TWI554728B - 合金被覆鍋爐零件 - Google Patents

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TWI554728B
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曾地義信
竹屋昭宏
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第一高周波工業股份有限公司
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Description

合金被覆鍋爐零件
本發明，係與構成各種鍋爐之傳熱配管的管零件(以下，稱為「鍋爐管」)、或構成附有冷卻水路之火爐殼體之板材-管材複合面板(以下，稱為「鍋爐火爐面板」)等之鍋爐零件相關，尤其是，與具有以提高耐久性為目的之合金被覆，且適合熔接施工之鍋爐零件相關。
首先，以鍋爐管之例而言的話，在鍋爐之運轉溫度低於以往且爐內之侵蝕及熔蝕環境仍未十分嚴格的時代，直接應用針對機械特性考慮到高溫下使用可能性之鍋爐用鋼管(低合金鋼管)，係一般的使用形態。而且，針對要求耐蝕性之用途，則使用不鏽鋼管，甚至還鈦管，然而，因為價格昂貴，故無法大量使用。
近年來，回收利用垃圾焚化熱之形式的鍋爐增加，所以，發生了尤其是燃燒煤塵之侵蝕(磨損)的問題，針對該問題之對策，就是開始大量採用實施耐磨損性優良之合金的噴塗被覆的型式。
但是，上述合金被覆，例如，係利用HVOF(High Velocity Oxygen Fuel)或電漿噴塗機直接噴塗形成之被覆(未熔融被覆)，很少採用噴塗後再實施熔融處理之自熔合金被覆。
很少對鍋爐管採用自熔合金之熔接被覆(噴塗後再實施熔融處理之自熔合金被覆)的理由，在於熔接鍋爐管來使用時，熔接作業時之急速的局部昇溫容易使熔接被覆發生熱衝擊龜裂，所以，要求將管全體預先加熱至高溫，並熔接高溫之管來進行熔接之法律規定以外的困難作業。
而且，以往之鍋爐時，不但侵蝕的問題，熔蝕(腐蝕)的問題，也因為垃圾焚化之發電效率化所要求之高溫燃燒的要求而嚴重化，故陷入急切希望將熔接被覆適用於鍋爐的狀況。
其一例，如專利文獻1之將自熔合金之熔接被覆適用於鍋爐管的構成所示。並且，此處，係於鍋爐管之端部，設有50mm程度之未噴塗部，並採用該部分作為接合部位之構成(該文獻之第3頁第4欄第15～16行)。於該未噴塗部，熔接後，以嵌裝保護層材之處置來取代被覆(該文獻之第4欄24～26行)。上述處理，因為需要特別訂製具有優良耐侵蝕性之保護層材(例如，鋁製)，或者，在狹窄之鍋爐內之嵌裝作業，不但材料及製程上皆需要較高的成本，且需要事先調度資材。
其次，鍋爐火爐面板時，如上面所述，因為係交互配設管材及板材之複合構成、或為大尺寸(例如，0.5m×6m)，則相當於上述保護層之輔助構件的使用更是困難，而且，有隨著噴塗後之再熔融處理所衍生之複雜形狀變形的問題(例如，參照專利文獻2及專利文獻3)。
對於：對應保護之金屬母材全域實施耐侵蝕及耐熔蝕性優良之合金材料的熔接被覆，而且，即使於熔接作業時發生急速局部昇溫，熔接被覆也不會發生熱衝擊龜裂之合金被覆鍋爐零件(鍋爐管及鍋爐火爐面板)；本專利申請人，已提出：在包含供熔接之端部的端部區域(熔接作業時發生熱衝擊龜裂之急速昇溫區域)，利用抑制融點下降元素之B(硼)及Si(矽)含有量之Ni-Cr合金材料(B之含有比例為0.1質量%以下，Si之含有比例為0.5質量%以下)來實施被覆，而於端部區域以外之區域(急速昇溫區域以外之其餘部分區域)，利用B及Si各含有1～5質量%之Ni-Cr合金材料來實施被覆的合金被覆鍋爐零件(參照專利文獻4)。
專利文獻4所記載之合金被覆鍋爐零件，因為於應保護之金屬母材之全域以Ni-Cr合金材料實施被覆，故具有良好之耐久性及耐蝕性。
而且，實施於端部區域(熔接作業時發生熱衝擊龜裂之急速昇溫區域)之被覆，藉由抑制B及Si之含有量來提高耐熱衝擊性。所以，即使熔接作業時之急速局部昇溫，被覆也不會發生熱衝擊龜裂(耐熱衝擊性優良)。
而且，因為利用抑制B及Si之含有量的Ni-Cr合金材料，使實施於端部區域之被覆的硬度降低(B或Si與Cr之反應所導致之高硬度析出物的生成被抑制)，不但熱衝擊，對於機械衝擊也具有耐性(耐衝擊性)。
專利文獻1：日本特開平10-170194號公報
專利文獻2：日本特開2001-4101號公報
專利文獻3：日本特開2000-329304號公報
專利文獻4：日本特許第4411114號公報
於上述專利文獻4所記載之合金被覆鍋爐零件，以得到實施於端部區域(急速昇溫區域)之熔接被覆為目的之合金材料，因為抑制融點下降元素B及Si的含量(B之含量為0.1質量%以下，Si之含量為0.5質量%以下)，其融點為1500℃以上，相較於以得到實施在端部區域以外之區域之熔接被覆之合金材料(B及Si之各含量為1～5質量%)的融點，係相當高者。
所以，於端部區域(急速昇溫區域)，無法採用端部區域以外之區域所實施之被覆形成手段(噴塗-再熔融處理)，端部區域之被覆形成，必須採用熔接堆疊來實施。
如上面所述，在端部區域及端部區域以外之區域採用不同之被覆形成方法，在製造效率上極為不利。
而且，實施熔接堆疊時，因為金屬母材之溫度達到1500℃程度，可能使金屬母材發生變形(熔接變形)。
所以，期望能開發出一種合金被覆鍋爐零件，包含端部區域在內之所有區域的被覆，可以全部以噴塗-再熔融處理來形成，而且，形成於端部區域之被覆的耐熱衝擊性及耐衝擊性都十分良好。
本發明，就是有鑑於以上之情形而開發者。
本發明之目的，係在提供一種合金被覆鍋爐零件，具有於應保護之金屬母材的全域(端部區域及非端部區域)以噴塗-再熔融處理所形成之熔接被覆，而形成於端部區域之熔接被覆的耐熱衝擊性及耐衝擊性十分優良。
(1)本發明之合金被覆鍋爐零件，係對金屬母材實施合金材料之被覆，並於端部進行熔接之合金被覆鍋爐零件，其特徵為：對包含前述端部及其附近之端部區域的金屬母材，實施含有：B為1.5質量%以上、2.5質量%以下、Si為3.5質量%以上、4.0質量%以下、C為0.4質量%以下、及Cr為12.0質量%以上、17.0質量%以下之比例，其餘部分為Ni及不可避免之雜質之第1合金材料的熔接被覆，且對前述端部區域以外之非端部區域之金屬母材，實施含有：B為大於2.5質量%、4.0質量%以下、Si為大於4.0質量%、5.0質量%以下、C為0.5質量%以上、0.9質量%以下、及Cr為12.0質量%以上、17.0質量%以下之比例，其餘部分為Ni及不可避免之雜質之第2合金材料的熔接被覆。
(2)本發明之合金被覆鍋爐零件時，第1合金材料及第2合金材料之各熔接被覆厚度範圍以0.3~3.0mm為佳。
(3)而且，本發明之合金被覆鍋爐零件，係以含有 B為0.1質量%以下、Si為0.5質量%以下之比例之Ni-Cr之主要成份的合金材料作為熔填材來進行熔接為佳。
(4)本發明之合金被覆鍋爐零件，係以於管狀之金屬母材之外周面以合金材料(第1合金材料或第2合金材料)實施被覆之鍋爐管為佳。
(5)此時，以將前述鍋爐管之端部(兩端部)、與距離該端部15~500mm之位置之間的區域作為端部區域，並對該端部區域之金屬母材之外周面，以第1合金材料實施熔接被覆為佳。
(6)本發明之合金被覆鍋爐零件，以鍋爐火爐面板為佳。
(7)此時，以於板材位於兩側位置之方式交互連結板材與管材之面板形狀之金屬母材的至少其中一面，以合金材料(第1合金材料或第2合金材料)實施被覆為佳。
(8)此時，以跨越前述管材之端部(兩端部)、與距離該端部15~500mm之位置之間的區域作為端部區域，並對該端部區域之至少其中一面(面板形狀之至少其中一面)，以第1合金材料實施熔接被覆，以跨越前述板材之端部(兩端部)、與距離該端部15~500mm之位置之間的區域作為端部區域，並對該端部區域之至少其中一面，以第1合金材料實施熔接被覆，以包含前述鍋爐火爐面板之兩側之板材的區域作為端部區域，並對該端部區域之至少其中一面，以第1合金材料實施熔接被覆，對前述端部區域以外之非端部區域之金屬母材的至少其中一面(以第1合金材料實施熔接被覆之面板形狀的至少其中一面)，以第2合金材料實施熔接被覆為佳。
(9)此時，於以板材位於兩側之方式交互連結板材與管材之面板形狀之金屬母材的其中一面，以合金材料(第1合金材料或第2合金材料)實施被覆為佳。
(10)此時，以跨越前述管材之端部(兩端部)、與距離該端部15～500mm之位置之間的區域作為端部區域，並對該端部區域之其中一面(面板形狀之其中一面)，以第1合金材料實施熔接被覆，以跨越前述板材之端部(兩端部)、與距離該端部15～500mm之位置之間的區域作為端部區域，並對該端部區域之其中一面，以第1合金材料實施熔接被覆，以包含前述鍋爐火爐面板之兩側之板材的區域作為端部區域，並對該端部區域之其中一面，以第1合金材料實施熔接被覆，對前述端部區域以外之非端部區域之金屬母材的其中一面(面板形狀之其中一面)，以第2合金材料實施熔接被覆為佳。
(11)本發明之合金被覆鍋爐零件時，以前述第1合金材料B之含有比例為1.8質量%以上、2.4質量%以下，前述第1合金材料Si之含有比例為3.6質量%以上、4.0質量%以下，前述第1合金材料C之含有比例為0.2質量%以下為佳。
(12)而且，前述第1合金材料Cr之含有比例，以14.5質量%以上、16.5質量%以下為佳。
本發明之合金被覆鍋爐零件，因為於包含端部區域之應保護之金屬母材的全域，具有可以利用噴塗-再熔融處理所形成之自熔合金的熔接被覆，故可以高效率來進行製造。而且，因為無需實施被覆形成之熔接堆疊，製造時，沒有金屬母材發生熔接變形等的疑慮。
而且，形成於端部區域之熔接被覆，因為具有良好之耐熱衝擊性及耐衝擊性，即使熔接作業時之急速局部昇溫，也不易發生熱衝擊龜裂，對於機械衝擊也不易發生龜裂。
此外，本發明之合金被覆鍋爐零件，具有優良之耐久性及耐蝕性。
以下，針對本發明之鍋爐零件，進行詳細說明。
本發明之鍋爐零件，係對金屬母材實施以Ni-Cr為主要成份之合金材料的被覆(被膜)，並於端部進行熔接之合金被覆鍋爐零件。
本發明之鍋爐零件時，金屬母材之端部區域及非端部區域，用以構成被覆之合金材料(自熔合金)不同。
＜端部區域‧非端部區域＞
此處，「端部區域」，係指包含端部(熔接部)及端部附近的區域，係隨著端部之熔接而急速昇溫的區域。端部區域之範圍，隨著金屬母材之形狀(鍋爐零件之形態)等而不同。
例如，鍋爐管時，可以將跨越端部、與距離該端部15～500mm之位置之間的區域視為端部區域。
而且，以使板材位於兩側之方式來交互連結板材與管材之鍋爐火爐面板時，可以將(1)跨越管材之端部、與距離該端部15～500mm之位置之間的區域、(2)跨越板材之端部、與距離該端部15～500mm之位置之間的區域、或(3)包含位於兩側之板材的區域(亦可包含分別熔接於兩側之板部之管材的一部分)視為端部區域。
而且，「非端部區域」，係指於應保護之金屬母材之端部區域以外的區域。
＜第1合金材料＞
對金屬母材之端部區域，實施含有：B(硼)為1.5質量%以上、2.5質量%以下、Si(矽)為3.5質量%以上、4.0質量%以下、C(碳)為0.4質量%以下、Cr(鉻)為12.0質量%以上、17.0質量%以下之比例，其餘部分為Ni(鎳)及不可避免之雜質之第1合金材料的熔接被覆。
第1合金材料，其係含有：B為1.5質量%以上、Si為3.5質量%以上之比例的Ni-Cr自熔合金。
第1合金材料之融點，例如，為1050～1100℃，為具有該程度之融點之合金的話，因為可以迴避噴塗被膜之再熔融處理所導致之金屬母材的變形，故可以噴塗-再熔融處理來實施被覆。
結果，因為包含端部區域在內之應保護之金屬母材之全域的熔接被覆，可以利用噴塗-再熔融處理來形成，故可以高效率來製造合金被覆鍋爐零件。
而且，藉由B之含有比例為2.5質量%以下，Si之含有比例為4.0質量%以下，相較於後面所述之第2合金材料之B及Si的含有量為相對少量(B及Si之含有量受到某種程度的抑制)，由第1合金材料所形成之熔接被覆成為具有良好耐熱衝擊性者。所以，即使熔接作業時之急速局部昇溫，也不易使實施於端部區域之由第1合金材料所構成的熔接被覆發生熱衝擊龜裂。
而且，B及Si之含有量受到某種程度的抑制，C之含有比例也為0.4質量%以下，故熔接被覆係硬度夠低之物(例如，HV≦400)，而提高耐衝擊性，在鍋爐零件之熔接時或裝設時，受到機械衝擊，該熔接被覆也不易發生龜裂。
第1合金材料B之含有比例，應為1.5質量%以上、2.5質量%以下，以1.8質量%以上、2.4質量%以下為佳。
B之含有比例為1.5質量%以下時，因為無法使所得到之合金材料的融點充份下降，在實施該合金材料之噴塗被膜之再熔融時，金屬母材會發生變形，故無法使用該合金材料以噴塗-再熔融處理來實施被覆。
另一方面，若為B之含有比例超過2.5質量%之合金材料的話，難以於端部區域形成耐熱衝擊性及耐衝擊性良好之熔接被覆。
第1合金材料之Si的含有比例，應為3.5質量%以上、4.0質量%以下，以3.6質量%以上、4.0質量%以下為佳。
Si之含有比例為3.5質量%以下的話，因為無法使所得到之合金材料的融點充份下降，在實施該合金材料之噴塗被膜之再熔融時，金屬母材會發生變形，故無法使用該合金材料以噴塗-再熔融處理來實施被覆。
另一方面，若為Si之含有比例超過4.0質量%之合金材料的話，難以於端部區域形成耐熱衝擊性及耐衝擊性良好之熔接被覆。
第1合金材料C之含有比例，應為0.4質量%以下，以0.2質量%以下為佳。
C之含有比例超過0.4質量%之合金材料時，難以於端部區域形成耐衝擊性良好之低硬度的熔接被覆。
此外，因為第1合金材料含有特定比例之Cr，藉此，形成於端部區域之熔接被覆，也成為具有優良之耐蝕性者。
第1合金材料之Cr的含有比例，應為12.0質量%以上、17.0質量%以下，以14.5質量%以上、16.5質量%以下為佳。
Cr之含有比例為12.0質量%以下之合金材料的話，無法於端部區域形成耐蝕性良好之熔接被膜。
＜第2合金材料＞
對金屬母材之非端部區域，實施含有B為大於2.5質量%、4.0質量%以下、Si為大於4.0質量%、5.0質量%以下、C為0.5質量%以上、0.9質量%以下、Cr為12.0質量%以上、17.0質量%以下之比例，其餘部分為Ni及不可避免之雜質之第2合金材料的熔接被覆。
第2合金材料，其係含有：B為大於2.5質量%、4.0質量%以下之比例，Si為大於4.0質量%、5.0質量%以下之比例的Ni-Cr自熔合金。
第2合金材料之融點，例如，為1000～1050℃，為具有該融點之合金的話，可以有效地實施噴塗-再熔融處理。
此外，第2合金材料，因為含有超過2.5質量%之比例的B且含有超過4.0質量%之比例的Si，由該第2合金材料所形式之熔接被覆，相較於由第1合金材料所形成者，耐熱衝擊性較差。
然而，利用第2合金材料之熔接被覆，因為係針對熔接作業時也不會發生急速昇溫(不會產生熱衝擊)的非端部區域實施，熔接作業時，該熔接被覆不易發生熱衝擊龜裂。
而且，第2合金材料，因為含有某種程度之高比例的B、Si及C，由第2合金材料所形成之熔接被覆，硬度較高(例如，HV=600～700程度)，相較於由第1合金材料所形成之熔接被覆，耐衝擊性較差。
然而，利用第2合金材料實施熔接被覆之非端部區域，因為在鍋爐零件之熔接時及裝設時，不易受到機械衝擊，故不易發生龜裂。
第2合金材料B之含有比例，應為大於2.5質量%、4.0質量%以下。B之含有比例為2.5質量%以下時，無法有效率地實施噴塗-再熔融處理。
另一方面，B之含有比例為超過4.0質量%之合金材料的話，將導致形成於非端部區域之熔接被覆的耐熱衝擊性及耐衝擊性降低。
第2合金材料之Si的含有比例，應為大於4.0質量%、5.0質量%以下。Si之含有比例為4.0質量%以下時，無法有效率地實施噴塗-再熔融處理。
另一方面，Si之含有比例為超過5.0質量%之合金材料的話，將導致形成於非端部區域之熔接被覆的耐熱衝擊性及耐衝擊性降低。
第2合金材料之C的含有比例，應為0.5質量%以上、0.9質量%以下。
C之含有比例為超過0.9質量%之合金材料的話，所形成之熔接被覆的硬度過大，將導致非端部區域之耐衝擊性變差。
此外，因為第2合金材料含有特定比例之Cr，藉此，形成於非端部區域之熔接被覆，也成為耐蝕性十分優良之物。
第2合金材料之Cr的含有比例，應為12.0質量%以上、17.0質量%以下。
Cr之含有比例為12.0質量%以下之合金材料的話，無法於非端部區域形成耐蝕性良好之熔接被膜。
第2合金材料，例如，符合JIS H 8303所規定之組成的鎳自熔合金材料、ISO14920所規定之組成的鎳自熔合金材料。
＜鍋爐火爐面板＞
第1A圖及第1B圖所示之鍋爐火爐面板10(本發明之合金被覆鍋爐零件)，係預先在工廠於鋼製面板11(金屬製母材)，以噴塗-再熔融處理熔接著由第1合金材料所形成之被覆(以下，亦稱為「第1合金被覆」)15、及由第2合金材料所形成之被覆(以下，亦稱為「第2合金被覆」)16者，組合火爐殼體時，係將複數片之相連相鄰的端部彼此進行熔接。亦即，係於鋼製面板11(板材-管材複合面板)，交互配置用以形成構成附冷卻水路之火爐殼體之基本單位之冷卻水路的管部12(管材)、及用以構成連結部之板部13(板材)並以熔接等緊密連結而成者，此外，以耐侵蝕及耐熔蝕為目的，於火爐內壁之其中一面(要保護部)，於熔接部分以外之全域，形成利用合金材料(第1合金材料或第2合金材料)之熔接被覆。
熔接被覆，係分成端部區域之第1合金被覆15、及非端部區域之第2合金被覆16。
實施第1合金被覆15之端部區域，可以設定成：
(1)跨越管部12之端部、與距離該端部15～500mm之位置之間的區域(圖中，具有以C1所表示之寬度的帶狀區域)、
(2)跨越板部13之端部、與距離該端部15～500mm之位置之間的區域(圖中，具有以C2所表示之寬度的區域)、或
(3)包含位於兩側之板部13的區域(圖中，具有以C3所表示之寬度的帶狀區域。而且，也可包含分別熔接於兩側之板部13之管部12的一部分)。
此外，管部12之端部區域之寬度C1、與板部13之端部區域之寬度C2，也可以為相同之大小。
於板部13之端部區域，形成有寬度0.5～2mm程度之細溝槽14。其係用以確保管部12之熔接對準用之熔接部位。
於管部12之端面，也實施作為熔接凹槽之大倒角、錐角。
用以構成第1合金被覆15之第1合金材料，係以Ni-Cr作為主要成份，並以一定比例含有融點下降元素之B及Si而具有自熔性，然而，以不會因為熔接作業時之熱衝擊及各種機械衝擊而龜裂之方式，而將B之含有比例抑制於2.5質量%以下，將Si之含有比例抑制於4.0質量%以下。
第1合金被覆15之厚度為0.3～3.0mm，以1.0～2.0mm程度為佳。
構成第2合金被覆16之第2合金材料，係以Ni-Cr作為主要成份，為了使噴塗處理及再熔融處理有良好施工效率，B之含有比例為大於2.5質量%、4.0質量%以下，Si之含有比例為大於4.0質量%、5.0質量%以下。
第2合金被覆16之厚度為0.3～3.0mm，以1.0～2.0mm程度為佳。
針對本實施方式之鍋爐火爐面板10，係參照圖式(第2圖～第5圖)來針對其製造製程進行說明。
鍋爐火爐面板10，可以於交互連結板部13及管部12之鋼製面板11(金屬母材)之端部區域的其中一面，形成第1合金被覆15，而且，於非端部區域之其中一面，形成第2合金被覆16，並整修其端部形狀來進行製造。
如第2圖所示，鋼製面板11，係將由鋼材所構成之管部12及板部13交互熔接等所連結而成者，板部13係位於兩側之位置。
鋼製面板11之尺寸，長度(L)為1000～9000mm程度，寬度(W)為300～500mm程度，管部12之徑為30～80mm程度，管部12之厚度為5.0～7.0mm程度，板部13之厚度為3～9mm程度。
如第3圖所示，第1合金被覆15，係形成於鋼製面板11之端部區域的其中一面。此外，前端部之50～150mm程度，係以作業中之固定保持等為目的而未經被覆處理之殘留部分，此時，在最後之端部形狀整修時，係將其切除。
如第3(a)圖所示，管部12之第1合金被覆15之形成區域的寬度(該圖中之C1'所示)，為了確保第2合金被覆之重複(疊合)部分，係大於端部區域之寬度(第1圖中之C1所示)。
而且，夾著管部12之板部13之第1合金被覆15形成區域的寬度(第3圖中之C2'所示)，也為了確保第2合金被覆之重複部分，而大於端部區域之寬度(第1圖中之C2所示)。
並且，位於面板兩側之板部13之第1合金被覆15形成區域的寬度(第3(a)圖中之C3'所示)，係與第1圖之C3所示之端部區域的寬度相等，然而，大於第1合金被覆15形成區域之寬度，亦即，也可以到達連結於面板兩側之板部13之管部12的一部分為止的方式，來形成第1合金被覆15。
第1合金被覆15，係以噴塗-再熔融處理來形成。噴塗-再熔融處理，可以採用傳統之眾所皆知的方法。具體而言，對端部區域實施第1合金材料之噴塗處理，其次，實施第1合金材料之噴塗被膜的再熔融處理。而且，必要時，也可對被處理面(端部區域之其中一面)實施噴砂等之表面清淨處理。
由第1合金材料之噴塗處理所形成之噴塗被膜，以1050～1100℃程度之溫度再熔融而成為緻密之熔接被覆(第1合金被覆15)。
如第4圖所示，第2合金被覆16，係形成於鋼製面板11之非端部區域的其中一面。
第2合金被覆16，與第1合金被覆15之形成方法相同，係以噴塗-再熔融處理來形成。噴塗-再熔融處理，可以採用傳統之眾所皆知的方法。具體而言，進行第1合金被覆15之遮罩，對非端部區域實施第2合金材料之噴塗處理，其次，實施第2合金材料之噴塗被膜的再熔融處理。並且，必要時，也可對被處理面(非端部區域之其中一面)實施噴砂等之表面清淨處理。
由第2合金材料之噴塗處理所形成之噴塗被膜，以1000～1050℃程度之溫度再熔融而成為緻密之熔接被覆(第2合金被覆16)。
而且，第1合金被覆15及第2合金被覆16之良好形成方法，例如，於端部區域實施第1合金材料之噴塗處理，其次，於非端部區域實施第2合金材料之噴塗處理，其後，實施形成於端部區域及非端部區域之噴塗被膜之再熔融處理的方法。
此外，噴塗被膜之再溶處理製程時，以適度地進行針對第1合金被覆15之噴塗被膜的處理溫度(1050～1100℃程度)、及針對第2合金被覆16之噴塗被膜的處理溫度(1000～1050℃程度)之切換的方式，來控制溫度。
第1合金被覆15之遮罩，例如，係利用金屬薄板等之遮蔽板或耐熱遮罩帶來實施。而且，以第1合金被覆15與第2合金被覆16之間沒有間隙、母材不會露出之方式，而以第1合金被覆15及第2合金被覆16有部分重複之方式來進行遮罩。此重層部分，以不會出現劇烈落差之方式，而使兩被覆之厚度具有錐角即可。
以形成第1合金被覆15及第2合金被覆16為目的之噴塗處理及再熔融處理，係利用眾所皆知之裝置以一般手法來實施。
亦即，自熔合金之第1合金材料及第2合金材料的噴塗，可以利用眾所皆知之噴塗裝置以一般噴塗法來有效率地實施。
而且，再熔融處理，基本上，也是利用眾所皆知之高頻感應加熱裝置以一般之移動加熱法(例如，第4圖之(c)及(e)所示，使感應線圈40移動之方法)來有效率地實施。
於鋼製面板11之其中一面(端部區域及非端部區域)，形成第1合金被覆15及第2合金被覆16後，如第5圖所示，鋼製面板11之前端的未被覆部被切除。其係以電漿切斷等來實施，同時，或者，在其他時間，也形成溝槽14。並且，對管部12之前端實施倒角加工，以備其他鍋爐火爐面板10之熔接。
如此，端部之整修也結束的話，就完成一片鍋爐火爐面板10。而且，同樣地，以良好效率陸續製造鍋爐火爐面板10，並將其儲存保持於工廠及倉庫等。
如上面所述，該鍋爐火爐面板10之製造製程時，因為所有的熔接被覆(第1合金被覆15及第2合金被覆16)都可以噴塗-再熔融處理來形成，相較於熔接堆疊併用之製造製程，製造效率更為優良。
其次，參照圖式(第6圖)，針對本實施方式之鍋爐火爐面板10的使用形態進行說明。
鍋爐火爐面板10，因為係將複數片熔接組裝於鍋爐火爐，此處，則針對以長度方向來連結(使管部12之內腔互相連通)鍋爐火爐面板10彼此之熔接的熔接製程進行說明。
該熔接製程，係由定位(對準)製程、管端熔接製程、及板部熔接製程所構成，依序針對接合對象之鍋爐火爐面板10的熔接部20實施各製程之處理。如第6(a)圖所示，定位製程時，係在使作為熔接部20之管部12前端彼此相對之狀態下，固定兩鍋爐火爐面板10。其後，各管端之相對狀態若有位置偏移，而且，該位置偏移，只是鍋爐火爐面板10製造時(第1合金被覆15及第2合金被覆16之形成時)等所發生之少許偏移的話，採用將小楔子打入溝槽14等來進行相對管端之位置整合。
其次，如第6(b)圖所示，管端熔接製程時，以不會發生空隙等且不會過度加熱之方式，從管內面側朝管外面側分成數次來進行環狀熔接。圖示之例時，係分成五層，從面對管之中空之熔接層21的環狀熔接開始，接著進行埋於管肉之熔接層22的環狀熔接，再依序對露出於管外周之三列之超合金熔接層23、24、25進行施工。
該管端熔接製程所使用之熔填材(超合金熔接層23、24、25之形成所使用的熔填材)，以含有B為0.1質量%以下、Si為0.5質量%以下之比例之以Ni-Cr作為主要成份的合金材料為佳。
並且，面對管之中空之熔接層(相當於熔接層21之熔接層)及埋於管肉之熔接層(相當於熔接層22之熔接層)，也可以碳鋼(例如，50kg/mm2級之熔接棒)來形成，藉此，可以謀求成本的降低。
此處，形成於鍋爐火爐面板10之端部區域的第1合金被覆15，相較於形成於非端部區域之第2合金被覆16，因為B及Si之含有量較少，故耐熱衝擊性較優(沒有熱衝擊龜裂感受性)，即使熔接作業時端部區域急速昇溫，第1合金被覆15不會發生熱衝擊龜裂。所以，不會導致第1合金被覆15受損，而可容易且確實地實施熔接作業。
此外，形成於鍋爐火爐面板10之非端部區域的第2合金被覆16，相較於第1合金被覆15，耐熱衝擊性較差(有熱衝擊龜裂感受性)，然而，因為係在熔接作業時也不會發生急速昇溫(不會產生熱衝擊)之非端部區域實施，故第2合金被覆16也不會發生熱衝擊龜裂。所以，不會導致第2合金被覆16受損，而可容易且確實地實施熔接作業。
其次，板部熔接製程時，並未圖示，然而，被熔接之板部13之至少覆蓋雙方之溝槽14之尺寸的擋板，被以跨越兩鍋爐火爐面板10之板部13的方式進行熔接。擋板之熔接，係從鋼製面板11之另一面(亦即，第1合金被覆15之非形成面‧火爐外壁面、無需保護面)側來實施。因為溝槽14之寬度愈窄的話，擋板的裝設愈容易，溝槽14之內側為母材之原狀，亦即，可以在鋼製面板11露出之狀態下結束製程，然而，也可以利用前述熔填材(含有B為0.1質量%以下、Si為0.5質量%以下之比例之以Ni-Cr作為主要成份的合金材料)之熔接施工來填埋溝槽14。而且，板部13，不同於管部12，因為鍋爐構築後之補修容易實施(從鍋爐外之補修可以達成絕大部分之目的)，也可採用以增加面板端部板及擋板之板厚來謀求長壽命化而省略合金被覆之手法。
是以，藉由於長度方向連結複數之鍋爐火爐面板10，如第1B(f)圖所示，構成附有冷卻水路之火爐殼體。
此種火爐殼體時，因為內壁全面或內壁面中之需要保護部的全域都覆蓋著緻密之合金被覆，可進一步提高耐侵蝕及熔蝕性。
而且，也可以分別位於兩側之板部13作為熔接部，利用前述熔填材，從寬度方向連結複數之鍋爐火爐面板10。
並且，於鍋爐火爐面板10，形成有耐熱衝擊性優良之第1合金被覆15作為包含位於兩側之板部13之區域的端部區域，於以從寬度方向連結鍋爐火爐面板10為目的之熔接製程時，形成包含兩側之板部13之端部區域的第1合金被覆15，也不會發生熱衝擊龜裂。
第8圖，係與第1A圖及第1B圖所示者為不同構造之鍋爐火爐面板(本發明之合金被覆鍋爐零件)。並且，第8圖中，對於與第1A圖及第1B圖所示之鍋爐火爐面板10相同的構成要素，使用相同的符號。
第8圖所示之鍋爐火爐面板18之其中一面及另一面，於熔接部分以外之全域，形成有由合金材料(第1合金材料或第2合金材料)所形成之熔接被覆。
亦即，該鍋爐火爐面板18，係分別於交互連結板部13及管部12之鋼製面板11(金屬母材)之端部區域之其中一面及另一面，形成第1合金被覆15，而且，分別於非端部區域之其中一面及另一面，形成第2合金被覆16。
該鍋爐火爐面板18，最適合使用於兩面為需要保護部之面板(例如，用以區隔第1燃燒室及第2燃燒室之境界面板)等。
＜鍋爐管＞
第7(a)圖所示之鍋爐管80、81、82(本發明之合金被覆鍋爐零件)，係於管狀之鋼材(金屬母材)之外周面，實施合金材料之被覆。
於鍋爐管80、81、82之各端部區域(圖中，具有以C4表示之寬度的帶狀區域)的外周面，形成有第1合金被覆85，而且，於各非端部區域之外周面，形成有第2合金被覆86。
此處，鍋爐管80、81、82之端部區域，係因為熔接而急速昇溫之區域，端部區域之寬度C4，例如，為15～500mm。
鍋爐管80、81、82之外徑為30～100mm程度，鍋爐管82之長度為2000～10000mm程度。
第1合金被覆85，係以利用第1合金材料之噴塗-再熔融處理，而形成於管狀鋼材之端部區域的外周面。另一方面，第2合金被覆86，則係以利用第2合金材料之噴塗-再熔融處理，而形成於管狀鋼材之非端部區域的外周面。
鍋爐管80、81、82，可以於管狀鋼材(金屬母材)之端部區域的外周面，形成第1合金被覆85，而且，於非端部區域之外周面，形成第2合金被覆86，此外，實施端部形狀之整修來進行製造。
以形成第1合金被覆85及第2合金被覆86為目的之噴塗處理及再熔融處理，可以利用眾所皆知之裝置以一般手法來實施。
亦即，自熔合金之第1合金材料及第2合金材料的噴塗，可以利用眾所皆知之噴塗裝置而以一般噴塗法來有效率地實施。
而且，再熔融處理，例如，將連結於高頻感應加熱裝置之感應線圈嵌裝‧浮嵌於端部區域，進行感應加熱，並對噴塗被膜實施再熔融之眾所皆知的方法。此外，再熔融處理時，也可同時實施彎曲加工。
如上面所述，鍋爐管80、81、82之製造製程時，因為所有熔接被覆(第1合金被覆85及第2台金被覆86)皆可以噴塗-再熔融處理來形成，相較於熔接堆疊之製造製程，製造效率可進一步提升。
鍋爐管80、81、82，在針對各個實施熔接凹槽之形成等必要之管端處理後，如第7(b)圖所示，在以熔接部83、84使鍋爐管80、81、82之前端彼此相對之狀態，固定鍋爐管80、81、82。
其後，利用上述熔填材(含有B為0.1質量%以下、Si為0.5質量%以下之比例之以Ni-Cr作為主要成份之合金材料熔填材)，實施管端彼此之熔接。該鍋爐管之管端熔接，與上述管部12之管端熔接相同。
並且，形成於鍋爐管80、81、82之端部區域的第1合金被覆85，相較於形成於非端部區域之第2合金被覆86，因為B及Si之含有量較少而耐熱衝擊性較優(沒有熱衝擊龜裂感受性)，即使因為熔接而端部區域急速昇溫時，第1合金被覆85也不會發生熱衝擊龜裂。而且，耐熱衝擊性較差(有熱衝擊龜裂感受性)之第2合金被覆86，因為係實施於不會因為熔接而急速昇溫之非端部區域，故第2合金被覆86也不會發生熱衝擊龜裂。所以，不會導致第1合金被覆85及第2合金被覆89受損，而可容易且確實地實施熔接作業。
10．．．鍋爐火爐面板(合金被覆鍋爐零件)
11．．．鋼製面板(複合面板)
12．．．管部(管材)
13．．．板部(板材)
14．．．溝槽
15．．．第1合金被覆
16．．．第2合金被覆
18．．．鍋爐火爐面板(合金被覆鍋爐零件)
20．．．熔接部
21、22．．．熔接層
23、24、25．．．超合金熔接層
40．．．感應線圈(高頻感應加熱裝置)
80、82．．．鍋爐管(合金被覆鍋爐零件)
83、84．．．熔接部
85．．．第1合金被覆
86．．．第2合金被覆
第1A圖係本發明之鍋爐零件之一實施方式之鍋爐火爐面板的一構造說明圖，(a)係正面圖，(b)係側面圖，(c)係重要部位放大正面圖，(d)係重要部位放大側面圖。
第1B圖係本發明之鍋爐零件之一實施方式之鍋爐火爐面板的一構造說明圖，(e)係第1A圖之(c)及(d)所示之A剖面圖，(f)係連結複數鍋爐火爐面板之狀態的正面圖。
第2圖係第1A圖及第1B圖所示之鍋爐火爐面板之製造製程(金屬母材之鋼製面板)的說明圖，(a)係正面圖，(b)係側面圖。
第3圖係第1A圖及第1B圖所示之鍋爐火爐面板之製造製程(針對鋼製面板之端部區域之被覆形成的製程)的說明圖，(a)係重要部位放大正面圖，(b)係重要部位放大側面圖。
第4圖係第1A圖及第1B圖所示之鍋爐火爐面板之製造製程(針對鋼製面板之非端部區域之被覆形成的製程)的說明圖，(a)係重要部位放大正面圖，(b)係重要部位放大側面圖，(c)及(e)係正面圖，(d)及(f)係側面圖。
第5圖係第1A圖及第1B圖所示之鍋爐火爐面板之製造製程(未被覆部的切除製程)的說明圖，(a)係重要部位放大正面圖，(b)係重要部位放大側面圖。
第6圖係第1A圖及第1B圖所示之鍋爐火爐面板之使用形態(熔接)的說明圖，(a)係熔接前之端部(熔接部)之剖面圖，(b)係熔接後之端部(熔接部)之放大剖面圖。
第7圖係本發明之鍋爐零件之其他實施方式之鍋爐管的說明圖，(a)係熔接前之狀態，(b)係熔接後之狀態。
第8圖係本發明之鍋爐零件之一實施方式之鍋爐火爐面板之其他構造的說明圖，(a)係正面圖，(b)係側面圖，(c)係重要部位放大正面圖，(d)係重要部位放大側面圖。
10．．．鍋爐火爐面板(合金被覆鍋爐零件)
11．．．鋼製面板(複合面板)
12．．．管部(管材)
13．．．板部(板材)
14．．．溝槽
15．．．第1合金被覆
16．．．第2合金被覆
C1．．．寬度的帶狀區域
C2．．．寬度的區域
C3．．．寬度的帶狀區域

Claims (12)

  1. 一種合金被覆鍋爐零件，係對金屬母材實施合金材料之被覆，並於端部進行熔接之合金被覆鍋爐零件，其特徵為：其係對包含前述端部及其附近之端部區域的金屬母材，實施含有：B為1.5質量%以上、2.5質量%以下、Si為3.5質量%以上、4.0質量%以下、C為0.4質量%以下、及Cr為12.0質量%以上、17.0質量%以下之比例，其餘部分為Ni及不可避免之雜質之第1合金材料的熔接被覆，且對前述端部區域以外之非端部區域之金屬母材，實施含有：B為大於2.5質量%、4.0質量%以下、Si為大於4.0質量%、5.0質量%以下、C為0.5質量%以上、0.9質量%以下、及Cr為12.0質量%以上、17.0質量%以下之比例，其餘部分為Ni及不可避免之雜質之第2合金材料的熔接被覆。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之合金被覆鍋爐零件，其中第1合金材料之熔接被覆的厚度範圍為0.3~3.0mm；第2合金材料之熔接被覆的厚度範圍為0.3~ 3.0mm。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之合金被覆鍋爐零件，其中係以含有B為0.1質量%以下、Si為0.5質量%以下之比例之Ni-Cr為主要成份的合金材料作為熔填材來進行熔接。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之合金被覆鍋爐零件，其中係於管狀之金屬母材之外周面以合金材料實施被覆之鍋爐管。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之合金被覆鍋爐零件，其中係以跨越前述鍋爐管之端部、與距離該端部15~500mm之位置之間的區域作為端部區域，並對該端部區域之金屬母材之外周面，以第1合金材料實施熔接被覆。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之合金被覆鍋爐零件，其中其係鍋爐火爐面板。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之合金被覆鍋爐零件，其中係於以板材位於兩側之方式交互連結板材與管材之面板形狀之金屬母材的至少其中一面，以合金材料實施被覆。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之合金被覆鍋爐零 件，其中係以跨越前述管材之端部、與距離該端部15~500mm之位置之間的區域作為端部區域，並對該端部區域之至少其中一面，以第1合金材料實施熔接被覆，以跨越前述板材之端部、與距離該端部15~500mm之位置之間的區域作為端部區域，並對該端部區域之至少其中一面，以第1合金材料實施熔接被覆，以包含前述鍋爐火爐面板之兩側之板材的區域作為端部區域，並對該端部區域之至少其中一面，以第1合金材料實施熔接被覆，對前述端部區域以外之非端部區域之金屬母材的至少其中一面，以第2合金材料實施熔接被覆。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之合金被覆鍋爐零件，其中係於以板材位於兩側之方式交互連結板材與管材之面板形狀之金屬母材的其中一面，以合金材料實施被覆。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之合金被覆鍋爐零件，其中係以跨越前述管材之端部、與距離該端部15~500mm之位置之間的區域作為端部區域，並對該端部區域之其中一面，以第1合金材料實施熔接被覆，以跨越前述板材之端部、與距離該端部15~500mm之位置之間的區域作為端部區域，並對該端部區域之其中一面，以第1合金材料實施熔接被覆， 以包含前述鍋爐火爐面板之兩側之板材的區域作為端部區域，並對該端部區域之其中一面，以第1合金材料實施熔接被覆，對前述端部區域以外之非端部區域之金屬母材的其中一面，以第2合金材料實施熔接被覆。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之合金被覆鍋爐零件，其中前述第1合金材料之B的含有比例為1.8質量%以上、2.4質量%以下，前述第1合金材料之Si的含有比例為3.6質量%以上、4.0質量%以下，前述第1合金材料之C的含有比例為0.2質量%以下。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之合金被覆鍋爐零件，其中前述第1合金材料之Cr的含有比例，為14.5質量%以上、16.5質量%以下。
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