JP2002518982A - 二層または多層の被膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 良好な耐腐食性及び母材に対する高い接合強度を有する二層または多層の被膜において、その被膜の材料が、全分析において次の重量百分率を有する混合物、凝集金属パウダーまたは溶接ワイヤである。8.0 ないし 35.0 % Cr;0.5 ないし 20.0 % Ni;0.005 ないし 1.5 % C ;0.05 ないし 3.0 % N ;0.5 ないし 10.0 % Mo;< 6.0 % Mn;< 6.0 % Co;< 6.0 % Al;< 4.0 % Ti;< 3.0 % Cu;< 3.0 % Nb;< 3.0 % Ta;< 3.0 % V ;< 3.0 % Zr;< 2.0 % Si;< 1.0 % W ;残部 Fe.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、耐腐食性に優れ、かつ母材に対する結合力の強い二層または多層の 被膜に関するものである。本発明はさらにそのような被膜の製造方法に関する。 背景技術 知られているように、窒素を2.0 重量％程度まで含むオーステナイト−フェラ イト鋼は、溶融高圧窒素処理によって製造される。そのような鋼を積極的に使用 するようになったのは、近年において処理方法に改善があったためである。 そのような鋼の優れた特性により、種々の母材の上にこれらオーステナイト− フェライト鋼を用いて被膜を形成することに大きな興味が持たれている。 合金鋼とガス駆動式のパウダーを含む被膜が、熱溶射法及びプラズマパウダー 肉盛り溶接によって生成されることは、従来技術、例えば、欧州特許公開公報No .0 456 847 号または“DVS レポート TS 93,Aachen”によって知られている。こ れら従来技術によれば、上記窒素を導入することが、極めて高価な方法を採る以 外には困難であることがわかった。 発明の開示 これら事情を考慮して、本件発明者は本件明細書の冒頭に記載した種類の被膜 の改良及びその製造方法の改良を目指した。 この目的は、独立請求項に開示された技術によって達成される。従属請求項は 有役な技術の展開を記述している。 耐腐食性及び強度に優れた本発明の二層または多層の被膜の材料は、全分析に おいて次の重量百分率を有する混合物、凝集金属パウダー (agglomerated metal powder)または溶接ワイヤ（filling wire）である。 8.0 ないし 35.0 % Cr; 0.5 ないし 20.0 % Ni; 0.005 ないし 1.5 % C ; 0.05 ないし 3.0 % N ; 0.5 ないし 10.0 % Mo; < 6.0 % Mn; < 6.0 % Co; < 6.0 % Al; < 4.9 % Ti; < 3.0 % Cu; < 3.0 % Nb; < 3.0 % Ta; < 3.0 % C ; < 3.0 % Zr; < 2.0 % Si; < 1.0 % W ; 残部 Fe. 好ましい成分の範囲は、次のとおりである。 14.0 ないし 30.0 % Cr; 3.0 ないし 15.0 % Ni; 0.01 ないし 0.1 % C ; 0.05 ないし 2.8 % N ; 1.0 ないし 9.0 % Mo; で、かつ、Mn，Co，Al，Ti，Cu，Nb，Ta，V，Zr，Si およびW が総計で最大12重 量％（残部はFe）付加されたもの、または、 19.0 ないし 28.0 % Cr; 3.0 ないし 15.0 % Ni; 0.02 ないし 0.06 % C; 0.1 ないし 2.0 % N ; 2.0 ないし 8.0 % Mo; で、かつ、Mn，Co，Al，Ti，Cu，Nb，Ta，V，Zr，Si およびW が総計で最大9.0 重量％（残部はFe）付加されたもの。 本発明の他の構成によれば、被膜は、フェライト成分を２０〜８０体積％、好 ましくは２０〜６０体積％、さらに好ましくは３０〜５０体積％有する二層また は多層のフェライト−オーステナイト構造を有している。 本発明の製造方法に用いられる材料混合物(material mixture)、つまり溶接ワ イヤまたは凝集パウダーは、それぞれの選択に従って窒素の所定含有量を有する 金属および／または金属間化合物を含む種々のプレアロイ(prealloys)を含むも のが好ましい。 完成した被膜に含まれる窒素の量は、加えられる窒素化合物の量と選択する溶 接または溶射のパラメーターとにより、比較的容易に設定でき、かつ狭い範囲内 に限定できる。 したがって、材料混合物に対して、Cr,Ti,Al,Si およびFeの窒化物を加えるこ とにより、またはCr,Al,Mo,V,Ti,Ta,Nb,Si,Zr およびFeの窒化物を加えることに より、窒素を付加することが出来る。また、窒素の導入は、窒素を含有し、かつ 二つ以上の元素を有する窒素含有合金を付加することによっても可能であるし、 あるいは、合金元素もしくは合金、または窒素雰囲気の中で処理される副生成物 (sub-products)を採り入れることによっても可能である。 被膜を形成するには熱溶射法が好ましい。本発明によれば、この熱溶射法のた めに、アークワイヤー溶射ガン、融着ワイヤー火炎溶射ガンまたは高エネルギー もしくは高速の火炎溶射方法を用いることが出来る。 他の実施形態によれば、溶接ワイヤは、アーク肉盛り溶接法によって 被膜を形成するように使用される。その際、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接またはＭＡ Ｇ溶接法を使用することが出来る。また上記溶接ワイヤーを用いて手溶接のため の溶接棒を製造することも可能である。 本発明の方法により、二層または多層被膜を、凝集金属パウダーまたは二つ以 上のプレアロイの凝集体を用いて形成することができる。凝集金属パウダーは、 フェライトもしくはオーステナイトのパウダー、または窒化物のパウダーを含む ことが出来る。 金属パウダーを製造する本発明によれば、二つ以上の成分が樹脂バインダーを 用いた溶射乾燥方法によって凝集される。 ここで重要なことは、二層または多層凝集合金パウダーは、被膜の形成に先立 って、熱処理、好ましくは窒素雰囲気下での熱処理を施すことが出来るけれども 、本発明に於ける二層または多層合金パウダーは、前もって熱処理または焼結処 理がなされることなく、被膜形成作業に送られることである。 二層または多層の凝集金属パウダーを用いた被膜の形成は、熱溶射方法、例え ば融着火炎溶射方法、高速火炎溶射ガンまたは公知のプラズマ火炎溶射方法によ ってなされるのが好ましい。 上記被膜形成作業のために、上記熱溶射方法の代わりに、プラズマパウダー肉 盛り溶接方法を使用することもできる。 二層または多層の被膜は特定の雰囲気、好ましくは窒素雰囲気下において熱処 理されるのが好ましいことがわかった。 本発明の他の利点、構成及び詳細は、好ましいと考えられる以下の実施例から 明らかであろう。 発明を実施するための最良の形態実施例１ ４年間使用した後の低圧タービンブレードの縁及び表面に大きな腐食が発生し た。実験を行ったところ、腐食の問題は、材料混合物または凝 集金属パウダーを有する被膜を形成することで解決することが出来た。また同時 に、使用時間を延ばすことも可能になった。タービンブレードの縁及び表面をコ ーティングする材料混合物は、次の組成のものが選ばれた。 28.0 % Cr 3.0 % Ni 0.05 % C 1.8 % N 1.0 % Mo 3.0 % Ti 0.5 % Si 0.2 % Cu 残部 Fe. プラズマパウダー肉盛り溶接方法を用いて上記縁に溶接を施す作業は、この製 造方法に適合させた３７〜１５０ミクロンの結晶粒度をもつ凝集金属パウダーを 用いて行われた。 上記表面のコーティング作業に先立って、上記縁が機械的に処理される。 この機械加工の後、タービンブレードの表面が直径0.2 〜0.5mm の鋼玉を用い てブラスティングされて、コーティング作業の為の準備がなされた。 表面の被膜は、上記と同一組成ではあるが、異なる結晶粒度１０〜４５ミクロ ンの凝集金属パウダーを用いて、高速火炎溶射ガンによって形成された。 続いて上記表面が研磨された。完成した層の厚さは0.5mm であった。 一年経過した後、初期の腐食すら検出することが出来なかった。実施例２ 製造プログラムが種々変化することから、化学工業に用いられる容器は、耐腐 食性が要求され、コストの点から、すでに使用されている容器に被膜を付加する ことによって、上記新たな要求に適合させる必要がある。 被膜の材料として、次の組成を有する材料混合物または溶接ワイヤーが使用さ れた。 30.0 % Cr 1.0 % Ni 0.01 % C 1.0 % N 0.5 % Mo 0.8 % Co 2.0 % Al 1.2 % Ti 0.5 % Nb 残部 Fe. 上記容器の保護される表面は、やはり直径 0.2〜0.5mm の鋼玉を用いたブラス トにより準備された。 次いで、コーティング作業が、溶接ワイヤーを用い、それを二本ワイヤーアー ク溶射ガンによって上記表面に溶射することにより行われた。 完成した溶射層は、厚さが0.6mm で、10〜30ミクロンRaの表面粗度を有してい る。 こうして処理された容器は、何らの仕上げ処理を施すこと無く使用された。 ６ヵ月間使用した後チェックしたところ、被膜の表面には腐食の徴候すら見い だされなかった。実施例３ 混粒鋼を用いた化学設備を建設する際、これと同じ品質の材料で溶接が行われ る。 この溶接に使用する材料混合物として、溶接される部品と同一の次の組成を備 えた溶接ワイヤーが提案された、つまり、 16.0 % Cr 14.0 % Ni 0.01 % C 1.2 % N 6.0 % Mo 3.4 % Mn 3.0 % Ti 1.0 % Ta 1.3 % Cu 残部 Fe. 本発明による溶接ワイヤーとＴＩＧ溶接方法が、個々の部品を溶接するのに使 用された。 部品を組み立てた後、Ｘ線検査によって空孔の有無がチェックされて、その結 果は良好であった。 約一年間使用したのち、溶接箇所の遷移領域に腐食のいかなる徴候も見いださ れなかった。実施例４ 煙道ガスの脱硫設備の部品は、耐腐食性及び耐浸食性被膜によって高温ガスの 腐食から保護される。 その被膜に使用された材料は、次の組成を有する凝集金属パウダーを含んだ材 料混合物であった。 30.0 % Cr 3.1 % Ni 0.1 % C 0.8 % N 0.5 % Mn 2.0 % Mo 4.5 % Al 2.0 % Ti 1.0 % V 0.2 % Zr 残部 Fe. チューブ及び表面のコーティング作業が、ブラスティング処理がなされた表面 にプラズマ溶射を行うことによってなされた。使用状態での溶射された層の厚さ は 0.8mmであった。 最初の使用後に中間チェックを行ったが、腐食は見られなかった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 被膜の材料が、全分析において次の重量百分率を有する混合物、凝集金属 パウダーまたは溶接ワイヤであることを特徴とする、良好な耐腐食性及び母材に 対する高い接合強度を有する二層または多層の被膜。 8.0 ないし 35.0 % Cr; 0.5 ないし 20.0 % Ni; 0.005 ないし 1.5 % C ; 0.05 ないし 3.0 % N ; 0.5 ないし 10.0 % Mo; < 6.0 % Mn; < 6.0 % Co; < 6.0 % Al; < 4.0 % Ti; < 3.0 % Cu; < 3.0 % Nb; < 3.0 % Ta; < 3.0 % V ; < 3.0 % Zr; < 2.0 % Si; < 1.0 % W ; 残部 Fe. ２． 請求項１において、その材料が、 14.0 ないし 30.0 % Cr; 3.0 ないし 15.0 % Ni; 0.01 ないし 0.1 % C ; 0.05 ないし 2.8 % N ; 1.0 ないし 9.0 % Mo; で、かつ、Mｎ，Co，Al，Ti，Cu，Nb，Ta，V，Zr，Si およびW が総計で 最大12重量％付加され、残部がFeであることを特徴とする被膜。 ３． 請求項１において、その材料が、 19.0 ないし 28.0 % Cr; 3.0 ないし 15.0 % Ni; 0.02 ないし 0.06 % C; 0.1 ないし 2.0 % N ; 2.0 ないし 8.0 % Mo; で、かつ、Mn，Co，Al，Ti，Cu，Nb，Ta，V，Zr，Si およびW が総計で最大9.0 重量％付加され、残部がFeであることを特徴とする被膜。 ４． 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記被膜は、フェライト成分を２ ０〜８０体積％、好ましくは２０〜６０体積％、特に好ましくは３０〜５０体積 ％有する二層または多層のフェライト−オーステナイト構造を有していることを 特徴とする被膜。 ５． 請求項１〜４のいずれかに記載の被膜を形成する方法であって、上記材料 混合物に対して窒素の金属化合物により窒素が付加されていることを特徴とする 方法。 ６． 請求項５において、上記材料混合物へ窒素の付加が、元素Cr，Ti，Al，Si 及びFeの窒化物を付加することによってなされている方法。 ７． 請求項５において 上記材料混合物への窒素の付加が、元素Cr，Al，Mo， V ，Ti，Ta，Nb，Si，Zr及びFeの窒化物を付加することによってなされている方 法。 ８． 請求項５において、上記材料混合物への窒素の付加が、二つ以上の元素を 有し、かつ窒素を含む合金を付加することによってなされている方法。 ９． 請求項５において、上記窒素が合金元素、合金または窒素雰囲気下で処理 された副生成物によって導入されている方法。 １０． 請求項５〜９のいずれかにおいて、上記溶接ワイヤーが、合金元素と窒 素の化合物を用いたパウダーの充填(filling)によって合金化 されている方法。 １１． 請求項１０において、上記溶接ワイヤーの充填物が窒素を有する複数の プレアロイを含んでいることを特徴とする方法。 １２． 請求項１０において、溶接ワイヤーの充填物が窒素を有しない複数のプ レアロイを含んでいることを特徴とする方法。 １３． 請求項１０〜１２のいずれかにおいて、上記溶接ワイヤーがワークに対 して熱溶射方法によって付着されている方法。 １４． 請求項１０〜１２のいずれかにおいて、上記溶接ワイヤーが電気アーク にくもり溶接方法によって付着されている方法。 １５． 請求項１４において、電極式の手溶接に用いる溶接棒が上記溶接ワイヤ ーを用いて作製されている方法。 １６． 請求項１０〜１２のいずれかにおいて、上記溶接ワイヤーが電気アーク 溶接方法を用いた接合作業に使用される方法。 １７． 請求項１〜９のいずれかにおいて、上記二層または多層の被膜が凝集金 属パウダーを用いた肉盛りによって形成される方法。 １８． 請求項１７において上記被膜の形成が二つ以上のプレアロイの凝集によ ってなされていることを特徴とする方法。 １９． 請求項１７または１８において、フェライトパウダー、オーステナイト パウダー及び窒化物パウダーを含む凝集金属パウダーを用いることを特徴とする 方法。 ２０． 請求項１７〜１９のいずれかにおいて、上記金属パウダーを製造するた めに、二つ以上の成分が樹脂バインダーを用いた溶射乾燥方法によって凝集され ていることを特徴とする方法。 ２１． 請求項１７〜２０のいずれかにおいて、上記二層または多層の金属パウ ダーが熱処理または氷結処理がなされていない条件で供給されることを特徴とす る方法。 ２２． 請求項１７〜２０のいずれかにおいて、上記二層または多層の凝集合金 パウダーが被膜形成作業の前に熱処理されていることを特徴と する方法。 ２３． 請求項１７〜２２のいずれかにおいて、上記二層または多層の凝集合金 パウダーが窒素雰囲気下において付着される前に熱処理が施されていることを特 徴とする方法。 ２４． 請求項１７〜２３のいずれかにおいて、上記二層または多層の凝集金属 パウダーを有する被膜が熱溶射方法によって形成されていることを特徴とする方 法。 ２５． 請求項１７〜２３のいずれかにおいて、上記被膜がプラズマパウダー肉 盛り溶接方法によって形成されていることを特徴とする方法。 ２６． 請求項１〜２５のいずれかにおいて、上記二層または多層被膜が特定の 雰囲気下において熱処理されていることを特徴とする方法。 ２７． 請求項１〜２６のいずれかにおいて、上記二層または多層被膜が窒素雰 囲気において熱処理されていることを特徴とする方法。