JP3753777B2

JP3753777B2 - Brazing method for hot-dip aluminized steel sheet

Info

Publication number: JP3753777B2
Application number: JP4837396A
Authority: JP
Inventors: 保徳服部; 敦司安藤; 敏晴橘高
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1996-02-09
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2016-02-09
Also published as: JPH09220692A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高い継手強度で溶融アルミめっき鋼板を同種材料又は異種材料に接合するろう付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミめっき鋼板は、アルミめっき層の優れた耐食性，耐熱性，耐酸化性，表面性状等を活用して配管，車両用部品，建材等の各種分野で使用されている。特に高温酸化性雰囲気に曝される環境では、他の表面処理鋼板では得られない耐高温酸化性及び耐久性が発揮される。
アルミめっき鋼板を構造部材等として使用するに際しては、他の部材との接合が必要になる。通常は、ボルト，リベット等の機械的な固着によってアルミめっき鋼板製部材を他の異種部材に接合しているが、機械的固着では工数が多く、また必要とする接合強度も得られ難い。そこで、たとえば特開昭６２−２３８０６６号公報では、ろう付けによってアルミめっき鋼材をアルミ材に接合している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アルミめっき鋼板をろう付けするとき、ろう付け温度は、通常Ａｌの融点より若干低い温度、具体的には５８０〜６３０℃の温度範囲に設定される。しかし、ろう付け時の加熱によってアルミめっき層と素地鋼の間でＡｌとＦｅの相互拡散反応が進み、アルミめっき層本来の優れた特性がろう付け後に失われる場合がある。たとえば、素地からＦｅがアルミめっき層に拡散しめっき層表面まで達すると、アルミめっき層特有の銀白色から灰黒色に変色する。灰黒色化しためっき層は、外観を著しく損なうばかりでなく、耐食性及び耐熱性も劣化する。
また、アルミめっき層とろう材の間で接合反応が生じず、ろう付けできないこともある。ろう付けされても、Ａｌ−Ｆｅ系の金属間化合物層が厚く成長し、用途から要求される接合強度を持った継手が得られないことが多い。この点に付いて詳細に検討した結果、厚く成長したＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物層は、加熱初期段階で成長したＡｌ₅ＦｅＳｉ金属間化合物層とその下層に新たに晶出したＡｌ₅Ｆｅ₂金属間化合物層の２層から形成されていることが判明した。Ａｌ−Ｆｅの相互拡散反応の進行に伴い、Ａｌ₅ＦｅＳｉ金属間化合物層と素地鋼との間に晶出するＡｌ₅Ｆｅ₂金属間化合物層は、著しく硬く脆いため、ろう付け接合部の強度を低下させる原因となる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、Ｎ濃縮層が界面に形成された溶融アルミめっき鋼板を使用し、溶融アルミめっき層自体をろう材として使用することにより、アルミめっき層の特性を損なうことなく溶融アルミめっき鋼板を同種材料又は異種材料にろう付けすることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のろう付け方法は、その目的を達成するため、０．００２０〜０．０２００重量％のＮを含む鋼板の表面にＳｉ：５〜１５重量％を含み膜厚１０μｍ以上の溶融アルミめっき層を形成した後、下限温度が、０．００２重量％≦Ｎ重量％＜０．００５重量％ではＴ＝−３８４８×Ｎ ^1/2 ＋６７２−３５ log （ｔ／５０），０．００５重量％≦Ｎ重量％≦０．０２０重量％ではＴ＝−１４１４×Ｎ ^1/2 ＋５００−３５ log （ｔ／５０）［ただし、ｔは加熱時間（時）、Ｎは鋼板のＮ（窒素）含有量（重量％）］で規制される温度Ｔ（℃）〜５７０℃の温度範囲で０．５〜５０時間の熱処理を施して、溶融アルミめっき層との界面にＮ：３．０原子％以上のＮ濃縮層が形成されている溶融アルミめっき鋼板を被ろう付け材とし、該被ろう付け材を相手材に接触させて５８０〜６３０℃に加熱し、前記溶融アルミめっき層をろう材としてろう付けすることを特徴とする。
相手材としては、同種のアルミめっき鋼板又はアルミ材が使用される。
【０００５】
本発明で使用するめっき原板は、溶融アルミめっき後の熱処理で溶融アルミめっき層と素地鋼との界面にＮ濃縮層を形成させるため、０．００２０重量％以上のＮを含むことが必要である。Ｎ含有量が０．００２０重量％未満では、熱処理によっても十分なＮ濃縮層が生成されず、ろう付け時の加熱で溶融アルミめっき層と素地鋼との間に拡散反応が生じ易くなる。しかし、Ｎ含有量が０．０２００重量％を超えると、鋼板自体が硬質化し、ろう付け前に施される成形加工が困難になる。
なお、Ｎ含有量が０．００２０重量％以上である限り、使用可能な鋼種に制約を受けるものではなく、普通鋼，低合金鋼，高合金鋼，ステンレス鋼等の各種鋼板をめっき原板として使用することができる。ただし、鋼中に存在するＡｌは、鋼材の熱履歴によってはＮと反応してＡｌＮとして鋼中に析出し、Ｎ濃縮層の形成を阻害することになるので、Ａｌ含有量０．０３０重量％以下の鋼材が好ましい。
【０００６】
鋼板表面に形成される溶融アルミめっき層は、ろう材としても働く。すなわち、本発明に従った溶融アルミめっき層は、通常のアルミろう材と同レベルのＳｉを含んでいる。具体的には、５〜１５重量％のＳｉを含む溶融アルミめっき層は、Ａｌ−Ｓｉ二元状態図（図１）に示すように５７７〜６３０℃の範囲に融点があり、組成的にも通常のろう材と大きく変わらない。しかし、Ｓｉ含有量が少なくなると融点が上昇し、アルミ材の融点に接近するため、ろう付けが困難になる。また、１５重量％を超えるＳｉ含有量でも同様に融点上昇を招き、ろう付けが困難になる。なお、前述した特性を損なわない限り、他の特性を向上させるためＭｇ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｒ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｔｉ等をめっき層に含ませることもできる。
【０００７】
本発明では、溶融アルミめっき層自体をろう材として使用するため、比較的厚い１０μｍ以上の溶融アルミめっき層を形成している。溶融アルミめっき層は、膜厚が１０μｍ以上であれば接合相手材である同種のアルミめっき鋼板又はアルミ材に対して良好な濡れ性及び接合強度を示す。良好なろう付け性を得るためには膜厚１０μｍ以上の溶融アルミめっき層が必要であるが、膜厚の上限は特に規定されるものではない。
溶融アルミめっき層と素地鋼との界面には、３．０原子％以上のＮ濃縮層が形成されている。Ｎ濃縮層は、素地鋼から溶融アルミめっき層に拡散しようとするＦｅに対するバリアーとして働き、溶融アルミめっき層と素地鋼との間のＡｌ−Ｆｅの相互拡散反応を抑制する。その結果、溶融アルミめっき層を通常のろう材と同様に使用してろう付けすることが可能となる。Ｎ濃縮層がろう付け性の向上に及ぼす影響は、本発明者等によって見出されたものであり、３．０原子％以上の濃度でＮ濃縮層の作用が顕著になる。
【０００８】
Ｎ濃縮層をバリアーとして有効に作用させるためには、３．０原子％以上の濃度をもったＮ濃縮層が５０Å以上の厚みで溶融アルミめっき層と素地鋼との界面に存在することが好ましい。Ｎ濃縮層の厚みが５０Å未満になると、Ｆｅが素地鋼から溶融アルミめっき層に拡散することを抑える作用が弱くなる。
Ｎ濃縮層は、加熱時間（時）をｔ、鋼板のＮ（窒素）含有量（重量％）をＮとするとき、０．００２重量％≦Ｎ重量％＜０．００５重量％ではＴ＝−３８４８×Ｎ^1/2＋６７２−３５log（ｔ／５０），０．００５重量％≦Ｎ重量％≦０．０２０重量％ではＴ＝−１４１４×Ｎ^1/2＋５００−３５log（ｔ／５０）の関係を満足する下限温度Ｔ（℃）〜５７０℃×０．５〜５０時間の熱処理を施すことにより形成される。下限温度は、Ｎ含有量の増加に従ってＮ濃縮層が生成し易くなるため、Ｎ含有量に応じて低温側に移行する。しかし、熱処理温度が下限温度を下回ると、Ａｌ−Ｆｅの相互拡散反応を抑制するＮ濃縮層の形成に５０時間を超える長時間の加熱が必要になるため、工業的規模での生産を考慮すると著しいコスト上昇を招く。これに対し、下限温度以上の温度で熱処理すると、５０時間以内の加熱でＦｅが拡散抑制に有効な３．０原子％以上のＮ濃縮層が形成される。
【０００９】
しかし、熱処理温度がＡｌ−Ｓｉの共晶温度５７７℃を超えると、溶融アルミめっき層自体が部分的に溶融し始め、熱処理時にコイル密着，めっき層膜厚の不均一化，加熱設備と溶融アルミめっき鋼板との局部的な密着等、様々なトラブルが発生し易くなる。そのため、本発明では熱処理温度の上限を５７０℃に設定した。
なお、熱処理時間は、加熱温度が下限温度〜５７０℃の範囲であれば、溶融アルミめっき層と素地鋼との界面に３．０原子％以上のＮ濃縮層を形成させることから、０．５〜５０時間の範囲で設定される。
熱処理雰囲気は、特に制約されるものでなく、前述した熱処理条件で加熱するとき、Ｈ₂，Ｎ₂，Ａｒ，真空等の雰囲気に関係なく、目的とする作用をもったＮ濃縮層が形成される。
【００１０】
このようにしてＮ濃縮層が形成された溶融アルミめっき鋼板は、別途ろう材を必要とすることなく溶融アルミめっき層がろう材として使用され、通常のアルミ材と同様に同種又は異種材料にろう付けできる。ろう付け後の表面も当初の銀白色の光沢をもち、アルミめっき本来の耐食性，耐熱性，耐酸化性等が維持されている。
ろう付けは、アルミ材のろう付けと同様にフッ化物系フラックスを接合面に塗布した後、Ｈ₂，Ｎ₂，大気，真空等の雰囲気中で行われる。ろう付け温度は、良好なろう付け性を得るためにめっき層を溶融状態にすることから、溶融アルミめっき層の融点を超える５８０℃以上に設定される。しかし、ろう付け温度が６３０℃を超えると、Ａｌ−Ｆｅの相互拡散エネルギーが高くなり、Ｎ濃縮層によるＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物層の成長抑制が困難になり、非常に短時間でめっき層表面までＦｅが拡散し、ろう付けできなくなる。そのため、ろう付け温度は５８０〜６３０℃の範囲に規制した。また、ろう付け時間に付いては、長時間ろう付け温度に保持すると次第にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物層が成長し始めることから、１時間以内に設定することが好ましい。
【００１１】
【実施例】
表１に示す鋼材Ａ，Ｂをめっき原板として使用し、露点−４０℃の５０％Ｈ₂ −Ｎ₂ 雰囲気で７２０℃×３０秒間の均熱処理を施した。その後、同じ雰囲気下に保持されたＳｉ：９．２重量％及びＦｅ：１．７重量％を含む浴温６５０℃のアルミめっき浴に２秒浸漬し、鋼板表面にＳｉ含有量９．２重量％，膜厚２０μｍのアルミめっき層を形成した。
【００１２】

【００１３】
溶融アルミめっきした鋼板を２５ｍｍ×１００ｍｍのサイズに調整し、５２０℃に６時間保持する熱処理を施し、めっき層と素地鋼との界面に生成するＮ濃縮層の影響を調査した。Ｎ濃縮層は、めっき原板の表面からアルミめっき層を除去した後、鋼表面のオージェ分光分析により各元素の厚み方向濃度分布を測定することにより判定した。図２の分析結果にみられるように、表層にＮが濃縮していることが判った。他方、比較鋼Ａを同様に元素分析したものでは、Ｎの濃縮が検出されなかった。また、鋼Ｂであっても、前述した５２０℃×６時間の熱処理を施さないと、Ｎ濃縮層が検出されなかった。このことから、Ｎ濃縮層によってアルミめっき層の合金化反応が抑制されることが確認された。なお、図２において、スパッタリング時間１０分は、Ｆｅ換算で５００Åの厚みに相当する。
【００１４】
また、ろう付け時の加熱によって生じる合金化反応に及ぼすアルミめっき後の熱処理の影響を調査するため、鋼Ｂをめっき原板としたアルミめっき鋼板を５６０℃以下の温度に６時間加熱し、次いでろう付けを想定して５７０〜６００℃に５分間保持した。その結果、図３に示すように本発明で規定した下限温度から５６０℃までの温度範囲で熱処理したものは、ろう付け時の加熱による合金化反応が顕著に抑制されていることが判った。また、加熱時間が長くなっても、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物層の成長が抑制されていた。
他方、鋼Ａを素地とするアルミめっき鋼板や、鋼Ｂを素地とするアルミめっき鋼板であっても熱処理温度が本発明で規定した下限温度を下回ると、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物層の成長がみられた。
【００１５】
次いで、５２０℃×６時間の熱処理を施したアルミめっき鋼板のろう付け性を調査するため、アルミめっき鋼板相互、及びアルミめっき鋼板とアルミ材（ＪＩＳＡ１０４５）を図４に示すように重ね合わせてろう付けした。ろう付けでは、合せ面にフッ化物系のフラックスを塗布し、図５に示す加熱パターンに従って大気中で加熱した。
ろう付け後の断面組織を図４のＡ，Ｂの位置で観察した結果を図６及び図７に示す。図６は同種のアルミめっき鋼板をろう付けしたときの接合部を、図７はアルミめっき鋼板をアルミ材とろう付けしたときの接合部を示す。
図６，図７の対比から明らかなように、比較例１〜３では何れも十分な接合部が形成されていないばかりでなく、一部にアルミめっき層の消失もみられた。これに対し、本発明例のろう付け継手ではアルミめっき鋼板の隙間をろう材で十分に充填し、引張り強さ１０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の健全な継手が得られていた。また、合金層の成長もみられず、アルミめっき層は当初の銀白色を呈していた。
【００１６】
次いで、アルミめっき層の厚みを変更し、膜厚がろう付け性に及ぼす影響を調査した。この場合には、鋼Ｂをめっき原板として５２０℃×６時間の熱処理を施したアルミめっき鋼板を９０度曲げ加工した後、図８に示すように同種の平板状アルミめっき鋼板上に載置してろう付けした。そして、ろう材の付き回り性を判断するため接合部に形成されたフィレット長さを測定することにより、ろう付け性を評価した。図９の評価結果にみられるように、アルミめっき層の膜厚が１０μｍ以上になるとフィレットが形成され始め、めっき層自体がろう材として働くことが確認された。
更に、Ｎ濃縮熱処理の温度に及ぼすＮ含有量の影響を調査したところ、合金層の成長を抑制できる熱処理の温度領域は、上限は５７０℃の一定値であったが、図１０に示すようにＮ含有量が多くなるに従って下限温度が低温側に移行した。下限温度Ｔ（℃）とＮ含有量（重量％）との関係を重回帰分析によって求めたところ、０．００２重量％≦Ｎ重量％＜０．００５重量％ではＴ＝−３８４８×Ｎ^1/2 ＋６７２−３５ log（ｔ／５０），０．００５重量％≦Ｎ重量％≦０．０２０重量％ではＴ＝−１４１４×Ｎ^1/2 ＋５００−３５ log（ｔ／５０）［ただし、ｔは加熱時間（時）］の関係が得られた。そこで、めっき原板のＮ含有量からＮ濃縮熱処理の下限温度を定め、この下限温度以上で且つ５７０℃以下の温度で熱処理することにより、ろう付け性の良好なアルミめっき鋼板が得られることが確認された。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明では、溶融アルミめっき層と素地鋼との界面にＮ濃縮層を形成し、溶融アルミめっき層自体をろう材として使用し、溶融アルミめっき鋼板を同種又は異種材料にろう付けしている。溶融アルミめっき層は、ろう付け時の加熱によっても当初の表面状態を失うことなく、銀白色の美麗な光沢を維持している。また、溶融アルミめっき層へのＦｅ拡散が抑えられるため、ろう付け後においても優れた耐食性が維持される。このようにして、本発明によるとき、溶融アルミめっき鋼板の優れた強度，耐食性，耐熱性，耐酸化性，意匠性等を活用し、他の部材との接合を容易にしているため、各種構造部品として広範な用途で溶融アルミめっき鋼板の使用が展開される。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ−Ｓｉ二元状態図
【図２】熱処理した後の鋼材表面を厚み方向に元素分析したときのＦｅ，Ａｌ及びＮの濃度分布を示すグラフ
【図３】ろう付け温度で成長する合金層の成長度に及ぼす熱処理温度の影響を表したグラフ（各折れ線に付した数値は、耐熱試験温度を示す）
【図４】実施例で採用したろう付け継手の斜視図
【図５】実施例で採用したろう付け時の加熱パターンを示すグラフ
【図６】アルミめっき鋼板相互をろう付けしたときの接合部断面の金属組織を示した写真
【図７】アルミめっき鋼板をアルミ材とろう付けしたときの接合部断面の金属組織を示した写真
【図８】本発明実施例でろう付け性を調査したときの継手
【図９】アルミめっき層の厚みがろう付け性に及ぼす影響を示したグラフ
【図１０】めっき原板のＮ含有量がＮ濃縮熱処理の温度範囲に及ぼす影響[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a brazing method for joining hot- dip aluminized steel sheets to the same or different materials with high joint strength.
[0002]
[Prior art]
Aluminum-plated steel sheets are used in various fields such as pipes, vehicle parts, and building materials by utilizing the excellent corrosion resistance, heat resistance, oxidation resistance, surface properties, etc. of the aluminum plating layer. Particularly in an environment exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere, high-temperature oxidation resistance and durability that cannot be obtained with other surface-treated steel sheets are exhibited.
When using an aluminum-plated steel sheet as a structural member or the like, it is necessary to join with another member. Usually, a member made of an aluminum-plated steel plate is joined to another dissimilar member by mechanical fixing such as bolts and rivets, but mechanical fixing requires many man-hours and it is difficult to obtain the required bonding strength. Therefore, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-238066, an aluminum plated steel material is joined to an aluminum material by brazing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When brazing an aluminum-plated steel sheet, the brazing temperature is usually set to a temperature slightly lower than the melting point of Al, specifically a temperature range of 580 to 630 ° C. However, the interdiffusion reaction of Al and Fe proceeds between the aluminum plating layer and the base steel due to heating during brazing, and the original excellent characteristics of the aluminum plating layer may be lost after brazing. For example, when Fe diffuses from the substrate to the aluminum plating layer and reaches the surface of the plating layer, the color changes from silver white, which is peculiar to the aluminum plating layer, to gray black. The grayish black plating layer not only significantly deteriorates the appearance, but also deteriorates the corrosion resistance and heat resistance.
In addition, a bonding reaction does not occur between the aluminum plating layer and the brazing material, and brazing may not be possible. Even when brazed, the Al—Fe-based intermetallic compound layer grows thick, and it is often impossible to obtain a joint having the bonding strength required for the application. As a result of a detailed examination of this point, a thickly grown Al—Fe-based intermetallic compound layer is composed of an Al ₅ FeSi intermetallic compound layer grown in the initial stage of heating and an Al ₅ Fe ₂ crystallized newly under the Al ₅ FeSi intermetallic compound layer. It was found to be formed from two layers of intermetallic compound layers. As the Al-Fe interdiffusion reaction proceeds, the Al ₅ Fe ₂ intermetallic compound layer crystallized between the Al ₅ FeSi intermetallic compound layer and the base steel is extremely hard and brittle. It will cause the decrease.
The present invention has been devised to solve such problems. By using a hot- dip aluminum-plated steel sheet having an N-concentrated layer formed at the interface, the hot- dip aluminum-plated layer itself is used as a brazing material. An object of the present invention is to braze a hot- dip aluminum-plated steel sheet to the same or different material without impairing the properties of the aluminum-plated layer.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object of the brazing method of the present invention, a molten aluminum plating layer containing Si: 5 to 15 wt% and having a film thickness of 10 μm or more on the surface of a steel plate containing 0.0020 to 0.0200 wt% N. When the lower limit temperature is 0.002 wt% ≦ N wt% <0.005 wt%, T = −3848 × N ^1/2 + 672-35 log (t / 50), 0.005 wt% ≦ When N wt% ≦ 0.020 wt%, T = −1414 × N ^1/2 + 500−35 log (t / 50) [where t is the heating time (hours) and N is the N (nitrogen) content of the steel sheet ( Weight%)] in a temperature range of T (° C.) to 570 ° C. for 0.5 to 50 hours, and N: 3.0 atomic% or more at the interface with the molten aluminum plating layer try Hiro molten aluminum-plated steel sheet enrichment layer is formed with material, the該被braze Is brought into contact with the hand member is heated to five hundred and eighty to six hundred thirty ° C., and wherein the brazing said molten aluminum plating layer as a brazing material.
As the counterpart material, the same kind of aluminized steel plate or aluminum material is used.
[0005]
The plating base plate used in the present invention needs to contain 0.0020% by weight or more of N in order to form an N enriched layer at the interface between the molten aluminum plated layer and the base steel by heat treatment after the molten aluminum plating. . When the N content is less than 0.0020% by weight, a sufficient N-enriched layer is not formed even by heat treatment, and a diffusion reaction is likely to occur between the hot- dip aluminum plating layer and the base steel by heating during brazing. However, if the N content exceeds 0.0200% by weight, the steel sheet itself becomes hard and the forming process performed before brazing becomes difficult.
As long as the N content is 0.0020% by weight or more, there are no restrictions on the steel types that can be used, and various steel plates such as ordinary steel, low alloy steel, high alloy steel, and stainless steel are used as the plating base plate. can do. However, Al is the thermal history of the steel reacts with N to precipitate in steel as AlN, it means to inhibit formation of N enrichment layer, Al content 0.030 weight present in the steel % Or less steel material is preferred.
[0006]
The molten aluminum plating layer formed on the surface of the steel plate also functions as a brazing material. That is, the hot dip aluminum plating layer according to the present invention contains Si at the same level as that of a normal aluminum brazing material. Specifically, the molten aluminum plating layer containing 5 to 15% by weight of Si has a melting point in the range of 577 to 630 ° C. as shown in the Al—Si binary phase diagram (FIG. 1). Not much different from ordinary brazing material. However, as the Si content decreases, the melting point increases and approaches the melting point of the aluminum material, making brazing difficult. Further, even if the Si content exceeds 15% by weight, the melting point rises similarly, and brazing becomes difficult. It should be noted that Mg, Zn, Cr, Mn, Sr, Sb, Sn, Ti, and the like can be included in the plating layer in order to improve other characteristics as long as the above-described characteristics are not impaired.
[0007]
In the present invention, since the molten aluminum plating layer itself is used as the brazing material, a relatively thick molten aluminum plating layer of 10 μm or more is formed. When the thickness of the molten aluminum plating layer is 10 μm or more, the molten aluminum plating layer exhibits good wettability and bonding strength with respect to the same kind of aluminum-plated steel sheet or aluminum material which is a bonding partner material. In order to obtain good brazing properties, a molten aluminum plating layer having a thickness of 10 μm or more is necessary, but the upper limit of the thickness is not particularly specified.
At the interface between the molten aluminum plating layer and the base steel, an N enriched layer of 3.0 atomic% or more is formed. The N-enriched layer functions as a barrier against Fe that is to diffuse from the base steel to the molten aluminum plating layer, and suppresses the Al—Fe interdiffusion reaction between the molten aluminum plating layer and the base steel. As a result, it is possible to braze using the molten aluminum plating layer in the same manner as a normal brazing material. The influence of the N enriched layer on the improvement of brazing performance has been found by the present inventors, and the effect of the N enriched layer becomes remarkable at a concentration of 3.0 atomic% or more.
[0008]
In order for the N-enriched layer to act effectively as a barrier, it is preferable that the N-enriched layer having a concentration of 3.0 atomic% or more is present at the interface between the molten aluminum plating layer and the base steel with a thickness of 50 mm or more. . When the thickness of the N enriched layer is less than 50 mm, the effect of suppressing the diffusion of Fe from the base steel to the molten aluminum plating layer is weakened.
The N-concentrated layer has t = − when 0.002 wt% ≦ N wt% <0.005 wt%, where t is the heating time (hours) and N (nitrogen) content (wt%) of the steel sheet is N. 3848 × N ^1/2 + 672-35 log (t / 50), 0.005 wt% ≦ N wt% ≦ 0.020 wt%, T = −1414 × N ^1/2 + 500-35 log (t / 50) Is formed by performing a heat treatment at a lower limit temperature T (° C.) to 570 ° C. × 0.5 to 50 hours that satisfies the above. Since the N concentrated layer is easily generated as the N content increases, the lower limit temperature shifts to the low temperature side according to the N content. However, if the heat treatment temperature is lower than the lower limit temperature, heating for a long time exceeding 50 hours is required to form an N-enriched layer that suppresses the Al—Fe interdiffusion reaction. This leads to a significant cost increase. In contrast, when the heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the lower limit temperature, an N-concentrated layer of 3.0 atomic% or more effective for suppressing diffusion of Fe is formed by heating within 50 hours.
[0009]
However, when the heat treatment temperature exceeds the eutectic temperature of Al-Si of 577 ° C, the molten aluminum plating layer itself begins to melt partially, and during the heat treatment, the coil adheres, the plating layer thickness becomes uneven, the heating equipment and the molten aluminum Various troubles such as local adhesion with the plated steel sheet are likely to occur. Therefore, in the present invention, the upper limit of the heat treatment temperature is set to 570 ° C.
Note that the heat treatment time is such that when the heating temperature is in the range of the lower limit temperature to 570 ° C., an N-concentrated layer of 3.0 atomic% or more is formed at the interface between the molten aluminum plating layer and the base steel. It is set in the range of ~ 50 hours.
The heat treatment atmosphere is not particularly limited, and when heated under the above-described heat treatment conditions, an N-enriched layer having the intended action is formed regardless of the atmosphere such as H ₂ , N ₂ , Ar, or vacuum. The
[0010]
The hot- dip aluminum-plated steel sheet with the N-concentrated layer formed in this way uses the hot- dip aluminum-plated layer as a brazing material without the need for a separate brazing material, and brazes to the same or different materials like ordinary aluminum materials. Can be attached. The surface after brazing also has the original silver-white luster, maintaining the original corrosion resistance, heat resistance, oxidation resistance, etc. of aluminum plating.
Brazing is performed in an atmosphere such as H ₂ , N ₂ , air, or vacuum after applying a fluoride-based flux to the joint surfaces in the same manner as brazing of an aluminum material. The brazing temperature is set to 580 ° C. or more, which exceeds the melting point of the molten aluminum plating layer, because the plating layer is brought into a molten state in order to obtain good brazing properties. However, when the brazing temperature exceeds 630 ° C., the interdiffusion energy of Al—Fe increases, and it becomes difficult to suppress the growth of the Al—Fe intermetallic compound layer by the N-enriched layer, and the plating layer is formed in a very short time. Fe diffuses to the surface and cannot be brazed. Therefore, the brazing temperature was regulated within a range of 580 to 630 ° C. Further, the brazing time is preferably set within one hour because the Al—Fe intermetallic compound layer gradually starts to grow when the brazing temperature is maintained for a long time.
[0011]
【Example】
Steel materials A and B shown in Table 1 were used as plating original plates and subjected to a soaking treatment at 720 ° C. for 30 seconds in a 50% H ₂ —N ₂ atmosphere with a dew point of −40 ° C. Then, it was immersed for 2 seconds in an aluminum plating bath having a bath temperature of 650 ° C. containing Si: 9.2 wt% and Fe: 1.7 wt% held in the same atmosphere, and the Si content was 9.2 wt% on the steel plate surface. %, A 20 μm-thick aluminum plating layer was formed.
[0012]

[0013]
The hot-dip aluminum plated steel sheet was adjusted to a size of 25 mm × 100 mm, subjected to heat treatment held at 520 ° C. for 6 hours, and the influence of the N enriched layer formed at the interface between the plated layer and the base steel was investigated. The N concentrated layer was determined by removing the aluminum plating layer from the surface of the plating original plate and then measuring the concentration distribution in the thickness direction of each element by Auger spectroscopic analysis of the steel surface. As can be seen from the analysis result of FIG. 2, it was found that N was concentrated on the surface layer. On the other hand, in the case where the comparative steel A was similarly subjected to elemental analysis, N enrichment was not detected. Further, even in the case of steel B, the N-enriched layer was not detected unless the above-described heat treatment at 520 ° C. × 6 hours was performed. From this, it was confirmed that the alloying reaction of the aluminum plating layer is suppressed by the N concentrated layer. In FIG. 2, the sputtering time of 10 minutes corresponds to a thickness of 500 mm in terms of Fe.
[0014]
In addition, in order to investigate the influence of heat treatment after aluminum plating on the alloying reaction caused by heating during brazing, an aluminum-plated steel sheet using steel B as a plating base is heated to a temperature of 560 ° C. or less for 6 hours, and then brazed. It was kept at 570 to 600 ° C. for 5 minutes assuming attachment. As a result, as shown in FIG. 3, it was found that the alloying reaction caused by heating during brazing was remarkably suppressed in the case of heat treatment in the temperature range from the lower limit temperature defined in the present invention to 560 ° C. Further, even when the heating time was increased, the growth of the Al—Fe-based intermetallic compound layer was suppressed.
On the other hand, if the heat treatment temperature is lower than the lower limit temperature defined in the present invention even if the steel plate is an aluminum-plated steel plate and the steel B is a base material, the growth of the Al-Fe intermetallic compound layer will occur. Was seen.
[0015]
Next, in order to investigate the brazing properties of the aluminized steel sheet subjected to the heat treatment at 520 ° C. for 6 hours, the aluminized steel sheets and the aluminized steel sheet and the aluminum material (JIS A1045) were overlapped as shown in FIG. Brazed. In brazing, a fluoride-based flux was applied to the mating surfaces and heated in the atmosphere according to the heating pattern shown in FIG.
The results of observing the cross-sectional structure after brazing at the positions A and B in FIG. 4 are shown in FIGS. 6 shows a joint when brazing the same kind of aluminum-plated steel sheet, and FIG. 7 shows a joint when brazing the aluminum-plated steel sheet with an aluminum material.
As is clear from the comparison between FIGS. 6 and 7, in Comparative Examples 1 to 3, not only a sufficient joint portion was formed, but also the disappearance of the aluminum plating layer was observed in part. On the other hand, in the brazed joint of the example of the present invention, the gap between the aluminum plated steel sheets was sufficiently filled with the brazing material, and a healthy joint having a tensile strength of 10 kgf / mm ² or more was obtained. Further, the growth of the alloy layer was not observed, and the aluminum plating layer had an original silver white color.
[0016]
Subsequently, the thickness of the aluminum plating layer was changed, and the influence of the film thickness on the brazing property was investigated. In this case, after bending an aluminum plated steel plate subjected to a heat treatment of 520 ° C. × 6 hours with steel B as a plating base plate by 90 degrees, it is placed on the same type of flat aluminum plated steel plate as shown in FIG. Brazed. And brazing property was evaluated by measuring the fillet length formed in the junction part in order to judge the throwing power of a brazing material. As can be seen from the evaluation results in FIG. 9, when the thickness of the aluminum plating layer is 10 μm or more, a fillet starts to be formed, and it was confirmed that the plating layer itself works as a brazing material.
Further, when the influence of the N content on the temperature of the N enrichment heat treatment was investigated, the upper limit of the temperature range of the heat treatment capable of suppressing the growth of the alloy layer was a constant value of 570 ° C., as shown in FIG. The lower limit temperature shifted to the low temperature side as the N content increased. When the relationship between the lower limit temperature T (° C.) and the N content (% by weight) was determined by multiple regression analysis, T = −3848 × N ^{1 /} when 0.002% by weight ≦ N% by weight <0.005% by weight. ² + 672-35 log (t / 50), 0.005 wt% ≦ N wt% ≦ 0.020 wt%, T = −1414 × N ^1/2 + 500−35 log (t / 50) [where t is Heating time (hours)] relationship was obtained. Therefore, it is confirmed that an aluminum-plated steel sheet with good brazing properties can be obtained by determining the lower limit temperature of the N-concentration heat treatment from the N content of the plating base plate and heat-treating at a temperature not lower than this lower limit temperature and not higher than 570 ° C. It was done.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, an N-enriched layer is formed at the interface between the molten aluminum plating layer and the base steel, the molten aluminum plating layer itself is used as a brazing material, and the molten aluminum plated steel sheet is made of the same or different material. Brazing. The molten aluminum plating layer maintains a beautiful silver-white gloss without losing the original surface state even when heated during brazing. Moreover, since Fe diffusion to the molten aluminum plating layer is suppressed, excellent corrosion resistance is maintained even after brazing. Thus, according to the present invention, the excellent strength, corrosion resistance, heat resistance, oxidation resistance, design properties, etc. of the hot- dip aluminized steel sheet are utilized to facilitate joining with other members. The use of hot- dip aluminized steel sheets is widely used as parts.
[Brief description of the drawings]
[Fig. 1] Al-Si binary phase diagram [Fig. 2] Graph showing concentration distribution of Fe, Al and N when elemental analysis of heat treated steel surface in thickness direction [Fig. 3] Growth at brazing temperature Graph showing the effect of heat treatment temperature on the degree of growth of the alloy layer (numbers attached to each broken line indicate the heat test temperature)
FIG. 4 is a perspective view of a brazed joint employed in the example. FIG. 5 is a graph showing a heating pattern during brazing employed in the example. FIG. 6 is a cross-section of the joint when the aluminum plated steel plates are brazed together. FIG. 7 is a photograph showing a metal structure of a cross-section of a joint when an aluminum-plated steel sheet is brazed with an aluminum material. FIG. 8 is a graph showing the brazing property of the embodiment of the present invention. Joint [Fig. 9] Graph showing the effect of aluminum plating layer thickness on brazeability [Fig. 10] Effect of N content of plating base plate on temperature range of N concentration heat treatment

Claims

After forming a molten aluminum plating layer containing Si: 5 to 15 wt% and having a film thickness of 10 μm or more on the surface of a steel sheet containing 0.0020 to 0.0200 wt% N , the minimum temperature is 0.002 wt% ≦ T = −3848 × N ^1/2 + 672-35 log (t / 50) for N wt% <0.005 wt%, T = −1414 × for 0.005 wt% ≦ N wt% ≦ 0.020 wt% N ^1/2 + 500-35 log (t / 50) [where t is the heating time (hours) and N is the N (nitrogen) content (% by weight) of the steel sheet] T (° C.) to 570 A brazing material for a hot- dip aluminum plated steel sheet in which an N-concentrated layer of N: 3.0 atomic% or more is formed at the interface with the hot- dip aluminum plating layer by performing heat treatment for 0.5 to 50 hours in a temperature range of ° C. and then, heating the該被brazing material five hundred and eighty to six hundred thirty ° C. in contact with a mating member, said soluble Brazing method of the molten aluminum-plated steel sheet, characterized in that the brazing aluminum plating layer as a brazing material.

The method of brazing a hot- dip aluminum-plated steel sheet according to claim 1 , wherein the counterpart material is the same kind of aluminum-plated steel sheet or aluminum material.