JPS61261467A - 耐熱材料 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、溶射等により形成された結晶粒度の小さい組
織を有することによって、高温での疲労強度並びに腐食
特性に優れた耐熱材料に係り、特に発電プラントあるい
は化学プラント用構造材料に好適な材料に関する。

〔発明の背景〕

高温では粒界が転位の生成源となったり、転位の運動や
原子空孔の拡散を助長するため、クリープ抵抗を減少さ
せる原因と考えられている。

Ａｓｈｂｙらは結晶粒径ｄとクリープ速度εの間には式
（１）の関係が成立し ａ、＝に／ｄ＋Ｋｄ”　　　　　　　　　　　（１）ｋ
、Ｋ　　定数 高温の場合はどｇ、＝に／ｄのなりたつ粒径の領域が広
くなることを指摘している。

一方、疲労き裂の発生には試料表面の突出しおよび入り
込みによる応力集中源が重大な影響を及ぼすため、結晶
粒がこまかいほどき裂の発生は遅く疲労強度もも高い。

このように、クリープ破断強度と疲労強度に及ぼす結晶
粒径の影響は相反するため結晶粒径のコントロールはど
ちらかの特性を犠牲にしなければならない欠点があった
。

そこで従来技術としては、熱処理、研摩さらにピーニン
グによって表面層のみを微細結晶粒にする方法があるが
広範囲にわたって処理するのが難しいため大型部材への
適用がネックとなっていた。

溶射は溶射材の結晶粒がこまかいため材料の表面のみを
微細にできるとともに、任意の部分にこの処理ができる
ため特に大型部材の結晶粒調整に効果的である。またレ
ーザーの照射も同様の効果がある。

さらに、耐熱化性は結晶粒がこまかいほど向上するため
（第１図参照）上記の処理は耐酸化性を向上することも
期待できる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は溶射等により微細な結晶粒組織を形成し
高温での疲労強度とクリープ破断強度の相方に優れた耐
熱材料を提供することにある。

さらに、上記方法により腐食特性も改善できることが期
待される。

〔発明の概要〕

疲労寿命は、疲労き裂の発生寿命と進展速度の両面から
決定される。このうちき裂の発生は表面に形成されるす
べり帯の鋭い凹凸に起因するため、結晶粒がこまかいほ
と発生を遅らせることができる。その後発生したき裂は
、熱疲労のように粒界反応が影響する高温での疲労の場
合、粒内から粒界を伝播する傾向を示す、したがって−
高温での疲労強度を向上するには、表面層の結晶粒を微
細にし、内部を粗粒にすることによって伝播速度を小さ
くするのが効果的である。

高温域のクリープは、粒界で転位の運動や原子空孔の拡
散が容易なため隣接する結晶粒の回転や平行移動が支配
因子となる。このためクリープ強度は粒界の占有面積が
小さくなるため結晶粒が小さいほど高くなる傾向にある
。

したがって高温での疲労とクリープ破断強度の双方を向
上させるには表面層のみの結晶粒を微細化することが重
要である。

さらに結晶粒が細かい程耐食性に優れることから粒界ア
タックによる亀裂発生の点でも、微細結晶粒は便利であ
る。

溶射は大型部材の任意の位置に上記処理を実施できる面
で最も効果的な方法である。またレーザーの照射しこよ
って表面を溶融状態にし急冷することによっても同様の
効果が期待できる。

〔発明の実施例〕

第１表は本発明材の一実施例を示す、このうちＡ鋼はＡ
２８６合金、Ｂ鋼はＣｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼でいずれも構造用
耐熱鋼として一般に使用されている材料である。

第２表はＡ鋼に対し溶射により表面に数−の溶射層を形
成した実施例を示す、溶射層は母材に比べ結晶粒が微細
である。また、母材との整合性も良好である。同様の組
織は１表面にレーザーを照射することによっても得られ
る。

第３図はＡ鋼種に対し溶射による微細化処理をした場合
としない場合の６５０℃低サイクル疲労寿命を示す。処
理材はいずれのひずみ範囲に対しても高い疲労寿命を示
し未処理材に比べ約２倍の向上が見られる。

これは１表面層で結晶粒が微細なために粒内のき裂発生
が遅れる効果と発生したき裂が粒界に達し、その部分で
進展が停止される２つの効果が複合した結果である。さ
らに高温の疲労では粒内で発生したき裂が、その後粒界
を伝って進展する現象が見られる６本発明鋼は表面層の
みが微細であるため表面層を貫通したき裂が内部組織に
達した場合に粒界が少ないため粒界を進展しにくく進展
速度が小さくなる効果もさらに影響しているものと考え
られる。

第４図は処理材と未処理材の高温特性の比較結果を示す
。高温低すイクルニ：’：、　−’Ｊ　Ｊ命はＡ鋼種、
Ｂ鋼種ともに向上が見られ特にＡ鋼種は微細化処理によ
り約２倍改善されている。

クリープ破断強度は表面の微細化処理によっても悪影響
は生ぜず未処理材と同等以上の高い強度を示す、これは
クリープき裂の発生が表面層からではなく内部の粒界三
重点もしくは粒界より生じこれら空孔が成長合体とすこ
とによって成長していくため、表面の影響をうけにくい
ことに起因する。

以上より表面層のみの微細化処理は高温の疲労強度を改
善できるとともにクリープ破断強度にも悪影響を及ぼさ
ないことが明らかとなった。

なお、上記微細化処理によって水蒸気酸化等の耐食性の
向上も期待できることから、発電プラント用ロータ及び
ブレード等の構造用部材への適用が可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、溶射及びレーザーの照射により表面層
に微細な結晶粒を形成することができる。

その結果、高温の疲労強度を未溶射材に比べ約２１°１
・−向上でき、さらにクリープ破断強度も低下させない
ため優れた耐熱鋼を提供できる。特に応力集中部を本方
法°で微細化するだけでも効果は十分である。

【図面の簡単な説明】

℃高温低サイクル疲労寿命、第４図は発明材と従来材の
高温特性比較。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面に母材より微細な結晶粒の組織を有し高温での
   強度特に疲労強度に優れることを特徴とする耐熱材料。 ２、特許請求の範囲第１項において、表面層に母材より
   延性の大きい材料を有することを特徴とする耐熱材料。 ３、特許請求の範囲第１項において、表面に母材と同一
   の組成からなる微細な結晶粒の組織を有し高温での強度
   特に疲労強度に優れることを特徴とする耐熱材料。 ４、特許請求の範囲第１項において、溶射により表面に
   微細な結晶粒を形成することによつて得られる疲労強度
   に優れることを特徴とする耐熱材料。 ５、特許請求の範囲第１項において、レーザーの照射に
   より得られる微細な結晶粒の組織を有し疲労強度に優れ
   ることを特徴とする耐熱材料。 ６、上記１〜４で規定された材料より構成されること特
   徴とする発電プラント及び化学プラント用機器。