(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分であるベース金属元素に対して、少なくともクロム及びクロム以外の金属元素が添加されてなるＣｒ含有合金の表層における浸炭深さを測定する方法であって、
浸炭深さが異なるＣｒ含有合金の複数の試料についてポータブル型蛍光Ｘ線分析装置により分析を行って、クロム及びクロム以外の金属元素の濃度と浸炭深さとの関係を予め求めておき、
測定対象物であるＣｒ含有合金について前記ポータブル型蛍光Ｘ線分析装置により分析を行って、該測定対象物中のクロム及びクロム以外の金属元素の濃度を測定し、
予め求めた前記関係に基づいて、前記測定対象物中のクロム及びクロム以外の金属元素の濃度の測定結果から、前記測定対象物の浸炭深さを求めることを特徴とするＣｒ含有合金の浸炭深さ測定方法。
【請求項２】
前記クロム以外の金属元素がニッケル又はモリブデンであることを特徴とする請求項１に記載のＣｒ含有合金の浸炭深さ測定方法。
【請求項３】
前記Ｃｒ含有合金がニッケルクロム鋼であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＣｒ含有合金の浸炭深さ測定方法。
【請求項４】
前記測定対象物は、回収ボイラの伝熱管であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＣｒ含有合金の浸炭深さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばボイラや焼却炉等の材料に用いられるＣｒ含有合金の表層の浸炭深さを測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロムを含有する合金（以下、「Ｃｒ含有合金」という。）は、耐熱性、耐食性、耐摩耗性等の性質に優れるため、種々の産業で利用されている。例えば、耐食性に優れるオーステナイト系のステンレス鋼（ニッケルクロム鋼）は、ボイラの伝熱管や焼却炉の材料に用いられる。
【０００３】
ところで、回収ボイラや焼却炉は、未燃カーボンや炭素化合物（例えばＣａＣＯ３）等が存在する高温環境下で運転されるため、浸炭が発生する。浸炭とは未燃カーボンや炭素化合物に含まれる炭素がＣｒ含有合金内へ拡散して粒界に炭化物を形成する現象である。浸炭発生の結果、粒界近傍のクロム濃度が減少することで、同部位の耐食性が損なわれるため塩化腐食などの腐食が著しく増大してしまう。そこで、Ｃｒ含有合金の浸炭の程度つまりは耐食性の程度を把握するために、回収ボイラや焼却炉等の表層における浸炭深さを測定する必要がある。
【０００４】
従来、Ｃｒ含有合金の表層における浸炭深さの測定は、測定対象物を切断して試料を作製して断面組織を観察したり、測定対象物の表面組織をフィルムに転写して表面組織を観察したりすることで行われていた。しかし、前者の手法は、測定対象物の破壊（接断）を伴うため採用できない場合がある。また、後者の手法は、浸炭の有無を判別できるものの、浸炭深さを定量的に把握することはできない。
なお、これらの手法とは別に、回収ボイラや焼却炉の燃料性状や、測定対象物への付着物の分析結果から浸炭の発生を推察することもあるが、あくまで推察であり、実際に浸炭が発生しているかを正確に知ることはできない。
【０００５】
したがって、測定対象物を破壊することなく、浸炭深さを定量的に把握しうる測定手法の開発が望まれていた。
この点、特許文献１には、発光分光分析により、熱処理後の鋼材の表層における脱炭層や浸炭層等の分析を行う方法が記載されている。この方法は、表層の深さ方向における主要元素の連続的な濃度分布を得るために、試料表面の削れ深さと放電時間との関係を予め取得しておき、この関係に基づいて、発光分光分析で連続的に測定した発光強度から任意の深さにおける主要元素の濃度を求めるというものである。特許文献１に記載された方法によれば、測定対象物を破壊することなく、浸炭深さを定量的に把握することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３５２０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された方法は、測定対象物の表層の元素をアーク放電により励起して発光させ、この発光を分光することで分析を行うものであるから、アーク放電のための電源及びケーブルが必要である。このため、ケーブルの取り回しができない等の理由により、簡易に測定できない場合がある。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、簡易な測定が可能であり、かつ、測定対象物を破壊することなく、浸炭深さを定量的に把握しうるＣｒ含有合金の浸炭深さ測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るＣｒ含有合金の浸炭深さ測定方法は、主成分であるベース金属元素に対して、少なくともクロム及びクロム以外の金属元素が添加されてなるＣｒ含有合金の表層における浸炭深さを測定する方法であって、浸炭深さが異なるＣｒ含有合金の複数の試料についてポータブル型蛍光Ｘ線分析装置により分析を行って、クロム及びクロム以外の金属元素の濃度と浸炭深さとの関係を予め求めておき、測定対象物であるＣｒ含有合金について前記ポータブル型蛍光Ｘ線分析装置により分析を行って、該測定対象物中のクロム及びクロム以外の金属元素の濃度を測定し、予め求めた前記関係に基づいて、前記測定対象物中のクロム及びクロム以外の金属元素の濃度の測定結果から、前記測定対象物の浸炭深さを求めることを特徴とする。
【００１０】
本願発明者は、主成分であるベース金属元素に対してクロム及びクロム以外の金属元素が添加されてなるＣｒ含有合金について蛍光Ｘ線分析法による分析を行うと、Ｃｒ含有合金の表層における浸炭深さによって、クロム及びクロム以外の金属元素の濃度の測定結果に違いが出ることを見出した。本願発明者は、この知見に基づいて、上記浸炭深さ測定方法を着想した。
【００１１】
上記浸炭深さ測定方法によれば、ポータブル型蛍光Ｘ線分析装置を用いて、測定対象物を破壊することなく測定を行うことができる。
また、予め取得したクロム及びクロム以外の金属元素の濃度と浸炭深さとの関係に基づいて、測定対象物中のクロム及びクロム以外の金属元素の濃度の測定結果から浸炭深さを求めるようにしたので、浸炭深さを定量的に把握できる。しかも、Ｃｒ濃度に加えてクロム以外の金属元素の濃度という２つのパラメータを用いて浸炭深さを求めるようにしたので、浸炭深さを高精度に算出できる。
さらに、持ち運び可能なポータブル型蛍光Ｘ線分析装置を用いるため、現地でも簡易かつ迅速に測定を行うことができる。
【００１２】
上記浸炭深さ測定方法において、前記クロム以外の金属元素はニッケル又はモリブデンであってもよい。また、前記Ｃｒ含有合金はニッケルクロム鋼であってもよい。
【００１３】
上記浸炭深さ測定方法において、前記測定対象物は回収ボイラの伝熱管であってもよい。
回収ボイラの伝熱管にはＣｒ含有合金を用いることが多いが、回収ボイラの伝熱管は未燃カーボンや炭素化合物（例えばＣａＣＯ３）等が存在する高温環境下に曝されるため、浸炭による粒界のクロム濃度の減少によってＣｒ含有合金の耐食性が損なわれやすい。この点、上記浸炭深さ測定方法は、伝熱管を切断することなく、伝熱管を構成するＣｒ含有合金の表層における浸炭深さを簡易に測定することができるから、回収ボイラの伝熱管のＣｒ含有合金の耐食性を管理するために有用である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蛍光Ｘ線分析法を用いて、測定対象物を破壊することなく測定を行うことができる。
また、予め取得したクロム及びクロム以外の金属元素の濃度と浸炭深さとの関係に基づいて、測定対象物中のクロム及びクロム以外の金属元素の濃度の測定結果から浸炭深さを求めるようにしたので、浸炭深さを定量的に把握できる。しかも、Ｃｒ濃度に加えてクロム以外の金属元素の濃度という２つのパラメータを用いて浸炭深さを求めるようにしたので、浸炭深さを高精度に算出できる。
さらに、持ち運び可能なポータブル型蛍光Ｘ線分析装置を用いるため、現地でも簡易かつ迅速に測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】蛍光Ｘ線分析法によるニッケルクロム鋼（ＳＵＳ３０４）の成分分析結果を示す表である。
【図２】第１実施形態に係るＣｒ含有合金の表層における浸炭深さの測定方法を示すフローチャートである。
【図３】ニッケルクロム鋼におけるＣｒ濃度及びＮｉ濃度と浸炭深さとの関係を示すグラフである。
【図４】クロムモリブデン鋼におけるＣｒ濃度及びＭｏ濃度と浸炭深さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［浸炭深さが蛍光Ｘ線分析結果に与える影響］
本願発明者は、主成分であるベース金属元素に対してクロム及びクロム以外の金属元素が添加されてなるＣｒ含有合金について蛍光Ｘ線分析法による分析を行うと、Ｃｒ含有合金の表層における浸炭深さによって、クロム及びクロム以外の金属元素の濃度の測定結果に違いが出ることを見出した。
図１は、蛍光Ｘ線分析法によるニッケルクロム鋼（ＳＵＳ３０４）の成分分析結果を示す表である。同図に示すように、浸炭が発生していない場合、ＳＵＳ３０４の成分規格範囲内の数値を示すが、浸炭が発生すると、Ｃｒ濃度が減少し、Ｎｉ濃度が増大する。これは、蛍光Ｘ線分析法では、浸炭によって炭化物になったクロムが検出されずＣｒ濃度が見かけ上減少し、その分だけＮｉ濃度が見かけ上増大したためと考えられる。なお、含有量が最も多いベース金属元素である鉄は、浸炭の有無による影響がほとんどない。
本願発明者は、この知見に基づいて、本発明に係る浸炭深さ測定方法を着想した。
【００１７】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る浸炭深さ測定方法について説明する。本実施形態では、測定対象物は、Ｃｒ濃度が１８％であり、Ｎｉ濃度が８％のニッケルクロム鋼（ＳＵＳ３０４）からなるＣｒ含有合金である。
【００１８】
図２は、本実施形態に係るＣｒ含有合金の表層における浸炭深さの測定方法を示すフローチャートである。同図に示すように、最初に、浸炭深さが異なる複数の試料片（試料１〜３）について、ポータブル型蛍光Ｘ線分析装置を用いて分析を行う（ステップＳ２）。
ここで用いるポータブル型蛍光Ｘ線分析装置は、持ち運び可能であり、好ましくはケーブルレスである。例えば、ポータブル型蛍光Ｘ線分析装置として、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製のＸＬ３ｔシリーズ（ＸＬ３ｔ−８００，ＸＬ３ｔ−８００Ｓ，ＸＬ３ｔ−９００Ｓ−Ａ）を用いることができる。
【００１９】
試料１〜３は、いずれも測定対象物と同種のＣｒ含有合金、すなわちニッケルクロム鋼（ＳＵＳ３０４：Ｃｒ濃度；１８％、Ｎｉ濃度；８％）である。各試料片の浸炭深さは、各試料片の断面組織の観察により予め測定されており、既知である。本実施形態では、試料１は浸炭が発生していない（すなわち、浸炭深さゼロ）のに対し、試料２及３は浸炭が発生しており、試料２よりも試料３のほうが浸炭深さは深い。
【００２０】
次に、ステップＳ２の測定結果から、上記ニッケルクロム鋼の浸炭深さと、ポータブル蛍光Ｘ線分析装置により測定されたＣｒ濃度及びＮｉ濃度との関係を求める（ステップＳ４）。具体的には、測定された試料１〜３のＣｒ濃度及びＮｉ濃度に対して各試料片の浸炭深さをプロットし、最小二乗法等の公知の手法により近似曲線を求める。
なお、ステップＳ４においてＣｒ濃度及びＮｉ濃度と浸炭深さとの関係を求めるのは、浸炭の影響が出やすい添加金属元素（クロム及びニッケル）の濃度をパラメータとすることで、浸炭深さの測定を高精度に行うことができるからである。仮にＦｅ濃度をパラメータとして用いると、ベース金属元素である鉄は浸炭の有無による影響をほとんど受けないため（図１参照）、浸炭深さの測定を高精度に行うことが難しい。
【００２１】
図３は、ニッケルクロム鋼におけるＣｒ濃度及びＮｉ濃度と浸炭深さとの関係を示すグラフである。なお、同図に示す近似曲線１０は、試料１〜３の各座標の近似曲線である。
図３に示すように、浸炭が発生していない試料１は、Ｃｒ濃度が約１８％であり、Ｎｉ濃度が約８％であって、いずれも成分規格範囲内の数値を示す。一方、浸炭が発生している試料２及び３は、Ｃｒ濃度が１８％よりも低く、Ｎｉ濃度は８％よりも多くなっている。これは、蛍光Ｘ線分析法では、浸炭によって炭化物になったクロムが検出されずＣｒ濃度が見かけ上減少し、その分だけＮｉ濃度が見かけ上増大したためと考えられる。
【００２２】
続いて、図２に示すように、上記ポータブル蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定対象物（ニッケルクロム鋼）の分析を行って、測定対象物のＣｒ濃度及びＮｉ濃度を測定する（ステップＳ６）。
なお、測定対象物は、回収ボイラの伝熱管であってもよい。回収ボイラの伝熱管のように、未燃カーボンや炭素化合物（例えばＣａＣＯ３）等が存在する高温環境下に曝されるものは、粒界腐食によるクロムの減少によってＣｒ含有合金の耐食性が損なわれやすい。この点、本実施形態の浸炭深さ測定方法は、伝熱管を切断することなく、伝熱管を構成するＣｒ含有合金の表層における浸炭深さを簡易に測定することができるから、回収ボイラの伝熱管のＣｒ含有合金の耐食性を管理するために有用である。
【００２３】
最後に、ステップＳ４で求めたニッケルクロム鋼におけるＣｒ濃度及びＮｉ濃度と浸炭深さとの関係に基づいて、ステップＳ６で測定された測定対象物（ニッケルクロム鋼）のＣｒ濃度及びＮｉ濃度から、測定対象物の表層における浸炭深さを求める（ステップＳ８）。例えば、ステップＳ６で測定された測定対象物のＣｒ濃度及びＮｉ濃度を近似曲線１０に代入して、測定対象物の表層における浸炭深さを求めてもよい。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態では、主成分である鉄に対してクロム及びニッケルが添加されたニッケルクロム鋼からなり、浸炭深さが異なる試料１〜３についてポータブル型蛍光Ｘ線分析装置により分析を行って、Ｃｒ濃度及びＮｉ濃度と浸炭深さとの関係を予め求めておき、ニッケルクロム鋼からなる測定対象物についてポータブル型蛍光Ｘ線分析装置により分析を行って、該測定対象物中のＣｒ濃度及びＮｉ濃度を測定し、予め求めたＣｒ濃度及びＮｉ濃度と浸炭深さとの関係に基づいて、Ｃｒ濃度及びＮｉ濃度の測定結果から測定対象物の表層における浸炭深さを求める。
【００２５】
本実施形態によれば、蛍光Ｘ線分析法を用いて、測定対象物を破壊することなく測定を行うことができる。
また、予め取得したＣｒ濃度及びＮｉ濃度と浸炭深さとの関係に基づいて、測定対象物中のＣｒ濃度及びＮｉ濃度の測定結果から浸炭深さを求めるようにしたので、浸炭深さを定量的に把握できる。しかも、Ｃｒ濃度に加えてＮｉ濃度という２つのパラメータを用いて浸炭深さを求めるようにしたので、浸炭深さを高精度に算出できる。
さらに、持ち運び可能なポータブル型蛍光Ｘ線分析装置を用いるため、現地でも簡易かつ迅速に測定を行うことができる。
【００２６】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るＣｒ含有合金の表層における浸炭深さの測定方法について説明する。本実施形態は、測定対象物であるＣｒ含有合金が、Ｃｒ濃度が１８％、Ｍｏ濃度が２％のクロムモリブデン鋼（ＳＵＳ３１６）を用いる点を除けば、第１実施形態の測定方法と共通する。したがって、ここでは第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００２７】
本実施形態で用いる試料片（試料４〜６）は、いずれも測定対象物と同種のＣｒ含有合金、すなわちクロムモリブデン鋼（Ｃｒ濃度：１８％、Ｍｏ濃度：２％）である。各試料片の浸炭深さは、各試料片の断面組織の観察により予め測定されており、既知である。試料４は浸炭が発生していない（すなわち、浸炭深さゼロ）のに対し、試料５及６は浸炭が発生しており、試料５よりも試料６のほうが浸炭深さは深い。
なお、クロムモリブデン鋼は、クロムだけでなくモリブデンも炭化物を形成する。すなわち、本実施形態でＣｒ含有合金として用いるクロムモリブデン鋼は、クロム及びモリブデンの両方が炭化されて粒界腐食されうる点で、第１実施形態でＣｒ含有合金として用いたニッケルクロム鋼と異なる（ニッケルクロム鋼の場合、クロムのみが炭化物を形成し、ニッケルは炭化物を形成しない）。
【００２８】
本実施形態では、主成分である鉄に対してクロム及びモリブデンが添加されたクロムモリブデン鋼からなり、浸炭深さが異なる試料４〜６について、ポータブル型蛍光Ｘ線分析装置を用いて分析を行って、Ｃｒ濃度及びＭｏ濃度と浸炭深さとの関係を予め求めておき、クロムモリブデン鋼からなる測定対象物についてポータブル型蛍光Ｘ線分析装置により分析を行って、該測定対象物中のＣｒ濃度及びＭｏ濃度を測定し、予め求めたＣｒ濃度及びＭｏ濃度と浸炭深さとの関係に基づいて、Ｃｒ濃度及びＭｏ濃度の測定結果から測定対象物の表層における浸炭深さを求める。
【００２９】
図４は、クロムモリブデン鋼におけるＣｒ濃度及びＭｏ濃度と浸炭深さとの関係を示すグラフである。なお、同図に示す近似曲線２０は、試料４〜６の各座標の近似曲線である。
図４に示すように、浸炭が発生していない試料４は、Ｃｒ濃度が約１８％であり、Ｍｏ濃度が約２％であって、いずれも成分規格範囲内の数値を示す。一方、浸炭が発生している試料５及び６は、Ｃｒ濃度が１８％よりも低く、Ｎｉ濃度も２％よりも低い。これは、蛍光Ｘ線分析法では、浸炭によって炭化物になったクロム及びモリブデンが検出されずＣｒ濃度とＭｏ濃度の両方が見かけ上減少したためと考えられる。
【００３０】
本実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様に、蛍光Ｘ線分析法を用いて、測定対象物を破壊することなく測定を行うことができる。
また、予め取得したＣｒ濃度及びＭｏ濃度と浸炭深さとの関係に基づいて、測定対象物中のＣｒ濃度及びＭｏ濃度の測定結果から浸炭深さを求めるようにしたので、浸炭深さを定量的に把握できる。しかも、Ｃｒ濃度に加えてＭｏ濃度という２つのパラメータを用いて浸炭深さを求めるようにしたので、浸炭深さを高精度に算出できる。
さらに、持ち運び可能なポータブル型蛍光Ｘ線分析装置を用いるため、現地でも簡易かつ迅速に測定を行うことができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【００３２】
例えば、上述の実施形態では、Ｃｒ含有合金がニッケルクロム鋼又はクロムモリブデン鋼である例について説明したが、本発明におけるＣｒ含有合金は、ベース金属元素に対して少なくともクロム及びクロム以外の金属元素が添加された合金であれば、特に限定されない。
また、ベース金属元素に対してクロムを含む３種類以上の金属元素が添加されたＣｒ含有合金の場合、クロム及びクロム以外の添加量が最も多い金属元素の濃度と浸炭深さとの関係を予め求めて、浸炭深さの測定を行うことが好ましい。このように添加量が多い金属元素をパラメータとして用いることで、浸炭深さの測定精度が向上する。
【符号の説明】
【００３３】
１０          近似曲線
２０          近似曲線
【図１】
0005473872.tif 000002
【図２】
0005473872.tif 000003
【図３】
0005473872.tif 000004
【図４】
0005473872.tif 000005