(57)【要約】    【課題】  弁体の摺擦によるガイド部の変形を防ぐことができ、且つ急激な温度変化があっても割れの生じない、ストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金を提供する。    【解決手段】  Ｃｒ：２０〜３５質量％、Ｃ：２．５質量％以下、Ｆｅ：４．０質量％以下、Ｓｉ：３．０質量％以下、Ｎｉ：５．０質量％以下、Ｍｏ：８．０質量％以下、及びＮｂ：１．０〜７．０質量％を含有し、残部がＣｏからなる組成を有する、ストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金を用いる。【選択図】      図２
2005097679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ：２０〜３５質量％、Ｃ：２．５質量％以下、Ｆｅ：４．０質量％以下、Ｓｉ：３．０質量％以下、Ｎｉ：５．０質量％以下、Ｍｏ：８．０質量％以下、及びＮｂ：１．０〜７．０質量％を含有し、残部がＣｏからなる組成を有する、ストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金。
【請求項２】
軽水炉のストップバルブに用いられる、請求項１記載のストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金。
【請求項３】
３００℃におけるビッカース硬さが３０５Ｈｖ以上である、請求項２記載のストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金。
【請求項４】
３００℃における平均熱膨張係数が１２．７×１０-6〜１３．９×１０-6／Ｋであり、弁箱が主として炭素鋼からなるストップバルブに用いられる、請求項２又は３記載のストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電プラント、化学プラント等の配管に使用されるストップバルブにおいて、弁箱と弁体との勘合摺動部分をコーティングするための肉盛りの用のＣｏ基合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電プラント等に使用されるストップバルブにおいて、弁座、ガイド及び弁体等の他の部材と摺動される部分には、耐摩耗性の向上及び割れの発生防止の目的でＣｏ基の合金が肉盛り溶着されている。この肉盛り用の合金としては、コバルト基のステライト（登録商標）が知られ、広く用いられている。
【０００３】
肉盛り用の合金の硬度を高めるため、ステライトに主としてＷを添加する方法が従来用いられているが、この元素は割れに敏感であるという欠点があった。このような欠点を改善するために、上記ステライトに更にＭｏを添加するという方法も用いられていたが、このようにして得られた合金は材質が柔らかくピーニングもでき、機械的強度は数値的には良いが、変形も生じ易く実用上不具合が発生することがあった。
【０００４】
このような従来の肉盛り用の合金の不具合としては以下のようなものが挙げられる。まず、このような合金は弁箱内側のガイド部に盛り付けられるが、弁体が弁全開位置において蒸気の流れにより振動し、ガイド部に対して摺動する。この摺動に起因してガイド部の下端部に圧痕が生じる。この圧痕が原因で、弁体が円滑に閉動作しないことがある。
【０００５】
また、弁箱に従来の合金を直接盛り付けて弁座を形成している弁においては、発電所の蒸気系等で使用される場合、プラントの起動や停止時における急激な温度変化があると、弁座の合金と母材（弁箱）との熱膨張の差により熱応力が発生し、これにより割れが発生するという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、弁体の摺擦によるガイド部の変形を防ぐことができ、且つ急激な温度変化が生じてもヒビや割れの生じない、ストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は鋭意検討の結果、従来用いられていたＣｏ基合金にＮｂを含有させることによって、該合金の強度を向上させることができ、且つ３００℃付近における平均熱膨張係数を炭素鋼のものに近づけることができることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
即ち、本発明のストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金は、Ｃｒ：２０〜３５質量％、Ｃ：２．５質量％以下、Ｆｅ：４．０質量％以下、Ｓｉ：３．０質量％以下、Ｎｉ：５．０質量％以下、Ｍｏ：８．０質量％以下、及びＮｂ：１．０〜７．０質量％を含有し、残部がＣｏからなる組成を有する。
【０００９】
上記本発明のストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金は、三菱マテリアル株式会社製三菱ステライトＮｏ．２１Ｅ（商品名）をベースにＮｂを混合することにより簡便に得られることができる。
【００１０】
また、上記本発明のＣｏ基合金は、軽水炉のストップバルブに好適に用いることができる。その際、該Ｃｏ基合金の３００℃におけるビッカース硬さが３０５Ｈｖ以上であることが、Ｃｏ基合金に優れた圧縮強さを付与し、バルブのガイド部の変形を防止することができるため、好ましい。更に、本発明のＣｏ基合金は３００℃における平均熱膨張係数が１２．７×１０-6〜１３．９×１０-6／Ｋであり、弁箱が主として炭素鋼からなるバルブに用いることにより、バルブ本体と肉盛り用の合金との平均熱膨張係数の差を小さくすることができ、急激な温度変化におけるヒビや割れの発生を防止することができるため、好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、優れた圧縮強さを有し、且つ急激な温度変化が生じた際にもバルブにヒビや割れが発生しないストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のストップバルブの肉盛り用のＣｏ基合金（以下、「本発明のＣｏ基合金」と表記することがある）は、Ｃｒ：２０〜３５質量％、Ｃ：２．５質量％以下、Ｆｅ：４．０質量％以下、Ｓｉ：３．０質量％以下、Ｎｉ：５．０質量％以下、Ｍｏ：８．０質量％以下、及びＮｂ：１．０〜７．０質量％を含有し、残部がＣｏからなる組成を有する。Ｃｒは合金の高温耐食性に寄与する成分であり、その含有量は２４〜３０質量％であることが好ましい。本発明のＣｏ基合金におけるＣｒの含有量が上記範囲よりも少なすぎると、合金の耐食性が低下するため、好ましくない。一方、Ｃｒの含有量が上記範囲よりも多すぎると、合金の耐衝撃性が低下し、脆いものとなってしまう。
【００１３】
Ｃは他の金属成分と結合して炭化物を形成し、常温及び高温における硬さを向上させる作用を有するため必要に応じて添加される。本発明のＣｏ基合金においては、Ｃの含有量は０．４０質量％以下であることが好ましい。Ｃの含有量が上記範囲より多すぎると合金の耐衝撃性が低下してしまうことがある。
【００１４】
Ｆｅは、合金の耐衝撃性を向上させる作用を有するため必要に応じて添加される。本発明のＣｏ基合金中のＦｅの含有量は２．０質量％以下であることが好ましい。
【００１５】
Ｓｉは、合金の鋳造性及び肉盛り溶着性を向上させる作用を有するため、必要に応じて添加される。本発明のＣｏ基合金中のＳｉの含有量は２．０質量％以下であることが好ましい。Ｓｉの含有量を上記範囲よりも多くしても、上記したようなＳｉを添加することの効果が頭打ちされてしまう。
【００１６】
Ｎｉは、合金の高温硬さ及び高温強度を向上させる作用を有し、また、Ｃｒと共に合金に含有されることにより耐食性の向上に寄与するため、必要に応じて添加される。本発明のＣｏ基合金におけるＮｉの含有量は１．０〜４．０質量％であることが好ましい。Ｎｉの含有量を上記範囲より多くしても、効果が頭打ちされてしまう。
【００１７】
Ｍｏは、合金の肉盛り溶着性及びクリープ強度を向上させる作用を有するため、必要に応じて添加される。本発明におけるその含有量は５．０〜６．０質量％であることが好ましい。Ｍｏの含有量が上記範囲より多すぎると、合金の耐衝撃性が低下してしまうことがある。
【００１８】
また、本発明の肉盛り用のＣｏ基合金は、Ｎｂを１．０〜７．０質量％含有することを特徴とする。前述したように、ストップバルブの弁体は、蒸気の流れによる振動によりその下端部が弁箱内側のガイドに摺擦される。従来は、ガイドに盛り付けられた合金の強度
不足のため、この摺擦によってガイドに圧痕などの変形が生じ、弁体が円滑に閉動作しないという不具合が発生していた。このような変形は、ガイド機能を損なうため、あってはならないものである。また、従来の合金とバルブ本体（弁箱）との熱膨張率の違いに起因して、急激な温度変化が生じた際に、バルブにヒビや割れが生じるという問題があった。
【００１９】
そこで、本発明者らは、所定量のＮｂを上記肉盛り用のＣｏ基合金に含有させることにより、ガイド部の変形を防止するのに充分な強度を有し、且つ使用温度においてバルブ本体との平均熱膨張係数の違いを小さくできることを見出した。本発明のＣｏ基合金におけるＮｂの含有量は１．０〜５．０質量％であることが好ましい。上記含有量のＮｂを肉盛り用のＣｏ基合金に含有させることにより、該Ｃｏ基合金の強度を向上させることができ、且つ熱膨張係数を良好な値とすることができる。本発明において、Ｃｏ基合金中のＮｂの含有量が上記範囲に満たない場合、上記したような合金の強度向上及び平均熱膨張係数の調節効果が充分に得られないことがある。一方、Ｎｂを上記範囲の含有量を越えて上記Ｃｏ基合金に含有させると、Ｎｂ添加量の増加に伴って合金の硬さがより向上するものの、伸びの低下や機械加工性が悪くなるという問題が生じることがある。
【００２０】
本発明のＣｏ基合金は、上記成分に加え、更に必要に応じてＷ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ等の他の成分を、本発明で必要とされる強度及び平均熱膨張係数を損ねない範囲で含有していてもよい。また、通常の合金に含有される不可避の不純物を本発明のＣｏ基合金が含有していても良いことは言うまでもない。
【００２１】
本発明のＣｏ基合金は、溶解法などの従来公知の方法により製造することができ、特に限定されない。好ましい製造方法としては、バルブの盛り付け用に通常用いられているステライト（登録商標）に、上記組成を満足するようＮｂ及び他の金属成分を含有させる方法が挙げられる。具体的には、三菱マテリアル（株）製の三菱ステライトＮｏ．２１Ｅ（商品名）をベースとし、これに所望量のＮｂを溶解法等の従来公知の方法を用いて混合することにより、所望の物性を有する本発明のＣｏ基合金を簡便な方法で製造することができる。
【００２２】
本発明のＣｏ基合金は、火力発電所や原子力発電所等の発電プラントや化学プラントで用いられるストップバルブの肉盛り用合金として広く使用することができ、その用途は特に限定されるものではない。しかし、本発明のＣｏ基合金が特に優れた圧縮強さを有すること、及び３００℃付近において炭素鋼との平均熱膨張係数との差が小さいことから、沸騰水型炉などの原子力発電所の軽水炉のストップバルブに用いた時に、その効果が極めて良好に発揮される。特に、上記軽水炉において、弁箱及び／又は弁体が主として炭素鋼からなるバルブに本発明のＣｏ基合金を肉盛り溶着した場合に、上記本発明の効果が最大限に発揮され、好ましい。
【００２３】
また、本発明のＣｏ基合金は、３００℃におけるビッカース硬さが３０５Ｈｖ以上であることが好ましい。このビッカース硬さはより好ましくは３０５〜３９０Ｈｖである。ビッカース硬さは圧縮強さの指標の一つであり、このビッカース硬さが上記範囲であると、バルブの弁箱を保護するに必要な圧縮強さを本発明のＣｏ基合金が有していることを示す。従って、本発明のＣｏ基合金が上記ビッカース硬さを有することにより、弁体とガイドとの摺動に起因してガイド面に圧痕等の変形を生じることを防ぐことができ、弁体の円滑な閉動作が妨げられるなどの問題を解決することができる。
【００２４】
本発明において、ビッカース硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４ビッカース硬さ試験で測定して得られる硬さである。また、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４３ブリネル硬さ試験、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４５ロックウェル硬さ試験等の方法より得られた硬さ、或いはエコーチップやシェア硬さ計などで計測した硬さを、硬さ換算表や換算式などを用いてビッカース硬さに換算し
て求めることもできる。
【００２５】
更に、本発明のＣｏ基合金は、３００℃における平均熱膨張係数が１２．７×１０-6〜１３．９×１０-6／Ｋであることが好ましい。この平均熱膨張係数は、より好ましくは１３．０×１０-6〜１３．７×１０-6／Ｋである。上述したように、このような平均熱膨張係数を有するＣｏ基合金は、主として炭素鋼からなる弁箱を有する軽水炉のストップバルブに好適に用いることができる。即ち、このようなストップバルブに本発明のＣｏ基合金を盛り付けた場合、使用温度（２８５℃付近）における上記Ｃｏ基合金の平均熱膨張係数が炭素鋼の平均熱膨張係数と近い値となる。従って、プラントの起動時や停止時などにおいて急激な温度変化があった場合にも、弁箱とＣｏ基合金との平均熱膨張係数の差が小さいために熱応力が発生しにくく、バルブにヒビや割れが発生するのを防止することができる。
【００２６】
本発明における平均熱膨張係数は、常温（室温）Ｔ0における試料長さＬ0を基準とし、測定温度Ｔにおける試料長さをＬとしたときに、下記式より求められる値である。
【００２７】
【数１】
2005097679.tif 000003
【００２８】
本発明において、Ｃｏ基合金のビッカース硬さ及び平均熱膨張係数は、Ｎｂや他の成分の含有量を上記本発明の範囲で適宜選択することにより上記範囲に調整することができる。
【００２９】
本発明のＣｏ基合金のストップバルブへの盛り付け方法は、酸素アセチレン法、ＴＩＧ法、被覆アーク法及びＰＴＡ法などの公知の溶着方法を用いることができ、特に限定されない。また、上記各方法によってＣｏ基合金の肉盛り溶着を行った後に、必要に応じて肉盛り部分の応力除去のための焼鈍を行うことも好ましい。また、本発明のＣｏ基合金が盛り付けられる部位としては、ストップバルブの弁箱と弁体とが摺擦される部分であれば特に限定されない。具体的には、弁箱のガイドにおいて弁体と摺擦される面（即ちガイド面）、弁座、弁体において弁箱と摺擦される周面（全面であっても良いし、一部分であっても良い）等が挙げられる。
【実施例】
【００３０】
図１に示すような手順で、本発明のＣｏ基合金である開発材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３を製造した。具体的には、まず三菱マテリアル（株）製の三菱ステライトＮｏ．２１Ｅの成分をベースに、合金中における含有量が１、３及び５質量％となるような配合比でＮｂを添加し、高周波炉を用いて真空溶解した。この時、１溶解当たり約２０ｋｇの溶解物を得た。得られた溶解物をそれぞれ鋳型に鋳込み、Ｎｂを１、３及び５質量％含有する約１０ｋｇの鋳塊をそれぞれ１個ずつ得、これらを開発材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３とした。得られた開発材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３について行った化学成分分析結果を表１に示す。この表１には、参考として、従来用いられている肉盛り用のＣｏ基合金の組成も合わせて示す。
【００３１】
【表１】
2005097679.tif 000004
【００３２】
上記開発材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３（鋳塊）から機械加工によりφ５ｍｍ×２０ｍｍの試験片をそれぞれ作製し、得られた各試験片を用いて５０℃及び１００℃から７００℃までの１００℃毎における平均線膨張係数を測定し、これを各温度における平均熱膨張係数とした。比較例として、従来用いられている三菱ステライトＮｏ．２１の平均熱膨張係数のカタログ掲載値を用いた。開発材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３において得られた平均熱膨張係数を表２に示す。
【００３３】
また、開発材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３（鋳塊）から機械加工によりφ１０ｍｍ×５ｍｍの試験片をそれぞれ作製し、得られた各試験片を用いて常温（室温）及び１００℃から７００℃までの１００℃毎におけるビッカース硬さを、各温度において３点ずつ測定し、その平均値を求めた。結果を表３及び図２に示す。同様に、比較例として、従来用いられている三菱ステライトＮｏ．２１のビッカース硬さのカタログ掲載値を用いた。
【００３４】
【表２】
2005097679.tif 000005
【００３５】
【表３】
2005097679.tif 000006
【００３６】
このように、本発明のＣｏ基合金である開発材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は、３００℃以上の高温における平均熱膨張係数と炭素鋼の平均熱膨張係数との差が、従来用いられている三菱ステライトＮｏ．２１と比較して小さくなった。これより、本発明のＣｏ基合金を炭素鋼からなるストップバルブに適用した時に、急激な温度変化が生じた場合に発生する熱応力が従来のものより小さいため、ヒビや割れが発生しにくいことが分かる。
【００３７】
また、３００℃以上の高温におけるビッカース硬さも三菱ステライトＮｏ．２１より高
い値となった。これより、３００℃以上の高温における圧縮強さが従来のものより優れていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例における開発材及び試験片の作製手順の概略を示すフローチャート
【図２】本発明のＣｏ基合金（開発材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）及び従来のＣｏ基合金（三菱ステライトＮｏ．２１）の各温度におけるビッカース硬さを示すグラフ
【図１】
2005097679.tif 000007
【図２】
2005097679.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月7日(2003.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
【表３】
2005097679.tif 000009