JP7016283B2 - 耐高温腐食性を有する耐熱合金、溶接用粉末及び外周面に肉盛溶接層を具える配管 - Google Patents
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400℃以上の高温高腐食雰囲気で用いられる耐熱合金であって、質量%にて、
C:0.2%~0.6%、Si:0%~2.0%、Mn:0%を越えて0.6%以下、Cr:25%~35%、Ni:35%~50%、Nb:0.5%~2.0%、Al:3.0%~6.0%、Y:0.005%~0.05%、残部Fe及び不可避的不純物からなる。
上記記載の耐熱合金からなる。
400℃以上の高温高腐食雰囲気で用いられる配管であって、
管の外周面に、上記溶接用粉末を肉盛溶接した肉盛溶接層を具える。
Cは、高温クリープ破断強度を高める作用があり、ボイラー管などの配管の被覆材として使用することにより、配管に強度を付与する。このため、少なくとも0.2%を含有させる。しかし、含有量があまり多くなると、肉盛溶接層にCr7C3の一次炭化物が幅広く形成され易くなる。また、Al酸化物を形成する際に肉盛溶接層内での移動が抑制されてAlの供給不足が生じ、Al酸化物の局部的な寸断を招き、Al酸化物の連続性が損なわれることがある。このため、上限は0.6%とする。なお、Cの含有量は0.3%~0.5%がより望ましい。
Siは、脱酸剤として、また溶接時の材料の流動性を高めるために含有させる。しかしながら、含有量があまり多くなると高温クリープ破断強度の低下や酸化されて緻密性の低い酸化物の形成を招き、また、溶接性を低下させるので上限は2.0%とする。なお、Siの含有量は1.8%以下が望ましく、1.5%以下がより望ましい。
Mnは、溶湯合金の脱酸剤として、また溶湯中のSを固定するために含有させるが、含有量があまり多くなるとMnCr2O4の酸化物被膜が形成され、また、高温クリープ破断強度の低下を招くので上限は0.6%とする。なお、Mnの含有量は0.3%以下がより望ましい。
Crは、高温強度及び耐酸化性の向上への寄与の目的のため、25%以上含有させる。しかし、含有量があまり多くなるとクロム酸化物(Cr2O3等)が形成され、Al酸化物の形成が阻害されるため、上限は35%とする。なお、Crの含有量は27%~33%がより望ましい。
Niは、耐酸化性及び金属組織の安定性の確保に必要な元素である。また、Niは、Al酸化物の再生能を高める働きがある。また、Niの含有量が少ないと、Feの含有量が相対的に多くなる結果、肉盛溶接層の表面にCr-Fe-Mn酸化物が生成され易くなるため、Al酸化物の生成が阻害される。このため、少なくとも35%以上含有させるものとする。一方で、50%を超えて含有させても、増量による効果は飽和するので、上限は50%とする。なお、Niの含有量は38%~47%がより望ましい。
Nbは、溶接割れの発生を抑え、さらには、NbCを形成してクリープ強度を高めることができるため、0.5%以上含有させる。一方で、Nbは、Al酸化物の耐剥離性を低下させるため上限は2.0%とする。なお、Nbの含有量は1.0%~1.5%がより望ましい。
Alは、Al酸化物を形成する必須材料である。肉盛溶接された肉盛溶接層中におけるAl酸化物の安定形成能や再生能を発揮するために、Alは3.0%以上含有させる。一方で、Alの含有量が6.0%を越えると、これら能力は飽和するから、上限は6.0%とする。なお、Alの含有量は3.0%を越えて5.0%未満がより望ましく、4.0%を越えて5.0%未満がさらに望ましい。
Yは、肉盛溶接の際に溶接ビードの蛇行を抑え、溶接性を高めるために0.005%以上添加する。一方で、Yの含有量が0.05%を越えると、肉盛溶接層の延靭性の低下を招くので、上限は0.05%とする。なお、Yの含有量は0.01%~0.03%がより望ましい。
希土類元素は、周期律表のLaからLuに至る15種類のランタノイドを意味する。希土類元素は、Laを主体とすることが好適であり、Laが前記希土類元素のうち80%以上、望ましくは90%以上占めることが望ましい。希土類元素は、Al酸化物の安定形成能に寄与するため、0.01%以上含有させる。一方で、希土類元素の含有量が0.20%を越えると、この能力は飽和するから、上限は0.20%とする。なお、希土類元素の含有量は0.01%を越えて0.10%以下がより望ましい。
これら元素は何れも、耐浸炭性を高める効果を有し、高温強度改善のために添加する。しかしながら、過剰の添加は延靭性の低下等を招くため、含有量は上記規定のとおりとする。また、W、Moの過度の含有は、母材の耐酸化性の低下を招き、Moは、当量的にWに比して2倍の作用を発揮する。従って、Wの上限2.0%のとき、Moの上限は1.0%とする。
配管は、SUS310Sステンレス鋼、JIS G3461(STB340、STB410)などの炭素鋼等の一般的なボイラー管用途の鋼材を使用することができる。配管の製造方法は、とくに限定されるものではない。
次に、配管の外周面にPPWやPTA溶接などによって、上記組成の耐熱合金からなる溶接用粉末を肉盛溶接する。溶接用粉末には、上記範囲でYを含有しているため、溶接ビードの蛇行が抑えられ、良好な溶接性を具備する。これにより、外周面には略均一な肉盛溶接層が形成された配管を得ることができる。肉盛溶接層は、機械的強度を具備しつつ、耐高温腐食性を発揮するために、厚みが1.0mm~3.5mmとなるように形成することが好適である。
肉盛溶接層の表面には、肉盛溶接で発生した溶金部とその周囲に表面酸化物が残留していることがある。これら残留物は、Al酸化物の形成能を低下させ、また、ボイラー管等の配管として使用したときに、乱流を発生させ、圧損を招くことがある。従って、必要に応じ、これら残留物を研削によって除去することができる。本発明の肉盛溶接層は、溶接性にすぐれているから酸化物を除去し易く、Al酸化物の形成能を向上させることができる。研削方法として、平面研削、グラインダー研磨、ブラスト処理を例示できる。
配管は、酸化性雰囲気下で熱処理することで、肉盛溶接層にAl酸化物を好適に形成することができる。熱処理は必須ではないが、熱処理を行なうことで肉盛溶接層にAl酸化物を均一に形成することができる。
Claims (6)
- 400℃以上の高温高腐食雰囲気で用いられる耐熱合金であって、質量%にて、
C:0.2%~0.6%、Si:0%~2.0%、Mn:0%を越えて0.6%以下、Cr:25%~35%、Ni:35%~50%、Nb:0.5%~2.0%、Al:3.0%~6.0%、Y:0.005%~0.05%、希土類元素:0.009%~0.20%、残部Fe及び不可避的不純物からなる、
耐熱合金。 - 質量%にて、希土類元素は、0.01%以上である、
請求項1に記載の耐熱合金。 - 質量%にて、Mo:0%を越えて1.0%以下をさらに含む、
請求項1又は請求項2に記載の耐熱合金。 - 請求項1乃至請求項3の何れかに記載の耐熱合金からなる、
溶接用粉末。 - 400℃以上の高温高腐食雰囲気で用いられる配管であって、
管の外周面に、請求項4に記載の溶接用粉末を肉盛溶接した肉盛溶接層を具える、
配管。 - 前記肉盛溶接層は、厚みが1.0mm~3.5mmである、
請求項5に記載の配管。
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