(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃｒ：１０〜１５％，Ｓｉ：２〜４％，Ａｌ：３〜５％，Ｎｉ：残部よりなることを特徴とするＣｌ及びＳの腐食性元素を含む物質を燃料とする燃焼装置又はその構成部品用の耐高温腐食性材料。
【請求項２】
重量％で、Ｃｒ：１０〜１５％，Ｓｉ：２〜４％，Ａｌ：３〜５％，Ｆｅ：２０％以下，Ｎｉ：残部よりなることを特徴とするＣｌ及びＳの腐食性元素を含む物質を燃料とする燃焼装置又はその構成部品用の耐高温腐食性材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐高温腐食性材料に関し、特に都市ごみ、産業廃棄物、医療廃棄物及び化石燃料などのようなＣｌ，Ｓなどの腐食性元素を含む物質を燃料とする燃焼装置及びその構成部品に有利に適用できる同材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｃｌ，Ｓを多量に含む廃棄物を燃料とする燃焼装置ではＨＣｌ，ＳＯｘの多い燃焼ガスが発生し、また、塩化物、硫酸塩など低融点物質を形成する塩を多く含むダストが付着するなど過酷な高温腐食環境が形成される。このような腐食環境下では構成材料に激しい高温腐食が発生し、機器の耐久寿命を短かくするのみならず、機器の性能向上の障害となっている。そのため、例えばごみ焼却プラントでは廃熱の有効利用のためボイラが付属しており、高温高圧蒸気による発電を行っているものが増えてきているが、蒸発管、過熱器管などの温度が高いものでは激しい腐食が発生し、装置の寿命が短かくなっており、補修などに多大な費用、労力を要している。また、発電効率向上のためには蒸気温度、圧力の増加が必要であるが、高温腐食によるリスクを回避するため現状では３００℃、３００ｋｇｆ／ｃｍ2 ｇ以下の条件とせざるを得ない状況にある。
【０００３】
このため、これまでには一般にＣｌ，Ｓを多く含有する高温燃焼ガス環境下で使用される耐熱材料では下記合金元素の添加が有効とされ、このような合金元素を所定量添加したステンレス鋼、Ｎｉベース合金などが目的に応じて多数開発され使用されている。
【０００４】
（１）Ｃｒ；高温ではＣｒ酸化物を主体とする保護性酸化皮膜が形成され、これにより耐食性が維持される。通常、材料の耐食性、塑性加工性などを考慮して１６〜５０ｗｔ％添加される。特に、Ｓ，Ｏの存在下では良好な耐食性を発揮する元素とされている。
【０００５】
（２）Ｎｉ；Ｃｌが多く含まれる場合、化学的に安定なＮｉの添加が有効である。通常、ステンレス鋼などでは８〜３０ｗｔ％程度含まれ、さらに多く含有するＮｉベース合金も使用されている。
【０００６】
（３）Ｍｏ；Ｃｌに対して有効な耐食性元素であり、通常１〜２０ｗｔ％程度含む合金が開発されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記合金元素を含む耐高温腐食性耐熱合金よりも、さらに耐食性を向上した耐高温腐食性耐熱材料を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は（１）重量％で、Ｃｒ：１０〜１５％，Ｓｉ：２〜４％，Ａｌ：３〜５％，Ｎｉ：残部よりなることを特徴とするＣｌ及びＳの腐食性元素を含む物質を燃料とする燃焼装置又はその構成部品用の耐高温腐食性材料及び（２）重量％で、Ｃｒ：１０〜１５％，Ｓｉ：２〜４％，Ａｌ：３〜５％，Ｆｅ：２０％以下，Ｎｉ：残部よりなることを特徴とするＣｌ及びＳの腐食性元素を含む物質を燃料とする燃焼装置又はその構成部品用の耐高温腐食性材料である。
【０００９】
本発明の第１のＣｌ及びＳの腐食性元素を含む物質を燃料とする燃焼装置又はその構成部品用の耐高温腐食性材料（以下、単に耐食材料という）は、Ｃｌが多い環境の場合、Ｃｒは耐食性向上にさほど大きく寄与しないため、１０〜１５重量％に抑え、Ｃｌに対する耐食性の優れたＮｉベースとし、さらに耐食性向上のためにＡｌ，Ｓｉを添加してＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2を含む強固な保護酸化皮膜を形成させるようにしたものである。
【００１０】
本発明の第２の耐食材料は、上記第１の耐食材料にさらに種々の物性改善のため、Ｆｅ２０％以下を添加したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１及び第２発明の詳細な実施形態について説明する。
本発明の第１の耐食材料の特徴となっているＣｒ，Ｓｉ，Ａｌを添加したＮｉベース合金における添加元素の役割りは次のように考えられる。
【００１２】
（１）Ｓｉ（２〜４ｗｔ％），Ａｌ（３〜５ｗｔ％）；Ｓｉ，ＡｌはそれぞれＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 の強固な保護性酸化皮膜を形成し、単独添加でも耐食性改善に有効であるが、本材料のように複合添加することによりさらに耐食性向上には有効である。両元素とも多量添加すると合金の性質を脆くするため限界量をＳｉ：４ｗｔ％、Ａｌ：５ｗｔ％とした。Ｃｒを１０〜１５ｗｔ％含む場合、Ｓｉ：２ｗｔ％及びＡｌ：３ｗｔ％以上で充分な耐食性が発揮されることは後記実施例１に示すとおりである。
【００１３】
（２）Ｃｒ（１０〜１５ｗｔ％）：上記Ｓｉ，Ａｌと同様、Ｃｒ酸化物を含む強固な皮膜を形成し、耐食性に寄与するものであるが、上記Ｓｉ，Ａｌを同時に含む場合、１０〜１５ｗｔ％の範囲で充分な耐食性が発揮されることは後記実施例１より明らかである。１５ｗｔ％を越えて含んでも耐食性向上効果はさほど顕著ではなく塑性加工性、コスト面で有利な１５ｗｔ％を上限とした。一方、Ｃｒが１０ｗｔ％未満では耐食性が劣化する。腐食テストデータよりＳｉ，Ａｌが多い場合はＣｒは少な目でよく、３者の合金元素添加量はこのような複合添加効果を加味して決定することが必要である。
【００１４】
本発明の第２の耐食材料に示される添加元素の成分範囲は、上記第１の耐食材料において、Ｆｅを２０％以下添加したものである。ここで、Ｆｅを２０ｗｔ％以下とするのは、塑性加工性、耐食性、靱性などを改善するためであるが、多量の添加は組織安定性を悪くし、耐食性も低下させるからである。
なお、上記第１及び第２の耐食材料にさらに種々の物性改善のため、Ｃ（高温強度、耐摩耗性などの改善）、Ｎ（高温強度、耐局部腐食性、耐疲労性などの改善）、Ｎｂ、Ｔａ（高温強度、耐食性などの改善）、Ｔｉ（強度、靱性、耐食性などの改善）、Ｍｏ（耐食性、高温強度などの改善）、Ｍｎ（塑性加工性などの改善）よりなる群から選ばれた１種以上の合金元素を添加することもできる。
【００１５】
（１）Ｃ：０．１５ｗｔ％以下（高温強度、耐摩耗性を改善するが、多量添加は脆化、耐食性劣化を促進するため、上限を０．１５ｗｔ％とした。下限値は添加するものであるので、０は含まない。以下、同じ）
【００１６】
（２）Ｎ：０．５ｗｔ％以下（高温強度、耐局所腐食などの改善に有効であるが、多量添加は脆化を促進するため、上限を０．５ｗｔ％とした）
【００１７】
（３）Ｎｂ，Ｔａ：４ｗｔ％以下（高温強度、耐食性などの改善に有効であるが、多量添加は脆化、時効析出を促進するため、上限を４ｗｔ％とした）
【００１８】
（４）Ｔｉ：０．５ｗｔ％以下（強度、靱性、耐食性などの改善に有効であるが、多量添加はこれら諸性質を悪化するため、上限を０．５ｗｔ％とした）
【００１９】
（５）Ｍｏ：１０ｗｔ％以下（耐食性、高温強度向上に有効であるが、反面塑性加工性を悪くするため、上限を１０ｗｔ％とした）
【００２１】
（６）Ｍｎ：２％以下（塑性加工性などの改善効果があり、特に材料中の不純物Ｓの除去に有効であるが、耐食性の点より上限を２ｗｔ％とした）
【００２２】
これら元素を用途などに応じて１種以上添加することにより、さらに第１の耐食材料の性質の向上を図ることができる。
【００２３】
本発明の耐熱材料の用途としては、鋳造、塑性加工、粉末成形、溶接肉盛などの加工法を用いることにより、板、管など各種形状の製品を作ることができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例をあげ、本発明の効果を明らかにする。
【００２５】
（例１）
本発明の第１の耐食材料の耐食性を評価するため、ごみ焼却炉の実機環境を模擬した条件下で腐食試験を行った。灰中埋設法にて灰の一部溶融する５５０℃の過酷条件下で下記表１に示すボイラ管付着灰（Ａ，Ｂ）のうちの灰Ｂを用い、１００時間の加熱を行った。雰囲気は焼却炉排ガスを模擬した混合ガス（ＨＣｌ：１０００ｐｐｍ，ＳＯ2 ：５０ｐｐｍ，Ｈ2 Ｏ：２０％，Ｏ2 ：１０％，ＣＯ2 ：１０％，Ｎ2 ：残）雰囲気とした。その結果を図１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
図１の評価試験結果より、１０〜１５ｗｔ％Ｃｒ，２〜４ｗｔ％Ｓｉ，３〜５ｗｔ％Ａｌを含有するＮｉベース合金は従来材のＳＵＳ３４７Ｈ、ＳＵＳ３１０Ｓ、６２５合金（２１Ｃｒ−９Ｍｏ−４Ｎｂ−Ｎｉベース）に比べ優れた耐食性を有していることがわかる。
【００２８】
（例２）
また、図２に本発明の第２の耐食材料を示すＦｅを２０ｗｔ％含有したＣｒ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｎｉ合金の耐食性評価結果を示す。Ｆｅを添加した場合、Ｃｌが少なく、Ｓが多い灰Ａでは耐食性の劣化が見られるが、Ｃｌが多い灰Ｂでは耐食性向上効果が認められる。この事実より、実機付着灰中のＣｌ濃度が高い場合にはＦｅの添加が有効である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の耐食材料はＣｌ，Ｓの多い燃焼ガス中において既存合金より良好な耐食性を示すことから、このような腐食環境を形成する各種燃焼装置の構成部材、部品などに用いることにより装置の耐久寿命を延長し、経済的なメリットを得ることができる。また、装置の高温化、高圧力化（ボイラなど）などの性能向上に寄与することができる。さらに、従来のＮｉベース合金ではＣｒ，Ｍｏなど高価な金属を多量に含有することから材料コストが割高となったが、本発明合金ではＣｒを減らし、Ｍｏを含まず、Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅなどの比較的安価な金属が添加されていることから材料コストが低く、経済的に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の耐食材料の腐食減量を従来の耐食合金と対比して示す図表。
【図２】本発明の第２の耐食材料の腐食減量の効果を示す図表。
【図１】
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【図２】
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