JPH0524980B2

JPH0524980B2 -

Info

Publication number: JPH0524980B2
Application number: JP7038186A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Maehara; Toshiro Tomita
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1993-04-09
Also published as: JPS62227597A

Description

[Detailed description of the invention]

（産業上の利用分野）本発明は、２相系ステンレス鋼を用いた固相接
合用薄帯に関する。（従来の技術）超塑性材料を使つた固相接合についてはすでに
良く知られている〔例えば（「超塑性と金属加工
技術」：超塑性研究会編（1980）、日刊工業新聞
社、p.151）参照〕。しかしながら、一般に、超塑性材料は通常の加
工においては難加工性を示すものが多いので、そ
の薄帯をサンドイツチ状にはさんだ固相接合のア
イデアはあつても（特開昭52−45567号）その実
用化は困難であつた。固相接合の場合、厚さ数ミ
リ以下の薄帯に成形しなければならず、工業的な
コストで従来公知の超塑性材料をそのように加工
することはできなかつた。（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的は、上述のような従来技術の諸欠
点を解消した、超塑性を示す固相接合用ステンレ
ス鋼薄帯を提供することである。（問題点を解決するための手段）かくして、本発明者は固相接合用の材料につい
て種々検討を重ねたところ、２相系ステンレス鋼
で超塑性を示すものが、特にすぐれていることを
知り、さらに研究を重ね、その合金組成を特定化
するとともに、加工性に難点がある場合には、溶
湯からの直接の成形によつて薄帯とすることで、
効果的な超塑性化とともに成形が行われることを
知り、本発明を完成した。ここに、本発明の要旨とするところは、Fe、
Cr、Niを主成分として含有し、Cr eq＝Cr＋Mo
＋1.5、Si、Ni eq＝Ni＋0.5Mn＋30C＋25Nで示
されるCr eqおよびNi eqが次式を満足し、 0.32Cr eq−５≦Ni eq≦0.79Cr eq−8.6 16≦Cr eq≦35 かつ、固溶Ｎ量が0.01％以上であつて、α相分
率が80％以上の固相接合用２相系ステンレス鋼薄
帯である。本発明の１態様によれば、前記薄帯は溶湯から
好ましくは急冷凝固により直接に成形されたもの
である。前記薄帯の厚さは、薄い方が冷却速度を
上げられ、かつ接合上効率的であるので、好まし
くは、その上限は２mmとする。下限は特に胃いが
急冷薄帯製造上の理由により20μｍとなる。急冷凝固によれば、厚さ２mm以下という薄帯も
問題なく製造できる。しかも、急冷凝固というこ
とで微細結晶質とすることにより超塑性も一層有
利に発現される。急冷凝固法による場合は、得ら
れる２相ステンレス鋼のα相分率を80体積％以上
とするように、その冷却速度を調整する必要があ
る。なお、平衡状態ではα相分率は、20〜80％で
ある。このように、本発明は、急冷凝固によつて溶湯
から直接に製造した超塑性に優れた薄帯であつ
て、これを使うことにより、その効果的超塑性に
基づく優れた肉流れにより密着性を一層改善し、
接合の際必要とされる拡散距離を極めて短いもの
とした拡散接合方法が可能となるのである。（作用）次に、本発明において、合金組成を上述のよう
に限定した理由を述べる。まず、上述のように限定されたNi eqおよびCr
eqは750〜1200℃という固相接合条件下の平衡状
態でα／（α＋γ）の比が0.2〜0.8となる範囲を
規定するものであつて、そのような条件を満足す
る限り、個々の具体的組成に係わらずα／（α＋
γ）＝0.2〜0.8が満足され、超塑性を実現される。
好ましくは、0.4Cr eq−４≦Ni eg≦0.6Cr eq−
７であつて、Cr eq＝20〜30である。 Cr eqおよびNi eqをまず上述のように定義し
たのは、すでに述べたところからも明らかなよう
に、それぞれフエライト生成元素のCr換算当量、
およびオーステナイト生成元素のNi換算当量を
得るためである。本発明の場合、CrおよびNiの
より２相組織を調整するためそれぞれについて上
述のように定義するのである。また、それらを上述の範囲に限定したのは、そ
の範囲でα相とγ相との２相組織となり、固相接
合時の平衡状態でα相の割合が0.2〜0.8となつて
優れた超塑性が得られるからである。好ましく
は、このα相分率は、50〜75体積％である。本発明において利用する２相ステンレス鋼の主
成分をFe、Cr、およびNiと限定したのは、他の
元素を用いた組合せでもα相とγ相と２相混合組
織を得ることができるけれども、それによつて得
られる材料の性質とコストを考慮した場合に、
Fe、Cr、Niの３元素を主成分とする方が有利と
なるからであり、好ましくは、本発明で対象とな
る２相ステンレス鋼には、重量％でNi：３〜18
％、Cr：15〜35％であつて、これらの成分の他
に、必要に応じて、Mo≦6.0％、Cu≦1.0％、Ti
≦0.5％、Zr≦0.5％、Nb≦0.5％、Ｖ≦0.5％、Ｗ
≦1.0％、Co≦0.5％、およびＣ≦0.1％の少なく
とも１種を含有し、あるいはさらに、Si≦5.0％
およびMn≦5.0％のうちの１種以上を含有したも
のや、また少量のRe、Ce、La、もしくはCaを含
んだものも包含される。残部はFeおよび不可能
不純物である。なお、超塑性を発現させるためには、固溶Ｎ含
有量が高い方が好ましく、Ti、Zr等を添加した
場合は、実質的に固相Ｎ≧0.01％と制限するのが
好ましい。その理由は、固相接合中に超塑性を発
現させるためにはオーステナイト生成元素であ
り、拡散しやすいＮの量を多くしないと、γ相の
球状均一分散が生じ難く、その下限が0.01％であ
るからである。Ｃについては特に制限されないが、炭化物を生
成して製品の性質を害するので極力低減するのが
よい。好ましくは、Ｃ≦0.05％とする。さらに好ましくは、本発明において使用する２
相系ステンレス鋼は、重量％で、Ni：3.5〜9.0
％、Cr：17〜27％、Mo：1.0〜4.0％、Ｎ：0.05〜
0.25％、および脱酸剤として0.5〜1.5％程度の少
量のSiおよび／またはMn、ならびに残部Feおよ
び不可避不純物から成る組成を有するが、要求さ
れる耐食性その他の性質によつてはSiやMnを積
極的にそれ以上添加してもよい。しかしながら、以上のように本発明にあつて
は、接合時に平衡状態でα相分率20〜80％を呈す
るα＋γ型２相組織を呈する限りにおいてそのす
ぐれた超塑性現象を利用できるのであつて、上述
の各種添加元素を加えても実質上α＋γ型２相組
織は何ら変更を受けないことが確認されている。このように調製した鋼を、本発明の好適例によ
れば、溶湯から急冷して薄帯とする。本発明にかかる薄帯の製造方法は特に問わない
が、一般に２相系が難加工材であることを考える
と、急冷凝固によるのが好ましく、通常の片ロー
ル、双ロールもしくは、その他の方法が適用でき
る。冷却速度は特に限定されないが組織が、微細
になつたほうが、後の超塑性変形能を向上させる
ため、急冷後のα相量を80体積％以上とするのが
好ましいため、100℃／sec以上が好ましい。より
好ましくは10³℃／sec以上である。冷却速度を上
げる程α相の量は増加するので、冷却速度の目安
となる。このように急冷後に体積％でα相量を80
％以上とするのは、接合温度に加熱したときに細
かいγ粒を多数析出せしめて超塑性を発現しやす
くするためであり、γ相が20％超存在するとそれ
らが粗大化して超塑性に有害となるからである。このようにして得られた薄帯はそのまま固相接
合に利用することも可能であるが、板表面性状の
改善およびさらに後工程で組織を微細にするた
め、冷間加工等を施しても良い。これらの処理は
固相接合時に再結晶によつて組織を著しく微細化
し、超塑性を向上させるが、それには圧下率で20
％以上の冷間加工を加えることが好ましい。本発明により得られた固相接合用薄帯を使つて
固相接合する場合、まず接合面を清浄面としてか
ら750〜1200℃に加熱し、例えば、0.5Kgｆ／mm²以
上の加圧力をかけながら接合を行えばよい。温度を750〜1200℃に限定する理由は、この範
囲で２相ステンレス鋼の超塑性が得やすいからで
あり、かつ固相接合素材の組織が粗くなつたりせ
ず、本来の性質を損なわないからである。より好
ましくは900〜1100℃とするのがよい。加熱は、そのような方法であつても良いが、ス
ケール防止のため、２相系ステンレス鋼中に多量
に含有される窒素を多く含有するN₂ガス雰囲気
中で加熱することが好ましい。接合のための圧縮力は、例えば0.5Kgｆ／mm²以
上であるが、余り大きすぎると座屈、変形が大き
くなるため、10Kgｆ／mm²以下にとどめるのが望ま
しい。加熱、加圧により接合された２相系ステンレス
鋼は、そのまま冷却されるが、冷却中にシグマ相
などの金属間化合物が生成するとその後の靭性を
著しく害するため、５℃／min以上の冷却速度で
冷却し、できれば1000〜1200℃近傍で加工後急冷
すれば溶体化処理を施したのと実質的に同じとな
るため好ましい。接合に供する素材としては特に限定されない
が、拡散接合性が良く異種元素間の拡散速度の著
しい差によつて生ずるカーケンダルボイド等を生
じにくい鉄基合金が好ましく、低合金鋼、オース
テナイト系、フエライト系ステンレス鋼が適用で
き、Ni基合金にも適用が可能である。次に、実施例によつて本発明をさらに詳述する
が、それらは単に本発明の例として示すもので、
それによつて本発明が不当に制限されるものでは
ない。実施例第１表に示す化学組成の溶湯を20〜2000rpmで
回転する直径300mmの超硬合金製双ロール、また
は直径400mmのCu製単ロール表面上に0.5×15mm口
径のノズルより噴射し、50〜300μｍ厚、幅15mm
の急冷薄体を作製した。鋳造まま、もしくはそれ
らのいくつかについては冷間圧延を行つた後、直
径15mmの端面をエメリー紙で＃600仕上げとした
種々の接合素材で上記薄帯をはさみN₂ガス雰囲
気中で局部的に高周波加熱し、所定の温度に昇温
してから、所定の加圧力で所定の時間加圧し放冷
した。その後、1000℃未満の温度で圧接したもの
については所定の熱処理を施した。これらより、平行部の直径10mm、長さ40mmの引
張試験片を切り出し、常温にて引張試験を行つ
た。それぞれの条件と試験結果とを第２表にまと
めて示すが、本発明によつて容易に固相接合が行
われることが分かる。 (Industrial Application Field) The present invention relates to a ribbon for solid phase bonding using two-phase stainless steel. (Conventional technology) Solid-phase bonding using superplastic materials is already well known [for example, "Superplasticity and Metal Processing Technology", edited by Superplasticity Research Group (1980), Nikkan Kogyo Shimbun, p. 151). However, since many superplastic materials are generally difficult to process in normal processing, there is an idea for solid phase bonding in which the thin strips are sandwiched in a sandwich pattern (Japanese Patent Application Laid-open No. 45567/1983). Its practical application was difficult. In the case of solid phase bonding, it is necessary to form a thin strip with a thickness of several millimeters or less, and it has not been possible to process conventionally known superplastic materials in this way at an industrial cost. (Problems to be Solved by the Invention) An object of the present invention is to provide a stainless steel ribbon for solid phase welding that exhibits superplasticity and eliminates the various drawbacks of the prior art as described above. (Means for Solving the Problems) Thus, after conducting various studies on materials for solid phase bonding, the present inventor found that duplex stainless steel exhibiting superplasticity was particularly excellent. Through further research, we specified the alloy composition, and if there were problems with workability, we could directly form the molten metal into a thin strip.
The present invention was completed based on the knowledge that forming can be performed with effective superplasticization. Here, the gist of the present invention is that Fe,
Contains Cr and Ni as main components, Cr eq = Cr + Mo
+1.5, Si, Ni eq=Ni+0.5Mn+30C+25N Cr eq and Ni eq satisfy the following formula, 0.32Cr eq−5≦Ni eq≦0.79Cr eq−8.6 16≦Cr eq≦35 and fixed The present invention is a two-phase stainless steel ribbon for solid phase bonding, which has a molten N content of 0.01% or more and an α phase fraction of 80% or more. According to one aspect of the invention, the ribbon is formed directly from the molten metal, preferably by rapid solidification. The upper limit of the thickness of the thin ribbon is preferably 2 mm, since the thinner the thinner the thinner the cooling rate, the more efficient the bonding will be. The lower limit is 20 μm, especially for reasons of manufacturing the quenched ribbon. By rapid solidification, thin strips with a thickness of 2 mm or less can be produced without any problem. Moreover, superplasticity is more advantageously expressed by making the material microcrystalline due to rapid solidification. When using the rapid solidification method, it is necessary to adjust the cooling rate so that the α phase fraction of the resulting duplex stainless steel is 80% by volume or more. Note that in an equilibrium state, the α phase fraction is 20 to 80%. As described above, the present invention is a thin strip with excellent superplasticity that is produced directly from molten metal by rapid solidification, and by using this, it is possible to improve adhesion due to excellent wall flow based on its effective superplasticity. further improve the
This makes possible a diffusion bonding method in which the diffusion distance required for bonding is extremely short. (Function) Next, the reason why the alloy composition is limited as described above in the present invention will be described. First, Ni eq and Cr are limited as mentioned above.
eq defines the range in which the ratio of α/(α+γ) is 0.2 to 0.8 in an equilibrium state under solid phase bonding conditions of 750 to 1200°C, and as long as such conditions are satisfied, individual concrete α/(α+
γ) = 0.2 to 0.8 is satisfied, and superplasticity is achieved.
Preferably, 0.4Cr eq−4≦Ni eg≦0.6Cr eq−
7 and Cr eq = 20-30. Cr eq and Ni eq were first defined as above, as is clear from what has already been said, the Cr equivalent of the ferrite-forming element,
and to obtain the Ni equivalent of the austenite-forming elements. In the case of the present invention, each of Cr and Ni is defined as described above in order to adjust the two-phase structure. In addition, the reason why they are limited to the above-mentioned range is that within this range, the structure becomes a two-phase structure of α phase and γ phase, and the ratio of α phase is 0.2 to 0.8 in the equilibrium state during solid phase bonding, resulting in an excellent superstructure. This is because plasticity can be obtained. Preferably, this alpha phase fraction is between 50 and 75% by volume. The main components of the duplex stainless steel used in the present invention are limited to Fe, Cr, and Ni, although a two-phase mixed structure of α phase and γ phase can be obtained by combining other elements. Considering the properties and cost of the resulting material,
This is because it is more advantageous to have the three elements Fe, Cr, and Ni as the main components, and preferably the duplex stainless steel targeted by the present invention contains Ni: 3 to 18% by weight.
%, Cr: 15 to 35%, and in addition to these components, Mo≦6.0%, Cu≦1.0%, Ti
≦0.5%, Zr≦0.5%, Nb≦0.5%, V≦0.5%, W
≦1.0%, Co≦0.5%, and C≦0.1%, or further, Si≦5.0%
Also included are those containing one or more of Mn≦5.0%, and those containing a small amount of Re, Ce, La, or Ca. The remainder is Fe and impossible impurities. In addition, in order to express superplasticity, it is preferable that the solid solution N content is high, and when Ti, Zr, etc. are added, it is preferable to substantially limit the solid phase N to 0.01%. The reason for this is that in order to express superplasticity during solid phase bonding, an austenite-forming element is required, and unless the amount of N, which is easy to diffuse, is increased, it is difficult to produce a spherical uniform dispersion of the γ phase, and the lower limit is 0.01%. Because there is. C is not particularly limited, but it is best to reduce it as much as possible since it generates carbides and impairs the properties of the product. Preferably, C≦0.05%. More preferably, the 2 used in the present invention
Phase stainless steel is Ni: 3.5 to 9.0 in weight%
%, Cr: 17~27%, Mo: 1.0~4.0%, N: 0.05~
0.25%, and a small amount of Si and/or Mn of about 0.5 to 1.5% as a deoxidizing agent, and the balance is Fe and unavoidable impurities. You may actively add more than that. However, as described above, in the present invention, as long as an α + γ type two-phase structure exhibiting an α phase fraction of 20 to 80% in an equilibrium state at the time of welding, the excellent superplastic phenomenon can be utilized. It has been confirmed that the α+γ two-phase structure is not substantially changed by adding the various additive elements described above. According to a preferred embodiment of the invention, the steel thus prepared is rapidly cooled from a molten metal into a ribbon. The method of manufacturing the ribbon according to the present invention is not particularly limited, but considering that two-phase materials are generally difficult to process, rapid solidification is preferred, and ordinary single roll, double roll or other methods are preferred. Applicable. The cooling rate is not particularly limited, but the finer the structure, the better the subsequent superplastic deformability, so it is preferable that the amount of α phase after quenching is 80% by volume or more, so it is 100°C/sec or more. is preferred. More preferably it is 10 ³ °C/sec or more. Since the amount of α phase increases as the cooling rate increases, it can be used as a guideline for the cooling rate. In this way, after quenching, the α phase amount in volume% is 80
% or more is to precipitate a large number of fine γ grains when heated to the bonding temperature and facilitate the development of superplasticity.If the γ phase is present in excess of 20%, they will become coarse and are harmful to superplasticity. This is because. The thin strip obtained in this way can be used as is for solid phase bonding, but it may also be subjected to cold working etc. in order to improve the plate surface properties and further refine the structure in the subsequent process. . These treatments significantly refine the structure through recrystallization during solid phase welding and improve superplasticity, but this requires a reduction rate of 20
It is preferable to apply cold working of % or more. When performing solid phase bonding using the ribbon for solid phase bonding obtained according to the present invention, the bonding surface is first cleaned, heated to 750 to 1200°C, and a pressing force of, for example, 0.5 Kgf/mm ² or more is applied. It is sufficient to perform the bonding while The reason for limiting the temperature to 750 to 1200℃ is that it is easy to obtain the superplasticity of duplex stainless steel in this range, and the structure of the solid phase joining material will not become coarse and its original properties will not be impaired. It is. More preferably, the temperature is 900 to 1100°C. Although heating may be performed by such a method, in order to prevent scaling, heating is preferably performed in an N ₂ gas atmosphere containing a large amount of nitrogen, which is contained in a large amount in two-phase stainless steel. The compressive force for joining is, for example, 0.5 Kgf/mm ² or more, but if it is too large, buckling and deformation will increase, so it is desirable to keep it to 10 Kgf/mm ² or less. Duplex stainless steel that has been joined by heating and pressure is cooled as it is, but if intermetallic compounds such as sigma phase are generated during cooling, the subsequent toughness will be significantly impaired, so the cooling rate should be at least 5°C/min. It is preferable to cool the material at a temperature of about 1,000 to 1,200° C., preferably at around 1,000 to 1,200° C., and then rapidly cool it after processing, since the result is substantially the same as that obtained by solution treatment. The material used for bonding is not particularly limited, but iron-based alloys that have good diffusion bonding properties and are less likely to produce Kirkendall voids caused by significant differences in diffusion rates between different elements are preferable, such as low-alloy steel, austenitic steel, and ferrite. It can be applied to stainless steels as well as Ni-based alloys. Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, which are shown merely as examples of the present invention.
The present invention is not unduly limited thereby. Example A molten metal having the chemical composition shown in Table 1 was sprayed from a nozzle with a diameter of 0.5 x 15 mm onto the surface of twin rolls made of cemented carbide with a diameter of 300 mm or a single roll made of Cu with a diameter of 400 mm rotating at 20 to 2000 rpm. ~300μm thickness, 15mm width
A quenched thin body was prepared. Either as cast or after cold rolling for some of them, the above thin strips are sandwiched between various bonding materials with a 15 mm diameter end face finished with #600 emery paper and locally rolled in an _N2 gas atmosphere. After high-frequency heating and raising the temperature to a predetermined temperature, pressure was applied at a predetermined pressure for a predetermined period of time and allowed to cool. Thereafter, those that were pressure-welded at a temperature of less than 1000°C were subjected to a prescribed heat treatment. From these, tensile test pieces with a parallel part diameter of 10 mm and length of 40 mm were cut out and subjected to a tensile test at room temperature. The respective conditions and test results are summarized in Table 2, and it can be seen that solid phase bonding is easily performed according to the present invention.

【表】【table】

【表】＊＊：○：母材破断、△：接合部破断強度は
母材並、×：接合部破断強度は母材
以下
[Table] **: ○: Fracture of base metal, △: Fracture of joint, strength is same as base material, ×: Fracture of joint, strength is that of base material
below

Claims

[Claims] 1 Contains Fe, Cr, and Ni as main components, Cr eq
=Cr+Mo+1.5Si, Ni eq=Ni+0.5Mn+30C+
Cr eq and Ni eq represented by 25N satisfy the following formula, 0.32Cr eq−5≦Ni eq≦0.79Cr eq−8.6 16≦Cr eq≦35, and the amount of solid solute N is 0.01% or more, Two-phase stainless steel ribbon for solid phase bonding with an α phase fraction of 80% or more after quenching. 2. A thin two-phase stainless steel body for solid phase bonding according to claim 1, which is formed into a thin ribbon directly from a molten metal. 3. The first claim in which the thickness is 2 mm or less
2. Two-phase stainless steel ribbon for solid phase bonding as described in item 1 or 2.