JP2008253999A - 耐高温腐食Ni基合金溶接構造体および熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Ni:45〜57wt%、Cr:23〜35wt%、Mo:1〜5wt%、Si:3〜6wt%、C:0.05〜0.5wt%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成る高Si−耐高温腐食Ni基合金によって形成された複数の要素部材同士が溶接接合されて成る耐高温腐食Ni基合金溶接構造体であって、前記溶接された溶接部は、その溶着金属が、一部は前記高Si−耐高温腐食Ni基合金より靭性の高い第一の溶着金属WM1であり、残りは前記高Si−耐高温腐食Ni基合金と同じ組成の第二の溶着金属WM2であり、高温腐食雰囲気に曝される面に前記第二溶着金属WM2が露呈していることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
特許文献3の溶接継手構造では、母材よりもCr含有量が低い溶接材料が、溶接部の大半を占めている。また、母材はNi基合金ではなく、Si含有量が高いことによる該Ni基合金の靭性の低下の問題はまったく考慮されていない。
C:0.18〜0.28wt%、Si:3.00〜6.00wt%、Mn:0.10wt%以下、P:0.01wt%以下、S:0.01wt%以下、Cr:30.0〜35.0wt%、Ni:45.0〜50.0wt%、Mo:4.5〜5.5wt%、残りFeの成分からなる耐高温腐食性合金。
<高Si耐高温腐食性Ni基合金(2)>
C:0.15〜0.25wt%、Si:4.5〜5.5wt%、Cr:23〜29wt%、Ni:47〜57wt%、Mo:3.5wt%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる耐高温腐食性合金。
Cr:20〜23wt%、Mo:8〜10wt%、Fe:2〜3wt%、Nb+Ta:3〜4wt%、残部がNiからなる合金。
<高靭性溶接材料(2)>
Cr:18〜22wt%、Fe:1〜3wt%、Mn:2.5〜3.5wt%、Nb+Ta:2〜4wt%、残部がNiからなる合金。
<高靭性溶接材料(3)>
Cr:21〜24wt%、Fe:13〜15wt%、Al:1〜2wt%、残部がNiからなる合金。
表1は、本発明に係る耐高温腐食Ni基合金溶接構造体の溶接部の耐高温腐食性評価のための高温腐食試験に使用した実施例および比較例の条件である。実施例1−1[母材が耐高温腐食性合金(1)]、実施例1−2[母材が耐高温腐食性合金(2)]、および比較例1−3は溶接部の評価のための被試験体であり、各溶接部は表1に示した溶接方法の条件によって作製されている。比較例1−1は実施例1−1の母材、比較例1−2は実施例1−2の母材であり、溶接部ではない部分、すなわち母材自体の耐高温腐食性評価のための被試験体である。実施例1−1、実施例1−2、および比較例1−1〜比較例1−3について、小スケール(実験室レベル)での高温腐食試験を行った。また、高温腐食試験後の試験片の腐食界面について観察および分析を行った。
JIS Z2293「金属材料の塩浸漬及び塩埋没高温腐食試験法」に一部準じ、灰組成などについて改変した下記の条件の高温腐食試験を試験片について行った。該高温腐食試験を実施した後の試験片の脱スケールは、3%過マンガン酸カリウム+5%水酸化ナトリウム水溶液と、5%クエン酸アンモニウム水溶液中で交互に煮沸することによって行った。脱スケール後、試薬塗布面積当たりの重量減少を算出し、この腐食減量(mg/cm2)をもって耐高温腐食性評価の指標とした。前記高温腐食試験の条件を以下に示す。
試験片形状/寸法: 板材/10mm×10mm×2mm
[実施例1−1、実施例1−2、および比較例1−3については溶接部の表面側(最終層側)から採取、比較例1−1および比較例1−2については、母材表面側から採取した]
灰条件: Al2O3-NaCl-KCl-Na2SO4-K2SO4混合試薬(重量比60:9:6:15:10)中に
3mmの深さに埋没
試験温度/保持時間/雰囲気: 850℃または900℃/200h/大気中
前記高温腐食試験後の試験片表面に対し、腐食界面付近の断面を鏡面研磨し、SEMによる観察およびEPMAによる分析を行った。
試験温度900℃における実施例1−2の腐食減量は19.9mg/cm2であり、減肉は進むものの依然として高い耐高温腐食性を示すことが明らかとなった。
一方、実施例1および実施例2では、母材と溶接金属の化学組成が同一であるため、溶接金属近傍でのガルバニック腐食は認められなかった。
前記耐高温腐食性合金(1)の組成の合金によって形成され、本発明に係る耐高温腐食Ni基合金溶接構造体によって構成されたガス化溶融炉用の熱交換器51をガス化溶融炉に設置し、高温腐食環境下で使用した。
4 管材の外面、 5 管材の内面、
10 溶接部、 11 初層、 12 第二層、 13 第三層、
14 第四層、 15 第五層、
21 耐高温腐食Ni基合金溶接構造体、 22、23 要素部材(板材)、
24 板材の表面、 25 板材の裏面、
30 溶接部、
31 第一溶接工程の初層、 32 第一溶接工程の第二層、
33 第一溶接工程の第三層、
41 第二溶接工程の初層、 42 第二溶接工程の第二層、
43 第二工程の第三層、
51 熱交換器、 52 内管、 53 外管、 54 二重管チューブ、
55 開口、 56 キャップ、 57 溶接部、 58 熱分解ドラム
Claims (5)
- Ni:45〜57wt%、Cr:23〜35wt%、Mo:1〜5wt%、Si:3〜6wt%、C:0.05〜0.5wt%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成る高Si−耐高温腐食Ni基合金によって形成された複数の要素部材同士が溶接接合されて成る耐高温腐食Ni基合金溶接構造体であって、
前記溶接された溶接部は、その溶着金属が、一部は前記高Si−耐高温腐食Ni基合金より靭性の高い第一の溶着金属WM1であり、残りは前記高Si−耐高温腐食Ni基合金と同じ組成の第二の溶着金属WM2であり、
高温腐食雰囲気に曝される面に、前記第二溶着金属WM2が露呈していることを特徴とする耐高温腐食Ni基合金溶接構造体。 - 請求項1に記載の耐高温腐食Ni基合金溶接構造体において、前記第二溶着金属WM2は、前記第一溶着金属WM1を被うように設けられ、前記溶接部の両面に露呈していることを特徴とする耐高温腐食Ni基合金溶接構造体。
- 請求項1に記載の耐高温腐食Ni基合金溶接構造体において、前記複数の要素部材は、小径の内管と大径の外管が同軸に配設され、少なくとも一方の端部が前記内管および前記外管ともに開放されて成る二重管チューブと、前記外管と同径の開口を有するキャップであり、
前記二重管チューブの開放端の外管が、前記キャップによって封止されるように溶接接合されていることを特徴とする耐高温腐食Ni基合金溶接構造体。 - 請求項3に記載された耐高温腐食Ni基合金溶接構造体により構成された熱交換器。
- Ni:45〜57wt%、Cr:23〜35wt%、Mo:1〜5wt%、Si:3〜6wt%、C:0.05〜0.5wt%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成る高Si−耐高温腐食Ni基合金によって形成された複数の要素部材同士が溶接接合されて成る耐高温腐食Ni基合金溶接構造体であって、
前記溶接された溶接部は、その溶着金属が、前記高Si−耐高温腐食Ni基合金と同じ組成であることを特徴とする耐高温腐食Ni基合金溶接構造体。
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