JPH09323190A

JPH09323190A - 酸化雰囲気中で接合可能なＦｅ基材料の液相拡散接合用合金箔

Info

Publication number: JPH09323190A
Application number: JP14203896A
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: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 1997-12-16
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JP3434126B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、厚鋼板、鋼管、条鋼、鉄筋、棒鋼
等のＦｅ基材料を接合対象として、大気中で短時間に、
均質な組織を有し十分な接合強度を有する接合部を確保
できる、酸化雰囲気中で接合可能なＦｅ基材料の液相拡
散接合用合金箔を提供する。【解決手段】原子％で、Ｂ：１．０〜２０．０％、Ｓ
ｉ：１．０〜２０．０％、Ｖ：０．１〜２０．０％を必
須成分として含有し、残部は実質的にＦｅおよび不可避
の不純物からなる組成を有し、厚さが３．０〜１００μ
ｍであることを特徴とするもの。必要に応じてＣｒ、Ｎ
ｉ、Ｃｏの一種または二種以上、または／およびＷ、Ｎ
ｂ、Ｔｉの一種または二種以上を選択的に適量含有させ
る。組織の結晶構造が実質的に非晶質のものがより有
効。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚鋼板、鋼管、棒
鋼（鋼線、鉄筋を含む）等のＦｅ基材料を接合対象とし
て、酸化雰囲気中での液相拡散接合を可能とし、接合強
度に優れた接合部を短時間で得ることができる液相拡散
接合用合金箔に関するものである。

【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１種と
考えられている。この液相拡散接合は、比較的低い加圧
力で接合できることから、従来、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、主と
して同時に溶接の困難な高合金鋼、耐熱鋼あるいはこれ
らと炭素鋼との接合に適用されている。一方、炭素鋼か
らなる一般鋼材どうしの接合手段としては、従来から各
種の溶接が主流であり、液相拡散接合が適用されている
例は少ない。

【０００３】液相拡散接合は、合金組成として０．５０
％以上のＣｒを含有する被接合材料の接合に適用されて
いる場合が多い。このＣｒ含有材料は緻密な酸化Ｃｒ
（多くの場合Ｃｒ₂Ｏ₃）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。し
たがって、接合時の加熱によっても当然ながら接合面に
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、良好な接合部を得ることは困難であっ
た。

【０００４】そのため、従来、特開昭５３−８１４５８
号公報、特開昭６２−３４６８５号公報、更に特開昭６
２−２２７５９５号公報に見られるように、何れも液相
拡散接合の際、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。

【０００５】本出願人は、ステンレス鋼、高ニッケル基
合金、耐熱合金鋼あるいはこれらの合金鋼を接合対象と
して液相拡散接合を適用する場合において、大気中で酸
化被膜が被接合材表面に生成していても液相拡散接合が
可能で、接合コストを低減しながら良好な接合部を短時
間に得られる液相拡散接合を提供するために種々研究を
重ねた結果、Ｖを０．１〜２０．０原子％含有し、Ｓｉ
を増量したインサートメタルを用いれば、大気中など酸
化雰囲気中でも液相拡散接合が可能であることを見い出
した。

【０００６】すなわち、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い出
し、先に特開平２−１５１３７７号公報、特開平２−１
５１３７８号公報、特開平２−１８５９４０号公報、特
開平７−２６８５２１号公報、特開平７−２７６０６６
号公報等に開示されるような、主としてステンレス鋼、
高ニッケル基合金、耐熱合金鋼あるいはこれらの合金鋼
と炭素鋼の液相拡散接合に用いられるＮｉベースのＶ、
Ｓｉを含有する酸化雰囲気中で接合可能な液相拡散接合
用合金箔を提案した。しかし、これらのＮｉベースの液
相拡散接合用合金箔は、上記したように主としてステン
レス鋼、高ニッケル基合金、耐熱合金鋼を接合対象とし
て、用いられるものでありＮｉをベースとするものであ
る。

【０００７】本発明者らは、最近、狭隘な場所で例えば
炭素鋼による鋼管、鉄筋、厚板などの鋼材で代表される
Ｆｅ基材料を、より短時間でかつ十分な接合強度を確保
しつつ低コストで接合することの要請が高まってきてお
り、従来の各種の溶接による接合によってはこの要請に
十分に応えられないとの認識に基づいて、Ｆｅ基材料を
接合対象として大気中での液相拡散接合の適用について
検討した。その結果、これらのＦｅ基材料を液相拡散接
合する場合に、上記Ｎｉベースの液相拡散接合用合金箔
をインサートメタルとして用いた場合には、被接合材間
にＮｉ相が介在して接合組織が不均質になり、接合時間
が長くなるとともに、接合強度、靭性にも影響すること
から、上記の要請に十分に応えることは困難であること
を確認するに至った。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、例えば炭素
鋼による厚鋼板、鋼管、棒鋼（鋼線、鉄筋を含む）等の
鋼材で代表されるＦｅ基材料を接合対象として、酸化雰
囲気で短時間に、均質な組織を有し十分な接合強度を有
する接合部を確保できる、酸化雰囲気中で接合可能なＦ
ｅ基材料の液相拡散接合用合金箔を提供するものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｆｅをベース
とし、Ｂ、Ｓｉ、Ｖを必須成分として含有する、酸化雰
囲気中で接合可能なＦｅ基材料の液相拡散接合用合金箔
であり、第一の発明は、原子％で、Ｂ：１．０〜２
０．０％、Ｓｉ：１．０〜２０．０％、Ｖ：０．１〜
２０．０％を含有し、残部は実質的にＦｅおよび不可避
の不純物からなる組成を有し、厚さが３．０〜１００μ
ｍであることを特徴とする。

【００１０】第二の発明は、原子％で、Ｂ：１．０〜
２０．０％、Ｓｉ：１．０〜２０．０％、Ｖ：０．１
〜２０．０％を含有し、Ｃｒ：０．１〜２０．０％、Ｎ
ｉ：０．１〜１５．０％、Ｃｏ：０．１〜１５．０％の
一種または二種以上を含有し、残部は実質的にＦｅおよ
び不可避の不純物からなる組成を有し、厚さが３．０〜
１００μｍであることを特徴とする。

【００１１】第三の発明は、原子％で、Ｂ：１．０〜
２０．０％、Ｓｉ：１．０〜２０．０％、Ｖ：０．１
〜２０．０％を含有し、Ｗ：０．１〜１０．０％、Ｎ
ｂ：０．１〜１０．０％、Ｔｉ：０．１〜１０．０％の
一種または二種以上を含有し、残部は実質的にＦｅおよ
び不可避の不純物からなる組成を有し、厚さが３．０〜
１００μｍであることを特徴とする。

【００１２】また、第四の発明は、原子％で、Ｂ：
１．０〜２０．０％、Ｓｉ：１．０〜２０．０％、Ｖ
：０．１〜２０．０％を含有し、Ｃｒ：０．１〜２
０．０％、Ｎｉ：０．１〜１５．０％、Ｃｏ：０．１〜
１５．０％の一種または二種以上を含有し、さらにＷ：
０．１〜１０．０％、Ｎｂ：０．１〜１０．０％、Ｔ
ｉ：０．１〜１０．０％の一種または二種以上を含有
し、残部は実質的にＦｅおよび不可避の不純物からなる
組成を有し、厚さが３．０〜１００μｍであることを特
徴とする。

【００１３】そして、第五の発明は、組織の結晶構造が
実質的に非晶質であることを特徴とする第一の発明、第
二の発明、第三の発明、第四の発明のいずれかに記載の
酸化雰囲気中で接合可能なＦｅ基材料の液相拡散接合用
合金箔である。

【００１４】なお、本発明において、「Ｆｅ基材料」と
は、Ｆｅを原子％で５０％以上含有している各種の炭素
鋼による鋼材を意味している。「実質的に非晶質」と
は、組織の結晶構造の５０％以上が非晶質になっている
ものを意味している。「液相拡散接合」とは、拡散ろう
付けを含むものであり、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
させる接合法であるが、溶融とは完全溶融の場合のみで
はなく、５０％以上の溶融を含んでいる。

【００１５】「酸化雰囲気」とは、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
^-3atm 以上、すなわち還元性のガス、例えばＨ₂，Ｈ₂
Ｓ，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」とは、２元以上の合金においては、その状
態図上での固相線を、特に断わらない限りにおいて意味
するものとする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は、上記の特開平２−１５
１３７７号公報、特開平２−１５１３７８号公報、特開
平２−１８５９４０号公報、特開平７−２６８５２１号
公報、特開平７−２７６０６６号公報等に開示されるよ
うな、ＮｉベースのＶ、Ｓｉを含有する液相拡散接合用
合金箔で得られる効果に着目し、Ｆｅ基材料を接合対象
として、Ｎｉ相による組織不均一などの問題を生じな
い、液相拡散接合用合金箔について種々検討を重ね本発
明に到達した。

【００１７】本発明では、被接合材のＦｅ基の組織に対
して組織不均一の問題を生じるＮｉを含有させる場合は
原子％で０．１〜１５％の範囲に抑え、接合対象である
Ｆｅ基材料と同様、Ｆｅベースとし、これに拡散元素で
低融点化に寄与するＢ、低融点化に寄与するＳｉ、酸化
被膜の影響を軽微にするＶを必須成分として含有する、
Ｆｅベースの酸化雰囲気中で接合可能なＦｅ基材料の液
相拡散接合用合金箔であり、これらの成分に主として接
合部の耐食性を高めるＣｒ、Ｎｉ、Ｃｏの一種または二
種以上を、あるいは主として接合部強度を高めるＷ、Ｎ
ｂ、Ｔｉの一種または二種以上を選択的に含有させ、さ
らに接合部の耐食性を高めるＣｒ、Ｎｉ、Ｃｏの一種ま
たは二種以上と、主として接合部強度を高めるＷ、Ｎ
ｂ、Ｔｉの一種または二種以上を同時に含有させるもの
である。

【００１８】これらの選択成分は、接合対象の成分組
成、接合部に求められる特性等に応じて組み合わせ、適
量含有させる。拡散原子としては、Ｂ、Ｐが知られてい
るが、本発明では、接合温度が１０５０〜１３００℃で
Ｐの場合より２００℃以上高くなるが、Ｐの場合より拡
散係数が大きく接合時間を大幅に短縮して接合強度を大
幅に高められるＢを拡散原子として選択する。

【００１９】以下に本発明で用いる各成分について、含
有させる目的と含有量について、説明する。（１）Ｆｅベース（Ｆｅが原子％で５０％以上含有）と
する。被接合材がＦｅ基材料（Ｆｅが原子％で５０％以
上含有する炭素鋼による鋼材）であり、Ｎｉベースとし
た場合のようなＮｉ相の介在による組織の不均質がな
く、接合時間を短縮するとともに、接合強度を容易に確
保できる。

【００２０】（２）Ｂは１．０〜２０．０％とする。Ｂ
は液相拡散接合を達成するために必要な等温凝固を実現
するための拡散原子として、あるいは融点を被接合材よ
りも低くするために必要な元素であり、それぞれの目的
のためには１．０％以上含有させることが必要である
が、本発明者らは詳細な研究によって２０．０％を超え
て含有させると、被接合が材Ｍｏ、Ｃｒを含有する場合
には接合部近傍のＭｏ、Ｃｒ含有合金側に粗大な硼化物
が生成し、接合部強度が低下するので、１．０〜２０．
０％とした。

【００２１】（３）Ｓｉは１．０〜２０．０％とする。
Ｓｉは、融点を降下させための有効元素であり、Ｖを多
く含有することにより融点が比較的高くなって接合時間
が長くなることを防止する。１．０％未満ではその効果
は軽微である。２０．０％超では、酸化雰囲気中での液
相拡散接合の際にインサートメタル中にＳｉを含む粗大
な酸化物を生成し、接合部強度および靱性を劣化させ
る。

【００２２】（４）Ｖは、０．１〜２０．０％とする。
Ｖは、被接合材表面の酸化被膜物（Ｆｅ₂Ｏ₃）を、低
融点複合酸化物Ｖ₂Ｏ₅−Ｆｅ₂Ｏ₃（融点約８００
℃）とする。したがって、接合温度（９００〜１２００
℃）では溶融し、液相中では表面張力の差によって球状
化することにより、Ｆｅ基材料と溶融インサートメタル
との濡れを良くする。拡散原子Ｂは、このため、表面酸
化皮膜の影響をほとんど受けることなく、球状化酸化物
の間を自由に拡散し、酸化雰囲気中における液相拡散接
合を実現させる極めて重要な元素である。０．１％未満
では酸化皮膜を溶融させるに不十分であるために効果が
なく、２０．０％を超えて添加するとインサートメタル
の融点が１３００℃を超えてしまい液相拡散接合が実質
的に不可能となる。

【００２３】（５）Ｃｒは０．１〜２０．０％とする。
Ｃｒは、主として耐食性、耐酸化性を高めるためのもの
である。０．１％未満では効果が不十分であり、２０．
０％を超えると合金箔の融点が著しく上昇してしまい、
製造性を悪化させ、液相拡散接合温度を実用的な範囲を
逸脱した極めて高い温度（１３００℃以上）に高めてし
まう。

【００２４】（６）Ｎｉは０．１〜１５．０％とする。
Ｎｉは主として耐食性、耐酸化性を高めるためのもので
あり、０．１％未満ではその効果が不十分であり、１
５．０％超では、Ｎｉ相の介在により組織の均質性を阻
害する。接合時間が長くなり、また接合部強度の低下の
原因にもなる。

【００２５】（７）Ｃｏは０．１〜１５．０％とする。
Ｃｏは、主として耐食性、耐酸化性を高め、強度を付与
するために含有させる。０．１％未満ではその効果が不
十分であり、１５．０％超では、インサートメタル中に
粗大な金属間化合物が生成して接合部靭性を阻害する。

【００２６】（８）Ｗ、Ｎｂ、Ｔｉはそれぞれ０．１〜
１０．０％とする。Ｗは、接合部の強度を高めるための
ものである。０．１０％未満では効果がなく、１０．０
％超では樹枝状晶間偏析に起因する粗大Ｌａｖｅｓ相析
出によって材料の高温強度がかえって低下する。Ｎｂ
は、炭化物、窒化物あるいは炭窒化物として基材中に分
散する場合、靭性向上に効果がある。０．１％未満では
効果不十分であり、１０．０％超では粗大な金属間化合
物が生成して接合部靭性を著しく阻害する場合がある。
Ｔｉは、接合部の強度を高めるためのものであり、炭化
物、窒化物として均一分散させると靭性を高める。０．
１％未満では効果不十分であり、１０．０％超では粗大
な金属間化合物が生成して接合部靭性を著しく阻害する
場合がある。

【００２７】以上の成分組成からなる本発明の液相拡散
接合用合金箔は、良好な接合部を得るために、液相拡散
接合時に均一に溶融する必要がある。不均一な組成で、
合金成分の偏析がある場合には、インサートメタルの融
点が接合部の位置によって異なることになり、均質な接
合界面が得られず良好な接合部が得なれないことにな
る。実際には不均一な組成で、合金成分の偏析があると
いうことを考慮すると、結晶構造を非晶質にすることが
好ましい。均一な組成のものが容易に得られる場合に
は、結晶構造は非晶質であることは不可欠ではない。本
発明の液相拡散接合用合金箔は、インサートメタルとし
て種々の形状で提供することが可能である。

【００２８】第一の発明乃至第五の発明の何れかの成分
を有する合金は、例えば液体急冷法によって、容易に非
晶質の合金箔として製造することができる。ここで採用
される基本的製造方法としては、合金の溶湯をノズルを
介して冷却基板状に噴出し、熱的接触によって冷却凝固
させる液体急冷法のうち、冷却基板として一個の冷却ロ
ールを用いる、簡易な単ロール法が適している。

【００２９】他に、ドラムの内壁を使う遠心急冷法やエ
ンドレスタイプのベルトを使用する方法や、これらの改
良型、例えば補助ロールや、ロール表面温度制御装置を
付属させた方法、あるいは減圧下ないし、真空中または
不活性ガス中での鋳造もそれに含まれる。また、一対の
ロール間に溶湯を注入して急冷凝固させる双ロール法も
適用できる。また、合金を、真空溶解して鋳造し、得ら
れた鋳片を通常の方法で圧延、焼鈍して、合金箔の形態
で提供することも可能である。

【００３０】上記のようにして得られる合金箔の厚み
は、薄いほど接合部近傍における機械的特性の変化が少
なく、接合に要する時間も短かくできるので、液相拡散
接合に有利であるが、３．０μｍ未満の場合にはＶの絶
対量が被接合材表面の酸化皮膜を無害化するに不十分と
なり、１００．０μｍ以上では液相拡散接合終了までに
要する時間が１０時間以上となってしまい、実用的でな
いことから３．０〜１００μｍの厚みとすることが好ま
しい。本発明は、液相拡散接合用の合金箔に関するもの
であるが、大気中で接合が可能であることから、拡散ろ
う付けの接合法に応用しても有用である。

【００３１】

【実施例】本発明の液相拡散接合用合金を用い、Ｆｅ基
材料を被接合材とする液相拡散接合を実施した。実施条
件と実施結果を、比較例の場合とともに表、図を用いて
以下に説明する。本発明の第一の発明乃至第四の発明の
何れかの成分組成（原子％）有する、合金約１００ｇ
を、単ロール法（冷却ロール：Ｃｕ合金製３００mm径）
にて急冷して、板幅２〜２１５mm、板厚３〜１００μｍ
の実質的に非晶質の結晶構造を有する合金箔とした。

【００３２】この際の冷却ロールの周速は５．０〜１
５．０ｍ／ｓの間に保持した。この実施例での本発明合
金箔の成分組成（原子％）は表１に示す通り、何れもＦ
ｅを基材としており、表１中の各成分の和と１００％と
の差がＦｅと不可避の不純物の合計濃度を意味する。

【００３３】本発明合金箔に対する比較合金箔の成分組
成（原子％）は表２に示した。本発明合金箔と同様、何
れもＦｅを基材としており、表２中の各成分の和と１０
０％との差がＦｅと不可避の不純物の合計濃度を意味す
る。表２の比較合金箔は表１の本発明合金箔の場合と全
く同様にして製造したものである。

【００３４】表１のNo．１〜１９９に示される、本発明
の第一の発明乃至第五の発明を満足する合金箔（以下
「本発明インサートメタル」という）および表２のNo．
２００〜２１２に示される比較合金箔（従来型インサー
トメタルを含み、以下「比較インサートメタル」とい
う）を用いて液相拡散接合を実施した。

【００３５】この実施に際しては、本発明インサートメ
タルは３〜１００μｍ厚×２０mm径、比較インサートメ
タルは７．６７〜２３４．１０μｍ厚×２０mm径の円盤
状とし、図１に示すごとく被接合材であるＦｅ基材料
（成分組成は表２に示した）からなる丸鋼（径２０mm）
と丸鋼（径２０mm）間に挟み込んだ。図１において１、
２は被接合材（丸鋼）、３は液相拡散接合用合金（イン
サートメタル）である。

【００３６】液相拡散接合雰囲気は大気とし、接合温度
を各合金箔の融点直上〜融点＋５０℃の範囲とし、大型
加熱炉を用いて目標温度を実質的に１０５０〜１３００
℃に設定して液相拡散接合を実施した。この際、被接合
材２とインサートメタル３を、両者の密着性を良好にす
るため、２メガパスカル（ＭＰａ）の加圧力で加圧し
た。接合時間は全て１０分とし、被接合材の強度、耐食
性、靱性を確保するために接合後の熱処理を焼き鈍し、
焼き入れ＋焼き鈍し、焼き鈍し＋焼き戻し、焼き入れ＋
焼き鈍し＋焼き戻しを適宜単独で、あるいは組み合わせ
て施した。

【００３７】これら熱処理の間に被接合材どうしの元素
の相互拡散が進行し、接合部の均質化が進んだが本発明
インサートメタル中の析出物の生成、増加、成長は殆ど
見られなかった。次にＪＩＳＡ２号サブサイズ丸鋼引張
試験装置により接合部の健全性を調査したが、本発明イ
ンサートメタルを用いた全ての試験片で非接合面積率は
０％であった。

【００３８】更に図２に示す要領で丸鋼の軸方向から、
図３のようなＪＩＳＡ２号引張試験片を切り出し、引張
試験機を用いて常温で接合部破断相対強度を調査した。
接合部の破断強度は、被接合材の材質、板厚、および使
用環境条件等で決定されるが、本実施例においては実用
上の制限から４００ＭＰａを最低必要強度として仮に設
定し、この値以上の破断強度が得られた場合に十分な接
合が実現したと判断した。実験結果を表１、表２に併記
して示した。

【００３９】表１に示すように、本発明合金箔を用いた
液相拡散接合によって得られた接合部は、すべて目標レ
ベルの４００ＭＰａ以上の極めて良好な接合強度を示し
た。これに対して、本発明を満足しない比較合金箔を用
いた液相拡散接合によって得られた接合部は、すべて目
標レベルの４００ＭＰａ以下の接合強度を示し、全く満
足できるものではなかった。個別の結果は後述する。図
４〜図８は、本発明の拡散接合用合金箔で規定する成分
（原子％）および厚み、接合時間と接合部破断強度｛Ｍ
Ｐａで表す｝との関係で効果を確認するためのものであ
る。

【００４０】図４は、接合部破断強度に与えるインサー
トメタル中のＶの濃度の影響を表している。Ｖ濃度が原
子％で０．１％未満の場合には被接合材合金表面の酸化
皮膜を十分に無害化できないために、接合部破断強度が
低いが、原子％で０．１〜２０．０％の範囲では接合部
破断強度が母材（被接合材）並みあるいは母材以上とな
っており、Ｖが効果的に作用して酸化皮膜を無害化して
いる。しかしＶが原子％で２０．０％を超えるとインサ
ートメタルの融点が上昇するために接合時間が不足して
接合部破断強度が低下する。図５は同様にＳｉと接合部
破断強度の関係を示した図である。Ｓｉが１．０％未満
および２０．０％超の場合では接合部破断強度が低く、
１．０〜２０．０％の場合には高い接合部破断強度を得
られる。図６はＢと接合部破断強度の関係を示した図で
ある。Ｂが１．０％未満の場合にはインサートメタルの
融点が高いために、２０．０％超の場合には接合界面近
傍に生成する硼化物のために接合部破断強度が低下す
る。１．０〜２０．０％のＢの場合には高い接合部引張
強度が得られる。

【００４１】図７はインサートメタルの厚みと接合破断
強度との関係を示した図である。厚みが１００μｍ以上
の箔では、接合強度が不十分であることが明らかであ
る。図８は、拡散元素としてＢを用いた場合の接合部破
断強度（ＭＰａ）と接合時間の関係を実験で求め、その
結果を拡散元素としてＰを用いた場合と比較して示した
ものである。この実験の条件は、表３、表４に示した。
図８、表３、表４から、Ｂを拡散元素とした本発明で
は、Ｐを拡散元素とした場合より接合温度は高いが、よ
り短時間で目標の接合部破断強度４００（ＭＰａ）を実
現できることが確認できる。

【００４２】表２は本発明合金箔に対する比較合金箔の
化学成分組成と、得られた接合部引張破断強度を示した
ものである。表２に示すように、比較合金箔No．２００
はＢ含有量が不足したために融点が１３００℃を超え、
結果として破断強度が著しく低くなった例、No．２０１
はＢ含有量が高く、接合部近傍の被接合合金側に粗大な
硼化物が多数生成して接合部破断強度が低下した例であ
る。

【００４３】No．２０２はＳｉ量が不足して融点が１３
００℃以上になり、結果として接合部破断強度が著しく
低くなった例、No．２０３はＳｉ量が過多となって接合
時に粗大なＳｉＯ₂系酸化物がインサートメタル中に生
成して接合部破断強度が低下した例である。

【００４４】No．２０４はＶ量が不足して被接合材合金
表面に生成した酸化皮膜が十分に無害化されず接合部破
断強度が低くなった例、No．２０５はＶ量が過多となっ
て融点が極めて高くなり、液相拡散接合が十分に行われ
ず接合部破断強度が低くなった例である。

【００４５】No．２０６はＣｒを多量に含有しているた
め、融点が著しく高くなって、液相拡散接合が十分に行
われず接合部破断強度が低くなった例、No．２０７はＮ
ｉを多く含有しているため、Ｆｅ相中にＮｉ相が介在し
て組織不均一を生じ靭性を低下させ、接合部破断強度が
低くなった例である。

【００４６】No．２０８はＣｏ量が過多となり、粗大な
金属間化合物が生成して靭性が低下し、接合部破断強度
が低くなった例、No．２０９はＷ量が過多となり、粗大
な金属間化合物が生成して靭性が低下し、接合部破断強
度が低くなった例、No．２１０はＮｂ量が過多となり、
Ｆｅ−Ｎｂ系の金属間化合物が粗大析出して脆化し接合
部破断強度が低くなった例である。No．２１１はＴｉ量
が過多となり、粗大な金属間化合物の過剰生成により粗
大な金属間化合物が生成して靭性が低下し、接合部破断
強度が低くなった例、No．２１２は合金箔厚みが厚過ぎ
て接合部破断強度が低くなった例である。

【００４７】上記のように、本発明の要件を部分的に満
足するが、本発明の要件のすべては満足していない比較
インサートメタルを用いた液相拡散接合によっては、目
標の接合部破断強度４００ＭＰａを実現することができ
なかった。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】

【表３】

【００５１】

【表４】

【００５２】

【表５】

【００５３】

【表６】

【００５４】

【表７】

【００５５】

【表８】

【００５６】

【表９】

【００５７】

【表１０】

【００５８】

【表１１】

【００５９】

【発明の効果】本発明は、各種のＦｅ基材料（厚鋼板、
鋼管、条鋼、鉄筋、棒鋼等）を接合対象として、酸化雰
囲気中での液相拡散接合を可能とし、短時間で破断強度
の高い接合部を確保することを可能にするものであり、
液相拡散接合の特長をＦｅ基材料の接合にも有効に生か
すことができ、接合施工の工期を大幅に短縮することが
可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】丸鋼接合試験片を被接合材とする、液相拡散接
合用合金箔（インサートメタル）による液相拡散接合例
を示す平面説明図。

【図２】液相拡散接合により得られた丸鋼試験片と引張
試験片採取状態例を示す平面説明図。

【図３】引張試験片採取装置により採取された引張試験
片例を示す平面説明図。

【図４】Ｆｅ基材料を被接合材とした液相拡散接合での
Ｆｅベースのインサートメタル中のＶ量と接合部破断強
度の関係を表わす説明図。

【図５】Ｆｅ基材料を被接合材とした液相拡散接合での
Ｆｅベースのインサートメタル中のＳｉ量と接合部破断
強度の関係を表わす説明図。

【図６】Ｆｅ基材料を被接合材とした液相拡散接合での
Ｆｅベースのインサートメタル中のＢ量と接合部破断強
度の関係を表わす説明図。

【図７】Ｆｅ基材料を被接合材とした液相拡散接合での
Ｆｅベースのインサートメタルの厚みと接合部破断強度
との関係を表わす説明図。

【図８】Ｆｅ基材料を被接合材とした液相拡散接合での
Ｆｅベースのインサートメタルによる接合時間と接合部
引張破断強度との関係を表わす説明図で、Ｂ系インサー
トメタルを用いた場合とＰ系インサートメタルを用いた
場合を比較して示したものである。

【符号の説明】

１被接合材（丸鋼）２液相拡散接合用合金箔（インサートメタル）３接合済み丸鋼試験片４接合衝合線５ＪＩＳＡ２号サブサイズ丸鋼引張試験片の採取位置６丸鋼の軸線方向および引張り試験片採取方向７丸鋼試験片ネジ部８ＪＩＳＡ２号サブサイズ丸鋼引張試験片９Ｖ溝（切欠き）の加工位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾崎茂克千葉県富津市新富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】原子％で、Ｂ：１．０〜２０．０％、Ｓｉ：１．０〜２０．０％、Ｖ：０．１〜２０．０％を含有し、残部は実質的にＦ
ｅおよび不可避の不純物からなる組成を有し、厚さが
３．０〜１００μｍであることを特徴とする酸化雰囲気
中で接合可能なＦｅ基材料の液相拡散接合用合金箔。
【請求項２】原子％で、Ｂ：１．０〜２０．０％、Ｓｉ：１．０〜２０．０％、Ｖ：０．１〜２０．０％を含有し、Ｃｒ：０．１〜２０．０％、Ｎｉ：０．１〜１５．０％、Ｃｏ：０．１〜１５．０％の一種または二種以上を含有
し、残部は実質的にＦｅおよび不可避の不純物からなる
組成を有し、厚さが３．０〜１００μｍであることを特
徴とする酸化雰囲気中で接合可能なＦｅ基材料の液相拡
散接合用合金箔。
【請求項３】原子％で、Ｂ：１．０〜２０．０％、Ｓｉ：１．０〜２０．０％、Ｖ：０．１〜２０．０％を含有し、Ｗ：０．１〜１０．０％、Ｎｂ：０．１〜１０．０％、Ｔｉ：０．１〜１０．０％の一種または二種以上を含有
し、残部は実質的にＦｅおよび不可避の不純物からなる
組成を有し、厚さが３．０〜１００μｍであることを特
徴とする酸化雰囲気中で接合可能なＦｅ基材料の液相拡
散接合用合金箔。
【請求項４】原子％で、Ｂ：１．０〜２０．０％、Ｓｉ：１．０〜２０．０％、Ｖ：０．１〜２０．０％を含有し、Ｃｒ：０．１〜２０．０％、Ｎｉ：０．１〜１５．０％、Ｃｏ：０．１〜１５．０％の一種または二種以上を含有
し、さらにＷ：０．１〜１０．０％、Ｎｂ：０．１〜１０．０％、Ｔｉ：０．１〜１０．０％の一種または二種以上を含有
し、残部は実質的にＦｅおよび不可避の不純物からなる
組成を有し、厚さが３．０〜１００μｍであることを特
徴とする酸化雰囲気中で接合可能なＦｅ基材料の液相拡
散接合用合金箔。
【請求項５】組織の結晶構造が実質的に非晶質である
請求項１，２，３，４のいずれかに記載の酸化雰囲気中
で接合可能なＦｅ基材料の液相拡散接合用合金箔。