ES2886446T3 - Uso de un material de acero inoxidable de doble fase para la unión por difusión - Google Patents

Abstract

Uso de un material de acero inoxidable de doble fase para la unión por difusión, teniendo la estructura metálica antes de la unión por difusión una estructura de doble fase compuesta, como mínimo, por dos fases de una fase de ferrita, una fase de martensita o una fase de austenita, en la que la estructura de doble fase tiene un tamaño promedio de grano del cristal de 20 μm o menos, γmax representado por la fórmula (a) mencionada a continuación es de 10 a 90, y el alargamiento en el punto de fluencia es del 0,2 % o más cuando se aplica una carga de 1,0 MPa a 1.000 ºC durante 0,5 horas, el material de acero inoxidable comprende, en % en masa: C: 0,2 % o menos, Si: 1,0 % o menos, Mn: 3,0 % o menos, P: 0,05 % o menos, S: 0,03 % o menos, Ni: 10,0 % o menos, Cr: del 10,0 al 30,0 %, N: 0,3 % o menos, Ti: 0,15 % o menos y Al: 0,15 % o menos; de manera opcional, comprende, en % en masa: uno o dos o más elementos de Nb: 4,0 % o menos, Mo: del 0,01 al 4,0 %, Cu: del 0,01 al 3,0 % y V: del 0,03 al 0,15 %, de manera opcional, comprende, en % en masa: B: del 0,0003 al 0,01 %; en la que el resto es Fe e impurezas inevitables, en la que la cantidad total de Ti y Al es del 0,15 % o menos: γmax = 420C - 11,5Si + 7Mn + 23Ni -11,5 Cr - 12Mo + 9Cu - 49Ti - 47Nb - 52Al + 470N + 189 ⋯ Fórmula (a) en la que el símbolo de un elemento en la fórmula (a) mencionada anteriormente indica el contenido (% en masa) de cada elemento, y en la que el tamaño promedio de grano del cristal se mide según el procedimiento especificado en la descripción.

Description

DESCRIPCIÓN

Uso de un material de acero inoxidable de doble fase para la unión por difusión

SECTOR TÉCNICO

La presente invención se refiere al uso de un material de acero inoxidable de doble fase para la unión por difusión, y a un procedimiento para producir un producto unido por difusión llevando a cabo una unión por difusión utilizando un material de acero inoxidable de doble fase para la unión por difusión.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Un procedimiento de unión entre sí de materiales de acero inoxidable incluye un procedimiento de unión por difusión. Un producto unido por difusión de acero inoxidable ensamblado mediante unión por difusión se ha aplicado en diversas aplicaciones, tales como intercambiadores de calor, componentes de máquinas, componentes de pilas de combustible, componentes de electrodomésticos, componentes de plantas, elementos constituyentes de adornos y materiales de construcción. El procedimiento de unión por difusión incluye un “procedimiento de inserción de material de inserción” para insertar un material de inserción en una interfaz de unión y llevar a cabo la unión por difusión en fase sólida o difusión en fase líquida; y un “procedimiento directo” para poner directamente en contacto entre sí superficies de ambos materiales de acero inoxidable y llevar a cabo la unión por difusión.

El procedimiento de inserción de material de inserción es ventajoso porque es capaz de realizar una determinada unión por difusión de una manera relativamente simple. Sin embargo, este procedimiento resulta desventajoso en comparación con un procedimiento directo por las siguientes razones. Es decir, se utiliza un material de inserción, lo que conduce a un aumento de los costes, y también se forma una parte de unión de metal que es diferente del que forma un material de base, lo que conduce a un deterioro de la resistencia a la corrosión. Por otro lado, se dice habitualmente que es difícil que el procedimiento directo obtenga suficiente fuerza de unión en comparación con el procedimiento de inserción de material de inserción. Sin embargo, este procedimiento directo incluye la posibilidad de resultar ventajoso porque puede reducir los costes de producción, de manera que se han estudiado diversos procedimientos. Por ejemplo, el documento de patente 1 da a conocer una tecnología en la que la cantidad de S en un acero inoxidable se fija al 0,01 % en peso o menos y también la unión por difusión se lleva a cabo en una atmósfera no oxidante a una temperatura predeterminada, evitando así la deformación del material, lo que conduce a una mejora en la capacidad de unión por difusión de un material de acero inoxidable. El documento de patente 2 da a conocer un procedimiento que utiliza un material de lámina de acero inoxidable a cuya superficie se le proporcionan irregularidades mediante un tratamiento de decapado. El documento de patente 3 da a conocer un procedimiento que utiliza, como material para unir, un acero inoxidable cuyo contenido de Al se suprime, de manera que una película de alúmina, que provoca la inhibición de la unión por difusión, se forma menos fácilmente durante la unión por difusión. El documento de patente 4 da a conocer un procedimiento en el que se promueve la difusión utilizando una lámina de acero inoxidable con deformación mediante trabajo en frío. Los documentos de patente 5 y 6 describen un acero inoxidable ferrítico para la unión por difusión directa, cuya composición de componentes está optimizada.

Documento de patente 1: Solicitud de patente japonesa no examinada, publicación N° S62-199277 Documento de patente 2: Solicitud de patente japonesa no examinada, publicación N° H02-261548 Documento de patente 3: Solicitud de patente japonesa no examinada, publicación N° H07-213918 Documento de patente 4: Solicitud de patente japonesa no examinada, publicación N° H09-279310 Documento de Patente 5: Solicitud de patente japonesa no examinada, publicación N° H09-99218

Documento de Patente 6: Solicitud de patente japonesa no examinada, publicación N° 2000-303150 Documento de Patente 7: Solicitud de patente japonesa no examinada, publicación N° 2013-103271 Documento de patente 8: Solicitud de patente japonesa no examinada, publicación N° 2013-173181 Documento de patente 9: Solicitud de patente japonesa no examinada, publicación N° 2013-204149 Documento de patente 10: Solicitud de patente japonesa no examinada, publicación N° 2013-204150

La Patente EP 1396552 describe una tira de acero inoxidable de doble fase de martensita/ferrita útil como correas de acero.

DIVULGACIÓN DE LA INVENCIÓN

Problemas que debe resolver la invención

La tecnología de unión mencionada anteriormente permitió la implementación de la unión por difusión de un material de acero inoxidable incluso cuando se utiliza un procedimiento directo. Sin embargo, desde el punto de vista industrial, el procedimiento directo aún no ha arraigado como la corriente principal de un procedimiento de unión por difusión del material de acero inoxidable. La razón principal es el hecho de que es difícil conseguir ambos aspectos, por ejemplo, la seguridad de la confiabilidad en la parte de unión, tal como la fuerza de unión o la capacidad de adhesión, y la supresión de una carga en la producción, tal como el dispositivo de unión o el tiempo de unión. Según el conocimiento técnico convencional, a efectos de fabricar la parte de unión mediante el procedimiento directo, es necesario utilizar una etapa que requiere una gran carga de producción, tal como una etapa en la que se fija una temperatura de unión a una temperatura elevada superior a 1.100 °C, o una etapa en la que se imparte una presión superficial elevada mediante prensa en caliente, HIP o similar, de modo que era imposible evitar un aumento de costes debido a la etapa. Cuando se intenta llevar a cabo la unión por difusión de un material de acero inoxidable mediante el procedimiento directo con la misma carga de trabajo que en un procedimiento de inserción de material de inserción convencional, es difícil asegurar de manera suficiente la fiabilidad de la parte de unión en la situación actual.

De este modo, se ha propuesto un procedimiento para fabricar un producto unido por difusión mediante un procedimiento directo, que puede llevarse a cabo con la misma carga de trabajo que en un procedimiento de inserción de material de inserción convencional sin aplicar un calentamiento especial a temperatura elevada o presión superficial elevada utilizando una fuerza impulsora cuando una fase de ferrita se transforma en una fase de austenita durante la unión por difusión (documento de patente 7) o una fuerza impulsora del crecimiento del grano de cristal (documento de patente 8). También se ha propuesto un procedimiento en el que se reduce, tanto como sea posible, la cantidad de óxido superficial de un material de acero inoxidable que debe someterse a unión por difusión, mejorando así la capacidad de unión por difusión (documentos de patente 9 y 10). Para asegurar una buena capacidad de unión, existe la necesidad de que estos procedimientos regulen la rugosidad de la superficie antes de la unión de un material de acero inoxidable que se va a utilizar. Por lo tanto, existe la necesidad de mejorar adicionalmente la capacidad de unión en un material de acero inoxidable para su utilización en un producto de unión por difusión.

Un objetivo de la presente invención es dar a conocer un material de acero inoxidable adecuado para el moldeo unido por difusión, la capacidad de unión por difusión del cual se mejora adicionalmente sin verse influenciado por el grado de rugosidad de la superficie.

Medios para resolver los problemas

Los inventores de la presente invención han descubierto que, mediante el control del tamaño promedio del grano de cristal antes de la unión por difusión, se puede obtener una cantidad de ymax, y el alargamiento en el punto de fluencia de un material de acero inoxidable de doble fase que tiene una estructura de doble fase compuesta, como mínimo, por dos fases de una fase de ferrita, una fase de martensita y una fase de austenita, una buena capacidad de unión por difusión sin verse influenciada por la rugosidad de la superficie del material de acero. De manera específica, la presente invención está definida por las reivindicaciones independientes. Las realizaciones se describen en las reivindicaciones dependientes.

Efectos de la invención

Según la presente invención, se da a conocer un acero inoxidable de doble fase que tiene una estructura de doble fase compuesta, como mínimo, por dos fases de una fase de ferrita, una fase de martensita, y una fase austenita, con un tamaño promedio del grano de cristal y ymax antes de la unión por difusión, y alargamiento en el punto de fluencia a una temperatura de unión en un intervalo óptimo, por lo que se utiliza un material de acero inoxidable que tiene una capacidad de unión por difusión excelente para la unión por difusión, proporcionando así un moldeado por unión por difusión que muestra una buena interfaz de unión. Se suprime el contenido total de Ti y Al, obteniendo así un moldeado unido por difusión que tiene una capacidad de unión por difusión mejorada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es un dibujo que muestra una pieza de ensayo para medición utilizada en un ensayo de capacidad de unión.

MODO PREFERENTE PARA LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN

A continuación se describirán realizaciones de la presente invención. La presente invención no se limita a la descripción de la misma.

Se considera que la unión por difusión mediante un procedimiento directo de un material de acero inoxidable se completa mediante un procedimiento simultáneo de tres tipos de procesos, por ejemplo, un proceso (i) en el que la irregularidad de una superficie de unión experimenta una deformación que conduce a la adhesión, aumentando así el área de unión de la posición unida, un proceso (ii) en el que desaparece una película de óxido superficial del material de acero antes de la unión en la posición adherida, y un proceso (iii) en el que reacciona un gas residual en los huecos como parte no unida con un material de base, según una técnica convencional.

Hasta ahora, los inventores de la presente invención han estudiado evitar el deterioro de la productividad, lo que crea un obstáculo industrial, mediante la regulación de un componente del material base, los componentes incluidos en una película pasiva y la rugosidad superficial de una superficie de unión, centrando la atención en el proceso (ii) mencionado anteriormente. Sin embargo, a veces es difícil asegurar una capacidad de unión industrialmente estable incluso cuando se controla la etapa (ii) mencionada anteriormente. Por lo tanto, se han realizado numerosos estudios sobre un material de acero para obtener una capacidad de unión estable considerando la etapa (i) mencionada anteriormente. Como resultado, se ha encontrado que, cuando un acero inoxidable que debe someterse a unión por difusión es un acero inoxidable de doble fase que tiene una estructura de doble fase, es extremadamente eficaz reducir el tamaño de grano del cristal antes de la unión por difusión.

[Estructura de doble fase]

Los aceros inoxidables se clasifican habitualmente en un acero inoxidable austenítico, un acero inoxidable ferrítico, un acero inoxidable martensítico, y similares en base a la estructura metálica a temperatura normal. Una “estructura de doble fase” de la presente invención tiene una estructura metálica compuesta, como mínimo, por dos fases de una fase de ferrita, una fase de martensita y una fase de austenita. El “material de acero inoxidable de doble fase” de la presente invención significa un acero que tiene dicha estructura de doble fase y muestra una estructura de dos fases austenítica-ferrítica dentro de un intervalo de temperaturas de unión. Los aceros inoxidables clasificados en acero inoxidable ferrítico y acero inoxidable martensítico a veces se incluyen en dicho acero inoxidable de dos fases. En la presente invención, a efectos de realizar la unión por difusión mediante un procedimiento directo a temperatura baja y presión superficial baja, se utiliza un acero inoxidable de doble fase que tiene una estructura de doble dual compuesta, como mínimo, por dos fases de una fase de ferrita, una fase de martensita y una fase de austenita como material de acero inoxidable para someterse a la unión por difusión. Con respecto a este acero inoxidable, dentro del intervalo de temperaturas en el que se produce la unión por difusión, una fase de ferrita y una fase de martensita se transforman de manera parcial en una fase de austenita para formar una estructura de dos fases compuesta por una fase de austenita y una fase de ferrita. Se producirá fácilmente una deformación en el punto de fluencia que se considera que provoca el deslizamiento del límite de grano como resultado del mantenimiento de una estructura fina debido a la supresión del crecimiento del grano de cristal de cada fase en la estructura de dos fases a temperatura elevada. Como resultado, se promueve una deformación fácil en la parte irregular de una superficie de unión, lo que conduce a un aumento en el área de unión de la parte unida, permitiendo así la unión por difusión mediante un procedimiento directo a temperatura baja y presión superficial baja.

El material de acero inoxidable de doble fase utilizado, según la presente invención, se puede utilizar como ambos o uno de los materiales de acero inoxidable que se ponen directamente en contacto entre sí y se integran mediante unión por difusión. Es posible aplicar, como material de acoplamiento para la integración, además del material de acero inoxidable de la presente invención, otros tipos de aceros de dos fases, tipos de aceros austeníticos en los que se forma una fase única de austenita dentro de un intervalo de calentamiento de unión por difusión, tipos de aceros ferríticos en los que se forma una fase única de ferrita dentro del intervalo de calentamiento, y similares. [Composición de componentes]

En el acero inoxidable de doble fase que se utiliza, según la presente invención, no hay necesidad para concretar los elementos componentes distintos de Ti y Al desde el punto de vista de la capacidad de unión por difusión, y es posible utilizar diversas composiciones de componentes según las utilizaciones. La presente invención está dirigida a una estructura de dos fases austenítica-ferrítica dentro de un intervalo de temperaturas en el que se produce la unión por difusión, de modo que existe la necesidad de utilizar un acero que tenga una composición de componentes en la que la ymax representado por la fórmula (a) mencionada a continuación satisfaga un intervalo de 10 a 90. Es posible ejemplificar, como intervalo de composición de componentes específicos, el siguiente.

Composición de componentes que incluyen, en % en masa: C: 0,2 % o menos, Si: 1,0 % o menos, Mn: 3,0 % o menos, P: 0,05 % o menos, S: 0,03 % o menos, Ni: 10,0 % o menos, Cr: de 10,0 a 30,0 %, N: 0,3 % o menos, Ti: 0,15 % o menos y Al: 0,15 % o menos, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, en la que la cantidad total de Ti y Al es del 0,15 % o menos.

Composición de componentes que comprende, además, en % en masa: uno o dos o más elementos de Nb: 4,0 % o menos, Mo: de 0,01 a 4,0 %, Cu: de 0,01 a 3,0 % y V: de 0,03 a 0,15 %. La composición de componente incluye, además, en % en masa: B: de 0,0003 a 0,01 %.

Los componentes incluidos en el material de acero inoxidable se describirán a continuación.

El C mejora la resistencia y la dureza de un acero mediante el refuerzo en una solución sólida. Paralelamente, un aumento en el contenido de C provoca el deterioro de la capacidad de trabajo y tenacidad del acero, de modo que el contenido de C es del 0,2 % en masa o menos y, de manera preferente, del 0,08 % en masa o menos.

El Si es un elemento utilizado para la desoxidación del acero. Paralelamente, un contenido excesivo de Si provoca el deterioro de la tenacidad y capacidad de trabajo del acero. Por tanto, se forma una película firme de óxido en la superficie para inhibir la capacidad de unión por difusión. Por tanto, el contenido de Si es del 1,0 % en masa o menos y, de manera preferente, del 0,6 % en masa o menos.

El Mn es un elemento que mejora las propiedades de oxidación a alta temperatura. Paralelamente, el contenido excesivo de Mn permite que el acero experimente un endurecimiento por trabajo, lo que conduce al deterioro de la capacidad de trabajo en frío del acero. Por lo tanto, el contenido de Mn es del 3,0 % en masa o menos.

El P es un elemento de impureza inevitable y mejora las propiedades de corrosión intergranular y también provoca el deterioro de la tenacidad del acero. Por lo tanto, el contenido de P es del 0,05 % en masa o menos y, de manera preferente, del 0,03 % en masa o menos.

El S es un elemento de impureza inevitable y provoca el deterioro de la capacidad de trabajo en caliente del acero. Por lo tanto, el contenido de S es del 0,03 % en masa o menos.

El Ni es un elemento de formación de austenita y tiene la función de mejorar la resistencia a la corrosión del acero en un entorno ácido reductor. Paralelamente, un contenido de Ni en exceso hace que la fase de austenita sea estable, no pudiendo así suprimir el crecimiento de un cristal de ferrita, de manera que se forma una fase única de austenita estable para suprimir el crecimiento del cristal de ferrita. Por lo tanto, el contenido de Ni es del 10,0 % o menos.

El Cr es un elemento que forma una película pasiva para aportar resistencia a la corrosión. Por lo tanto, el contenido de Cr es del 10,0 al 30,0 % en masa.

El N es un elemento de impureza inevitable y provoca el deterioro de la capacidad de trabajo en frío, de manera que su contenido es del 0,3 % en masa o menos.

El Ti tiene la función de fijar el C y el N y, por tanto, es un elemento eficaz para mejorar la resistencia a la corrosión y la capacidad de trabajo. A menudo, se añade Al como agente desoxidante. Paralelamente, el Ti y el Al son elementos fácilmente oxidables, de manera que el óxido de Ti y el óxido de Al incluidos en una película de óxido sobre una superficie del material de acero tienen menos probabilidades de reducirse en un tratamiento térmico de unión por difusión al vacío. Por lo tanto, numerosos óxidos de Ti o de Al pueden impedir que prosiga el proceso (ii) mencionado anteriormente durante la unión por difusión, de manera que el contenido de Ti es del 0,15 % en masa o menos, mientras que el contenido de Al es del 0,15 % en masa o menos y, de manera preferente, es del 0,05 % en masa. El contenido total de Ti y Al se fija al 0,15 % en masa o menos y, de manera preferente, al 0,05 % en masa o menos.

El Nb es un elemento que forma carburo o carbonitruro para refinar los granos del acero, ejerciendo así el efecto de mejora de la tenacidad. Paralelamente, un contenido en exceso de Nb provoca el deterioro de la capacidad de trabajo del acero, de manera que el contenido de Nb es del 4,0 % en masa o menos.

El Mo es un elemento que tiene la función de mejorar la resistencia a la corrosión sin reducir la fuerza. Un contenido en exceso de Mo provoca el deterioro de la capacidad de trabajo del acero, de manera que el contenido de Mo es del 0,01 al 4,0 % en masa.

El Cu es un elemento que es eficaz para mejorar la resistencia a la corrosión y también tiene la función de formar una fase de ferrita. Paralelamente, un contenido en exceso de Cu provoca el deterioro de la capacidad de trabajo del acero, de manera que el contenido de Cu es del 0,01 al 3,0 % en masa.

El V es un elemento que contribuye a una mejora en la capacidad de trabajo y la tenacidad del acero mediante la fijación del C disuelto sólido como carburo. Paralelamente, un contenido en exceso de un elemento V provoca el deterioro de la productividad, de manera que el contenido de V es del 0,03 al 0,15 %.

El B es un elemento que contribuye a una mejora en la resistencia a la corrosión y capacidad de trabajo mediante la fijación de N. Paralelamente, un contenido en exceso de un elemento B provoca el deterioro de la capacidad de trabajo en caliente del acero, de manera que el contenido de B es del 0,0003 al 0,01 %.

Es posible aplicar, como acero inoxidable de doble fase que tiene la composición química mencionada anteriormente, un acero en el que ymax representado por la fórmula (a) mencionada a continuación es de 10 a 90: ymax = 420C - 11,5Si 7Mn 23Ni -11,5 Cr - 12Mo 9Cu - 49Ti - 47Nb - 52Al 470N 189 ... Fórmula (a) en la que el símbolo de un elemento de C, Si y similares en la fórmula anterior (a) significa el contenido (% en masa) de cada elemento.

ymax es un indicador que representa una cantidad (% en volumen) de una fase de austenita formada cuando se calienta y mantiene a aproximadamente 1.100 °C. Cuando la ymax es de 100 o más, es posible considerarlos como tipos de aceros austeníticos en los que se forma una fase única de austenita. Cuando la ymax es de 0 o menos, es posible considerarlos como tipos de aceros ferríticos en los que se forma una única fase de ferrita. Con respecto al acero inoxidable de doble fase de la presente invención, cuando ymax es de 10 a 90, se forma una doble fase austenítica-ferrítica dentro de un intervalo de temperaturas, en el que tiene lugar la unión por difusión, y dos fases suprimen mutuamente el crecimiento de granos de cristal a alta temperatura, de manera que es eficaz para obtener una estructura cristalina fina. ymax es, de manera más preferente, de 50 a 80.

[Tamaño promedio del grano de cristal antes de la unión]

Cuanto más fina es la estructura de grano del acero inoxidable de doble fase de la presente invención, más rápidamente puede continuar el proceso (i) mencionado anteriormente. Por lo tanto, el tamaño promedio de grano de cristal antes de la unión es de 20 pm o menos y, de manera más preferente, de 10 pm o menos.

[Rugosidad de la superficie]

Con respecto al acero inoxidable de doble fase que incluye granos de cristal finos de la presente invención, el proceso (i) mencionado anteriormente tiene lugar de manera rápida, de manera que el proceso (ii) mencionado anteriormente ejerce una pequeña influencia y existe una baja posibilidad de que la capacidad de unión esté limitada por el grado de rugosidad de la superficie Ra. Si aumenta la rugosidad de la superficie del material de acero inoxidable que va a experimentar la unión por difusión, la desaparición de una película de óxido en el proceso (ii) mencionado anteriormente tiende a retrasarse. Por lo tanto, una superficie del material de acero inoxidable es, de manera preferente, lisa y la rugosidad de la superficie Ra es, de manera preferente, de 0,3 pm o menos.

[Procedimiento para producir un producto unido por difusión]

Con respecto al material de acero inoxidable de la presente invención, se obtiene un producto unido por difusión que tiene buena capacidad de unión llevando a cabo la unión por difusión al vacío utilizando un procedimiento directo. El tratamiento de unión por difusión específico es el siguiente, por ejemplo, se puede permitir que proceda la unión por difusión mediante el calentamiento y mantenimiento en un horno en las condiciones de una presión de 1,0 x 10-2 Pa o menos (de manera preferente, 1,0 x 10-3 Pa o menos) y un punto de rocío de -40 °C o menos a una temperatura de 900 a 1.100 °C en un estado de contacto directo bajo una presión de superficie de contacto de 0,1 a 1,0 MPa. El tiempo de mantenimiento se puede ajustar dentro de un intervalo de 0,5 a 3 horas.

EJEMPLOS

A continuación, se describirán ejemplos de la presente invención. La presente invención no se limita a los siguientes ejemplos y se puede llevar a cabo dentro del alcance de las presentes reivindicaciones realizando las modificaciones apropiadas.

Se fundió un acero inoxidable con la composición química mostrada en la tabla 1 mediante fusión al vacío (30 kg). El lingote de acero así obtenido se forjó en una placa de 30 mm de grosor y, a continuación, se laminó en caliente a 1.230 °C durante 2 horas para obtener una lámina laminada en caliente de 3,0 mm de grosor. A continuación, se realizó el recocido, decapado y laminado en frío para obtener una lámina laminada en frío de 1,0 mm de grosor. A continuación, la lámina laminada en frío se sometió a un tratamiento de recocido mencionado a continuación para producir una lámina recocida laminada en frío, que se utilizó como material de ensayo.

En la tabla 1 se muestran diversos materiales de acero. La estructura metálica antes de la unión por difusión de cada uno de los aceros FM-1 a FM-4 está compuesta por dos fases ferrítica-martensítica (fase a M). La estructura metálica antes de la unión por difusión de cada uno de los aceros FA-1 y FA-2 está compuesta por dos fases ferrítica-austenítica (fase a + ^y). La estructura metálica antes de la unión por difusión del acero F-1 está compuesta por una única fase de ferrita (fase a). La estructura metálica antes de la unión por difusión del acero A-1 está compuesta por una única fase de austenita (fase y). La estructura metálica antes de la unión por difusión del acero M-1 está compuesta por una única fase de martensita (fase M). Mediante el cambio de la temperatura de recocido de cada lámina de acero después del laminado en frío dentro de un intervalo de 900 °C a 1.200 °C, se obtuvieron materiales de ensayo que tenían cada uno un tamaño promedio de grano de cristal diferente. Para examinar la influencia de la rugosidad de la superficie, se obtuvieron materiales de ensayo con cada uno una rugosidad de la superficie diferente cambiando el tratamiento de acabado de una lámina recocida laminada en frío utilizando una parte de la lámina de acero.

(Tamaño promedio del grano de cristal)

Se midió el tamaño promedio del grano de cristal antes de la unión por difusión (pm) de una lámina de acero mediante un procedimiento de cuadratura, tal como se menciona a continuación. Se observó una estructura metálica de una sección transversal de grosor de la lámina paralela a la dirección de laminación en frío con respecto a un área continua de 1 mm2 o más y, a continuación, se calculó el número de granos de cristal incluidos en una unidad de área utilizando un procedimiento de cuadratura. Posteriormente, se determinó el área promedio por un grano de cristal y se utilizó un valor obtenido elevando la variable del área promedio a la potencia de 1/2 como tamaño promedio del grano de cristal.

(Rugosidad de la superficie)

Con respecto a la rugosidad de la superficie Ra (pm), se midió la rugosidad de superficie Ra en una dirección perpendicular a una dirección de laminado utilizando un instrumento de medición de la rugosidad de la superficie (SURFCOM2900DX; fabricado por TOKYO SEIMITSU CO, LTD).

(Alargamiento en el punto de fluencia)

El alargamiento en el punto de fluencia se midió mediante el procedimiento mencionado a continuación. Se cortó una pieza de ensayo JIS13B de cada lámina de acero y se hizo un orificio de 5 mm de diámetro en el centro de una sujeción. Se formó una línea de corte (50 mm de longitud, entre las marcas del medidor) en la pieza de ensayo y, a continuación, se unió la pieza de ensayo a una máquina de ensayo de tracción a alta temperatura, de manera que la empuñadura con un orificio mire hacia abajo. Después de aumentar la temperatura hasta que la temperatura entre las marcas del medidor llegue a 1.000 °C y del remojo a la misma temperatura durante 15 minutos, se colocó un alambre fabricado de SUS310S provisto con un peso calculado para aplicar una tensión de 1.0 MPa, en el orificio de la sujeción, seguido de mantenimiento durante 0,5 horas. El alambre fabricado de SUS310S se extrajo de la pieza de ensayo y se enfrió hasta temperatura normal mediante enfriamiento con aire. A continuación, se midió la longitud L entre las marcas del medidor y se calculó (L-50)/50 x 100 como el alargamiento en el punto de fluencia (%).

(Ensayo de capacidad de unión)

Se cortaron piezas de ensayo planas que medían 20 mm x 20 mm a partir de cada lámina de acero y se llevó a cabo la unión por difusión mediante el procedimiento siguiente. Se laminaron dos piezas de ensayo fabricadas del mismo material de acero en un estado en el que las superficies de las piezas de ensayo entran en contacto entre sí. Utilizando una plantilla con un peso, se ajustó la presión superficial a aplicar a una superficie de contacto de estas dos piezas de ensayo a 0,1 MPa. En lo sucesivo, la pieza de ensayo plana así laminada se denomina “material de acero”. Aquellos en los que se laminan los materiales de acero se denominan “laminado”. A continuación, la plantilla y el laminado se colocaron en un horno de vacío. Se realizó el vacío hasta que la presión alcanzó el grado de vacío inicial de 1,0 x 10-3 a 1,0 x 10-4 Pa y la temperatura se elevó a 1.000 °C durante aproximadamente 1 hora, seguido del mantenimiento a la misma temperatura durante 2 horas. Después de transferir a una cámara de enfriamiento, se llevó a cabo el enfriamiento. Durante el enfriamiento, el grado de vacío se mantuvo hasta 900 °C y, a continuación, se introdujo gas Ar, seguido del enfriamiento hasta aproximadamente 100 °C o menos en una atmósfera de gas Ar por debajo de 90 kPa. Con respecto al laminado después de completar el tratamiento térmico, utilizando un medidor de grosor ultrasónico (fabricado por OLYMPUS CORPORATION; Modelo 35DL), se midió el grosor en 49 puntos de medición formados con un paso de 3 mm en una superficie laminada que medía 20 mm x 20 mm, tal como se muestra en la figura 1. Se fijó un diámetro de sonda a 1,5 mm. Cuando un valor medido del grosor de la lámina en cierto punto de medición muestra el grosor total de la lámina de dos materiales de acero, es posible considerar que ambos materiales de acero se integran entre sí por difusión de átomos en la posición de una interfaz entre ambos materiales de acero correspondiente al punto de medición. Paralelamente, cuando un valor medido del grosor de la lámina es diferente del grosor total de la lámina de dos materiales de acero, es posible considerar que existe la parte no unida (defecto) en la posición de una interfaz entre ambos materiales de acero correspondiente al punto de medición. Se examinó una relación de correspondencia entre una estructura en sección transversal del laminado después de un tratamiento térmico y los resultados de medición obtenidos mediante esta técnica de medición. Como resultado, se ha confirmado que es posible evaluar con precisión una proporción de área de la parte unida en un área de contacto por el valor obtenido al dividir el número de puntos de medición, donde los resultados de la medición mostraron el grosor total de la lámina de ambos materiales de acero por el número total de la mediciones 49 (en lo sucesivo, esto se denomina “proporción de unión”). La capacidad de la unión por difusión se evaluó mediante los siguientes criterios de evaluación.

A: Proporción de unión del 100 % (excelente)

B: Proporción de unión del 90 al 99 % (buena)

C: Proporción de unión del 60 al 89 % (bastante buena)

D: Proporción de unión del 0 al 59 % (mala)

Como resultado de diversos estudios, se aseguró una resistencia suficiente de la parte unida por difusión y también la capacidad de sellado (propiedad que no provoca fugas de un gas a través de defectos comunicantes) entre ambos miembros es bueno en las calificaciones A y B, de modo que las calificaciones A y B se consideraron aprobadas.

El tamaño promedio del grano de cristal y ymax después del recocido y laminado en frío de cada acero, la rugosidad de la superficie, el alargamiento en el punto de fluencia y la capacidad de unión se muestran en la tabla 2.

T l 2

Tal como se muestra en la tabla 2, en ejemplos de la invención 1 a 6, la proporción de unión fue del 90 % o más y se mostró una buena capacidad de unión por difusión, incluso a una temperatura relativamente baja, por ejemplo, 1.000 °C a una presión de la superficie baja, por ejemplo, 0,1 MPa. En los ejemplos de la invención 1 a 6, se mostró una buena capacidad de unión por difusión independientemente del grado de rugosidad de la superficie Ra y no hubo influencia de la rugosidad superficial. Dado que el material de acero inoxidable de doble fase que tiene una estructura de la presente invención no provoca un deterioro de la capacidad de unión por difusión ni siquiera cuando aumenta la rugosidad de la superficie, es evidente que la capacidad de unión por difusión del mismo no está restringida a las propiedades de superficie del material de acero.

Por el contrario, en los ejemplos comparativos 1 a 10, el tamaño promedio de grano del cristal, ymax y alargamiento en el punto de fluencia se desviaron del alcance de la presente invención, conduciendo a una pequeña deformación de la parte irregular de la superficie de unión dentro de un intervalo de temperaturas elevadas de dos fases, no consiguiendo así que aumente el área de unión en la posición de unión. Por lo tanto, numerosas proporciones de unión son inferiores al 80 % y están calificadas como bastante malas o malas. Respecto a los aceros ferríticos de una única fase de los ejemplos comparativos 5 a 7 y los aceros austeníticos de una única fase de los ejemplos comparativos 8 a 9, según un cambio en la proporción de unión en función de la rugosidad de la superficie Ra, el ejemplo comparativo 7 y el ejemplo comparativo 9 con una rugosidad de la superficie muy pequeña mostraron una proporción de unión del 90 % o más. Paralelamente, otros ejemplos comparativos mostraron una gran rugosidad de la superficie y una proporción de unión disminuida. Tal como es evidente a partir de los resultados anteriores, en un acero de una única fase, una gran rugosidad de la superficie conduce a una mala proporción de unión, de manera que la capacidad de unión por difusión está restringida por la rugosidad de la superficie.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Uso de un material de acero inoxidable de doble fase para la unión por difusión, teniendo la estructura metálica antes de la unión por difusión una estructura de doble fase compuesta, como mínimo, por dos fases de una fase de ferrita, una fase de martensita o una fase de austenita, en la que

la estructura de doble fase tiene un tamaño promedio de grano del cristal de 20 pm o menos,

ymax representado por la fórmula (a) mencionada a continuación es de 10 a 90, y el

alargamiento en el punto de fluencia es del 0,2 % o más cuando se aplica una carga de 1,0 MPa a 1.000 °C durante 0,5 horas,

el material de acero inoxidable comprende, en % en masa: C: 0,2 % o menos, Si: 1,0 % o menos, Mn: 3,0 % o menos, P: 0,05 % o menos, S: 0,03 % o menos, Ni: 10,0 % o menos, Cr: del 10,0 al 30,0 %, N: 0,3 % o menos, Ti: 0,15 % o menos y Al: 0,15 % o menos;

de manera opcional, comprende, en % en masa: uno o dos o más elementos de Nb: 4,0 % o menos, Mo: del 0,01 al 4,0 %, Cu: del 0,01 al 3,0 % y V: del 0,03 al 0,15 %,

de manera opcional, comprende, en % en masa: B: del 0,0003 al 0,01 %; en la que el resto es Fe e impurezas inevitables, en la que la cantidad total de Ti y Al es del 0,15 % o menos:

ymax = 420C - 11,5Si 7Mn 23Ni -11,5 Cr - 12Mo 9Cu - 49Ti - 47Nb - 52Al 470N 189 ... Fórmula (a)

en la que el símbolo de un elemento en la fórmula (a) mencionada anteriormente indica el contenido (% en masa) de cada elemento, y en la que el tamaño promedio de grano del cristal se mide según el procedimiento especificado en la descripción.

2. Uso, según la reivindicación 1, en la que el acero inoxidable se utiliza para la unión por difusión directa.

3. Uso, según la reivindicación 1 o 2, en la que el acero inoxidable se utiliza para la unión por difusión al vacío utilizando un procedimiento directo.

4. Procedimiento para fabricar un producto unido por difusión mediante la realización de una unión por difusión utilizando un material de acero inoxidable de doble fase para la unión por difusión, teniendo la estructura metálica antes de la unión por difusión una estructura de doble fase compuesta, como mínimo, por dos fases de una fase de ferrita, una fase de martensita o una fase de austenita, en la que

la estructura de doble fase tiene un tamaño promedio de grano del cristal de 20 pm o menos,

ymax representado por la fórmula (a) mencionada a continuación es de 10 a 90, y el

alargamiento en el punto de fluencia es del 0,2 % o más cuando se aplica una carga de 1,0 MPa a 1.000 °C durante 0,5 horas,

el material de acero inoxidable comprende, en % en masa: C: 0,2 % o menos, Si: 1,0 % o menos, Mn: 3,0 % o menos, P: 0,05 % o menos, S: 0,03 % o menos, Ni: 10,0 % o menos, Cr: del 10,0 al 30,0 %, N: 0,3 % o menos, Ti: 0,15 % o menos y Al: 0,15 % o menos;

de manera opcional, comprende, en % en masa: uno o dos o más elementos de Nb: 4,0 % o menos, Mo: del 0,01 al 4,0 %, Cu: del 0,01 al 3,0 % y V: del 0,03 al 0,15 %,

de manera opcional, comprende, en % en masa: B: del 0,0003 al 0,01 %; en la que el resto es Fe e impurezas inevitables, en la que la cantidad total de Ti y Al es del 0,15 % o menos:

ymax = 420C - 11,5Si 7Mn 23Ni -11,5 Cr - 12Mo 9Cu - 49Ti - 47Nb - 52Al 470N 189 ... Fórmula (a)

en la que el símbolo de un elemento en la fórmula (a) mencionada anteriormente indica el contenido (% en masa) de cada elemento, y en la que el tamaño promedio de grano del cristal se mide según el procedimiento especificado en la descripción.

5. Procedimiento, según la reivindicación 4, en el que la unión por difusión directa se realiza utilizando el material de acero inoxidable.

6. Procedimiento, según la reivindicación 4 o 5, en el que la unión por difusión al vacío se realiza utilizando un procedimiento directo que utiliza el material de acero inoxidable.