JPH02501718A

JPH02501718A - 耐食性ニッケル系薄肉管材料をステンレス鋼ベース部材にろう付けする方法

Info

Publication number: JPH02501718A
Application number: JP62504801A
Authority: JP
Inventors: カーペンター，ブレント・リー
Original assignee: マイクロ・モーション・インコーポレーテッド
Priority date: 1986-07-21
Filing date: 1987-07-17
Publication date: 1990-06-14
Also published as: DE3774580D1; AU7801687A; EP0316353A1; BR8707753A; EP0316353B1; WO1988000509A1; JPH0372382B2; US4726508A; AU592223B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】耐食性ニッケル系薄肉管材料をステンレス鋼ベース部材にろう付けする方法発明の分野本発明は耐食性ニッケル系薄肉管材料をステンレス鋼ベース部材にろう付けする方法、より詳細には腐食性条件下で用いるコリオリ型質量流速計の製造に使用される上記ろう付は品の製法に関する。

発明の背景コリオリ型質量流速計は当技術分野で周知であり、以下の米国レターズ・パテントに一般的に述べられている。再交付特許第３１，４５０　号、１９８３年１１月２９日付、スミス、表題゛流量測定のための方法および講造物”；第４，４２２．３３８号。

１９８３年１２月２７日付、スミス、表題“流量測定のための方法および装置” ；ならびに第４，４９１．０２５号、１９８５年１月１日、スミスら、“平行流路式コリオリ型質量流速計”。

これらはすべて本出願人が所有する。これらの流量計は普通は連続的に湾曲した導管または管を用い、測定すべき流体はこれを貫流する。流体の流れに際しての管の振動が、管を貫流する流体の質量流速の関数であるコリオリ偶力を生じる。

ＨＣｅ溶液などの腐食性物質を測定するためには、”ノ・ステロイ（Ｈａｓ　ｔｅ　ｌ　Ｊｏｙ　）″合金Ｃ（″ハステロイ”はインディアナ州ココモのカポット・コーポレーションの商標である）製管材料を製造することが望筐しい。これは腐食性物質を取扱う装置に用いられる周知の二、ケル系合金である。この種の材料は管材料の形で流量計に用いられ、　Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ　のフィラー合金を用いてステンレス鋼ベース部材にトーチろう付けされる。この方法により形成されるろう付けは、引張応力、およびろう付けに用いられるフィラー金属の腐食性相互作用を受けた際に損傷を生じる場合のあることが認められた。場合により、明らかにトーチろう付けにより生じる熱応力がフィラー金属による管材料の応力腐食亀裂をもたらすのに十分であることが証明された。

金属組織学的研究において、“ハステロイＣ−２７６”試料の場合、ろう付は温度が７４８〜９９５℃（１３８０〜１８２０’Ｆ）に低下した際に炭化物の析出が見られた。これは合金の耐食性を低下させるので望ましくない。この種の炭化物析出は比較的速い速度で起こると思われる。炭化物の生成速度が比較的速いため１通常用いられるろう付は用フィラー金属はこの温度範囲では実用的ではないことが認められた。

“ハステロイ”管材料が比較的大きな壁厚、たとえば約０．３８ｗａｒｎ（約１５ミル）以上を有する場合、熱応力を除くことができるならば大きな割合のホウ素を含有するフィラー金属を用いて満足すべきろう付は品を得ることができる。

しかし、ホウ素は”ハステロイ１管材料中へ拡散する傾向があるので、壁厚的０．３ｍｍ（Ｆ１１２ミル）以下の薄肉管材料をホウ素含有フィラー金属で満足すべき状態にろう付けすることはできない。

従って当業界には、応力腐食亀裂を生じることがな（、かつ従来生じた炭化物析出が避けられる、耐食性ニッケル系薄肉管材料をステンレス鋼ベース部材にろう付けする方法がめられている。

発明の要約ろう付けされた管材料に応力腐食亀裂を生じることがなく。

かつろう付けされた管材料における炭素析出を避けた状態で。

実質的割合の二、ケル、クロムおよびモリブデンを含有する耐食性ニッケル系薄肉管材料をステンレス鋼ベース部材にろう付けする方法が提供される。管材料とベース部材は希望する隣接位置に保持され、主として主成分としての金および副成分としての二、ケルからなるフィラー金属はろう付けすべき各部材の隣接位置付近に配置される。ろう付けは均一な加熱を得るために真空炉内で行われ、真空は酸化物の生成を除きかつ防止し。

フィラー金属が管材料とベース部材の間、およびそれらの上へ均一に流れるのを助ける作用を有する。ろう付けは少な（とも約１０３８℃（約１９００°Ｆ）の温度で、加熱中に生じた析出炭化物を再溶解し、かつフィラー金属の十分かつ均一な流れを可能にするのに十分な期間性われる。次いで、保持され、加熱された各部材は不活性雰囲気内で、少なくとも管材料における炭素の析出を避けるのに十分なほど低い温度にまで速やかに急冷される。

図面の簡単な説明本発明をより良く理解するためには添付の図面を参照すべきである。

第１図は真空炉内で隣接位置に保持されたろう付けすべき各部材の、一部を断面で示した立面図であり、フィラー金属は保持された各部材の隣接位置付近に配置されている。

第２図はＮｉ、Ｃｒ、へ′ｉｏ　耐食合金における炭化物析出開始を示す温度一時間図である。

第３図はろう付けされた管材料およびベース部材を示す、一部が断面の立面図である。

より速やかに理解しうるために、各図に共通な同じ素子を表示するためには同じ参照番号を用いた。

詳細な説明各図に示された本発明の形態を詳細に参照すると、第１図には保持部材１４と止めねじ１５．および保持部材１６と止めねじ１７により隣接関係に保持された、それぞれ薄肉管材料１０およびステンレス鋼ベース部材１２が示される。管材料１０はベース部材１２に設けられた開口１８内に配置され、ここで考慮される特定の例については、管材料１０の外径と開口１８の壁１９の間のクリアランスは約０．１３ｍｍ（約５ミル）である。

もちろんこの開き寸法は変更できる。これらの部材はすべて真空炉２０（模式的に示されている）内に支持されている。炉２０はろう付けすべき各部材の均一な加熱を可能にし、これにより。

熱応力が除かれ、これらの部材を保持することによって機械的応力が生じる傾向も最小限に抑えられる。この炉は温度急冷の目的で不活性ガスをフラッジするのにも適している。フィラー金属２２はほぼ長方形の断面を備えた円環体の形状をもち１部材１０と１２の隣接領域付近に配置される。好ましくはフィラー金属２２は部材１０と１２の隣接領域の上方にも配置され、これによりフィラー金属２２はろう付けに際して下方の１部材１０と１２の隣接部分間へ流入するであろう。

具体例として、雪１０は０．２１１１１（８ミル）の壁厚をもち、下記の公称重量パーセント組成をもつ“ハステロイ”Ｃ−２７６から作成される。

Ｎｉ　Ｃｏ　Ｃｒ　Δ１　ｏ　Ｗ　Ｆｅ残部　２．５°　１５．５　１６．０　４．０　５．５Ｓｉ　Ｍｎ　ＣＳ　Ｐ　Ｖ、０８°　１．０”　、０１°　、０１°　、ｏ２５°　、ｏ６５゜・最大量管１０の外径はＦＩ３．０５　ｍｍ　（約１２０ミル）である。ステンレス鋼ベース部材は約３．２ｇｍ（Ｆｌ’ｉインチ）の厚さをもち、下記の公称重量パーセント組成をもつステンレス鋼４３１６Ｌから作成される。

ＣＳｉ　Ｍｎ　Ｐ、０３”　１．０”　２．０°　、０４゜Ｓ　Ｎｉ　Ｃｒ　Ｍ。

・最大量フィラー金属２２は８２Ａｕ−１８Ｎｉ合金である。もちろん他の“ハステロイ ”合金を上記の具体例の代わりに用い、他のステンレス鋼、たとえば屑３０３．３０４．３０４Ｌ、３１６および６２１を上記例の代わりに用いることができる。

ろう付けを行うためには、炉２０およびろう付けすべき各部材を好ｔｕ＜は１１０３８〜ｆ１１２２１℃（ｉ１９００−ｉ２２３０″Ｆ）の温度に加熱する。具体例は約６０秒間維持されるピーク温度１１９３℃（２１８０°Ｆ）である。加熱段階で若干の炭化物析出が管１０において起こるであろうが、上記温度に加熱することによりこれらの炭化物は再溶解するであろう。さらにフィラー金属２２は開口１８中へ、ならびに部材１ｏと１２の隣接部分間へ十分かつ均一に流入するであろう。普通は溶融したフィラー金属の表面張力によって開口１８内への流入は制限されるであろう。

管１０における炭化物の析出を避けるのに必要な温度一時間の関係を第２図に示す。第２図の曲ＭＡ−Ｄについて、各合金は第１表に示す公称重量パーセントａ成をもつ。

第１表曲　葱　Ａ　Ｂ　ＣＤ合金組成Ｎｉ　残部　残部　残部　残部Ｃｏ　２．５°　２．５　”　２．５°　２．００Ｃｒ　１４．５ｉ６．５１５５　２０．０−２２．５１６．０Ｍｏ　１５．０−１７．０１６．０　１２．５ −１４．５１５．５Ｗ　３．０−４．５　４．０　２．５−３．５　−−−Ｆｅ　４．０−７．０°　５．５　２．０−６．０　３．０　”Ｓｉ　１．０°　、０８′″　、０８”　、０８゜Ｍｎ　１．０”　１．０”　、５０°　１．０゜Ｃ，０８”　、０１°　、ｏｉ＠、ｏｉ”Ｔｉ　、７０゜Ｓ　、０３　．０１”　、０１°　、０１゜Ｐ　、０４　．２５”　、２５°　、２５゜Ｖ　、３５”　、３５°　、３５９・最大量一般に各曲線につき、急冷速度が曲線の右および上方の領域に及ぶと、炭化物析出が起こるであろう。たとえば管材料１ｏが合金Ｃ−２７６で作成され、ろう付は温度が１０３８℃（１９００下）である場合、冷却に際して管材料１ｏに炭化物が析出するのを避けるためには、加熱された管材料を不活性雰囲気内で約４分以内に７６０℃（１４００″Ｆ）の温度にまで急冷する。これは第２図の線４０によりて示さｎる。これによって曲？ｆｆＢ″の“ノーズ（ｎｏｓｅ　）”が避けられる。線４２は曲線“Ｂ”についての炭化物析出領域内に含まれる急冷速度を表わす。アルゴン、窒素、ヘリウムおよびそれらの混合物はすべて不活性雰囲気を与えるのに適したガスである。ろう付けされる各部品に対し非反応性である他のガスも使用できる。

最終的なろう付は部材を第３図に示す。ここでは管材料１０がステンレス鋼ベース部材１２にろう付けされ、流動したフィラー金属２２が残留応力および亀裂のないろう付は部を形成している。ろう付は部が本質的にボイドおよびピンホールを含まない点を留意することも重要である。前記の米国再交付特許第３１．４５０　号、１９８３年１１月２９日付、表題“流量測定の、ための方法および精造物”；前記米国特許第４，４９１，０２５号。

１９８５年１月１日付１表題“平行流路式コリオリ型質量流速計”などに述べられる型の質量流速計に用いると、管は流量計の操作に際して振動する。ろう付は部におけるボイドまたはピンホールはボイド領域に応力集中部を生じさせる可能性がある。

この局部的な応力増大は１次σ・でろう付は部の亀裂生長および損傷の可能性をもたらすことがある。

金およびニッケルは相互に大幅に可溶性である。管１０からの二、クルがＡｕ− Ｎｉ合金により取込まれてフィラー金属２２を形成するのに伴って、再溶融温度は高まるであろう。その結果、フィラー金属２２の溶融温度が炉温を上回った時点、すなわちＡ　ｕ　−Ｎ　ｒ固相紐を越えた時点で、“ハステロイ”管材料中へのフィラー金属の浸透は停止するであろう。８２Ａｕ　−１８Ｎ　ｉ合金についての流動点は９４６℃（１７４０’Ｆ）　である。浸透を最小限に抑えるために１合金を少量のパラジウムの添加によりわずかに改質することができる。たとえば７０Ａｕ　−２２Ｎ　１−８Ｐｄ合金は１０４６℃（１９１５”Ｆ）　の流動点をもつ。この種のフィラー金属を用いるためには７０Ａｕ−２２Ｎｉ−８Ｐｄ合金の流動点より高い最低炉温が必要であろう。一般にこの種のフィラー金属を用いてろう付けを行うためのパラメーターは、約１１７１〜Ｆ１１２２１℃し約２１４０〜約２２３０下）の炉温を約１〜幻８分間維持することである。

一般にろう付は温度はフィラー金属の流動点を上回るべきである。また、各部材がろう付は温度に保持される時間は、加熱期間中に生成した炭化物が再溶解し、かつフィラー金属が十分に均一に流れうるのに十分なものでなければならない。

さらに各部材をろう付は温度に保持する時間の上限は、過度のフィラー金属／母体金属−相互作用を制限すべ（選ばする。ここで用いる母体金属とは、管部材の金属を意味する。たとえば炭化物溶解速度、炭化物析出速度、およびフィラー金属／母体金属−相互作用速度は１本発明のろう付は法が本質的に残留応力および亀裂を含まな℃・ろう付は部を与える時間？よび温度の範囲な決定するであろう。一般にろう付けを行うためのパラメーターは。

過度のフィラー金属／母体金属−相互作用を防止するために約８分間以内保持された約１０３８〜約１２２１℃（幻１９００〜約２２ろＯ’Ｆ）の炉温である。

現在のところ合金Ｃ−２７６が好ましい“ハステロイ”材料であるが、合金Ｃ− ２２およびＣ−４も卓越した可能性をもつ。曲線“Ｃ”および′Ｄ”から認められるように１合金Ｃ−２２およびＣ−４はより長い急冷時間を可能にし、従って前述の時間および温度の範囲を拡大する。種々の程度のＡｕ−Ｎｉ−Ｐｄ　を含有する他のフィラー金属もある程度の可能性を示す。たとえば５０Ａｕ−２５Ｎｉ−２５Ｐｄフイラー金属は、７０Ａｕ−２２Ｎｉ−８Ｐｄフイラー金属について示された温度範囲内で使用できる。

ここに示す形態は例示にすぎず、限定の意味に解すべきではない。本発明の他の形態はここに開示される本発明についてのこの明細書および実際を考慮することにより当業者に自明であろう。この明細書は例示にすぎず１本発明の真の範囲および精神は以下の請求の範囲によって指示されるものである。

Ｆ／に、／浄書（内容に変更なし）補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１■ 平成元年　１月に日特許庁長官　吉　１）文　毅　殿１、特許出願の表示ＰＣＴ／ＵＳ８７１０１７２６２、発明の名称耐食性ニッケル系薄肉管材料をステンレス鋼ベース部材にろう付けする方法３、特許出願人住　所　アメリカ合衆国コロラド用８０３０１．ボールグー。

ウィンチェスタ−・サークル　７０７０名　称　マイクロ・モーション・インコーホレーテッド４、代理人住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区５、補正書の提出日昭和６３年上月ｌ乙日請求の範囲１、実質的割合の二、グル、クロムおよびモリブデンを含有し、鉄含量が最高７重量％にまで限定された耐食性ニッケル系薄肉管材料を、管材料に応力腐食亀裂を生じることなく、かつろう付けされた耐食性管材料における炭素析出を避けた状態で、ステンレス鋼ベース部材にろう付げする方法であって。

ろう付けすべき管材料およびベース部材をろう付は製品につき希望する隣接位置に保持し、主として主成分としての金および副成分としての二、ケルからなるフィラー金属を管材料とベース部材の隣接部分付近に配置し；上記の管材料およびベース部材ならびにフィラー金属を真空条件下で少なくとも約１０３８℃（約１９００”Ｆ）の温度に。

フィラー金属とろう付げされる各部品との過度の反応を避け。

加熱中に生じた析出炭化物を再溶解させ、フィラー金属が管材料とベース部材の間へ十分にかつ均一に流入しうるのに十分な期間、均一に加熱し；そして上記の保持され、加熱された各部材を、これらの保持され。

加熱された部材に対して非反応性のガス雰囲気内で、少なくとも管材料における炭化物析出を避けるのに十分なほど低い温度にまで速やかに急冷する工程からなることを特徴とする方法。

２、フィラー金属があらかじめ定められた少量のパラジウムをも含有し、均一な加熱の温度を１該フィラー金属を均一に流動させるのに十分な程度にまで高められる。請求の範囲第１項に記載の方法。

３、管材料が約０．３ｍｍ（ＦＪｌ　２　ミル）以下の壁厚を有する。請求の範囲第１項に記載の方法。

４、速やかな急冷が約７６０℃（約１４００″Ｆ）以下にまで行われ、この速やかな急冷が非反応性条件下で行われる。請求の範囲第１項に記載の方法。

５、加熱前にフィラー金属が管材料とベース部材の隣接部分付近およびそれらの上方にも配置される。請求の範囲第１項に記載の方法。

６、フィラー金属が本質的に金８０重量％および二、ケル１８重量％からなる、請求の範囲第１項に記載の方法。

Ｚ　フィラー金属が本質的に金７０重量％、二、ケル２２重量％、およびパラジウム８重量％からなる。請求の範囲第１項に記載の方法。

８、フィラー金属が本質的に金５０重量％、二、クル２５重量％、およびパラジウム２５重量％からなる、請求の範囲第１項に記載の方法。

９　保持された管材料およびベース部材ならびにフィラー金属が約１０３８〜約１２２１℃（Ｆ１１９００〜Ｆ１２２３０下）の温度に加熱される。請求の範囲第１項に記載の方法。

１０、約１０３８〜約１２２１℃（約１９００−ＦＪ２２３０°Ｆ）の温度における均一な加熱が、フィラー金属とろう付けされる各部品との過度の反応を避けるために約８分間を越えない、請求の範囲第９項に記載の方法。

１１、　ＦＩｏ、３ｍｍ（Ｆｌ　１２ミル）以下の壁厚を有し、実質的割合の二、ケル、クロムおよびモリブデンを含有し、鉄含量が最高７重量％にまで限定された耐食性ニッケル系薄肉管材料を、管材料に応力腐食亀裂を生じることなく、かつろう付けされた耐食性管材料における炭素析出を避けた状態で、ステンレス鋼ベース部材にろう付げする方法であって。

ろう付けすべき管材料およびベース部材をろう付は製品につき希望する隣接位置に保持し、主として主成分としての金および副成分としての二、クルからなるフィラー金属を管材料とベース部材の隣接部分付近に配置し；上記の管材料およびベース部材ならびにフィラー金属を真空条件下で少なくとも約１０３８℃（約１９００’Ｆ″）の温度に。

フィラー金属とろう付けされる各部品との過度の反応を避け、加熱中に生じた析出炭化物を再溶解させ、フィラー金属が管材料とベース部材の間へ十分にかつ均一に流入し５るのに十分な。

約８分間を越えない期間、均一に加熱し；そして上記の保持され、加熱された各部材を、これらの保持され。

加熱された部材に対して非反応性のガス雰囲気内で、少なくとも管材料における炭化物析出を避けるのに十分なほど低い温度にまで速やかに急冷する工程からなることを特徴とする特許手　続　補　正　書平成２年１月２７日童

Claims

【特許請求の範囲】

１．実質的割合のニッケル，クロムおよびモリブデンを含有する耐食性ニッケル系薄肉管材料を、管材料に応力腐食亀裂を生じることなく、かつろう付けされた耐食性管材料における炭素析出を避けた状態で、ステンレス鋼ベース部材にろう付けする方法であって、ろう付けすべき管材料およびベース部材をろう付け製品につき希望する隣接位置に保持し、主として主成分としての金および副成分としてのニッケルからなるフィラー金属を管材料とベース部材の隣接部分付近に配置し；上記の管材料およびベース部材ならびにフィラー金属を真空条件下で少なくとも約１０３８℃（約１９００°Ｆ）の温度に、フィラー金属とろう付けされる各部品との過度の反応を避け、加熱中に生じた析出炭化物を再溶解させ、フィラー金属が管材料とベース部材の間へ十分にかつ均一に流入しうるのに十分な期間、均一に加熱し；そして上記の保持され、加熱された各部材を、これらの保持され、加熱された部材に対して非反応性のガス雰囲気内で、少なくとも管材料における炭化物析出を避けるのに十分なほど低い温度にまで速やかに急冷する工程からなることを特徴とする方法。
２．フィラー金属があらかじめ定められた少量のパラジウムをも含有し、均一な加熱の温度が該フィラー金属を均一に流動させるのに十分な程度にまで高められる、請求の範囲第１項に記載の方法。
３．管材料が約０．３ｍｍ（約１２ミル）以下の壁厚を有する、請求の範囲第１項に記載の方法。
４．速やかな急冷が約７６０℃（約１４００°Ｆ）以下にまで行われ、この速やかな急冷が非反応性条件下で行われる、請求の範囲第１項に記載の方法。
５．加熱前にフィラー金属が管材料とベース部材の隣接部分付近およびそれらの上方にも配置される、請求の範囲第１項に記載の方法。
６．フィラー金属が本質的に金８２重量％およびニッケル１８重量％からなる、請求の範囲第１項記載の方法。
７．フィラー金属が本質的に金７０重量％、ニッケル２２重量％、およびパラジウム８重量％からなる、請求の範囲第１項に記載の方法。
８．フィラー金属が本質的に金５０重量％、ニッケル２５重量％、およびパラジウム２５重量％からなる、請求の範囲第１項に記載の方法。
９．保持された管材料およびベース部材ならびにフィラー金属が約１０３８〜約１２２１℃（約１９００〜約２２３０°Ｆ）の温度に加熱される、請求の範囲第１項に記載の方法。
１０．約１０３８〜約１２２１℃（約１９００〜約２２３０°Ｆ）の温度における均一な加熱が、フィラー金属とろう付けされる各部品との過度の反応を避けるために約８分間を越えない、請求の範囲第９項に記載の方法。
１１．約０．３ｍｍ（約１２ミル）以下の壁厚を有し、異質的割合のニッケル，クロムおよびモリブデンを含有する耐食性ニッケル系薄肉管材料を、管材料に応力腐食亀裂を生じることなく、かつろう付けされた耐食性管材料における炭素析出を避けた状態で、ステンレス鋼ベース部材にろう付けする方法であって、ろう付けすべき管材料およびベース部材をろう付け製品につき希望する隣接位置に保持し、主として主成分としての金および副成分としてのニッケルからなるフィラー金属を管材料とベース部材の隣接部分付近に配置し；上記の管材料およびベース部材ならびにフィラー金属を真空条件下で少なくとも約１０３８℃（約１９００°Ｆ）の温度に、フィラー金属とろう付けされる各部品との過度の反応を避け、加熱中に生じた析出炭化物を再溶解させ、フィラー金属が管材料とベース部材の間へ十分にかつ均一に流入しうるのに十分な、約８分間を越えない期間、均一に加熱し；そして上記の保持され、加熱された各部材を、これらの保持され、加熱された部材に対して非反応性のガス雰囲気内で、少なくとも管材料における炭化物析出を避けるのに十分なほど低い温度にまで速やかに急冷する工程からなることを特徴とする方法。