JP3211764B2 - Joining method of heat-resistant Ni-based alloy - Google Patents
Joining method of heat-resistant Ni-based alloyInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、1000℃程度の高温
での強度と耐食性に優れたNi基耐熱合金の接合方法、な
かでも石油化学プラントの耐熱耐圧配管の接合方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for joining a Ni-base heat-resistant alloy having excellent strength and corrosion resistance at a high temperature of about 1000 ° C., and more particularly to a method for joining a heat-resistant pressure-resistant pipe of a petrochemical plant.
【0002】[0002]
【従来の技術】石油化学関連プラントの耐熱耐圧配管に
は、従来から、高Cr含有率および高Ni含有率のいずれか
一方、または両方を満たすオーステナイト系ステンレス
鋼が使用されている。最近ではさらに過酷な使用条件に
も耐えられるように、Alの含有率を高め、高温強度や耐
食性の改善を図ったNi基合金が多数提案されている(特
開平4-358037号公報、特開平5-33090号公報、特開平5-3
3091号公報、特開平5-33092 号公報等)。これらのAlを
多量に含有した合金を構造物として組み立てる場合、ガ
スタングステンアーク溶接(GTAW(Gas Tungsten Arc We
lding)溶接法:いわゆるTIG 溶接法)等を適用すると高
温割れを生じたり、溶接後熱処理時に再熱割れを起こす
といった問題が生じる。また、ろう付け法を適用する
と、Al2O3 皮膜の形成により被接合面での十分なぬれ性
が得られず接合欠陥が発生する。このため、たとえ接合
できたとしても、接合層に脆弱な金属間化合物相が異相
として形成されるため、十分な高温強度が得られない。2. Description of the Related Art Austenitic stainless steel satisfying one or both of a high Cr content and a high Ni content has conventionally been used for heat-resistant pressure-resistant piping of a petrochemical-related plant. Recently, a number of Ni-based alloys have been proposed in which the Al content is increased and the high-temperature strength and the corrosion resistance are improved so as to withstand even more severe use conditions (JP-A-4-358037, JP-A-4-58037). 5-33090, JP-A-5-3
No. 3091, JP-A-5-33092, etc.). When assembling such an alloy containing a large amount of Al as a structure, gas tungsten arc welding (GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)
lding) welding method: the so-called TIG welding method) causes problems such as high temperature cracking and reheat cracking during heat treatment after welding. Also, when the brazing method is applied, sufficient wettability on the surface to be bonded cannot be obtained due to the formation of the Al 2 O 3 film, and a bonding defect occurs. For this reason, even if joining can be performed, a brittle intermetallic compound phase is formed as a different phase in the joining layer, so that sufficient high-temperature strength cannot be obtained.
【0003】また、固相拡散接合法を適用する場合に
は、被接合面上に形成されるAl2O3 皮膜により接合面同
士の十分な接触が得られず接合欠陥が発生しやすい。そ
のため、十分な高温強度が得られず実構造物への適用が
図れない。一方、液相拡散接合法は、接合部における脆
弱な金属間化合物相の生成を防止する方法として知られ
ている(特公平3-71950号公報)。しかしながら、高Al
合金ではろう付けと同様にAl2O3皮膜が形成されている
ため、液相化したインサート材が接合面上で均一にゆき
わたらず健全な接合継手が得られない。When the solid-phase diffusion bonding method is applied, sufficient contact between the bonding surfaces cannot be obtained due to the Al 2 O 3 film formed on the surfaces to be bonded, and bonding defects easily occur. Therefore, sufficient high-temperature strength cannot be obtained, and application to an actual structure cannot be achieved. On the other hand, the liquid phase diffusion bonding method is known as a method for preventing the formation of a fragile intermetallic compound phase at a bonding portion (Japanese Patent Publication No. 3-71950). However, high Al
Since an Al 2 O 3 film is formed on the alloy as in the case of brazing, the liquid phased insert material does not spread uniformly on the joint surface, and a sound joint cannot be obtained.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Al含
有率の高いNi基合金を被接合材として、1000℃程度の高
温で母材並みのクリープ強度等を確保しうる、拡散接合
法による耐熱Ni合金の接合方法の提供にある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a diffusion bonding method using a Ni-based alloy having a high Al content as a material to be joined, which can ensure a creep strength similar to that of a base material at a high temperature of about 1000 ° C. It is an object of the present invention to provide a method for joining a heat resistant Ni alloy.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、Al含有率
が高いNi基耐熱合金の液相拡散接合技術を確立するため
検討を行い、つぎの項目を確認することができた。The present inventors have conducted studies to establish a liquid phase diffusion bonding technique for a Ni-base heat-resistant alloy having a high Al content, and have confirmed the following items.
【0006】(a)インサート材の化学組成 インサート材は高温での強度と耐食性を確保するためNi
基合金とする。(A) Chemical composition of insert material The insert material is made of Ni to ensure strength and corrosion resistance at high temperatures.
Base alloy.
【0007】 Bはインサート材の融点降下の作用が顕
著であり、必須の元素である。[0007] B has a remarkable effect of lowering the melting point of the insert material and is an essential element.
【0008】 Tiはインサート材の融点を上昇させる
が、被接合面と溶融した インサート材との濡れ性を改
善して接合欠陥率を低下させる。[0008] Ti raises the melting point of the insert material, but improves the wettability between the surface to be joined and the melted insert material and lowers the joint defect rate.
【0009】 Crは高温での強度と耐食性を確保する
のに必須である。 しかし、インサート材の融点、接合
欠陥率にはほとんど影響を及ぼさない。[0009] Cr is essential for ensuring strength and corrosion resistance at high temperatures. However, it hardly affects the melting point of the insert material and the bonding defect rate.
【0010】上記事項を踏まえ、Cr:1〜18%、B:1〜5%、
Ti:0.01〜6% を含有し、残部がNi基合金からなるインサ
ート材を選定した。Based on the above, Cr: 1 to 18%, B: 1 to 5%,
An insert material containing Ti: 0.01 to 6% and the balance being a Ni-based alloy was selected.
【0011】(b)接合条件 接合時の雰囲気、接合時間および接合加圧力を調
査し、接合欠陥のない十分な性能を有する接合条件を把
握した。(B) Joining conditions Atmosphere, joining time and joining pressure during joining were investigated, and joining conditions having sufficient performance without joining defects were grasped.
【0012】(c)後熱処理条件の最適化 上記(a)、(b)を満足し得られた接合継手に後熱処理を
施すと、高温でのクリープ強度をさらに向上させること
ができる。(C) Optimization of Post-Heat Treatment Conditions When the post-heat treatment is performed on the obtained joint which satisfies the above conditions (a) and (b), the creep strength at a high temperature can be further improved.
【0013】本発明は上記の事項をもとに現場試作を経
て完成されたもので、その要旨は下記の継手の製造方法
にある。The present invention has been completed through on-site trial production based on the above matters, and its gist lies in the following method for manufacturing a joint.
【0014】(1)Al:1.5〜15重量%を含む高温強度と
耐食性に優れるNi基合金を被接合材とする接合方法であ
って、当該被接合材の接合面同士を、重量%でCr:1〜18
%、B:1〜5%およびTi:0.01〜6%を含むNi基合金のインサ
ート材を介して突き合わせ、0〜5vol%のH2を含む不活性
ガスによるシ−ルド雰囲気で、突き合わせ方向に 0.1〜
2.0kgf/mm2の圧力を加え、その突き合わせ部分をインサ
ート材の融点以上、被接合材の融点以下に少なくとも12
0秒 保持して拡散接合する耐熱Ni合金の接合方法(〔発
明1〕とする)。(1) A joining method using a Ni-base alloy containing 1.5 to 15% by weight of Al and having excellent high-temperature strength and corrosion resistance as a material to be joined. : 1-18
% B: 1 to 5% and Ti: butt through the insert material of the Ni-based alloy containing from 0.01 to 6 percent, shea with inert gas containing 0~5Vol% of H 2 - In field atmosphere, in the butting direction 0.1 ~
2.0 kgf / mm pressure 2 addition, the abutting portion more than the melting point of the insert material, at least below the melting point of the bonding material 12
Bonding method for heat-resistant Ni alloy which is held for 0 seconds and diffusion bonded (referred to as [Invention 1]).
【0015】(2)被接合材が、重量%で、C:0.1%以
下、Si:5%以下、Mn:0.2%以下、Cr:1〜18%、Al:1.5〜15
%、Fe:0〜5% 、B:0〜0.05%、Zr:0〜0.5%、Hf:0〜1%、T
i:0〜1%、Mg:0〜0.05%、Mo:0〜6%、W:0〜12%、V:0〜3.5
%、Nb:0〜5.5%、Ta:0〜11%、Y:0〜0.25%、La:0〜0.25%
およびCe:0〜0.25% を含むNi基合金である(1)の接合
方法(〔発明2〕とする)。(2) The material to be joined is, by weight%, C: 0.1% or less, Si: 5% or less, Mn: 0.2% or less, Cr: 1 to 18%, Al: 1.5 to 15%
%, Fe: 0-5%, B: 0-0.05%, Zr: 0-0.5%, Hf: 0-1%, T
i: 0-1%, Mg: 0-0.05%, Mo: 0-6%, W: 0-12%, V: 0-3.5
%, Nb: 0 to 5.5%, Ta: 0 to 11%, Y: 0 to 0.25%, La: 0 to 0.25%
And (1) a Ni-based alloy containing 0 to 0.25% of Ce (referred to as [Invention 2]).
【0016】(3)シールド雰囲気を 8×10-1torr以下
の真空雰囲気とする(1)または(2)の接合方法
(〔発明3〕とする)。(3) The shielding atmosphere is set to a vacuum atmosphere of 8 × 10 -1 torr or less. The bonding method of (1) or (2) (referred to as [Invention 3]).
【0017】(4)接合された継手を、さらに、1100〜
1350℃の温度で、(T+273)×(log(t/3600)+20)×10
-3≦33(T:温度[℃]、t:時間[s])を満足する時間t
だけ保持する(1)、(2)または(3)の接合方法
(〔発明4〕とする)。(4) The joined joints are further
At a temperature of 1350 ° C, (T + 273) × (log (t / 3600) +20) × 10
Time t that satisfies -3 ≤ 33 (T: temperature [° C], t: time [s])
(1), (2) or (3) (referred to as [Invention 4]).
【0018】上記において、被接合材のNi基合金は、配
管、厚板、薄板、鍛造品等が該当する。発明1における
被接合材のNi基合金の化学組成はAlを1.5〜15%含む高温
強度と耐食性に優れるNi基合金であればよい。インサー
ト材は、厚さ5〜500μm程度の薄帯でよい。配管の
接合の場合には配管の突き合わせる横断面の接合部分を
カバーし、かつ不要な部分を少なくするように同心環の
形状とするのがよい。不活性ガスは、Ar、N2等の主とし
て酸化反応を促進しない気体が該当する。In the above description, the Ni-based alloy as the material to be joined corresponds to a pipe, a thick plate, a thin plate, a forged product or the like. The chemical composition of the Ni-based alloy of the material to be joined in Invention 1 may be any Ni-based alloy containing 1.5 to 15% Al and having excellent high-temperature strength and corrosion resistance. The insert material may be a thin strip having a thickness of about 5 to 500 μm. In the case of joining pipes, it is preferable to form concentric rings so as to cover joints of cross sections where the pipes abut, and to reduce unnecessary parts. The inert gas corresponds to a gas that does not mainly promote the oxidation reaction, such as Ar and N 2 .
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】つぎに本発明の限定範囲を上記の
ように設定した理由について説明する。以後の説明で合
金元素についての「%」は「重量%」を表す。Next, the reason why the limited range of the present invention is set as described above will be described. In the following description, “%” for the alloy element indicates “% by weight”.
【0020】1.インサート材 インサート材は市販されているもの(商品名「Glassme
t」)を用いることができる。また、組成の調整を行っ
た溶湯(Ni基合金)を双ロール法や単ロール法による回
転ロール表面に滴下することにより製作することができ
る。化学組成は下記の範囲とする。1. Insert materials Insert materials are commercially available (trade name "Glassme
t ") can be used. Further, it can be manufactured by dropping a molten metal (Ni-based alloy) whose composition has been adjusted onto a rotating roll surface by a twin roll method or a single roll method. The chemical composition is in the following range.
【0021】Cr:1〜18% Crは高温での強度と耐食性の向上に有効な元素であり、
1%以上は必要である。しかし18% を超えると、組織安定
性および高温クリープ強度を劣化させるため上限を18%
とする。また耐食性と強度の点からさらに望ましいCr含
有率は2%〜16%である。Cr: 1 to 18% Cr is an element effective for improving strength and corrosion resistance at high temperatures.
1% or more is necessary. However, if it exceeds 18%, the upper limit is 18% because it deteriorates the microstructure stability and high temperature creep strength.
And The more desirable Cr content in terms of corrosion resistance and strength is 2% to 16%.
【0022】B:1〜5% Bはインサート材の融点降下に有効な元素であり、1% 以
上は必要である。しかし5%を超えると接合層内で硼化物
の生成を助長し接合継手の延性を低下させるため、上限
を5%とする。またさらに望ましいB含有率は1.5%〜4.5%
である。B: 1 to 5% B is an element effective for lowering the melting point of the insert material, and 1% or more is necessary. However, if it exceeds 5%, the formation of borides is promoted in the joining layer and the ductility of the joint is reduced, so the upper limit is made 5%. Still more desirable B content is 1.5% to 4.5%
It is.
【0023】Ti:0.01〜6% TiはO(酸素)との親和力が強いためAl2O3皮膜を破壊す
ることができる。このため、濡れ性を改善して、接合欠
陥率の低下に有効であり、0.01% 以上は必要である。し
かし6% を超えると母材中のAlと反応しAl-Ti金属間化合
物を生成して継手の延性、強度を低下させる。また、Ti
が6%を超えるとインサート材自体の製造が困難となるた
め上限を6%とする。さらに望ましい範囲は0.1%〜5%であ
る。Ti: 0.01 to 6% Ti has a strong affinity with O (oxygen), so that it can destroy the Al 2 O 3 film. For this reason, it is effective in improving the wettability and lowering the bonding defect rate, and 0.01% or more is necessary. However, if it exceeds 6%, it reacts with Al in the base metal to form an Al-Ti intermetallic compound, which reduces the ductility and strength of the joint. Also, Ti
If it exceeds 6%, it becomes difficult to manufacture the insert material itself, so the upper limit is made 6%. A more desirable range is from 0.1% to 5%.
【0024】その他に高温での強度や耐食性を劣化させ
ず、通常使用される合金元素を含むNi基合金も本発明の
範囲に含まれる。不可避的不純物も通常の範囲内である
かぎり本発明の対象となる。In addition, a Ni-based alloy containing a commonly used alloy element without deteriorating the strength and corrosion resistance at high temperatures is also included in the scope of the present invention. Inevitable impurities are also covered by the present invention as long as they are within the usual range.
【0025】2.被接合材の化学組成 発明1において、高温強度および耐食性に優れるNi基合
金を被接合材とするのは、高温環境にさらされる化学プ
ラント等で使用されるからである。Ni基合金とするの
は、Ni含有率が高い合金は高温強度および高温耐食性に
優れるからである。2. Chemical Composition of Joined Material In Invention 1, the reason why the Ni-based alloy having excellent high-temperature strength and corrosion resistance is used as the material to be joined is that it is used in a chemical plant or the like exposed to a high-temperature environment. The reason for using a Ni-based alloy is that an alloy having a high Ni content is excellent in high-temperature strength and high-temperature corrosion resistance.
【0026】Al:1.5〜15% Alは高温で耐浸炭性や耐コーキング性の向上に必要であ
る。このため、本発明が対象とするNi基合金はAlを1.5%
以上含む必要がある。しかし、15%を超えると室温およ
び高温での延性および靭性が劣化するので15% 以下とす
る。望ましい範囲は4〜13%である。Al: 1.5 to 15% Al is necessary for improving carburization resistance and coking resistance at high temperatures. Therefore, the Ni-base alloy targeted by the present invention contains 1.5% Al.
It is necessary to include the above. However, if it exceeds 15%, ductility and toughness at room temperature and high temperature deteriorate, so the content is made 15% or less. A desirable range is 4 to 13%.
【0027】Alを1.5〜15%含む高温強度および耐食性に
優れるNi基合金であれば、本発明の被接合材に該当す
る。さらに、被接合材の化学組成をさらに下記のように
特定したNi基合金も、発明2等のように、本発明に該当
する。下記の合金元素の説明は、発明2等に対するもの
である。Any Ni-based alloy containing 1.5 to 15% of Al and having excellent high-temperature strength and corrosion resistance corresponds to the material to be joined of the present invention. Further, a Ni-based alloy in which the chemical composition of the material to be joined is further specified as follows also falls under the present invention as in Invention 2. The following description of the alloy elements is for Invention 2 and the like.
【0028】C:0.1%以下 微量で常温および高温での強度を確保するのに有効な元
素であるが、0.1%を超えると、延性および靭性が低下す
るので0.1% 以下とする。強度確保の観点からC含有率は
0.003%以上とすることが望ましい。通常、C含有率が0.0
03%未満になることはない。C: 0.1% or less C is an element that is effective in securing a strength at room temperature and high temperature in a trace amount. However, if it exceeds 0.1%, ductility and toughness decrease, so it is set to 0.1% or less. From the viewpoint of ensuring strength, the C content is
It is desirable to set it to 0.003% or more. Usually, C content is 0.0
It cannot be less than 03%.
【0029】Si:5%以下 脱酸元素として、また、耐酸化性や耐浸炭性の向上にも
有効な場合がある。しかし、5%を超えると延性および靭
性が著しく劣化するので5%以下とする。Siの下限の目安
は、脱酸して残存する含有率である0.05%前後である。Si: 5% or less It may be effective as a deoxidizing element and also for improving oxidation resistance and carburization resistance. However, if it exceeds 5%, ductility and toughness are remarkably deteriorated. The target of the lower limit of Si is around 0.05%, which is the content remaining after deoxidation.
【0030】Mn:0.2%以下 Mnは脱酸作用を有するが、耐コーキング性を劣化させる
スピネル型酸化皮膜の形成を促進するので0.2%以下とす
る。さらに望ましい範囲は0.1%以下である。Mn: 0.2% or less Mn has a deoxidizing effect, but promotes the formation of a spinel-type oxide film that degrades coking resistance. A more desirable range is 0.1% or less.
【0031】Cr:1〜18% Crは耐酸化性や耐コーキング性の確保のために、1%以上
必要である。しかし、本発明の対象とする被接合材のよ
うに高Al含有率のNi基合金等には高濃度に含ませる必要
はなく、18% を超えると、高温での組織の安定性を劣化
させ、かつ炭化物が不均一に析出し靭性を劣化させるの
で18% 以下とする。さらに望ましい範囲は、3〜15%であ
る。Cr: 1 to 18% Cr must be at least 1% in order to secure oxidation resistance and coking resistance. However, it is not necessary to include a high concentration in a Ni-based alloy or the like having a high Al content, such as a material to be joined, which is an object of the present invention.If the content exceeds 18%, the stability of the structure at high temperatures is deteriorated. In addition, since carbides are precipitated unevenly and deteriorate toughness, the content is made 18% or less. A more desirable range is 3 to 15%.
【0032】Fe:0〜5% 発明(2)においては(以下において「発明(2)にお
いて」を省略する)、Feは含まなくてもよい。FeはNiの
一部を代替するものであり、積極的にNiに置き代わって
性能を向上させる作用はないが、劣化させる要素もな
い。しかし、5%を超えると耐熱性が劣化するので、経済
性を考慮して5%以下含むこととする。Fe: 0 to 5% In the invention (2) (hereinafter, “in the invention (2)” is omitted), Fe may not be contained. Fe substitutes for a part of Ni, and does not have the effect of positively replacing Ni to improve the performance, but does not cause any deterioration. However, if the content exceeds 5%, the heat resistance deteriorates. Therefore, the content is set to 5% or less in consideration of economy.
【0033】B:0〜0.05% Bは含まなくてもよい。Bは結晶粒界を強化し、クリープ
強度を向上させる。この効果は、0.001%以上で明らかに
なるので、含ませる場合には0.001%以上とすることが望
ましい。一方、0.05%を超えるとかえってクリープ強度
が低下するので0.05%以下とする。B: 0-0.05% B may not be contained. B strengthens grain boundaries and improves creep strength. Since this effect becomes apparent at 0.001% or more, it is desirable to make it 0.001% or more when it is included. On the other hand, if the content exceeds 0.05%, the creep strength is rather reduced, so that the content is set to 0.05% or less.
【0034】Zr:0〜0.5% Zrは含まなくてもよい。Zrは結晶粒界を強化してクリー
プ強度を向上させるのに有効であり、Zr0.01%以上で、
この効果が明白になるので、含ませる場合には0.01%以
上とすることが望ましい。一方、0.5% を超えると粗大
炭化物を生成しかえってクリープ強度が低下するので、
0.5%以下とする。Zr: 0 to 0.5% Zr may not be included. Zr is effective for strengthening the crystal grain boundary and improving the creep strength.When Zr is 0.01% or more,
Since this effect becomes apparent, it is desirable that the content be 0.01% or more when it is included. On the other hand, if it exceeds 0.5%, coarse carbides are formed and creep strength is lowered, so that
0.5% or less.
【0035】Hf:0〜1% Hfは含まなくてもよい。Hfは結晶粒界を強化してクリー
プ強度を高める作用を有し、この効果は0.05%以上で顕
著になるので、含ませる場合には0.05%以上とすること
が望ましい。しかし、1%を超えると粗大な炭化物を生成
し、クリープ強度の劣化を招くので1%以下とする。Hf: 0 to 1% Hf may not be included. Hf has the effect of strengthening the crystal grain boundary to increase the creep strength, and this effect becomes remarkable at 0.05% or more. Therefore, when Hf is contained, it is desirable that the content be 0.05% or more. However, if it exceeds 1%, coarse carbides are generated and the creep strength is deteriorated.
【0036】Ti:0〜1% Tiは含まなくてもよい。Tiは微量で結晶粒を微細化し、
クリープ強度を向上させる効果があり、この効果は0.05
%以上で明瞭に現れるので含ませる場合には0.05%以上と
することが望ましい。Ti: 0-1% Ti may not be contained. Ti refines crystal grains in a very small amount,
It has the effect of improving the creep strength, this effect being 0.05
%, The content clearly appears, so if it is included, it is preferable to be 0.05% or more.
【0037】Mg:0〜0.05% Mgは含まなくてもよい。Mgは上記の元素と同様に、微量
で結晶粒界を強化し、クリープ強度の向上に寄与する。
この効果は0.001%以上で顕著になるので、含ませる場合
には、0.001%以上とすることが望ましい。一方、0.05%
を超えると清浄度が劣化し延性および靭性が劣化するの
で0.05%以下とする。Mg: 0 to 0.05% Mg may not be contained. Mg, like the above-mentioned elements, strengthens the crystal grain boundaries in a very small amount and contributes to the improvement in creep strength.
Since this effect becomes remarkable at 0.001% or more, when it is included, it is desirable to make it 0.001% or more. On the other hand, 0.05%
If more, the cleanliness is deteriorated and the ductility and toughness are deteriorated.
【0038】Mo:0〜6%、W:0〜12% MoとWは、含まなくてもよい。しかし、MoとWは主として
オーステナイト相に固溶してオーステナイト相を強化し
て、クリープ強度を向上させる。この効果はMoの場合に
は0.2%以上、またWの場合には0.5% 以上で明らかになる
ので、含ませる場合には、それぞれ0.2%以上、また0.5%
以上とすることが望ましい。一方、Moは6%を超え、また
Wは12%を超えると靭性を劣化させる金属間化合物が生成
するので、それぞれ6%以下、また12%以下とする。Mo: 0 to 6%, W: 0 to 12% Mo and W may not be contained. However, Mo and W mainly dissolve in the austenite phase to strengthen the austenite phase and improve the creep strength. This effect becomes apparent at 0.2% or more in the case of Mo, and 0.5% or more in the case of W.
It is desirable to make the above. On the other hand, Mo exceeds 6%
If W exceeds 12%, an intermetallic compound that deteriorates toughness is generated, so that the content of W is set to 6% or less and 12% or less, respectively.
【0039】V:0〜3.5% Vは含まなくてもよい。Vはオーステナイト相やCr炭化物
中に固溶しクリープ強度を強化させる。この効果は0.1%
以上で明らかになるので含ませる場合には0.1%以上とす
ることが望ましい。一方、3.5%を超えると靭性が劣化す
るので3.5%以下とする。V: 0 to 3.5% V may not be included. V forms a solid solution in the austenitic phase and Cr carbide to enhance the creep strength. This effect is 0.1%
Since it becomes clear from the above, it is desirable that the content be 0.1% or more when it is included. On the other hand, if it exceeds 3.5%, the toughness deteriorates, so the content is made 3.5% or less.
【0040】Nb:0〜5.5% Nbは含まなくてもよい。Nbは0.3%程度の微量でクリープ
強度を向上させるので、含ませる場合には、0.3%以上と
することが望ましい。一方、5.5%を超えると延性および
靭性が劣化するので5.5%以下とする。Nb: 0 to 5.5% Nb may not be contained. Nb improves the creep strength with a very small amount of about 0.3%. Therefore, when Nb is contained, it is desirable that the content be 0.3% or more. On the other hand, if it exceeds 5.5%, ductility and toughness deteriorate, so the content is made 5.5% or less.
【0041】Ta:0〜11% Taは含まなくてもよい。しかし、Taは0.5%程度の含有率
でクリープ強度を向上させるので、含ませる場合には0.
5% 以上とすることが望ましい。一方、11%を超えると延
性および靭性を著しく劣化させるので11%以下とする。Ta: 0 to 11% Ta may not be contained. However, Ta improves the creep strength at a content of about 0.5%, so if it is included, it should be 0.1%.
It is desirable to make it 5% or more. On the other hand, if it exceeds 11%, the ductility and toughness are remarkably deteriorated.
【0042】Y:0〜0.25%、La:0〜0.25%、Ce:0〜0.25% Y、LaおよびCe は含まなくてもよい。しかし、これら元
素は主として化学プラントの運転停止、運転開始の熱サ
イクル条件下でのSiO2やAl2O3 の皮膜の密着性を向上
し、温度変動下での使用においても優れた耐浸炭性およ
び耐コーキング性が維持される。この効果は各元素とも
0.01% 程度で顕著になるので含ませる場合には0.01%以
上とすることが望ましい。一方、各元素とも0.25%を超
えると清浄度が劣化し加工性が低下し製品にならない場
合があるので0.25%以下とする。Y: 0 to 0.25%, La: 0 to 0.25%, Ce: 0 to 0.25% Y, La and Ce may not be contained. However, these elements mainly improve the adhesion of the SiO 2 or Al 2 O 3 film under the thermal cycle conditions of shutdown and start of the chemical plant, and excellent carburization resistance even when used under temperature fluctuations And coking resistance is maintained. This effect is
Since it becomes remarkable at about 0.01%, when it is included, it is preferable to be 0.01% or more. On the other hand, if each element exceeds 0.25%, the cleanliness deteriorates, the workability decreases, and the product may not be manufactured.
【0043】3.接合雰囲気 接合中に酸化皮膜生成を抑制するため、H2を0〜5vol%含
む不活性ガス雰囲気中または8×10-1torr 以下の真空雰
囲気中(発明3)で接合を行う。前者の不活性ガス雰囲
気中で接合する場合、酸化皮膜を還元し、接合性を一層
高めるためには、H2を少なくとも0.5%以上含ませること
が望ましい。不活性ガスとしては、上記したようにAr、
N2ガス等を用いるのがよい。3. To suppress the oxidation film generated during the bonding atmosphere bonding performs joining the H 2 0~5vol% containing inert gas atmosphere or 8 × 10 -1 torr time in a vacuum atmosphere (Invention 3). When joining the former in an inert gas atmosphere, an oxide film is reduced, in order to increase the bondability further, it is desirable to include of H 2 at least 0.5% or more. As the inert gas, as described above, Ar,
It is preferable to use N 2 gas or the like.
【0044】4.接合時間 接合保持時間は、時間が短すぎると接合部と母材との均
質化が十分に行われず、十分な高温強度を有する接合継
手が得られない。したがって、少なくとも 120秒以上保
持することが必要である。さらに望ましくは240秒 以上
とする。上限はとくに限定しないが、施工能率等を考慮
すると1800秒程度が目安となる。4. Joining time If the joining holding time is too short, the joint and the base material are not sufficiently homogenized, and a joint having sufficient high-temperature strength cannot be obtained. Therefore, it is necessary to hold for at least 120 seconds. More preferably, the time is 240 seconds or more. The upper limit is not particularly limited, but about 1800 seconds is a guideline in consideration of construction efficiency and the like.
【0045】5.加圧力 加圧力が0.1kgf/mm2未満では被接合面のAl2O3 酸化皮膜
の破壊が進まず十分な濡れ性が得られない。逆に2.0kgf
/mm2以上では接合時に大きな変形が生じる。したがって
接合時の加圧力は、突き合わせ方向に垂直な面での圧力
で0.1〜2.0kgf/mm2とする。より望ましい範囲は0.3〜1.
5kgf/mm2 である。5. Pressing force If the pressing force is less than 0.1 kgf / mm 2 , the Al 2 O 3 oxide film on the surface to be bonded does not break down and sufficient wettability cannot be obtained. 2.0kgf
/ mm large deformation at the time of bonding occurs at 2 or more. Therefore, the pressing force at the time of joining is 0.1 to 2.0 kgf / mm 2 as a pressure on a surface perpendicular to the butting direction. A more desirable range is 0.3-1.
It is a 5kgf / mm 2.
【0046】6.後熱処理条件 発明1で限定するインサート材を使用し、発明1の定義
範囲内の接合条件を満たすことにより、十分な高温強度
を有する継手が得られるが、高温強度をさらに向上させ
るためには、発明4として定義するように後熱処理を施
すことが効果的である。後熱処理は温度1100〜1350℃温
度域で行う。1100℃未満では後熱処理の効果を得るため
には長時間を要し能率が低下する。一方、1350℃を超え
ると母材が変質しクリープ強度が劣化する。また、温度
Tと時間tの関係で、(T+273)×(log(t/3600)+20)×1
0-3が33を超えると多量の金属間化合物が析出し靱性等
の劣化を招く。したがって (T+273)×(log(t/3600)+
20)×10-3は33以下の範囲とする。下限はとくに設けな
いが、25未満では組織の均質化が十分に行われない場合
があるので25以上とすることが望ましい。なお、log は
10を底とする対数を意味する。6. Post-Heat Treatment Conditions By using the insert material defined in Invention 1 and satisfying the joining conditions within the defined range of Invention 1, a joint having a sufficient high-temperature strength can be obtained. It is effective to perform a post-heat treatment as defined in Invention 4. The post heat treatment is performed in a temperature range of 1100 to 1350 ° C. If the temperature is lower than 1100 ° C., it takes a long time to obtain the effect of the post heat treatment, and the efficiency is reduced. On the other hand, when the temperature exceeds 1350 ° C., the base material deteriorates, and the creep strength deteriorates. Also the temperature
In relation to T and time t, (T + 273) x (log (t / 3600) + 20) x 1
0 -3 is more than 33 large amount of intermetallic compound is precipitated deteriorating the toughness and the like. Therefore, (T + 273) × (log (t / 3600) +
20) x10-3 shall be 33 or less. There is no particular lower limit, but if it is less than 25, the tissue may not be sufficiently homogenized. Log is
Logarithm with base 10.
【0047】[0047]
【実施例】実施例により本発明の効果を説明する。EXAMPLES The effects of the present invention will be described with reference to examples.
【0048】表1は 使用した被接合材(高Al含有Ni基合
金)の化学組成である。これらの合金の化学組成はいず
れも発明2として定義した発明の範囲の被接合材であ
る。Table 1 shows the chemical compositions of the materials to be joined (high-Al-content Ni-based alloys). The chemical compositions of these alloys are all materials to be joined within the scope of the invention defined as invention 2.
【0049】[0049]
【表1】 [Table 1]
【0050】表2はこれらの被接合材の1000℃における1
0000h のクリープ破断強度を示す。鋼番号、および
のクリープ破断強度は、それぞれ1.3、1.4または1.5k
gf/mm2である。Table 2 shows the values of these materials to be joined at 1000 ° C.
It shows a creep rupture strength of 0000h. Steel number and creep rupture strength of 1.3, 1.4 or 1.5k respectively
It is a gf / mm 2.
【0051】[0051]
【表2】 [Table 2]
【0052】表3は本実施例に用いた15種類のインサー
ト材の化学組成を示す。Table 3 shows the chemical compositions of the 15 types of insert materials used in this example.
【0053】[0053]
【表3】 [Table 3]
【0054】この被接合材およびインサート材を使用し
て種々の接合条件で接合を行い、継手性能を評価した。Using the material to be joined and the insert material, joining was performed under various joining conditions, and joint performance was evaluated.
【0055】表4〜表7は各試験番号の接合条件を示す一
覧表である。Tables 4 to 7 are tables showing the joining conditions of each test number.
【0056】[0056]
【表4】 [Table 4]
【0057】[0057]
【表5】 [Table 5]
【0058】[0058]
【表6】 [Table 6]
【0059】[0059]
【表7】 [Table 7]
【0060】上記の表において、表4は発明1の発明例
を示す。このうち、試験番号AJ24〜AJ27は発明1の実施
例でもあり発明4の実施例でもある。なお、表1に示す
ように被接合材は3種類ともには発明2の定義範囲内に
入っている。これに対して表5は発明1に対する比較例
を示す。表6は発明3の実施例および比較例を示す。ま
た、表7は発明4の比較例(発明1の実施例ではある)
を示す。In the above table, Table 4 shows the invention example of Invention 1. Of these, test numbers AJ24 to AJ27 are both examples of invention 1 and examples of invention 4. As shown in Table 1, all three types of materials to be joined fall within the definition range of Invention 2. In contrast, Table 5 shows a comparative example for Invention 1. Table 6 shows Examples and Comparative Examples of Invention 3. Table 7 shows Comparative Example of Invention 4 (which is an example of Invention 1).
Is shown.
【0061】継手性能の評価は、接合継手の接合部の横
断面を現出し接合欠陥(ボイド)率を測定した。ここに、
接合欠陥(ボイド)率は、 {(ボイドの占有長さ)/(接合
部長さ)}×100%として定義される値である。接合欠陥率
が0%の継手のみ合格と判定した。For evaluation of the joint performance, a cross section of the joint portion of the joint was revealed, and the joint defect (void) rate was measured. here,
The joint defect (void) rate is a value defined as {(occupied length of void) / (joint length)} × 100%. Only joints having a joint defect rate of 0% were judged to be acceptable.
【0062】図1はクリープ試験片の形状を示す図であ
る。上記の条件で接合した継手から図1に示す形状の試
験片を採取し、温度1000℃、応力1.5kgf/mm2 の条件で
クリープ破断試験を実施した。母材のクリープ破断時間
の80% 以上に達した継手を合格と判定した。なお、母材
のクリープ破断時間は、温度1000℃、応力1.5kgf/mm2の
条件で104h以上であったので、104hを判定の基準とし、
8000h 以上の破断時間が得られれば合格とする。FIG. 1 is a view showing the shape of a creep test piece. A test piece having the shape shown in FIG. 1 was collected from the joint joined under the above conditions, and a creep rupture test was performed at a temperature of 1000 ° C. and a stress of 1.5 kgf / mm 2 . Joints that reached 80% or more of the creep rupture time of the base metal were judged to be acceptable. Note that the creep rupture time of the base material, the temperature 1000 ° C., so was 10 4 h or more in terms of stress 1.5 kgf / mm 2, and a reference for determining the 10 4 h,
Pass if the rupture time is 8000h or more.
【0063】試験結果を前記表4〜表7に示す。The test results are shown in Tables 4 to 7 above.
【0064】〔発明1〕表5に示すように、比較例であ
る試験番号BJ1またはBJ4は、インサート材が、それぞれ
Tiを含まないか、またはTiが過剰であるために接合欠陥
率は40%と高く、クリープ破断強度は母材の10% 程度で
あった。比較例BJ2またはBJ3はインサート材の B含有率
がそれぞれ高すぎ、または低すぎたために、接合欠陥
率、クリープ破断強度ともに劣化した。比較例BJ5は イ
ンサート材のCr含有率が高すぎたために、上記の2特性
が劣化した。比較例BJ8またはBJ9は接合時間がともに短
かったために上記の2特性が劣化した。また、比較例BJ
10は加圧力なしで接合したためにクリープ破断強度はき
わめて劣化した。比較例BJ11は加圧力が高すぎ接合継手
が得られずクリープ試験を行うことができなかった。[Invention 1] As shown in Table 5, test numbers BJ1 and BJ4, which are comparative examples, show that the insert materials
The bonding defect rate was as high as 40% due to the absence of Ti or excess Ti, and the creep rupture strength was about 10% of that of the base metal. In Comparative Examples BJ2 and BJ3, the B content of the insert material was too high or too low, respectively, so that both the bonding defect rate and the creep rupture strength deteriorated. In Comparative Example BJ5, the above two characteristics deteriorated because the Cr content of the insert material was too high. In Comparative Example BJ8 or BJ9, the above two characteristics were degraded because both of the bonding times were short. Comparative Example BJ
In the case of No. 10, the creep rupture strength was extremely deteriorated due to joining without applying pressure. In Comparative Example BJ11, the pressure was too high to obtain a joint, and the creep test could not be performed.
【0065】これに対して、表4に示すように、発明1
で限定するインサート材および接合条件を適用すれば、
欠陥のない、母材の80% 以上のクリープ破断時間を有す
る接合継手が得られことが判明した。On the other hand, as shown in Table 4, Invention 1
If you apply the insert materials and joining conditions limited by
It was found that a joint having no defect and having a creep rupture time of 80% or more of the base metal was obtained.
【0066】〔発明3〕表6に示す発明3の比較例であ
る試験番号BJ6は 空気1torr中、またBJ7は大気圧中で接
合したためにクリープ破断強度および接合欠陥率が劣化
した。これに対して発明3の実施例であるAJ15およびAJ
16では、上記の2特性は満足すべき良好な結果が得られ
た。[Invention 3] Test No. BJ6, which is a comparative example of Invention 3 shown in Table 6, was bonded in 1 torr of air, and BJ7 was bonded in atmospheric pressure, so that the creep rupture strength and the bonding defect rate were deteriorated. In contrast, AJ15 and AJ according to the third embodiment of the invention
In No. 16, satisfactory results were obtained with the above two characteristics being satisfactory.
【0067】〔発明4〕表7に示す発明4の比較例であ
る試験番号BJ12は焼戻しの指数が過大であり、クリープ
破断強度および接合欠陥率ともに良好な結果とならなか
った。また、比較例BJ13も後熱処理温度が1350℃を超え
たために、上記BJ12と同様の結果となった。これに対し
て、発明4の実施例であるAJ24〜AJ27は、継手のクリー
プ破断強度が母材のそれの90%以上となりきわめて良好
な結果が得られた。[Invention 4] Test No. BJ12, which is a comparative example of Invention 4 shown in Table 7, had an excessive tempering index, and did not give good results in both creep rupture strength and joint defect rate. In Comparative Example BJ13, the post-heat treatment temperature exceeded 1350 ° C., so that the same result as BJ12 was obtained. On the other hand, AJ24 to AJ27, which are examples of Invention 4, had a creep rupture strength of the joint of 90% or more of that of the base material, and extremely good results were obtained.
【0068】[0068]
【発明の効果】本発明により、Al含有率の高い耐熱Ni基
合金をクリープ強度等の特性を劣化させることなく接合
することができ、安全性の高い石油化学プラント等を安
価に製造することが可能となる。According to the present invention, a heat-resistant Ni-based alloy having a high Al content can be joined without deteriorating properties such as creep strength, and a highly safe petrochemical plant can be manufactured at low cost. It becomes possible.
【図1】図1は、実施例のクリープ試験に用いたクリー
プ試験片の形状を示す図である。FIG. 1 is a view showing a shape of a creep test piece used in a creep test of an example.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 才田 一幸 大阪府大阪市大正区泉尾5丁目12番17号 (56)参考文献 特開 平1−186290(JP,A) 特開 昭58−159988(JP,A) 特開 昭53−35655(JP,A) 特開 昭59−16687(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 20/00 - 20/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Kazuyuki Saida 5-12-17 Izuo, Taisho-ku, Osaka-shi, Osaka (56) References JP-A-1-186290 (JP, A) JP-A-58-159988 ( JP, A) JP-A-53-35655 (JP, A) JP-A-59-16687 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 20/00-20/14
Claims (4)
に優れるNi基合金を被接合材とする接合方法であって、
当該被接合材の接合面同士を、重量%でCr:1〜18%、B:1
〜5%およびTi:0.01〜6%を含むNi基合金のインサート材
を介して突き合わせ、0〜5vol% のH2を含む不活性ガス
によるシ−ルド雰囲気で、突き合わせ方向に 0.1〜2.0k
gf/mm2の圧力を加え、その突き合わせ部分をインサート
材の融点以上、被接合材の融点以下に少なくとも120秒
保持して拡散接合することを特徴とする耐熱Ni基合金の
接合方法。1. A joining method using a Ni-based alloy containing 1.5 to 15% by weight of Al and having excellent high-temperature strength and corrosion resistance as a material to be joined,
The joining surfaces of the materials to be joined are Cr: 1 to 18% by weight%, B: 1
5% and Ti: butt through the insert material of the Ni-based alloy containing from 0.01 to 6%, shea with inert gas containing 0~5Vol% of H 2 - 0.1~2.0k in field atmosphere, in the butting direction
gf / mm pressure 2 addition, the abutting portion more than the melting point of the insert material, at least 120 seconds less than the melting point of the material to be joined
A method for joining heat-resistant Ni-based alloys, characterized by holding and diffusion-bonding.
%以下、Mn:0.2%以下、Cr:1〜18%、Al :1.5〜15%、Fe:0
〜5% 、B:0〜0.05%、Zr:0〜0.5%、Hf:0〜1%、Ti:0〜1
%、Mg:0〜0.05%、Mo:0〜6%、W:0〜12%、V:0〜3.5%、Nb:
0〜5.5%、Ta:0〜11%、Y:0〜0.25%、La:0〜0.25% および
Ce:0〜0.25%を含むNi基合金であることを特徴とする請
求項1の接合方法。2. The material to be joined is, by weight%, C: 0.1% or less, Si: 5% or less.
% Or less, Mn: 0.2% or less, Cr: 1 to 18%, Al: 1.5 to 15%, Fe: 0
~ 5%, B: 0 ~ 0.05%, Zr: 0 ~ 0.5%, Hf: 0 ~ 1%, Ti: 0 ~ 1
%, Mg: 0-0.05%, Mo: 0-6%, W: 0-12%, V: 0-3.5%, Nb:
0 ~ 5.5%, Ta: 0 ~ 11%, Y: 0 ~ 0.25%, La: 0 ~ 0.25% and
2. The joining method according to claim 1, wherein the alloy is a Ni-based alloy containing Ce: 0 to 0.25%.
下の真空雰囲気とすることを特徴とする請求項1または
2の接合方法。3. The bonding method according to claim 1, wherein the shield atmosphere during the bonding is a vacuum atmosphere of 8 × 10 −1 torr or less.
の温度で、(T+273)×(log(t/3600)+20)×10-3≦33
(T:温度[℃]、t:時間[s])を満足する時間tだけ保
持することを特徴とする請求項1、2または3の接合方
法。4. The joined joint is further heated at 1100-1350 ° C.
At the temperature of (T + 273) × (log (t / 3600) +20) × 10 -3 ≦ 33
4. The bonding method according to claim 1, wherein the holding is performed for a time t satisfying (T: temperature [° C.], t: time [s]).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01237898A JP3211764B2 (en) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | Joining method of heat-resistant Ni-based alloy |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11207472A JPH11207472A (en) | 1999-08-03 |
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