KR19990036151A - 산화분위기중에서 접합 가능한 Ｆｅ기 재료의 액상 확산 접합용 Ｆｅ기 합금 박 - Google Patents

산화분위기중에서 접합 가능한 Ｆｅ기 재료의 액상 확산 접합용 Ｆｅ기 합금 박 Download PDF

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야시시 하세가와
이지 쯔루
유이찌 사또우
시게까쯔 우자끼
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다나카 미노루
신닛폰 세테쓰 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 모재위의 열영향을 최소화하기 위해 비교적으로 높은 접합 온도의 산화 분위기에서 가능한 접합에 의해 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금을 제공하는 것이며, 그것에 의해, 균일한 미세조직을 가진 접합 이음 및 양호한 접합 이음 강도의 제품을 확보하고 접합 시간을 감소시킬 수 있다.
상기 Fe기 합금 박은 중요성분으로, 원자 퍼센트로, 하나의 1.0 내지 20.0%의 P, 및 1.0 내지 20.0%의 B, 1.0 내지 20.0%의 Si, 및 0.1 내지 20.0%의 V 및 실질적으로 Fe로 구성된 잔부 및 불가피한 불순물을 포함하고, 및 3.0 내지 100μm의 두께를 가진다.
다른 방법으로, 상기 Fe기 합금 박은 중요성분으로, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si, 및 0.1 내지 20.0%의 V 및 1.0 내지 20.0%의 B, 실질적으로 Fe로 구성된 잔부 및 불가피한 불순물을 포함하고, 및 3.0 내지 200μm의 두께를 가진다.
필요에 따라서, 하나 이상의 Cr, Ni 및 Co 및/또는 하나 이상의 W, Nb 및 Ti은 또한 적당한 양으로 함유된다. 상기 박은 유리하게 실질상 비정질 결정학적 조직을 가진다.

Description

산화분위기중에서 접합 가능한 Ｆｅ기 재료의 액상 확산 접합용 Ｆｅ기 합금 박
상기 액상 확산 접합은 모재보다 낮은 융점을 가진 공정 성분의 박(foil), 분말, 및 도금 층 등의 형태로 합금 사이에 삽입시키므로써 모재를 접합하는 과정이고, 상기 모재를 서로 압착하고, 및 용융과 등온 응고 원인인 삽입 합금( 이하, "인서어트 금속"으로 칭함)의 고상선 바로 위의 온도까지 접합부를 가열; 상기 과정은 고상 접합과정의 일 형태로 간주된다. 상기 등온 응고는 액상으로부터 피접합재(모재)로 확산하는 특별한 성분 때문에 발생하고, 상기 액상의 화학성분은 변화 성분의 고상선이 가열온도에 도달되도록 변화된다.
상기 액상 확산 접합은 비교적으로 낮은 압착력에서 영향을 받을 수 있고 단지 접합으로 인한 변형 및 잔류응력의 발생을 피하기 위해 사용되지 않았지만 접합이 어려운 고합금강 및 내열강과 탄소강과 같은 강들의 접합에 적용된다.
다른 방편으로, 탄소강 또는 일반강들은 다른 다양한 접합방법에 의해 전례적으로 접합되고 상기 액상 확산 접합은 드물게 사용되었다.
상기 액상 확산 접합은 합급성분으로써 Cr의 원자%로서 0.50% 함유한 접합재료로 주로 사용된다.
상기 Cr함유 재료는 산화 및 부식에 대해 높은 저항성을 제공하기 위해 Cr산화물(대부분 Cr2O3)의 농후한 피막을 가진 것으로 특징지워진다.
그러므로, 접합 가열은 용융 인서어트 금속의 누출을 방지하기 위한 접합 표면을 형성하기 위해 산화막을 형성시켜, 접합에 필요한 원자의 확산은 상당히 방해를 받아 양호한 접합 이음 제공이 어렵다는 것을 인식할 것이다.
따라서, 일본 공개특허공보(고까이) 제 53-81458호, 제 62-34685호, 제 62-227595호에서는 액상 확산 접합시 필수적으로 진공 또는 불활성 또는 환원 분위기를 사용하였고, 상기 접합 비용에서 상당한 증가를 발생시켰다.
본 발명의 적용은 스테인레스강, 고 니켈기 합금, 및 내열 합금강의 액상 확산 접합과 그러한 방법에서 이러한 재료와 탄소강사이의 접합을 달성하기 위해 다양한 연구가 행해졌고, 상기 액상 확산 접합은 산화 피막이 감소된 비용으로 빠르게 양호한 접합 이음을 제공하기 위하여 대기중에서도 상기 모재위에서 형성되는 영향을 받을 수 있고, 0.1at% 내지 20.0at% V을 함유한 인서어트 금속의 용도 및 대기와 같은 산화 분위기에서 액상 확산 접합을 가능하게 한 Si의 증가된 양을 발견하였다.
즉, 상기 적용은 V이 상기 인서어트 금속의 융점을 증가시키지만, 양호한 접합성을 가지는 인서어트 금속은 다른 성분(본 발명에서는 단지 Si)의 함량을 조정하므로써 얻어질 수 있고, 이전에는 산화분위기에서 접합을 가능하게 하기 위한 수단으로 액상 확산 접합용 니켈기, V 및 Si-함유 합금 박이 제안되었고, 주로 스테인레스강, 고 니켈기 합금, 및 내열 합금강의 액상 확산 접합 및 이러한 재료와 탄소강사이의 접합용으로 사용되었다.
그러나, 상기에 제안된 액상 확산 접합용 니켈기 합금 박은 스테인레스강, 고 니켈기 합금 및 내열 합금강과 주 성분으로 Ni을 함유한 강의 접합용으로 주로 사용되었다.
최근에, 거기에는 강관, 강 강화재, 강판과 같은 강 제품 또는 저 비용으로 양호한 이음 강도를 제공하기 위하여 감소된 시간동안 협소한 공간에서 탄소강의 제품으로써 표현된 접합 Fe기 재료의 수요가 증가되고 있다.
이 수요에 만족할 수 있는 종래 접합 방법은 없다고 생각한 본 발명자들은 대기중에서 Fe기 재료의 액상 확산 접합의 가능성 있는 연구를 행하였다.
상기 발명자들은 마침내 Fe기 재료의 액상 확산 접합은 불균일한 접합 이음 미세조직을 발생한 모재사이에서 니켈 상의 개재물 때문에 인서어트 금속으로써 상기에 제안된 액상 확산 접합용 니켈기 합금 박의 사용과 함께 만족스럽게 실행될 수 없다는 것으로 결론지었다.
본 발명은 접합이 피접합재(모재)에 대해서 열 영향없이 단 시간에 저온의 산화 분위기에서 수행될 수 있는 강판, 강관, 봉강(강선 및 강 강화재를 포함)등과 같은 다양한 강 등급 제품을 포함한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기 접합은 양호한 강도를 가진 접합 이음을 제공하기 위해 단 시간에 산화분위기에서 수행될 수 있는 강판, 강관, 봉강(강선 및 강 강화재를 포함)등과 같은 다양한 강 등급 제품을 포함한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박에 관한 것이다.
본 발명은 상기 접합이 피접합재(모재)에 대해서 열 영향없이 단 시간에 저온의 산화분위기에서 수행될 수 있는 강판, 강관, 봉강(강선 및 강 강화재를 포함)과 같은 다양한 강 등급 제품을 포함한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박에 관한 것이다.
도 1은 액상 확산 접합용 합금 박(인서어트 금속)을 사용한 접합 시험편으로써 환봉 강의 액상 확산 접합의 일례를 나타낸 평면도;
도 2는 액상 확산 접합된 환봉 강 시험편 및 표본 추출된 인장시험편을 나타낸 평면도;
도 3은 인장시험편 표본 추출기에 의해서 표본 추출된 인장시험편을 나타낸 평면도;
도 4는 첫 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 V 함량과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 5는 첫 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 Si 함량과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 6은 첫 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 P 함량과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 7은 첫 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 두께와 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 8은 첫 번째와 두 번째 발명에 관한 및 B-형과 P-형 인서어트 금속으로 비교되고, Fe기 인서어트 금속을 사용한 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 열영향부로 0℃에서 인성을 나타낸 그래프;
도 9는 두 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 V 함량과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 10은 두 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 Si 함량과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 11은 두 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 B 함량과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 12는 두 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 두께와 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 13은 첫 번째와 두 번째 발명에 관한 및 B-형과 P-형 인서어트 금속으로 비교된 상기 접합 시간과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 14는 세 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 V 함량과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 15는 세 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 P 함량과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 16은 세 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 B 함량과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 17은 세 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 Si 함량과 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 18은 세 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속의 두께와 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 19는 세 번째 발명에 관한 및 상기 접합 시간과 P 및 B를 함유한 Fe기 인서어트 금속을 사용한 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 접합 이음의 파괴강도사이의 관계를 나타낸 그래프;
도 20은 세 번째 발명에 관한 및 Fe기 인서어트 금속을 사용한 액상 확산 접합된 Fe기 재료의 열영향부(모재)로 0℃에서 인성을 나타낸 그래프;
본 발명의 첫 번째 목적은 상기 접합은 산화 분위기, 저온, 피접합재(모재)에 중요한 열영향 없는 단 시간동안 만족스럽게 실행될 수 있는 강관, 강 강화재, 강판 또는 탄소강의 제품과 같은 강 제품으로 표현된 Fe기 재료(또는 50%이상 Fe를 함유한 다양한 등급의 강제품)의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 상기 접합이 산화분위기, 균일한 조직 및 양호한 이음 강도를 가진 접합 이음을 확보하기 위해 단 시간 동안 만족스럽게 실행될 수 있는 강판, 강관, 봉강(강선 및 강 강화재를 포함) 또는 탄소강 제품의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 상기 접합이 산화분위기, 저온내에서, 피접합재(모재)에 대하여 중요한 열영향 없는 단 시간동안 실행될 수 있는 강관, 강 강화재, 강판 및 탄소강 제품과 같은 강 제품으로 표현된 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박을 제공하기 위한 것이다.
상기 첫 번째 발명의 제 1 양상에 따라서 첫 번째 목적을 달성하기 위해서, 거기에는 산화분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박을 제공하고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 실질적으로 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 및3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하였다.
상기 첫 번째 발명의 제 2 양상에 따라서, 거기에는 산화분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박을 제공하고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 하나 이상의 0.1 내지 20.0%의 Cr, 0.1 내지 15.0%의 Ni, 및 0.1 내지 15.0%의 Co 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하였다.
상기 첫 번째 발명의 제 3 양상에 따라서, 거기에는 산화분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박을 제공하고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1 내지 10.0%의 W, 0.1 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 및 박의 두께가 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하였다.
상기 첫 번째 발명의 제 4 양상에 따라서, 거기에는 산화분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박을 제공하고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1 내지 20.0%의 Cr, 0.1 내지 15.0%의 Ni, 및 0.1 내지 15.0%의 Co 중 하나 이상, 및 추가적으로, 0.1 내지 10.0%의 W, 0.1 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 박 두께가 3.0 내지 100μm인 것을 특징으로 하였다.
상기 첫 번째 발명의 제 5 양상에 따라서, 거기에는 제 1 내지 제 4 양상 중의 어느 하나에 따라서 산화분위기에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박이 제공되고, 실질적으로 비정질 조직을 가지는 것을 특징으로 하였다.
두 번째 발명의 제 1 양상을 따른 두 번째 목적을 성취하기 위해서, 거기에는 산화 분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박을 제공하고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 B, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 실질적으로 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 박 두께가 3.0 내지 100μm인 것을 특징으로 하였다.
두 번째 발명의 제 2 양상에 따라서, 거기에는 산화분위기에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박이 제공되고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 B, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1% 내지 20.0%의 Cr, 0.1 내지 15.0%의 Ni 및 0.1% 내지 15.0%의 Co 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 박의 두께가 3.0 내지 100μm인 것을 특징으로 하였다.
두 번째 발명의 제 3 양상에 따라서, 거기에는 산화분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박이 제공되고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 B, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1% 내지 10.0%의 W, 0.1% 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1% 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 박의 두께가 3.0 내지 100μm인 것을 특징으로 하였다.
두 번째 발명의 제 4 양상에 따라서, 거기에는 산화분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박이 제공되고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 B, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1% 내지 20.0%의 Cr, 0.1% 내지 15.0%의 Ni, 0.1% 내지 15.0%의 Co 증 하나 이상, 및 추가적으로, 0.1% 내지 10.0%의 W, 0.1% 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1% 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 박의 두께가 3.0 내지 100μm인 것을 특징으로 하였다.
상기 두 번째 발명의 제 5 양상에 따라서, 거기에는 제 1 내지 제 4 양상 중의 어느 하나에 따라서 산화 분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박이 제공되고, 실질적으로 비정질 조직을 가지는 것을 특징으로 하였다.
세 번째 발명의 제 1 양상에 따른 제 3 양상을 달성하기 위해서, 거기에는 산화분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박이 제공되고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 1.0 내지 20.0%의 B, 및 실질적으로 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 박의 두께가 3.0 내지 100μm인 것을 특징으로 하였다.
세 번째 발명의 제 2 양상에 따라서, 거기에는 산화분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박이 제공되고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 1.0 내지 20.0%의 B, 또한, 0.1% 내지 20.0%의 Cr, 0.1 내지 15.0%의 Ni 및 0.1% 내지 15.0%의 Co 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 박의 두께가 3.0 내지 100μm인 것을 특징으로 하였다.
세 번째 발명의 제 3 양상에 따라서, 거기에는 산화분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박이 제공되고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 1.0 내지 20.0%의 B, 또한, 0.1% 내지 10.0%의 W, 0.1% 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1% 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 박의 두께가 3.0 내지 100μm인 것을 특징으로 하였다.
세 번째 발명의 제 4 양상에 따라서, 거기에는 산화분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박이 제공되고:
화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 1.0 내지 20.0%의 B, 또한, 0.1% 내지 20.0%의 Cr, 0.1% 내지 15.0%의 Ni, 0.1% 내지 15.0%의 Co 증 하나 이상, 및 추가적으로, 0.1% 내지 10.0%의 W, 0.1% 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1% 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 박의 두께가 3.0 내지 100μm인 것을 특징으로 하였다.
상기 세 번째 발명의 제 5 양상에 따라서, 거기에는 제 1 내지 제 4 양상 중의 어느 하나에 따라서 산화 분위기중에서 접합이 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박이 제공되고, 실질적으로 비정질 조직을 가지는 것을 특징으로 하였다.
다음과 같은 용어가 여기에 사용되었다.
"Fe기 재료"는 원자 퍼센트로 50% 이상 양의 Fe를 함유한 탄소강으로 만든 강 제품의 다양한 등급을 뜻한다.
"실질적인 비정질"은 50%이상의 결정학적 조직이 비정질임을 뜻한다.
"액체 확산 접합"은 확산 브레이징(brazing)을 포함하고 재료는 박을 이루는 상기 피접합재 사이에서 또는 분말 형태로 피접합재보다 낮은 융점 및 공정 성분을 가지는 합금을 삽입시키므로써, 또는 등온 응고 및 용융을 발생시키는 인서어트 합금의 액상선 바로 위 온도까지 이음부를 가열하고, 상기 재료를 압착하고, 도금하므로써 서로가 접합되는 접합방법을 뜻하고, 상기 용융은 완전한 용융으로 제한되지 않지만 50% 이상 용융을 포함한다. 상기 등온 응고는 특별한 성분이 액상에서 피접합재(모재)로 확산한 사실에 의해서 발생되고, 상기 액상의 화학성분은 고상선이 상기 액상의 온도로 도달되도록 하기 위해 변화된다.
"산화분위기"는 부피 퍼센트에서 0.1% 이상의 산소를 함유하고 10A-3atm 이상의 산소 분압을 가지는 분위기를 뜻하고, H2, H2S, 수증기, 또는 다른 환원가스를 함유한 것들을 포함하고. 그렇지만 0.1% 이상의 산소농도에 의해 제공된 산화력 평행을 가진다.
"융점"은 두 개 이상의 합금내에서, 만약 다른 상태가 아니라면, 상태도 위의 고상선을 뜻한다.
일본공개특허공보 제 2-151377호, 제 2-151378호, 제 2-185940호, 제 7-268521호 및 제 7-276066호 등에서 나타낸 것처럼 액상 확산 접합용 Ni기, V- 및 Si-함유 합금 박에 의해 얻어진 효과에 대해 주의를 기울인 본 발명은, Ni상에 나타난 것에 기인한 불균일한 미세조직 또는 접합의 열영향에 기인한 상기 접합된 재료의 특성의 악화 없이 발생한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 합금 박에 대한 다양한 연구가 행해졌고, 마침내 본 발명에 이르렀다.
세 개의 발명에 대하여 첫 번째는, 제 1 양상에 따라서, Fe기 합금 박은 불균일한 미세조직의 문제 발생을 방지하기 위하여 0.1%에서 15%까지의 제한된 양으로 Ni함량을 제어하므로써 상기 Fe기 모재와 같은 의미인 Fe기가 되도록 유지되고, 상기 Fe기 합금 박은 필수 성분으로 확산, 및 또한 융점이 낮은 P 및/또는 B, 융점이 낮은 Si, 및 산화피막의 영향을 최소화한 V을 함유한다.
제 2 양상에 따라서, Fe기 합금 박은 추가로 제 1 양상의 성분에 더해지는, 우선적으로 접합 이음의 상기 내부식성을 개선시키기 위하여 선택적으로 하나 이상의 Cr, Ni, 및 Co를 함유한다.
제 3 양상에 따라서, Fe기 합금 박은 추가로 제 1 양상의 성분에 더해지는, 우선적으로 접합 이음 강도를 개선시키기 위하여 선택적으로 하나 이상의 W, Nb, 및 Ti을 함유한다.
제 4 양상에 따라서, Fe기 합금 박은 제 2 양상과 제 3 양상의 성분, 즉, 접합 이음의 상기 내부식성을 개선시키기 위하여 하나 이상의 Cr, Ni, 및 Co, 및 동시에, 접합 이음 강도를 개선시키기 위하여 선택적으로 하나 이상의 W, Nb, 및 Ti을 선택적으로 함유한다.
상기 선택된 성분들은 접합 이음의 필요한 특성으로 상기 모재의 화학성분에 따라서 적당한 양으로 혼합되어 사용되고, B 및 P는 확산 성분으로 알려져 있다.
첫 번째 발명에 따라서, P는 저온(1000℃ 이하)에서 접합의 직접적인 실현화가 가능하고, 상기 모재(피접합재)에 대한 열 영향을 최소화하고, 및 상기 모재의 결정입자의 조대화로 인한 특성의 악화를 방지하기 때문에 확산 성분으로써 선택적으로 사용된다.
상기 첫 번째 발명은 모재, 또는 Fe기 재료가 열 영향으로 인한 결정립 조대화, Mo 함유강과 같이 재료의 특성을 악화시켰을 때 특히 유리하게 사용된다.
이러한 등급의 강들은 확산 성분으로써 단독으로 B 첨가를 사용하므로써 액상 확산 접합되었을 때 양호한 접합 이음을 제공하는 것이 어렵다.
상기 두 번째 발명은 확산 성분으로써 접합 시간을 상당히 감소시키는 매우 큰 확산 계수를 가지는 P와 비교해 볼때 선택적으로 B을 사용하고, 비록 상기 접합온도가 P보다 200℃ 높은 1050 내지 1300℃이지만, 접합 이음 강도를 상당히 개선시킨다.
상기 세 번째 발명은 결정립의 조대화 및 상기 접합 시간의 감소로 인한 상기 모재의 특성의 악화를 방지하기 위하여 상기 모재(피접합재)에 대하여 상당한 열 영향 없이 상승된 접합 온도가 좋은 영향을 미칠수 있도록 서로를 보충하기 위하여 확산 성분으로써 B 및 P를 사용한다.
상기 세 번째 발명은 확산 성분으로써 B 및 P를 혼합하여 사용하고 피접합재, 또는 결정립이 페라이트 조직, 베이나이트 조직, 또는 마르텐사이트 조직을 가지는 강과 같은, 상기 재료 특성을 악화시키는 열 영향으로 인한 조대화를 용이하게 하는 화학성분을 가진 Fe기 재료에 유리하게 적용될 수 있다.
확산 성분으로써 P가 단독으로 사용될 때, 접합은 단지 B가 적용되었을 때 필요한 시간보다 긴 시간을 필요로 하지만, B과 혼합되어 사용되면 상기 비정질상 형성 및 상기 합금 박의 제조시 단지 P가 적용되었을 때 필요한 상기 접합 시간에 관하여 상당한 감소를 허용하는 것을 용이하게 한다.
그러므로, 상기 세 번째 발명은 향상된 파괴강도를 가지는 접합 이음을 제공하기 위하여 넓은 변화의 강 등급을 포함한 Fe기 재료의 액상 확산 접합에 유리하게 적용될 수 있는 상기 합급 박의 제조에 용이하다.
본 발명은 아래에 기술된 것처럼 상기 양으로 및 상기 이유에 대한 합금 성분을 사용한다. 다음 설명은 만약 다른 방법으로 규정되어 있지 않다면, 보통 첫 번째 내지 세 번째 발명에 적용된다.
(1) Fe기( Fe함량은 원자 퍼센트로 50% 이상이다.)
접합 Fe기 재료용(원자 퍼센트로 50% 이상 Fe를 함유한 탄소강으로 만든 강 제품), Fe기 합금 박의 용도는 Ni기 인서어트 금속과 마주치므로써 Ni상의 개재물로 인한 불균일한 미세조직의 발생을 피하고, 상기 접합 시간을 감소시키고, 및 양호한 접합 강도를 쉽게 확보한다.
(2) 상기 P 함량은 1.0 내지 20.0%이다. ( 첫 번째 및 세 번째 발명)
P는 액상 확산 접합 성취에 대하여 필요한 상기 등온 응고를 실현시키기 위한 확산원자로써 및 상기 모재보다 적은 낮은 융점에 대한 성분으로써 중요한 역할을 가진다. 결국, P는 1.0% 이상의 양으로 함유되어야 한다. 그러나, 본 발명자들의 상세한 연구에 따라서, 만약 P가 20.0%보다 많은 양으로 나타나고 상기 모재가 Mo 및 Cr을 함유한다면, 5μm 또는 조대한 인화물들이 특히 상기 결정립계를 따라,상기 모재내에 형성되고, 상기 접합된 이음 강도를 악화시킨다. 따라서, 상기 P 함유는 1.0%에서 20.0%로 되어야 한다.
주의, 상기 세 번째 발명에서, 상기 P함량은 본 발명의 상기 모재, 상기 합금 박의 화학성분, 및 상기 접합된 이음에 필요한 특성과 같은 매계 변수에 따라서 상기 B함량에 관하여 고려되어졌다.
(3) 상기 B함량은 1.0 내지 20.0%로 되어야 한다.( 두 번째 및 세 번째 발명)
B은 액상 확산 접합 성취에 대하여 필요한 등온 응고를 실현시키기 위한 확산 성분으로써 및 상기 모재보다 적은 낮은 융점에 대한 성분으로써 중요한 역할을 담당한다. (세 번째 발명에서, B은 비절질상의 형성을 용이하게 하기 위하여 P와 함께 혼합되어 사용되었다.) 결국, B은 1.0% 이상의 양으로 함유되어야 한다. 그러나, 만약 상기 모재가 Mo 및 Cr을 함유한다면, 조대한 황화물들이 특히 상기 접합된 이음 부근, 상기 모재내에 형성되고, 상기 접합된 이음강도를 상당히 악화시킨다.
(4) 상기 Si함량은 1.0% 내지 20.0%로 되어야 한다.(첫 번째 및 두 번째 발명)
Si는 융점을 효율적으로 낮추고 비교적으로 많은 양의 V을 함유하므로써 발생되는 융점의 상승에 의해 연장된 필요한 접합 시간을 방지하기 위해 사용되었다. 상기 영향은 Si함량이 1.0%보다 적을 때는 중요하지 않다. 20.0%보다 많은 Si함량은 상기 강도 및 접합 이음의 인성을 악화시키는 산화분위기에서 액상 확산 접합시 상기 인서어트 금속내에 형성되는 Si함량 조대한 산화물이 종종 발생한다.
세 번째 발명에서는, 상기 Si함량은 1.0에서 10.0%로 되어야 한다. 상기 Si은 첫 번째 또는 두 번째 발명과 같은 효과를 제공한다. 10.0%보다 많은 Si함량은 상기 강도 및 접합 이음의 인성을 악화시키는 산화분위기에서 액상 확산 접합시 상기 인서어트 금속내에 형성되는 Si함량 조대한 산화물을 종종 발생시킨다.
(5) 상기 V함량은 0.1에서 20.0%로 되어야 한다. V은 낮은 융점(800℃부근의 융점)에서 복잡한 산화물 V2O5-Fe2O3을 나타내었을 때 산화피막 Fe2O3대신 모재의 표면위에 피막으로 형성된다. 상기 복잡한 산화피막은 접합 온도(900 내지 1200℃)에서 용융되고 상기 Fe기 재료와 상기 용융 인서어트 금속 사이에서 양호한 젖음성을 제공하기 위한 표면장력 차이로 인하여 액상내에서 구상화되어진다. 상기 확산 성분 P 및/또는 B은 표면 산화피막의 영향을 받는 것이 아니라 상기 구상화된 산화물사이를 자유롭게 확산한다. 그러므로, V은 산화분위기에서 액상 확산 접합을 실현시키기 위한 가장 중요한 필수적인 성분이다.
0.1%보다 적은 양은 상기 산화피막을 용융하기에 불충분하고 중요한 효과를 제공하지 못하고, 20.0%보다 많은 양은 액상 확산 접합이 실질적으로 불가능한 1300℃보다 높은 융점을 가지는 인서어트 금속을 발생시킨다.
(6) 상기 Cr함량은 0.1%에서 20.0%로 되어야 한다. Cr은 내부식 및 내산화성 개선의 우수한 효과를 가진다. 0.1%보다 적은 양은 실질적으로 효과를 제공하지 못하고, 20.0%보다 많은 양은 생산력의 악화를 발생시키는 합금 박의 융점을 극도로 상승시키고, 정제(精製) 상기 액상 확산 접합 온도는 극도로 높고 1400℃이상과 같은 특히 적절한 범위로부터 더욱 멀어진다.
(7) 상기 Ni함량은 0.1%에서 15.0%로 되어야한다. Ni은 내부식 및 내산화성 개선의 우수한 효과를 가진다. 0.1%보다 적은 양은 실질적으로 효과를 제공하지 못하고, 15%보다 많은 양은 Ni상의 개재물 때문에 균일한 미세조직을 방해하고, 또한 필요한 접합시간의 연장을 발생시키고 상기 접합 이음강도를 악화시킨다.
(8) 상기 Co 함량은 0.1%에서 15.0%로 되어야한다. Co는 내부식 및 내산화성 개선과 상기 강도를 더하는 우수한 효과를 가진다. 0.1%보다 적은 양은 실질적으로 효과를 제공하지 못하고, 15%보다 많은 양은 상기 접합 이음강도를 악화시키는 인서어트 금속내에서 조대한 금속간 화합물의 형성을 발생시킨다.
(9) 상기 W, Nb, 및 Ti 함량은 각각 0.1에서 10.0%로 되어야 한다.
W은 상기 접합 이음강도를 개선시킨다. 0.10%보다 적은 양은 실질적으로 효과를 제공하지 못하고, 10.0%보다 많은 양은 수지상정간 편석에 기인하는 조대한 리브(Laves)상의 석출을 야기시키고, 바람직하지 못하게 상기 강도를 낮게한다.
Nb은 탄화물, 질화물 또는 탄질화물로써 기지내에 분포될 때 상기 인성을 유리하게 개선시킨다. 0.10%보다 적은 양은 실질적으로 효과를 제공하지 못하고, 10.0%보다 많은 양은 상기 접합 이음 인성을 종종 중요하게 악화시키는 조대한 Fe-Nb 금속간 화합물의 형성을 발생시킨다.
Ti은 탄화물 또는 질화물로써 균일하게 분포되었을 때 상기 접합 이음 강도를 개선시키고, 상기 인성을 개선시킨다. 0.10%보다 적은 양은 실질적으로 효과를 제공하지 못하고, 10.0%보다 많은 양은 상기 접합 이음 인성을 상당히 악화시키는 조대한 금속간 화합물의 형성을 발생시킨다.
양호한 접합 이음을 제공하기 위해 상기의 화학성분을 가진 본 발명의 액상 확산 접합용 합금 박은 액상 확산 접합시 균일한 용융이 형성되어야한다.
만약 인서어트 금속은 화학성분이 불균일하고 편석 합금 요소을 포함한다면, 상기 융점은 균일한 접합 계면 또는 건전한 접합 이음을 제공하는데 있어 실패하는 일부 인서어트 금속사이에서 변하게 된다.
실제상의 합금 박이 불균일한 화학성분을 함유하고 편석의 합금 요소를 포함한 것을 고려하면 상기 합금 박은 우선적으로 비정질 조직을 가진다.
그러나, 이것은 상기 조직은 합금 박이 쉽게 얻어질 수 있는 균질한 화학성분을 가질 때 비정질이다라는 것이 필수가 아님을 알 수 있다.
상기 액상 확산 접합용 합금 박은 다양한 형태내에서 인서어트 금속으로 제공될 수있다.
상기 첫 번째 내지 세 번째 발명의 상기 제 1 내지 제 4 양상 중의 어느 하나에 따른 화학성분을 가진 합금은, 일례로, 용융 급냉 방법에 의해 비정질 합금 박으로 쉽게 생산 될 수 있다.
이것 때문에, 냉각기질로써 단일 냉각 롤(roll)을 사용한 단순한 단일 롤 방법은 상기 용융 급냉 방법중의 하나인 기본적인 제조과정으로 적절하게 사용되고, 합금 용융은 냉각기질위의 노즐을 통하여 분사되고, 열 접촉에 의하여 냉각 및 응고된다.
다른 적당한 방법으로는 드럼(drum)의 내부벽을 이용한 원심 급냉방법, 순환 벨트를 사용한 방법, 보조 롤을 사용한 방법 및 상기 롤 표면온도 제어용 장치, 또는 배출아래에서 주조, 진공내에서, 또는 불활성 가스내에서와 같은 이런 방법들의 변경형태를 포함한다. 한 쌍의 롤 사이에서 용융 금속을 급냉으로 응고시키기 위해 쏟아 붓는 투윈 롤(twin roll)방법이 또한 사용될 수 있다.
이것은 또한 합금이 진공 용해되고 잉곳(ingot)으로 주조 후 합금 박의 형태로 압연되고 보통 방법을 통해 어닐링되는 것이 가능하다,
이렇게 제조된 합금 박은, 3.0μm보다 적은 두께를 가진 합금 박이, 즉, 비록 얇은 합금 박은 상기 접합 이음부 근처에서 상기 재료의 기계적특성 변화가 적고 접합에 필요한 시간이 단축되고, 및 액상 확산 접합에 더욱 유리할지 모르지만, 모재의 표면위의 산화피막을 해롭게 하지 않는 V의 절대 양을 제공하는데 어렵기 때문에 3.0에서 100μm의 두께를 가져야 한다.
첫 번째 및 두 번째 발명에서, 100μm이상의 두께는 액상 확산 접합을 완성하기 위해 긴 시간(일례로, 10시간 이상)을 필요로 하고, 실질적으로 수용할 수 없다.
세 번째 발명에서, 상기 합금 박 두께의 상한 한계는 다음과 같은 이유에 있어서 200μm로 증가돨 수 있다.
P는 또한 합금 박의 융점을 효율적으로 낮게하고 B는 빠른 확산 성분이다. 이러한 성분들의 결합은 단독으로 B 첨가가 적용된 합금 박보다 낮은 융점을 가진 합금 박을 제공한다. 이 경우에서, 상기 접합 합금 박과 상기 모재( 합금 박에서 용해되지 않은 모재)사이에서 발생한 반응은 상기 접합 합금 박의 희석도를 증가시키는 결과를 초래한다. 물론, 같은 경우가 단지 P첨가인 합금 박에서도 발생한다.
만약 상기 희석도가 커지면, 확산되기 위한 양(등온 응고를 완성하기 위해 필요한 확산 양)은 비교적으로 감소된다. 따라서, 비록 상기 접합 금속 영역이 큰 폭을 가질지 모르지만, 등온 응고는 단지 P첨가의 경우보다 넓은 영역에서 실제적으로 더욱더 빠르게 완성된다. 1150℃에서 접합은, 상기 실제 접합 시간이 도 19에서 나타낸 것 처럼 상기 접합 이음 강도에 관계되기 때문에, 상기 결합된 P 및 B첨가는 상기 접합 이음 강도의 관점으로부터 약 두배 이상으로 상기 접합 합금박 두께의 상한 한계를 완화한다.
상기 설명을 단순화하기 위해, 접합시 우세할 것으로 기대된 상기 반응 상태도는 단독 P첨가, 단독 B첨가와 결합된 P 및 B첨가사이에서 두드러지게 변한다.
비록 본 발명이 액상 확산 접합용 합금으로 관계될지 모르지만, 이것은 대기중에서 접합이 가능하고 또한 확산 브레이징에 적용된다.
실시예 1
첫 번째 발명에 따른 액상 확산 접합용 합금은 Fe기 재료의 액상 확산 접합을 이행하는 데 사용하였다. 사용 조건과 얻어진 결과를 비교 샘플과 함께 다음 표들과 첨부된 도면들을 참고로 하여 기술하고자 한다.
첫 번째 발명의 제 1 내지 제 4 양상 중의 어느 하나의 화학성분을 가지는 합금의 약 100g은 실질적으로 비정질 결정학적 조직을 갖는 폭 2 내지 215mm, 두께 3.0 내지 100㎛의 합금박 형태로 단일 롤 방법(300mm 직경의 Cu 냉각 롤)에 의해 급냉되었다.
상기 냉각 롤의 원주 속도는 5.0 내지 15.0m/s를 유지하였다.
다음 표 1(표 1-1∼1-8)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 모든 합금 박은 Fe기 화학 성분(원자%)을 함유하는데, 열거한 성분들의 총량과 100% 사이에서의 차는 Fe와 불가피한 불순물들의 양의 합이 된다.
다음 표 2는 비교 합금의 화학 성분(원자%)을 나타내는 것인데, 역시 Fe-기 및 열거된 성분들의 총량과 100% 사이에서의 차는 Fe와 불가피한 불순물들의 양의 합이 된다. 다음 표 2의 비교 합금 박은 표 1의 본 발명 합금 박과 동일한 방식으로 제조하였다.
액상 확산 접합을 첫 번째 본 발명의 제 1 내지 제 4 양상 중의 어느 한 가지를 만족시키는 다음 표 1의 합금박 No.1∼199(이하, "본 발명 인서어트 금속"이라 함)와 다음 표 2의 비교 합금박 No.200∼212(이하, "비교 인서어트 금속"이라 하며 종래의 인서어트 금속들을 포함함)를 이용하여 수행하였다.
본 발명 인서어트 금속들은 실질적으로 두께 3 내지 100㎛와 직경 20mm이였으며, 비교 인서어트 금속들은 두께 5.16 내지 133.74㎛와 직경 20mm이였고, 모재는 Fe-기 재료(JIS STK400)이고, 인서어트 금속들은 다음 표 1에 나타낸 바와 같은 모재의 2 개의 환봉강(직경 20mm)들 사이로 삽입되었다.
도 1은 액상 확산 접합용 합금이나 인서어트 금속 2 및 피접합재 1, 환봉강 1을 도시한 것이다.
액상 확산 접합은 대기중에서 합금박의 융점을 약간 초과하는 온도에서부터 융점에 50℃를 더한 온도까지의 접합 온도로 유효한 950 내지 1000℃의 목표 온도의 대용량 가열로에서 수행하였다.
상기 모재 1과 인서어트 금속 2를 그들 사이의 우수한 접촉성을 확보할 수 있도록 2 메가파스칼(MPa)의 압력으로 압착시켰다.
모든 경우에서, 접합 시간은 10min였으며, 이후의 열처리는 상기 접합 재료의 강도, 내부식성 및 인성을 확보할 수 있도록 단독으로 또는 합동으로 수행되었으며, 상기 열처리에는 뜨임, 뜨임이외에 풀림, 풀림이외에 뜨임, 냉각-경화법이외에 풀림과 추가 뜨임이 포함되었다.
이같은 열처리 중 그 어떤 것을 수행하는 동안에, 피접합재사이의 성분들의 상호 확산이 진행되어 접합 이음은 균일하게 되었으며, 석출물의 실질적인 형성, 증가 또는 성장이 본 발명 인서어트 금속에서는 관찰되지 않았다.
그 후에, JIS No.2 서브사이즈(subsize) 환봉강 인장시험은 비접합 영역의 %가 본 발명의 인서어트 금속들과 접합된 모든 시편에서 0%인 결과를 갖는 접합 이음의 음감쇠를 측정하기 위해 수행되었다.
도 2에 나타낸 바와 같은 방식으로, 도 3에 나타낸 바와 같은 형상을 갖는 JIS No. A2 시편이 환봉강으로부터 봉 축의 방향으로 가공된 후에, 상온에서 인장시험을 수행하여 접합 이음 파괴 강도를 측정하였다.
접합 이음의 인장 파괴 강도가 모재, 두께, 주변 환경 등에 의해 결정되었으며, 이같은 일예에서, 필요한 최소 강도를 실재적인 한계로부터 400MPa로 설정되고 접합 이음은 파괴 강도가 이 수치를 초과할 경우에 발생하는 소리로 판단되었다. 이 실험 결과들 역시 다음 표 1과 2에 나타내었다.
표 1로부터 본 발명에 의한 합금박을 이용한 액상 확산 접합에 의해 얻어진 접합 이음들 모두가 400MPa의 목표 단계보다 큰 강도를 포함하는 매우 우수한 접합 이음 강도를 나타내었음을 알 수 있다.
이와는 반대로, 본 발명의 범위를 만족시키지 않는 비교 합금박을 이용한 액상 확산 접합에 의해 얻어진 접합 이음 모두는 목표 단계 400MPa보다 작은 접합 이음 강도를 나타내었으며, 이는 실재적으로 허용되지 않는 것이라는 것을 알 수 있다. 개별적인 결과들을 다음에 기술할 것이다.
도 4 내지 7은 본 발명에 의한 액상 확산 접합용 합금 박의 두께 또는 특정 성분들과 접합 이음 파괴 강도(MPa로 표시) 사이의 상관 관계를 도시한 것이며, 도 8은 열 영향부(모재)의 인성을 도시한 것이다.
도 4는 접합 이음 파괴 강도에 대한 인서어트 금속의 V 농도의 영향을 나타낸 것이다. V 농도가 원자% 단위로 0.1% 미만인 경우에는 모재상의 산화피막이 완전하게 손상없이 제공될 수가 없고 접합 이음 강도가 작고, 이와 반대로, 원자% 단위로 0.1 내지 20.0%의 범위에서는 접합 이음 파괴 강도가 모재의 것 이상인데, 이는 V가 산화피막을 손상없이 제공하는 데 유효하게 작용한다는 것을 의미하는 것이다. 하지만, V 농도가 원자% 단위로 20%를 초과할 경우에는, 인서어트 금속은 접합 시간의 단축과 접합 이음 파괴 강도의 저하를 초래하게 되는 한층 높은 융점을 갖는다.
도 5는 마찬가지로 Si 함량과 접합 이음 파괴 강도 사이의 상관 관계를 나타낸 것이다. 접합 이음 파괴 강도는 Si 함량이 5.0% 미만, 특히 1.0% 미만인 경우나 Si 함량이 20.0%를 초과하는 경우에 감소되는 반면에, 1.0∼20.0%의 Si 함량에서는 접합 이음 파괴 강도가 증가되는 것이 보장된다.
도 6은 P 함량과 접합 이음 파괴 강도 사이의 상관 관계를 나타낸 것이다. 접합 이음 파괴 강도는 P 함량이 1.0% 미만이여서, 인서어트 금속이 높은 융점을 갖는 경우나 P 함량이 20.0%를 초과하여 금속간 화합물이 접합 계면 가까이에서 형성되는 경우에 감소된다. 1.0 내지 20.0%의 P 함량에서는 접합 이음의 파괴 강도가 증가되는 것이 보장된다.
도 7은 인서어트 금속 두께와 접합 이음 파괴 강도 사이의 상관 관계를 나타낸 것인데, 이를 통해 두께가 100㎛를 초과하는 박막들은 접합 이음의 파괴 강도를 우수하게 제공하지 못한다는 것을 알 수 있다.
도 8은 B를 확산 원소로서 사용한 경우와 비교하여 P를 확산 원소로서 사용한 경우에 접합 이음부 근처에서 모재의 0℃ 인성을 나타낸 것이다. 실험 조건은 다음 표 3과 4에 간략하게 나타내었다.
다음 도 8 및 표 3과 4로부터, P를 확산 원소로서 사용할 경우에, 접합 시간은 B를 확산 원소로서 사용할 경우에 필요한 시간보다 현저히 길어지지만, 접합 온도가 1000℃ 미만으로 낮아져서 모재(피접합재)에 대한 열 영향이 최소화됨으로써 접합 이음 근처에서의 모재의 인성이 향상된다는 것을 알 수 있다.
다음에서 인성이라 함은 모재(STK400)의 열 영향부에서 결정립의 조대화의 평가와 같은 접합 환봉강 샘플로부터 가공된 JIS No.4 샤피 충격 시험편을 이용하여 충격 시험을 실시함으로써 측정된 것인데, 일반 구조용 재료를 참조로 한 평가로서 흔히 사용되는 인성 한계치는 50J로 결정되었다.
표 2는 본 발명의 합금박과 비교하기 위한 비교 샘플들에 대해 측정된 접합 이음 안장 파괴 강도와 화학 성분을 나타낸 것이다.
표 2를 통해서는, 비교 샘플 No.200이 P를 불충분한 양으로 함유함으로써 융점이 1300℃를 초과하여 명백히 작은 파괴 강도를 초래하고, 비교 샘플 No.201이 P를 과량으로 함유함으로써 접합 이음 부근에 조대한 금속간 화합물들이 형성되어 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다는 것을 알 수 있다.
비교 샘플 No.202가 Si를 불충분한 양으로 함유함으로써 접합 이음 파괴 강도가 현저히 저하되는 결과를 수반하고, 비교 샘플 No.203이 Si를 과량으로 함유함으로써 접합 동안에 인서어트 금속내에 조대한 SiO2-기 산화물들이 형성되어 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다.
비교 샘플 No. 204가 V를 불충분한 양으로 함유함으로써 모재 표면에 형성된 산화피막이 손상없이 완전하게 제공되지 않고, 접합 이음 강도가 작게 되며, 비교 샘플 No. 205가 V를 과량으로 함유함으로써 인서어트 금속의 융점이 매우 높고 액상 확산 접합이 완전하게 영향을 받지 못해 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다.
비교 샘플 No. 206은 다량의 Cr을 함유함으로써 융점이 매우 높고 액상 확산 접합은 접합 이음 파괴 강도를 현저히 저하시키는 데 완전하게 영향을 받지 못하고, 비교 샘플 No.207은 다량의 Ni를 함유함으로써 Ni상이 Fe 상에서 개재물을 형성하여 미세 구조가 불균일하게 되도록 하고, 인성을 낮추며, 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다.
비교 샘플 No.208은 Co를 과량으로 함유함으로써 조대한 금속간 화합물이 형성되어 인성을 감소시키고 접합 이음 파괴 강도를 저하시키며, 비교 샘플 No.209는 과량의 W를 함유함으로써 조대한 금속간 화합물들을 형성하여 인성을 감소시키고, 그로 인해 접합 이음 파괴 강도를 저하시키고, 비교 샘플 No.210은 과량의 Nb를 함유함으로써 조대한 Fe-Nb-기 금속간 화합물들이 석출되어 부서지기 쉽게 되고 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다.
비교 샘플 No.211은 과량의 Ti를 함유함으로써 조대한 금속간 화합물들이 다량으로 형성되어 인성과 접합 이음 파괴 강도를 저하시키며, 비교 샘플 No. 212는 매우 큰 박막 두께를 가짐으로써 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 특정적인 요건을 부분적으로 만족시키지만 완전히 만족시키지는 않는 비교 인서어트 금속들을 이용하는 액상 확산 접합에 의해서는, 목표로 하는 접합 이음 파괴 강도 400MPa가 달성될 수 없다.
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
1 6.45 11.31 9.32 46 Air 496.61
2 6.70 18.37 3.40 71 Air 467.01
3 16.83 5.07 7.24 12 Air 486.19
4 8.66 1.11 17.92 12 Air 539.61
5 11.12 3.47 6.58 78 Air 482.89
6 9.73 14.83 11.35 42 Air 506.76
7 16.10 2.60 19.50 8 Air 547.50
8 10.83 19.21 8.13 44 Air 490.66
9 11.42 8.96 19.84 7 Air 549.22
10 2.14 6.31 15.03 29 Air 525.16
11 11.59 9.53 13.04 10.15 36 Air 515.18
12 15.31 16.79 14.24 10.85 45 Air 521.22
13 15.02 1.20 18.54 4.46 32 Air 542.68
14 13.26 3.07 16.56 5.57 89 Air 532.80
15 13.94 4.39 2.03 0.86 18 Air 460.15
16 1.48 18.82 7.65 9.99 98 Air 488.25
17 1.45 12.69 5.67 1.57 88 Air 478.36
18 10.52 9.20 14.76 14.51 62 Air 523.82
19 1.38 9.12 12.78 2.28 50 Air 513.92
20 11.40 10.12 3.03 15.06 2.14 20 Air 465.13
21 18.41 15.89 6.92 3.41 5.44 94 Air 484.62
22 16.28 13.34 17.93 18.13 10.99 64 Air 539.67
23 4.58 9.21 0.28 11.20 3.09 60 Air 451.41
24 7.14 2.06 7.42 2.49 13.85 92 Air 487.08
25 8.75 5.29 16.12 13.85 10.54 59 Air 530.62
26 11.11 7.96 17.15 4.78 0.20 43 Air 535.77
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
27 2.64 15.83 12.99 5.27 4.52 42 Air 514.97
28 1.71 13.02 7.31 15.57 6.41 11 Air 486.53
29 4.15 12.15 7.05 10.67 12.48 14.79 70 Air 485.23
30 4.08 5.76 2.90 10.59 2.10 5.82 45 Air 464.49
31 13.13 3.94 11.11 17.26 5.18 2.68 76 Air 505.53
32 18.33 18.46 4.33 6.49 42 Air 536.61
33 8.58 12.66 18.98 2.83 52 Air 573.14
34 4.14 3.27 1.58 7.92 37 Air 537.08
35 8.54 3.96 .76 8.04 75 Air 540.07
36 13.96 2.59 11.28 3.95 66 Air 534.02
37 3.64 3.13 14.70 2.54 84 Air 541.27
38 8.42 11.98 3.23 7.68 34 Air 527.57
39 17.78 15.85 6.47 9.06 34 Air 554.85
40 3.78 4.85 10.26 8.18 77 Air 566.76
41 1.64 12.39 9.17 5.83 1.14 39 Air 562.09
42 10.50 5.61 1.31 3.64 1.49 16 Air 503.37
43 5.89 18.61 10.74 1.93 7.38 93 Air 574.64
44 14.76 16.80 17.36 0.30 7.98 39 Air 602.71
45 3.12 13.17 13.21 6.51 9.50 64 Air 637.66
46 14.99 12.07 12.22 4.57 0.40 11 Air 546.26
47 17.74 13.98 4.47 5.31 3.44 85 Air 552.97
48 15.48 16.75 13.19 3.91 1.52 69 Air 567.28
49 6.48 14.56 18.35 1.04 4.05 36 Air 584.57
50 9.96 12.11 15.39 7.62 9.20 3.73 75 Air 697.45
51 10.75 11.00 19.76 4.47 2.04 6.51 9 Air 659.83
52 7.24 17.86 3.65 6.78 8.59 2.69 19 Air 617.79
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
53 8.59 5.81 4.39 12.28 7.68 84 Air 548.82
54 11.34 10.92 17.78 10.31 3.73 88 Air 576.02
55 9.73 17.71 9.66 13.60 4.87 100 Air 547.02
56 1.93 2.53 12.22 15.83 9.60 4 Air 578.28
57 8.39 7.06 16.64 5.35 4.71 36 Air 587.17
58 12.47 1.29 8.49 13.00 4.29 49 Air 522.49
59 15.72 16.35 10.45 1.07 8.27 62 Air 568.46
60 5.64 11.09 14.93 0.71 4.78 92 Air 562.87
61 17.70 8.58 0.93 12.59 6.18 15 Air 504.05
62 15.75 15.61 16.11 8.31 2.78 6.95 36 Air 606.90
63 11.52 10.34 15.68 3.41 4.57 4.39 69 Air 604.89
64 6.12 11.09 15.54 17.31 0.99 8.49 43 Air 597.05
65 18.70 6.62 18.67 2.99 9.65 7.86 24 Air 673.76
66 14.90 18.10 12.66 2.94 6.23 .53 5 Air 633.11
67 6.94 18.73 12.48 16.74 7.35 5.64 96 Air 608.91
68 5.21 6.35 3.34 18.21 2.71 4.67 12 Air 531.20
69 8.99 18.98 15.59 8.75 4.92 6.26 59 Air 627.20
70 14.09 2.33 16.37 17.92 8.59 9.97 92 Air 697.53
71 15.20 18.74 0.85 7.72 2.56 8.83 3.91 93 Air 572.89
72 10.31 14.41 10.84 3.42 5.77 8.79 0.79 20 Air 629.66
73 18.39 6.89 7.87 5.14 7.33 1.54 5.16 4 Air 614.76
74 3.53 3.89 11.80 10.86 7.96 75 Air 588.64
75 6.55 17.16 13.02 5.55 6.54 88 Air 580.44
76 13.44 10.48 7.19 5.82 7.69 42 Air 562.83
77 1.51 15.84 4.76 13.55 2.86 72 Air 493.79
78 4.88 9.39 3.63 11.68 4.49 88 Air 499.57
79 12.56 9.21 0.73 4.61 5.29 41 Air 490.72
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
80 10.33 8.21 2.16 1.70 4.96 49 Air 500.47
81 6.83 7.17 3.69 4.12 2.00 70 Air 484.45
82 16.73 13.44 6.40 5.55 5.64 15 Air 527.15
83 2.59 9.72 7.34 0.30 4.60 2.44 27 Air 549.79
84 2.98 4.80 3.73 12.48 7.93 0.62 18 Air 552.34
85 11.74 17.14 0.31 8.82 1.98 4.71 9 Air 504.33
86 3.57 11.17 15.91 8.35 2.36 7.75 48 Air 608.05
87 10.44 4.63 18.55 14.48 5.36 0.73 28 Air 586.18
88 17.69 13.60 4.01 10.07 9.77 1.95 10 Air 554.00
89 11.60 2.55 3.48 8.57 5.88 3.14 34 Air 551.36
90 14.37 4.67 7.94 2.29 3.75 0.85 48 Air 534.01
91 9.76 2.74 4.03 2.75 5.00 6.13 49 Air 569.14
92 13.73 4.33 15.40 7.86 2.84 4.90 4.11 83 Air 622.53
93 16.82 16.18 9.08 13.76 0.89 1.33 0.88 36 Air 520.59
94 8.40 15.81 18.61 12.44 6.78 7.40 0.71 38 Air 675.28
95 5.34 19.58 8.07 5.86 6.83 54 Air 558.62
96 14.01 6.53 9.63 10.37 8.48 50 Air 582.95
97 17.80 16.69 9.99 5.16 2.97 11 Air 529.69
98 6.06 7.90 10.90 13.90 5.26 96 Air 541.31
99 15.79 13.26 8.65 14.09 5.32 34 Air 530.43
100 19.95 1.47 14.47 3.14 3.55 42 Air 547.25
101 4.09 6.88 8.01 9.18 1.25 73 Air 500.06
102 7.55 12.68 5.18 3.50 3.71 8 Air 505.60
103 16.47 13.03 12.84 11.69 8.53 49 Air 582.40
104 12.83 1.70 12.04 1.83 7.60 5.85 58 Air 627.19
105 8.54 1.72 6.91 0.41 7.06 5.25 55 Air 591.89
106 15.52 6.94 5.75 11.21 4.36 1.62 55 Air 533.67
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
107 15.00 8.97 7.41 8.26 7.19 0.64 17 Air 542.44
108 12.20 1.60 15.71 4.31 4.08 7.06 10 Air 613.61
109 14.60 10.36 7.22 9.90 2.82 5.52 88 Air 550.03
110 2.06 11.24 9.67 4.82 1.55 3.40 87 Air 541.03
111 11.51 10.60 11.33 6.84 0.32 0.71 34 Air 515.50
112 13.25 7.16 12.79 13.78 6.05 2.92 91 Air 597.80
113 3.00 4.21 19.57 13.02 0.65 3.05 7.62 96 Air 636.64
114 13.38 19.92 7.21 11.56 0.77 7.26 5.39 42 Air 587.71
115 13.16 19.50 4.48 13.77 2.85 2.95 7.43 36 Air 588.97
116 1.33 2.51 10.01 18.87 1.34 0.76 52 Air 507.59
117 13.49 3.32 8.69 13.38 11.03 9.43 29 Air 587.69
118 4.21 9.14 18.48 11.25 11.72 0.15 16 Air 543.89
119 12.23 2.54 5.92 8.09 7.66 4.25 40 Air 509.36
120 4.03 12.19 16.07 18.18 11.81 9.14 72 Air 594.33
121 13.18 14.64 11.71 7.46 10.34 5.37 57 Air 546.12
122 17.43 13.73 16.10 18.52 13.48 5.97 30 Air 578.25
123 19.33 1.43 1.03 6.22 14.01 8.89 91 Air 526.29
124 7.86 15.75 17.13 5.78 14.07 3.39 36 Air 562.78
125 7.46 3.39 7.95 18.02 6.38 5.94 7.47 38 Air 601.48
126 13.26 8.04 7.64 19.45 9.10 9.44 7.70 73 Air 636.50
127 15.78 8.83 4.82 10.11 14.65 3.10 0.94 44 Air 511.64
128 1.33 5.12 15.17 11.54 13.53 8.13 5.68 36 Air 628.22
129 17.17 17.46 19.85 10.20 8.08 9.03 9.48 22 Air 688.23
130 17.73 6.74 13.43 12.96 6.24 5.23 6.08 54 Air 602.34
131 5.38 9.74 17.44 11.44 2.22 2.74 1.23 39 Air 574.40
132 7.24 19.32 4.51 4.28 12.90 2.22 7.52 98 Air 554.95
133 3.19 7.87 6.70 9.42 12.03 7.06 8.42 97 Air 621.46
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
134 5.78 10.02 5012 4.67 9043 1072 0.43 3.79 63 Air 526.24
135 7.28 14.37 8084 9.14 1.81 8.41 6.63 3.95 49 Air 656.26
136 13.31 11.97 9049 17.53 0.30 6.51 6.46 7.41 30 Air 667.02
137 5.45 11.22 8052 5.81 2.63 2.61 46 Air 518.67
138 8.17 10.96 11065 2.92 8.78 6.27 6 Air 570.89
139 17.52 2.11 9037 2.41 12.35 6.13 43 Air 558.15
140 13.17 8.95 16.05 6.34 3.63 9.88 80 Air 599.39
141 18.61 4.71 4.63 2.67 7.13 0.33 30 Air 475.45
142 13.02 7.81 3.01 5.75 13.39 5.41 61 Air 502.93
143 3.99 4.49 2.60 6.72 10.07 3.74 17 Air 492.97
144 19.34 15.06 7.40 8.23 14.03 2.57 17 Air 507.55
145 14.96 16.51 5.69 10.49 9.72 1.25 40 Air 488.43
146 2.87 19.69 4.03 7.23 1.43 8.52 6.38 84 Air 599.98
147 10.39 10.90 11.25 9.47 9.16 8.57 1.45 11 Air 602.14
148 10.74 16.91 8.58 2.81 0.26 9.75 1.36 42 Air 599.91
149 1.98 17.40 12.19 5.61 12.81 9.77 2.35 18 Air 598.13
150 13.52 2.74 6.96 6.58 7.59 6.64 0.43 55 Air 534.78
151 9.05 18.42 14.45 7.43 9.38 9.72 2.19 61 Air 607.80
152 17.53 13.61 8.44 1.36 7.62 9.90 2.78 43 Air 613.40
153 11.09 19.48 11.90 14.55 13.55 1.00 4.86 13 Air 558.35
154 11.81 13.80 18.39 11.67 11.77 8.32 7.30 13 Air 683.58
155 4.23 5.41 12.96 6.21 1.69 8.53 6.26 2.34 92 Air 662.61
156 6.07 2.19 16.64 7.83 7.18 6.97 1.62 6.02 32 Air 662.42
157 15.37 10.39 17.69 6.44 7.73 8.08 7.79 1.84 11 Air 688.54
158 4.68 16.62 12.50 1.44 6.33 7.84 86 Air 590.93
159 18.95 7.37 1.09 4.63 10.50 2.69 72 Air 482.30
160 16.54 3.87 18.32 9.21 11.55 4.70 72 Air 588.62
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
161 1.20 8.43 13.41 16.22 2.87 2.18 23 Air 532.34
162 11.60 3.37 2.03 13.67 11.98 6.18 52 Air 503.46
163 2.97 4.49 11.16 18.15 8.00 5.59 57 Air 544.92
164 1.13 8.43 15.17 1.35 5.20 5.17 10 Air 567.25
165 15.49 18.46 0.63 1.19 7.02 8.75 53 Air 523.17
166 19.71 4.24 4.43 8.78 2.20 2.32 56 Air 490.74
167 7.02 17.66 15.77 8.95 1.95 8.17 6.59 80 Air 656.63
168 8.05 4.28 2.61 11.28 14.44 5.51 6.61 94 Air 564.37
169 10.16 1.91 8.28 8.32 13.43 1.62 3.23 78 Air 530.24
170 5.06 11.41 19.83 9.29 7.12 3.54 7.24 88 Air 631.90
171 11.69 17.39 14.58 13.78 7.15 2.66 1.58 46 Air 554.17
172 19.48 18.72 8.98 3.06 10.70 1.67 6.99 80 Air 562.51
173 15.93 9.08 13.17 7.39 14.89 0.52 2.40 48 Air 540.19
174 14.73 7.83 14.99 5.31 4.70 9.10 8.84 50 Air 686.73
175 10.11 11.04 13.99 12.00 5.63 2.95 9.33 61 Air 624.04
176 7.78 1.12 0.12 16.10 13.78 0.86 4.29 4.66 84 Air 526.51
177 17.44 18.76 11.90 0.12 1.37 1.28 3.23 4.33 35 Air 579.53
178 6.07 15.58 10.90 19.19 2.85 7.72 3.10 9.74 56 Air 681.26
179 16.21 1.98 17.51 12.73 13.91 10.33 0.24 77 Air 539.92
180 5.18 10.43 16.13 10.82 11.85 8.30 9.35 99 Air 624.17
181 6.51 4.35 9.36 10.18 10.19 2.24 9.94 26 Air 596.19
182 17.60 4.14 16.75 9.75 9.81 4.55 5.83 32 Air 574.80
183 4.66 12.40 3.83 18.19 12.65 14.57 2.73 18 Air 488.26
184 11.43 2.74 4.01 15.41 10.17 2.14 5.84 4 Air 510.94
185 9.11 16.74 15.68 12.37 12.99 1.17 6.59 85 Air 581.14
186 2.29 13.27 2.27 0.37 7.78 4.04 6.88 82 Air 516.41
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
187 5.34 18.75 3.78 2.67 1.48 8.68 1.29 75 Air 479.17
188 9.73 3.15 0.38 4.10 6.75 4.57 4.27 6016 54 Air 537.75
189 3.82 5.34 17.04 14.01 3.14 5.09 8.09 4.97 8 Air 650.92
190 16.82 16.76 0.62 4.40 14.92 3.25 4.21 6.46 59 Air 540.37
191 3.05 2.77 9.68 4.07 3.64 12.75 5.03 5045 71 Air 577.24
192 13.95 11.41 15.74 5.89 7.96 4.11 3.26 9.35 26 Air 626.37
193 5.36 6.45 6.55 15.93 6.64 0.90 2.98 0.76 30 Air 509.68
194 10.49 12.52 12.83 13.94 9.29 2.78 5.68 9.35 95 Air 645.74
195 12.15 4.67 5.17 4.75 8.38 4.16 5.05 6.03 88 Air 574.54
196 16.27 16.19 0.16 2.21 5.60 11.48 7.46 1.06 56 Air 533.89
197 15.86 19.87 19.14 8.84 10.14 9.87 8.13 8.44 0.87 89 Air 693.00
198 7.16 4.17 12.15 19.44 5.27 3.82 8.60 7.45 5.11 44 Air 689.74
199 17.38 11.38 14.02 8.49 14.61 1.27 3.37 8.18 9.79 82 Air 689.42
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
200 0.31 13.64 10.02 12.33 Air 0.05
201 24.97 6.80 14.24 21.30 Air 179.06
202 17.42 0.04 17.01 78.35 Air 0.31
203 12.53 28.16 4.62 5.16 Air 327.19
204 13.09 7.95 0.05 69.57 Air 0.02
205 14.09 17.55 22.95 24.15 Air 341.91
206 5.78 10.44 10.91 23.15 64.65 Air 123.71
207 5.14 6.90 8.07 19.93 40.54 Air 117.93
208 9.65 14.36 1.07 18.71 42.86 Air 198.49
209 4.86 15.47 19.18 14.52 90.92 Air 145.05
210 1.86 19.78 18.05 16.17 11.11 Air 180.77
211 2.40 9.99 13.40 11.21 1.57 2.95 14.44 84.27 Air 214.24
212 15.51 6.32 13.93 8.15 6.16 133.74 Air 258.07
30㎛ 두께 인서어트 금속의 화학성분(단위: at%)
B P Si V Fe
B-형 인서어트 금속 8.0 5.0 8.0 기재
P-형 인서어트 금속 8.0 5.0 8.0 기재
모재의 화학 성분은 STK400에 따른다.
접합 온도, 버팅(butting) 응력 및 접합 시간
온도 (℃) 응력 (MPa) 시간 (sec)
B-형 인서어트 금속 8.0 5.0
P-형 인서어트 금속 8.0 5.0
첫 번째 본 발명에 있어서는, 다양한 종류의 Fe-기 재료들(강판, 강관, 강대, 봉강 등)의 액상 확산 접합이 산화분위기에서 저온으로 수행되어 상기 모재(피접합재)에 대한 열 영향을 감소시킬 수 있고, 큰 파괴 강도를 가진 접합 이음을 제공할 수 있으며, 이로써 액상 확산 접합의 장점이 Fe-기 재료들의 접합에 이용될 수 있고, 접합 시간이 다른 접합 방법에서 필요한 것보다 단축됨으로써 접합 작업 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
실시예 2
두 번째 본 발명에 의한 액상 확산 접합용 합금은 Fe-기 재료의 액상 확산 접합을 수행하는 데 이용되었다. 사용 조건과 얻어진 결과들을 다음 표들과 도면을 참고로 하여 비교 샘플의 경우와 함께 기술하고자 한다.
첫 번째 본 발명의 제 1 내지 4 양상 중 어느 한 가지의 화학 성분을 갖는 합금 약 100g을 단일 롤 방법에 의해 급냉시켜서 실질적으로 비정질 결정학적 조직을 갖는 폭 2 내지 215mm, 두께 3.0 내지 100㎛의 합금박을 제조하였다.
냉각 롤의 원주 속도는 약 5.0∼15.0m/s이였다.
다음 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 모든 합금박은 Fe-기 화학성분(원자%)을 갖는데, 열거된 성분들의 총량과 100% 사이의 차는 Fe와 불가피한 불순물의 양의 합을 나타낸다.
다음 표 6은 비교 합금의 화학 성분(원자%)을 나타내는데, 역시 Fe-기로 된 것이며 나열된 성분들의 총량과 100% 사이의 차는 Fe와 불가피한 불순물의 양의 합을 나타낸 것이다. 다음 표 6의 비교 합금박은 표 5의 본 발명의 합금박과 동일한 방법으로 제조되었다.
액상 확산 접합을 본 발명의 제 1 내지 제 4 양상 중의 어느 한 가지를 만족시키는 다음 표 5의 합금박 No.1 내지 199(이하, "본 발명 인서어트 금속"이라 함)와 다음 표 6의 비교 합금박 No.200 내지 212(이하, "비교 인서어트 금속"이라 하며, 종래 인서어트 금속들을 포함함)를 사용하여 수행하였다.
본 발명의 인서어트 금속들은 두께 3 내지 100㎛, 직경 20mm이였으며, 비교 인서어트 금속들은 두께 7.67 내지 234.10㎛, 직경 20mm이였고, 모재는 Fe-기 재료(JIS STK400)이였으며, 인서어트 금속들은 도 1에 나타낸 바와 같은 모재의 2 개의 환 봉강(직경 20mm) 사이로 삽입되었다.
도 1은 액상 확산 접합용 합금이나 인서어트 금속 2, 피접합재 1 및 환봉강 1을 도시한 것이다.
액상 확산 접합을 대기중에서 합금박의 융점을 막 초과하는 온도에서 융점에 50 ℃를 추가한 온도까지의 접합 온도로 유효하게 1050 내지 1300 ℃의 목표 온도의 대용량 가열로에서 수행하였다.
모재 1과 인서어트 금속 2를 2 메가파스칼(MPa)로 함께 압착시켜 그들 사이의 우수한 접촉성을 확보하였다.
접합 시간은 모든 경우에서 10min이였으며, 후속 열처리는 단독으로 또는 합동으로 수행하여 접합 물질의 강도, 내부식성 및 인성을 보장하였으며, 열처리에는 뜨임, 뜨임이외에 풀림, 풀림이외에 뜨임, 냉각-경화이외에 풀림 추가 뜨임이 포함되었다.
이같은 열처리 중 그 어떠한 것을 수행하는 동안에 피접합재사이의 성분의 상호 확산이 진행되어 접합 이음이 균일화되었으나, 본 발명의 인서어트 금속에서는 석출물의 실질적인 형성, 증가 또는 성장이 관찰되지 않았다.
그 후에, JIS No.2 서브사이즈 환봉강 인장시험을 비접합 영역의 %가 본 발명의 인서어트 금속들과 접합된 모든 시편에서 0%인 결과를 갖는 접합 이음의 음감쇠를 측정하도록 하여 수행하였다.
도 2에 나타낸 바와 같은 방식으로, 도 3에 나타낸 바와 같은 형상을 갖는 JIS No.A2 시편이 환봉강으로부터 봉의 축방향으로 가공된 후에, 상온에서 인장시험을 수행하여 접합 이음 파괴 강도를 측정하였다.
접합 이음의 인장 파괴 강도가 모재, 두께, 주변 환경 등에 의해 결정되었으며, 이같은 예에서, 필요한 최소 강도를 실재적인 한계로부터 400MPa와 같이 설정하고 접합 이음은 파괴강도가 이 수치를 초과할 경우에 발생하는 소리로 판단되었다. 이 실험 결과들 역시 다음 표 5와 6에 나타내었다.
다음 표 5로부터 본 발명에 의한 합금박을 이용한 액상 확산 접합에 의해 얻어진 접합 이음들 모두가 400MPa의 목표 단계보다 큰 강도를 포함하는 매우 우수한 접합 이음 강도를 나타내었음을 알 수 있다.
이와는 반대로, 본 발명의 범위를 만족시키지 않는 비교 합금박을 이용한 액상 확산 접합에 의해 얻어진 접합 이음 모두는 목표 단계 400MPa보다 작은 접합 이음 강도를 나타내었으며, 이는 실재적으로 허용되지 않는 것이라는 것을 알 수 있다. 개별적인 결과들을 다음에 기술할 것이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명에 의한 액상 확산 접합용 합금박의 두께, 또는 특정 성분과 접합 이음 파괴강도(MPa로 표시) 사이의 상관 관계를 도시한 것이다.
도 9는 접합 이음 파괴 강도에 대한 인서어트 금속의 V 농도의 영향을 도시한 것이다. V 농도가 원자% 단위로 0.1% 미만인 경우에는 모재의 산화피막은 완전하게 손상없이 제공될 수가 없으며, 접합 이음 강도가 작은 반면에, 원자% 단위로 0.1∼20.0%의 범위에서는 접합 이음 파괴강도가 모재(피접합재)의 것 이상인데, 이는 V가 산화피막을 손상없이 제공하는 데 유효하게 작용한다는 것을 의미하는 것이다. 하지만, V 농도가 원자% 단위로 20%를 초과할 경우에는, 인서어트 금속은 접합 시간의 단축과 접합 이음 파괴 강도를 저하시키는 한층 높은 융점을 갖는다.
도 10은 마찬가지로 Si 함량과 접합 이음 파괴 강도 사이의 상관 관계를 나타낸 것이다. 접합 이음 파괴 강도는 Si 함량이 1.0% 미만인 경우나 Si 함량이 20.0%를 초과하는 경우에 저하되는 반면에, 1.0 내지 20.0%의 Si 함량에서는 접합 이음 파괴 강도가 향상되는 것이 보장된다.
도 11은 B 함량과 접합 이음 파괴 강도 사이의 상관 관계를 나타낸 것이다. 접합 이음 파괴 강도는 B 함량이 1.0% 미만이여서 인서어트 금속이 높은 융점을 갖는 경우나 B 함량이 20.0%를 초과하여 금속간 화합물이 접합 계면 가까이에서 형성되는 경우에 저하된다. 1.0 내지 20.0%의 B 함량에서는 접합 이음 파괴 강도가 증가되는 것이 보장된다.
도 12는 인서어트 금속 두께와 접합 이음 파괴 강도 사이의 상관 관계를 나타낸 것인데, 이를 통해 두께가 100㎛를 초과하는 박막들은 접합 이음의 파괴강도가 우수하게 제공되지 못한다는 것을 알 수 있다.
도 13은 P를 확산 원소로서 사용한 경우와 비교하여 B를 확산 원소로서 사용한 경우에서 접합 시간과 접합 이음 파괴 강도(MPa) 사이의 상관 관계를 나타낸 것이다. 실험 조건은 다음 표 7과 8에 간략하게 나타내었다.
다음 도 13 및 표 7과 8로부터, B를 확산 원소로서 사용할 경우에, 접합 온도는 P를 확산 원소로서 사용할 경우에 필요한 온도보다 높지만, 접합 이음 파괴 강도 목표치 400MPa가 좀더 짧은 접합 시간내에 이루어진다는 것을 알 수 있다.
다음 표 6은 본 발명의 합금박과 비교하기 위한 비교 샘플들에 대한 특정된 접합 이음 인장 파괴 강도와 화학 성분을 나타낸 것이다.
표 6을 통해서, 비교 샘플 No.200이 B를 불충분한 양으로 함유함으로써 융점이 1300℃를 초과하여 파괴 강도가 현저히 저하되고, 비교 샘플 No.201이 B를 과량으로 함유함으로써 접합 이음 부근에 모재에서 조대한 붕화물이 형성되어 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다는 것을 알 수 있다.
비교 샘플 No.202가 Si를 불충분한 양으로 함유함으로써 융점이 1300 ℃를 초과하여 접합 이음 파괴 강도가 현저히 감소되는 결과를 수반하고, 비교 샘플 No.203은 Si를 과량으로 함유함으로써 접합 동안에 인서어트 금속내에 조대한 SiO2-기 산화물들이 형성되어 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다.
비교 샘플 No. 204가 V를 불충분한 양으로 함유함으로써 모재 표면에 형성된 산화피막이 손상없이 완전하게 제공되지 않고 접합 이음 강도가 작아지며, 비교 샘플 No. 205가 V를 과량으로 함유함으로써 인서어트 금속의 융점이 매우 높고 액상 확산 접합이 완전하게 영향을 받지 못하여 접합 이음 파괴 강도의 저하를 초래한다.
비교 샘플 No. 206은 Cr 다량을 함유함으로써 융점이 매우 높고 액상 확산 접합이 완전하게 영향을 받지 못하여 접합 이음 파괴 강도가 현저히 감소되고, 비교 샘플 No.207은 다량의 Ni를 함유함으로써 Ni상이 Fe 상에서 함유물을 형성하여 미세조직이 불균일하게 되어서 인성이 저하되며, 접합 이음 파괴 강도가 저하된다.
비교 샘플 No.208은 Co를 과량으로 함유함으로써 조대한 금속간 화합물이 형성되어 인성이 저하되고 접합 이음 파괴 강도가 저하되며, 비교 샘플 No.209는 과량의 W를 함유함으로써 조대한 금속간 화합물들을 형성하여 인성이 감소되고, 그로 인해 접합 이음 파괴 강도가 저하되고, 비교 샘플 No.210은 과량의 Nb를 함유함으로써 조대한 Fe-Nb-기 금속간 화합물들이 석출되어 부서지기 쉽게 되고 접합 이음 파괴 강도 저하가 초래된다.
비교 샘플 No.211은 과량의 Ti를 함유함으로써 조대한 금속간 화합물들이 다량으로 형성되어 인성과 접합 이음 파괴 강도의 저하가 초래되며, 비교 샘플 No. 212는 아주 큰 박막 두께를 가짐으로써 접합 이음 파괴 강도가 저하된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 특정적인 요건을 부분적으로 만족시키지만 완전히 만족시키지는 않는 비교 인서어트 금속들을 이용하는 액상 확산 접합에 의해서는, 목표로 하는 접합 이음 파괴 강도 400MPa가 달성될 수 없다.
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B Si V Cr Ni Co W Nb Ti
1 7.80 4.57 1.50 12 Air 457.49
2 3.70 6.64 4.94 81 Air 474.72
3 4.64 17.44 3.69 50 Air 468.45
4 3.47 6.68 12.35 53 Air 511.77
5 8.59 8.89 14.32 7 Air 521.59
6 16.58 2.15 3.29 74 Air 466.45
7 9.91 12.68 10.29 15 Air 501.47
8 6.43 9.35 14.75 98 Air 523.76
9 11.31 4.57 10.49 42 Air 502.47
10 8.43 16.88 19.93 90 Air 549.66
11 19.16 15.76 9.15 4.76 41 Air 495.73
12 6.24 8.90 3.53 2.94 71 Air 467.65
13 10.65 9.19 5.97 0.45 67 Air 479.87
14 3.26 3.74 10.89 8.67 93 Air 504.47
15 2.47 12.28 17.04 4.80 82 Air 535.20
16 9.00 13.56 19.17 14.93 44 Air 545.85
17 1.97 18.63 14.53 7.25 6 Air 522.63
18 5.84 18.25 5.06 3.03 92 Air 475.28
19 17.05 13.00 16.18 13.25 75 Air 530.90
20 18.35 8.52 19.01 1.21 6.65 17 Air 545.07
21 3.60 9.23 4.96 17.87 1.98 96 Air 474.79
22 5.45 12.08 0.79 7.26 11.89 3 Air 453.93
23 14.28 7.36 8.93 11.65 6.80 3 Air 494.64
24 12.74 10.87 1.68 0.33 6.64 88 Air 458.39
25 15.47 12.67 19.48 5.99 11.85 7 Air 547.41
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B Si V Cr Ni Co W Nb Ti
26 5.24 18.49 2.78 0.93 8.69 70 Air 463.88
27 19.59 19.89 1.27 19.87 2.82 80 Air 456.33
28 11.36 7.26 13.60 19.20 1.53 92 Air 518.02
29 12.13 3.49 1.03 1.23 13.15 5.50 95 Air 455.14
30 4.96 2.10 19.69 1.15 9.17 6.97 55 Air 548.45
31 11.21 17.06 6.77 7.71 7.83 13.75 38 Air 483.84
32 6.31 9.38 17.83 6.36 64 Air 602.81
33 13.42 17.54 11.15 8.46 23 Air 590.34
34 11.18 8.98 10.99 1.03 44 Air 515.23
35 14.92 11.93 6.97 5.95 52 Air 526.45
36 3.43 15.50 12.95 0.37 41 Air 517.34
37 15.02 18.02 10.17 8.90 32 Air 563.11
38 17.05 6.46 14.26 0.58 80 Air 525.93
39 11.19 9.57 5.65 0.75 59 Air 484.21
40 1.78 5.26 5.93 8.29 63 Air 545.94
41 11.76 16.79 1.54 8.04 5.29 66 Air 575.11
42 10.38 9067 9.86 5.01 8.32 21 Air 607.63
43 2.84 15.63 12.51 9.15 2.26 9 Air 619.82
44 17.85 3.89 3.08 6.20 1.19 36 Air 518.31
45 5.66 6.83 1.61 6.43 4.42 65 Air 538.42
46 3.69 1.92 11.74 9.95 9.61 20 Air 655.20
47 17.28 5.97 17.59 2.3 7.90 64 Air 625.05
48 10.94 5.92 9.22 9.60 0.67 18 Air 597.45
49 5.81 9.39 0.65 1.04 0.92 21 Air 471.03
50 9.33 3.48 13.18 7.13 4.83 3.47 37 Air 648.85
51 15.93 2.28 12.39 3.43 7.17 0.2 96 Air 598.81
52 7.51 8.83 10.60 4.46 6.16 3.91 57 Air 621.99
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B Si V Cr Ni Co W Nb Ti
53 14.72 17.82 10.31 15.79 0.82 59 Air 509.76
54 14.97 12.22 19.57 15.93 3.15 54 Air 579.35
55 8.69 10.73 7.37 11.50 4.40 39 Air 530.90
56 16.80 9.73 11.72 0.63 6.61 84 Air 554.86
57 1.83 5.30 18.39 4.32 4.48 26 Air 573.34
58 1.61 1.89 2.60 1.55 2.26 21 Air 478.85
59 3.16 1.28 17.83 18.27 4.30 82 Air 573.53
60 7.45 9.56 16.08 9.82 0.35 41 Air 533.21
61 3.63 17.60 9.86 12.16 0.81 96 Air 505.77
62 9.61 7.82 0.80 4.88 2.64 5.69 11 Air 520.26
63 10.41 2.99 1.56 10.74 4.48 10.00 73 Air 572.61
64 19.33 3.83 7.71 7.51 0.62 8.59 44 Air 554.83
65 7.69 3.04 19.82 11.78 6.39 9.91 88 Air 673.15
66 4.46 19.07 5.43 3.14 5.61 1.56 63 Air 528.88
67 8.32 5.54 20.00 11.75 9.47 8.54 83 Air 684.59
68 15.14 9.55 11.21 16.22 5.67 2.94 71 Air 586.21
69 14.57 10.64 3.65 11.88 8.89 4.70 71 Air 594.79
70 19.09 18.75 16.02 0.52 4.43 5.87 52 Air 621.37
71 17.98 14.51 5.98 8.07 7.12 4.06 4.96 87 Air 619.09
72 11.67 13.43 0.80 17.29 5.88 2.13 9.67 17 Air 605.05
73 10.48 1.21 3.71 1.27 3.63 7.98 5.23 51 Air 602.56
74 19.85 8.59 17.87 10.93 2.44 65 Air 563.73
75 8.89 7.30 1.85 12.91 1.52 13 Air 474.50
76 16.63 2.79 8.27 2.64 9.96 99 Air 590.98
77 15.83 18.29 15.20 0.33 5.59 38 Air 565.12
78 7.40 3.19 2.35 14.33 6.59 54 Air 507.87
79 8.47 13.82 0.50 10.21 4.88 56 Air 486.67
80 11.96 12.18 17.01 7.15 8.89 19 Air 604.58
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B Si V Cr Ni Co W Nb Ti
81 1.99 4.89 8.73 6.95 2.31 79 Air 512.13
82 17.28 17.67 15.59 9.03 6.06 7 Air 576.43
83 7.56 5.83 17.29 14.65 0.71 6.90 33 Air 591.84
84 19.61 15.77 1.19 1.11 7.08 8.99 26 Air 589.64
85 11.86 11.53 12.29 11.75 6.14 2.47 46 Air 590.17
86 4.22 8.94 12.65 13.93 5.76 3.64 79 Air 582.70
87 14.72 4.01 10.46 13.94 7.91 6.04 82 Air 605.99
88 17.91 8.53 8.01 1.57 2.75 0.20 36 Air 510.90
89 7.23 6.22 15.45 2.91 4.64 8.01 61 Air 637.76
90 13.73 4.56 9.09 0.46 7.30 0.26 53 Air 570.53
91 8.12 16.81 1.88 1.35 3.90 3.18 39 Air 523.86
92 6.63 3.32 5.40 2.02 7.32 5.68 7.32 20 Air 648.49
93 5.42 11.99 2.59 9.32 6.64 8.54 6.06 44 Air 637.64
94 2.86 2.36 8.69 12.39 3.82 9.94 7.14 74 Air 658.41
95 8.41 2.16 9.74 13.89 0.19 97 Air 550.63
96 6.87 10.12 9.03 9.04 5.36 91 Air 548.76
97 5.20 2.08 7.89 5.86 6.25 99 Air 551.91
98 4.24 17.83 13.40 8.35 8.31 36 Air 575.15
99 19.21 10.65 18.17 6.68 3.11 60 Air 562.62
100 14.01 11.89 2.32 9.06 2.59 42 Air 479.75
101 16.96 14.69 10.45 8.05 7.49 14 Air 562.17
102 3.41 14.55 1.35 13.69 7.06 6 Air 513.23
103 18.47 15.40 0.68 11.53 7.09 43 Air 510.13
104 19.43 15.35 1.02 9.70 5.31 0.81 50 Air 513.89
105 11.78 2.14 19.97 2.60 5.50 0.81 87 Air 61.46
106 6.82 10.55 3.20 1.05 3.13 5.62 84 Air 536.62
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B Si V Cr Ni Co W Nb Ti
107 19.91 13.77 7.05 4.65 9.48 9.25 76 Air 625.60
108 19.95 5.77 11.40 11.48 9.04 4.08 33 Air 602.84
109 10.71 19.87 6.71 12.38 1.43 4.17 39 Air 526.88
110 4.61 8.98 2.71 11.55 4.92 5.68 80 Air 558.24
111 5.67 16.14 4.56 4.33 1.02 0.49 4 Air 486.87
112 6.69 1.28 5.46 14.68 1.78 0.53 40 Air 499.35
113 4.49 9.96 7.57 9.69 5.72 2.64 0.43 23 Air 566.97
114 19.33 12.70 10.44 0.24 5.21 9.44 8.99 65 Air 692.31
115 16.58 18.97 3.70 0.13 0.42 5.18 6.58 71 Air 561.63
116 12.82 13.01 12.78 18.91 1.29 4.27 88 Air 556.64
117 2.30 8.20 3.42 3.63 4.97 3.30 40 Air 500.14
118 12.23 8.87 19.13 15.25 1.49 8.27 65 Air 628.31
119 16.93 1.41 14.34 13.58 11.28 6.04 82 Air 563.98
120 4.86 8.42 18.86 13.43 11.49 4.63 95 Air 576.71
121 19.60 5.28 5.17 14.91 1.661 9.45 69 Air 542.00
122 5.77 4.40 4.07 2.29 1.37 5.26 42 Air 512.40
123 6.68 18.42 0.52 15.94 6.73 4.54 71 Air 488.95
124 9.95 8.89 2.10 1.32 9.32 4.41 90 Air 495.75
125 5.19 3.42 14.26 5.77 1.45 8.97 6.63 66 Air 657.41
126 18.48 11.83 1.77 19.52 10.28 3.94 1.74 73 Air 510.43
127 1.02 10.77 7.08 15.79 2.70 9.59 7.05 86 Air 630.66
128 6.58 6.08 11.42 8.47 11.84 5.26 5.41 52 Air 587.24
129 4.69 4.22 9.12 5.68 10.12 9.13 3.43 77 Air 587.00
130 7.26 11.76 0.43 18.62 13.90 6.98 4.11 35 Air 533.86
131 11.26 17.62 3.71 4.39 1.96 7.31 3.61 93 Air 570.55
132 11.81 3.26 5.15 10.04 11.53 8.21 9.14 49 Air 630.92
133 13.62 1.74 3.70 14.32 5.61 1.86 0.31 18 Air 489.63
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B Si V Cr Ni Co W Nb Ti
134 1.46 1.29 13.39 6.92 12.70 0.77 5.85 1.04 68 Air 573.91
135 5.49 2.62 14.16 18.12 12.92 8.65 6.98 6.05 57 Air 704.55
136 12.54 4.83 2.67 1.79 0.95 5.46 6.90 0.69 92 Air 571.78
137 9.04 1.95 11.42 2.11 2.58 2.30 54 Air 530.12
138 2.24 6.25 3.74 14.65 14.52 2.17 19 Air 490.43
139 8.17 2.72 0.80 6.26 9.54 8.20 53 Air 535.98
140 2.21 1.34 19.08 5.51 5.26 5.81 37 Air 586.08
141 3.95 4.82 9.22 7.82 13.18 9.04 36 Air 559.37
142 8.73 7.41 1.37 7.94 6.61 3.31 63 Air 480.03
143 2.96 16.44 3.71 9.10 2.93 3.67 47 Air 497.92
144 19.83 6.35 16.98 8.77 2.69 5.01 98 Air 575.02
145 10.65 7.92 7.77 0.62 13.83 7.24 64 Air 546.74
146 8.29 11.86 18.68 4.40 2.03 7.27 8.57 57 Air 676.14
147 12.48 9.18 4.45 13.70 5.66 2.62 2.97 67 Air 519.23
148 1.13 3.25 16.50 11.15 13.27 7.44 9.87 61 Air 676.00
149 7.55 2.07 1.01 14.67 4.39 3.04 4.59 59 Air 513.06
150 7.01 15.99 19.06 13.96 7.19 6.00 0.67 17 Air 592.67
151 10.74 11.24 12.02 4.16 12.67 7.40 7.24 10 Air 619.85
152 7.87 3.01 12.23 2.17 3.48 2.41 4.53 76 Air 571.47
153 15.19 15.78 5.53 14.24 5.95 2.78 8.65 70 Air 574.67
154 9.86 2.21 0.81 3.72 2.89 1.58 2.24 88 Air 487.86
155 16.33 10.22 3.63 11.65 9.92 6.00 3.65 6.84 68 Air 606.81
156 14.65 4.92 12.43 9.16 6.86 6.26 6.64 6.55 92 Air 673.63
157 14.80 15.17 4.64 1.14 9.84 8.23 6.08 2.49 98 Air 617.96
158 12.08 9.34 9.42 0.61 10.36 7.11 23 Air 568.18
159 5.88 14.39 16.38 15.09 11.60 2.48 59 Air 556.75
160 7.91 14.37 7.19 19.11 1.79 4.42 93 Air 530.13
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B Si V Cr Ni Co W Nb Ti
161 19.77 15.75 9.13 7.39 7.89 4.30 47 Air 520.75
162 16.61 14.57 12.56 7.24 7.01 8.86 79 Air 574.85
163 19.01 1.91 11.09 3.15 2.77 5.25 32 Air 542.22
164 14.06 16.47 11.17 17.00 8.49 5.43 94 Air 549.32
165 10.41 8.85 2.51 15.29 10.85 8.18 25 Air 527.95
166 4.63 7.65 2.80 18.84 6.97 8.38 6 Air 531.01
167 5.11 19.97 17.17 17.39 13.25 7.89 0.65 80 Air 619.35
168 1.83 4.75 2.25 4.13 0.55 4.35 0.61 52 Air 509.03
169 16.52 5.86 1.58 2.94 13.04 0.31 0.91 5 Air 467.38
170 1.01 8.12 10.48 14.35 9.22 3.62 0.65 55 Air 532.88
171 4.88 9.32 6.28 19.41 11.52 3.51 1.42 84 Air 517.29
172 3.08 13.42 11.96 14.30 4.73 3.77 8.13 46 Air 601.23
173 1.87 12.91 15.79 17.48 9.31 5.03 2.06 89 Air 595.73
174 7.74 5.88 13.35 8.73 14.47 6.24 4.82 87 Air 617.69
175 4.04 17.10 14.91 17.20 2.45 5.41 3.18 97 Air 604.12
176 1.66 19.61 0.93 17.55 13.52 5.53 3.59 2.71 62 Air 556.75
177 6.24 19.25 13.92 15.02 1.46 1.60 7.74 9.12 20 Air 662.71
178 15.43 19.72 17.58 7.50 11.02 6.95 8.43 2.72 10 Air 688.17
179 17.82 15.25 5.18 1.04 6.34 14.40 2.83 90 Air 504.20
180 12.28 19.54 8.39 13.04 12.39 3.05 6.35 28 Air 55.47
181 8.74 5.22 7.05 7.4 11.87 7.41 0.61 59 Air 491.39
182 10.94 11.22 18.37 6.86 8.04 9.68 7.41 22 Air 593.73
183 19.84 7.90 3.46 14.04 3.88 10.60 3.74 41 Air 493.49
184 15.17 7.07 0.99 0.60 8.41 10.89 5.46 17 Air 493.20
185 16.97 16.87 4.56 12.90 1.64 11.17 6.31 86 Air 523.26
186 6.76 6.99 10.54 19.46 12.18 1.62 8.65 83 Air 571.92
187 13.40 16.75 15.27 7.52 1.03 6.61 8.90 50 Air 581.53
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B Si V Cr Ni Co W Nb Ti
188 13.93 15.26 10.43 6.79 14.23 14.86 1.73 3.68 15 Air 545.18
189 12.11 10.60 16.53 8.7 2.88 7.19 2.13 5.86 69 Air 594.92
190 19.58 4.64 4.56 5.09 9.38 555 3.68 7.41 7 Air 561.48
191 18.85 16.10 18.68 0.93 1.64 11.88 4.55 7.41 28 Air 634.56
192 10.51 4.89 4.35 16.88 1.45 13.26 7.07 4.10 68 Air 554.05
193 17.18 12.23 4.02 16.47 12.78 8.57 4.84 0.96 39 Air 511.62
194 19.49 1.69 6.35 2.44 4.71 4.90 9.72 9.92 84 Air 658.33
195 17.82 18.84 13.60 0.66 10.93 10.19 1.08 0.70 82 Air 534.37
196 6.87 14.37 3.18 14.83 0.31 10.37 5.48 7.36 30 Air 579.59
197 18.80 18.48 18.86 8.93 2.21 13.78 0.65 7.85 2.43 43 Air 625.18
198 4.34 10.19 7.71 18.13 0.83 2.78 3.08 2.40 9.61 70 Air 612.98
199 3.39 10.88 3.21 10.40 10.98 5.32 5.34 8.54 0.15 12 Air 580.47
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 포일두께(㎛) 접합분위기 파단강도(MPa)
B Si V Cr Ni Co W Nb Ti
200 0.25 10.87 15.60 47.41 Air 0.12
201 25.41 10.90 0.15 30.27 Air 253.16
202 15.62 0.06 11.11 64.69 Air 0.22
203 12.16 23.11 10.15 72.30 Air 328.13
203 3.20 4.04 0.02 52.33 Air 0.01
205 11.25 19.59 31.44 59.03 Air 323.50
206 5.85 6.05 12.51 25.38 59.38 Air 176.66
207 4.54 16.83 17.09 18.16 48.16 Air 289.02
208 12.07 18.75 10.27 19.95 7.73 Air 302.65
209 17.62 19.50 9.13 13.15 11.48 93.12 Air 132.07
210 18.83 7.37 6.83 12.66 63.58 Air 145.51
211 6.57 1.04 8.63 3.14 14.37 83.45 Air 132.82
212 16.79 2.38 2.78 4.45 150.32 Air 198.86
30 ㎛ 두께 인서어트 금속의 화학성분(단위: at%)
B P Si V Fe
B-형 인서어트 금속 8.0 5.0 8.0 기재
P-형 인서어트 금속 8.0 5.0 8.0 기재
모재의 화학성분은 STK400에 따른다.
접합 온도과 버팅(butting) 응력
온도 (℃) 응력 (MPa)
B-형 인서어트 금속 8.0
P-형 인서어트 금속 8.0
이차 본 발명에 있어서는, 다양한 종류의 Fe-기 재료(강판, 강관, 강대, 봉강 등)들의 액상 확산 접합이 산화분위기에서 저온으로 수행되어 모재(피접합재)에 대한 열 영향을 감소시킬 수 있으며 큰 파괴 강도를 가진 접합 이음을 제공할 수 있으며, 이로써 액상 확산 접합의 장점이 Fe-기 재료들의 접합에 이용될 수 있으며 접합 시간이 다른 접합 방법에서 요구되는 것에 비해 단축됨으로써 접합 작업 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
실시예 3
세 번째 본 발명에 의한 액상 확산 접합용 합금은 Fe-기 재료의 액상 확산 접합을 수행하는 데 이용되었다. 사용 조건과 얻어진 결과들을 다음의 표와 도면을 참고로 하여 비교 샘플의 경우와 함께 기술하고자 한다.
첫 번째 발명의 제 1 내지 제 4 양상 중 어느 한 가지의 화학적 성분을 갖는 합금 약 100g을 단일 롤 방법(직경 300mm의 Cu 냉각 롤)으로 급냉시켜서 실질적으로 비정질 결정학적 조직을 갖는 폭 2 내지 215mm, 두께 3.0 내지 100㎛의 합금박을 제조하였다.
냉각 롤의 원주 속도는 약 5.0 내지 15.0m/s이였다.
다음 표 9(표 9-1∼9-8)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 모든 합금박은 Fe-기 화학 성분(원자%)을 갖는데, 열거된 성분들의 총량과 100% 사이의 차는 Fe와 불가피한 불순물의 합량을 나타내는 것이다.
다음 표 10은 비교 합금의 화학성분(원자%)을 나타내는데, 역시 Fe-기로 된 것이며 나열된 성분들의 총량과 100% 사이의 차는 Fe와 불가피한 불순물의 양의 합을 나타낸 것이다. 다음 표 10의 비교 합금박은 표 9의 본 발명의 합금박과 동일한 방법으로 제조되었다.
액상 확산 접합을 본 발명의 제 1 내지 제 4 양상 중의 어느 한 가지를 만족시키는 다음 표 9의 합금박 No.1 내지 199(이하, "본 발명 인서어트 금속"이라 함)와 다음 표 10의 비교 합금박 No.200 내지 212(이하, "비교 인서어트 금속"이라 하며, 종래 인서어트 금속들을 포함)를 사용하여 수행하였다.
본 발명의 인서어트 금속들은 두께 3 내지 100㎛, 직경 20mm이였으며, 비교 인서어트 금속들은 두께 7.67 내지 234.10㎛, 직경 20mm이였고, 모재는 Fe-기 재료(JIS STK400)이였으며, 인서어트 금속들은 도 1에 나타낸 바와 같은 모재의 2 개의 환 봉강(직경 20 mm) 사이로 삽입되었다.
도 1은 액상 확산 접합용 합금이나 인서어트 금속 2, 피접합재 1 및 환봉강 1을 도시한 것이다.
액상 확산 접합을 대기중에서 합금박의 융점을 막 초과하는 온도에서 융점에 50℃를 추가한 온도까지의 접합 온도로 유효하게 9000 내지 1300℃의 목표 온도의 대용량 가열로에서 수행하였다.
모재 1과 인서어트 금속 2를 2 메가파스칼(MPa)로 함께 압착시켜 그들 사이의 우수한 접촉성을 보장하였다.
접합 시간은 모든 경우에서 10min이였으며, 후속 열처리는 단독으로 또는 합동으로 수행하여 접합 물질의 강도, 내부식성 및 인성을 보장하였으며, 열처리에는 뜨임, 뜨임이외에 풀림, 풀림이외에 뜨임, 냉각-경화이외에 풀림과 추가 뜨임이 포함되었다.
이같은 열처리 그 어떠한 것중에서, 피접합재사이의 성분 상호 확산이 진행되어 접합 이음가 균일화되지만, 본 발명의 인서어트 금속에서는 석출물의 실질적인 형성, 증가 또는 성장이 관찰되지 않았다.
그 후에, JIS No.2 서브사이즈 환봉강 인장시험을 비접합 영역의 %가 본 발명의 인서어트 금속들과 접합된 모든 시편에서 0%인 결과를 갖는 접합 이음의 음감쇠를 측정하도록 수행하였다.
도 2에 나타낸 바와 같은 방식으로, 도 3에 나타낸 바와 같은 형상을 갖는 JIS No.A2 시편이 환봉강으로부터 봉의 축방향으로 가공된 후에, 상온에서 인장시험을 수행하여 접합 이음 파괴 강도를 측정하였다.
접합 이음 인장 파괴 강도가 모재, 두께, 주변 환경 등에 의해 결정되었으며, 이같은 예에서, 필요한 최소 강도를 실재적인 한계로부터 400MPa와 같이 설정하고 접합 이음은 파괴 강도가 이 수치를 초과할 경우에 발생되는 소리로 판단되었다. 이 실험 결과들 역시 다음 표 9와 10에 나타내었다.
다음 표 9로부터 본 발명에 의한 합금박을 이용한 액상 확산 접합에 의해 얻어진 접합 이음들 모두가 400MPa의 목표 단계보다 큰 강도를 포함하는 매우 우수한 접합 이음 강도를 나타내었음을 알 수 있다.
이와는 반대로, 본 발명의 범위를 만족시키지 않는 비교 합금박을 이용한 액상 확산 접합에 의해 얻어진 접합 이음 모두는 목표 단계 400MPa보다 작은 접합 이음 강도를 나타내었으며, 이는 실재적으로 허용되지 않는 것이라는 것을 알 수 있다. 개별적인 결과들을 다음에 기술할 것이다.
도 14 내지 도 19는 본 발명에 의한 액상 확산 접합용 합금박의 두께 또는 특정 성분 원소들과 접합 이음 파괴 강도(MPa로 표시) 사이의 상관 관계를 도시한 것이며, 도 20은 열 영향부(모재)의 인성을 나타낸 것이다.
도 14는 접합 이음 파괴 강도에 대한 인서어트 금속의 V 농도의 영향을 도시한 것이다. V 농도가 원자% 단위로 0.1% 미만인 경우에는 모재상의 산화피막은 완전하게 손상없이 제공될 수가 없고 접합 이음 강도가 작은 반면에, 원자% 단위로 0.1 내지 20.0%의 범위에서는 접합 이음 파괴 강도가 모재(피접합재)의 것 이상인데, 이는 V가 산화피막을 손상없이 제공하는 데 유효하게 작용한다는 것을 의미하는 것이다. 하지만, V 농도가 원자% 단위로 20%를 초과할 경우에는, 인서어트 금속은 접합 시간 단축과 접합 이음 파괴 강도 저하를 초래하는 한층 높은 융점을 갖는다.
도 15는 마찬가지로 P 함량과 접합 이음 파괴 강도 사이의 상관 관계를 나타낸 것이다. 접합 이음 파괴 강도는 P 함량이 1.0% 미만인 경우나 P 함량이 20.0%를 초과하는 경우에 저하되는 반면에, 1.0 내지 20.0%의 P 함량에서는 접합 이음 파괴 강도가 증가되는 것이 보장된다.
도 16은 B 함량과 접합 이음 파괴 강도 사이의 상관 관계를 나타낸 것이다. 접합 이음 파괴 강도는 B 함량이 1.0% 미만이여서 인서어트 금속이 높은 융점을 갖는 경우나 B 함량이 20.0%를 초과하여 금속간 화합물이 접합 계면 가까이에서 형성되는 경우에 저하된다. 1.0 내지 20.0%의 B 함량에서는 접합 이음 파괴 강도가 증가되는 것이 보장된다.
도 17은 마찬가지로 Si 함량과 접합 이음 파괴 강도 사이의 상관 관계를 나타낸 것이다. 접합 이음 파괴 강도는 Si 함량이 1.0% 미만이여서 인서어트 금속이 높은 융점을 갖는 경우나 Si 함량이 20.0%를 초과하여 금속간 화합물이 접합 계면 가까이에서 형성되는 경우에 저하된다. 1.0 내지 20.0%의 Si 함량에서는 접합 이음 파괴 강도가 증가되는 것이 보장된다.
도 18은 인서어트 금속 두께와 접합 이음 파괴 강도 사이의 상관 관계를 나타낸 것인데, 이를 통해 두께가 200㎛를 초과하는 박(foil)들은 접합 이음의 파괴 강도가 우수하게 제공되지 못한다는 것을 알 수 있다.
도 19는 P와 B를 혼합아여 확산 원소로서 사용한 경우에 접합 시간과 접합 이음 파괴 강도(MPa) 사이의 상관 관계를 나타낸 것이다.
접합 시간은 B를 단독으로 확산 원소로서 사용한 경우에 필요한 것보다 단축되었으며, P를 단독으로 확산 원소로서 사용한 경우에 필요한 것보다 현저히 단축되었다.
도 20은 P와 B를 공동으로 확산 원소로서 사용한 경우에 열 영향에서 얻어지는 접합 이음 인성을 나타낸 것이다.
접합 온도가 P의 함유에 의해 1050℃ 이하로 낮아짐에 따라, 모재(피접합재)에 대한 열 영향을 최소화하여 접합 이음 파괴 강도 또한 향상되는 결과를 갖는 모재의 인성의 향상이 가능하다.
다음에서 인성이라 함은 모재(STK400)의 열영향부에서 결정립의 인성을 평가함에 따라 접합 환봉강 샘플로부터 가공된 JIS No.4 샤피 충격시험 시편을 이용한 충격시험에 의해 측정되었는데, 인성의 한계치는 50 J로 측정되었는데, 이는 대개 일반 구조용 재료에 대한 평가 참고로서 사용된다.
다음 표 10에는 본 발명의 합금박의 것과 비교하기 위한 대조예에 대한 측정된 접합 이음 인장 파괴 강도와 화학 분을 나타내었다.
다음 표 10으로부터, 비교 샘플 No.200이 P를 불충분한 양으로 함유함으로써 융점이 1300℃를 초과하여 현저히 작은 파괴 강도를 야기시키며, 비교 샘플 No.201이 P를 과량으로 함유함으로써 접합 이음 부근의 모재에서 조대한 금속간 화합물이 형성되어 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다는 것을 알 수 있다.
다음 표 10으로부터, 비교 샘플 No.202가 B를 불충분한 양으로 함유함으로써 융점이 1300℃를 초과하여 현저히 작은 파괴 강도를 야기시키며, 비교 샘플 No.203이 B를 과량으로 함유함으로써 접합 이음 부근의 모재에서 조대한 붕화물이 형성되어 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다는 것을 알 수 있다.
비교 샘플 No.204가 Si를 불충분한 양으로 함유함으로써 융점이 1300℃를 초과하여 접합 이음 파괴 강도가 현저히 저하되는 결과를 수반하고, 비교 샘플 No.205는 Si를 과량으로 함유함으로써 접합 동안에 인서어트 금속내에 조대한 SiO2-기 산화물들이 형성되어 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다.
비교 샘플 No. 206이 V를 불충분한 양으로 함유함으로써 모재 표면상에 형성된 산화피막이 손상없이 완전하게 제공되지 않고 접합 이음 강도가 작아지며, 비교 샘플 No. 207이 V를 과량으로 함유함으로써 인서어트 금속의 융점이 매우 높고 액상 확산 접합이 완전히 제공되지 않아 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다.
비교 샘플 No. 208은 다량의 Cr을 함유함으로써 융점이 매우 높고 액상 확산 접합이 완전히 유효화되지 않아 접합 이음 파괴 강도를 현저히 저하시키며, 비교 샘플 No.209는 다량의 Ni를 함유함으로써 Ni상이 Fe 상에서 함유물을 형성하여 미세조직이 불균일하게 되도록 하여 인성을 저하시키며, 접합 이음 파괴 강도를 저하시킨다.
비교 샘플 No.210은 Co를 과량으로 함유함으로써 조대한 금속간 화합물이 형성되어 인성을 감소시키고 접합 이음 파괴 강도를 저하시키며, 비교 샘플 No.211는 과량의 W를 함유함으로써 조대한 금속간 화합물들을 형성하여 인성을 저하시키고 그로 인해 접합 이음 파괴 강도를 저하시키며, 비교 샘플 No.212은 과량의 Nb를 함유함으로써 조대한 Fe-Nb-기 금속간 화합물들이 석출되어 부서지기 쉽게 되고 접합 이음 파괴 강도 저하가 초래된다.
비교 샘플 No.213은 과량의 Ti를 함유함으로써 조대한 금속간 화합물들이 다량으로 형성되어 인성과 접합 이음 파괴 강도에서 감소를 야기시키며, 비교 샘플 No. 214는 아주 큰 박(foil) 두께를 가짐으로써 접합 이음 파괴 강도 저하가 초래된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 특정적인 요건을 부분적으로 만족시키지만 완전히 만족시키지는 않는 비교 인서어트 금속들을 이용하는 액상 확산 접합에 의해서는 목표로 하는 접합 이음 파괴 강도 400MPa가 달성될 수 없다.
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
1 5.01 19.68 5.51 19.53 20 Air 547.77
2 2.95 3.53 4.32 19.46 93 Air 547.29
3 13.94 15.78 5.68 7.53 72 Air 487.64
4 1.23 14.33 6.75 6.14 81 Air 480.68
5 18.32 5.64 9.48 10.34 48 Air 501.68
6 12.68 18.61 3.15 13.17 42 Air 515.85
7 12.46 10.05 9.06 1.94 39 Air 459.69
8 8.57 4.05 5.95 18.50 15 Air 542.50
9 5.35 7.82 8.64 19.00 40 Air 544.99
10 14.68 8.84 1.03 2.83 53 Air 464.14
11 18.16 15.77 7.83 12.03 11.05 39 Air 510.13
12 17.53 9.44 4.50 9.97 17.25 5 Air 499.83
13 17.18 5.12 5.32 16.73 12.69 21 Air 533.66
14 12.26 19.63 6.68 8.42 3.56 21 Air 492.09
15 14.17 8.56 5.37 16.24 8.47 8 Air 531.18
16 14.11 17.92 6.77 0.40 14.86 93 Air 452.00
17 15.48 14.91 3.86 4.35 10.42 94 Air 471.76
18 14.88 15.76 5.31 14.20 3.02 13 Air 521.02
19 18.68 5.94 4.90 12.98 4.03 63 Air 514.92
20 6.67 7.91 7.39 2.43 15.13 10.97 64 Air 462.15
21 4.67 2.76 8.03 17.61 19.45 14.84 65 Air 538.04
22 12.58 12.34 4.13 2.36 19.86 13.84 95 Air 461.80
23 15.89 4.85 7.19 8.78 4.97 8.81 19 Air 493.89
24 1.30 4.11 9.47 0.97 8.65 5.27 83 Air 454.84
25 14.70 8.88 8.40 6.55 11.15 10.87 92 Air 482.75
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박 두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
26 4.89 3.41 8.48 19.58 14.34 10.87 30 Air 547.90
27 14.90 9.26 5.23 10.55 1.54 10.76 38 Air 502.75
28 18.70 17.49 2.92 11.43 18.27 9.57 64 Air 507.13
29 10.08 18.62 5.20 2.25 1.53 4.16 3.07 72 Air 461.24
30 14.60 5.34 6.82 2.68 14.83 8.67 7.56 70 Air 463.39
31 8.49 4.51 1.41 13.08 3.92 5.75 11.05 89 Air 515.39
32 4.33 10.08 7.62 16.47 4.91 29 Air 581.51
33 2.93 10.92 2.35 3.36 0.76 71 Air 474.39
34 7.89 1.36 3.49 11.92 3.93 100 Air 548.84
35 2.37 12.96 7.25 7.16 7.26 50 Air 536.58
36 15.85 14.94 2.64 6.70 5.47 94 Air 521.80
37 5.70 4.29 1.11 15.80 9.98 51 Air 597.91
38 15.50 14.49 6.72 1.63 0.73 86 Air 463.99
39 13.28 6.28 6.65 14.04 2.22 12 Air 537.98
40 1.80 18.90 2.26 19.24 2.76 20 Air 568.27
41 18.98 3.49 7.13 6.13 0.70 7.76 37 Air 541.94
42 16.18 9.32 3.24 3.23 3.52 3.99 85 Air 529.38
43 6.47 15.44 2.36 12.63 4.59 2.22 100 Air 574.64
44 13.95 9.41 9.19 18.27 1.92 8.42 13 Air 622.16
45 2.38 15.21 7.20 17.78 0.73 4.69 35 Air 581.56
46 11.25 13.78 3.57 9.30 2.06 1.85 54 Air 525.71
47 2.45 16.38 3.63 12.28 8.94 3.96 41 Air 632.41
48 14.77 7.52 9.81 12.84 6.50 2.41 59 Air 598.49
49 8.00 1.17 1.57 14.12 8.75 7.67 45 Air 669.50
50 4.57 2.38 7.36 13.82 4.77 1.73 6.45 60 Air 630.50
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
51 14.93 19.11 2.74 8376 6.44 4.66 2.89 50 Air 613.96
52 9.04 13.61 6.64 1.01 7.66 9.51 7.71 53 Air 659.96
53 14.38 8.83 1.16 13.93 18.56 4.51 45 Air 564.72
54 16.10 9.95 6.46 6.00 8.30 4.44 77 Air 524.38
55 9.66 3.55 4.74 13.09 19.65 9.97 50 Air 615.16
56 15.69 3.80 6.78 10.17 15.59 3.99 23 Air 528.77
57 4.60 4.14 8.09 4.43 18.78 0.54 13 Air 475.95
58 9.45 13.12 9.52 1.49 10.55 8.59 94 Air 517.54
59 3.80 12.75 6.28 14.93 1.16 3.97 43 Air 556.37
60 7.01 4.43 3.42 3.67 8.78 9.84 36 Air 547.08
61 9.55 14.53 7.19 7.23 14.73 4.10 80 Air 518.94
62 3.42 10.90 6.91 17.00 8.90 4.27 5.16 23 Air 616.93
63 19.04 4.25 4.55 16.16 14.48 2.47 8.53 38 Air 615.14
64 16.98 5.00 8.49 19.53 7.21 2.91 3.91 31 Air 604.18
65 15.21 4.64 6.81 8.32 0.59 5.46 4.02 70 Air 561.95
66 9.65 4.57 9.08 8.58 3.13 3.73 3.35 6 Air 545.81
67 15.86 10.93 5.52 18.13 19.15 5.91 4.78 35 Air 620.17
68 12.64 3.41 9.61 9.11 9.58 6.80 9.52 9 Air 639.65
69 1.15 7.04 7.23 3.24 12.77 7.98 4.84 5 Air 584.72
70 9.85 17.91 8.88 18.58 4.23 5.96 7.39 74 Air 661.61
71 18.34 16.61 9.46 14.52 11.39 8.81 0.38 6.37 71 Air 664.37
72 10.36 2.71 9.01 2.59 16.13 5.91 2.36 6.68 24 Air 592.03
73 5.10 6.81 1.68 3.84 11.74 6.70 8.98 5.46 29 Air 642.78
74 10.19 4.01 8.80 13.95 12.53 0.70 47 Air 526.79
75 18.79 17.73 4.09 12.36 2.53 4.03 32 Air 552.09
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
76 5.58 4.34 7.63 17.79 14.91 6.53 8 Air 604.22
77 1.78 11.18 4.88 7.68 9.97 1.23 51 Air 496.97
78 8.22 8.21 3.33 8.00 4.87 7.04 92 Air 539.30
79 19.56 14.02 2.28 18.51 6.54 9.70 78 Air 610.47
80 5.17 10.29 8.34 9.69 9.48 3.05 98 Air 522.81
81 19.47 5.59 7.42 8.88 12.16 0.26 3 Air 496.49
82 16.79 14.72 8.67 14.76 4.23 2.37 51 Air 542.76
83 2.64 5.71 8.22 19.67 9.17 7.63 2.15 78 Air 639.71
84 10.47 12.91 4.66 16.07 10.88 8.29 1.99 58 Air 627.18
85 4.41 15.13 5.13 9.74 1.29 7.86 1.78 72 Air 589.80
86 13.60 3.35 5.00 14.91 11.94 1.20 3.59 7 Air 561.69
87 6.44 5.62 3.90 19.95 7.90 8.73 9.73 44 Air 688.64
88 8.56 5.96 4.87 13.54 5.39 2.65 4.93 38 Air 575.78
89 5.53 10.21 4.53 16.57 5.48 6.19 6.22 76 Air 644.52
90 8.11 9.29 8.03 6.08 9.01 3.18 6.37 71 Air 563.11
91 15.25 16.19 5.96 6.84 2.48 3.38 7.32 94 Air 576.51
92 18.98 1.31 3.83 1.34 4.26 2.17 1.03 1.71 79 Air 499.21
93 10.86 8.13 5.87 14.18 13.83 9.50 3.78 5.68 51 Air 687.84
94 15.27 14.30 1.81 4.51 4.30 2.35 4.18 8.70 27 Air 594.92
95 9.03 18.51 4.80 7.16 6.10 8.64 20 Air 572.20
96 6.02 7.55 5.40 17.40 8.95 5.63 98 Air 593.32
97 3.29 18.30 8.999 17.89 14.38 6.76 73 Air 607.02
98 17.15 6.36 5.46 18.65 5.12 1.71 89 Air 555.26
99 11.31 8.61 2.74 17.76 4.52 3.87 29 Air 565.88
100 14.76 6.04 4.25 4.60 3.08 3.03 11 Air 494.23
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
101 8.19 18.33 3.44 17.70 2.91 7.55 46 Air 598.91
102 4.24 7.40 9.30 8.63 11.84 1.16 27 Air 502.42
103 6.05 19.50 8.61 11.19 3.77 1.27 20 Air 516.06
104 5.82 5.43 8.15 17.20 14.34 0.90 1.20 28 Air 553.38
105 9.51 10.75 8.12 16.29 5.48 7.32 7.23 98 Air 655.23
106 5.51 3.46 3.38 0.54 1.55 2.60 1.58 97 Air 489.75
107 3.56 18.94 7.36 7.79 9.23 3.92 3.13 9 Air 541.47
108 1.99 7.04 1.16 8.50 3.66 5.58 6.52 50 Air 583.70
109 13.61 10.30 5.36 14.79 14.00 0.17 6.22 22 Air 574.89
110 14.17 3.25 6.64 1.26 13.14 2.89 6.12 77 Air 534.20
111 3.89 17.05 3.78 14.44 2.33 2.85 7.04 70 Air 607.07
112 8.81 15.85 3.91 7.25 13.67 8.60 2.11 37 Air 589.17
113 11.98 19.74 8.77 16.64 11.81 8.29 4.29 2.97 76 Air 669.87
114 16.58 4.86 6.33 8.42 5.48 4.97 4.16 8.73 6 Air 640.84
115 16.35 6.33 8.48 12.05 14.32 7.63 3.56 5.40 18 Air 654.61
116 11.37 18.25 9.96 12.19 15.26 2.77 8.50 90 Air 595.96
117 7.74 16.56 9.42 17.57 8.26 12.67 0.70 72 Air 544.81
118 7.88 6.90 8.36 7.95 8.85 2.98 1.07 61 Air 500.48
119 18.44 8.14 7.64 1.90 12.29 10.39 3.20 36 Air 481.89
120 11.50 14.35 4.22 17.15 0.23 10.38 3.59 33 Air 560.88
121 16.57 10.01 6.09 16.73 19.62 1.91 2.41 49 Air 550.50
122 3.77 2.94 4.88 2.91 9.65 4.50 2.62 21 Air 485.51
123 2.63 2.13 3.54 9.94 11.66 13.50 6.63 17 Air 552.68
124 1.28 16.54 7.60 0.86 6.15 0.39 8.59 95 Air 523.04
125 15.32 19.11 1.58 13.20 4.49 10.21 3.10 4.46 10 Air 578.31
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
126 9.35 8.24 6.02 18.15 4.41 14.50 7.87 1.98 67 Air 633.29
127 6.46 12.32 4.51 5.31 14.48 10.44 8.15 7.36 15 Air 609.63
128 19.64 8.83 6.33 9.29 17.28 10.95 9.71 2.31 88 Air 582.96
129 18.08 12.17 2.97 16.60 4.78 2.07 1.65 9.33 96 Air 619.21
130 14.10 4.51 6.25 17.52 1.57 3.75 8.04 9.11 33 Air 666.79
131 16.84 10.78 6.80 7.45 12.15 3.25 2.86 3.60 62 Air 544.58
132 19.56 15.93 9.85 16.55 0.11 0.35 2.05 4.60 66 Air 590.14
133 9.26 5.96 8.49 2.62 5.59 5.30 8.47 1.86 93 Air 562.63
134 4.22 9.44 1.96 12.51 5.42 0.47 7.30 1.20 2.70 21 Air 615.51
135 17.90 13.38 1.45 16.62 13.69 1.61 8.65 1.05 0.66 82 Air 632.22
136 7.10 12.37 7.63 2.76 6.92 12.69 0.11 8.47 3.34 19 Air 550.87
137 15.52 8.00 5.96 3.77 4.73 13.94 1.84 94 Air 487.19
138 7.35 14.85 4.88 10.07 2.17 10.42 1.30 53 Air 513.31
139 13.45 4.71 8.73 6.13 4.20 10.40 8.57 19 Air 566.37
140 8.68 10.72 6.53 9.36 10.89 9.32 5.05 39 Air 532.17
141 17.79 9.93 6.53 6.23 7.16 12.83 8.14 4 Air 538.15
142 14.87 7.53 9.87 9.63 0.21 11.46 2.13 39 Air 513.14
143 8.04 18.03 3.01 6.49 1.52 9.94 5.28 98 Air 524.71
144 18.92 9.21 7.10 6.10 1.59 0.68 2.93 84 Air 503.93
145 2.80 7.87 1.35 17.43 2.16 4.84 5.46 49 Air 580.84
146 8.69 2.74 9.89 14.00 6.56 4.02 0.81 3.08 8 Air 549.63
147 15.02 2.99 7.51 7.89 14.29 9.38 1.42 4.06 76 Air 532.08
148 4.66 18.91 8.11 13.01 12.13 9.28 9.97 6.73 16 Air 661.90
149 8.19 19.62 4.84 0.15 3.88 0.24 4.46 7.96 42 Air 545.64
150 8.63 1.22 3.58 13.89 7.78 10.47 5.16 4.71 24 Air 593.26
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
151 15.27 11.75 1.70 11.64 12.59 11.30 2.16 4.17 34 Air 556.66
152 16.27 19.37 2.24 19.48 7.36 7.29 2.81 5.11 8 Air 616.42
153 11.28 5.42 3.33 15.11 1.43 5.49 1.38 5.36 41 Air 582.24
154 6.14 17.74 9.79 9.40 2.79 14.16 2.56 4.94 16 Air 562.19
155 19.97 16.06 8.30 16.33 12.54 0.24 6.62 2.65 1.90 23 Air 631.54
156 6.18 16.70 8.17 11.91 .94 3.99 8.16 9.99 1.38 42 Air 672.10
157 2.32 7.15 9.33 12.31 9.61 7.61 2.74 0.64 2.79 62 Air 565.70
158 4.75 19.41 2.30 3.29 1.00 12.44 2.07 52 Air 487.18
159 19.22 8.75 8.26 12.57 6.13 2.99 4.66 92 Air 559.48
160 11.21 17.07 1.92 4.23 11.83 0.77 9.10 18 Air 562.16
161 3.50 11.62 5.77 16.84 8.68 1.81 0.10 66 Air 534.91
162 18.82 4.60 9.62 11.18 15.03 1.58 1.37 52 Air 515.50
163 14.31 13.28 5.26 5.64 5.45 10.98 2.72 11 Air 497.26
164 17.19 8.66 2.81 13.17 19.25 7.57 9.84 86 Air 594.57
165 18.17 7.77 5.63 10.33 7.02 9.92 2.42 84 Air 521.02
166 14.36 2.01 8.75 8.79 16.69 2.29 1.44 74 Air 495.45
167 7.75 7.06 1.03 12.42 9.85 10.65 8.09 2.83 59 Air 612.81
168 6.77 12.98 1.66 11.18 3.08 5.32 5.44 4.35 41 Air 590.72
169 18.80 3.71 5.62 3.40 7.11 0.80 2.37 2.35 27 Air 507.22
170 9.44 7.76 9.71 5.26 0.44 14.95 9.83 7.64 35 Air 606.21
171 18.79 4.53 9.71 2.40 18.21 0.77 4.40 7.06 97 Air 549.28
172 4.99 15.81 1.00 11.48 0.99 12.99 6.21 8.57 98 Air 619.38
173 8.09 2.04 5.56 6.50 18.75 2.36 0.19 7.46 14 Air 544.05
174 16.07 7.61 2.28 19.20 15.71 12.72 1.85 4.41 46 Air 599.73
175 10.91 17.52 5.45 8.90 3.98 13.89 9.27 3.66 68 Air 616.54
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
B P Si V Cr Ni Co W Nb Ti
176 7.83 3.03 6.95 7.29 4.62 11.74 2.14 6.80 6.36 98 Air 606.33
177 1.46 5.58 2.71 9.07 0.40 5.91 8.71 0.63 6.82 37 Air 641.44
178 5.38 3.76 5.54 4.16 2.27 9.88 2.75 9.93 4.61 21 Air 604.66
179 5.48 9.47 7.85 16.46 15.91 1.63 10.62 6.59 34 Air 598.17
180 12.10 19.72 3.23 13.97 13.59 2.96 13.28 1.74 84 Air 537.22
181 11.32 1.12 9.64 12.53 .92 5.38 12.61 8.26 7 Air 595.31
182 3.68 8.70 3.12 12.42 16.06 4.28 9.24 6.00 62 Air 554.07
183 8.06 18.23 1.06 13.50 5.12 0.39 7.17 1.02 49 Air 524.63
184 5.26 8.81 6.25 12.73 17.25 0.55 9.06 4.28 85 Air 543.62
185 1.66 12.87 6.65 2.27 1.13 3.52 10.68 7.60 24 Air 522.16
186 4.84 15.90 5.24 3.10 12.80 14.17 6.41 8.37 61 Air 532.45
187 6.44 17.03 2.76 4.67 16.34 1.09 0.72 4.50 55 Air 509.38
188 17.90 14.05 7.69 18.92 18.34 7.15 10.19 7.23 3.59 57 Air 642.04
189 17.16 7.12 4.19 11.25 8.18 14.24 1.66 6.33 3.14 80 Air 591.48
190 16.14 5.72 7.89 12.54 .68 5.44 10.73 2.78 1.92 58 Air 553.88
191 2.80 6.38 3.90 6.55 15.87 12.51 9.85 4.41 5.02 24 Air 553.75
192 17.31 4.06 9.95 11.74 4.97 5.33 0.19 3.79 3.27 14 Air 561.37
193 16.90 6.77 8.70 5.29 7.29 12.18 5.59 5.74 1.47 62 Air 528.42
194 .68 3.43 4.43 5.29 17.74 5.71 7.23 0.68 6.80 58 Air 537.71
195 13.96 18.30 9.45 19.13 15.99 14.36 12.92 2.20 8.61 91 Air 636.50
196 17.19 19.35 2.40 12.90 4.32 9.03 1.06 2.89 1.33 33 Air 553.99
197 2.54 10.01 1.10 4.56 5.14 7.25 6.32 3.04 1.08 9.56 56 Air 587.21
198 10.25 2.91 2.54 9.49 16.81 3.31 8.11 9.52 4.13 6.65 3 Air 674.72
199 2.60 6.87 1.82 2.61 11.75 8.77 7.18 9.34 2.79 2.48 64 Air 595.80
NO. 합금 박의 화학성분(at%) 박두께(㎛) 접합분위기 파괴강도(MPa)
P B Si V Cr Ni Co W Nb Ti
200 0.62 3.56 8.29 4.72 7.67 Air 0.05
201 21.38 15.57 3.00 0.61 10.86 Air 218.67
202 19.73 0.77 4.29 6.04 56.15 Air 0.10
203 7.75 26.22 6.40 9.43 95.10 Air 108.69
204 4.88 7.23 0.26 1.61 84.56 Air 0.31
205 6.32 6.08 12.53 4.76 83.62 Air 284.57
206 2.24 7.54 7.51 0.03 84.97 Air 0.02
207 7.17 19.38 5.20 24.18 61.58 Air 123.02
208 12.26 8.28 2.25 16.24 22.55 27.67 Air 141.54
209 10.75 18.80 4.27 9.60 16.74 46.58 Air 175.10
210 4.29 2.78 5.36 13.76 15.99 72.66 Air 179.64
211 1.13 11.30 2.18 10.83 12.24 13.35 10.94 Air 160.48
212 7.08 18.81 4.02 17.82 9.28 12.79 94.44 Air 321.58
213 9.28 16.77 9.94 14.13 2.45 3.66 9.12 16.85 37.45 Air 264.32
214 8.67 5.68 4.48 19.22 2.54 2.25 234.10 Air 313.69
세 번째 본 발명에 있어서, P와 B를 혼합하여 확산 성분으로서 사용하고 다양한 종류의 Fe-기 재료(강판, 강관, 강대, 봉강 등)들의 액상 확산 접합을 산화분위기에서 수행하여 고온의 접합 온도를 사용할 경우일지라도 모재(피접합재)에 대한 열 영향을 감소시킬 수 있으며, 큰 파괴 강도를 갖는 접합 이음을 제공할 수 있으며, 이에 의해 액상 확산 접합의 장점을 Fe-기 재료들의 접합에 이용할 수 있으며, 접합 시간이 다른 접합 방법에서 필요한 것에 비해 단축되어서 접합 작업 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
본 발명은 확산 원소로서 P와 B를 함께 사용하고, 산화분위기에서 다양한 종류의 Fe-기 재료(강판, 강관, 강대, 봉강 등)들의 액상 확산 접합을 수행하여 고온의 접합 온도를 사용할 경우에서라도 모재(피접합재)에 대한 열 영향을 감소시킬 수 있으며, 단축된 시간내에 큰 파괴 강도를 갖는 접합 이음을 제조할 수 있어서, 액상 확산 접합의 장점이 Fe-기 재료들의 접합에 이용될 수 있으며, 접합 시간이 다른 접합 방법에서 필요한 것에 비해 단축됨으로써 접합 작업 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 실질적으로 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박(foil) 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  2. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1 내지 20.0%의 Cr, 0.1 내지 15.0%의 Ni, 및 0.1 내지 15.0%의 Co 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  3. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1 내지 10.0%의 W, 0.1 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  4. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1 내지 20.0%의 Cr, 0.1 내지 15.0%의 Ni, 및 0.1 내지 15.0%의 Co 중 하나 이상, 및 추가로, 0.1 내지 10.0%의 W, 0.1 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 비정질 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  6. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 B, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 실질적으로 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  7. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 B, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1 내지 20.0%의 Cr, 0.1 내지 15.0%의 Ni, 및 0.1 내지 15.0%의 Co 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  8. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 B, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1 내지 10.0%의 W, 0.1 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  9. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 B, 1.0 내지 20.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V, 또한, 0.1 내지 20.0%의 Cr, 0.1 내지 15.0%의 Ni, 및 0.1 내지 15.0%의 Co 중 하나 이상, 및 추가로, 0.1 내지 10.0%의 W, 0.1 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 비정질 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  11. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 10.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 1.0 내지 20.0%의 B, 및 실질적으로 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  12. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 10.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 1.0 내지 20.0%의 B, 또한, 0.1 내지 20.0%의 Cr, 0.1 내지 15.0%의 Ni, 및 0.1 내지 15.0%의 Co 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  13. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 10.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 1.0 내지 20.0%의 B, 또한, 0.1 내지 10.0%의 W, 0.1 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  14. 화학성분은, 원자 퍼센트로, 1.0 내지 20.0%의 P, 1.0 내지 10.0%의 Si과 0.1 내지 20.0%의 V 및 1.0 내지 20.0%의 B, 또한, 0.1 내지 20.0%의 Cr, 0.1 내지 15.0%의 Ni, 및 0.1 내지 15.0%의 Co 중 하나 이상, 및 추가로, 0.1 내지 10.0%의 W, 0.1 내지 10.0%의 Nb, 및 0.1 내지 10.0%의 Ti 중 하나 이상, 및 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 잔부를 포함하고; 3.0 내지 100μm의 박 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 비정질 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 산화분위기중에서 접합 가능한 및 Fe기 재료의 액상 확산 접합용 Fe기 합금 박.
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