JP4063236B2 - 弁とその製造方法及びそれを用いた発電プラント並びに弁用部材 - Google Patents
弁とその製造方法及びそれを用いた発電プラント並びに弁用部材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4063236B2 JP4063236B2 JP2004111669A JP2004111669A JP4063236B2 JP 4063236 B2 JP4063236 B2 JP 4063236B2 JP 2004111669 A JP2004111669 A JP 2004111669A JP 2004111669 A JP2004111669 A JP 2004111669A JP 4063236 B2 JP4063236 B2 JP 4063236B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- less
- hot
- cobalt
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 55
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 48
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical compound [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 35
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 28
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 20
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 18
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 18
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 15
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 claims description 15
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 8
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 5
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- -1 chromium carbides Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 17
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 17
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 6
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001096 P alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001347 Stellite Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000272534 Struthio camelus Species 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N chromium;cobalt;iron;manganese;methane;molybdenum;nickel;silicon;tungsten Chemical compound C.[Si].[Cr].[Mn].[Fe].[Co].[Ni].[Mo].[W] AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 description 1
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- QOSATHPSBFQAML-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide;hydrate Chemical compound O.OO QOSATHPSBFQAML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 102220342298 rs777367316 Human genes 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 description 1
- 239000008207 working material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Sliding Valves (AREA)
Description
本発明は、高硬度及び高耐衝撃性を有する新規な弁とその製造方法及びそれを用いた火力発電プラント、原子力発電プラント並びに弁用部材に関する。
従来、各種の流体機械、化学プラント、火力プラントあるいは原子力プラントに使用される安全弁、玉型弁、仕切り弁、逆止弁、制御弁、逃し弁あるいはちょう型弁などには、弁座の表面にステライトと呼ばれるコバルト基合金が肉盛溶接されたものが使用されてきた。弁は、摩耗しにくいこと、焼き付きを生じにくいこと、又、かじりを生じにくいこと、エロージョンを生じにくいことも必要である。又、耐食性も高い方がよい。
しかし、近年、タービン発電設備等では循環水の水質調整のために循環水系統に過酸化水素水等の薬剤が注入されるようになり、薬剤の注入点より下流の溶存酸素量が増加し、その結果、弁の弁座面等にエロージョン、かじりによる損傷が発生している。これは弁の弁座部に肉盛されているコバルト基合金等の網目状クロム炭化物が選択的に腐食損傷するためである。高速流体中ではクロム炭化物の腐食損傷に続いて、鋳造組織の基地部（マトリックス）が脱落し、エロージョンが発生する場合がある。
また、原子力発電設備においても、炉水と接する摺動部及び炉内に冷却水を供給する系統設備の弁類に上述の事象が発生する可能性があり、これらの部位に肉盛されているコバルト基合金は、腐食・エロージョンによって系統中に混入し、さらにこれらの流出したコバルトが原子炉内で放射化し半減期の長いコバルト同位体となって系統設備の放射線量を増加させる可能性がある。
これらの問題点に対し、特許文献１では、クロム炭化物が粒径３０μｍ以下の粒状又は塊状に微細化されているコバルト基合金を弁座面に形成することにより、腐食損傷等が生じにくくなり、弁の寿命延長が図れることが示されている。
しかし、特許文献１の方法は、仕切り弁のような「すべり摩耗」を伴う弁では有効であるが、特に逆止弁や安全弁のような「衝撃摩耗」を伴う弁では必ずしも十分でなく、さらに高硬度及び高耐衝撃性の弁座が求められている。
本発明の目的は、より高硬度及び高耐衝撃性を有する弁とその製造方法及びそれを用いた発電プラント並びに弁用部材を提供することにある。
本発明は、粉末冶金法を用いて、粒状・塊状のクロム炭化物をより微細化し、最大粒径１０μｍ以下、平均粒径５μｍ以下とし、より高硬度でしかも耐衝撃性を有する弁にある。
即ち、通常の溶解によって網目状に形成される巨大なクロム炭化物を、粉末冶金法によって微細な不連続の粒状又は塊状にすることにより、より大量のクロム炭化物を含有させても熱間塑性加工を施すことができることにより、より高硬度でしかも耐衝撃性を大幅に改善できる。特にクロム炭化物の最大粒径を１０μｍ以下及び平均粒径を５μｍ以下、好ましくは０.５〜５μｍとすることにより、高硬度・高靱性・高耐食性を同時に兼ね備えた弁座を得ることができる。
特に、コバルト基合金においては、クロム炭化物を金属ミクロ組織の基地中により微細に粒状・塊状に分散させるためには、真空溶解したインゴットを熱間プレス、熱間加工することによっても可能であるが、この方法では平均粒径を５μｍ以下とすることは困難である。また、硬さは主に炭素（Ｃ）含有量に依存するが、Ｃ含有量を高めたインゴットを熱間加工すると、加工中に割れが発生しやすくなり、健全な板、棒材を作製するのが困難であり、より靱性を高めることができない。
クロム炭化物の平均粒径を５μｍ以下にするためには、粉末冶金プロセスを用いるのが好ましいが、その粉末の粒径をより細粒に形成することによって得られる。すなわち、非酸化性ガスアトマイズ法により製造された多量のＣｒ炭化物を含むコバルト基合金の粉末はその粒径を所望の大きさに形成し、静水圧焼結（ＨＩＰ：Hot Isostatic Press）処理あるいは熱間押出し焼結でち密化する。この平均粒径が５μｍ以下のクロム炭化物を有するち密化後の合金部材は、より多量のクロム炭化物を含有させることができ、さらに熱間圧延、熱間鍛造又は熱間据え込み加工を行うことができるため、高硬度でしかも耐衝撃性及び靱性を一層向上させることができる。従って、Ｃ含有量を高めた合金粉末を用いても、割れが発生しにくく、健全な板、棒材を得ることができる。
平均粒径５μｍ以下の微細なクロム炭化物を有する合金部材は、炭素鋼又は低合金鋼又はステンレス鋼からなる弁座基材に拡散接合によって接合されることが望ましい。特に液相拡散接合によって接合されることが望ましい。又、液相拡散接合を行う場合には、珪素及びホウ素を含有するニッケル基合金からなるインサート材を、弁座基材と粒状又は塊状のクロム炭化物を有するＣｏ基合金との間にはさんで接合を行うことが望ましい。
拡散接合以外の接合方法として、アーク溶接のように溶融させて接合する方法では、溶融によってクロム炭化物が網目状の連続した状態に戻ってしまうので不適当である。ろう付けによる方法は、コバルト基合金の溶融を伴わないが、接合部の強度が低いので不適当である。
即ち、本発明は、弁体と弁箱とを備え、互いに摺動する弁座表面に、基地中にクロム炭化物が分散したコバルト基合金部材が形成されている弁において、前記部材は静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結によって形成され、前記弁座に拡散接合されていることを特徴とする弁にある。溶解によって基地中に網目状に形成される巨大なクロム炭化物は、粉末にすることによって分断され、更に、熱間圧延、熱間鍛造又は熱間据え込み加工によって四方に分断される結果、部材全体で平均粒径が５μｍ以下の均一なクロム炭化物が得られる。
前記部材は、静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結後、熱間据え込み加工が施され、前記クロム炭化物の平均粒径が５μｍ以下であることが好ましい。
本発明のコバルト基合金部材は、質量でC 1.0〜3.5%、Si 2%以下、Cr 25〜35%、W 15%以下、Fe 3%以下、Ni 3%以下、Mo 6%以下を含み、残部がCo及び不可避不純物からなり、特に、コバルト基合金がC 1.2〜2.0％、Si 0.5〜2％、Cr 28〜32％、W 3〜8％、Fe 0.3〜1.5％、Ni 0.5〜3％、Mo 5％以下を含む合金が好ましい。
又、前記合金部材は、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が４００以上であること、Ｕノッチ衝撃値が５Ｊ／cm２ 以上であること、前記弁体及び前記弁箱が、炭素鋼、低合金鋼又はステンレス鋼よりなること、弁として逃がし安全弁（ＳＲＶ：Safety Relief Valve）において好適である。
本発明は、弁体と弁箱とを備え、互いに摺動する弁座表面に、基地中にクロム炭化物が分散したコバルト基合金部材を形成する弁の製造方法において、前述の合金組成を有する合金部材を静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結によって形成し、次いで前記弁座に拡散接合することを特徴とする弁の製造方法にある。
又、本発明は、弁体と弁箱とを備え、互いに摺動する弁座表面に、基地中にクロム炭化物が分散したコバルト基合金部材、ニッケル基合金部材及び鉄基合金部材から選ばれた1種を形成する弁の製造方法において、前記部材を前述の合金組成を有するコバルト基合金よりなる合金粉末を静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結後、熱間圧延、熱間鍛造又は熱間据え込み加工によって形成し、次いで前記弁座に拡散接合することを特徴とする弁の製造方法にある。
前記静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結は、前記合金粉末を金属カプセルに充填封入し、静水圧加圧加熱又は熱間押出し加工であること、前記拡散接合は、前記部材と弁座との間に前記弁座、弁体及び弁箱の融点よりも低融点のインサート材を介在させて、該インサートの融点以上の温度で加熱保持する液相拡散接合であること、前記前記合金粉末を非酸化性ガスアトマイズ法により製造することが好ましい。
インサート材には、ホウ素（B）、珪素（Si）あるいはリン（P）等の融点降下元素を含むものを使用するのが望ましい。B、Si、P等の融点降下元素を被接合材中に拡散させることで、固相拡散接合に比較して接合時の加圧力を小さくでき、接合による変形を少なく抑えることができる。また、接合面の機械仕上げ精度もＲmax１０μｍ程度にでき、良好な接合面を得ることができる。
好適なインサート材は、質量で、Si 1〜8％、B 1〜5％を含むニッケル基合金からなるもの、又は、Si 1〜8％、B 1〜5％及びCr 5〜20％を含むニッケル基合金からなるものである。更に好適には、質量で、Si 3.5〜5.5％及びB 2.0〜4.0％を含むニッケル基合金、Cr6〜15％、Si 3.5〜5.5％及びB 2.0〜4.0％を含むニッケル基合金、及びP 10〜14％を含むニッケル基合金から選ばれた合金が好ましい。弁座の基材には、炭素鋼、低合金鋼またはステンレス鋼を用いることができる。
水蒸気及び高温水が循環する循環系統を有する火力発電プラント又は原子力発電プラントにおいて、前記循環系統内に配置された弁が、前述に記載の弁によって構成される。
本発明は、弁体と弁箱が互いに摺動する弁座表面に形成される弁用部材において、クロム炭化物が分散した前述の組成を有するコバルト基合金部材からなり、前記部材は据え込み熱間押出し焼結又は熱間静水圧加圧焼結が施されていることを特徴とする弁用部材にある。
本発明によれば、より高硬度及び高耐衝撃性を有する弁とその製造方法及びそれを用いた発電プラント並びに弁用部材を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的な実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
図１は、本発明に係る仕切り弁の断面図であり、図２は(a)が仕切り弁の弁体の拡大断面図、（ｂ）が弁体の(a)の側面図、図３が弁箱の弁体への接触部近傍の拡大図である。仕切り弁は、弁体５と弁箱３を有し、両者の摺動面に弁座１ａ、１ｂを有する。弁体５は円盤状で、仕切り弁の形状に沿って上が下よりやや厚い傾斜した形状を有し、弁座１ａは、図２（ａ）に示す弁座シート４ａに図２(b)に示すコバルト基合金リング１０ａが弁体５の本体より１mm程度突出した状態で構成されている。弁箱３の弁座１ｂは、弁座シート４ｂとコバルト基合金リング１０ｂとから構成され、弁体５が接触する部分で弁体５に添って傾斜した形状を有する。
本実施例では、溶存酸素雰囲気下で使用される仕切り弁を以下の方法によって製造した。化学組成が質量で、C 1.34％−Si 1.1％−Cr 30.3％−W 4.6％−Fe 0.6％−Ni 1.1％−Mo 0.1％を含むコバルト基合金の合金粉末をArガスアトマイズ法により形成した。この合金粉末はほぼ球形であり、粉末粒径：７０〜２５０meshの大きさに選別して、炭素鋼製のカプセルに充填し、真空脱気後に、９５０℃で１時間、２０００気圧の加圧下の静水圧加圧焼結（ＨＩＰ）処理を行い、直径１２５mm、長さ１１０mmの円柱形状を得た。更に、ＨＩＰ処理後に据込み熱間鍛造を行い、長さを１１０mmから４０mmまで据込む熱間加工して、クロム炭化物の平均粒径が５μｍ以下であるコバルト基合金の円盤を得た。このコバルト基合金から削り出した厚さ５mmのコバルト基合金リング１０ａを、弁体５側の弁座シート４ａにインサート材を間に挟んで押付けた。また、コバルト基合金から削り出した厚さ５mmのコバルト基合金リング１０ｂを、弁箱３側の弁座シート４ｂにインサート材を間に挟んで押付けた。そして、下記に示す条件で液相拡散接合を行った。
弁座シート（基材）４ａ及び４ｂはいずれも、ＳＣＰＨ２（Ｓ２５Ｃ相当）の鋳物である。インサート材は、質量で、Si 4.5とB 3.2％を含み、残部がNiからなるニッケル基合金よりなり、厚さは約４０μｍの箔である。インサート材の固相線温度は約９８０℃、液相線温度は約１０４０℃である。液相拡散接合は、接合温度：１０７０℃、保持時間：１時間、真空度：２×１０−４Torr、加圧力：８０ｇ／cm２の条件で行った。インサート材には、融点降下元素であるSi、Bが含有されているため、その融点は被接合材よりも低い。しかし、接合温度での保持中にSiやBは被接合材中に拡散してインサート材の融点が上昇するために、接合中にインサート材の凝固が進行する。
接合後に、接合界面の断面観察を実施したところ、ボイド等の接合欠陥は認められず、良好な接合状態を示していた。本実施例による仕切り弁は、弁座の表面が最大粒径１０μｍ以下で平均粒径５μｍ以下の粒状又は塊状のクロム炭化物が分散したコバルト基合金によって構成されているため、溶存酸素による腐食発生を受け難い。また鋳造組織の基地部の脱落が抑制されるために、弁座の腐食、エロージョンの進行が抑止され、耐漏洩性能の低下が防止される。
なお、本実施例では粒径が７０〜２５０mesh（６３〜２１０μｍ）のコバルト基合金粉末を用いたが、合金粉末の粒径が細かいほど、最終的に得られるコバルト基合金の基地中に分散するクロム炭化物の平均粒径も細かくなる。平均粒径５μｍ以下のクロム炭化物を得るためには６０meshよりも細かいコバルト合金粉末を用いるのが適当である。又、２５０mesh以下の粉末においては取り扱いが困難になる。
本発明の粉末冶金法によるＨＩＰ処理と据込み熱間鍛造とにより作製した最大粒径が１０μｍ以下で平均粒径５μｍ以下のクロム炭化物を分散させたコバルト基合金の硬さ及び衝撃値を従来の溶接肉盛材及び比較材のコバルト基合金インゴットの熱間加工材とを比較して評価した。
従来の溶接肉盛材は、化学組成が質量で、C 1.2％−Si 1.4％−Cr 30.9％−W 5.0％−Fe 2.3％−Ni 2.5％−Mo 0.2％を含むコバルト基合金をＳＣＰＨ２基材上にガス肉盛溶接して作製した。また、比較材は、化学組成が質量で、C 1.0％−Si 0.6％−Cr 29.7％−W3.9％−Fe 2.7％−Ni 2.6％を含むコバルト合金を真空溶解して得たインゴットを熱間加工することにより作製した。インゴットは肉盛材と同様、網目状のクロム炭化物を有し、このクロム炭化物は熱間加工により分断され粒状・塊状となるが、クロム炭化物の粒径は高々最大３０μｍ以下と大きく、本発明の最大粒径１０μｍ以下で平均粒径５μｍ以下に微細化することはできなかった。
表１は、本発明材、従来の溶接肉盛材及び比較材のコバルト基合金インゴットの熱間加工材のビッカース硬さ（Ｈｖ）及び衝撃値を示すものである。硬さは本発明材がＨｖ４５５で、従来肉盛材のＨｖ４２５及びインゴットを熱間加工した比較材のＨｖ３８５よりも硬いにもかかわらず、ノッチなしの衝撃値は本発明材が最も大きく、またＵノッチ試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０２）の値が肉盛材よりも大きく比較材と同等であり、本発明材が高硬度で耐衝撃性に優れていることが確認された。
なお、硬さは主にＣ含有量に依存するものであるが、本発明材と同じＣ量の１.３４％の真空溶解インゴットを作製し熱間加工を試みたところ、加工中に割れが発生して健全な板、棒材を作製するのが困難であった。
図４に示す治具（ＳＵＳ３１６Ｌ製）を用いて応力腐食割れ試験を行った。３種の弁座材について、高温水中での応力腐食割れ試験を実施した。３種の弁座材として、４０mm×１０mm×０.６mmｔの板状試験片１０を切り出して、試験片１０の表面にグラファイトウール１２による人工隙間と曲げ半径１００mmによる約０.３％の曲げひずみを付与して、温度２８８℃、圧力８５気圧、溶存酸素約８ppmの高温水中に５００時間浸漬した。試験後に試験片長手中央方向で切断し、割れが開口する程度の曲げを加えてから断面の光学顕微鏡観察を行った。
その結果、本発明材では割れの発生が認められなかったのに対し、従来の肉盛材では最大で５８０μｍ、又比較材では最大で５４０μｍ程度の割れが発生し、粉末冶金法で作製した微細なクロム炭化物を有する本発明材は耐応力腐食割れ性にも優れていることが確認された。
又、高温水中での長時間浸漬試験あるいはストラウス試験（ＪＩＳ Ｇ０５７５）において、本発明材の耐食性が優れていることが確認された。
更に、本実施例では、前述の本発明で作製した仕切り弁から液相拡散接合部を切り出して、弁座材コバルト基合金と弁基材ＳＣＰＨ２との間の接合せん断強度を評価した。その結果、せん断試験による試験片の破断はＳＣＰＨ２内部で生じており、液相拡散接合部のせん断強度はＳＣＰＨ２のせん断強度よりも高いことが確認された。
なお、接合部の金属ミクロ組織観察及び成分分析を行った結果、インサート材側に弁座、弁体及び弁箱の材料に含まれる合金元素が拡散しているのが確認された。特に、耐食性向上に有効なクロムが弁座側からインサート材側に拡散侵入しており、接合部の耐食性が確保された。
以上のように、本実施例によれば、クロム炭化物が平均粒径５μｍ以下の粒状又は塊状に均一に分断されているので、弁の弁座の耐衝撃性・耐食性・耐エロージョン性に優れた各種弁類を提供できる。
更に、平均粒径が５μｍ以下の粒状又は塊状のクロム炭化物を有するコバルト基合金によって弁座の表面が形成されることにより、循環水系統に過酸化水素水等の薬剤が注入され溶存酸素量が増加しても、腐食損傷が生じにくくなる。また、弁体と弁箱との摺動部の耐エロージョン性や摩擦抵抗増加が抑制され、弁座面の荒れによる耐漏洩性能低下も抑制され、これらの効果により保守性も向上される。
本実施例の弁類は、タービン、ポンプ、送風機等の流体機械、内燃機関、化学プラント、火力プラント又は原子力プラントに使用することができる。本実施例が適用される弁の種類は、特に限定されるものではないが、逆止弁、安全弁等のような衝撃摩耗を伴う弁に好適である。
図５は、原子炉の一次冷却材が循環する配管系統を有するABWR原子力発電プラントの概略図である。一次冷却材が循環する配管系統には、図示を省略したが多くの弁が使用されており、これらの弁に実施例１に記載の本発明の弁が適用される。図５の原子力発電プラントにおいて、一次冷却材は、原子炉圧力容器１４で熱せられ、高温高圧蒸気となって主蒸気管１５を通って、高圧夕一ビン１８へ導入される。次いで、高圧タービン１８からの排出した蒸気は低圧夕一ビン１９に導入され、発電機２０を駆動する。高圧タービン１８及び低圧夕一ビン１９からの排出蒸気は、主蒸気復水器２６を経た後、本発明の弁を多数有する給水系６により給水ポンプ３０、高圧給水加熱器３１を経て給水管９を通って原子炉圧力容器１４に復水する。図３には他、冷却材浄化系熱交換器５、給水加熱器７、再循環系配管８、主復水器１０、ほう酸スプレ系のSLCタンク１１、SLCポンプ１２、燃料格納容器１３、給水管１６、湿分分析器１７、主変圧器２１、排気筒２２、オフガス処理系２３、空気抽出器２４、低圧復水ポンプ２５、復水貯蔵槽２７、復水ろ過装置２８、復水脱塩装置２９、制御棒駆動系３２、熱交換器３３、３８、ろ過脱塩器３４、原子炉隔離時冷却系３５、高圧復水ポンプ３６を示している。
以上、本実施例によれば、クロム炭化物が平均粒径５μｍ以下の粒状又は塊状に均一に分断されているので、弁の弁座として高硬度で高靱性、耐衝撃性、耐食性、耐エロージョン性に優れた各種弁類を提供でき、特に、原子力発電プラント内に配備される弁を、本実施例の弁で構成することにより、弁の寿命を延ばすことができる。
又、クロム炭化物を有する共晶炭化物が平均粒径が５μｍ以下の粒状又は塊状に微細に分断されているので、循環水系統に過酸化水素水等の薬剤が注入され溶存酸素量が増加しても、流体中の溶存酸素による共晶炭化物の腐食損傷が生じにくくなり、このため、弁体と弁箱との摺動部の弁座面での耐エロージョン性や摩擦抵抗増加が抑制され、弁座面の荒れによる耐漏洩性能低下も抑制される。これらの効果により保守性も向上される。
１ａ…弁体側の弁座、１ｂ…弁箱側の弁座、３…弁箱、４ａ、４ｂ…弁座シート、５…弁体、１０…試験片、１０ａ、１０ｂ…コバルト基合金リング、１１…試験治具、１２…グラファイトウール。
Claims (16)
- 弁体と弁箱とを備え、互いに摺動する弁座表面に、基地中にクロム炭化物が分散したコバルト基合金部材が形成されている弁において、前記コバルト基合金部材は質量でC 1.0〜3.5%、Si 2%以下、Cr 25〜35%、W 15%以下、Fe 3%以下、Ni 3%以下、Mo 6%以下を含み、残部がCo及び不可避不純物からなり、前記合金部材は静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結によって形成され、前記弁座に拡散接合されていることを特徴とする弁。
- 請求項１において、前記合金部材は、前記静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結後、熱間圧延、熱間鍛造及び熱間据え込み加工のいずれかが施され、前記クロム炭化物の平均粒径が５μｍ以下であることを特徴とする弁。
- 請求項１又は２において、前記合金部材は、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が４００以上であることを特徴とする弁。
- 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記合金部材は、Ｕノッチ衝撃値が５Ｊ／cm ２ 以上であることを特徴とする弁。
- 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記弁体及び前記弁箱が、炭素鋼、低合金鋼及びステンレス鋼のいずれかよりなることを特徴とする弁。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の弁からなることを特徴とする逃がし安全弁。
- 弁体と弁箱とを備え、互いに摺動する弁座表面に、基地中にクロム炭化物が分散したコバルト基合金部材を形成する弁の製造方法において、前記コバルト基合金部材は質量でC 1.0〜3.5%、Si 2%以下、Cr 25〜35%、W 15%以下、Fe 3%以下、Ni 3%以下、Mo 6%以下を含み、残部がCo及び不可避不純物からなり、前記合金部材を前記コバルト基合金よりなる合金粉末を用いて静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結によって形成し、次いで前記弁座に拡散接合することを特徴とする弁の製造方法。
- 弁体と弁箱とを備え、互いに摺動する弁座表面に、基地中にクロム炭化物が分散したコバルト基合金部材を形成する弁の製造方法において、前記コバルト基合金が質量でC 1.0〜3.5%、Si 2%以下、Cr 25〜35%、W 15%以下、Fe 3%以下、Ni 3%以下、Mo 6%以下を含み、残部がCo及び不可避不純物からなり、前記合金部材を前記コバルト基合金よりなる合金粉末を用いて静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結後、熱間圧延、熱間鍛造及び熱間据え込み加工のいずれかによって形成し、次いで前記弁座に拡散接合することを特徴とする弁の製造方法。
- 請求項７又は８において、前記静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結は、前記合金粉末を金属カプセルに充填封入し、静水圧加圧加熱又は熱間押出し加工であることを特徴とする弁の製造方法。
- 請求項７〜９のいずれかにおいて、前記拡散接合は、前記合金部材と弁座との間に前記弁座、弁体及び弁箱の融点よりも低融点のインサート材を介在させて、該インサートの融点以上の温度で加熱保持する液相拡散接合であることを特徴とする弁の製造方法。
- 請求項７〜１０のいずれかにおいて、前記合金粉末を非酸化性ガスアトマイズ法により製造することを特徴とする弁の製造方法。
- 請求項１０又は１１において、前記インサート材は、質量で、Si 3.5〜5.5％及びB 2.0〜4.0％を含むニッケル基合金、Cr 6〜15%、Si 3.5〜5.5％及びB 2.0〜4.0％を含むニッケル基合金、及びP 10〜14％を含むニッケル基合金から選ばれた１つからなることを特徴とする弁の製造方法。
- 水蒸気及び高温水が循環する循環系統を有する火力発電プラントにおいて、前記循環系統内に配置された弁が、請求項１〜６のいずれかに記載の弁によって構成されていることを特徴とする火力発電プラント。
- 水蒸気及び高温水が循環する循環系統を有する原子力発電プラントにおいて、前記循環系統内に配置された弁が、請求項１〜６のいずれかに記載の弁によって構成されていることを特徴とする原子力発電プラント。
- 弁体と弁箱が互いに摺動する弁座表面に、基地中にクロム炭化物が分散したコバルト基合金部材が拡散接合によって形成される弁用部材において、前記コバルト基合金部材は、質量でC 1.0〜3.5%、Si 2%以下、Cr 25〜35%、W 15%以下、Fe 3%以下、Ni 3%以下、Mo 6%以下を含み、残部がCo及び不可避不純物からなる合金粉末を用いて静水圧加圧焼結又は熱間押出し焼結によって形成されていることを特徴とする弁用部材。
- 請求項１５において、前記合金部材は前記焼結後、熱間圧延、熱間鍛造及び熱間据え込み加工のいずれかが施され、前記クロム炭化物の平均粒径が５μｍ以下であることを特徴とする弁用部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004111669A JP4063236B2 (ja) | 2004-04-06 | 2004-04-06 | 弁とその製造方法及びそれを用いた発電プラント並びに弁用部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004111669A JP4063236B2 (ja) | 2004-04-06 | 2004-04-06 | 弁とその製造方法及びそれを用いた発電プラント並びに弁用部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005290529A JP2005290529A (ja) | 2005-10-20 |
| JP4063236B2 true JP4063236B2 (ja) | 2008-03-19 |
Family
ID=35323791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004111669A Expired - Lifetime JP4063236B2 (ja) | 2004-04-06 | 2004-04-06 | 弁とその製造方法及びそれを用いた発電プラント並びに弁用部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4063236B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107725806A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-02-23 | 南通国电电站阀门股份有限公司 | 超临界高压力带旁路扩张式无导流孔平行闸阀 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8231702B2 (en) * | 2006-09-22 | 2012-07-31 | Hoganas Ab (Publ) | Metallurgical powder composition and method of production |
| JP5320992B2 (ja) * | 2008-11-11 | 2013-10-23 | 新日鐵住金株式会社 | 高耐性バーナーチップ |
| JP5323927B2 (ja) * | 2009-03-27 | 2013-10-23 | 国立大学法人 東京大学 | 接合方法 |
| US8667794B2 (en) * | 2011-06-01 | 2014-03-11 | Honeywell International Inc. | Valve seat and gasket for exhaust bypass valve |
| JP5898542B2 (ja) * | 2012-03-22 | 2016-04-06 | 株式会社東芝 | 弁及びそれを用いた発電プラント及び弁の製造方法 |
| US9163589B2 (en) | 2013-05-30 | 2015-10-20 | Honeywell International Inc. | Valve seat and gasket for exhaust gas bypass for turbocharger |
| JP6727114B2 (ja) * | 2016-12-22 | 2020-07-22 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 燃料流路、自動車燃料用高圧ポンプ、及び自動車 |
| JP6960329B2 (ja) * | 2017-12-26 | 2021-11-05 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 耐食耐摩耗盛金の形成方法および耐食耐摩耗弁の製造方法 |
| JP7028808B2 (ja) * | 2019-01-11 | 2022-03-02 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 盛金部の検査方法、及びその方法を使用した弁の製造方法 |
| CN116121667A (zh) * | 2021-11-14 | 2023-05-16 | 重庆三爱海陵实业有限责任公司 | 气门及其耐高温合金 |
-
2004
- 2004-04-06 JP JP2004111669A patent/JP4063236B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107725806A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-02-23 | 南通国电电站阀门股份有限公司 | 超临界高压力带旁路扩张式无导流孔平行闸阀 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005290529A (ja) | 2005-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6896978B2 (en) | Joint construction of cobalt-based alloy | |
| EP2781612B1 (en) | Seamless austenite heat-resistant alloy tube | |
| JP4063236B2 (ja) | 弁とその製造方法及びそれを用いた発電プラント並びに弁用部材 | |
| EP1193316B1 (en) | Nuclear power plant comprising valves made of corrosion resisting and wear resisting alloy | |
| JP2009161802A (ja) | 高耐食性オーステナイト系ステンレス鋼、ならびにそのステンレス鋼を用いて構成した原子力発電プラント、溶接継手および構造部材 | |
| US6672330B2 (en) | Valve bonded with corrosion and wear proof alloy and apparatuses using said valve | |
| US11174536B2 (en) | Transition metal-based materials for use in high temperature and corrosive environments | |
| JP3598977B2 (ja) | 耐食・耐摩耗合金を接合した弁 | |
| JP3503565B2 (ja) | 弁及びそれを用いた原子力発電プラント | |
| Eng et al. | Nickel-base brazing filler metals for aircraft gas turbine application | |
| O'Brien | Development of Materials for Extreme Environment Applications by Laser Powder Bed Fusion | |
| JP2005194602A (ja) | 弁、メカニカルシールおよびその製造方法 | |
| JP3721300B2 (ja) | 弁 | |
| Gandy et al. | Development of a Cobalt-free Hardfacing Alloy-NitroMaxx-PM for Nuclear Applications | |
| JPH1072642A (ja) | 耐摩耗合金及びそれを用いた制御棒駆動装置と原子炉 | |
| JP2003028315A (ja) | 原子力・火力発電プラント用弁装置の製造方法 | |
| Li et al. | Microstructure and Mechanical Properties of High Power CO 2 Laser Welded Inconel 625 Nickel Based Alloy. | |
| Nickel et al. | Life time prediction of thin walled heat exchanger tubes fabricated from FeCrAl-based alloys | |
| Cowles | Application and life prediction of titanium alloys in military gas turbine engines | |
| Swindeman | Application of advanced austenitic alloys to fossil power system components | |
| Zick | HIP-assisted CTE mismatch tooling | |
| JPH09209066A (ja) | 摺動部材用合金材料及び高温度高圧力用機器 | |
| Horowitz | ICONE19-43335 FURTHER BASIC STUDIES NEEDED TO SPECIFY MATERIALS FOR SODIUM COOLED FAST REACTORS | |
| Baglyuk et al. | Examination of the process of activating sintering of high-speed steel powders by differential thermal analysis | |
| Smith Jr et al. | Homogenous alloy powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060525 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070404 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070724 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070913 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071211 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071224 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4063236 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120111 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130111 Year of fee payment: 5 |