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JPH1180920A - 高温耐食性燃焼装置用材料 - Google Patents

高温耐食性燃焼装置用材料

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Publication number
JPH1180920A
JPH1180920A JP9243600A JP24360097A JPH1180920A JP H1180920 A JPH1180920 A JP H1180920A JP 9243600 A JP9243600 A JP 9243600A JP 24360097 A JP24360097 A JP 24360097A JP H1180920 A JPH1180920 A JP H1180920A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
corrosion
corrosion resistance
combustion device
base metal
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9243600A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirotoshi Matsumoto
拓俊 松本
Hideo Tsunoda
英雄 角田
Yutaka Takayanagi
豊 高柳
Kazuji Yamada
一二 山田
Takayuki Sudo
隆之 須藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP9243600A priority Critical patent/JPH1180920A/ja
Publication of JPH1180920A publication Critical patent/JPH1180920A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温での耐腐食及び耐酸化性を有する燃焼装
置用材料に関する。 【解決手段】 母材であるNi基合金に、CoNiCr
AlY合金に対してCr 3 2 が20〜90wt%にな
るように混合した溶射材を溶射してなることを特徴とす
る高温耐食性燃焼装置用材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高温での耐腐食及び
耐酸化性を有する燃焼装置用材料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のボイラ等の燃焼装置、例えばバー
ナノズル、エアノズル及びディフューザはボイラ中で最
も高温に曝され、腐食が問題になるため、45Cr−3
0Ni及び50Cr−50Ni等の腐食に有効元素とし
てはたらくCrを多く含んだ材料や、あるいはこれより
さらに耐食性の良好な材料(例えばCoNiCrAl
Y、セラミックス等)を前記材料の表面にコーティング
したものが使用されていた。しかし、近年のボイラは低
NOx 運転や熱負荷の上昇による温度上昇により、従来
材では耐食性が不足するようになった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記技術水
準に鑑み、従来の高温耐食性燃焼装置用材料よりも腐食
寿命の長いボイラ等の燃焼装置用材料を提供しようとす
るものである。
【0004】
【発明が解決するための手段】本発明は下記構成(1)
〜(3)よりなるものである。 (1)母材であるNi基合金に、CoNiCrAlY合
金に対してCr3 2 が20〜90wt%になるように
混合した溶射材を溶射してなることを特徴とする高温耐
食性燃焼装置用材料(以下、これを第1発明材とい
う)。 (2)母材であるNi基合金に、カロライズ処理を施し
てなることを特徴とする高温耐食性燃焼装置用材料(以
下、これを第2発明材という)。 (3)母材であるNi基合金に、CoNiCrAlY合
金に対してCr3 2 が20〜90wt%になるように
混合した溶射材を溶射した後、カロライズ処理を施して
なることを特徴とする高温耐食性燃焼装置用材料(以
下、これを第3発明材という)。
【0005】
【発明の実施の形態】先ず、第1発明材について説明す
る。母材としてのNi基合金としては45Cr−30N
i−Fe、50Cr−50Ni、Mc Alloy,イ
ンコネル625などが使用される。溶射材としてはCo
NiCrAlY(例えば、重量%で、30〜50%Co
−25〜35%Ni−15〜25%Cr−3〜10%A
l−0.3〜0.7%Y)に耐食性良好なCr3 2
多く含ませた溶射材を使用する。従来、溶射材料として
用いられてきたCoNiCrAlYに、Cr3 2 を加
えることにより高耐食なコーティングが形成される。C
3 2 とCoNiCrAlYの比はCr3 2 が重量
比で20〜90%とする。
【0006】以下に、溶射材の成分限定の理由を述べ
る。Cr3 2 はそれ自体にCrを多く含むことから、
この比率を高めることは耐食性の面で有効である。しか
し、溶射の際Cr3 2 を多く含むとCoNiCrAl
YとCr3 2 との濡れ性が悪く、溶射膜中に多くの気
孔を含むことからCr3 2 の最大値としては90wt
%にする。またCr3 2 は膜の密着性の点からも90
wt%以下にすべきである。最小値としては耐食性を確
保するために20wt%とする。
【0007】次に、第2発明材について説明する。母材
となるNi基合金は第1発明材と同じであるので説明は
省略する。カロライズ処理とは、Alを母材表面に拡散
浸透させ、母材表面のみ耐食性に有効なAl濃度を上昇
させる処理のことで、一般にはAlを含むAl2 3
NH4 Al粉末中に母材を埋め込み、還元性ガス中で加
熱処理することによって行われる。
【0008】さらに、第3発明材について説明する。母
材のNi基合金は第1発明材と同じであるので説明は省
略する。またCoNiCrAlY合金とCr3 2 の混
合溶射材の組成も第1発明材の場合と同じであり、カロ
ライズ処理は第2発明材の場合と同じであるので説明は
省略する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の高温耐食性燃焼装置用材料の
具体的な実施例をあげ、本発明の効果を明らかにする。
【0010】(実施例1)以下に、本発明材1に関する
具体的な実施例について説明する。表1に、試験に供試
した溶射材及び母材の化学成分を示す。溶射材を溶射し
た母材としては45Cr−30Ni−Fe合金を使用し
た。比較材1、2、3は本発明の組成範囲外の溶射材を
使用したものであり、比較材IV、Vは母材そのものを表
す。溶射材としてはCoNiCrAlYは粉末でなけれ
ば溶射できないことから、プラズマ溶射を用いた。溶射
膜厚としては腐食寿命の点から最低200μm程度が望
ましい。また膜厚を厚くすると母材と溶射膜との熱膨張
差に起因する剥離が生じることから最大膜厚としては1
500μm程度が望ましい。ここでは溶射膜厚を400
μmにして試験した。
【0011】
【表1】
【0012】図1に、表1の第1発明材I〜III 及び比
較材I〜Vの腐食試験結果を示す。腐食試験条件はボイ
ラ燃焼装置部材の環境を模擬し、付着灰組成としては2
0mol%V2 5 −80mol%Na2 SO4 、ガス
は腐食性作用の強いH2 Sを含む組成、つまり2000
ppmH2 S−2%O2 −15%CO−10%H2 −N
2 balを用いた。また、温度は800℃で実施した。
実際のボイラでは負荷変動が激しいため800℃〜11
00℃程度であるが、温度が変動しても材料の耐食性序
列は変わらないことから、試験温度は800℃とした。
試験方法は14×14×3mmの試験片(45Cr−3
0Ni−Fe)に溶射を実施し、これに灰の量が20m
g/cm2 となるように試料表面に上記組成の灰を塗布
し、上記組成の腐食性ガス中で100時間保持した。試
験の評価は試験後の断面からスケール厚さを測定し、こ
れにより耐食性を評価した。この試験結果から明らかな
ように開発材は従来材に比べ耐食性が優れており腐食寿
命の延長が図れる。
【0013】また、耐食性とは別に溶射膜材の特性とし
ては、母材との密着性が問題となる。そこで、これを確
認するために熱サイクル試験を実施した。試験方法は腐
食試験と同様の試験片を1200℃の炉の中へ挿入し2
0分この温度で保持した。その後、試験片を炉外へ取出
し扇風機で強制空冷を実施した。試験はこの作業を10
回繰り返し、その後の断面調査により溶射膜の剥離の有
無を確認した。その結果を表2に示す。この結果から本
発明材はCoNiCrAlYと同等以上の密着性を有し
ていることが明らかになった。
【0014】
【表2】
【0015】上述のように、第1発明材は従来材と密着
性が同等以上でかつ耐食性が向上したことから、ボイラ
燃焼機器部材への溶射材として使用できるとともに、腐
食寿命が向上する。よって、信頼性の高いボイラの燃焼
機器を提供できる。
【0016】(実施例2)カロライズ処理は母材との密
着性が確保されかつ厚く形成させることが好ましい。そ
こで、このような処理層にするために各種処理条件でカ
ロライズを実施し、実施例1と同様の熱サイクル試験に
より処理層と母材との密着性を評価した。カロライズ法
としては母材として45Cr−30Ni−Feを用い、
これをAlを含むAl2 3 −NH4 Cl粉末中に埋め
込み、還元性ガス(H2 ガス)中で処理する粉末法で実
施した。処理条件は時間を10時間(固定)とし処理温
度を変化させた。処理温度としては1100℃、100
0℃、900℃、800℃、700℃、600℃の6条
件とした。その結果を表3に示す。また、カロライズ処
理層の厚さも同時に示す。
【0017】
【表3】
【0018】この結果から1100℃では膜が厚すぎる
ため剥離が生じた。また、600℃は膜の形成自体が困
難であった。この結果からカロライズ層の厚さは100
〜600μmが望ましい。また、上記厚さにするには、
処理条件としては700℃×10hr〜1000℃×1
0hrが適切である。なお、試験用の母材としては45
Cr−30Ni−Feを使用したが、Ni基合金でその
他の構成元素がCr及びFeからなっていれば、この処
理条件はほとんど変化しないため、その他のNi基合金
(その他の構成元素がCr及びFeからなる)にもこの
条件を適用できる。
【0019】図2に腐食試験結果を示す。試験条件は実
施例1と同様である。この結果から本発明材は従来材
(45Cr−30Ni−Fe)に比べ良好な耐食性を有
していた。上述のようにNi基合金にカロライズ処理を
実施することで従来よりも腐食寿命が長く、信頼性の高
いボイラ燃焼装置を提供できる。
【0020】(実施例3)実施例1の溶射の表面に実施
例2のカロライズ処理を実施することにより、実施例1
の溶射膜の微細な気孔を埋めることができるため、気孔
をとおしての腐食性の灰及びガスの侵入を抑制でき、耐
食性がさらに向上する。そこで、この手法で作製した試
験片を用い、実施例1及び実施例2と同様の試験条件で
腐食試験及び熱サイクル試験を実施した。ここで溶射材
の組成は実施例1で述べたように、Cr3 2 の含有量
は20〜90%、溶射膜厚は200〜1500μmとし
た。また、カロライズ層の厚さは実施例2の経験から膜
の剥離を考えると最大値としては600μm、耐食性を
考えると最小値としては10μm程度が望ましい。
【0021】表4に熱サイクル試験結果を、図3に腐食
試験結果を示す。なお、試験条件は実施例1及び実施例
2と同様である。この結果、実施例1の溶射膜よりも膜
への腐食性物質の浸透が抑えられるため、耐食性は向上
した。比較材1及び比較材III については耐食性及び剥
離性についても良好であるが、カロライズ処理の効果が
十分に発揮できない(未処理材と変わらない)ため、カ
ロライズ処理としては最低100μmは必要である。使
用する母材は実施例1で述べたようにNi基の合金(そ
の他の成分はCr及びFe)ならば問題ない。
【0022】
【表4】
【0023】上述のとおり実施例1の溶射膜にカロライ
ズ処理を実施することで、耐食性が向上し、信頼性の高
い燃焼装置を提供できる。
【0024】
【発明の効果】本発明により、高温耐食性燃焼装置用材
料が提供でき、その工業的効果は顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1発明材の一実施例(比較材を含む)の腐食
試験結果を示す図表。
【図2】第2発明材の一実施例(比較材を含む)の腐食
試験結果を示す図表。
【図3】第3発明材の一実施例(比較材を含む)の腐食
試験結果を示す図表。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 一二 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 須藤 隆之 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母材であるNi基合金に、CoNiCr
    AlY合金に対してCr3 2 が20〜90wt%にな
    るように混合した溶射材を溶射してなることを特徴とす
    る高温耐食性燃焼装置用材料。
  2. 【請求項2】 母材であるNi基合金に、カロライズ処
    理を施してなることを特徴とする高温耐食性燃焼装置用
    材料。
  3. 【請求項3】 母材であるNi基合金に、CoNiCr
    AlY合金に対してCr3 2 が20〜90wt%にな
    るように混合した溶射材を溶射した後、カロライズ処理
    を施してなることを特徴とする高温耐食性燃焼装置用材
    料。
JP9243600A 1997-09-09 1997-09-09 高温耐食性燃焼装置用材料 Pending JPH1180920A (ja)

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Effective date: 20030218