(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱金属材料部材の表面にクリープ強化材を塗布又は溶射し、
前記前記クリープ強化材を塗布又は溶射した部分に接するように、該部分を耐熱被覆部材で覆って固定し、
前記耐熱被覆部材で覆った前記耐熱金属材料部材を１０００℃以上の温度に加熱することを含み、
前記クリープ強化材は、Ｂ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｕ及びＣｏから選択された１又は複数の元素を含有するものであり、
前記耐熱被覆部材は、前記耐熱金属材料部材の加熱温度において、前記耐熱金属材料部材の形状を保持可能である、前記クリープ強化材とは異なる材料からなる部材であり、
前記耐熱金属材料部材は、3Mo鋼、0.5Mo鋼、0.5Cr-0.5Mo鋼、1Cr-0.2Mo鋼、1Cr-0.5Mo鋼、1.25Cr-0.5Mo鋼、2.25Cr-1Mo鋼、5Cr-0.5Mo鋼、7Cr-0.5Mo鋼、9Cr-1Mo鋼、0.3Cr-Mo-V鋼、0.5Cr-Mo-V鋼、9Cr-Mo-V鋼、12Cr-Mo-V鋼、1Cr-1.25Mo-0.25V鋼、9Cr-1Mo-W鋼、SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L、SUS316TI、SUS317、SUS321、SUS347H、SUS310S、Super304、SUS904L、NCF600、NCF601、NCF800、又はNCF800Hからなり、
前記耐熱被覆部材は、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、コーディエライト、サイアロン、ジルコン、又はムライトであるセラミックス、あるいは、Alloy903、Alloy909、又はHRA929である合金であることを特徴とする耐熱金属材料部材に対するクリープ強化材の拡散浸透方法。
【請求項２】
前記耐熱金属材料部材は、鋼を主成分とする金属からなり、
前記耐熱被覆部材で覆った前記耐熱金属材料部材を１０００℃以上の温度に加熱した後、冷却し、再度、前記耐熱金属材料部材のＡ１変態点以上の温度に加熱することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
耐熱金属材料部材の表面にクリープ強化材を塗布又は溶射し、前記クリープ強化材を塗布又は溶射した部分に接するように、該部分を耐熱被覆部材で覆って固定し、前記耐熱被覆部材で覆った前記耐熱金属材料部材を１０００℃以上の温度に加熱し、
前記クリープ強化材は、Ｂ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｕ及びＣｏから選択された１又は複数の元素を含有するものであり、
前記耐熱被覆部材は、前記耐熱金属材料部材の加熱温度において、前記耐熱金属材料部材の形状を保持可能である、前記クリープ強化材とは異なる材料からなる部材であり、
前記耐熱金属材料部材は、3Mo鋼、0.5Mo鋼、0.5Cr-0.5Mo鋼、1Cr-0.2Mo鋼、1Cr-0.5Mo鋼、1.25Cr-0.5Mo鋼、2.25Cr-1Mo鋼、5Cr-0.5Mo鋼、7Cr-0.5Mo鋼、9Cr-1Mo鋼、0.3Cr-Mo-V鋼、0.5Cr-Mo-V鋼、9Cr-Mo-V鋼、12Cr-Mo-V鋼、1Cr-1.25Mo-0.25V鋼、9Cr-1Mo-W鋼、SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L、SUS316TI、SUS317、SUS321、SUS347H、SUS310S、Super304、SUS904L、NCF600、NCF601、NCF800、又はNCF800Hからなり、
前記耐熱被覆部材は、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、コーディエライト、サイアロン、ジルコン、又はムライトであるセラミックス、あるいは、Alloy903、Alloy909、又はHRA929である合金であることを特徴とするクリープ強度を強化させた耐熱金属材料部材の製造方法。
【請求項４】
前記耐熱金属材料部材は、鋼を主成分とする金属からなり、
前記耐熱被覆部材で覆った前記耐熱金属材料部材を１０００℃以上の温度に加熱した後、冷却し、再度、前記耐熱金属材料部材のＡ１変態点以上の温度に加熱することにより得られる請求項３に記載のクリープ強度を強化させた耐熱金属材料部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱金属材料部材に対するクリープ強化材の拡散浸透方法、及び、その方法によってクリープ強度を強化させた耐熱金属材料部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐熱金属材料のクリープ特性を強化させる方法として、例えば、クリープ強度および／または疲労強度に関与する粒界強化材を塗布又は溶射して被膜を形成させ、所定時間、所定温度で加熱する方法（特許第３７９３９６６号公報）などが開発されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、耐熱金属材料を用いて製造された部材（以下、「耐熱金属材料部材」と称する。）の内部に、クリープ強度を強化させる材料（以下、「クリープ強化材」と称する。）を効率よく拡散浸透させることが可能な方法、及びその方法によりクリープ強度を強化させた耐熱金属材料部材の製造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】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明に係る耐熱金属材料部材に対するクリープ強化材の拡散浸透方法及びその方法にクリープ強度を強化させた耐熱金属材料部材は、後述する構成を備える。より具体的には、本発明は、
(1)耐熱金属材料部材の表面にクリープ強化材を塗布又は溶射し、前記クリープ強化材を塗布又は溶射した部分に接するように、該部分を耐熱被覆部材耐熱被覆部材で覆って固定し、前記耐熱被覆部材で覆った前記耐熱金属材料部材を１０００℃以上の温度に加熱することを含み、前記クリープ強化材は、Ｂ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｕ及びＣｏから選択された１又は複数の元素を含有するものであり、前記耐熱被覆部材は、前記耐熱金属材料部材の加熱温度において、前記耐熱金属材料部材の形状を保持可能である、前記クリープ強化材とは異なる材料からなる部材であり、前記耐熱金属材料部材は、3Mo鋼、0.5Mo鋼、0.5Cr-0.5Mo鋼、1Cr-0.2Mo鋼、1Cr-0.5Mo鋼、1.25Cr-0.5Mo鋼、2.25Cr-1Mo鋼、5Cr-0.5Mo鋼、7Cr-0.5Mo鋼、9Cr-1Mo鋼、0.3Cr-Mo-V鋼、0.5Cr-Mo-V鋼、9Cr-Mo-V鋼、12Cr-Mo-V鋼、1Cr-1.25Mo-0.25V鋼、9Cr-1Mo-W鋼、SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L、SUS316TI、SUS317、SUS321、SUS347H、SUS310S、Super304、SUS904L、NCF600、NCF601、NCF800、又はNCF800Hからなり、前記耐熱被覆部材は、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、コーディエライト、サイアロン、ジルコン、又はムライトであるセラミックス、あるいは、Alloy903、Alloy909、又はHRA929である合金であることを特徴とする耐熱金属材料部材に対するクリープ強化材の拡散浸透方法；
(2) 前記耐熱金属材料部材は、鋼を主成分とする金属からなり、前記耐熱被覆部材で覆った前記耐熱金属材料部材を１０００℃以上の温度に加熱した後、冷却し、再度、前記耐熱金属材料部材のＡ１変態点以上の温度に加熱することを特徴とする上記(1)に記載の方法；
(3)耐熱金属材料部材の表面にクリープ強化材を塗布又は溶射し、前記クリープ強化材を塗布又は溶射した部分に接するように、該部分を耐熱被覆部材で覆って固定し、前記耐熱被覆部材で覆った前記耐熱金属材料部材を１０００℃以上の温度に加熱することによって得られ、前記クリープ強化材は、Ｂ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｕ及びＣｏから選択された１又は複数の元素を含有するものであり、前記耐熱被覆部材は、前記耐熱金属材料部材の加熱温度において、前記耐熱金属材料部材の形状を保持可能である、前記クリープ強化材とは異なる材料からなる部材であり、前記耐熱金属材料部材は、3Mo鋼、0.5Mo鋼、0.5Cr-0.5Mo鋼、1Cr-0.2Mo鋼、1Cr-0.5Mo鋼、1.25Cr-0.5Mo鋼、2.25Cr-1Mo鋼、5Cr-0.5Mo鋼、7Cr-0.5Mo鋼、9Cr-1Mo鋼、0.3Cr-Mo-V鋼、0.5Cr-Mo-V鋼、9Cr-Mo-V鋼、12Cr-Mo-V鋼、1Cr-1.25Mo-0.25V鋼、9Cr-1Mo-W鋼、SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L、SUS316TI、SUS317、SUS321、SUS347H、SUS310S、Super304、SUS904L、NCF600、NCF601、NCF800、又はNCF800Hからなり、前記耐熱被覆部材は、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、コーディエライト、サイアロン、ジルコン、又はムライトであるセラミックス、あるいは、Alloy903、Alloy909、又はHRA929である合金であることを特徴とするクリープ強度を強化させた耐熱金属材料部材の製造方法；
(4) 前記耐熱金属材料部材は、鋼を主成分とする金属からなり、前記耐熱被覆部材で覆った前記耐熱金属材料部材を１０００℃以上の温度に加熱した後、冷却し、再度、前記耐熱金属材料部材のＡ１変態点以上の温度に加熱することにより得られる上記(3)に記載の耐熱金属材料部材の製造方法；
などである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、耐熱金属材料部材の内部にクリープ強化材を効率よく拡散浸透させることが可能な方法、及びその方法によりクリープ強度を強化させた耐熱金属材料部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施形態として説明する、耐熱金属材料部材の内部にクリープ強化材を拡散浸透させる方法の概略を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態として説明する図１の概略図の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の好ましい実施形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び図面等は、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図ならびに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々に修飾ができることは、当業者にとって明らかである。
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態として説明する、耐熱金属材料部材の内部にクリープ強化材を拡散浸透させる方法の概略を示す図である。図２は、本発明の一実施形態として説明する図１の概略図の断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、耐熱金属材料部材１０として、耐熱金属材料を用いて製造された、既設（補修されたものを含む）若しくは未使用の、又は劣化した高温配管を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、耐熱金属材料部材１０は、耐熱金属材料を用いて製造された、既設（補修されたものを含む）若しくは未使用の、又は劣化したタービン等の他の高温用部材などであってもかまわない。
【０００９】
図１及び図２に示すように、本発明に係る、耐熱金属材料部材１０の内部にクリープ強化材を拡散浸透させる方法は、まず、耐熱金属材料部材１０の表面にクリープ強化材を塗布又は溶射する。その後、クリープ強化材を塗布又は溶射した部分２５に接するように、該部分２５を耐熱被覆部材３０で覆って耐熱被覆部材３０を固定する。続いて、耐熱被覆部材３０で覆った耐熱金属材料部材１０をヒーター４０によって１０００℃以上の温度で所定時間加熱する。
【００１０】
以上のように、クリープ強化材を塗布又は溶射した耐熱金属材料部材１０を、耐熱被覆部材３０で覆って１０００℃以上の温度に加熱することにより、外周への方向に熱膨張する耐熱金属材料部材に対して圧縮力が働いて、耐熱金属材料部材の外周への方向の熱膨張を抑制するとともに、耐熱金属材料部材１０の表面におけるクリープ強化材を耐熱金属材料部材１０の内部に効率よく拡散浸透させることが可能となる。従って、耐熱金属材料部材１０が劣化部材あるいは既設部材である場合には、耐熱金属材料部材１０の外周への方向の熱膨張力を利用して、耐熱金属材料部材１０やその溶接部２０におけるクリープボイドや亀裂を効率よく補修し、耐熱金属材料部材１０やその溶接部２０の再生を図ることができ、さらには、耐熱金属材料部材１０やその溶接部２０の組織を回復させるとともに、耐熱金属材料部材１０やその溶接部２０の組織強化を図ることができる。もって、クリープ強度を向上させて新材以上に寿命を延伸させることが可能となる。一方、耐熱金属材料部材１０が未使用部材である場合には、耐熱金属材料部材１０やその溶接部２０の組織強化を図ることができ、もって、クリープ強度を向上させて新材以上に寿命を延伸させることが可能となる。
【００１１】
本発明に係る、耐熱金属材料部材１０の内部にクリープ強化材を拡散浸透させる方法は、耐熱金属材料部材１０の表面にクリープ強化材を塗布又は溶射する前に、クリープ強化材を塗布又は溶射する部分２５に対してエッチング処理、又はショットピーニングを施してエッチング処理を行うこととしてもよい。これらの処理により、耐熱金属材料部材１０の表層に対して塑性変形による加工硬化を行ったり、耐熱金属材料部材１０の表面に圧縮残留応力を与えたり、耐熱金属材料部材１０の表面の酸化膜を除去したりすることが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る、耐熱金属材料部材１０の内部にクリープ強化材を拡散浸透させる方法は、耐熱被覆部材３０で覆った耐熱金属材料部材１０をヒーター４０によって１０００℃以上の温度に加熱した後、残留応力を除去（低減）するためにストレスリリーフやテンションアニールなどの処理を行ってもよい。より具体的には、耐熱被覆部材３０で覆った耐熱金属材料部材１０をヒーター４０によって１０００℃以上の温度に加熱した後に、一旦常温まで冷却し、再度Ａ１変態点以上の温度（好ましくは、１０００℃＋１０〜１００℃）で所定時間（例えば、数時間〜２４時間程度）加熱することとしてもよい。
【００１３】
さらに、本発明に係る、耐熱金属材料部材１０の内部にクリープ強化材を拡散浸透させる方法は、クリープ強化材を塗布又は溶射した耐熱金属材料部材１０を、耐熱被覆部材３０で覆ってヒーター４０により加熱した際に生じる、耐熱金属材料部材１０の長手方向に対して外向き（耐熱金属材料部材１０の端部方向）への熱膨張を拘束するために、ヒーター４０によって加熱している部分を挟むようにして、ヒーター４０で加熱していない部分の耐熱金属材料部材１０を、例えば、２つのクランプなどによって固定してもよい。  
なお、耐熱金属材料部材１０の全体に対して、ヒーター４０によって加熱する部分が小さい場合には、ヒーター４０によって加熱されていない部分によって、ヒーター４０で加熱している部分における、耐熱金属材料部材１０の長手方向に対して外向きへの熱膨張が拘束されるため、ヒーター４０で加熱していない部分の耐熱金属材料部材１０をクランプ等によって固定する必要はない。
【００１４】
部材１０の耐熱金属材料としては、例えば、0.3Mo鋼、0.5Mo鋼、0.5Cr-0.5Mo鋼、1Cr-0.2Mo鋼、1Cr-0.5Mo鋼、1.25Cr-0.5Mo鋼、2.25Cr-1Mo鋼、5Cr-0.5Mo鋼、7Cr-0.5Mo鋼、9Cr-1Mo鋼、0.3Cr-Mo-V鋼、0.5Cr-Mo-V鋼、9Cr-Mo-V鋼、12Cr-Mo-V鋼、1Cr-1.25Mo-0.25V鋼、9Cr-1Mo-W鋼、SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L、SUS316TI、SUS317、SUS321、SUS347H、SUS310S、Super304、SUS904L、NCF600、NCF601、NCF800、NCF800H等を挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、火力・原子力発電ユニットその他の高温プラントで採用されている部材の公知材料を適用することができる。
【００１５】
クリープ強化材としては、融点が１０００℃以上であって、１０００℃以上の温度に加熱することにより析出強化や固溶強化を生じさせ、もってクリープ強度を強化させることが可能な元素を含むものであれば特に制限されるものではないが、耐熱金属材料部材１０の素材に応じて、例えば、Ｂ（ホウ素）、Ｗ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｕ（銅）及びＣｏ（コバルト）から選択された１又は複数の元素を適宜選択して含ませるようにしてもよい。クリープ強化材を耐熱金属材料部材１０の表面に塗布する場合には、クリープ強化材の粉末をそのまま用いてもよいが、バインダー、溶媒、接着剤などによって液状又はペースト状にしたクリープ強化材の塗布剤を用いてもよい。また、クリープ強化材を耐熱金属材料部材１０の表面に溶射する場合には、例えば、クリープ強化材の粉末を用いてプラズマ溶射法などの公知の溶射方法を適用してもよい。なお、耐熱金属材料部材１０の表面に対するクリープ強化材の塗布又は溶射は、本実施の形態のように耐熱金属材料部材１０の外周全体の表面に行ってもよいし、耐熱金属材料部材１０の一部の表面に行ってもよい。
【００１６】
耐熱被覆部材３０は、クリープ強化材を塗布又は溶射した部分２５に接するようにして、該部分２５を覆うことができ、上記加熱温度に加熱した際に生じる、該部分２５における耐熱金属材料部材１０の外周への方向の熱膨張を抑制して、該部分２５における耐熱金属材料部材１０の形状をほぼ保持できる耐熱材料からなるものであれば特に制限されるものではないが、上記加熱温度以上の温度において、耐熱金属材料部材１０よりも熱膨張率が低い材料からなることが好ましい。なお、耐熱被覆部材３０が、耐熱金属部材１０に比べて熱膨張率が同程度であって耐熱金属材料部材１０とは異なる耐熱材料、又は耐熱金属材料部材１０よりも熱膨張率が高い耐熱材料から構成されている場合には、上記加熱温度に加熱した際に生じる耐熱被覆部材３０の熱膨張を抑制するために、上記加熱温度以上の温度における熱膨張率が耐熱金属材料部材１０に比べて低い耐熱材料部材によって耐熱被覆部材３０の外周を固定し、耐熱被覆部材３０の形状を保持してもよい。
【００１７】
耐熱被覆部材３０の耐熱材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、コーディエライト、サイアロン、ジルコン、ムライト等のセラミックス、Alloy903、Alloy909、HRA929等の合金などを挙げることができる。
【００１８】
耐熱被覆部材３０は、例えば、紐、プレート、クランプなどの形状をしており、これらの固定は、例えば、紐状やプレート状の耐熱被覆部材３０を、クリープ強化材を塗布又は溶射した部分２５における耐熱金属材料部材１０の外周に巻きつけることによって行ってもよいし、クランプ状の耐熱被覆部材３０を、クリープ強化材を塗布又は溶射した部分２５における耐熱金属材料部材１０の外周に取り付けることによって行ってもよいし、プレート等の形状をした耐熱被覆部材３０をクランプや螺子等の固定具によって、クリープ強化材を塗布又は溶射した部分２５における耐熱金属材料部材１０の外周に取り付けることによって行ってもよい。なお、本実施の形態においては、耐熱被覆部材３０は、２つの略半円弧断面形状を有する金具からなり、それらの金具のフランジに取り付けられる螺子部材３５によって、前記金具の内面が、クリープ強化材を塗布又は溶射した部分２５における耐熱金属材料部材１０の外周に接するようにして、耐熱被覆部材３０が耐熱金属材料部材１０の表面に固定されている。前記螺子部材３５は、例えば、耐熱被覆部材３０と同じ材料にて製造されている。
【００１９】
クリープ強化材を塗布又は溶射した耐熱金属材料部材１０の加熱温度は、１０００℃以上の温度であれば特に制限されるものではないが、部材１０の耐熱金属材料及びクリープ強化材のうちＡ３変態点が最も高い成分のＡ３変態点以上の温度（好ましくは、１０００℃＋１０〜１００℃）で所定時間（例えば、数時間〜２４時間程度）加熱することが好ましい。なお、本実施の形態においては、加熱装置として、クリープ強化材を塗布又は溶射した耐熱金属材料部材１０の外周から加熱可能な高周波加熱ヒーター４０を用いることとしているが、クリープ強化材を塗布又は溶射した部分２５における耐熱金属材料部材１０を加熱できるものであれば特に制限されるものではない。
【００２０】
以上の方法によって、耐熱金属材料部材１０の内部にクリープ強化材を拡散浸透させたものは、上述のようにクリープ強度が強化されることから、クリープ強度を強化させた耐熱金属材料部材として有用である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  耐熱金属材料部材
２０  溶接部
２５  クリープ強化材を塗布又は溶射した部分
３０  耐熱被覆部材
３５  螺子部材
４０  高周波加熱ヒーター
【図１】
0005925958.tif 000002
【図２】
0005925958.tif 000003