KR102037653B1

KR102037653B1 - 스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법

Info

Publication number: KR102037653B1
Application number: KR1020157035363A
Authority: KR
Inventors: 아쓰시 스가마; 유키히로 니시다; 가즈유키 가게오카; 요시아키 호리; 마나부 오쿠
Original assignee: 닛테츠 닛신 세이코 가부시키가이샤; 닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2019-10-29
Also published as: KR20160042818A; US9987706B2; ES2682922T3; EP2998056B1; CN105517748A; US20160114423A1; WO2014184890A1; EP2998056A1; EP2998056A4; SG11201509040WA; CN105517748B

Abstract

종래의 인서트재 삽입법과 동등한 작업 부하로 실시할 수 있는 「직접법」에 의해 접합부의 신뢰성이 우수한 스테인레스강재의 확산 접합 제품을 제공하는 것을 목적으로 하는 스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법으로서, 스테인레스강재끼리를 직접 접촉시켜서 확산 접합에 의해 일체화시킴에 있어서, 접촉시키는 양쪽 스테인레스강재의 적어도 한쪽에 승온 과정에서의 오스테나이트 변태 개시 온도 Ac₁점을 650 내지 950℃로 유지하고 오스테나이트+페라이트 2상 온도역을 880℃ 이상의 범위로 유지하는 2상계강을 적용하고, 접촉 면압 1.0㎫ 이하, 가열 온도 880 내지 1080℃의 조건 범위에서 상기 2상계강의 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동을 수반하면서 확산 접합을 진행시킨다.

Description

스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING STAINLESS STEEL DIFFUSION-JOINED PRODUCT}

본 발명은 인서트재 없이 스테인레스강재끼리를 확산 접합하는 스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법에 관한 것이다.

스테인레스강재끼리의 접합 방법의 하나로 확산 접합이 있고, 확산 접합에 의해 조립되었던 스테인레스강 확산 접합 제품은 열 교환기, 기계 부품, 연료 전지 부품, 가전 제품 부품, 플랜트 부품, 장식품 구성 부재, 건재 등 다양한 용도에 적용되고 있다. 확산 접합 방법으로는 인서트재를 접합 계면에 삽입하고 고상 확산 또는 액상 확산에 의해 접합하는 「인서트재 삽입법」과, 양쪽 스테인레스강재의 표면끼리를 직접 접촉시켜서 확산 접합하는 「직접법」이 있다.

인서트재 삽입법으로서는, 예를 들면, 2상 스테인레스강을 인서트재에 사용하는 방법(특허문헌 1), Ni와 Au를 수μm 도금한 피접합물과 동일한 조성의 박상(箔狀) 인서트재를 사용하는 액상 확산 접합 방법(특허문헌 2), Si를 11.5% 이하의 범위에서 다량으로 함유하는 오스테나이트계 스테인레스강을 인서트재에 사용하는 방법(특허문헌 3) 등 종래부터 많은 기술이 알려져 있다. 또한, 니켈계의 납재(예를 들면 JIS:BNi-1 내지 7)나, 구리계의 납재를 인서트재로서 사용하는 「납땜」도 액상 확산 접합의 1종으로 볼 수 있다. 이들 인서트재 삽입법은 확실한 확산 접합을 비교적 간편하게 실현할 수 있는 점에서 유리하다. 그러나, 인서트재를 사용함으로써 비용이 증대하는 점이나, 접합 부분이 이종(異種) 금속이 됨으로써 내식성이 저하하는 경우가 있는 점에서 직접법보다도 불리하다.

한편, 직접법은 인서트재 삽입법에 비해 일반적으로 충분한 접합 강도를 얻는 것이 어렵다고 한다. 그러나, 제조 비용 저감의 면에서 유리한 가능성을 포함하고 있기 때문에, 직접법에 관해서도 다양한 방법이 검토되어 왔다. 예를 들면 특허문헌 4에는 강 중의 S량을 0.01% 이하로 하고 소정 온도의 비산화성 분위기중에서 확산 접합함으로써 재료의 변형을 회피하여 스테인레스강재의 확산 접합성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 5에는 산세(酸洗) 처리에 의해 표면에 요철을 부여한 스테인레스강 박재(箔材)를 사용하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 6에는 확산 접합의 저해 요인이 되는 알루미나 피막이 확산 접합시에 생성하기 어렵도록 Al 함유량을 억제한 스테인레스강을 피접합재로서 사용하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 7에는 냉간 가공에 의해 변형을 부여한 스테인레스강박을 사용하여 확산을 촉진시키는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 8에는 조성을 적성화한 직접 확산 접합용의 페라이트계 스테인레스강이 기재되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개소63-119993호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 특개평4-294884호 특허문헌 3: 일본국 공고특허 특공소57-4431호 특허문헌 4: 일본 공개특허공보 특개소62-199277호 특허문헌 5: 일본 공개특허공보 특개평2-261548호 특허문헌 6: 일본 공개특허공보 특개평7-213918호 특허문헌 7: 일본 공개특허공보 특개평9-279310호 특허문헌 8: 일본 공개특허공보 특개평9-99218호 특허문헌 9: 일본 공개특허공보 특개2000-303150호

상술한 기술 등에 의해 스테인레스강재의 확산 접합은 직접법에 의해서도 가능해졌다. 그러나 공업적으로는, 직접법은 스테인레스강재의 확산 접합 방법의 주류로서 정착하기에는 이르지 못하였다. 그 주된 이유는 접합부의 신뢰성(접합 강도나 밀봉성) 확보와, 제조 부하 억제의 양립이 어려운 것에 있다. 종래의 지견에 의하면, 직접법에 의해 접합부의 신뢰성을 확보하기 위해서는 접합 온도를 1100℃를 초과하는 고온로 하거나, 핫 프레스나 HIP 등에 의해 높은 면압을 부여하거나 하는 부하가 큰 공정을 채용할 필요가 있고, 그에 의한 비용 증대를 피할 수 없었다. 스테인레스강재의 확산 접합을 통상의 인서트재 삽입법과 동등한 작업 부하로 실시하면, 접합부의 신뢰성을 충분히 확보하기가 어렵다는 현상이 있었다.

본 발명은 종래의 인서트재 삽입법과 동등한 작업 부하로 실시할 수 있는 「직접법」에 의해 접합부의 신뢰성이 우수한 스테인레스강재의 확산 접합 제품을 제공하고자고 하는 것이다.

발명자들의 상세한 연구 결과, 확산 접합시에 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동을 이용하면, 특별한 고온 가열이나 높은 면압을 부여하지 않고, 스테인레스강재끼리의 경계에서의 확산이 촉진하는 것을 알았다. 본 발명은 이러한 상(相) 변태에 따른 결정립의 성장(상(相) 경계의 이동)을 이용하여 인서트재를 사용하지 않고 스테인레스강재끼리를 확산 접합하는 것이다.

즉, 본 발명에서는 스테인레스강재끼리를 직접 접촉시켜서 확산 접합에 의해 일체화시킴에 있어서, 접촉시키는 양쪽 스테인레스강재의 적어도 한쪽에 승온 과정에서의 오스테나이트 변태 개시 온도 Ac₁점을 650 내지 950℃로 유지하고 오스테나이트+페라이트 2상 온도역(溫度域)을 880℃ 이상의 범위로 유지하는 2상계강을 적용하고, 접촉 면압 1.0㎫ 이하, 가열 온도 880 내지 1080℃의 조건 범위에서 상기 2상계강의 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동을 수반하면서 확산 접합을 진행시키는 스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법이 제공된다.

특히, 접촉시키는 양쪽 스테인레스강재의 적어도 한쪽에 하기 (A)의 화학 조성을 갖고 오스테나이트+페라이트 2상 온도역을 880℃ 이상의 범위로 유지하는 2상계강을 적용할 수 있다.

(A) 질량%로, C:0.0001 내지 0.15%, Si:0.001 내지 1.0%, Mn:0.001 내지 1.0%, Ni:0.05 내지 2.5%, Cr:13.0 내지 18.5%, Cu:0 내지 0.2%, Mo:0 내지 0.5%, Al:0 내지 0.05%, Ti:0 내지 0.2%, Nb:0 내지 0.2%, V:0 내지 0.2%, B:0 내지 0.01%, N:0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 (1)식으로 표시되는 X값이 650 내지 950이다.

X값=35(Cr+1.72Mo+2.09Si+4.86Nb+8.29V+1.77Ti+21.4Al+40.0B-7.14C-8.0N-3.28Ni-1.89Mn-0.51Cu)+310…(1)

일반적으로 스테인레스강은 상온에서의 금속 조직에 기초하여 오스테나이트계 스테인레스강, 페라이트계 스테인레스강, 마르텐사이트계 스테인레스강 등으로 분류되지만, 본 명세서에서 말하는 「2상계강」은 Ac₁점 이상의 온도역에서 오스테나이트+페라이트 2상 조직이 되는 강이다. 이러한 2상계강 중에는 페라이트계 스테인레스강이나 마르텐사이트계 스테인레스강으로 분류되는 스테인레스강이 포함된다.

확산 접합에 제공하는 양쪽 스테인레스강재의 조합에 대하여는 이하의 3패턴을 예시할 수 있다.

〔패턴 1〕확산 접합에 제공하는 양쪽 스테인레스강재가 모두 상기 (A)의 화학 조성을 갖는 2상계강인 경우.

〔패턴 2〕확산 접합에 제공하는 양쪽 스테인레스강재 중 한쪽이 상기 (A)의 화학 조성을 갖는 2상계강이고, 다른 쪽이 하기 (B)의 화학 조성을 갖는 강인 경우.

〔패턴 3〕확산 접합에 제공하는 양쪽 스테인레스강재 중 한쪽이 하기 (A)의 화학 조성을 갖는 2상계강이고, 다른 쪽이 하기 (C)의 화학 조성을 갖는 강인 경우.

(B) 질량%로, C:0.0001 내지 0.15%, Si:0.001 내지 4.0%, Mn:0.001 내지 2.5%, P:0.001 내지 0.045%, S:0.0005 내지 0.03%, Ni:6.0 내지 28.0%, Cr:15. 0 내지 26.0%, Mo:0 내지 7.0%, Cu:0 내지 3.5%, Nb:0 내지 1.0%, Ti:0 내지 1.0%, Al:0 내지 0.1%, N:0 내지 0.3%, B:0 내지 0.01%, V:0 내지 0.5%, W:0 내지 0.3%, Ca, Mg, Y, REM(희토류 원소)의 합계:0 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

(C) 질량%로, C:0.0001 내지 0.15%, Si:0.001 내지 1. 2%, Mn:0.001 내지 1. 2%, P:0.001 내지 0.04%, S:0.0005 내지 0.03%, Ni:0 내지 0.6%, Cr:11.5 내지 32.0%, Mo:0 내지 2.5%, Cu:0 내지 1.0%, Nb:0 내지 1.0%, Ti:0 내지 1.0%, Al:0 내지 0.2%, N:0 내지 0.025%, B:0 내지 0.01%, V:0 내지 0.5%, W:0 내지 0.3%, Ca, Mg, Y, REM(희토류 원소)의 합계:0 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

여기에서, (B)는 오스테나이트계 스테인레스강을 포함하는 조성 범위이고, (C)는 페라이트계 스테인레스강을 포함하는 조성 범위이다.

상기 (A)의 조성을 갖는 2상계강에 있어서, 특히 하기 (2)식으로 표시되는 γmax가 20 내지 100 미만인 강을 적용하면 확산 접합 조건의 자유도가 더욱 넓어진다. 이러한 강을 제공한 경우에는, 접촉 면압 0.03 내지 0.8㎫, 유지 온도 880 내지 1030℃의 조건 범위에서 확산 접합을 진행시키면 좋다.

γmax=420C-11.5Si+7Mn+23Ni-11.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-50Nb-52Al+470N+189…(2)

상기 (1)식, (2)식의 성분 원소의 개소에는 질량%로 표시되는 상기 원소의 함유량의 값이 대입된다. 함유하지 않는 원소에 대해서는 0(제로)이 대입된다.

본 발명에 따른 스테인레스강 확산 접합 구조는 접합 강도 및 밀봉성이 우수하고, 인서트재를 사용하지 않기 때문에 이종 금속(특히 Cu를 포함하는 금속)과의 접촉에 기인하는 내식성 저하를 회피하여 유효하다. 또한, 종래의 직접법에 의한 스테인레스강재의 확산 접합에 비해 저접촉 면압화, 저온도화가 가능해지고, 인서트재 삽입법에 적용되고 있는 일반적인 확산 접합 설비를 이용할 수 있다. 그러므로, 인서트재를 사용하지 않음에 따른 제조 비용 저감 효과가 작업 부하의 증대에 의해 상쇄될 일도 없다. 따라서 본 발명은 신뢰성이 높은 스테인레스강 확산 접합 제품의 보급에 기여하는 것이다.

도 1은 본 발명 대상의 2상계강을 양쪽 강재에 사용하여 900℃에서의 확산 접합을 시험한 접합 계면 부근의 단면 조직 사진.
도 2는 확산 접합을 시험한 적층체 표면상의 초음파 후도계에 의한 두께 측정점의 위치를 도시한 도면.
도 3은 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(본 발명예).
도 4는 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(비교예).
도 5는 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(본 발명예).
도 6은 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(비교예).
도 7은 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(본 발명예).
도 8은 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(비교예).
도 9는 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(비교예).
도 10은 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(비교예).
도 11은 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(비교예).
도 12는 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(비교예).
도 13은 확산 접합 시험에 제공한 적층체의 단면 조직 사진(비교예).
도 14는 실시예 2에 사용한 피접합재인 각 스테인레스강재의 치수 형상 및 확산 접합 제품의 외형을 모식적으로 도시한 도면.

일반적으로 스테인레스강재끼리를 직접 접촉시킨 상태에서 확산 접합이 완료되기까지는 이하의 과정을 거친다고 생각된다.

[1] 접촉면의 요철이 변형하여 밀착하고, 접촉 면적이 증대하는 과정.

[2] 접촉면에 존재하고 있었던 양쪽 강재의 표면 산화 피막이 분해 및 확산 소실되는 과정.

[3] 원자의 상호 확산 및 결정립의 성장이 생기는 과정.

[4] 접촉면에 개재하는 보이드 내의 잔류 가스가 금속 소지(素地)와의 반응에 의해 소실되는 과정.

스테인레스강재의 표면 산화 피막은 강고한 부동태 피막이기 때문에, 특히 [2]의 과정을 완료시키기 위해서는 높은 접촉 면압이나 고온에서의 장시간 유지가 필요하다. 이것이 스테인레스강재의 직접 확산 접합법의 공업적인 보급을 막는 요인이 되고 있다.

발명자들은 예의 연구 결과, 상기 [2] 과정의 완료를 필요로 하는 않고 스테인레스강재의 직접 확산 접합을 실현하는 수법을 찾아냈다. 그 수법의 골자는 양쪽 스테인레스강재의 접촉면 근방에서 생기는 상 변태의 구동력을 이용하여 확산 접합을 행하는 것에 있다. 그에 의하면 종래부터 저온, 저접촉 면압의 조건에서 공업적인 직접 확산 접합을 실시할 수 있고, 접합면의 신뢰성도 향상된다.

도 1에, 본 발명 대상의 화학 조성을 갖는 2상계강을 양쪽 강재에 사용하여 900℃에서의 확산 접합을 시험한 경우의 접합 계면 부근의 단면 조직을 예시한다. 이 2상계강은 후술하는 표 1의 D-2에 상당하는 강이고, 확산 접합 전의 금속 조직은 페라이트상+M₂₃C₆(M은 Cr 등의 금속 원소)계 탄화물이다. 판 두께 1.0mm의 2D 마무리재를 시료에 사용하고, 표면 거칠기(Ra)가 0.21μm인 표면끼리를 직접 접촉시켜 접촉 면압을 0.3㎫로 하고, 진공 처리에 의해 10^-3Pa의 압력으로 한 쳄버 내에서, 히터에 의해 시료를 상온에서 900℃까지 약 1시간 동안 승온시키고, 900℃에 도달 후 그 온도로 유지하고, 소정의 유지 시간이 경과한 시점에서 노(爐)에서 꺼내서 급랭하여, 단면 조직을 조사한 것이다. 도 1(a)는 유지 시간 10분, (b)는 유지 시간 50분의 단계이다.

본 명세서에서는 확산 접합 전에 양쪽 부재가 접촉하고 있었던 위치를 「계면 위치」라고 부른다.

도 1(a)에 도시된 바와 같이, 유지 시간 10분의 단계에서 계면 위치를 넘는 결정립이 생기고 있다. 이들 결정립은 승온 전의 페라이트상과 탄화물로부터 변태에 의해 생성된 오스테나이트상에 상당하는 것이다(사진은 유지 온도에서 급랭 후에 촬영했으므로, 상기 오스테나이트상은 마르텐사이트상으로 되어 있다). 이 예에서는 확산 접합 전의 금속 조직이 페라이트상+탄화물이기 때문에, 오스테나이트상으로의 변태는 탄화물을 기점으로서 생긴다. 생성된 오스테나이트 결정은 페라이트상 중에 입계를 넓히면서 성장한다. 즉, 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동을 수반하면서 오스테나이트 결정립이 성장한다.

도 1의 예에서는 양쪽 강재가 같은 2상계강이기 때문에, 계면 위치 근방에 존재하고 있는 어느 쪽인가의 강재의 탄화물을 기점으로서 생성된 오스테나이트상이 성장할 때, 그 오스테나이트 결정립이 상대측 강재의 결정의 일부를 받아들여서 1개의 오스테나이트 결정립으로서 성장하고, 확산 접합이 진행된다. 또한, 도 1(a)의 단계에서는 계면 위치에는 미접합 부분이 많이 남아있다.

상대측의 강재가 확산 접합의 유지 온도에서 오스테나이트 단상이 되는 강이나 페라이트 단상이 되는 강이여도, 2상계강의 계면 위치 근방의 탄화물을 기점으로서 생성된 오스테나이트 결정립이 성장할 때, 계면 위치를 넘어서 상대재의 결정 중에도 성장하는 것이 확인되고 있다.

본 발명의 대상이 되는 2상계강의 금속 조직은 화학 조성이나 강판 제조 조건에 의해 페라이트상+탄화물, 페라이트상+마르텐사이트상, 또는 마르텐사이트 단상이 된다. 확산 접합시에 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동에 따른 원자의 확산을 이용하기 위해서는, 확산 접합의 가열에 의해 오스테나이트가 생성되기 시작하는 시점에서 페라이트상이 50체적% 이상 존재하고 있는 것이 바람직하다. 확산 접합에 제공하는 상기 2상계강이 마르텐사이트 단상의 금속 조직을 갖고 있는 경우에는, 미리 소둔(燒鈍)을 실시하여 페라이트상+마르텐사이트상의 조직으로서 두는 것이 효과적이다. 그 소둔으로서는 예를 들면 600℃ 내지 Ac₁점+50℃로 재료를 유지하는 조건을 채용할 수 있지만, 통상은 확산 접합의 승온 과정에서 소둔 효과를 얻을 수 있고, 페라이트상이 존재하는 조직 상태에서 오스테나이트상의 생성 개시를 맞이할 수 있다.

오스테나이트 결정은 페라이트상+탄화물의 조직을 갖는 2상계강에서는 탄화물을 기점으로서 생성되고, 페라이트상+마르텐사이트상의 조직을 갖는 2상계강에서는 마르텐사이트상을 기점으로서 생성된다. 어느 쪽의 경우에도 2상계강 중의 오스테나이트 결정은 주위의 페라이트상 중으로 입계를 이동시키면서 성장한다. 이때, 양쪽 강재간의 계면 위치에서는 확산의 장벽이 되는 산화물의 완전 소실을 기다리지 않고 접합 상대재 쪽으로 결정 입계가 이동한다.

확산 접합이 진행되는 온도에서의 유지 시간을 충분히 확보하면 오스테나이트상의 체적율 증대는 종료하고, 잔부의 페라이트 결정립에도 입계 이동이 생기게 된다. 그리고, 도 1(b)과 같이, 계면 위치를 넘어 성장한 페라이트 결정립이 관찰되게 된다. 이 단계가 되면, 계면 위치에 남는 미접합 부분은 매우 적아져 있고, 양쪽 강재는 확산 접합에 의해 일체화된 것으로 간주할 수 있다. 후술하는 초음파 후도계에 의한 측정으로 계면 위치의 대부분이 접합하고 있는 상태인 것을 확인할 수 있다.

〔2상계강〕

본 발명에서는 저온·저접촉 면압하에서 직접법에 의한 확산 접합을 실현하기 위해서, 확산 접합에 제공하는 양쪽 스테인레스강재 중 적어도 한쪽에, 확산 접합이 진행되는 온도역에서 오스테나이트+페라이트 2상 조직이 되는 강(2상계강)을 적용한다. 구체적으로는 승온 과정에서의 오스테나이트 변태 개시 온도 Ac₁점을 650 내지 950℃로 유지하고 오스테나이트+페라이트 2상 온도역을 880℃ 이상의 범위로 유지하는 2상계강이 적합한 대상이 된다. 여기에서, Ac₁점이 880℃ 이상이면 필연적으로 880℃ 이상의 범위에 2상 온도역을 갖게 되지만, Ac₁점이 너무 높으면 그에 따라 2상 온도역의 하한이 상승하므로, 가열 온도의 설정 하한도 높아지고, 2상계강의 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동을 이용하여 비교적 저온에서 인서트재를 사용하지 않고 확산 접합을 행한다는 본 발명의 메리트를 살릴 수 없다. 다양한 검토 결과, Ac₁점이 950℃ 이하의 범위에 있는 강을 적용하는 것이 유효하고, 900℃ 이하의 강이 보다 적합하다.

본 발명에서 적용하는 2상계강은 확산 접합을 진행시키는 온도역에서 오스테나이트+페라이트 2상 조직을 나타내는 것이면, 소위 「마르텐사이트계 스테인레스강」으로 분류되는 강종이여도 좋다. 마르텐사이트계 스테인레스강은 예를 들면 1050℃ 이상인 고온의 오스테나이트 단상역에서 급랭함으로써 마르텐사이트 조직을 얻는 강종이지만, 오스테나이트+페라이트 2상 온도역에서 오스테나이트상으로의 변태에 따른 결정 입계의 이동을 이용한 확산 접합이 가능한 조성을 갖는 마르텐사이트계 스테인레스강도 존재한다. 따라서, 그러한 마르텐사이트계 스테인레스강도 본 명세서에서는 2상계강으로서 취급하고 있다.

본 발명에서 대상으로 하는 2상계강의 구체적인 성분 조성으로서는 하기 (A)를 충족시키는 것을 예시할 수 있다.

여기에서, 상기 X값은 오스테나이트+페라이트 2상 온도역을 880℃ 이상의 범위로 유지하는 2상계강에 있어서, 승온 과정에서의 오스테나이트 변태 개시 온도 Ac₁점(℃)을 정밀도 좋게 추정할 수 있는 지표이다.

상기 (A)의 화학 조성을 갖는 2상계강으로서, 특히 하기 (2)식으로 표시되는 γmax가 20 내지 100 미만인 강을 적용할 수 있다.

γmax=420C-11.5Si+7Mn+23Ni-11.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-50Nb-52Al+470N+189…(2)

γmax은 1100℃ 정도로 가열 유지한 경우에 생성되는 오스테나이트상의 양(체적%)을 나타내는 지표이다. γmax이 100 이상이 될 경우, 그 강은 고온에서 오스테나이트 단상이 되는 강종으로 간주할 수 있다. γmax이 20 내지 100 미만인 강에 있어서는, γ단상역을 피하는 온도 설정이 용이하고, 보다 저온, 저접촉 면압측에 적정 조건의 자유도가 넓어진다. γmax이 50 내지 80인 강을 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

〔접합 상대의 강종〕

상기 2상계강으로 이루어지는 강재와 확산 접합에 의해 일체화시키는 상대재로서는 상기 2상계강을 적용할 수 있는 것 외에, 확산 접합의 가열 온도역에서 오스테나이트 단상이 되는 오스테나이트계 강종이나 페라이트 단상이 되는 페라이트계 강종을 적용할 수 있다. 2상계강 이외를 상대재에 사용하여도, 한쪽의 2상계강 내에서 변태에 의해 성장하는 오스테나이트상은 계면 위치부터 상대재 쪽으로도 성장하므로, 계면 위치를 넘는 결정립을 개재하는 건전한 확산 접합부를 구축하는 것이 가능하다.

상기 오스테나이트계 또는 페라이트계의 강종으로서는 용도에 따라 다양한 기존 강종을 적용할 수 있고, 확산 접합성의 관점에서는 특히 성분 조성에 구애될 필요는 없다. 구체적인 성분 조성 범위는 오스테나이트계 강종으로서는 하기 (B), 페라이트계 강종으로서는 하기 (C)의 것을 들 수 있다.

(C) 질량%로, C:0.0001 내지 0.15%, Si:0.001 내지 1.2%, Mn:0.001 내지 1.2%, P:0.001 내지 0.04%, S:0.0005 내지 0.03%, Ni:0 내지 0.6%, Cr:11.5 내지 32.0%, Mo:0 내지 2.5%, Cu:0 내지 1.0%, Nb:0 내지 1.0%, Ti:0 내지 1.0%, Al:0 내지 0.2%, N:0 내지 0.025%, B:0 내지 0.01%, V:0 내지 0.5%, W:0 내지 0.3%, Ca, Mg, Y, REM(희토류 원소)의 합계:0 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

〔확산 접합 조건〕

확산 접합에 제공하는 양쪽 부재간의 접촉 면압은 1.0㎫ 이하로 한다. 접촉 면압이 1.0㎫ 이하이면, 비교적 간편한 설비로 인서트재를 사용하지 않는 확산 접합을 실시할 수 있다. 적용하는 강종이나 가열 유지 온도·유지 시간에 따라 확산 접합이 진행되기에 충분한 접촉 면압을 1.0㎫ 이하의 범위로 설정하면 좋다. 특히 상기 2상계강으로서 γmax가 100 미만인 강을 적용할 경우에는 0.8㎫ 이하의 접촉 면압으로 양호한 결과를 얻기 쉽다. 한편, 접촉 면압이 극단적으로 낮으면 가열 유지 시간이 길어져 생산성이 저하한다. 공업적으로는 0.03㎫ 이상의 접촉 면압을 확보하는 것이 바람직하고, 0.1㎫ 이상이 되도록 관리하여도 좋다. 또한, 확산 접합에 제공하는 스테인레스강재의 접합면이 되는 표면은 Ra가 0.30㎛ 이하로 평활한 것이 바람직하다. 표면의 마무리는 산세(酸洗), 광휘소둔, 연마 중 어느 것이라도 좋다.

확산 접합의 가열 온도는 880℃ 이상으로 한다. 발명자들의 검토에 의하면, 상기 2상계강의 변태에 의한 입계 이동을 이용할 경우, 종래와 같이 고온으로 유지하지 않아도 스테인레스강재끼리 확산 접합이 가능해지지만, 접촉 면압을 1.0㎫ 이하의 조건으로 할 경우, 880℃ 이상에서의 가열이 요망된다. 900℃ 이상으로 하는 것이 확산 촉진의 관점에서 보다 바람직하다.

단지, 양쪽 또는 한쪽 부재에 적용하는 상기 2상계강의 오스테나이트+페라이트 2상 온도역으로 가열 유지할 필요가 있다. 이들 2상이 공존하는 온도역으로 유지함으로써 새롭게 성장하는 오스테나이트 결정립이 접촉 상대재 쪽으로 계면 위치를 넘어 성장하기 쉽다. 그 메커니즘에 대해서는 현시점에서 불분명한 점도 많지만 이하와 같은 것을 생각할 수 있다. 2상계강 중에 페라이트상이 존재하고 있는 상태에서 오스테나이트+페라이트 2상 공존 온도역으로 가열하면, 그 2상계강 중에서는, 우선 탄화물이나 마르텐사이트상을 기점으로서 오스테나이트 결정이 생성된다. 생성된 오스테나이트 결정과 그 주위의 페라이트 결정 사이의 결정 입계는 페라이트상과 오스테나이트상의 비율을 평형 상태에 가까워지도록 하는 「변태의 구동력」에 의해 매우 움직이기 쉬운 상태가 된다. 이 변태의 구동력을 이용하여 오스테나이트 결정은 2상계강 중에서 인접하는 페라이트 결정 중에 입계를 이동시키면서 성장한다. 이때, 접촉 상대재와의 계면 위치에 면하여 성장중의 오스테나이트 결정립은 에너지적으로 보다 안정된 존재 형태가 되려고 하여 접촉 상대재의 결정립 내로도 입계를 이동하여 넓어지는 것이라고 생각되며, 결과적으로 계면 위치를 넘는 오스테나이트 결정립이 된다. 양쪽 부재의 계면 위치가 부분적으로 오스테나이트 결정립으로 이어지면, 이들 오스테나이트 결정립의 근방에서 계면 위치에 면하여 존재하고 있는 양쪽 부재의 결정립도 확산에 의해 서로 입계 이동을 일으키고, 확산 접합이 진행된다.

880℃ 이상에서 페라이트 단상이 되는 강이나 오스테나이트 단상이 되는 강을 상기 2상계강 대신에 사용한 경우에는, 접촉 면압 1.0㎫ 이하, 가열 온도 880 내지 1080℃인 저접촉 면압·저온 가열에서의 조건하에서는 계면 위치에 미접합 부분(결함)이 남기 쉬운 것이 확인되고 있다. 이러한 사실로부터, 상기 2상계강의 변태 구동력을 이용하는 것이 저접촉 면압·저온 가열에서의 스테인레스강재끼리 확산 접합의 진행을 촉진시키고 또한 매우 유리하다고 할 수 있다.

상기 (2)식의 γmax가 100 이하인 화학 조성을 갖는 2상계강은 대략 1100℃ 보다 낮은 온도 범위에 오스테나이트+페라이트 2상 조직이 되는 온도 영역이 있다. 발명자들의 검토에 의하면, γmax가 20 내지 100 미만으로 조정된 2상계강을 사용할 경우, 접촉 면압 0.03 내지 0.8㎫, 가열 온도 880 내지 1030℃의 조건 범위에서 확산 접합을 진행시킬 수 있고, 확산 접합 조건의 저접촉 면압화, 저온도화에 유리해진다. 특히 γmax가 50 내지 80인 2상계강을 사용하면 확산 접합 조건의 자유도가 보다 더 확대하고, 접촉 면압 0.03 내지 0.5㎫, 가열 온도 880 내지 1000℃의 범위로 적정한 조건을 찾아낼 수 있다. 이 경우, 가열 온도의 상한은 예를 들면 980℃ 이하의 저온역으로 설정하여도 좋다.

확산 접합의 가열은 종래 일반적인 인서트재를 사용한 스테인레스강재끼리의 확산 접합의 경우와 마찬가지로, 진공 처리에 의해 압력을 대략 10^-3Pa 이하로 한 분위기중에서 피접합 부재를 가열 유지함으로써 행할 수 있다. 다만, 인서트재는 사용하지 않고, 접합하는 스테인레스강재끼리를 직접 접촉시킨다. 접촉 면압은 상기한 바와 같이 1.0㎫ 이하의 범위로 설정한다. 가열 방법은 히터에 의해 노내(in furnace)의 부재 전체를 균일하게 가열하는 방법 외에, 통전에 의한 저항 가열에 의해 접점부 근방을 소정의 온도로 가열하는 방법을 채용할 수도 있다. 가열 유지 시간은 30 내지 120분의 범위로 설정하면 좋다.

실시예

〔실시예 1〕

표 1에 기재한 화학 조성을 갖는 강판을 준비하였다. D-1 내지 D-3은 γmax가 100 미만의 강, M-1 내지 M-2는 소위 마르텐사이트계 스테인레스강으로 분류되는 강, F-1은 페라이트 단상강, A-1은 오스테나이트 단상강이다. 강판의 판 두께, 표면 마무리, 표면 거칠기(Ra)도 표 1에 기재하였다. 준비한 각 강판의 금속 조직은 D-1 내지 D-3은 페라이트상+탄화물, M-1, M-2는 페라이트상+마르텐사이트상, M-3은 마르텐사이트 단상, F-1은 페라이트 단상, A-1은 오스테나이트 단상이다.

[표 1]

각 강판으로부터 20mm×20mm의 평판 시험편을 자르고, 이하의 방법으로 2매의 시험편을 중합하여 확산 접합을 시험하였다.

확산 접합을 시험하는 2매의 시험편을 서로 표면끼리가 접촉하도록 적층한 상태로 하고, 지레의 원리를 이용한 치구를 사용하여 이들 2매의 시험편의 접촉 표면에 부여되는 면압(접촉 면압)을 소정의 크기로 조정하였다. 이 치구는 카본콤퍼짓제의 지주에 카본콤퍼짓제의 암(arm)이 수평 방향의 고정축 주변에 회전 가능한 상태로 부착되어 있고, 그 암에 매단 추의 중력에 의해 적층한 시험편에 하중을 부여하는 것이다. 즉 이 치구는 암의 상기 고정축 위치를 지점, 적층한 시험편에 하중을 부여하는 위치를 작용점, 추를 매단 위치를 역점으로 하고, 지점과 역점 사이에 작용점이 위치하는 지레를 구성하고 있고, 추에 걸리는 중력이 증폭되어 시험편의 접촉면에 작용하도록 되어 있다. 이하, 적층한 2매의 시험편을 「강재 1」및 「강재 2」라고 부르고, 강재 1과 강재 2가 적층한 상태를 「적층체」라고 부른다.

이하의 가열 처리에 의해 강재 1과 강재 2의 확산 접합을 시험하였다. 상기 치구에 의해 적층체에 소정의 하중을 부여한 상태로 하고, 치구와 적층체를 진공노에 장입(裝入)하고, 진공 처리를 행하여 압력 10^-3 내지 10^-4Pa의 진공도로 한 뒤, 880℃ 이상의 범위로 설정한 소정의 가열 온도까지 약 1시간 동안 승온하고, 그 온도로 2시간 동안 유지한 후, 냉각실로 옮겨서 냉각하였다. 냉각은 유지 온도 -100℃까지 상기 진공도를 유지하고, 그 후 Ar 가스를 도입하여 90㎪의 Ar 가스 분위기중에서 약100℃ 이하까지 냉각하였다.

상기 가열 처리를 마친 적층체에 대하여, 초음파 후도계(올림푸스사 제조;Model 35DL)를 사용하여, 도 2 에 도시된 바와 같이 20mm×20mm의 적층체 표면 위에 3mm 피치로 설치한 49개소의 측정점에서 두께 측정을 행하였다. 프로브 직경은 1.5mm로 하였다. 어떤 측정점에서의 판 두께 측정값이 강재 1과 강재 2의 합계 판 두께를 나타내는 경우에는, 그 측정점에 대응하는 양쪽 강재의 계면 위치에서는 원자의 확산에 의해 양쪽 강재가 일체화되고 있다고 간주할 수 있다. 한편, 판 두께 측정값이 강재 1과 강재 2의 합계 판 두께에 만족하지 않는 경우에는, 그 측정점에 대응하는 양쪽 강재의 계면 위치에 미접합부(결함)가 존재한다. 발명자들은 가열 처리 후의 적층체의 단면 조직과, 이 측정 수법에 의해 얻어진 측정 결과와의 대응 관계를 상세하게 조사한 바, 측정 결과가 강재 1과 강재 2의 합계 판 두께가 된 측정점의 수를 측정 총수 49로 나눈 값(이를 「접합율」이라고 부른다)에 의해, 접촉 면적에 차지하는 접합 부분의 면적율이 정밀도 좋게 평가할 수 있는 것을 확인하였다. 그리고, 이하의 평가 기준으로 확산 접합성을 평가하였다.

◎:접합율 100%(확산 접합성;우수)

○:접합율 90 내지 99%(확산 접합성;양호)

△:접합율 60 내지 89%(확산 접합성; 다소 불량)

×:접합율 0 내지 59%(확산 접합성;불량)

다양한 검토 결과, ○평가에서 확산 접합부의 강도는 충분히 확보되고, 또한 양쪽 부재간의 씰성(연통하는 결함을 개재하는 기체의 누설이 생기지 않는 성질)도 양호하므로, ○평가 이상을 합격으로 판정하였다.

평가 결과를 표 2에 기재하였다.

또한, 상기 가열 처리를 끝낸 적층체에 대하여, 두께 방향으로 평행한 단면 내의 계면 위치를 포함하는 영역에 대하여 광학 현미경으로 조직 관찰을 행하였다. 그 결과, 현미경 관찰에 의해 관측되는 확산 접합의 진행 정도(즉 계면 위치에서의 미접합 부분의 소실 정도)와, 상기의 「접합율」의 값은 양호한 대응 관계에 있는 것이 확인되었다. 도 3 내지 도 13에, 몇개의 예에 대하여 단면 조직 사진을 예시한다. 여기에 나타낸 조직 사진은 ◎평가의 것을 제외하고, 계면 위치에 미접합 부분이 가능한 한 많이 잔존하고 있는 개소를 의도적으로 선택하여 촬영한 것이다. 이들 단면 조직 사진이 어느 시험 No.에 해당하는지는 표 2 중에 기재되어 있다.

[표 2]

표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 2상계강을 양쪽 또는 한쪽의 강재에 사용한 본 발명예에서는 접촉 면압 1.0㎫ 이하 또한 가열 온도 1080℃ 이하의 조건으로 확산 접합을 진행시킬 수 있어 건전한 확산 접합부를 얻을 수 있었다. 가열 온도를 1100℃ 이상이라는 고온에 설정할 필요가 없으므로 결정립의 조대화도 억제되고, 확산 접합 제품의 기계적 성질의 개선으로도 이어진다. γmax 가 100 이하인 2상계강(D-1 내지 D-3)을 채용한 경우에는 적정한 확산 접합 조건 범위가 접촉 면압, 유지 온도 모두 낮은 방향으로 넓어진다. 이 중에서도 γmax가 50 내지 80으로 조정된 2상계강(D-1, D-2)을 사용하면 적정 조건 범위가 더욱 넓어지고, 제조 비용의 면에서도 유리해진다.

이에 대하여 비교예 No. 9, 17, 20, 22, 25는 가열 온도가 높기 때문에 결정립이 조대화하였다(도 4, 도 6, 도 8 참조). No. 21, 24는 2상계강으로서 γmax가 100 이상의 마르텐사이트계 스테인레스강을 채용한 것이고, 2상 온도역에서의 오스테나이트상으로의 변태의 구동력은 γmax가 100 미만의 강종보다 작은 것이라고 생각되고, 유지 온도를 1000℃까지 내리면 확산 접합은 진행되지 않았다. No. 27, 28은 오스테나이트+페라이트 2상 조직이 되는 온도역이 존재하지 않는다고 생각되는 마르텐사이트계 스테인레스강끼리를 적용함으로써, 적정한 확산 접합 조건을 찾아낼 수 없었다. No. 32 및 No. 33은 880 내지 1080℃에서 각각 페라이트 단상 조직 및 오스테나이트 단상 조직이 되는 강끼리 확산 접합을 시험한 것이지만, 본 발명예와 같이 저접촉 면압, 저가열 온도에서의 확산 접합은 실현할 수 없었다.

〔실시예 2〕

표 3에 기재한 화학 조성의 강을 용제하고, 열간압연으로 판 두께 3 내지 4mm의 열연판으로 하고, 소둔, 산세, 냉간압연, 마무리 소둔, 산세를 순차적으로 행하는 공정에 의해 판 두께 1.0mm의 공시강판으로 하였다. D-11 내지 D-15는 본 발명 대상의 2상계강, F-11은 페라이트 단상강, A-11은 오스테나이트 단상강이다. 강판의 판 두께, 표면 마무리, 표면 거칠기(Ra)도 표 3에 기재되어 있다. 각 강판의 금속 조직은, D-11 내지 D-15는 페라이트상+탄화물, F-11은 페라이트 단상, A-11은 오스테나이트 단상이다.

[표 3]

강 D-11 내지 D-15의 각 공시강판으로부터 절삭 가공에 의해 100mm각의 강재(이하 「평판재」라고 한다)를 제작하였다. 또한, 모든 강종의 공시강판으로부터 절삭 가공에 의해 100mm각의 판 중앙을 도려내서 폭 5mm의 테두리로 구성되는 강재(이하 「틀재」라고 한다)를 제작하였다. 이때, 바리(burr)는 제거하지 않았다. 평판재와 틀재에는 대각선상 단부 부근 2개소에 6mmΦ의 구멍을 형성하였다. 도 14(a)의 [1] [5]에 평판재의 치수·형상을, 도 14(a)의 [2] 내지 [4]에 틀재의 치수·형상을 각각 모식적으로 도시하였다. 도 14에 도시된 바와 같이 3매의 틀재를 포개고, 그 양측을 평판재로 뚜껑을 덮도록, 도 14(a)에 도시된 [1] 내지 [5]의 적층순으로 이들 강재를 중합하여 적층체로 하고, 각 강재를 연통하는 상기 구멍에 Alloy 600제인 5mmΦ의 핀을 꽂고, 수평으로 놓인 이 적층체의 상면에 질량 5kg의 추를 올려 진공 확산 접합에 제공하였다. 이때 강재간의 접촉면에는 약 0.05㎫의 면압이 부여되어 있다.

강재 [1] 내지 [5]의 조합은 이하의 2패턴으로 하였다.

패턴A; [1] 내지 [5] 모두가 본 발명 대상의 2상계 동일 강종.

패턴B; [1] [3] [5]가 본 발명 대상의 2상계 동일 강종, 그 상대재에 상당하는 [2] [4]가 오스테나이트계 동일 강종 또는 페라이트계 동일 강종.

확산 접합은 상기 적층체를 진공노에 장입하여 10^-3Pa 이하의 압력이 될 때까지 진공 처리한 후, 900 내지 1100℃의 범위로 설정한 가열 온도까지 승온하여 그 온도로 60분 유지하고, 그 후에 노 중에서 방냉하는 수법으로 행하였다.

〔확산 접합부의 신뢰 성평가〕

상기의 스테인레스강 확산 접합 제품(도 14(b)의 형상인 것)에 대하여, 대기중 800℃에서 24시간의 가열 시험에 제공하였다. 그 후에 도 14(b)의 a-a’의 위치에서 적층 방향으로 절단하고, 내부의 공동 표면(내 표면)의 산화 유무를 육안으로 조사하였다. 확산 접합부에 외부와 연결되는 공극이 존재하고 있었던 경우나, 상기 가열 처리시에 확산 접합부에 파손이 생긴 경우에는, 내부에 산소가 침입하기 때문에 가열 시험 후의 내 표면은 산화되어, 당초의 금속 광택이 상실된다. 한편, 확산 접합부의 건전성이 유지되어 내부가 고진공의 상태로 유지되어 있는 경우에는 가열 시험 후의 내 표면은 스테인레스강 특유의 금속 광택을 나타낸다. 그래서, 내 표면이 당초의 금속 광택을 유지하고 있는 스테인레스강 확산 접합 제품을 ○(확산 접합부의 신뢰성;양호), 그 이외를 ×(확산 접합부의 신뢰성;불량)로 평가하였다. 결과를 표 4에 기재하였다.

[표 4]

표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 확산 접합부에 있어서 양쪽 강재의 적어도 한쪽에 본 발명 대상의 2상계강을 적용함으로써, 880 내지 1000℃라는 저온하에서 신뢰성이 우수한 확산 접합 제품을 얻을 수 있었다.

이에 대하여 비교예인 No. 49, 50은 2상계강을 사용하지 않았던 것이고, 1100℃에서도 신뢰성이 우수한 확산 접합 제품을 얻을 수 없었다.

Claims

스테인레스강재끼리를 직접 접촉시켜서 확산 접합에 의해 일체화시킴에 있어서, 접촉시키는 양쪽 스테인레스강재의 적어도 한쪽에 승온 과정에서의 오스테나이트 변태 개시 온도 Ac₁점을 650 내지 950℃로 유지하고 오스테나이트+페라이트 2상 온도역을 880℃ 이상의 범위로 유지하는 2상계강을 적용하고, 접촉 면압 0.03㎫ 이상 1.0㎫ 이하, 가열 온도 880 내지 1080℃의 조건 범위에서 상기 2상계강의 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동을 수반하면서 확산 접합을 진행시키는, 스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법.
스테인레스강재끼리를 직접 접촉시켜서 확산 접합에 의해 일체화시킴에 있어서, 접촉시키는 양쪽 스테인레스강재의 적어도 한쪽에 하기 (A)의 화학 조성을 갖고 오스테나이트+페라이트 2상 온도역을 880℃ 이상의 범위로 유지하는 2상계강을 적용하고, 접촉 면압 0.03㎫ 이상 1.0㎫ 이하, 가열 온도 880 내지 1080℃의 조건 범위에서 상기 2상계강의 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동을 수반하면서 확산 접합을 진행시키는, 스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법.
(A) 질량%로, C:0.0001 내지 0.15%, Si:0.001 내지 1.0%, Mn:0.001 내지 1.0%, Ni:0.05 내지 2.5%, Cr:13.0 내지 18.5%, Cu:0 내지 0.2%, Mo:0 내지 0.5%, Al:0 내지 0.05%, Ti:0 내지 0.2%, Nb:0 내지 0.2%, V:0 내지 0.2%, B:0 내지 0.01%, N:0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 (1)식으로 표시되는 X값이 650 내지 950이다.
X값=35(Cr+1.72Mo+2.09Si+4.86Nb+8.29V+1.77Ti+21.4Al+40.0B-7.14C-8.0N-3.28Ni-1.89Mn-0.51Cu)+310…(1)
스테인레스강재끼리를 직접 접촉시켜서 확산 접합에 의해 일체화시킴에 있어서, 접촉시키는 양쪽 스테인레스강재의 한쪽에 하기 (A)의 화학 조성을 갖고 오스테나이트+페라이트 2상 온도역을 880℃ 이상의 범위로 유지하는 2상계강, 다른 쪽에 하기 (B)의 화학 조성을 갖는 스테인레스강을 각각 적용하고, 접촉 면압 0.03㎫ 이상 1.0㎫ 이하, 가열 온도 880 내지 1080℃의 조건 범위에서 상기 2상계강의 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동을 수반하면서 확산 접합을 진행시키는, 스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법.
(A) 질량%로, C:0.0001 내지 0.15%, Si:0.001 내지 1.0%, Mn:0.001 내지 1.0%, Ni:0.05 내지 2.5%, Cr:13.0 내지 18.5%, Cu:0 내지 0.2%, Mo:0 내지 0.5%, Al:0 내지 0.05%, Ti:0 내지 0.2%, Nb:0 내지 0.2%, V:0 내지 0.2%, B:0 내지 0.01%, N:0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 (1)식으로 표시되는 X값이 650 내지 950이다.
X값=35(Cr+1.72Mo+2.09Si+4.86Nb+8.29V+1.77Ti+21.4Al+40.0B-7.14C-8.0N-3.28Ni-1.89Mn-0.51Cu)+310…(1)
(B) 질량%로, C:0.0001 내지 0.15%, Si:0.001 내지 4.0%, Mn:0.001 내지 2.5%, P:0.001 내지 0.045%, S:0.0005 내지 0.03%, Ni:6.0 내지 28.0%, Cr:15.0 내지 26.0%, Mo:0 내지 7.0%, Cu:0 내지 3.5%, Nb:0 내지 1.0%, Ti:0 내지 1.0%, Al:0 내지 0.1%, N:0 내지 0.3%, B:0 내지 0.01%, V:0 내지 0.5%, W:0 내지 0.3%, Ca, Mg, Y, REM(희토류 원소)의 합계:0 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
스테인레스강재끼리를 직접 접촉시켜서 확산 접합에 의해 일체화시킴에 있어서, 접촉시키는 양쪽 스테인레스강재의 한쪽에 하기 (A)의 화학 조성을 갖고 오스테나이트+페라이트 2상 온도역을 880℃ 이상의 범위로 유지하는 2상계강, 다른 쪽에 하기 (C)의 화학 조성을 갖는 스테인레스강을 각각 적용하고, 접촉 면압 0.03㎫ 이상 1.0㎫ 이하, 가열 온도 880 내지 1080℃의 조건 범위에서 상기 2상계강의 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동을 수반하면서 확산 접합을 진행시키는, 스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법.
(A) 질량%로, C:0.0001 내지 0.15%, Si:0.001 내지 1.0%, Mn:0.001 내지 1.0%, Ni:0.05 내지 2.5%, Cr:13.0 내지 18.5%, Cu:0 내지 0.2%, Mo:0 내지 0.5%, Al:0 내지 0.05%, Ti:0 내지 0.2%, Nb:0 내지 0.2%, V:0 내지 0.2%, B:0 내지 0.01%, N:0.005 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 (1)식으로 표시되는 X값이 650 내지 950이다.
X값=35(Cr+1.72Mo+2.09Si+4.86Nb+8.29V+1.77Ti+21.4Al+40.0B-7.14C-8.0N-3.28Ni-1.89Mn-0.51Cu)+310…(1)
(C) 질량%로, C:0.0001 내지 0.15%, Si:0.001 내지 1.2%, Mn:0.001 내지 1.2%, P:0.001 내지 0.04%, S:0.0005 내지 0.03%, Ni:0 내지 0.6%, Cr:11.5 내지 32.0%, Mo:0 내지 2.5%, Cu:0 내지 1.0%, Nb:0 내지 1.0%, Ti:0 내지 1.0%, Al:0 내지 0.2%, N:0 내지 0.025%, B:0 내지 0.01%, V:0 내지 0.5%, W:0 내지 0.3%, Ca, Mg, Y, REM(희토류 원소)의 합계:0 내지 0.1%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (A)의 화학 조성을 갖는 2상계강으로서, 하기 (2)식으로 표시되는 γmax가 20 내지 100 미만인 강을 적용하는 스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법.
γmax=420C-11.5Si+7Mn+23Ni-11.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-50Nb-52Al+470N+189…(2)
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (A)의 화학 조성을 갖는 2상계강으로서, 하기 (2)식으로 표시되는 γmax가 20 내지 100 미만인 강을 적용하고, 접촉 면압 0.03 내지 0.8㎫, 가열 온도 880 내지 1030℃의 조건 범위에서 상기 2상계강의 페라이트상이 오스테나이트상으로 변태할 때의 입계 이동을 수반하면서 확산 접합을 진행시키는 스테인레스강 확산 접합 제품의 제조 방법.
γmax=420C-11.5Si+7Mn+23Ni-11.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-50Nb-52Al+470N+189…(2)