JP6104008B2 - 抵抗熱により接合されたステンレス鋼板製成型品 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Description
特許文献2では、溶接部の変色や耐食性劣化を防止するために不活性ガスを供給した状態で溶接を行なう方法が開示されている。
特許文献3,4では、鋼板中の炭窒化物や各合金成分を制限することにより、溶接熱影響部の結晶粒粗大化を抑制し、継手強度を向上させる技術が開示されている。
図1の(b)は本発明における接合部断面組織の模式図である。後述する鋼の表面状態、結晶粒径、鋼種成分および鋼の物理的性質を調整することにより、接合強度と意匠性を兼ね備えた接合成型品を得ることが可能となる。接合強度を得るための接合界面の形態としては、固相接合界面に残存する酸化物(ボイド)を少なくすること、好ましくは固相接合界面長さに対し、残存酸化物(ボイド)の長さが5%以下となるような調整が必要となる。なおボイドは、板厚1.0mm以下の鋼鈑の接合であれば、接合部断面を結晶粒界が現出する程度にエッチングして、走査電子顕微鏡(SEM)にて観察し、接合界面の黒点(ボイドまたは粒状酸化物)をカウントすることで判定可能である。
ナゲットは、接合界面が完全に溶融しているため、固相接合部よりも接合界面の強度を高い水準で確保することが可能となる。接合界面にナゲットが存在しない場合でも、残存酸化物を抑制すれば、接合強度は得られるが、全接合界面長さに対し、5%以上の界面がナゲットで覆われるよう調整するのが好ましい。接合界面がナゲットで覆われる範囲が多いほど接合強度が高くなるが、抵抗発熱の電流を上昇させ、ナゲットがある一定の大きさを超えると、図1(c)のように、くぼみ(インデンテーション)を生じるとともに、接合強度が逆に低下するようになる。このため、接合部の全板厚に対する板厚方向のナゲット径の割合、すなわちJISZ3139で規定される最大溶け込み率は10%以下とする。なお、本発明の成形品には、残存酸化物が5%以下の固相接合界面が存在するが、ガス成分が接合部分を出入りしないという密封性の点では十分に寄与すると言える。
くぼみの板厚に対する割合は小さいほど減肉による強度低下や、意匠性の劣化を避けることができるため、5%以下とした。くぼみは、図1(c)のように接合断面の観察によって求めることができるが、切断せずに点接触式のマイクロメータにて板厚を測定することによっても簡易的に判定可能である。
素材として用いるステンレス鋼は基本的にはその種類を問わないが、抵抗発熱法による接合に対しては、使用される環境によって、例えば質量%で9〜40%のCrを含むフェライトまたはマルテンサイト系、もしくは質量%で9〜40%のCrと3〜30%のNiを含むオーステナイト系またはオーステナイト+フェライト2相系ステンレス鋼が用いることが可能である。これらの鋼種の具体的な成分組成範囲は前述のとおりである。
フェライトまたはマルテンサイト系の場合、100℃における熱伝導率を20W/m・K以上に調整しておくと、厚いナゲットが形成しにくく、固相接合状態のみまたは固相接合とナゲットの混合状態を、くぼみが生じない範囲で得やすくなる。これは、鋼の溶融に必要な抵抗発熱を与えたのち、即時に板厚方向に熱が拡散するため、加圧力による高温変形を抑制するためと推察される。なお、熱伝導率は、鋼素地の成分調整、すなわち、必要に応じCr、Si、Alの低減や、Cu、Niの添加で調整可能である。
オーステナイト系またはオーステナイト+フェライト2相系ステンレス鋼の場合、25℃における電気抵抗率を70μΩ・cm以上に調整しておくと、より低い入熱で固相接合状態となり、残存酸化物(ボイド)を減少しやすくなる。これは、鋼の固相接合に必要な抵抗発熱が得やすくなるためと推察される。なお、電気抵抗率の調整は、鋼素地の成分調整や鋼板にひずみを加えることにより可能である。すなわち、必要に応じCr、Al、Siの増量や、5%以上の冷間圧延で電気抵抗率を高くすることが可能である。
接合部分に残存酸化物(ボイド)を形成させず、成形品に極力くぼみ(インデンテーション)生じさせないためには、鋼素地の結晶粒径や鋼表面の粗さを調整する必要があることも知見した。すなわち、平均結晶粒径が50μmを超える場合は、加圧力によって鋼素地が高温変形し、くぼみが生じやすくなり、また、表面粗さが0.2μmを超える場合は、接合界面にできる隙間が大きくなってしまいボイドが消失しにくくなる。このため、接合前の鋼材の平均結晶粒径は50μm以下、表面粗さはRaが0.20μm以下に調整されたものとした。
Claims (3)
- 被接合素材の少なくとも一部の板厚が1.0mm以下のステンレス鋼板同士を直接接触させて通電で発生する抵抗熱により一体化した成型品であって、JISZ3139で規定される最大溶け込み率が10%以下、くぼみ(インデンテーション)の板厚に対する割合が5%以下、の両方を満足する抵抗熱により接合されたステンレス鋼板製成型品。
- 被接合素材の少なくとも一部が、質量%で、C:0.0001〜0.10%、Si:0.001〜1.2%、Mn:0.001〜1.2%、P:0.001〜0.04%、S:0.0005〜0.03%、Ni:0〜2.0%、Cr:11.5〜32.0%、Mo:0〜2.5%、Cu:0〜1.5%、Nb:0〜0.8%、Ti:0〜0.4%、Al:0〜6.0%、N:0〜0.05%、Ca、Mg、Y、REM(希土類元素)の合計:0〜0.1%、不純物として含有されるPb、Sn、Znの合計:0〜0.03%、残部がFeおよび不可避的不純物であって、100℃における熱伝導率が20W/m・K以上、平均結晶粒径が50μm以下、表面粗さRaが0.2μm以下のフェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼である請求項1に記載の抵抗熱により接合されたステンレス鋼板製成型品。
- 被接合素材の少なくとも一部が、質量%で、C:0.0001〜0.10%、Si:0.001〜4.0%、Mn:0.001〜2.5%、P:0.001〜0.045%、S:0.0005〜0.03%、Ni:6.0〜28.0%、Cr:15.0〜26.0%、Mo:0〜7.0%、Cu:0〜3.5%、Nb:0〜1.0%、Ti:0〜1.0%、Al:0〜6.0%、N:0〜0.3%、Ca、Mg、Y、REM(希土類元素)の合計:0〜0.1%、不純物として含有されるPb、Sn、Znの合計:0〜0.03%、残部がFeおよび不可避的不純物であって、25℃における電気抵抗率が70μΩ・cm以上、平均結晶粒径50μm以下,表面粗さRaが0.2μm以下のオーステナイト系ステンレス鋼またはオーステナイト+フェライト2相系ステンレス鋼を使用することを特徴とする、請求項1記載の抵抗熱により接合されたステンレス鋼板製成型品。
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