JPH07290274A

JPH07290274A - ぬれ性に優れたＮｉ基耐熱ロウ材

Info

Publication number: JPH07290274A
Application number: JP10920094A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tanaka; 隆田中; Yutaka Morimoto; 裕森本; Nobutaka Yurioka; 信孝百合岡
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【目的】表面に緻密な酸化皮膜などを形成する耐酸化
性の良好なＡｌ含有ステンレス鋼や超合金などに使用す
るロウ材で、特にぬれ性に優れたＮｉ基耐熱ロウ材を提
供する。【構成】重量％で、Ｍｎを１〜１５％、Ｃｒを１０〜
２３％、Ｓｉを５〜１２％含有し、必要に応じてさらに
５％以下のＺｒ、５％以下のＴｉ、１％以下のＲＥＭ、
４０％以下のＦｅ、４０％以下のＣｏ、１０％以下のＭ
ｏ、１０％以下のＷ、５％以下のＡｌの１種以上を含有
し、残部がＮｉである耐熱ロウ材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面に緻密な酸化皮膜
などを形成する耐酸化性の良好なＡｌ含有ステンレス鋼
や超合金などをロウ付する際に使用するロウ材で、特に
ぬれ性に優れたＮｉ基耐熱ロウ材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｎｉ基耐熱ロウ材は、主にステン
レス鋼や超合金のロウ付に使用されてきた。ＪＩＳ規格
（ＪＩＳＺ３２６５）に代表されるように融点降下元
素としてＢ、Ｓｉ、Ｐなどを含有し、高温強度に優れ、
耐酸化性、耐食性にも優れている。そのため、高温に使
用される熱交換器やガスタービン、航空機部品、原子炉
機器などを製作するときのロウ付にＮｉ基耐熱ロウ材は
広く使われている。

【０００３】Ｂ、Ｓｉ、Ｐなどは、ロウ材の融点を下
げ、流動性を与える元素として貴重なものであるが、一
方、ロウ付された部品の使用環境によっては、それら元
素がロウ付継手部の高温強度の低下を招いたり耐酸化性
を劣化させることがある。例えば、Ａｌを含有して表面
に緻密な酸化皮膜を形成することにより耐酸化性に優れ
ているステンレス鋼や超合金を、Ｂを含有するＮｉロウ
材（ＢＮｉ−１、１Ａ、２、３、４）でロウ付するとロ
ウのぬれ性は良好であるが、そのロウ付部はＢ化合物を
形成してロウ付部の耐酸化性は著しく低下する。したが
って、酸化性の厳しい雰囲気に曝される場所にはＢ入り
Ｎｉロウ材を使用することは適切ではない。

【０００４】Ｓｉを含有するＮｉロウ材（ＢＮｉ−５）
は固相線温度が約１０８０℃と高く、高温での継手強度
の観点からすれば良好なロウ材ではあるが、表面にＡｌ
の酸化皮膜などを形成してぬれ性の悪いような材料に対
するロウ材としてはぬれ性に不十分な点がある。Ｐを含
有するＮｉロウ材（ＢＮｉ−６、７）は、固相線温度が
約８７５℃〜８９０℃と低くロウ付温度を低く設定でき
る利点はあるが、継手部の高温強度に難点がある。

【０００５】以上のように、現状のＮｉ基耐熱ロウ材で
は、高温でしかも酸化性雰囲気で使用されるＡｌなどを
含有するステンレス鋼や超合金のロウ付に対応すること
はできない。

【０００６】なお特開昭６４−５３７９６号公報には、
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉを基にし、それにＡｌ、Ｆｅ、Ｃｏを
それぞれ組み合わせて添加した耐熱ロウが開示されてい
る。このロウ材ではＡｌを含有しているためロウ付部の
耐酸化性は良好ではあるが、Ａｌ含有のためその流れ性
は良くなく、したがってぬれ性も悪い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ａｌ
などを含有して表面に緻密な酸化皮膜を形成しロウ材の
ぬれ性の良くないステンレス鋼や超合金のロウ付に対し
て、ぬれ性の良好なＮｉ基耐熱ロウ材を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｎｉ−Ｃｒ−
Ｓｉロウ材成分にＭｎを適当な量だけ添加し、表面にＡ
ｌ酸化物を形成するような材料であってもロウ材は良好
なぬれ性を発揮することを特徴とする。即ち、本発明の
要旨とするところは重量％で、Ｍｎを１〜１５％、Ｃｒ
を１０〜２３％、Ｓｉを５〜１２％含有し、必要に応じ
てさらに５％以下のＺｒ、５％以下のＴｉ、１％以下の
ＲＥＭ、４０％以下のＦｅ、４０％以下のＣｏ、１０％
以下のＭｏ、１０％以下のＷ、５％以下のＡｌの１種以
上を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる
ことを特徴とするぬれ性に優れたＮｉ基耐熱ロウ材にあ
る。

【０００９】

【作用】本発明者らは、母材の表面にＡｌ酸化物があっ
ても耐酸化性を損なわず、しかも高温強度も低下しなく
てぬれ性が良好になるロウ材成分を見つけるためにＮｉ
−Ｃｒ−Ｓｉ系を基本成分として研究を進めてきた。そ
れは、ＢＮｉ−５ロウ材のぬれ性をＭｎ添加でＭｎの蒸
発現象を利用してＡｌ酸化皮膜を破壊するというメカニ
ズムによりＡｌ含有ステンレス鋼のぬれ性が改善できる
と考えた。本発明のＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉの基本成分系はＪ
ＩＳ規格に規定されるＢＮｉ−５を基本としているが、
Ｍｎ添加によるぬれ性、耐酸化性、高温強度、靱性など
の変動を考慮してそれらの成分範囲は多少変化してい
る。

【００１０】Ｃｕ合金ロウ材の中には、Ｍｎを含有する
ロウ材が存在するが、その目的はＭｎ添加によるＣｕ合
金の融点降下であり、本発明で後述するＭｎの蒸気圧を
積極的に利用するものではない。また、ベースになる元
素が本発明ではＮｉであり、根本的にＣｕ合金ロウ材と
は成分系の異なるロウ材で使用温度も異なる。以上のこ
とよりＮｉをベースにするＮｉ基ロウ材にＭｎを添加し
てぬれ性を改善する技術は従来までになかった技術であ
る。以下各成分範囲の規定理由について述べる。

【００１１】Ｃｒ：ロウ付部の高温耐酸化性向上のため
に添加するが、Ａｌ含有ステンレス鋼、例えば２０％Ｃ
ｒ−５％Ａｌステンレス鋼なみのＣｒを添加することに
より母材と同等の耐酸化性を維持する。１０％未満では
２０％Ｃｒ−５％Ａｌステンレス鋼なみの高温耐酸化性
を期待することはできず、また２３％を越えて添加する
とロウ付部の延性が低下し、靱性が劣化する。このた
め、Ｃｒの添加範囲を１０〜２３％とした。

【００１２】Ｓｉ：ロウ材の融点を降下させるものであ
り、ロウ付性を維持するために必要な元素である。５％
未満では融点降下度が不十分でロウ付性が悪くなり、一
方、１２％を越えるとロウ付部も劣化し脆くなり、ロウ
流れ性も悪くなる。以上のようなことより、Ｓｉの含有
量を５〜１２％とした。

【００１３】Ｍｎ：ロウ材のぬれ性を向上させるために
添加するものである。１％未満では、際だってロウ材の
ぬれ性を向上させるところまでは行かない。また、１５
％を越えるとかえってぬれ性が低下しロウ付部の劣化も
著しくなり脆くなる。したがって、Ｍｎの添加範囲は、
１〜１５％がロウ材としての適正範囲である。

【００１４】Ａｌを含有するステンレス鋼は、たとえ高
真空中でロウ付する場合でもロウ材が溶融する前にステ
ンレス鋼表面に薄いＡｌの酸化皮膜が生成する。また、
溶融ロウ材の表面にも、母材が希釈されて浸入してくる
Ａｌにより同様にＡｌ酸化皮膜が形成される。これら酸
化皮膜は、ロウ材のぬれ性を阻害し、ロウの流れ性を悪
くする。したがって、ロウのぬれ性を向上させるために
は、Ａｌの酸化皮膜を除去できれば良い。Ｍｎは、高温
において比較的蒸気圧の高い金属元素である。Ｎｉ−Ｃ
ｒ−Ｓｉロウ材にＭｎを添加したロウ材は、溶融したと
きに溶融ロウ材中のＭｎの蒸発現象が激しくなり、表面
のＡｌ酸化皮膜を破壊する。また、溶融ロウ材の液相と
母材表面との界面においてもＭｎの蒸発現象によりＡｌ
の酸化皮膜が破壊され液相がより前方に広がる。以上の
ことよりＭｎを含有するロウ材は液相が広がり易くぬれ
性が向上し、母材とよくぬれて良好なロウ付が成し遂げ
られる。

【００１５】また、Ｍｎ添加を行った上に、特開平４−
１５７０８９号公報に開示されているようにそれぞれ５
％以下のＺｒやＴｉのような活性金属を添加しても良好
なぬれ性が得られるし、１％以下のＲＥＭ（Ｙを含む稀
土類元素）を添加するとぬれ性と同時に耐酸化性も向上
する。また、Ｍｎ添加の他にそれぞれ４０％以下のＦｅ
やＣｏの添加は融点を上昇させぬれ性を維持しながら高
温強度の向上に役立つ。それぞれ１０％以下のＭｏやＷ
などの高温強度を維持する元素とＭｎを同時に添加する
と高温強度を維持しながらぬれ性を確保できる。Ｍｎと
５％以下のＡｌの同時添加は、Ａｌによる耐酸化性の向
上を図りながら、Ａｌによるぬれ性の低下をＭｎにより
補うこともできる。また上記各元素は１種以上を複合的
に添加することもできる。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例と比較例のロウ材成分と拡が
り性実験の結果を表１に示す。ロウ材Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１
２までは本発明に基づくロウ材成分であり、Ａ１〜Ａ４
まではＭｎの含有量を変化させている。Ａ５〜Ａ１２ま
ではＭｎ含有量を一定にして種々の合金成分を添加して
いる。Ｂ１〜Ｂ４までは本発明に対する比較例である。
比較例のＢ１は市販のＮｉ基ロウ材のＢＮｉ−５相当品
である。それぞれのロウ材はロウ付可能なようにガスア
トマイズ法により粉末状に成形された。

【００１７】

【表１】

【００１８】拡がり性試験は以下の要領で行った。ま
ず、５％Ａｌを含む２０％Ｃｒフェライト系ステンレス
鋼を母材として、図１（ａ）に示すように母材１上に約
１００μｍの直径を有するロウ材粉末２を乗せてロウ付
熱処理を行う。ロウ付熱処理後、図１（ｂ）に示すよう
に溶けて流れて広がったロウ材３の面積Ｓを計測し、そ
の面積Ｓをロウ付前の球状ロウ材粉末の投影面積Ｓ₀ で
割った数値Ｗ（＝Ｓ／Ｓ₀ ）を拡がり係数と呼び、その
ロウ材粉末の今回使用した母材に対するぬれ性の指標と
した。この拡がり係数Ｗが大きければ大きいほどぬれ性
が良好であると判断できる。ロウ付熱処理は、１１８０
℃で１５分間、１０^-5ｔｏｒｒ台の真空中で行われた。

【００１９】Ｍｎが含有されたロウ材はＡ１２を除い
て、含有されていないロウ材比較例Ｂ１（ＢＮｉ−５）
に比べて拡がり係数が約２０％以上も大きくなってお
り、ぬれ性が改善されていることがわかる。比較例Ｂ２
に示すＭｎを０．５％含有する場合では、拡がり性に目
だった効果がない。１％以上になると拡がり性は格段に
改善される。しかし、１５％を越えて１７％以上（比較
例Ｂ３、４）になると拡がり性はむしろ低下する傾向に
ある。実施例からみるとＭｎの拡がり性に良好な影響を
及ぼす範囲は１〜１５％である。また、ＭｎとＡｌの同
時添加の場合は拡がり性は比較例Ｂ１のＢＮｉ−５と同
程度であり、Ａｌによる拡がり性の低下をＭｎ添加で補
っていると考えられる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＭｎを含
有したＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系ロウ材は、従来までのＢＮｉ
−５ロウ材に比べてぬれ性が著しく改善される。特に、
Ａｌを含有するようなステンレス鋼や超合金に対して、
従来までのＮｉ基耐熱ロウ材では母材表面のＡｌ酸化物
皮膜の形成によりぬれ性が阻害されていたが、本発明の
Ｍｎを含有するＮｉ基耐熱ロウ材を使えばぬれ性が改善
され、十分に有効なロウ付が可能である。また、ロウ付
部にＲＥＭやＡｌが含有されている場合は耐酸化性にも
優れた働きがあり、高温酸化性雰囲気で使用されるロウ
材としても適している。また、ロウ付部にＦｅ、Ｃｏ、
Ｍｏ、Ｗなどが含有されていると高温強度の向上にも有
益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロウ材の拡がり性の試験方法を示す図で、
（ａ）は熱処理前、（ｂ）は熱処理後

【符号の説明】

１母材２ロウ材粉末３溶けて流れて広がったロウ材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｍｎを１〜１５％、Ｃｒを１
０〜２３％、Ｓｉを５〜１２％含有し、残部がＮｉおよ
び不可避的不純物からなることを特徴とするぬれ性に優
れたＮｉ基耐熱ロウ材。
【請求項２】さらに５％以下のＺｒ、５％以下のＴ
ｉ、１％以下のＲＥＭ、４０％以下のＦｅ、４０％以下
のＣｏ、１０％以下のＭｏ、１０％以下のＷ、５％以下
のＡｌの１種以上を含有することを特徴とする請求項１
記載のぬれ性に優れたＮｉ基耐熱ロウ材。