(57)【要約】【課題】  少ない工程数で耐高温酸化性及び耐溶融塩腐食性を有する鋳鋼管を製造すること。【解決手段】  回転する円筒状の金型１内に、少なくともケイ素粉末を液に懸濁してなるスラリ３を注入して金型１の内面にスラリ３の層７を形成した後、金型１内に鋳鋼の溶湯１１を注湯することにより、鋳造された鋳鋼管の表面には、耐高温酸化性及び耐溶融塩腐食性の特性を有する改質層が形成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する円筒状の金型内に、少なくともケイ素粉末を液に懸濁してなるスラリを注入して前記金型の内面に前記スラリの層を形成した後、その金型内に鋳鋼の溶湯を注湯する鋳鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記スラリは、ケイ素粉末及び二酸化ケイ素粉末を液に懸濁させてなることを特徴とする請求項１に記載の鋳鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鋼品の製造方法に係り、特に、廃棄物の焼却施設などに用いられ、耐高温酸化性及び耐溶融塩腐食性に優れた鋳鋼管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物などの焼却処理施設においては、例えば１０００℃以上の高温雰囲気で廃棄物が焼却処理され、高温の燃焼排ガスが排出される。この燃焼排ガスは腐食性のガス成分及び燃焼灰などを含むため、例えば、焼却炉や排ガス処理設備などに設けられる鋳鋼管は、燃焼排ガスの影響により高温腐食、特に溶融塩腐食が進行するおそれがある。
【０００３】
これらの金属製部材を延命化する方法として、ケイ素が耐食性向上に有効な元素であることに着目し、基材となるＮｉ基合金に０．３乃至６．０ｗｔ％のケイ素を添加して金属部材の耐食性を向上させる方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２９２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、合金へのケイ素添加は、基材の脆性を低下させ、加工性の低下などを招くため、ケイ素の添加量は６．０ｗｔ％が上限とされている。そのため、使用環境で生成される基材表面の酸化被膜において、二酸化ケイ素の含有量を高くできず、耐食性向上の効果を十分に発揮できないという問題がある。
【０００６】
一方、Ｎｉ基合金より低価格の素材を基材とし、その基材をケイ素含有粉末に埋没させ、不活性ガス中で高温処理することにより、基材表面に厚さ数１０ミクロンのケイ素濃縮層を形成させる方法が提案されている。
【０００７】
しかし、このような方法によれば、鋳造管などを再び高温処理しなければならないため、熱エネルギ損失が大きくなり、また、工程数が多くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、少ない工程数で耐高温酸化性及び耐溶融塩腐食性を有する鋳鋼管を製造することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、回転する円筒状の金型内に、少なくともケイ素粉末を液に懸濁してなるスラリを注入して金型の内面にスラリの層を形成した後、その金型内に鋳鋼の溶湯を注湯することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、金型内面にケイ素粉末を含むスラリの層を形成し、鋳鋼の溶湯を注湯することにより、ケイ素粉末が鋳鋼の熱の影響を受けて鋳鋼表面に拡散浸透し、ケイ化物を有する層が形成される。この層は、ケイ素が高濃度に含まれるため、優れた耐溶融塩腐食性を発揮する。また、ケイ素の一部は、表面側で酸化されて二酸化ケイ素となり、これが溶融して冷却固化することにより、耐高温酸化性及び耐溶融塩腐食性を有する層、つまりコーティング層が形成される。
【００１１】
この場合において、予め、スラリにはケイ素粉末に加えて二酸化ケイ素粉末を添加しておくことが望ましい。これによれば、二酸化ケイ素からなるコーティング層の形成が安定化されるとともに、二酸化ケイ素がケイ素粉末の活発な拡散を安定化させ、緻密で凹凸の少ない改質層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少ない工程数で、耐高温酸化性及び耐溶融塩腐食性を有する鋳鋼管を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る鋳鋼管を製造する工程を説明する模式図である。図中の１は横型遠心鋳造装置における円筒状の鋳型の一例を示す。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、円筒状の鋳型１は、水平方向の回転軸を中心として、矢印の方向に所定の回転速度で回転するようになっている。この回転状態を維持しながら、ケイ素粉末などをエタノールに懸濁させた原料スラリ３が、鋳込桶５から鋳型１内に注入される。
【００１５】
次に、図１（ｂ）に示すように、鋳型１の内壁に上記粉末を有する塗型層７が形成された状態で、所定の回転数を維持しながら、鋳込桶１３から溶融する鋳鋼１１が、鋳型１内に注湯される。本実施形態の溶湯となる鋳鋼１１としては、ＳＣＨ２２（Ｆｅ−２５Ｃｒ−２０Ｎｉ−０．４Ｃ）が使用される。鋳鋼１１が鋳型１内に注湯されると、鋳鋼１１は遠心力により塗型層７の内周面に沿って均一に広がり、冷却固化されることにより、鋳鋼管（例えば、外径：１８０ｍｍ、長さ：２０００ｍｍ、厚さ：１０ｍｍ）が製管される。
【００１６】
次に、鋳鋼管の表面に改質層が形成される動作について説明する。まず、原料スラリ３が鋳型１内に注入されると、鋳型１の内周面にはケイ素粉末を有する塗型層７が形成される。そして、この塗型層７の内周側に、溶融する高温状態（例えば、１５００℃）の鋳鋼１１が注湯されることにより、ケイ素粉末は鋳鋼１１の熱の影響を受けて鋳鋼１１側に拡散浸透する。
【００１７】
図２は、鋳鋼管の表面付近に形成される改質層の半径方向断面を示す模式図である。図に示すように、鋳鋼１１が冷却固化した鋳鋼２０（母材）の外周付近には、ケイ化物層２１が形成され、さらにその外側には二酸化ケイ素層２２が形成されている。すなわち、鋳造工程において、ケイ素粉末は、鋳鋼１１からの熱により鋳鋼１１内に拡散し、耐溶融塩腐食性を有するケイ化物層２１が形成される。一方、ケイ素粉末の一部は、熱により酸化されて二酸化ケイ素となり、これが溶融して冷却固化することにより、鋳鋼管の表面側には二酸化ケイ素層２２が形成される。この二酸化ケイ素層２２は、鋳鋼管のコーティング層として、耐溶融塩腐食性及び耐高温酸化性を発揮し、使用環境における鋳鋼管の延命化に寄与する。
【００１８】
このように、ケイ素粉末は、鋳鋼１１内に拡散してケイ化物層２１を形成するとともに、自ら酸化して溶融することにより二酸化ケイ素層２２を形成する。なお、ケイ化物層２１と二酸化ケイ素層２２とからなる改質層の厚みは、例えば、ケイ素粉末や二酸化炭素粉末の混合比を調整することにより、適宜調整できる。
【００１９】
本実施形態では、原料スラリ３中に添加する粉末として、ケイ素粉末と二酸化ケイ素粉末の混合粉末を用いるようにしている。これによれば、二酸化ケイ素層２２の厚みが安定化することに加え、二酸化ケイ素粉末がケイ素粉末の活発な拡散を抑制するため、緻密で凹凸の少ない改質層を形成することができる。
【００２０】
次に、原料スラリ３におけるケイ素粉末と二酸化ケイ素粉末との配合比について説明する。表１は、原料粉末の組成（モル比）と改質層の厚みとの関係を示している。表１に示すように、ケイ素粉末の組成比が増えるほど、改質層の厚みも増加している。すなわち、ケイ素が増加するに伴い、ケイ素の拡散領域が広がり、ケイ化物層２１の厚みが増加されることが判る。
【００２１】
【表１】
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また、ケイ素粉末は、粒径を小さくするほど、粉末と鋳鋼１１との接触面積が増加されるため、ケイ素の拡散領域が増加され、ケイ化物層２１の厚みを増加させることができる。
【００２２】
本実施形態では、廃棄物の焼却施設に配設される鋳鋼管の製造例について遠心鋳造法を例にして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、他の鋳造法にも適用でき、さらには、他の鋼種を用いて鋳造する場合にも適用できることは言うまでもない。また、本実施形態の原料スラリ３は、粉末をエタノールに添加して懸濁させたものを使用しているが、例えば、塗型層７を形成した後、蒸発しやすい液であれば、他の溶剤を用いてもよい。
【００２３】
以上述べたように、本実施形態によれば、鋳造工程において鋳造品の表面に改質層を形成できるから、別途、改質層を設けるための工程が不要になり、製造コストを低減できる。
【００２４】
また、本実施形態の改質層は、ケイ素粉末を鋳鋼１１内に拡散浸透させて改質層を形成するものであるから、例えば、ケイ素含有合金にはない高濃度のケイ素含有改質層が形成され、これにより高い耐溶融塩腐食性を得ることができる。さらに、ケイ素粉末は、酸化して二酸化ケイ素からなるコーティング層を形成するから、耐溶融塩腐食性に加えて、耐高温酸化性を得ることができる。
【００２５】
次に、本実施形態に係る鋳造管の耐食性を評価した結果について説明する。
【００２６】
まず、上述した鋳鋼管の製造方法により、原料スラリ３中のケイ素粉末と二酸化ケイ素粉末の配合比の異なるいくつかの改質鋳鋼管を用意した。次に、それぞれの改質鋳鋼管を１０ｍｍ×１０ｍｍ四方に切出して試験片を作製し、各試験片の質量を測定した。そして、各試験片の改質層表面に、ＮａＣｌ−ＫＣｌ−Ｋ２ＳＯ４−Ｎａ２ＳＯ４の混合試薬を４０ｍｇ／ｃｍ２塗布し、この状態で各試験片を混合ガス雰囲気（Ｎ２：２０％、Ｈ２Ｏ：１４％、ＣＯ２：５％、Ｏ２：０．１％（体積％））中に、７００℃で７２時間かけて曝した。次に、この腐食雰囲気中で放置した各試験片を、３％過マンガン酸カリウム＋５％水酸化ナトリウムの水溶液、及び５％クエン酸アンモニウム水溶液中で交互に煮沸してスケールを除去した後、質量を測定し、混合試薬の塗布面積あたりの質量減少を算出した。
【００２７】
このようにして測定された各試験片の腐食減量（減肉量）を図３に示す。同図の横軸は、原料スラリ中の粉末組成比（モル比）を示し、縦軸は、鋳鋼材ＳＣＨ２２の腐食減量を１００としたときの相対腐食減量を示している。この結果から、ケイ素粉末のモル比が約０．６のとき、腐食減量が最小値（腐食減量２０）となり、改質層の特性を発揮する上で、最適な粉末組成であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋳鋼管の製造工程を説明する図であり、図１（ａ）は、スラリの注入工程、図１（ｂ）は、溶湯の注湯工程をそれぞれ示している。
【図２】本発明の一実施形態に係る鋳鋼管の改質層の半径方向断面を示す模式図である。
【図３】ケイ素粉末と二酸化ケイ素粉末の配合比（モル比）と腐食減量との関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  鋳型
３  原料スラリ
５，１３  鋳込桶
７  塗型層
１１，２０  鋳鋼
２１  ケイ化物層
２２  二酸化ケイ素層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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