JP6860410B2 - 微量のVを含有するNi−Cr基合金ろう材 - Google Patents
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Description
Cr:15%を超え30%未満
本発明合金においてCrは耐食性改善のため必須元素である。しかしながら、添加量と共に液相線温度を上昇させてしまう。15%以下の添加では耐食性改善が十分でなく、30%以上添加すると液相線温度が過度に上昇してしまう。好ましくは18%を超え28%未満、より好ましくは20%を超え26%未満である。
本発明合金においてPは液相線温度の低下のため必須元素である。しかしながら、過度に共晶組成を超えて添加すると液相線温度は上昇するとともに抗折強度が低下してしまう。3%以下または12%以上の添加量ではいずれも液相線温度が高くなってしまう。好ましくは4%を超え10%未満、より好ましくは5%を超え8%未満である。
本発明合金においてSiは補助的に液相線温度を低下させるためにPと併用して添加できる元素であり、必要に応じて添加できる。しかしながら、Pと同様に過度に共晶組成を超えて添加すると液相線温度は上昇してしまうとともに抗折強度が低下してしまう。8%以上の添加量では液相線温度が高くなってしまう。好ましくは2%を超え7%未満、より好ましくは3%を超え6%未満である。
本発明においてCはろう付け部に残留ポアを生成してしまうため、上限を厳しく規制する必要のある元素である。0.01%以下の含有量とするためには、Crをはじめ高純度の原料を使用する必要があり、コスト高となる。0.06%以上添加するとろう付け雰囲気との反応によると推測されるガスの発生によると考えられる残留ポアが多く生成する。好ましくは0.02%を超え0.05%未満、より好ましくは0.03%を超え0.04%未満である。
本発明合金においてTi,Zrはいずれもろう付け雰囲気ガスと反応し、酸化物や窒化物を形成する元素であり、ろう付け欠陥を発生する元素であるため、その合計の上限を厳しく制限する必要がある元素である。好ましくは0.08%未満、より好ましくは0.06%未満である。
本発明合金においてVはろう材中に混入するCと反応し、ろう材内にCを固定しガスの発生による残留ポアを抑制するための必須元素である。0.01%以下では残留ポアが多く生成し、0.1%以上では雰囲気と反応し、酸化物や窒化物を生成しろう付け欠陥となる。好ましくは0.03%を超え0.09%未満、より好ましくは0.05%を超え0.08%未満である。
本発明合金においてAlは雰囲気と反応し、酸化物を生成しろう付け欠陥となるため、上限を厳しく制限する必要のある元素である。0.01%以上では酸化物によるろう付け欠陥が多くなる。好ましくは、0.005未満、より好ましくは、0.003%未満である。
本発明合金においてOは酸化物としてろう付け欠陥となる元素であり、上限を厳しく規制する必要がある元素である。0.005%以下にするためには水素還元などの高価な特殊処理が必要となり、0.025%以上では酸化物によるろう付け欠陥が多くなる。好ましくは0.006%を超え0.020%未満、より好ましくは0.007%を超え0.015%未満である。
本発明においてNは窒化物としてろう付け欠陥となる元素であり、上限を厳しく規制する必要がある元素である。0.001%以下とするためには特殊な脱窒素処理が必要であり工程費用が高くなり、0.050%以上では窒化物によるろう付け欠陥が多くなる。好ましくは0.003%を超え0.040%未満、より好ましくは0.004%を超え0.030%未満である。
本発明合金においてNbは、Vの補助的な元素として、式(2)のとおり、Vほどではないが、ろう材中に混入するCと反応し、ろう材内にCを固定しガスの発生による残留ポアを抑制するために必要に応じて添加できる元素である。0.1%以上では雰囲気と反応し、酸化物や窒化物を生成しろう付け欠陥となる。好ましくは0.08%未満、より好ましくは0.05%未満である。
本発明合金においてMn,Fe,Co,Mo,Cuは所定の範囲で添加可能な元素である。ただし、Mnは1%以上で酸化物によるろう付け欠陥を多く発生し、Feは30%以上で液相線温度が過度に高くなり、Coは10%以上で原料コスト高となり、Moは5%以上で液相線温度が過度に高くなり、Cuは7.5%以上で抗折強度を低下させる。各元素の好ましい範囲は、Mnが0.1%を超え0.7%未満、Feが10%を超え27%未満、Coが5%未満、Moが4%未満、Cuが5%未満であり、各元素のより好ましい範囲は、Mnが0.15%を超え0.5%未満、Feが15%を超え25%未満、Coが2%未満、Moが3%未満、Cuが3%未満である。
本発明合金において、Nb無添加の場合の0.24V%/C%、Nb添加の場合の(0.24V%+0.13Nb%)/C%は、残留ポアの発生を抑制するために制御すべきパラメータであり、それぞれ0.2未満ではCをろう材中に固定するためのVやNb量が不足し、ガスの発生による残留ポアが多くなり、1.0を超えると過剰なVやNbが雰囲気と反応し、酸化物や窒化物を生成しろう付け欠陥となる。これらパラメータの好ましい範囲は0.3以上0.8以下、より好ましい範囲は0.4以上0.7以下である。なお、VとNbとでは、Cをろう材中に固定する効果が異なるため、それぞれに乗ずる係数が異なっている。
まず、本発明において最も重要である、残留ポアおよびその他の特性に及ぼすV量、Nb量および式(1)、(2)の影響を評価するため、Ni(bal.)−29%Cr−6%P−4%Si、Ni(bal.)−25%Cr−11%P−0.05%Ti−0.005%Al、Ni(bal.)−16%Cr−4%P−0.05%Ti−0.04%Zr−0.009%Alを基本組成とし、C、V、Nb量および式(1)、(2)を変化させた組成の諸特性を評価した。
[遠心鋳造材の作製]
所定の成分に秤量した200gの溶解母材を、1.3Pa(約1×10−2Torr)まで真空引きし、アルゴンで封入した雰囲気(一部の比較例においては、0.13Pa(約1×10−3Torr)まで真空引きし、高純度アルゴンで封入。表中に記載のNo.91)にて、アルミナ製耐火物坩堝中で溶解し、直径35mm、高さ30mmの銅鋳型に遠心鋳造した。
作製した遠心鋳造材から、15mg程度の小片を切り出し、熱分析装置(DTA)により評価した。なお、測定は室温から1200℃まで20℃/minで昇温し、1200℃で5min保持し、その後、−20℃/minで室温まで冷却した。この冷却過程における、初めの発熱ピークの開始温度を液相線温度として評価した。なお、測定はアルゴンフロー中で実施した。液相線温度は1050℃未満をA、1050℃以上をBとした。
作製した遠心鋳造材から、10×10×0.8mmの薄膜試料を切り出した。次に、20×20×10のSUS430のブロックの20×20の面の中央に、対角線がSUS430ブロックと一致するようにこの薄膜試料の10×10の面を接触させて置き、さらにその上から、もうひとつのSUS430の20×20×10のブロックを置いた。なお、上下のSUS430ブロックは、対面する4角の位置が一致するように配置した。これを、加熱炉の中に入れ、ロータリーポンプで27Pa(約2×10-1Torr)まで真空引きし、1100℃まで加熱し、30min保持してろう付けを行なった。
作製した遠心鋳造材から、3×3×3mmの立方体試料を切り出した。次に、直径20mm、厚さ5mmのSUS430の円板の円の中心に、この立方体試料を置き、これを、加熱炉の中に入れ、ロータリーポンプで27Pa(約2×10-1Torr)まで真空引きし、1100℃まで加熱し、30min保持してろう付けを行なった。このろう付け材に、20%の塩水を、35℃で16h噴霧し、その後の発銹状況により耐食性を評価した。発銹の見られないものをA、一部に発銹が認められたものをB、全面に発銹が認められたものをCとした。
作製した遠心鋳造材から、3×3×3mmの立方体試料を切り出した。次に、直径20mm、厚さ5mmのSUS430の円板の円の中心に、この立方体試料を置き、これを、加熱炉の中に入れ、ロータリーポンプで27Pa(約2×10-1Torr)まで真空引きし、1100℃まで加熱し、30min保持してろう付けを行なった。このろう付け部(円板の中心部)を研磨し、光学顕微鏡にて10×10mmの範囲を観察し、30μmを超える粗大な残留ポア、酸化物、窒化物のろう付け欠陥の個数を確認した。合計欠陥個数が0もしくは1個のものをA、2〜5個のものをB、6個以上のものをCとした。
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊
Claims (3)
- 質量%で、
Cr:15%を超え30%未満、
P:3%を超え12%未満、
Si:8%未満(0%を含む)、
C:0.01%を超え0.06%未満、
Ti+Zr:0.1%未満(0%を含む)、
V:0.01%を超え0.1%未満、
Al:0.01%未満(0%を含む)、
O:0.005%を超え0.025%未満、
N:0.001%を超え0.050%未満
を含み、残部Niおよび不可避的不純物からなり、式(1)を満たすことを特徴とするNi−Cr基合金ろう材。
(1)0.2≦0.24V%/C%≦1.0 - 質量%で、
Cr:15%を超え30%未満、
P:3%を超え12%未満、
Si:8%未満(0%を含む)、
C:0.01%を超え0.06%未満、
Ti+Zr:0.1%未満(0%を含む)、
V:0.01%を超え0.1%未満、
Al:0.01%未満(0%を含む)、
O:0.005%を超え0.025%未満、
N:0.001%を超え0.050%未満、
Nb:0.1%未満(0を含まない)
を含み、残部Niおよび不可避的不純物からなり、式(2)を満たすことを特徴とするNi−Cr基合金ろう材。
(2)0.2≦(0.24V%+0.13Nb%)/C%≦1.0 - 質量%で、
Mn:1%未満、
Fe:30%未満、
Co:10%未満、
Mo:5%未満、
Cu:7.5%未満
を含むことを特徴とする請求項1もしくは2のいずれか1項に記載のNi−Cr基合金ろう材。
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