JPS6029441A - 耐熱疲労性耐食部材およびその製造法 - 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、耐熱疲労性耐食部材およびその製造法に関す
る。

６００〜１５００℃の高温の腐食性流体が接触する部分
に金属を用いる場合、金属の温度が上昇すると、金属が
著しく腐食したＱ、強度が低下して変形したシ、あるい
は、溶融焼損したりするため、一般には、レンガ、キャ
スタブルといった耐火物を該金属に上張シするか、水冷
構造にして金属の温度を下げる方法が採られている。し
かし、水冷構造とした場合でも、高温流体側では、表面
温度が３００℃を越えるため、炭素鋼、低合金鋼を用い
た場合、腐食が生じる０従って、さらに、表面を耐高温
腐食性の良好なステンレス鋼、Ｎｉ　基、Ｃｏ　基耐食
合金で溶接被覆して用いている〇一方、耐火物を金属に
上張シした場合、耐火物は非常に脆く、また母材金属と
熱膨張係数が異なるため、運転開始、終了時、あるいは
運転中の温度変動で、容易にクラックが生じ、脱落して
しまう０また、これらの耐火物は、耐摩耗性が低いため
、高温流体中に含まれる不純物微粒子等によって摩耗損
傷し易い。更には、水冷構造とし、表面にステンレス鋼
等を溶接被覆した場合でも、溶接第１層目は、母材成分
の溶は込みによって成分が希釈され、耐食性を維持でき
ないため、被覆層厚さを厚くせざるを得ない。しかも、
これらの被覆合金は、慨して熱伝導率が小さいため、高
温流体側の表面温度は、５００〜７００℃以上に上昇し
、腐食や熱疲労による割れが生じる。

本発明は、上記の欠点を解消すべく研究の結果、完成し
た。

本発明の目的は、少なくとも一面が腐食性高温流体に接
し、他の一面が冷媒により冷却されて用いられる部材の
金属母材の腐食性高温流体に接する面に重量比でＣｒ　
９〜２５％、Ｎｉ９１〜６５チを含有してなるＮｉ　基
合金を被覆した事を特徴とする耐熱疲労性耐食部材を提
供することである。

本発明の他の目的は、被覆しようとする金属母材表面を
粗成形し、真空中又は非酸化性雰囲気中で金属母材を５
００℃以上被覆合金の融点未満の温度に予熱した後、重
量比でＣｒ　９〜２５％、Ｎ１　ｑ１〜６５チを含有し
てなる溶融したＮ１　基合金を該金属母材表面に流し込
み、非酸化性の冷媒により冷却し、成形加工する事を特
徴とする、耐熱疲労性耐食部材の製造法を提供すること
である０ より詳しくは、厚さ２〜１０鴨の炭素鋼もしくは低合金
鋼の片側に、温度１５０℃以下の冷却用媒体、残余の片
側表面に、６００〜１５００℃の腐食性流体を介在せし
める構造体において、腐食性流体に接する表面に、溶融
温度１０００℃以上のＮｉ　基合金を厚さ３．０間未満
で被覆した構造体、ならびにその製作方法に関する。

本発明の特徴の一つは、被覆材料に従来ろう付に用いら
れてきた耐熱性の硬ろうを用いることである。そして、
本発明は、７００℃付近までの耐熱性と耐食性を必要と
する機器で構造上、表面被覆によってその目的を達する
ことができるもの、具体的には熱焼器ノズル、反応容器
部材等に適用できる。） 以下に、本発明による構造体およびその製造方法を、第
１図に示した燃焼器先端部を例として説明する。

（イ）当該構造体の概略形状１を、炭素鋼または低合金
鋼を用いて作製する。この際、被覆面周囲に堰２を設け
ておく。被覆面を清浄した後、被覆中の母材の熱膨張に
基因する被覆材の剥離を防止するために、予め母材を加
熱しておく。予熱中の材料の酸化を防止するため、雰囲
気を真空又は非酸化性ガス気に保つ。一般には、ロータ
リ真空ポンプで引く程度の１０−３ｔｏｒｒ以上の真空
度、又は不活性ガス中であれば充分である。冷却をする
際に冷媒を注入する作業があるので、好ましくは非酸化
性ガスよフは真空のままのほうが良い。予熱温度として
は、５００℃以上、後述の被覆合金の融点未満の温度が
適当である。予熱温度が５００℃未満では、予熱が不充
分で、被覆材に割れが生じる。一方、被覆合金の融点以
上では、被覆合金を母材表面に流し込んでも度が低下す
る。従って、好ましくは母材の再結晶温度以下（一般に
は、９００℃程度以下）がよい０ （ロ）予熱後、溶融したろう材３を被覆面に流し込む。

使用するろう材としては、耐酸化性の点から、溶融点が
１０００℃以上で、重量比でＣｒ　９〜２５％、Ｎｉ　
９１〜６５％を含有するＮｉ　基合金が適当である。

合金中、　Ｃｒ　は、耐酸化性向上の目的で添加される
元素であるが、９係未満では著しく耐酸化性が劣シ、ま
た２５俤を越えて添加すると、長時間の高温使用により
、ＣｒＮ１３相が析出し、２相となシ耐食性が劣化する
。一方、Ｎ１　は、耐熱硬ろうとしてのベース金属元素
であり、耐食性、耐熱性にすぐれているが、６５俤未満
では、Ｏｒ　相が析出し、２相となって耐食性が劣化す
る。一方、Ｃｒ９’ｌｒ以上含有させるためには、Ｎ１
　を９１係を越えて添加することはできない。合金中に
は、任意に、Ｂ（例えば４チ以下）、Ｓｉ（例えば１１
チ以下）、Ｆθ　（例えば５係以下）。

Ｃ（例えば０．１５係以下）、Ｐ（例えば１２チ以下）
が添加されても良い。

上記合金を用いて被覆することによシ被覆材と母材との
界面が平滑となフ被覆層を薄く成形加工できるようにな
るが、一般的ｖｃＶｉ、、３．０ｍｍ以上では部材厚が
大となシ、冷却能力が低下し、被覆材表面温度が上昇し
、耐熱性が劣化することが多く、なるべ（３，Ｏｔｍ未
満の被覆厚とするのが好ましい。

（−９その後、冷媒を用いて冷却する。冷却中に部材が
酸化を起こさないよう、非酸化性の冷媒を用いることが
適当である。非酸化性冷媒としては、Ａｒ　ガス等の不
活性ガス以外にも、冷却が短時間であるので、Ｎ２ガス
やＣ０２ガスであっても良いが、材料への浸炭や窒化が
問題となる場合、なるべく不活性ガスが好ましい。尚、
冷却速度としては酸化防止の点から、なるべく早いもの
が望ましい。

冷却後、仕上げ加工を施し請求める構造体４を得る。図
中、５は耐熱ろうによる被覆層であり、６は水冷用溝で
あシ、７は燃料噴出口である。そして、燃焼器本体の高
温腐食は、耐熱ろうによる被覆層５で防止し、また、燃
焼器は、水冷用溝６を通過する流水によシ冷却される。

本発明によれば、従来の溶接肉盛法が有している欠点を
以下のように解消できる０１）施工温度（ろう付温度）
が低いため被覆層への母材の溶は込みがなく、成分希釈
もほとんど起こらず、従って、被覆層の耐熱性、耐食性
が損なわれない。

２）拡散が少ないため、被覆層厚さを薄くしても、被覆
層の耐熱性、耐食性は損われない０ ３）従って、被覆層厚さを薄くできるので、熱伝導が良
好となシ、表面温度が上昇しないため、耐熱疲労性が改
善される。

４）溶接温度（ろう付温度）が低いため、母材の熱変形
や組織変化が少ない。

以下に、本発明の効果を実施例によって説明する。

実施例 本発明の効果を確認するため、従来法の溶接肉盛と、本
発明法によって表面被覆を施したもの（本発明成分のも
のと比較材３種）について、耐高温腐食性、耐熱疲労性
を比較した。母材としては、１　％　Ｃｒ　−３４Ｍｏ
鋼（厚さ５間）を用い、溶接肉盛材、ろう材は第１表に
示す組成のものを用いた。形状は、５０＋＋ｍＸ１００
膣の板材とし１被覆層厚さとしては、溶接肉盛の現用材
は、溶は込みによって母材との境界の起伏が著しく・最
大厚さを２ｗＩＩＩ以下にすると、局部的に母材が露出
するため、厚さ３■と５瓢の２種とした０また、本発明
材は、被覆層と母材の境界が平滑であるため、厚さ０．
５　ｖｍ、１ＷｒＩｎ、２　ｍｍの３種とした。

被覆層表面の成分分析結果を第２表に示す。

第２表よシ明らかなように、現用材で被覆層厚さ３＋Ｊ
Ｒのものは、希釈によってＣｒ、　Ｎｉ、　Ｃｏ量が減
少している。また、現用材の被覆層厚さ５ｍ＋のものは
、成分変動は少ない。一方、本発明材では、成分変動は
ほとんど認められないＯ更に、軽油燃焼ガス雰囲気中に
、１２００℃。

２０００時間曝らした場合の試験結果を、第３表に示す
。

第３表よシ明らかなように、現用材では、表面温度が高
く、熱疲労による割れを生じ、また酸化の進行も著しい
。一方、本発明材では、被覆層の厚さが薄く、表面温度
が低いため、酸イヒの進行も少なく、熱疲労による割れ
も発生しない。因みに、比較材では、Ｃｒ　の欠乏で、
酸イヒの進行が著しい０ 第　３　表

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を示した模式図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　少なくとも一面が腐食性高温流体に接し、他の
   一面が冷媒によ勺冷却されて用いられる部材の金属母材
   の腐食性高温流体に接する面に２重量比でＣｒ　９〜２
   ５％’、　Ｎｉ　９１〜６５チを含有してなるＮ１　基
   合金を被覆した事を特徴とする耐熱疲労性耐食部材。
2. （２）被覆しようとする金属母材表面を粗成形し、真空
   中又は非酸化性雰囲気中で金属母材を５００℃以上被覆
   合金の融点未満の温度に予熱した後、重量比でＣｒ　９
   〜２５　％、　Ｎｉ９１〜６５％を含有してなる溶融し
   たＮｉ　基合金を該金属母材表面ＶＣ流し込み、非酸化
   性の冷媒によシ冷却し、成形加工する事を特徴とする、
   耐熱疲労性耐食部材の製造法。