KR100865014B1 - 납땜 재료 및 그에 의해 제조된 납땜 제품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 납땜 재료가 철을 제외하고 0 내지 40 중량％의 Cr, 바람직하게는 9 내지 30 중량％의 Cr, 0 내지 16 중량％의 Mn, 바람직하게는 0 내지 8 중량％의 Mn, 더욱더 바람직하게는 0 내지 5 중량％의 Mn, 0 내지 25 중량％의 Ni, 0 내지 1 중량％의 N, 최대 7 중량％의 Mo, 6 중량％ 미만의 Si, 및(또는) 0 내지 2 중량％의 B, 바람직하게는 0 내지 1.5 중량％의 B, 및(또는) 0 내지 15 중량％의 P를 함유하는 합금으로 구성되며, B, P, Si를 조합하여 또는 개별적으로 첨가하여 납땜 재료가 완전히 용융되는 온도인 액상선 온도를 저하시키는 것을 특징으로 하는, 납땜에 의해 물체를 접합시키기 위한 철계 납땜 재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한 액상선 저하 원소인 B 및(또는) P 및(또는) Si와 합금된 철계 납땜 재료를 이용해 철계 물체를 납땜함으로써 제조된 납땜 제품에 관한 것이다.
납땜, 액상선 저하 원소, 접합, 철계 납땜 재료

Description

납땜 재료 및 그에 의해 제조된 납땜 제품 {Brazing Material and Brazed Product Manufactured Therewith}
본 발명은 납땜 (brazing)에 의해 물체를 접합하기 위한 철계 납땜 재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한 철계 재료로 된 물체를 본 발명에 따른 철계 납땜 재료를 사용하여 납땜함으로써 제조된 납땜 제품을 포함한다.
각종 강철 또는 철계 재료는 보통 Ni-, Ag- 또는 Cu-납땜 재료를 사용하여 납땜함으로써 접합된다.
납땜은 함께 접합하거나 결착시키려는 물체의 기재 재료의 고상선 온도 미만의 온도에서 접합하거나 결착시키는 공정이다.
경납땝 재료는 납땜 공정 동안에 완전히 또는 부분적으로 용융되는, 접합하고 결착시키기 위한 재료로 구성된다.
US 제4 135 656호는 19 내지 23 중량％의 Mn, 5 내지 8 중량％의 Si, 4 내지 6 중량％의 Cu, 0.6 내지 1.8 중량％의 B, 및 소량의 기타 원소이외에 나머지는 Ni를 함유하는 Ni-계 합금에 관한 것이다. US 제4 314 661호는 원자 ％로 0 내지 4 ％의 Fe, 0 내지 21 ％의 Cr, 0 내지 19 ％의 B, 0 내지 12 ％의 Si, 0 내지 22 ％의 P 및 나머지는 Ni를 함유하는, 또다른 종류의 Ni계 합금을 기재하고 있다.
Cu를 사용하여 경남땜하는 경우에는 일반적으로 순수하거나 거의 순수한 Cu 를 사용한다. 순수한 구리 납땜 재료는 명확히 정해진 융점을 가지지만, 니켈 납땜 재료는 합금이기 때문에 흔히 용융 간격 (melting interval)을 갖는다.
판상 열 교환기의 스테인리스 스틸판을 접합하는 경우에는 구리 납땜 재료가 종종 사용된다. 그러나, 구리가 모든 종류의 용도에 적합하지는 못하다. 구리 납땜 재료를 식품 분야에 사용하는 것은 허용되지 않지만, 지역 난방 및 수도물 설비에서의 판상 열 교환기에는 사용된다.
니켈 납땜 재료로 접합된 열 교환기는 다양한 분야에서 사용되며 한정된 수의 식품 분야에서도 허용된다.
니켈 합금을 함유하는 납땜 재료를 철 또는 비니켈계 재료로 구성된 물체를 접합하는데 사용한다면, 납땜된 접합부의 조성은 피납땜 재료의 조성과는 상당히 상이할 것이다. 때문에 화학적 및 기계적 특성에서의 바람직하지 못한 차이를 야기할 수 있다.
본 발명은 제품을 제조하는데 사용된 기재 물질과 동일한 조성을 갖는 납땜 재료를 주로 사용하여 납땜함으로써 물품을 접합하는 가능성을 제공하며, 이 때 납땜 재료는 액상선 온도를 저하시키는 추가의 원소를 포함한다. 따라서, 본 발명은 본 발명에 따른 납땜 재료를 사용함으로써 식품 분야 요건을 충족시키는 판상 열 교환기와 같은 장치를 제조하는 가능성을 제공한다. 본 발명은 납땜 재료가 철을 제외하고 9 내지 30 중량％의 Cr, 0 내지 8 중량％의 Mn, 바람직하게는 0 내지 5 중량％의 Mn, 0 내지 25 중량％의 Ni, 0 내지 1 중량％의 N, 및 최대 7 중량％의 Mo, 및 6 중량％ 미만의 Si, 및(또는) 0 내지 15 중량％의 P 및 0 내지 2 중량％의 B, 바람직하게는 0 내지 1.5 중량％의 B를 함유하는 합금으로 구성되며, Si, P 및 B를 첨가하여 납땜 재료가 완전히 용융되는 온도인 액상선 온도를 저하시키는 것을 주된 특징으로 한다. 이 융점 저하 원소는 납땜 전의 납땜 재료내에 지수 = ％ P + 1.1 x ％ Si + 3 x ％ B (식 중, 지수값은 4.5 내지 18이어야 함)의 식에 따른 양으로 존재한다.
납땜 재료의 철 함량은 적합하게는 50 ％ 이상이다. 본 발명에 따른 납땜 재료는 항상 Fe 및 Cr을 함유해야 한다.
효과적인 Si 및(또는) P 및 B의 사용량은 상기 주어진 범위내에 있어야 목적하는 용융점 저하를 얻을 수 있다. 그러나, Si가 예를 들어 탄화규소 또는 질화규소의 상태로 산소에 결합되거나 몇몇 다른 방법으로 소결될 수 있기 때문에 분석된 Si의 양은 상당히 많을 수 있다. 동일한 이유로 분석된 B 또는 P의 양도 더 많을 수 있다.
철계 납땜 재료는 Ti, W, Al, Cu, Nb, Ta, V 등과 같은 합금 원소를 포함할 수 있다. 조성에서의 변화는 또한 피할 수 없는 소량의 C, O 및 S와 같은 오염 원소로 인한 결과일 수도 있다. 철계 납땜 재료는 0 내지 20 중량％의 Hf 및 0 내지 2 중량％의 C를 함유할 수 있다.
삭제
철계 납땜 재료는 유리하게는 상기 언급된 바와 같은 조성을 갖는 잉곳을 기체 분무 또는 물 분무하거나, 또는 상기 잉곳을 파쇄함으로써 제조된다. 또다른 제조를 위한 별법은 용융 방사이다.
본 발명은 또한 철계 물체를 함께 납땜함으로써 제조된, 액상선 저하 원소인 Si 및(또는) P 및 B를 함유하는 합금인 철계 납땜 재료를 이용해 물품들을 접합시키는 것을 특징으로 하는 납땜 제품을 포함한다. 철계 납땜 재료의 조성은 바람직하게는 주요 청구항에서 기재된 바와 같은 조성을 갖는다.
납땜 제품 중의 철계 물체 및 철계 납땜 재료 둘 다는 유리하게 9 내지 30 ％의 Cr을 포함한다.
납땜 제품은 유리하게는 철계 납땜 재료에 의해 철계 재료로 된 박벽의 열 교환판 여러개를 함께 납땜함으로써 제조된 하나 이상의 판상 패키지를 포함하는 2개 이상의 열 교환 유체용의 납땜된 판상 열 교환기이다. 열 교환판은 열 교환 유체를 위한 판 사이의 내부 공간을 한정한다. 수득된 납땜 접합부는 철계 납땜 재료의 조성에 가까운 야금 조성을 가지며 철계 판 재료에 비해 납땜 접합부내 및 그 주위에 국소적으로 많은 양의 Si, P, B를 갖는다.
철계 재료의 납땜을 위해, 상기 언급한 바와 같은 Cu- 또는 Ni-납땜 재료가 통상적으로 사용된다. 놀랍게도, 접합하고자 하는 물체의 재료와 동일한 조성을 갖는 기재 재료로부터 출발할 수 있음을 알게되었다. 상기 재료를 규소 및(또는) 붕소 및(또는) 인과 같은 재료와 합금함으로써, 잘 기능을 하는 납땜 재료를 수득할 수 있다. 순수한 철 및 Si, B 및 P에 대한 2성분 상 도표를 연구함으로써 Fe-Si 합금에서 Si가 약 19 ％일 때 최소 1212 ℃의 융점을 갖는다는 것을 알 수 있다. Fe-B 합금에 대해서는, B가 약 4 ％일 때 약 1174 ℃의 최소 융점을 갖는다. Fe-P 시스템에서 최소 융점은 P가 약 10 ％일 때 약 1048 ℃이다.
대부분의 경우, 순수한 철 재료가 사용되기 보다는 대신 합금이 사용되는데, 상기 합금은 Fe 이외에 비교적 많은 양의 Cr 및 Ni도 또한 함유한다. 여러 합금에서 Mo 및 Mn도 존재한다. 차원의 개수가 합금내 원소의 개수만큼 많아질 것이기 때문에, 상기 합금에 붕소 및(또는) 인 및(또는) 규소를 상이한 양으로 첨가하는 것의 효과를 상 도표를 이용해 이론적으로 확립하는 것은 거의 불가능하다.
납땜 접합부를 얻기 위해서, 납땜 재료의 액상선 온도는 1230 ℃ 미만, 바람직하게는 1200 ℃ 미만이어야 한다.
놀랍게도, 비교적 적은 양의 규소, 붕소 또는 인을 조합하여 또는 단독으로 첨가함으로써 액상선 온도를 저하시켜 적합한 납땜 재료를 얻을 수 있다는 것을 알게되었다.
하기 표에서, 본 발명에 따른 납땜 재료의 각종 조성예들을 나타내었다.
몇몇 용융물의 조성 분석
용융물 Fe ％ Cr ％ Mn ％ Ni ％ Mo ％ Si ％ B ％ P ％ C 지수
1 Bal 16.8 1.5 11.8 2.2 4.4 0.5 6.1 0.1 12.4
2 Bal 16.7 3.7 11.7 1.9 1.0 0 10.6 0.1 11.7
3 Bal 17.0 1.8 12.1 2.1 1.0 0 10.1 0.1 11.2
4 Bal 17.1 3.0 12.0 2.2 4.7 0 6.0 0.1 11.2
5 Bal 17.0 2.9 11.8 2.1 5.6 0 6.0 0.1 12.2

Bal (balance)란 표현은 용융물의 나머지 재료가 Fe로 구성됨을 의미한다.
샘플들을 1190 ℃의 온도에서 납땜하였다. 샘플의 시험 납땜을 외관 검사한 결과, 모든 샘플이 용융되었고 납땜 접합부가 얻어졌으며, 기계적 강도가 모든 접합부에서 얻어졌다.
본 발명에 따른 납땜 재료는 적합하게는 분말 또는 호일의 형태로 제조된다. 분말은 잉곳의 생성 후 이를 파쇄 및 분쇄함으로써 제조될 수 있다. 상기 제조 방법에서는 재료의 취성 특성을 이용한다. 잉곳 주조의 단점은 어느 정도 분리될 위험성이 있어 한정하기 어렵거나 광범위한 용융 간격을 갖는 비균질 물질이 수득될 수 있다는 것이다. 적은 양의 잉곳 및(또는) 신속한 냉각을 통해 분리의 위험이 감소된다. 잉곳 주조에서, 진공 주조 또는 차단 기체를 사용한 주조를 사용함으로써 공기와의 접촉을 최소화하는 것이 중요하다. 기계적 처리의 결과로서 납땜 재료의 에너지 함량이 그의 반응성과 함께 증가된다.
균질한 조성을 갖는 분말을 제조하는 또다른 제조 방법은 물 또는 기체 분무로 구성된다. 분말의 특성은 제조 방법에 따라 변화된다. 파쇄 및 분쇄된 입자는 각지고 뾰족하고, 물 분무된 입자는 마디가 있고, 기체 분무된 입자는 거의 구형이다. 입자 형상에서의 이러한 차이는 납땜에 사용시 다소 변화된 특성을 갖는 납땜 재료를 제공한다. 상이한 분무 방법 및 스크리닝과 함께 조합된 파쇄/분쇄의 정도를 선택함으로써 입자 크기의 분포를 조절할 수 있다. 물 분무가 기체 분무보다 높은 산소 포텐셜에서 발생하므로 물 분무에서의 산소 함량이 일반적으로 더 높을 것이다. 높은 산소 함량은 재료 중 산화물의 형성을 야기할 수 있으며, 이는 납땜 접합부의 기계적 특성에 대해 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 결과적으로, 납땜 재료 중 Si 및(또는) P 및 B의 유효 퍼센트는 낮을 것이며, 이는 용융 간격이 변위될 것임을 의미한다.
금속 용융물로부터 용융 방사에 의한 호일의 제조는 예를 들어 금속 용융물 을 차가운 표면에서 직접 냉각되도록 하여 호일을 형성함으로써 수행된다. 일반적인 연속 호일 제조에서, 차가운 표면은 구리 또는 구리 합금으로 제조된 차가운 롤로 구성된다. 또한 무정형의 호일을 수득할 수도 있는데, 이 경우에는 일반적으로 붕소가 첨가된다.
본 발명에 따른 납땜 재료는 납땜 접합부를 필요로 하는 곳에 다양한 방법으로 사용할 수 있다. 임의의 기재된 방법에 의해 제조된 납땜 재료의 분말은 몇몇 결합제 중 현탁되어 적합한 방법으로 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 납땜 재료가 9 내지 30 중량％의 Cr, 0 내지 8 중량％의 Mn, 0 내지 25 중량％의 Ni, 0 내지 1 중량％의 N, 최대 7 중량％의 Mo, 6 중량％ 미만의 Si, 최대 15 중량％의 P, 0 내지 2 중량％의 B, 및 철을 함유하는 합금으로 구성되는 철계 납땜 재료로서, Si, P 및 B의 첨가에 의해 납땜 재료가 완전히 용융되는 온도인 액상선 온도가 저하되고, 이 융점 저하 원소가 납땜 재료내에 지수 = ％ P + 1.1 x ％ Si + 3 x ％ B (식 중, 지수는 4.5 내지 18이어야 함)의 식에 따른 양으로 존재하고, 0 내지 20 중량％의 Hf와 0 내지 2 중량％의 C를 함유하며, 나머지는 O 및 S로부터 선택되는 불가피한 불순물 및 철인 것을 특징으로 하는, 납땜에 의해 물체를 접합시키기 위한 철계 납땜 재료.
  2. 제1항에 있어서, 철계 납땜 재료가 0 내지 5 중량％의 Mn을 함유하는 철계 납땜 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 철계 납땜 재료가 0 내지 1.5 중량％의 B를 함유하는 철계 납땜 재료.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 철계 납땜 재료가, 상기 조성을 갖는 잉곳의 기체 또는 물 분무 또는 분쇄, 또는 상기 조성을 갖는 용융물의 용융 방사에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 철계 납땜 재료.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 철계 납땜 재료가 분말 또는 호일의 형태인 철계 납땜 재료.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 철계 납땜 재료의 액상선 온도가 1230 ℃ 미만인 철계 납땜 재료.
  7. 제1항 또는 제2항에 따른 철계 납땜 재료에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는, 철계 물품의 납땜에 의해 제조된 납땜 제품.
  8. 제7항에 있어서, 철계 물품 및 철계 납땜 재료 모두가 9 내지 30 ％의 Cr을 포함하는 것인 납땜 제품.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제품이 철계 납땜에 의해 함께 납땜된 철계 재료의 열 교환판 여러개를 함께 납땜함으로써 제조된 하나 이상의 판상 패키지를 포함하는 2개 이상의 열 교환 유체용 판상 열 교환기인 납땜 제품.
  10. 제7항에 있어서, 상기 열 교환판의 철계 재료 및 그로부터 얻어진 납땜 접합부는 철계 판상 재료의 조성에 가까운 야금 조성을 가지며 철계 판상 재료에 비해 납땜 접합부 내 및 그 주위에 국소적으로 많은 양의 Si, P 및 B를 갖는 것인 납땜 제품.
  11. 9 내지 30 중량％의 Cr, 0 내지 8 중량％의 Mn, 0 내지 25 중량％의 Ni, 0 내지 1 중량％의 N, 최대 7 중량％의 Mo, 6 중량％ 미만의 Si, 0 내지 15 중량％의 P, 0 내지 2 중량％의 B, 및 철을 함유하는 합금으로 이루어진 조성을 갖는 잉곳의 기체 또는 물 분무 또는 분쇄, 또는 상기 조성을 갖는 용융물의 용융 방사에 의해 제조되며,
    Si, P 및 B를 첨가하여 납땜 재료가 완전히 용융되는 온도인 액상선 온도를 저하시키고, 이 융점 저하 원소가 납땜 재료내에 지수 = ％ P + 1.1 x ％ Si + 3 x ％ B (식 중, 지수는 4.5 내지 18이어야 함)의 식에 따른 양으로 존재하며,
    0 내지 20 중량％의 Hf 및 0 내지 2 중량％의 C를 함유하고,
    나머지는 O 및 S로부터 선택되는 불가피한 불순물 및 철인,
    납땜에 의해 물품을 접합시키기 위한 철계 납땜 재료.
KR1020037015888A 2001-06-05 2002-06-03 납땜 재료 및 그에 의해 제조된 납땜 제품 KR100865014B1 (ko)

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