JPS59211546A - コバルト基溶射合金 - Google Patents

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、コバルト基溶射合金、特に石炭火力ボイラに
おいてみられるような高温粒子エロージョンに対するす
ぐれた抵抗性を示すコバルト基溶射合金に関する。

燃料燃焼ボイラ、流動床反応器、石炭のガス化、液化装
置等に代表される高温エネルギー装置は、従来は、石油
利用が主体であったが、今日では代替エネルギー利用の
必要性が認識された結果、石炭利用が増大する傾向とな
っている。

しかし、装置設計は石油利用のときの設計思想により行
われており、石炭利用となったときの問題点は十分には
まだ解決されていない。たとえば、石炭火力ボイラにお
いても従来の石油火力ボイラと同様の材料構成にて製作
されている。ところが、石炭火カボイラにおいては、石
油火力ボイラと異なり、ボイラ内部で固形のアッシュ分
がタリン力となって落下したりフライアッシュとして浮
遊していたりするため、石炭火力ボイラを構成するボイ
ラチューブは、高温で著しいエロージョン損傷を受ける
。このような問題点は当業者にもよく認識されているが
、高温粒子によるエロージョン挙動がまだ明らかでなく
、材料的な対策もほとんどなく、経験上設計的な対処、
例えば流速の低減、プロテクターの取付等の対策が行わ
れているにすぎない。しかし、このように設計的に対処
しても、流速などを制限する場合には予想以上に流速の
早い偏流部ができたり、また、プロテクターを用いる場
合にはプロテクター自身の損傷が早く、実際上、役立た
なかったりのケースが報告されている。

ところで、従来にあってもこすれ摩耗等の耐摩耗用にあ
るいは耐食用に、ニッケル基合金あるいはコバルト基合
金の溶射が実用的に用いられているが、上述のような耐
高温粒子エロージョン用には用いられた例はない。なお
、こすれ摩耗等は普通物体−物体が往復あるいは回転接
触する際に起こるもので、一方、エロージョンとは固体
が高速で物体に衝突し減肉を起こすものであって、両者
は機構が本質的に異なる。したがって、耐こすれ摩耗性
と耐高温粒子エロージヨン性との間には現象的に共通性
あるいは関連性はなく、従来技術において耐高温粒子エ
ロージヨン性に対する知見は存在しない。

すでに述べたように、高温粒子によるエロージョン損傷
を防止する材料的対策はほとんどないのが現状であるが
、材料的対策があれば、例えば上述のような石炭火力ボ
イラ製作上にも設計に余裕が生じ、またプロテクター材
質の適正判断ができるなどの効果が大きく、さらには、
そのような材料的対策があれば、平均流速の増大が可能
となり、装置の小型化、熱効率の向上など利益が期待で
きる。

したがって、ここに、本発明の目的とするところは、石
炭火力ボイラにみられるような高温粒子によるエロージ
ョンに対するすくれた抵抗性を示す材料を提供すること
である。

また、高温エネルギー装置でのエロージョン損傷部位は
流速が局部的に高くなる偏流部等でしばしば生じており
、局部的な対策が要求される場合も多く、したがって、
本発明の別の目的はそのような観点からの耐高温粒子に
よるエロージョンに対する局部的な抑制手段を提供する
ことでもある。

かくして、本発明の要旨とするところは、重量％で、 Ｃ：Ｘ、Ｏ％以下、　　０１２５〜３５％、Ｍｏ　：　
２〜３５％およびＷ；２〜２０％の少なくとも１種、 を含み、さらに所望によりＮｉ　：　２０％以下、ある
いはＮｉ：２０％以下とＳｉ　：　１〜５％およびＢ：
０．５〜５％の少なくとも１種とを含み、残部は実質的
にＣ。

からなる、高温粒子エロージョンに対するすぐれた抵抗
性を有するコバルト基溶射合金である。

ここに、本発明に係る溶射合金を鋼板、鋼管等の金属部
月の全面にあるいは特にエロージョン損傷の著しい部位
に溶射することによりかかる部恢あるいは部位の高温エ
ロージョン損傷を防止することができる。従来このよう
な用途には溶射合金は使用されていなかった。なお、本
発明に係る溶射合金の溶射方法は特に制限されず大気中
溶射でもよいが低圧溶射法によれはさらによい皮膜が得
られる。合金成分としてＳｉあるいはＢを含有していな
い場合にはプラズマ炎、合金成分としてそれらを含有す
る場合には好ましくは、燃焼炎を通常用いる。また必要
に応して後熱処理を行っても良い。

本発明に係る溶射合金の合金組成を上述のように限定し
た理由は、次の通り。

Ｃｒ：ＣｒはＣＯ基合金の高温耐食性の付与に不可欠の
元素で、本発明においては最低５％の含有量が必要であ
る。また、Ｃｒ含有量が多い程高温耐食性が向上するが
３５％以上添加しても、高温耐食性におよぼすその効果
が飽和する傾向があり、また溶射合金の靭性にも悪影響
を与えるので、本発明にあっては上限を３５％に限定す
る。

Ｍｏ：Ｍｏは、本発明に係る溶射合金の耐高温粒子エロ
ージヨン性を向上せしめるのに有効な元素であり、２％
以上の添加で効果が現われ添加にともなって性能は向上
するが、高価でもあり、また３５％を超えると高温耐食
性が著しく劣化するため、３５％以下に制限する。

Ｗ：ＭＯと同様に本発明に係るＣＯ基溶射合金の耐高温
粒子エロージヨン性を向上せしめるに有効な元素であり
、少なくとも２％添加される。しかし、Ｗ含有量が２０
％を超えると高温耐食性が著しく劣化するため２０％以
下に限定する。

なお、ＭｏおよびＷは少なくとも１種添加されるが、両
者を含む場合にはさらにそれらの共存効果が期待される
。

Ｎｉ　：Ｎｉは高温粒子に対するエロージョン抵抗性を
高める効果はないが、高価なＣｏに代替し、価格を安く
する目的で添加してもよい。しかし、Ｎｉ添加量が２０
％を超えると本来のエロージョン抵抗性能が低下するた
め、本発明においてＮｉ添加量は２０％以下に限定する
。

Ｓ　ｉ　％　Ｂ　：　Ｓ　ｉおよびＢは溶射合金の融点
を低下せしめる効果を有し、溶射時に生成したＣｒ等の
酸化物をホウケイ酸ガラスとして浮上せしめる効果を有
しているため気孔率や酸化物の含有量を低減し熱衝撃等
に対する抵抗性を増加せしめる。かかる効果を得るため
には５ｉｌｌ〜５％および１３：０．５〜５％が必要で
ある。しかし、ＳｔおよびＢの添加により合金の融点低
下が起こるため、約９００℃以上の温度では高温粒子エ
ロージョンに対する抵抗性が低下する。したがって、Ｓ
ｉおよびＢは溶射を行う部位に応じて添加してもよい任
意成分である。

Ｃ：Ｃは合金中のＣｒ、Ｗ等の炭化物形成元素と化合し
、炭化物を形成し、耐高温粒子エロージョンに対する抵
抗性を高める効果がある。しかし、１．０％を超えると
得られる合金の靭性が劣化するので、本発明にあってＣ
含有量は１．０％以下に限定する。

好ましくはＣは０．０５〜１．０％、より好ましくはＣ
は０．１〜１．０％含有される。

次に実施例によって本発明をさらに説明するが、それら
は本発明の例示として示すもので、本発明を何ら制限す
るものではない。なお、本明細書において「％」は特に
ことわりがない限り「重量％」である。

蕩ＪＨ対 第１表に示す組成の合金の粉末を用いプラズマ溶射によ
り、ＪＩＳ　５ｔｌＳ３０４ステンレス鋼母材上に厚さ
０゜５順の溶射皮膜を形成せしめた。その素板から、片
面に上記溶射皮膜を残した高温粒子エロージョン試験片
（３ｍ＋＋厚さ×２０ｍｌ１幅×３０酊長査）を作成し
、下記要領の高温粒子エロージョン試験を行った。なお
、第１表における合金１０番の材料は比較用に用いた３
０４ステンレス鋼裸材である。

上記高温粒子エロージョン試験は、ブラスト式エロージ
ョン試験装置を用いて行った。すなわち、固体粒子（本
例は平均粒径的１５μｍの石炭燃焼灰を用いた）とＡｒ
ガスとを別々に６５０℃に加熱し、それらを内径４龍の
ノズルの入口で混合し、ノズル内で加速後、やはり６５
０℃に保った試験片に衝突させた。試験片に衝突させる
ときのガス流速は５０ｍ／秒および１００ｍ／秒で、そ
れぞれの場合について１時間にわたって６００ｇの固体
粒子を上記試験表面に衝突させた。

試験後、各試験片の中央に形成した減肉部分を表面粗さ
計により測定し最大の減肉量を測定し各供試材の高温粒
子エロージョンに対する抵抗性を評価した。結果を同じ
く第１表にまとめて示した。

第１表に示す結果からも明らかなごとく、比較例のＮｉ
基の溶射は、溶射法を採用したにもかかわらず、３０４
ステンレス鋼母材とくらべ大きな改善が認められない。

しかしながら、それに対し、本発明のコバルト基合金を
溶射した場合には顕著な改善が認められ、したがって、
本発明に係る溶射合金がすぐれた耐高温粒子エロージヨ
ン性を示すことが分かる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１重量％で、 Ｃ：　１．０％以下、　　Ｃｒ：５〜３５％、Ｍｏ：２
   〜３５％およびＷ：２〜２０％の少な（とも１種、 残部は実質的にＣ。 からなる、高温粒子エロージョンに対するすぐれた抵抗
   性を有するコバルト基溶射合金。 （２）重量％で、 Ｃ：　１．０％以下、　　Ｃｒ：５〜３５％、Ｍｏ　：
   　２〜３５％およびＷ：２〜２０％の少なくとも１種、 Ｎｉ：２０％以下、 残部は実質的にＧ。 からなる、高温粒子エロージョンに対するすぐれた抵抗
   性を有するコバルト基溶射合金。 （３）重量％で、 Ｃ：　１．０％以下、　　Ｃｒ：５〜３５％、Ｍｏ　：
   　２〜３５％およびＷ：２〜２０％の少なくとも１種、 Ｎｉ：２０％以下、 Ｓｉ　：　１〜５％およびＢ：０．５〜５％の少なくと
   も１種 残部は実質的にＣ。 からなる、高温粒子エロージョンに対するすぐれた抵抗
   性を有するコバルト基溶射合金。