JPS58177455A - ニツケル、クロム合金拡散浸透処理法 - Google Patents

ニツケル、クロム合金拡散浸透処理法

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JPS58177455A
JPS58177455A JP5963482A JP5963482A JPS58177455A JP S58177455 A JPS58177455 A JP S58177455A JP 5963482 A JP5963482 A JP 5963482A JP 5963482 A JP5963482 A JP 5963482A JP S58177455 A JPS58177455 A JP S58177455A
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JP
Japan
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layer
nickel
steel
treatment
chromized
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Pending
Application number
JP5963482A
Other languages
English (en)
Inventor
Hisao Fujikawa
尚男 冨士川
Hirofumi Makiura
牧浦 宏文
Junichiro Murayama
村山 順一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/34Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
    • C23C10/52Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation more than one element being diffused in one step
    • C23C10/54Diffusion of at least chromium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ニッケル、クロム合金拡散浸透処理法、更に
詳細には、まず鋼表面にニッケルを、次いでクロムを拡
散浸透させるニッケル、クロム合金拡散浸透処理法に関
する。
特K、本発明は、例えば火力発電用がイラチュープなど
のように、高温腐食の激しい環境下で使用される鋼製品
の表面処理方法に関する。
当業界において既に知られているように、高温下で使用
される各種がイラ、ガス化装置、熱交換器、加熱炉管、
反応管、耐熱部材等にあっては、高温腐食、硫化、酸化
、溶融塩腐食などによる腐食、さらKは水蒸気による水
蒸気酸化などが問題となっている。これらの対策として
は、このような環境下での腐食防止に有効なCr、At
、8iなどの合金元素の含有量を高めた高温用鋼材料を
使用することが考えら°れるが、高温部材としては規格
鋼でないと使用しにくいこと、およびコスト高となるな
どの問題がある。一方、表面処理も有効な対策であ夛、
そのような方法としては、クロムメッキ、Az、Sjな
どを含む耐熱塗料による被覆、Cr、AI。
などを高濃度で含む材料の溶射、さらに社クロマイズド
法がある。しかし、かかる表面処理法にあっても、性能
上信頼性が高く長時間の使用に耐えるような表面処理層
が得られないこと、得られた材料の加工性が十分でない
こと、さらには、コスト高となるため、%に処理後に、
高度の加工性が要求される管体については、未だ実用化
されていない。
ところで、管体、例えば前述のような火力発電用がィラ
ーチューブは管外面が重油1石炭、 LNGなどの燃焼
ガスにさらされるが、燃料中には%N&に%S、Vなど
高温腐食を加速する要因となる元素が含まれているため
に激しい腐食が起や、チェーブが減肉する。このような
高温腐食対策としては、クロムを高めることが有効であ
るため、特にクロマイズP処理鋼の適用が検討されてい
る。
従来、オーステナイトステンレス鋼をりvs w イズ
ド処理して40〜60チ以上のCrを含有するクロム拡
散層を鋼製品表面に形成し、それによ)耐高温腐食性を
高めることは知られているが、高温下での処理時および
使用時にC相が析出して脆化する欠点を有している。一
方、縦素鋼および25−以下のCr含有鋼をクロマイズ
ビ処環すると、クロマイズド処理中に地金中のFeが拡
散し、900℃以下の温度において使用すると、り四マ
イズP層に一相が析出し、その結果、クロマイズド層は
脆化し、ゲイラ運体時の検査保修などでハンマリン!。
曲げ加工などを受けると、クロマイズド層が剥離または
割れを起し、その後の使用Kit、て十分な耐食性を示
すことが不可能となるという欠陥を有する。
従来技術にあっても、上述のよりなσ脆化を防止するた
めi、CrおよびNiの合金で鋼表面を被覆することが
提案されている。例えば、鋼表面にNi −Cr合金、
N1−Cr−re金合金たはNi、Or、Fe混合粉末
を溶射、浸漬あるいは粘着剤とともに眞合塗布した彼、
焼鈍し、Ni、CrおよびFet鋼表面に拡散させるこ
とを特徴とする処理方法(特開昭55−85665号)
、および耐熱合金表面に予めNi粉末をバインダーと混
合して塗布した後、焼付し、さらにクロムを化学気相蒸
着法により被覆することを特徴とする処理方法(特開昭
55−82772号)である。
しかし、これらの従来法はいずれも、N1粉末をバイン
ダー塗布もしくは溶射などの方法により被覆し、焼付は
丸後、クロム被覆するものである。
このような方法で得られる被覆は鋼表面との合金化が不
十分で、密着性が悪く使用途中で剥離することがある。
また粉末をバインダー塗布もしくは、溶射した後、焼鈍
して拡散させるだけでは、被覆層がかなりの多孔質とな
シ、ガス腐食および溶融塩による腐食に対しては十分な
保膜被膜として機能しない。
また、従来のクロマイズP処理法において、予め鋼表面
にニッケルを電気メッキすることも知られている。しか
し、ニッケルの電気メッキでは。
ち−な厚みのニッケルメッキが困難である仁と、メッキ
時の水素の侵入が避けられないためクロマイズド層の部
分的な剥離を起しやすく、シかもメッキ処理によるコス
ト高が著しいことなどから、実用化に祉至っていない。
かくして、本発明は、前述したような従来技術の欠陥を
一挙に解決し、耐高温腐食性のすぐれたNi −Cr合
金表面層を形成する方法を提供することを目的とする。
ここに、本発明は炭化ニッケルおよびアルカリ金属炭酸
塩(またはCO,ifス)の存在下で被処理鋼製品を7
00〜1250℃の温度に加熱保持し、腋鋼製品の表面
にNi富化層を形成させ、さらにζON轟富化層を備え
た前記鋼製品にクロマイズド処理中行なう、ニッケル、
クロム合金拡散浸透処理法である。
このように、本発明にあっては従来技術にみられたクロ
ム拡散層のσ相析出を防ぐため、ニッケル、クロム合金
拡散層を設けようとするのである粒を使用しアルカリ金
属の炭酸塩と700〜1250℃の間で、加熱すること
により、鋼製品表面にニッケルを析出させ拡散浸透させ
る。このときの加熱は好ましくは5%以下のレベルにま
で03を低下させた不活性ガスないし、COlを主体と
した雰囲気下で行なう。たとえば、At、 0.などの
焼結防止剤を用いたりして奄よい。また、アルカリ金属
炭酸塩でなく、CO2雰囲気だけでも可能となる。
Niの析出反応は次の反応による(−例)。
Na、 COm −+ Ni0 + COx    −
−(1)Ni、C+CO,−+3Ni↓+2 CO−−
−−−−(2)上記式(1)および(2)からも分かる
ように、この場会のNiの析出は本質的にはCO3によ
る炭化ニッケルの還元と考えることができる。なお式(
1)の反応は比較的高温@(例えば1000℃以上)で
促進されるため、炭酸塩を使用する場合には篩温加熱が
望ましい。
その後、クロム拡散処理(従来のいずれの方法でも可]
Kよりクロムも濃化させ、Ni 、 Cr拡散層を形成
させσ相の析出を防止するのである。
ニッケル析出時、700℃未満での加熱処理では、上記
式(2)で示す炭化ニッケルの還元反応が速やかに行な
われず、一方、1250℃を越えるとむしろニッケルの
酸化が進むことから本発明では加熱処理は700〜12
50℃の範囲で行表う、アルカリ金属の炭酸塩を使用す
る場合加S雰閥、気は不活性雰囲気であれば良いが、前
述のように5−以下のレベルのOzt含有していてもよ
い。また、轟然のことながらCO,t−含有していても
よい。
このような本発明におけるニッケルの拡散浸透処理法は
、従来のクロマイズ処理にみられるいわゆる粉末パック
法と同様にして行なうことかで龜、そのときのニッケル
供給源は粉末の形態でも、あるいけ粒子の形態であって
もよい。
次いで、ニッケル富化層を下地層としたクロマイズド処
理全行なうが、クロマイズP処理は、従来の方法で実施
したのでよく、特に制限されない。
すなわち、ニッケル拡散浸透処理を行なってから一旦冨
温にまで冷却した鋼製品に対して従来法により粉末中に
埋設することにより行なってもよい。
以上詳述したように、本発明によれば、まず鋼表面に析
出したニッケルを拡散浸透させて、ニッケル富化層全形
成しく好ましくは厚さ5μ鋼以上)次いでこれを下地層
としてクロマイズ処理を行表う。したがって、前述のよ
うな従来のクロマイズド鋼にみられるσ相は、例えば、
Cr−Ni−Fe系においては600℃でニッケル40
チ以下、クロム20〜70%の範囲で発生するので、ニ
ッケル409!+以下のときは、クロム20−以下ある
いは701以上となる一度分布をもったニッケル富化層
を設けることによってl相生成は防止できる。
すでに当業者にはこれまでの説明からも明らかなように
、かかる濃度分布は処理条件を適宜変更することで容易
に実現できる。また、得られたニッケル、クロム富化層
は無孔かつ緻密であって、耐食性の一層の同上が計られ
る。
このようにして本発明法により得た拡散浸透処理鋼製品
は、更に必要に応じて後熱処理すること−によって拡散
浸透層と地鉄との密着力を高め、加工性を向上させるこ
とができる。この後熱処理は、炭素鋼およびCr鋼につ
いては600〜1000℃、オーステナイトステンレス
鋼およびそれ以上の高合金鋼でFi1000〜1250
℃で行なうのが好ましい。
次に、本発明を実施例によってさらに説明する。
実施例1 第1表に化学組成を示す各種鋼材の試験片(寸法15X
15X3■)を1本発明方法により処理した。このとき
の処理条件は次の通りで、あった。
ニッケル拡散浸透処理条件: 方法:・9ツク処理 粉末: N 13 C、ktz Oa * Nag c
o、 ’f:重を比テao*:ss嚢:s−。
処理温度:1150℃ 時間: 5 hr クロマイズド処理全行: 方法:粉末パック 粉末:Cr、λム0..NH4Ctを重量比29.’A
ニア0%:05%で混合 雰囲気ガス: Hz 、 500cc/s*処理温[:
 1100℃ 処理時間: l br 得られたニッケル、クロム合金拡散浸透処理試験片につ
いて、水蒸気中での耐酸化性、アルカリ硫酸塩中での耐
1IIii温腐食性および650℃で、1000時間加
熱後の扁平性能を評価した。結果をそれぞれ第2.3.
4表にまとめて示す。Ni、Cr拡散浸透層の厚さも併
せて示す。
耐水蒸気酸化性は、純水(脱気済み)を二パIレータに
より蒸発させて得た水蒸気を試験炉に導入し、650〜
700℃の水蒸気雰囲気下に1000a1間加熱保持し
たときに生成した水蒸気酸化スケールの厚みにより評価
した。本発明により処理した鋼は比較用の未処理鋼に比
べて射水蒸気酸化性が着しく抜書されていることは上か
ら明らかである。
第   3    表 上記耐高温腐食性は、第3表中に示し九厚与ONi、C
r拡散潰透層を有する試験片(寸法は前記0通り)を用
いて、次の方法により試験を行なった試験片にKH80
4Nmg 804  Fez 0sfs合物(モル比で
1.5二1.5 : 1 )からなる合成灰を30や−
の量で塗布し、1−80冨−5嘔O意−15−C偽−残
部N2雰囲気中において(Pt触媒使用)ssocK5
時間加熱保持し7脱スケール処理した後O腐食減量によ
j#lF価した。表から明らかなように、本発明により
処理した鋼は未処理の棟材に比べて耐高温腐食性もすぐ
れている。
本本例におけるクロマイズド法に同じ(クロマイズド層
厚み=50μs) 扁平試験は、直径45■、厚み6m、長さ60ss08
U8347H鋼管に本発明方法の処理により各@0厚み
でNi 、Or拡散浸透層を形成した試験、vt。
650℃で1000時間時効した後に行なった。比較の
丸めにNじ鋼管を従来法(粉末ノンツク法)によリクロ
マイジンダ処理したクロマイ、leP材についても同様
に試験した。
本発明により処理した鋼はいずれも密着まで可能である
が、従来法によるクロマイズド材は516扁平徒に被膜
の割れを生じた。し九がって、本発明の方法はこの点で
もすぐれた性質を鋼製品に付与する。
出願人代理人 弁理士 広 瀬 章 −特開昭58−1
77455(5)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 炭化ニッケルおよびアルカリ金属嶽酸塩ま九はCO2ガ
    スの存在下で被処理鋼製品を700−1250℃の温度
    に加熱保持し該鋼製品の表面にNi富化層を形成させ、
    さらにこのNi富化層を備えた前記鋼製品にクロマイジ
    ング処理を行なう、ニッケル、クロム合金拡散浸透処理
    法。
JP5963482A 1982-04-12 1982-04-12 ニツケル、クロム合金拡散浸透処理法 Pending JPS58177455A (ja)

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