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JP7817738B2 - Solid-state bonding steel, solid-state bonding steel material, solid-state bonding joints and solid-state bonding structures - Google Patents
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JP7817738B2 - Solid-state bonding steel, solid-state bonding steel material, solid-state bonding joints and solid-state bonding structures - Google Patents

Solid-state bonding steel, solid-state bonding steel material, solid-state bonding joints and solid-state bonding structures

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JP7817738B2 JP2022508373A JP2022508373A JP7817738B2 JP 7817738 B2 JP7817738 B2 JP 7817738B2 JP 2022508373 A JP2022508373 A JP 2022508373A JP 2022508373 A JP2022508373 A JP 2022508373A JP 7817738 B2 JP7817738 B2 JP 7817738B2
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Description

本発明は固相接合を好適に用いることができる固相接合用鋼及び固相接合用鋼材、当該固相接合用鋼からなる固相接合継手及び固相接合構造物に関する。 The present invention relates to steel for solid-state welding and steel material for solid-state welding that can be suitably used for solid-state welding, as well as solid-state welded joints and solid-state welded structures made from the steel for solid-state welding.

従来の溶融溶接よりも接合部の強度低下を小さくできる固相接合方法が注目されており、特に、摩擦発熱現象や金属材の塑性変形を利用した固相接合方法が盛んに検討されている。当該固相接合方法としては、例えば、高速で回転する円柱状のツールを被接合材に圧入して接合する「摩擦攪拌接合(FSW)」、回転する円柱状の被接合材を固定された被接合材に当接させて接合する「摩擦圧接」、及び被接合材を当接させた状態で往復運動させて接合する「線形摩擦接合」等が挙げられる。Solid-state welding methods, which can reduce the loss of strength at the joint compared to conventional fusion welding, have attracted attention, with solid-state welding methods that utilize frictional heating and plastic deformation of metallic materials being actively investigated. Examples of solid-state welding methods include friction stir welding (FSW), in which a rapidly rotating cylindrical tool is pressed into the workpieces to join them; friction welding, in which a rotating cylindrical workpiece is brought into contact with a fixed workpiece to join them; and linear friction welding, in which the workpieces are joined by moving them back and forth while in contact.

従来の鉄鋼材は溶融溶接の使用を前提とした合金設計となっていることが多いが、近年では摩擦接合法に適した鉄鋼材に関する検討も進められており、例えば、特許文献1(特開2008-31494号公報)では、低合金構造用鋼であって、600℃以上の平衡状態においてフェライト単相となる温度域幅とオーステナイト相とフェライト相の2相となる温度域幅の合計が200℃以上であることを特徴とする摩擦攪拌接合用の低合金構造用鋼、が開示されている。 Conventional steel materials are often designed with alloys intended for use in fusion welding, but in recent years, research has also been conducted into steel materials suitable for friction welding. For example, Patent Document 1 (JP 2008-31494 A) discloses a low-alloy structural steel for friction stir welding, characterized in that the sum of the temperature range in which a ferrite single phase is formed and the temperature range in which two phases, austenite and ferrite, are formed at equilibrium temperatures of 600°C or above is 200°C or above.

上記特許文献1に記載の低合金構造用鋼においては、接合部の到達温度付近における、フェライト単相域及びオーステナイト相‐フェライト2相域を拡大することにより、摩擦攪拌接合における鋼の変形抵抗が大幅に低減し、その結果、回転ツールの耐久性が向上し、接合速度等の接合条件の制限が緩和される、としている。加えて、ツールの損耗、破損による交換作業の頻度が抑えられ、接合時間が短縮されるので施工能率が向上する、としている。 The low-alloy structural steel described in Patent Document 1 above is said to significantly reduce the deformation resistance of steel during friction stir welding by expanding the ferrite single-phase region and the austenite-ferrite two-phase region near the temperature reached by the weld, thereby improving the durability of the rotary tool and easing restrictions on welding conditions such as welding speed. In addition, it is said to reduce the frequency of tool replacement due to wear and breakage, shortening welding time and improving construction efficiency.

また、摩擦攪拌接合の原理を利用した表面改質技術である摩擦攪拌プロセスに適した鋼に関する検討も進められており、例えば、特許文献2(特開2014-162971号公報)では、質量%で、C:0.40~1.50%、Si:0.15~2.00%、Mn:0.30 ~2.00%、Cr:0.50~3.00%、残部Feおよび不可避的不純物からなる摩擦攪拌プロセス用鋼、が開示されている。 In addition, research is also underway into steels suitable for the friction stir process, a surface modification technology that utilizes the principles of friction stir welding. For example, Patent Document 2 (JP 2014-162971 A) discloses a steel for the friction stir process that consists, in mass percent, of C: 0.40-1.50%, Si: 0.15-2.00%, Mn: 0.30-2.00%, Cr: 0.50-3.00%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.

上記特許文献2に記載の摩擦攪拌プロセス用鋼においては、摩擦攪拌プロセスを適用することによって優れた表面硬化が達成できる、としている。 The steel for friction stir processing described in Patent Document 2 above is said to be able to achieve excellent surface hardening by applying the friction stir process.

更に、本願発明者も、特許文献3(特開2018-16866号公報)において、鋼組成が、質量%で、C:0.20~0.45%、及びCr:1.00~3.50%を含有し、かつA式によって定義される炭素当量CEが0.40~1.00質量%であること、を特徴とする摩擦攪拌接合用鋼、を開示している。CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 ・・・(A)式中に記載された元素記号は、摩擦攪拌接合用鋼材における各成分の含有量を単位質量%で示す。 Furthermore, in Patent Document 3 (JP 2018-16866 A), the present inventor also discloses a steel for friction stir welding characterized by a steel composition containing, by mass%, 0.20 to 0.45% C and 1.00 to 3.50% Cr, and a carbon equivalent (CE) defined by formula A of 0.40 to 1.00% by mass: CE = C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5 ... The element symbols in formula (A) indicate the content of each component in the steel for friction stir welding in mass%.

上記特許文献3に記載の摩擦攪拌接合用鋼においては、摩擦攪拌接合によって従来の高張力鋼と同等以上の継手特性(攪拌部の引張強度及び破壊靭性等)を得ることができる鋼であり、比較的安価な合金元素のみを最小限添加した鋼及び、当該鋼を被接合材とする摩擦攪拌接合方法を提供することができる、としている。 The steel for friction stir welding described in Patent Document 3 above is a steel that can be used to obtain joint characteristics (such as tensile strength and fracture toughness of the stir zone) equivalent to or better than those of conventional high-tensile steel through friction stir welding, and it is said that it is possible to provide steel with the minimum addition of only relatively inexpensive alloying elements, as well as a friction stir welding method that uses this steel as the welded material.

特開2008-31494号公報JP 2008-31494 A 特開2014-162971号公報JP 2014-162971 A 特開2018-16866号公報JP 2018-16866 A

しかしながら、上記特許文献1に開示されている低合金構造用鋼は、プロセス時の鋼の変形抵抗を低減することで鋼に対する摩擦攪拌接合の適用を容易にするものであり、接合部(攪拌部)の機械的特性や鋼に添加する元素のコストや入手容易性等に関しては殆ど考慮されていない。However, the low-alloy structural steel disclosed in Patent Document 1 facilitates the application of friction stir welding to steel by reducing the deformation resistance of the steel during the process, and little consideration is given to the mechanical properties of the weld (stirred part) or the cost and availability of the elements added to the steel.

また、上記特許文献2に開示されている摩擦攪拌プロセス用鋼は、摩擦熱を利用した表面焼き入れに対して組成を最適化したものであり、接合部の機械的性質を担保することを目的とした鉄鋼材とは、その設計指針が全く異なるものである。 In addition, the steel for friction stir processing disclosed in Patent Document 2 above has a composition optimized for surface hardening using frictional heat, and its design guidelines are completely different from those of steel materials intended to ensure the mechanical properties of the joint.

また、上記特許文献3に開示されている摩擦攪拌接合用鋼では、一般的な高張力鋼と同等以上の継手特性を得ることができるものの、比較的高価なクロム(Cr)が主要な添加元素として使用されていることに加え、母材及び継手の機械的性質についても更なる高強度化が求められている。近年では引張強度が1000MPa以上となる超高張力鋼に対する需要が増加しているところ、上記特許文献3に開示されている摩擦攪拌接合用鋼の引張特性は超高張力鋼の水準には達していない。 Furthermore, while the friction stir welding steel disclosed in Patent Document 3 can achieve joint properties equal to or better than those of general high-tensile steel, it uses relatively expensive chromium (Cr) as a primary additive element, and there is a demand for even higher mechanical strength in the base material and joint. While demand for ultra-high-tensile steel with a tensile strength of 1000 MPa or more has increased in recent years, the tensile properties of the friction stir welding steel disclosed in Patent Document 3 do not reach the level of ultra-high-tensile steel.

更に、継手の特性を決定するのは全体で最も弱い領域の機械的性質である。一般的には接合部の外縁に形成される熱影響部が軟化することから、当該熱影響部の軟化を抑制することが切望されている。しかしながら、鋼材の高強度化に伴い、熱影響部の軟化を抑制することは極めて困難になってきている。 Furthermore, the characteristics of a joint are determined by the mechanical properties of its weakest area. Generally, the heat-affected zone formed at the outer edge of the joint softens, so there is a strong desire to prevent this softening. However, as steel becomes stronger, it has become extremely difficult to prevent the softening of the heat-affected zone.

以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、母材及び固相接合によって得られる継手の引張特性が共に超高張力鋼と同等以上となる鋼であり、比較的安価な合金元素のみを最小限添加した固相接合用鋼及び固相接合用鋼材であって、最小限の合金元素の添加によって熱影響部の軟化が抑制された固相接合用鋼及び固相接合用鋼材を提供することにある。また、本発明は、比較的安価な合金元素のみを最小限添加した固相接合用鋼からなる継手であって、母材及び継手の引張特性が共に超高張力鋼と同等以上である固相接合継手、及び当該継手を有する固相接合構造物を提供することも目的としている。In light of the above-mentioned problems with the prior art, the object of the present invention is to provide a steel for solid-state bonding and a steel material for solid-state bonding that has the tensile properties of both the base metal and the joint obtained by solid-state bonding equal to or greater than ultra-high tensile steel, and that contains a minimum of relatively inexpensive alloying elements, and that suppresses softening of the heat-affected zone due to the addition of a minimum of alloying elements. Another object of the present invention is to provide a solid-state bonded joint made of a steel for solid-state bonding that contains a minimum of relatively inexpensive alloying elements, and that has the tensile properties of both the base metal and the joint equal to or greater than ultra-high tensile steel, as well as a solid-state bonded structure having such a joint.

本発明者は上記目的を達成すべく、鋼の組成及び機械的性質と固相接合によって得られる接合部の組織及び機械的性質との関係について鋭意研究を重ねた結果、炭素鋼を基本としてSi及びMnを適量添加すると共に、V、W及びMoのうちの少なくとも1種を適量含有 させること等が極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。 In order to achieve the above objective, the inventors conducted extensive research into the relationship between the composition and mechanical properties of steel and the structure and mechanical properties of the joint obtained by solid-state welding. As a result, they discovered that adding appropriate amounts of Si and Mn to a carbon steel base, as well as including an appropriate amount of at least one of V, W, and Mo, is extremely effective, leading to the present invention.

即ち、本発明は、
鋼組成が、質量%で、
C:0.20~2.14%、
SiとAlの合計:1.00~3.00%、
Mn:2.00~5.00%、を含有すると共に、
V:0.1%超3.0%以下、W:1.0%超6.0%以下、Mo:1.0%超6.0%以下、のうちの少なくとも1種を含有し、
残部がFe及び不可避不純物のみの組成であること、
を特徴とする固相接合用鋼、を提供する。
That is, the present invention provides:
The steel composition is, in mass%,
C: 0.20-2.14%,
Sum of Si and Al: 1.00 to 3.00%
Mn: 2.00 to 5.00%;
Contains at least one of V: more than 0.1% and not more than 3.0%, W: more than 1.0% and not more than 6.0%, and Mo: more than 1.0% and not more than 6.0%,
the balance being Fe and inevitable impurities;
The present invention provides a steel for solid-state bonding characterized by the above.

本発明の固相接合用鋼は比較的大量の炭素を含有することで高強度化が図られている一方、溶融溶接と比較して接合温度が低いことに加えて冷却速度を遅くすることができる固相接合の使用を前提とすることで、割れや欠陥等の存在しない良好な接合部を得ることができる。ここで、炭素含有量を0.20質量%以上とすることで鋼及び固相接合部の強度を十分に向上させることができ、2.14質量%以下とすることで黒鉛の分散による引張特性の低下を抑制することができる。 The steel for solid-state welding of the present invention contains a relatively large amount of carbon, thereby achieving high strength. However, by using solid-state welding, which has a lower joining temperature and allows for a slower cooling rate compared to fusion welding, it is possible to obtain a good joint free of cracks and defects. By setting the carbon content to 0.20% by mass or more, the strength of the steel and the solid-state weld can be sufficiently improved, and by setting it to 2.14% by mass or less, it is possible to suppress the deterioration of tensile properties due to the dispersion of graphite.

炭素含有量は0.20~0.45質量%であることが好ましく、0.20~0.30質量%であることがより好ましく、0.20~0.25質量%であることが最も好ましい。本発明の固相接合用鋼においては、炭素含有量の下限である0.20質量%で母材及び固相接合部の引張強度が1000MPa以上となることから、良好な延性を担保するために、所望の引張強度が得られる限りにおいて、上限値は小さな値とすることが好ましい。 The carbon content is preferably 0.20 to 0.45 mass%, more preferably 0.20 to 0.30 mass%, and most preferably 0.20 to 0.25 mass%. In the steel for solid-state bonding of the present invention, the tensile strength of the base material and solid-state bonded joint is 1000 MPa or more at a carbon content of 0.20 mass%, which is the lower limit. Therefore, in order to ensure good ductility, it is preferable to set the upper limit to a small value as long as the desired tensile strength is obtained.

また、SiとAlは同様の効果を有し、Si及び/又はAlは、主として母材及び固相接合部の延性を担保する目的で添加されている。SiとAlの含有量の合計を1.00質量%以上とすることで、延性を低下させるセメンタイトの生成を抑制したり、オーステナイトを安定化することができる。一方で、3.00質量%以上添加しても当該効果は向上しないため、添加量の上限を3.00質量%としている。SiとAlの含有量の合計は1.50~2.50質量%とすることが好ましく、1.75~2.25質量%とすることがより好ましい。なお、Si及びAlは安価な合金元素であり、豊富に存在する元素である。また、SiとAlと共に添加する必要はなく、どちらか一方を添加してもよい。 Furthermore, Si and Al have similar effects, and Si and/or Al are added primarily to ensure the ductility of the base material and solid-state welds. By ensuring that the total content of Si and Al is 1.00 mass% or more, it is possible to suppress the formation of cementite, which reduces ductility, and stabilize austenite. However, adding more than 3.00 mass% does not improve these effects, so the upper limit for the amount added is set at 3.00 mass%. The total content of Si and Al is preferably 1.50 to 2.50 mass%, and more preferably 1.75 to 2.25 mass%. Si and Al are inexpensive alloying elements that are abundant. Furthermore, it is not necessary to add Si and Al together; either one may be added.

また、Mnの添加も母材及び固相接合部の延性向上に寄与している。上記のSiの添加に加えてMnの含有量を2.00質量%以上とすることで、オーステナイト安定化によるTRIP(マルテンサイト変態誘起塑性)効果による延性の向上が期待できる。加えて、固相接合の条件にも依存するが、2.00質量%以上のMnを添加することで焼き入れ性を維持し、かつ固相接合部のオーステナイト粒径を微細化し、その結果オーステナイトから微細なラス状のマルテンサイト組織を形成させることができる。その結果、高強度でありつつ十分な延性を有する固相接合部を得ることができる。一方で、当該効果はMnの含有量を5.00質量%以上としても殆ど向上しないことから、Mn含有量の上限を5.00質量%としている。ここで、強度を重視する場合はMn含有量を3.00~5.00質量%とすることが好ましく、延性を重視する場合は2.00質量%以上3.00質量%未満とすることが好ましい。The addition of Mn also contributes to improving the ductility of the base material and solid-state welded joints. In addition to the addition of Si, a Mn content of 2.00% by mass or more is expected to improve ductility through the TRIP (martensitic transformation-induced plasticity) effect caused by austenite stabilization. Furthermore, although depending on the solid-state welding conditions, adding 2.00% by mass or more of Mn maintains hardenability and refines the austenite grain size in the solid-state welded joint, resulting in the formation of a fine lath-shaped martensite structure from the austenite. This results in a solid-state welded joint with high strength and sufficient ductility. However, this effect is hardly improved even if the Mn content is increased to 5.00% by mass or more, so the upper limit of the Mn content is set to 5.00% by mass. Here, when strength is emphasized, a Mn content of 3.00 to 5.00% by mass is preferred, while when ductility is emphasized, a Mn content of 2.00% by mass or more but less than 3.00% by mass is preferred.

また、本発明の固相接合用鋼は、V:0.1%超3.0%以下、W:1.0%超6.0%以下、Mo:1.0%超6.0%以下、のうちの少なくとも1種を含有することで、これらを含む二次炭化物が生成し、固相接合によって形成される熱影響部の硬度低下を抑制することができる。ここで、二次炭化物を生成する合金元素は他にも存在するが、V、W及びMoは適度な炭化物生成傾向を有しており、固相接合部の外縁における熱影響部の温度履歴によって効率的に二次炭化物が生成され、当該領域の硬度低下を極めて効果的に抑制することができる。なお、一般的に知られている各合金元素の炭化物生成傾向は、Ti>Ta>Nb>V>W>Mo>Cr>Mn>(Fe)>Ni,Co,Al,Siとなっている。Ti、Ta及びNbは炭化物生成傾向が強過ぎるため、例えば、オーステナイト中にも容易に炭化物を生成し、熱影響部に生成する二次炭化物量が低下するため、熱影響部を効果的に二次硬化させることができない。一方で、Cr及びMnは炭化物生成傾向が弱過ぎることに加え、炭化物の硬度も比較的低いため、熱影響部を効果的に二次硬化させることができない。Furthermore, the solid-state welding steel of the present invention contains at least one of V: more than 0.1% and not more than 3.0%, W: more than 1.0% and not more than 6.0%, and Mo: more than 1.0% and not more than 6.0%, which allows the formation of secondary carbides containing these elements and suppresses the hardness reduction in the heat-affected zone formed by solid-state welding. While other alloying elements also produce secondary carbides, V, W, and Mo have a moderate tendency to form carbides, which efficiently form secondary carbides due to the temperature history of the heat-affected zone at the outer edge of the solid-state weld, thereby extremely effectively suppressing the hardness reduction in that region. The commonly known carbide formation tendency of each alloying element is Ti > Ta > Nb > V > W > Mo > Cr > Mn > (Fe) > Ni, Co, Al, and Si. Ti, Ta, and Nb have too strong a tendency to form carbides, for example, they easily form carbides even in austenite, reducing the amount of secondary carbides formed in the heat-affected zone, making it impossible to effectively harden the heat-affected zone.On the other hand, Cr and Mn have too weak a tendency to form carbides, and the hardness of the carbides is also relatively low, making it impossible to effectively harden the heat-affected zone.

ここで、本発明の固相接合用鋼においては、Moを1.0%超6.0%以下添加することが好ましく、Moを2.0%超4.0%以下添加することがより好ましい。Moを添加することによって、VやWを添加する場合よりも顕著な二次硬化を熱影響部に発現させることができる。 In the solid-phase bonding steel of the present invention, it is preferable to add more than 1.0% but not more than 6.0% Mo, and it is even more preferable to add more than 2.0% but not more than 4.0% Mo. Adding Mo can produce more pronounced secondary hardening in the heat-affected zone than when adding V or W.

本発明の固相接合用鋼は、上記の元素以外の残部がFe及び不可避不純物のみの組成となっている。炭素鋼を基本とし、レアメタルの添加を控えることで製造コストを低減することができることに加え、生産の持続可能性を担保(偏在リスクを低減)することができる。なお、本発明の固相接合用鋼は固相接合による接合を前提としているが、当該固相接合の方法は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の固相接合方法を使用することができる。代表的な固相接合方法としては、摩擦攪拌接合、摩擦接合及び線形摩擦接合を挙げることができる。 The solid-state welding steel of the present invention is composed of only Fe and unavoidable impurities, with the remainder being the above-mentioned elements. Based on carbon steel, the addition of rare metals is avoided, reducing manufacturing costs and ensuring the sustainability of production (reducing the risk of uneven distribution). While the solid-state welding steel of the present invention is based on solid-state welding, the method of solid-state welding is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and various conventionally known solid-state welding methods can be used. Representative solid-state welding methods include friction stir welding, friction welding, and linear friction welding.

また、本発明は、上記本発明の固相接合用鋼からなる固相接合用鋼材が少なくとも一方の被接合材となっており、前記固相接合用鋼材の固相接合部が微細なラス状のマルテンサイト組織を有し、前記マルテンサイト組織における旧オーステナイトの平均粒径が15μm以下であること、を特徴とする固相接合継手も提供する。 The present invention also provides a solid-state welded joint, characterized in that at least one of the materials to be welded is a steel material for solid-state welding made from the above-mentioned steel for solid-state welding of the present invention, the solid-state welded portion of the steel material for solid-state welding has a fine lath-shaped martensite structure, and the average grain size of prior austenite in the martensite structure is 15 μm or less.

本発明の固相接合継手は被接合材の少なくとも一方が本発明の固相接合用鋼であり、高価な合金元素の添加が最小限となっており比較的安価であることに加え、高い強度と延性を兼ね備えている。また、接合部の組織がラス状のマルテンサイトとなっており、当該領域の炭素含有量が0.20~2.14%となっていることから、接合部は極めて高い引張強度を有している。加えて、Mnの添加によりマルテンサイトが微細化されており、接合条件によっては残留オーステナイトに起因するTRIP効果も期待できることから、良好な延性を発現することができる。 The solid-state welded joint of the present invention has at least one of the materials to be welded made of the solid-state welding steel of the present invention. The addition of expensive alloying elements is kept to a minimum, making it relatively inexpensive, while also providing high strength and ductility. Furthermore, the structure of the weld is lath-shaped martensite, and the carbon content in this region is 0.20 to 2.14%, resulting in extremely high tensile strength. Furthermore, the addition of Mn refines the martensite, and depending on the welding conditions, the TRIP effect due to retained austenite can also be expected, resulting in good ductility.

本発明の固相接合継手においては、前記マルテンサイト組織における旧オーステナイトの平均粒径が15μm以下となっている。旧オーステナイト組織を微細化することで、ラス状のマルテンサイト組織が微細化され、固相接合部に高い強度と延性を付与することができる。ここで、旧オーステナイトの平均粒径は10μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることが最も好ましい。本発明の固相接合継手においては、V、W及びMoのうちの少なくとも1種が添加されているが、当該添加は旧オーステナイト粒径を低減させる効果も有している。なお、旧オーステナイトの平均粒径を求める方法は特に限定されず従来公知の種々の方法を用いることができるが、例えば、適当なエッチングを施した組織を観察してもよく、マルテンサイトと旧オーステナイトとの方位関係により、マルテンサイトから旧オーステナイトを再構築し、再構築した旧オーステナイト組織から求めてもよい。In the solid-state welded joint of the present invention, the average grain size of prior austenite in the martensite structure is 15 μm or less. By refining the prior austenite structure, the lath-shaped martensite structure is refined, imparting high strength and ductility to the solid-state welded joint. The average grain size of prior austenite is more preferably 10 μm or less, and most preferably 5 μm or less. The solid-state welded joint of the present invention contains at least one of V, W, and Mo, which also has the effect of reducing the prior austenite grain size. The method for determining the average grain size of prior austenite is not particularly limited and various conventionally known methods can be used. For example, a structure subjected to appropriate etching may be observed, or prior austenite may be reconstructed from martensite based on the orientation relationship between martensite and prior austenite, and the average grain size may be determined from the reconstructed prior austenite structure.

また、本発明の固相接合継手は、前記固相接合用鋼材のビッカース硬度が400HV以上、前記固相接合部のビッカース硬度が400HV以上、前記固相接合部近傍の熱影響部のビッカース硬度が400HV以上、であること、が好ましい。より好ましいビッカース硬度は、固相接合用鋼材、固相接合部及び熱影響部共に450HV以上である。ここで、鋼材のビッカース硬度が400HVの場合は引張強度が約1200MPaとなり、ビッカース硬度が450HVの場合は引張強度が約1350MPaとなる。 Furthermore, it is preferable that the solid-state welded joint of the present invention has a Vickers hardness of 400 HV or more for the steel material for solid-state welding, a Vickers hardness of 400 HV or more for the solid-state welded portion, and a Vickers hardness of 400 HV or more for the heat-affected zone near the solid-state welded portion. A more preferable Vickers hardness is 450 HV or more for the steel material for solid-state welding, the solid-state welded portion, and the heat-affected zone. Here, if the Vickers hardness of the steel material is 400 HV, the tensile strength will be approximately 1200 MPa, and if the Vickers hardness is 450 HV, the tensile strength will be approximately 1350 MPa.

また、本発明の固相接合継手は、前記固相接合部及び前記熱影響部のビッカース硬度が、前記固相接合用鋼材のビッカース硬度の80~120%の値となること、が好ましい。固相接合用鋼材、固相接合部及び熱影響部の強化機構は同一ではないが、結果としてこれらの硬度のばらつきを低減することで、機械的性質に特異領域のない良好な継手とすることができる。 Furthermore, it is preferable that the Vickers hardness of the solid-state welded joint of the present invention be 80 to 120% of the Vickers hardness of the solid-state welded portion and the heat-affected zone. Although the strengthening mechanisms of the solid-state welded steel, the solid-state welded portion, and the heat-affected zone are not identical, reducing the variation in hardness results in a good joint with no areas of unique mechanical properties.

また、本発明の固相接合継手は、前記熱影響部にV、W及びMoのうちの少なくとも1種を含む二次炭化物を有すること、が好ましい。継手全体の硬度分布を均質化するためには熱影響部の硬度低下を抑制する必要があるが、当該領域に高硬度の二次炭化物を分散させることにより、極めて効果的に軟化を抑制することができる。 It is also preferable that the solid-state welded joint of the present invention has secondary carbides in the heat-affected zone that contain at least one of V, W, and Mo. To homogenize the hardness distribution throughout the joint, it is necessary to suppress a decrease in hardness in the heat-affected zone, and by dispersing high-hardness secondary carbides in that region, softening can be suppressed extremely effectively.

また、本発明の固相接合継手は、室温での引張強さが1000MPa以上、伸びが20%以上であることが好ましく、1200MPa以上、伸びが20%以上であることがより好ましく、1500MPa以上、伸びが20%以上であることが最も好ましい。母材と固相接合部に高い引張特性を付与すると共に、熱影響部での軟化を抑制することで、これらの値を実現することができる。固相接合継手がこれらの引張特性を有することで、高い強度と信頼性が要求される用途において、超高張力鋼と同等以上の機械的性質を有する継手として十分に使用することができる。ここで、引張試験の結果は引張試験片のサイズ及び形状の影響を受ける場合が存在するが、本願明細書においては、平行部の長さが4mm、幅が2mm程度の、比較的小型の引張試験片を用いて得られた値を基準とする。Furthermore, the solid-state welded joint of the present invention preferably has a tensile strength of 1000 MPa or more and an elongation of 20% or more at room temperature, more preferably 1200 MPa or more and an elongation of 20% or more, and most preferably 1500 MPa or more and an elongation of 20% or more. These values can be achieved by imparting high tensile properties to the base material and the solid-state welded joint while suppressing softening in the heat-affected zone. By possessing these tensile properties, the solid-state welded joint can be fully used as a joint with mechanical properties equivalent to or greater than those of ultra-high tensile steel in applications requiring high strength and reliability. While the results of tensile tests may be affected by the size and shape of the tensile test specimen, the present specification uses values obtained using a relatively small tensile test specimen with a parallel portion approximately 4 mm long and 2 mm wide.

また、本発明の固相接合継手は、前記固相接合部が摩擦攪拌接合部であること、が好ましい。固相接合部は摩擦接合や線形摩擦接合によって形成されたものでもよいが、摩擦攪拌接合部とすることで、鋼板の任意の領域に固相接合部を形成することができ、大型構造物の製造にも対応することができる。 Furthermore, in the solid-state welded joint of the present invention, it is preferable that the solid-state welded portion is a friction stir welded portion. The solid-state welded portion may be formed by friction welding or linear friction welding, but by using a friction stir welded portion, it is possible to form a solid-state welded portion in any region of the steel plate, making it suitable for the manufacture of large structures.

また、本発明は、本発明の固相接合継手を有すること、を特徴とする固相接合構造物、も提供する。固相接合継手以外の構造部に関する材質、形状及びサイズは特に限定されず、従来公知の種々の構造物とすることができる。 The present invention also provides a solid-state welded structure characterized by having the solid-state welded joint of the present invention. The materials, shapes, and sizes of the structural components other than the solid-state welded joint are not particularly limited, and can be any of a variety of conventionally known structures.

更に、本発明は、本発明の固相接合用鋼からなり、ラス状のマルテンサイト組織を有し、前記マルテンサイト組織における旧オーステナイトの平均粒径が15μm以下であること、を特徴とする固相接合用鋼材、も提供する。当該組成及び組織を有する固相接合用鋼材は、室温での引張強さが1000MPa以上、伸びが20%以上となり、高い強度と信頼性が要求される用途において、超高張力鋼と同等以上の機械的性質を有する鋼材として十分に使用することができる The present invention also provides a steel material for solid-state bonding, which is made of the steel for solid-state bonding of the present invention, has a lath-shaped martensite structure, and is characterized in that the average grain size of prior austenite in the martensite structure is 15 μm or less. A steel material for solid-state bonding with this composition and structure has a tensile strength of 1000 MPa or more and an elongation of 20% or more at room temperature, and can be fully used as a steel material with mechanical properties equivalent to or better than ultra-high tensile steel in applications requiring high strength and reliability.

本発明によれば、母材及び固相接合によって得られる継手の引張特性が共に超高張力鋼と同等以上となる鋼であり、比較的安価な合金元素のみを最小限添加した固相接合用鋼及び固相接合用鋼材であって、最小限の合金元素の添加によって熱影響部の軟化が抑制された固相接合用鋼及び固相接合用鋼材を提供することができる。また、本発明によれば、比較的安価な合金元素のみを最小限添加した固相接合用鋼からなる継手であって、母材及び継手の引張特性が共に超高張力鋼と同等以上である固相接合継手、及び当該継手を有する固相接合構造物を提供することもできる。 The present invention provides a steel for solid-state bonding and a steel material for solid-state bonding that has the tensile properties of both the base material and the joint obtained by solid-state bonding equal to or greater than ultra-high tensile steel, with the addition of only relatively inexpensive alloying elements to a minimum extent, and in which softening of the heat-affected zone is suppressed by the addition of a minimum of alloying elements. The present invention also provides a solid-state bonded joint made of a steel for solid-state bonding that has the addition of only relatively inexpensive alloying elements to a minimum extent, with the tensile properties of both the base material and the joint equal to or greater than ultra-high tensile steel, and a solid-state bonded structure having such a joint.

摩擦攪拌接合によって形成された固相接合部を有する固相接合継手の概略図である。1 is a schematic diagram of a solid-state welded joint having a solid-state weld formed by friction stir welding. 摩擦圧接によって形成された固相接合部を有する固相接合継手の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a solid-state welded joint having a solid-state weld formed by friction welding. 線形摩擦接合によって形成された固相接合部を有する固相接合継手の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a solid state welded joint having a solid state weld formed by linear friction welding. 実施固相接合用鋼2、実施固相接合用鋼3及び比較固相接合用鋼1の母材及び攪拌部の組織観察結果である。1 shows the results of observation of the structure of the base material and the stir zone of the practical solid-state bonding steel 2, practical solid-state bonding steel 3, and comparative solid-state bonding steel 1. 実施固相接合用鋼3の母材、攪拌部及び熱影響部の組織観察結果である。1 shows the results of structural observation of the base material, stir zone, and heat-affected zone of the example solid-state bonding steel 3. 母材及び攪拌部のマルテンサイトから旧オーステナイトを再構築した結果である。This is the result of reconstructing prior austenite from martensite in the base material and stir zone. 実施固相接合用鋼1、比較固相接合用鋼1、比較固相接合用鋼2及び比較固相接合用鋼3の摩擦攪拌接合継手の接合部横断面におけるビッカース硬度分布である。1 shows the Vickers hardness distribution in the cross section of the friction stir welded joints of Example Solid-State Welding Steel 1, Comparative Solid-State Welding Steel 1, Comparative Solid-State Welding Steel 2, and Comparative Solid-State Welding Steel 3. 実施固相接合用鋼2、実施固相接合用鋼3、実施固相接合用鋼4及び比較固相接合用鋼1の摩擦攪拌接合継手の接合部横断面におけるビッカース硬度分布である。1 shows the Vickers hardness distribution in the cross section of the friction stir welded joints of Example Solid-State Welding Steel 2, Example Solid-State Welding Steel 3, Example Solid-State Welding Steel 4 and Comparative Solid-State Welding Steel 1.

以下、本発明の固相接合用鋼、固相接合用鋼材、固相接合継手及び固相接合構造物の代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、重複する説明は省略する場合がある。 Representative embodiments of the solid-state bonding steel, solid-state bonding steel material, solid-state bonded joint, and solid-state bonded structure of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to these. Note that in the following description, redundant explanations may be omitted.

(1)固相接合用鋼
本発明の固相接合用鋼は、
鋼組成が、質量%で、
C:0.20~2.14%、
SiとAlの合計:1.00~3.00%、
Mn:2.00~5.00%、を含有すると共に、
V:0.1%超3.0%以下、W:1.0%超6.0%以下、Mo:1.0%超6.0%以下、のうちの少なくとも1種を含有し、
残部がFe及び不可避不純物のみの組成であること、
を特徴とする固相接合用鋼、である。
(1) Steel for solid-state bonding The steel for solid-state bonding of the present invention is
The steel composition is, in mass%,
C: 0.20-2.14%,
Sum of Si and Al: 1.00 to 3.00%
Mn: 2.00 to 5.00%;
Contains at least one of V: more than 0.1% and not more than 3.0%, W: more than 1.0% and not more than 6.0%, and Mo: more than 1.0% and not more than 6.0%,
the balance being Fe and inevitable impurities;
It is a steel for solid-state bonding characterized by the above.

構造材の比強度の向上が切望されているところ、鋼についてはレアメタルの添加による各種高張力鋼が提案されているが、レアメタルは偏在リスクが高く、コストや生産安定性等の観点から問題となる。一方で、鋼の強度は基本的に炭素量の増加に伴って向上することから、炭素鋼を積極的に活用することができればレアメタルの使用量を削減することができる。 There is a strong demand for improvements in the specific strength of structural materials, and various high-tensile steels containing rare metals have been proposed. However, rare metals have a high risk of uneven distribution, which poses problems from the perspectives of cost and production stability. On the other hand, because the strength of steel generally improves with an increase in carbon content, the active use of carbon steel would enable a reduction in the amount of rare metals used.

ここで、炭素量が多い中・高炭素鋼は溶融溶接時に割れが発生するため、溶接が極めて困難な材料であるとされているが、本発明の固相接合用鋼は固相接合の使用を前提とすることで当該問題を克服している。また、適量のSi、Al及びMnの添加により、母材及び接合部に良好な延性が付与されている。更に、V、W及びMoのうちの少なくとも1種を添加することで、これらを含む二次炭化物が生成し、熱影響部の硬度低下が抑制される。以下、各成分について詳細に説明する。 Here, medium- and high-carbon steels with high carbon contents are considered to be extremely difficult to weld because they crack during fusion welding. However, the solid-state welding steel of the present invention overcomes this problem by being designed for use in solid-state welding. Furthermore, the addition of appropriate amounts of Si, Al, and Mn imparts good ductility to the base material and welded joint. Furthermore, the addition of at least one of V, W, and Mo produces secondary carbides containing these elements, suppressing a decrease in hardness in the heat-affected zone. Each component is explained in detail below.

1.必須の添加元素
C:0.20~2.14質量%
炭素含有量を0.20質量%以上とすることで鋼及び固相接合部の強度を十分に向上させることができ、2.14質量%以下とすることで黒鉛の分散による引張特性の低下を抑制することができる。炭素含有量は0.20~0.45質量%であることが好ましく、0.20~0.30質量%であることがより好ましく、0.20~0.25質量%であることが最も好ましい。本発明の固相接合用鋼においては、炭素含有量の下限である0.20質量%で母材及び固相接合部の引張強度が1000MPa以上となることから、良好な延性を担保するために、所望の引張強度が得られる限りにおいて、上限値は小さな値とすることが好ましい。
1. Essential additional elements C: 0.20 to 2.14 mass%
A carbon content of 0.20% by mass or more can sufficiently improve the strength of the steel and the solid-state weld, and a carbon content of 2.14% by mass or less can suppress the deterioration of tensile properties due to the dispersion of graphite. The carbon content is preferably 0.20 to 0.45% by mass, more preferably 0.20 to 0.30% by mass, and most preferably 0.20 to 0.25% by mass. In the steel for solid-state welding of the present invention, the tensile strength of the base metal and the solid-state weld is 1000 MPa or more at the lower limit of the carbon content of 0.20% by mass. Therefore, in order to ensure good ductility, it is preferable to set the upper limit to a small value as long as the desired tensile strength is obtained.

SiとAlの合計:1.00~3.00質量%
Si及び/又はAlの含有量の合計を1.00質量%以上とすることで、延性を低下させるセメンタイトの生成を抑制することができる。一方で、3.00質量%以上添加しても当該効果は向上しないため、添加量の上限を3.00質量%としている。Si及び/又はAlの含有量の合計は1.50~2.50質量%とすることが好ましく、1.75~2.25質量%とすることがより好ましい。
Total of Si and Al: 1.00 to 3.00 mass%
By setting the total content of Si and/or Al to 1.00 mass% or more, it is possible to suppress the formation of cementite, which reduces ductility. On the other hand, adding 3.00 mass% or more does not improve this effect, so the upper limit of the addition amount is set to 3.00 mass%. The total content of Si and/or Al is preferably 1.50 to 2.50 mass%, more preferably 1.75 to 2.25 mass%.

Mn:2.00~5.00質量%
Siの添加に加えてMnの含有量を2.00質量%以上とすることで、オーステナイト安定化によるTRIP(マルテンサイト変態誘起塑性)効果による延性の向上が期待できる。加えて、固相接合の条件にも依存するが、2.00質量%以上のMnを添加することで固相接合部に微細なマルテンサイト組織を形成させることができる。その結果、高強度でありつつ十分な延性を有する固相接合部を得ることができる。一方で、当該効果はMnの含有量を5.00質量%以上としても殆ど向上しないことから、Mn含有量の上限を5.00質量%としている。ここで、強度を重視する場合はMn含有量を3.00~5.00質量%とすることが好ましく、延性を重視する場合は2.00質量%以上3.00質量%未満とすることが好ましい。
Mn: 2.00 to 5.00% by mass
In addition to the addition of Si, by increasing the Mn content to 2.00 mass% or more, improved ductility can be expected due to the TRIP (martensitic transformation induced plasticity) effect caused by austenite stabilization. Furthermore, although depending on the solid-state joining conditions, adding 2.00 mass% or more of Mn can form a fine martensite structure in the solid-state welded joint. As a result, a solid-state welded joint with high strength and sufficient ductility can be obtained. However, since this effect is hardly improved even if the Mn content is increased to 5.00 mass% or more, the upper limit of the Mn content is set to 5.00 mass%. Here, when emphasis is placed on strength, the Mn content is preferably set to 3.00 to 5.00 mass%, and when emphasis is placed on ductility, the Mn content is preferably set to 2.00 mass% or more but less than 3.00 mass%.

V、W及びMoのうちの少なくとも1種
V:0.1%超3.0%以下
Vを0.1%超添加することで、固相接合継手の熱影響部に軟化を抑制する程度の二次炭化物を生成させることができる。一方で、3.0%を超えてVを添加してもこれによる効果は飽和することに加え、マトリックス中に固溶できなかったVによって固相接合継手の機械的性質が低下する虞がある。加えて、経済的観点からも好ましくない。Vのより好ましい添加量は0.25~0.75%である。
At least one of V, W, and Mo V: more than 0.1% but not more than 3.0% Adding more than 0.1% V can generate secondary carbides to a degree that suppresses softening in the heat-affected zone of a solid-state bonded joint. On the other hand, adding more than 3.0% V saturates the effect, and there is a risk that the V that does not dissolve in the matrix may reduce the mechanical properties of the solid-state bonded joint. In addition, this is undesirable from an economic standpoint. A more preferable amount of V is 0.25 to 0.75%.

W:1.0%超6.0%以下
Wを1.0%超添加することで、固相接合継手の熱影響部に軟化を抑制する程度の二次炭化物を生成させることができる。一方で、6.0%を超えてWを添加してもこれによる効果は飽和することに加え、マトリックス中に固溶できなかったWによって固相接合継手の機械的性質が低下する虞がある。加えて、経済的観点からも好ましくない。Wのより好ましい添加量は2.0~4.0%である。
W: More than 1.0% and up to 6.0% Adding W in excess of 1.0% can generate secondary carbides sufficient to suppress softening in the heat-affected zone of a solid-state bonded joint. On the other hand, adding W in excess of 6.0% saturates the effect, and the W that does not dissolve in the matrix may reduce the mechanical properties of the solid-state bonded joint. This is also undesirable from an economical standpoint. A more preferable W content is 2.0 to 4.0%.

Mo:1.0%超6.0%以下
Moを1.0%超添加することで、固相接合継手の熱影響部に軟化を抑制する程度の二次炭化物を生成させることができる。一方で、6.0%を超えてMoを添加してもこれによる効果は飽和することに加え、マトリックス中に固溶できなかったMoによって固相接合継手の機械的性質が低下する虞がある。加えて、経済的観点からも好ましくない。Moのより好ましい添加量は2.0~4.0%である。
Mo: More than 1.0% and up to 6.0% Adding Mo in excess of 1.0% can generate secondary carbides sufficient to suppress softening in the heat-affected zone of a solid-state bonded joint. On the other hand, adding Mo in excess of 6.0% saturates the effect, and the Mo that is not dissolved in the matrix may reduce the mechanical properties of the solid-state bonded joint. This is also undesirable from an economical standpoint. A more preferable Mo content is 2.0 to 4.0%.

V、W及びMoのうち、最も好ましい添加元素はMoである。また、これらの元素は1種のみを添加してもよく、複数添加してもよい。ここで、複数種を添加する場合は、炭化物を形成するための炭素含有量を勘案して、添加量が過剰にならないように留意することが好ましい。Of the three elements V, W, and Mo, Mo is the most preferred additive element. These elements may be added singly or in combination. When adding multiple elements, it is advisable to take into account the carbon content required to form carbides and to avoid adding excessive amounts.

2.任意の添加元素
Cr:1.00~3.50質量%
適当な量のCrを含有することで、固相接合部の強度及び靭性を改善することができる。靭性は強度と延性の一種の積であるため、Crの添加により強度と延性が共に高くなる結果、靭性が改善される。Crの添加による固相接合部の特性改善のメカニズムは必ずしも明らかにはなっていないが、炭素鋼にCrを添加することにより、固相接合中(オーステナイトからの冷却過程)における初析フェライトの生成が抑制され、得られる固相接合部の強度が上昇すると共に、マルテンサイト(又はベイナイト)の延性が向上するものと思われる。なお、Crのより好ましい含有量は1.50~3.00質量%である。
2. Optional added elements Cr: 1.00 to 3.50 mass%
The inclusion of an appropriate amount of Cr can improve the strength and toughness of solid-state welds. Since toughness is a product of strength and ductility, the addition of Cr increases both strength and ductility, resulting in improved toughness. The mechanism by which the addition of Cr improves the properties of solid-state welds is not entirely clear, but it is believed that adding Cr to carbon steel suppresses the formation of pro-eutectoid ferrite during solid-state welding (the cooling process from austenite), thereby increasing the strength of the resulting solid-state weld and improving the ductility of martensite (or bainite). The Cr content is more preferably 1.50 to 3.00 mass%.

Cu:3.0質量%以下
Cuは、母材の強度を確保するために有用な元素であるが、3.0質量%を超えて含有すると母材及びHAZ部が硬化するため、3.0質量%以下とすることが好ましい。
Cu: 3.0% by mass or less Cu is a useful element for ensuring the strength of the base material. However, if it is contained in excess of 3.0% by mass, the base material and the HAZ portion will harden, so it is preferable to keep it at 3.0% by mass or less.

Ni:5.0質量%以下
Niは、母材の強度と靱性を向上させる元素であるが、5.0質量%を超えて含有するとHAZ部が硬化するため、5.0質量%以下とすることが好ましい。また、Niは高価であることからも、5.0質量%以下とすることが好ましい。
Ni: 5.0% by mass or less Ni is an element that improves the strength and toughness of the base material, but if it is contained in excess of 5.0% by mass, the HAZ hardens, so it is preferable that the content be 5.0% by mass or less. In addition, since Ni is expensive, it is preferable that the content be 5.0% by mass or less.

Nb:0.1質量%以下
Nbは、母材およびHAZ部の強度と靱性を確保するために有用な元素であるが、0.1質量%を超えると靱性に悪影響を及ぼすことから、0.1質量%以下とすることが好ましい。また、Nbは高価であることからも、0.1質量%以下とすることが好ましい。なお、Nbはオーステナイトを微細化し、その結果、微細なラス状のマルテンサイト組織を形成する効果を有すると考えられる。
Nb: 0.1% by mass or less Nb is a useful element for ensuring the strength and toughness of the base material and the HAZ, but if it exceeds 0.1% by mass, it has an adverse effect on toughness, so it is preferable to set it to 0.1% by mass or less. Also, since Nb is expensive, it is preferable to set it to 0.1% by mass or less. Note that Nb is thought to have the effect of refining austenite, and as a result, forming a fine lath-shaped martensite structure.

Ti:0.1質量%以下
Tiは、母材およびHAZ部の強度と靱性を確保するために有用な元素であるが、0.1%を超えると靱性に悪影響を及ぼすことから、0.1質量%以下とすることが好ましい。なお、Tiはオーステナイトを微細化し、その結果、微細なラス状のマルテンサイト組織を形成する効果を有すると考えられる。
Ti: 0.1% by mass or less Ti is an element useful for ensuring the strength and toughness of the base material and the HAZ, but if it exceeds 0.1%, it has an adverse effect on toughness, so it is preferable to keep it at 0.1% by mass or less. Ti is thought to have the effect of refining austenite, resulting in the formation of a fine lath-shaped martensite structure.

B:0.0040質量%以下
Bは、圧延中にオーステナイト粒界に偏析して焼入性を上げる作用があるが、0.0040質量%を超えるとHAZ部の靱性を劣化させることから、0.0040質量%以下とすることが好ましい。
B: 0.0040% by mass or less B has the effect of segregating at austenite grain boundaries during rolling to improve hardenability, but if it exceeds 0.0040% by mass, it will deteriorate the toughness of the HAZ portion, so it is preferable to make it 0.0040% by mass or less.

その他、不純物としてはNがあり、多量に含有されると窒化物を形成して靱性の低下を 招くので、Nの混入量は0.010質量%以下とすることが好ましい。 Another impurity is N, which, if present in large quantities, forms nitrides and reduces toughness, so it is preferable to keep the amount of N contained to 0.010 mass% or less.

(2)固相接合継手
本発明の固相接合継手に関して、摩擦攪拌接合によって形成された固相接合部を有する場合の一態様を図1に、摩擦圧接によって形成された固相接合部を有する場合の一態様を図2に、線形摩擦接合によって形成された固相接合部を有する場合の一態様を図3に、それぞれ示す。摩擦圧接又は線形摩擦接合を用いた場合は被接合材(2,4)の摩擦面に固相接合部6が形成され、摩擦攪拌接合を用いた場合は摩擦攪拌接合用ツールが通過した領域に固相接合部6が形成される。
(2) Solid-state welded joint With regard to the solid-state welded joint of the present invention, one embodiment having a solid-state weld formed by friction stir welding is shown in Fig. 1, one embodiment having a solid-state weld formed by friction welding is shown in Fig. 2, and one embodiment having a solid-state weld formed by linear friction welding is shown in Fig. 3. When friction welding or linear friction welding is used, a solid-state weld 6 is formed on the friction surfaces of the workpieces (2, 4), and when friction stir welding is used, the solid-state weld 6 is formed in the area where the friction stir welding tool has passed.

摩擦攪拌接合に関しては、(1)金属板の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその加工部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属板同士を接合する接合、(2)金属板の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその接合部で移動させずに回転させて接合するスポット接合、(3)金属板同士を接合部において重ね合わせ、接合部に回転ツールを挿入し、回転ツールをその箇所で移動させずに回転させて金属板同士を接合するスポット接合、(4)金属板同士を接合部において重ね合わせ、接合部に回転ツールを挿入し、回転ツールをその接合部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属板同士を接合する接合の(1)~(4)の4つの態様及びこれらの組み合わせが含まれる。Friction stir welding includes the following four modes and combinations: (1) joining in which the ends of metal plates are butted together to form a joint, and a rotating tool is moved along the length of the processed area while rotating to join the metal plates; (2) spot joining in which the ends of metal plates are butted together to form a joint, and a rotating tool is rotated at the joint without moving, (3) spot joining in which metal plates are overlapped at the joint, a rotating tool is inserted into the joint, and the rotating tool is rotated at that point without moving to join the metal plates; and (4) joining in which metal plates are overlapped at the joint, a rotating tool is inserted into the joint, and the rotating tool is moved along the length of the joint while rotating to join the metal plates.

本発明の固相接合継手1では、被接合材(2,4)のうちの少なくとも一方が、本発明の固相接合用鋼からなる固相接合用鋼材となっている。また、固相接合部6の組織はラス状のマルテンサイト組織を有している。ここで、固相接合部6の殆どの領域をラス状のマルテンサイト組織とすることで、極めて高い強度を得ることができる。一方で、一般的なマルテンサイト組織では十分な延性を発現することが困難であるが、本願発明者がマルテンサイト組織と引張特性の関係を鋭意調査した結果、Mnの添加によりラス状のマルテンサイト組織を微細化することで、良好な延性を付与できることが明らかになった。In the solid-state welded joint 1 of the present invention, at least one of the workpieces (2, 4) is a solid-state welded steel material made from the solid-state welded steel of the present invention. The solid-state welded joint 6 has a lath martensite structure. By making most of the solid-state welded joint 6 a lath martensite structure, extremely high strength can be achieved. However, while it is difficult to achieve sufficient ductility with a typical martensite structure, the present inventors conducted extensive research into the relationship between martensite structure and tensile properties and found that adding Mn to refine the lath martensite structure can impart good ductility.

固相接合部6では、マルテンサイト組織における旧オーステナイトの平均粒径が15μm以下となっている。旧オーステナイト組織を微細化することで、ラス状のマルテンサイト組織が微細化され、固相接合部に高い強度と延性を付与することができる。ここで、旧オーステナイトの平均粒径は10μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることが最も好ましい。なお、旧オーステナイトの平均粒径を求める方法は特に限定されず従来公知の種々の方法を用いることができるが、例えば、適当なエッチングを施した組織を観察してもよく、マルテンサイトと旧オーステナイトとの方位関係により、マルテンサイトから旧オーステナイトを再構築し、再構築した旧オーステナイト組織から求めてもよい。In the solid-phase welded joint 6, the average grain size of prior austenite in the martensite structure is 15 μm or less. By refining the prior austenite structure, the lath-shaped martensite structure is refined, imparting high strength and ductility to the solid-phase welded joint. Here, the average grain size of prior austenite is more preferably 10 μm or less, and most preferably 5 μm or less. The method for determining the average grain size of prior austenite is not particularly limited and various conventionally known methods can be used. For example, the average grain size of prior austenite can be determined by observing a structure that has been appropriately etched, or by reconstructing prior austenite from martensite based on the orientation relationship between martensite and prior austenite, and then determining the average grain size from the reconstructed prior austenite structure.

また、被接合材(2,4)のビッカース硬度が400HV以上、固相接合部6のビッカース硬度が400HV以上、固相接合部6近傍の熱影響部のビッカース硬度が400HV以上、であることが好ましい。より好ましいビッカース硬度は、被接合材(2,4)、固相接合部6及び熱影響部共に450HV以上である。 It is also preferable that the Vickers hardness of the workpieces (2, 4) be 400 HV or more, the Vickers hardness of the solid-state welded portion 6 be 400 HV or more, and the Vickers hardness of the heat-affected zone near the solid-state welded portion 6 be 400 HV or more. A more preferable Vickers hardness is 450 HV or more for all of the workpieces (2, 4), the solid-state welded portion 6, and the heat-affected zone.

また、固相接合部6及び熱影響部のビッカース硬度が、被接合材(2,4)のビッカース硬度の80~120%の値となることが好ましい。被接合材(2,4)、固相接合部6及び熱影響部の強化機構は同一ではないが、最終的にこれらの硬度のばらつきを低減することで、機械的性質に特異領域のない良好な継手とすることができる。 It is also preferable that the Vickers hardness of the solid-state welded portion 6 and the heat-affected zone be 80 to 120% of the Vickers hardness of the materials to be welded (2, 4). Although the strengthening mechanisms of the materials to be welded (2, 4), the solid-state welded portion 6, and the heat-affected zone are not identical, ultimately reducing the variation in their hardness can result in a good joint with no areas of unique mechanical properties.

また、熱影響部にV、W及びMoのうちの少なくとも1種を含む二次炭化物を有することが好ましい。固相接合継手1全体の硬度分布を均質化するためには熱影響部の硬度低下を抑制する必要があるが、当該領域に高硬度の二次炭化物を分散させることにより、極めて効果的に軟化を抑制することができる。 It is also preferable for the heat-affected zone to contain secondary carbides containing at least one of V, W, and Mo. In order to homogenize the hardness distribution throughout the solid-state welded joint 1, it is necessary to suppress a decrease in hardness in the heat-affected zone. However, by dispersing high-hardness secondary carbides in this region, softening can be suppressed extremely effectively.

また、固相接合継手1は、室温での引張強さが1000MPa以上、伸びが20%以上であることが好ましく、1200MPa以上、伸びが20%以上であることがより好ましく、1500MPa以上、伸びが20%以上であることが最も好ましい。被接合材(2,4)と固相接合部6に高い引張特性を付与すると共に、熱影響部での軟化を抑制することで、これらの値を実現することができる。固相接合継手1がこれらの引張特性を有することで、高い強度と信頼性が要求される用途において、超高張力鋼と同等以上の機械的性質を有する継手として十分に使用することができる。ここで、引張試験の結果は引張試験片のサイズ及び形状の影響を受ける場合が存在するが、本願明細書においては、平行部の長さが4mm、幅が2mm程度の、比較的小型の引張試験片を用いて得られた値を基準とする。Furthermore, the solid-state welded joint 1 preferably has a tensile strength of 1000 MPa or more and an elongation of 20% or more at room temperature, more preferably 1200 MPa or more and an elongation of 20% or more, and most preferably 1500 MPa or more and an elongation of 20% or more. These values can be achieved by imparting high tensile properties to the welded materials (2, 4) and the solid-state weld 6 while suppressing softening in the heat-affected zone. Because the solid-state welded joint 1 possesses these tensile properties, it can be fully used as a joint with mechanical properties equivalent to or better than ultra-high tensile steel in applications requiring high strength and reliability. While the results of tensile tests may be affected by the size and shape of the tensile test specimen, the present specification uses values obtained using a relatively small tensile test specimen with a parallel portion approximately 4 mm long and 2 mm wide.

固相接合継手1の固相接合部6は摩擦圧接や線形摩擦接合によって形成されたものでもよいが、摩擦攪拌接合部とすることで、鋼板の任意の領域に固相接合部6を形成することができ、大型構造物の製造にも対応が可能である。 The solid-state welded joint 6 of the solid-state welded joint 1 may be formed by friction welding or linear friction welding, but by using a friction stir welded joint, the solid-state welded joint 6 can be formed in any area of the steel plate, making it possible to manufacture large structures.

(3)固相接合構造物
本発明の固相接合構造物は、固相接合継手1を有することを特徴としている。固相接合継手1以外の構造部に関する材質、形状及びサイズは特に限定されず、従来公知の種々の構造物とすることができる。
(3) Solid-state welded structure The solid-state welded structure of the present invention is characterized by having a solid-state welded joint 1. The materials, shapes, and sizes of the structural parts other than the solid-state welded joint 1 are not particularly limited, and various conventionally known structures can be used.

本発明の効果を損なわない限りにおいて、固相接合構造物は特に限定されないが、例えば、自動車、船舶及び鉄道車両等の輸送用機器の構造部、各種建築構造物、橋梁、鉄管等を挙げることができる。 Solid-phase welded structures are not particularly limited as long as they do not impair the effects of the present invention, but examples include structural parts of transportation equipment such as automobiles, ships, and railway vehicles, various architectural structures, bridges, iron pipes, etc.

(4)固相接合用鋼材
本発明の固相接合用鋼材は、本発明の固相接合用鋼からなり、ラス状のマルテンサイト組織を有し、当該マルテンサイト組織における旧オーステナイトの平均粒径が15μm以下であること、を特徴とする固相接合用鋼材である。当該組成及び組織を有する固相接合用鋼材は、室温での引張強さが1000MPa以上、伸びが20%以上となり、高い強度と信頼性が要求される用途において、超高張力鋼と同等以上の機械的性質を有する鋼材として十分に使用することができる
(4) Steel for solid-state bonding The steel for solid-state bonding of the present invention is made of the steel for solid-state bonding of the present invention, and is characterized in that it has a lath-shaped martensite structure, and the average grain size of prior austenite in the martensite structure is 15 μm or less. The steel for solid-state bonding having this composition and structure has a tensile strength of 1000 MPa or more and an elongation of 20% or more at room temperature, and can be fully used as a steel having mechanical properties equal to or greater than those of ultra-high tensile steel in applications requiring high strength and reliability.

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。 The above describes representative embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these and various design modifications are possible, all of which are included within the technical scope of the present invention.

以下、実施例において本発明の固相接合用鋼、固相接合用鋼材、固相接合継手及び固相接合構造物について更に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 The following examples further explain the solid-state bonding steel, solid-state bonding steel material, solid-state bonded joints, and solid-state bonded structures of the present invention, but the present invention is not limited to these examples in any way.

≪実施例1≫
高周波溶解により表1に示す組成を有する鋼のインゴット(φ35×20~25h)を作製し、1000℃の熱間圧延にて板厚を3mmに調整した。その後、Moを完全にオーステナイト中に固溶させると共にマルテンサイト組織を得るために、1000℃で10分間の均熱拡散処理を施した後に水冷して鋼板(実施固相接合用鋼1)を得た。なお、表1に示す値は質量%である。
Example 1
Steel ingots (φ35 × 20-25h) having the composition shown in Table 1 were produced by high-frequency melting, and the plate thickness was adjusted to 3 mm by hot rolling at 1000°C. Thereafter, in order to completely dissolve Mo in austenite and obtain a martensite structure, the steel was subjected to a soaking diffusion treatment at 1000°C for 10 minutes, followed by water cooling to obtain a steel plate (Steel 1 for practical solid-state bonding). The values shown in Table 1 are in mass %.

得られた鋼板に対し、ショルダ径15mm、プローブ径6mm、プローブ長2.9mmの形状を有する超硬合金製ツール(プローブにネジを有していない)を用い、ツール回転速度:400rpm、接合速度:150mm/min、接合荷重:2.5ton、ツール前進角:3°、接合雰囲気:Arの条件で摩擦攪拌接合を行った。 Friction stir welding was performed on the obtained steel plates using a cemented carbide tool (probe without threads) with a shoulder diameter of 15 mm, probe diameter of 6 mm, and probe length of 2.9 mm under the following conditions: tool rotation speed: 400 rpm, joining speed: 150 mm/min, joining load: 2.5 tons, tool advance angle: 3°, and joining atmosphere: Ar.

≪実施例2≫
表1に示す実施例2の組成を用いた以外は実施例1と同様にして、鋼板(実施固相接合用鋼2)を得た。また、実施例1と同様にして、摩擦攪拌接合を施した。
Example 2
A steel plate (Steel 2 for practical solid-state welding) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the composition of Example 2 shown in Table 1 was used. Friction stir welding was also performed in the same manner as in Example 1.

≪実施例3≫
表1に示す実施例3の組成を用いた以外は実施例1と同様にして、鋼板(実施固相接合用鋼3)を得た。また、実施例1と同様にして、摩擦攪拌接合を施した。
Example 3
A steel plate (Steel 3 for practical solid-state welding) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition of Example 3 shown in Table 1 was used. Friction stir welding was also carried out in the same manner as in Example 1.

≪実施例4≫
表1に示す実施例4の組成を用い、均熱拡散処理の温度を1125℃としたこと以外は実施例1と同様にして、鋼板(実施固相接合用鋼4)を得た。また、実施例1と同様にして、摩擦攪拌接合を施した。
Example 4
A steel plate (Steel 4 for practical solid-state bonding) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the composition of Example 4 shown in Table 1 was used and the temperature of the soaking diffusion treatment was set to 1125° C. Furthermore, friction stir welding was performed in the same manner as in Example 1.

≪比較例1≫
表1に示す比較例1の組成を用いた以外は実施例1と同様にして、鋼板(比較固相接合用鋼1)を得た。また、実施例1と同様にして、摩擦攪拌接合を施した。
Comparative Example 1
A steel plate (comparative solid-state bonding steel 1) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the composition of Comparative Example 1 shown in Table 1 was used. Friction stir welding was also performed in the same manner as in Example 1.

≪比較例2≫
表1に示す比較例2の組成を用いた以外は実施例1と同様にして、鋼板(比較固相接合用鋼2)を得た。また、実施例1と同様にして、摩擦攪拌接合を施した。
Comparative Example 2
A steel plate (comparative solid-state welding steel 2) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the composition of Comparative Example 2 shown in Table 1 was used. Friction stir welding was also performed in the same manner as in Example 1.

≪比較例3≫
表1に示す比較例3の組成を用いた以外は実施例1と同様にして、鋼板(比較固相接合用鋼3)を得た。また、実施例1と同様にして、摩擦攪拌接合を施した。
Comparative Example 3
A steel plate (comparative solid-state welding steel 3) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the composition of Comparative Example 3 shown in Table 1 was used. Friction stir welding was also performed in the same manner as in Example 1.

[評価試験]
(1)組織観察
摩擦攪拌接合方向に対して垂直に攪拌部を含む領域を切り出し、断面を研磨及び腐食(4%ナイタール)した後、走査電子顕微鏡(FE-SEM,日本電子株式会社製JSM-7001FA)を用いて組織観察を行った。なお、研磨にはエメリー紙(#600~#3000)及びダイヤモンドペースト(粒度3μm及び1μm)を用いた。また、母材観察用の試料も同様に準備した。
[Evaluation test]
(1) Microstructural observation The region including the stir zone was cut out perpendicular to the friction stir welding direction, and the cross section was polished and corroded (4% nital), after which the microstructural observation was performed using a scanning electron microscope (FE-SEM, JSM-7001FA manufactured by JEOL Ltd.). Emery paper (#600 to #3000) and diamond paste (grain sizes 3 μm and 1 μm) were used for polishing. Samples for observing the base material were also prepared in the same way.

(2)EBSD測定
母材及び摩擦攪拌接合継手の攪拌部における旧オーステナイト粒径を測定するため、EBSD測定を行った。EBSD測定にはFE-SEM(日本電子株式会社製JSM-7001FA)及びTSL社製のOIM data Collection ver5.31を用いた。
(2) EBSD Measurement EBSD measurement was performed to measure the prior austenite grain size in the base material and the stir zone of the friction stir welded joint. FE-SEM (JSM-7001FA manufactured by JEOL Ltd.) and OIM Data Collection ver. 5.31 manufactured by TSL were used for the EBSD measurement.

(3)ビッカース硬度測定
上記実施例及び比較例で得られた摩擦攪拌接合継手の接合部横断面に対してビッカース硬度測定を行った。測定部は板厚中心とし、水平方向の硬度分布を測定した。測定装置にはFUTURE-TECH製のARS 10Kを用い、1kg、10sの条件で測定を行った。
(3) Vickers hardness measurement Vickers hardness measurement was performed on the cross section of the friction stir welded joint obtained in the above examples and comparative examples. The measurement was performed at the center of the plate thickness, and the hardness distribution in the horizontal direction was measured. The measurement device used was ARS 10K manufactured by FUTURE-TECH, and the measurement was performed under the conditions of 1 kg and 10 s.

実施固相接合用鋼2、実施固相接合用鋼3及び比較固相接合用鋼1の母材及び攪拌部の組織観察結果(SEM観察像)を図4に示す。実施固相接合用鋼2、実施固相接合用鋼3及び比較固相接合用鋼1の全てにおいて、母材ではオーステナイト域からの水冷によりフルマルテンサイト組織が形成されている。また、攪拌部においても、接合温度がA点以上となる摩擦攪拌接合により、母材と同様のフルマルテンサイト組織となっている。母材及び攪拌部の両方で微細な球状粒子が観察されるが、これはマトリックス中に固溶されなかったV炭化物であると考えられる。 Figure 4 shows the results of structural observation (SEM images) of the base material and stir zone of the example solid-state bonding steel 2, the example solid-state bonding steel 3, and the comparative solid-state bonding steel 1. In all of the example solid-state bonding steel 2, the example solid-state bonding steel 3, and the comparative solid-state bonding steel 1, a full martensite structure was formed in the base material by water cooling from the austenite region. Also, in the stir zone, a full martensite structure similar to that of the base material was formed by friction stir welding in which the joining temperature was A3 point or higher. Fine spherical particles were observed in both the base material and the stir zone, which are thought to be V carbides that were not solid-solved in the matrix.

実施固相接合用鋼3の母材、攪拌部及び熱影響部の組織観察結果を図5に並べて示す。母材と比較すると熱影響部の組織はやや粗大化していることが分かる。一方で、マトリックス中に固溶されなかったV炭化物には大きな変化が認められない。なお、後述のビッカース硬度測定の結果からは、Vの添加によって熱影響部の軟化が効果的に抑制されていることから、SEM観察では明瞭に観察できない微細なVの二次炭化物が形成されていると考えられる。 Figure 5 shows the results of structural observations of the base material, stir zone, and heat-affected zone of the embodied solid-state bonding steel 3. Compared to the base material, it can be seen that the structure of the heat-affected zone is slightly coarsened. On the other hand, no significant changes were observed in the V carbides that were not dissolved in the matrix. Furthermore, the results of the Vickers hardness measurements described below suggest that the addition of V effectively suppresses softening of the heat-affected zone, resulting in the formation of fine secondary V carbides that cannot be clearly observed by SEM observation.

実施固相接合用鋼2、実施固相接合用鋼3及び比較固相接合用鋼1に関して、EBSD測定結果から、マルテンサイトと旧オーステナイトとの方位関係により、母材及び攪拌部のマルテンサイトから旧オーステナイトを再構築した結果を図6に示す。Vの添加によって旧オーステナイト粒が微細化していることが分かる。特に、攪拌部において、1.0%のVを添加した場合は約4μmの極めて微細な旧オーステナイト粒径となっている。 Figure 6 shows the results of EBSD measurements of practical solid-state bonding steel 2, practical solid-state bonding steel 3, and comparative solid-state bonding steel 1, which show the reconstruction of prior austenite from martensite in the base material and stir zone based on the orientation relationship between martensite and prior austenite. It can be seen that the addition of V refines the prior austenite grains. In particular, when 1.0% V was added to the stir zone, the prior austenite grain size was extremely fine, at approximately 4 μm.

実施固相接合用鋼1、比較固相接合用鋼1、比較固相接合用鋼2及び比較固相接合用鋼3の摩擦攪拌接合継手の接合部横断面におけるビッカース硬度分布を図7に示す。図7には、ビッカース硬度測定位置に対応した接合部横断面の模式図も示している。比較固相接合用鋼1、比較固相接合用鋼2及び比較固相接合用鋼3においては、熱影響部で顕著な軟化が認められる。これに対し、3.0%のMoを添加した実施固相接合用鋼1では、当該軟化が効果的に抑制されており、最低硬度が450HV以上となっている。加えて、攪拌部及び熱影響部のビッカース硬度は、母材のビッカース硬度の80~120%の値となっている。 Figure 7 shows the Vickers hardness distribution in the cross section of the friction stir welded joints of Experimental Solid-State Welding Steel 1, Comparative Solid-State Welding Steel 1, Comparative Solid-State Welding Steel 2, and Comparative Solid-State Welding Steel 3. Figure 7 also shows a schematic diagram of the cross section of the joint corresponding to the Vickers hardness measurement positions. Significant softening was observed in the heat-affected zone in Comparative Solid-State Welding Steel 1, Comparative Solid-State Welding Steel 2, and Comparative Solid-State Welding Steel 3. In contrast, in Experimental Solid-State Welding Steel 1, which contains 3.0% Mo, this softening was effectively suppressed, with a minimum hardness of 450 HV or higher. Additionally, the Vickers hardness of the stir and heat-affected zones was 80-120% of the Vickers hardness of the base material.

実施固相接合用鋼2、実施固相接合用鋼3、実施固相接合用鋼4及び比較固相接合用鋼1の摩擦攪拌接合継手の接合部横断面におけるビッカース硬度分布を図8に示す。図8には、ビッカース硬度測定位置に対応した接合部横断面の模式図も示している。比較固相接合用鋼1においては、熱影響部で顕著な軟化が認められる。これに対し、0.5%及び1.0%のMoを添加した実施固相接合用鋼では、当該軟化が効果的に抑制されており、最低硬度は何れの場合も400HV以上となっている。加えて、攪拌部及び熱影響部のビッカース硬度は、母材のビッカース硬度の80~120%の値となっている。ここで、Vの場合は0.5%添加と1.0%添加の場合で大差はなく、比較的少量の添加で熱影響部の軟化が抑制されることが分かる。また、均熱拡散処理の温度が最低硬度に及ぼす影響も顕著には認められない。一方で、Moを3.0%添加した場合と比較すると、最低硬度はやや低い値となっている。Figure 8 shows the Vickers hardness distribution in the cross-sections of friction stir welded joints for Experimental Solid-State Welding Steel 2, Experimental Solid-State Welding Steel 3, Experimental Solid-State Welding Steel 4, and Comparative Solid-State Welding Steel 1. Figure 8 also shows a schematic diagram of the cross-sections of the joints corresponding to the Vickers hardness measurement locations. For Comparative Solid-State Welding Steel 1, significant softening was observed in the heat-affected zone. In contrast, for Experimental Solid-State Welding Steels with 0.5% and 1.0% Mo addition, this softening was effectively suppressed, with minimum hardness exceeding 400 HV in both cases. Additionally, the Vickers hardness of the stir and heat-affected zones was 80-120% of that of the base material. Here, there was little difference between the addition of 0.5% and 1.0% V, indicating that softening in the heat-affected zone was suppressed even with a relatively small amount of V. Furthermore, the soaking temperature did not significantly affect the minimum hardness. On the other hand, compared to the case where 3.0% Mo is added, the minimum hardness is a slightly lower value.

1・・・固相接合継手、
2,4・・・被接合材、
6・・・固相接合部。
1...Solid-state bonded joint,
2, 4... material to be joined,
6...Solid phase junction.

Claims (6)

被接合材が固相接合用鋼からなる固相接合用鋼材であり、
前記固相接合用鋼の鋼組成が、質量%で、
C:0.20~2.14%、
SiとAlの合計:1.00~3.00%、
Mn:2.00~5.00%、を含有すると共に、
V:0.1%超3.0%以下、Mo:1.0%超6.0%以下、のうちの少なくとも1種を含有し、
残部がFe及び不可避不純物のみの組成であり、
前記固相接合用鋼材の室温での引張強さが1000MPa以上であり、
前記固相接合用鋼材の固相接合部がラス状のマルテンサイト組織を有し、
前記マルテンサイト組織における旧オーステナイトの平均粒径が15μm以下であり、
室温での引張強さが1000MPa以上であり、
前記固相接合部が摩擦攪拌接合部、摩擦圧接部及び線形摩擦接合部のうちのいずれかであること、
を特徴とする固相接合継手。
The material to be welded is a steel material for solid-state welding made of steel for solid-state welding,
The steel composition of the steel for solid-state bonding is, in mass%,
C: 0.20-2.14%,
Sum of Si and Al: 1.00 to 3.00%
Mn: 2.00 to 5.00%;
Contains at least one of V: more than 0.1% and not more than 3.0% and Mo: more than 1.0% and not more than 6.0%;
The balance is composed of only Fe and inevitable impurities,
The tensile strength of the steel material for solid-state bonding at room temperature is 1000 MPa or more,
The solid-state welded portion of the steel material for solid-state bonding has a lath-shaped martensite structure,
The average grain size of prior austenite in the martensite structure is 15 μm or less,
The tensile strength at room temperature is 1000 MPa or more,
The solid-state welded portion is any one of a friction stir welded portion, a friction welded portion, and a linear friction welded portion;
A solid-state bonded joint characterized by:
前記Cの含有量が0.20~0.45質量%であること、
を特徴とする請求項1に記載の固相接合継手。
The C content is 0.20 to 0.45 mass%;
2. The solid-state welded joint according to claim 1, wherein:
前記固相接合用鋼材のビッカース硬度が400HV以上、
前記固相接合部のビッカース硬度が400HV以上、
前記固相接合部近傍の熱影響部のビッカース硬度が400HV以上、であること、
を特徴とする請求項1又は2に記載の固相接合継手。
The Vickers hardness of the steel material for solid-state bonding is 400 HV or more,
The Vickers hardness of the solid-phase bonded joint is 400 HV or more,
The Vickers hardness of the heat-affected zone in the vicinity of the solid-state weld is 400 HV or more;
3. The solid-state welded joint according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記固相接合部及び前記熱影響部のビッカース硬度が、前記固相接合用鋼材のビッカース硬度の80~120%の値となること、
を特徴とする請求項1~3のうちのいずれかに記載の固相接合継手。
the Vickers hardness of the solid-state welded portion and the heat-affected portion is 80 to 120% of the Vickers hardness of the steel material for solid-state welding;
The solid-state welded joint according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記熱影響部にV又はMoのうちの少なくとも1種を含む二次炭化物を有すること、
を特徴とする請求項1~4のうちのいずれかに記載の固相接合継手。
The heat-affected zone has secondary carbides containing at least one of V and Mo;
The solid-state welded joint according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
請求項1~のうちのいずれかに記載の固相接合継手を有すること、
を特徴とする固相接合構造物。
The solid-state welded joint according to any one of claims 1 to 5 is included.
A solid-state bonded structure characterized by:
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