JPH11285860A

JPH11285860A - 酸化雰囲気中液相拡散接合方法

Info

Publication number: JPH11285860A
Application number: JP9023898A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hasegawa; 泰士長谷川; Eiji Tsuru; 英司津留; Yuichi Sato; 有一佐藤; Shigekatsu Ozaki; 茂克尾崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1999-10-19
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: JP3626593B2

Abstract

(57)【要約】【課題】酸化雰囲気中での液相拡散接合を可能にする
Ｖ含有液相拡散接合用合金（インサートメタル）を用い
て炭素鋼あるいは合金鋼を接合する際に、特に接合開先
面の凹凸が大きい場合に発生する、密集あるいは帯状の
溶融複合酸化物の残留に起因する接合継手の強度低下あ
るいは靭性低下を工業的に解決するための接合方法を提
供する。【解決手段】アモルファスインサートメタルを接合箔
として用いる液相拡散接合において、酸素を０．１vol
％以上含む接合部雰囲気で、接合面に５〜５０MPa の応
力を加えながら加熱し、接合面の温度が前記インサート
メタルの融点以上の拡散接合温度に到達した後に、直ち
に接合部への応力を５MPa 以下として２〜１０秒間保持
し、次いで応力を５〜５０MPa として１〜５秒間保持し
た後、応力を１〜１０MPa として接合終了まで少なくと
も３０秒間保持することを特徴とする酸化雰囲気中液相
拡散接合方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の液相拡
散接合に関するものであり、詳しくは炭素鋼及び合金鋼
の液相拡散接合、あるいはこれら合金鋼と炭素鋼の液相
拡散接合に有用であり、酸化雰囲気中での接合が可能で
あって、接合部強度と靭性の優れた継手を得ることがで
きる液相拡散接合方法に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】液相拡散接合は、接合しようとする材料
の間に、箔、粉末あるいはメッキ等の形態で被接合材よ
りも融点の低い共晶組成を有する合金を介在させて加圧
し、挿入合金（以下インサートメタルと称する）の液相
線直上の温度に接合部を加熱することによって溶融、等
温凝固させる接合法であり、固相接合法の一種と考えら
れている。液相拡散接合は比較的低い加圧力で接合でき
ることから、接合による残留応力や、変形を極力避ける
必要のある接合に用いられ、同時に溶接の困難な高合金
鋼、耐熱鋼の接合にも適用されている技術である。

【０００３】液相拡散接合によって接合する材料は、多
くの場合合金組成として０．５０％以上のＣｒを含有す
る。Ｃｒ含有材料は緻密な酸化Ｃｒ（多くの場合Ｃｒ₂
０₃）皮膜を表面に形成するために、耐酸化性、耐食性
が優れているのが特徴である。従って、接合時の加熱に
よっても当然接合面には酸化皮膜が形成されることとな
り、溶融したインサートメタルの濡れが阻害され、接合
に必要な原子の拡散が著しく妨げられる。それ故、従来
は特開昭５３−８１４５８号公報、特開昭６２−３４６
８５号公報、さらに特開昭６２−２２７５９５号公報に
見られるように、いずれも接合の際には雰囲気を真空、
不活性、もしくは還元性に保たねばならず、接合コスト
の著しい上昇を招いていた。

【０００４】本発明者らは研究を重ねた結果、成分とし
てＶを含有するインサートメタルは酸化雰囲気中でも液
相拡散接合が可能であることを見出だした。しかも、Ｖ
はインサートメタルの融点を上昇させる元素ではある
が、他の元素（本発明においては専らＳｉ）を適当に調
整することで、接合性の極めて優れたインサートメタル
を得ることができることを見出だした。

【０００５】Ｖを含有し、Ｓｉ量を増加させた液相拡散
接合用合金箔は殆ど前例が無い。米国特許第３８５６５
１３号にＭ_aＹ_bＺ_cなる組成を有する合金についての
開示がある。式中ＭはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｖ，Ｃｒから
なる群から選ばれる金属であり、ＹはＰ，Ｂ，Ｃからな
る群から選ばれる元素であり、ＺはＡｌ，Ｓｉ，Ｓｎ，
Ｇｅ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｂｅからなる群から選ばれる元素で
あり、ａは約６０〜９０原子％の範囲にあり、ｂは約１
０〜３０原子％の範囲にあり、ｃは約０．１〜１５原子
％の範囲にある。このような材料は、現在周知の処理技
術を用いて溶融物からの急速冷却によって工業的に製造
され、実用化されている。

【０００６】しかしながらこの場合には、Ｖは基材とし
て使用すること及び合金をアモルファス化することを目
的としたものであって、接合用の合金箔として開示され
たものではない。しかも、Ｓｉの含有量が低く、箔の融
点は本発明に比較して相当に高いため、液相拡散接合の
実現は極めて困難である。加えてＢ含有量も本発明とは
全く異なっており、含有量が高いために接合部近傍Ｍ
ｏ、もしくはＣｒ含有合金側に粗大な析出物を生成する
ので、接合強度が本発明の箔を用いて得られる接合部に
比較して全く低いものとなる。また特開昭５３−８１４
５８号公報は、米国特許第３８５６５１３号の合金を箔
の形で提供するものであるが、この場合にはＶを成分と
して含有していないため、酸化雰囲気中での液相拡散接
合は全く不可能である。

【０００７】なお、本発明において「酸化雰囲気」とあ
るのは、接合雰囲気中に体積％で０．１％以上の酸素ガ
スを含有し、酸素分圧が１０^-3以上、即ち還元性のガ
ス、例えばＨ₂，Ｈ₂Ｓ，水蒸気その他を含有している
場合でも酸化力が酸素濃度相当で０．１％以上である雰
囲気を意味している。また「融点」とあるのは、２元以
上の合金においては、特に断わらない限りにおいて、そ
の状態図上での固相線を意味するものとする。

【０００８】本発明者らは既に、上記の知見に基づき、
酸化雰囲気中で液相拡散接合を施工する場合において、
Ｖを０．１〜２０．０原子％含有し、Ｓｉを増加したイ
ンサートメタルを用いれば接合が可能であることを見出
だし、酸化雰囲気中での接合が可能な液相拡散接合用合
金箔に関する技術を特公平６−９７４８号公報で開示し
ている。即ちその要旨とするところは、原子％でＢ：
０．５〜１０．０％未満、Ｓｉ：１５．０〜３０．０
％、Ｖ：０．１〜２０．０％を含有し、あるいは更に、
（Ａ）Ｃｒ：０．１〜２０．０％、Ｆｅ：０．１〜２
０．０％、Ｍｏ：０．１〜２０．０％の１種又は２種以
上、及び／又は（Ｂ）Ｗ：０．１〜１０．０％、Ｃｏ：
０．１〜１０．０％の１種又は２種を含有し、残部は実
質的にＮｉ及び不可避の不純物よりなる組成を有し、厚
さが３．０〜１２０μｍであることを特徴とする、酸化
雰囲気中での接合が可能な液相拡散接合用合金箔であ
り、あるいは加えて実質的にガラス質であるあることを
特徴とする液相拡散接合用合金箔である。

【０００９】ところが、このようにＶを含有する箔を用
いて液相拡散接合を行う場合、確かに添加したＶは被接
合材料の表面に生成する酸化皮膜と複合酸化物を生成す
るが、開先面が平滑でない場合において、液体金属と接
触するように接合時の負荷応力（便宜上、「接合応力」
と称する）を必要な値に高めても、溶融酸化物が十分に
溶融金属中に分散せず、被接合材料と溶融金属の界面に
濃密に残留したり、あるいは余剰溶融金属と共に開先間
から外部に排出されず、等温凝固の最終凝固位置に残留
して帯状に残留する場合があることを見出だした。残留
した複合酸化物は微細に分散すれば継手強度を上昇させ
得るが、密集あるいは合体した場合には接合強度及び靭
性を著しく低下させる場合があり、問題となっている。

【００１０】この溶融複合酸化物は、常に酸化雰囲気中
での接合を可能とするＶ₂Ｏ₅を含有し、被接合材料表
面に生成する酸化皮膜の成分を含有する、融点が６００
〜８５０℃程度の液体酸化物となっていて、酸化雰囲気
中での液相拡散接合に特有な生成物であり、この生成物
なくしては酸化雰囲気中での液相拡散接合は困難であ
る。しかも、その溶融複合酸化物の残留による継手特性
の劣化は、酸化雰囲気中での接合が可能なＶ含有箔に固
有であって、その解決法は全く見出だされていなかっ
た。

【００１１】単なる液相拡散接合の継手の特性改善の観
点からは、特開平５−３１８１４３号公報に鋼材の疲労
強度に優れた接合方法として、接合時の温度、加圧力、
時間を式で規定する技術の開示があるが、酸化雰囲気中
での接合を前提としておらず、接合箔中のＶ添加技術に
関する記述が無く、従って当然Ｖ₂Ｏ₅を含む低融点複
合酸化物に関する記述も全く無い。また特許第２５４１
０６１号には、鋼材の接合方法に関する技術の開示があ
り、接合温度と冷却速度の制御に関する記述はあるもの
の、これもまた酸化雰囲気中での接合に関する技術では
なく、しかも低融点複合酸化物に関しての記述がない。
これらの技術は、いずれも前述の課題を解決できる技術
ではない。

【００１２】この低融点複合酸化物による継手特性劣化
を防止するには、接合開先面をインサートメタルの厚み
よりも小さな凹凸に加工することで平滑とし、これら溶
融酸化物の均一分散あるいは開先面からのアプセットに
よる排出を促す方法が考えられる。しかし、インサート
メタルの厚みが薄い場合において、開先面の精密加工は
工業技術的に困難でかつ高価であり、接合施工コストの
上昇を招くため、本接合技術の工業的実用化には解決す
べき課題が残されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題を解
決するためになしたものであり、その要旨は以下の通り
である。質量％で、少なくともＶ：０．１〜５．０％、
Ｓｉ：１．０〜８．０％、を含有し、さらにＢ：０．５
〜５．０％、Ｐ：０．５〜５．０％の１種または２種を
含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなり、そ
の結晶構造のうち６０％以上が非晶質である、５〜１０
０μｍ厚さのアモルファスインサートメタルを接合箔と
して用いる液相拡散接合において、酸素を０．１ vol％
以上含む接合部雰囲気で、接合面に５〜５０MPa の応力
を加えながら加熱し、接合面の温度が前記インサートメ
タルの融点以上の拡散接合温度に到達した後に、直ちに
接合部への応力を５MPa 以下として２〜１０秒間保持
し、次いで応力を５〜５０MPa として１〜５秒間保持し
た後、応力を１〜１０MPa として接合終了まで少なくと
も３０秒間保持することを特徴とする酸化雰囲気中液相
拡散接合方法。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者らは、この溶融複合酸化
物の高温液体金属中における挙動を詳細に解析した結
果、多くの場合、溶融複合酸化物の残留は、インサート
メタルと被接合材料が反応して生成した液体金属に接合
応力を負荷する際に、接合温度に加熱された開先面が急
激に加圧されることに原因があることを突き止めた。被
接合材料表面あるいは接合金属の等温凝固最終位置に残
留する複合酸化物は、瞬間的な接合時の加圧によって開
先面の凹凸が十分に溶融平滑化されないまま押し付けら
れるため、開先面の凹凸の間隙に残留することが原因で
あることが判明した。

【００１５】すなわち、溶融したインサートメタルが開
先面の凹凸を化学反応で溶融平滑化し、溶融複合酸化物
が泳動排出できる時間的余裕を与えてやればよい。従っ
て、接合温度に達した接合部に直ちに必要な接合応力を
負荷するのではなく、一度開先を保持するのに十分な、
接合応力よりも低い応力を負荷し、十分に開先面を溶融
平滑化した後に必要な接合応力を負荷すればよい。

【００１６】先ず、液相拡散接合に用いる接合箔の成分
について述べる。以下の説明で表示する化学成分量は全
て質量％である。Ｖは、酸化雰囲気中であっても液相拡
散接合を達成するのに必要な元素であって、接合温度に
おいて被接合材料表面に生成した酸化皮膜と溶融複合酸
化物を生成し、拡散元素の被接合材料への拡散を達成す
る。０．１％未満では効果がなく、５．０％を超える場
合には、酸化雰囲気中での接合自体は可能となるもの
の、開先での溶融酸化物量が増大し、本発明に記載の接
合方法をもってしても完全に密集したあるいは帯状の開
先間残留を防止できない。また、インサートメタルの融
点を上昇させて液相拡散接合用合金箔としての接合性能
を低下させるため、上限を５．０％とした。

【００１７】Ｓｉはアモルファス生成能を向上させ、箔
の融点を低下させて接合性能を向上する元素で、１．０
％未満では効果がなく、８．０％を超えて添加すると、
逆に箔の製造特性（主に鋳造性）を低下させるため、
１．０〜８．０％の範囲とした。

【００１８】Ｂ及びＰは被接合材料中に拡散する元素
で、等温凝固実現にも欠かせない元素である。両元素と
も０．５％未満ではインサートメタルの融点が高すぎて
実質的な接合温度が母材の融点に近付くため、液相拡散
接合が不可能となる。５．０％を超えて添加すると、箔
の構造が不安定となり、粗大な硼化物あるいは燐化物を
生成して非晶質構造の箔を生成できないため、それぞれ
０．５〜５．０％の範囲とした。

【００１９】以上の組成からなる合金は、通常の溶解−
鋳造方法では偏析が激しく製造不可能であり、急冷凝固
法などの製造手段を用いて、液体状態での構造をそのま
ま凍結した構造を有するアモルファス構造が不可欠であ
る。また、箔の厚みを１００μｍ以下とすることで６０
％以上が完全な非晶質となることが実験的に判明してお
り、かつ５μｍ未満の厚みでは、実際の開先加工精度に
対応できない場合があるため、本発明の適用対象厚みは
５〜１００μｍとした。

【００２０】勿論、この箔を２枚以上重ね合わせて被接
合材料の開先間に使用することは可能であり、実質的な
接合のための箔の厚みは任意に設定でき、このことは箔
を接合材料として用いる場合の利点である。Ｖを添加し
た箔の効果は、雰囲気の酸素含有量が０．１％以上の場
合に有効であることが実験的に判明しており、これを本
発明の接合部雰囲気とした。

【００２１】次に、接合時の応力負荷の時期と、その値
を規定した理由を以下に述べる。接合継手の温度は、最
低でもインサートメタルの融点以上となることが必要で
あって、液相拡散接合では不可避の条件となる。その融
点はＰを含有するインサートメタルでは概略８００℃以
上で、Ｂのみ含有する箔では約９５０℃以上となる。接
合温度の上限は、被接合材料の融点以下でなければなら
ないから、合金鋼も含めて、約１４００℃以下とするの
が一般的である。

【００２２】この接合温度に開先を加熱する場合、加熱
方法によらず、材料の熱膨脹によって開先は変形する
が、接合の加熱前から開先を突き合わせ、開先先端が互
いに密着するように応力をかけて、インサートメタルの
溶融時に両開先が溶融金属と濡れる必要がある。

【００２３】そのために必要な応力は５MPa 以上であっ
て、これ未満の応力では、開先のみが集中的に例えば誘
導加熱コイルなどによって加熱され、この加熱域からの
材料の拘束を受けて開先が変形する場合、例えば鋼管の
管端同士の突合わせ接合等では開先が局部的に拡管し
て、開先が低温での突合わせ状態を保てなくなる。いわ
ゆるＩ型開先がＶ型開先に変形してしまう場合がある。
このような高温での熱膨脹に起因する変形による開先の
不整合を抑制するために、接合温度に達するまでには最
低５MPa を負荷する必要がある。一方、５０MPa を超え
て負荷する場合、通常の構造用炭素鋼では高温での強度
が不足し、短時間のうちに圧壊してしまい、開先の突合
わせが不可能となるので、上限を５０MPa とした。

【００２４】更に、この応力をＢあるいはＰの拡散を伴
う等温凝固過程の間保持し続ける場合には、短時間のう
ちに開先間が接近して余剰の溶融金属を開先間から排除
する際に、開先の面粗さがインサートメタルの厚みに対
して粗い場合、具体的には凹凸の状態を表面粗さの示度
の一つであるＲmax で表す場合、Ｒmax の値が開先間に
介在させるインサートメタルの厚みを超える場合に、溶
融金属が凹凸の窪みに残留し、密集するかあるいは最終
凝固位置に帯状に残留する。

【００２５】この現象を回避するために、高応力を負荷
し続けて急激な余剰溶融金属排出がおきないように、一
時接合応力を５MPa 以下で１MPa 以上に低下させ、一定
時間保持して十分に複合酸化物を被接合材料表面で生成
させて球状化し、剥離泳動させる時間を与えることが必
要である。この場合の保持時間は２秒間未満では短く、
効果がない。しかし１０秒間を超えると、溶融金属中に
雰囲気からの酸素の固溶が生じ、必要以上に大量の酸化
物を開先間に介在させて、かえって接合部の強度・靭性
を損なうことがあるため、これを２〜１０秒間に限定し
た。

【００２６】続いて、高温で開先を完全に密着させ、等
温凝固を完遂させるために５〜５０MPa の応力を負荷す
る。応力の値が５MPa 未満では、開先間の多少の不整合
を補って塑性変形させ密着させるためには不十分であ
り、５０MPa 超の応力では、直ちに炭素鋼あるいは合金
鋼が圧壊して開先の突合わせが不可能となることから、
その応力範囲を５〜５０MPa とした。なお、この保持時
間は材料の熱間変形能によって制御しなければならない
が、５秒間超の保持では全ての材料がクリープ変形し、
開先面の突合わせ不可能となり、１秒間未満では熱間変
形が十分でなく、開先の密着が生起しないため、保持時
間は１〜５秒の間とした。

【００２７】以上の接合応力負荷の変化の時間では、十
分な液相拡散接合のための等温凝固過程が終了せず、継
手の強度が低下するため、継手の開先を拡散等温凝固の
ために必要な応力である１〜１０MPa で固定して、３０
秒間以上の保持を行うこととした。開先固定のための応
力は１MPa 未満では等温凝固のための拡散促進に効果が
なく、１０MPa 超では鋼材のクリープ変形によって開先
が変形圧壊してしまうため、応力範囲を１〜１０MPa と
した。

【００２８】なお、被接合材料として用いる炭素鋼ある
いは合金鋼の形状は特に制限がなく、開先の形状は５〜
１００μｍのアモルファス箔を介在させることのできる
形状であり、突き合わせる面同士の間にインサートメタ
ルの厚み以上の間隙がないことが必要である。従って、
開先面は単一の面のみからなるものでなくとも良く、傾
斜した複数の面からなることも、曲面であることも可能
である。これに適合した傾斜面を有する箔あるいは曲面
に鋳造された箔を用いることも有効であり、本発明の接
合方法を適用できる可能性は接合開先面の形状によらな
い。

【００２９】また、開先を加熱する手段は特に制限がな
く、高周波誘導加熱、抵抗加熱、通電加熱、照射加熱な
ど非接触あるいは接触式の様々な加熱方法を適用でき、
本発明の効果を十分に発揮させる上で有効である。ま
た、局部加熱に起因する管体拘束などの問題点を解決す
るために、被接合体全体を酸化雰囲気中の炉に保持して
全体を均一に加熱することも可能である。接合後の継手
の冷却にも特に制限がない。

【００３０】

【実施例】表１に示すように、本発明の組成を有する合
金約１００ｇを単ロール法（Ｃｕ合金製３００mm径）に
て急冷し、板幅２〜２１５mm、板厚５０．０μｍの箔と
した。急冷箔の鋳造は、ロール周速を５．０〜１５．０
／ｓの間に保持して行った。得られた箔は板幅と板厚を
それぞれ５点測定して、上記の寸法が得られていること
を確認した後に、ＤＴＡ（示差熱分析装置）で融点を測
定した。融点は表１に示した通りである。

【００３１】次に化学分析で成分を同定した。表１はそ
の分析結果で、単位は質量％である。各箔は何れもＮｉ
を基材としており、各成分の和と１００％との差がＮｉ
と不可避の不純物の合計濃度を意味する。各箔の結晶構
造は上記の製造条件においては非晶質、結晶質、及び部
分的に結晶質と非晶質の混じった構造の何れかになる
が、何れの構造をとるかはその組成で決定される。

【００３２】表２に、本発明合金箔に対する比較合金箔
の成分とその特性を示す。続いて表１の本発明を満足す
るインサートメタル及び表２の比較インサートメタル
（従来型インサートメタルを含む）を用いて液相拡散接
合を実施した。表２の箔の製造方法も表１の本発明箔の
場合と全く同様である。試験片形状としては鋼管、角鋼
管、鉄筋、Ｈ形鋼あるいは種々の厚みの厚板を用い、そ
れぞれ管端、端部、エッジ部を突き合わせての接合試験
に供した。

【００３３】図１に鋼管試験片の接合例を模式的に示
す。すなわち、管軸方向１に対して垂直な面を１面有す
る開先を管端に整形し、この直径５００mm、肉厚２０m
m、長さ２０００mmの鋼管試験体２を２本突き合わせて
試験対となし、試験対のＩ型開先の間に、鋼管の接合端
面と完全に同一のリング状に加工された表３に掲載の化
学成分を有する接合非晶質箔３を１枚挟み込んだ。管端
開先面４の粗さはＲmax 値で１００μｍであり、今回使
用した非晶質箔の厚み５０μｍよりも大きい。従って、
従来の技術をもって接合する場合、酸化雰囲気中での接
合は困難と考えられる。

【００３４】続いて、図２の模式図に示すように、突き
合わせた鋼管試験対５の接合部が最高加熱温度となるよ
うに円形の高周波誘導加熱コイル６で加熱した。加熱に
先立って、鋼管試験対５には鋼管の両端から油圧式プレ
ス装置７によって管軸方向と平行に応力Ｓ１を負荷し
た。高周波誘導加熱には発振装置を用いて鋼管の肉厚、
外径に応じて１分で実施例の実験の接合温度である１２
００℃に加熱できるよう電力を供給した。表４には接合
に用いた鋼管の化学成分を示す。

【００３５】鋼管が接合温度である１２００℃に達する
と同時に開先への負荷応力はＳ２に減じ、ｔ１秒間保持
した後、再び接合応力を増してＳ３とし、ｔ２秒間保持
後、接合応力を減じて継手保持応力Ｓ４とし、その後ｔ
３秒で加熱を中断して放冷した。接合継手の健全性は試
験後に継手を管軸方向と平行方向に切断し、ＪＩＳ１２
Ｃのサブサイズ弧状引張試験片により、室温で引張試験
を実施して、引張強さを母材と比較して判断した。引張
試験片は各継手から１本採取した。

【００３６】表５に、接合条件である開先面の負荷応力
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，ｔ１，ｔ２，ｔ３と継手の引
張強さの評価結果を同時に示した。引張強さが３６０MP
a を下回る場合、被接合材料の母材強度である４５０MP
a の８０％にあたり、これを継手特性のしきい値とし、
継手特性を判断した。継手の表面は接合ままであるた
め、この強度がそのまま真の継手の材料科学的な接合強
度評価にはならないが、実用上の判断基準としては妥当
であると考えられる。

【００３７】表５に示した本発明の接合方法による継手
は、何れも接合部の接合強度が母材並であり、接合強度
が高いことが明らかである。表６は本発明の接合方法を
適用しない場合の比較例であり、接合部の強度は何れも
母材の８０％以下であり、接合継手強度が著しく劣化す
ることが判る。なお、試験的に市販のＶを含有しない非
酸化雰囲気接合用の箔を用いた接合実験を行った。表中
ではインサートメタル種類としてＶを含有しない箔を用
いた実験を区別して記載した。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【表３】

【表４】

【００４０】

【表５】

【００４１】

【表６】

【００４２】以上の結果は、試験体として角鋼管、鉄
筋、形鋼あるいは厚板を用いた場合においてもほぼ同様
であった。表６の比較例中、第１５継手は初期負荷応力
Ｓ１が６０MPa と高かったために、接合温度に達すると
同時に鋼管が圧壊して開先の突合わせが不十分となり、
継手強度が低下した例である。第１６継手は接合温度に
加熱後、接合応力を１０MPa のまま変化させなかったた
め、接合金属中に複合酸化物が残留して継手強度が低下
した例である。第１７継手は接合温度に加熱後、接合応
力を１０MPa から２０MPa へと上昇させ、しかもｔ１を
１５秒と長時間保持したために開先が圧壊して突合わせ
不良となり、継手強度が低下した例である。

【００４３】第１８継手は接合温度に加熱後、開先面平
滑化のための反応時間は十分とれたものの、開先密着の
ための負荷応力Ｓ３が７０MPa と高く、開先が圧壊して
突合わせ不良となり、継手強度が低下した例である。第
１９継手は開先密着のための負荷応力Ｓ３が２MPa と低
く、開先が熱膨脹によって開口したままとなり、突合わ
せ不良となり、継手強度が低下した例である。第２０継
手は開先面平滑化時の応力Ｓ２が０．２MPa と低く、開
先面が鋼管同士で接触しない部分が発生し、従ってイン
サートメタルとは濡れないまま、未接合の継手となって
しまった例である。第２１継手は開先密着の高応力負荷
時の時間が４０秒と長く、開先が圧壊して突合わせ不良
となり、継手強度が低下した例である。

【００４４】第２２継手は拡散と等温凝固のための鋼管
保持時の応力Ｓ４が２０MPa と高かったために、開先が
圧壊して突合わせ不良となり、継手強度が低下した例で
ある。第２３継手は拡散と等温凝固のための鋼管保持時
間ｔ３が５秒と不足したために、液相拡散接合は完全に
達成できず、ろう付け継手部分が生成してしまい、継手
強度が低下した例である。第２４継手は使用したインサ
ートメタルが非酸化雰囲気での接合に使用するものであ
り、Ｖを成分として含有していないために大気雰囲気で
の液相拡散接合が実現できず、継手強度が低下した例で
ある。第２５継手は初期負荷応力Ｓ１が低く、続く開先
面平滑化のための保持の応力Ｓ２が高く、そのまま保持
を続け、等温凝固のための保持応力、時間は正しかった
が、結果として開先が圧壊して突合わせ不良となり、継
手強度が低下した例である。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明は、酸化雰囲気中に
おいても液相拡散接合が可能であり、かつ破断強度が母
材並みの、鋼材の液相拡散接合継手が得られる液相拡散
接合方法を実現するものであって、産業の発展に寄与す
るところ極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼管試験体間に接合用非晶質インサートメタル
を配置した状況を示す模式図。

【図２】本発明の実施例で説明した液相拡散接合実験の
鋼管の軸方向の断面を示す模式図。

【符号の説明】

１：鋼管試験体軸方向２：鋼管試験体３：接合用非晶質箔（インサートメタル）４：鋼管管体の接合開先面５：鋼管試験対６：高周波誘導加熱コイル（断面）７：油圧式開先面応力負荷装置（プレス装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾崎茂克富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、少なくともＶ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：１．０〜８．０％、を含有し、さらにＢ：０．５〜５．０％、Ｐ：０．５〜５．０％、の１種または２種を含有し、残部がＮｉおよび不可避的
不純物からなり、その結晶構造のうち６０％以上が非晶
質である、５〜１００μｍ厚さのアモルファスインサー
トメタルを接合箔として用いる液相拡散接合において、
酸素を０．１vol％以上含む接合部雰囲気で、接合面に
５〜５０MPa の応力を加えながら加熱し、接合面の温度
が前記インサートメタルの融点以上の拡散接合温度に到
達した後に、直ちに接合部への応力を５MPa 以下として
２〜１０秒間保持し、次いで応力を５〜５０MPa として
１〜５秒間保持した後、応力を１〜１０MPa として接合
終了まで少なくとも３０秒間保持することを特徴とする
酸化雰囲気中液相拡散接合方法。