JP2733016B2 - 酸化雰囲気中で接合可能な耐熱材料用液相拡散接合合金箔 - Google Patents
酸化雰囲気中で接合可能な耐熱材料用液相拡散接合合金箔Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属材料の液相拡散接合
に関し、詳しくは耐熱鋼および耐熱合金鋼の液相拡散接
合あるいはこれら合金鋼と炭素鋼の液相拡散接合に有用
で、酸化雰囲気中での接合が可能であり、接合強度およ
び接合部の高温でのクリープ特性の優れた継手を得るこ
とができることを特徴とする液相拡散接合用材料に係
る。
に関し、詳しくは耐熱鋼および耐熱合金鋼の液相拡散接
合あるいはこれら合金鋼と炭素鋼の液相拡散接合に有用
で、酸化雰囲気中での接合が可能であり、接合強度およ
び接合部の高温でのクリープ特性の優れた継手を得るこ
とができることを特徴とする液相拡散接合用材料に係
る。
【０００２】
【従来の技術】液相拡散接合は、接合しようとする材料
の間に箔、粉末、あるいはメッキ等の形態で被接合材よ
りも融点の低い共晶組成を有する合金を介在させて加圧
し、挿入合金（以下インサートメタルと称する）の液相
線直上の温度に接合部を加熱することによって溶融、等
温凝固させる接合法であり、固相接合法の１種と考えら
れている。比較的低い加圧力で接合できることから、接
合による残留応力や、変形を極力避ける必要のある接合
に用いられ、同時に溶接の困難な高合金鋼、耐熱鋼の接
合にも適用されている技術である。
の間に箔、粉末、あるいはメッキ等の形態で被接合材よ
りも融点の低い共晶組成を有する合金を介在させて加圧
し、挿入合金（以下インサートメタルと称する）の液相
線直上の温度に接合部を加熱することによって溶融、等
温凝固させる接合法であり、固相接合法の１種と考えら
れている。比較的低い加圧力で接合できることから、接
合による残留応力や、変形を極力避ける必要のある接合
に用いられ、同時に溶接の困難な高合金鋼、耐熱鋼の接
合にも適用されている技術である。
【０００３】液相拡散接合によって接合しようとする材
料は、多くの場合、合金組成として０．５０％以上のＣ
ｒを含有する。Ｃｒ含有材料は緻密な酸化Ｃｒ（多くの
場合Ｃｒ2 Ｏ3 ）皮膜を表面に形成するために、耐酸化
性、耐食性が優れているのが特徴である。従って、接合
時の加熱によっても当然接合面には酸化皮膜が形成され
ることとなり、溶融したインサートメタルの濡れが阻害
され、接合に必要な原子の拡散が著しく妨げられる。故
に従来は特開昭５８−８１４５８号公報、特開昭６２−
３４６８５号公報、更に特開昭６２−２２７５９５号公
報に見られるようにいずれも接合の際には雰囲気を真
空、不活性、もしくは還元性に保たねばならず、接合コ
ストの著しい上昇を招いていた。
料は、多くの場合、合金組成として０．５０％以上のＣ
ｒを含有する。Ｃｒ含有材料は緻密な酸化Ｃｒ（多くの
場合Ｃｒ2 Ｏ3 ）皮膜を表面に形成するために、耐酸化
性、耐食性が優れているのが特徴である。従って、接合
時の加熱によっても当然接合面には酸化皮膜が形成され
ることとなり、溶融したインサートメタルの濡れが阻害
され、接合に必要な原子の拡散が著しく妨げられる。故
に従来は特開昭５８−８１４５８号公報、特開昭６２−
３４６８５号公報、更に特開昭６２−２２７５９５号公
報に見られるようにいずれも接合の際には雰囲気を真
空、不活性、もしくは還元性に保たねばならず、接合コ
ストの著しい上昇を招いていた。
【０００４】本発明者らは研究を重ねた結果、成分とし
てＶを含有するインサートメタルは酸化雰囲気中でも液
相拡散接合が可能であることを見いだした。しかも、Ｖ
はインサートメタルの融点を上昇させる元素ではある
が、他の元素（本発明においては専らＳｉ）を適当に調
整することで接合性の極めて優れたインサートメタルを
得ることができることを見いだした。
てＶを含有するインサートメタルは酸化雰囲気中でも液
相拡散接合が可能であることを見いだした。しかも、Ｖ
はインサートメタルの融点を上昇させる元素ではある
が、他の元素（本発明においては専らＳｉ）を適当に調
整することで接合性の極めて優れたインサートメタルを
得ることができることを見いだした。
【０００５】Ｖを含有し、Ｓｉ量を増加させた液相拡散
接合用合金箔は殆ど前例がない。米国特許第３８５６５
１３号にＭａＹｂＺｃなる組成を有する合金についての
開示がある。式中ＭはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｖ，Ｃｒから
なる群から選ばれる金属であり、ＹはＰ，Ｂ，Ｃからな
る群から選ばれる元素であり、ＺはＡｌ，Ｓｉ，Ｓｎ，
Ｇｅ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｂｅからなる群から選ばれる元素で
あり、ａは約６０〜９０原子％の範囲にあり、ｂは約１
０〜３０原子％の範囲にあり、ｃは約０．１〜１５原子
％の範囲にある。このような材料は現在周知の処理技術
を用いて溶融物からの急速冷却によって工業的に製造さ
れ、実用化されている。
接合用合金箔は殆ど前例がない。米国特許第３８５６５
１３号にＭａＹｂＺｃなる組成を有する合金についての
開示がある。式中ＭはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｖ，Ｃｒから
なる群から選ばれる金属であり、ＹはＰ，Ｂ，Ｃからな
る群から選ばれる元素であり、ＺはＡｌ，Ｓｉ，Ｓｎ，
Ｇｅ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｂｅからなる群から選ばれる元素で
あり、ａは約６０〜９０原子％の範囲にあり、ｂは約１
０〜３０原子％の範囲にあり、ｃは約０．１〜１５原子
％の範囲にある。このような材料は現在周知の処理技術
を用いて溶融物からの急速冷却によって工業的に製造さ
れ、実用化されている。
【０００６】しかしながらこの場合には、Ｖは基材とし
て使用することおよび合金をアモルファス化することを
目的としたものであって接合用の合金箔として開示され
たものではない。しかも、Ｓｉの含有量が低く、箔の融
点は本発明に比較して相当に高いため、液相拡散接合の
実現は極めて困難である。加えてＰ含有量も本発明とは
全く異なっており、含有量が高いために接合部近傍Ｍ
ｏ、もしくはＣｒ含有合金側に粗大な析出物を生成する
ので接合強度が本発明の箔を用いて得られる接合部に比
較して全く低いものとなる。特開昭５３−８１４５８号
公報は米国特許第３８５６５１３号の合金を箔の形で提
供するものであるが、この場合にはＶを成分として含有
していないため、酸化雰囲気中での液相拡散接合は全く
不可能である。
て使用することおよび合金をアモルファス化することを
目的としたものであって接合用の合金箔として開示され
たものではない。しかも、Ｓｉの含有量が低く、箔の融
点は本発明に比較して相当に高いため、液相拡散接合の
実現は極めて困難である。加えてＰ含有量も本発明とは
全く異なっており、含有量が高いために接合部近傍Ｍ
ｏ、もしくはＣｒ含有合金側に粗大な析出物を生成する
ので接合強度が本発明の箔を用いて得られる接合部に比
較して全く低いものとなる。特開昭５３−８１４５８号
公報は米国特許第３８５６５１３号の合金を箔の形で提
供するものであるが、この場合にはＶを成分として含有
していないため、酸化雰囲気中での液相拡散接合は全く
不可能である。
【０００７】本発明者らは既に、上記の知見に基づき、
酸化雰囲気中で液相拡散接合を施工する場合において、
Ｖを０．１〜２０．０原子％含有し、Ｓｉを増加したイ
ンサートメタルを用いれば、接合が可能であることを見
いだし、酸化雰囲気中での接合が可能な液相拡散接合用
合金箔に関する技術を特開平２−１５１３７８号公報に
て開示しており、その要旨とするところは、原子％で
Ｂ：０．５〜１０．０％未満、Ｓｉ：１５．０〜３０．
０％、Ｖ：０．１〜２０．０％を含有し、あるいは更
に、（Ａ）Ｃｒ：０．１〜２０．０％、Ｆｅ：０．１〜
２０．０％、Ｍｏ：０．１〜２０．０％の１種または２
種以上、および／または（Ｂ）Ｗ：０．１〜１０．０
％、Ｃｏ：０．１〜１０．０％の１種または２種を含有
し、残部は実質的にＮｉおよび不可避の不純物よりなる
組成を有し、厚さが３．０〜１２０μｍであることを特
徴とする、酸化雰囲気中での接合が可能な液相拡散接合
用合金箔であり、あるいは加えて実質的にガラス質であ
ることを特徴とする液相拡散接合用合金箔である。
酸化雰囲気中で液相拡散接合を施工する場合において、
Ｖを０．１〜２０．０原子％含有し、Ｓｉを増加したイ
ンサートメタルを用いれば、接合が可能であることを見
いだし、酸化雰囲気中での接合が可能な液相拡散接合用
合金箔に関する技術を特開平２−１５１３７８号公報に
て開示しており、その要旨とするところは、原子％で
Ｂ：０．５〜１０．０％未満、Ｓｉ：１５．０〜３０．
０％、Ｖ：０．１〜２０．０％を含有し、あるいは更
に、（Ａ）Ｃｒ：０．１〜２０．０％、Ｆｅ：０．１〜
２０．０％、Ｍｏ：０．１〜２０．０％の１種または２
種以上、および／または（Ｂ）Ｗ：０．１〜１０．０
％、Ｃｏ：０．１〜１０．０％の１種または２種を含有
し、残部は実質的にＮｉおよび不可避の不純物よりなる
組成を有し、厚さが３．０〜１２０μｍであることを特
徴とする、酸化雰囲気中での接合が可能な液相拡散接合
用合金箔であり、あるいは加えて実質的にガラス質であ
ることを特徴とする液相拡散接合用合金箔である。
【０００８】一方、昨今の切迫した地球規模でのエネル
ギー事情と環境問題に起因して、発電用のプラントの操
業条件は苛酷化の一途を辿っており、特に操業蒸気条件
の高温高圧化は著しく、従来使用されてきたいわゆる工
業規格を満足する市販流通品では、将来建設を予定され
ている超々臨界圧発電プラントでの使用にもはや耐える
ことができない状況にある。
ギー事情と環境問題に起因して、発電用のプラントの操
業条件は苛酷化の一途を辿っており、特に操業蒸気条件
の高温高圧化は著しく、従来使用されてきたいわゆる工
業規格を満足する市販流通品では、将来建設を予定され
ている超々臨界圧発電プラントでの使用にもはや耐える
ことができない状況にある。
【０００９】耐熱鋼のクリープ強度は、短かい時効時間
においては固溶強化に、長い時効時間においては析出強
化にそれぞれ支配される。これは、最初鋼中に固溶して
いる固溶強化元素が、時効によって多くの場合Ｍ23Ｃ6
等の安定な炭化物として析出ためであり、更に長時間の
時効ではこれら析出物が凝集粗大化するために、クリー
プ強度は低下する。従って耐熱鋼のクリープ強度を高く
保つために、固溶強化元素を如何に長時間に亘って析出
させずに鋼中に固溶状態でとどめておくかについて多く
の研究がなされてきた。
においては固溶強化に、長い時効時間においては析出強
化にそれぞれ支配される。これは、最初鋼中に固溶して
いる固溶強化元素が、時効によって多くの場合Ｍ23Ｃ6
等の安定な炭化物として析出ためであり、更に長時間の
時効ではこれら析出物が凝集粗大化するために、クリー
プ強度は低下する。従って耐熱鋼のクリープ強度を高く
保つために、固溶強化元素を如何に長時間に亘って析出
させずに鋼中に固溶状態でとどめておくかについて多く
の研究がなされてきた。
【００１０】例えば特開昭６３−８９６４４号公報、特
開昭６１−２３１１３９号公報、特開昭６２−２９７４
３５号公報等に、Ｗを固溶強化元素として使用すること
で、従来のＭｏ添加型フェライト系耐熱鋼に比較して飛
躍的に高いクリープ強度を達成できるフェライト系耐熱
鋼に関する開示がある。これらは多くの場合、組織が焼
き戻しマルテンサイト単相であり、耐水蒸気酸化特性に
優れたフェライト鋼の優位性と、高強度の特性が相俟っ
て、次世代の高温・高圧環境下で使用される材料として
期待されている。
開昭６１−２３１１３９号公報、特開昭６２−２９７４
３５号公報等に、Ｗを固溶強化元素として使用すること
で、従来のＭｏ添加型フェライト系耐熱鋼に比較して飛
躍的に高いクリープ強度を達成できるフェライト系耐熱
鋼に関する開示がある。これらは多くの場合、組織が焼
き戻しマルテンサイト単相であり、耐水蒸気酸化特性に
優れたフェライト鋼の優位性と、高強度の特性が相俟っ
て、次世代の高温・高圧環境下で使用される材料として
期待されている。
【００１１】更には、窒素の優れた耐酸化性、および窒
化物として微細に析出した場合の高温クリープ強度向上
効果によって、従来の炭素によって強化される鋼に比較
して更に高温強度、耐食性を向上させた新しい「高窒素
鋼」が研究開発されつつある。本発明者らはその発想に
基づいて、既に特開平３−２４０９３５号公報、特開平
５−０９８３９４号公報に窒素含有量の高い、フェライ
ト系高強度耐熱鋼を提案している。ところが、これらの
新しい耐熱材料は、その優れた高温強度故に溶接が困難
であり、特に溶接金属あるいは溶接ボンドの硬度が高く
なる傾向にあり、しばしば長時間の溶接後熱処理を適用
しない場合には安全基準を満足できない材料も散見され
る。
化物として微細に析出した場合の高温クリープ強度向上
効果によって、従来の炭素によって強化される鋼に比較
して更に高温強度、耐食性を向上させた新しい「高窒素
鋼」が研究開発されつつある。本発明者らはその発想に
基づいて、既に特開平３−２４０９３５号公報、特開平
５−０９８３９４号公報に窒素含有量の高い、フェライ
ト系高強度耐熱鋼を提案している。ところが、これらの
新しい耐熱材料は、その優れた高温強度故に溶接が困難
であり、特に溶接金属あるいは溶接ボンドの硬度が高く
なる傾向にあり、しばしば長時間の溶接後熱処理を適用
しない場合には安全基準を満足できない材料も散見され
る。
【００１２】特に、窒素含有量の高い材料を溶接しよう
とする場合、溶接金属もしくは溶融した被溶接材料中か
ら窒素が雰囲気中に散逸し、結果として溶接部もしくは
溶接部近傍のボンドないしは溶接熱影響部中の窒素が添
加量に対して減少し、強度の低下を招くか、あるいはオ
ーステナイト当量の減少に起因して鋼中のデルタフェラ
イトが現出し、均質なマルテンサイト組織あるいはオー
ステナイト組織が保持できなくなるために継手強度およ
び耐食性が著しく低下してしまう。継手に限って見れ
ば、もはや「高窒素」鋼ではなくなってしまい、本来材
料が有している特性が局部的に発現できなくなってしま
う。
とする場合、溶接金属もしくは溶融した被溶接材料中か
ら窒素が雰囲気中に散逸し、結果として溶接部もしくは
溶接部近傍のボンドないしは溶接熱影響部中の窒素が添
加量に対して減少し、強度の低下を招くか、あるいはオ
ーステナイト当量の減少に起因して鋼中のデルタフェラ
イトが現出し、均質なマルテンサイト組織あるいはオー
ステナイト組織が保持できなくなるために継手強度およ
び耐食性が著しく低下してしまう。継手に限って見れ
ば、もはや「高窒素」鋼ではなくなってしまい、本来材
料が有している特性が局部的に発現できなくなってしま
う。
【００１３】加えて、最近では都市ゴミやその他の難燃
性物質あるいは化学物質を燃料とするボイラープラント
も計画されており、これらの極めて腐食性の強いボイラ
ーにおいては超合金、Ｎｉ基合金、更にはこれら合金と
上述の新フェライト系耐熱鋼を積層した、いわゆる二重
管が使用される。これらの高耐食鋼からなる鋼管は、ボ
イラープラントに導入する際に、有効な接合方法がな
く、現在では極めて高価なＮｉ基合金を大量に簡単に肉
盛り溶接方法で溶着し、更に再度鋼管全体を熱処理し
て、溶接開先を加工した後ではじめて溶接するといっ
た、高コスト施行法に頼らざるを得ない現状にある。
性物質あるいは化学物質を燃料とするボイラープラント
も計画されており、これらの極めて腐食性の強いボイラ
ーにおいては超合金、Ｎｉ基合金、更にはこれら合金と
上述の新フェライト系耐熱鋼を積層した、いわゆる二重
管が使用される。これらの高耐食鋼からなる鋼管は、ボ
イラープラントに導入する際に、有効な接合方法がな
く、現在では極めて高価なＮｉ基合金を大量に簡単に肉
盛り溶接方法で溶着し、更に再度鋼管全体を熱処理し
て、溶接開先を加工した後ではじめて溶接するといっ
た、高コスト施行法に頼らざるを得ない現状にある。
【００１４】こうした難溶接性耐熱材料を接合する有効
な工業技術は、まさしく同分野において渇望されてお
り、またその研究には膨大な時間と経費が費やされてき
た。その解決策の一つとして極めて有望と考えられてい
るのが本発明を含む液相拡散接合であり、高温で使用す
るロケットエンジンのノズル、Ｔｉ合金製の宇宙往還機
のランディングギヤ等、高温強度、信頼性の要求される
部位にこれまで試験的に使用されてきた。しかし、実際
の発電プラント用の材料に液相拡散接合技術が適用され
た例は殆どない。
な工業技術は、まさしく同分野において渇望されてお
り、またその研究には膨大な時間と経費が費やされてき
た。その解決策の一つとして極めて有望と考えられてい
るのが本発明を含む液相拡散接合であり、高温で使用す
るロケットエンジンのノズル、Ｔｉ合金製の宇宙往還機
のランディングギヤ等、高温強度、信頼性の要求される
部位にこれまで試験的に使用されてきた。しかし、実際
の発電プラント用の材料に液相拡散接合技術が適用され
た例は殆どない。
【００１５】また特に新しい、Ｗを含有した高強度耐熱
鋼あるいは高窒素耐熱鋼を接合するためには、従来のＮ
ｉ基合金を接合するための液相拡散接合用合金箔では、
その含有合金成分が大きく被接合材料と異なっているこ
とから、均一な機械的特性が達成できず、なおかつ酸化
雰囲気中での接合が不可能であるために、健全な接合継
手および低コストを同時に達成することが不可能である
ことは、この化学組成から明らかである。
鋼あるいは高窒素耐熱鋼を接合するためには、従来のＮ
ｉ基合金を接合するための液相拡散接合用合金箔では、
その含有合金成分が大きく被接合材料と異なっているこ
とから、均一な機械的特性が達成できず、なおかつ酸化
雰囲気中での接合が不可能であるために、健全な接合継
手および低コストを同時に達成することが不可能である
ことは、この化学組成から明らかである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来技術の達成し得なかった課題、すなわち高温環境で
使用される耐熱鋼および耐熱鋼管の接合を、新しい液相
拡散接合技術によって達成することを可能ならしめるも
のであって、酸化雰囲気中で耐熱鋼を液相拡散接合し、
信頼性の高い、耐熱特性に優れた接合継手を実現するた
めの液相拡散接合用合金箔を提供することを目的とした
ものである。
従来技術の達成し得なかった課題、すなわち高温環境で
使用される耐熱鋼および耐熱鋼管の接合を、新しい液相
拡散接合技術によって達成することを可能ならしめるも
のであって、酸化雰囲気中で耐熱鋼を液相拡散接合し、
信頼性の高い、耐熱特性に優れた接合継手を実現するた
めの液相拡散接合用合金箔を提供することを目的とした
ものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は以上の知見に基
づいてなされたもので、その要旨とするところは、質量
％で、Ｓｉ：６．０〜１５．０％、 Ｍｎ：０．１
〜２．０％、Ｃｒ：０．５０〜３０．０％、 Ｍｏ：
０．１０〜５．０％、Ｖ ：０．５０〜１０．０％、
Ｎｂ：０．０２〜１．０％、Ｗ ：０．１０〜５．０
％、 Ｎ ：０．０５〜２．０％、Ｐ ：０．５０
〜２０．０％を含有し、あるいは更に必要に応じてＣ：
０．００５〜１．０％を含有し、かつＣとＮの比が質量
％比でＣ／Ｎ＜１であり、または更に必要に応じてＴ
ｉ：０．０１〜５．０％、 Ｚｒ：０．０１〜５．
０％の１種または２種を含有し、残部Ｎｉおよび不純物
成分からなる組成を有し、厚さが３．０〜３００μｍで
あることを特徴とする、酸化雰囲気中で接合可能な耐熱
材料用液相拡散接合合金箔、あるいは以上の組成を有す
る実質的にガラス質である酸化雰囲気中で接合可能な耐
熱材料用液相拡散接合合金箔である。
づいてなされたもので、その要旨とするところは、質量
％で、Ｓｉ：６．０〜１５．０％、 Ｍｎ：０．１
〜２．０％、Ｃｒ：０．５０〜３０．０％、 Ｍｏ：
０．１０〜５．０％、Ｖ ：０．５０〜１０．０％、
Ｎｂ：０．０２〜１．０％、Ｗ ：０．１０〜５．０
％、 Ｎ ：０．０５〜２．０％、Ｐ ：０．５０
〜２０．０％を含有し、あるいは更に必要に応じてＣ：
０．００５〜１．０％を含有し、かつＣとＮの比が質量
％比でＣ／Ｎ＜１であり、または更に必要に応じてＴ
ｉ：０．０１〜５．０％、 Ｚｒ：０．０１〜５．
０％の１種または２種を含有し、残部Ｎｉおよび不純物
成分からなる組成を有し、厚さが３．０〜３００μｍで
あることを特徴とする、酸化雰囲気中で接合可能な耐熱
材料用液相拡散接合合金箔、あるいは以上の組成を有す
る実質的にガラス質である酸化雰囲気中で接合可能な耐
熱材料用液相拡散接合合金箔である。
【００１８】尚、本発明において「酸化雰囲気」とある
は、接合雰囲気中に体積％で０．１％以上の酸素ガスを
含有し、酸素分圧が１０-3atm 以上、すなわち還元性の
ガス、例えばＨ2 ，Ｈ2 Ｓ、水蒸気その他を含有してい
る場合でも酸化力が酸素濃度相当で０．１％以上である
雰囲気を意味している。また「融点」とあるは、２元以
上の合金においては、その状態図上での固相線を、特に
断わらない限りにおいて意味するものとする。以下本発
明を詳細に説明する。
は、接合雰囲気中に体積％で０．１％以上の酸素ガスを
含有し、酸素分圧が１０-3atm 以上、すなわち還元性の
ガス、例えばＨ2 ，Ｈ2 Ｓ、水蒸気その他を含有してい
る場合でも酸化力が酸素濃度相当で０．１％以上である
雰囲気を意味している。また「融点」とあるは、２元以
上の合金においては、その状態図上での固相線を、特に
断わらない限りにおいて意味するものとする。以下本発
明を詳細に説明する。
【００１９】
【作用】最初に本発明において各成分範囲を前記のごと
く限定した理由を以下に述べる。Ｓｉは基材のＮｉの融
点を降下させるのに有効な元素である。すなわち、本発
明の合金箔はＶを多く含有することが特徴であるために
融点が比較的高くなり接合時間が長くなることを防止す
るために６．０％を超えてＳｉを添加することが必要で
ある。しかしながら１５．０％超の添加では、酸化雰囲
気中での液相拡散接合の際にインサートメタル中にＳｉ
を含む粗大な酸化物を生成し、接合部強度および靭性を
劣化させる場合があるので成分範囲を６．０〜１５．０
％に限定した。
く限定した理由を以下に述べる。Ｓｉは基材のＮｉの融
点を降下させるのに有効な元素である。すなわち、本発
明の合金箔はＶを多く含有することが特徴であるために
融点が比較的高くなり接合時間が長くなることを防止す
るために６．０％を超えてＳｉを添加することが必要で
ある。しかしながら１５．０％超の添加では、酸化雰囲
気中での液相拡散接合の際にインサートメタル中にＳｉ
を含む粗大な酸化物を生成し、接合部強度および靭性を
劣化させる場合があるので成分範囲を６．０〜１５．０
％に限定した。
【００２０】Ｍｎは、基材のＮｉに固溶して強度を上昇
させる効果を有する。０．１％未満では効果がなく、２
％超では強度が上昇し過ぎるために接合部の靭性を損な
うため、その添加範囲を０．１〜２．０％とした。
させる効果を有する。０．１％未満では効果がなく、２
％超では強度が上昇し過ぎるために接合部の靭性を損な
うため、その添加範囲を０．１〜２．０％とした。
【００２１】Ｃｒは高温環境で使用される鋼および合金
の耐食性、耐酸化性を高める上で極めて重要であり、か
つ鋼の焼き入れ性を向上させる元素である。十分な耐食
性と焼き入れ性を接合継手に付与するために０．５０％
が必要であり、３０．０％を超えて添加すると合金箔の
融点が著しく上昇してしまい、製造性を悪化させ、液相
拡散接合温度を実用的な範囲を逸脱した極めて高い温
度、すなわち１４００℃以上に高めてしまうため、その
添加範囲を０．５０〜３０．０％とした。
の耐食性、耐酸化性を高める上で極めて重要であり、か
つ鋼の焼き入れ性を向上させる元素である。十分な耐食
性と焼き入れ性を接合継手に付与するために０．５０％
が必要であり、３０．０％を超えて添加すると合金箔の
融点が著しく上昇してしまい、製造性を悪化させ、液相
拡散接合温度を実用的な範囲を逸脱した極めて高い温
度、すなわち１４００℃以上に高めてしまうため、その
添加範囲を０．５０〜３０．０％とした。
【００２２】ＭｏもＣｒと同様に継手の耐食性を向上さ
せるのに不可欠の元素であり、特に耐応力腐食割れ特性
向上に効果がある。また、高温では固溶強化によって継
手のクリープ強度を向上させることから、本発明の合金
箔の効果を著しく高める。０．１０％未満では効果がな
く、５．０％を超えて添加した場合には本発明の拡散元
素であるＰとの間にＭｏ2 ＣｒＰ2 型の高融点燐化物を
粒界上に析出させるため、添加範囲を０．１０〜５．０
％とした。
せるのに不可欠の元素であり、特に耐応力腐食割れ特性
向上に効果がある。また、高温では固溶強化によって継
手のクリープ強度を向上させることから、本発明の合金
箔の効果を著しく高める。０．１０％未満では効果がな
く、５．０％を超えて添加した場合には本発明の拡散元
素であるＰとの間にＭｏ2 ＣｒＰ2 型の高融点燐化物を
粒界上に析出させるため、添加範囲を０．１０〜５．０
％とした。
【００２３】ＶはＣｒ含有合金表面のＣｒの酸化皮膜を
溶融・球状化させ、溶融インサートメタルと合金の濡れ
を良くし、Ｐの拡散がＣｒ酸化皮膜によって阻害される
ことを防止することで酸化雰囲気中における液相拡散接
合を実現させる極めて重要な元素である。その添加量は
０．５０％未満ではＣｒの酸化皮膜を溶融させるに不十
分であるために効果がなく、１０．０％を超えて添加す
るとインサートメタルの融点が１３００℃を超えてしま
い、液相拡散接合が実質的に不可能となるため０．５０
〜１０．０％の範囲とした。
溶融・球状化させ、溶融インサートメタルと合金の濡れ
を良くし、Ｐの拡散がＣｒ酸化皮膜によって阻害される
ことを防止することで酸化雰囲気中における液相拡散接
合を実現させる極めて重要な元素である。その添加量は
０．５０％未満ではＣｒの酸化皮膜を溶融させるに不十
分であるために効果がなく、１０．０％を超えて添加す
るとインサートメタルの融点が１３００℃を超えてしま
い、液相拡散接合が実質的に不可能となるため０．５０
〜１０．０％の範囲とした。
【００２４】Ｎｂは炭化物、窒化物あるいは炭窒化物と
して基材中に微細析出し、特に継手の高温クリープ強度
向上に効果がある。０．０２％未満ではＮｂは主に酸化
物として被接合材料表面の酸素と反応して失われてしま
い、添加効果が少なく、１．０％を超えて添加すると粒
界偏析を引き起こし、継手を脆化させるため、０．０２
〜１．０％の添加範囲を設定した。
して基材中に微細析出し、特に継手の高温クリープ強度
向上に効果がある。０．０２％未満ではＮｂは主に酸化
物として被接合材料表面の酸素と反応して失われてしま
い、添加効果が少なく、１．０％を超えて添加すると粒
界偏析を引き起こし、継手を脆化させるため、０．０２
〜１．０％の添加範囲を設定した。
【００２５】Ｗは固溶強化によって材料の高温クリープ
強度を著しく高める元素であり、最近の高クリープ強度
を呈する耐熱材料と継手との機械的特性を一致させるた
めにも不可欠の元素である。０．１０％未満では効果が
なく、５．０％超では樹枝状晶間偏析に起因する粗大Ｌ
ａｖｅｓ相析出によって材料の高温強度がかえって低下
するため、その添加範囲を０．１０〜５．０％とした。
強度を著しく高める元素であり、最近の高クリープ強度
を呈する耐熱材料と継手との機械的特性を一致させるた
めにも不可欠の元素である。０．１０％未満では効果が
なく、５．０％超では樹枝状晶間偏析に起因する粗大Ｌ
ａｖｅｓ相析出によって材料の高温強度がかえって低下
するため、その添加範囲を０．１０〜５．０％とした。
【００２６】ＮはＮｂあるいはＶと炭化物、窒化物ある
いは炭窒化物を形成し、基材中に微細に析出して材料の
高温強度を飛躍的に高める元素である。特に０．０５％
以上では析出物を窒化物に変化させて微細に分散させる
効果と耐食性を向上させる効果が顕著であり、２．０％
を超えて添加すると、粗大な窒化物が析出して継手の靭
性を損なうので、０．０５〜２．０％を添加範囲に定め
た。
いは炭窒化物を形成し、基材中に微細に析出して材料の
高温強度を飛躍的に高める元素である。特に０．０５％
以上では析出物を窒化物に変化させて微細に分散させる
効果と耐食性を向上させる効果が顕著であり、２．０％
を超えて添加すると、粗大な窒化物が析出して継手の靭
性を損なうので、０．０５〜２．０％を添加範囲に定め
た。
【００２７】Ｐは液相拡散接合を達成するに必要な等温
凝固を実現するための拡散原子として、あるいは基材の
Ｎｉの融点を被接合材よりも低くするために必要な元素
であり、それぞれの目的のためには０．５０％以上含有
させることが必要であるが、本発明者らは詳細な研究に
よって２０．０％を超えて含有させると、接合部近傍Ｍ
ｏ，Ｃｒ含有合金側の結晶粒界に５μｍ以上の粗大な燐
化物が生成し、接合部強度が著しく低下することを見い
だしたので、０．５０〜２０．０％未満とした。このＰ
含有量が低いこともまた本発明の特徴の一つである。
凝固を実現するための拡散原子として、あるいは基材の
Ｎｉの融点を被接合材よりも低くするために必要な元素
であり、それぞれの目的のためには０．５０％以上含有
させることが必要であるが、本発明者らは詳細な研究に
よって２０．０％を超えて含有させると、接合部近傍Ｍ
ｏ，Ｃｒ含有合金側の結晶粒界に５μｍ以上の粗大な燐
化物が生成し、接合部強度が著しく低下することを見い
だしたので、０．５０〜２０．０％未満とした。このＰ
含有量が低いこともまた本発明の特徴の一つである。
【００２８】また、Ｐを主要な拡散元素として選択する
ことで、通常Ｂを主要な拡散元素として用いる液相拡散
接合用合金箔では、特に窒素を多く含有する材料の接合
に際して、ＢとＮが粗大なＢＮを生成し、継手強度が低
下するのに対して、Ｐを主要な拡散原子とすることでＢ
Ｎの生成を回避でき、ひいては欠陥のない健全な接合部
を得られる点で有利であり、このことがＰを主要な拡散
原子として選出した理由の一つである。
ことで、通常Ｂを主要な拡散元素として用いる液相拡散
接合用合金箔では、特に窒素を多く含有する材料の接合
に際して、ＢとＮが粗大なＢＮを生成し、継手強度が低
下するのに対して、Ｐを主要な拡散原子とすることでＢ
Ｎの生成を回避でき、ひいては欠陥のない健全な接合部
を得られる点で有利であり、このことがＰを主要な拡散
原子として選出した理由の一つである。
【００２９】以上が本発明の基本成分であるが、本発明
においてはこの他にそれぞれの用途に応じて、（Ａ）
Ｃ：０．００５〜１．０％、および／または、（Ｂ）Ｔ
ｉ：０．０１〜５．０％、Ｚｒ：０．０１〜５．０％の
１種または２種以上を必要に応じて含有させることがで
きる。
においてはこの他にそれぞれの用途に応じて、（Ａ）
Ｃ：０．００５〜１．０％、および／または、（Ｂ）Ｔ
ｉ：０．０１〜５．０％、Ｚｒ：０．０１〜５．０％の
１種または２種以上を必要に応じて含有させることがで
きる。
【００３０】Ｃは炭化物形成元素、具体的には本発明に
おけるＮｂ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏ，ＣｒそしてＴｉ，Ｚｒ等と
安定な炭化物を形成し、適当な熱処理を施すことによっ
て鋼中に微細に分散して継手のクリープ破断強度を高め
る。同時に金属材料中に格子間原子として侵入型に固溶
し、材料の強度を向上させる。従って、強度の高い材料
を接合する接合継手の機械的特性を被接合材並みに上昇
させるために有用で、効果的である。０．００５％未満
では強度上昇効果が十分に発現せず、１．０％を超えて
添加すると炭化物がクリープ強度向上をかえって阻害す
る程度に粗大化してしまうため、添加範囲を０．００５
〜１．０％とした。しかし、ＣとＮの関係は重要であ
り、両者の質量％の比が常にＣ／Ｎ＜１となることが必
要で、その場合のみ継手中の析出物はＣｒ，Ｍｏ，Ｎ
ｂ．Ｖ等を主体とする窒化物もしくは炭・窒化物として
存在できて、請求項１乃至４のように窒素含有量の高い
材料に特有の優れた耐食性と高温強度を実現できるので
ある。
おけるＮｂ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏ，ＣｒそしてＴｉ，Ｚｒ等と
安定な炭化物を形成し、適当な熱処理を施すことによっ
て鋼中に微細に分散して継手のクリープ破断強度を高め
る。同時に金属材料中に格子間原子として侵入型に固溶
し、材料の強度を向上させる。従って、強度の高い材料
を接合する接合継手の機械的特性を被接合材並みに上昇
させるために有用で、効果的である。０．００５％未満
では強度上昇効果が十分に発現せず、１．０％を超えて
添加すると炭化物がクリープ強度向上をかえって阻害す
る程度に粗大化してしまうため、添加範囲を０．００５
〜１．０％とした。しかし、ＣとＮの関係は重要であ
り、両者の質量％の比が常にＣ／Ｎ＜１となることが必
要で、その場合のみ継手中の析出物はＣｒ，Ｍｏ，Ｎ
ｂ．Ｖ等を主体とする窒化物もしくは炭・窒化物として
存在できて、請求項１乃至４のように窒素含有量の高い
材料に特有の優れた耐食性と高温強度を実現できるので
ある。
【００３１】ＴｉおよびＺｒは、ＴｉX ＯY としてある
いはＺｒＯ2 として、酸化雰囲気中での液相拡散接合時
に、継手部分の金属中に侵入してくる酸素原子を捕獲固
定し、接合時のアプセットの際に継手外へスラグとして
排出されることで、継手を清浄化する効果を有する。ま
た、添加量が高い場合には更に、炭素と結合して微細炭
化物として析出し、継手の高温クリープ強度向上に寄与
する。いずれも０．０１％未満では効果に乏しく、５．
０％を超えて添加すると、特に粒界にそって偏析し、継
手を著しく脆化させるため、添加範囲を０．０１〜５．
０％に設定した。上述の各合金成分はそれぞれ単独に添
加しても、あるいは併用して添加しても良い。
いはＺｒＯ2 として、酸化雰囲気中での液相拡散接合時
に、継手部分の金属中に侵入してくる酸素原子を捕獲固
定し、接合時のアプセットの際に継手外へスラグとして
排出されることで、継手を清浄化する効果を有する。ま
た、添加量が高い場合には更に、炭素と結合して微細炭
化物として析出し、継手の高温クリープ強度向上に寄与
する。いずれも０．０１％未満では効果に乏しく、５．
０％を超えて添加すると、特に粒界にそって偏析し、継
手を著しく脆化させるため、添加範囲を０．０１〜５．
０％に設定した。上述の各合金成分はそれぞれ単独に添
加しても、あるいは併用して添加しても良い。
【００３２】合金箔の結晶構造をガラス質としたのは本
発明の合金箔が液相拡散接合時に均一に溶融する必要が
あるためである。不均一な組成で、含有合金成分の偏析
がある場合にはインサートメタルの融点が接合部の位置
によって異なることとなり、均質な接合界面を得られな
いためである。いうまでもなく、均質な組成の合金箔を
容易に得られる場合には結晶構造はガラス質である必要
はない。
発明の合金箔が液相拡散接合時に均一に溶融する必要が
あるためである。不均一な組成で、含有合金成分の偏析
がある場合にはインサートメタルの融点が接合部の位置
によって異なることとなり、均質な接合界面を得られな
いためである。いうまでもなく、均質な組成の合金箔を
容易に得られる場合には結晶構造はガラス質である必要
はない。
【００３３】本発明の液相拡散接合用合金箔はインサー
トメタルとして種々の形状で提供することが可能であ
る。例えば請求項１乃至４のいずれかの成分を有する合
金を液体急冷法によって箔とすることは本発明の化学成
分から十分に可能であるし、また最も適している。ここ
で採用される基本的製造方法は合金の溶湯をノズルを介
して冷却基板上に噴出し、熱的接触によって急冷凝固さ
せる液体急冷法のうち、いわゆる単ロール法が適してい
る。もちろん、ドラムの内壁を使う遠心急冷法やエンド
レスタイプのベルトを使用する方法や、これらの改良
型、例えば補助ロールや、ロール表面温度制御装置を付
属させた方法、あるいは減圧下乃至真空中または不活性
ガス中での鋳造もそれに含まれる。また、一対のロール
間に溶湯を注入して急冷凝固させる双ロール法も適用で
きる。更に、本発明の合金は、真空溶解、鋳造して通常
の方法で圧延、焼鈍し、箔の形態で提供することもまた
可能である。
トメタルとして種々の形状で提供することが可能であ
る。例えば請求項１乃至４のいずれかの成分を有する合
金を液体急冷法によって箔とすることは本発明の化学成
分から十分に可能であるし、また最も適している。ここ
で採用される基本的製造方法は合金の溶湯をノズルを介
して冷却基板上に噴出し、熱的接触によって急冷凝固さ
せる液体急冷法のうち、いわゆる単ロール法が適してい
る。もちろん、ドラムの内壁を使う遠心急冷法やエンド
レスタイプのベルトを使用する方法や、これらの改良
型、例えば補助ロールや、ロール表面温度制御装置を付
属させた方法、あるいは減圧下乃至真空中または不活性
ガス中での鋳造もそれに含まれる。また、一対のロール
間に溶湯を注入して急冷凝固させる双ロール法も適用で
きる。更に、本発明の合金は、真空溶解、鋳造して通常
の方法で圧延、焼鈍し、箔の形態で提供することもまた
可能である。
【００３４】合金箔の厚みは薄いほど接合部近傍におけ
る機械的特性の変化が少なく、接合に要する時間も短か
いので液相拡散接合に有利であるが、３．０μｍ未満の
場合にはＶの絶対量が被接合材合金表面のＣｒ酸化皮膜
を無害化するに不十分となり、３００．０μｍ以上では
液相拡散接合終了までに要する時間が１０時間以上とな
ってしまい、実用的でないことから３．０〜３００．０
μｍの厚みとした。
る機械的特性の変化が少なく、接合に要する時間も短か
いので液相拡散接合に有利であるが、３．０μｍ未満の
場合にはＶの絶対量が被接合材合金表面のＣｒ酸化皮膜
を無害化するに不十分となり、３００．０μｍ以上では
液相拡散接合終了までに要する時間が１０時間以上とな
ってしまい、実用的でないことから３．０〜３００．０
μｍの厚みとした。
【００３５】本発明は液相拡散接合用の合金箔に関する
ものであるが、大気中で接合が可能であることから、本
発明の合金箔をろう付け、半田付け等の接合法に応用す
ることもまた可能であり、有用である。
ものであるが、大気中で接合が可能であることから、本
発明の合金箔をろう付け、半田付け等の接合法に応用す
ることもまた可能であり、有用である。
【００３６】
【実施例】表１（表１−１〜表１−４）に示すように請
求項１乃至４のいずれかの組成を有する合金約１００ｇ
を、（１）単ロール法（Ｃｕ合金製３００mm径）にて急
冷し、あるいは、（２）真空溶解炉で溶製し、鋳造した
後に通常の方法で熱間圧延して、板幅２〜２１５mm、板
厚５０．０μｍの箔とした。尚、熱間圧延により製造し
た箔は７００℃で１０時間、均一化焼鈍して巨視的な成
分の不均一をなくした。急冷箔の鋳造は、ロール周速を
５．０〜１５．０ｍ／ｓの間に保持して行った。いずれ
の方法を使用したかは表１に示した。表中のＭＥＴＨＯ
Ｄの欄が製造方法の種類を示しており、「１」とあるは
上記（１）の方法を、「２」とあるは上記（２）の方法
をそれぞれ用いた。得られた箔は板幅と板厚をそれぞれ
５点測定して、上記の寸法が得られていることを確認し
た後にＤＴＡ（示差熱分析装置）にて融点を測定した。
融点は表１に同時に示してある。
求項１乃至４のいずれかの組成を有する合金約１００ｇ
を、（１）単ロール法（Ｃｕ合金製３００mm径）にて急
冷し、あるいは、（２）真空溶解炉で溶製し、鋳造した
後に通常の方法で熱間圧延して、板幅２〜２１５mm、板
厚５０．０μｍの箔とした。尚、熱間圧延により製造し
た箔は７００℃で１０時間、均一化焼鈍して巨視的な成
分の不均一をなくした。急冷箔の鋳造は、ロール周速を
５．０〜１５．０ｍ／ｓの間に保持して行った。いずれ
の方法を使用したかは表１に示した。表中のＭＥＴＨＯ
Ｄの欄が製造方法の種類を示しており、「１」とあるは
上記（１）の方法を、「２」とあるは上記（２）の方法
をそれぞれ用いた。得られた箔は板幅と板厚をそれぞれ
５点測定して、上記の寸法が得られていることを確認し
た後にＤＴＡ（示差熱分析装置）にて融点を測定した。
融点は表１に同時に示してある。
【００３７】次に化学分析で成分を同定した。表１はそ
の分析結果で、単位は質量％である。各箔はいずれもＮ
ｉを基材としており、各成分の和と１００％との差がＮ
ｉと不可避の不純物の合計濃度を意味する。各箔の結晶
構造は上記の製造条件においては非晶質、結晶質、およ
び部分的に結晶質と非晶質の混じった構造のいずれかに
なるが、いずれの構造をとるかはその組成で決定され
る。表２に、本発明合金箔に対する比較合金箔の成分と
その特性を示した。
の分析結果で、単位は質量％である。各箔はいずれもＮ
ｉを基材としており、各成分の和と１００％との差がＮ
ｉと不可避の不純物の合計濃度を意味する。各箔の結晶
構造は上記の製造条件においては非晶質、結晶質、およ
び部分的に結晶質と非晶質の混じった構造のいずれかに
なるが、いずれの構造をとるかはその組成で決定され
る。表２に、本発明合金箔に対する比較合金箔の成分と
その特性を示した。
【００３８】続いて表１の合計１００の請求項１乃至５
を満足するインサートメタル、および表２の比較インサ
ートメタル（従来型インサートメタルを含む）を用いて
液相拡散接合を実施した。表２の各箔の基材はいずれも
Ｎｉであり、各成分の和と１００％との差がＮｉと不可
避の不純物の合計濃度を意味する。表２の箔の製造方法
も表１の本発明箔の場合と全く同様に明示してある。
を満足するインサートメタル、および表２の比較インサ
ートメタル（従来型インサートメタルを含む）を用いて
液相拡散接合を実施した。表２の各箔の基材はいずれも
Ｎｉであり、各成分の和と１００％との差がＮｉと不可
避の不純物の合計濃度を意味する。表２の箔の製造方法
も表１の本発明箔の場合と全く同様に明示してある。
【００３９】試験片形状は図１に示すごとく１００mm厚
×１０００mm幅×２０００mm長で、Ｃｒ含有フェライト
系耐熱鋼、オーステナイト系耐熱鋼、および６２％Ｎｉ
基高耐食耐熱合金をそれぞれ用意し、図２に示すごとく
間にインサートメタル３を挟み込んだ。図において１は
被接合材（炭素鋼）、２は被接合材（合金鋼）、３は液
相拡散接合用合金（インサートメタル）である。表３に
液相拡散接合に用いた被接合材の化学成分を示した。イ
ンサートメタルの厚みは３．０〜５００μｍとした。雰
囲気は大気、接合温度は各箔の融点直上〜融点＋５０℃
の範囲とし、大型加熱炉を用いて実質的に１０５０〜１
３００℃で接合した。加圧は特に行っておらず、いずれ
も自重で接合している。接合時間は全て１時間とし、被
接合材の強度、耐食性、靭性を確保するために接合後の
熱処理を焼き鈍し、焼き入れ＋焼き鈍し、焼き入れ＋焼
き戻し、焼き入れ＋焼き鈍し＋焼き戻し、を適宜単独
で、あるいは組み合わせて施した。これら熱処理の間に
被接合材どうしの元素の相互拡散が進行し、接合部の均
質化が進んだが、インサートメタル中のＰ量が少ないた
めに析出の生成、増加、成長は殆ど見られなかった。次
にＪＩＳ Ｇ−０６０１−５「クラッド鋼板の超音波探
傷試験法」に基づいて試験片方式で接合部の健全性を調
査したが、請求項１乃至５を満足するインサートメタル
を用いた全ての試験片で被接合面積率は０％であった。
×１０００mm幅×２０００mm長で、Ｃｒ含有フェライト
系耐熱鋼、オーステナイト系耐熱鋼、および６２％Ｎｉ
基高耐食耐熱合金をそれぞれ用意し、図２に示すごとく
間にインサートメタル３を挟み込んだ。図において１は
被接合材（炭素鋼）、２は被接合材（合金鋼）、３は液
相拡散接合用合金（インサートメタル）である。表３に
液相拡散接合に用いた被接合材の化学成分を示した。イ
ンサートメタルの厚みは３．０〜５００μｍとした。雰
囲気は大気、接合温度は各箔の融点直上〜融点＋５０℃
の範囲とし、大型加熱炉を用いて実質的に１０５０〜１
３００℃で接合した。加圧は特に行っておらず、いずれ
も自重で接合している。接合時間は全て１時間とし、被
接合材の強度、耐食性、靭性を確保するために接合後の
熱処理を焼き鈍し、焼き入れ＋焼き鈍し、焼き入れ＋焼
き戻し、焼き入れ＋焼き鈍し＋焼き戻し、を適宜単独
で、あるいは組み合わせて施した。これら熱処理の間に
被接合材どうしの元素の相互拡散が進行し、接合部の均
質化が進んだが、インサートメタル中のＰ量が少ないた
めに析出の生成、増加、成長は殆ど見られなかった。次
にＪＩＳ Ｇ−０６０１−５「クラッド鋼板の超音波探
傷試験法」に基づいて試験片方式で接合部の健全性を調
査したが、請求項１乃至５を満足するインサートメタル
を用いた全ての試験片で被接合面積率は０％であった。
【００４０】更に図３に示す要領で板厚方向からＪＩＳ
Ａ−２号引張試験片を切り出し、各接合材ともにイン
ストロン型引張試験機を用いて常温で接合部破断相対強
度を調査した。接合部の引張破断強度は、被接合材の材
質、板厚、および使用環境条件等で決定されるが、本実
施例においては実用上の制限から４０kg／mm2 を最低必
要強度として仮に設定し、この値以上の破断強度が得ら
れた場合に十分な接合が実現したと判断した。実験結果
を表に併記して示した。
Ａ−２号引張試験片を切り出し、各接合材ともにイン
ストロン型引張試験機を用いて常温で接合部破断相対強
度を調査した。接合部の引張破断強度は、被接合材の材
質、板厚、および使用環境条件等で決定されるが、本実
施例においては実用上の制限から４０kg／mm2 を最低必
要強度として仮に設定し、この値以上の破断強度が得ら
れた場合に十分な接合が実現したと判断した。実験結果
を表に併記して示した。
【００４１】図４は接合部破断強度に与えるインサート
メタル中のＶの濃度の影響を表わしている。Ｖ濃度が質
量％で０．５％未満の場合には被接合材合金表面のＣｒ
酸化皮膜を十分に無害化できないために、接合部破断強
度が低いが、０．５％以上では接合部破断強度が母材並
みあるいは母材以上となっており、Ｖが効果的に作用し
てＣｒ酸化皮膜を無害化している。しかしＶが１０．０
％を超えるとインサートメタルの融点が上昇するために
接合時間が不足して接合部破断強度が低下する。
メタル中のＶの濃度の影響を表わしている。Ｖ濃度が質
量％で０．５％未満の場合には被接合材合金表面のＣｒ
酸化皮膜を十分に無害化できないために、接合部破断強
度が低いが、０．５％以上では接合部破断強度が母材並
みあるいは母材以上となっており、Ｖが効果的に作用し
てＣｒ酸化皮膜を無害化している。しかしＶが１０．０
％を超えるとインサートメタルの融点が上昇するために
接合時間が不足して接合部破断強度が低下する。
【００４２】図５は同様にＳｉと接合部破断強度の関係
を示した図である。Ｓｉが６．０％未満および１５．０
％超の場合では接合部破断強度が低く、６．０〜１５．
０％の場合には高い接合部破断強度を得られる。
を示した図である。Ｓｉが６．０％未満および１５．０
％超の場合では接合部破断強度が低く、６．０〜１５．
０％の場合には高い接合部破断強度を得られる。
【００４３】図６はＰと接合部破断強度の関係を示した
図である。Ｐが０．５％未満の場合にはインサートメタ
ルの融点が高いために、２０．０％超の時には接合界面
近傍に生成する燐化物のために接合部破断強度が低下す
る。０．５〜２０．０％未満のＰの場合には高い接合部
引張強度が得られる。
図である。Ｐが０．５％未満の場合にはインサートメタ
ルの融点が高いために、２０．０％超の時には接合界面
近傍に生成する燐化物のために接合部破断強度が低下す
る。０．５〜２０．０％未満のＰの場合には高い接合部
引張強度が得られる。
【００４４】図７はインサートメタルの厚みと接合引張
強度４０kg／mm2 以上を確保するに必要な接合時間との
関係を示した図である。厚みが３００μｍ以上の箔では
本発明の成分範囲においては１０時間以上の接合時間が
必要となり、実用的ではないことが明らかである。
強度４０kg／mm2 以上を確保するに必要な接合時間との
関係を示した図である。厚みが３００μｍ以上の箔では
本発明の成分範囲においては１０時間以上の接合時間が
必要となり、実用的ではないことが明らかである。
【００４５】表２は本発明合金箔に対する比較合金箔の
化学成分分析結果と融点、比較合金箔を用いて実施例と
全く同様な手法によって製造したクラッド鋼板の接合部
引張破断強度、更には作成した継手を７００℃にて１０
００時間大気酸化させ、継手表面に生じた酸化皮膜の厚
みＤを耐酸化性の指標として示した。この場合のＤの閾
値は、５００〜６５０℃にて使用されるフェライト系耐
熱鋼の耐酸化特性を考慮して２０μｍとした。すなわ
ち、Ｄが２０μｍ以下であれば、継手の高温長時間耐酸
化特性は十分であると考える。尚、表１における請求項
１乃至５に記載の本発明鋼は、図８に示すごとく、常に
Ｄは２０μｍ以下であった。
化学成分分析結果と融点、比較合金箔を用いて実施例と
全く同様な手法によって製造したクラッド鋼板の接合部
引張破断強度、更には作成した継手を７００℃にて１０
００時間大気酸化させ、継手表面に生じた酸化皮膜の厚
みＤを耐酸化性の指標として示した。この場合のＤの閾
値は、５００〜６５０℃にて使用されるフェライト系耐
熱鋼の耐酸化特性を考慮して２０μｍとした。すなわ
ち、Ｄが２０μｍ以下であれば、継手の高温長時間耐酸
化特性は十分であると考える。尚、表１における請求項
１乃至５に記載の本発明鋼は、図８に示すごとく、常に
Ｄは２０μｍ以下であった。
【００４６】比較鋼において第１０１番箔はＰ含有量が
不足したために融点が１３００℃を超え、結果として破
断強度が低かった例、第１０２番箔はＰ含有量が高く、
接合部近傍被接合合金側に粗大な硼化物が多数生成して
接合部破断強度が著しく低下した例、第１０３番箔、第
１０４番箔はそれぞれＳｉ量が不足して融点が１３００
℃以上になった例と、Ｓｉ量が過多となって接合時に粗
大なＳｉＯ2 系酸化物がインサートメタル中に生成して
接合部破断強度が低下した例、第１０５番箔はＶ量が不
足して被接合材合金表面に生成したＣｒ酸化皮膜が十分
に無害化されなかった例、第１０６番箔はＶ量が１０．
０％を超えたために、融点が極めて高くなり、液相拡散
接合が十分に行われなかった例、第１０７番箔はＣｒ含
有量が不足して耐酸化性が劣化した例、第１０８番箔は
Ｍｏ含有量が不足して耐酸化性が劣化した例、第１０９
番箔、第１１０番箔はそれぞれＮｂ，Ｗが不足して接合
継手の強度が不足した例、第１１１番箔はＷ含有量が過
多となり、箔の融点が１３００℃を超え、接合強度が不
足した例、第１１２番箔は窒素と炭素の含有量がＣ／Ｎ
の比で１を超え、かつＮの含有量が請求項１乃至４の規
定値以下となったため、継手の析出強化が不十分で、継
手強度が低下した例である。
不足したために融点が１３００℃を超え、結果として破
断強度が低かった例、第１０２番箔はＰ含有量が高く、
接合部近傍被接合合金側に粗大な硼化物が多数生成して
接合部破断強度が著しく低下した例、第１０３番箔、第
１０４番箔はそれぞれＳｉ量が不足して融点が１３００
℃以上になった例と、Ｓｉ量が過多となって接合時に粗
大なＳｉＯ2 系酸化物がインサートメタル中に生成して
接合部破断強度が低下した例、第１０５番箔はＶ量が不
足して被接合材合金表面に生成したＣｒ酸化皮膜が十分
に無害化されなかった例、第１０６番箔はＶ量が１０．
０％を超えたために、融点が極めて高くなり、液相拡散
接合が十分に行われなかった例、第１０７番箔はＣｒ含
有量が不足して耐酸化性が劣化した例、第１０８番箔は
Ｍｏ含有量が不足して耐酸化性が劣化した例、第１０９
番箔、第１１０番箔はそれぞれＮｂ，Ｗが不足して接合
継手の強度が不足した例、第１１１番箔はＷ含有量が過
多となり、箔の融点が１３００℃を超え、接合強度が不
足した例、第１１２番箔は窒素と炭素の含有量がＣ／Ｎ
の比で１を超え、かつＮの含有量が請求項１乃至４の規
定値以下となったため、継手の析出強化が不十分で、継
手強度が低下した例である。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
【００５１】
【表５】
【００５２】
【表６】
【００５３】
【発明の効果】上記したように本発明は酸化雰囲気中に
おいても液相拡散接合が可能で、極めて破断強度の高
い、耐熱材料の液相拡散接合継手を実現する液相拡散接
合用合金箔を提供するもので、産業の発展に寄与すると
ころ極めて大なるものがある。
おいても液相拡散接合が可能で、極めて破断強度の高
い、耐熱材料の液相拡散接合継手を実現する液相拡散接
合用合金箔を提供するもので、産業の発展に寄与すると
ころ極めて大なるものがある。
【図１】被接合材の模式図の一例。
【図２】液相拡散接合クラッド鋼板の組み立て要領を表
わす図。
わす図。
【図３】完成したクラッド鋼板と、接合部破断強度評価
用引張試験片採取要領図。
用引張試験片採取要領図。
【図４】インサートメタル中のＶ量と接合継手破断強度
の関係を表わす図。
の関係を表わす図。
【図５】インサートメタル中のＳｉ量と接合継手破断強
度の関係を表わす図。
度の関係を表わす図。
【図６】インサートメタル中のＰ量と接合継手破断強度
の関係を表わす図。
の関係を表わす図。
【図７】インサートメタルの厚みが液相拡散接合によっ
て４０kg／mm2 以上の破断強度を有する接合部を得るの
に要する接合時間に与える影響を表わす図。
て４０kg／mm2 以上の破断強度を有する接合部を得るの
に要する接合時間に与える影響を表わす図。
【図８】本発明鋼の７００℃、１０００時間での耐高温
酸化特性の指標としてのＤの値の一例を示した図。
酸化特性の指標としてのＤの値の一例を示した図。
１ 被接合材（炭素鋼） ２ 被接合材（合金鋼） ３ 液相拡散接合用合金箔（インサートメタル） ４ 接合部破断強度調査用引張試験片 ５ 液相拡散接合済みクラッド鋼板 ｘ クラッド鋼板幅方向 ｙ クラッド鋼板長さ方向 ｚ クラッド鋼板板厚方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筌場 寛 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平７−268521（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】 質量％で、 Ｓｉ：６．０〜１５．０％、 Ｍｎ：０．１〜２．０％、 Ｃｒ：０．５０〜３０．０％、 Ｍｏ：０．１０〜５．０％、 Ｖ ：０．５０〜１０．０％、 Ｎｂ：０．０２〜１．０％、 Ｗ ：０．１０〜５．０％、 Ｎ ：０．０５〜２．０％、 Ｐ ：０．５０〜２０．０％を含有し、残部Ｎｉおよび
不純物成分からなる組成を有し、厚さが３．０〜３００
μｍであることを特徴とする、酸化雰囲気中で接合可能
な耐熱材料用液相拡散接合合金箔。 - 【請求項２】 質量％で、 Ｓｉ：６．０〜１５．０％、 Ｍｎ：０．１〜２．０％、 Ｃｒ：０．５０〜３０．０％、 Ｍｏ：０．１０〜５．０％、 Ｖ ：０．５０〜１０．０％、 Ｎｂ：０．０２〜１．０％、 Ｗ ：０．１０〜５．０％、 Ｎ ：０．０５〜２．０％、 Ｐ ：０．５０〜２０．０％、 Ｃ ：０．００５〜１．０％を含有し、かつ、 ＣとＮの含有比が質量％の比でＣ／Ｎ＜１であって、残
部Ｎｉおよび不純物成分からなる組成を有し、厚さが
３．０〜３００μｍであることを特徴とする、酸化雰囲
気中で接合可能な耐熱材料用液相拡散接合合金箔。 - 【請求項３】 質量％で、 Ｓｉ：６．０〜１５．０％、 Ｍｎ：０．１〜２．０％、 Ｃｒ：０．５０〜３０．０％、 Ｍｏ：０．１０〜５．０％、 Ｖ ：０．５０〜１０．０％、 Ｎｂ：０．０２〜１．０％、 Ｗ ：０．１０〜５．０％、 Ｎ ：０．０５〜２．０％、 Ｐ ：０．５０〜２０．０％、を含有し、更にＴｉ：
０．０１〜５．０％、 Ｚｒ：０．０１〜５．０％の１種または２種を含有し、
残部Ｎｉおよび不純物成分からなる組成を有し、厚さが
３．０〜３００μｍであることを特徴とする、酸化雰囲
気中で接合可能な耐熱材料用液相拡散接合合金箔。 - 【請求項４】 質量％で、 Ｓｉ：６．０〜１５．０％、 Ｍｎ：０．１〜２．０％、 Ｃｒ：０．５０〜３０．０％、 Ｍｏ：０．１０〜５．０％、 Ｖ ：０．５０〜１０．０％、 Ｎｂ：０．０２〜１．０％、 Ｗ ：０．１０〜５．０％、 Ｎ ：０．０５〜２．０％、 Ｐ ：０．５０〜２０．０％、 Ｃ ：０．００５〜１．０％を含有し、かつ、 ＣとＮの含有比が質量％の比でＣ／Ｎ＜１であり、更に
Ｔｉ：０．０１〜５．０％、 Ｚｒ：０．０１〜５．０％の１種または２種を含有し、
残部Ｎｉおよび不純物成分からなる組成を有し、厚さが
３．０〜３００μｍであることを特徴とする、酸化雰囲
気中で接合可能な耐熱材料用液相拡散接合合金箔。 - 【請求項５】 組織が実質的にガラス質である請求項
１，２，３あるいは４のいずれかに記載の酸化雰囲気中
で接合可能な耐熱材料用液相拡散接合合金箔。
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