JP4294081B2 - 鉄鋼部材の接合方法、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法、鉄鋼製品の製造方法及びダイカスト製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鋼部材の接合方法、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法、鉄鋼製品の製造方法及びダイカスト製品の製造方法に関する。

図７は、従来の鉄鋼部材の接合方法を説明するために示すフローチャートである。図８は、従来の鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。

従来の鉄鋼部材の接合方法は、図７及び図８に示すように、複数の鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせた状態で、複数の鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら複数の鉄鋼部材を接合可能な温度に加熱することにより複数の鉄鋼部材を接合して接合体を形成する接合体形成工程Ｓ９１０と、接合体を所定の温度条件の下で熱処理することにより接合体における接合力を強化する接合力強化工程Ｓ９２０とを有する（例えば、特許文献１参照。）。

このため、従来の鉄鋼部材の接合方法によれば、溶接補助材を全く使用せずに複数の鉄鋼部材を接合することが可能となる。また、従来の鉄鋼部材の接合方法によれば、接合体を形成した後に接合力強化工程Ｓ９２０を行うことにより、接合体における接合力を強化することが可能となる。
その結果、従来の鉄鋼部材の接合方法によれば、プラスチックギアなどの樹脂金型に適した接合体を製造することが可能となる。

特開２００２−５９２７０号公報

しかしながら、従来の鉄鋼部材の接合方法の接合方法においては、Ｃｒを含有する鉄鋼材料（例えばＳＫＤ６１などの金型用鋼。）からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造した場合に十分に高い接合力を得ることできないという問題があることがわかった。

そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造した場合にも十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法を提供することを目的とする。また、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造した場合にも十分に高い接合力を得ることが可能な、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法を提供することを目的とする。また、このような鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体又は鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法により接合力が強化された接合体を用いて製造された鉄鋼製品を提供することを目的とする。さらにまた、鉄鋼製品がダイカスト金型である場合に当該ダイカスト金型を用いて製造されたダイカスト製品を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するため、従来の鉄鋼部材の接合方法において、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造した場合に十分に高い接合力を得ることできない原因を調査した結果、その原因は、接合面にＣｒ含有不動態層が存在することにあるという知見を得た。そこで、本発明者は、この知見に基づき、接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させれば接合力を十分に高くすることが可能となり上記問題を解決することができることに想到し、本発明を完成させるに至った。

（１）すなわち、本発明の鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材の接合方法であって、前記複数の鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせ、前記複数の鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記複数の鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、前記複数の鉄鋼部材を接合して接合体を形成する接合体形成工程と、前記接合体を、前記鉄鋼材料におけるＡ_１変態点以上の第２温度に加熱し、次いで前記Ａ_１変態点から６００℃に降温するのに１０時間以上かける条件で６００℃以下の第３温度に徐冷することで、前記接合体の接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて前記接合体における接合力を強化する接合力強化工程とをこの順に含むことを特徴とする。

このため、本発明の鉄鋼部材の接合方法によれば、接合体形成工程の後に上記した接合力強化工程を行うことにより、接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて接合力を十分に高くすることが可能となる。その結果、本発明の鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造した場合にも、十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法となる。

本発明の鉄鋼部材の接合方法において、接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて接合力を十分に高くするには、接合体を、鉄鋼材料のＡ_１変態点以上の第２温度に加熱し、次いでＡ_１変態点から６００℃に降温するのに１０時間以上かける条件で６００℃以下の３温度に徐冷することが必要である。すなわち、Ａ_１変態点から６００℃の範囲において接合体を極めてゆっくりとした条件で徐冷することが必要である。

このような方法とすることにより、接合面におけるＣｒ含有不動態層は、徐冷に伴って組織が変態する過程で母相の鉄鋼材料中に溶け込んでいき最終的には消散することとなり、接合力を十分に高くすることが可能となる。

（２）上記（１）に記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記第２温度は、前記Ａ_１変態点よりも１００℃高い温度以下の範囲内にあることが好ましい。

このような方法とすることにより、接合面に存在するＣｒ含有不動態層をさらに十分に消散させて接合力をさらに十分に高くすることが可能となる。

（３）上記（１）又は（２）に記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記Ａ_１変態点から６００℃に降温するのに１５時間以上かける条件で前記第３温度に徐冷することが好ましい。

このような方法とすることにより、接合面に存在するＣｒ含有不動態層をさらに十分に消散させて接合力をさらに十分に高くすることが可能となる。

この観点から言えば、前記Ａ_１変態点から６００℃に降温するのに２０時間以上かける条件で前記第３温度に徐冷することがさらに好ましい。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記第３温度は、５５０℃以下であることが好ましい。

このような方法とすることにより、接合体の均質性を高めるとともに、接合体の硬度を低くして加工性を高めることが可能となる。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合力強化工程終了後に、不活性ガス雰囲気下で前記接合体を冷却することが好ましい。

このような方法とすることにより、冷却過程で接合体の表面が酸化して品質が劣化するのを抑制することが可能となる。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記第１温度は、１０００℃〜１１００℃の範囲内にあることが好ましい。

このような方法とすることにより、所定の圧力条件で押圧しながら複数の鉄鋼部材を接合して接合体を形成することが可能となる。

（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合体形成工程終了後に、前記接合体を徐冷することが好ましい。

このような方法とすることにより、加圧により生じる接合体の応力歪みの発生を抑制して均質性の高い接合体を形成することが可能となる。

（８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合体形成工程と前記接合力強化工程との間に、前記接合体を、前記接合体の組織をより均一にすることが可能な第４温度に加熱する均一化工程をさらに含むことが好ましい。

このような方法とすることにより、接合体形成工程と接合力強化工程との間に均一化工程を行うことにより、接合体形成工程を経て不均一な状態となっている組織をより均一にすることが可能となるため、さらに均質性の高い接合体を形成することが可能となる。

（９）上記（８）に記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記第４温度は、１０００℃〜１１００℃の範囲内にあることが好ましい。

このような方法とすることにより、接合体形成工程を経て不均一な状態となっている組織をさらに均一にすることが可能になるため、さらに均質性の高い接合体を形成することが可能となる。

（１０）上記（８）又は（９）に記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記均一化工程終了後に、前記接合体をＭｓ点まで急冷し、その後前記接合体を徐冷することが好ましい。

このような方法とすることにより、焼入れ効果により、接合体の硬度を高くすることで、強度が高く高品質の接合体を形成することが可能となる。

（１１）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記複数の鉄鋼部材における前記接合予定面は、平面であることが好ましい。

このような方法とすることにより、接合予定面を高精度に加工することで複数の鉄鋼部材を突き当てたときの鉄鋼部材間の密着度を高めて、十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法となる。

（１２）上記（１１）に記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合予定面における算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以下であることが好ましい。

このような方法とすることにより、複数の鉄鋼部材における接合予定面同士の間隔を平均で０．４μｍ以下とした状態で複数の鉄鋼部材を接合することが可能となるため、十分に高い接合力を得ることが可能となる。

（１３）上記（１）〜（１２）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記接合体形成工程工程及び前記接合力強化工程を、真空中又は不活性ガス雰囲気中において行うことが好ましい。

このような方法とすることにより、各熱処理工程における酸素等の活性ガスの存在に起因して発生する悪影響を抑制することが可能となる。

（１４）上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法においては、前記鉄鋼材料が、熱間金型用鋼、冷間金型用鋼、又はマルテンサイト系ステンレス鋼である場合に、特に大きな効果が得られる。

熱間金型用鋼、冷間金型用鋼、又はマルテンサイト系ステンレス鋼は、Ｃｒを含有する鉄鋼であるため、このような鉄鋼材料からなる鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造する場合には、十分に高い接合力を得ることが困難となる場合があるからである。これに対して、本発明の鉄鋼部材の接合方法によれば、このような鉄鋼材料からなる鉄鋼部材であっても、十分に高い接合力で接合することが可能となる。

（１５）上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、前記接合体形成工程においては、磁気加熱により前記複数の鉄鋼部材を加熱することが好ましい。

なお、本発明の鉄鋼部材の接合方法においては、接合体形成工程を外部加熱又は通電加熱によって行うこともできるが、このように接合体形成工程を磁気加熱によって行うことにより、複数の鉄鋼部材を高速かつ均一に加熱することが可能となり、結果として応力歪みの小さい高品質の接合体を生産性よく製造することが可能となる。

（１６）上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、前記接合体形成工程においては、サーボモータを用いて前記複数の鉄鋼部材を押圧することが好ましい。

このような方法とすることにより、複数の鉄鋼部材を一定の圧力条件で押圧することが可能となり、結果として応力歪みの小さい高品質の接合体を製造することが可能となる。

（１７）本発明の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法は、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材が互いに接合された接合体を、前記鉄鋼材料のＡ_１変態点以上の温度に加熱し、次いで前記Ａ_１変態点から６００℃に降温するのに１０時間以上かける条件で６００℃以下の温度に徐冷することで、前記接合体の接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて前記接合体における接合力を強化することを特徴とする。

このため、本発明の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法によれば、接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて接合力を十分に高くすることで、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材が互いに接合された接合体であっても、十分に高い接合力を得ることが可能な、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法となる。

（１８）本発明の鉄鋼製品は、上記（１）〜（１６）のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体又は上記（１７）に記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法により接合力が強化された接合体を用いて製造された鉄鋼製品である。

このため、本発明の鉄鋼製品は、十分に高い接合力で接合された鉄鋼製品となり、様々な用途に用いることが可能となる。

鉄鋼製品としては、各種成形金型、各種工具、各種構造材などを例示することができる。

（１９）上記（１８）に記載の鉄鋼製品においては、前記接合体における外方に露出する前記接合面から少なくとも２ｍｍの部分は、除去されていることが好ましい。

このように構成することにより、相対的に接合力が低い周辺部分が除去された高品質な鉄鋼製品となる。

（２０）上記（１８）又は（１９）に記載の鉄鋼製品は、ダイカスト金型である場合に特に効果がある。

本発明のダイカスト金型は、接合体を用いて製造されたダイカスト金型であるため、熱交換媒体流路を内部に含むダイカスト金型にように複雑な構造のダイカスト金型を容易に製造することが可能なダイカスト金型となる。また、本発明のダイカスト金型は、十分な高い接合力で接合されているため、高信頼性かつ長寿命なダイカスト金型となる。

（２１）上記（２０）に記載のダイカスト製品は、本発明のダイカスト金型を用いて製造されたダイカスト製品である。

このため、本発明のダイカスト製品は、上記のように複雑な構造のダイカスト金型を容易に製造することが可能、高信頼性かつ長寿命のダイカスト金型を用いて製造されたダイカスト製品であるため、高品質で製造コストの安価なダイカスト製品となる。

（２２）本発明の鉄鋼部材の接合方法は、鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材の接合方法であって、前記複数の鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせ、前記複数の鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら磁気加熱により前記複数の鉄鋼部材を接合可能な温度に加熱することにより、前記複数の鉄鋼部材を接合して接合体を形成する接合体形成工程を含むことを特徴とする。

このため、本発明の鉄鋼部材の接合方法は、接合体形成工程においては磁気加熱により複数の鉄鋼部材を加熱することとしているため、複数の鉄鋼部材を高速かつ均一に加熱することが可能となり、結果として応力歪みの小さい高品質の接合体を生産性よく製造することが可能となる。

（２３）本発明の鉄鋼部材の接合方法は、鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材の接合方法であって、前記複数の鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせ、サーボモータを用いて前記複数の鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記複数の鉄鋼部材を接合可能な温度に加熱することにより、前記複数の鉄鋼部材を接合して接合体を形成する接合体形成工程を含むことを特徴とする。

このため、本発明の鉄鋼部材の接合方法は、接合体形成工程においてはサーボモータを用いて複数の鉄鋼部材を押圧することとしているため、複数の鉄鋼部材を一定の圧力条件で押圧することが可能となり、結果として応力歪みの小さい高品質の接合体を製造することが可能となる。

実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示すフローチャートである。 実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。 実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。 接合体における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。 実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。 実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。 従来の鉄鋼部材の接合方法を説明するために示すフローチャートである。 従来の鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。

以下、本発明の鉄鋼部材の接合方法、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法、鉄鋼製品及びダイカスト製品について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
実施形態１は、本発明の鉄鋼部材の接合方法を説明するための実施形態である。

図１は、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示すフローチャートである。図２は、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために図である。図２中、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。図３は、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。図３（ａ）は接合予定の鉄鋼部材１２，１６を示す図であり、図３（ｂ）は接合体形成工程（Ｓ１０）中における鉄鋼部材１２，１６を示す図であり、図３（ｃ）は均一化工程（Ｓ２０）終了後における接合体１０を示す図であり、図３（ｄ）は接合力強化工程（Ｓ３０）終了後における接合体１０を示す図である。

実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材の接合方法であって、図１に示すように、接合体形成工程（Ｓ１０）と、均一化工程（Ｓ２０）と、接合力強化工程（Ｓ３０）とをこの順に含む。

接合体形成工程（Ｓ１０）は、図２及び図３（ｂ）に示すように、２つの鉄鋼部材１２，１６における接合予定面１４，１８を突き合わせ、２つの鉄鋼部材１２，１６を所定の圧力条件で押圧しながら２つの鉄鋼部材１２，１６を接合可能な第１温度Ｔ_１（例えば、１０００〜１１００℃（図２においては１０７０℃。）。）に加熱することにより、２つの鉄鋼部材１２，１６を接合して接合体１０を形成する工程である。

接合体形成工程（Ｓ１０）においては、押圧は、油圧により行い、例えば１０ＭＰａの圧力で行う。接合体形成工程（Ｓ１０）においては、加熱は、真空炉中で行い、第１温度Ｔ_１における保持時間は３０分間（図２におけるｔ_１参照。）とする。接合体形成工程（Ｓ１０）終了後には、接合体１０を室温まで徐冷する。

均一化工程（Ｓ２０）は、図２に示すように、接合体１０を、接合体１０の組織をより均一にすることが可能な第４温度Ｔ_４（例えば、１０００〜１１００℃（図２においては１０４０℃。）。）に加熱する工程である。

第４温度Ｔ_４における保持時間は１時間（図２におけるｔ_４参照。）とする。均一化工程（Ｓ２０）終了後には、接合体１０をＭｓ点まで急冷し、その後接合体１０を徐冷する。

接合力強化工程Ｓ３０は、図２に示すように、接合体１０を、鉄鋼材料におけるＡ_１変態点Ｔ_Ａ１以上の第２温度（図２においては８５０℃。）に加熱し、次いでＡ_１変態点Ｔ_Ａ１から６００℃に降温するのに１０時間以上かける条件で６００℃以下の第３温度Ｔ_３（図２においては５００℃。）に徐冷することで、接合体１０の接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて接合体１０における接合力を強化する工程である。

接合力強化工程（Ｓ３０）においては、加熱は、真空炉中で行い、第２温度Ｔ_２における保持時間は２時間（図２におけるｔ_２参照。）とする。接合力強化工程（Ｓ３０）終了後には、不活性ガス雰囲気下（例えば、Ｎ_２ガス雰囲気下。）で接合体１０を冷却する。

実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、鉄鋼部材として、熱間金用型鋼（ＳＤＫ６１）からなる鉄鋼部材１２，１６を用いた。鉄鋼部材１２，１６は、図３（ａ）に示すように、円柱形状（φ２０ｍｍ×２０ｍｍ）をしている。鉄鋼部材１２，１６における接合予定面１４，１８は、平面である。また、鉄鋼部材１２，１６における接合予定面１４，１８における算術平均粗さＲａは、０．１μｍである。

以上のような工程を含む実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、接合体形成工程（Ｓ１０）の後に上記した接合力強化工程（Ｓ３０）を行うことにより、接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて接合力を十分に高くすることが可能となる。その結果、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造した場合にも、十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法となる。

実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて接合力を十分に高くするために、接合体１０を、鉄鋼材料のＡ_１変態点Ｔ_Ａ１以上の第２温度に加熱し、次いでＡ_１変態点Ｔ_Ａ１から６００℃に降温するのに１０時間以上かける条件で６００℃以下の第３温度Ｔ_３に徐冷することとしている。すなわち、Ａ_１変態点Ｔ_Ａ１から６００℃の範囲において接合体を極めてゆっくりとした条件で徐冷することとしている。

このため、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、接合面におけるＣｒ含有不動態層は、徐冷に伴って組織が変態する過程で母相の鉄鋼材料中に溶け込んでいき最終的には消散することとなり、接合力を十分に高くすることが可能となる。

また、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、接合力強化工程（Ｓ３０）終了後に、不活性ガス雰囲気下（例えば、Ｎ_２ガス雰囲気下）で接合体１０を冷却することとしているため、冷却過程で接合体１０の表面が酸化して品質が劣化するのを抑制することが可能となる。

また、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、接合体形成工程（Ｓ１０）終了後に、接合体１０を徐冷することとしているため、加圧により生じる接合体１０の応力歪みの発生を抑制して均質性の高い接合体を形成することが可能となる。

また、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、接合体形成工程（Ｓ１０）と接合力強化工程（Ｓ３０）との間に、接合体１０を、接合体の組織をより均一にすることが可能な第４温度Ｔ_４に加熱する均一化工程（Ｓ２０）をさらに含むこととしているため、接合体形成工程（Ｓ１０）を経て不均一な状態となっている組織をより均一にすることが可能となるため、さらに均質性の高い接合体を形成することが可能となる。

また、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、均一化工程（Ｓ２０）終了後に、接合体１０をＭｓ点まで急冷し、その後接合体１０を徐冷することとしているため、焼入れ効果により、接合体の硬度を高くすることで、強度が高く高品質の接合体を形成することが可能となる。

また、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、鉄鋼部材１２，１６における接合予定面１４，１８は平面であるため、接合予定面を高精度に加工することで鉄鋼部材を突き当てたときの鉄鋼部材間の密着度を高めて、十分に高い接合力を得ることが可能となる。

また、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、接合予定面１４，１８における算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以下であるため、鉄鋼部材１２，１６における接合予定面１４，１８同士の間隔を平均で０．４μｍ以下とした状態で鉄鋼部材１２，１６を接合することが可能となるため、十分に高い接合力を得ることが可能となる。

また、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、接合体形成工程（Ｓ１０）及び接合力強化工程（Ｓ３０）を、真空中において行うため、各熱処理工程における酸素等の活性ガスの存在に起因して発生する悪影響を抑制することが可能となる。

また、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法においては、Ｃｒを含有する鉄鋼材料である熱間金型用鋼（ＳＫＤ６１）からなる鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造しているが、このような場合にも、十分に高い接合力で接合することが可能となる。

図４は、接合体における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。図４（ａ）は実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体１０における接合部分の断面電子顕微鏡写真であり、図４（ｂ）は比較例１に係る鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体（図示せず。）における接合部分の断面電子顕微鏡写真である。

比較例１に係る鉄鋼部材の接合方法は、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法と基本的には同じ鉄鋼部材の接合方法であるが、接合体形成工程（Ｓ１０）（及び均一化工程（Ｓ２０））の後に接合力強化工程（Ｓ３０）を含まない点で実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合と異なっている。

図４にからも明らかなように、比較例に係る鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体においては接合面が明瞭に観察されるが、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体１０においては接合面が全く観察されない。

このように、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法によれば、接合体形成工程（Ｓ１０）の後に上記した接合力強化工程（Ｓ３０）を行うことにより、接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて接合力を十分に高くすることが可能となる。その結果、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造した場合にも、十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法となる。

［実施形態２］
実施形態２は、本発明の鉄鋼部材の接合方法及びそれによって製造される鉄鋼製品を説明するための実施形態である。鉄鋼製品として、ダイカスト金型製造に用いる加圧ピンを例にとって説明する。

図５は、実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。図５（ａ）は接合予定の鉄鋼部材２２，２６を示す図であり、図５（ｂ）は接合体形成工程（Ｓ１０）中における鉄鋼部材２２，２６を示す図であり、図５（ｃ）は均一化工程（Ｓ２０）終了後における接合体２０を示す図であり、図５（ｄ）は接合力強化工程（Ｓ３０）終了後における接合体２０を示す図である。

実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法は、基本的には実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法と同様の方法であるが、接合対象が実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法においては、図５（ａ）に示すように、接合対象として、ＮＣ切削加工により所定の形状に切削した鉄鋼部材２２，２６を用いている。鉄鋼部材としては、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合と同様に、熱間金型用鋼（ＳＤＫ６１）を用いている。

このように、実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法は、接合対象が実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合とは異なるが、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合と同様に、接合体形成工程（Ｓ１０）の後に上記した接合力強化工程（Ｓ３０）を行うこととしているため、接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて接合力を十分に高くすることが可能となる。その結果、実施形態２に係る鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造した場合にも、十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法となる。

このため、加圧ピンのような比較的複雑な形状の鉄鋼製品を容易に製造するために（単一の鉄鋼部材を出発原料として加工するのは容易ではない。）、複数の鉄鋼部材を互いに接合する接合体形成工程を用いて鉄鋼製品を製造したとしても、十分に高い接合力を得ることが可能となるため、様々な用途に適用可能な鉄鋼製品を製造することが可能となる。

［実施形態３］
実施形態３は、本発明の鉄鋼部材の接合方法及びそれによって製造される鉄鋼製品を説明するための実施形態である。鉄鋼製品として、ダイカスト金型を例にとって説明する。

図６は、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法を説明するために示す図である。図６（ａ）は接合予定の鉄鋼部材３２，３６を示す図であり、図６（ｂ）は接合体形成工程（Ｓ１０）中における鉄鋼部材３２，３６を示す図であり、図６（ｃ）は均一化工程（Ｓ２０）終了後における接合体３０を示す図であり、図６（ｄ）は接合力強化工程（Ｓ３０）終了後における接合体３０を示す図であり、図６（ｅ）は接合力強化工程（Ｓ３０）終了後における切削工程を示す図である。

実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法は、基本的には実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法と同様の方法であるが、接合対象が実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合とは異なる。すなわち、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法においては、図６（ａ）に示すように、接合対象として、接合予定面内に熱交換用媒体流路形成用溝４２，４４が形成された鉄鋼部材３２，３６を用いている。鉄鋼部材としては、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合と同様に、熱間金型用鋼（ＳＤＫ６１）を用いている。

このように、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法は、接合対象が実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合とは異なるが、実施形態１に係る鉄鋼部材の接合方法の場合と同様に、接合体形成工程（Ｓ１０）の後に上記した接合力強化工程（Ｓ３０）を行うこととしているため、接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて接合力を十分に高くすることが可能となる。その結果、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法は、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造した場合にも、十分に高い接合力を得ることが可能な鉄鋼部材の接合方法となる。

このため、ダイカスト金型のような比較的複雑な形状の鉄鋼製品を容易に製造するために（単一の鉄鋼部材を出発原料として加工するのはまず不可能。）、複数の鉄鋼部材を互いに接合する接合体形成工程を用いて鉄鋼製品を製造したとしても、十分に高い接合力を得ることが可能となるため、様々な用途に適用可能なダイカスト金型を製造することが可能となる。

実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法においては、図６（ｅ）に示すように、接合された接合体３０に切削加工を施して所望の形状になるよう加工する。このようにして、内部に熱交換媒体用流路４０を有するダイカスト金型５０を製造することができる。

このように、実施形態３に係るダイカスト金型５０は、十分に高い接合力で接合されているため、高信頼性かつ長寿命なダイカスト金型となる（実験では寿命が１００倍以上に延びることが確認されている。）。このため、ダイカスト金型５０を用いて製造されたダイカスト製品は、高品質で製造コストの安価なダイカスト製品となる。

なお、実施形態３に係る鉄鋼部材の接合方法においては、接合体３０における外方に露出する接合面から少なくとも２ｍｍの部分を除去している。このような方法とすることにより、相対的に接合力が低い周辺部分が除去された高品質なダイカスト金型となる。

以上、本発明の鉄鋼部材の接合方法、鉄鋼製品及びダイカスト製品を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態は、接合体形成工程（Ｓ１０）と、均一化工程（Ｓ２０）と、接合力強化工程（Ｓ３０）をこの順に含む鉄鋼部材の接合方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材が互いに接合された接合体を、鉄鋼材料のＡ_１変態点Ｔ_Ａ１以上の温度に加熱し、次いで前記Ａ_１変態点Ｔ_Ａ１から６００℃に降温するのに１０時間以上かける条件で６００℃以下の温度に徐冷することで、接合体の接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて接合体における接合力を強化する、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法をも含むものである。この場合にも、Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合して接合体を製造した場合に十分に高い接合力を得ることが可能となる。

（２）上記各実施形態においては、接合体形成工程（Ｓ１０）、均一化工程（Ｓ２０）及び接合力強化工程（Ｓ３０）を、真空中において行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、これらの工程をＮ_２ガス、Ａｒガス等の不活性ガス雰囲気中において行うこともできる。このような方法によっても、各熱処理工程（Ｓ１０〜Ｓ３０）において、酸素等の反応性ガスによる悪影響を抑制することが可能となる。

（３）上記各実施形態においては、接合体形成工程（Ｓ１０）を真空炉を用いた外部加熱により行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、真空炉以外の加熱炉を用いた外部加熱、通電加熱、又は磁気加熱により行うこともできる。このうち、磁気加熱の場合には、複数の鉄鋼部材を高速かつ均一に加熱することが可能となり、結果として応力歪みの小さい高品質の接合体を生産性よく製造することが可能となる。

なお、接合体形成工程（Ｓ１０）を磁気加熱により行う方法は、Ｃｒを含有しない鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材の接合方法にも適用可能なものである。

（４）上記各実施形態においては、油圧により複数の鉄鋼部材を押圧しながら複数の鉄鋼部材を加熱することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、サーボモータを用いて複数の鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら複数の鉄鋼部材を加熱することもできる。これにより、複数の鉄鋼部材を一定の圧力条件で押圧することが可能となり、結果として応力歪みの小さい高品質の接合体を製造することが可能となる。

なお、接合体形成工程（Ｓ１０）をサーボモータを用いて鉄鋼部材を押圧する方法は、Ｃｒを含有しない鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材の接合方法にも適用可能なものである。

（５）上記各実施形態においては、接合力強化工程（Ｓ３０）においてＡ_１変態点Ｔ_Ａ１から６００℃に降温するのに１０時間以上かける条件で徐冷することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Ａ_１変態点Ｔ_Ａ１から６００℃に降温するのに１５時間以上又は２０時間以上かける条件で徐冷することとしてもよい。これにより、接合面に存在するＣｒ含有不動態層をさらに十分に消散させて接合力をさらに十分に高くすることが可能となる。

（６）上記各実施形態ににおいては、接合予定面１４，１８，２４，２８，３４，３８が平面である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。接合予定面が互いに密着可能であれば、接合予定面は曲面であったり段差を有していたりしてもよい。

（７）上記各実施形態においては、鉄鋼材料として、熱間金型用鋼（ＳＫＤ６１）を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＳＫＤ６１以外の熱間金型用鋼、冷間金型鋼、高速工具鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼を用いることもできる。このような鉄鋼材料からなる鉄鋼部材であっても、十分に高い接合力で接合することが可能となる。

（８）上記各実施形態においては、鉄鋼製品として、円柱状の接合体、加圧ピン又はダイカスト金型を製造することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。鉄鋼製品としては、各種成形金型、各種工具、各種構造材などを例示することができる。

符号の説明

１０，２０，３０…接合体、１２，１６，２２，２６，３２，３６…鉄鋼部材、１４，１８，２４，２８，３４，３８…接合予定面、４０…熱交換用媒体流路、４２，４４…熱交換用媒体流路形成用溝、５０…ダイカスト金型、Ｓ１０，Ｓ９１０…接合体形成工程、Ｓ２０…均一化工程、Ｓ３０，Ｓ９２０…接合力強化工程、Ｔ_１…第１温度、Ｔ_２…第２温度、Ｔ_３…第３温度、Ｔ_４…第４温度、Ｔ_Ａ１…Ａ_１変態点、ｔ_１…第１熱処理時間、ｔ_２…第２熱処理時間、ｔ_２…第３熱処理時間、ｔ_４…第４熱処理時間

Claims (21)

1. Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材を互いに接合する鉄鋼部材の接合方法であって、
   前記複数の鉄鋼部材における接合予定面を突き合わせ、前記複数の鉄鋼部材を所定の圧力条件で押圧しながら前記複数の鉄鋼部材を接合可能な第１温度に加熱することにより、前記複数の鉄鋼部材を接合して接合体を形成する接合体形成工程と、
   前記接合体形成工程終了後に前記接合体を室温まで徐冷する工程と、
   前記接合体を、前記鉄鋼材料におけるＡ_１変態点以上の第２温度に加熱し、次いで前記Ａ_１変態点から６００℃に降温するのに１０時間以上かける条件で６００℃以下の第３温度に徐冷することで、前記接合体の接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて前記接合体における接合力を強化する接合力強化工程とをこの順に含むことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
2. 請求項１に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
   前記第２温度は、前記Ａ_１変態点よりも１００℃高い温度以下の範囲内にあることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
3. 請求項１又は２に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
   前記Ａ_１変態点から６００℃に降温するのに１５時間以上かける条件で前記第３温度に徐冷することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
   前記第３温度は、５５０℃以下であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
   前記接合力強化工程終了後に、不活性ガス雰囲気下で前記接合体を冷却することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
   前記第１温度は、１０００℃〜１１００℃の範囲内にあることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
   前記接合体形成工程終了後に、前記接合体を徐冷することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
   前記接合体形成工程と前記接合力強化工程との間に、前記接合体を、前記接合体の組織をより均一にすることが可能な第４温度に加熱する均一化工程と、
   前記均一化工程終了後に前記接合体を室温まで冷却する工程とをさらに含むことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
9. 請求項８に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
   前記第４温度は、１０００℃〜１１００℃の範囲内にあることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
10. 請求項８又は９に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記均一化工程終了後に、前記接合体をＭｓ点まで急冷し、その後前記接合体を徐冷することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記複数の鉄鋼部材における前記接合予定面は、平面であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
12. 請求項１１に記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記接合予定面における算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以下であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記接合体形成工程及び前記接合力強化工程を、真空中又は不活性ガス雰囲気中において行うことを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記鉄鋼材料は、熱間金型用鋼、冷間金型用鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼であることを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記接合体形成工程においては、磁気加熱により前記複数の鉄鋼部材を加熱することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法において、
    前記接合体形成工程においては、サーボモータを用いて前記複数の鉄鋼部材を押圧することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
17. Ｃｒを含有する鉄鋼材料からなる複数の鉄鋼部材が互いに接合された接合体を、前記鉄鋼材料のＡ_１変態点以上の温度に加熱し、次いで前記Ａ_１変態点から６００℃に降温するのに１０時間以上かける条件で６００℃以下の温度に徐冷することで、前記接合体の接合面に存在するＣｒ含有不動態層を消散させて前記接合体における接合力を強化することを特徴とする、鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法。
18. 請求項１〜１６のいずれかに記載の鉄鋼部材の接合方法により接合された接合体又は請求項１７に記載の鉄鋼部材からなる接合体における接合力強化方法により接合力が強化された接合体を用いて鉄鋼製品を製造することを特徴とする鉄鋼製品の製造方法。
19. 請求項１８に記載の鉄鋼製品の製造方法において、
    前記接合体における外方に露出する前記接合面から少なくとも２ｍｍの部分を除去することを特徴とする鉄鋼製品の製造方法。
20. 請求項１８又は１９に記載の鉄鋼製品の製造方法において、
    前記鉄鋼製品は、ダイカスト金型であることを特徴とする鉄鋼製品の製造方法。
21. 請求項２０に記載の鉄鋼製品の製造方法によって製造されたダイカスト金型を用いてダイカスト製品を製造することを特徴とするダイカスト製品の製造方法。