JP7073563B1 - Ｎｉ基合金及びこれからなる熱処理炉用部品 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、耐アルカリ腐食性と溶接性にすぐれるＮｉ基合金、及び、当該ニッケル基合金からなる熱処理炉用部品を提供する。【解決手段】本発明の耐アルカリ腐食性と溶接性にすぐれるＮｉ基合金は、質量％にて、Ａｌ：８．０％～１６．０％、Ｚｒ：０．０１％以上、Ｂ：０．００１％以上、及び、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなり、Ａｌ：１２．０％超～１３．５％未満を除き、ＺｒとＢは合計量で３．０％以下である。表面に少なくともＮｉ３Ａｌと、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、又は、ＮｉＺｒ化合物の何れかが析出しており、析出したＮｉ３Ａｌ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＺｒ化合物の面積率は、０．２＜（Ｎｉ＋ＮｉＡｌ＋ＮｉＺｒ化合物）／Ｎｉ３Ａｌ＜２．０とすることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、耐アルカリ腐食性と溶接性にすぐれるＮｉ基合金、及び、当該Ｎｉ基合金からなる熱処理炉用部品に関するものである。

焼成炉等の熱処理炉では、熱や腐食雰囲気に曝される部品に、耐熱性はもちろん、耐アルカリ腐食性が要求される。このような部品に用いられる合金として、特許文献１では、Ａｌ：２．０～５．０重量％、Ｃｒ：０．８％～４．０％、その他Ｓｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ｚｒを含み、残部Ｎｉ及び不可避不純物としたＮｉ基合金が提案されている。

近年、電動車両用等に用いられるリチウムイオン電池や固体電池などの電池市場が急速に拡大している。これら電池の正極材料は、ローラーハースキルンやロータリーキルンなどの焼成炉を用いて製造される。正極材料は、強アルカリ性材料であるから、焼成炉で使用され、正極材料と直接接触するレトルトの如き熱処理炉用部品には、すぐれた耐アルカリ腐食性が要求される。

特開２０１４－８０６７５号公報

正極材料と直接接触する熱処理炉用部品には、正極材料と化学反応する物質の添加が好まれない。たとえば、Ｃｒは正極材料と化学反応するため、この種の熱処理炉用部品には使用できない。

一方で、熱処理炉用部品は、部材どうしを接合、或いは、補修等が必要になるから、すぐれた溶接性が要求される。

本発明の目的は、耐アルカリ腐食性と溶接性にすぐれるＮｉ基合金、及び、当該ニッケル基合金からなる熱処理炉用部品を提供することである。

本発明の耐アルカリ腐食性と溶接性にすぐれるＮｉ基合金は、
質量％にて、
Ａｌ：８．０％～１６．０％、
Ｚｒ：０．０１％以上、
Ｂ：０．００１％以上、及び、
残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなり、
Ａｌ：１２．０％超～１３．５％未満を除き、
ＺｒとＢは合計量で３．０％以下である。

Ａｌの含有量は、質量％にて、９．５％～１１．５％とすることが好ましい。

表面に少なくともＮｉ_３Ａｌと、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、又は、ＮｉＺｒ化合物の何れかが析出しており、
析出したＮｉ_３Ａｌ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＺｒ化合物の面積率は、
０．２＜（Ｎｉ＋ＮｉＡｌ＋ＮｉＺｒ化合物）／Ｎｉ_３Ａｌ＜２．０とすることができる。

また、Ｎｉ基合金は、Ｃｒを含まない構成とすることができる。

また、本発明の熱処理炉用部品は、
電極材の製造に用いられる熱処理炉用部品であって、
上記記載のＮｉ基合金からなる。

また、本発明の熱処理炉用部品は、
電極材の製造に用いられる熱処理炉用部品であって、
上記記載のＮｉ基合金からなる管体どうしを溶接接続してなる。

本発明のＮｉ基合金は、耐アルカリ腐食性と溶接性にすぐれる。また、リチウムイオン電池や固体電池などの電極材である正極材料と化学反応する材料を含んでいないから、電極材である正極材料の製造に用いられるレトルトの如き熱処理炉用部品として好適である。

図１は、ビード置き試験の判定基準を示す説明図である。 図２（ａ）は、発明例２のＰＴ後写真であって、（ｂ）は発明例３、（ｃ）は比較例６を示している。

本発明は、耐アルカリ腐食性と溶接性にすぐれたＮｉ基合金、及び、当該Ｎｉ基合金からなるレトルト等の熱処理炉用部品を提供するものである。

発明者等は、Ｎｉ基合金にＺｒとＢを含有する条件下、Ａｌの含有量を調整することで、Ｎｉ相及び金属間化合物である、Ｎｉ_３Ａｌ相、ＮｉＡｌ相の析出量、また、ＺｒとＮｉの金属間化合物であるＮｉＺｒ化合物（Ｎｉ_５ＺｒやＮｉ_７Ｚｒ_２など）を調整することができ、耐アルカリ腐食性を具備し、溶接性も具備するＮｉ基合金が得られることを見いだした。

より詳細には、Ｎｉ_３Ａｌ相が多いほど、耐アルカリ腐食性は向上するが、溶接性は低下する。一方で、Ｎｉ相又はＮｉＡｌ相が多いと耐アルカリ腐食性は低下するが、溶接性は向上することがわかった。そこで、ＺｒとＢの存在下、Ａｌの含有量を所定の範囲とすることで、Ｎｉ相、Ｎｉ_３Ａｌ相、ＮｉＡｌ相、ＮｉＺｒ化合物の析出量を調整して、耐アルカリ腐食性を具備しつつ、溶接性にすぐれたＮｉ基合金を得ることができた。

望ましくは、Ｎｉ_３Ａｌと、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、又は、ＮｉＺｒ化合物の範囲は、Ｎｉ基合金の表面に析出したＮｉ_３Ａｌ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＺｒ化合物の面積率が０．２＜（Ｎｉ＋ＮｉＡｌ＋ＮｉＺｒ化合物）／Ｎｉ_３Ａｌ＜２．０となることで、耐アルカリ腐食性と溶接性を具備できる。より望ましくは（Ｎｉ＋ＮｉＡｌ＋ＮｉＺｒ化合物）／Ｎｉ_３Ａｌの上限は１．５未満、下限は０．２３以上である。

本発明のＮｉ基合金は、所望の製品形態に応じて、たとえば鋳造合金として様々な構造部材の製造に使用でき、とくに耐アルカリ腐食性と溶接性の要求される用途への適用に好適である。また、本発明のＮｉ基合金は、８００～１０００℃の高酸素雰囲気や、高いアルカリ腐食環境においても特性変化が少なく、また、使用される材料との反応も抑えられるから、ロータリーキルンの炉心管の材料などの熱処理炉用の部品、とくにリチウムイオン電池や固体電池などの電極材である正極材料と接触するレトルトなどの熱処理炉用部品に好適である。本発明のＮｉ基合金は、溶接性にすぐれるから、熱処理炉用部品に適用した場合、部材（たとえば管体の形態）どうしを溶接により接合、或いは、補修等することができる。

本発明のＮｉ基合金及びこれからなる熱処理炉用部品は、遠心鋳造や砂型静置鋳造などの鋳造法、肉盛、溶射などの様々な製法によって作製できる。さらに、この例示に限定されず、これまでセラミックが適用されてきた焼成装置（たとえば焼成トレイ、焼成ローラー）などに用いられる様々な耐熱・耐食部品やアルミ溶湯部品にも適用できる。なお、これらの例示は、本発明のＮｉ基合金の適用を限定するものではない。

本発明のＮｉ基合金及びこれからなる熱処理炉用部品は、好ましくは、遠心鋳造や静置鋳造などの鋳造法により作製する。鋳造は、金型遠心鋳造や金型静置鋳造を採用し、溶湯を冷却しながら鋳込みを行なうことが好適である。冷却は、鋳造時の鋳込み温度から１０００℃までの冷却速度が２０℃／ｍｉｎ以上となるように施すことが好適である。冷却速度は、溶湯表面の温度を測定したものである。冷却速度は、（鋳込み温度－１０００℃）／（鋳込み開始から１０００℃までの時間：分）で算出できる。１０００℃までの冷却速度としたのは、１０００℃付近でＮｉ基合金に含まれる不純物不可避元素が凝固するためであり、ここまでの温度低下を規定することで溶接性に悪影響を及ぼす化合物を押湯部分や切削予定部分に移動させることができる。

冷却速度は、３０℃／ｍｉｎ以上とすることがより好適である。望ましくは、鋳造時の鋳込み温度から１０００℃までの冷却速度は３５℃／ｍｉｎ以上であり、最も望ましくは４０℃／ｍｉｎである。

冷却速度を上記のように設定することで、組織の肥大化を抑え、各組織間の粒界を小さくすることができる。粒界には、微量ではあるが不純物不可避元素からなる低融点化合物が存在し、これらが溶接性に悪影響を及ぼすことになるが、粒界を小さくできたことで、低融点化合物の発生を抑え、溶接性の向上を図ることができる。

また、本発明のＮｉ基合金の主たる組織はＮｉ_３Ａｌであり、冷却速度が上記よりも遅い場合には、Ｎｉ_３Ａｌ相が肥大化し、他組織と比べて多くなる。その結果、上記した（Ｎｉ＋ＮｉＡｌ＋ＮｉＺｒ化合物）／Ｎｉ_３Ａｌの相比が小さくなり、溶接性が低下する。

従って、鋳造法を採用する場合、冷却速度は上記範囲とすることが望ましい。

＜成分限定理由＞
上記を達成するため、本発明のＮｉ基合金は、以下の組成を含有する。なお、特に明示しない限り、「％」は質量％である。

Ａｌ：８．０％～１６．０％、ただし、１２．０％超～１３．５％未満を除く
Ａｌは、Ｎｉ基合金に含まれるＮｉ相の析出、また、金属間化合物であるＮｉ_３Ａｌ相やＮｉＡｌ相の析出に寄与する。上記のとおり、耐アルカリ腐食性を向上させるためには、Ｎｉ_３Ａｌ相を多く析出させる必要があり、Ａｌは、少なくとも８．０％以上、１６．０％以下の範囲で含有させる。望ましくは、Ａｌは９．０％以上である。一方で、Ｎｉ_３Ａｌ相が多く析出すると、溶接性は低下する。この溶接性の低下を防止するために、Ｎｉ基合金にＮｉ相又はＮｉＡｌ相を析出させる必要がある。しかしながら、過度のＮｉ相又はＮｉＡｌ相の析出は耐アルカリ腐食性を低下させる。そこで、耐アルカリ腐食性を確保しつつ、溶接性を具備する程度のＮｉ相を析出させるために、Ａｌの含有量は１２．０％以下、より望ましくは１１．５％以下とする。また、耐アルカリ腐食性を確保しつつ、溶接性を具備する程度のＮｉＡｌ相を析出させるために、Ａｌの含有量は１３．５％以上とする。すなわち、耐アルカリ腐食性と溶接性の観点から、好適にＮｉ相、Ｎｉ_３Ａｌ相、ＮｉＡｌ相を析出するために、Ａｌの含有量は、８．０％～１６．０％、ただし、１２．０％超～１３．５％未満を除く範囲とする。望ましくは、Ａｌの下限は９．０％であり、より望ましくは９．５％である。

その他、Ａｌは、材料表面に酸化被膜を生成することにより耐酸化性を向上させる効果もある。

Ｎｉ：残部
Ｎｉは、高い高温延性を具備するＮｉ基合金の基本元素である。Ｎｉは、Ａｌと結合して金属間化合物Ｎｉ_３Ａｌを生成させて、高温における耐アルカリ腐食性の向上に寄与する。また、Ｎｉ相やＮｉＡｌ相は溶接性の向上に寄与する。

Ｚｒ：０．０１％以上
Ｚｒは、Ｎｉ基合金の溶接割れ感受性を改善するため、０．０１％以上を含有する。Ｚｒは、Ｎｉ基合金の粒界に分布するため、結晶粒界における割れ感受性を低下させることができる。また、Ｚｒは、Ｎｉとの複合添加により、耐アルカリ腐食性を高め、また、高温強度や延性を向上させる。一方で、Ｚｒの含有量を過度に多くしても、溶接割れ感受性の改善効果は飽和するため、上限は次に説明するＢとの合計量で３．０％以下、望ましくは２．０％以下とする。Ｚｒの下限は０．８％、上限は２．０％が好適である。望ましくは、Ｚｒの上限は１．８％である。

Ｂ：０．００１％以上
Ｂは、粒界に分布して、延性を高めると共に、高温でのクリープ破断強度を向上させるため、選択的に含有させる。これらの効果は、Ｂが微量であっても得られるため、０．００１％以上含有させる。Ｂの含有量は、上記Ｚｒの合計量で３．０％以下、望ましくは２．０％以下とする。Ｂの含有量は、より好適には０．００３％以上、望ましくは０．０１％以上とする。Ｂの上限は０．１％が好適であり、望ましくは０．０２５％、より望ましくは０．０２％である。

不可避的不純物
不可避的不純物として、通常の溶製技術上不可避的に混入する元素として、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｚｎ，Ｏ、Ｐ、Ｎ、Ｈを例示できる。これらの元素は、夫々最大０．５％以下、望ましくは合計量で０．５％以下であれば、その含有が許容される。一方で、本発明のＮｉ基合金を電極材である正極材料と接触するレトルトの如き熱処理炉用部品に用いる場合、正極材料と化学反応するＣｒの添加は許容されない。すなわち、本発明のＮｉ基合金はＣｒを含まない構成とすることが望ましい。

耐熱・耐食部品や熱処理炉用部品は、上記組成範囲となるように成分元素を配合し、静置鋳造等により作製することができる。もちろん、製造方法は、遠心鋳造や静置鋳造の如き鋳造法、肉盛、溶射などの様々な製法を採用できる。鋳造法の場合、金型遠心鋳造や金型静置鋳造を用い、Ｎｉ基合金の冷却速度を上記したとおりに調整することが望ましい。

以下の製造方法により表１に掲げる合金組成のＮｉ基合金のテストピースを作製した。実施例１では、Ｎｉ系金属間化合物などの析出相の同定を実施し、相比を算出した。また、実施例２では、各テストピースについて、製造性、溶接性試験と耐アルカリ腐食性試験を実施した。また、供試例は、発明例１～２０と比較例１～８であり、各成分を表１に示す。

＜テストピースの成分の説明＞
表１に示すとおり、発明例１～２０は、本発明範囲に含まれるＮｉ基合金である。比較例１はＡｌが本発明範囲（Ａｌ：８．０％以上）から外れるもの、比較例２～４はＺｒ＋Ｂの合計量が本発明範囲（Ｚｒ＋Ｂ：３．０％以下）を超えるもの、比較例５～７はＡｌが本発明範囲（Ａｌ：１２．０％超～１３．５％未満を除く）から外れるもの、さらに、比較例８は、Ａｌが本発明範囲（Ａｌ：１６．０％以下）を超えるものである。

＜テストピースの製造方法＞
各々の成分元素が後述する表１に掲げる含有量となるように、各々の成分元素の原材料を配合した。配合された原材料をアルミナ製るつぼ（内径１８５ｍｍ×高さ３３０ｍｍ）に入れ、高周波溶解炉にてアルゴンシールを行なった状態で溶解した。溶解温度は、たとえば１６００～１７２０℃とした。次に、Ｎｉ基合金の溶湯を取鍋に移し、大気雰囲気下で金型遠心鋳造（表１中「金型遠心」）、または、砂型を用いた静置鋳造（同「砂型静置鋳造」）を行なってＮｉ基合金のインゴットを作製した。得られたインゴットから各種試験用のテストピースを作製した。

金型遠心、砂型静置鋳造時の冷却速度は、（鋳込み温度－１０００℃）／（鋳込み開始から１０００℃までの時間：分）が表１中「冷却速度」の欄に示す速度となるように夫々調整した。

なお、表１中、各成分は「質量％」で示しており、「その他成分」に記載した成分以外の不可避的不純物は記載を省略している。

＜析出相の同定＞
テストピースの表面に析出するＮｉ系金属間化合物（Ｎｉ_３Ａｌ相、ＮｉＡｌ相、Ｎｉ_５Ｚｒ、Ｎｉ_７Ｚｒ_２などＮｉＺｒ化合物相）およびＮｉ相の析出相を同定した。

析出した各相の面積率について、Ｎｉ_３Ａｌ相に対するＮｉ相、ＮｉＡｌ相、ＮｉＺｒ化合物相の合計量の割合を算出した。結果を表２に示す。表２中、各相の面積率は「Ｎｉ相」、「Ｎｉ_３Ａｌ相」、「ＮｉＡｌ相」、「ＮｉＺｒ化合物相」に示しており、単位は面積％である。また、Ｎｉ_３Ａｌ相に対するＮｉ相、ＮｉＡｌ相、ＮｉＺｒ化合物相の合計量の割合は、「（Ｎｉ＋ＮｉＡｌ＋ＮｉＺｒ）／Ｎｉ_３Ａｌ」に示す。

表２を参照すると、発明例は、発明例１～５、７、９～１１、１５、１７～２２０が０．２＜（Ｎｉ＋ＮｉＡｌ＋ＮｉＺｒ）／Ｎｉ_３Ａｌ＜２．０であった。一方、その他の発明例と、比較例８以外の比較例は、（Ｎｉ＋ＮｉＡｌ＋ＮｉＺｒ）／Ｎｉ_３Ａｌが０．２以下又は２．０以上であった。

＜製造性＞
得られたインゴットの製造性を、鋳造性と加工性で評価した。先に結果を表３に示す。

＜製造性：鋳造性＞
鋳造性は、得られた試験片の表面状態を観察することで評価した。鋳造性は「１」、「２」、「５」で点数化した。点数は低いものほど鋳造性にすぐれることを意味し、点数「５」は実製品として使用が困難な供試例である。具体的には、鋳造時に異物噛みや引け巣等が発生するが、加工等で除去可能な場合、鋳造性の点数を「１」とした。一方、鋳造時に異物噛みや引け巣、偏析等が発生するが、加工等で除去可能な場合、鋳造性の点数を「２」、鋳造時に異物噛み、引け巣および偏析等の鋳造不良が発生し易く、肉厚中央部にもこれらが存在して加工等で除去できない場合、鋳造性の点数は「５」とした。表３中「鋳造性（点数）」に示すように、比較例８のみ鋳造性が点数「５」であり、その他の発明例、比較例は何れも鋳造性の点数が「１」又は「２」であり、鋳造品質の問題はなかった。比較例８の鋳造性が悪いのは、Ａｌが過多のためである。

＜製造性：加工性＞
加工性は、得られたインゴットに切削加工を施し、加工時間又は加工ツールの消耗状況で評価した。加工性も「１」、「２」、「５」で点数化した。点数は低いものほど鋳造性にすぐれることを意味し、点数「５」は実製品として使用が困難な供試例である。具体的には、加工に時間が掛からず、加工ツールの消耗もない場合、加工性の点数を「１」とした。一方、加工に時間が掛かり、加工ツールの消耗が激しいが加工可能な場合、加工性の点数を「２」、加工ツールの消耗が激しく、加工が不能な場合、加工性の点数を「５」とした。表３中「加工性（点数）」に示すように、比較例８のみ加工性の点数が「５」であった。その他の発明例、比較例は何れも加工性の点数が「１」又は「２」であり、加工性に問題はなかった。

＜製造性評価＞
上記した鋳造性と加工性の点数から製造性を評価した。製造性評価は、鋳造性と加工性の点数を加算し、その和が「２」のものを評価「◎（excellent）」、「３」又は「４」のものを評価「○（good）」、和が「５」以上を評価「×（bad）」とした。結果を表３中、「製造性」の「評価」に示す。

表３を参照すると、発明例、比較例は何れも比較例８を除き、「◎（excellent）」又は「○（good）」であり、製造性に問題はなかった。比較例８の製造性が悪いのは、Ａｌが過多のためである。

＜溶接性＞
溶接性は、ビード置き試験により判定した。ビード置き試験は、テストピースの供試面にグラインダーにより機械加工を施し、Ｎｉ９０．０％以上の溶接棒を用いたＴＩＧ溶接によりビードを形成し、その表面状態を観察することで実施した。ビードはストレートビード、ビード長は５０～１００ｍｍである。

＜溶接性：予熱及び予後熱有無＞
なお、ビード置き試験に際し、予熱、予後熱なしでも溶接は可能であるが、予熱、予後熱を施した方が良好な溶接性を示す。予熱温度と予後熱の有無を表３に示す。予熱温度「３０℃」は予熱なし（室温）であり、予熱温度が３０℃超のものは、予熱を行なっている。また、予熱を行なった発明例と比較例については、ビード形成の後、予後熱を加えた。

＜溶接性：溶接試験＞
ビードが形成された各テストピースに浸透探傷試験（ＰＴ：liquid Penetrant Testing）を実施した。そして、ビード及び熱影響部から浸み出す浸透液（指示）の有無、また、その位置により溶接試験結果を得て点数化した。具体的には、図１（ａ）に示すように、ビード１０及びビード１０以外の部分に点状欠陥や割れがないものは溶接性の点数を「１」とした。また、図１（ｂ）に示すように、点状欠陥１２があっても、ビード１０の最終位置であるクレータ１１にのみ存在する場合、または、ビード１０の横のみに存在する場合は、溶接性の点数を「２」とした。一方で、図１（ｃ）に示すように、クレータ１１以外の部分に割れ１３が存在する場合は許容されないため、溶接性の点数を「５」とした。

図２（ａ）は発明例２のＰＴ後写真、図２（ｂ）は発明例３のＰＴ後写真、図２（ｃ）は比較例６のＰＴ後写真である。図を参照すると、発明例２はビード上およびビード周辺にほとんど指示は見られないため、溶接性の点数は「１」、発明例３はビード１０の左端と右側のクレータ１１部分に一部に点状欠陥１２である浸透液の浸み出し（指示）２０が見られるが、その他の点状欠陥や割れの指示は見られないため、溶接性の点数は「２」であった。一方、比較例６はビード１０上、ビード１０の外周及びＮｉ基合金３０の熱影響部に全面的な浸透液の浸み出し（指示）２０が見られるため溶接性の点数は「５」であった。

「予熱及び予後熱の有無」と、「溶接性の点数」に基づいて、発明例と比較例の溶接性を判定した。「予熱、予後熱なし」且つ溶接の点数が「１」の場合、溶接性「◎（excellent）」、「予熱、予後熱あり」ではあるが溶接性の点数が「１」又は「２」であれば「○（good）」、予熱、予後熱の有無に拘わらず、溶接性の点数が「５」であれば「×（bad）」とした。結果を表３「溶接性」の「評価」に示す。

表３を参照すると、発明例は何れも溶接性の評価は「◎（excellent）」または「○（good）」であった。具体的には、発明例について、発明例２、４及び５は、「◎（excellent）」、すなわち、「予熱、予後熱なし」でもすぐれた溶接性を呈していた。その他発明例は、予熱と予後熱は必要であるが溶接性の点数が「１」又は「２」であったため、何れも溶接性「○（good）」であった。溶接性については、表１を参照すると、Ｎｉ相の析出量、或いは、ＮｉＡｌ相の析出量が多いほどすぐれることがわかる。

一方、比較例は、比較例１と２が「◎（excellent）」であった。比較例１の溶接性が「◎（excellent）」であったのは、Ａｌ含有量が低く、溶接性にすぐれるＮｉ相が多く析出したためである（以下、相については表１も参照）。比較例２と比較例３は、テストピースの製造方法が金型遠心であるか、砂型静置鋳造であるかの違いであるが、比較例３は溶接性の点数が「５」であり溶接性は「×（bad）」であった。比較例２のＮｉ基合金が溶接性にすぐれるのは、金型遠心により冷却速度が１００．０℃／ｍｉｎと速く、Ｎｉ_３Ａｌ相の析出を抑えることができ、溶接性にすぐれるＮｉ相が多く析出したためである。また、比較例８の溶接性は「○（good）」であった。これは、Ａｌ含有量１６．０％を超えた結果、溶接性にすぐれるＮｉＡｌ相が多く析出したためである。比較例２～７は、溶接試験結果の点数が「５」であり、溶接性は「×（bad）」であった。比較例３と４は、Ｚｒ＋Ｂの合計量が本発明の範囲（３．０％以下）を超えていること、また、テストピースの製造方法が砂型静置鋳造であって、その冷却速度が８．０℃／ｍｉｎと遅く、溶接性に劣るＮｉ_３Ａｌ相が多く析出したことで、溶接性が「×（bad）」となった。比較例５～７は、Ａｌ含有量が本発明の範囲（Ａｌ：１２．０％超～１３．５％未満を除く）から外れた結果、溶接性に劣るＮｉ_３Ａｌ相が多く析出し、溶接性が「×（bad）」となった。

＜耐アルカリ腐食性試験＞
耐アルカリ腐食性試験は、次の要領で実施した。まず、各々のテストピースから、縦幅１０ｍｍ×横幅４０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの板状の観察試験片を２個ずつ作製し、試験面を＃４０の研磨紙で研磨した。そして、リチウム化合物を主体とするアルカリ金属塩などのアルカリ腐食試験用粉末を試験面に載せた各々のテストピースを９０％以上の酸素雰囲気下、９００℃で５時間焼成した。試験面に新たなアルカリ腐食性の粉末を毎回載せ替えて、この焼成を１０回繰り返した。すべての焼成終了後、各々の観察試験片の中央部を切断して、切断面を鏡面研磨し、シュウ酸浴中で電解することによりエッチングした。エッチングした切断面は、エタノールで脱脂して乾燥させた。その後、デジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンス製）で切断面を観察し、試験面から厚さ方向に伸びるアルカリ腐食跡として減肉量及び粒界差込腐食長さの合計を腐食深さとして測定し、点数化した。腐食深さが１．０ｍｍ未満である場合を点数「１」とした。また、腐食深さが１．０ｍｍ以上且つ１．５ｍｍ未満である場合は点数「２」とした。一方、アルカリ腐食跡の程度が著しくて腐食深さの測定が不可能である場合、又は、腐食深さが１．５ｍｍ以上である場合、実製品として使用できないためアルカリ腐食試験の点数を「５」とした。「腐食深さ（ｍｍ）」と共に、表３に「耐アルカリ腐食性」の欄に「点数」で示す。なお、本試験数値は一例であり、焼成条件の違いやアルカリ腐食試験用粉末の種類等により腐食深さの数値（ｍｍ）にバラつきは発生するが、同様の傾向が得られる。

得られた腐食深さと点数に基づき、耐アルカリ腐食性評価を行なった。評価は、点数が「１」のものを評価「◎（excellent）」、点数「２」を評価「○（good）」、点数「５」を評価「×（bad）」とした。

表３「耐アルカリ腐食性」の「評価」に示すように、発明例は何れも評価「◎（excellent）」または「○（good）」であった。一方で、溶接性の評価が「◎（excellent）」であった。これらより、Ｎｉ_３Ａｌ相の析出量が多いほど、耐アルカリ腐食性が向上していることがわかる。一方、比較例１、２は、耐アルカリ腐食性評価が「×（bad）」であった。これは、耐アルカリ腐食性にすぐれるＮｉ_３Ａｌ相が少なかったことによる。また、その他の比較例のうち、比較例５～７は「◎（excellent）」比較例３と８は「○（good）」、比較例４は「×（bad）」であった。比較例４は、Ａｌは本発明範囲に含まれるが、Ｚｒが本発明範囲よりも多くなった結果、ＮｉＺｒ化合物であるＮｉ_７Ｚｒ_２相が過多に析出し、耐アルカリ腐食性に悪影響を与えため、耐アルカリ腐食性が低下した。

＜溶接性と耐アルカリ腐食性の合計評価＞
実施例２で実施した「溶接性」と「耐アルカリ腐食性」の試験について、合計評価を行なった。表３を参照すると、「溶接性」と「耐アルカリ腐食性」の評価が共に「◎（excellent）」のものはなかった。そこで、溶接性試験結果の点数と、耐アルカリ腐食性試験の点数を合計し、その合計が「３」以下の場合を合計評価「◎（excellent）」、合計が「４」の場合を合計評価「○（good）」、合計が「５」以上の場合を合計評価「×（bad）」とした。結果を表４中、合計評価（溶接性＋耐アルカリ腐食性）に示す。

表４を参照すると発明例は何れも評価「◎（excellent）」または「○（good）」であり、「溶接性」と「耐アルカリ腐食性」の両方にすぐれていた。一方、比較例は、比較例８が「○（good）」であるが、その他はすべて「×（bad）」であった。なお、比較例８は、「製造性」の評価が「×（bad）」であるから、鋳造性や加工性に劣り、実製品への使用は適当でないことがわかる。

本発明に規定した組成のＮｉ基合金は、溶接性と耐アルカリ腐食性の両方にすぐれることがわかる。

＜総合評価＞
上記した「溶接性と耐アルカリ腐食性」の「合計評価」に加え、「製造性」を含めた総合評価を行なった。総合評価は、「溶接性」、「耐アルカリ腐食性」、「製造性」で夫々数値化した点数の合計で評価した。具体的には、点数の合計が「５」以下の場合を総合評価「◎（excellent）」、合計が「６」または「７」の場合を総合評価「○（good）」、合計が「８」以上を総合評価「×（bad）」とした。結果を表４中「総合評価」に示す。

表４を参照すると、発明例は何れも評価「◎（excellent）」または「○（good）」であり、溶接性、耐アルカリ腐食性だけでなく製造性にもすぐれていた。一方、比較例は、製造性、溶接性、耐アルカリ腐食性の何れかで実製品として使用に不向きな点数「５」が含まれた結果、合計点数が「８」以上となり、総合評価「×（bad）」であった。

上記より、本発明で規定する組成、或いは、組成と相比を有するＮｉ基合金は、製造性、溶接性及び耐アルカリ腐食性にすぐれることがわかる。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

１０ ビード
１１ クレータ
１２ 点状欠陥
１３ 割れ（クレータ以外）
２０ 浸透液の浸み出し
３０ Ｎｉ基合金

Claims (6)

1. 質量％にて、
   Ａｌ：８．０％～１６．０％、
   Ｚｒ：０．６８％以上２．９９９％以下、
   Ｂ：０．００１％以上０．０３３％以下、
   残部Ｎｉ及び溶製技術上不可避的に混入する不可避的不純物からなり、
   Ａｌ：１２．０％超～１３．５％未満を除き、
   ＺｒとＢは合計量で３．０％以下である、
   耐アルカリ腐食性と溶接性にすぐれるＮｉ基合金。
2. Ａｌの含有量は、質量％にて、９．５％～１１．５％である、
   請求項１に記載のＮｉ基合金。
3. 表面に少なくともＮｉ_３Ａｌ相と、Ｎｉ相、ＮｉＡｌ相、又は、ＮｉＺｒ化合物相の何れかが析出しており、
   析出したＮｉ_３Ａｌ相、Ｎｉ相、ＮｉＡｌ相、ＮｉＺｒ化合物相の面積率は、
   ０．２＜（Ｎｉ相＋ＮｉＡｌ相＋ＮｉＺｒ化合物相）／Ｎｉ_３Ａｌ相＜２．０である、
   請求項１又は請求項２に記載のＮｉ基合金。
   
4. Ｃｒを含まない、
   請求項１乃至請求項３の何れかに記載のＮｉ基合金。
5. 電極材の製造に用いられる熱処理炉用部品であって、
   請求項１乃至請求項４の何れかのＮｉ基合金からなる、
   熱処理炉用部品。
6. 電極材の製造に用いられる熱処理炉用部品であって、
   請求項１乃至請求項４の何れかのＮｉ基合金からなる管体どうしを溶接接続してなる、
   熱処理炉用部品。

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