日本アイ・ティ・エフなど、オーステナイト系ステンレス鋼の摩擦攪拌接合可能なタングステン系接合ツール

開発した接合ツール　アライドマテリアル（ http://www.allied-material.co.jp/ ）、日本アイ・ティ・エフ（ http://www.nippon-itf.co.jp/ ）、東北大学は、オーステナイト系ステンレス鋼の摩擦攪拌接合(Friction Stir Welding、以下FSW)を可能にする高寿命なタングステン系接合ツールを共同開発した。

　一般に金属材料は高温になると軟化する性質がある。FSWはこの性質を利用してアルミニウムの接合で実用化されているが、融点がより高い鉄鋼のFSWでは、ツールの先端が摩擦熱でさらに高温になり、従来の接合ツールでは激しく損傷してしまうため難しいとされてきた。特に高温でも変形抵抗の高いオーステナイト系ステンレス鋼のFSWに対しては、耐久性に乏しいことや価格が高いという課題があり、耐久性が高く安価なツールの出現が望まれていたという。

　今回開発した接合ツールは、高価な元素を使用しない低コストのタングステン合金にセラミック粒子を分散させ、その種類や添加量を最適化して優れた高温強度、高靭性および高耐熱衝撃性を実現した。また、セラミック被膜の膜質と密着力を制御して高い耐摩耗性も実現した。価格では現在最有力とされるツールよりも低価格を目指しながら、従来の低価格ツール材料に比べて高い耐久性と高寿命化を実現した。

　鉄鋼の中でも最もFSWが困難であったオーステナイト系ステンレス鋼において、接合深さ4mmで10m以上の線接合ができることを確認したという。開発したタングステン系ツールは、ステンレス鋼のほか、炭素鋼、高張力鋼、低合金鋼、銅合金などのFSWにも有効で、電力および化学プラント、鉄道車両、真空容器を使用する半導体製造装置などの産業分野への展開が期待できるという。

　アライドマテリアルがタングステン合金の開発、日本アイ・ティ・エフがセラミック被膜を開発、東北大学がツール性能評価とツール損傷機構の解析を担当した。

開発した接合ツールを用いた オーステナイト系ステンレス鋼の接合の例