ES2682922T3

ES2682922T3 - Procedimiento para la producción de un producto de acero inoxidable unido por difusión

Info

Publication number: ES2682922T3
Application number: ES13884826.2T
Authority: ES
Inventors: Atsushi Sugama; Yukihiro Nishida; Kazuyuki Kageoka; Yoshiaki Hori; Manabu Oku
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2018-09-24
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: CN105517748B; SG11201509040WA; EP2998056B1; KR102037653B1; KR20160042818A; WO2014184890A1; US9987706B2; EP2998056A4; EP2998056A1; CN105517748A; US20160114423A1

Abstract

Un procedimiento de producción de un producto de acero inoxidable unido por difusión, que comprende poner en contacto directamente materiales de acero inoxidable entre sí para unificar los materiales juntos mediante enlace por difusión, en el que al menos uno de los materiales de acero inoxidable que se va a poner en contacto es un acero de doble fase que tiene una estructura metálica de fase ferrita + carburo, fase ferrita + fase martensita o una fase única de martensita antes de someterlo a un enlace por difusión, que tiene la composición química (A) dada a continuación, que tiene una γmáx representada por la fórmula (2) dada a continuación de 20 a menos de 100 y que tiene una temperatura de inicio de la transformación austenítica, punto Ac1, de 650 a 950 ºC durante la elevación de temperatura y que tiene una región de temperatura de doble fase austenita + ferrita en el intervalo de 880 ºC o mayor y el otro es un acero que tiene la composición química (A), (B) o (C) dada a continuación, y el enlace por difusión se realiza en condiciones tales que la presión de vacío está en el intervalo de 10-3 Pa o menor, la presión de la superficie de contacto está en el intervalo de 0,03 a 1,0 MPa, la temperatura de calentamiento está en el intervalo de 880 a 1.080 ºC y el tiempo de calentamiento está en el intervalo de 30 a 120 minutos, lo que va acompañado del movimiento del límite de grano provocado cuando la fase ferrita en el acero de doble fase experimenta transformación a una fase austenita, en el que, la composición química (A) consiste en de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 1,0 % de Si, de 0,001 a 1,0 % de Mn , de 0,05 a 2,5 % de Ni, de 13,0 a 18,5 % de Cr, de 0,005 a 0,1 % de N, y opcionalmente de 0,2 % o menos de Cu, 0,5 % o menos de Mo, 0,05 % o menos de Al, 0,2 % o menos de Ti, 0,2 % o menos de Nb, 0,2 % o menos de V, 0,01 % o menos de B, todos en términos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables y teniendo un valor de X representado por la fórmula (1) de 650 a 950: Valor X >= 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) γmáx >= 420C - 11,5Si + 7Mn + 23Ni - 11,5Cr - 12Mo + 9Cu - 49Ti - 50Nb - 52Al + 470N + 189 ... (2) la composición química (B) consiste en de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 4,0 % de Si, de 0,001 a 2,5 % de Mn, de 0,001 a 0,045 % de P, de 0,0005 a 0,03 % de S, de 6,0 a 28,0 % de Ni, de 15,0 a 26,0 % de Cr, y opcionalmente 7,0 % o menos de Mo, 3,5 % o menos de Cu, 1,0 % o menos de Nb, 1,0 % o menos de Ti, 0,1 % o menos de Al, 0,3 % o menos de N, 0,01 % o menos de B, 0,5 % o menos de V, 0,3 % o menos de W, y 0,1 % o menos del total de Ca, Mg, Y y elementos de tierras raras, todos en términos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y la composición química (C) consiste en de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 1,2 % de Si, de 0,001 a 1,2 % de Mn, de 0,001 a 0,04 % de P, de 0,0005 a 0,03 % de S, de 11,5 a 32,0 % de Cr y opcionalmente 0,6 % o menos de Ni, 2,5 % o menos de Mo, 1,0 % o menos de Cu, 1,0 % o menos de Nb, 1,0 % o menos de Ti, 0,2 % o menos de Al, 0,025 % o menos de N, 0,01 % o menos de B, 0,5 % o menos de V, 0,3 % o menos de W y 0,1 % o menos del total de Ca, Mg, Y y elementos de tierras raras, todos en términos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento para la produccion de un producto de acero inoxidable unido por difusion Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un procedimiento para la produccion de un producto de acero inoxidable unido por difusion enlazando por difusion materiales de acero inoxidable sin usar un material de insercion.

Tecnica anterior

El enlace por difusion es uno de los procedimientos para unir juntos materiales de acero inoxidable, y los productos unidos por difusion de acero inoxidable ensamblados mediante enlace por difusion se aplican a diversos usos tales como un intercambiador de calor, piezas mecanicas, piezas para una celda de combustible, piezas para un aparato electrico, piezas para una planta, miembros que constituyen un artfculo decorativo y materiales de construccion. Como procedimientos para el enlace por difusion, hay un "procedimiento de insercion de material de insercion" en el que un material de insercion se inserta en la interfaz entre los materiales que se van a unir para provocar la difusion en fase solida o la difusion en fase lfquida, tal como para unir entre sf los materiales, y un "procedimiento directo" en el que las superficies de los materiales de acero inoxidable se ponen en contacto directamente entre sf y se unen juntas por difusion.

Como un procedimiento de insercion con material de insercion, convencionalmente se han conocido muchas tecnicas, por ejemplo, un procedimiento que usa acero inoxidable de doble fase como un material de insercion (documento JP 63 119 993 A), un procedimiento de enlace por difusion en fase lfquida usando un material de insercion en forma de lamina metalizada con Ni y Au de varios pm de espesor y que tiene la misma composicion que la del material que se va a unir (documento JP 4 294 884 A), y un procedimiento que usa acero inoxidable austemtico que contiene Si en una gran cantidad en el intervalo del 11,5 % o menos como un material de insercion (documento JP 57 4431 B). Ademas, la "soldadura fuerte" que usa un material de soldadura fuerte basado en mquel (por ejemplo, documento JIS: BNi-1 a 7) o un material de soldadura fuerte basado en cobre como un material de insercion, pueden considerarse como una clase de enlace por difusion en fase lfquida. Estos procedimientos de insercion de material de insercion tienen una ventaja, en tanto que el enlace por difusion puede conseguirse de forma segura y relativamente facil. Sin embargo, en comparacion con el procedimiento directo, los procedimientos de insercion del material de insercion son desventajosos en tanto que el uso de un material de insercion aumenta el coste, y que la porcion de union fabricada de un material diferente de los materiales unidos puede provocar que empeore la resistencia a la corrosion.

Por otro lado, en general, es improbable que el procedimiento directo consiga una resistencia de enlace satisfactoria, en comparacion con el procedimiento de insercion de material de insercion. Sin embargo, el procedimiento directo tiene la capacidad de reducir ventajosamente el coste de produccion y, por tanto, se han hecho diversos estudios sobre el procedimiento directo. Por ejemplo, el documento JP 62 199 277 A desvela una tecnica en la que materiales de acero inoxidable que tienen un contenido de S de 0,01 % o menos en el acero se someten a enlace por difusion en una atmosfera no oxidante a una temperatura predeterminada, para evitar la deformacion de los materiales, mejorando de esta manera las propiedades de enlace por difusion de los materiales de acero inoxidable. El documento JP 2 261 548 A desvela un procedimiento en el que se usa un material laminar de acero inoxidable que tiene una superficie rugosificada mediante un tratamiento por decapado con acido. El documento JP 7 213 918 A desvela un procedimiento en el que se usa un acero inoxidable que tiene un contenido de Al suprimido de modo que es improbable que se forme una pelfcula de alumina, que es un factor en la inhibicion del enlace por difusion, durante el enlace de difusion como un material que se va a unir. El documento JP 9 279 310 A desvela que la difusion se promueve usando una lamina de acero inoxidable a la que se le ha conferido deformacion por trabajado en fno. El documento JP 9 99 218 A tiene una descripcion de acero inoxidable fenitico que tiene una composicion apropiada para el enlace por difusion directa.

Ademas, el documento JP 2000 303 150 se refiere a la produccion de acero inoxidable para enlace por difusion directo. El acero es un acero fenitico que tiene una composicion general que contiene, en % en peso, <0,08 % de C, de 0,01 a 2 % de Si, de 0,05 a 1,5 % de Mn, <0,05 % de P, <0,01 % de S, de 0,005 a 0,1 % de Al, de 13 a 32 % de Cr, de 0,01 a 4 % de Ni, 0,1 a 6 % de Mo, <0,05 % de Ti y el resto Fe con impurezas inevitables.

Sumario de la invencion

Problema tecnico

Las tecnicas mencionadas anteriormente y similares han posibilitado el enlace por difusion de materiales de acero inoxidable por un procedimiento directo. Sin embargo, el procedimiento directo no se ha usado mucho industrialmente como un procedimiento de enlace por difusion para materiales de acero inoxidable. La razon principal para esto reside en que, por el procedimiento directo, es diffcil de asegurar tanto la fiabilidad de la porcion unida (resistencia de union y propiedades de sellado) como suprimir la carga sobre la produccion. De acuerdo con los hallazgos convencionales, para asegurar la fiabilidad de la porcion unida en el procedimiento directo, es necesario emplear una etapa que tiene una gran carga, tal como una etapa en la que la temperatura de union es tan

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alta como mas de 1.100 °C, o una etapa en la que se aplica una alta presion de contacto por presion en caliente, HIP o similares, aumentando inevitablemente el coste. Cuando el enlace por difusion para materiales de acero inoxidable se realiza con una carga de trabajo equivalente a la de un procedimiento de insercion de material de insercion general, actualmente es diffcil asegurar una fiabilidad satisfactoria de la porcion unida.

La presente invencion pretende proporcionar un producto unido por difusion de un material de acero inoxidable que tiene excelente fiabilidad de la porcion unida usando un "procedimiento directo" que puede realizarse con una carga de trabajo equivalente a la de un procedimiento de insercion de material de insercion convencional.

Solucion al problema

Como resultado de los estudios minuciosos realizados por los inventores, se ha encontrado que, utilizando el movimiento del lfmite de grano causado cuando la fase ferrita experimenta transformacion a una fase austenita durante el enlace por difusion, la difusion en el lfmite entre los materiales de acero inoxidable se promueve sin aplicar un calentamiento especial a alta temperatura o alta presion de contacto. En la invencion, los materiales de acero inoxidable se unen por difusion sin usar un material de insercion utilizando el crecimiento de los granos de cristal causado debido a la transformacion de fase (movimiento del lfmite de fase).

De acuerdo con la presente invencion, se proporciona un procedimiento para la produccion de un producto de acero inoxidable unido por difusion como se expone en la reivindicacion 1. Se desvelan otras realizaciones, entre otros, en la reivindicacion dependiente.

Espedficamente, en la invencion, se proporciona un procedimiento para la produccion de un producto de acero inoxidable unido por difusion que comprende poner en contacto directamente los materiales de acero inoxidable entre sf para unificar los materiales juntos mediante enlace por difusion, en el que al menos uno de los materiales de acero inoxidable que se va a poner en contacto es acero de doble fase que tiene una temperatura de inicio de la transformacion austemtica, punto Ac-i, de 650 a 950 °C durante la elevacion de temperatura y que tiene una region de temperatura de doble fase austenita + ferrita en el intervalo de 880 °C o mayor, y el enlace por difusion se realiza en condiciones tales que la presion de la superficie de contacto esta en el intervalo de 1,0 MPa o menos y la temperatura de calentamiento esta en el intervalo de 880 a 1.080 °C, acompanado por el movimiento del lfmite de grano provocado cuando la fase ferrita en el acero de doble fase experimenta la transformacion a una fase austenita.

Particularmente, al menos uno de los materiales de acero inoxidable que se ponen en contacto puede ser acero de doble fase que tiene la composicion qmmica (A) a continuacion y que tiene una region de temperatura de doble fase austenita + ferrita en el intervalo de 880 °C o mayor, comprendiendo la composicion qmmica (A) de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 1,0 % de Si, de 0,001 a 1,0 % de Mn, de 0,05 a 2,5 % de Ni, de 13,0 a 18,5 % de Cr, de 0 a 0,2 % de Cu, de 0 a 0,5 % de Mo, de 0 a 0,05 % de Al, de 0 a 0,2 % de Ti, de 0 a 0,2 % de Nb, de 0 a 0,2 % de V, de 0 a 0,01 % de By de 0,005 a 0,1 % de N, todos en terminos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y teniendo un valor X representado por la formula (1) a continuacion de 650 a 950:

Valor X = 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)

En general, el acero inoxidable se clasifica como acero inoxidable austenftico, acero inoxidable ferntico, acero inoxidable martensftico y similares basandose en la estructura metalica a temperatura ambiente, y la expresion "acero de doble fase" en la presente memoria descriptiva se refiere a acero que tiene una estructura de doble fase austenita + ferrita en la region de temperatura del punto Am o mayor. Tal acero de doble fase incluye acero inoxidable clasificado como acero inoxidable ferntico o acero inoxidable martensttico.

Como ejemplos de combinaciones de los materiales de acero inoxidable que se van a someter a enlace por difusion pueden mencionarse los tres siguientes patrones.

[Patron 1] El caso donde ambos materiales de acero inoxidable que se van a someter a enlace por difusion son acero de doble fase que tiene la composicion qmmica (A) anterior.

[Patron 2] El caso donde uno de los materiales de acero inoxidable que se va a someter a enlace por difusion es acero de doble fase que tiene la composicion qmmica (A) anterior y otro es un acero que tiene la composicion qmmica (B) a continuacion.

[Patron 3] El caso donde uno de los materiales de acero inoxidable que se va a someter al enlace por difusion es acero de doble fase que tiene la composicion qmmica (A) anterior y otro es un acero que tiene la composicion qmmica (C) a continuacion.

La composicion qmmica (B) comprende de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 4,0 % de Si, de 0,001 a 2,5 % de Mn, de 0,001 a 0,045 % de P, de 0,0005 a 0,03 % de S, de 6,0 a 28,0 % de Ni, de 15,0 a 26,0 % de Cr, de 0 a 7,0 % de Mo, de 0 a 3,5 % de Cu, de 0 a 1,0 % de Nb, de 0 a 1,0 % de Ti, de 0 a 0,1 % de Al, de 0 a 0,3 % de N, de 0 a 0,01 % de B, de 0 a 0,5 % de V, de 0 a 0,3 % de W, y de 0 a 0,1 % del total de Ca, Mg, Y y REM (elementos de tierras raras), todos en terminos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.

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La composicion qmmica (C) que comprende de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 1,2 % de Si, de 0,001 a 1,2 % de Mn, de 0,001 a 0,04 % de P, de 0,0005 a 0,03 % de S, de 0 a 0,6 % de Ni, de 11,5 a 32,0 % de Cr, de 0 a 2,5 % de

Mo, de 0 a 1,0 % de Cu, de 0 a 1,0 % de Nb, de 0 a 1,0 % de Ti, de 0 a 0,2 % de Al, de 0 a 0,025 % de N, de 0 a

0,01 % de B, de 0 a 0,5 % de V, de 0 a 0,3 % de W, y de 0 a 0,1 % del total de Ca, Mg, Y y REM (elementos de tierras raras), todos en terminos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.

(B) es un intervalo para la composicion que abarca acero inoxidable austemtico y (C) es un intervalo para composicion que abarca acero inoxidable ferntico.

Cuando el acero de doble fase que tiene la composicion (A) anterior es particularmente acero que tiene una Ymax representada por la formula (2) por debajo de 20 a menos de 100, el grado de libertad de las condiciones para enlace por difusion aumenta adicionalmente. Cuando se proporciona tal acero, el enlace por difusion se realiza

preferentemente en condiciones tales que la presion de la superficie de contacto esta en el intervalo de 0,03 a

0,8 MPa y la temperatura de mantenimiento esta en el intervalo de 880 a 1.030 °C.

Ymax = 420C - 11,5Si + 7Mn + 23Ni - 11,5Cr - 12Mo + 9Cu - 49Ti - 50Nb - 52Al + 470N + 189 ... (2)

En las formulas (1) y (2) anteriores, para la posicion de un elemento constituyente, se sustituye un valor del contenido del elemento representado por porcentaje en masa. Se sustituye 0 (cero) por el elemento que no esta contenido.

Efectos ventajosos de la invencion

La estructura unida por difusion de acero inoxidable en la invencion tiene una excelente resistencia al enlace y excelentes propiedades de sellado, y no usa material de insercion y, por tanto, es eficaz para evitar una reduccion de la resistencia a la corrosion causada por un contacto con un metal diferente del acero (particularmente, un metal que incluye Cu). Ademas, puede reducirse la presion de la superficie de contacto y la temperatura, en comparacion con aquellas en el enlace por diffusion de materiales de acero inoxidable por un procedimiento directo convencional, haciendo posible usar instalaciones de enlace por difusion generales aplicadas al procedimiento de insercion de material de insercion. Por lo tanto, el efecto de reduccion del coste de produccion obtenido no usando material de insercion no esta compensado por un aumento de la carga de trabajo. Por lo tanto, la invencion contribuye a dispersar los productos unidos por difusion de acero inoxidable que tienen una alta fiabilidad.

Breve descripcion de los dibujos

[Fig. 1] Fotograffas de estructura en seccion transversal de la interfaz de union y las proximidades de la misma en el enlace por difusion realizado a 900 °C usando el acero de doble fase de la invencion en ambos materiales de acero.

[Fig. 2] Vista que muestra las posiciones de los puntos de medicion de espesor por un medidor de espesor de ultrasonidos con respecto a la superficie del material apilado sometido a enlace por difusion.

[Fig. 3] Fotograffa de estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a un ensayo de enlace por difusion (ejemplo de la invencion).

[Fig. 4] Fotograffa de estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a un ensayo de enlace por difusion (ejemplo comparativo).

[Fig. 5] Fotograffa de estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a un ensayo de enlace por difusion (ejemplo de la invencion).

[Fig. 6] Fotograffa de estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a un ensayo de enlace por difusion (ejemplo comparativo).

[Fig. 7] Fotograffa de estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a un ensayo de enlace por difusion (ejemplo de la invencion).

[Fig. 8] Fotograffa de la estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a un ensayo de enlace por difusion (ejemplo comparativo).

[Fig. 9] Fotograffa de la estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a un ensayo de enlace por difusion (ejemplo comparativo).

[Fig. 10] Fotograffa de la estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a un ensayo de enlace por difusion (ejemplo comparativo).

[Fig. 11] Fotograffa de la estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a un ensayo de enlace por difusion (ejemplo comparativo).

[Fig. 12] Fotograffa de la estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a una un ensayo de enlace por difusion (ejemplo comparativo).

[Fig. 13] Fotograffa de la estructura de seccion transversal del material apilado que se ha sometido a un ensayo de enlace por difusion (ejemplo comparativo).

[Fig. 14] Vistas que muestran esquematicamente tamanos y formas de materiales de acero inoxidable individuales que son los materiales que se van a unir usados en el Ejemplo 2 y una forma externa del producto unido por difusion.

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Descripcion de las realizaciones

En general, se considera que el enlace por difusion de materiales de acero inoxidable en el estado en el que estan directamente en contacto entre sf se completa mediante los siguientes procedimientos.

[1] Un procedimiento en el que las superficies de contacto no uniformes se deforman y estan en contacto cercano

entre sf para aumentar el area de contacto.

[2] Un procedimiento en el que las peffculas de oxido superficial presentes sobre las superficies de contacto de

ambos materiales de acero se descomponen y difunden y, por tanto, desaparecen.

[3] Un procedimiento en el que ocurre interdifusion de atomos y crecimiento de los granos cristalinos.

[4] Un procedimiento en el que el gas residual de los huecos entre las superficies de contacto reacciona con el

material base de metal y desaparece.

La peffcula de oxido superficial en el material de acero inoxidable es una peffcula fuertemente pasiva y, por lo tanto, particularmente, para completar el procedimiento [2], es necesario retener los materiales de acero con una presion de superficie de contacto alta y una temperatura alta durante un largo tiempo. Esto es una causa de inhibicion de la difusion comercial del procedimiento de enlace por difusion directo para los materiales de acero inoxidable.

Los inventores han realizado estudios extensivos e intensivos. Como resultado, han encontrado un procedimiento para conseguir el enlace por difusion directa para materiales de acero inoxidable sin necesidad de completar el procedimiento [2] anterior. Una caractenstica esencial del procedimiento reside en que el enlace por difusion se lleva a cabo utilizando una fuerza impulsora de la transformacion de fase provocada cerca de la superficie de contacto de los materiales de acero inoxidable. Por este procedimiento, el enlace por difusion directo industrial puede realizarse en condiciones a una menor temperatura y a una menor presion de la superficie de contacto que aquellas en los procedimientos convencionales y, ademas, se mejora la fiabilidad de la superficie unida.

La Fig. 1 muestra un ejemplo de una estructura de seccion transversal cerca de la interfaz de enlace obtenida mediante enlace por diffusion a 900 °C usando en ambos materiales de acero el acero de doble fase que tiene la composicion qmmica de la invencion. Este acero de doble fase es acero correspondiente a D-2 en la Tabla 1 a continuacion, y la estructura metalica del acero antes de someterlo a enlace por difusion es una (fase ferrita) + (M23C6 (en la que M es un elemento metalico, tal como Cr) basado en carburo). Los materiales de placa acabada 2D que tienen un espesor de 1,0 mm se usan como espedmenes, y las superficies de los espedmenes, cada una de las cuales tiene una rugosidad superficial Ra de 0,21 pm, se ponen en contacto directamente entre sf a una presion de superficie de contacto de 0,3 MPa y los espedmenes resultantes se ponen en una camara que tiene una presion de 10-3 Pa por evacuacion y la temperatura de los espedmenes se eleva mediante un calentador desde temperatura ambiente hasta 900 °C en aproximadamente una hora y, despues de que la temperatura haya alcanzado 900 °C, esa temperatura se mantiene y, en un punto en el tiempo cuando ha transcurrido un periodo predeterminado de tiempo de mantenimiento, el especimen resultante se retira del horno y se enfna rapidamente, y se examina la estructura de seccion transversal. La Fig. 1(a) muestra la etapa a un tiempo de mantenimiento de 10 minutos, y la Fig. 1(b) muestra la etapa a un tiempo de mantenimiento de 50 minutos.

En la presente memoria descriptiva, la posicion a la cual los miembros se pusieron en contacto entre sf antes de someterlos a enlace por difusion se denomina "la posicion de interfaz".

Como se ve en la Fig. 1 (a), en la etapa a un tiempo de mantenimiento de 10 minutos, se forman granos de cristal a traves de la posicion de la interfaz. Estos granos de cristal son aquellos correspondientes a una fase austenita que se forma por transformacion desde la fase ferrita y carburo antes de la elevacion de la temperatura (la fotograffa se tomo despues del rapido enfriamiento desde la temperatura de mantenimiento y, por lo tanto, la fase austenita mencionada anteriormente se muestra como una fase martensita en la fotograffa). En este ejemplo, la estructura metalica antes del enlace por difusion es (fase ferrita) + carburo y, por lo tanto, el carburo sirve como un punto de partida para provocar la transformacion a una fase austenita. Los cristales de austenita formados crecen mientras se expande el ffmite de grano en la fase ferrita. Es decir, los granos de cristal de austenita crecen, lo que va acompanado del movimiento del ffmite del grano provocado cuando la fase ferrita experimenta la transformacion a una fase austenita.

En el ejemplo de la Fig. 1, ambos materiales de acero son el mismo acero de doble fase. Por lo tanto, el carburo en uno de estos materiales de acero presentes cerca de la posicion de la interfaz sirve como un punto de partida para formar una fase austenita y, cuando la fase austenita formada crece, los granos de cristal de austenita han incorporado en su interior parte de los cristales del material de acero en el otro lado y crecen en un unico grano de cristal de austenita, de manera que se va realizando el enlace por difusion. En la fase de la Fig. 1(a), muchas porciones no unidas permanecen en la posicion de la interfaz.

Se ha confirmado que tambien cuando el material de acero en el otro lado es acero que se convierte en una sola fase austenita a la temperatura de mantenimiento para el enlace por difusion o acero que se convierte en una sola fase ferrita a la temperatura de mantenimiento, los granos de cristal de austenita que se forman usando como un punto de partida el carburo en el acero de doble fase presente cerca de la posicion de la interfaz, crecen a traves de la posicion de la interfaz tambien en los cristales del material de acero en el otro lado.

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La estructura metalica del acero de doble fase en la invencion es de una (fase ferrita) + carburo, de una (fase ferrita) + (fase martensita), o de una unica fase martensita de acuerdo con la composicion qmmica o la condiciones para producir una placa de acero. Para utilizar la difusion de atomos causada por el movimiento del Kmite de grano debido a la transformacion desde la fase ferrita hasta la fase austenita durante el enlace por difusion, se desea que la fase ferrita este presente en una cantidad del 50 % en volumen o mayor en un punto en el tiempo cuando la formacion de austenita se inicia por calentamiento para el enlace por difusion. Cuando el acero de doble fase que se va a someter a enlace por difusion tiene una estructura metalica de una unica fase martensita, es eficaz el recocido preliminar del acero para que tenga una estructura de una (fase ferrita) + (fase martensita). En el recocido, pueden emplearse condiciones tales que el material se mantiene a, por ejemplo, de 600 °C a (punto Aci + 50 °C) aunque, generalmente, se obtiene un efecto de recocido durante la elevacion de temperatura en el enlace por difusion y la formacion de una fase austenita puede iniciarse en un estado de estructura tal que esta presente una fase ferrita.

Los cristales de austenita de acero de doble fase que tienen una estructura de (fase ferrita) + carburo se forman usando el carburo como un punto de partida y aquellos de acero de doble fase que tienen una estructura de (fase ferrita) + (fase martensita) se forman usando la fase martensita como el punto de partida. En cualquiera de los casos anteriores, los cristales de austenita en el acero de doble fase crecen mientras se mueve el lfmite de grano dentro de la fase ferrita alrededor de los cristales de austenita. En este caso, en la posicion de la interfaz entre los materiales de acero, el lfmite de grano del cristal se mueve hacia el material de acero en el otro lado antes de la desaparicion completa del oxido como una barrera para la difusion.

Asegurando satisfactoriamente el tiempo de mantenimiento a una temperatura a la cual transcurre el enlace por difusion, se termina el aumento de la razon en volumen de la fase austenita, de modo que el movimiento del lfmite de grano ocurre en los granos de cristal de ferrita restantes. Despues, como se muestra en la Fig. 1(b), se observan los granos de cristal de ferrita que han crecido a traves de la posicion de la interfaz. En esta etapa, las porciones no unidas que permanecen en la posicion de la interfaz se reducen notablemente y, por tanto, puede considerarse que los materiales de acero se han unificado juntos mediante enlace por difusion. La medicion mencionada a continuacion que usa un medidor de espesor de ultrasonidos puede confirmar el estado en el que casi todas las porciones en la posicion de la interfaz estan unidas entre sf

[Acero de doble fase]

En la invencion, para conseguir el enlace por difusion por un procedimiento directo a una baja temperatura y una baja presion de la superficie de contacto, al menos uno de los materiales de acero inoxidable que se va a someter a enlace por difusion es acero (acero de doble fase) que tiene una estructura de doble fase austenita + ferrita en una region de temperatura en la cual transcurre el enlace por difusion. Espedficamente, se prefiere el acero de doble fase que tiene una temperatura de inicio de la transformacion austemtica, punto Aci, de 650 a 950 °C, durante la elevacion de temperatura y que tiene una region de temperatura de doble fase austenita + ferrita en el intervalo de 880 °C o mayor. El acero que tiene un punto Aci de 880 °C o mayor inevitablemente tiene una region de temperatura de doble fase en el intervalo de 880 °C o mayor y, cuando el punto Aci es demasiado alto, el lfmite inferior de la region de temperatura de doble fase aumenta y, por tanto, aumenta el lfmite inferior de la temperatura de calentamiento de fraguado, haciendo diffcil usar totalmente el beneficio de la invencion de que el enlace por difusion se realiza sin usar un material de insercion a una temperatura relativamente baja utilizando el movimiento del lfmite de grano provocado cuando la fase ferrita en el acero de doble fase experimenta transformacion a una fase austenita. Como resultado de diversos estudios, el uso del acero que tiene un punto Aci en el intervalo de 950 °C o menor es eficaz, y el acero que tiene un punto Aci de 900 °C o menor es mas preferido.

El acero de doble fase usado en la invencion puede ser un tipo de acero clasificado como "acero inoxidable martensttico" siempre y cuando el acero tenga una estructura de doble fase austenita + ferrita en una region de temperatura en la cual se realiza el enlace por difusion. El acero inoxidable martensttico es un tipo de acero tal que se obtiene una estructura martensita enfriando rapidamente el acero desde la region monofasica de austenita de temperatura tan alta, como por ejemplo i.050 °C o mayor, y tambien esta presente acero inoxidable martensttico que tiene una composicion que posibilita el enlace por difusion utilizando el movimiento del lfmite de grano del cristal provocado debido a la transformacion a una fase austenita en la region de temperatura de doble fase austenita + ferrita. Por lo tanto, tal acero inoxidable martensftico se manipula tambien como el acero de doble fase en la presente memoria descriptiva.

Como un ejemplo espedfico de la composicion de constituyentes del acero de doble fase en la invencion, puede mencionarse una composicion que satisfaga la siguiente (A).

Composicion (A) que comprende de 0,000i a 0,i5 % de C, de 0,00i a i,0 % de Si, de 0,00i a i,0 % de Mn, de 0,05 a 2,5 % de Ni, de i3,0 a i8,5 % de Cr, a partir de 0 a 0,2 % de Cu, de 0 a 0,5 % de Mo, de 0 a 0,05 % de Al, de 0 a 0,2 % de Ti, de 0 a 0,2 % de Nb, de 0 a 0,2 % de V, de 0 a 0,0i % de B, y de 0,005 a 0,i % de N, todos en terminos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y teniendo un valor X representado por la formula (i) a continuacion de 650 a 950:

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40

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50

55

+ 310 ... (1)

El valor X es un mdice a partir del cual una temperatura de inicio de la transformacion austenita punto Aci (°C) durante la elevacion de temperatura pude suponerse con gran precision con respecto al acero de doble fase que tiene una region de temperatura de doble fase austenita + ferrita en el intervalo de 880 °C o mayor.

Como el acero de doble fase que tiene la composicion qmmica (A) anterior, particularmente, acero que tiene una Ymax representada por la formula (2) a continuacion de 20 a menos de 100 puede usarse.

Ymax es un mdice de la cantidad (% en volumen) de la fase austenita formada cuando el acero se calienta y retiene a aproximadamente 1.100 °C. El acero que tiene una Ymax de 100 o mayor puede considerarse como un tipo de acero que se convierte en una sola fase de austenita a una alta temperatura. En el acero que tiene una Ymax de 20 a menos de 100, es facil ajustar la temperatura para evitar la region monofasica y, y el grado de libertad de las condiciones apropiadas aumenta en el lado de menor temperatura y menor presion de la superficie de contacto. El acero que tiene una Ymax de 50 a 80 se usa ademas preferentemente.

[Tipo de acero del material opuesto que ha de unir]

Con respecto al material de acero (el material de acero opuesto) que se va a unificar mediante enlace por difusion con el material de acero que comprende el acero de doble fase mencionado anteriormente, puede usarse el acero de doble fase. Como alternativa, puede usarse un tipo de acero austenftico que se convierte en una unica fase de austenita en la region de temperatura de calentamiento para enlace por difusion o un tipo de acero fenitico que se convierte en una unica fase ferrita en esa region de temperatura. Incluso cuando se usa un acero distinto del acero de doble fase en el material de acero opuesto, la fase austenita que crece en el acero de doble fase por transformacion crece tambien desde la posicion de la interfaz hacia el material de acero opuesto, haciendo posible constituir una porcion unida por difusion firme a traves de los granos de cristal formados a traves de la posicion de la interfaz.

Con respecto al tipo de acero austenftico o fenitico, pueden aplicarse diversos tipos de acero existentes de acuerdo con el uso y, desde el punto de vista de las propiedades de enlace por difusion, no se requiere particularmente que la composicion de constituyentes del acero este especificada. Como ejemplos espedficos de intervalos de la composicion de constituyentes, puede mencionar la composicion (B) a continuacion de un tipo acero austenftico y la composicion (C) a continuacion de un tipo de acero ferrftico.

La composicion (B) que comprende de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 4,0 % de Si, de 0,001 a 2,5 % de Mn, de 0,001 a 0,045 % de P, de 0,0005 a 0,03 % de S, de 6,0 a 28,0 % de Ni, de 15,0 a 26,0 % de Cr, de 0 a 7,0 % de Mo, de 0 a 3,5% de Cu, de 0 a 1,0 % de Nb, de 0 a 1,0 % de Ti, de 0 a 0,1 % de Al, de 0 a 0,3 % de N, de 0 a 0,01 % de B, de 0 a 0,5 % de V, de 0 a 0,3 % de W, y de 0 a 0,1 % del total de Ca, Mg, Y y REM (elementos de tierras raras), todos en terminos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.

La composicion (C) que comprende de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 1,2 % de Si, de 0,001 a 1,2 % de Mn, de 0,001 a 0,04 % de P, de 0,0005 a 0,03 % de S, de 0 a 0,6 % de Ni, de 11,5 a 32,0 % de Cr, de 0 a 2,5 % de Mo, de 0 a 1,0% de Cu, de 0 a 1,0 % de Nb, de 0 a 1,0 % de Ti, de 0 a 0,2% de Al, de 0 a 0,025 % de N, de 0 a 0,01 % de B, de 0 a 0,5 % de V, de 0 a 0,3 % de W, y de 0 a 0,1 % del total de Ca, Mg, Y y REM (elementos de tierras raras), todos en terminos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.

[Condiciones de enlace por difusion]

La presion de la superficie de contacto entre los miembros que se van a someter a enlace por difusion es de 1,0 MPa o menor. Cuando la presion de la superficie de contacto es de 1,0 MPa o menor, el enlace por difusion sin usar un material de insercion puede realizarse usando instalaciones relativamente sencillas. Tal presion de la superficie de contacto a la que transcurre el enlace por difusion puede ajustarse para que este incluida en el intervalo de 1,0 MPa o menor de acuerdo con el tipo de acero usado o la temperatura de mantenimiento del calentamiento o tiempo de mantenimiento. Especialmente cuando se usa el acero que tiene una Ymax de menos de 100 como el acero de doble fase, es probable que se obtenga un resultado ventajoso a una presion de la superficie de contacto de 0,8 MPa o menor. Por otro lado, cuando la presion de la superficie de contacto es extremadamente baja, se requiere un tiempo de mantenimiento de calentamiento prolongado, de modo que la productividad empeora. Desde un punto de vista industrial, una presion de la superficie de contacto de 0,03 MPa o mayor se asegura preferiblemente, y la presion de la superficie de contacto puede controlarse para que sea de 0,1 MPa o mayor. La superficie del material de acero inoxidable que se va a someter a enlace por difusion, superficie que se va a unir, es deseablemente lisa, de modo que la Ra sea de 0,30 pm o menor. El acabado de la superficie puede realizarse con cualquiera de decapado con acido, recocido brillante y pulido

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La temperatura de calentamiento para el enlace por difusion es de 880 °C o mayor. De acuerdo con los estudios realizados por los inventores, cuando se utiliza el movimiento del Kmite de grano provocado debido a la transformacion del acero de doble fase, los materiales de acero inoxidable pueden unirse por difusion juntos sin mantener los materiales a una alta temperatura como la empleada convencionalmente pero, cuando se emplean condiciones tales como en las que la presion de la superficie de contacto es de 1,0 MPa o menor, se desea el calentamiento a 880 °C o mayor. Se prefiere el calentamiento a 900 °C o mayor desde el punto de vista de promover la difusion.

Es necesario que los materiales de acero se calienten y retengan en la region de temperatura de doble fase austenita + ferrita del acero de doble fase usado en ambos o uno de los miembros. Reteniendo los materiales de acero en la region de temperatura en la cual coexisten estas dos fases, es probable que crezcan nuevos granos de cristal de austenita crecientes a traves de la posicion de la interfaz hacia el material de acero opuesto en contacto con el mismo. El mecanismo para esto aun no se ha elucidado completamente, pero se supone que es el siguiente. Cuando el acero de doble fase en un estado tal que una fase ferrita esta presente en el acero de doble fase se calienta hasta la region de temperatura de coexistencia de doble fase austenita + ferrita, el carburo o la fase martensita en el acero de doble fase sirve, en primer lugar, como un punto de partida para formar cristales de austenita. El lfmite de grano entre los cristales de austenita formados y los cristales de ferrita alrededor de los cristales de austenita se convierte en un estado tal que el lfmite de grano se mueve muy facilmente debido a la "fuerza impulsora de la transformacion", que provoca que la proporcion de fase ferrita y fase austenita esten cerca de un estado de equilibrio. Utilizando la fuerza impulsora de transformacion, los cristales de austenita crecen mientras se mueve el lfmite de grano hacia los cristales de ferrita adyacentes en el acero de doble fase. En este caso, se considera que los granos de cristal de austenita crecientes orientados hacia la posicion de la interfaz con el material de acero opuesto en contacto con el mismo mueven el lfmite de grano tambien hacia los granos de cristal del material de acero opuesto en contacto con el mismo y se expanden tal como para estar presentes de forma mas estable desde un punto de vista energetico, dando como resultado granos de cristal de austenita formados a traves de la posicion de la interfaz. Cuando los miembros en la posicion de la interfaz entre ellos estan parcialmente conectados por los granos de cristal de austenita, los granos de cristal de ambos miembros presentes orientados hacia la posicion de la interfaz cerca de los granos de cristal de austenita tambien provocan el movimiento de los lfmites de grano debido a la difusion de unos con respecto a otros, de modo que transcurre el enlace por difusion.

Se ha confirmado que, cuando se usa el acero que se convierte en una unica fase ferrita a 880 °C o mayor o el acero que se convierte en una unica fase austenita a esa temperatura en lugar del acero de doble fase mencionado anteriormente, es probable que siga habiendo una porcion no unida (defecto) en la posicion de la interfaz bajo la presion de superficie de contacto baja y en condiciones de calentamiento de temperatura baja, de modo que la presion de la superficie de contacto es d 1,0 MPa o menor y la temperatura de calentamiento es de 880 a 1.080 °C. A partir de esto, es evidente que utilizar la fuerza impulsora de transformacion mencionada anteriormente del acero de doble fase es extremadamente ventajoso para promover el progreso del enlace por difusion para los materiales de acero inoxidable a una presion de la superficie de contacto baja y en condiciones de calentamiento de temperatura baja.

El acero de doble fase que tiene una composicion qmmica tal que la Ymax representada por la formula (2) anterior es de 100 o menos tiene una region de temperatura, en la que el acero tiene una estructura de doble fase austenita + ferrita en el intervalo de temperatura generalmente menor de 1.100 °C. De acuerdo con los estudios realizados por los inventores, cuando se usa el acero de doble fase tiene una Ymax ajustada de 20 a menos de 100, el enlace por difusion puede realizarse en condiciones tales que la presion de la superficie de contacto esta en el intervalo de 0,03 a 0,8 MPa y la temperatura de calentamiento esta en el intervalo de 880 a 1.030 °C, y esto ventajosamente reduce la presion de la superficie de contacto y la temperatura para las condiciones de enlace por difusion. Especialmente cuando se usa el acero de doble fase que tiene una Ymax de 50 a 80, el grado de libertad de las condiciones del enlace por difusion aumenta adicionalmente, pueden encontrarse condiciones apropiadas en un intervalo tal que la presion de la superficie de contacto es de 0,03 a 0,5 MPa y la temperatura de calentamiento es de 880 a 1.000 °C. En este caso, el lfmite superior de la temperatura de calentamiento puede ajustarse para que este dentro de un intervalo de temperatura baja, por ejemplo de 980 °C o menor.

El calentamiento para el enlace por difusion puede realizarse calentando y manteniendo los miembros que se van a unir en una atmosfera evacuada para que tengan, de forma general, una presion de 10-3Pa o menor como los materiales de acero inoxidable de enlace por difusion general convencionales usando un material de insercion. En este calentamiento, los materiales de acero inoxidable que se van a unir se ponen en contacto directamente entre sf sin usar un material de insercion. La presion de la superficie de contacto se ajusta para que este dentro del intervalo de 1,0 MPa o menos como se ha mencionado anteriormente. Como un procedimiento de calentamiento, puede emplearse un procedimiento en el cual el conjunto de miembros se calienta uniformemente en un horno mediante un calentador, o un procedimiento en el que un sitio cercano a la porcion en contacto se calienta a una temperatura predeterminada por calentamiento mediante resistencia, haciendo pasar una corriente a traves de la misma. El tiempo de mantenimiento de calentamiento puede ajustarse para que este dentro del intervalo de 30 a 120 minutos.

Ejemplos [Ejemplo 1]

Se prepararon placas de acero que teman las composiciones qmmicas mostradas en la Tabla 1. D-1 a D-3 son aceros que tiene una Ymax de menos de 100, M-1 y M-2 son aceros clasificados como el denominado acero 5 inoxidable martensttico, F-1 es acero monofasico de ferrita y A-1 es acero monofasico de austenita. El espesor, acabado superficial y rugosidad superficial Ra de cada placa de acero se muestra tambien en la Tabla 1. Con respecto a la estructura metalica de cada una de las placas de acero preparadas, D-1 a D-3 tienen una (fase ferrita) + carburo, M-1 y M-2 tienen una (fase ferrita) + (fase martensita), M-3 tiene una unica fase martensita, F-1 tiene una unica fase ferrita y A-1 tiene una unica fase austenita.

10 [Tabla 1]

Claims

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20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de produccion de un producto de acero inoxidable unido por difusion, que comprende poner en contacto directamente materiales de acero inoxidable entre sf para unificar los materiales juntos mediante enlace por difusion, en el que al menos uno de los materiales de acero inoxidable que se va a poner en contacto es un acero de doble fase que tiene una estructura metalica de fase ferrita + carburo, fase ferrita + fase martensita o una fase unica de martensita antes de someterlo a un enlace por difusion, que tiene la composicion qmmica (A) dada a continuacion, que tiene una Ymax representada por la formula (2) dada a continuacion de 20 a menos de 100 y que tiene una temperatura de inicio de la transformacion austemtica, punto Ac-i, de 650 a 950 °C durante la elevacion de temperatura y que tiene una region de temperatura de doble fase austenita + ferrita en el intervalo de 880 °C o mayor y el otro es un acero que tiene la composicion qmmica (A), (B) o (C) dada a continuacion, y el enlace por difusion se realiza en condiciones tales que la presion de vado esta en el intervalo de 10-3 Pa o menor, la presion de la superficie de contacto esta en el intervalo de 0,03 a 1,0 MPa, la temperatura de calentamiento esta en el intervalo de 880 a 1.080 °C y el tiempo de calentamiento esta en el intervalo de 30 a 120 minutos, lo que va acompanado del movimiento del lfmite de grano provocado cuando la fase ferrita en el acero de doble fase experimenta transformacion a una fase austenita, en el que,

la composicion qmmica (A) consiste en de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 1,0 % de Si, de 0,001 a 1,0 % de Mn , de 0,05 a 2,5 % de Ni, de 13,0 a 18,5 % de Cr, de 0,005 a 0,1 % de N, y opcionalmente de 0,2 % o menos de Cu, 0,5 % o menos de Mo, 0,05 % o menos de Al, 0,2 % o menos de Ti, 0,2 % o menos de Nb, 0,2 % o menos de V, 0,01 % o menos de B, todos en terminos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables y teniendo un valor de X representado por la formula (1) de 650 a 950:

Valor X = 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)

Ymax = 420C - 11,5Si + 7Mn + 23Ni - 11,5Cr - 12Mo + 9Cu - 49Ti - 50Nb - 52Al + 470N + 189 ... (2)

la composicion qmmica (B) consiste en de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 4,0 % de Si, de 0,001 a 2,5 % de Mn, de 0,001 a 0,045 % de P, de 0,0005 a 0,03 % de S, de 6,0 a 28,0 % de Ni, de 15,0 a 26,0 % de Cr, y opcionalmente 7,0 % o menos de Mo, 3,5 % o menos de Cu, 1,0 % o menos de Nb, 1,0 % o menos de Ti, 0,1 % o menos de Al,

0,3 % o menos de N, 0,01 % o menos de B, 0,5 % o menos de V, 0,3 % o menos de W, y 0,1 % o menos del total de

Ca, Mg, Y y elementos de tierras raras, todos en terminos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y

la composicion qmmica (C) consiste en de 0,0001 a 0,15 % de C, de 0,001 a 1,2 % de Si, de 0,001 a 1,2 % de Mn, de 0,001 a 0,04 % de P, de 0,0005 a 0,03 % de S, de 11,5 a 32,0 % de Cr y opcionalmente 0,6 % o menos de Ni, 2,5 % o menos de Mo, 1,0 % o menos de Cu, 1,0 % o menos de Nb, 1,0 % o menos de Ti, 0,2 % o menos de Al,

0,025 % o menos de N, 0,01 % o menos de B, 0,5 % o menos de V, 0,3 % o menos de W y 0,1 % o menos del total

de Ca, Mg, Y y elementos de tierras raras, todos en terminos de porcentaje en masa, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
2. El procedimiento de produccion de un producto de acero inoxidable unido por difusion de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el enlace por difusion se realiza en condiciones tales que la presion de la superficie de contacto esta en el intervalo de 0,05 a 1,0 MPa.

imagen1

900°C x 50m in

900 Cx 1 Cm i n

POSIC ON DE

POSICION DE

LA INTERFAZ

LA INTEKEAZ

[Fig. 2]

SUPERFICIE DEL MATERIAL APILADO

(mm)

SIMBOLO •: PUNTO DE MEDICION

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