JP3316402B2 - 鋼材接合用インサート材 - Google Patents
鋼材接合用インサート材Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はボイラ、タービンな
どの高信頼性が要求される機器において、炭素鋼、低合
金鋼、高Ｃｒ鋼、フェライト系ステンレス鋼及びオース
テナイト系ステンレス鋼などの鋼材の高効率接合に用い
るに適した作業性と接合継手の性能がともに優れた鋼材
接合用インサート材料に関する。
どの高信頼性が要求される機器において、炭素鋼、低合
金鋼、高Ｃｒ鋼、フェライト系ステンレス鋼及びオース
テナイト系ステンレス鋼などの鋼材の高効率接合に用い
るに適した作業性と接合継手の性能がともに優れた鋼材
接合用インサート材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｂなどの添加により低融点化したアモル
ファスシート材をインサート材として用いる接合方法は
アモルファス接合あるいはろう付けとして知られてお
り、鋼材の接合においては溶接に替わる高効率接合法と
して知られてきた。鋼材の接合箇所を考えると、水道配
管などの非耐圧部からボイラなどの高信頼性が要求され
る耐圧部など非常に多岐に渉るが、アモルファス接合の
適用対象は、これまで信頼性が要求されない非耐圧部に
限定されており、ボイラ、タービンなどの高信頼性が要
求される機器への適用は図られていなかった。
ファスシート材をインサート材として用いる接合方法は
アモルファス接合あるいはろう付けとして知られてお
り、鋼材の接合においては溶接に替わる高効率接合法と
して知られてきた。鋼材の接合箇所を考えると、水道配
管などの非耐圧部からボイラなどの高信頼性が要求され
る耐圧部など非常に多岐に渉るが、アモルファス接合の
適用対象は、これまで信頼性が要求されない非耐圧部に
限定されており、ボイラ、タービンなどの高信頼性が要
求される機器への適用は図られていなかった。
【０００３】従来のアモルファス接合技術で高信頼機器
への適用が困難であった理由は接合に用いるアモルファ
スシート材にあった。つまり、従来では鋼材の接合用と
して開発されたアモルファスシートは存在しなかったた
め、他用途として開発されたシート材、具体的にはトラ
ンス用鉄芯材として開発されたシート材を接合用に転用
し使用してきた。しかしながら、トランス用鉄芯材とし
てのアモルファスシート材は当然のことながら、接合に
用いることを前提としていないため、接合においては不
要であるばかりか、接合部の品質を低下させる成分であ
るＳｉが多量に含まれている。この結果、従来のアモル
ファス接合技術では継手の強度、延性、靱性などが低く
なるため、高信頼性機器への適用は困難であった。
への適用が困難であった理由は接合に用いるアモルファ
スシート材にあった。つまり、従来では鋼材の接合用と
して開発されたアモルファスシートは存在しなかったた
め、他用途として開発されたシート材、具体的にはトラ
ンス用鉄芯材として開発されたシート材を接合用に転用
し使用してきた。しかしながら、トランス用鉄芯材とし
てのアモルファスシート材は当然のことながら、接合に
用いることを前提としていないため、接合においては不
要であるばかりか、接合部の品質を低下させる成分であ
るＳｉが多量に含まれている。この結果、従来のアモル
ファス接合技術では継手の強度、延性、靱性などが低く
なるため、高信頼性機器への適用は困難であった。
【０００４】本発明者は上記従来技術の問題点を解決
し、ボイラなどの高信頼性が要求される機器の炭素鋼、
低合金鋼、高Ｃｒ鋼、フェライト系ステンレス鋼及びオ
ーステナイト系ステンレス鋼などの鋼材の高効率接合に
用いるに適した接合用アモルファス合金を先に提案し
た。（特願平８−１３３３６４号）この接合用アモルフ
ァス合金はＢ濃度：２〜４重量％、Ｃｏ濃度：１．５〜
４重量％、Ｓｉ濃度：０．５〜１．５重量％を含有し、
残部が被接合鋼材成分と同等となることを特徴とするも
のであって、この接合用アモルファス合金はシート形状
で被接合鋼材の間に供給することを目的とするものであ
るので、アモルファス合金シート材にするためにＣｏを
含有させなければならないため素材のコストが高くなる
という問題があった。
し、ボイラなどの高信頼性が要求される機器の炭素鋼、
低合金鋼、高Ｃｒ鋼、フェライト系ステンレス鋼及びオ
ーステナイト系ステンレス鋼などの鋼材の高効率接合に
用いるに適した接合用アモルファス合金を先に提案し
た。（特願平８−１３３３６４号）この接合用アモルフ
ァス合金はＢ濃度：２〜４重量％、Ｃｏ濃度：１．５〜
４重量％、Ｓｉ濃度：０．５〜１．５重量％を含有し、
残部が被接合鋼材成分と同等となることを特徴とするも
のであって、この接合用アモルファス合金はシート形状
で被接合鋼材の間に供給することを目的とするものであ
るので、アモルファス合金シート材にするためにＣｏを
含有させなければならないため素材のコストが高くなる
という問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
水準及び先に提案した接合用アモルファス合金の問題点
を解決し、ボイラなどの高信頼性が要求される機器の炭
素鋼、低合金鋼、高Ｃｒ鋼、フェライト系ステンレス鋼
及びオーステナイト系ステンレス鋼などの鋼材の高効率
接合に用いるのにも適した安価な接合用インサート材料
を提供しようとするものである。
水準及び先に提案した接合用アモルファス合金の問題点
を解決し、ボイラなどの高信頼性が要求される機器の炭
素鋼、低合金鋼、高Ｃｒ鋼、フェライト系ステンレス鋼
及びオーステナイト系ステンレス鋼などの鋼材の高効率
接合に用いるのにも適した安価な接合用インサート材料
を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明はＢ濃
度：２〜４重量％を含有し、残部が被接合鋼材成分と同
等となるアモルファス粉末を、バインダ、有機溶剤と混
合することによってペースト化してなることを特徴とす
る鋼材接合用インサート材料である。
度：２〜４重量％を含有し、残部が被接合鋼材成分と同
等となるアモルファス粉末を、バインダ、有機溶剤と混
合することによってペースト化してなることを特徴とす
る鋼材接合用インサート材料である。
【０００７】本発明の鋼材接合用インサート材料の主成
分であるアモルファス合金はシート状ではなく、粉末状
のものである。粉末状アモルファス合金はシート状にす
るための特別な装置は不要であることから、簡単な装置
でより容易に作製することができる優位性を有する。粉
末状で接合用インサート材料を供給する際に問題となる
のは粉末の飛散であるが、ペースト化することによって
飛散を防止することができる。このために使用されるペ
ースト成形剤としてはアクリル系バインダ（共栄化学社
製オリコックスＫＣ−８１２５Ｔ）などのバインダとト
ルエン、ブタノールなどの有機溶剤からなるものが使用
される。また、これらペースト成形剤としてはアモルフ
ァス合金粉末１００重量部当り、２０〜５０重量部の範
囲が好ましい。
分であるアモルファス合金はシート状ではなく、粉末状
のものである。粉末状アモルファス合金はシート状にす
るための特別な装置は不要であることから、簡単な装置
でより容易に作製することができる優位性を有する。粉
末状で接合用インサート材料を供給する際に問題となる
のは粉末の飛散であるが、ペースト化することによって
飛散を防止することができる。このために使用されるペ
ースト成形剤としてはアクリル系バインダ（共栄化学社
製オリコックスＫＣ−８１２５Ｔ）などのバインダとト
ルエン、ブタノールなどの有機溶剤からなるものが使用
される。また、これらペースト成形剤としてはアモルフ
ァス合金粉末１００重量部当り、２０〜５０重量部の範
囲が好ましい。
【０００８】また、本発明の鋼材接合用インサート材料
の主成分であるアモルファス合金はシート状にする必要
がないことからＣｏを含有させていないので、製作コス
トが安価である効果も有する。
の主成分であるアモルファス合金はシート状にする必要
がないことからＣｏを含有させていないので、製作コス
トが安価である効果も有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の鋼材接合用インサ
ート材料の主成分であるアモルファス合金成分であるＢ
の作用並びに限定理由を以下に説明する。Ｂは共晶反応
によって本合金の融点を１２００℃程度以下に低下さ
せ、アモルファス接合を可能とする元素である。接合時
においてこのインサート材料の融点以上で被接合材の融
点以下に保持するとインサート材料のみが溶融し接合界
面に充填される。その後、等温で保持すると、Ｂが固液
拡散によって被接合材中に拡散消失していくため、溶融
部のＢ濃度が減少し、これに伴い融点が上昇することに
よって凝固する。この溶融→凝固過程を通じて被接合材
とアモルファス合金が原子レベルで拡散することによっ
て比較的低温で接合が可能となる。
ート材料の主成分であるアモルファス合金成分であるＢ
の作用並びに限定理由を以下に説明する。Ｂは共晶反応
によって本合金の融点を１２００℃程度以下に低下さ
せ、アモルファス接合を可能とする元素である。接合時
においてこのインサート材料の融点以上で被接合材の融
点以下に保持するとインサート材料のみが溶融し接合界
面に充填される。その後、等温で保持すると、Ｂが固液
拡散によって被接合材中に拡散消失していくため、溶融
部のＢ濃度が減少し、これに伴い融点が上昇することに
よって凝固する。この溶融→凝固過程を通じて被接合材
とアモルファス合金が原子レベルで拡散することによっ
て比較的低温で接合が可能となる。
【００１０】Ｂ濃度が２重量％未満及び４重量％を越え
ると本合金の融点が１２５０℃以上となり、１２５０℃
程度で接合した場合には接合部に融合不良が発生するた
め、望ましくない。接合温度を１３００℃以上とすれ
ば、Ｂ濃度が上記範囲外でもインサート材の溶融は可能
であるが、その場合には結晶粒粗大化等によって被接合
材の材質が低下するとともに、甚だしくは被接合材の溶
融などの問題が生じるため望ましくない。
ると本合金の融点が１２５０℃以上となり、１２５０℃
程度で接合した場合には接合部に融合不良が発生するた
め、望ましくない。接合温度を１３００℃以上とすれ
ば、Ｂ濃度が上記範囲外でもインサート材の溶融は可能
であるが、その場合には結晶粒粗大化等によって被接合
材の材質が低下するとともに、甚だしくは被接合材の溶
融などの問題が生じるため望ましくない。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例をあげ、本発
明の効果を明らかにする。
明の効果を明らかにする。
【００１２】（実施例１）実施例１は炭素鋼について本
発明の効果を検討した例である。炭素鋼のＳＴＢ４１０
を切断した素材に種々の濃度のＢを加えたものを高周波
溶解し溶融状態とした後、ガスアトマイズ装置の高速回
転する円盤上に溶融金属を落下させ、飛散、急冷するこ
とによってアモルファス合金粉末を作製した。このアモ
ルファス粉末：５００ｇ、アクリル系バインダ（共栄化
学社製オリコックスＫＣ−８１２５Ｔ）：１００ｇ、ト
ルエン：４０ｇ、ブタノール：４ｇを磁性ボールを内蔵
したポットミルに入れ、ミルローラ上で１０時間回転さ
せ、ペースト状のインサート材料を作製した。
発明の効果を検討した例である。炭素鋼のＳＴＢ４１０
を切断した素材に種々の濃度のＢを加えたものを高周波
溶解し溶融状態とした後、ガスアトマイズ装置の高速回
転する円盤上に溶融金属を落下させ、飛散、急冷するこ
とによってアモルファス合金粉末を作製した。このアモ
ルファス粉末：５００ｇ、アクリル系バインダ（共栄化
学社製オリコックスＫＣ−８１２５Ｔ）：１００ｇ、ト
ルエン：４０ｇ、ブタノール：４ｇを磁性ボールを内蔵
したポットミルに入れ、ミルローラ上で１０時間回転さ
せ、ペースト状のインサート材料を作製した。
【００１３】次にこのインサート材料を用いて外径５
０．８ｍｍφ、板厚６．８ｍｍのＳＴＢ４１０チューブ
を接合した。具体的には以下の手順で行った。ＳＴＢ４
１０チューブの接合端面にインサート材料を０．５ｍｍ
厚さに塗布した。次に局部加熱が可能な誘導加熱コイル
を内蔵し、押しつけ荷重が負荷できる装置内にＳＴＢ４
１０チューブを装着した。被接合チューブを軽く押しつ
け、接合部近傍のみを約６００℃に加熱し５分間保持
し、後から添加したペースト成形剤をすべて蒸発させ
た。その後、１２５０℃に温度を上げ、加圧力０．５ｋ
ｇｆ／ｍｍ2 で３分保持することによってＢを拡散させ
アモルファス接合を行った。
０．８ｍｍφ、板厚６．８ｍｍのＳＴＢ４１０チューブ
を接合した。具体的には以下の手順で行った。ＳＴＢ４
１０チューブの接合端面にインサート材料を０．５ｍｍ
厚さに塗布した。次に局部加熱が可能な誘導加熱コイル
を内蔵し、押しつけ荷重が負荷できる装置内にＳＴＢ４
１０チューブを装着した。被接合チューブを軽く押しつ
け、接合部近傍のみを約６００℃に加熱し５分間保持
し、後から添加したペースト成形剤をすべて蒸発させ
た。その後、１２５０℃に温度を上げ、加圧力０．５ｋ
ｇｆ／ｍｍ2 で３分保持することによってＢを拡散させ
アモルファス接合を行った。
【００１４】接合継手の評価として、常温の引張試験及
び常温のシャルピー衝撃試験（ハーフサイズ）を行っ
た。検討したインサート材の組成及び継手特性の特性評
価結果をまとめたものを表１に示す。合金１はＢ添加量
が１．５重量％と本発明範囲未満のものである。Ｂ量が
少ないためインサート材の融点が高くなり、接合部の接
着が不十分となった。その結果、接合継手の引張試験で
は強度、伸びが低く、接合部破断となった。また衝撃値
も低かった。合金２、３は本発明範囲内の合金である。
インサート材の融点は十分低くなったため、接合部の接
着は良好であった。接合継手特性は良好であり、本発明
の効果は顕著である。合金４はＢ添加量が４．５重量％
と本発明を越えるものである。Ｂ量か多いためインサー
ト材の融点が高くなり、合金１と同様の結果となった。
び常温のシャルピー衝撃試験（ハーフサイズ）を行っ
た。検討したインサート材の組成及び継手特性の特性評
価結果をまとめたものを表１に示す。合金１はＢ添加量
が１．５重量％と本発明範囲未満のものである。Ｂ量が
少ないためインサート材の融点が高くなり、接合部の接
着が不十分となった。その結果、接合継手の引張試験で
は強度、伸びが低く、接合部破断となった。また衝撃値
も低かった。合金２、３は本発明範囲内の合金である。
インサート材の融点は十分低くなったため、接合部の接
着は良好であった。接合継手特性は良好であり、本発明
の効果は顕著である。合金４はＢ添加量が４．５重量％
と本発明を越えるものである。Ｂ量か多いためインサー
ト材の融点が高くなり、合金１と同様の結果となった。
【００１５】
【表１】
【００１６】（実施例２）実施例２は低合金鋼のＳＴＢ
Ａ２４を対象に本発明の効果を検討した例である。イン
サート材料製造時の母合金及び被接合材にＳＴＢＡ２４
を用いた。それ以外の実験要領は実施例１と同様である
が、低合金鋼であることから接合後に７１５℃×３０分
の熱処理を行った。
Ａ２４を対象に本発明の効果を検討した例である。イン
サート材料製造時の母合金及び被接合材にＳＴＢＡ２４
を用いた。それ以外の実験要領は実施例１と同様である
が、低合金鋼であることから接合後に７１５℃×３０分
の熱処理を行った。
【００１７】検討したインサート材の組成及び継手特性
の特性評価結果をまとめたものを表２に示す。合金５は
Ｂ添加量が１．５％と本発明範囲未満のものである。Ｂ
量が少ないため実施例１の合金１と同様にインサート材
の融点が高くなり、接合部の特性は不十分であった。合
金６、７は本発明範囲の合金である。インサート材の融
点は十分低くなったため、接合継手特性は良好であり、
本発明の効果は顕著である。合金８はＢ添加量が４．５
％と本発明範囲を越えるものである。Ｂ量が多いためイ
ンサート材の融点が高くなり、合金５と同様の結果とな
った。
の特性評価結果をまとめたものを表２に示す。合金５は
Ｂ添加量が１．５％と本発明範囲未満のものである。Ｂ
量が少ないため実施例１の合金１と同様にインサート材
の融点が高くなり、接合部の特性は不十分であった。合
金６、７は本発明範囲の合金である。インサート材の融
点は十分低くなったため、接合継手特性は良好であり、
本発明の効果は顕著である。合金８はＢ添加量が４．５
％と本発明範囲を越えるものである。Ｂ量が多いためイ
ンサート材の融点が高くなり、合金５と同様の結果とな
った。
【００１８】
【表２】
【００１９】（実施例３）実施例３は高合金鋼のＳＴＢ
Ａ２６を対象に本発明の効果を検討した例である。イン
サート材料製造時の母合金及び被接合材にＳＴＢＡ２６
を用いた。実験要領は実施例１と同様であるが、高合金
鋼であることから接合後に７５０℃×３０分の熱処理を
行った。
Ａ２６を対象に本発明の効果を検討した例である。イン
サート材料製造時の母合金及び被接合材にＳＴＢＡ２６
を用いた。実験要領は実施例１と同様であるが、高合金
鋼であることから接合後に７５０℃×３０分の熱処理を
行った。
【００２０】検討したインサート材の組成及び継手特性
の特性評価結果をまとめたものを表３に示す。合金９は
Ｂ添加量が１．５％と本発明範囲未満のものである。Ｂ
量が少ないため実施例１の合金１と同様にインサート材
の融点が高くなり、接合部の特性は不十分であった。合
金１０、１１は本発明範囲の合金である。インサート材
の融点は十分低くなったため、接合継手特性は良好であ
り、本発明の効果は顕著である。合金１２はＢ添加量が
４．５％と本発明範囲を越えるものである。Ｂ量が多い
ためインサート材の融点が高くなり、合金９と同様の結
果となった。
の特性評価結果をまとめたものを表３に示す。合金９は
Ｂ添加量が１．５％と本発明範囲未満のものである。Ｂ
量が少ないため実施例１の合金１と同様にインサート材
の融点が高くなり、接合部の特性は不十分であった。合
金１０、１１は本発明範囲の合金である。インサート材
の融点は十分低くなったため、接合継手特性は良好であ
り、本発明の効果は顕著である。合金１２はＢ添加量が
４．５％と本発明範囲を越えるものである。Ｂ量が多い
ためインサート材の融点が高くなり、合金９と同様の結
果となった。
【００２１】
【表３】
【００２２】（実施例４）実施例４はオーステナイト系
ステンレス鋼のＳＵＳ３０４を対象に本発明の効果を検
討した例である。インサート材料製造時の母合金及び被
接合材にＳＵＳ３０４を用いた。実験要領は実施例１と
同様である。
ステンレス鋼のＳＵＳ３０４を対象に本発明の効果を検
討した例である。インサート材料製造時の母合金及び被
接合材にＳＵＳ３０４を用いた。実験要領は実施例１と
同様である。
【００２３】検討したインサート材組成及び継手特性の
特性評価結果をまとめたものを表４に示す。合金１３は
Ｂ添加量が１．５％と本発明範囲未満のものである。Ｂ
量が少ないため実施例１の合金１と同様にインサート材
の融点が高くなり、接合部の特性は不十分であった。合
金１４、１５は本発明範囲の合金である。インサート材
の融点は十分低くなったため、接合継手特性は良好であ
り、本発明の効果は顕著である。合金１６はＢ添加量が
４．５％と本発明範囲を越えるものである。Ｂ量が多い
ためインサート材の融点が高くなり、合金１３と同様の
結果となった。
特性評価結果をまとめたものを表４に示す。合金１３は
Ｂ添加量が１．５％と本発明範囲未満のものである。Ｂ
量が少ないため実施例１の合金１と同様にインサート材
の融点が高くなり、接合部の特性は不十分であった。合
金１４、１５は本発明範囲の合金である。インサート材
の融点は十分低くなったため、接合継手特性は良好であ
り、本発明の効果は顕著である。合金１６はＢ添加量が
４．５％と本発明範囲を越えるものである。Ｂ量が多い
ためインサート材の融点が高くなり、合金１３と同様の
結果となった。
【００２４】
【表４】
【００２５】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、ボイ
ラなどの高信頼性が要求される機器の炭素鋼、低合金
鋼、高Ｃｒ鋼、フェライト系ステンレス鋼及びオーステ
ナイト系ステンレス鋼などの鋼管の高効率接合に用いる
に適した作業性と接合継手の性能がともに優れた鋼材接
合用インサート材料が提供できる。
ラなどの高信頼性が要求される機器の炭素鋼、低合金
鋼、高Ｃｒ鋼、フェライト系ステンレス鋼及びオーステ
ナイト系ステンレス鋼などの鋼管の高効率接合に用いる
に適した作業性と接合継手の性能がともに優れた鋼材接
合用インサート材料が提供できる。
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｂ濃度：２〜４重量％を含有し、残部が
被接合鋼材成分と同等となるアモルファス粉末を、バイ
ンダ、有機溶剤と混合することによってペースト化して
なることを特徴とする鋼材接合用インサート材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31466696A JP3316402B2 (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 鋼材接合用インサート材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31466696A JP3316402B2 (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 鋼材接合用インサート材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10156553A JPH10156553A (ja) | 1998-06-16 |
| JP3316402B2 true JP3316402B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=18056088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31466696A Expired - Lifetime JP3316402B2 (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 鋼材接合用インサート材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3316402B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5338153B2 (ja) * | 2008-06-18 | 2013-11-13 | 株式会社豊田中央研究所 | 部材接合方法および接合材 |
-
1996
- 1996-11-26 JP JP31466696A patent/JP3316402B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10156553A (ja) | 1998-06-16 |
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