[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料的液相扩散接合，更具体地说，涉及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、可得到接合强度和接合部位在高温下的蠕变性优异的接缝的液相扩散接合用的材料。

背景技术

液相扩散接合是通过在欲接合的材料之间插入箔、粉末或镀层等形态的、比具有被接合材料的熔点低的合金和共熔组合物，然后加压并将接合部位加热至略高于插入合金的液相线的温度而进行熔融、等温凝固的接合方法，被认为是固相接合法的一种。

由于可在较低的压力下接合，因此是一种可用于需极力避免由接合产生的残留应力、变形的接合，并可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作为合金的组成的0.50％以上的Cr。含Cr材料由于在表面形成有致密的氧化Cr(通常是Cr₂O₃)膜，耐氧化性和耐腐蚀性优异是其特征。因此，由于接合时的加热，自然地在接合面上形成氧化膜，阻碍熔融的插入合金的泄漏，显著地抑制接合所需的原子的扩散。

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，接合成本明显上升。

本发明者经过反复研究，结果发现，如下面所述，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(在本发明中，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公知的处理技术，由熔融物急速冷却而在工业上进行制造和实际应用。

然而，这里，是以V为基材且以将合金非晶形化为目的的，而不是作为接合用合金箔公开的。并且，Si的含有量低，箔的熔点与本发明相比高出许多，进行液相扩散接合极为困难。再者，B含有量也与本发明完全不同，由于B含有量高，在接合部位附近含Mo或Cr的合金侧生成粗大的析出物，因此，其接合强度与用本发明的箔而得到的接合部位相比，小了很多。日本专利公开公报1978年第81458号提供了一种箔形式的美国专利第3856513号的合金，但这里，由于不含V作为成分，因此完全不能在氧化气氛中进行液相扩散接合。

本发明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)Cr：0.1-20.0％、Fe：0.1-20.0％、Mo：0.1-20.0％的元素和/或一种或多种选自(B)W：0.1-10.0％、Co：0.1-10.0％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液相扩散接合的合金箔或其特征还在于为玻璃质的液相扩散接合用合金箔。

另一方面，由于日益紧迫的地球规模的能源和环境问题，现今发电厂均在严酷条件下运行，尤其是运行用的蒸汽的高温高压化，使得市场供应的通用钢已无法适用于将来建设的超临界压力的发电厂。

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形成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、粗大化，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状态保留在钢中，人们进行了很多研究。