JP6918114B2 - ニッケル−クロム−モリブデン合金の使用 - Google Patents

ニッケル−クロム−モリブデン合金の使用 Download PDF

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Description

本発明は、熱的利用の際に発生し得る攻撃的な媒体に対して高い耐食性を有する窒素合金化ニッケル−クロム−モリブデン合金の、鋼の被覆のための使用に関する。
国際公開第９８／５５６６１号（ＷＯ９８／５５６６１）は、攻撃的な液状媒体に対して酸化と還元のいずれの条件下でも高い耐食性を有し、かつ塩化物を含有する酸性媒体における局部腐食に対して優れた耐久性を有する、混練可能なオーステナイトニッケル均質合金を開示する。該合金は、（質量％）クロム２０．０〜２３．０％、モリブデン１８．５〜２１．０％、鉄最大１．５％、マンガン最大０．５％、シリコン最大０．１％、コバルト最大０．３％、タングステン最大０．３％、銅最大０．３％、アルミニウム０．１〜０．３％、マグネシウム０．００１〜０．１５％、カルシウム０．００１〜０．０１％、炭素最大０．０１％、窒素０．０５〜０．１５％、バナジウム０．１〜０．３％、残部のニッケルおよび溶融に起因するさらなる不純物からなる。該合金は、化学的攻撃に対する耐久性がなければならない部材用の材料としても、他のニッケル系材料用の過剰合金化溶加材としても適している。
熱的利用のための用途、例えばゴミ焼却施設、代替材料焼却施設またはバイオマス施設におけるクラッド用材料としては、現在のところ、ニッケル合金、例えばＦＭ６２５、ＦＭ６２２およびＦＭ６８６が使用されている。熱交換管；加熱面および煙道ガスと接触する面ならびに他の部材は、しばしばクラッド処理によって腐食から保護されているにもかかわらず、使用される材料および運転条件に応じて、過熱管および熱負荷のかかる他の部材の消耗（Ａｂｚｅｈｒｕｎｇｅｎ）が生じ、これによって運転者には停止状態および費用のかかるメンテナンス作業が強いられる。
本発明の目的は、従来技術によって長年使用されている合金を、クラッド分野における新たな適用範囲に供給することである。
この目的は、以下の組成（質量％）
Ｃｒ ２０．０〜２３．０％
Ｍｏ １８．５〜２１．０５％
Ｆｅ ≦１．５％
Ｍｎ ≦０．５％
Ｓｉ ≦０．１％
Ｃｏ ≦０．３％
Ｗ ≦０．３％
Ｃｕ ≦０．５％
Ａｌ ≦０．４％
Ｃ ≦０．０１％
Ｐ ≦０．０１５％
Ｓ ≦０．０１％
Ｎ ０．０３〜０．１５％
必要に応じて
Ｖ ≦０．３％
Ｎｂ ≦０．２％
Ｔｉ ≦０．０２％
Ｎｉ 残部、および溶融に起因する不純物
の合金の、熱的利用施設および代替材料焼却施設の分野におけるクラッド用材料としての使用によって達成される。
本発明の対象の有利な発展形態は、従属請求項で見出すことができる。
これまでもっぱら湿式腐食分野においてのみ使用されてきた上記材料について研究したところ、意想外にも、熱的利用の温度範囲においても該材料を有利に使用できることが判明した。
好ましい化学組成（質量％）を以下に挙げる：
Ｃｒ ＞２０．０〜＜２３．０％
Ｍｏ ＞１８．５〜＜２１．０％
Ｆｅ ＞０．１〜＜１．０％
Ｍｎ ＞０．０５〜＜０．４％
Ｓｉ ＞０．０５〜＜０．１０％
Ｃｏ ≦０．２％
Ｗ ≦０．２５％
Ｃｕ ≦０．４％
Ａｌ ≦０．３％
Ｃ ≦０．０５％
Ｐ ≦０．０１５％
Ｓ ≦０．００５％
Ｎ ０．０４〜＜０．１０％
必要に応じて
Ｖ ≦０．２５％
Ｎｂ ≦０．２％
Ｔｉ ≦０．０２％
Ｎｉ 残部、および溶融に起因する不純物。
熱的利用施設の部材および煙道ガスと接触する面における腐食曝露は、多様であり、かつ複雑である。例えば、さまざまな種類の（拡散制御的）高温腐食、例えば浸炭、溶融塩による腐食、またはハロゲン（とりわけ塩素）による腐食が発生する。さらに、停止状態の時間およびメンテナンスの時間において使用される材料には、付加的に湿式腐食機構によって著しく負荷がかかる可能性がある。
この自体公知の材料は、熱的利用施設の分野におけるクラッド用材料としての使用に非常に適していることが明らかになった。様々な試験において、この材料が肉盛溶接の方法に関して優れた溶接性（高い割れ抵抗および良好な濡れ性）を有することが証明された。クラッド層の施与は、肉盛溶接以外に、例えば粉末またはワイヤを用いた火炎溶射またはプラズマ溶射によっても行うことができる。
試験媒体「グリーンデス（Ｇｒｕｅｎｅｒ Ｔｏｄ）」において、第２の肉盛溶接層からの臨界孔食温度は、約１３５℃である。したがって、停止状態の時間およびメンテナンスの時間における孔食腐食による湿潤腐食攻撃の増大が生じない可能性が高いと考えられる。
さらに、純粋な溶接物は、運転負荷のかかった状態において、少なくとも６００ＭＰａという驚くほど高い耐力ＲＰ０．２を有することが判明した。また表１に示すように、運転負荷によって硬度が増加することを確認することができた。合金の高いクロム含有量およびモリブデン含有量ならびに固溶体硬化の機構に加えて、金属間化合物相の析出によって、運転状態においてさらなる硬度増加が生じる。
これらの実験結果をもって、この材料が、単なる拡散制御的／電気化学的腐食だけでなく、とりわけ機械的応力、例えば散乱粒子および煙粒子による機械的応力（エロージョンまたはエロージョン・コロージョン）に対する材料の抵抗との組み合わせも重要である熱的利用施設の過酷な条件下で、新規な特性プロファイルを有することが期待できる。
ゴミ焼却施設において使用することのできる熱交換管を示す図。 ＦＭ２１２０における温度と元素の質量％との関係を示す図。 ＦＭ２１２０における温度と相の質量％との関係を示す図。
一例に基づいて、本発明を以下により詳細に説明する：
図１は、例として、ゴミ焼却施設（図示せず）において使用することのできる熱交換管１を示す。この管１は、この例において、Ｃ形鋼製の水冷部材である。輪郭のみが示されている溶接バーナ２（例えば、ＭＳＧまたはＴＩＧ）を用いて、管１を回転３させながら肉盛溶接材料４が施与される。
表１に、本発明による肉盛溶接材料の組成、および従来使用されている他の材料の組成を示す。
Figure 0006918114
 表１
表２に、表１において挙げられた材料の溶接状態における材料データを示す。
Figure 0006918114
 表２
Figure 0006918114
 表３：出発状態（溶接されたまま）および溶接後熱処理した状態における肉盛溶接物のＨＶ０．１値の比較
ゴミ焼却施設における部材に使用可能な材料ＦＭ２１２０は、比較材料に対して、強さの値ＲＰ０．２およびＲｍがより高い点で優れている。この後に行ったＣａｌｐｈａｄソフトウェアでの計算によって、この効果が特に、金属間化合物相、例えばμ相の形成によって引き起こされることが判明した。このことは、金属組織学的な試験によっても証明することができる。
相図の計算により、９２０℃を下回る温度範囲において、熱力学的平衡状態での金属間μ相の存在（図２）が予測される。これらの相の量は、６５０℃でおよそ２７質量％であり（図３）、これによって、クラッド用材料の機械工学的特性の変化および構造の調整がもたらされる。その際このμ相は、クラッド用材料中にこの相が存在する領域の温度範囲における比較的長期の熱の影響によって形成される。

Claims (9)

  1. 以下の組成（質量％）
    Ｃｒ ２０．０〜２３．０％
    Ｍｏ １８．５〜２１．０５％
    Ｆｅ ＞０．１〜≦１．５％
    Ｍｎ ＞０．０５〜≦０．５％
    Ｓｉ ＞０．００１〜≦０．１％
    Ａｌ ≧０．１９〜≦０．４％
    Ｃ ≧０．００３〜≦０．０１％
    Ｎ ０．０２〜０．１５％
    任意に
    Ｖ ≦０．３％
    Ｂ ≦０．００２％
    Ｎｉ 残部、および溶融に起因する不純物
    Ｃｏ ≦０．３％
    Ｗ ≦０．３％
    Ｃｕ ≦０．５％
    Ｐ ≦０．０１５％
    Ｓ ≦０．０１％
    Ｎｂ ≦０．２％
    Ｔｉ ≦０．０２％
    の合金の、熱的利用施設および代替材料焼却施設の分野におけるクラッド用材料としての使用。
  2. 以下の組成（質量％）
    Ｃｒ ＞２０．０〜＜２３．０％
    Ｍｏ ＞１８．５〜＜２１．０％
    Ｆｅ ＞０．１〜＜１．０％
    Ｍｎ ＞０．０５〜＜０．４％
    Ｓｉ ＞０．００１〜＜０．１０％
    Ａｌ ≧０．１９〜≦０．３％
    Ｃ ≧０．００３〜≦０．０５％
    Ｎ ０．０４〜＜０．１％
    任意に
    Ｖ ≦０．２５％
    Ｂ ≦０．００２％
    Ｎｉ 残部、および溶融に起因する不純物
    Ｃｏ ≦０．２％
    Ｗ ≦０．２５％
    Ｃｕ ≦０．４％
    Ｐ ≦０．０１５％
    Ｓ ≦０．００５％
    Ｎｂ ≦０．２％
    Ｔｉ ≦０．０２％
    の合金の、熱的利用施設および代替材料焼却施設の分野におけるクラッド用材料としての使用。
  3. 前記クラッド用材料は、ゴミ焼却施設の熱交換管の分野において使用される、請求項１または２記載の使用。
  4. 前記クラッド用材料は、施与後に、運転負荷のかかった状態で、少なくとも６００ＭＰａの耐力Ｒｐ０．２を有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の使用。
  5. 肉盛溶接材料としての前記クラッド用材料は、６００ＭＰａを上回る耐力Ｒｐ０．２を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の使用。
  6. 肉盛溶接材料としての前記クラッド用材料は、６４０ＭＰａを上回る耐力Ｒｐ０．２を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の使用。
  7. 肉盛溶接材料としての前記クラッド用材料は、８００ＭＰａを上回る引張強さＲｍを有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の使用。
  8. 肉盛溶接材料としての前記クラッド用材料は、８４０ＭＰａを上回る引張強さＲｍを有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の使用。
  9. 前記クラッド用材料は、補修に使用される、請求項１から８までのいずれか１項記載の使用。
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