JP4189359B2

JP4189359B2 - 防食方法

Info

Publication number: JP4189359B2
Application number: JP2004183711A
Authority: JP
Inventors: 正敏岡野; 克己平野; 寛前岡; 博行末松
Original assignee: Okano Valve Mfg Co Ltd
Current assignee: Okano Valve Mfg Co Ltd
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2024-06-22
Also published as: JP2006009052A

Description

この発明は、防食方法に係り、とくに、弁棒や弁座（弁箱付弁座部）、弁体（弁体付弁座部）に使用される部材の防食方法に関する。

ステライトは、強度が高く摺動性が良好であるといった特性を有しているため、弁の摺動部品や高い圧縮強度を要求される部品表面の硬化肉盛材に使用される。
従来から行われているステライトの硬化肉盛については、例えば図５に示されるように、マルテンサイト系ステンレス鋼製の安全弁の弁棒４１の先端に、炭素を０．９〜３．０重量％、クロムを２６．０〜３３．０重量％及びタングステンを３．０〜１４．０重量％含有するステライト４２を硬化肉盛して高圧縮荷重に耐えられるようにしている。弁棒４１及びステライト４２間には、硬化肉盛境界部４３が形成されている。
また、図６に示されるように、オーステナイト系ステンレス鋼製の仕切弁の弁体５１に、図５のステライト４２と同組成のステライトを硬化肉盛して弁体付弁座部５２を形成し、その表面に摺動性を保たせるようにしている。弁体５１及び弁体付弁座部５２間には、硬化肉盛境界部５３が形成されている。

弁部品の基材がマルテンサイト系ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレス鋼の場合、基材にステライトを硬化肉盛すると、図７に示されるように、硬化肉盛境界部と隣接しているステンレス鋼の一部（以下、ステンレス鋼の熱影響部）が腐食を受けやすい状態となる。図７はオーステナイト系ステンレス鋼についての写真であるが、マルテンサイト系ステンレス鋼でも、類似した組織状態となる。
この原因としては、ステライトの炭素含有量が高く、ステンレス鋼の熱影響部に炭素の富化（浸炭）が生じて、孔食を生じやすいクロム炭化物の析出を促進するからである。また、ステライトの硬化肉盛時に、ステンレス鋼の熱影響部が高温に加熱されることにより結晶粒が粗大化されると共に、結晶粒界に粒界腐食や応力腐食割れを生じやすいクロム炭化物が析出するからである。

従来の腐食防止方法の一例として、ステンレス鋼とステライトの硬化肉盛境界部にニッケルメッキを施す方法が、特許文献１に開示されている。

特開平６−２５４６７８号公報

しかしながら、この方法は、塩化物、ＳＯｘまたはＮＯｘを含んだ環境では、ニッケルメッキ部が腐食する場合があるといった問題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ステライトを硬化肉盛したマルテンサイト系ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレス鋼の熱影響部に発生する孔食、粒界腐食及び応力腐食割れを防止するための防食方法を提供することを目的とする。

この発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼またはオーステナイト系ステンレス鋼にステライトを肉盛した部材の防食方法は、マルテンサイト系ステンレス鋼またはオーステナイト系ステンレス鋼とステライトとの間の硬化肉盛境界部を覆うように耐食性合金をＴＩＧ溶接または被覆アーク溶接によって肉盛し、耐食性合金の化学組成は、炭素が０．１０重量％以下、クロムが１７．０〜２６．０重量％、ニッケルが４０．０重量％以上、鉄が２５．０重量％以下、タングステンが２．５重量％以下、シリコンが６．５重量％以下、マンガンが３．５重量％以下、モリブデンが１０．０重量％以下、ニオブとタンタルの合計が５．５重量％以下、チタンが１．１５重量％以下、アルミニウムが０．８重量％以下、ボロンが１．０重量％以下であることを特徴とする。

この発明によれば、マルテンサイト系ステンレス鋼またはオーステナイト系ステンレス鋼とステライトの硬化肉盛境界部を覆うように耐食性合金を肉盛するので、マルテンサイト系ステンレス鋼またはオーステナイト系ステンレス鋼の熱影響部の腐食を防止することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に示されるように、この発明に係る防食方法を施した安全弁１０は、図示しない高圧容器に取り付けられる弁箱５の中に、高圧流体の通路が形成されている。この通路を閉じる弁体４を押えるマルテンサイト系ステンレス鋼製の弁棒３は、コイルスプリング６によって、下方に押付けられ、弁体４が閉止するように常時、力を加えることによって、流体の流れを遮断している。
一方、安全弁１０が取付けられた図示しない高圧容器内の圧力が上昇し、設定圧力以上になると、弁体４および弁棒３はコイルスプリング６のばね力に抗して上方向に持ち上げられ、安全弁１０の弁箱入口１１の流体が、弁箱５内を通過し、弁箱出口１２から放出される。

このような安全弁１０による流体の出入りの制御において、弁棒３の先端には大きな圧縮力がかかる。そのため、図２に示されるように、安全弁１０の弁棒３の先端部に、コバルト基合金であるステライト１３を硬化肉盛する。弁棒３及びステライト１３間には、硬化肉盛境界部１４が形成される。
また、ステライト１３を硬化肉盛する際に、ステライトに含有される炭素によって、熱影響部１６に炭素の富化を生じさせて腐食させてしまうことを防止するため、この硬化肉盛境界部１４を覆うように、耐食性合金１５を肉盛する。
尚、ステライト１３の硬化肉盛についてはガス溶接、ＴＩＧ溶接、ＰＴＡ溶接等により行い、耐食性合金１５の肉盛については、ＴＩＧ溶接、被覆アーク溶接等により行う。

ステライト１３の化学組成は、炭素が０．９〜３．０重量％、クロムが２６．０〜３３．０重量％、タングステンが３．０〜１４．０重量％である。マルテンサイト系ステンレス鋼の炭素含有量は０．２０重量％以下であるため、弁棒３に比べて炭素含有量が多く、クロムやタングステンの炭化物を形成して硬化するため、摺動性や圧縮強度を維持することができる。

また、耐食性合金１５の化学組成は、炭素が０．１０重量％以下、クロムが１７．０〜２６．０重量％、ニッケルが４０．０重量％以上、鉄が２５．０重量％以下、タングステンが２．５重量％以下、シリコンが６．５重量％以下、マンガンが３．５重量％以下、モリブデンが１０．０重量％以下、ニオブとタンタルの合計が５．５重量％以下、チタンが１．１５重量％以下、アルミニウムが０．８重量％以下、ボロンが１．０重量％以下である。
この耐食性合金１５は、弁棒３よりもクロム含有量が多いため、耐食性を有することになる。また、炭素含有量が０．１０重量％以下であるため、肉盛により弁棒３の熱影響部１６に腐食を受けやすいクロム炭化物を生成しにくくなる。さらに、ニッケル含有量が多いため、肉盛時に鉄やクロム等と融合してマルテンサイト等の有害な金属組織を形成しないようにすることができる。

このように、マルテンサイト系ステンレス鋼製の弁棒３及びステライト１３間の硬化肉盛境界部１４を覆うように、耐食性合金１５を肉盛したので、熱影響部１６の腐食を防止することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る防食方法を、図３に基づいて説明する。この防食方法は、防食する対象物として、実施の形態１における安全弁の弁棒の代わりに、仕切弁の弁体に適用したものである。
図３（ａ）に示される仕切弁の弁体２１は、ほぼ円板状であるが、炭素含有量０．０８重量％以下のオーステナイト系ステンレス鋼製弁体２１の両面のそれぞれの外周部に、円輪状に実施の形態１のステライト１３と同組成のステライトを硬化肉盛し、弁体弁座部２２を形成する。また、図３（ｂ）に示されるように、弁体２１及び弁体弁座部２２間には、硬化肉盛境界部２３が形成される。この硬化肉盛境界部２３を覆うように、実施の形態１と同組成の耐食性合金１５を肉盛する。
尚、ステライト（弁体弁座部２２）の肉盛についてはガス溶接、ＴＩＧ溶接、ＰＴＡ溶接等により行い、耐食性合金１５の肉盛については、ＴＩＧ溶接、被覆アーク溶接等により行う。

このように、オーステナイト系ステンレス鋼の弁体２１においても、硬化肉盛境界部２３を覆うように、耐食性合金１５を肉盛することで、実施の形態１と同様の防食効果を得ることができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る防食方法を、図４に基づいて説明する。この防食方法は、防食する対象物として、実施の形態１における安全弁の弁棒の代わりに、玉形弁の弁箱に適用したものである。
図４に示されるように、炭素含有量０．０８重量％以下のオーステナイト系ステンレス鋼製の玉形弁の弁箱３１に、実施の形態１と同組成のステライト１３を硬化肉盛し、弁箱付弁座部３２を形成する。また、弁箱３１及び弁箱付弁座部３２間には、硬化肉盛境界部３３が形成される。この硬化肉盛境界部３３を覆うように、実施の形態１と同組成の耐食性合金１５を肉盛する。
尚、ステライト（弁箱付弁座部３２）の肉盛についてはガス溶接、ＴＩＧ溶接、ＰＴＡ溶接等により行い、耐食性合金１５の肉盛については、ＴＩＧ溶接、被覆アーク溶接等により行う。
このように、玉形弁の弁箱３１にも、この発明に係る防食方法を適用することで、実施の形態１及び２と同様の効果を得ることができる。

実施の形態１〜３において、安全弁１０の弁棒３、仕切弁の弁体２１及び玉形弁の弁箱３１へこの発明に係る防食方法を適用した場合を説明したが、これらに限定されるものではなく、流体の出入りを制御する弁の種類や部品の形状が異なる弁部材についても、この防食方法を適用することによって同様の効果を得ることができる。

＜実施例１〜８＞
試験片については、直径５２ｍｍ、長さ１５０ｍｍのマルテンサイト系ステンレス鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼の素材の片方の端部を、直径が３８ｍｍとなる円錐台形状に機械加工を行った。次に、その端面にガス溶接によってステライトの硬化肉盛を行なった後、先端部を略円錐状に加工して試験片を作製した。さらに、基材及びステライト間の硬化肉盛境界部を覆うように、耐食性合金をＴＩＧ溶接によって肉盛した。
＜比較例１〜３＞
実施例１〜８に対して、耐食性合金の肉盛がない場合の試験片を作製した。
実施例１〜６と比較例１及び２とは、基材をマルテンサイト系ステンレス鋼としたものである。これらの各試験片について、基材、ステライト及び耐食性合金の化学組成を表１に示す。一方、実施例７及び８と比較例３とは、基材をオーステナイト系ステンレス鋼としたものである。これらの各試験片について、基材、ステライト及び耐食性合金の化学組成を表２に示す。

＜加速腐食試験方法＞
表１に示した条件の各試験片を、室温の３％食塩水、ｐＨ４の硫酸溶液及びｐＨ４の硝酸溶液のそれぞれに、１０００時間浸漬させた。浸漬後、各試験片の硬化肉盛境界部に、腐食孔が発生しているか否かを目視、液体浸透探傷検査および代表的なものについては断面の顕微鏡組織の観察等で確認した。

加速腐食試験の結果を表３に示す。
実施例１〜４は、ステライトを硬化肉盛したマルテンサイト系ステンレス鋼に、硬化肉盛境界部を覆うように、化学組成の異なる４種類の耐食性合金を肉盛したものである。比較例１は、硬化肉盛境界部に耐食性合金を肉盛しない、実施例１〜４と同じ組成のステライトを硬化肉盛したマルテンサイト系ステンレス鋼である。実施例１〜４については、３％食塩水、ｐＨ４の硫酸溶液及びｐＨ４の硝酸溶液のいずれに浸漬させても、腐食孔は確認されなかったのに対し、比較例１については、３％食塩水及びｐＨ４の硫酸溶液に浸漬させた場合に、腐食孔の発生が確認された。
また、実施例５及び６は、実施例１〜４に対して、ステライトの化学組成を変更したものであり、硬化肉盛境界部を覆うように化学組成の異なる２種類の耐食性合金を肉盛したものである。比較例２は、実施例５及び６に対して、硬化肉盛境界部に耐食性合金を肉盛しない、実施例５及び６と同じ組成のステライトを硬化肉盛したマルテンサイト系ステンレス鋼である。実施例５及び６については、３％食塩水、ｐＨ４の硫酸溶液及びｐＨ４の硝酸溶液のいずれに浸漬させても、腐食孔は確認されなかったのに対し、比較例２については、３％食塩水及びｐＨ４の硫酸溶液に浸漬させた場合に、腐食孔の発生が確認された。

一方、実施例７及び８は、ステライトを硬化肉盛したオーステナイト系ステンレス鋼に、硬化肉盛境界部を覆うように、化学組成の異なる２種類の耐食性合金を肉盛したものである。比較例３は、実施例７及び８に対して、硬化肉盛境界部に耐食性合金を肉盛しない、実施例７及び８と同じ組成のステライトを硬化肉盛したオーステナイト系ステンレス鋼である。実施例７及び８については、３％食塩水及びｐＨ４の硫酸溶液に浸漬させても、腐食孔は確認されなかったのに対し、比較例３については、３％食塩水及びｐＨ４の硫酸溶液に浸漬させた場合に、腐食孔の発生が確認された。

以上の結果より、この発明に係る防食方法では、従来の防食方法において問題となっていた、塩化物、ＳＯｘまたはＮＯｘを含んだ環境でも、硬化肉盛境界部を覆うように肉盛された耐食性合金が腐食されることなく、防食効果を得られることが確認された。

この発明の実施の形態１に係る防食方法を施した安全弁の断面図である。実施の形態１に係る防食方法の図である。実施の形態２に係る防食方法の図である。実施の形態３に係る防食方法の図である。従来の方法により、マルテンサイト系ステンレス鋼製の弁棒の先端部にステライトを硬化肉盛した図である。従来の方法により、オーステナイト系ステンレス鋼製の仕切弁の弁体にステライトを硬化肉盛した図である。ステンレス鋼の熱影響部に発生した腐食の写真である。

符号の説明

１３ステライト、１４，２３，３３硬化肉盛境界部、１５耐食性合金、１６熱影響部。

Claims

マルテンサイト系ステンレス鋼またはオーステナイト系ステンレス鋼に、ステライトを硬化肉盛した部材の防食方法であって、
前記マルテンサイト系ステンレス鋼または前記オーステナイト系ステンレス鋼と前記ステライトとの間の硬化肉盛境界部を覆うように耐食性合金をＴＩＧ溶接または被覆アーク溶接によって肉盛し、
前記耐食性合金の化学組成は、
炭素が０．１０重量％以下、
クロムが１７．０〜２６．０重量％、
ニッケルが４０．０重量％以上、
鉄が２５．０重量％以下、
タングステンが２．５重量％以下、
シリコンが６．５重量％以下、
マンガンが３．５重量％以下、
モリブデンが１０．０重量％以下、
ニオブとタンタルの合計が５．５重量％以下、
チタンが１．１５重量％以下、
アルミニウムが０．８重量％以下、
ボロンが１．０重量％以下
であることを特徴とする防食方法。