JPH07305129A - コバルトフリーの合金材料を用いた装置 - Google Patents
コバルトフリーの合金材料を用いた装置Info
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- JPH07305129A JPH07305129A JP9650094A JP9650094A JPH07305129A JP H07305129 A JPH07305129 A JP H07305129A JP 9650094 A JP9650094 A JP 9650094A JP 9650094 A JP9650094 A JP 9650094A JP H07305129 A JPH07305129 A JP H07305129A
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Abstract
ルトフリーの合金材料を使用する弁装置を提供する。 【構成】 弁装置10は、相対的に可動な2つの弁座部
13、14を有する。該弁座部はそれぞれNi−Cr−
Si−Fe−W系のコバルトフリーのNi基合金からな
る第1合金材料及び第2合金材料から形成されると共
に、該第1、第2合金材料の化学組成及び硬度に所定の
差が付与されている。第1合金材料の化学組成は、C
r:5〜15%、Si:3〜7%、Fe:10〜40
%、W:1〜4%、B:1%以下、C:1%以下、N
i:残部とし、第2合金材料の化学組成は、Cr:15
〜20%、Si:3〜7%、Fe:35%以下、W:1
〜4%、Sn:0.5〜1.0%、B:1%以下、C:1
%以下、Ni:残部とするのが好適である。
Description
バルト(Co)を含まない合金材料に関し、特に、弁体
と弁箱のように相対的に可動の構成部材を有する弁のよ
うな装置に関するものである。
性及び耐食性を付与するために、Co基の材料が使用さ
れてきた。しかし、例えば原子力発電プラントの冷却材
系においては、水のような高温高圧の流体が使用されて
おり、弁はこの高温高圧水にさらされるため、Co基合
金を弁座材料として用いた場合には、高温高圧水の腐食
作用によって金属表面からCoが炉水中に溶出する。ま
た、弁の開閉に伴って弁体が弁箱弁座部に関して摺動す
ることにより、微量ではあるがCoの磨耗粉が生じ、こ
れも炉水中に持ち込まれる。
照射を受けて放射化し同位元素Co60となり、冷却材
系を循環してその配管、弁その他の機器に付着するた
め、原子力発電プラント全体の放射能レベルを増大させ
るので、定期検査時等における作業員の被曝量が増す可
能性がある。従って、被曝量低減のためにも、また、工
業資源として貴重な希少金属でありその使用を制限する
ためにも、Coの使用を不必要とする弁座の出現が望ま
れていた。
ルトフリーの材料としては、従来より、Ni基及びFe
基の合金が採用されてきたが、これ等の合金は、Co基
合金と比較して耐磨耗性及び耐食性のいずれかの点で劣
るという問題があった。
様(A5.11−54)に規定されている、通称コルモ
ノイと呼ばれるようなNi基の肉盛材であるR NiC
rBでは、炭素C:0.4〜0.8%、シリコンSi:3
〜5%、クロムCr:10〜16%、ホウ素B:2〜4
%、Fe:3〜5%であり、残部がNiであるが、この
合金では、ホウ素Bが2〜4%と比較的多量に含有され
ているため、大型の製品に肉盛溶接すると、肉盛層に割
れが生ずることが知られていた。
素Bの含有量を低減するようにした合金が特開昭55ー
31127号公報に開示されている。この合金では、ホ
ウ素B:0.05〜1.5%、シリコンSi:3〜7%、
クロムCr10〜15%、炭素C:0.05〜1.5%
で、残部はNiであるが、ホウ素Bの低減により溶接時
の割れは減少しても、耐磨耗性が不十分であった。
問題を解決するためになされたもので、肉盛材にCoを
含まないコバルトフリーの合金材料を使用をしながら
も、耐磨耗性及び耐食性の双方の点で優れた装置を提供
することを主な目的とするものである。
め、請求項1に記載の本発明は、少なくとも2つの合金
製の構成部材を有し、該構成部材の一方が他方に対して
相対的に可動である装置において、該構成部材は、それ
ぞれNi−Cr−Si−Fe−W系のコバルトフリーの
Ni基合金からなる硬度の異なる第1合金材料及び第2
合金材料から形成されると共に、第1合金材料の化学組
成は、Cr:5〜15%、Si:3〜7%、Fe:10
〜40%、W:1〜4%、B:1%以下、C:1%以
下、Ni:残部とし、第2合金材料の化学組成は、C
r:15〜20%、Si:3〜7%、Fe:35%以
下、W:1〜4%、Sn:0.5〜1.0%、B:1%以
下、C:1%以下、Ni:残部とすることを特徴として
いる。本発明が適用される装置としては、仕切弁のよう
に液圧の作用下で摺動する弁体を備える弁が好適であ
る。
材の一方が他方に対して相対的に可動である装置におい
て、該構成部材の一方及び他方をそれぞれ、Cr:5〜
15%、Si:3〜7%、Fe:10〜40%、W:1
〜4%、B:1%以下、C:1%以下、Ni:残部であ
る合金材料又はCr:15〜20%、Si:3〜7%、
Fe:35%以下、W:1〜4%、Sn:0.5〜1.0
%、B:1%以下、C:1%以下、Ni:残部である合
金材料から形成したことを特徴とする、コバルトフリー
の合金材料を用いた装置が提供される。
5〜15%、Si:3〜7%、Fe:10〜40%、
W:1〜4%、B:1%以下、C:1%以下、Ni:残
部とすると、耐摩耗性及び耐食性の双方に優れた合金材
料が得られる。また、これは、Cr:15〜20%、S
i:3〜7%、Fe:35%以下、W:1〜4%、S
n:0.5〜1.0%、B:1%以下、C:1%以下、N
i:残部であるコバルトフリーの合金材料でも同様であ
る。
ラントのように高温高圧にさらされる弁のような装置の
摺動部に使用すると、耐摩耗性及び耐食性が良いため、
信頼性の高い装置が得られる。
面を参照して詳細に説明するが、図中、同一符号は同一
又は対応部分を示すものとする。図1には、本発明が実
施された弁座を有するモータ駆動の弁装置、即ち仕切弁
の要部が符号10で総括的に示されている。同図におい
て、仕切弁(弁装置)10は、符号17で示す矢印のよ
うに開弁時に流れる流体の流路11aを周知のように画
成する中空の弁箱11と、この流路11aを図示のよう
に遮断する閉弁位置と一部もしくは全部を開放する開弁
位置(図示せず)との間に符号15で示す矢印方向に上
下に運動自在な楔状の弁体12とを有している。弁体1
2には弁棒12aの下端が周知のように接続されてい
て、弁棒12aの操作により弁体12を上述したように
運動させることができる。
弁座と一般に呼ばれており、図1においては、弁箱11
の摺動面である環状の弁座部(構成部材)は符号14
で、また、弁体12の摺動面である環状の弁座部(構成
部材)は符号13でそれぞれ表示されている。弁体12
の全閉時には、その側面に、矢印16で示すように流体
圧力が作用しているので、この圧力に抗して弁体12を
矢印方向15に上下に開閉しようとすれば、各弁座部1
3、14に磨耗が生ずる。
を示している。本発明によると、弁体弁座部13及び弁
箱弁座部14の材料として、双方共、Cr−Si−Fe
−W系のNi基合金が使用されているが、それ等の一方
を形成する第1材料は、他方の第2材料とは、化学的組
成及び硬度が異なる。具体的には、弁体弁座部13及び
弁箱弁座部14の一方は、Cr:5〜15%、Si:3
〜7%、Fe:10〜40%、W:1〜4%、B:1%
以下、C:1%以下の合金材料(1)から形成し、他方
は、Cr:15〜20%、Si:3〜7%、Fe:35
%以下、W:1〜4%、Sn:0.5〜1.0%、B:1
%以下、C:1%以下の合金材料(2)から形成するこ
とが好ましい。弁体弁座部13及び弁箱弁座部14のど
ちらを合金材料(1)で形成してもよい。
部に用いる合金材料として、種々の供試材合金について
実験を行った。この明細書の発明の詳細な説明の最後に
添付した表1に、各種の第1、第2材料(軟質側合金
a、硬質側合金b)を組み合わせて供試した各合金の化
学組成、硬度、硬度差及び摺動試験結果が記載されてい
る。
を肉盛りするために、該合金を周知のような高周波真空
溶解炉を用いて溶解後、水或はガスアトマイズ法で微粉
化して、供試材合金の粉末を製造した。粉末の粒径は+
70〜+210メッシュの範囲に入っていた。
溶接法で、炭素鋼の一種であるS25C及びSCPH2
からなる円板(弁口径:145mmの場合)並びに実弁
体及び弁座即ち実際に使用される弁体及び弁座(口径:
650mmの場合)の上に2層肉盛溶接を行ったものか
ら、摩耗試験体並びに弁体及び弁座を加工して、供試前
に600メッシュの紙鑢で擦り合わせを行い、試験前の
以下の差圧負荷状態では水の漏洩がないように配慮して
から摺動摩耗試験を行った。
ついては、仕切弁における摺動状態を模擬した機構を使
用して、室温の水中及び300℃の飽和水中において、
88Kgf/cm2の差圧を負荷した状態で実施した。
尚、この差圧を負荷した状態での弁座面圧は、計算上2
0Kgf/mm2となる。
発電プラント用の最大口径弁である口径:650mmの
弁(具体的には、室温〜300℃の間で圧力152Kg
f/cm2以下で使用される弁)に組み込んで、室温水中
で差圧87.9Kgf/cm2を負荷して、摺動速度15
0mm/分での試験を実施した。この差圧を負荷した状
態での弁座面圧は計算上15Kgf/cm2であった。
尚、試験結果を示す表1において、摺動回数が100回
以下の試験は、その時点で顕著な漏洩が生じ試験を中止
したことを表している。
方法により測定して、摺動痕の深さが1μmRA以下の
弁座面であったものを良好と評価した。1μmRAとい
う粗さは、弁の保守作業における擦り合わせ作業で容易
に弁座面を復旧できる粗さである。表1から分かるよう
に、本発明を適用した試験体並びに弁体及び弁座では、
100回摺動後の面の粗さは、全て1μmRA以下であ
り、本発明の有効性が実証された。
ても、硬度差がHRCで3以下のものは、摺動部に適用
した場合、摺動初期に漏洩を生じ、また、摺動後の粗さ
が1μmRA以上であって摺動性が不良であった。しか
し、ガイド部(図3参照)のような摺動部に本発明を適
用する場合には、弁座に比して厳密に封止状態を保つ必
要がなく、多少の摩耗が許容されるので、このような硬
度差を付与する必要はない。
発明に従うと、弁体弁座部13及び弁箱弁座部14の一
方は、Cr:5〜15%、Si:3〜7%、Fe:10
〜40%、W:1〜4%、B:1%以下、C:1%以下
の合金材料(1)から形成され、他方は、Cr:15〜
20%、Si:3〜7%、Fe:35%以下、W:1〜
4%、Sn:0.5〜1.0%、B:1%以下、C:1%
以下の合金材料(2)から形成される。また、両合金材
料間の硬度差は、焼き付きやかじりを防止する観点から
ロックウエルHRCでは5以上(ヴィッカース硬さHv
70以上)である。
ついて述べると、Crは、一般に耐食性を向上させるた
めに慣用的に用いられている。しかし、本発明に従って
用いられる合金材料(1)及び(2)はNi基であるた
めに本質的に耐食性に優れており、Crは多くを必要と
しない。例えば、アメリカ材料試験学会(ASTM)によ
るType D−3のニレジストは、Ni:28〜32
%、Si:1.5〜3%、Cr:2.5〜3%を含有
し、残部は実質的にFe基の合金であるが、原子力発電
プラントの133〜221℃の蒸気中において、0.0
25mm/年以下の腐食量を示し、SUS304や、S
US403とほぼ同等の耐食性を示すので、本発明の肉
盛材には5%以上を含有させれば、原子力発電プラント
用の弁座材としても十分な耐食性を発揮する。しかし、
Crは金属の耐酸化性を向上させる元素であるため、弁
座の摺動によって生じる摩耗粉の酸化を妨げるので、C
rを20%以上加えると、金属性の剥離片が生じて摺動
部に焼き付きやかじりが発生する原因になる。そのた
め、Crの範囲は5〜20%が好適である。
度と耐摩耗性を維持するために必要であるが、多量に加
えると靱性が低下し溶接施工性を劣化するので、3〜7
%としておけばよい。
上する。また、摺動に際して酸化され易い摩耗粉を生成
して焼き付きやかじりを生じ難くするが、多量に加える
と合金の耐食性を低下させる。このため、軟質側合金に
は、Feを10〜40%加え、硬質側合金のFe含有量
は35%以下に制限する。これによりロックウエル硬度
HRCの差は5以上となる。第1及び第2合金材料を口
径:650mm程度の弁座にプラズマ粉体肉盛溶接した
場合、Feの含有量と硬さとの関係は図4に示すように
なる。従って、第2合金材料のFeが40%となった場
合は、第1合金材料のFeが35%以下であれば、必要
な硬度差が得られる。
耐摩耗性を維持すると共に、摺動の際に潤滑性のある酸
化タングステンを生成して焼き付きやかじりを防止する
ので、1〜4%を加える。
滑性の薄膜を形成して焼き付きやかじりを防止するが、
多量に加えると靱性が低下して溶接施工性を劣化するの
で、硬質側合金にのみ、0.5〜1%を加える。
して含有されるが、これが多いと溶接施工性を劣化させ
るので、1%以下に制限して、溶接時及び熱処理時の割
れを防止する。尚、B及びCは、いずれも肉盛材の硬度
を高める効果を有するが、耐摩耗性維持のためには、S
iで硬度を高めるのが望ましいので、本発明では不純物
としての含有量を上記のように制限している。
場合について説明したが、本発明はこの実施例に限定さ
れるものではなく、弁座の摺動の少ない玉型弁や、弁座
が摺動しない逆止弁等にも同様に適用できる。また、本
発明は、弁装置以外にも、摺動が生じる任意の機器の摺
動部もしくはガイド部に好適に使用可能であり(例え
ば、各種装置のシャフトや軸受)、更に、高温高圧下で
使用するため高い耐摩耗性及び耐食性を必要とする適宜
の部品にも同様に適用することができ、この部品は必ず
しも摺動部材である必要はない。
に対して垂直な平面に沿って切断した断面図を示すもの
で、弁体側にも弁箱側にも、両者の摺動を助成するため
にガイド部18、19が形成されているが、弁座だけで
はなく、これ等のガイド部18、19をも上述した組成
を有する合金材料から形成してもよい。
うに弁座、摺動部或はガイド部に肉盛する場合、前述し
たようなプラズマ粉体肉盛溶接ではなく、粉末溶射や、
溶接棒を使用するティグ溶接又はガス溶接や、粉末冶金
法を用いて接合或は製造したり、場合によっては、鋳造
してもよい。
耗性及び耐食性を得ることができるので、焼き付きやか
じりを生じたり、割れが生じたりすることがなく、高温
高圧下でも好適に用いられる信頼性の高い装置を提供す
ることができる。
概略的に示す縦断面図である。
って切断した概略断面図である。
る。
体、13…弁体弁座部(構成部材)、14…弁箱弁座部
(構成部材)、18…弁体側のガイド部(構成部材)、
19…弁箱側のガイド部(構成部材)。
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも2つの合金製の構成部材を有
し、該構成部材の一方が他方に対して相対的に可動であ
る装置において、該構成部材はそれぞれNi−Cr−S
i−Fe−W系のコバルトフリーのNi基合金からなる
硬度の異なる第1合金材料及び第2合金材料から形成さ
れると共に、前記第1合金材料の化学組成は、Cr:5
〜15%、Si:3〜7%、Fe:10〜40%、W:
1〜4%、B:1%以下、C:1%以下、Ni:残部で
あり、前記第2合金材料の化学組成は、Cr:15〜2
0%、Si:3〜7%、Fe:35%以下、W:1〜4
%、Sn:0.5〜1.0%、B:1%以下、C:1%以
下、Ni:残部であることを特徴とする、コバルトフリ
ーの合金材料を用いた装置。 - 【請求項2】 前記装置は弁であり、前記構成部材の一
方は該弁の弁箱の弁座部であり、前記構成部材の他方は
該弁の弁体の弁座部である請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 少なくとも2つの合金製の構成部材を有
し、該構成部材の一方が他方に対して相対的に可動であ
る装置において、該構成部材の一方及び他方をそれぞ
れ、Cr:5〜15%、Si:3〜7%、Fe:10〜
40%、W:1〜4%、B:1%以下、C:1%以下、
Ni:残部である合金材料又はCr:15〜20%、S
i:3〜7%、Fe:35%以下、W:1〜4%、S
n:0.5〜1.0%、B:1%以下、C:1%以下、N
i:残部である合金材料から形成したことを特徴とす
る、コバルトフリーの合金材料を用いた装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9650094A JP2840191B2 (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | コバルトフリーの合金材料を用いた装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9650094A JP2840191B2 (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | コバルトフリーの合金材料を用いた装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07305129A true JPH07305129A (ja) | 1995-11-21 |
JP2840191B2 JP2840191B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=14166829
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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JP (1) | JP2840191B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100457940C (zh) * | 2006-05-26 | 2009-02-04 | 南京理工大学 | 高温合金基自润滑复合材料及其表面图案化处理方法 |
JP2012202516A (ja) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Kurimoto Ltd | 仕切弁 |
JP2014519553A (ja) * | 2011-05-27 | 2014-08-14 | ハー.ツェー.スタルク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 汎用性を有するFeNiバインダー |
JP2015157319A (ja) * | 2014-01-22 | 2015-09-03 | Jfeスチール株式会社 | 拡管機 |
JP5789328B1 (ja) * | 2014-06-12 | 2015-10-07 | 岡野バルブ製造株式会社 | 摺動部材用合金及び機器 |
JP2020101254A (ja) * | 2018-12-25 | 2020-07-02 | 株式会社東芝 | 弁 |
-
1994
- 1994-05-10 JP JP9650094A patent/JP2840191B2/ja not_active Expired - Fee Related
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