろう
付時にスラグが発生したり、強度が低い場合が一部見ら
れた。
同志、特に表面に強固な酸化皮膜を形成するステンレス
鋼などをろう付する際に、できるだけ低い温度(ステン
レス鋼が劣化しない1100℃程度)でろう付でき、ろ
う付時にスラグ発生がなく、ぬれ性が良好で、硫酸等に
対する耐食性に優れ、高い強度の得られるNi基耐熱ろ
う材を提供することである。
を解決するため、特開平9−225679号で示したN
i−Cr−P−Si組成のNiろうの成分について、新
たに各成分の有効な範囲を見直し、さらに特性を改善す
る有効な添加元素を見い出すことで改良を加え、より特
性良好なろう材組成を構築することにより課題を解決で
きると考え、検討を進めてきた。
う材において、合金の融点や耐食性をそこなうことな
く、より強度を向上させるため、Cr量を増加させると
同時に、やや亜共晶組織の合金になるようなCr、P、
Siの添加量及びP+Si合計の添加量の範囲を見い出
し、これにAl、Ca、Y、ミッシュメタルを微量添加
することにより、ろう付後のスラグ発生を抑制し、ぬれ
性がより良好となることを見い出した。また、これに加
えてFe、Co、Mo、Vを融点やぬれ性、耐食性に悪
影響をおよぼさない範囲で添加することにより、さらに
合金の強度ひいてはろう付強度が向上することを見い出
した。
%、Pを4〜8%、Siを3〜6%で、P+Siの合計
が9〜11.5%、Al、Ca、Y、ミッシュメタルの
1種以上を0.01〜0.10%含み、必要に応じてF
eを20%以下、Coを20%以下、Moを10%以
下、Vを5%以下で、その合計が20%以下含み、残部
はNiおよび不可避不純物よりなる、Ni基耐熱ろう材
である。
記のごとく限定した理由を以下に述べる。以下の%表示
は重量%を示すものである。本発明のNi基耐熱ろう材
は、Ni−Cr−P−Siが基本成分であり、まずろう
材合金の各特性との関係において、これら基本成分を限
定することが重要である。
となり、合金の耐酸化性、耐熱性、耐食性、また強度も
向上させるため、できるだけ多く含ませる方が好ましい
が、融点やぬれ性への影響をふまえた上で上・下限を限
定した。即ち、Crが25%未満では硫酸等に対する耐
食性及び強度向上の効果が少なく、35%を超えると融
点が上昇し、ステンレス鋼とのぬれ性が劣化する。以上
の理由から、Crは25〜35%と限定した。
応により合金の融点におよぼす影響が大きく、ろう付性
や耐食性、強度にも影響する成分である。また、本発明
のろう材合金は亜共晶組成に合金を設計することによ
り、強度が向上することを見い出したもので、その場合
特にPとSiの合計の添加量を限定することが、合金の
融点及び強度決定に重要な作用をおよぼす。即ち、P+
Siの合計が9%未満では亜共晶傾向が強くなり、液相
線温度が上昇し、目的の温度でろう付できなくなる。P
+Siの合計が11.5%を超えると過共晶合金とな
り、脆くなって強度が低下する。
各々のバランスの中で各特性間の作用、反作用により限
定される。即ち、Pが4%未満の場合及びSiが6%を
超えた場合、合金の融点が上昇する。また、Siが3%
未満の場合及びPが8%を超えた場合、耐食性が劣化
し、強度が低下する。以上の理由から、Pは4〜8%、
Siは3〜6%で、P+Siの合計が9〜11.5%と
限定した。
材合金において、Al、Ca、Y、ミッシュメタルの1
種あるいは複合して添加すると、合金の酸素量が低下
し、ひいては、ろう付後のスラグ発生を抑制し、ステン
レス鋼とのぬれ性を向上させる作用があるが、添加量が
0.01%未満の場合は上記作用を発現せず、0.10
%を超えると、ぬれ性や強度に有害な化合物を生成す
る。以上の理由から、Al、Ca、Y、ミッシュメタル
の1種以上を0.01〜0.10%と限定した。
性を有するが、これにFe、Co、Mo、Vを添加する
ことにより、さらに合金の強度を向上させる作用があ
る。このため、必要に応じてこれらの元素を添加するこ
とができる。ただし、これらの元素を過剰に添加する
と、合金の融点が上昇し、目的の温度(1100℃程度)
でろう付できなくなると共に、強度向上の効果がなくな
り、耐食性の劣化を来たしてくる。各元素の有効な添加
の上限を検討した結果、Fe及びCoが20%、Moが
10%、Vが5%で、これらを2種以上添加する場合の
合計が20%であることを確認した。
を20%以下、Moを10%以下、Vを5%以下で、そ
の合計を20%以下と限定した。本発明のNi基耐熱ろ
う材は、通常のアトマイズ法で製造される粉末のほか、
箔や棒などの形態でも使用することができ、有用であ
る。
較例を示す。本発明の実施例及び比較例の合金組成、融
点、1100℃ろう付試験、抗折力試験、5%硫酸中で
の腐食試験の結果を表1及び表2に示す。なお、各特性
の試験方法は以下の通りである。
気中で溶解し、熱分析法により融点を測定した。即ち、
溶湯中央部に装入した熱電対に連結する記録計に熱分析
曲線を描かせ、その冷却曲線から液相線及び固相線の各
温度を読み取った。
気中で溶解し、その溶湯を黒鉛型に鋳造して5mmφの
棒状鋳造片を得、それを約5mmの高さに切断し、ろう
材試料とした。次に図1(a)に示すようにSUS304
ステンレス鋼母材上にろう材試料を載せて1100℃で
30分間、10-3torrの真空中でろう付熱処理(以下、
ろう付という)を行った。ろう付後、図1(b)に示すよ
うにろう材が溶けて拡がった面積Sを計測し、その面積
Sをろう付前試料の断面積Soで割った数値、即ち、ろ
う拡がり係数W(=S/So)を求め、ろう材合金のS
US304ステンレス鋼母材に対するぬれ性の指標とし
た。また、ろう付試験後の外観から、スラグ発生の有無
を観察した。
気中で溶解し、その溶湯を内径5mmφの石英管内に吸
い上げ、凝固させ、それを約35mmの長さに切断し、
試験片とした。次に、抗折力試験冶具(三点支持、支点
間距離:25.4mm)に試験片を設置し、万能試験機
により荷重をかけ、破断した時の荷重から抗折力値(kgf
/mm2)を算出し、ろう材合金の強度の指標とした。
気中で溶解し、その溶湯をシエル鋳型内に鋳造して10
mm角の4角柱状鋳造片を得、それを10×10×20
mmに切断後、表面を研削、#240ペーパーで研磨
し、試験片とした。次に300ccビーカー内に5%硫
酸水溶液を用意し、その中に試験片を入れ、全浸漬法で
腐食試験を行った。なお、試験温度は60℃、試験時間
は24時間とした。試験前後の重量及び表面積から腐食
減量(mg/m2・s)を算出し、ろう材合金の硫酸中での耐
食性の指標とした。
は、いずれも液相線温度は1100℃以下であり、11
00℃でのろう付試験において、いずれもスラグの発生
はみられず、ろう拡がり係数は40以上と大きく、SU
S304ステンレス鋼に対するぬれ性が良好であること
がわかる。
は80kgf/mm2以上の値が得られ、特に合金No.(12)〜
(21)では、100kgf/mm2以上の値を示し、これらの値
は表2の比較例合金の中のBNi−2及びBNi−5と
同等かそれ以上で、BNi−7の2〜3倍の値を示して
おり、本発明の実施例合金は強度が良好であることがわ
かる。
腐食減量は0.000〜0.008mg/m2・sとごくわず
かで、従来耐食性が良好とされているBNi−5より少
ない腐食減量を示しており、本発明の実施例合金は、硫
酸に対する耐食性が良好であることがわかる。
o.(a)〜(i)は本発明合金の範囲から外れた組成であ
る。No.(a),(b),(d)はCr、P、Si量あるいは
P+Si量が外れ、Al等を含まないため、1100℃
でろう付はできるが、スラグが発生し、抗折力が低い。
う拡がり係数が小さく、抗折力も低い。No.(e)はP
+Si量が下限を下回るため液相線が高く、1100℃
ではろう付できず、抗折力も低い。No.(f)〜(i)は
Fe、Co、Mo、Vが上限を超えているため、液相線
が高く1100℃ではろう付できず、強度向上の効果が
なくなっている。
5,7は従来からあるJIS及びAWS規格に規定され
たNi基ろう材合金組成である。BNi−2は1100
℃でろう付できるが、硫酸に対する耐食性が著しく悪
い。BNi−5は硫酸耐食性は良好であるが、液相線温
度が1140℃と高いため、1200℃の高いろう付温
度が必要である。BNi−7は融点は低いが、特に抗折
力値が低い。
や316のようなオーステナイト系ステンレス鋼母材ば
かりでなく、SUS410や430等のフェライト系、
マルテンサイト系ステンレス鋼母材に対しても良好なぬ
れ性を示す。
の水素雰囲気中や不活性のアルゴン雰囲気中でも、良好
なろう付性を示すことを確認している。また、本発明の
実施例合金は、硫酸のほか硝酸等の各種の酸やアンモニ
ア水、塩水に対しても良好な耐食性を示し、ろう付部品
の接合強度も良好な結果が得られることを確認してい
る。
熱ろう材は融点が低く、表面に強固な酸化皮膜を形成す
る各種ステンレス鋼に1100℃程度の温度でろう付す
ることができ、ろう付時にスラグが発生せず、ぬれ性が
良好で強度が高く、しかも硫酸等に対する良好な耐食性
を発揮する効果を有するもので、各種の熱交換器等への
使用に適しており、産業発展に寄与するところ大なる発
明である。
式図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%でCrを25〜35%、Pを4〜
8%、Siを3〜6%でP+Siの合計が9〜11.5
%、Al、Ca、Y、ミッシュメタルの1種以上を0.
01〜0.10%含み、残部はNi及び不可避不純物よ
りなるNi基耐熱ろう材。 - 【請求項2】 更に強度を向上させる成分として、重量
%でFeを20%以下、Coを20%以下、Moを10
%以下、Vを5%以下で、その合計が20%以下含有す
る請求項1に記載されたNi基耐熱ろう材。
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