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技術 鋼部品およびその製造方法

出願人 日本製鉄株式会社
発明者 神尾浩史澤田正美喜多勇人
出願日 2019年4月17日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-078773
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-176292
状態 未査定
技術分野 薄鋼板の熱処理 圧接、拡散接合 熱処理 金属質材料の表面への固相拡散
主要キーワード オーステナイト変態開始温度 ステンレス鋼部品 拡散接合面 拡散接合性 加工誘起マルテンサイト変態 拡散接合後 拡散接合温度 流路部品
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課題

オーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼部品であって、拡散接合で製造された場合であっても、高硬度かつ、接合面での未接合部が少ない(接合率が高い)鋼部品、およびその製造方法を提供すること。

解決手段

オーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼部品であって、断面の、一方の表面から対向する他方の表面に向かう直線に沿って、C及びNの少なくとも一方の含有量について線分析を行ったとき、前記線分析を行った前記含有量の少なくとも一方が、極大値を有し、前記極大値が0.150%超であり、前記線分析を行った前記含有量の最小値が0.150%以下であり、かつ前記極大値が前記最小値の3.0倍以上であり、表面でのビッカース硬度が330HV以上であり、接合面における接合率が50.0%以上である鋼部品。

概要

背景

熱交換器に用いられる部品流路部品等は、液体を流すために内部に空間を有する。このような部品は、内部の空間の形状が複雑な場合、例えば表面にフォトエッチングレーザーによる精密加工を施したオーステナイト系ステンレス鋼板拡散接合することによって作製される場合が多い。

フォトエッチング加工とは、素材である金属板の表面にフォトレジスト法によるパターンを形成した後、スプレーや浸漬によるエッチングによって金属板を溶解し、フォトレジストパターンに対応した形状に金属板を加工する方法である。また、レーザー加工とは、CADデータなどを基に、金属板の表面をレーザーで溶融させて孔や所定のパターンを形成する加工方法である。

フォトエッチング加工やレーザー加工を施した後に、加工されたステンレス鋼板を積層し、無酸化雰囲気中で高温保持して積層したステンレス鋼板を接合することで、多数のステンレス鋼板から一体の部品(鋼部品)が作製される。

このような処理は拡散接合処理とよばれ、高い精度で複雑な形状に加工された部品を成型するために重要となる技術である。

拡散接合に関する技術として、例えば、特許文献1には、ステンレス鋼材同士を直接接触させて一体化させる方法が開示されている。具体的には、拡散接合に際し、接触させる双方のステンレス鋼材の少なくとも一方に昇温過程でのオーステナイト変態開始温度Ac1点を650〜950℃に持ちオーステナイトフェライト2相温度域を880℃以上の範囲に持つ2相系鋼を適用し、接触面圧1.0MPa以下、加熱温度880〜1080℃の条件範囲で前記2相系鋼のフェライト相オーステナイト相変態するときの粒界移動を伴いながら拡散接合を進行させる、ステンレス鋼部品の製造方法が開示されている。

特許文献2には、拡散接合に供する双方のステンレス鋼材(以下「接合前鋼材」という)として、接合面となる表面の表面粗さRaが0.30μm以下に調整された鋼材を使用し、拡散接合条件として、双方の接合前鋼材とも平均結晶粒径r0が50μm以下に調整された状態から拡散接合温度に到達し、拡散接合温度に保持した後に平均結晶粒径r1が80μm以下となり、かつ(r1−r0)/r0が2.0以上となるヒートパターンを適用する、ステンレス鋼を拡散接合した鋼部品の製造方法が開示されている。

近年、精密加工後のステンレス薄板の拡散接合によって作製される鋼部品は、その小型化、軽量化が進行しており、より高い強度(硬度)が求められている。しかしながら、上記の従来技術では、拡散接合後に必要となる高い硬さを得られないという課題があった。これは、素材の硬さが必ずしも高くない、あるいは、素材の硬さが高い場合でも拡散接合温度が高いために、素材で有効であった各強化因子、例えば加工硬化析出強化などの影響が消失することに起因する。
硬度の低下を防ぐには、低温、短時間で拡散接合を行うことが考えられる。しかしながら、低温、短時間の場合には、拡散接合面に未接合部が残るという課題があり、拡散接合性の更なる改良が望まれていた。
ステンレス鋼の強度と硬度は一般的に比例する。そのため、以降では、強度及び硬度、並びに、強化及び硬化は、断りがない限り、それぞれ同様の意味で用いる。

概要

オーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼部品であって、拡散接合で製造された場合であっても、高硬度かつ、接合面での未接合部が少ない(接合率が高い)鋼部品、およびその製造方法を提供すること。オーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼部品であって、断面の、一方の表面から対向する他方の表面に向かう直線に沿って、C及びNの少なくとも一方の含有量について線分析を行ったとき、前記線分析を行った前記含有量の少なくとも一方が、極大値を有し、前記極大値が0.150%超であり、前記線分析を行った前記含有量の最小値が0.150%以下であり、かつ前記極大値が前記最小値の3.0倍以上であり、表面でのビッカース硬度が330HV以上であり、接合面における接合率が50.0%以上である鋼部品。

目的

しかしながら、低温、短時間の場合には、拡散接合面に未接合部が残るという課題があり、拡散接合性の更なる改良が望まれていた

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

オーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼部品であって、断面の、一方の表面から対向する他方の表面に向かう直線に沿って、C及びNの少なくとも一方の含有量について線分析を行ったとき、前記線分析を行った前記含有量の少なくとも一方が、極大値を有し、前記極大値が0.150%超であり、前記線分析を行った前記含有量の最小値が0.150%以下であり、かつ前記極大値が前記最小値の3.0倍以上であり、表面でのビッカース硬度が330HV以上であり、接合面における接合率が50.0%以上であることを特徴とする鋼部品。

請求項2

平均結晶粒径が10.0μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の鋼部品。

請求項3

化合物体積率が5.0%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の鋼部品。

請求項4

前記表面における前記含有量が、前記極大値の0.5倍以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋼部品。

請求項5

前記鋼部品が、C及びNを含有し、さらに、質量%で、Si:0.20〜1.00%、Mn:0.60〜1.50%、Cr:15.00〜20.00%、Ni:6.00〜13.00%、Mo:0.10〜3.00%、Cu:0.10〜0.50%、Nb:0〜0.500%、V:0〜0.500%、Ti:0〜0.500%、を含有し、残部Feおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の鋼部品。

請求項6

前記鋼部品が、複数のオーステナイト系ステンレス鋼板からなる拡散接合品である、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の鋼部品。

請求項7

請求項1〜6のいずれか一項に記載の鋼部品の製造方法であって、オーステナイト系ステンレス鋼板を、炭素または窒素を含有する雰囲気の下で、400℃〜1000℃まで加熱する熱処理工程と、前記熱処理工程を経た複数の前記オーステナイト系ステンレス鋼板を重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記重ね合わせ工程を経た複数の前記オーステナイト系ステンレス鋼板を、700〜1000℃の保持温度まで加熱し、0.1〜80.0MPaの応力を付与したまま保持することによって接合させる接合工程と、を備える鋼部品の製造方法。

請求項8

前記雰囲気が、CH4、またはC2H2を含む炭化雰囲気、もしくはNH3、またはN2を含む窒化雰囲気であることを特徴とする請求項7に記載の鋼部品の製造方法。

請求項9

前記熱処理工程において、前記オーステナイト系ステンレス鋼板の、接合工程後に前記鋼部品の表裏面となる面について、雰囲気中の前記炭素及び前記窒素と反応しないようにシール処理をおこなうことを特徴とする請求項7または8に記載の鋼部品の製造方法。

請求項10

前記オーステナイト系ステンレス鋼板が、質量%で、C:0.150%以下、Si:0.20〜1.00%、Mn:0.60〜1.50%、Cr:15.00〜20.00%、Ni:6.00〜13.00%、Mo:0.10〜3.00%、Cu:0.10〜0.50%およびN:0.150%以下、Nb:0〜0.500%、V:0〜0.500%、Ti:0〜0.500%を含有し、残部Feおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の鋼部品の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、鋼部品及びその製造方法に関する。より詳細には、オーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼部品及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

熱交換器に用いられる部品流路部品等は、液体を流すために内部に空間を有する。このような部品は、内部の空間の形状が複雑な場合、例えば表面にフォトエッチングレーザーによる精密加工を施したオーステナイト系ステンレス鋼板拡散接合することによって作製される場合が多い。

0003

フォトエッチング加工とは、素材である金属板の表面にフォトレジスト法によるパターンを形成した後、スプレーや浸漬によるエッチングによって金属板を溶解し、フォトレジストパターンに対応した形状に金属板を加工する方法である。また、レーザー加工とは、CADデータなどを基に、金属板の表面をレーザーで溶融させて孔や所定のパターンを形成する加工方法である。

0004

フォトエッチング加工やレーザー加工を施した後に、加工されたステンレス鋼板を積層し、無酸化雰囲気中で高温保持して積層したステンレス鋼板を接合することで、多数のステンレス鋼板から一体の部品(鋼部品)が作製される。

0005

このような処理は拡散接合処理とよばれ、高い精度で複雑な形状に加工された部品を成型するために重要となる技術である。

0006

拡散接合に関する技術として、例えば、特許文献1には、ステンレス鋼材同士を直接接触させて一体化させる方法が開示されている。具体的には、拡散接合に際し、接触させる双方のステンレス鋼材の少なくとも一方に昇温過程でのオーステナイト変態開始温度Ac1点を650〜950℃に持ちオーステナイトフェライト2相温度域を880℃以上の範囲に持つ2相系鋼を適用し、接触面圧1.0MPa以下、加熱温度880〜1080℃の条件範囲で前記2相系鋼のフェライト相オーステナイト相変態するときの粒界移動を伴いながら拡散接合を進行させる、ステンレス鋼部品の製造方法が開示されている。

0007

特許文献2には、拡散接合に供する双方のステンレス鋼材(以下「接合前鋼材」という)として、接合面となる表面の表面粗さRaが0.30μm以下に調整された鋼材を使用し、拡散接合条件として、双方の接合前鋼材とも平均結晶粒径r0が50μm以下に調整された状態から拡散接合温度に到達し、拡散接合温度に保持した後に平均結晶粒径r1が80μm以下となり、かつ(r1−r0)/r0が2.0以上となるヒートパターンを適用する、ステンレス鋼を拡散接合した鋼部品の製造方法が開示されている。

0008

近年、精密加工後のステンレス薄板の拡散接合によって作製される鋼部品は、その小型化、軽量化が進行しており、より高い強度(硬度)が求められている。しかしながら、上記の従来技術では、拡散接合後に必要となる高い硬さを得られないという課題があった。これは、素材の硬さが必ずしも高くない、あるいは、素材の硬さが高い場合でも拡散接合温度が高いために、素材で有効であった各強化因子、例えば加工硬化析出強化などの影響が消失することに起因する。
硬度の低下を防ぐには、低温、短時間で拡散接合を行うことが考えられる。しかしながら、低温、短時間の場合には、拡散接合面に未接合部が残るという課題があり、拡散接合性の更なる改良が望まれていた。
ステンレス鋼の強度と硬度は一般的に比例する。そのため、以降では、強度及び硬度、並びに、強化及び硬化は、断りがない限り、それぞれ同様の意味で用いる。

先行技術

0009

特開2013−103271号公報
特開2013−173181号公報

発明が解決しようとする課題

0010

本発明は、上記課題に鑑みなされた。本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼部品であって、拡散接合で製造された場合であっても、高硬度かつ、接合面での未接合部が少ない(接合率が高い)鋼部品、およびその製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

本発明者らは、上記課題を解決するために、拡散接合によって製造されることを想定した鋼部品の、拡散接合面付近における元素分布および拡散接合面の接合性について鋭意検討を行った。その結果、拡散接合前の段階において、外部から炭素窒素をオーステナイト系ステンレス鋼へ供給し、オーステナイト系ステンレス鋼の表層部に炭素や窒素を濃化させることで、硬度低下が抑制されるとともに接合面の拡散接合性が向上し、接合率が向上することが分かった。

0012

本発明は上記の知見に鑑みてなされた。本発明の要旨は、以下の通りである。

0013

(1)オーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼部品であって、断面の、一方の表面から対向する他方の表面に向かう直線に沿って、C及びNの少なくとも一方の含有量について線分析を行ったとき、前記線分析を行った前記含有量の少なくとも一方が、極大値を有し、前記極大値が0.150%超であり、前記線分析を行った前記含有量の最小値が0.150%以下であり、かつ前記極大値が前記最小値の3.0倍以上であり、表面でのビッカース硬度が330HV以上であり、接合面における接合率が50%以上である、鋼部品。
(2)平均結晶粒径が10.0μm以下である、(1)に記載の鋼部品。
(3)化合物体積率が5.0%以下である、(1)または(2)に記載の鋼部品。
(4)前記表面における前記含有量が、前記極大値の0.5倍以下である、(1)〜(3)のいずれかに記載の鋼部品。
(5)前記鋼部品が、C及びNを含有し、さらに、質量%で、Si:0.20〜1.00%、Mn:0.60〜1.50%、Cr:15.00〜20.00%、Ni:6.00〜13.00%、Mo:0.10〜3.00%、Cu:0.10〜0.50%、Nb:0〜0.500%、V:0〜0.500%、Ti:0〜0.500%、を含有し、残部Feおよび不純物からなる化学組成を有する、(1)〜(4)のいずれかに記載の鋼部品。
(6)前記鋼部品が、複数のオーステナイト系ステンレス鋼板からなる拡散接合品である、(1)〜(5)のいずれかに記載の鋼部品。
(7)(1)〜(6)のいずれかに記載の鋼部品の製造方法であって、オーステナイト系ステンレス鋼板を、炭素または窒素を含有する雰囲気の下で、400℃〜1000℃まで加熱する熱処理工程と、前記熱処理工程を経た複数の前記オーステナイト系ステンレス鋼板を重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記重ね合わせ工程を経た複数の前記オーステナイト系ステンレス鋼板を、700〜1000℃の保持温度まで加熱し、0.1〜80.0MPaの応力を付与したまま保持することによって接合させる接合工程と、を備える鋼部品の製造方法。
(8)前記雰囲気が、CH4、またはC2H2を含む炭化雰囲気、もしくはNH3、またはN2を含む窒化雰囲気である、(7)に記載の鋼部品の製造方法。
(9)前記熱処理工程において、前記オーステナイト系ステンレス鋼板の、接合工程後に前記鋼部品の表裏面となる面について、雰囲気中の前記炭素及び前記窒素と反応しないようにシール処理をおこなう、(7)または(8)に記載の鋼部品の製造方法。
(10)前記オーステナイト系ステンレス鋼板が、質量%で、C:0.150%以下、Si:0.20〜1.00%、Mn:0.60〜1.50%、Cr:15.00〜20.00%、Ni:6.00〜13.00%、Mo:0.10〜3.00%、Cu:0.10〜0.50%およびN:0.150%以下、Nb:0〜0.500%、V:0〜0.500%、Ti:0〜0.500%を含有し、残部Feおよび不純物からなる化学組成を有する、(7)〜(9)のいずれかに記載の鋼部品の製造方法。

発明の効果

0014

本発明によれば、高硬度かつ内部(接合面)での未接合部が少ない(接合率が高い)、オーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼部品およびその製造方法を提供できる。

図面の簡単な説明

0015

本実施形態における鋼部品のC含有量またはN含有量の分布の一例を示す模式図である。
本実施形態に係る鋼部品の製造方法の一例を示す模式図であり、同一の熱処理炉内一連の工程を行う場合の模式図である。(a)はオーステナイト系ステンレス鋼板を平行に並べる工程、(b)は炭化または窒化を行う工程、(c)はオーステナイト系ステンレス鋼板を重ね合わせる工程、(d)は、拡散接合を行う工程である。

0016

本発明の実施形態に係る鋼部品(以下本実施形態に係る鋼部品)を以下に説明する。
本実施形態に係る鋼部品は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる鋼部品であって、一方の表面から対向する他方の表面に向かう直線に沿って、C及びNの少なくとも一方の含有量について線分析を行ったとき、測定対象とした含有量の少なくとも一方が極大値を有し、前記極大値が0.150%超であり、最小値が0.150%以下であり、かつ前記極大値が前記最小値の3.0倍以上である。また、実施形態に係る鋼部品は、表面でのビッカース硬度が330HV以上であり、接合面における接合率が50.0%以上である。

0017

本実施形態に係る鋼部品は、熱交換器の部品や流路部品等の精密加工部品に適用することを検討する場合、積層された複数の鋼板同士を相互に接合して得られる拡散接合品であることが工業的には好ましい。以下の実施形態では、主に拡散接合品である場合について説明する。

0018

本実施形態に係る鋼部品は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる。オーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼マルテンサイト系ステンレス鋼といった他の構造を母相とするステンレス鋼に比べて一般的に耐熱性加工性に優れ、例えば熱交換器の部品や加熱部の冷却を目的する流路部品等の精密加工部品に好適である。
ここで言うオーステナイト系ステンレス鋼は、組織におけるオーステナイト相の体積率での割合が90.0%以上であり、残部がオーステナイト相以外の第二相よりなる鋼を言う。好ましくはオーステナイト相の割合が95.0%以上、最も好ましくはオーステナイト単相である。また、後述する熱処理後の曲げ成形などの加工によりマルテンサイト相に変態するステンレス鋼、所謂、加工誘起マルテンサイト変態を起こす準安定オーステナイト系ステンレス鋼を含む。

0019

鋼部品のオーステナイト相の割合は、JIS Z 3119:2017に準じて、磁性に基づくフェライトスコープを用いてオーステナイト相以外の割合を測定し、それ以外の部分をオーステナイト相の割合とする。

0020

本実施形態に係る鋼部品は、オーステナイト系ステンレス鋼からなるものであれば、化学組成は限定されない。鋼部品を構成するオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成として、例えば、C、Nを含有し、さらに質量%で、Si:0.20〜1.00%、Mn:0.60〜1.50%、Cr:15.00〜20.00%、Ni:6.00〜13.00%、Mo:0.10〜3.00%、Cu:0.10〜0.50%、Nb:0〜0.500%、V:0〜0.500%およびTi:0〜0.500%を含有し、残部Feおよび不純物からなる化学組成が例示される。

0021

本実施形態に係る鋼部品を拡散接合品とする場合、C:0.150%以下、Si:0.20〜1.00%、Mn:0.60〜1.50%、Cr:15.00〜20.00%、Ni:6.00〜13.00%、Mo:0.10〜3.00%、Cu:0.10〜0.50%、N:0.150%以下、Nb:0〜0.500%、V:0〜0.500%およびTi:0〜0.500%を含有し、残部Feおよび不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼板を、拡散接合に供する鋼板として用いることができる。

0022

本実施形態に係る鋼部品では、化学組成がそれぞれ異なる鋼板を拡散接合して鋼部品としてもよく、化学組成が同一の鋼板を拡散接合して鋼部品としてもよい。本実施形態に係る鋼部品は、積層され、拡散接合された複数の鋼板の化学組成の平均が上記化学組成に含まれていることが好ましい。化学組成が同一の鋼板を拡散接合して鋼部品とした場合には、鋼板の化学組成と、鋼部品(積層され、拡散接合された複数の鋼板の化学組成の平均)の化学組成とは、後述する製造方法で外部から供給され、増加するC、Nを除いて上記成分の範囲内となる。

0023

<断面の、一方の表面から対向する他方の表面に向かう直線に沿って、C及びNの少なくとも一方の含有量について線分析を行ったとき、線分析を行った含有量の少なくとも一方が、極大値を有し、極大値が0.150%超、最小値が0.150%以下、かつ極大値が最小値の3.0倍以上>
本実施形態に係る鋼部品では、侵入型溶元素でありかつ原子半径が小さく合金元素に比べて拡散速度の速い炭素や窒素を活用することにより、拡散接合を行う際、迅速かつ未接合部の少ない接合がなされる。特に、拡散接合に供する素材の接合面に炭素(C)や窒素(N)を濃化させることで、それらの効果が顕著となる。その理由として、接合面で拡散する原子として、FeやCrに比べて拡散速度の速い炭素(C)や窒素(N)の割合を増加させることで、接合面での拡散が活性化するためと考えられる。
更に、接合面での拡散を活性化すると、低温かつ短時間での熱処理が可能となる。この場合、拡散接合した鋼部品では、軟化の抑制により高い硬度が維持され、粒成長の抑制により微細結晶粒も維持される。また、粒界密度に対応して拡散が活性化することも考えられる。
これらの結果、素材の拡散接合面に炭素(C)や窒素(N)を濃化させることにより、接合面での未接合部が少なく、濃化させない場合に比べてより低温、短時間での接合が可能となる。
接合面での拡散の活性化に関し、C、Nは同様の効果を有するので、いずれか一方の元素が素材の接合面に濃化していればよい。

0024

具体的には、拡散接合面は、接合後の鋼部品において内部に存在する。すなわち、鋼部品の断面において、一方の表面から対向する他方の表面に向かう直線に沿って、C及びNのいずれか一方の含有量(すなわち、C含有量及びN含有量の少なくとも一方)について線分析を行ったときに、線分析の結果として、線分析の対象とした含有量の少なくとも一方(C含有量またはN含有量)が極大値を有し、この極大値が0.150%超であり、最小値が0.150%以下であり、かつ極大値が最小値の3.0倍以上であれば、CまたはNの少なくとも一方が接合面に濃化していたと判断することができる。また、このような含有量の分布を有する場合、鋼部品が拡散接合面での未接合部が少ないものとなる。好ましくは極大値が最小値の4.0倍以上、より好ましくは5.0倍以上である。
含有量の最小値は必ずしも限定する必要はないが、含有量が0.010%未満では、その位置において測定の対象となる素材が存在しない可能性がある。そのため、含有量の最小値は0.010%以上であることが好ましい。

0025

オーステナイト系ステンレス鋼板では、C含有量および/またはN含有量が0.150%を超えた場合、多量かつ粗大な化合物(炭化物、窒化物炭窒化物等)が析出して、製品である鋼部品に悪影響を及ぼす可能性が高まる。そのため、鋼部品の最小値が0.150%を超える場合、特性が低下すると考えられる。
また、線分析によって得られた極大値が0.150%以下、または最小値の3.0倍未満である場合、CまたはNの濃化が十分ではなく、拡散接合面での未接合部が多くなることが懸念される。極大値は、鋼部品の断面において、1か所であってもよく、2か所以上であってもよい。拡散接合面の数によって極大値が得られる数は変化するからである。極大値が2か所以上得られた場合、すべての極大値が、最小値の3.0倍以上であることが好ましい。

0026

上記のC含有量またはN含有量の極大値は、例えば後述する製造方法により拡散接合前のオーステナイト系ステンレス鋼板の拡散接合面に実施された炭化、窒化(吸窒)を行った結果測定される。拡散接合面に濃化させたCやNは、図1に示す一例のように接合工程で接合面以外の部分(素材)へ拡散する。その結果、拡散接合面の含有量は接合工程前の含有量よりも低くなり、それらに接する部分では接合工程前よりも高くなり、C含有量またはN含有量が連続的に変化した極大値を形成する。
本実施形態に係る鋼部品の線分析結果における極大値とは、例えば測定点の連続する3点(ある測定点、その前の測定点、及びその次の測定点)の近似直線をひき、その直線の傾きを求め、その傾きが、正から負に変化する際に最も0に近い値となる点を極大点としたときの、その極大点における含有量として測定できる。

0027

上述の通り、接合工程においてCやNは拡散するので、仮に、充分な温度かつ充分に長い時間の拡散熱処理を実施した場合、前記のような拡散接合した鋼部品の内部のC及びN含有量は一様になり、極大値が消滅すると考えられる。この場合でも十分な接合が得られると考えられる。しかしながら、そのような熱処理は、工業的には非現実的な高温ないし長時間となってしまう。後述するように拡散に及ぼす熱処理の効果は、駆動力の低下を一因として飽和傾向を示す。これらの考えより、本実施形態に係る鋼部品では、極大値を有するものとする。

0028

鋼部品の一方の表面から対向する他方の表面に向かう直線に沿って、C及びNの少なくとも一方の含有量について線分析を行ったとき、線分析を行った含有量(C含有量、またはN含有量)の、鋼部品の表面における含有量が、極大値の0.5倍以下であることが好ましい。
拡散接合面については、上述の通り、CまたはNが濃化していることが好ましい。一方で、拡散接合後に鋼部品の表面となる面では接合が行われないので、CまたはNを濃化させる必要はない。鋼部品は、高い寸法精度を必要とし、拡散接合後に曲げや成形などの加工を行うものが少なくない。炭化や窒化は、一般的に寸法の変化をともない、加工性も低下させる。そのため、鋼部品の表面となる面に対しては、炭化、窒化を行わないことが好ましい。この場合、表面における含有量は、例えば極大値の0.5倍以下となる。すなわち、表面における含有量が、極大値の0.5倍以下であると鋼部品において、優れた表面状態が得られる。

0029

C含有量及びN含有量の分布は、一方の表面から対向する他方の表面に向かう直線に沿ってC含有量及び前記N含有量について、線分析を行うことで求める。
線分析を行う方向は、オーステナイト系ステンレス鋼板の圧延面に垂直な積層方向が好ましいが、鋼部品において積層方向が判断できない場合には、少なくとも1つの方向において、CまたはNの含有量が上記の分布となっていることを確認すればよい。一般には、
二つの圧延面は平行であり、最も広い面積を有すると考えられる。また、鋼部品が略直方体であれば、最も短い辺と平行な方向が積層方向であることが多い。そのため、上記に沿って積層方向を想定し、その方向の断面で線分析を行うことが好ましい。更に言えば、工業的な拡散熱処理の場合、最小値は、CやNが拡散していない素材の部分でのC含有量やN含有量に近い値となる。

0030

C含有量またはN含有量の、極大値、最小値を含む分布は以下の方法で求めることができる。
鋼部品を切断し、断面を研磨後、EPMA(電子プローブマイクロアナライザー)を用いて、同断面について線分析を行う。C含有量またはN含有量は、断面に垂直な方向においては充分な深さまで均一であると想定されるが、電子線の侵入深さを抑えるため、加速電圧は低いことが望ましい。そのため、加速電圧は10Kevとする。その他の分析条件は一般的でよく、特に限定しないが、例えば、Wフィラメント電子銃にて照射電流10−10〜10−5Aである。測定間隔は1.0μm以下、測定時間は1秒以上/点で実施する。測定間隔は細かく、測定時間は長い方が、精度が向上するので好ましい。
上述の通り、C含有量、N含有量のいずれかが上述のような極大値を有して入ればよいので、製造履歴から極大値を有すると想定される一方のみを対象として測定してもよいが、両方の含有量を測定対象として、少なくとも一方が上記の極大値を有することを確認してもよい。

0031

<表面でのビッカース硬度が330HV以上>
近年、精密加工後のステンレス薄板の拡散接合による鋼部品は、その小型化、軽量化の進行により高い強度が求められている。したがって、強度に対応する硬度は高いことが望ましく、表面におけるビッカース硬度で330HV以上とする。好ましくは350HV以上、更に好ましくは360HV以上である。
表面硬度は、鋼部品の表面にて荷重1kgfで5点以上を測定し、その平均値により算出する。前述したように鋼部品の表面にCまたはNの濃化にともなう硬化は必ずしも必要は無い。

0032

<平均結晶粒径が10.0μm以下>
上記の硬度を確保する場合、鋼部品におけるオーステナイトの平均結晶粒径は平均値が10.0μm以下であることが好ましい。後述する好ましい化学組成の場合、オーステナイトの平均結晶粒径を10.0μm以下とすることで、ビッカース硬度が330HV以上を達成できる。好ましくは、9.0μm以下、更に好ましくは8.0μm以下である。鋼製品は、高い寸法精度が必要とされるものが多いとともに、用途により拡散接合での成型後にも曲げや成形などの加工を行うものも多い。そのため、一般に強度と伸びとのバランスに優れる結晶粒微細化により、硬度が達成されることが最も望ましい。また、曲げ等の加工をともなう場合にも、結晶粒が粗大であると肌荒れが懸念されるが、オーステナイトの平均結晶粒径が10.0μm以下であれば、曲げ加工時の肌荒れも抑制することができる。更に、エッチング加工が施される場合、エッチング面が平滑になる。
精密加工面の平滑性などの観点からオーステナイトの平均結晶粒径が10.0μm以下のオーステナイト系ステンレス鋼板を素材として用いた場合、後述する条件で拡散接合を行えば、拡散接合後の鋼部品でもオーステナイトの平均結晶粒径を10.0μm以下にすることができる。

0033

本実施形態では、鋼部品におけるオーステナイトの平均結晶粒径は、鋼部品の表面に対し、日本工業規格JIS G 0551:2013「鋼−結晶粒度顕微鏡試験方法」に記載の切断法により測定することで得られる。

0034

<接合面における接合率が50.0%以上>
本実施形態に係る鋼部品は、拡散接合品であっても優れた接合性を有している。接合面において、未接合部の割合が50.0%超であると、剥離が起こり易くなる。そのため、本実施形態に係る鋼部品では、接合率が50.0%以上である。接合率は、好ましくは60%以上、更に好ましくは70%以上である。

0035

接合面における接合率は以下の方法で求めることができる。
線分析を行った断面と同じ断面について、EPMA(電子プローブマイクロアナライザー)を用いて、線分析と同様の条件で同断面でのC含有量またはN含有量について面分析を行う。次いで、線分析での極大値に対応する点を通り、極大値を示した元素の含有量の積分値が最大となる直線を事前に炭化または窒化を施した接合面とする。この直線の全長Ltとその中で含有量が0.01%以下の部分の合計の長さLbを測定し、100×(Lt−Lb)/Ltにより接合率を算出する。
含有量が0.010%未満の部分は、素材の無い部分であると考えられる。鋼部品の内部にエッチングやレーザーによる空間が形成されている場合、同断面について、EPMAを用いた素材に最も多く含まれるFeについて面分析を行うとともに、光学顕微鏡を用いた観察も行い、Lt、Lbの双方から空間に対応する部分の長さの和を減じ、接合率を算出する。前記の積分値が最大となる直線と垂直な方向について、長さの和で10μm以上の領域に素材が無い部分が確認された場合、同部はエッチングやレーザーにより形成された空間と判断する。

0036

<化合物の体積率が5.0%以下>
鋼部品における化合物は、微細に分布した場合、オーステナイト粒径の粗大化抑制ととともに硬度の上昇に寄与する。そのため、ある程度含まれていてもよい。しかしながら、炭化物、窒化物、炭窒化物等の化合物が粗大かつ大きな体積率で分布した場合、拡散接合には寄与せず、悪影響を及ぼす。また、鋼部品の耐食性劣化し、美観を損なう恐れが高まる。そのため、化合物の体積率は5.0%以下であることが好ましい。更に好ましくは4.0%以下である。
さらに、化合物の体積率が5.0%以下であれば、エッチング加工が施される場合、腐食後の残存物であるスマットの発生が抑制され、平滑な面が得られるので好ましい。
化合物の大きさ(直径)は5.0μm以下であることが好ましい。化合物の析出は粒内析出であっても粒界析出であってもよい。

0037

化合物は、鋼部品の厚みをaとした場合、表面からa/4の位置及びa/2の位置を観察視野として合計で100μm×100μm以上の視野を観察し、オーステナイト母相と化合物のコントラスト差に基づいた画像解析を行い、体積率を算出する。観察手法は光学顕微鏡であっても電子顕微鏡であっても構わない。

0038

拡散接合に供する鋼板(オーステナイト系ステンレス鋼板)の板厚は、特に限定されないが、50〜1000μmとすればよく、異なる板厚の鋼板を接合してもよい。
拡散接合を行う場合、積層して接合させるオーステナイト系ステンレス鋼板の枚数は限定されない。用途次第ではあるが例えば2〜1000枚程度である。

0039

<鋼部品および素材の好ましい化学組成>
本発明に係るステンレス鋼部品およびその素材となるオーステナイト系ステンレス鋼板の好ましい化学組成について説明する。炭化、窒化によってオーステナイト系ステンレス鋼板の表面から導入されるC、Nを除き、鋼部品とオーステナイト系ステンレス鋼板との間で各元素の含有量は変化しない。
以下の説明にて、各元素の含有量%は、特に断りがない限り「mass%」を意味する。

0040

Si:0.20〜1.00%
Siは、溶製時の脱酸剤として有効な元素であり、鋼の強化にも寄与する元素である。そのため、Si含有量を0.20%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.30%以上である。
ただし、Siを過度に含有させた場合、拡散接合面での酸化皮膜の形成により拡散接合性に悪影響を及ぼす。また、Siはフェライト安定化元素であり、オーステナイト相が不安定となる。更に、粗大な酸化物が生成し、加工性が劣化する。このため、Si含有量を1.00%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.90%以下である。

0041

Mn:0.60〜1.50%
Mnは、脱酸剤として添加するとともに、有効なオーステナイト安定化元素である。また、少なくともNの固溶限を拡大する。これらより、Mn含有量を0.60%以上とすることが好ましい。より好ましくは、0.80%以上である。
他方、Mnは酸化皮膜の構成元素でもあり、過度に含有された場合、拡散接合性に悪影響をおよぼす可能性が高まるとともに、酸化物の形成により加工性が劣化する。このため、Mn含有量を1.50%以下とすることが好ましい。より好ましくは1.40%以下である。

0042

Cr:15.00〜20.00%
Crは、ステンレス鋼としての耐食性を維持するために必要不可欠な元素であり、CおよびNの固溶限の拡大が期待される。このため、Cr含有量を15.00%以上とすることが好ましい。より好ましくは、15.20%以上である。
しかし、Cr含有量が過剰になると、Crがフェライト安定化元素として作用し、目的とするオーステナイト組織が得られなくなる。また、製造時の熱間加工性を損ねる。このため、Cr含有量を20.00%以下とすることが好ましい。より好ましくは19.60%以下である。

0043

Ni:6.00〜13.00%
Niは、オーステナイト安定化させるステンレス鋼に必要不可欠な合金元素であり、同相組織を安定得るために、6.00%以上を含有することが好ましい。より好ましくは6.40%以上である。
ただし、Niは稀少かつ高価な元素である。このため、Ni含有量を13.00%以下とすることが好ましい。より好ましくは、12.60%以下である。

0044

Mo:0.10〜3.00%
Moは、SiやCrとともに、表面保護性のスケール形成に有効であり、耐食性の向上に効果を有する元素である。このため、Mo含有量を0.10%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.20%以上である。
ただし、Moは、高価な元素であり、かつ、フェライト安定化元素である。このため、Mo含有量を3.00%以下とすることが好ましい。より好ましくは、2.60%以下である。

0045

Cu:0.10〜0.50%
Cuは、オーステナイト安定化元素であり、高価なNiを代替する相対的に安価な合金元素である。更に、Cuは隙間腐食孔食の抑制に効果があり、耐食性を向上する元素である。このため、Cu含有量を0.10%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.20%以上である。
ただし、Cuが過度に含有されると第二相として析出し、拡散接合にも悪影響を及ぼす可能性がある。このため、Cu含有量を0.50%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.20%以下である。

0046

Nb:0〜0.500%、V:0〜0.500%、Ti:0〜0.500%
Nb、V、Tiは、焼鈍時に微細な炭化物または窒化物を生成し、ピン止め効果により結晶の粒成長を抑制することから、素材の結晶粒の微細化に有効な元素である。また、再結晶抑制効果も期待される。そのため、含有させてもよい。好ましく、それぞれ含有量を0.010%以上とする。
しかしながら、これらの元素が過剰に含有されると、再結晶が抑制され、加熱後に未再結晶部が残存し、加工性が不良となる場合がある。また、化合物が析出し、熱間加工性も劣化する。また、これらは高価な元素であり、含有量の過度な増大はコストの大幅な上昇を招く。
したがって、含有させる場合でも、それぞれの含有量を0.500%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.400%以下である。

0047

本実施形態に係る鋼部品は、C及びNを含む。CおよびNが0.150%を超えた場合、多量かつ粗大な化合物が析出し、耐食性や加工性が劣化する可能性が高まる。また、エッチング加工時にスマットを発生する。
このため、素材となるオーステナイト系ステンレス鋼板の段階では、それぞれ0.150%以下であることが好ましい。
ただし、C、Nは有効な固溶強化元素かつオーステナイト安定化元素である。この観点からは、0.010%以上含有させることが好ましい。C含有量、N含有量を0.010%未満とする場合、溶解原料選択などで溶製時の負荷が増え、製造コストが上昇する。そのため、より好ましくは、C含有量及びN含有量は、それぞれ、素材となるオーステナイト系ステンレス鋼板の段階で、0.020%以上0.140%以下である。
本実施形態に係る鋼部品または素材となるオーステナイト系ステンレス鋼板では、化学組成において、上記以外の残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

0048

次に本実施形態に係る鋼部品の好ましい製造方法について説明する。
本実施形態に係る鋼部品は製造方法に依らず、上述の特徴を有していればその効果は得られる。しかしながら、以下の方法によれば安定して製造できるので好ましい。

0049

すなわち、本実施形態に係る鋼部品は、
(i)オーステナイト系ステンレス鋼板を、炭素または窒素を含有する雰囲気の下で、400℃〜1000℃まで加熱する熱処理工程と
(ii)前記熱処理工程を経た複数のオーステナイト系ステンレス鋼板を重ね合わせる重ね合わせ工程と、
(iii)前記重ね合わせ工程を経た前記複数のオーステナイト系ステンレス鋼板を、700〜1000℃の保持温度まで加熱し、0.1〜80.0MPaの応力を付与したまま保持することによって接合させる接合工程と、
を備える
製造方法によって得られる。
以下、各工程について説明する。

0050

<熱処理工程>
熱処理工程では、オーステナイト系ステンレス鋼板を、炭化雰囲気または窒化雰囲気の下で、400〜1000℃まで加熱する。この熱処理(すなわち、炭化、または窒化)によって、オーステナイト系ステンレス鋼板の表面に、CまたはNが濃化する。
加熱温度が400℃未満では、CまたはNが十分に表面(拡散接合面)に濃化しない。また、加熱温度が1000℃超では、オーステナイト相の平均結晶粒径が10.0μmを越えて粗大化するとともに、粗大な化合物が析出する可能性が高まる。炭化と窒化とを同時に行うことも可能である。
本熱処理工程と、後述する重ね合わせ工程及び接合工程とは、同一の熱処理炉内で実施することが合理的であり、素材の取り扱い時の汚染の防止等の面からも望ましい。
これらを同一の熱処理炉内で行う場合、例えば図2に示すように、熱処理工程に先立ち、複数の鋼板(オーステナイト系ステンレス鋼板)を、冶具を用いてそれぞれが少なくとも0.1mm以上の隙間を設けて平行に並べ、その後、熱処理により炭化または窒化を行い、冶具を移動させて、それぞれの鋼板を重ね合わせ、圧力を付与しながら拡散接合を行うことができる。鋼板間に少なくとも0.1mm以上の隙間を設けるのは、鋼板の間、拡散接合面に必要な雰囲気ガスを供給し、炭化および窒化を進めるためである。板の厚さ、形状にもよるが板の変形等の問題から、隙間は、好ましくは0.5mm以上、更に好ましくは1.0mm以上である。熱処理炉内に入る治具を活用し、炭化ないし窒化時に一定の間隔を保持後、大きなズレを生じることなく、所定の位置で重なるものであれば良い。
オーステナイト系ステンレス鋼板の、接合工程後に前記鋼部品の表裏面となる面については、雰囲気中の炭素及び窒素と反応しないようにシール処理をおこなってもよい。この場合、鋼部品の寸法精度が向上する。

0051

加熱するオーステナイト系ステンレス鋼板は、特に限定されないが、例えば質量%で、C:0.150%以下、Si:0.20〜1.00%、Mn:0.60〜1.50%、Cr:15.00〜20.00%、Ni:6.00〜13.00%、Mo:0.10〜3.00%、Cu:0.10〜0.50%およびN:0.150%以下、Nb:0〜0.500%、V:0〜0.500%、Ti:0〜0.500%を含有し、残部Feおよび不純物からなる化学組成を有する鋼板を用いればよい。

0052

加熱時の雰囲気としては、炭化雰囲気であれば、CH4(メタン)、またはC2H2(アセチレン)を含む雰囲気が好ましく、窒化雰囲気であればNH3、N2、を含む雰囲気、またはさらにH2を含む雰囲気であることが好ましい。このような、濃化元素ととともに、還元性を有する水素ガスを分解時に生じるか、または水素ガスを加えた雰囲気であれば、炭化または窒化が進行し、拡散接合面に所定の炭素、窒素が濃化する。
拡散接合面の炭化、窒化は、接合する両方の面(接合される2つのオーステナイト系ステンレス鋼板のそれぞれの接合面)に行うことが最も望ましいが、片方の面(一方のオーステナイト系ステンレス鋼板の接合面)のみに実施した場合も効果を有する。

0053

<重ね合わせ工程>
重ね合わせ工程では、接合工程に先立って、熱処理工程を経た複数のオーステナイト系ステンレス鋼板を重ね合わせ、接触させる。
重ね合わせる方向は特に限定されないが、CまたはNが濃化した面が接合面となるようにする。

0054

<接合工程>
接合工程では、重ね合わせ工程を経た複数のオーステナイト系ステンレス鋼板を、700〜1000℃の保持温度まで加熱し、保持温度で保持しながら0.1〜80.0MPaの応力を付与して接合させる。

0055

保持温度が低すぎると、原子、特に原子半径の大きい金属原子の拡散が充分ではなく、応力付与を行っても拡散接合が不十分となることが懸念される。そのため、保持温度(拡散接合温度)を700℃以上とする。好ましくは750℃以上である。
一方、保持温度が高すぎる場合、高温強度が低下し過ぎるため、拡散接合中に変形して拡散接合品の良好な寸法精度が得られない。また、前記熱処理と同様に加熱温度が1000℃超では、オーステナイト相の結晶粒径が10.0μmを越えて、粗大化するとともに、粗大な化合物が析出する可能性が高まる。そのため保持温度を1000℃以下とする。一般的には1000℃またはそれ以上の温度で拡散接合されるが、本実施形態に係る鋼部品の製造方法においては、前述のように炭化および窒化の活用により低温かつ短時間での接合が可能であるとともに、活用可能な低温域が拡大し、後述のように拡散接合時面圧を大きくすることで低温でも拡散接合が可能となり、330HV以上の表面硬度、及び50.0%以上の接合面における接合率が達成できる。
保持時間は14400秒(4時間)を超えると、接合率が飽和傾向を示す反面、材料の軟化が進行し、粗大な化合物が増加するので、4時間以内が好ましい。更に、好ましくは、3時間以内である。

0056

本実施形態に係る鋼部品の製造方法では、複数のオーステナイト系ステンレス鋼板を保持温度で保持している間に、0.1〜80.0MPaの応力を付与して接合させる。応力の付与方向は、接合面に垂直な方向である。
拡散接合時の面圧が低すぎると、板形状を一因として素材同士が接触する面の面積が小さくなり、拡散接合しない(出来ない)部分が著しく増加する。その結果、接合が十分になされず未接合部の多い拡散接合面となる。そのため、本実施形態では、応力(面圧)を0.1MPa以上とする。好ましくは、0.5MPa以上、より好ましくは1.0MPa以上、さらに好ましくは20.0MPa以上である。
一方、面圧が大きすぎると、拡散接合時に変形してしまい、拡散接合品に必要な寸法が得られない。一般的には数MPa程度を上限とするが、本発明においては炭化ないし窒化の活用により化合物析出により高温強度が向上するので、比較的高い面圧で拡散接合を行うことが可能である。そのため上限として80.0MPaとする。好ましくは、60.0MPa以下である。

0057

接合工程は、炭化および窒化の雰囲気のままで実施することも可能である。また、前記の全ての製造工程は同一の熱処理炉内で実施することが合理的であり、汚染の防止等の面からも望ましい。ただし、この点は鋼部品の用途により、寸法精度が特に厳しい場合、拡散接合後に更に加工を施す場合など、個別に適用を検討することとなる。

0058

以上の製造方法により、上述の本実施形態に係る鋼部品、すなわち拡散接合で製造した場合でも高硬度かつ拡散接合面が剥離し難い鋼部品を製造することができる。

0059

(実施例1)
一般的な製造工程により、表1に示す化学組成を有するスラブを溶製し、熱間圧延、焼鈍、脱スケール、及びそれぞれ一回または複数回の冷間圧延と焼鈍とを行って板厚が0.3mmの鋼板を得た。その後、この鋼板に再度冷間圧延を行って板厚が0.1mmの鋼板A1〜L1を得た。A1〜F12については、オーステナイト相の体積率が90.0%以上のオーステナイト系ステンレス鋼板であった。一方、L1については、オーステナイト相の体積率が低かった。

0060

0061

得られた鋼板に、表2−1に示す条件で炭化または窒化を目的とする熱処理を行い、重ね合わせた後、表2−1に示す条件で拡散接合を実施した。本実施例では、同一の素材2枚を拡散接合することで鋼部品を製造した。寸法は100mm×100mmである。また、C4を除いて、拡散接合する2枚の素材のそれぞれの拡散接合面に炭化または窒化を行った。接合面とならない面については、炭化、窒化が起こらないようにした。
C4については、拡散接合する2枚の素材のうち、1枚のみの接合面に炭化を実施した。
熱処理、重ね合わせ、拡散接合については同一の炉内で行った。

0062

0063

得られた拡散接合後の鋼板(鋼部品)に対し、オーステナイト相の平均結晶粒径、化合物量を測定した。また、CまたはNを対象として線分析を行った。また、ビッカース硬度、接合率を測定した。測定はいずれも上述した方法で行った。

0064

さらに、拡散接合後の鋼板を用いて、曲げ半径5mmでの曲げ、曲げ戻し加工後、接触式の表面粗さ測定装置を用いて、最大粗さ(μm)を測定した。

0065

評価結果を表2−2に示す。発明例のA1からK1は、何れもγ相(オーステナイト相)の体積率が90.0%以上のオーステナイト系ステンレス鋼からなり、ビッカース硬度で330HVを超える表面硬度を有していた。また、CないしN含有量の線分析の結果、極大値、最小値が所定の範囲となった。その結果、接合率が50.0%以上であった。
ただし、一方の鋼板の接合面のみを炭化したC4は、両方の鋼板の接合面に炭化を行ったC3に比べて、線分析で得られた極大値が低かった。その結果、目標性能を達成したものの、C3に比べれば接合率がやや低かった。
また、C7は平均結晶粒径が10.0μmを超えていたので、曲げ加工後の表面粗さがやや大きかった。また、一部の元素が好ましい値を外れるG1〜K1は化合物の体積率が5.0%を超え、曲げ加工後に局所的に表面粗さが大きくなった。

0066

0067

他方、比較例は、A2〜F12は、製造方法が本発明の範囲を外れた。その結果、拡散接合後の鋼板において、表面硬度が低くなった、またはCおよびNの線分析によって得られた極大値や極大値/最小値が本発明の範囲から外れ、接合率が50.0%未満であった。例えば、A3は、拡散接合時に圧力を付与しなかった。その結果著しく接合率が低かった。A4は拡散接合時の圧力が大き過ぎた。その結果、鋼板の厚さが減少し、鋼部品にて所定寸法が得られなかった。
また、L1は鋼板中オーステナイト体積率が90.0%未満であり、熱処理でCの濃化が進まず線分析によって得られた極大値が低かった。その結果、接合率も低かった。

0068

(実施例2)
実施例1で準備した鋼種C及び鋼種Fから得られた鋼板を用いて拡散接合を行った。
具体的には、C16では、鋼種Cを用いた二枚の鋼板を用いて、2枚の鋼板の拡散接合面のみに炭化を行い、その後、拡散接合を行った。C17では、鋼種Cを用いた2枚の鋼板を用いて、2枚の鋼板の両面(拡散接合面及びその反対側の面)に炭化を行い、その後、拡散接合を行った。C18では、鋼種Cを用いた三枚の鋼板を用いて、それぞれの鋼板の拡散接合面に炭化を行い、その後、拡散接合を行った。C19では、鋼種Cを用いた6枚の鋼板を用いて、それぞれの鋼板の拡散接合面に炭化を行い、その後、拡散接合を行った。CF1では、鋼種Cを用いた鋼板と、鋼種Fを用いた鋼板とに対し、接合面に炭化を行い、その後、拡散接合を行った。
拡散接合後の鋼板に対し、実施例1と同様の評価を行った。

0069

製造条件と評価結果とを表3に示す。

0070

実施例

0071

C16〜CF1のいずれも、γ相(オーステナイト)の体積率が90.0%以上のオーステナイト系ステンレス鋼からなり、ビッカース硬度で330HVを超える表面硬度を有していた。また、C含有量の線分析の結果、極大値、最小値が所定の範囲となった。その結果、接合率が50.0%以上であった。
ただし、炭化を素材であるオーステナイト系ステンレス鋼の両面に実施した試料C17では、拡散接合面ではない面にも炭化が実施されていたので、曲げ加工後の粗さが大きかった。これは、加工前の粗さが大きかったことに起因する。

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