DE112014001895T5

DE112014001895T5 - Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen und Edelstähle

Info

Publication number: DE112014001895T5
Application number: DE112014001895.3T
Authority: DE
Inventors: Masahito Katoh; Tomomi Shiratori
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Komatsu Seiki Kosakusho Co Ltd
Current assignee: Komatsuseiki Kosakusho Co Ltd Suwa Shi Jp
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-01-07
Also published as: US10549380B2; US20170197276A1; US20160031035A1; KR101923340B1; JP6082866B2; KR20150135452A; KR20180000747A; WO2015046091A1; US20170197275A1; US10449629B2; US20170072503A1; JPWO2015046091A1

Abstract

Ein Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen beinhaltet Folgendes: Inkontaktbringen eines ersten Edelstahlelements mit einem zweiten Edelstahlelement, das eine Spannung aufweist, die eine 50%-ige Reduzierung übersteigt; und Erhitzen des ersten und des zweiten Edelstahlelements auf eine Rekristallisationsinitiierungstemperatur oder eine höhere Temperatur nach dem Inkontaktbringen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen und einen Edelstahl.
HINTERGRUND
Es wird eine Technologie zum Verbinden von Edelstahlelementen gefordert. Die Patentschrift 1 beispielsweise offenbart eine Technologie, bei der Oberflächen von Metallelementen durch Entfernen von Oxiden auf Bindeflächen mit einer chemischen Behandlung aktiviert werden und dadurch wird ein Diffusionsschweißen bei einer niedrigen Temperatur zum Unterdrücken einer Kornvergröberung durchgeführt.
DOKUMENT DES STANDES DER TECHNIK
PATENTSCHRIFT

Patentschrift 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2011-200930

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
In der Technologie der Patentschrift 1 können die aktivierten Oberflächen jedoch, wenn die aktivierten Oberflächen Luft ausgesetzt werden, augenblicklich durch Sauerstoff kontaminiert werden und können inaktiviert werden. Folglich wird möglicherweise keine hochwertige Verbindung erzielt.
In Anbetracht des oben beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe, ein Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen und einen Edelstahl, der eine hochwertige Verbindung erzielen kann, bereitzustellen.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Ein Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes beinhaltet: Inkontaktbringen eines ersten Edelstahlelements mit einem zweiten Edelstahlelement, das eine Spannung aufweist, die eine 50%-ige Reduzierung übersteigt; und Erhitzen des ersten und des zweiten Edelstahlelements auf eine Rekristallisationsinitiierungstemperatur oder eine höhere Temperatur nach dem Inkontaktbringen. Das erste Edelstahlelement kann eine Spannung aufweisen, die eine 50%-ige Reduzierung übersteigt. Bei dem Erhitzen können das erste Edelstahlelement und das zweite Edelstahlelement auf eine Temperatur erhitzt werden, die größer gleich der Rekristallisationsinitiierungstemperatur ist und kleiner gleich der Rekristallisationsinitiierungstemperatur plus 100 Grad Celsius ist. Ein Edelstahl gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Edelstahl, der durch Verbinden des ersten Edelstahlelements und das zweiten Edelstahlelements durch das oben erwähnte Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen erhalten wird.
Ein anderes Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes beinhaltet: Inkontaktbringen eines ersten austenitischen Edelstahlelements mit einem zweiten austenitischen Edelstahlelement, das mindestens 30 Vol.-% Martensit enthält; und Erhitzen des ersten und des zweiten austenitischen Edelstahlelements auf eine As-Temperatur oder eine höhere Temperatur nach dem Inkontaktbringen. Das erste austenitische Edelstahlelement kann mindestens 30 Vol.-% Martensit enthalten. Bei dem Erhitzen können das erste austenitische Edelstahlelement und das zweite austenitische Edelstahlelement auf eine Temperatur erhitzt werden, die größer gleich der As-Temperatur ist und kleiner gleich einer Rekristallisationsinitiierungstemperatur plus 100 Grad Celsius ist. Ein anderer Edelstahl gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Verbinden des ersten austenitischen Edelstahlelements und das zweiten austenitischen Edelstahlelements durch das oben erwähnte Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen erhalten.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann ein Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen und einen Edelstahl, der eine hochwertige Verbindung erzielen kann, bereitstellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt ein Festphasen-Diffusionsschweißverfahren gemäß einer Vergleichsausführungsform dar;
2 stellt ein Verbindungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform dar;
3 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verbindungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform dar;
4 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verbindungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform dar;
5 stellt ein Ergebnis eines Querschnitts um einen durch EBSD beobachteten Verbindungsteil dar;
6 stellt eine Beziehung zwischen Temperaturen während der Verbindung und der Bindefestigkeit dar;
7 stellt eine Beziehung zwischen Temperaturen während der Verbindung und der Bindefestigkeit dar;
8 stellt eine Beziehung zwischen Temperaturen während der Verbindung und der Bindefestigkeit dar.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Allgemeinen wird ein Edelstahl durch eine Verhüttung oder eine Raffination hergestellt. Danach wird eine Mikrostruktur des Edelstahls eingestellt, um eine ausgezeichnete Leistung bereitzustellen, und er wird versandt. Im Allgemeinen wird der Edelstahl zu Verbünden verarbeitet und die Verbünde werden zusammengefügt.
Dadurch werden verschiedene Einrichtungen gefertigt. Es gibt verschiedene Verbindungstechnologien zum Zusammenfügen eines Edelstahls. Ein Festphasen-Diffusionsschweißen zum Inkontaktbringen einer Bindefläche mit einer anderen Bindefläche in einer festen Phase und Erhitzen der Bindeflächen wurde jedoch als eine Verbindungstechnologie von kleinen Edelstählen verwendet, die verwendet werden können und Festigkeit bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur aufweisen und eine Länge von einigen wenigen Millimetern oder weniger aufweisen.
1 stellt ein Festphasen-Diffusionsschweißverfahren gemäß einer Vergleichsausführungsform dar. Wie in 1 dargestellt, werden ein Edelstahlelement 10 und ein Edelstahlelement 20 durch eine Druckvorrichtung 30 bei einer hohen Temperatur miteinander verpresst. So wird ein Edelstahl 40 erhalten, bei dem es sich um einen gebundenen Verbund handelt. Um die Diffusion von Bestandteilatomen ausreichend zu aktivieren, wird eine Temperatur von 1000 Grad Celsius oder höher benötigt. Bei einem Hochtemperaturvorgang kann jedoch ein Problem auftreten, dass eine Vergröberung von Kristallkörnern in dem Edelstahl 40 auftritt, und es kann ein Problem auftreten, dass die Festigkeit des Edelstahls 40 durch Erweichen verringert wird.
Um die Probleme zu lösen, ist es erforderlich, das Diffusionsschweißen zu erzielen, selbst wenn die Temperatur niedrig ist. Zum Zwecke des Lösens der Probleme werden Forschung und Entwicklung vorgenommen, um Bindeflächen durch Reinigen der Bindeflächen zu aktivieren. Die oben erwähnte Patentschrift 1 ist ein Beispiel. In einem Vorgang unter Verwendung einer Aktivierung einer Oberfläche wird, wenn eine aktivierte Oberfläche Luft ausgesetzt wird, die aktivierte Oberfläche jedoch augenblicklich durch Sauerstoff kontaminiert. Zudem kann die aktivierte Oberfläche inaktiviert werden. Folglich wird möglicherweise keine hochwertige Verbindung erzielt. Es wird angenommen, dass eine Abfolge von Vorgängen von der Oberflächenbehandlung bis zur Verbindung in einer Vakuumkammer durchgeführt wird. In diesem Fall können jedoch die Kosten ansteigen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung richten ihre Aufmerksamkeit auf ein Rekristallisationsphänomen, das in einem abschließenden thermischen Vorgang von Vorgängen zum Einstellen einer Struktur eines Edelstahlelements auftritt. Während des Phänomens wächst in einem Material ein neu erzeugtes Kristallkorn (rekristallisiertes Korn) nach oben, wodurch Atome in eine Oberfläche aus einem umgebenden Material eingebracht werden. Die Antriebskraft wird durch eine Differenz der internen Energie zwischen rekristallisierten Körnern, die eine niedrige interne Energie haben und unter einem Gleichgewichtszustand stabil sind, und rekristallisierten Körnern, die eine hohe interne Energie haben, die von einer Spannung oder dergleichen verursacht wird, und instabil sind, verursacht. Auf der Basis des Prinzips, wenn Elemente durch Verbessern der internen Energie der Elemente instabil werden, werden Atome nahe einer Metalloberfläche durch Überqueren einer Bindefläche und Bewegen zu einer Oberfläche von rekristallisierten Körnern, die der anderen Bindefläche ausgesetzt ist, stabiler. Wenn darüber hinaus die Bindeflächen verschwinden, wird die Energie weniger und bringt Stabilität. Infolgedessen überqueren die rekristallisierten Körner der anderen Bindefläche die andere Bindefläche und wachsen nach oben. Dadurch wird eine integrierte starke Verbindung erzielt. Wenn in diesem Fall die Differenz der internen Energie der beiden ausreichend groß ist, schreitet das Wachsen der Kristallkörner frei von einer Behinderung durch eine gewisse Kontamination der Bindeflächen voran.
[Erste Ausführungsform] 2 stellt ein Verbindungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform dar. 3 stellt ein Ablaufdiagramm des Verbindungsverfahrens dar. Zunächst wird vor dem Erhitzen zur Verbindung mindestens eines des Edelstahlelements 10 und des Edelstahlelements 20 einer Reduzierung unterzogen, die 50% übersteigt, um eine Spannung darin zu akkumulieren (Schritt S1). Als Nächstes werden Bindeoberflächen des Edelstahlelements 10 und des Edelstahlelements 20 geglättet (Schritt S2).
Als Nächstes berühren die Bindeoberflächen des Edelstahlelements 10 und des Edelstahlelements 20 einander und werden erhitzt (Schritt S3). Eine Erhitzungstemperatur ist in diesem Fall größer gleich einer Rekristallisationsinitiierungstemperatur. Wenn die Temperaturen des Edelstahlelements 10 und des Edelstahlelements 20 größer gleich der Rekristallisationsinitiierungstemperatur sind, werden rekristallisierte Körner in dem Edelstahlelement 10 und dem Edelstahlelement 20 erzeugt. Darüber hinaus überqueren rekristallisierte Körner der Bindefläche die Bindefläche und wachsen nach oben, und eine starke Verbindung wird erzielt. So wird der Edelstahl 40 erhalten. Wenn das Edelstahlelement 10 und das Edelstahlelement 20 in Schritt S3 durch die Druckvorrichtung 30 verpresst werden und eng aneinander haften, wird eine stärkere Verbindung erzielt.
In der Ausführungsform wird die Spannung in mindestens einem des Edelstahlelements 10 und des Edelstahlelements 20 durch Hinzufügen einer Reduzierung, die 50% übersteigt, akkumuliert. Somit ist es möglich, eine hochwertige Verbindung bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur, die größer gleich der Rekristallisationsinitiierungstemperatur ist, zu erzielen. Der Kristall des Edelstahls 40 wird miniaturisiert, da die Verbindung bei der verhältnismäßig niedrigen Temperatur erzielt wird. Folglich ist es möglich, ein Erweichen des Edelstahls 40 zu unterdrücken. Dementsprechend ist es möglich, einen gebundenen Verbund mit hoher Materialfestigkeit und hohen Federungscharakteristika zu fertigen. Selbst wenn die Bindeoberfläche zu einem gewissen Ausmaß aufgrund der Adsorption von Sauerstoff oder dergleichen kontaminiert ist, kann die Verbindung erzielt werden. Es ist folglich möglich, die Abfolge von Vorgängen in normaler Luft durchzuführen, mit Ausnahme des Erhitzens zur Verbindung. Darüber hinaus ist es möglich, die Struktur des Edelstahls 40 durch eine Kombination einer Verarbeitung zum Verbessern der internen Energie im Voraus und Hinzufügen von Spannung, der Verbindungstemperatur und der Vorgangsdauer auf eine erforderliche feine Struktur einzustellen. Es ist folglich möglich, ein Herstellen von Materialien und ein Zusammenfügen von Verbünden parallel in der Abfolge von Vorgängen durchzuführen. Es ist zudem möglich, zur Effizienz der Arbeiten und zur Energieersparnis beizutragen, indem ein thermischer Vorgang zum Einstellen einer feinen Struktur während einer Materialherstellung weggelassen wird.
Bei dem Verbindungsverfahren gemäß der Ausführungsform kann die hochwertige Verbindung bei einer Temperatur erzielt werden, die größer gleich der Rekristallisationsinitiierungstemperatur ist. Es ist jedoch von einem Gesichtspunkt einer Unterdrückung der Vergröberung der Kristallkörner bevorzugt, dass die Verbindung bei einer Temperatur erzielt wird, die größer gleich der Rekristallisationsinitiierungstemperatur ist und kleiner gleich der Rekristallisationsinitiierungstemperatur plus 100 Grad Celsius ist. Es ist zudem bevorzugt, dass sowohl das Edelstahlelement 10 als auch das Edelstahlelement 20 der Reduzierung, die 50% übersteigt, unterzogen werden und die Spannung in sowohl dem Edelstahlelement 10 als auch dem Edelstahlelement 20 akkumuliert wird.
[Zweite Ausführungsform] In einer zweiten Ausführungsform wird ein Effekt verwendet, der von einer Phasenumwandlung von metastabilem Edelstahl auf Austenitbasis verursacht wird. 4 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verbindungsverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform dar. In der Ausführungsform wird der metastabile Edelstahl auf Austenitbasis als die Edelstahlelemente 10 und 20 verwendet. In der Ausführungsform kann die Vorrichtung, die mit der ersten Ausführungsform identisch ist, verwendet werden.
Vor der Erhitzung zur Verbindung wird eine Spannung mindestens einem des Edelstahlelements 10 und des Edelstahlelements 20 bei einer Temperatur, die kleiner gleich einem Md-Punkt ist, hinzugefügt. Dadurch werden 30 Vol.-% oder mehr Martensit in dem Edelstahlelement erzeugt, dem die Spannung hinzugefügt wird (Schritt S11). Die Martensit-Umwandlung wird durch Verarbeitung beim Md-Punkt oder einer niedrigeren Temperatur erzielt.
Als Nächstes werden die Bindeoberflächen der Edelstahlelemente 10 und 20 geglättet (Schritt S12). Als Nächstes berühren die Bindeoberflächen der Edelstahlelemente 10 und 20 einander und werden erhitzt (Schritt S13). Die Temperatur ist in diesem Fall größer gleich einem As-Punkt der Edelstahlelemente 10 und 20. Der Martensit wird in Austenit umgewandelt, wenn der Martensit auf den As-Punkt oder eine höhere Temperatur erhitzt wird. Wenn die Temperaturen der Edelstahlelemente 10 und 20 größer gleich des As-Punkt sind, werden rekristallisierte Körner im Inneren der Edelstahlelemente 10 und 20 erzeugt. Darüber hinaus überqueren die rekristallisierten Körner an einer Bindefläche die Bindefläche und wachsen nach oben. Zudem wird eine starke Verbindung erzielt. So wird der Edelstahl 40 erhalten. Wenn die Edelstahlelemente 10 und 20 durch die Druckvorrichtung 30 miteinander verpresst werden und aneinander haften, wird eine stärkere Verbindung erzielt.
In der Ausführungsform enthält mindestens eines der metastabilen Edelstahlelemente auf Austenitbasis 10 und 20 mindestens 30 Vol.-% Martensit. Dadurch kann eine hochwertige Verbindung bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur erzielt werden, die größer gleich dem As-Punkt ist. Durch Erzielen der Verbindung bei einer niedrigen Temperatur wird die Struktur des Edelstahls 40 miniaturisiert und ein Erweichen des Edelstahls 40 wird unterdrückt. Es ist folglich möglich, einen gebundenen Verbund zu fertigen, der eine hohe Materialfestigkeit und ein hohes Federungscharakteristikum aufweist. Selbst wenn Bindeflächen zu einem gewissen Ausmaß aufgrund der Adsorption von Sauerstoff kontaminiert sind, kann eine Verbindung erzielt werden. Es ist folglich möglich, eine Abfolge von Vorgängen in normaler Luft durchzuführen, mit Ausnahme des Erhitzens zur Verbindung. Darüber hinaus ist es möglich, die Struktur durch Kombinieren eines Vorgangs zum Erzeugen des Martensits, der Verbindungstemperatur und der Vorgangsdauer auf eine erforderliche feine Struktur einzustellen. Es ist folglich möglich, ein Herstellen von Materialien und ein Zusammenfügen von Verbünden parallel in der Abfolge von Vorgängen durchzuführen. Es ist zudem möglich, zur Effizienz der Arbeiten und zur Energieeinsparung beizutragen, indem ein thermischer Vorgang zum Einstellen einer Mikrostruktur in einem Herstellen von Materialien weggelassen wird.
In dem Verbindungsverfahren gemäß der Ausführungsform kann eine hochwertige Verbindung bei einer Temperatur erzielt werden, die größer gleich dem As-Punkt ist. Es ist jedoch in Bezug auf eine Unterdrückung der Vergröberung von Kristallkörnern bevorzugt, dass die Verbindung bei einer Temperatur erzielt wird, die größer gleich dem As-Punkt ist und kleiner gleich einer Rekristallisationsinitiierungstemperatur plus 100 Grad Celsius ist. Es ist bevorzugt, dass mindestens eines der Edelstahlelemente 10 und 20 mindestens 50 Vol.-% Martensit enthält. Es ist mehr bevorzugt, dass mindestens eines der Edelstahlelemente 10 und 20 mindestens 80 Vol.-% Martensit enthält. Beide Edelstahlelemente 10 und 20 können mindestens 30 Vol.-% Martensit enthalten. Es ist in diesem Fall bevorzugt, dass beide Edelstahlelemente 10 und 20 mindestens 50 Vol.-% Martensit enthalten. Es ist mehr bevorzugt, dass beide Edelstahlelemente 10 und 20 mindestens 80 Vol.-% Martensit enthalten.
In der Ausführungsform wird der Martensit durch den Vorgang beim Md-Punkt oder einer niedrigeren Temperatur erzeugt. Der Martensit kann jedoch durch schnelles Abkühlen von stabilem Austenit auf den Ms-Punkt oder eine niedrigere Temperatur erzeugt werden. Wenn stabiler Austenit schnell auf den Ms-Punkt oder eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird, wird der Martensit erzeugt.
BEISPIELE
(Erstes Beispiel) Edelstahl auf Austenitbasis SUS316L wurde einer 99%-igen Reduzierung bei einer normalen Temperatur (die größer gleich dem Md-Punkt ist) durch Schmieden und Walzen unterzogen. Die resultierende Platte mit einer Dicke von 1 mm wurde in zwei kleine Stücke mit einer Breite von 12 mm und einer Länge von 20 mm geschnitten. Erste Flächen der kleinen Stücke wurden durch Schmirgelpapier und Polieren in der Atmosphäre zu Spiegelflächen verarbeitet. Es wird bewirkt, dass die Spiegelflächen einander zugewandt sind, und sie werden überkreuz in einer Vakuumkammer angeordnet. Die Flächen von 12 mm × 12 mm hafteten somit aneinander. Nach dem Setzen unter Vakuum wurden die Stücke durch Hochfrequenzanwärmung auf 730 Grad Celsius, was größer gleich einer Rekristallisationsinitiierungstemperatur ist, unter einer Bedingung erhitzt, dass eine Last von 1 kN den Stücken hinzugefügt wurde, um eine Haftung der Stücke zu erzielen. Nachdem die Temperatur von 730 Grad Celsius unter der Bedingung für 30 Minuten gehalten worden war, wurde die Last von den Stücken entfernt, sie wurden abgekühlt und herausgenommen. Dadurch werden die Stücke stärker verbunden. Zur Bestätigung wurde eines der Stücke, die überkreuz verbunden sind, durch eine Schraubzwinge fixiert und das andere wurde in eine Wegzugrichtung gehämmert. Dies führt zum Biegen des Stücks, das durch die Schraubzwinge fixiert ist, ohne Wegziehen.
(Zweites Beispiel) In einem zweiten Beispiel wurde dieselbe Verbindung wie im ersten Beispiel durchgeführt, mit Ausnahme des Hinzufügens eines 80%-igen Walzens. In dem zweiten Beispiel wurde eine starke Verbindung erzielt.
(Erstes Vergleichsbeispiel) In einem ersten Vergleichsbeispiel wurde dieselbe Verbindung wie im ersten Beispiel durchgeführt, mit Ausnahme des Hinzufügens eines 50%-igen Walzens. Der resultierende gebundene Verbund wurde durch Hämmern weggezogen.
(Zweites Vergleichsbeispiel) In einem zweiten Vergleichsbeispiel wurde dieselbe Verbindung wie im ersten Beispiel durchgeführt, mit Ausnahme des Verwendens von SUS316L-Material, in dem die Spannung vollständig entfernt wurde und das einer Lösungsbehandlung unterzogen wurde. Der resultierende gebundene Verbund wurde leicht von Hand weggezogen.
(Erste Analyse) Es wird angenommen, dass in dem ersten und dem zweiten Beispiel rekristallisierte Körner eine Bindefläche überquerten und nach oben wuchsen und eine hochwertige Verbindung erzielt wurde, da eine Spannung in den Stücken durch Hinzufügen einer Reduzieren, die 50% übersteigt, akkumuliert wurde und danach die Verbindung bei einer Temperatur durchgeführt wurde, die größer gleich der Rekristallisationsinitiierungstemperatur ist. Andererseits wird angenommen, dass in dem zweiten Vergleichsbeispiel keine starke Verbindung erzielt wurde, da die Spannung vollständig entfernt wurde. Es wird angenommen, dass in dem ersten Vergleichsbeispiel aufgrund des Fehlens einer Spannung keine ausreichende Bindefestigkeit erzielt wurde, obwohl eine gegebene Bindefestigkeit durch Akkumulation einer internen Spannung erzielt wurde.
(Drittes Beispiel) In einem dritten Beispiel wurde metastabiler Edelstahl auf Austenitbasis SUS304 einer Spannung von insgesamt 99% bei 300 Grad Celsius (was größer gleich dem Md-Punkt ist) durch Schmieden in mehrere Richtungen und Walzen, das 90% entsprach, und Walzen, das 90% entsprach, unterzogen. Die resultierende Platte mit einer Dicke von 1 mm wurde in zwei kleine Stücke mit einer Breite von 12 mm und einer Länge von 20 mm geschnitten. Erste Flächen der kleinen Stücke wurden durch Schmirgelpapier und Polieren in der Atmosphäre zu Spiegelflächen verarbeitet. Es wird bewirkt, dass die Spiegelflächen einander zugewandt sind, und sie werden überkreuz in einer Vakuumkammer angeordnet. Die Flächen von 12 mm × 12 hafteten somit aneinander. Nach dem Setzen unter Vakuum wurden die Stücke durch Hochfrequenzanwärmung auf 730 Grad Celsius, was größer gleich einer Rekristallisationsinitiierungstemperatur ist, unter einer Bedingung erhitzt, dass eine Last von 1 kN den Stücken hinzugefügt wurde, um eine Haftung der Stücke zu erzielen. Nachdem die Temperatur von 730 Grad Celsius unter der Bedingung für 30 Minuten gehalten worden war, wurde die Last von den Stücken entfernt, sie wurden abgekühlt und herausgenommen. Dadurch wurden die SUS304-Stücke stark verbunden, obwohl normalerweise eine Temperatur von ungefähr 1000 Grad Celsius für ein Diffusionsschweißen von SUS304-Stücken benötigt wurde.
Querschnitte nahe dem Verbindungsteil wurden durch EBSD (Elektronen-Rückstreubeugung) beobachtet. 5 stellt das Beobachtungsergebnis dar. In 5 ist der Verbindungsteil zwischen einem linken Pfeil und einem rechten Pfeil Obwohl die Querschnitte vor der Verbindung geglättet wurden, wurde eine Unebenheit beobachtet, die von Kornwachstum von oben und von unten verursacht wurde.
(Viertes Beispiel) In einem vierten Beispiel wurde Edelstahl auf Austenitbasis SUS316L einer 99%-igen Reduzierung bei einer normalen Temperatur (die größer gleich dem Md-Punkt ist) durch Schmieden und Walzen unterzogen. Die resultierende Platte mit einer Dicke von 1 mm wurde in zwei kleine Stücke mit einer Breite von 10 mm und einer Länge von 50 mm geschnitten. Erste Flächen der kleinen Stücke wurden durch Schmirgelpapier und Polieren in der Atmosphäre zu Spiegelflächen verarbeitet. Es wird bewirkt, dass die Spiegelflächen einander zugewandt sind, und sie werden überkreuz in einer Vakuumkammer angeordnet. Die Flächen von 10 mm × 10 mm hafteten somit aneinander. Nach dem Setzen unter Vakuum wurden die Stücke durch Hochfrequenzanwärmung auf verschiedene Temperaturen unter einer Bedingung erhitzt, dass eine Last von 1 kN den Stücken durch ein gestanztes Loch mit einem Durchmesser von 5 mm hinzugefügt wurde, um eine Haftung der Stücke zu erzielen. Nachdem die Temperaturen unter der Bedingung für 30 Minuten gehalten worden waren, wurde die Last von den Stücken entfernt, sie wurden abgekühlt und herausgenommen. Zur Bestätigung wurde ein Kopfzugversuch von 0,01 mm/s durchgeführt. Zudem wurde die Bindefestigkeit beurteilt.
(Drittes Vergleichsbeispiel) In einem dritten Vergleichsbeispiel wurde dieselbe Verbindung wie im vierten Beispiel durchgeführt, mit Ausnahme des Verwendens von SUS316L-Material, in dem die Spannung vollständig entfernt wurde und das einer Lösungsbehandlung unterzogen wurde.
(Zweite Analyse) 6 stellt eine Beziehung zwischen den Temperaturen während der Verbindung des vierten Beispiels und des dritten Vergleichsbeispiels und der Bindefestigkeit dar. In 6 zeigt eine horizontale Achse die Temperaturen während der Verbindung. Eine vertikale Achse zeigt die Bindefestigkeit. W99 zeigt die Ergebnisse des vierten Beispiels. SOL/SOL zeigt die Ergebnisse des dritten Vergleichsbeispiels. Wie in 6 dargestellt, neigt die Bindefestigkeit in beiden Fällen dazu zuzunehmen, wenn die Temperatur während der Verbindung steigt. Die Ergebnisse des vierten Beispiels sind jedoch im Vergleich zu dem dritten Vergleichsbeispiel zu einer niedrigeren Temperaturseite verschoben. Das heißt, es ist offensichtlich, dass im vierten Beispiel die Temperatur während der Verbindung gesenkt werden kann, um im Vergleich zu dem dritten Vergleichsbeispiel eine identische Bindefestigkeit zu erzielen.
(Fünftes Beispiel) In einem fünften Beispiel wurde metastabiler Edelstahl auf Austenitbasis SUS304 einer 90%-igen Reduzierung bei 300 Grad Celsius (was größer gleich dem Md-Punkt ist) durch Schmieden in mehrere Richtungen und Walzen unterzogen und wurde einem 90%-igen Walzen bei einer normalen Temperatur (die größer gleich dem Md-Punkt ist) unterzogen. Nahezu die gesamte resultierende Platte wurde in Martensit umgewandelt und hatte eine Dicke von 1 mm. Die resultierende Platte wurde in zwei kleine Stücke mit einer Breite von 12 mm und einer Länge von 20 mm geschnitten. Erste Flächen der kleinen Stücke wurden durch Schmirgelpapier und Polieren in der Atmosphäre zu Spiegelflächen verarbeitet. Es wird bewirkt, dass die Spiegelflächen einander zugewandt sind, und sie werden überkreuz in einer Vakuumkammer angeordnet. Die Flächen von 12 mm × 12 mm hafteten somit aneinander. Nach dem Setzen unter Vakuum wurden die Stücke durch Hochfrequenzanwärmung auf 700 Grad Celsius, was größer gleich dem As-Punkt ist, unter einer Bedingung erhitzt, dass eine Last von 1 kN den Stücken hinzugefügt wurde, um eine Haftung der Stücke zu erzielen. Nachdem die Temperatur von 700 Grad Celsius unter der Bedingung für 30 Minuten gehalten worden war, wurde die Last von den Stücken entfernt, sie wurden abgekühlt und herausgenommen. Dadurch wurden die SUS304-Stücke stark verbunden, obwohl normalerweise eine Temperatur von ungefähr 1000 Grad Celsius für ein Diffusionsschweißen von SUS304-Stücken benötigt wurde. Zur Bestätigung wurde eines der Stücke, die überkreuz verbunden sind, durch eine Schraubzwinge fixiert und das andere wurde in eine Wegzugrichtung gehämmert. Dies führt zum Biegen des Stücks, das durch die Schraubzwinge fixiert ist, ohne Wegziehen.
(Viertes Vergleichsbeispiel) In einem vierten Vergleichsbeispiel wurde der Bindetest unter derselben Bedingung wie im fünften Beispiel mit Verwendung eines SUS304-Musters durchgeführt, das einer Spannung von insgesamt 99% durch Schmieden in mehrere Richtungen und Walzen, das 90% entsprach, und Walzen, das 90% entsprach, bei 300 Grad Celsius unterzogen wurde. Das Walzen wurde nicht bei einer Temperatur durchgeführt, die kleiner gleich dem Md-Punkt war. Folglich wurde kein Martensit erzeugt. Wenn eines der Elemente, die überkreuz verbinden sind, durch eine Schraubzwinge fixiert wurde und das andere der Elemente in eine Wegzugrichtung gehämmert wurde, wurde das andere weggezogen.
(Fünftes Vergleichsbeispiel) In einem fünften Vergleichsbeispiel wurde der Test unter derselben Bedingung wie im vierten Vergleichsbeispiel durchgeführt, mit Ausnahme des Verwendens von SUS304 der gleichen Größe, dem keine Spannung nach dem thermischen Vorgang zum Entfernen der Spannung hinzugefügt wurde.
(Dritte Analyse) Es wird angenommen, dass in dem fünften Beispiel rekristallisierte Körner eine Bindefläche überquerten und nach oben wuchsen und eine hochwertige Verbindung erzielt wurde, da 30 Vol.-% oder mehr Martensit erzeugt wurde und die Verbindung bei der Temperatur durchgeführt wurde, die größer gleich dem As-Punkt ist. Andererseits wird angenommen, dass in dem vierten und dem fünften Vergleichsbeispiel keine starke Verbindung erzielt wurde, da der Martensit nicht erzeugt wurde. Es wird angenommen, dass in dem vierten Vergleichsbeispiel keine starke Verbindung erzielt wurde, da die Temperatur nicht auf die Rekristallisationstemperatur oder eine höhere Temperatur erhöht wurde, obwohl die Spannungen hinzugefügt wurden.
(Sechstes Beispiel) In einem sechsten Beispiel wurde metastabiler Edelstahl auf Austenitbasis SUS304 einer 90%-igen Reduzierung bei 300 Grad Celsius (was größer gleich dem Md-Punkt ist) durch Schmieden in mehrere Richtungen und Walzen unterzogen und wurde einem Walzen, das 90% entsprach, bei einer normalen Temperatur (die kleiner gleich dem Md-Punkt ist) unterzogen. Nahezu die gesamte resultierende Platte wurde in Martensit umgewandelt und hatte eine Dicke von 1 mm. Die resultierende Platte wurde in zwei kleine Stücke mit einer Breite von 10 mm und einer Länge von 50 mm geschnitten. Erste Flächen der kleinen Stücke wurden durch Schmirgelpapier und Polieren in der Atmosphäre zu Spiegelflächen verarbeitet. Es wird bewirkt, dass die Spiegelflächen einander zugewandt sind, und sie werden überkreuz in einer Vakuumkammer angeordnet. Die Flächen von 10 mm × 10 mm hafteten somit aneinander. Nach dem Setzen unter Vakuum wurden die Stücke durch Hochfrequenzanwärmung auf verschiedene Temperaturen unter einer Bedingung erhitzt, dass eine Last von 1 kN den Stücken durch ein gestanztes Loch mit einem Durchmesser von 5 mm hinzugefügt wurde, um eine Haftung der Stücke zu erzielen. Nachdem die Temperaturen unter der Bedingung für 30 Minuten gehalten worden waren, wurde die Last von den Stücken entfernt, sie wurden abgekühlt und herausgenommen. Zur Bestätigung wurde ein Kopfzugversuch von 0,01 mm/s durchgeführt. Zudem wurde die Bindefestigkeit beurteilt.
(Siebtes Beispiel) In einem siebten Beispiel wurde dieselbe Verbindung wie im sechsten Beispiel durchgeführt, mit Ausnahme des Verwendens von SUS304-Material, in dem die Spannung vollständig entfernt wurde und das einer Lösungsbehandlung unterzogen wurde, als eines der zwei kleinen Stücke.
(Sechstes Vergleichsbeispiel) In einem sechsten Vergleichsbeispiel wurde dieselbe Verbindung wie im siebten Beispiel durchgeführt, mit Ausnahme des Verwendens von SUS304-Material, in dem die Spannung vollständig entfernt wurde und das einer Lösungsbehandlung unterzogen wurde, als die zwei kleinen Stücke.
(Vierte Analyse) 7 stellt eine Beziehung zwischen den Temperaturen während der Verbindung des sechsten und des siebten Beispiels und des sechsten Vergleichsbeispiels und der Bindefestigkeit dar. In 7 zeigt eine horizontale Achse die Temperaturen während der Verbindung. Eine vertikale Achse zeigt die Bindefestigkeit. WC/WC zeigt die Ergebnisse des sechsten Beispiels. WC/SOL zeigt die Ergebnisse des siebten Beispiels. SOL/SOL zeigt die Ergebnisse des sechsten Vergleichsbeispiels. Wie in 7 dargestellt, neigt die Bindefestigkeit in allen Fällen dazu zuzunehmen, wenn die Temperatur während der Verbindung steigt. Die Ergebnisse des sechsten und des siebten Beispiels sind jedoch im Vergleich zu dem sechsten Vergleichsbeispiel zu einer niedrigeren Temperaturseite verschoben. Das heißt, es ist offensichtlich, dass in dem sechsten und dem siebten Beispiel die Temperatur während der Verbindung gesenkt werden kann, um im Vergleich zu dem sechsten Vergleichsbeispiel eine identische Bindefestigkeit zu erzielen.
(Achtes Beispiel) In einem achten Beispiel wurde Edelstahl auf Austenitbasis SUS304 einer 99%-igen Reduzierung bei 300 Grad Celsius (was größer gleich dem Md-Punkt ist) durch Schmieden und Walzen unterzogen. Die resultierende Platte mit einer Dicke von 1 mm wurde in zwei kleine Stücke mit einer Breite von 10 mm und einer Länge von 50 mm geschnitten. Erste Flächen der kleinen Stücke wurden durch Schmirgelpapier und Polieren in der Atmosphäre zu Spiegelflächen verarbeitet. Es wird bewirkt, dass die Spiegelflächen einander zugewandt sind, und sie werden überkreuz in einer Vakuumkammer angeordnet. Die Flächen von 10 mm × 10 mm hafteten somit aneinander. Nach dem Setzen unter Vakuum wurden die Stücke durch Hochfrequenzanwärmung auf verschiedene Temperaturen unter einer Bedingung erhitzt, dass eine Last von 1 kN den Stücken durch ein gestanztes Loch mit einem Durchmesser von 5 mm hinzugefügt wurde, um eine Haftung der Stücke zu erzielen. Nachdem die Temperaturen unter der Bedingung für 30 Minuten gehalten worden waren, wurde die Last von den Stücken entfernt, sie wurden abgekühlt und herausgenommen. Zur Bestätigung wurde ein Kopfzugversuch von 0,01 mm/s durchgeführt. Zudem wurde die Bindefestigkeit beurteilt.
(Neuntes Beispiel) In einem neunten Beispiel wurde dieselbe Verbindung wie im achten Beispiel durchgeführt, mit Ausnahme eines Walzens von 80%.
(Fünfte Analyse) 8 stellt eine Beziehung zwischen den Temperaturen während der Verbindung des achten Beispiels, des neunten Beispiels und des sechsten Vergleichsbeispiels und der Bindefestigkeit dar. In 8 zeigt eine horizontale Achse die Temperaturen während der Verbindung. Eine vertikale Achse zeigt die Bindefestigkeit. W99 zeigt die Ergebnisse des achten Beispiels. W80 zeigt die Ergebnisse des neunten Beispiels. SOL/SOL zeigt die Ergebnisse des sechsten Vergleichsbeispiels. Wie in 6 dargestellt, neigt die Bindefestigkeit in allen Fällen dazu zuzunehmen, wenn die Temperatur während der Verbindung steigt. Die Ergebnisse des achten und des neunten Beispiels sind jedoch im Vergleich zu dem sechsten Vergleichsbeispiel zu einer niedrigeren Temperaturseite verschoben. Das heißt, es ist offensichtlich, dass in dem achten und dem neunten Beispiel die Temperatur während der Verbindung gesenkt werden kann, um im Vergleich zu dem sechsten Vergleichsbeispiel eine identische Bindefestigkeit zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die spezifisch beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern andere Ausführungsformen und Variationen können vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

10, 20: Edelstahlelement
30: Druckvorrichtung
40: Edelstahl

Claims

Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst: Inkontaktbringen eines ersten Edelstahlelements mit einem zweiten Edelstahlelement, das eine Spannung aufweist, die eine 50%-ige Reduzierung übersteigt; und Erhitzen des ersten und des zweiten Edelstahlelements auf eine Rekristallisationsinitiierungstemperatur oder eine höhere Temperatur nach dem Inkontaktbringen.
Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Edelstahlelement eine Spannung aufweist, die eine 50%-ige Reduzierung übersteigt.
Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Erhitzen das erste Edelstahlelement und das zweite Edelstahlelement auf eine Temperatur erhitzt werden, die größer gleich der Rekristallisationsinitiierungstemperatur ist und kleiner gleich der Rekristallisationsinitiierungstemperatur plus 100 Grad Celsius ist.
Edelstahl, der durch Verbinden des ersten Edelstahlelements und des zweiten Edelstahlelements durch das Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 erhalten wird.
Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst: Inkontaktbringen eines ersten austenitischen Edelstahlelements mit einem zweiten austenitischen Edelstahlelement, das mindestens 30 Vol.-% Martensit enthält; und Erhitzen des ersten und des zweiten austenitischen Edelstahlelements auf eine As-Temperatur oder eine höhere Temperatur nach dem Inkontaktbringen.
Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste austenitische Edelstahlelement mindestens 30 Vol.-% Martensit enthält.
Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Erhitzen das erste austenitische Edelstahlelement und das zweite austenitische Edelstahlelement auf eine Temperatur erhitzt werden, die größer gleich der As-Temperatur ist und kleiner gleich einer Rekristallisationsinitiierungstemperatur plus 100 Grad Celsius ist.
Edelstahl, der durch Verbinden des ersten austenitischen Edelstahlelements und des zweiten austenitischen Edelstahlelements durch das Verfahren zum Verbinden von Edelstahlelementen nach einem der Ansprüche 5 bis 7 erhalten wird.