專利名稱：鈷基合金的接合構造的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鈷基合金的接合構造，特別涉及一種適用于閥及具有機械密封件的旋轉裝置的鈷基合金的接合構造。
背景技術：
作為接合同類金屬之間或不同類的金屬之間的技術，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行接合的方法(釬焊)；向接合部供給熔融狀態的金屬同時進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，在日本工學便覽的B2-63頁～B2-64頁、“3·4·3擴散焊接”、昭和62年新版中對將進行接合的兩個金屬材料的平滑面相互接觸，在保持為高溫的狀態下由接觸部的蠕變現象(通過施加大負荷產生)和高溫產生的燒結進行接合的擴散焊接進行了描述。另外，其機械工學便覽中還對作為擴散焊接之一的、在接合不同的金屬之間時，在進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通過施加大的負荷不會產生接合界面的接合方法進行了描述。插入材料全部擴散到進行接合的兩個金屬材料內。
日本特開2000-273573號公報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、焊接或擴散焊接與母材接合的技術方案。
在記載于日本特開2000-273573號公報中的耐腐蝕耐磨金屬與母材接合中存在如下的問題。
通過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，當溫度上升到釬焊溫度后再上升時，接合部脫落。另外，其它的方法(焊接或者擴散焊接)由于將進行接合的金屬成為熔融狀態，耐腐蝕耐磨金屬的球狀或粒狀的共晶碳化物變化為線狀、網格狀的共晶碳化物，其結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。在擴散焊接中，由于是在蠕變狀態的高溫狀態下在接合金屬上作用大負荷，產生大的殘留應力或產生裂紋。因此，擴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不變的狀態下接合在其母材上的方法不適當。
發明內容
本發明的目的是提供一種在接合后也可以發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造。
為了達到上述目的，本發明的鈷基合金的接合構造，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散接合時，鈷基合金部不太受到加熱帶來的壞影響，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造中的鈷基合金部其耐腐蝕耐磨耗性優良。
作為使用上述鈷基合金的接合構造的使用例子的閥，其特征是，其設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。
圖1是表示本發明的一最佳實施例的鈷基合金的接合構造的縱截面的構造圖。
圖2是表示構成圖1的實施例的接合構造的原材料的說明圖。
圖3是圖1的接合構造中的接合部的顯微鏡照片。
圖4是表示圖1的接合構造的接合部中的、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造的本發明的一實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造的本發明的一實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造的本發明的一實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造的本發明的一實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電設備的構成圖。
具體實施例方式
根據圖1說明作為本發明的一最佳實施例的鈷基合金的接合構造，本發明的接合構造，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％，其余實質上是Co。在將該鈷基合金材料1A接合到母材37上時，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是通過對包括在鑄造組織的基體部中含有網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％，其余實質上是Co的鈷基合金材料在1050～1100℃的溫度下進行熱軋，將共晶碳化物微細化為粒徑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所示的順序將插入材料36A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由液相擴散接合接合在母材37上。該液相擴散接合是在接合溫度1100℃、保持時間1小時、真空度2×10-4torr、加壓力80g/cm2的條件下進行的。所謂保持時間是到液相擴散接合完畢所需要的接合時間，是接合溫度、真空度及加壓力在上述條件下被保持的時間。在插入材料36A中由于含有作為熔點降低元素的Si、B，其熔點比被接合件(鈷基合金材料1A和母材37)低。但是，因為在以接合溫度保持的過程中Si及B擴散在各被接合材料中，插入材料36A的熔點上升，在液相擴散接合中，插入材料36A的凝固也進展著。
由上述那樣的液相擴散接合得到圖1所示的接合構造。圖3是圖1所示的鈷基合金接合構造部的顯微鏡照片。本實施例的鈷基合金的接合構造部從圖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所示的本實施例的接合構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散接合擴散到插入材料層(接合層)36內，但幾乎沒有擴散到母材37內。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散接合中也幾乎未擴散到鈷基合金層1和母材37內。圖6是表示直線A位置處的、作為母材37內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的鐵擴散到插入材料層(接合層)36內，但幾乎沒有擴散到鈷基合金層1內。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散接合中幾乎未擴散到鈷基合金層1和母材37內，但是含在插入材料36A中的Si及B擴散到鈷基合金層1和母材37內。鈷基合金層1和母材37在液相擴散接合時含有從插入材料36A擴散的Si及B，插入材料層36含有從母材37擴散的Fe及從鈷基合金材料1A擴散的Co。鈷基合金層1通過插入材料層36牢固地接合到母材37上。從插入材料層36A擴散的Si及B在鈷基合金層1和母材37內主要存在于插入材料層36附近的部分中。
制作由上述液相擴散接合獲得的本實施例的接合構造的試驗片，對其試驗片進行的剪切試驗。其結果，其接合構造的剪切強度是約36kg/mm2。另外，剪切部位是母材(碳素鋼)的部分，可以確認本實施例的接合構造的健全性。
本實施例的鈷基合金的接合構造，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的各熔點低得多，而且保持時間也短到1小時，剩有插入材料層36，不會對鈷基合金材料1A帶來熱的壞影響。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的熔點溫度鈷基合金材料1A熔化了時，在凝固了時，粒狀或塊狀的共晶碳化物消失，共晶碳化物成為連續的網格狀。這是使用于鈷基合金材料1A的制造的上述原材料的狀態。存在連續的網格狀的共晶碳化物的鈷基合金腐蝕耐磨耗性差。
如上所述，通過將共晶碳化物從連續的網格狀變為不連續的粒狀或塊狀，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，通過微細地分斷共晶碳化物，與具有連續的網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的耐腐蝕性提高約300倍。
在上述的實施例中，作為液相擴散接合的條件之一的加壓力為80g/cm2。該加壓力與擴散焊接中的加壓力相比顯著地降低，另外，最好進一步降低其加壓力。另外，也希望將接合時間(上述的保持時間)縮短得比1小時更少。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由液相擴散接合將鈷基合金材料1A通過插入材料36A接合在母材37上。其液相擴散接合的條件中的、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，相對那樣的條件所獲得的鈷基合金的接合構造得到了與上述的實施例同等的特性。將保持時間設定為30分鐘，加壓力設定為16g/cm2的本例子可以產生在上述的實施例中獲得的同樣效果。
具有粒徑30μm以下微細的共晶碳化物的鈷基合金最好由擴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。最好是由液相擴散接合進行接合。在進行液相擴散接合時，最好將由含有Si及B的鎳基合金構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行接合。
插入材料最好使用含有硼(B)、硅(Si)或磷(P)等的熔點降低元素的材料。通過使B、Si、P等的熔點降低元素擴散到非結合材料中，與固相擴散接合相比可以減小接合時的加壓力，可以減少接合所產生的變形。
為了將網格狀地連續地分布的共晶碳合物改變為不連續的粒狀或塊狀，最好是對由鑄造獲得的合金進行熱鍛造、熱軋等的塑性加工，或者在此之上在進行加熱處理(退火)，但也不限定于此。
使用圖7、圖8及圖9說明使用了上述的鈷基合金的接合構造的本發明的實施例的隔離閥。本實施例的隔離閥2具有閥箱51，在閥箱(閥殼體)51內插入著閥棒103。閥體50安裝在閥棒103上。隔離閥2在熔解著氧的環境下使用。環狀的閥座1a設在閥體50的兩側。流體流過的通路104形成在閥箱51內。環狀的一對閥座1b面對通路104地安裝在閥箱51上。通過降下閥棒103，閥體50下降并插入到一對閥座1b之間，通過設在閥體50上的閥座1a與閥座1b接觸而關閉隔離閥2。即，停止通路104內的流體的流動。通過使閥棒103上升，閥體50也上升，流體流過通路104內。
如圖8所示，閥座1a具有作為本體部的環狀的閥座基座52及環狀鈷基合金部53。閥座基座52安裝在閥體50上，鈷基合金部53通過插入材料層(未圖示)接合在閥座基座52上。如圖9所示，各個閥座1b具有作為本體部的環狀的閥座基座54及環狀鈷基合金部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(相當于S25C)的鑄造品。隔離閥2關閉著的狀態下，閥座1a的鈷基合金部53與閥座1b的鈷基合金部53接觸。本實施例中的閥座基座52和54相當于上述鈷基合金件的接合構造中的母材37。
鈷基合金部53及55如下這樣地進行制造。對于含有鑄造組織的基體部中具有網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℃的溫度下進行熱軋，將共晶碳化物微細化為粒徑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下在下述的條件下被液相擴散接合。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℃。
上述液相擴散接合是在接合溫度1100℃、保持時間1小時、真空度2×10-4torr、加壓力80g/cm2的條件下進行的。由于在插入材料中含有作為熔點降低元素的Si、B，插入材料的熔點比被接合材料(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被擴散到被接合材料中，由于插入材料的熔點上升，在接合中，進行插入材料的凝固。這樣，液相擴散接合完畢。
閥座基座52和與鈷基合金部53由液相擴散接合接合了時，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由液相擴散接合接合了時，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，在對實施了各自的接合界面的斷面觀察時，沒有發現空隙等的接合缺陷，顯示著良好的接合狀態。本實施例的隔離閥，由于閥座的表面由微細的粒狀或塊狀的共晶碳化物構成，與由其它的堆焊方法獲得的網格狀的共晶碳化物構成的閥座相比，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。本實施例的隔離閥2，由于閥座的耐腐蝕性和耐磨耗性優良，因此其壽命長，而且可以降低維護的頻率。
用圖10說明作為使用了上述的鈷基合金的接合構造的本發明的其它的實施例的單向閥。本實施例的單向閥3具有閥箱38，在閥箱38內配置著安裝在閥體支架40上的閥體39。閥體支架40可回轉地安裝在閥箱38上。閥座1d在形成在閥箱38內的通路41相面對的位置安裝在閥箱38上。閥座1c與閥座1d相對地安裝在閥體39上。單向閥3從通路41流動朝向閥箱38內的通路42的流體，但是在產生了從通路42朝向通路41的流體的流動(逆流)時，閥體39被壓接在閥座1d上阻止流體的逆流。這時，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狀的閥座基座52及環狀的鈷基合金部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狀的閾座基座54及環狀的鈷基合金部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(相當于S25C)的鑄造品。這些閥座基座52及54相當于上述的鈷基合金的接合構成中的母材37。
使用于單向閥3的鈷基合金部53及55如下這樣地進行制造。對于含有鑄造組織的基體部中具有網格狀的共晶碳化物的鈷基合金在1050～1100℃的溫度下進行熱鍛造，由此獲得具有分斷為粒徑30μm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下在下述的條件下被液相擴散接合。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℃。
本實施例中的上述液相擴散接合是在接合溫度1090℃、保持時間1小時、真空度2×10-4torr、加壓力50g/cm2的條件下進行的。與隔離閥2的情況相同地，含在插入材料中的Si及B擴散到被接合材料中，插入材料的熔點上升，在接合中進行插入材料的凝固。閥座基座52和鈷基合金部53由液相擴散接合接合了時，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由液相擴散接合接合了時，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，在實施了各自的接合界面的斷面觀察時，沒有發現空隙等的接合缺陷，顯示著良好的接合狀態。另外，本實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，抑制了由于熔解氧所產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。本實施例的單向閥3，由于其閥座耐腐蝕及耐磨耗性優良，因此其壽命長，而且可以降低維護的頻率。
用圖11說明作為使用了上述的鈷基合金的接合構造的本發明的其它的實施例的安全閥。本實施例的安全閥43具有閥箱(閥殼體)44，在閥箱44內具有由閥棒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。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。環狀的閥座60與流路62面對地配置在閥箱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。在該狀態下，阻止流體從流路62向流路63流動。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，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，比閥體56更上游側的流路62內的壓力高的流體排放到外部。
閥座60具有環狀的閥座基座59及環狀的鈷基合金部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上也設有環狀閥座64，該閥座64具有環狀的閥座基座57及環狀的鈷基合金部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相對置著。在閥座基座57與鈷基合金部58之間夾設著插入材料，在閥座基座59與鈷基合金部61之間夾設著插入材料，在與隔離閥2同樣的條件下分別進行液相擴散接合。
具有以上所述那樣的鈷基合金的接合構造的安全閥43可以獲得與隔離閥2同樣的效果。
用圖12說明作為使用了上述的鈷基合金的接合構造的本發明的其它的實施例的球形閥。本實施例的球形閥65在閥箱66內配置著閥棒67，在閥體68中也安裝著環狀的閥座69。閥體68設置在閥棒67的下端部。環狀的閥座72設置在閥箱66上，在閥體68從閥座72離開位于上方時，流路到閥箱66的流路75中的流體在閥座72內朝向上方流動，到達流路76內。
閥座69具有環狀的閥座基座70和環狀的鈷基合金部71，在環狀的閥座基座70和環狀的鈷基合金部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具有環狀的閥座基座73和環狀的鈷基合金部74，在環狀的閥座基座73和環狀的鈷基合金部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相對置著。在閥座基座70與鈷基合金部71之間夾設著插入材料，在閥座基座73與鈷基合金部74之間夾設著插入材料，在與隔離閥2同樣的條件下分別進行液相擴散接合。
具有以上所述那樣的鈷基合金的接合構造的球形閥65可以獲得與隔離閥2同樣的效果。
用圖13說明沸騰水形原子能發電設備的概略構成。冷卻材料在原子爐壓力容器14內由爐心發生的熱量加熱而成為高溫高壓蒸氣，通過主蒸氣系統的主蒸氣管15被導入高壓渦輪機18。在主蒸氣管15上設置著圖11所示的安全閥43(未圖示)。來自高壓渦輪機18的排出蒸氣經過濕分分離器17被導入低壓渦輪機19，借助蒸氣的向高壓渦輪機18和低壓渦輪機19的導入，這些渦輪機進行旋轉來驅動發電機20。由發電機20產生的電經過主變壓器21送入輸送電線。來自高壓渦輪機18和低壓渦輪機19的排出蒸氣在主復水器10中凝結而成為水。該水成為供水由設有許多閥(例如隔離閥和單向閥3等)的供水系統6而返回到原子爐壓力容器14內，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造。即從主復水器10排出的供水由低壓復水泵25升壓而被送到復水過濾裝置28和復水脫鹽裝置29而被凈化，在高壓復水泵36中進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中進一步升壓，在高壓供水加熱器31中加熱后通過供水管9返回到原子爐壓力容器14。原子爐壓力容器14收容在原子爐儲存容器13內，凈化原子爐壓力容器14內的冷卻材料的爐凈化系統5具有熱交換器33及過濾脫胎換骨鹽器34。硼酸噴射系統具有SLC槽11和SLC泵12。凈化由主復水器10分離的放射性氣體的廢氣體處理系統具有空氣抽出器24、活性碳充填塔23及排氣筒22。沸騰水形原子能發電設備還具有再循環系統8、復水儲藏槽27、控制棒驅動系統32及原子爐隔離時冷卻系統35。雖然未圖示，再循環系統8設有上述的隔離閥2，爐凈化系統5、控制棒驅動系統32及原子爐隔離時冷卻系統35分別設置多個上述的隔離閥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電設備的上述各系統中。上述的主蒸氣系統、爐凈化系統5、供水系統6、再循環系統8、控制棒驅動系統32及原子爐隔離時冷卻系統35與原子爐壓力容器14、即內藏爐心的原子爐連接，是原子爐內的冷卻材料進行流動的系統。
上述的沸騰水形原子能發電設備由于在處于溶解氧的環境下的閥上設有許多耐腐蝕性及耐磨耗性優良的隔離閥2、單向閥3及球形閥65，可以減少這閥的維護頻率，同時可以抑制由閥座的腐蝕的所產生的鈷的熔出，其結果可以抑制由從閥座熔出的鈷向爐心流入而產生的長壽命的鈷同位素產生，可以降低原子能發電設備的作業員的被輻射。因此，由于顯著地減少了閥所需要的維護時間，因此可以減少沸騰水形原子能發電設備的定期檢查時的定期檢查作業，減少的被輻射量，可以使原子能發電設備的定期檢查作業合理化。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電設備中也可以設置在與內藏爐心的原子爐連接的各系統的配管中。
根據本發明，由于擴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，鈷基合金的接合構造中的鈷基合金部的耐腐蝕耐磨耗性優良。
權利要求
1.鈷基合金的接合構造，通過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置上述鈷基合金部。
2.如權利要求1所述的鈷基合金的接合構造，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散的元素。
3.如權利要求1或2所述的鈷基合金的接合構造，其特征在于，上述插入材料層含有從上述母材金屬部擴散的元素和從上述鈷基合金部擴散的鈷。
4.如權利要求1～3中的任何一項所述的鈷基合金的接合構造，其特征在于，上述共晶碳化物的粒徑是30μm以下。
5.如權利要求1～4中的任何一項所述的鈷基合金的接合構造，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.如權利要求1～5中的任何一項所述的鈷基合金的接合構造，其特征在于，上述鈷基合金部以重量計含有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置著上述鈷基合金部。
9.如權利要求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散的元素。
10.如權利要求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散的元素和從上述鈷基合金部擴散的鈷。
11.如權利要求8～10中的任何一項所述的閥，其特征在于，上述共晶碳化物的粒徑是30μm以下。
12.如權利要求8～11中的任何一項所述的閥，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成。
13.如權利要求8～12中的任何一項所述的閥，其特征在于，上述鈷基合金部以重量計含有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.原子爐設備，具有內藏爐心的原子爐、原子爐內的冷卻材料流動的系統、設在上述系統的配管上的閥，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置著上述鈷基合金部。
15.原子爐設備，具有內藏爐心的原子爐、原子爐內的冷卻材料流動的系統、設在上述系統的配管上的閥，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置著上述鈷基合金部。
全文摘要
本發明使鈷基合金的接合構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通過插入材料層36接合在母材37的金屬上。鈷基合金的接合構造在作為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％，其余實質上是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小時進行液相擴散接合。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B23K103/08GK1401476SQ0210801
公開日2003年3月12日 申請日期2002年3月25日 優先權日2001年8月3日
發明者清時芳久, 近崎充夫, 松下靜雄, 國谷治郎, 加藤隆彥, 千葉良照 申請人:株式會社日立制作所