KR20090084942A - 브레이징 재료, 브레이징 방법, 브레이징 물품, 및 이 브레이징 재료를 포함하는 페이스트 - Google Patents

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KR20090084942A
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Abstract

요약본 발명은 주 구성원소로서 15 내지 30 중량%(이하, wt%)의 크롬(Cr), 0 내지 5.0 wt%의 망간(Mn), 15 내지 30 wt%의 니켈(Ni), 0 내지 12 wt%의 몰리브덴(Mo), 0 내지 4.0 wt%의 구리(Cu), 0 내지 1.0 wt%의 질소(N), 0 내지 20 wt%의 실리콘(Si), 0 내지 2.0 wt%의 붕소(B), 0 내지 16 wt%의 인(P), 그리고, 선택적으로, 각각 0.0 내지 2.5 wt%의 탄소(C)와, 바나듐(V)과, 티타늄(Ti)과, 텅스텐(W)과, 알루미늄(Al)과, 니오븀(Nb)과, 하프늄(Hf)과 탄탈륨(Ta)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소들을 포함하고, 잔여부가 Fe와 불가피한 미량의 오염 원소이며, Si, B 및 P는 용융 온도를 낮출수 있는 양으로 존재하며, Si, B 및 P는 조성: 지수 = wt% P + 1.1 x wt% Si + 3 x wt% B에 따른 양으로 존재하며, 지수의 값은 약 5 wt% 내지 약 20 wt%의 범위 이내인 합금을 포함하는 철계 브레이징 재료에 관한 것이다. 본 발명은 스테인레스 강으로 이루어진 물품을 브레이징하는 방법 및 스테인레스 강으로 이루어진 물품에도 관련한다.
브레이징, 용융 온도, 온도 간격, 바인더, 페이스트, 철계 브레이징 재료

Description

브레이징 재료, 브레이징 방법, 브레이징 물품, 및 이 브레이징 재료를 포함하는 페이스트 {BRAZING MATERIAL, A METHOD OF BRAZING, A BRAZED ARTICLE AND A PASTE COMPRISING THIS BRAZING MATERIAL}
본 발명은 고합금 철계 브레이즈 충전재 재료, 브레이징 방법, 고합금 철게 브레이즈 충전재 재료로 브레이징된 제품에 관한 것이다.
다양한 강철 재료 또는 철계 합금 재료로 이루어진 대상물은 일반적으로 니켈계 또는 구리계 브레이징 재료를 사용한 브레이징(brazing) 또는 솔더링(soldering)에 의해 조립된다. 이하에서, 용어 브레이징이 사용되지만, 이 용어는 솔더링도 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 브레이징은 금속 부품들을 결합하기 위한 공정이지만, 대상물을 밀봉하거나 대상물을 코팅하기 위해서도 사용될 수 있다. 브레이징 온도는 베이스 재료의 원래 고상 온도(solidus temperature) 미만이다. 재료의 브레이징 도중에, 브레이징 재료는 열처리 동안 완전히 또는 부분적으로 용융된다.
철계 재료의 통상적 브레이징은 니켈계 또는 구리계 브레이징 재료에 의해 수행되며, 이들 브레이징 재료는 예로서, 전극 전위(electrode potential)의 편차로 인해 부식을 유발할 수 있다. 이 부식 문제는 브레이징된 대상물이 화학적으로 침해적인 환경에 노출될 때 심화된다. 또한, 니켈계 또는 구리계 브레이징 재료는 관할지역(jurisdiction)에 따라 다수의 식품 용례에서는 제한될 수 있다.
한가지 문제점은 고합금 코팅 또는 브레이징 재료의 융점이다. 브레이징 재료 또는 코팅 재료를 선택할 때, 고려사항들은 합금 및 베이스 재료의 고상 또는 액상 온도에 기초한다. 최근에 통상적 스테인레스 강으로 이루어진 대상물을 브레이징 하기 위해 철계 브레이징 재료가 개발되었다. 이들 철계 브레이징 재료는 매우 양호하게 기능한다. 한가지 문제점은 대상물의 베이스 재료가 고합금 철계 재료일 때 명시적으로 나타나며, 그 이유는 이들 최근에 개발된 철계 브레이징 재료가 고합금 철계 재료에 비해 상이한 전극 전위를 갖기 때문이다. 브레이징된 영역과 대상물의 베이스 재료 사이의 전극 전위의 편차는 고합금강 대상물이 특정 환경 및 용례에서 사용될 때 부식 문제를 유발할 수 있다. 고합금강(high-alloyed steel)은 부식성, 화학적 침해성 등의 환경의 용례에 대해 개선된 특성을 얻도록 개발되어 왔다. 따라서, 고합금강을 브레이징할 때 브레이징 재료가 합금 베이스 재료와 유사한 내식성 같은 특성을 갖는 것이 필요하며, 그렇지 않으면, 브레이징 재료는 브레이징된 제품의 특성을 제한하게 될 수 있다.
고합금 철계 재료는 오늘날 주로 용접되고 있으며, 그 이유는, 예로서, Cu, Ni 및 Fe계 브레이징 재료를 위한 현존하는 브레이징 재료들 사이의 특성의 편차가 너무 넓기 때문이다. 용접 기술은 비싸고, 시간 소모적이며, 용접이 일반적으로 제조된 제품에 매우 큰 응력을 초래하기 때문에 바람직하지 못하다.
따라서, 본 발명은 대상물의 고합금 철계 베이스 재료와 브레이징된 영역 사이에 보다 균등한 전극 전위를 갖는 새로운 철계 브레이징 재료를 제공한다. 또한, 본 발명은 브레이징 재료가 완전히 용융되는 온도 아래에서 일 영역을 브레이징하는 특성을 가지며, 브레이징시 브레이징 재료는 이 영역 및 균열(crevice) 등을 충전 및 습윤할 수 있다. 따라서, 본 발명은 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 구성되는 그룹 중 셋 이상의 원소를 포함하는 합금을 포함하는 철계 브레이징 재료에 관한 것이다. 또한, 이 합금은 실리콘(Si), 붕소(B) 및 인(P)으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 융점 억제 원소를 포함한다. 일 대안에 따라서, 합금은 조성 (wt% Cr + wt% Ni + wt% Mo) ≥ 33 wt%로 정의되는 크롬(Cr)의 양과, 니켈(Ni)의 양과, 몰리브덴(Mo)의 양을 포함할 수 있다. 다른 대안에 따라서, 크롬(Cr)의 양과, 니켈(Ni)의 양과, 몰리브덴(Mo)의 양은 조성 (wt% Cr + wt% Ni + wt% Mo) ≥ 38 wt%로 정의될 수 있다. 다른 대안에 따라서, 합금은 조성: 지수(Index) = wt% P + 1.1 x wt% Si + 3 x wt% B로 정의되는 양의 하나 이상의 융점 억제 원소를 포함할 수 있으며, 여기서, 이 지수의 값은 약 5 wt% 내지 약 20 wt%의 범위 이내이다.
본 발명의 다른 대안에 따라서, 철계 브레이징 재료는 합금을 포함하고, 이 합금은 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 구성되는 그룹의 원소들과, 실리콘(Si), 붕소(B) 및 인(P)으로 구성되는 그룹의 하나 이상의 원소를 포함하는 융점 억제 원소를 포함하며, Si, B 및 P는 조성: 지수 = wt% P + 1.1 x wt% Si + 3 x wt% B에 따른 양으로 존재하며, 지수의 값은 약 5 wt% 내지 약 20 wt%의 범위 이내이고, 크롬(Cr)과, 니켈(Ni)과, 몰리브덴(Mo)은 Fe, Cr, Ni, Mo 및 Cu는 Fe의 wt% > Cr의 wt%이면서 Ni의 wt% ≥ Mo의 wt%인 조건에서 조성 wt% Cr + wt% Ni + wt% Mo ≥ 33 wt% 또는 조성 wt% Cr + wt% Ni + wt% Mo ≥ 38 wt%로 정의되는 범위 내에 있다.
또한, 본 발명은 주 구성원소로서 15 내지 30 중량%(이하, wt%)의 크롬(Cr), 0 내지 5.0 wt%의 망간(Mn), 15 내지 30 wt%의 니켈(Ni), 0 내지 12 wt%의 몰리브덴(Mo), 0 내지 4.0 wt%의 구리(Cu), 0 내지 1.0 wt%의 질소(N), 0 내지 20 wt%의 실리콘(Si), 0 내지 2.0 wt%의 붕소(B), 0 내지 16 wt%의 인(P), 그리고, 선택적으로, 각각 0.0 내지 2.5 wt%의 탄소(C)와, 바나듐(V)과, 티타늄(Ti)과, 텅스텐(W)과, 알루미늄(Al)과, 니오븀(Nb)과, 하프늄(Hf)과 탄탈륨(Ta)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소들을 포함하고, 잔여부가 Fe와 불가피한 미량의 오염 원소이며, Si, B 및 P는 용융 온도를 낮출수 있는 양으로 존재하며, Si, B 및 P는 조성: 지수 = wt% P + 1.1 x wt% Si + 3 x wt% B에 따른 양으로 존재하며, 지수의 값은 약 5.5 wt% 내지 약 18 wt%의 범위 이내인 합금을 포함하는 철계 브레이징 재료에 관한 것이다. 본 발명의 일 대안에 따라서, 합금은 상술한 원소로 구성되고, 크롬이 약 18 내지 약 26 wt%의 범위이거나, 니켈이 약 16 내지 약 26 wt%의 범위 이내이거나, 몰리브덴이 약 1.0 내지 약 12.0 wt%의 범위 이내이거나 그 조합일 수 있다. 본 발명의 다른 대안에 따라서, 합금은 상술한 원소로 구성되고, 크롬이 약 19 내지 약 25 wt%의 범위 이내이거나, 니켈이 약 17 내지 약 26 wt%의 범위 이내이거나, 몰리브덴이 약 3.5 내지 약 8.0 wt%의 범위 이내이거나, 그 조합일 수 있다. 본 발명의 다른 대안에 따라서, 합금은 상술한 원소로 구성되고, 구리(Cu)는 0.1 내지 4.0 wt%의 범위 이내이다. 본 발명의 다른 대안에 따라서, 합금은 상술한 원소로 구성되고, 몰리브덴은 약 2.0 내지 약 12.0 wt%의 범위 이내이다. 본 발명의 다른 대안에 따라서, 합금은 상술한 원소로 구성되고, 몰리브덴은 약 3.0 내지 약 9.0 wt%의 범위 이내이다.
본 발명의 일 대안적 태양에 따라서, 탄소(C)와, 바나듐(V)과, 티타늄(Ti)과, 텅스텐(W)과, 알루미늄(Al)과, 니오븀(Nb)과, 하프늄(Hf)과 탄탈륨(Ta)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 원소들 중 임의의 원소는 약 0 내지 1.5 wt%의 범위 이내의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라서, 합금 내의 오염 원소는 탄소(C), 산소(O) 및 황(S) 중 임의의 것일 수 있다. 다른 대안에 따라서, Ni가 합금 내에 존재할 수 있으며, 그 양은 0.1 내지 1.0의 범위 이내이다. 다른 대안에 따라서, 망간이 합금 내에 존재할 수 있으며, 그 양은 0.1 내지 4.5의 범위 이내이다. 본 발명의 또 다른 대안적 태양에 따라서, 합금은 약 8.0 내지 약 12 wt%의 범위 이내의 실리콘이나, 약 0.1 내지 약 1.0 wt%의 범위 내의 붕소나 약 5.0 내지 약 14 wt%의 범위 내의 인이나 그 조합들을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 대안적 태양에 따라서, 합금은 약 8.0 내지 약 12 wt%의 범위 내의 실리콘이나, 약 0.1 내지 약 1.0 wt%의 범위 내의 붕소나 약 5.0 내지 약 14 wt%의 범위 내의 인이나 그 조합들을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 대안적 태양에 따라서, 합금은 약 8.0 내지 약 12 wt%의 범위 내의 실리콘과, 약 0.25 내지 약 8.0 wt%의 범위 내의 붕소를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 대안적 태양에 따라서, 합금은 약 7.0 내지 약 13 wt%의 범위 내의 인을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 대안적 태양에 따라서, 합금은 약 2.0 내지 약 8.0 wt%의 범위 내의 실리콘과, 약 2.0 내지 약 8.0 wt%의 범위 내의 인을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 대안적 태양에따라서, 합금은 10 wt% 미만의 실리콘 또는 1.5 wt% 미만의 붕소 또는 12 wt% 미만의 인 또는 그 조합들을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라서, 합금은 약 8.0 내지 약 12 wt%의 범위 내의 실리콘을 포함할 수 있으며, 붕소는 약 0.1 내지 약 1.5 wt%의 범위 이내이다.
본 발명의 다른 대안적 태양에 따라서, 합금은 약 2.5 내지 약 9.0 wt%의 범위 내의 실리콘을 포함할 수 있으며, 인은 약 2.5 내지 약 9.0 wt%의 범위 이내이다.
브레이징 사이클은 브레이징 재료의 용융 및 고화 양자 모두를 포함한다. 용융 온도 및 고화 온도는 매우 특정한 재료에 대하여 동일할 수 있지만, 일반적 상황은 재료가 용융 온도 범위 내에서 용융되고, 다른 고화 온도 범위 내에서 고화한다는 것이다. 고상 상태와 액상 상태 사이의 온도 범위는 본 명세서에서 고상 상태와 액상 상태 사이의 온도차로서 정의되며, ℃ 단위의 숫자로 측정된다. 따라서, 본 발명의 브레이징 재료는 고상 온도와 액상 온도 사이의 온도 범위를 가지며, 이는 본 발명의 일 대안적 태양에 따라서, 200℃의 온도 범위 이내일 수 있다. 다른 대안에 따라서, 합금은 150℃의 온도 범위 이내의 고상 온도와 액상 온도를 가질 수 있다. 다른 대안에 따라서, 합금은 100℃의 온도 범위 이내의 고상 온도와 액상 온도를 가질 수 있다. 본 발명의 다른 대안적 태양에 따라서, 합금은 75℃ 범위 이내의 고상 온도와 액상 온도를 가질 수 있다. 본 발명의 다른 대안적 태양에 따라서, 합금은 50℃의 범위 이내의 고상 온도 및 액상 온도를 가질 수 있다.
본 발명의 합금은 가스 또는 물 오토마이징(automising) 프로세스에 의해, 용융-스피닝 프로세스에 의해, 철계 합금 재료를 포함하는 잉곳의 분쇄에 의해 또는 혼합시 사용되는 고합금강 보다 높은 양의 Si, P, B 또는 그 조합을 포함하는 합금과 고합금강 같은 합금을 혼합함으로써 또는 혼합시 사용되는 합금 보다 높은 양으로 Si, P, B 또는 그 조합을 포함하는 합금과 고 크롬 함량, 니켈 함량, 몰리브덴 함량 또는 그 조합을 갖는 합금 같은 합금을 혼합함으로써 적절히 얻어질 수 있다.
본 발명의 다른 대안적 태양에 따르면, 철계 브레이징 재료는 페이스트로서 제조될 수 있다. 본 발명의 철계 브레이징 페이스트는 철계 브레이징 재료와 수성 바인더 시스템 또는 유기 바인더 시스템을 포함할 수 있다. 바인더 시스템은 용매를 포함할 수 있으며, 이 용매는 친수성 또는 소수성, 즉, 수성계거나 유성계일 수 있다. 유성계 바인더는 특히, 폴리 (메트) 아크릴레이트[poly (met) acrylate]일 수 있으며, 셀룰로스 유도체, 전분, 왁스 등 같은 바이오폴리머일 수 있다. 다른 대안에 따라서, 본 발명의 철계 브레이징 페이스트는 철계 브레이징 재료와 물, 기름 또는 그 조합 같은 용매에 기반한 수성 바인더 시스템 또는 유기 바인더 시스템을 포함할 수 있다. 페이스트 내에 포함된 합금은 분말, 입자 등의 형태일 수 있다.
또한, 본 발명은 하기의 단계, 즉, (i) 스테인레스 강으로 이루어진 부품 상에 본 발명의 브레이징 재료를 적용하는 단계, (ii) 선택적으로, 부품을 조립하는 단계, (iii) 비산화 분위기, 환원 분위기, 진공 또는 그 조합에서 단계 (i) 또는 단계 (ii)로부터의 부품을 적어도 900℃의 온도까지 가열하고, 그후, 적어도 15분 동안 적어도 1070℃의 온도에서 부품을 브레이징하는 단계, (iv) 선택적으로, 단계 (i), 단계 (ii) 및 단계 (iii) 중 하나 이상을 반복하는 단계를 포함하는 스테인레스 강으로 이루어진 물품을 브레이징하는 방법에도 관련한다. 서로 다른 브레이징된 제품은 서로 다른 브레이징 절차를 필요로 하며, 몇몇 제품은 단계 (i), 단계 (ii) 및 단계 (iii)을 통해 진행하는 것 만으로 브레이징될 수 있지만, 다른 제품은 보다 복잡하고, 단계 (i), 단계 (ii) 및 단계 (iii) 중 하나 이상의 단계가 반복될 필요가 있다는 것이 단계 (iv)에 나타나 있다.
본 발명의 대안에 따라서, 부품은 적어도 1100℃의 온도에서 브레이징된다.
본 발명의 대안에 따라서, 이 방법은 또한 단계 (iii)에서 부품이 비산화 분위기, 환원 분위기, 진공 또는 그 조합에서 적어도 10분 동안 적어도 250℃의 온도까지 가열되고, 그후, 적어도 30 분 동안 1080℃ 미만의 온도까지 부품을 가열하고, 그후, 720분 미만의 시간 동안 약 1100℃ 보다 높은 온도까지 부품을 가열하고, 그후 부품을 냉각하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 대안에 따라서, 부품을 냉각하기 이전에 360분 미만의 시간 동안 약 1100℃를 초과한 온도까지 부품을 가열할 수 있다. 본 발명의 다른 대안에 따르면, 부품을 냉각하기 이전에, 180분 미만의 시간 동안 약 1100℃를 초과한 온도까지 부품을 가열할 수 있다.
본 발명의 대안에 따라서, 이 방법은 또한 단계 (iii)에서 부품들이 적어도 30분 동안 약 1200℃의 온도로 가열되기 이전에 1120℃ 미만의 온도로 예열되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 대안에 따라서, 이 방법은 또한 단계 (iii)에서 부품들이 적어도 30분 동안 1150℃ 내지 1250℃의 범위 내의 온도까지의 가열 이전에 1120℃ 미만의 온도까지 예열되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 대안에 따라서, 이 방법은 또한 단계 (iii)에서 부품들이 적어도 15분 동안 1050℃ 내지 1150℃의 온도 범위 내의 온도에서의 브레이징 이전에 1040℃ 미만의 온도로 예열되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 대안에 따라서, 이 방법은 또한 단계 (iii)에서 부품들이 적어도 120분 동안 대략 1200℃의 온도까지의 가열 이전에 1120℃ 미만의 온도까지 예열되는 것을 포함한다. 그리고, 그후, 적어도 누적된 20분 동안 950℃를 초과한 온도에서 부품을 열처리하며, 이는 브레이즈 사이클에서 이루어질 수 있지만, 또한, 예를 들어 제2 가열원에서 브레이즈 이후에 이루어질 수도 있다.
다른 대안에 따라서, 브레이즈 재료는 예로서 페인트 스프레이 건, 롤링, 브러싱, 예를 들어, 고속 산소 연료(HVOF) 등의 열 스프레잉에 의해 결합될 표면들 상에 분말로 스프레이되거나, 용융물에 의해 표면, 조인트 등이 코팅될 수 있다.
철계 브레이징 충전재 재료는 모세관력 브레이커(capillary force breaker)의 도움에 의해 넓은 표면에 또는 평면형 표면들에 적용될 수 있다. 모세관력 브레이커는 홈, 트레이스, 경로, 통로, v 또는 u 형 트랙이나 통과로 등의 형태일 수 있거나, 네트의 형태 등일 수 있다. 철계 브레이징 충전재 재료는 모세관력 브레이커 내로 즉, 홈, 트레이스, 경로, 통로, v 또는 u 형 트랙이나 통과로, 네트 등 내로 적용될 수 있거나, 모세관력 브레이커에 인접하게 브레이징 충전재 재료가 적용될 수 있다. 가열 동안, 적용된 철계 브레이징 충전재 재료는 모세관력이 파괴될 수 있는 영역으로 유동하고 인접한 표면들을 서로 함께 브레이즈한다. 따라서, 브레이징된 영역은 달리는 균일하게 브레이즈하기가 어려운 평면형 표면 사이에 브레이징된, 밀봉된 또는 긴밀한 균열(tight cervice), 조인트 등을 제공한다. 또한, 모세관력 브레이커는 큰 균열, 이상한 형상을 갖는 부품 등을 갖는 표면의 브레이징도 가능하게 한다.
브레이징 재료가 모세관력 브레이커에 근접한 두 부품들 사이에 적용될 때, 유동하는 점성 브레이징 재료는 모세관력 브레이커의 림(rim)에서 유동 운동이 중지되고 경화한다. 반응기 채널(reactor channel)이 모세관력 브레이커로서 기능할 수 있다. 반응기 채널을 갖는 판에 브레이징 재료가 적용되고 배리어 판 등이 반응기 채널 판과 접촉하여 배치된다. 유동하는 브레이징 재료는 반응기 채널의 경계에서 중지되고 경화되며, 이는 응고된 브레이징 재료로 반응기 채널을 충전하는 일 없이 배리어 판에 대하여 반응기 판을 밀봉한다.
브레이징 재료가 두 접경 표면 사이에서 얼마나 멀리 유동할수 있는지는 브레이징 재료 응고 시간, 표면들 사이의 거리 및 브레이징 재료의 양에 부분적으로 의존한다. 브레이징 재료가 브레이징될 각 표면에 대하여 "점착성"이기 때문에, 표면들 사이의 중간 공간은 더 작아진다. 브레이징 재료가 응고하면서 동시에 중간 공간이 더 작아질 때, 브레이징 재료를 사이로 유동시키기가 더 어려워 진다. 설명된 방식 또는 다른 방식 중 임의의 방식으로 함께 브레이징될 접촉점에 필요한 양의 브레이징 재료가 공급된다. 브레이징 재료는 접촉 조인트 지점 보다 다소 큰 영역을 덮을 수 있다. 접촉 조인트 지점은 적어도 0.5 mm의 직경을 가질 수 있다. 브레이징 프로세스가 금속성 프로세스이고, 브레이징을 위한 각각의 표면이 금속성 재료의 형태를 취하기 때문에, 브레이징 프로세스 동안 철계 브레이징 재료는 함께 브레이징될 접경하는 표면으로 확산한다. 두 개의 결합된 표면들 사이의 조인트 또는 봉합부는 본 발명의 일 태양에 따른 브레이징 프로세스동안 다소 "사라진다". 금속성 부품의 표면들과 함께 브레이징된 봉합부는 합금의 재료 조성내에 단지 작은 변화만 갖는 상태로 단일체가 된다.
브레이징 동안, 브레이징 재료는 모세관력에 의해 브레이징에 의해 결합될 영역으로 이동한다. 본 발명에 따른 브레이징 재료는 양호한 습윤 기능과, 양호한 유동 기능을 갖고 있으며, 이는 브레이징 영역 주변의 잔류 합금이 적어지게 한다. 일 대안에 따르면, 브레이징 이후의 잔류 합금은 적용된 표면상에서 0.1 mm 미만의 두께를 갖는다.
또한, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 얻어진 스테인레스 강 물품에도 관련한다. 본 발명은 또한 본 발명의 브레이징된 브레이징 재료와 스테인레스 강의 적어도 하나의 베이스 재료를 포함하는 스테인레스 강으로 이루어진 브레이징된 물품에도 관련한다.
본 발명의 일 대안적 태양에 따라서, 물품 또는 부품은 반응기, 분리기, 컬럼, 열 교환기 또는 화학 공장이나 식품 공장 또는 차량 산업을 위한 장비로부터 선택될 수 있다. 다른 대안적 태양에 따라서, 대상물은 열 교환기, 판 반응기 또는 그 조합일 수 있다. 본 발명의 다른 대안적 태양에 따라서, 브레이징된 물품은 분리기에 사용되는 페어링 디스크(paring disc)일 수 있다. 일 대안 태양에 따라서, 물품은 브레이징된 열 교환기 판, 브레이징된 반응기 판 또는 그 조합일 수 있다.
부품들이 열 교환기 판일 때, 부품은 단부판, 어댑터 판, 밀봉 판, 프레임 판 등일 수 있으며, 열 교환기 시스템을 구성한다. 열 교환기 판 각각은 적어도 하나의 포트 오목부를 포함하며, 이 포트 오목부는 판들이 서로의 위에 배치될 때 포트 채널의 부분을 함께 형성한다. 판들은 열 교환기 내의 판 스택 또는 판 팩 내에서 함께 적층된다. 판 패키지는 다수의 매체를 수용하는 다수의 채널을 판들 사이에 포함한다. 인접한 채널 내의 매체는 종래의 방식으로 열 전달 판을 통한 온도 전달을 받는다. 판은 판 스택 내의 인접한 열 전달 판의 에지 부분 아래 및 위로 부분적으로 연장할 수 있는 에지를 포함할 수 있다. 판의 에지는 판들 사이에 채널이 형성될 수 있는 방식으로 인접한 열 전달 판에 대하여 밀봉된다. 이 채널은 각각 매체의 유동을 허용하거나, 어떠한 유동도 이루어지지 않고 따라서 채널이 비어있도록 폐쇄된다. 판 패키지 및 포트 영역을 강화시키기 위해, 어댑터 판 또는 단부판은 패키지에 끼워진다. 단부판 또는 어댑터 판의 표면들은 표면들 사이의 접촉면이 최대화될 수 있도록 평면형일 수 있다. 전술한 바와 같이, 판 상의 각각의 포트 오목부는 서로 일치하며, 그에 의해 채널을 형성한다. 따라서, 이 포트 채널의 내측상에는 두 판 사이의 조인트가 존재한다. 이 조인트에서의 누설을 방지하기 위해, 판들 사이의 포트 영역 둘레에 브레이징 재료가 적용될 수 있다. 브레이징 재료는 판들 사이의 포트 영역 둘레에 전체적으로 또는 부분적으로 연장할 수 있는, 모세관력 브레이커 내에 배치되거나 그에 의해 폐쇄될 수 있다. 판 패키지에서, 브레이징 재료는 다양한 사전 설계된 또는 지정된 판들의 부품 상에 적용될 수 있다. 브레이징 프로세스 동안, 브레이징 재료는 점성이며, 모세관력의 작용으로 인해 적용된 부품들로부터 판들 사이에서 외부로 유동한다. 지정된 장소에 브레이징 재료를 적용하는 장점은 브레이징 재료의 양과 체적을 제어하는 것과, 브레이징되거나 브레이징되지 않을 표면의 부품들을 제어하는 것을 가능하게 한다는 것이다. 열 교환기를 브레이징할 때, 적어도 세 개의 열 교환기 판이 필요하지만 다수의 판들이 함께 브레이징되는 것이 일반적이다. 본 발명의 일 대안 태양에 따르면, 다수 판으로 이루어진 판 팩은 동일 오븐 내에서 동시에 함께 브레이징된다.
본 발명의 브레이징 방법은 동시에 그 부품 모두와 조립된 물품을 브레이징하는 것을 포함하거나, 각 브레이징 사이클에서 동일 유형의 브레이징 재료를 사용하여 부품이 먼저 조립되고 함께 브레이징된 이후, 다른 부품들이 조립되고 함께 브레이징되는 등등의 단계적 방식으로 물품이 브레이징될 수 있다.
다른 개선사항은 독립항 및 종속항에 명시되어있다.
하기의 실시예 및 도 1, 도 2 및 도 3을 통해 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 "굴곡 테트스"에서 테스트된 브레이징된 영역의 사진들을 도시한다.
도 3은 용융물 곡선의 근사화에 의해 수행된 용융 간격의 추정을 도시한다.
도 1, 도 2 및 도 3의 실시예의 목적은 본 발명의 브레이징 재료를 테스트하기 위한 것이며, 본 발명의 범주를 제한하고자하는 것은 아니다.
제1 실시예
본 발명의 브레이징 재료의 고상 및 액상 온도를 점검하기 위해 테스트 샘플 1 내지 12가 제조되었다. 테스트 샘플의 조성은 표 1에 요약되어 있다.
번호 Fe Cr Mn Ni Mo Si B P Cu N
1 42.61 20.1 1.03 18.2 6.2 10.58 0.49 0.79 0.19
2 42.04 20.2 1.01 18.3 6.15 10.95 0.57 0.78 0.23
3 41.27 20.4 1.05 18.3 6.11 11.53 0.58 0.76 0.16
4 41.45 20.5 1.05 18.1 6.31 11.22 0.58 0.79 0.065
5 40.84 20.3 0.9 18.4 6.22 11.91 0.66 0.77 0.08
6 41.63 20.5 1.45 18.4 6.18 11.1 0.74 0.13
7 40.33 20.4 1.18 18.1 6.2 13.0 0.79 0.23
8 41.35 20.3 1.1 18.3 6.24 5.66 6.3 0.75 0.095
9 39.49 20.3 1.11 18.1 6.3 6.48 7.5 0.72 0.2
10 37.87 23.0 1.0 19.9 5.95 10.79 0.72 0.77 0.076
11 43.87 20.2 1.15 18.0 6.25 9.46 0.26 0.73 0.08
12 42.547 19.8 1.16 17.8 6.29 11.31 0.28 0.76 0.053
샘플들의 액상 및 고상 온도는 차등 열 분석(DTA; differential thermal analysis)에 의해 테스트되었다. 분석시 사용된 분위기는 아르곤이었다. 테스트는 10℃/min의 가열 및 냉각 속도로 수행되었다. 액상 온도는 초과시 물질이 완전히 액화되는 온도이다. 고상 온도는 그 아래에서 물질이 완전히 고체가 되는 온도이다. 고상 및 액상 온도의 값들은 용융 프로세스가 시작되고 종료되는 추정에 의해 형성되었다. 추정은 용융 곡선의 근사화에 의해 수행되었으며, 이는 측정되어 DTA-곡선(도 3 참조)으로서 등록되었다. 용융 프로세스는 가열 곡선의 구배의 변화에 의해 DTA-곡선 내에서 볼 수 있다. 프로세스가 종료되었을 때, 구배는 다시 일정하다. 용융 프로세스의 시작부와 종료부를 형성하기 위해서, 전압 강하 피크(6) 상에서 접선(5)을 그림으로써 근사화가 이루어졌다. 기저선 상의 접선(7)이 그려지고, 여기서, 접선(5) 및 (7)은 서로 교차하고, 거기에 용융 범위의 근사화된 종료값이 존재한다.
샘플 번호 고상 온도[℃] 액상 온도[℃]
1 1097 1221
2 1094 1221
3 1101 1216
4 1113 1197
5 1114 1200
6 1038 1074
7 1038 1057
8 1047 1112
9 1037 1119
10 1105 1220
11 1110 1258
12 1111 1242
제2 실시예
샘플 번호 6 상에 "굴곡 테스트"가 수행되었으며, 결과물에 대해 사진이 촬영되었다(도 1 참조). 샘플 6은 베이스 재료의 판 상에 배치되었고 약 1200℃에서 적어도 10분 동안 진공 노 내에서 가열되었다. 테스트 판은 그후 실온에서 냉각되었으며, "굴곡 테스트"가 수행되었다. 도 1은 사진의 저면에서 베이스 재료(1)를 도시하며, 베이스 재료 위의 반응 영역(2)은 브레이징 재료와 베이스 재료가 함께 확산되는 영역이다. 반응 영역의 상부에는 브레이징된 재료(3)가 있다. 사진은 굴곡 테스트가 예상되었던 베이스 재료(3)내의 크랙(4)을 생성한다는 것을 나타내었다. 놀라운 결과는 균열이 반응 영역(2)을 통과하지 않고, 대신, 방향전환 및 중단된다는 것이다. 결과에 대한 반복 검토를 위해 샘플 번호 7을 사용하여 새로운 테스트 및 동일 절차가 수행되었다(도 2의 사진 참조). 두 번째 테스트는 유사한 균열을 초래하였으며, 이것도 반응 영역으로부터 멀어지는 방향으로 방향전환되었다.

Claims (16)

  1. 합금을 포함하는 철계 브레이징 재료이며,
    상기 합금은
    (i) 15 내지 30 wt%의 크롬(Cr),
    (ii) 0 내지 5.0 wt%의 망간(Mn),
    (iii) 15 내지 30 wt%의 니켈(Ni),
    (iv) 1.0 내지 12 wt%의 몰리브덴(Mo),
    (v) 0 내지 4.0 wt%의 구리(Cu)
    (vi) 0 내지 1.0 wt%의 질소(N),
    (vii) 0 내지 20 wt%의 실리콘(Si),
    (viii) 0 내지 2.0 wt%의 붕소(B),
    (ix) 0 내지 16 wt%의 인(P), 및
    선택적으로, 각각 0.0 내지 2.5 wt%의 탄소(C)와, 바나듐(V)과, 티타늄(Ti)과, 텅스텐(W)과, 알루미늄(Al)과, 니오븀(Nb)과, 하프늄(Hf)과 탄탈륨(Ta)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소들을 주 구성 원소로하여 구성되고, 잔여부가 Fe와 불가피한 미량의 오염 원소이며, Si, B 및 P는 용융 온도를 낮출 수 있는 양으로 존재하며, Si, B 및 P는 조성: 지수 = wt% P + 1.1 x wt% Si + 3 x wt% B에 따른 양으로 존재하며, 지수의 값은 약 5 wt% 내지 약 20 wt%의 범위 이내인
    철계 브레이징 재료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오염 원소는 탄소(C), 산소(O) 및 황(S) 중 어느 하나인
    철계 브레이징 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 크롬이 약 18 내지 약 26 wt%의 범위 이내이거나, 니켈이 약 16 내지 약 26 wt%의 범위 이내이거나, 몰리브덴이 약 2.0 내지 약 12 wt%의 범위 이내이거나, 이들의 조합인
    철계 브레이징 재료.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실리콘이 약 8.0 내지 약 12.0 wt%의 범위 이내이거나, 붕소가 약 0.1 내지 약 1.0 wt%의 범위 이내이거나, 인이 약 5.0 내지 약 14 wt%의 범위 이내이거나, 이들의 조합인
    철계 브레이징 재료.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 실리콘은 약 8.0 내지 약 12 wt%의 범위 이내이고, 붕소는 약 0.1 내지 약 1.5 wt%의 범위 이내인
    철계 브레이징 재료.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 실리콘은 약 2.5 내지 약 9.0 wt%의 범위 이내이고, 인은 약 2.5 내지 약 9.0 wt%의 범위 이내인
    철계 브레이징 재료.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 합금은 조성 (wt% Cr + wt% Ni + wt% Mo) ≥ 33 wt%로 정의되는 크롬(Cr)의 양과, 니켈(Ni)의 양과, 몰리브덴(Mo)의 양을 포함하는
    철계 브레이징 재료.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 구리는 0.1 내지 4.0 wt%의 범위 이내로 합금 내에 존재하는
    철계 브레이징 재료.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 가스-오토마이징 또는 물-오토마이징 또는 용융-스피닝에 의해 제조되는
    철계 브레이징 재료.
  10. 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 구성되는 그룹 중 셋 이상의 원소를 포함하는 합금을 포함하는 철계 브레이징 재료이며,
    상기 합금은 실리콘(Si), 붕소(B) 및 인(P)으로 구성되는 그룹으로부터 선택 된 하나 이상의 융점 억제 원소를 더 포함하고, 조성 (wt% Cr + wt% Ni + wt% Mo) ≥ 33 wt%로 정의되는 크롬(Cr)의 양과, 니켈(Ni)의 양과, 몰리브덴(Mo)의 양을 포함하며, 조성: 지수(Index) = wt% P + 1.1 x wt% Si + 3 x wt% B로 정의되는 양의 하나 이상의 융점 억제 원소를 포함하고, Cu가 존재하는 조건에서 상기 지수의 값은 약 5 wt% 내지 약 20 wt%의 범위 이내인
    철계 브레이징 재료.
  11. 스테인레스 강으로 이루어진 물품을 브레이징하는 방법이며,
    (i) 제1항 내지 제10항에 따른 브레이징 재료를 스테인레스 강으로 이루어진 부품 상에 적용하는 단계,
    (ii) 선택적으로, 부품을 조립하는 단계,
    (iii) 비산화 분위기, 환원 분위기, 진공 또는 그 조합에서 단계 (i) 또는 단계 (ii)로부터의 부품을 적어도 900℃의 온도까지 가열하고, 그후, 적어도 15분 동안 적어도 1070℃의 온도에서 부품을 브레이징하는 단계,
    (iv) 선택적으로, 단계 (i), 단계 (ii) 및 단계 (iii) 중 하나 이상을 반복하는 단계를 포함하는
    스테인레스 강으로 이루어진 물품을 브레이징하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 단계 (iii)에서 부품들은 적어도 30분 동안 1150℃ 내지 1250℃의 범위 이내의 온도에서의 브레이징 이전에 1120℃ 미만의 온도로 예열되는
    스테인레스 강으로 이루어진 물품을 브레이징하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 단계 (iii)에서 부품들은 적어도 15분 동안 1050℃ 내지 1150℃의 범위 내의 온도에서의 브레이징 이전에 1040℃ 미만의 온도로 예열되는
    스테인레스 강으로 이루어진 물품을 브레이징하는 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법에 의해 얻어진
    브레이징된 물품.
  15. 제14항에 있어서, 상기 물품은 판 열 교환기인
    브레이징된 물품.
  16. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 철계 브레이징 재료와, 수성계 또는 유성계의 수성 바인더 시스템 또는 유성 바인더 시스템이나 그 조합을 포함하는 페이스트이며,
    유성계 바인더는 폴리 (메트) 아크릴레이트 같은 폴리머, 셀룰로스 유도체, 전분, 왁스 같은 바이오폴리머 또는 그 조합일 수 있는
    페이스트.
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