DE69809855T2

DE69809855T2 - Verfahren zum Verbinden von rostfreiem Dualphasenstahl

Info

Publication number: DE69809855T2
Application number: DE69809855T
Authority: DE
Inventors: Hirotsugu Horio; Shigeyuki Inagaki; Takao Shimizu; Hiroaki Suzuki; Masaki Tsuchiya; Noboru Yamamoto
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: CA2246804A1; NO315697B1; EP0899050A1; DE69809855D1; EP0899050B1; NO983957L; NO983957D0; JPH11129078A; US6156134A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Doppelphasenedelstahl.
Ein ferritischer/austenitischer Doppelphasenedelstahl (im folgenden Doppelphasenstahl) wird durch zunehmenden Gehalt an Cr, durch abnehmenden Gehalt an Ni, und durch Hinzufügen von Mo etc. und durch Behandeln mit einer Lösung gebildet, um Doppelphaseneigenschaften von austenitischen und ferritischen Stählen zu erzielen. Der Doppelphasenedelstahl besitzt hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit gute Eigenschaften, und weist ein hohes Maß an Beständigkeit gegenüber Spannungskorrosionsrissen und Korngrenzenkorrosion im Vergleich mit herkömmlichem austenitischen Edelstahl auf. Dementsprechend wird es vielseitig in Umgebungen mit Öl und Wärmetauschern für die Umwandlung von Seewasser angewendet.
Das Ölreservoir einer Ölquelle befindet sich etwa 1000 Meter unter der Erdoberfläche. Ein Doppelphasenedelstahlrohr zur Rohrverbindung wird benutzt, indem Rohre von 10 bis 15 Metern Länge miteinander verbunden und diese dann in ein Loch herabgelassen werden. Als Verbindungsverfahren gibt es Arten des mechanischen Koppelns, Orbitalschweißens und des Flüssigphasenverbindens.
Das mechanische Kopplungsverfahren, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, stellt eine Schraubverbindung durch Zusammensetzen eines festen Endes von Rohren (Rohr 1) bereit, weiche zu einem Strang von unterirdischen Rohren verbunden worden sind, und des anderen Endes eines oberen bewegbaren Stücks (Rohr 2), und zwar durch Benutzen eines externen Schraubverbinders 7, welcher das äußere Gewinde des unteren Rohres 1 und das äußere Gewinde des oberen Rohres durch seine internen Gewinde kombiniert. Die Verbindungsfläche des unteren Rohres 1a und des oberen Rohres 2a stehen miteinander in Kontakt, so daß Rohr 1 und Rohr 2 verbunden sind.
Mechanisches Koppeln dauert 5 bis 10 Minuten, um eine Kopplung herzustellen, was eine gute Produktivität beim Verbinden darstellt, jedoch hat es den Nachteil, daß es der Ursprung von Öl- und Gas-Undichtigkeit in der Verbindung ist. Deshalb ist besondere Vorsicht bei der Präzisionsbearbeitung der äußeren Gewinde des Rohres 1 und Rohres 2 erforderlich, und auch bei Verbinder 7, zusammen mit einer Forderung nach sehr guten Verbindungsfähigkeiten. Der verbundene Teil ist hinsichtlich Zugspannung gut, kann aber Probleme hinsichtlich mechanischer Spannung aufweisen, welche sich in radialer Richtung des Verbinders 7 ausbreiten kann und die Undichtigkeit für Öl und Gas beschleunigen kann. Es ist offensichtlich, daß der Verbinder 7 einen größeren Außendurchmesser als Rohr 1 und 2 aufweist, und deshalb ist ein größeres Loch als die Außendurchmesser von Rohr 1 und 2 grundsätzlich erforderlich.
In dem in Fig. 5 dargestellten Schweißverfahren werden am oberen Ende des Rohres 1 und am unterem Ende des Rohres 2 Schweißkanten 1b und 2b vorbereitet und zusammengebracht, und ein Schweißbrenner 9 bewegt sich um die Rohroberfläche herum in einem Kreis, um ein geschmolzenes Metall 10 auf den Kanten 1b und 2b anzuordnen. Auf diesem Weg werden Rohr 1 und Rohr 2 miteinander verschweißt.
Schweißen hat den Vorteil, daß es keine Undichtigkeit für Öl und Gas an der Schweißnaht verursacht, und daß es sowohl hinsichtlich Druckwiderstand als auch hinsichtlich Zugfestigkeit gut ist. Da außerdem kein Verbinder benutzt wird, ist derselbe Lochdurchmesser wie der des Rohres möglich.
Jedoch darf in dem Schweißverfahren die Schweißmenge nicht zu groß sein. Dementsprechend entstehen Probleme, insbesondere in dem Fall des Schweißens dicker Rohre, da das Verfahren zeitaufwendig ist. Das Schweißen kann ein bis zwei Stunden dauern, und ein erfahrener Spezialist ist außerdem Voraussetzung.
Flüssigphasen-Diffusionsverbinden funktioniert folgendermaßen: Einsetzen eines Einfügematerials zwischen zwei Stahlrohrquerschnitten, Ausüben einer longitudinalen Druckkraft, Erhitzen und Halten der Temperatur auf einem höheren Wert als der Schmelzpunkt des Einfügematerials und niedriger als der der Rohre für eine gewisse Zeitdauer, so daß ein Teil der chemischen Zusammensetzung sich in atomaren Partikeln auf beiden Seiten der Rohre ausbreitet. Der Schmelzpunkt des verbliebenen Einfügematerials ändert sich nachdem die sich bewegenden Atome weg sind, was bedeutet, daß das verbleibende Einfügematerial sich selber in der teilweise entleerten Zusammensetzung des Einfügematerials verfestigen wird, und zwar durch Verschieben seines Schmelzpunktes auf eine höhere Temperatur als vorher.
Flüssigphasen-Diffusionsverbinden weist gewisse ähnliche Eigenschaften auf wie Schweißen, und zwar dahingehend, daß Undichtigkeit für Öl und Gas nicht von Belang ist, Druckwiderstand gut ist und derselbe verbundene Verbindungsdurchmesser wie des äußeren Rohrdurchmessers beibehalten wird. Es stellt weiterhin eine höhere Produktivität bereit als Schweißen beim Bearbeiten einer Charge in etwa 30 Minuten und weist hohe Qualität und Effizienz auf. Deshalb ist Flüssigphasen-Diffusionsverbinden das am meisten zu empfehlende Verbindungsverfahren zum Verbinden von Ölrohren.
Flüssigphasen-Diffusionsverbinden ist eine gut bekannte Technologie. Ein Beispiel ist die nicht-examinierte japanische Patentveröffentlichung (kokai) Nr. Hei. 6-007967, in welcher ein Verfahren zum Verbinden hochlegierter Rohre für die Ölindustrie beschrieben ist, wobei ein Einfügematerial zwischen zwei Stücken hochlegierter Rohre eingesetzt wird, und wobei ein Druck zwischen 4,9 MPa und 19,6 MPa (0,5 kgf/mm² bis 2, 0 kgf/mm²) ausgeübt wird, und wobei auf eine Temperatur von 1200 bis 1280ºC erhitzt und die Temperatur länger als 120 Sekunden gehalten wird, wohingegen der Schmelzpunkt des Einfügematerials gleich oder niedriger als 1150ºC ist.
Weiterhin offenbart WO97/36711 (veröffentlicht am 9.10.1997; siehe entsprechend EP-A-847826, welche Stand der Technik nach Artikel 54(3)EPC ist) ein Verfahren zum Verbinden von Edelstahl in der folgenden Weise. In diesem Verfahren wird ein martensitischer Edelstahl oder ein Doppelphasenedelstahl benutzt, welcher nicht weniger als 9 Gew.-% Cr umfasst. Ein Verbindungsmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt, welches aus einer Legierungsfolie auf Nickelbasis zusammengesetzt ist, welche nicht weniger als 50 Gew.-% Cr umfasst, mit einem Schmelzpunkt von nicht mehr als 1150ºC und mit einer Dicke von 10 bis 80 um, wird zwischen die Verbindungsquerschnittsflächen der zu verbindenden Edelstähle gesetzt. Ein Druck von 4,9 bis 19,6 MPa (0,5 bis 2 kgf/mm²) wird ausgeübt, während die Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des Verbindungsmateriales und der Temperatur des Edelstahls für mehr als 120 Sekunden gehalten wird, so daß die erhitzte Länge, welche mehr als 800ºC heiß wird, 3 bis 20 mm beträgt.
Unnötiges übermässiges Heizen verursacht Probleme mit der Muttermaterialstärke und dem Korrosionswiderstand. Deshalb war Hochfrequenz-Induktionsheizen beliebt für seine partielle und konzentrierte Heizwirksamkeit. Beim Hochfrequenz- Induktionsheizen akkumuliert, aufgrund des Oberflächeneffekts, Wechselstrom auf der Rohroberfläche und leitet ihn zum Rohrinneren.
Wie in der nicht-examinierten japanischen Patentveröffentlichung (kokai) Nr. Hei-6-7967 beschrieben ist, resultiert Verbinden bei relativ niedriger Temperatur unter 1280ºC und Halten der Hitze durch Hochfrequenz-Induktion in kurzer Zeit in einer teilweise unverbundenen Grenzfläche, und zwar aufgrund der inneffizienten Wärmeerhöhung und Ausbreitung an der Querschnittsgrenzfläche.
Andererseits könnte durch Verlängern der Heiz-Zeit solch ein ineffizientes Verbinden verbessert werden, wenn jedoch das Muttermaterial zu lange geheizt wird, wird es sich verschlechtern und die Deformationen an der Grenzfläche erhöhen, was eine Ursache für die Konzentration von mechanischer Spannung und im Falle von interner Deformation ein Hindernis für gleichmäßige Flüssigkeitsströmung wäre.
Weiterhin kann bei der Offshore-Ölfeld-Verrohrung eine unerwartete Aufprall-Kraft das Rohr treffen. Bis jetzt gab es keine Überlegungen, welche sich mit Möglichkeiten der Verbesserung des Aufprallwiderstands in dem verbundenen Bereich befasst haben.
Zudem führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Verbindungstest mit dem Doppelphasenedelstahl (Durchmesser: 200 mm, Dicke: 20 mm) in einer praktischen Größe durch, und zwar mit Bezug auf das in WO97/36711 offenbarte Verfahren. Die folgenden Bedingungen wurden ausgewählt, um denen des Dokuments WO97/36711 zu entsprechen.
Als zu verbindendes Material wurde ein Doppelphasenedelstahl (JIS G3459; SUS329JI, Schmelzpunkt: 1420ºC) einschließlich 23,0 bis 28,0 Gew.-% Cr benutzt. Als das Verbindungsmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt wurde ein Nickel-Löt-Material (JIS Z3265; BNi-5, Schmelzpunkt: 1080ºC bis 1135ºC) einschließlich 18,0 bis 19,5 Gew.-% Cr und mit einer Dicke von 40 um benutzt. Die Verbindungstemperatur betrug 1300ºC, die Zeit zum Halten der Verbindungstemperatur betrug 300 Sekunden, und die ausgeübte Kraft betrug 12,3 MPa (1,25 kgf/mm²). Auf diese Weise wurde der Verbindungstest durchgeführt.
Jedoch zeigte der verbundene Körper, welcher unter den oben beschriebenen Bedingungen erzielt wurde, extreme Deformationen in dem Verbindungsbereich, und das Maß der Deformation des verbundenen Bereiches überschritt 20 mm. Weiterhin wurden viele Risse an der Oberfläche des Verbindungsbereiches beobachtet.
Als nächstes wurde der Test wieder unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben durchgeführt, jedoch ohne die Verbindungstemperatur auf 1200ºC zu ändern, was weniger ist als der Schmelzpunkt des Nickel-Löt-Materiales. In diesem Fallist der Deformationsgrad des Verbindungsbereiches des so erzielten Verbindungskörpers gering, und kein Riss wurde auf der Oberfläche des Verbindungsbereiches beobachtet, welcher somit in der Lage ist eine gute Kopplung hinsichtlich seiner äußeren Erscheinung zu erzielen.
Aus der so erzielten Doppelphasenedelstahl-Verbindungskopplung wurden vier Teststücke für einen Zug-Test (Länge: 300 mm, Breite: 25,4 mm) geschnitten, woraufhin der Zug- Test durchgeführt wurde. Als Testergebnis waren alle vier Teststücke an der verbundenen Grenzfläche gebrochen, und die Zugfestigkeit ergab einen extrem kleinen Wert von 200 bis 400 MPa. Dementsprechend war es beim Anwenden der Bedingungen der WO97/36711 an einem Doppelphasenedelstahl mit einer praktischen Größe nicht möglich, eine gute Verbindungs-Kopplung für praktischen Gebrauch zu erzielen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu umgehen. Diese Aufgabe wird durch das Verbindungsverfahren des unabhängigen Anspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, Beispielen und Zeichnungen ersichtlich. Die Ansprüche sollen als die besonderen Ausführungsformen als nicht begrenzend angesehen werden. Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen einen Doppelphasenedelstahl, und betrifft insbesondere das Verbinden von Doppelphasenedelstahlrohren für die Ölproduktion, die Korrosionsfestigkeit chemischer Einrichtungen, die Förderung von Rohöl, Wärmetauscher für die Umwandlung von Seewasser und Verbinden eines Doppelphasenedelstahlrohrs mit einem Doppelphasenedelstahl-Flansch für diese Anwendungen.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verbindungsverfahren für einen Doppelphasenedelstahl dar, welcher im Falle eines dickwandigen Stahlrohrs in der Lage ist, nicht verbundene oder nicht ausreichend verbundene Teile zu eliminieren, was hohe Qualität und eine kräftige Verbindung bildet, und übermäßige Deformationen auf ein Minimum reduziert und den Aufprallwiderstandswert verbessert.
In einem anderem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verbindungsverfahren für einen Doppelphasenedelstahl dar, in welchem, selbst wenn das Verfahren auf das Verbinden des Doppelphasenedelstahls in einer praktischen Größe angewendet wird, der Verbindungsbereich nicht übermäßig geändert ist und im Wesentlichen kein Riss auf der Oberfläche des Bindungsbereiches erzeugt wird, wo der Bindungsbereich eine Zugfestigkeit aufweist, welche gleich oder größer als die des Muttermaterials ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verbinden ferritischer und austenitischer Doppel-Edelstähle die folgenden Schritte: Einsetzen eines Einfügematerials, welches eine Legierung auf Nickelbasis mit einem Schmelzpunkt unter 1290ºC umfaßt, und zwar zwischen die Verbindungs-Querschnittsflächen von Muttermaterial-Stählen, welche einen Doppelphasenedelstahl umfassen; Ausüben einer Druckkraft im Bereich von 3 MPa bis 5 MPa auf den Verbindungsbereich; und Erhitzen des Verbindungsbereichs auf eine Temperatur im Bereich von 1290ºC bis zu dem Schmelzpunkt des Muttermaterial-Stahls, und Halten der Temperatur für eine Zeitdauer im Bereich von 30 Sekunden bis 180 Sekunden.
Die oben genannten und andere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Zeichnungen illustriert, in welchen
Fig. 1 eine schematische Ansieht einer Verbindungs- Vorrichtung zum Ausführen des Verbindungsverfahrens für ein Doppelphasenedelstahl gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Form einer Zugfestigkeits-Probe darstellt, welche aus der verbundenen Verbindung geschnitten worden ist, welche durch die Verbindungs-Vorrichtung hergestellt worden ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 3 eine Form einer Probe darstellt, welche aus der verbundenen Verbindung für den Charpy-Aufprall-Test geschnitten worden ist;
Fig. 4 eine schematische Ansicht ist, welche ein herkömmliches mechanisches Kopplungs-Verfahren darstellt;
Fig. 5 eine schematische Ansicht ist, welche ein herkömmliches Orbital-Schweiß-Verfahren darstellt.
Ein Verbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung umfasst: Einsetzen eines Einfügematerials, welches aus einer Nickel-Legierung hergestellt ist, von welchem der Schmelzpunkt weniger als 1290ºC beträgt, und zwar zwischen Verbindungsquerschnittsflächen von zwei Muttermaterialien, welche aus einem Doppelphasenedelstahl hergestellt sind, Ausüben einer Kraft auf die Verbindungsquerschnittsflächen der Müttermaterialien im Bereich von 3 MPa bis 5 MPa, Erhitzen der Verbindungsquerschnittsflächen im Bereich von 1290ºC bis zu dem Schmelzpunkt des Muttermaterials, und Halten der Temperatur für eine Zeit im Bereich von 30 Sekunden bis 180 Sekunden.
Der Doppelphasenedelstahl, welcher in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ist zum Beispiel SUS 328 J1, SUS 329 J3L, SUS 329 J4L oder dergleichen, jedoch nicht darauf begrenzt. Die Materialien können verschiedene Formen aufweisen einschließlich Rohre, Flansche, Platten, Blöcke und so weiter.
Die Verbindungstemperatur sollte vorzugsweise zwischen 1290 ºC und dem Schmelzpunkt des Muttermaterials liegen. Falls die Verbindungstemperatur weniger als 1290ºC beträgt, erreichen verbindende Grenzflächen nicht die Verbindungstemperatur, das Einfügematerial erhitzt sich nicht auf den Schmelzpunkt und die Diffusion von chemischen Elementen des Einfügematerials findet nicht erfolgreich statt, wodurch das Erreichen einer ausreichenden Verbindungsstärke fehlschlägt. Falls das Muttermaterial auf mehr als den Schmelzpunkt erhitzt wird, schmilzt das Muttermaterial selber und kann seine eigenen Formen nicht bewahren. Um einen Bezugspunkt anzugeben, liegt der Schmelzpunkt des oben beschriebenen Muttermaterials zwischen 1400ºC und 1450ºC.
Die Halte-Zeit, während welcher die Verbindungstemperatur vorzugsweise gehalten werden sollte, beträgt zwischen 30 und 180 Sekunden. Für den Fall, daß weniger als 30 Sekunden benutzt werden, findet die Diffusion von chemischen Elementen des Einfügematerials nicht erfolgreich statt. Löt- Erscheinungen und eine nur teilweise oder nicht verbundene Grenzfläche kann insbesondere an von der Heizeinrichtung entfernten Bereichen resultieren.
Wenn mehr als 180 Sekunden benutzt werden, kann das Muttermaterial seine eigene Form nicht bewahren und verschlechtert seine eigene Stärke und verliert Korrosions- Widerstandsfähigkeit.
Die Ausübung der Druck-Kraft sollte vorzugsweise im Bereich zwischen 3 MPa und 5 Mpa liegen. Falls die Druck-Kraft weniger als 3 MPa beträgt, wird der Kontakt der Grenzflächen der zwei Muttermaterialien ungenügend sein und wird nicht die erwünschte Verbindungsstärke erzielen. Falls die Druck- Kraft mehr als 5 MPa beträgt, wird das Muttermaterial deformiert und es wird keine erfolgreiche Verbindung erzeugt werden.
Das Einfügematerial zum Verbinden von Doppelphasenedelstahl sollte eine Legierung auf Nickelbasis sein. Durch Gebrauch dieses Materials als Einfügematerial kann Festigkeit und Korrosions-Widerstandsfähigkeit der verbundenen Grenzfläche auf demselben Niveau gehalten werden wie das der Muttermaterialien. Das Einfügematerial sollte einen Schmelzpunkt niedriger als 1290ºC aufweisen. Fall der Schmelzpunkt des Einfügematerials höher als 1290ºC ist, wird die Verbindungstemperatur für das Muttermaterial hoch genug sein, um selber zu deformieren.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das Einfügematerial vorzubereiten, einschließlich thermischen Sprühens, Eintauchen, Beschichten, Bespritzen, und so weiter. Das Einfügematerial wird als eine einzelne Beschichtungslage aus der Legierung auf Nickelbasis oder Vielschichtlagen an der Verbindungsfläche wirken. Die chemische Zusammensetzung der Legierung auf Nickelbasis wird einen gewissen Schmelzpunkt haben, nachdem es durch das Schmelzen im ersten Schritt reorganisiert worden ist. Verschiedene Formen des Einfügematerials werden funktionieren, wenn sie zwischen die Materialien eingefügt werden, aber Folien-Form, Fischschuppen- Form oder Pulver-Form wird am meisten empfohlen, und zwar aufgrund seiner günstigen Kosten und Leichtigkeit in der Handhabung.
Die Dicke des Einfügematerials ist im Fall der Folien-Form, Fischschuppen-Form oder Pulverform vorzugsweise im Bereich von 20 um bis 100 um, wenn es an der Bindungsgrenzfläche angeordnet wird. Falls das Einfügematerial im Falle der Folie dünner als 20 um, ist es nicht einfach herzustellen und in der Werkstatt handzuhaben. Im Falle einer Fischschuppe oder eines Pulver mit einer Dicke unter 20 um ist es nicht einfach, eine gleichmäßige Beschichtung über den Verbindungsquerschnitt zu erzielen. Falls das Einfügematerial dicker als 100 um ist, dauert es lange, um ausreichende Diffusion zu erzielen, was auch eine Ursache für Deformation der Muttermaterialien ist, wodurch sich die Verbindungsqualität verschlechtert.
Die Nickel-Legierungen, welche als Einfügematerial benutzt werden, umfassen vorzugsweise 3 Gew.-% ≤ Si < - 6 Gew.-%, 5 Gew.-% ≤ Cr ≤ 10 Gew.-%, 2 Gew.-% ≤ Fe ≤ 6 Gew.-%, 2 Gew.-% ≤ B ≤ 4 Gew.-%, wobei der Rest Nickel ist. Eine so zusammengesetzte Legierung auf Nickelbasis, welche als Einfügematerial benützt wird, verbessert die ferritische Phase in Doppelphasenedelstahl und beschleunigt außerdem den Übergang von atomaren Teilchen an der Verbindungsgrenzfläche, was zu einem wesentlich verbesserten Aufprall-Wert führt.
Die Rauhigkeit der Oberfläche der Verbindungsquerschnittsfläche sollte vorzugsweise Rmax ≤ 50 um betragen. Falls Rmax über 50 um ist, können einige Teile der Verbindungsgrenzfläche aufgrund unvollständigen Füllens mit Einfügematerial nicht verbunden werden.
Inertes Gas stellt eine bevorzugte Umgebungsatmosphäre bereit, während das Verbinden von Doppelphasenedelstahl auch in Luft oder Vakuum ausgeführt werden kann. Verbinden in Luft oxidiert den erhitzten Abschnitt und verschlechtert die Verbindungs-Festigkeit. Verbinden in einem Vakuum ist in der Praxis schwierig auszuführen, insbesondere im Fall langer Materialien wie Öl-Rohren. Eine Inert-Gasatmosphäre kann durch Herstellen einer Kammer erzeugt werden, welche das gesamte Verbindungsmaterial und die Heizvorrichtung aufnimmt, oder durch Sprühen von inertem Gas auf das Heizmaterial, um die Verbindungsteile gegen Luft abzuschirmen.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten zum Erhitzender Verbindungsquerschnittsflächen, wie zum Beispiel Benutzen eines Heizers, um Hitze auf die Verbindungsgrenzfläche abzustrahlen, Zuführen von Elektrizität zu den Heizmaterialien, um Widerstands-Heizen durch Kontakt-Widerstand mit dem Einfügematerial genau an der Verbindungsfläche zu erzeugen, und so weiter, abhängig von Form, Größe und anderen Bedingungen.
Was das Erhitzen länglichen Materials einschließlich Stahlrohren betrifft, wird Hochfrequenzinduktionsheizen mit einer Induktionsheizspule sehr bevorzugt. Eine Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung stellt das Verbinden mit partiellem und genauem Punkt-Heizen in dem Verbindungsbereich bereit. Die Frequenz sollte vorzugsweise unter 100 kHz liegen. Je höher die Frequenz bei Hochfrequenzinduktionsheizen ist, desto ausgeprägter sind die Oberflächeneffekte, so daß über 100 kHz nur die Oberfläche erhitzt wird und gleichmäßiges und verteiltes Heizen nicht erzielt werden kann.
Das Verbindungsverfahren für Doppelphasenedelstahl, welches oben beschrieben wurde, benutzt ein Einfügematerial aus einer Legierung auf Nickelbasis, welche gute Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion aufweist, wobei es eine bessere Flüssigdiffusionsverbindung bereitstellt. Es ist Hitze-effizient, erfordert geringe elektrische Spannungen und erspart Zeit, da der gesamte Querschnittsflächenbereich an der Grenzfläche auf die Verbindungstemperatur in einer kurzen Zeit erhitzt wird. Der Übergang von atomaren Teilchen ist effizienter, zusätzlich zu dem Effekt, daß die Deformation der Muttermaterialien gesteuert wird.
Das Einfügematerial ist vorzugsweise aus einer spezifischen chemischen Zusammensetzung auf einer Nickelbasis, welche gut für die Verbesserung der ferritischen Phase in Doppelphasenedelstahl funktioniert und auch den Übergang von atomaren Teilchen an der Verbindungsgrenzfläche beschleunigt, was zu einem wesentlich verbesserten Aufprall-Wert führt.
Überdies, da die Verbindungsbedingungen wie oben beschrieben optimiert sind, selbst wenn das Verbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung auf ein Doppelphasenedelstahl mit einer praktischen Größe angewendet wird, wird die Verbindungsfläche nicht übermäßig verändert und im Wesentlichen werden keine Risse auf der Oberfläche der Verbindungsfläche erzeugt. Es ist weiterhin möglich, eine Verbindungs- Kopplung mit einer Zugspannung gleich oder größer als die des Muttermaterials zu erzielen.
Die bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen wie folgt beschrieben. Fig. 1 stellt eine schematische Ansicht einer verbundenen Vorrichtung zum Ausführen des Verbindungsverfahrens für ein Doppelphasenedelstahl gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Dies ist eine Verbindungs- Einheit, um Stahlrohre zu verbinden, welche aus einem Paar von Klemm-Vorrichtungen A1 und A2, einer Heiz-Vorrichtung B, externen Gas-Ausstoß-Vorrichtungen C1 und C2, internen Gas-Ausstoß-Vorrichtungen C3 und C4, Wasser-Kühl-Düsen D1 und D2 und Thermo-Sensoren E1 und E2 bestehen.
Es gibt Klemm-Vorrichtungen A1 und A2, welche in vertikaler Richtung symmetrisch angeordnet sind, und welche die Funktion haben, zwei Rohre, 1 und 2, zu klemmen, welche ein Einfügematerial 4 zwischen einem Paar von Grenzflächenquerschnittsflächen 1a und 2a halten. Die gesamte Verbindungsgrenzfläche 5 weist einen gewissen Abstand von jeder Klemm- Vorrichtung auf. Die Klammer A1, welche unterhalb der Verbindungsgrenzfläche 5 angeordnet ist, hält ein unteres Rohr 1, klammert die äußere Oberfläche und hebt das Rohr 1 an (Pfeil p1 in Fig. 1). Die Klammer A2, welche oberhalb der Verbindungsgrenzfläche 5 angeordnet ist, hält ein Rohr 2 nach Unten, greift die äußere Fläche und bewegt das Rohr 2 nach unten (Pfeil p2).
Die Heizvorrichtung B ist aus einer Hochfrequenzinduktionsheizspule zusammengesetzt, welche aus Kupferrohren hergestellt ist, wobei die Spule derartig angeordnet ist, die runde Oberfläche 5a der Verbindungsgrenzfläche 5 zu umgeben. Eine Spule ist durch eine Schalttafel (hier nicht dargestellt) mit einem Hochfrequenzgenerator (hier nicht dargestellt) verbunden, und ein gewisses Maß an Elektrizität wird bei einer gewissen Frequenz zu der Spule zugeführt. Innerhalb der Spule zirkuliert Wasser zum Kühlen wegen der Jouleschen Wärme, damit die Spule nicht schmilzt.
Die Heizvorrichtung B ist mit einem Strahlungsthermometer B1 zum Messen der Temperatur der Verbindungsgrenzfläche 5 ausgestattet. Der Ausgabe-Anschluss des Strahlungsthermometers B1 ist mit der Schalttafel (hier nicht dargestellt) verbunden und die von dem Strahlungsthermometer B1 gemessene Temperatur wird zu der Tafel über den Ausgabeanschluss übertragen.
Die externen Gasquellen C1 und C2 werden jeweils oberhalb und unterhalb der Heizvorrichtung B und um die äußere Oberfläche 5a der Rohre 1 und 2 herum angeordnet. Die Funktion der äußeren Gasquellen C1 und C2 ist, inertes Gas oder dergleichen abzugeben, welches auf die Verbindungsgrenzfläche 5 gerichtet ist, und zwar in die Richtung der externen runden Oberfläche der runden Oberfläche 5a, während des Diffusions-Verbindens, um die externen Oberflächen 5a in der Heizzone abgeschirmt zu halten.
Weiterhin sind zwischen der Klemm-Vorrichtung A1 und der externen Gasquelle C1 und zwischen der Klemm-Vorrichtung A2 und der externen Gasquelle C2 thermische Sensoren E1 und E2 installiert, welche den externen Oberflächen 5a zugewandt sind. Die Sensoren E1 und E2 messen die Temperatur der Rohre 1 und 2 beim Diffusions-Verbinden und begrenzen den Bereich, welcher nach dem Verbinden verstärkt gekühlt werden soll.
Innerhalb der Rohre 1 und 2 wird ein doppelt zusammengesetztes Rohr 6 vom oberem Ende des Rohrs 2 eingefügt. Das Rohr 6 ist mit einem Paar von internen Gasquellen C3, C3 ausgebildet, welche einen gewissen Abstand voneinander aufweisen. Eine Wasserkühldüse D1 ist unter der Unterseite der unteren internen Gasquelle C3 angeordnet und eine Wasserkühldüse D2 ist oberhalb der oberen Seite der oberen internen Gasquelle C3 angeordnet.
Die Funktion des Paares von internen Gasquellen C3, C3 ist, inertes Gas wie zum Beispiel Ar, N&sub2; abzugeben, welches auf die Verbindungsgrenzfläche 5 gerichtet ist, und zwar in der Richtung der internen runden Oberfläche 5b, während des Diffusions-Verbindens, um die internen Oberflächen 5b in der Heizzone abgeschirmt zu halten. Nachdem das Diffusions- Verbinden ausgeführt worden ist, sprühen die Wasserkühldüsen D1 und D2 Kühlwasser oder Argon-Gas, um die erhitzte Zone zu kühlen. Das Kühl-Fluid breitet sich von der verbundenen Grenzfläche sowohl nach oben als nach unten aus und dadurch kühlt es verstärkt die Heizzone von der Seite der internen Oberfläche 5b.
Das doppelt zusammengesetzte Rohr 6 ist mit einem Inertgas- Rohr (hier nicht dargestellt) und einem Kühlrohr (hier nicht dargestellt) ausgebildet. Das Inertgas-Rohr ist mit den internen Gasquellen C3 und C3 und das Kühlrohr ist mit den Kühldüsen D1 und D2 verbunden. Durch Schalten eines Ventils (nicht dargestellt), welches in das zusammengesetzte Rohr 6 eingebaut ist, wird inertes Gas oder Kühlflüssigkeit zu der inneren Oberfläche 5b des Rohres ausgestoßen.
Das doppelt zusammengesetzte Rohr 5b kann sich außerdem auf und ab bewegen, um so die Ausstoßposition des Inertgases oder des Kühlmittels zu verändern.
Die Positionen der Kühl-Düsen D1 und D2 sind nicht begrenzt auf die in Fig. 1 dargestellte Position. Alternativ können sie derartig bereitgestellt sein, um die externe Oberfläche 5a des Rohres zu umgeben, oder sie können sowohl innerhalb als auch außerhalb des Rohres bereitgestellt sein.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Verbinden eines Doppelphasenedelstahls unter Benutzung der oben beschriebenen Verbindungsvorrichtung beschrieben.
Zunächst werden jeweils die Rohre 1 und 2 von den Klemm- Vorrichtungen A1 und A2 geklammert. Als nächstes wird ein dünnes Folien-Einfügematerial 4, welches aus einer Legierung auf Nickelbasis gebildet ist, auf die Querschnittsoberfläche 1a des Rohrs 1 gelegt. Danach werden die Klemmen 1 und 2 betätigt, um die Rohre 1 und 2 jeweils entlang der Richtung der Pfeile p1 und p2 zu bewegen, wobei die Rohre in Druck ausübender Weise miteinander in Kontakt sind, um die Verbindungsgrenzfläche 5 zu bilden. Dann wird so der Druck in der axialen Richtung kontinuierlich auf die Rohre ausgeübt.
Was die Auswahl des Einfügematerials 4 betrifft, und zwar im Fall des Gebrauchs der Fischschuppen-Form oder Pulver- Form, kann es direkt auf die Querschnittsoberfläche des Rohrs 1 gesprüht werden, oder eine durch Mischen des Einfügematerials mit einem Lösungsmittel oder Binder erzielte Paste kann daran angewendet werden. Im Falle des vorläufigen Anbringens des Einfügematerials, und zwar durch Sprühen, Eintauchen, Beschichten oder Bespritzen, einer einzelnen oder mehreren Schichten aus einer Legierung auf Nickelbasis, wobei die chemische Zusammensetzung einen gewissen Schmelzpunkt nach einer Reorganisation folgend auf das erste Schmelzen (nach dem einige atomare Teilchen übertragen worden sind) aufweist, auf die Querschnittsoberfläche 1a und/oder 2a, werden die Rohre 1 und 2 direkt miteinander in Kontakt gebracht.
Nach Vorbereiten der Rohre 1 und 2 und des Einfügematerials 4 wird Inertgas wie Argon von den externen und internen Gasquellen C1, C2 und C3, C3 ausgestoßen, um eine Schutzschicht auf der externen Oberfläche 5a und der internen Oberflächen 5b der Verbindungsgrenzfläche 5 bereitzustellen. Zur selben Zeit fließt Kühlwasser in die Induktionsspule der Heiz-Vorrichtung 5a, und gleichzeitig wird eine Hoch-Frequenz ausgeübt. Sobald die Induktionsspule mit Hochfrequenzleistung mit der Wirkung eines Ofens versorgt ist, schreitet das Erhitzen von der Oberfläche zum Inneren der Rohre 1 und 2 vor.
Die Temperatur der Verbindungsgrenzfläche 5 wird mit dem Strahlungs-Thermometer B1 gemessen. Der Wert der gemessenen Temperatur wird zu einer Steuertafel (hier nicht dargestellt) über einen Ausgabeanschluss übertragen und wirkt als eine Rückkopplung, um die Ausgabe einer Hochfrequenzleistungsquelle (hier nicht dargestellt) zu steuern, um einem vorgegebenen Heiz-Muster zu folgen.
Wenn die Temperatur der Verbindungsgrenzfläche 5 die vorgegebene Verbindungstemperatur erreicht, welche nicht weniger als die Schmelztemperatur des Einfügematerials 4 ist, jedoch weniger als der Schmelzpunkt der Rohre 1 und 2, dann wird die Temperatur für eine gewisse Zeit (30 Sekunden zum Beispiel) gehalten, um so in ausreichender Weise einen Teil der Elemente, welche in dem Einfügematerial 4 eingeschlossen sind, in die Rohre 1 und 2 einzudiffundieren. Nach vollständiger Durchführung der Diffusion des Elements wird die Heizzone um die Verbindungsgrenzfläche 5 heruntergekühlt und das Verbinden ist beendet.
Falls es erforderlich ist, daß die Verbindung ein hohes Maß an Festigkeit aufzeigt oder Festigkeit kombiniert mit Korrosionswiderstand gegen eine solche Umgebung wie einem Ölfeld, wird die Hitzebehandlung vorzugsweise in der folgenden Weise ausgeführt. Die Hitze-Zone, welche auf über 300ºC während des Verbindens erhitzt wird, wird sofort nach dem Verbinden schnell heruntergekühlt. Alternativ, nachdem es einmal heruntergekühlt ist, wird es noch einmal auf die Lösungs-Temperatur erhitzt und danach wird es schnell heruntergekühlt.
Der Doppel-Edelstahl ist reich an Chrom und enthält viel Chrom in ferritischer Phase. Wenn es daher allmählich auf den Bereich zwischen 600ºC und 800ºC heruntergekühlt wird, wird eine Sigma-Brüchigkeit aufgrund einer Sigmaphasenausscheidung von Intermetallen gebildet. Weiterhin wird bei allmählichem Kühlen zwischen 370ºC und 530ºC eine "475ºC- Brüchigkeit" aufgrund der Erzeugung einer Doppelphasen- Segregation der Alpha-Phase mit hohem Chrom-Gehalt und der Ferrit-Alpha-Phase mit niedrigem Chrom-Gehalt gebildet. Diese metallische Umwandlung der Phase kann Steifigkeit und Brüchigkeit in einem Bereich nahe der Verbindungsgrenzfläche verursachen.
Wenn weiterhin allmählich zwischen 450ºC und 850ºC abgekühlt wird, kann an der Grenzfläche von Korn-Teilchen ein an Chrom reiches M&sub2;&sub3;C&sub6; ausgeschieden werden und könnte eine Chromleere Zone an der Grenzfläche der Korn-Teilchen erzeugen, was ein Sensibilisierungs-Phänomen verursachen könnte, wo Merkmale von Korn-Grenzen-Korrosions-Widerstand oder Spannungs-Riss-Korrosions-Widerstand erzeugt werden. Die Geschwindigkeit der Diffusion des Chroms in die Ferrit- Phase ist so schnell, daß Chrom-Entleerung nicht so einfach erzeugt wird wie in dem Fall von austenitischem Edelstahl. Um jedoch einen Korrosions-Riss-Widerstand der Verbindung zu erzielen, welche die gleiche ist wie die des Muttermetalles, wird schnelles Kühlen für das Verbinden von Doppelphasenedelstahl sehr bevorzugt.
Im Fall des schnellen Abkühlens wird beim Schritt des Verbindens oder beim Schritt des Wiedererhitzens nach dem Luftkühlen die Temperatur der Rohre 1 und 2 durch die Thermo-Sensoren E1 und E2 gemessen, wodurch die Heizzone in jedem der Rohre 1 und 2, welche auf über 300ºC erhitzt wurden, identifiziert ist. Nach dem Verbinden oder Wiedererhitzen wird das doppelt zusammengesetzte Rohr 6 nach oben oder unten bewegt, und zwar auf der Grundlage des Positions- Signals von den Heizzonen, um die Positionen der Kühl-Düsen D1 und D2 zu wählen. Dann wird das Kühlmittel, wie zum Beispiel Wasser, ausgestoßen und auf die Heizzone gesprüht.
Die schnelle Kühlgeschwindigkeit sollte vorzugsweise schneller sein als eine Rate von 5ºC pro Sekunde und noch bevorzugter im Bereich von 10 bis 30ºC pro Sekunde sein. Wenn es geringer als 5ºC pro Sekunde ist, könnten Sigma- Phasen-Brüchigkeit, eine "475ºC-Brüchigkeit" und die oben erwähnte Sensibilisierung nicht ausreichend vermieden werden.
Bei schnellem Kühlen werden die Klemmen A1 und A2 in Betrieb gehalten, um einen gewissen Druck in der axialen Richtung der Rohre hin zu der Verbindungsgrenzfläche auszuüben. Am Beginn des schnellen Kühlens wird, da das Kühlen auf die Oberfläche der Rohre begrenzt ist, eine Zugspannung an den Oberflächen der Rohre 1 und 2 erzeugt, mit dem Risiko, daß mechanische Spannung die verbundenen Querschnittsflächen aufreißt. Jedoch kompensieren die Druckkräfte während schnellen Abkühlens durch Ausüben eines Drucks die Kraft, welche zu einem Aufreißen der Oberfläche durch mechanische Spannung führt. Vorzugsweise wird die Druckkraft während schnellen Abkühlens im Bereich von 5 bis 10 MPa ausgeübt.

BEISPIEL 1

Die Vorrichtung in Fig. 1 wurde zum Verbinden von Doppelphasenedelstahl benutzt.
Das in diesem Beispiel 1 benutzte Rohr weist die folgenden Abmessungen auf. Der Durchmesser des Rohrs war 115 mm, die Wanddicke war 10 mm. Sein Material war SUS 329 J1 (JIS4303), ein Doppelphasenedelstahl mit einem Schmelzpunkt von 1430ºC. Die Rauhigkeit der Querschnittsfläche zum Verbinden wurde derart behandelt, so daß RMAX nicht mehr als 15 um beträgt. Das in diesem Beispiel benutzte Einfügematerial ist eine Folie aus einer Ni-Si-B-Legierung (JIS Z3265; BNi-3) mit einer Dicke von 30 um und einem Schmelzpunkt von 1050ºC.
Nachdem das oben beschriebene Einfügematerial zwischen die Verbindungsquerschnittsflächen der Doppelphasenedelstahlrohre eingefügt wurde, wurden die Klemmen A1 und A2 bewegt, um das Einfügematerial durch die zwei Seiten der Rohre zu pressen, wobei eine Druckkraft von 3 MPa ausgeübt wurde. Der Verbindungsgrenzflächenbereich wurde mit Argongas abgeschirmt. Ein elektrischer 200 kW Hochfrequeninduktionsgenerator wurde benutzt, um eine Hochfrequenz von 3 kHz an der Induktionsheizspule anzulegen. Dann wurde Flüssigphasendiffusionsverbinden bei einer Verbindungstemperatur von 1290ºC ausgeführt, wobei die Temperatur 30 Sekunden lang gehalten wurde.

BEISPIEL 2

Fischschuppenförmiges Einfügematerial, gebildet aus einer Ni-Cr-Si-B-Legierung (JIS Z3265; BNI-5), mit einer Dicke von 60 um und einem Schmelzpunkt von 1150ºC, wurde auf den Querschnittsoberflächen der Rohre 1 und 2 angeordnet. Hochfrequenzenergie bei 4 kHz wurde benutzt, um die Verbindungsgrenzfläche auf 1300ºC aufzuheizen, wobei die Temperatur wurde für 180 Sekunden gehalten wurde. Alle anderen Bedingungen waren dieselben wie im Beispiel 1.

BEISPIEL 3

Fischschuppenförmiges Einfügematerial, gebildet aus einer Ni-Cr-Si-Fe-B-Legierung (JIS Z3265; BNi-2), mit einer Dicke von 40 um und einem Schmelzpunkt von 1040ºC, wurde auf den Querschnittsoberflächen der Rohre 1 und 2 angeordnet.
Hochfrequenzenergie bei 5 kHz wurde benutzt, um die Verbindungsgrenzfläche auf 1295ºC aufzuheizen, wobei die Temperatur für 60 Sekunden gehalten wurde. Alle anderen Bedingungen waren dieselben wie im Beispiel 1.
In allen drei Anwendungs-Tests wurde eine Zugspannungs- Probe von 5 mm im Durchmesser und 68 mm in der Länge, mit einer wie in Fig. 2 dargestellten in der Mitte verbundenen Grenzfläche, abgeschnitten und auf Zugspannung bei einer Querschnitts-Kopf-Geschwindigkeit von 1 mm/min getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
Keine der drei Proben hatte an der verbundenen Grenzfläche Risse. Keine Deformation wurde gefunden und die Qualität war annehmbar. Die Zugspannung jeder der Beispiele 1, 2 und 3 waren jeweils 820, 816 und 823 MPa. Keine der drei war an der Verbindungsgrenzfläche gebrochen, jedoch wären sie im Muttermaterial gebrochen.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Das in diesem Vergleichsbeispiel 1 benutzte Einfügematerial ist eine Folie mit 30 um Dicke und einem Schmelzpunkt von 1190ºC und ist aus einer Fe-Si-B-Legierung mit 4,6 Gew.-% Si und 2,8 Gew.-% B gebildet, wobei der Rest Fe ist. Das Diffusionsverbinden des Doppelphasenedelstahls wurde bei einer Druckkraft von 4 MPa, einer Temperatur-Haltezeit von 120 Sekunden ausgeführt, wobei die anderen Bedingungen identisch mit denen von Beispiel 1 waren.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Das in diesem Vergleichsbeispiel 2 benutzte Einfügematerial ist ein Pulver mit 50 um Dicke und einem Schmelzpunkt von 1150ºC und ist aus einer Ni-Cr-Si-B-Legierung (JIS Z3265; Bni-5). Das Diffusionsverbinden des Doppelphasenedelstahls wurde bei einer Druckkraft von 4 MPa, einer Verbindetemperatur von 1280ºC und einer Temperatur-Haltezeit von 120 Sekunden ausgeführt, wobei Helium als Schutzgas benutzt wurde die anderen Bedingungen identisch mit denen von Beispiel 1 waren.

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Das in diesem Vergleichsbeispiel 3 benutzte Einfügematerial ist eine dünne Folie mit 30 um Dicke und einem Schmelzpunkt von 1150ºC und ist aus einer Ni-Cr-Si-B-Legierung (JIS Z3265; BNi-5). Das Diffusionsverbinden des Doppelphasenedelstahls wurde bei einer Druckkraft von 4 MPa, einer Verbindetemperatur von 1300ºC und einer Temperatur- Haltezeit von 20 Sekunden ausgeführt, wobei die anderen Bedingungen identisch mit denen von Beispiel 1 waren.

VERGLEICHSBEISPIEL 4

Das in diesem Vergleichsbeispiel 4 benutzte Einfügematerial ist eine Folie mit 30 um Dicke und einem Schmelzpunkt von 1150ºC und ist aus einer Ni-Cr-Si-B-Legierung (JIS Z3265; BNi-5). Das Diffusionsverbinden des Doppelphasenedelstahls wurde bei einer Druckkraft von 4 MPa, einer Verbindetemperatur von 1300ºC und einer Temperatur-Haltezeit von 210 Sekunden ausgeführt, wobei die anderen Bedingungen identisch mit denen von Beispiel 1 waren.

VERGLEICHSBEISPIEL 5

Das in diesem Vergleichsbeispiel 5 benutzte Einfügematerial ist eine dünne Folie mit 30 um Dicke und einem Schmelzpunkt von 1150ºC und ist aus einer Ni-Cr-Si-B-Legierung (JIS Z3265; BNi-5). Das Diffusionsverbinden des Doppelphasenedelstahls wurde bei einer Druckkraft von 2 MPa, einer Verbindetemperatur von 1300ºC und einer Temperatur- Haltezeit von 120 Sekunden ausgeführt, wobei die anderen Bedingungen identisch mit denen von Beispiel 1 waren.

VERGLEICHSBEISPIEL 6

Das in diesem Vergleichsbeispiel 6 benutzte Einfügematerial ist eine Folie mit 30 um Dicke und einem Schmelzpunkt von 1150ºC und ist aus einer Ni-Cr-Si-B-Legierung (JIS Z3265; BNi-5). Das Diffusionsverbinden des Doppelphasenedelstahls wurde bei einer Druckkraft von 6 MPa, einer Verbindetemperatur von 1300ºC und einer Temperatur-Haltezeit von 120 Sekunden ausgeführt, wobei die anderen Bedingungen identisch mit denen von Beispiel 1 waren.
Für die Vergleichsbeispiele 1 bis 6 wurde eine Probe für den Zugspannungstest in derselben Weise wie für Beispiele 1 bis 3 abgeschnitten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2
In Vergleichsbeispiel 1, wo eine Legierung auf Fe-Basis anstelle einer Legierung aus Ni-Basis für das Einfügematerial benutzt wurde, werden keine Risse und keine Deformation beobachtet, aber die Zugspannung hat bis auf 580 MPa abgenommen und die Probe war an der Verbindungsgrenzfläche gebrochen.
In Vergleichsbeispiel 2, wo die Verbindungstemperatur 1280ºC betrug, werden auch keine Risse und keine Deformation beobachtet, aber die Zugspannung betrug nur 673 MPa und die Probe war an der Verbindungsgrenzfläche gebrochen. Eine Untersuchung des gebrochenen Querschnitts der Probe zeigte einen nicht geschmolzenen Teil des Einfügematerials.
In Vergleichsbeispiel 3, wobei die Temperaturhaltezeit 20 Sekunden betrug, und im Vergleichsbeispiel 4, wo sie 210 Sekunden betrug, betrug die Zugspannung jeweils 638 MPa und 716 MPa. Beide Zugspannungs-Proben waren an der verbundenen Grenzfläche gebrochen.
Eine Untersuchung der Struktur des Einfügematerials in Vergleichsbeispiel 3 wurde mit Hilfe von EPMA durchgeführt, was zeigte, daß die Struktur nach dem Verbinden fast dieselbe war wie vor dem Verbinden, was bedeutet, daß fast keine Diffusion von atomaren Teilchen stattgefunden hat. Im Falle des Vergleichsbeispiels 4 war ein Abschnitt des Rohrs nahe der verbundenen Grenzfläche wie eine Tonne deformiert und Risse an der verbundenen Grenzfläche wurden beobachtet, da die Haltezeit zu lang war.
In Vergleichsbeispiel 5, wo der Verbindedruck 2 MPa betrug, und im Vergleichsbeispiel 6, wo der Verbindedruck 6 MPa betrug, war das Ergebnis der Zugspannung jeweils 563 MPa und 771 MPa. Beide Proben waren an der Verbindungsgrenzfläche gebrochen, eine Untersuchung des gebrochenen Querschnittes der Probe im Vergleichsbeispiel 5 zeigte einen nicht verbundenen Teil, und zwar da der Verbindedruck wahrscheinlich zu gering war. Im Vergleichsbeispiel 6 zeigte eine Untersuchung, daß ein Teil des Rohrs nahe der Verbindungsgrenzfläche in der Form einer Tonne deformiert war und Risse bei der Verbindungsgrenzfläche wurden beobachtet, wahrscheinlich aufgrund eines zu großen ausgeübten Verbindungsdruckes.
Von den Ergebnissen der obigen Vergleichstest war, was das Einfügematerial betrifft, Material auf Ni-Basis besser als Material auf Fe-Basis in Bezug auf Verbindungsstärke oder Festigkeit. Was die Verbindungs-Temperatur, Zeit des Haltens der Verbindungs-Temperatur und den Verbindedruck betrifft, wurde erkannt, daß es einige optimale Parameter gibt, wo Deformation des verbundenen Materials gut gesteuert, ideale Diffusion ausgeführt und keine nicht verbundenen Teile erzeugt werden.

BEISPIEL 4

Die Verbindungs-Vorrichtung nach Fig. 1 wurde für das Verbinden von Doppelphasenedelstahl benutzt.
Der in diesem Beispiel benutze Doppelphasenedelstahl ist SUS 329 JI (JIS 4303) mit einem Durchmesser von 115 mm, einer Wanddicke von 10 mm und einem Schmelzpunkt von 1430ºC. Die Oberflächen-Rauhigkeit des Querschnittes der Verbindungs-Rohre beträgt Rmax ≤ 15 um. Das Einfügematerial ist aus einer Ni-Cr-Si-B-Legierung (JIS Z3265; BNi-5) mit einem Schmelzpunkt von 1150ºC und einer Dicke von 20 um gebildet.
Das oben beschriebene Einfügematerial wurde auf den Querschnittsoberflächen der Doppelphasenedelstahl-Rohre angeordnet, die Klemmen A1 und A2 benutzt, um das Einfügematerial zwischen den zwei Rohren zu halten, und ein Druck von 3 MPa wurde ausgeübt. Dann wurde sowohl an der Verbindungsgrenzfläche und an dem Bereich nahe dazu eine Hochfrequenzleistung bei 3 kHz angewendet. Sie wurden durch N&sub2;-Gas abgeschirmt und auf bis zu 1320ºC erhitzt, wo die Temperatur für 60 Sekunden gehalten wurde. Unter diesen Bedingungen wurde das Flüssigphasen-Diffusionsverbinden von Doppelphasenedelstahl ausgeführt.

BEISPIEL 5

Beispiel 5 wurde mit denselben Bedingungen wie Beispiel 4 ausgeführt, außer, daß das Einfügematerial 100 um dünne Folie war, der Verbindedruck 4 MPa betrug und das Schutzgas Argon war.

VERGLEICHSBEISPIEL 7

Vergleichsbeispiel 7 wurde mit denselben Bedingungen wie oben ausgeführt, außer, daß das Einfügematerial Metallpulver war, 10 um dick, wobei das Einfügematerial aus einer Ni-Cr-Si-B-Legierung (JIS Z3265; BNi-5) gebildet war, und der Verbindedruck 4 MPa betrug, der Schutzgas Argon war und die Temperatur-Haltezeit 120 Sekunden betrug.

VERGLEICHSBEISPIEL 8

Vergleichsbeispiel 8 wurde mit denselben Bedingungen wie oben ausgeführt, außer, daß das Einfügematerial eine 150 um dicke Folie war, wobei der Verbindedruck 4 MPa betrug, das Schutzgas Argon war und die Temperatur-Haltezeit 120 Sekunden betrug.
Von den in Beispielen 4 und 5 und Vergleichsbeispielen 7 und 8 erhaltenen verbundenen Verbindungen wurden die Zugspannungs-Proben abgeschnitten und getestet, und zwar nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 bis 3.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3
Wenn die Dicke des Einfügematerials jeweils 20 um und 100 um in Beispielen 4 und 5 betrug, wurden keine Risse und keine Deformationen beobachtet und die Qualität war annehmbar. Die Zugspannung der Verbindungen betrug jeweils 819 MPa und 817 MPa und die Proben waren im Muttermaterial gebrochen. Andererseits betrug in Vergleichsbeispielen 7 und 8, wo die Dicke des Einfügematerials jeweils 10 um und 150 um betrug, die Zugspannung jeweils 689 MPa und 625 Mpa, und beide Proben waren an der verbundenen Grenzfläche gebrochen.
Eine Untersuchung des gebrochenen Querschnittes im Vergleichsbeispiel 7 zeigte einige unverbundene Teile, welche vermutlich durch unzureichende Diffusion des Metallpulvers verursacht wurden.
Eine Untersuchung der Struktur des Einfügematerial durch EPMA in Vergleichsbeispiel 8 zeigte fast keine Umwandlung im zentralen Teil der Struktur und es war fast in demselben Zustand wie vor dem Verbinden. Diffusion wurde als unzureichend identifiziert.
Aus der obigen Beobachtung der Ergebnisse wurde gefunden, daß zur Vermeidung unverbundener Teile die Dicke des Einfügematerials in einem bestimmten Bereich gesteuert werden muss, uni ausreichende Diffusion zu erzielen und um ausreichend feste Verbindungen herzustellen.

BEISPIEL 6

Das Diffusionsverbinden des Doppelphasenedelstahl-Rohrs wurde durch Benutzen der wie in Fig. 1 dargestellten Verbindungsvorrichtung ausgeführt, und zwar unter den folgenden Bedingungen. Das Verbindungsrohr hat einen Durchmesser von 180 mm, eine Dicke von 15 mm und ist aus Doppelphasenedelstahlrohr SUS 329J1 (JIS 4303) gebildet. Das Einfüge¬ material ist aus 2 Gew.-% Si, 4 Gew.-% Cr, 1 Gew.-% Fe, 1 Gew.-% B gebildet, wobei der Rest Nickel ist, und hat einen Schmelzpunkt von 1250ºC und eine Dicke von 40 um.
Das oben beschriebene Einfügematerial wurde auf den Querschnittsoberflächen der Doppelphasenedelstahlrohre angeordnet, die Klemmen A1 und A2 bewegt, um das Einfügematerial zwischen zwei Rohren zu halten, und ein Druck von 4 MPa wurde ausgeübt. Dann wurden sowohl die Verbindungsgrenzfläche und der Bereich nahe dazu einer Hochfrequenzleistung von 3 kHz ausgesetzt. Sie wurden durch Argon-Gas abgeschirmt und auf bis zu 1300ºC erhitzt, wo die Temperatur für 60 Sekunden lang gehalten wurde.

BEISPIEL 7

Beispiel 7 wurde mit denselben Bedingungen wie in Beispiel 6 ausgeführt, außer, daß das Einfügematerial eine dünne Folie ist, gebildet aus 3 Gew.-% Si, 5 Gew.-% Cr, 2 Gew.-% Fe, 2 Gew.-% B, wobei der Rest Nickel ist, mit einer Schmelztemperatur von 1210ºC, und einer Dicke von 40 um. Die Verbindetemperatur beträgt 1290ºC, das Halten der Verbindetemperatur 120 Sekunden.

BEISPIEL 8

Beispiel 8 wurde mit denselben Bedingungen wie in Beispiel 6 ausgeführt, außer, daß das Einfügematerial eine dünne Folie ist, gebildet aus 6 Gew.-% Si, 10 Gew.-% Cr, 5 Gew.-% Fe, 4 Gew.-% B, wobei der Rest Nickel ist, mit einer Schmelztemperatur von 1030ºC, und einer Dicke von 40 um. Die Verbindetemperatur beträgt 1350ºC, das Halten der Verbindetemperatur 120 Sekunden.

BEISPIEL 9

Beispiel 9 wurde mit denselben Bedingungen wie in Beispiel 6 ausgeführt, außer, daß das Einfügematerial eine dünne Folie ist, gebildet aus 7 Gew.-% Si, 15 Gew.-% Cr, 6 Gew.-% Fe, 4 Gew.-% B, wobei der Rest Nickel ist, wobei das Einfügematerial eine Schmelztemperatur von 1040ºC und eine Dicke von 40 um aufweist. Die Verbindetemperatur beträgt 1290 ºC, das Halten der Verbindetemperatur 120 Sekunden und das Schutzgas ist He.

BEISPIEL 10

Beispiel 10 wurde mit denselben Bedingungen wie in Beispiel 6 ausgeführt, außer, daß das Einfügematerial eine dünne Folie ist, gebildet aus 4 Gew.-% Si, 3 Gew.-% B, wobei der Rest Nickel ist, wobei das Einfügematerial eine Schmelztemperatur von 1050ºC und eine Dicke von 30 um aufweist. Die Verbindetemperatur beträgt 1290ºC, das Halten der Verbindetemperatur 30 Sekunden und der Verbindungsdruck beträgt 3 MPa.

BEISPIEL 11

Beispiel 11 wurde mit denselben Bedingungen wie in Beispiel 6 ausgeführt, außer, daß das Einfügematerial eine dünne Folie ist, gebildet aus 10 Gew.-% Si, 18 Gew.-% Cr, wobei der Rest Nickel ist, wobei das Einfügematerial eine Schmelztemperatur von 1150ºC und eine Dicke von 20 um aufweist. Die Verbindetemperatur beträgt 1350ºC, der Verbindungsdruck 3 Mpa und das Schutzgas ist N&sub2;.
Von den in Beispielen 6 bis 11 erhaltenen Ergebnissen wurden Zugspannungstestproben in derselben Weise wie in Beispielen 1 bis 3 abgeschnitten, um den Test auszuführen. Aufprallwerttestproben wurden auch von verbundenen in Fig. 3 dargestellten Verbindungen wie Probe Nr. 5 JIS Z2202 abgeschnitten, um einen Charpy Spalt-Stärketest bei einer Temperatur von 0ºC durchzuführen. Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4
Die Zugspannungsstärketests der Proben aus Beispielen 6 bis 11 zeigten mehr als 800 MPa und die Proben waren am Muttermaterial gebrochen. Im Hinblick auf den Aufprallwerttest zeigten in Beispielen 7 und 8 erhaltene verbundene Verbindungen jeweils so viel wie 72 J und 69 J, aber Beispiele 6, 9, 10 und 11 zeigten jeweils so wenig wie 32 J, 38 J, 25 J und 22 J.
Aus der Beobachtung der Mikrostruktur des Bereichs nahe der verbundenen Grenzfläche zeigten die in Beispielen 7 und 8 erhaltenen verbundenen Verbindungen eine Wellenform oder eine miteinander überkreuzte Form an der Grenzfläche der Ferrit-Phase des Doppelphasenedelstahls und des Einfügematerials. Andererseits zeigten die in Beispielen 6, 9, 10 und 11 erhaltenen verbundenen Verbindungen nur flache oder geradlinige Grenzflächen zwischen den zwei Materialien.
Von den obigen Ergebnissen ausgehend sollte das Einfügematerial eine fachgerecht entwickelte chemische Komponente auf Ni-Basis sein zur Steuerung der mikroskopischen Form an der Grenzfläche zwischen der Ferrit-Phase des Doppelphasenedelstahls und des Einfügematerials. Dies verbessert die Qualität des Verbindens einschließlich des Aufprallwerts sowie die Zugspannungsstärke.

BEISPIEL 12

Ein Diffusionsverbinden des Doppelphasenedelstahl-Rohrs wurde durch Benutzen der wie in Fig. 1 dargestellten Verbindungsvorrichtung ausgeführt, und zwar unter den folgenden Bedingungen. Das Verbindungsrohr hat einen Durchmesser von 180 mm, eine Dicke von 15 mm und ist aus Doppelphasenedelstahlrohr SUS 329J1 (JIS 4303) mit einem Schmelzpunkt von 1410ºC gebildet. Die Oberflächenrauhigkeit der Verbindungsquerschnittsfläche beträgt Rmax = 50 um. Das Einfügematerial ist aus einer Ni-Cr-Si-B Legierung (JIS Z3265; BNi-5) mit einem Schmelzpunkt von 1150ºC und einer Dicke von 40 um gebildet.
Das Einfügematerial wird auf den Querschnittsoberflächen der Doppelphasenedelstahlrohre angeordnet, die Klemmen A1 und A2 werden bewegt, um das Einfügematerial zwischen den zwei Rohren zu halten, und ein Druck von 4 MPa wurde ausgeübt. Dann wurden sowohl die Verbindungsgrenzfläche und der Bereich nahe dazu einer Hochfrequenzleistung von 3 kHz ausgesetzt, um die Verbindungstemperatur auf 1300ºC zu bringen und die Temperatur für 180 Sekunden zu halten. Verbinden des Doppelphasenedelstahls wurde unter diesen Bedingungen ausgeführt.

BEISPIEL 13

Beispiel 13 wurde in derselben Weise wie Beispiel 12 ausgeführt, außer, daß die Oberflächenrauhigkeit der Verbindungsquerschnittsfläche Rmax = 30 um und das Halten der Verbindungstemperatur 120 Sekunden beträgt.

VERGLEICHSBEISPIEL 9

Vergleichsbeispiel 9 wurde in derselben Weise wie Beispiel 12 ausgeführt, außer, daß die Oberflächenrauhigkeit der Verbindungsquerschnittsfläche Rmax = 120 um und das Halten der Verbindungstemperatur 60 Sekunden beträgt.
Proben für das Testen der Zugspannungsstärke wurden von den verbundenen Verbindungen aus Beispielen 12 und 13 und Vergleichsbeispiel 9 in derselben Weise wie in Beispielen 1 bis 3 geschnitten. Die Ergebnisse des Zugspannungsstärketests sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5
In Beispielen 12 und 13, wo die Oberflächenrauhigkeit des Verbindungsquerschnitts jeweils Rmax 50 um und 30 um war, wurde eine ideale Verbindung ohne Risse und Deformation erhalten. Die Zugspannungsstärke war jeweils 822 MPa und 823 MPa und die Proben waren am Muttermaterial gebrochen. Andererseits betrug in Vergleichsbeispiel 9, in welchem die Oberflächenrauhigkeit des Verbindungsquerschnitts Rmax = 120 um betrug, der Zugspannungsstärkewert nur 559 MPa, obwohl keine Risse oder Deformation im Muttermaterial auftrat. Die Probe war an der Verbindungsgrenze gebrochen.
In Vergleichsbeispiel 9 zeigte der gebrochene Verbindungsquerschnitt der verbundenen Verbindung einen teilweise unverbundenen Abschnitt an der gebrochenen Oberfläche. Dementsprechend ist es notwendig, Rmax so zu steuern, daß es unter einem bestimmtnen Wert liegt, um vollen Kontakt der Querschnittsabschnitte zu erzielen und eine Verbindung von hoher Qualität zu erzeugen.

BEISPIEL 14

Ein Diffusionsverbinden des Doppelphasenedelstahl-Rohrs wurde durch Benutzen der wie in Fig. 1 dargestellten Verbindungsvorrichtung ausgeführt, und zwar unter den folgenden Bedingungen. Das Verbindungsrohr hat einen Durchmesser von 180 mm, eine Dicke von 15 mm und ist aus Doppelphasenedelstahlrohr SUS 329J1 (JIS 4303) mit einem Schmelzpunkt von 1440ºC gebildet. Die Oberflächenrauhigkeit der Verbindungsquerschnittsfläche beträgt Rmax ≤ 15 um. Das Einfügematerial ist aus einem Pulver gebildet aus einer Ni-Cr-Si-B Legierung (JIS Z3265; BNi-5) mit einem Schmelzpunkt von 1150ºC.
Das Metallpulver auf Ni-Basis wird auf die Querschnittsfläche des Doppelphasenedelstahlrohrs in einer Dicke von 40 um aufgebracht, die Klemmen A1 und A2 werden bewegt, um das Einfügematerial zwischen den zwei Rohren zu halten, und ein Druck von 4 MPa wurde ausgeübt. Dann wurden die Grenzfläche und der Bereich nahe der Grenzfläche durch Ar-Gas abgeschirmt und einer Hochfrequenzleistung von 100 kHz ausgesetzt, um die Verbindungstemperatur auf 1300ºC zu bringen und die Temperatur für 180 Sekunden zu halten. Verbinden des Doppelphasenedelstahls wurde unter diesen Bedingungen ausgeführt.

VERGLEICHSBEISPIEL 10

Vergleichsbeispiel 10 wurde in derselben Weise wie Beispiel 14 ausgeführt, außer, daß das Einfügematerial eine dünne Folie mit einer von 40 um ist, die Frequenz 3 kHz und das Halten der Verbindungstemperatur 120 Sekunden beträgt, sowie kein Schutzgas verwendet wurde.

VERGLEICHSBEISPIEL 11

Vergleichsbeispiel 11 wurde in derselben Weise wie Beispiel 14 ausgeführt, außer, daß das Einfügematerial eine Folie mit einer von 40 um ist, die Frequenz 200 kHz und das Halten der Verbindungstemperatur 60 Sekunden beträgt.
Proben für das Testen der Zugspannungsstärke wurden von den verbundenen Verbindungen aus Beispiel 14 und Vergleichsbeispielen 10 und 11 in derselben Weise wie in Beispielen 1 bis 3 geschnitten. Die Ergebnisse des Zugspannungsstärketests sind in Tabelle 6 dargestellt. Tabelle 6
In Beispiel 14, wo die Frequenz der an die Induktionsspule angelegten Hochfrequenzleistung 100 kHz betrug und Ar- Schutzgas Abschirmung ausgeführt würde, wurde eine Verbindung hoher Qualität ohne Risse und Deformation erhalten. Die Zugspannungsstärke war 819 MPa und die Probe wurde am Muttermaterial gebrochen. Andererseits betrug in Vergleichsbeispiel 10, in welchem kein Schutzgas verwendet wurde, der Zugspannungsstärkewert nur 577 MPa, und die Probe war an der Verbindungsgrenze gebrochen.
In Vergleichsbeispiel 11, wo die Frequenz 200 kHz betrug und Ar-Schutzgas verwendet wurde, betrug die Zugspannungsstärke 597 MPa und die Probe war an der verbundenen Grenzfläche gebrochen. Eine Begutachtung des gebrochenen Querschnitts zeigte Reste des Einfügematerials auf der äußeren Oberfläche und ungeschmolzenes Einfügematerial auf der inneren Oberflächenseite.
Von den obigen Ergebnissen wurde erkannt, daß der Inertgasschutz eine wünschenswerte Bedingung ist, um den Verbindungsquerschnitt sauber zu halten und um eine Verbindung mit hoher Qualität zu erzielen. Hochfrequenzinduktionsheizen verlangt außerdem eine gewisse angepasste Frequenz, wobei eine zu hohe Frequenz ein Grund war für das Fehlen von gleichförmiger Hitze.
Im Hinblick auf die obigen Tests ist es möglich, einen Verbindungskörper mit derselben Festigkeit wie das Muttermaterial zu erzielen, und zwar gemäß folgender Faktoren. Die optimalen Bedingungen zum Erzielen einer Verbindung von hoher Qualität des Doppelphasenedelstahles sind: ein Einfügematerial auf Nickelbasis auszuwählen, relativ hohe Temperatur, niedriger Druck, Kurzzeit-Verbinden und eine gut gesteuerte Dicke des Einfügematerials im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren. Weiterhin ist es wünschenswert, die Rauhigkeit der Querschnittsoberfläche zu steuern, Luft durch einen Gasschild abzuhalten und die Verbindungs- Bedingung wie zum Beispiel die Bindungs-Atmosphäre zu optimieren. Die als das Einfügematerial benutzte Legierung auf Nickel-Basis, welche in dem spezifischen Zusammensetzungsbereich liegt, kann den Aufprall-Wert des Verbindungskörpers bedeutend verbessern.
Weiterhin wurde, wie oben beschrieben, erkannt, daß selbst wenn das Verbindungsverfahren wie oben beschrieben gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Doppelphasenedelstahlrohr in einer praktischen Größe angewendet wird, der Verbindungsabschnitt nicht exzessiv deformiert wird, es keine Risse gibt, die auf der Oberfläche des Verbindungsabschnittes erzeugt wurden und daß eine gute Verbindungs-Kopplung für praktischen Gebrauch erzielt worden ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf die obigen Beispiele. Weitere Anwendungen der Erfindung können von den experimentellen Ergebnissen hergeleitet werden, zum Beispiel Verbinden von Rohr mit Flansch, Doppelstrukturrohr- Verbinden, Platte mit Platte, Überlappungsstoß, T- Verbindungen, und Verbinden von Material in jeder anderen Form ist durch die vorliegende Erfindung praktisch zu erzielen.
In der Doppelphasenedelstahl-Verbindung der obigen Beispiele wurde SUS 329JI oft benutzt, jedoch können andere Doppelphasenedelstähle einschließlich SUS329 J3L und SUS 329 J4L, auch abgeändert mit mehren chemischen Inhaltsstoffen, in dieser Erfindung benutzt werden.
Als ein Kühlverfahren zusätzlich zu normaler Luft oder Wasserkühlung wurde impulsives schnelles Kühlen durch eine leistungsfähige Düse für gut befunden zum Halten der Korn- Grenzflächen-Korrosions-Widerstandsfähigkeit und der Spannungs-Korrosions-Widerstandsfähigkeitqualität, und zwar so hoch wie die der Muttermaterialien. Schrotblasen nach dem Verbinden wurde für gut befunden für eine Verbesserung der Zugspannung und Ermüdungsfestigkeit.
In der Verbindung des Doppelphasenedelstahls der vorliegenden Erfindung wurden im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren hohe Temperatur, geringer Verbindungsdruck, kurze Zeit sowie die Dicke des Einfügematerials und die Rauhigkeit der Verbindungsoberfläche unter einem praktischen Herstellungsgesichtspunkt optimiert. Dadurch wurden unverbundene Abschnitte, Deformationen und andere Probleme minimiert und ein Verbindungsverfahren von hohem Qualitätsstandard wurde erzielt.
Ein Einfügematerial auf Nickelbasis in diversen chemischen Kombinationen wurde als ideal befunden, um die Grenzflächenstruktur des Ferrit-Phasen-Einfügematerials zu verbessern, wodurch der Aufprall-Wert der Verbindung enorm vergrößert wurde.
Weiterhin, selbst wenn das Verbindungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Doppelphasenedelstahl mit praktischer Größe angewendet wird, gibt es keine Möglichkeit, den Verbindungsbereich exzessiv zu deformieren und Risse auf der Oberfläche des Verbindungsabschnittes zu erzeugen. Es ist weiterhin möglich, eine Verbindungskopplung mit einer Zugspannung gleich oder höher als die des Muttermaterials zu erzielen. Dementsprechend ist es möglich, bei Anwendung an Ölrohren, die Arbeitseffizienz des Auspumpens eines Ölfeldes zu verbessern und die Kosten für das Auspumpen zu reduzieren. Daher ist die vorliegende Erfindung eine höchst wirkungsvolle Erfindung für die Industrie.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden von ferritischen und austenitischen Doppeledelstählen, die Schritte umfassend:

Einsetzen eines Einfügematerials, welches eine Legierung auf Nickelbasis mit einem Schmelzpunkt unterhalb von 1290ºC umfasst, zwischen die Verbindungsquerschnittsflächen von Ausgangsmaterialstählen, welche einen Doppelphasenedelstahl umfassen;

Ausüben einer Druckkraft auf die Verbindungsfläche im Bereich von 3 MPa bis 5 MPa; und

Erhitzen der Verbindungsfläche auf eine Temperatur im Bereich von 1290ºC bis zum Schmelzpunkt des Ausgangsmaterialstahls, und Halten der Temperatur für eine Zeit im Bereich von 30 Sekunden bis 180 Sekunden.

2. Verbindeverfahren nach Anspruch 1, worin die Legierung auf Nickelbasis die Form einer dünnen Folie, Fischschuppen oder Pulver aufweist, und das Einfügematerial eine Dicke im Bereich von 20 um bis 100 um in dem Zustand aufweist, in welchem das Einfügematerial zwischen die Verbindungsquerschnittsflächen eingefügt wird.

3. Verbindeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Legierung auf Nickelbasis eine Zusammensetzung von 3 Gew.-% ≤ Si ≤ 6 Gew.-%, 5 Gew.-% ≤ Cr ≤ 10 Gew.-%, 2 Gew.-% ≤ Fe ≤ 6 Gew.-%, 2 Gew.-% ≤ B ≤ 4 Gew.-% aufweist, wobei der Rest Nickel ist.

4. Verbindeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenrauhigkeit der Verbindungsquerschnittsfläche des Ausgangsmaterialstahls Rmax ≤ 50 um beträgt.

5. Verbindeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verbinden der Ausgangsmaterialstähle in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird.

6. Verbindeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verbinden der Ausgangsmaterialstähle mit Hochfrequenzheizen ausgeführt wird, wobei die Frequenz gleich oder weniger als 100 kHz ist.

7. Verbindeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend den Schritt schnellen Abkühlens einer Heizzone, welche auf über 300ºC während des Verbindens aufgeheizt wird, und zwar sofort nach dem Heizschritt.

8. Verbindeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend die Schritte:

nach Herunterkühlen der Verbindungsfläche, nochmaliges Aufheizen der Verbindungsfläche auf oberhalb der Lösungstemperatur; und

schnelles Abkühlen der Verbindungsfläche.

9. Verbindeverfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Rate des schnellen Abkühlens gleich oder schneller als 5ºC/Sekunde ist.

10. Verbindeverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Rate des schnellen Abkühlens im Bereich von 10 bis 30ºC/Sekunde liegt.