(57)【要約】【課題】  シート材を有する機器、例えば発電設備などで使用しているバルブにおいて、シート材には過酷な環境条件下に耐えるよう硬材質のシート材が要求されている。このことから従来、耐蝕耐磨耗性に優れているとされるＣｏ基合金等の耐蝕耐磨耗性合金材を高温溶解して肉盛する方法などが行われていたが、この方法では、網目状の炭化物により耐エロージョン・コロージョン性が低く表面侵食の進行を止めることが出来なかった。【解決手段】  本発明では塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金を用いたリング状シートを利用し、更に、構造上リング形状のままでは搬入することの出来ない従来品へ適用可能とするため、分割したシートリングを発明した。これにより、耐蝕耐磨耗性合金をバルブ等のシート部へ適用でき、更に、メンテナンス性の効率向上も図ることができた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール機能を有する部位に、塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金を用いたリング状のシート材において、
該リング状のシート材を２分割以上に分割したことを特徴とするシート材。
【請求項２】
請求項１において、
塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基又はＮｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金をリング状片の母材に拡散接合したことを特徴とするシート材。
【請求項３】
請求項１，２において、
分割した個々のシート材をバルブのシール部に取り付けることでシート機能を有する部位を備えたことを特徴とするバルブ。
【請求項４】
請求項３において、
個別に分割したシート材の間をシート材と同等な化学組成の金属材料で肉盛溶接することで、一体化したリング状のシート材又はその一体化したシート材を備えたことを特徴とするバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐蝕耐磨耗合金を用いたシート材及びこのシート材を用いたバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、例えば発電設備などで使用しているシート構造を有するシート材を用いたバルブなどの機器において、シート材には弁体のバルブ開閉に伴う衝撃からシート部を保護するため及び、高流速，キャビテーション，液滴の衝突など、過酷な環境条件下での使用に耐えうるよう硬材質のシート材により表面を保護することが要求されている。このことから従来、耐蝕耐磨耗性に優れているとされるＣｏ基合金又はＮｉ基合金又はＦｅ基合金を高温溶解して肉盛するなどの方法により硬材質のシート部が設けられている。しかし、この耐蝕耐磨耗性を有する材料を肉盛した場合、一般的に用いられているＣｏ基合金，
Ｎｉ基合金又はＦｅ基合金等の肉盛材の金属組織は鋳造組織と同様であり、溶融状態から固体状態への変化時に樹枝状晶が析出し、その周辺に網目状に炭化物または、ホウ化物等の化合物を形成する特徴がある。Ｃｏ基合金，Ｎｉ基合金又はＦｅ基合金の耐蝕耐磨耗肉盛材では、炭化物等の化合物の耐エロージョン・コロージョン性が低いため、その特性上接触する流体によるエロージョン・コロージョンにて生じる表面侵食の進行を止めることができず、このため、例えば非特許文献である。「酸素処理法適用時の耐エロージョン性材料の評価」(Ｒ＆Ｄ)News Kansai ２００１年２月１０日発行（非特許文献１）においては、頻繁に点検補修作業を行わなければならないことが示されている。また、この網目状の炭化物の形成を抑止または抑制させるために、特開２０００−２７３５７３号公報においては、塊状または粒状の炭化物の金属組織を有するＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基等の耐蝕耐磨耗合金（Ｃｏ基合金の化学成分(ｗｔ％)例、Ｎｉ：３.０以下，Ｆｅ：３.０以下，
Ｍｎ：２.０以下，Ｃ：０.７〜１.５，Ｓｉ：２.０以下，Ｃｒ：２８.０〜３２.０，Ｗ：３.５〜５.５，Ｃｏ：Ｂａｌ）が開示されている。更に、特開２００１−２８１３９４号公報においては塊状または粒状の炭化物の金属組織を有する保持したまま母材と接合する技術として、拡散接合技術が開示されている。
【０００３】
拡散接合法は、溶接接合と違い耐蝕耐磨耗性合金の耐蝕性に悪影響を与えとされる応力除去(ＳＲ：Stress Relief)作業を必要としない。この応力除去作業については、特開
２００１−３１４９号公報に示されているように応力除去作業の温度が粒界腐食を著しく徒進する温度範囲であることが分かっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７３５７３号公報
【特許文献２】特開２０００−２８１３９４号公報
【特許文献３】特開２００１−００３１４９号公報
【非特許文献１】加賀信次著  「酸素処理法適用時の耐エロージョン性材料の評価」 R&D News Kansai〔２月号〕  関西電力株式会社総合研究所  ２００１年２月１０日  発行Ｐ．６−７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既にプラントに組込まれたような取り外しが困難な弁箱のシート部位に直接Ｃｏ基合金等を肉盛すると、必然的に網目状の炭化物が形成されてしまう。本発明は、網目状の炭化物の形成を抑止または抑制させるために、塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基合金，
Ｎｉ基合金又はＦｅ基合金の金属組織を保持したシート材を用いることで、網目状の炭化物の形成を抑止または抑制が可能となる。しかし、塊状または粒状の炭化物の金属組織を保持した耐蝕耐磨耗合金を使用するためには、溶融・凝固プロセスに伴う肉盛溶接などの高温となる接合方法は使用できない問題がある。従って、塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基合金等の金属組織を保持したシート材を用いるためには、直接的な入熱なしに取り付けるか、直接的入熱を最小限に抑えることが要求される。このことより、シート部に直接的な入熱をしない方法としてリング状のシート（シートリング）を採用する方法が考えられる。また、シート機能を有するバルブ等の機器においては、当該リングを搬入することが可能な十分な開口部を有していない機器もある。且つ、既にプラントなどに組込まれた機器においては、搬入するのに必要な分解が困難な機器も存在するため、当該リングを一体のまま搬入できない場合がある。そのような機器においても、塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基合金等の金属組織を保持した耐蝕耐磨耗合金のシート材の使用が要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
シート材の構造を有する機器、例えば、発電設備におけるシート材の構造を有するバルブ等において、シート部は、バルブの開閉に伴う衝撃および、高流速，キャビテーション，液滴の衝突など、過酷な環境条件の影響による耐エロージョン・コロージョンを向上させた硬質材が要求されている。
【０００７】
このため、上記課題を解決する手段として、Ｃｏ基合金等の肉盛溶接などによる網目状の炭化物も抑止または抑制させる必要がある。そこで、塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金を材質としたリング状のシート材（シートリング）を使用することが可能である。
【０００８】
しかし、リング形状のシート材のままでは、構造上十分な開口の有することの出来ない機器或は、搬入するために必要な分解が困難な機器など、対応することが困難な機器がある。そこで、狭口の入口からでも搬入できる分割方式のシートリング材の構造を実現した。このことより、耐エロージョン・コロージョンを向上させた、塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基又はＮｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金を用いたリング状のシート材（シートリング）を従来の肉盛シート部にも適用可能な構造を提供する。これにより、高い硬度を維持しながら、強靭かつ高耐蝕耐磨耗性に優れているシート材の構造を実現し、シート部表面の侵食を抑止または抑制を実現できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金を用いた分割したシートリングを採用することにより、耐エロージョン・コロージョンの向上させた従来機器へも適用可能なシート材を実現することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、リング状のシート材の構造とすることにより従来技術の溶接行為を重ねる肉盛溶接を排除し、シートリングを固定する溶接作業のみとなることより、保守作業効率の向上を図ることができ、早急なメンテナンスを行うことを実現出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、耐蝕耐磨耗性合金を使用したリング状のシート材(以下、シートリングと称す)の、従来品への適用実施例として、シート構造を有するバルブを示す。シート構造を有するバルブの構成は、弁箱４に弁棒３をシリンダーなどの駆動装置によって上下方向に移動操作される弁体２を備えている。その弁体２の移動により接触するシート部が、弁箱４に弁箱弁座（シート）１ａとして直接溶接されている。その弁箱弁座１ａの弁体２寄りの端部には、耐蝕耐磨耗性に優れているとされるＣｏ基合金，Ｎｉ基合金又はＦｅ基合金の内から選択した一つの耐腐食耐磨耗合金が装着されている。しかし、この耐蝕耐磨耗合金は、前述したように、高温溶解して肉盛することで、溶融状態から固体への変化時に樹枝状晶が析出し、その周辺に網目状に炭化物を形成する鋳造の金属組織の特徴がある。これにより、炭化物の耐エロージョン・コロージョン性が低下してしまい、その特性上接触する流体によるエロージョン・コロージョンにて生じる表面侵食の進行を止めることができない。本発明はこの課題を解決する手段として、例えば特開２０００−２７３５７３号公報に示された塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基等の耐蝕耐磨耗合金（Ｃｏ基合金の化学成分（ｗｔ％）例、Ｎｉ：３.０以下、Ｆｅ：３.０以下、Ｍｎ：
２.０以下、Ｃ：０.７〜１.５，Ｓｉ＝２.０以下 ，Ｃｒ：２８.０〜３２.０，Ｗ：３.５〜５.５，Ｃｏ：Ｂａ１)のシートを用いることとする。しかし、塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基合金，Ｎｉ基合金又はＦｅ基合金等の耐蝕耐磨耗合金を、高温溶解して肉盛してしまうと、従来品同様に網目状に炭化物を有する金属組織となってしまうため、弁箱弁座１の取付工程において当該合金が溶解してしまう高温状態を極力避けるようにする必要がある。そこで、塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基合金等の耐蝕耐磨耗合金を備えたシートリングを製作し、後述する図４の実施例に示すようにシートリングを弁箱弁座１に溶接接合する構造とした。これにより塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基合金等の耐蝕耐磨耗合金へ、直接的入熱を避け、金属組織を維持したまま取り付けることを実現する。
【００１２】
図２に本発明の実施例のシートリング構造を示す。シートリングは、耐エロージョン・コロージョンを向上させた塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金２１と弁箱４と同等材質のシートリング母材２２で構成する。接合方法としては、主に耐蝕耐磨耗合金２１とシートリング母材２２の材料の間にＮｉ等を含んだ金属材であるインサート材２３を搬入し行う拡散接合により接合する。これにより、耐蝕耐磨耗合金２１はその塊状又は粒上の炭化物の形態を保持したままで、シートリング母材
２２に接合することが可能となる。また、拡散接合以外にも、耐蝕耐磨耗合金２１とシートリング母材２２を直接溶接する方法もあるが、このときシート部表面の金属組織を変化しないよう注意しなければならない。また、シートリングの大きさによっては、熱変形することも懸念されるため、最新の注意が必要である。
【００１３】
シートリング方式による他の実施例として、図３に示す方法がある。それは、耐エロージョン・コロージョンを向上させた塊状または粒状の炭化物を有するＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金２１ｂのみで構成されたシートリングを用いることである。このシートリングを用いた場合も必然的に弁箱４に溶接固定するとき、シート部表面の金属組織を変化しないよう注意しなければならない。
【００１４】
上記のようなシートリング構造を採用することで、耐エロージョン・コロージョンを向上させた塊状または粒状の炭化物を保持したＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金をシート材として用いることができる。しかし、リング形状のままでは、構造上搬入経路が狭口構造であるシート構造を有するバルブ等の機器への適用には課題がある。シートリングがリング形状のまま機器の中に搬入可能であれば問題ない。しかし、構造上十分な搬入経路が取れない機器、または、搬入するために必要な分解が困難となってしまう機器については、リング形状のままでの搬入が不可能となってしまう。そこで、今回この課題を解決するために、リング状のシートリングを２分割ないし３分割以上に分割したリング状のシート材を発明した。
【００１５】
これらのシート材の製作方法としては、先に図２，図３で説明したリング状シートにしたシートリングを分割線２４，３４で分割する方法と、初めにシートリング片として形成してから、シートリング片を組合わせて接合し最終的にリング状とする方法がある。この方法でも、母材を有する場合は、シートリング片と接合可能なように、母材形状も合わせてリング片とし、拡散接合によりＣｏ基合金等の耐蝕耐磨耗合金と母材を接合する。
【００１６】
図４は、実施例として図２に示した３分割したシート材の構造を搬入する方法を示す。まず、弁箱４の従来品の肉盛されていたシート部を取り除き、シートリングが固定できるよう加工を施す。その後、図２，図３のように構成したシートリングを分割線２４又は分割線３４で分割する。このとき弁箱４とシートリング母材２２との溶接面は溶接可能なように開先加工を施し、分割面に関しても、溶着できるよう開先加工を施しておく。次に、シートリングを弁箱４内に搬入し、弁箱４内のシートリング固定部でリング状に形成，位置合わせ後取付位置へ仮止めを行う。その後、弁箱４とシートリング母材２２を溶接部
４２に沿ってシートリング全周渡り溶接を行う。更に、分割面である溶接部２８を、溶解したＣｏ基合金等を用いて、溶接することにより接合する。このとき分割部の溶接部分は、網目状に炭化物を有するＣｏ基合金等の耐蝕耐磨耗合金となってしまうが、溶接部が極小であることから、他のステライト部に熱影響を及ぼさず、また、溶接部に関しても、従来行ってきた全面を肉盛溶接する場合と違い、部分的溶接であるため、熱容量を小さくすることができ、溶融状態から固体への変化時に生じる樹枝状晶の析出を極力抑制することができる。このため、その周辺に網目状に炭化物を形成する金属組織を細かくすることが可能となり、従来品よりも、エロージョン・コロージョンにて生じる表面侵食の進行を抑制することができる。更に、このような現象は溶接部に限ることであり、他の非溶接部分に関しては、耐エロージョン・コロージョンを向上させた塊状または粒状の炭化物を有したＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金の金属組織をシート部において維持することが可能となる。特に、網目状の炭化物を有する材料（鋳物）では、基材部と炭化物の耐蝕性の差が大きい場合、炭化物が選択的に腐食する結果、エロージョン・コロージョンが促進され、特に流れの“乱れ”および“乱れ流速”の特定のパラメータによって、エロージョンが支配されることが知られており、分割する部分の位置をこれらパラメータの小さい部位とすることでエロージョンの抑制につながる。
【００１７】
尚、実施例として３分割した構造を説明したが、２分割する場合でも同様の方法を採用することが可能である。しかし、この場合分割したシートリングは、縦にするなどして搬入する必要があり、更に、内部でリング状の構造とするだけの広さを持つ構造が必要となる。このように、搬入経路の一部が狭い場合でも、内部でリング状にできる構造を有する機器であれば、２分割でも良いことが分かる。分割部分が少なければ、耐エロージョン・コロージョンを向上させた塊状または粒状の炭化物を有したＣｏ基，Ｎｉ基又はＦｅ基の耐蝕耐磨耗合金の金属組織をシート部をより大きな範囲で維持することが可能であり、溶接作業の低減にもつながる。
【００１８】
このように、分割の構造を採用してシートリングの搬入をして、その後溶接による固定を行えば一連の作業は終了となり、この後弁体２と接触するシート部にラッピングを施すことで完了する。これにより、耐エロージョン・コロージョンを向上させた塊状または粒状の炭化物を有したＣｏ基合金等の耐蝕耐磨耗合金を用いたシート材およびこのシート材を用いたバルブ構造を実現した。
【００１９】
実施例として代表的な弁を例に説明を行ったが、本発明のシート材を用いることにより、その他シート構造を有するバルブ等の機器への適用が可能である。
【００２０】
次に、本発明を適用した他の実施例を示す。
【００２１】
図５は安全弁に上述した分割したリング状シート材（シートリング）を便座３８に適用した例を示したものである。これにより、シート部表面の侵食を抑止又は抑制することが実現出来るので安定した安全弁を提供することが可能になる。
【００２２】
図６は逆止弁に上述した分割したリング状シート材（シートリング）を便座３８に適用した例を示したものであり、同様に図７，図８、及び図９はそれぞれ仕切弁，玉型弁，Ｙ型の玉型弁の便座３８に上述した分割したリング状シート材（シートリング）を便座３８に適用した例を示したものである。これらの実施例においてもシート部表面の侵食を抑止又は抑制することが実現出来るので安定した弁を提供することが可能になる。
【００２３】
また、図１０（ａ）はゲージ弁に上述した分割したリング状シート材（シートリング）を便座３８に適用した例を示したものであり、また、図１０（ｂ）はゲージ弁の詳細な構成を示している。便座３８をケージ弁のネジ部４０に示すようなネジ固定する方法のシートリングに採用することも可能であり、このような実施例においてもシート部表面の侵食を抑止又は抑制することが実現出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用するシート構造を有する弁図。
【図２】本発明による分割したリング状シート材（シートリング）および、シートリング片を示した図。
【図３】本発明による耐蝕耐磨耗合金のみの分割したリング状シート材（シートリング）およびシートリング片を示した図。
【図４】本発明による従来品への分割シートリング片の適用を示した図。
【図５】本発明を安全弁に適用した実施例の図。
【図６】本発明を逆止弁に適用した実施例の図。
【図７】本発明を仕切弁に適用した実施例の図。
【図８】本発明を玉型弁に適用した実施例の図。
【図９】本発明をＹ型の玉型弁に適用した実施例の図。
【図１０】本発明をゲージ弁に適用した実施例の図。
【符号の説明】
【００２５】
１ａ…弁箱弁座（シート）、２…弁体、３…弁棒、４…弁箱、２１…耐蝕耐磨耗合金、２２…母材、２３…インサート材、２４，３４…分割線、３１…耐蝕耐磨耗合金、１ｂ…分割した弁箱弁座（一体化したシートリング）、１ｂａ，１ｂｂ，１ｂｃ…分割弁箱弁座（分割シートリング片）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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