(57)【要約】【課題】低コストで尚且つ塩酸に接触する使用環境で用いられても優れた耐食性を示し、更に製造も容易な金属複合材を提供する。【解決手段】重量％でMo：30超〜60％，残部Ni及び不可避的不純物の組成を有する肉盛金属１４を、基材金属１２上に肉盛溶接で積層し、耐塩酸性に優れた金属複合材１０となす。また必要に応じて肉盛金属１４の組成を、Cr，Ta，Wの１種若しくは２種以上を重量％でCr：≦6％，Ta：≦10％，W：≦5％で含有する組成となす。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Mo：30超〜60％
残部Ni及び不可避的不純物の組成を有する肉盛金属を基材金属上に肉盛溶接で積層したことを特徴とする耐塩酸性に優れた金属複合材。
【請求項２】
請求項１において、前記肉盛金属の厚みが少なくとも０．５ｍｍ以上であることを特徴とする耐塩酸性に優れた金属複合材。
【請求項３】
請求項１，２の何れかにおいて、前記肉盛金属の組成がCr，Ta，Wの１種若しくは２種以上を重量％で、
Cr：≦6％
Ta：≦10％
W ：≦5％
で含有する組成をなしていることを特徴とする耐塩酸性に優れた金属複合材。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記肉盛金属の組成が重量％で、
Fe：≦5％
の組成をなしていることを特徴とする耐塩酸性に優れた金属複合材。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、塩酸濃度１０重量％以上，温度３０℃以上の環境で使用されるものであることを特徴とする耐塩酸性に優れた金属複合材。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記肉盛金属を前記基材金属の内面若しくは外面又は両面に積層して成ることを特徴とする耐塩酸性に優れた管又はタンク。
【請求項７】
重量％で、
Mo：35〜65％
残部がNi及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする請求項１，２の何れかに記載の肉盛金属用の合金粉末。
【請求項８】
重量％で、
Mo：35〜65％
Cr，Ta，Wの１種若しくは２種以上を、
Cr：≦6.3％
Ta：≦10.5％
W ：≦5.2％
で含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする請求項３に記載の肉盛金属用の合金粉末。
【請求項９】
重量％で、
Mo：35〜65％
Fe：≦5.2％
残部Ni及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする請求項４に記載の肉盛金属用の合金粉末。
【請求項１０】
重量％で、
Mo：35〜65％
Cr，Ta，Wの１種若しくは２種以上を、
Cr：≦6.3％
Ta：≦10.5％
W ：≦5.2％
で含有し、且つ
Fe：≦5.2％
残部Ni及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする請求項４に記載の肉盛金属用の合金粉末。
【請求項１１】
請求項７〜１０の何れかにおいて、不純物元素であるP，S，N，Oを、
P＋S：≦0.02％
N ：≦0.3％
O ：≦0.3％
に規制してなる組成を有することを特徴とする肉盛金属用の合金粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は耐塩酸性に優れた金属複合材とこれを用いた管，タンク及び金属複合材に用いる合金粉末に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばポリカーボネート（PC）やポリアリレート等のプラスチック原料のほか、塗料，インク，接着剤等に使われるエポキシ樹脂の原料等として用いるビスフェノールＡを製造する際、反応触媒として塩酸が使用される。
従ってその製造装置の一部として用いられる管（反応管等）やタンク等には、塩酸に接触する状態で用いられることから優れた耐塩酸性が要求される。
【０００３】
ここでビスフェノールＡは、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンの俗称で下記化学式で表される。
【化１】
2005186088.tif 000003
このビスフェノールＡは、アセトンとフェノールを濃塩酸触媒で縮合して得られ、名前の”Ａ”は原料のアセトンに由来する。
【０００４】
従来、このように塩酸に接触する使用環境で用いられる耐食材料としてカーボンやガラス製品等が使用されて来た。
しかしながらこれらの材料は工事，施工の組立等に際してのハンドリングが難しく、取扱中に割れてしまったり、また劣化損傷の把握が難しいといった問題点を抱えている。
このような塩酸に接触する使用環境で用いられる耐食材料として金属材料を用いることができれば、ハンドリングも容易となるとともに寿命も高寿命化でき、更に劣化損傷の把握も容易となり望ましい。
【０００５】
従来、塩酸に対する耐食性を有する金属材料として例えばMoを含有するNi基合金のハステロイＢが用いられている。
このハステロイＢは、NiにMoを添加することによって耐食性を高めたものであるが、上記のようにビスフェノールＡを製造する際等のように高濃度の塩酸に接触する使用環境では耐食性の点で尚不十分である。
【０００６】
耐塩酸性の点からすれば純Moが最良であるが、純Moは非常に高価であるとともに加工性が悪く、管や板等への加工が困難である。
【０００７】
この点でハステロイＢは管等への加工も可能で、実際にそうした形態でも用いられており、またMoは耐食性を高める元素であることからハステロイＢにおけるMoの含有量を高めるといったことも考えられる。
【０００８】
しかしながら塩酸に接触する使用環境で用いられる耐食材料は、実際には塩酸に接触する表層部だけ耐食性があれば足り、必ずしも管，板等の全厚みに亘って塩酸に対する耐食性が求められる訳ではない。
にも拘わらずその全体を高耐食材料で構成することは材料的，コスト的に無駄が多い。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決すべく案出されたものである。
尚、下記特許文献１には高耐食性Ni基合金クラッド鋼の溶接方法についての発明が示され、そこにおいて一対のクラッド鋼同士を付合せ溶接する際の溶接材料としてMoを30％以下含有する、耐食性に優れた溶接材料が開示されているが、このものはCrを20〜40％の高含量で含有するものであり、更にまた基材金属上に積層状態に肉盛溶接するものでもなく、これらの点において本発明とは異なっている。
【００１０】
他方下記特許文献２には肉盛合金及びエンジンバルブについての発明が示され、そこにおいてMoを20〜70％の範囲で含有する肉盛合金が開示されている。
しかしながらこの特許文献２に開示のものは、ディーゼルエンジンのバルブ等、燃焼雰囲気中で使用されて固体潤滑性を有する保護膜を形成するためのものであり、その目的も耐熱性，耐摩耗性を高めるためのものであって、これもまた本発明とは異なっている。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−３１４５３号公報
【特許文献２】特開平１１−３１０８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明はこのような事情を背景とし、低コストで尚且つ塩酸に接触する使用環境で用いられても優れた耐食性を示し、更にまた加工も容易な金属複合材とこれを用いた管，タンク、更にその肉盛金属用の合金粉末を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
而して請求項１は金属複合材に関するもので、重量％で、Mo：30超〜60％，残部Ni及び不可避的不純物の組成を有する肉盛金属を基材金属上に肉盛溶接で積層したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２は、請求項１において、前記肉盛金属の厚みが少なくとも０．５ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３は、請求項１，２の何れかにおいて、前記肉盛金属の組成がCr，Ta，Wの１種若しくは２種以上を重量％で、Cr：≦6％，Ta：≦10％，W：≦5％で含有する組成をなしていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４は、請求項１〜３の何れかにおいて、前記肉盛金属の組成が重量％で、Fe：≦5％の組成をなしていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５は、請求項１〜４の何れかにおいて、塩酸濃度１０重量％以上，温度３０℃以上の環境で使用されるものであることを特徴とする。
【００１８】
次に請求項６は耐塩酸性に優れた管又はタンクに関するもので、請求項１〜５の何れかにおいて、前記肉盛金属を前記基材金属の内面若しくは外面又は両面に積層して成ることを特徴とする。
【００１９】
次に請求項７は請求項１，２の何れかに記載の肉盛金属用の合金粉末に関するもので、重量％で、Mo：35〜65％，残部がNi及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【００２０】
次に請求項８は請求項３に記載の肉盛金属用の合金粉末に関するもので、重量％で、Mo：35〜65％、Cr，Ta，Wの１種若しくは２種以上を、Cr：≦6.3％，Ta：≦10.5％，W：≦5.2％で含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【００２１】
次に請求項９は請求項４に記載の肉盛金属用の合金粉末に関するもので、重量％で、Mo：35〜65％，Fe：≦5.2％，残部Ni及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【００２２】
次に請求項１０は請求項４に記載の肉盛金属用の合金粉末に関するもので、重量％で、Mo：35〜65％、Cr，Ta，Wの１種若しくは２種以上を、Cr：≦6.3％，Ta：≦10.5％，W：≦5.2％で含有し、且つFe：≦5.2％，残部Ni及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【００２３】
次に請求項１１は肉盛金属用の合金粉末に関するもので、請求項７〜１０の何れかにおいて、不純物元素であるP，S，N，Oを、P＋S：≦0.02％，N：≦0.3％，O：≦0.3％に規制してなる組成を有することを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００２４】
以上のように本発明は、Moを30超〜60％含有する組成を有する肉盛金属を基材金属上に肉盛溶接で積層して金属複合材となし、必要に応じてこれを管，タンク等として用いるようになしたもので、本発明の金属複合材にあっては、Moを30超〜60％の高含量で含有することによって、従来では得られなかった塩酸に対する高い耐食性を付与することができる。
【００２５】
また本発明によれば、塩酸に接触し耐食性の求められる部分を部分的に高耐食性とするものであることから、その全体が耐食性の点で過剰品質となることも無く、所要コストを安価とすることができる。
【００２６】
加えて本発明では、その耐食性を有する部分を肉盛溶接で形成することから、管やタンク等の部材も容易に構成することができる。
例えば管を構成する場合には、基材金属を管状となしておいてその内面若しくは外面又はその両面に肉盛溶接を施せば良く、またタンクを構成する場合には、板材の内面若しくは外面又はその両面に肉盛溶接を施して、その板材を組み合わせて容器状のタンクとすれば良い。
ここで基材金属としてはFe基合金，Ni基合金，Co基合金等を用いることができるが、コスト的に見てFe基合金が望ましい。
【００２７】
かかる本発明によれば、１０重量％以上の高濃度の塩酸に直接接触する使用環境の下でも、また３０℃以上の温度での使用環境の下でも十分な耐食性を付与することができる。
【００２８】
本発明では、肉盛金属の厚みは少なくとも０．５ｍｍ以上とする。
その理由は、これよりも薄いと肉盛欠陥等で母材に塩酸が直接接触し、早期に腐食が進行する可能性があることや、肉盛層が減少して行くため，長時間使用に耐えないためなどである。
望ましくは肉盛金属の厚みは１〜１０ｍｍの範囲内とする。
ここで厚みを１０ｍｍ以下とするのは、１０ｍｍを超えると肉盛の回数，時間，材料費が増加してコストアップになる。
とともにσ相等の第３相が析出することによって靭性が劣化することによる。
【００２９】
次に本発明における各化学成分の限定理由を以下に詳述する。
Mo
肉盛金属：30超〜60％
合金粉末：35〜65％
Moの量は多ければ多いほど耐塩酸性は向上する。
純Moの耐食性は最良であるが非常に高価になる。
そこで本発明では肉盛金属におけるMoの量を30超〜60％とする。
【００３０】
尚、Moが30％以下の場合には鍛造や圧延等の加工が可能であるが、Moを30％超とすると難加工となる。
そこで本発明ではMoを30％超含有させる金属層を形成する手段として粉末の肉盛溶接による方法を用いる。
この場合において合金粉末のMo量は、溶接により母材に溶け込んで希釈が生ずるために肉盛金属のMo量30超〜60％に対し35〜65％とする。
【００３１】
更に合金粉末を肉盛溶接する際、純Moの場合には溶接による酸化で劣化が生じ、溶接性は悪く、また粉末合金のMo量が65％超になると融点が１８００℃以上となり、溶融させるには時間を要し、溶接作業能率が落ちるので65％を合金粉末におけるMo量の上限とする。
また溶接を行ったときの希釈を考えると合金粉末中のMo量は肉盛金属のMo量よりも多くしておくことが望ましく、この意味において本発明では合金粉末におけるMo量を35〜65％とする。
【００３２】
Cr，Ta，Wも耐塩酸性を向上させる元素である。
Cr
肉盛金属：≦6％
合金粉末：≦6.3％
Crを肉盛金属に6％を超えて混入すると脆い相（Ｐ相またはラーフェス（Laves）相又は両方）が析出し、溶接割れを引き起こす懸念がある。
また肉盛用の合金粉末には母材に溶け込む希釈があるため上限を6.3％とする。
【００３３】
Ta
肉盛金属：≦10％
合金粉末：≦10.5％
Taを肉盛金属に10％を超えて混入すると耐食性の効果が飽和する。
またTaは高価な材料であるため10％を超えて混入するとコスト高となる。
一方合金粉末には母材に溶け込む希釈があるため上限を10.5％とする。
【００３４】
W
肉盛金属：≦5％
合金粉末：≦5.2％
Wを肉盛金属に5％を超えて混入すると耐食性の効果が飽和する。
Wも高価な原料であるため5％を超えて混入するとコスト高となる。
一方合金粉末には母材に溶け込む希釈があるため上限を5.2％とする。
【００３５】
Fe
肉盛金属：≦5％
合金粉末：≦5.2％
FeはMo，Ni，W等の原料のフェロMo，フェロNi，フェロWとして混在している。
フェロMo，フェロNi，フェロWはメタルMo，メタルNi，メタルWと比べるとコストが半分以下に抑えられ経済的である。
しかし肉盛金属に5％を超えて混入すると耐食性が低下するため5％以下とする。
一方合金粉末には母材に溶け込む希釈があるため上限を5.2％とする。
【００３６】
P+S
合金粉末：≦0.02％
肉盛用の合金粉末における不可避的元素であるP，SをP+S：≦0.02％とするのは、P及びSが粒界に析出して粒界割れを発生させるのを防ぐためである。
【００３７】
N
合金粉末：≦0.3％
O
合金粉末：≦0.3％
合金粉末の不可避的元素であるNは0.3％以下、且つO：≦0.3％は、肉盛金属中のブローホールを抑制するためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に本発明の実施形態を以下に詳述する。
図１に示すようにＳＵＳ ３１６を基材金属（合金）１２としてその上に表１に示す各種組成の肉盛金属１４を積層し、金属複合材１０を構成した。
ここで肉盛金属１４は、表２に示す組成の合金粉末を用いて基材金属１２上にプラズマ溶接で肉盛溶接し、基材金属１２上に積層形成した。
【００３９】
このようにして得られた金属複合材１０について耐食性の評価を行った。
また合金粉末をプラズマ溶接したときの溶接性についても評価を行った。
その結果が表１及び表２に示してある。
尚、金属複合材１０の試験片１６の形状，肉盛サイズ等の製造条件，耐食性評価のための耐食試験条件及び評価方法、更に溶接性評価の方法は以下の条件，方法に従った。
【００４０】
基材金属：ＳＵＳ ３１６
基材金属サイズ：Ｗ５０ｍｍ×Ｌ５０ｍｍ×ｔ１０ｍｍ
肉盛方法：粉末プラズマ溶接法（溶接電流１５０Ａ，溶接速度１００ｍｍ/ｍｉｎ，ウィービング幅１０ｍｍパス数５）
肉盛サイズ：Ｗ４０ｍｍ×Ｌ４０ｍｍ
肉盛高さ（厚み）４〜５ｍｍ
【００４１】
溶接後、浸透探傷試験を溶接ビード表面に対して実施し、その後、組成分析用及び浸漬試験用を兼用とし、試験片１６（Ｗ３０ｍｍ×Ｌ３０ｍｍ×ｔ２．５ｍｍ）を肉盛金属１４の上部から切り出した。また残材を肉盛金属１４の断面ミクロ観察用に使用した。
組成分析用の試験片１６は、組成分析後に厚みを２ｍｍに加工して浸漬試験に供した。
【００４２】
溶接性評価：
溶接ビード表面の浸透探傷試験（割れの確認）、肉盛金属１４の断面ミクロ（ブローホールの確認）
耐食性評価：
浸漬試験  塩酸濃度２０wt％，温度１００℃，試験時間１日
試験前に試験片１６の重量を測定し、浸漬試験後、再度重量を測定し、その差を腐食減量とした。
【００４３】
【表１】
2005186088.tif 000004
【００４４】
【表２】
2005186088.tif 000005
【００４５】
表１の結果においてNo.１１の場合、Moの含有量が少ないために耐塩酸性が十分でなく、腐食減量が6.6と多くなっている。
またNo.１２の場合、Feの量が多いために同じく腐食減量が多くなっている。
またNo.１３ではMoの量が不足しているため、同じく腐食減量が多く耐食性が不十分なものとなっている。
これに対して発明例のNo.１〜１０のものは何れも腐食減量が少なく、耐食性が良好である。
【００４６】
次に表２において、No.１１の合金粉末はMoの含有量が多過ぎるために溶接に際して融合不良が生じ、ブローホールが発生した。
No.１２ではCrの含有量が多いことから溶接に際して割れが発生した。
またNo.１３ではP＋Sが多いために同じく割れが発生した。
更にNo.１４ではNの量が多いためにブローホールが発生した。
またNo.１５ではOの量が多いために同じくブローホールが発生した。
これに対して発明例のNo.１〜１０のものは何れも割れ，ブローホールともに無く、溶接性の良好なものであった。
【００４７】
以上本発明の実施形態を詳述したが、以上はあくまで本発明の一例であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態で金属複合材の特性評価のために行った肉盛溶接の方法と試験片の切取部位を示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  金属複合材
１２  基材金属
１４  肉盛金属
【図１】
2005186088.tif 000006