JPH0794163B2 - ステンレス鋼を用いたグラスライニング機器およびその製造方法 - Google Patents

ステンレス鋼を用いたグラスライニング機器およびその製造方法

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JPH0794163B2
JPH0794163B2 JP27979988A JP27979988A JPH0794163B2 JP H0794163 B2 JPH0794163 B2 JP H0794163B2 JP 27979988 A JP27979988 A JP 27979988A JP 27979988 A JP27979988 A JP 27979988A JP H0794163 B2 JPH0794163 B2 JP H0794163B2
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公志 宮崎
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ステンレス鋼を用いたグラスライニング機器
およびその製造方法に関し、詳細にはグラスライニング
層で被覆されたステンレス鋼材の表面におけるグラス被
覆端部の剥離を防止し得るようにしたグラスライニング
機器およびその製造方法に関する。
(従来の技術) グラスライニングは、サンドブラストを施してスケール
除去した母材金属面に施釉、焼成(800〜900℃)を繰返
して金属表面にガラスを融着被覆するものである。該グ
ラスライニングにより、母材のもつ機械的強度とガラス
のもつ耐食性、耐付着性等の優れた性質とを兼ね備えた
複合材料(グラスライニング材)が得られる。かかるグ
ラスライニング材は、化学工業、医薬品工業、食品工業
等の分野で各種の機器や部品類(以下、グラスライニン
グ機器という)として広く使われている。
このようなグラスライニング機器において、グラスライ
ニング施工は機器や装置の母材金属表面の接液面など、
主としてグラスライニング層の有する耐食性、耐付着性
等の優れた性質が要求される部分についてのみ行われ
る。故に、グラスライニング機器には、グラスライニン
グ層で被覆された部分と非被覆部との境界部(以降、ラ
イニング端部という)が必ず存在する。
上記グラスライニング機器の母材金属には、通常は炭素
鋼が使用されるが、ステンレス鋼が一部或いは全部に使
用される場合がある。例えば、酒タンク等の醸造用機器
は、本体には炭素鋼が使用されるが、腐食防止の点から
そのノズル及びフランジ部にはステンレス鋼が使用され
る。医薬品等の分野で外面にサニタリー仕上げが要求さ
れるものは、母材金属の全てのステンレス鋼が使用され
る。又、炭素鋼は低温で脆化し、−10℃程度までしか使
用できない事から、低温用の機器の母材金属にも、ステ
ンレス鋼が使用される。
(発明が解決しようとする課題) このように母材金属にステンレス鋼が使用されるグラス
ライニング機器においては、ステンレス鋼の部分に被覆
部と非被覆部との境界部(ライニング端部)が存在す
る。例えば、洒タンクの場合は、ステンレス鋼製のノズ
ル及びフランジ部の外部端面にライニング端部が存在
し、又、大型のタンクにおいて予めグラスライニングを
施したタンク部材を溶接接合してタンクを完成させる場
合に、被溶接部分にステンレス鋼が使われ、その部分に
ライニング端部が存在する。
ところが、上記の如くステンレス鋼の部分にライニング
端部が存在するグラスライニング機器では、母材金属が
通常の炭素鋼である場合に比較すると、使用時にライニ
ング端部近辺からグラスライニングが剥離し易く、ライ
ニング端部のガラスに欠けが生じるという問題点があ
る。この剥離発生迄の期間は、例えば使用を開始してか
ら数箇月〜1年である。
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は以上のような問題点を解消し、母材金属
の一部又は全部にステンレス鋼材を用いたグラスライニ
ング機器およびその製造方法であって、上記の如きライ
ニング端部近辺からのグラスライニング端部の剥離を防
止し得るグラスライニング機器およびその製造方法を提
供しようとするものである。
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明は次のような構成
のグラスライニング機器およびその製造方法としてい
る。
即ち、本発明に係るグラスライニング機器は、グラスラ
イニング層で被覆される母材金属の一部又は全部にステ
ンレス鋼材を使用したグラスライニング機器であって、
前記ステンレス鋼材がグラスの被覆部と非被覆部との境
界部に高ニッケル合金を有することを特徴とするグラス
ライニング機器である。
また、本発明に係るグラスライニング機器の製造方法
は、グラスライニング層で被覆される母材金属の一部又
は全部にステンレス鋼材を使用したグラスライニング機
器の製造方法において、前記ステンレス鋼材のグラス被
覆部と非被覆部との境界部に高ニッケル合金を肉盛した
後、グラスライニング層の被覆を行うことを特徴とする
グラスライニング機器の製造方法である。
(作 用) 本発明は、前記の如く、ステンレス鋼の表面にライニン
グ端部が存在する場合に、該ライニング端部近辺から生
じるグラスライニングの剥離の原因について、検討した
結果得られた知見に基づくものである。
即ち、グラスライニング被覆部の断面について、X線マ
イクロアナライザ(以降、EPMAという)により線分析し
た。該線分析結果の一例を第1図に示す。第1図から、
グラスライニング層と母材のステンレス鋼との境界に、
Fe,Cr,Ni,Si及びOから成る厚さ約4μmの界面層が存
在し、該界面層内においてガラス側ではCr,Si,Oの濃度
が高く、Fe,Niの濃度が低くなっており、一方母材側で
はFe,Niの濃度が高く、Cr,Si,Oの濃度が低くなってお
り、Cr欠乏層が存在している事が判る。この他多数の線
分析結果についても、上記と同様の傾向が認められ、こ
れらより上記界面層内の母材側にはCr欠乏層が必ず存在
する事が判った。
上記の如くCr欠乏層が存在するのは、高温焼成時にステ
ンレス鋼中のCrのガラス側へ移行したためである。
又、非被覆部を残してグラスライニング層で被覆された
ステンレス鋼部材(裸部分のステンレス鋼表面積:5.5cm
2)を3%食塩水中(該溶液量:0.5)に4日間浸漬し
た後、該食塩水中の金属成分の分析を行った。又、沈澱
物(腐食生成物)を硫酸(濃硫酸と添加希釈水との比が
1)5mlで溶解した後、その成分分析を行った、これら
の分析結果の一例を第1表に示す。第1表から判るよう
にFe及びNiの溶出は認められるが、Cr+3,Cr+6は検出さ
れていない。この他多数の上記同様の浸漬・分析結果に
ついても、上記と同様の傾向が認められた。又、長期間
の3%食塩水中浸漬試験を行ったところ、ライニング端
部に局部腐食の形跡が認められた。
他方、ステンレス鋼のみについて上記と同様の浸漬・分
析試験を行ったところ、Fe,Ni,Crの溶出が認められ、F
e,Niの溶出量は上記第1表におけるFe,Niの溶出量に比
較して小さかった。
これらの結果は、ライニング端部においては、Fe,Niの
溶出を伴う局部腐食が比較的生じ易い事を示している。
一般的に知られているように、上記の如き境界部を有す
るステンレス鋼は、該境界部に一種の隙間が形成される
ため、これが海水等の塩分含有水に曝されると、該境界
部を起点とする隙間腐食が生じる。しかし、これら一般
的な隙間腐食の場合に比較し、前記局部腐食の場合はそ
の腐食程度が著しく高く、局部腐食が極めて生じ易いも
のになっている。
上記の如くライニング端部で局部腐食が極めて生じ易い
理由は、前述の如く前記界面層内の母材側にCr欠乏層が
存在するためである。この詳細を以下説明する。
即ち、被覆部の母材(ステンレス鋼)の表面あるいは表
面直下はCr欠乏層が存在するので、被覆部のステンレス
鋼は耐食性が低下している。そのため、ライニング端部
で局部腐食が極めて生じ易いのである。尚、Cr欠乏層が
表面でなく、表面直下に存在する場合は、表面が少し腐
食されてから、Cr欠乏層が作用して上記の如く腐食が促
進されるようになる。
上記の如く、ライニング端部では局部腐食が極めて生じ
易く、その部分の耐食性は著しく劣っているので、海水
等の塩分含有水に曝される場合だけでなく、雨水がかか
る場合や、湿気の凝縮等のように塩分を殆ど含まない水
(弱腐食性環境)に曝される場合にも局部腐食が生じる
事になる。
一般に、母材金属はガラスに比較し、熱膨張係数が大き
いため、グラスライニング層に強い圧縮応力が残留して
おり、これがライニングガラス層の強化に作用している
が、前記の如くライニング端部において局部腐食が生じ
ると、上記圧縮応力の作用により該端部近辺からグラス
ライニングの剥離が生じる事になる。特に、ステンレス
鋼は通常の炭素鋼と比較して熱膨張係数が大きいため、
一旦剥離が生じると、温度変化による母材の膨張収縮の
影響を大きく受け、剥離部分が拡大され易い。又、前記
の如くライニング端部では局部腐食が極めて生じ易いの
で、弱腐食性環境に曝された場合でもグラスライニング
剥離が生じる事になる。以上がグラスライニングの剥離
原因である。
従って、上記の如きライニング端部における局部腐食を
防止すれば、グラスライニングの剥離を防止し得るよう
になる。
そこで、本発明に係るグラスライニング機器は、前述の
如く、ステンレス鋼部材が被覆部と非被覆部との境界部
(ライニング端部)に高ニッケル合金を有するようにし
ている。即ち、ライニング端部の母材の少なくとも表面
に高ニッケル合金で形成されている。ここで、高ニッケ
ル合金とは、Niを主成分とする(成分の中でNiを最も多
量に含有する)合金であり、例えばインコネル600の如
きNi−Cr合金、インコロイ825のようなNi−Fe−Cr合
金、或いはハステロイBやC等のNiベースの合金であ
る。かかる高ニッケル合金は、一般耐食性あるいは耐高
温腐食性の他、耐隙間腐食性等の耐局部腐食性が極めて
優れている。
故に、本発明に係るグラスライニング機器は、ライニン
グ端部において局部腐食が生じ難くなり、その結果グラ
スライニングの剥離を防止し得るようになる。
尚、高ニッケル合金としてインコロイ825を用いた場合
について、該合金とグラスライニング層とからなる部分
の断面についてEPMA線分析を行ったところ、両者の境界
にFe,Cr,Ni,Si及びOから成る界面層が存在し、該界面
層内においてガラス側ではCr濃度が高く、母材側ではF
e,Niの濃度が高く、Cr欠乏層が存在している事が判っ
た。しかし、かかるCr欠乏層が存在しても、前述と同様
の浸漬・分析試験の結果(第2表)及び長期間の3%食
塩水中浸漬試験の結果から、耐局部腐食性が極めて高い
水準に維持される事が確認された。
他の高ニッケル合金の場合も、インコロイ825の場合と
同様、上記の如きCr欠乏層の存在が認められるが、耐局
部腐食性は高水準に維持される事が確認された。これら
は、高ニッケル合金の耐局部腐食性は、主に主成分のNi
の作用により保持さ れているためである。
また、本発明に係るグラスライニング機器の製造方法
は、ステンレス鋼部材の被覆部と非被覆部との境界部
(ライニング端部)に高ニッケル合金を肉盛した後、グ
ラスライニング層の被覆を行うようにしている。尚、肉
盛とは溶接施工の一種である。故に、ステンレス鋼部材
がライニング端部に高ニッケル合金を有するようにな
り、且つ該合金とステンレス鋼とが冶金結合され、両者
の結合が確実なものになる。そのため、両者間での隙間
腐食や高ニッケル合金の剥離の問題を生じることなく、
より確実にグラスライニング剥離の防止が図れるように
なる。
(実施例) 本発明に係る一実施例を説明する。
第2図に実施例に係るグラスライニング機器の外観図を
示す。該機器は醸造用タンク(以降、実施例タンクとい
う)であり、その母材金属の一部、即ち該タンク上部の
フランジ(1)および下部のノズル(3)にはステンレ
ス鋼(SUS304)が使われている。
第3図はフランジ部(第2図のイ部)の要部断面図、第
4図は該第3図の要部拡大図、第5図はノズル部(第2
図のロ部)の要部断面図である。第3〜5図において
(4)はグラスライニング層、(5)は高ニッケル合金
の溶接肉盛部、(6)はステンレス鋼、(7)はフラン
ジとタンク本体との溶接部、(8)はバルブ取り付け用
ネジ部を示すものである。
上記タンクの製造は下記の如く行う。先ず円筒胴部に上
下境板を溶接して本体(2)を形成し、これにステンレ
ス鋼製ノズル(3)及びフランジ(1)を溶接する。ノ
ズル(3)及びフランジ(1)部は、ライニング端部に
なる部分およびその近傍を削って溝を設け、該溝にイン
コロイ825(高ニッケル合金)を溶接肉盛し、該肉盛部
を研削加工して非溶接部と同じ高さに揃えておく。次い
で被ライニング面にサンドブラストを施してスケール及
び油分を除去した後、施釉、焼成を繰返してグラスライ
ニング施工する。
上記グラスライニング施工はタンク内面からノズル
(3)部の端部およびフランジ(1)部の端面に渡って
行う。
従って、製造されたタンクには、第3〜4図に示す如く
フランジ部(1)端面にライニング端部が存在し、該端
部には高ニッケル合金の溶接肉盛部(5)が存在するこ
とになる。ノズル部(3)端面には第5図に示す如くラ
イニング端部が存在し、該端部には高ニッケル合金
(5)が存在することになる。
一方、本発明の効果を従来例と比較するため、上記実施
例タンクと、比較例タンク(ライニング端部に高ニッケ
ル合金の肉盛を施工しないもの)とを、海岸に近い醸造
工場の建屋内に並べて設置して使用し、グラスライニン
グ剥離有無の定期的観察を行った。使用中、露点現象に
より水滴が付着したりして、前記ライニング端部も腐食
性の環境に曝された。
その結果、比較タンクはノズル部で6箇月経過時に、フ
ランジ部で1年経過時にグラスライニングの剥離が認め
られ、ライニング端部のガラスに欠けが生じた。
これに対し、実施例タンクはこれまで5年間経過してい
るが、全くグラスライニングの剥離が認められず、ガラ
スの欠けが生じていない。又、高ニッケル(5)とステ
ンレス鋼(6)との結合部分には、何らの異常も認めら
れていない。
上記実施例タンクは、高ニッケル合金としてインコロイ
825を使用した場合であるが、インコネル600を使用した
場合でも、同様の結果が得られることが確認されてい
る。
(発明の効果) 従来母材金属の一部又は全部にステンレス鋼材を使用し
たグラスライニング機器において、ステンレス鋼表面に
おける被覆部と非被覆部との境界部(ライニング端部)
近辺からのグラスライニングの剥離の発生が問題となっ
ていたが、本発明に係るグラスライニング機器およびそ
の製造方法によれば、上記剥離を防止し得るようになる
ので、かかる問題点を解消し得るようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図はグラスライニング層で被覆されたステンレス鋼
部材の断面についてのEPMA線分析結果の一例を示す図、
第2図は実施例に係るグラスライニング機器の外観図、
第3図はフランジ部(第2図のイ部)の要部断面図、第
4図は該第3図の要部拡大図、第5図はノズル部(第2
図のロ部)の要部断面図である。 (1)……フランジ、(2)……タンク本体 (3)……ノズル、(4)……グラスライニング層 (5)……高ニッケル合金の溶接肉盛部 (6)……ステンレス鋼 (7)……フランジとタンク本体との溶接部 (8)……ネジ部 イ……フランジ部の要部 ロ……ノズル部の要部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】グラスライニング層で被覆される母材金属
    の一部又は全部にステンレス鋼材を使用したグラスライ
    ニング機器であって、前記ステンレス鋼材がグラスの被
    覆部と非被覆部との境界部に高ニッケル合金を有するこ
    とを特徴とするグラスライニング機器。
  2. 【請求項2】グラスライニング層で被覆される母材金属
    の一部又は全部にステンレス鋼材を使用したグラスライ
    ニング機器の製造方法において、前記ステンレス鋼材の
    グラス被覆部と非被覆部との境界部に高ニッケル合金を
    肉盛した後、グラスライニング層の被覆を行うことを特
    徴とするグラスライニング機器の製造方法。
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