可在氧化气氛中接合的耐热材料用的液相扩散接合合金箔制造技术

本发明专利技术提供了一种可在氧化气氛中将熔接困难的耐热材料作液相扩散接合的液相扩散接合用合金箔。即一种特征在于含（以质量％计）Ｓｉ：６．０－１５．０％、Ｍｎ：０．１－２．０％、Ｃｒ：０．５０－３０．０％、Ｍｏ：０．１０－５．０％、Ｖ：０．５０－１０．０％、Ｎｂ：０．０２－１．０％、Ｗ：０．１０－５．０％、Ｎ：０．０１－０．５％、Ｐ：０．５０－２０．０％，或再含有Ｃ：０．００５－１．０％，或视需要还含有Ｔｉ：０．０１－５．０％、Ｚｒ：０．０１－５．０％中的一种或两种，其余为Ｎｉ和杂质、（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料的液相扩散接合，更具体地说，涉及一种对耐热钢和耐热合金钢的液相扩散接合或这些合金钢和碳钢的液相扩散接合有用的、可在氧化气氛中接合的、其特征在于可形成具有优异的接合强度和其接合部位之高温蠕变性能优异的接缝的液相扩散接合用的材料。
技术介绍
液相扩散接合是这样一种接合方法，该方法在欲接合的材料之间，以箔、粉末或镀层等的形态，将具有其熔点低于被接合材料的共晶组成的合金插入，并加压，再将接合部位加热至稍高于插入合金(以下简称插入合金)的液相线的温度，由此进行熔融、等温凝固，该方法被认为是固相接合法的一种。上述的液相扩散接合方法，由于可在较低的压力下接合，因此是一种可用于尽可能避免由接合产生的残余应力及变形的接合方法，且是一种适用于熔接困难的高合金钢、耐热钢的接合的技术。欲用液相扩散接合法接合的材料通常含有合金组成的0.50％以上的Cr。含Cr材料由于在表面形成有致密的氧化铬(通常是Cr2O3)膜，耐氧化性和耐腐蚀性优异是其特征。因此，由于接合时加热，在接合面上必然形成氧化膜，阻碍熔融态插入合金的润湿，显著地抑制接合时所需的原子的扩散。因此，迄今，如日本专利公开公报1978年第81458号、1987年第34685号和227595号所述，接合均需在真空、惰性或还原性气氛中进行，由此导致接合成本明显上升。本专利技术者经过反复研究，结果发现，作为成分，含有V的插入合金在氧化气氛中也可进行液相扩散接合。而且发现，V虽然是使插入合金的熔点上升的元素，但适当调整其它元素(在本专利技术中，基本上是Si)，可得到接合性极佳的插入金属。含V的、增加了Si量的液相扩散接合用合金箔几乎没有先例。美国专利第3856513号公开了一种具有组成为MaYbZc的合金。式中，M表示选自Fe、Ni、Co、V、Cr的金属，Y表示选自P、B、C的元素，Z表示选自Al、Si、Sn、Ge、In、Sb、Be的元素，a约在60-90％(原子)范围内，b约在10-30％(原子)范围内，c约在0.1-15％(原子)范围内。这种材料已通过运用现在熟悉的处理技术，由熔融物急速冷却已用于工业生产并实用化。然而，这里，是以V为基材且以将合金无定形化为目的的，而不是作为接合用合金箔公开的。并且，Si含量低，箔的熔点与本专利技术相比高出许多，进行液相扩散接合极为困难。加之，P含量也与本专利技术完全不同，由于P含量高，在接合部附近含Mo或Cr的合金一侧生成粗大的析出物，因此，其接合强度与用本专利技术的箔而得到的接合部相比，则相当的低。日本专利公开公报1978年第81458号以一种箔的形式提供了美国专利第3856513号公报上所述的合金，但这里，由于不含V成分，因此该合金完全不能在氧化气氛中进行液相扩散接合。本专利技术者在上述现有技术的基础上，发现在氧化气氛中进行液相扩散接合时，使用含0.1-20.0％(原子)V、增加了Si量的插入合金即可进行接合，并在日本专利公开公报1990年第151378号公开了可用于在氧化气氛中液相扩散接合的合金箔的技术。其主要内容为该合金是一种其特征在于含(以原子％计)0.5至不到10.0％的B、15.0-30.0％的Si、0.1-20.0％的V或还含一种或多种选自(A)Cr0.1-20.0％、Fe0.1-20.0％、Mo0.1-20.0％的元素及/或一种或多种选自(B)W0.1-10.0％、Co0.1-10.0％的元素，其余基本为Ni和不可避免的杂质的、厚为3.0-120μm的、可用于在氧化气氛中作液相扩散接合的合金箔，或该合金箔的特征还在于实际上是玻璃态的液相扩散接合用合金箔。另一方面，由于日益迫切的全球规模的能源状况和环境问题，发电设备的运行条件变得越来越严酷，尤其是运行蒸汽条件的高温高压化显著，迄今使用的所谓满足工业规格的市售流通商品，已处于无法承受在预定未来将要建设的超超临界压发电设备使用的状况。耐热钢的蠕变强度在老化时间短的情况下受固溶强化支配，在老化时间长的情况下受析出强化支配。这是由于最初在钢中固溶的固溶强化元素受老化的影响，通常作为M23C6等稳定的碳化物析出，再经过长时间的老化，这些析出物凝集而粗化，导致蠕变强度下降。因此，为很好地保持耐热钢的蠕变强度，如何长时间地不使固溶强化元素析出而使其以固溶态保留在钢中，人们进行了很多研究。例如，在日本专利公开公报1988年第89644号、1986年第231139号、1987年第2974354号等中，公开了使用W作为固溶强化元素，使铁素体耐热钢的蠕变强度较现有的Mo添加型铁素体耐热钢取得突破性进展的研究成果。这些钢多数是回火马氏体单相组织，由于具有优异的耐水蒸汽氧化性的铁素体钢的优越性和高强度的特性相结合，人们期望这些钢成为新一代可在高温高压下使用的材料。再有，人们正在研究、开发一种新的“高氮钢”，这种钢由于氮所具有的优异的耐氧化性，及其所具有的、在作为氮化物析出时可提高高温蠕变强度的效果，比起以往的由碳强化的钢，具有更高的高温强度和耐腐蚀性。本专利技术者们基于这样的构思，已在日本专利公开公报1991年第240935号、1993年098394号上提出了一种含氮量高的铁素体系高强度耐热钢。然而，这些新的耐热材料由于其优异的高温强度，难以熔接，尤其是熔接金属和熔接粘合剂的硬度有日益增强的倾向，若不在熔接后进行相当长时间的热处理，这些材料往往不能符合安全标准。特别是，在欲熔接含氮量高的材料时，单从熔接金属或熔融了的被熔接材料中散发至气氛中，其结果，熔接部或熔接部附近的粘合剂以及受熔接热影响部分中的含氮量相对于其添加量而减少。从而，或是导致强度的下降，或是由于奥氏体当量的减少而在钢中出现δ-铁素体，不能保持均匀的马丁体组织或奥氏体组织，由此，使得接缝强度及耐腐蚀性显著降低。仅从接缝来看，所述的钢已不成其为“高氮钢”，材料本身所具有的特性已无法再作局部显现。此外，最近以城市垃圾及其它难燃性物质或化学物质为燃料的锅炉设备正在计划中，在这些需要极强耐腐蚀性的锅炉中，使用超合金、Ni基合金或将这些合金与上述新铁素体耐热钢叠层的所谓二重管。然而，将这些由高耐腐蚀钢导入锅炉设备时，缺乏有效的接合方法，目前的现状是采用高成本的施工方法，即，只能依赖将大量昂贵的Ni基合金用堆焊法进行熔敷，然后再将整个钢管热处理，开出熔接槽后，再进行熔接。将这些具难熔接性耐热材料接合的有效的工业技术正是本领域所渴望的，人们为此研究而花费了大量的时间和经费。被认为可望成为其解决方法之一的是包含本专利技术的液相扩散接合。迄今，该方法已试验性地应用于高温下使用的火箭发动机的喷嘴、Ti合金制成的宇宙飞船的起落架等对高温强度和可靠性有特殊要求的部位。但将液相扩散接合技术实际应用在发电设备上的例子则几乎没有。另外，尤其新奇的是，用现有的用于接合Ni基合金的液相扩散接合用合金箔接合含W的高强度耐热钢或高氮耐热钢时，由于其含有的合金成分与被接合材料显著不同，不能得到均匀的机械性能，且不能在氧化气氛中接合，无法同时达到优质的接合接缝和低成本，这由其化学组成也可知道。本专利技术为解决上述现有技术无法解决的难题，使用一种新的液相扩散接合技术，从而可接合在高温环境中使用的耐热钢和耐热钢管。本专利技术的目的在于提供一种用于在氧化气氛中液相接合耐热钢，进行可靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
可在氧化气氛中接合的耐热材料用液相扩散接合合金箔，其特征在于，所述合金箔以质量％计，含有：６．０％－１　５．０％、：０．１％－２．０％：０．５０％－３０．０％、：０．１０％－５．０％、：０．５０％－１０．０％、：０．０２－１．０％、：０．１０％－５．０％、：０．０５％－２．０％、：０．５０％－２０．０％、和杂质、厚为３．０－３００μｍ。２．可在氧化气氛中接合的耐热材料用液相扩散接合合金箔，其特征在于，所述合金箔以质量％计，含有：６．０％－１５．０％、：０．１％－２．０％：０．５０％－３０．０％、：０．１０％－５．０％、：０．５０％－１０．０％、：０．０２－１．０％、：０．１０％－５．０％、：０．０５％－２．０％、：０．５０％－２０．０％、：０．００５％－１．０％和杂质、厚为３．０－３００μｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川泰士，直井久，佐藤有一，筌场宽，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]