專利名稱：鈷基合金的接合構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈷基合金的接合構(gòu)造，特別涉及一種適用于閥及具有機(jī)械密封件的旋轉(zhuǎn)裝置的鈷基合金的接合構(gòu)造。
背景技術(shù)：
作為接合同類金屬之間或不同類的金屬之間的技術(shù)，一般為人所知的有在耐腐蝕耐磨耗性合金和接合它的母材之間夾著釬料、并在只將釬料熔化了后使其固化進(jìn)行接合的方法(釬焊)；向接合部供給熔融狀態(tài)的金屬同時(shí)進(jìn)行接合的金屬也熔融而在接合部形成相互熔接的金屬層的方法(焊接)；使母材的表面極薄地熔化，在其處放置熔化了的金屬而與母材接合的方法(堆焊)。
另外，在日本工學(xué)便覽的B2-63頁(yè)～B2-64頁(yè)、“3·4·3擴(kuò)散焊接”、昭和62年新版中對(duì)將進(jìn)行接合的兩個(gè)金屬材料的平滑面相互接觸，在保持為高溫的狀態(tài)下由接觸部的蠕變現(xiàn)象(通過(guò)施加大負(fù)荷產(chǎn)生)和高溫產(chǎn)生的燒結(jié)進(jìn)行接合的擴(kuò)散焊接進(jìn)行了描述。另外，其機(jī)械工學(xué)便覽中還對(duì)作為擴(kuò)散焊接之一的、在接合不同的金屬之間時(shí)，在進(jìn)行接合的兩金屬材料之間插入含有鎳的插入材料，在保持為高溫的狀態(tài)通過(guò)施加大的負(fù)荷不會(huì)產(chǎn)生接合界面的接合方法進(jìn)行了描述。插入材料全部擴(kuò)散到進(jìn)行接合的兩個(gè)金屬材料內(nèi)。
日本特開(kāi)2000-273573號(hào)公報(bào)中記載著將具有球狀或粒狀的共晶碳化物的Co基、Ni基或Fe基的耐腐蝕耐磨金屬用釬焊、焊接或擴(kuò)散焊接與母材接合的技術(shù)方案。
在記載于日本特開(kāi)2000-273573號(hào)公報(bào)中的耐腐蝕耐磨金屬與母材接合中存在如下的問(wèn)題。
通過(guò)熔化釬料將耐腐蝕耐磨金屬與母材接合的方法其金屬之間的接合力弱，當(dāng)溫度上升到釬焊溫度后再上升時(shí)，接合部脫落。另外，其它的方法(焊接或者擴(kuò)散焊接)由于將進(jìn)行接合的金屬成為熔融狀態(tài)，耐腐蝕耐磨金屬的球狀或粒狀的共晶碳化物變化為線狀、網(wǎng)格狀的共晶碳化物，其結(jié)果由于球狀或粒狀的共晶碳化物的存在而獲得的特性消失。在擴(kuò)散焊接中，由于是在蠕變狀態(tài)的高溫狀態(tài)下在接合金屬上作用大負(fù)荷，產(chǎn)生大的殘留應(yīng)力或產(chǎn)生裂紋。因此，擴(kuò)散焊接作為將具有球狀或粒狀的共晶碳化物的Co基的耐腐蝕耐磨金屬在保持其形態(tài)不變的狀態(tài)下接合在其母材上的方法不適當(dāng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在接合后也可以發(fā)揮鈷基合金的耐腐蝕耐磨耗性的特性的鈷基合金的接合構(gòu)造。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的鈷基合金的接合構(gòu)造，在金屬微組織基體部上分散著粒狀或塊狀的共晶碳化物的鈷基合金部和母材金屬部之間配置插入材料，將鈷基合金部擴(kuò)散接合在上述母材金屬部上，其特征在于，在上述母材金屬部之上形成著上述插入材料的層，在該插入材料層之上設(shè)置上述鈷基合金部。
由于在鈷基合金部和母材金屬之間形成著插入材料層，因此，在鈷基合金部和母材金屬的擴(kuò)散接合時(shí)，鈷基合金部不太受到加熱帶來(lái)的壞影響，在接合后的鈷基合金部存在著粒狀或塊狀的共晶碳化物。因此，鈷基合金部的接合構(gòu)造中的鈷基合金部其耐腐蝕耐磨耗性優(yōu)良。
作為使用上述鈷基合金的接合構(gòu)造的使用例子的閥，其特征是，其設(shè)在閥箱上的閥座具有鈷基合金部和本體部，該鈷基合金部是在金屬微組織的基體部中分散著粒狀或塊狀的共晶碳化物的鈷基合金部、并與閥體接觸，上述本體部設(shè)置在上述閥箱上，在上述鈷基合金部和上述本體部之間配置插入材料并將上述鈷基合金部擴(kuò)散接合在上述本體部上，在上述本體部之上形成著上述插入材料層，在該插入材料層之上設(shè)置上述鈷基合金部。
由于在閥座之上形成著插入材料層，再在該插入材料層之上具有鈷基合金部，因此被擴(kuò)散接合的鈷基合金部存在著上述的粒狀或塊狀的共晶碳化物，不存在網(wǎng)格狀的共晶碳化物。因此，閥座的耐腐蝕耐磨耗性得到提高，由于與閥座的閥體接觸的面難以受到流體中的熔解的氧的腐蝕損傷，閥的維修的頻率減少，閥的壽命得到延長(zhǎng)。


圖1是表示本發(fā)明的一最佳實(shí)施例的鈷基合金的接合構(gòu)造的縱截面的構(gòu)造圖。
圖2是表示構(gòu)成圖1的實(shí)施例的接合構(gòu)造的原材料的說(shuō)明圖。
圖3是圖1的接合構(gòu)造中的接合部的顯微鏡照片。
圖4是表示圖1的接合構(gòu)造的接合部中的、作為鈷基合金層的主要元素的鈷的分布的SEM照片。
圖5是表示圖1的接合構(gòu)造的接合部中的、作為插入材料層的主要元素的鎳的分布的SEM照片。
圖6是表示圖1的接合構(gòu)造的接合部中的、作為母材料的主要元素的鐵的分布的SEM照片。
圖7是使用了鈷基合金的接合構(gòu)造的本發(fā)明的一實(shí)施例的隔離閥的縱剖面圖。
圖8是圖7的閥體的縱剖面圖。
圖9是設(shè)在圖7的閥箱上的閥座附近的縱剖面圖。
圖10是使用了鈷基合金的接合構(gòu)造的本發(fā)明的一實(shí)施例的單向閥的縱剖面圖。
圖11是使用了鈷基合金的接合構(gòu)造的本發(fā)明的一實(shí)施例的安全閥的縱剖面圖。
圖12是使用了鈷基合金的接合構(gòu)造的本發(fā)明的一實(shí)施例的球形閥的縱剖面圖。
圖13是使用了圖10～圖13所示的各閥的沸騰水型原子能發(fā)電設(shè)備的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1說(shuō)明作為本發(fā)明的一最佳實(shí)施例的鈷基合金的接合構(gòu)造，本發(fā)明的接合構(gòu)造，分散著粒狀或塊狀的共晶碳化物2的鈷基合金層1通過(guò)插入材料層36接合在母材37的金屬上。
該鈷基合金的接合構(gòu)造如下這樣地獲得。母材37是S45C碳素鋼。如圖2所示，將鈷基合金材料1A接合到母材37上。鈷基合金材料1A在鑄造組織的基體部中含有具有粒徑30μm以下的粒狀或塊狀的共晶碳化物的C 1.03重量％、Cr 29.73重量％、W 3.86重量％、Ni 2.59重量％、Fe 2.67重量％、Si 0.59重量％及Mo 0.07重量％，其余實(shí)質(zhì)上是Co。在將該鈷基合金材料1A接合到母材37上時(shí)，使用插入材料36A。該插入材料36A是含有Si 4.5重量％、B 3.2重量％，其余部分由Ni構(gòu)成的鎳基合金。
另外，鈷基合金材料1A如下這樣地制作。即鈷基合金材料1A是通過(guò)對(duì)包括在鑄造組織的基體部中含有網(wǎng)格狀的共晶碳化物的C 1.03重量％、Cr 29.73重量％、W 3.86重量％、Ni 2.59重量％、Fe 2.67重量％、Si 0.59重量％及Mo 0.07重量％，其余實(shí)質(zhì)上是Co的鈷基合金材料在1050～1100℃的溫度下進(jìn)行熱軋，將共晶碳化物微細(xì)化為粒徑30μm以下的粒狀或塊狀而獲得的。
將厚度約40μm的插入材料36A夾在母材37和鈷基合金材料1A之間。即，以圖2所示的順序?qū)⒉迦氩牧?6A載在母材37之上，將鈷基合金材料1A載在插入材料36A之上。鈷基合金材料1A以自重壓接在母材37上。插入材料的固相線溫度約為980℃，液相線溫度約為1040℃。鈷基合金材料1A由液相擴(kuò)散接合接合在母材37上。該液相擴(kuò)散接合是在接合溫度1100℃、保持時(shí)間1小時(shí)、真空度2×10-4torr、加壓力80g/cm2的條件下進(jìn)行的。所謂保持時(shí)間是到液相擴(kuò)散接合完畢所需要的接合時(shí)間，是接合溫度、真空度及加壓力在上述條件下被保持的時(shí)間。在插入材料36A中由于含有作為熔點(diǎn)降低元素的Si、B，其熔點(diǎn)比被接合件(鈷基合金材料1A和母材37)低。但是，因?yàn)樵谝越雍蠝囟缺３值倪^(guò)程中Si及B擴(kuò)散在各被接合材料中，插入材料36A的熔點(diǎn)上升，在液相擴(kuò)散接合中，插入材料36A的凝固也進(jìn)展著。
由上述那樣的液相擴(kuò)散接合得到圖1所示的接合構(gòu)造。圖3是圖1所示的鈷基合金接合構(gòu)造部的顯微鏡照片。本實(shí)施例的鈷基合金的接合構(gòu)造部從圖3中可知，在母材37和鈷基合金層1之間存在著插入材料層(接合層)36。該鈷基合金層1含有粒狀或塊狀的共晶碳化物。
用掃描電子顯微鏡(SEM)分析了圖1所示的本實(shí)施例的接合構(gòu)造的截面中的各層的主要元素的分布。圖4、圖5及圖6是表示其分析結(jié)果的SEM照片。圖4表示直線A位置處的、作為鈷基合金層1的主要元素的鈷的分布。鈷的分布由波浪狀的曲線表示。含在鈷基合金材料1A中的鈷由上述的液向擴(kuò)散接合擴(kuò)散到插入材料層(接合層)36內(nèi)，但幾乎沒(méi)有擴(kuò)散到母材37內(nèi)。圖5是表示直線A位置處的、作為插入材料層36的主要元素的鎳的分布。鎳的分布由波浪狀的曲線表示。含在插入材料36A中的鎳即使在上述的液相擴(kuò)散接合中也幾乎未擴(kuò)散到鈷基合金層1和母材37內(nèi)。圖6是表示直線A位置處的、作為母材37內(nèi)的主要元素的鐵的分布。鐵的分布由波浪狀的曲線表示。母材37的鐵擴(kuò)散到插入材料層(接合層)36內(nèi)，但幾乎沒(méi)有擴(kuò)散到鈷基合金層1內(nèi)。圖4，圖5及圖6中的直線A的位置是相同的位置。雖然含在插入材料36A中的鎳在上述的液相擴(kuò)散接合中幾乎未擴(kuò)散到鈷基合金層1和母材37內(nèi)，但是含在插入材料36A中的Si及B擴(kuò)散到鈷基合金層1和母材37內(nèi)。鈷基合金層1和母材37在液相擴(kuò)散接合時(shí)含有從插入材料36A擴(kuò)散的Si及B，插入材料層36含有從母材37擴(kuò)散的Fe及從鈷基合金材料1A擴(kuò)散的Co。鈷基合金層1通過(guò)插入材料層36牢固地接合到母材37上。從插入材料層36A擴(kuò)散的Si及B在鈷基合金層1和母材37內(nèi)主要存在于插入材料層36附近的部分中。
制作由上述液相擴(kuò)散接合獲得的本實(shí)施例的接合構(gòu)造的試驗(yàn)片，對(duì)其試驗(yàn)片進(jìn)行的剪切試驗(yàn)。其結(jié)果，其接合構(gòu)造的剪切強(qiáng)度是約36kg/mm2。另外，剪切部位是母材(碳素鋼)的部分，可以確認(rèn)本實(shí)施例的接合構(gòu)造的健全性。
本實(shí)施例的鈷基合金的接合構(gòu)造，由于上述那樣地接合溫度是1100℃，比鈷基合金材料1和母材37的各熔點(diǎn)低得多，而且保持時(shí)間也短到1小時(shí)，剩有插入材料層36，不會(huì)對(duì)鈷基合金材料1A帶來(lái)熱的壞影響。因此，接合后的鈷基合金材料層1與接合前的鈷基合金材料1A同樣地具有粒徑30μm以下的粒狀或塊狀的共晶碳化物，具有與鈷基合金材料1A同樣的耐腐蝕耐磨耗性，在接合溫度成為鈷基合金材料1A的熔點(diǎn)溫度鈷基合金材料1A熔化了時(shí)，在凝固了時(shí)，粒狀或塊狀的共晶碳化物消失，共晶碳化物成為連續(xù)的網(wǎng)格狀。這是使用于鈷基合金材料1A的制造的上述原材料的狀態(tài)。存在連續(xù)的網(wǎng)格狀的共晶碳化物的鈷基合金腐蝕耐磨耗性差。
如上所述，通過(guò)將共晶碳化物從連續(xù)的網(wǎng)格狀變?yōu)椴贿B續(xù)的粒狀或塊狀，可以顯著地提高耐腐蝕性，共晶碳化物的粒徑較好是30μm以下，最好是10μm以下。這樣，通過(guò)微細(xì)地分?jǐn)喙簿蓟?，與具有連續(xù)的網(wǎng)格狀的共晶化合物的情況相比，可以將JISG0575的斯特勞斯抗晶間腐蝕試驗(yàn)的耐腐蝕性提高約300倍。
在上述的實(shí)施例中，作為液相擴(kuò)散接合的條件之一的加壓力為80g/cm2。該加壓力與擴(kuò)散焊接中的加壓力相比顯著地降低，另外，最好進(jìn)一步降低其加壓力。另外，也希望將接合時(shí)間(上述的保持時(shí)間)縮短得比1小時(shí)更少。因此，使用具有上述的各組成的鈷基合金材料1A、插入材料36A和母材37由液相擴(kuò)散接合將鈷基合金材料1A通過(guò)插入材料36A接合在母材37上。其液相擴(kuò)散接合的條件中的、接合溫度及真空度等上述的條件相同，但是保持時(shí)間是30分鐘，加壓力是16g/cm2。16g/cm2是被接合的鈷基合金材料的自重程度，相對(duì)那樣的條件所獲得的鈷基合金的接合構(gòu)造得到了與上述的實(shí)施例同等的特性。將保持時(shí)間設(shè)定為30分鐘，加壓力設(shè)定為16g/cm2的本例子可以產(chǎn)生在上述的實(shí)施例中獲得的同樣效果。
具有粒徑30μm以下微細(xì)的共晶碳化物的鈷基合金最好由擴(kuò)散接合接合在碳素鋼、低合金鋼及不銹鋼的任何一種的母材37上。最好是由液相擴(kuò)散接合進(jìn)行接合。在進(jìn)行液相擴(kuò)散接合時(shí)，最好將由含有Si及B的鎳基合金構(gòu)成的插入材料夾在母材37和具有粒狀或塊狀的共晶碳化物的鈷基合金之間進(jìn)行接合。
插入材料最好使用含有硼(B)、硅(Si)或磷(P)等的熔點(diǎn)降低元素的材料。通過(guò)使B、Si、P等的熔點(diǎn)降低元素?cái)U(kuò)散到非結(jié)合材料中，與固相擴(kuò)散接合相比可以減小接合時(shí)的加壓力，可以減少接合所產(chǎn)生的變形。
為了將網(wǎng)格狀地連續(xù)地分布的共晶碳合物改變?yōu)椴贿B續(xù)的粒狀或塊狀，最好是對(duì)由鑄造獲得的合金進(jìn)行熱鍛造、熱軋等的塑性加工，或者在此之上在進(jìn)行加熱處理(退火)，但也不限定于此。
使用圖7、圖8及圖9說(shuō)明使用了上述的鈷基合金的接合構(gòu)造的本發(fā)明的實(shí)施例的隔離閥。本實(shí)施例的隔離閥2具有閥箱51，在閥箱(閥殼體)51內(nèi)插入著閥棒103。閥體50安裝在閥棒103上。隔離閥2在熔解著氧的環(huán)境下使用。環(huán)狀的閥座1a設(shè)在閥體50的兩側(cè)。流體流過(guò)的通路104形成在閥箱51內(nèi)。環(huán)狀的一對(duì)閥座1b面對(duì)通路104地安裝在閥箱51上。通過(guò)降下閥棒103，閥體50下降并插入到一對(duì)閥座1b之間，通過(guò)設(shè)在閥體50上的閥座1a與閥座1b接觸而關(guān)閉隔離閥2。即，停止通路104內(nèi)的流體的流動(dòng)。通過(guò)使閥棒103上升，閥體50也上升，流體流過(guò)通路104內(nèi)。
如圖8所示，閥座1a具有作為本體部的環(huán)狀的閥座基座52及環(huán)狀鈷基合金部53。閥座基座52安裝在閥體50上，鈷基合金部53通過(guò)插入材料層(未圖示)接合在閥座基座52上。如圖9所示，各個(gè)閥座1b具有作為本體部的環(huán)狀的閥座基座54及環(huán)狀鈷基合金部55。閥座基座54安裝在閥箱51上，鈷基合金部53通過(guò)插入材料層(未圖示)接合在閥座基座54上。閥座基座52和54都是SCPH2(相當(dāng)于S25C)的鑄造品。隔離閥2關(guān)閉著的狀態(tài)下，閥座1a的鈷基合金部53與閥座1b的鈷基合金部53接觸。本實(shí)施例中的閥座基座52和54相當(dāng)于上述鈷基合金件的接合構(gòu)造中的母材37。
鈷基合金部53及55如下這樣地進(jìn)行制造。對(duì)于含有鑄造組織的基體部中具有網(wǎng)格狀的共晶碳化物的C1.1重量％、Cr 29.7重量％、W 4.5重量％的鈷基合金在1050～1100℃的溫度下進(jìn)行熱軋，將共晶碳化物微細(xì)化為粒徑30μm以下的粒狀或塊狀。將從該鈷基合金削出的厚度5mm的鈷基合金環(huán)作為鈷基合金部53及55使用。鈷基合金部53及55用具有粒徑30μm以下的粒狀或塊狀共晶碳化物的鈷基合金制作。
將鈷基合金部53在與閥座基座52之間夾著插入材料地由鈷基合金部53的自重壓接在閥座基座52上。另外，將鈷基合金部55在與閥座基座54之間夾著插入材料地由鈷基合金部55的自重壓接在閥座基座54上。而且，鈷基合金部53與閥座基座52、鈷基合金部55和閥座基座54在分別將插入材料夾在之間的狀態(tài)下在下述的條件下被液相擴(kuò)散接合。各插入材料含有Si 4.5重量％、B 3.2重量％，其余的由鎳構(gòu)成的鎳基合金組成，厚度是40μm。插入材料的固相線溫度是約980℃，液相線溫度是約1040℃。
上述液相擴(kuò)散接合是在接合溫度1100℃、保持時(shí)間1小時(shí)、真空度2×10-4torr、加壓力80g/cm2的條件下進(jìn)行的。由于在插入材料中含有作為熔點(diǎn)降低元素的Si、B，插入材料的熔點(diǎn)比被接合材料(閾座基座52和與鈷基合金部53、閥座基座54和鈷基合金部55)低。但是，在保持為接合溫度的期間，含在插入材料中的Si及B被擴(kuò)散到被接合材料中，由于插入材料的熔點(diǎn)上升，在接合中，進(jìn)行插入材料的凝固。這樣，液相擴(kuò)散接合完畢。
閥座基座52和與鈷基合金部53由液相擴(kuò)散接合接合了時(shí)，在閥座基座52之上形成了插入材料層，在插入材料層之上形成著鈷基合金部53的層。另外，閥座基座54和與鈷基合金部55由液相擴(kuò)散接合接合了時(shí)，在閥座基座54之上形成了插入材料層，在插入材料層上形成著鈷基合金部55的層。鈷基合金部53的層及鈷基合金部55的層具有粒徑30μm以下的粒狀或塊狀共晶碳化物。在接合后，在對(duì)實(shí)施了各自的接合界面的斷面觀察時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)空隙等的接合缺陷，顯示著良好的接合狀態(tài)。本實(shí)施例的隔離閥，由于閥座的表面由微細(xì)的粒狀或塊狀的共晶碳化物構(gòu)成，與由其它的堆焊方法獲得的網(wǎng)格狀的共晶碳化物構(gòu)成的閥座相比，閥座難以受到流體中的熔解氧的腐蝕損傷。另外，為了抑制鑄造組織的基體部的脫落，抑制閥座的腐蝕的進(jìn)展，防止耐泄漏性能的降低。鈷基合金部53的層及鈷基合金部55的層耐磨耗性大。本實(shí)施例的隔離閥2，由于閥座的耐腐蝕性和耐磨耗性優(yōu)良，因此其壽命長(zhǎng)，而且可以降低維護(hù)的頻率。
用圖10說(shuō)明作為使用了上述的鈷基合金的接合構(gòu)造的本發(fā)明的其它的實(shí)施例的單向閥。本實(shí)施例的單向閥3具有閥箱38，在閥箱38內(nèi)配置著安裝在閥體支架40上的閥體39。閥體支架40可回轉(zhuǎn)地安裝在閥箱38上。閥座1d在形成在閥箱38內(nèi)的通路41相面對(duì)的位置安裝在閥箱38上。閥座1c與閥座1d相對(duì)地安裝在閥體39上。單向閥3從通路41流動(dòng)朝向閥箱38內(nèi)的通路42的流體，但是在產(chǎn)生了從通路42朝向通路41的流體的流動(dòng)(逆流)時(shí)，閥體39被壓接在閥座1d上阻止流體的逆流。這時(shí)，具體地講，閥座1c與閥座1d接觸。閥座1c雖然未圖示，但與上述閥座1a相同，具有作為本體部的環(huán)狀的閥座基座52及環(huán)狀的鈷基合金部53。閥座基座52安裝在閥體39上，鈷基合金部53通過(guò)插入材料層接合到閥座基座52上。閥座1d雖然未圖示但與上述閥座1b相同，具有作為本體部的環(huán)狀的閾座基座54及環(huán)狀的鈷基合金部55。閥座基座54安裝在閥箱51上，鈷基合金部55通過(guò)插入材料層(未圖示)接合到閥座基座54上。閥座基座52及54都是SCPH2(相當(dāng)于S25C)的鑄造品。這些閥座基座52及54相當(dāng)于上述的鈷基合金的接合構(gòu)成中的母材37。
使用于單向閥3的鈷基合金部53及55如下這樣地進(jìn)行制造。對(duì)于含有鑄造組織的基體部中具有網(wǎng)格狀的共晶碳化物的鈷基合金在1050～1100℃的溫度下進(jìn)行熱鍛造，由此獲得具有分?jǐn)酁榱?0μm以下的粒狀或塊狀共晶碳化物的、含有C 1.1重量％、Cr 29.7重量％、W 4.5重量％的、其余部分由鈷構(gòu)成高硬度的鈷基合金。將從該鈷基合金削出的厚度5mm的鈷基合金環(huán)作為使用于單向閥3的鈷基合金部53及55使用。鈷基合金部53及55用具有粒徑30μm以下的粒狀或塊狀共晶碳化物的鈷基合金制作。
將鈷基合金部53在與閥座基座52之間夾著插入材料地由鈷基合金部53的自重壓接在閥座基座52上。另外，將鈷基合金部55在與閥座基座54之間夾著插入材料地由鈷基合金部55的自重壓接在閥座基座54上。而且，鈷基合金部53與閥座基座52、鈷基合金部55和閥座基座54在分別將插入材料夾在之間的狀態(tài)下在下述的條件下被液相擴(kuò)散接合。各插入材料含有CR重量％、Fe3重量％、Si 4.5重量％及B 3.2重量％，其余的由鎳構(gòu)成的鎳基合金組成，厚度是40μm。插入材料的固相線溫度是約970℃，液相線溫度是約1090℃。
本實(shí)施例中的上述液相擴(kuò)散接合是在接合溫度1090℃、保持時(shí)間1小時(shí)、真空度2×10-4torr、加壓力50g/cm2的條件下進(jìn)行的。與隔離閥2的情況相同地，含在插入材料中的Si及B擴(kuò)散到被接合材料中，插入材料的熔點(diǎn)上升，在接合中進(jìn)行插入材料的凝固。閥座基座52和鈷基合金部53由液相擴(kuò)散接合接合了時(shí)，在閥座基座52之上形成了插入材料層，在插入材料層之上形成著鈷基合金部53的層。另外，閥座基座54和與鈷基合金部55由液相擴(kuò)散接合接合了時(shí)，在閥座基座54之上形成了插入材料層，在插入材料層之上形成著鈷基合金部55的層。鈷基合金部53的層及鈷基合金部55的層具有粒徑30μm以下的粒狀或塊狀共晶碳化物。
在接合后，在實(shí)施了各自的接合界面的斷面觀察時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)空隙等的接合缺陷，顯示著良好的接合狀態(tài)。另外，本實(shí)施例的單向閥由于位于閥座表面部的鈷基合金部的共晶碳化物微細(xì)，抑制了由于熔解氧所產(chǎn)生的共晶碳化物的腐蝕，抑制鑄造組織的基體部的脫落。因此，抑制了閥座的腐蝕，防止了耐漏性能的降低。另外，在本實(shí)施例中，由于插入材料使用了含有耐腐蝕性良好的Cr的合金，可以保持接合部的耐腐蝕性、特別是在熔解氧多的高溫高壓的水或水蒸氣環(huán)境下的接合部的耐腐蝕性。另外鈷基合金部53的層和鈷基合金部55的層耐磨耗性也高。本實(shí)施例的單向閥3，由于其閥座耐腐蝕及耐磨耗性優(yōu)良，因此其壽命長(zhǎng)，而且可以降低維護(hù)的頻率。
用圖11說(shuō)明作為使用了上述的鈷基合金的接合構(gòu)造的本發(fā)明的其它的實(shí)施例的安全閥。本實(shí)施例的安全閥43具有閥箱(閥殼體)44，在閥箱44內(nèi)具有由閥棒46推壓的閥體56，閥體56不與閥棒46連接而只與其接觸著。螺旋彈簧47配置在閥箱44內(nèi)。螺旋彈簧47的上端與安裝在閥箱44中的彈簧座48接觸著。螺旋彈簧47的下端與安裝在閥棒46上的彈簧座49接觸。即，螺旋彈簧47配置在彈簧座48與彈簧座49之間。環(huán)狀的閥座60與流路62面對(duì)地配置在閥箱44的下部，在螺旋彈簧47的作用下，閥棒46將閥體56向下方推壓，將閥體56壓靠在閥座60上。在該狀態(tài)下，阻止流體從流路62向流路63流動(dòng)。流體的壓力在增加到可以克服彈簧47的推壓力的值以上時(shí)，由其流體壓力壓縮螺旋彈簧47，將閥體56推到上方，流體從流路62朝向流路63流動(dòng)，比閥體56更上游側(cè)的流路62內(nèi)的壓力高的流體排放到外部。
閥座60具有環(huán)狀的閥座基座59及環(huán)狀的鈷基合金部61，閾座基座59與鈷基合金部61之間存在著未圖示的與圖1相同的插入材料層。閾體56上也設(shè)有環(huán)狀閥座64，該閥座64具有環(huán)狀的閥座基座57及環(huán)狀的鈷基合金部58。在閥座基座57及鈷基合金部58之間存在著未圖示的與圖1相同的插入材料層。閥座基座57及59都由SCPH2構(gòu)成。鈷基合金部58及61的各自的組成與隔離閥2中的鈷基合金部53的組成相同。鈷其合金部58及61也具有粒徑30μm以下的粒狀或塊狀共晶碳化物。成為閥座60及64的插入材料層的基本成分的插入材料的組成也與隔離閥2中使用著插入材料的組成相同。鈷基合金部58和鈷基合金61相對(duì)置著。在閥座基座57與鈷基合金部58之間夾設(shè)著插入材料，在閥座基座59與鈷基合金部61之間夾設(shè)著插入材料，在與隔離閥2同樣的條件下分別進(jìn)行液相擴(kuò)散接合。
具有以上所述那樣的鈷基合金的接合構(gòu)造的安全閥43可以獲得與隔離閥2同樣的效果。
用圖12說(shuō)明作為使用了上述的鈷基合金的接合構(gòu)造的本發(fā)明的其它的實(shí)施例的球形閥。本實(shí)施例的球形閥65在閥箱66內(nèi)配置著閥棒67，在閥體68中也安裝著環(huán)狀的閥座69。閥體68設(shè)置在閥棒67的下端部。環(huán)狀的閥座72設(shè)置在閥箱66上，在閥體68從閥座72離開(kāi)位于上方時(shí)，流路到閥箱66的流路75中的流體在閥座72內(nèi)朝向上方流動(dòng)，到達(dá)流路76內(nèi)。
閥座69具有環(huán)狀的閥座基座70和環(huán)狀的鈷基合金部71，在環(huán)狀的閥座基座70和環(huán)狀的鈷基合金部71之間存在圖中未示的與圖1相同的插入材料層。另一閥座72具有環(huán)狀的閥座基座73和環(huán)狀的鈷基合金部74，在環(huán)狀的閥座基座73和環(huán)狀的鈷基合金部74之間存在圖中未示的與圖1相同的插入材料層。閥座基座69及73都由SCPH2構(gòu)成。鈷基合金部71及74的各自的組成與隔離閥2中的鈷基合金部53的組成相同。鈷其合金部71及74也具有粒徑30μm以下的粒狀或塊狀共晶碳化物。成為閥座69及72的插入材料層的基本成分的插入材料的組成也與隔離閥2中使用的插入材料的組成相同。鈷基合金部71和鈷基合金74相對(duì)置著。在閥座基座70與鈷基合金部71之間夾設(shè)著插入材料，在閥座基座73與鈷基合金部74之間夾設(shè)著插入材料，在與隔離閥2同樣的條件下分別進(jìn)行液相擴(kuò)散接合。
具有以上所述那樣的鈷基合金的接合構(gòu)造的球形閥65可以獲得與隔離閥2同樣的效果。
用圖13說(shuō)明沸騰水形原子能發(fā)電設(shè)備的概略構(gòu)成。冷卻材料在原子爐壓力容器14內(nèi)由爐心發(fā)生的熱量加熱而成為高溫高壓蒸氣，通過(guò)主蒸氣系統(tǒng)的主蒸氣管15被導(dǎo)入高壓渦輪機(jī)18。在主蒸氣管15上設(shè)置著圖11所示的安全閥43(未圖示)。來(lái)自高壓渦輪機(jī)18的排出蒸氣經(jīng)過(guò)濕分分離器17被導(dǎo)入低壓渦輪機(jī)19，借助蒸氣的向高壓渦輪機(jī)18和低壓渦輪機(jī)19的導(dǎo)入，這些渦輪機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)20。由發(fā)電機(jī)20產(chǎn)生的電經(jīng)過(guò)主變壓器21送入輸送電線。來(lái)自高壓渦輪機(jī)18和低壓渦輪機(jī)19的排出蒸氣在主復(fù)水器10中凝結(jié)而成為水。該水成為供水由設(shè)有許多閥(例如隔離閥和單向閥3等)的供水系統(tǒng)6而返回到原子爐壓力容器14內(nèi)，上述閥在其閥座及閥體上使用了圖1所示的鈷基合金的接合構(gòu)造。即從主復(fù)水器10排出的供水由低壓復(fù)水泵25升壓而被送到復(fù)水過(guò)濾裝置28和復(fù)水脫鹽裝置29而被凈化，在高壓復(fù)水泵36中進(jìn)一步被升壓而送到低壓供水加熱器7中。由低壓供水加熱器7加熱的供水在供水泵30中進(jìn)一步升壓，在高壓供水加熱器31中加熱后通過(guò)供水管9返回到原子爐壓力容器14。原子爐壓力容器14收容在原子爐儲(chǔ)存容器13內(nèi)，凈化原子爐壓力容器14內(nèi)的冷卻材料的爐凈化系統(tǒng)5具有熱交換器33及過(guò)濾脫胎換骨鹽器34。硼酸噴射系統(tǒng)具有SLC槽11和SLC泵12。凈化由主復(fù)水器10分離的放射性氣體的廢氣體處理系統(tǒng)具有空氣抽出器24、活性碳充填塔23及排氣筒22。沸騰水形原子能發(fā)電設(shè)備還具有再循環(huán)系統(tǒng)8、復(fù)水儲(chǔ)藏槽27、控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)32及原子爐隔離時(shí)冷卻系統(tǒng)35。雖然未圖示，再循環(huán)系統(tǒng)8設(shè)有上述的隔離閥2，爐凈化系統(tǒng)5、控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)32及原子爐隔離時(shí)冷卻系統(tǒng)35分別設(shè)置多個(gè)上述的隔離閥2及單向閥3。上述的球形閥65也使用于沸騰水形原子能發(fā)電設(shè)備的上述各系統(tǒng)中。上述的主蒸氣系統(tǒng)、爐凈化系統(tǒng)5、供水系統(tǒng)6、再循環(huán)系統(tǒng)8、控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)32及原子爐隔離時(shí)冷卻系統(tǒng)35與原子爐壓力容器14、即內(nèi)藏爐心的原子爐連接，是原子爐內(nèi)的冷卻材料進(jìn)行流動(dòng)的系統(tǒng)。
上述的沸騰水形原子能發(fā)電設(shè)備由于在處于溶解氧的環(huán)境下的閥上設(shè)有許多耐腐蝕性及耐磨耗性優(yōu)良的隔離閥2、單向閥3及球形閥65，可以減少這閥的維護(hù)頻率，同時(shí)可以抑制由閥座的腐蝕的所產(chǎn)生的鈷的熔出，其結(jié)果可以抑制由從閥座熔出的鈷向爐心流入而產(chǎn)生的長(zhǎng)壽命的鈷同位素產(chǎn)生，可以降低原子能發(fā)電設(shè)備的作業(yè)員的被輻射。因此，由于顯著地減少了閥所需要的維護(hù)時(shí)間，因此可以減少沸騰水形原子能發(fā)電設(shè)備的定期檢查時(shí)的定期檢查作業(yè)，減少的被輻射量，可以使原子能發(fā)電設(shè)備的定期檢查作業(yè)合理化。上述的隔離閥2、單向閥3、安全閥43、及球形閥65即使在加壓水形原子能發(fā)電設(shè)備中也可以設(shè)置在與內(nèi)藏爐心的原子爐連接的各系統(tǒng)的配管中。
根據(jù)本發(fā)明，由于擴(kuò)散接合后的鈷基合金部中存在著粒狀或塊狀的共晶碳化物，因此，鈷基合金的接合構(gòu)造中的鈷基合金部的耐腐蝕耐磨耗性優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.鈷基合金的接合構(gòu)造，通過(guò)在金屬微組織的基體部中分散著粒狀或塊狀的共晶碳化物的鈷基合金部與母材金屬部之間配置插入材料而將鈷基合金材料部擴(kuò)散接合在上述母材金屬部上，其特征在于，在上述母材金屬部之上形成著上述插入材料的層，在該插入材料層之上設(shè)置上述鈷基合金部。
2.如權(quán)利要求1所述的鈷基合金的接合構(gòu)造，其特征在于，上述母材金屬部和上述鈷基合金部含有從上述插入材料擴(kuò)散的元素。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鈷基合金的接合構(gòu)造，其特征在于，上述插入材料層含有從上述母材金屬部擴(kuò)散的元素和從上述鈷基合金部擴(kuò)散的鈷。
4.如權(quán)利要求1～3中的任何一項(xiàng)所述的鈷基合金的接合構(gòu)造，其特征在于，上述共晶碳化物的粒徑是30μm以下。
5.如權(quán)利要求1～4中的任何一項(xiàng)所述的鈷基合金的接合構(gòu)造，其特征在于，上述母材金屬部是碳素鋼、低合金鋼及不銹鋼中的任何一種材料。
6.如權(quán)利要求1～5中的任何一項(xiàng)所述的鈷基合金的接合構(gòu)造，其特征在于，上述鈷基合金部以重量計(jì)含有C 0.6～3％、Si 2％以下、Cr 25～32％、W 15％以下、Fe 0～3％、Ni 0～3％、及Mo 0～6％，其余是Co及不可避免的不純物。
7.閥，具有閥箱和配置在上述閥箱之內(nèi)的閥體，上述閥箱具有與上述閥體接觸的閥座，其特在于，上述閥座具有在金屬微組織的基體部中分散著粒狀或塊狀的共晶碳化物的鈷基合金部即與上述閥體接觸的鈷基合金部、及設(shè)置在上述閥箱上的本體部，在上述鈷基合金部和上述本體部之間配置著插入材料，上述鈷基合金部擴(kuò)散接合在上述本體部上，在上述本體部之上形成著上述插入材料的層，在該插入材料層之上設(shè)置著上述鈷基合金部。
8.閥，具有閥箱和配置在上述閥箱之內(nèi)的閥體，上述閥箱及上述閥體分別具有相互接觸的閥座，其特征在于，各上述閥座具有在金屬微組織的基體部中分散著粒狀或塊狀的共晶碳化物的鈷基合金部即與上述閥體接觸的鈷基合金部、及設(shè)置在上述閥箱上的本體部，在上述鈷基合金部和上述本體部之間配置著插入材料，上述鈷基合金部擴(kuò)散接合在上述本體部上，在上述本體部之上形成著上述插入材料的層，在該插入材料層之上設(shè)置著上述鈷基合金部。
9.如權(quán)利要求8所述的閥，其特征在于，上述母材金屬部和上述鈷基合金部含有從上述插入材料擴(kuò)散的元素。
10.如權(quán)利要求8或9所述的閥，其特征在于，上述插入材料層含有從上述母材金屬部擴(kuò)散的元素和從上述鈷基合金部擴(kuò)散的鈷。
11.如權(quán)利要求8～10中的任何一項(xiàng)所述的閥，其特征在于，上述共晶碳化物的粒徑是30μm以下。
12.如權(quán)利要求8～11中的任何一項(xiàng)所述的閥，其特征在于，上述本體部由碳素鋼、低合金鋼及不銹鋼中的任何一種材料構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求8～12中的任何一項(xiàng)所述的閥，其特征在于，上述鈷基合金部以重量計(jì)含有C 0.6～3％、Si 2％以下、Cr 25～32％、W 15％以下、Fe 0～3％、Ni 0～3％、及Mo 0～6％，其余的部分是Co及不可避免的不純物。
14.原子爐設(shè)備，具有內(nèi)藏爐心的原子爐、原子爐內(nèi)的冷卻材料流動(dòng)的系統(tǒng)、設(shè)在上述系統(tǒng)的配管上的閥，其特征在于，上述閥具有閥箱和配置在上述閥箱之內(nèi)的閥體，上述閥箱具有與上述閥體接觸的閥座，上述閥座具有在金屬微組織的基體部中分散著粒狀或塊狀的共晶碳化物的鈷基合金部即與上述閥體接觸的鈷基合金部、及設(shè)置在上述閥箱上的本體部，在上述鈷基合金部和上述本體部之間配置著插入材料，上述鈷基合金部擴(kuò)散接合在上述本體部上，在上述本體部之上形成著上述插入材料的層，在該插入材料層之上設(shè)置著上述鈷基合金部。
15.原子爐設(shè)備，具有內(nèi)藏爐心的原子爐、原子爐內(nèi)的冷卻材料流動(dòng)的系統(tǒng)、設(shè)在上述系統(tǒng)的配管上的閥，其特征在于，上述閥具有閥箱和配置在上述閥箱之內(nèi)的閥體，上述閥箱及上述閥體分別具有相互接觸的閥座，各上述閥座具有在金屬微組織的基體部中分散著粒狀或塊狀的共晶碳化物的鈷基合金部即與上述閥體接觸的鈷基合金部、及設(shè)置在上述閥箱上的本體，在上述鈷基合金部和上述本體部之間配置著插入材料，上述鈷基合金部擴(kuò)散接合在上述本體部上，在上述本體部之上形成著上述插入材料的層，在該插入材料層之上設(shè)置著上述鈷基合金部。
全文摘要
本發(fā)明使鈷基合金的接合構(gòu)造中的鈷基合金部的耐腐蝕耐磨耗性提高。鈷基合金的接合構(gòu)造，分散著粒狀或塊狀的共晶碳化物2的鈷基合金層1通過(guò)插入材料層36接合在母材37的金屬上。鈷基合金的接合構(gòu)造在作為S45C的碳素鋼的母材與在鑄造組織的基體部中含有具有粒徑30μm以下的粒狀或塊狀的共晶碳化物的C 1.03重量％、Cr29.73重量％、W 3.86重量％、Ni 2.59重量％、Fe 2.67重量％、Si 0.59重量％及Mo 0.07重量％，其余實(shí)質(zhì)上是Co的鈷基合金材料之間夾著厚度為約40μm的插入材料，在溫度1100℃下保持1小時(shí)進(jìn)行液相擴(kuò)散接合。在接合后的鈷基合金層1上含有粒狀或塊的共晶碳化物。
文檔編號(hào)B23K103/08GK1401476SQ0210801
公開(kāi)日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月3日
發(fā)明者清時(shí)芳久, 近崎充夫, 松下靜雄, 國(guó)谷治郎, 加藤隆彥, 千葉良照 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所