JPH0852591A

JPH0852591A - 原子力プラント機器肉盛溶接用粉末並びに原子力プラントバルブ

Info

Publication number: JPH0852591A
Application number: JP6188128A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 純一佐藤; Takeshi Ikuno; 健生野; Takeo Sumida; 武男隅田; Yoshizo Hashimoto; 芳造橋本; Kuniaki Miyazaki; 邦彰宮崎
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-08-10
Filing date: 1994-08-10
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｃｏを含有しない合金組成を有し、耐摩耗
性、耐焼付性及び耐食性が優れた肉盛り溶接を摺動部に
形成することができる原子力プラント機器溶接用粉末及
び原子力プラントバルブを提供する。【構成】原子力プラント機器肉盛溶接用粉末は、Ｃ；
０．０５乃至０．１５重量％、Ｓｉ；０．３乃至１．０
重量％、Ｍｎ；０．１乃至１．０重量％、Ｃｒ；４５乃
至５５重量％、Ａｌ；３．０乃至４．０重量％、Ｎｂ；
１．５乃至２．５重量％、Ｆｅ；１．５乃至２．５重量
％、Ｏ；０．０５０重量％以下、Ｎ；０．１０乃至０．
６０重量％、残部はＮｉ及び不可避的不純物からなる組
成を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力プラントに使用
されるバルブ等の摺動部に硬化肉盛層を形成するために
使用される原子力プラント機器肉盛り溶接用粉末及びそ
れを使用して摺動部に肉盛溶接した原子力プラントバル
ブに関する。

【０００２】

【従来の技術】摺動部に使用される部品は、耐食性はも
とより、耐摩耗性及び耐焼付（かじり）性が優れている
ことが要求される場合が多く、原子力プラントバルブの
摺動部も同様に、耐食性、耐摩耗性及び耐焼付性が優れ
ていることが要求されている。そこで、このような摺動
部に、溶射又は粉体肉盛溶接（以下、ＰＴＡ（Ｐｌａｓ
ｍａＴｒａｎｓｆｅｒｒｅｄＡｒｃ）という）等に
よって、上述の各性能が優れた肉盛層を形成するように
した技術が注目されている。従来、このような用途に使
用する合金粉末としては、ステライト系合金といわれる
Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ系の合金がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このス
テライト系合金は、Ｃｏを約６０重量％含んでおり、こ
の材料を原子力プラントバルブの摺動部に適用した場
合、摺動によって生じる摩耗粉は半減期が長い⁶⁰Ｃｏに
核変換する可能性があり、定期検査等の際に汚染が問題
となる。

【０００４】このため、従来からＣｏを含まない合金材
料が検討されてきている。コルモノイ系合金といわれる
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂ系材料は硬さは十分であるが、耐
焼付性及び耐割れ性がステライト系合金よりかなり劣る
ため、その用途は極めて限定されたものとなる。その
他、Ｎｉ系合金も検討されているが、このＮｉ系合金は
特に耐焼付性に問題があると考えられており、実用化に
は至っていない。例えば、特開平１−２７３６９３号に
開示されたＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合金は、高温における耐
食性及び耐摩耗性ではステライト系合金と同等の性能を
有するものの、低温においてはやはり耐焼付性が十分で
はなく、原子力バルブ等へ用いることは困難である。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、Ｃｏを含有しない合金組成を有し、耐摩耗
性、耐焼付性及び耐食性が優れた肉盛り溶接を摺動部に
形成することができる原子力プラント機器溶接用粉末及
び原子力プラントバルブを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る原子力プラ
ント機器肉盛溶接用粉末は、Ｃ；０．０５乃至０．１５
重量％、Ｓｉ；０．３乃至１．０重量％、Ｍｎ；０．１
乃至１．０重量％、Ｃｒ；４５乃至５５重量％、Ａｌ；
３．０乃至４．０重量％、Ｎｂ；１．５乃至２．５重量
％、Ｆｅ；１．５乃至２．５重量％、Ｏ；０．０５０重
量％以下、Ｎ；０．１０乃至０．６０重量％、残部はＮ
ｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。

【０００７】本発明に係る原子力プラント用バルブは、
前記原子力プラント機器溶接用粉末を使用して肉盛溶接
した摺動部を有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本願発明者等は、従来のＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合
金にＮｂを添加することにより、γ”相及びδ相を析出
させ、これにより耐焼付性及び耐摩耗性を向上させるこ
とができることを見い出し、本発明を完成するに至っ
た。

【０００９】以下、本発明の原子力プラント機器肉盛溶
接用粉末の成分添加理由及び組成限定理由について説明
する。Ｃ（炭素）：０．０５〜０．１５重量％ＣはＣｒと結合してＭ₂₃Ｃ₆なる炭化物を結晶粒界に形
成して粒界結合力を強化する作用がある。また、Ｃは固
溶体を強化する成分である。このような効果を得るため
には、Ｃを０．０５重量％以上添加することが必要であ
る。しかし、Ｃが０．１５重量％を超えると、γ’相
（Ｎｉ₃Ａｌ）、γ”相（Ｎｉ₃Ｎｂ）の析出が減少する
ため、肉盛層の強度及び硬さが低下することになる。こ
のような理由で、Ｃの含有量を０．０５〜０．１５重量
％とする。

【００１０】Ｓｉ（ケイ素）：０．３〜１．０重量％Ｓｉは合金の脱酸作用を有する他、溶湯の流動性を高め
る作用がある。このため、Ｓｉは０．３重量％以上添加
することが必要である。しかし、Ｓｉ含有量が１．０重
量％を超えると、溶接時の耐割れ性を低下させることに
なる。このため、Ｓｉの含有量を０．３〜１．０重量％
とする。

【００１１】Ｍｎ（マンガン）：０．１〜１．０重量％Ｍｎは脱酸作用の他、Ｍ₂₃Ｃ₆を結晶粒界部に析出させ
る効果を有する。このような効果を発揮するためには、
Ｍｎを０．１重量％以上添加することが必要である。し
かし、Ｍｎ含有量が１．０重量％を超えると、脆化層の
析出が促進され、延性が低下してしまう。従って、Ｍｎ
の含有量を０．１〜１．０重量％とした。

【００１２】Ｃｒ（クロム）：４５〜５５重量％ＣｒはＭ₂₃Ｃ₆なる炭化物を形成し、粒界結合力を強化
する作用がある。また、Ｃｒは耐応力腐食割れ性を向上
させる効果を有する。このような効果を得るため、Ｃｒ
を４５重量％以上添加することが必要である。しかし、
５５重量％を超えてＣｒを含有すると、脆化層が多くな
り、耐割れ性が低下することになる。従って、Ｃｒの含
有量は４５〜５５重量％である。

【００１３】Ａｌ（アルミニウム）：３．０〜４．０重
量％ＡｌはＮｉと結合して硬質相であるγ’（Ｎｉ₃Ａｌ）
を形成し、合金の耐摩耗性が向上する。また、ＡｌはＮ
と結合してＡｌＮを形成し、合金の耐摩耗性及び耐焼付
性を向上させる。このような効果を得るためには、Ａｌ
を３．０重量％以上添加することが必要である。しか
し、Ａｌ含有量が４．０重量％を超えると、耐割れ性が
低下する。従って、Ａｌの含有量は３．０〜４．０重量
％である。

【００１４】Ｎｂ（ニオブ）：１．５〜２．５重量％ＮｂはＮｉと結合してγ”相及びδ相を析出し、耐摩耗
性及び耐焼付性を向上させる。このような効果を得るに
は、Ｎｂを１．５重量％以上添加することが必要であ
る。しかし、Ｎｂ含有量が２．５重量％を超えると、合
金の耐割れ性が低下する。従って、Ｎｂの含有量は１．
５〜２．５重量％である。

【００１５】Ｆｅ（鉄）：１．５〜２．５重量％Ｆｅは前記γ’相及びγ”相等の形成を促進し、組織の
安定性を高め、合金の硬さを高める元素である。そのた
め、摺動部に高い面圧がかかり、肉盛り部の硬さがより
一層より高いことが必要な場合には、Ｆｅの添加が有効
である。このようにＦｅの添加により合金の硬度を高め
るためには、Ｆｅの含有量を１．５重量％以上にするこ
とが必要である。しかし、Ｆｅの含有量が２．５重量％
を超えると、逆に合金が硬化しすぎ、耐食性も低下す
る。従って、Ｆｅの含有量は１．５〜２．５重量％であ
る。

【００１６】Ｏ（酸素）：０．０５０重量％以下酸素含有量が０．０５０重量％を超えると、溶接ビード
中にブローホールが発生する。従って、酸素（Ｏ）の含
有量は０．０５０重量％以下とする。

【００１７】Ｎ（窒素）：０．１０〜０．６０重量％ＮはＡｌと結合してＡｌＮを形成し、耐摩耗性及び耐焼
付性を向上させる元素である。この効果を得るために
は、Ｎを０．１０重量％以上含有することが必要であ
る。しかし、Ｎ含有量が０．６０重量％を超えると、前
記γ’相及びγ”相の析出が減少し、硬度及び靱性が低
下する。従って、Ｎの含有量は０．１０〜０．６０重量
％とする。

【００１８】なお、上述の組成を有する本発明合金にお
いては、時効処理をすることにより、前記γ’、γ”相
がより一層安定なものになる。このため、合金粉末を摺
動部に肉盛り溶接した後、この肉盛り部を時効処理する
ことにより、その耐摩耗性等を更に一層向上させること
ができる。

【００１９】一方、原子力プラントに使用されるバルブ
等の摺動部に肉盛溶接する方法としては、従来、溶加棒
を使用する酸素アセチレンガス溶接法及びＴＩＧ溶接法
がある。しかし、近年、プラズマアークにより粉末を溶
融し、肉盛溶接するＰＴＡ法が注目されている。このＰ
ＴＡ法は他の方法より母材への希釈を抑制することが可
能であると共に、硬くて脆いために溶加棒にすることが
困難な材料でも同成分を粉末化することにより溶接が可
能になるという利点がある。

【００２０】そこで、本発明に係る組成の合金粉末を使
用して、原子力用バルブフェース部をＰＴＡ溶接するこ
とによりバルブを製造する。また、同様にして、本発明
組成の合金粉末を使用してシート部を溶接することによ
りバルブシートを製造する。このようにして、本発明組
成の合金粉末を使用して摺動部を肉盛り溶接した原子力
プラント用バルブは、耐摩耗性、耐焼付性及び耐食性が
優れている。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の実施例に係る合金粉末を使用
して肉盛り溶接し、その品質を調べた結果について、そ
の比較例と比較して説明する。１．耐摩耗性、耐焼付性試験下記表１に示す組成の粉末をガスアトマイズ法により製
造し、得られた粉末を分級して６３〜２５０μｍに粒度
調整したものをＰＴＡ用粉末とした。実施例は本発明の
組成範囲に入るもの、比較例は本発明の範囲から外れる
もの、従来例は従来のＣｏ系合金である。この粉末を下
記表２の条件でＰＴＡ溶接した。この肉盛り溶接部か
ら、試験片Ａ（片面盛り、厚さ：２３ｍｍ、幅：２４ｍ
ｍ、長さ：９０ｍｍ）及び試験片Ｂ（両面盛り、厚さ：
２５ｍｍ、幅：２０ｍｍ、長さ：２５ｍｍ）の２種類の
試験片を切り出した。

【００２２】得られた試験片を図１のような試験機によ
って摩耗・焼付試験を行った。即ち、図１に示すよう
に、試験片Ａと試験片Ｂとをその肉盛り部（図中、斜線
にて示す）同士を接触させて、１対の試験片Ａの間に試
験片Ｂを挟んだ。試験片Ａは台座上に設け、試験片Ａ同
士を相互に近づく方向に押圧することにより、試験片Ａ
と試験片Ｂとの間に面圧２ＭＰａを印加した。そして、
試験片Ｂを上下５ｍｍの振幅で、５サイクル（５秒／サ
イクル）の速度で上下に振動させ、各５サイクルの摺動
毎に面圧を２ＭＰａずつ上昇させ、最終的に４０ＭＰａ
まで上昇させた。耐摩耗性及び耐焼き付け性試験の評価
は、試験後の肉盛部の表面状態（粗さ等）及び摩耗粉の
量により行った。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】２．溶接性（耐割れ、作業性）試験原子力バルブシートを模擬した溶接試験として、表１に
示した成分の粉末を下記表３の条件でＰＴＡ溶接した。
この際のビード中の割れにより耐割れ性を評価し、また
粉末飛散等から作業性の評価を行った。なお、母材の形
状を図３に示す。母材は直径２５０ｍｍの円板の円縁部
に幅が３０ｍｍ、深さが３ｍｍのリング状の凹部を設け
たものである。

【００２６】

【表３】

【００２７】３．応力腐食割れ試験前記「１．耐摩耗性、耐焼付性試験」及び「２．溶接性
（耐割れ、作業性）試験」の試験結果において良好であ
った材料について、加圧水型の一時冷却水を模擬した下
記表４に示す条件下で、図２に示すような４点曲げ治具
により応力を負荷した試験片（厚さ：２ｍｍ、幅：１５
ｍｍ、長さ：６５ｍｍ）の応力腐食割れ試験を行った。
即ち、この治具は、試験片をその両側の２点で支え、こ
の下面視点よりも中央側の２点で下方に応力を印加し
た。なお、負荷は各材料の耐力値に対し、７０％の応力
とした。

【００２８】

【表４】

【００２９】４．試験結果下記表５は前記試験１，２の結果を示す。なお、硬さは
試験２における試験片表面のビッカース硬さ（３０ｋｇ
ｆ）である。従来例のＣｏ含有合金は、ステライトＮ
ｏ．６相当の粉末であり、耐摩耗・耐焼付性、耐割れ
性、作業性とも良好である。また、本発明の実施例１〜
６は、このステライト系合金と同等の上記性能が得られ
た。

【００３０】これに対し、比較例７はＡｌ及びＮｂ量と
も低く、硬度が低いため、焼き付きを起こした。比較例
８はＡｌ量が少なく、耐焼付性が劣る。また、比較例９
はＡｌ量が多く、溶接中に割れを生じた。比較例１０は
Ｎｂ量が少なく、耐焼付性が劣る。比較例１１はＮｂ量
が多いため、割れが発生した。比較例１２はＣ量が低
く、耐焼付性が劣り、比較例１３はＣ量が多いため、耐
焼付け性が劣り、割れも生じた。比較例１４はＳｉ量が
少ないために母材とのなじみが悪く、粉末飛散も多くな
った。比較例１５はＳｉ量多いため、割れが生じた。比
較例１６はＭｎ量が少なく、耐焼付性が劣り、比較例１
７はＭｎ量が多いため、割れが生じ、耐焼付性も劣るも
のである。比較例１８はＣｒ量少なく、硬さが低いた
め、耐焼付性が劣り、比較例１９はＣｒ量が多いため、
割れが生じた。比較例２０はＦｅ量が少ないため、硬さ
が低く、耐焼付性が劣り、比較例２１は逆にＦｅ量が多
いため、硬さが低く、耐焼付性が劣るものであった。比
較例２２は酸素量が多いため、粉末飛散が多く、ブロー
ホールも発生し、割れが生じた。比較例２３はＮ量が少
ないため、耐焼付け性が劣り、比較例２４はＮ量が多い
ため、耐焼付性が劣った。

【００３１】以上の結果から、従来例及びこの従来例の
ステライト系合金粉末と同等の諸性能を有する実施例１
〜６の合金粉末について、前記３の応力腐食割れ試験を
行った。この結果、実施例１〜６の合金粉末は、いずれ
も従来例のステライト系合金粉末と同様に、試験片に腐
食及び割れが発生せず、良好な結果が得られた。

【００３２】

【表５】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る原子
力プラント機器肉盛り溶接用粉末は、Ｃｏを含有しない
にも拘わらず、Ｃｏを含有する従来のステライト系合金
粉末と、同等以上の優れた耐摩耗性、耐焼付性及び耐食
性を有し、それを原子力プラントバルブ又はバルブシー
トの摺動部の肉盛り溶接に適用することにより、このバ
ルブ又はバルブシートは優れた耐摩耗性、耐焼付性及び
耐食性を具備する。そして、本発明の合金粉末は、Ｃｏ
を含有しないので、半減期が長い⁶⁰Ｃｏに核変換した摩
耗粉が発生する虞がなく、汚染の問題を回避することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】耐摩耗性及び耐焼付性試験の結果を示す図であ
る。

【図２】４点曲げ試験に使用する治具を示す図である。

【図３】溶接性試験に使用する母材の形状を示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ２１Ｄ 1/00 (72)発明者隅田武男大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者橋本芳造神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者宮崎邦彰神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ；０．０５乃至０．１５重量％、Ｓ
ｉ；０．３乃至１．０重量％、Ｍｎ；０．１乃至１．０
重量％、Ｃｒ；４５乃至５５重量％、Ａｌ；３．０乃至
４．０重量％、Ｎｂ；１．５乃至２．５重量％、Ｆｅ；
１．５乃至２．５重量％、Ｏ；０．０５０重量％以下、
Ｎ；０．１０乃至０．６０重量％、残部はＮｉ及び不可
避的不純物からなることを特徴とする原子力プラント機
器肉盛溶接用粉末。
【請求項２】請求項１に記載の原子力プラント機器肉
盛溶接用粉末を使用して肉盛溶接した摺動部を有するこ
とを特徴とする原子力プラントバルブ。