(57)【要約】【課題】    超臨界状態のアンモニアに対し優れた耐食性を示し、超臨界アンモニア反応機器に好適な材料を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃｒ含有量が１５％以上〜５０％未満、かつＭｏおよびＷの両者あるいはいずれかを含有し、Ｍｏ＋０．５Ｗが１．５％以上〜８．５％以下、１．８Ｃｒ％／（Ｍｏ％＋０．５Ｗ％）が３．０以上、７０．０以下であり、残部がＮｉおよび不可避不純物からなる。好適には、Ｆｅ含有量３％未満、Ｃ含有量０．０５％未満とする。該合金によって超臨界アンモニア反応機器を構成するか、該材料を超臨界アンモニア流体に接する面に被覆する。超臨界アンモニアや超臨界アンモニアに添加される鉱化剤に対し優れた耐食性を示す。装置機器の安全性および信頼性の向上し、さらに、製造コストの低減、装置寿命の延長、ランニングコストの低減効果がある。【選択図】  図１
2007056320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃｒ含有量が１５％以上〜５０％未満、かつＭｏおよびＷの両者あるいはいずれかを含有し、［（Ｍｏの含有量）＋０．５×（Ｗの含有量）］が１．５％以上〜８．５％以下であり、残部がＮｉおよび不可避不純物からなるＮｉ基耐食合金。
【請求項２】
質量％で、１．８×［Ｃｒの含有量％］／｛［Ｍｏの含有量％］＋０．５×［Ｗの含有量％］｝の値が３．０以上、７０．０以下であることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基耐食合金。
【請求項３】
不可避不純物であるＦｅ含有量が３％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載のＮｉ基耐食合金。
【請求項４】
不可避不純物であるＣ含有量が０．０５％未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＮｉ基耐食合金。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のＮｉ基耐食合金から構成されることを特徴とする超臨界アンモニア反応機器用耐食部材。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のＮｉ基耐食合金から構成され、超臨界アンモニア流体に接する面に被覆層として形成されることを特徴とする超臨界アンモニア反応機器用耐食部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばアモノサーマル法による窒化物単結晶の育成技術のように、超臨界アンモニア流体を溶媒とする反応装置機器において腐食を防止するための耐食性に優れた材料に好適なＮｉ基耐食合金および該合金からなる超臨界アンモニア反応機器用耐食部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、アモノサーマル法による窒化物単結晶の育成方法では（特許文献１参照）、超臨界状態（アンモニアの臨界点は、温度：４０５．６Ｋ、圧力１１．３ＭＰａ）のアンモニア雰囲気中で、窒化ガリウム等の窒化物単結晶が育成される。高温高圧である超臨界アンモニアは、腐食性が非常に大きいために、高温高圧容器等の反応装置機器では腐食防止対策が重要な課題である。また、窒化物単結晶の育成において、超臨界アンモニアに添加される鉱化剤（塩素系化合物）は、腐食性をさらに増大させる。
従来の技術においては、腐食を防止するために、ＰｔやＩｒ等の貴金属、あるいはこれらの合金または酸化物等で、超臨界流体に接する装置部位を被覆する方法が提案されている（例えば、特許文献２、３）。
【特許文献１】特開２００３−２７７１８２号公報
【特許文献２】特開２００１−１７０４７８号公報
【特許文献３】特開２００２−３６１０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これら貴金属を使用する方法は、装置製作費用の増大を招くばかりでなく、これらの被覆はその厚さが比較的薄く、また強固でない場合が多いために、破損して下地の装置部材が腐食性の流体にさらされる恐れ等の問題があった。
【０００４】
本発明は上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、超臨界アンモニアを取り扱う装置機器において、高価な貴金属の使用量を低減し、かつ装置機器の腐食を防止することができるＮｉ基耐食合金および該合金からなる超臨界アンモニア反応機器用耐食部材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明のＮｉ基耐食合金のうち、請求項１記載の発明は、質量％で、Ｃｒ含有量が１５％以上〜５０％未満、かつＭｏおよびＷの両者あるいはいずれかを含有し、［（Ｍｏの含有量）＋０．５×（Ｗの含有量）］が１．５％以上〜８．５％以下であり、残部がＮｉおよび不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載のＮｉ基耐食合金の発明は、請求項１に記載の発明において、質量％で、１．８×［Ｃｒの含有量％］／｛［Ｍｏの含有量％］＋０．５×［Ｗの含有量％］｝の値が３．０以上、７０．０以下であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載のＮｉ基耐食合金の発明は、請求項１または２に記載の発明において、不可避不純物であるＦｅ含有量が３％未満であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載のＮｉ基耐食合金の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、不可避不純物であるＣ含有量が０．０５％未満であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の超臨界アンモニア反応機器用耐食部材の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のＮｉ基耐食合金から構成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の超臨界アンモニア反応機器用耐食部材の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のＮｉ基耐食合金から構成され、超臨界アンモニア流体に接する面に被覆層として形成されることを特徴とする。
【００１１】
以下に、本発明における成分の作用およびその含有量の限定理由について説明する。なお、以下に示す含有量はいずれも質量％として示されるものである。
【００１２】
Ｃｒ：１５％以上〜５０％未満
Ｃｒは超臨界アンモニア中で、Ｃｒ窒化物の被膜を形成する。しかしながら、ＭｏおよびＷのいずれも含有しない場合には、安定で保護性のある被膜を形成できず、腐食を防止する効果は得られない。Ｃｒは、ＭｏあるいはＷを添加した場合において、安定で保護性のある被膜を形成することができ、腐食を防止する効果が発現する。そのために、Ｃｒは１５％以上含有することが必要であるが、５０％以上含有すると加工が困難となる。なお、同様の理由で好ましくは、下限が２０％、上限が３０％であり、一層好ましくは下限が２３％である。
【００１３】
ＭｏおよびＷ：［（Ｍｏの含有量）＋０．５×（Ｗの含有量）］１．５％以上〜８．５％以下
ＭｏおよびＷは、Ｃｒとの共存により、安定で保護性の大きなＣｒ（Ｍｏ−Ｗ）窒化物の被膜を形成して腐食防止に寄与する。そのためには［（Ｍｏの含有量）＋０．５×（Ｗの含有量）］が１．５％以上必要であるが、８．５％よりも多く含有すると窒化物被膜の安定性が損なわれ、腐食を防止する効果は失われる。ＭｏおよびＷは、そのどちらか一方を含有するだけでも良い。［（Ｍｏの含有量）＋０．５×（Ｗの含有量）］は、好適には、下限が３％、上限が８．０％である。
【００１４】
１．８×［Ｃｒの含有量％］／｛［Ｍｏの含有量％］＋０．５×［Ｗの含有量％］｝の値が３．０以上、７０．０以下
上記値が３．０未満では、Ｃｒ量に比べて、Ｍｏ量あるいはＷ量が多すぎるために、保護被膜の安定性が損なわれる。一方、上記値が７０を越えると、Ｃｒ量に比べて、ＭｏあるいはＷ量が少なすぎるために、安定な保護被膜が形成できない。このため、上記値を３．０以上７０．０以下とするのが望ましい。なお、好適には、下限は５であり、上限は１０である。
【００１５】
Ｆｅ：３％未満
Ｆｅは不可避不純物として含有されるが、Ｆｅは窒化物保護被膜の安定性を低下させて、耐食性を劣化させる。したがってＦｅ含有量は少ないほど好ましく、所望により３％未満とする。好適には、０．５％以下である。
【００１６】
Ｃ：０．０５％未満
Ｃは不可避不純物として含有されるが、粒界にＣｒ炭化物を形成して、耐食性を低下させる。したがってＣ含有量は少ないほど好ましく、所望により０．０５％未満とする。
【００１７】
残部はＮｉおよびその他の不可避不純物から構成される。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明のＮｉ基耐食合金は、質量％で、Ｃｒ含有量が１５％以上〜５０％未満、かつＭｏおよびＷの両者あるいはいずれかを含有し、［（Ｍｏの含有量）＋０．５×（Ｗの含有量）］が１．５％以上〜８．５％以下であり、好適には１．８Ｃｒ％／（Ｍｏ％＋０．５Ｗ％）が３．０以上７０．０以下で、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、好適には不可避不純物であるＦｅ含有量を３％未満、不可避不純物であるＣ含有量を０．０５％未満とするので、優れた耐食性を発揮する。この合金を適用した超臨界アンモニア反応機器用耐食部材では、超臨界アンモニアに対し優れた耐食性を示し、また、超臨界アンモニアに添加される鉱化剤（塩素系化合物）に対しても優れた耐食性を発揮する。また、超臨界アンモニア中において耐食性に優れるＮｉ基合金により装置機器を構成することで、装置機器の安全性および信頼性の向上だけではなく、製造コストの低減、装置寿命の延長、ランニングコストの低減にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のＮｉ基合金は、溶製、鍛造、圧延あるいは鋳造により製造し、加工して装置部材として用いることもできる。その製造過程については本発明は特に限定をするものではなく、既知の方法を採用することができる。
本発明のＮｉ基耐食合金は、耐食性に優れた材料として種々の用途に適用することができ、本発明の合金としては特定の用途に限定されるものではない。ただし、前記したように超臨界アンモニアに対し、他の材料では得られない優れた耐食性を示すため、アンモニア用耐食部材で特にアンモニア反応機器用が好ましく、最も好ましくは超臨界アンモニア反応容器用に好適な材料として提供することができる。
【００２０】
また、該合金を超臨界アンモニア反応機器用耐食部材として用いる際には、上記合金を適宜の加工方法により成形等を行って、アンモニア反応機器として構築することができ、また、部材の組合せによってアンモニア反応器機を構築するものであってもよい。なお、該部材の使用は、超臨界アンモニア反応器機全体に亘るものでなくてもよく、超臨界アンモニア流体に接する面などの一部にのみ用いるものであってもよい。
また、超臨界アンモニア反応機器用食性部材は、反応器機の構造材として用いる他、被覆材料として用いるものであっても良く、特に超臨界アンモニア流体に接する面に該部材によって被覆層を設けることができる。該被覆層の形成方法は、本発明としては特に限定されるものではなく、既知の方法により形成することができる。例えば、溶接肉盛りや焼き嵌め等の手法を採用することができる。
【実施例１】
【００２１】
次に、本発明の実施例について説明する。
表１に実施例の化学成分を示す。また比較材として、各種のＮｉ基合金を使用した。
上記組成を有する合金を用いて、常法により３ｍｍ×８ｍｍ×１６ｍｍの寸法に加工した試験片を用意した。
上記各試験片を、超臨界状態のアンモニア中に保持して、試験前後の試験片の重量変化より、腐食速度を算出した。試験には、高温高圧オートクレープ実験装置を使用し、温度約５００℃、圧力約１１００ＭＰａで、保持時間７２時間とした。超臨界アンモニア中には０．１４ｍｏｌ％ＮＨ４Ｃｌを添加した。
【００２２】
図１に、Ｎｉ合金の腐食速度に及ぼすＣｒ含有量の影響を示す。ＭｏおよびＷを含有しない材料については、Ｃｒ含有量の増加にともなって、腐食速度は増加することから、Ｃｒ単独の材料は耐食性が低下することがわかる。しかし、ＭｏあるいはＷを含有する材料については、Ｃｒ含有量が２０％以上になると、腐食速度が低下した。特にＣｒ含有量が約２３％以上になると、腐食速度は著しく低い値となった。ＣｒはＭｏあるいはＷと共存させることが重要であり、Ｃｒ単独では耐食性の改善効果は得られないことが明らかとなった。
【００２３】
図２に、Ｃｒ含有Ｎｉ合金の腐食速度に及ぼす［（Ｍｏ含有量）＋０．５×（Ｗ含有量）の影響を示す。
［（Ｍｏ含有量）＋０．５×（Ｗ含有量）］が１．５％未満では、耐食性の改善は認められない。しかしながら、［（Ｍｏ含有量）＋０．５×（Ｗ含有量）］が５．０％以上から８．０％以下では腐食速度は低い値を示した。一方、８．５％よりも多くなると、腐食速度は増大した。
図３に、Ｎｉ合金の腐食速度に及ぼす１．８×［Ｃｒの含有量％］／｛［Ｍｏの含有量％］＋０．５×［Ｗの含有量％］｝の影響を示す。
１．８×［Ｃｒの含有量％］／｛［Ｍｏの含有量％］＋０．５×［Ｗの含有量％］｝の値が増加するにともなって、腐食速度は低下し、 その値が５．０以上で耐食性は著しく改善される。一方、１．８×［Ｃｒの含有量％］／｛［Ｍｏの含有量％］＋０．５×［Ｗの含有量％］｝が７０を越えると腐食性は著しく増加する。
【００２４】
本発明のＮｉ基合金は、超臨界アンモニア中で最も効果的であるが、これに限定される
だけではなく、臨界点未満の温度あるいは圧力のアンモニア流体中でも使用可能であり、
アンモニアを使用する各種の化学プロセス装置にも適用できる。
【００２５】
【表１】
2007056320.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】腐食速度に及ぼすＣｒ含有量、およびＭｏあるいはＷ含有の影響を示すグラフである。
【図２】Ｃｒ含有Ｎｉ基合金の腐食速度に及ぼす［（Ｍｏ含有量）＋０．５×（Ｗ含有量）］の影響を示すグラフである。
【図３】Ｎｉ基合金の腐食速度に及ぼす１．８×［Ｃｒの含有量％］／｛［Ｍｏの含有量％］＋０．５×［Ｗの含有量％］｝の影響を示すグラフである。
【図１】
2007056320.tif 000004
【図２】
2007056320.tif 000005
【図３】
2007056320.tif 000006