特許 5701311 合金被覆ボイラ部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5701311

(24)【登録日】2015年2月27日

(45)【発行日】2015年4月15日

(54)【発明の名称】合金被覆ボイラ部品

(51)【国際特許分類】

   C23C 4/06 20060101AFI20150326BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20150326BHJP

   C22C 19/03 20060101ALI20150326BHJP

   C22C 27/06 20060101ALI20150326BHJP

   F22B 37/04 20060101ALI20150326BHJP

   F22B 37/10 20060101ALI20150326BHJP

【ＦＩ】

   C23C4/06

   B23K35/30 320Q

   B23K35/30 340L

   C22C19/03 G

   C22C27/06

   F22B37/04

   F22B37/10 602C

【請求項の数】12

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-539636(P2012-539636)

(86)(22)【出願日】2011年9月5日

(86)【国際出願番号】JP2011070111

(87)【国際公開番号】WO2012053287

(87)【国際公開日】20120426

【審査請求日】2014年4月3日

(31)【優先権主張番号】特願2010-237017(P2010-237017)

(32)【優先日】2010年10月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000208695

【氏名又は名称】第一高周波工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100066

【弁理士】

【氏名又は名称】愛智 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100100365

【弁理士】

【氏名又は名称】増子 尚道

(72)【発明者】

【氏名】松原 洋一

(72)【発明者】

【氏名】曽地 義信

(72)【発明者】

【氏名】竹屋 昭宏

【審査官】 伊藤 寿美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２７４０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０６７９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７０１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１７６１５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ ４／００− ６／００

Ｃ２２Ｃ １９／０３−１９／０５，

２７／０６

Ｂ２３Ｋ ９／００− ９／０４，

１０／００−１０／０２，

３５／３０

Ｆ２２Ｂ ３７／０４，３７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

合金材料による被覆が金属母材に施され、端部において溶接される合金被覆ボイラ部品であって、
前記端部およびその近傍を含む端部領域の金属母材には、
Ｂ が１．５質量％以上２．５質量％以下、
Ｓｉが３．５質量％以上４．０質量％以下、
Ｃ が０．４質量％以下、
Ｃｒが１２．０質量％以上１７．０質量％以下
の割合で含有され、残部がＮｉおよび不可避不純物である第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記端部領域以外の非端部領域の金属母材には、
Ｂ が２．５質量％より多く４．０質量％以下、
Ｓｉが４．０質量％より多く５．０質量％以下、
Ｃ が０．５質量％以上０．９質量％以下、
Ｃｒが１２．０質量％以上１７．０質量％以下
の割合で含有され、残部がＮｉおよび不可避不純物である第２合金材料による溶着被覆が施されていることを特徴とする合金被覆ボイラ部品。

【請求項2】

第１合金材料および第２合金材料の各々による溶着被覆の厚さが０．３〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の合金被覆ボイラ部品。

【請求項3】

Ｂが０．１質量％以下、Ｓｉが０．５質量％以下の割合で含有されているＮｉ−Ｃｒを主成分とする合金材料を溶加材として溶接されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の合金被覆ボイラ部品。

【請求項4】

チューブ状の金属母材の外周面に合金材料による被覆が施されているボイラチューブであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の合金被覆ボイラ部品。

【請求項5】

前記ボイラチューブの端部と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とし、当該端部領域の金属母材の外周面に第１合金材料による溶着被覆が施されていることを特徴とする請求項４に記載の合金被覆ボイラ部品。

【請求項6】

ボイラ火炉パネルであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の合金被覆ボイラ部品。

【請求項7】

板材が両側に位置するように板材と管材とが交互に連結されてなるパネル形状の金属母材の少なくとも一面に、合金材料による被覆が施されていることを特徴とする請求項６に記載の合金被覆ボイラ部品。

【請求項8】

前記管材の端部と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とし、この端部領域の少なくとも一面に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記板材の端部と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とし、この端部領域の少なくとも一面に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記ボイラ火炉パネルの両側の板材を含む領域を端部領域とし、この端部領域の少なくとも一面に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記端部領域以外の非端部領域の金属母材の少なくとも一面に第２合金材料による溶着被覆が施されていることを特徴とする請求項７に記載の合金被覆ボイラ部品。

【請求項9】

板材が両側に位置するように板材と管材とが交互に連結されてなるパネル形状の金属母
材の一面に、合金材料による被覆が施されていることを特徴とする請求項６に記載の合金被覆ボイラ部品。

【請求項10】

前記管材の端部と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とし、この端部領域の一面に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記板材の端部と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とし、この端部領域の一面に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記ボイラ火炉パネルの両側の板材を含む領域を端部領域とし、この端部領域の一面に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記端部領域以外の非端部領域の金属母材の一面に第２合金材料による溶着被覆が施されていることを特徴とする請求項７に記載の合金被覆ボイラ部品。

【請求項11】

前記第１合金材料におけるＢの含有割合が１．８質量％以上２．４質量％以下であり、前記第１合金材料におけるＳｉの含有割合が３．６質量％以上４．０質量％以下であり、前記第１合金材料におけるＣの含有割合が０．２質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の合金被覆ボイラ部品。

【請求項12】

前記第１合金材料におけるＣｒの含有割合が１４．５質量％以上１６．５質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の合金被覆ボイラ部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、各種ボイラにおいて伝熱配管を構成する管部品（以下、「ボイラチューブ」という。）または、冷却水路付の火炉ハウジングを構成する板材−管材複合パネル（以下、「ボイラ火炉パネル」という。）などのボイラ部品に関し、さらに詳しくは、耐久性を向上させるための合金被覆を有し、かつ溶接施工にも適したボイラ部品に関する。

【背景技術】

【0002】

先ず、ボイラチューブの例でいうと、ボイラの稼働温度が昨今よりも低く、また、炉内のエロージョンおよびコロージョン環境もさほど厳しくなかった時代には、機械特性に関する高温での使用可能性を配慮したボイラ用鋼管（低合金鋼管）を、そのままで用いるというのが一般的な使用形態であった。また、耐食性が要求される用途にはステンレス管、さらにはチタン管も用いられてきたが、高価であるため、多用されることはなかった。

【0003】

近年、ゴミ焼却熱を回収利用する形式のボイラが増え、そのため、特に燃焼煤塵によるエロージョン（摩耗）の問題が生じており、この問題への対策として、耐摩耗性に優れた合金の溶射被覆を施す仕様が多用され始めている。
但し、上記の合金被覆は、たとえばＨＶＯＦ(High Velocity Oxygen Fuel）またはプラズマ溶射機により溶射形成したままの被覆（未溶融被覆）であり、溶射後に再溶融処理の施された自溶合金被覆の適用は稀である。

【0004】

ボイラチューブへの自溶合金の溶着被覆（溶射後に再溶融処理の施された自溶合金被覆）の適用が稀である理由は、ボイラチューブを溶接して使用する際に、溶接作業時の急速な局部昇温によって溶着被覆に熱衝撃割れが生じやすく、そのため、チューブ全体を高温予熱した上で、高温のチューブを溶接でつなぎ合わせるという、法外な難作業が要請されるからである。
しかしながら昨今のボイラにおいては、エロージョンばかりではなくコロージョン（腐食）の問題が、ゴミ焼却発電における効率化のための高温燃焼要請に伴って重大化してきており、ボイラへの溶着被覆の適用が益々切望される状況に至っている。

【0005】

その一例として、特許文献１には、ボイラチューブに自溶合金の溶着被覆を適用する構成が開示されている。そして、ここでは、ボイラチューブの端部に５０ｍｍ程度の未溶射部を設け、この部分を接合代とする構成（同文献の第３頁第４欄第１５〜１６行）が採用されている。この未溶射部には、溶接のあと、被覆の代りにプロテクタ材を嵌装する処置がとられている（同文献の第４欄２４〜２６行）。上記処理は、優れた耐エロージョン性を具えるプロテクタ材（たとえばアルミナ製）の特注、あるいは、狭隘なボイラ内での嵌装作業を要することから、材工共の高コストならびに資材の前倒し調達を要する。

【0006】

次に、ボイラ火炉パネルの場合には、それが上述したように管材と板材とを交互に配した複合構成であることや、大寸法（例えば０．５ｍ×６ｍ）であることから、上記プロテクタに相当する実用的な補助部材の使用は更に難題であり、また、溶射後の再溶融処理に伴う複雑な形状歪の問題がある（例えば特許文献２および特許文献３参照）。

【0007】

耐エロージョンおよび耐コロージョン性に優れた合金材料の溶着被覆が保護すべき金属母材の全域に施され、しかも、溶接作業時の急速な局部昇温によっても、溶着被覆に熱衝撃割れを生じさせない合金被覆ボイラ部品（ボイラチューブおよびボイラ火炉パネル）として、本出願人は、溶接に供される端部を含む端部領域（溶接作業時に熱衝撃割れが生じうる急速昇温領域）において、融点降下元素であるＢ（ボロン）およびＳｉ（シリコン）
の含有量を抑制したＮｉ−Ｃｒ合金材料（Ｂの含有割合が０．１質量％以下、Ｓｉの含有割合が０．５質量％以下）による被覆が施され、端部領域以外の領域（急速昇温領域以外の残部領域）においては、ＢおよびＳｉを各々１〜５質量％含有するＮｉ−Ｃｒ合金材料による被覆が施された合金被覆ボイラ部品を提案している（特許文献４参照）。

【0008】

特許文献４に記載された合金被覆ボイラ部品は、保護すべき金属母材の全域にＮｉ−Ｃｒ合金材料による被覆が施されているので、良好な耐久性および耐食性を有している。
また、端部領域（溶接作業時に熱衝撃割れが生じうる急速昇温領域）に施された被覆は、ＢおよびＳｉの含有量が抑制されていることによって耐熱衝撃性が向上している。このため、溶接作業時の急速な局部昇温によっても、被覆に熱衝撃割れは生じない（耐熱衝撃性に優れている）。
また、ＢおよびＳｉの含有量を抑制したＮｉ−Ｃｒ合金材料によって端部領域に施された被覆は硬度が低いものとなる（ＢまたはＳｉとＣｒとの反応による高硬度の析出物の生成が抑制される）ために、熱衝撃だけでなく、機械的衝撃に対しても耐性（耐衝撃性）を有することになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１０−１７０１９４号公報

【特許文献2】特開２００１−４１０１号公報

【特許文献3】特開２０００−３２９３０４号公報

【特許文献4】特許第４４１１１１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上記特許文献４に記載された合金被覆ボイラ部品において、端部領域（急速昇温領域）に施された溶着被覆を得るための合金材料は、融点降下元素であるＢおよびＳｉの含量が抑制されている（Ｂの含量が０．１質量％以下、Ｓｉの含量が０．５質量％以下）ために、その融点は１５００℃以上になり、端部領域以外の領域に施される溶着被覆を得るための合金材料（ＢおよびＳｉの各々の含量が１〜５質量％）の融点と比較して相当に高いものである。

【0011】

このため、端部領域（急速昇温領域）では、端部領域以外の領域で行っている被覆形成手段（溶射−再溶融処理）を採用することができず、端部領域での被覆の形成は溶接肉盛で行わざるを得ない。

【0012】

上記のように、端部領域と、端部領域以外の領域とで、被覆の形成方法が異なることは製造効率上きわめて不利である。
また、溶接肉盛を行う場合には、金属母材の温度が１５００℃程度に達するために、金属母材に歪み（溶接歪み）が生じるおそれがある。

【0013】

このため、端部領域を含むすべての領域における被覆を、溶射−再溶融処理によって形成することができ、しかも、端部領域に形成された被覆の耐熱衝撃性および耐衝撃性が良好である合金被覆ボイラ部品の開発が望まれている。

【0014】

本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。
本発明の目的は、保護すべき金属母材の全域（端部領域および非端部領域）において、溶射−再溶融処理により形成することができる溶着被覆を有し、端部領域に形成されている溶着被覆の耐熱衝撃性および耐衝撃性に優れた合金被覆ボイラ部品を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

（１）本発明の合金被覆ボイラ部品は、合金材料による被覆が金属母材に施され、端部において溶接される合金被覆ボイラ部品であって、
前記端部およびその近傍を含む端部領域の金属母材には、
Ｂ が１．５質量％以上２．５質量％以下、
Ｓｉが３．５質量％以上４．０質量％以下、
Ｃ が０．４質量％以下、
Ｃｒが１２．０質量％以上１７．０質量％以下
の割合で含有され、残部がＮｉおよび不可避不純物である第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記端部領域以外の非端部領域の金属母材には、
Ｂ が２．５質量％より多く４．０質量％以下、
Ｓｉが４．０質量％より多く５．０質量％以下、
Ｃ が０．５質量％以上０．９質量％以下、
Ｃｒが１２．０質量％以上１７．０質量％以下
の割合で含有され、残部がＮｉおよび不可避不純物である第２合金材料による溶着被覆が施されていることを特徴とする。

【0016】

（２）本発明の合金被覆ボイラ部品において、第１合金材料および第２合金材料の各々による溶着被覆の厚さが０．３〜３．０ｍｍであることが好ましい。
（３）また、本発明の合金被覆ボイラ部品は、Ｂが０．１質量％以下、Ｓｉが０．５質量％以下の割合で含有されているＮｉ−Ｃｒを主成分とする合金材料を溶加材として溶接されることが好ましい。

【0017】

（４）本発明の合金被覆ボイラ部品は、チューブ状の金属母材の外周面に、合金材料（第１合金材料または第２合金材料）による被覆が施されているボイラチューブであることが好ましい。
（５）この場合において、前記ボイラチューブの端部（両端部）と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とし、当該端部領域の金属母材の外周面に第１合金材料による溶着被覆が施されていることが好ましい。

【0018】

（６）本発明の合金被覆ボイラ部品は、ボイラ火炉パネルであることが好ましい。
（７）この場合において、板材が両側に位置するように板材と管材とが交互に連結されてなるパネル形状の金属母材の少なくとも一面に合金材料（第１合金材料または第２合金材料）による被覆が施されていることが好ましい。
（８）この場合において、前記管材の端部（両端部）と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とし、この端部領域の少なくとも一面（パネル形状の少なくとも一面）に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記板材の端部（両端部）と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とし、この端部領域の少なくとも一面に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記ボイラ火炉パネルの両側の板材を含む領域を端部領域とし、この端部領域の少なくとも一面に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記端部領域以外の非端部領域の金属母材の少なくとも一面（第１合金材料による溶着被覆が施されている、パネル形状の少なくとも一面）に第２合金材料による溶着被覆が施されていることが好ましい。
（９）この場合において、板材が両側に位置するように板材と管材とが交互に連結されてなるパネル形状の金属母材の一面に合金材料（第１合金材料または第２合金材料）による被覆が施されていることが好ましい。
（１０）この場合において、前記管材の端部（両端部）と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とし、この端部領域の一面（パネル形状の一面）に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記板材の端部（両端部）と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とし、この端部領域の一面に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記ボイラ火炉パネルの両側の板材を含む領域を端部領域とし、この端部領域の一面に第１合金材料による溶着被覆が施され、
前記端部領域以外の非端部領域の金属母材の一面（パネル形状の一面）に第２合金材料による溶着被覆が施されていることが好ましい。
（１１）本発明の合金被覆ボイラ部品において、前記第１合金材料におけるＢの含有割合が１．８質量％以上２．４質量％以下であり、前記第１合金材料におけるＳｉの含有割合が３．６質量％以上４．０質量％以下であり、前記第１合金材料におけるＣの含有割合が０．２質量％以下であることが好ましい。
（１２）また、前記第１合金材料におけるＣｒの含有割合が１４．５質量％以上１６．５質量％以下であることが好ましい。

【発明の効果】

【0019】

本発明の合金被覆ボイラ部品は、端部領域を含めた保護すべき金属母材の全域において、溶射−再溶融処理により形成することができる自溶合金による溶着被覆を有しているので、高い効率で製造することができる。また、被覆形成のために溶接肉盛を行う必要がないので、製造するときに、金属母材に溶接歪みなどを生じるおそれがない。
また、端部領域に形成されている溶着被覆は、良好な耐熱衝撃性および耐衝撃性を有しているので、溶接作業時の急速な局部昇温によっても熱衝撃割れが生じにくく、機械的衝撃に対しても割れが生じにくい。
更に、本発明の合金被覆ボイラ部品は、耐久性および耐食性にも優れている。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1A】本発明のボイラ部品の一実施形態に係るボイラ火炉パネルの一構造を示す説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は要部拡大正面図、（ｄ）は要部拡大側面図である。

【図1B】本発明のボイラ部品の一実施形態に係るボイラ火炉パネルの一構造を示す説明図であって、（ｅ）は、図１Ａの（ｃ）および（ｄ）に示すＡ断面図、（ｆ）は、複数のボイラ火炉パネルを連結した状態を示す正面図である。

【図2】図１Ａおよび図１Ｂに示したボイラ火炉パネルの製造工程（金属母材である鋼製パネル）を示す説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【図3】図１Ａおよび図１Ｂに示したボイラ火炉パネルの製造工程（鋼製パネルの端部領域に対する被覆の形成工程）を示す説明図であって、（ａ）は要部拡大正面図、（ｂ）は要部拡大側面図である。

【図4】図１Ａおよび図１Ｂに示したボイラ火炉パネルの製造工程（鋼製パネルの非端部領域に対する被覆の形成工程）を示す説明図であって、（ａ）は要部拡大正面図、（ｂ）は要部拡大側面図、（ｃ）および（ｅ）は正面図、（ｄ）および（ｆ）は側面図である。

【図5】図１Ａおよび図１Ｂに示したボイラ火炉パネルの製造工程（未被覆部が切り落とし工程）を示す説明図であって、（ａ）は要部拡大正面図、（ｂ）は要部拡大側面図である。

【図6】図１Ａおよび図１Ｂに示したボイラ火炉パネルの使用形態（溶接）を示す説明図であって、（ａ）は溶接前の端部（溶接部）の断面図、（ｂ）は溶接後の端部（溶接部）の拡大断面図である。

【図7】本発明のボイラ部品の他の実施形態に係るボイラチューブを示す説明図であり、（ａ）は溶接前の状態、（ｂ）は溶接後の状態を示す。

【図8】本発明のボイラ部品の一実施形態に係るボイラ火炉パネルの他の構造を示す説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は要部拡大正面図、（ｄ）は要部拡大側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明のボイラ部品について詳細に説明する。
本発明のボイラ部品は、Ｎｉ−Ｃｒを主成分とする合金材料による被覆（被膜）が金属母材に施され、端部において溶接される合金被覆ボイラ部品である。

【0022】

本発明のボイラ部品においては、金属母材の端部領域と非端部領域とで被覆を構成する合金材料（自溶合金）が異なる。

【0023】

＜端部領域・非端部領域＞
ここに、「端部領域」は、端部（溶接部）および端部の近傍を含む領域であり、端部の溶接に伴って急速に昇温する領域である。端部領域の範囲は金属母材の形状（ボイラ部品の形態）などによって異なる。
例えば、ボイラチューブにおいては、端部と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域を端部領域とすることができる。
また、板材が両側に位置するように、板材と管材とが交互に連結されてなるボイラ火炉パネルにおいては、（１）管材の端部と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域、（２）板材の端部と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域、（３）両側に位置する板材を含む領域（両側に位置する板部の各々に溶接されている管材の一部を含んでいてもよい）を端部領域とすることができる。
また、「非端部領域」は、保護すべき金属母材において端部領域以外の領域である。

【0024】

＜第１合金材料＞
金属母材の端部領域には、Ｂ（ホウ素）が１．５質量％以上２．５質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）が３．５質量％以上４．０質量％以下、Ｃ（炭素）が０．４質量％以下、Ｃｒ（クロム）が１２．０質量％以上１７．０質量％以下の割合で含有され、残部がＮｉ（ニッケル）および不可避不純物である第１合金材料による溶着被覆が施される。

【0025】

第１合金材料は、Ｂを１．５質量％以上、Ｓｉを３．５質量％以上の割合で含有するＮｉ−Ｃｒ自溶合金である。
第１合金材料の融点は、例えば１０５０〜１１００℃となり、この程度の融点を有する合金であれば、溶射被膜の再溶融処理に伴う金属母材の歪みを回避することができるので、溶射−再溶融処理によって被覆を施すことが可能になる。
この結果、端部領域を含めて保護すべき金属母材の全域における溶着被覆を溶射−再溶融処理により形成することができるので、高い効率で合金被覆ボイラ部品を製造することができる。

【0026】

また、Ｂの含有割合は２．５質量％以下であり、Ｓｉの含有割合は４．０質量％以下であって、後述する第２合金材料におけるＢおよびＳｉの含有量と比較して少量である（ＢおよびＳｉの含有量がある程度抑制されている）ことにより、第１合金材料により形成される溶着被覆は良好な耐熱衝撃性を有するものとなる。このため、溶接作業時の急速な局部昇温によっても端部領域に施された第１合金材料による溶着被覆に熱衝撃割れが生じにくい。
また、ＢおよびＳｉの含有量がある程度抑制され、Ｃの含有割合も０．４質量％以下であるため、溶着被覆の硬度が十分に低いものとなって（例えば、ＨＶ≦４００）、耐衝撃
性が向上するため、ボイラ部品の溶接時や取付時に機械的衝撃を受けても、当該溶着被覆に割れが生じにくい。

【0027】

第１合金材料におけるＢの含有割合は、１．５質量％以上２．５質量％以下とされ、好ましくは１．８質量％以上２．４質量％以下とされる。
Ｂの含有割合が１．５質量％未満では、得られる合金材料の融点を十分に降下させることができず、当該合金材料の溶射被膜を再溶融させようとすると金属母材に歪みが生じるため、当該合金材料を使用して溶射−再溶融処理による被覆を施すことができない。
一方、Ｂの含有割合が２．５質量％を超える合金材料によっては、耐熱衝撃性および耐衝撃性の良好な溶着被覆を端部領域に形成することが困難となる。

【0028】

第１合金材料におけるＳｉの含有割合は、３．５質量％以上４．０質量％以下とされ、好ましくは３．６質量％以上４．０質量％以下とされる。
Ｓｉの含有割合が３．５質量％未満では、得られる合金材料の融点を十分に降下させることができず、当該合金材料の溶射被膜を再溶融させようとすると、金属母材の歪みが生じるため、当該合金材料を使用して溶射−再溶融処理による被覆を施すことができない。
一方、Ｓｉの含有割合が４．０質量％を超える合金材料によっては、耐熱衝撃性および耐衝撃性の良好な溶着被覆を端部領域に形成することが困難となる。

【0029】

第１合金材料におけるＣの含有割合は、０．４質量％以下とされ、好ましくは０．２質量％以下とされる。
Ｃの含有割合が０．４質量％を超える合金材料によっては、耐衝撃性の良好な低硬度の溶着被覆を端部領域に形成することが困難となる。

【0030】

更に、第１合金材料には、特定の割合でＣｒが含有されているので、これによって端部領域に形成される溶着被覆は、耐食性にも優れたものとなる。
第１合金材料におけるＣｒの含有割合は、１２．０質量％以上１７．０質量％以下とされ、好ましくは１４．５質量％以上１６．５質量％以下とされる。
Ｃｒの含有割合が１２．０質量％未満の合金材料によっては、耐食性の良好な溶着被膜を端部領域に形成することができない。

【0031】

＜第２合金材料＞
金属母材の非端部領域には、Ｂが２．５質量％より多く４．０質量％以下、Ｓｉが４．０質量％より多く５．０質量％以下、Ｃが０．５質量％以上０．９質量％以下、Ｃｒが１２．０質量％以上１７．０質量％以下の割合で含有され、残部がＮｉおよび不可避不純物である第２合金材料による溶着被覆が施される。

【0032】

第２合金材料は、Ｂを２．５質量％より多く４．０質量％以下の割合で含有し、Ｓｉを４．０質量％より多く５．０質量％以下の割合で含有するＮｉ−Ｃｒ自溶合金である。
第２合金材料の融点は、例えば１０００〜１０５０℃となり、このように低い融点を有する合金であれば、溶射−再溶融処理を効率的に行うことができる。

【0033】

なお、第２合金材料は、２．５質量％を超える割合でＢを含有し、４．０質量％を超える割合でＳｉを含有することから、この第２合金材料により形成される溶着被覆は、第１合金材料により形成されるものと比較して耐熱衝撃性に劣るものである。
しかし、第２合金材料による溶着被覆は、溶接作業時においても急速な昇温を生じない（熱衝撃を与えない）非端部領域に施されているので、溶接作業時であっても、この溶着被覆には熱衝撃割れが生じにくい。

【0034】

また、第２合金材料は、Ｂ、ＳｉおよびＣがある程度高い割合で含有されているので、
第２合金材料により形成される溶着被覆は、硬度が高く（例えば、ＨＶ＝６００〜７００程度）、第１合金材料により形成される溶着被覆と比較して耐衝撃性に劣る。
しかし、第２合金材料による溶着被覆が施される非端部領域は、ボイラ部品の溶接時や取付時においても機械的衝撃を受けにくいため、割れが生じにくい。

【0035】

第２合金材料におけるＢの含有割合は、２．５質量％より多く４．０質量％以下とされる。Ｂの含有割合が２．５質量％以下では、効率的な溶射−再溶融処理を行うことができない。
一方、Ｂの含有割合が４．０質量％を超える合金材料によっては、非端部領域に形成される溶着被覆の耐熱衝撃性および耐衝撃性の低下を招く。

【0036】

第２合金材料におけるＳｉの含有割合は、４．０質量％より多く５．０質量％以下とされる。Ｓｉの含有割合が４．０質量％以下では、効率的な溶射−再溶融処理を行うことができない。
一方、Ｓｉの含有割合が５．０質量％を超える合金材料によっては、非端部領域に形成される溶着被覆の耐熱衝撃性および耐衝撃性の低下を招く。

【0037】

第２合金材料におけるＣの含有割合は、０．５質量％以上０．９質量％以下とされる。
Ｃの含有割合が０．９質量％を超える合金材料によっては、形成される溶着被覆の硬度が過大となり、非端部領域における耐衝撃性が損なわれる。

【0038】

更に、第２合金材料には、特定の割合でＣｒが含有されているので、これによって非端部領域に形成される溶着被覆は、耐食性にも優れたものとなる。
第２合金材料におけるＣｒの含有割合は、１２．０質量％以上１７．０質量％以下とされる。
Ｃｒの含有割合が１２．０質量％未満の合金材料によっては、耐食性の良好な溶着被膜を非端部領域に形成することができない。

【0039】

好適な第２合金材料としては、ＪＩＳ Ｈ ８３０３に規定された組成のニッケル自溶合金材料、ＩＳＯ１４９２０に規定された組成のニッケル自溶合金材料を挙げることができる。

【0040】

＜ボイラ火炉パネル＞
図１Ａおよび図１Ｂに示すボイラ火炉パネル１０（本発明の合金被覆ボイラ部品）は、予め工場で鋼製パネル１１（金属製母材）に、第１合金材料による被覆（以下、「第１合金被覆」と略記する）１５と、第２合金材料による被覆（以下、「第２合金被覆」と略記する）１６とを溶射−再溶融処理によって溶着させたものであり、火炉ハウジングの組上げに際して複数枚を連ねて隣り合う端部同士を溶接するようになっている。すなわち、鋼製パネル１１（板材−管材複合パネル）には、冷却水路付の火炉ハウジングの基本単位をなすべく、冷却水路をなす管部１２（管材）と連結部をなす板部１３（板材）とを交互に配して溶接等にて密に連結したものであり、さらに、耐エロージョンおよび耐コロージョンのため、火炉内壁となる一面（要保護部）には、溶接される部分を除いて全域に合金材料（第１合金材料または第２合金材料）による溶着被覆が形成されている。

【0041】

溶着被覆は、端部領域における第１合金被覆１５と、非端部領域における第２合金被覆１６とに分けられている。
第１合金被覆１５が施される端部領域としては、
（１）管部１２の端部と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域（図中、Ｃ１で示す幅を有する帯状領域）、
（２）板部１３の端部と、この端部から１５〜５００ｍｍ離間した位置との間に亘る領域
（図中、Ｃ２で示す幅を有する領域）、
（３）両側に位置する板部１３を含む領域（図中、Ｃ３で示す幅を有する帯状領域。なお、両側に位置する板部１３の各々に溶接されている管部１２の一部を含んでいてもよい）を設定することができる。
なお、管部１２の端部領域の幅Ｃ１と、板部１３の端部領域の幅Ｃ２とは同じ大きさであってもよい。

【0042】

板部１３の端部領域には、幅０．５〜２ｍｍ程度の細い切込み１４が形成されている。これは、管部１２の溶接目合わせ用の撓ませ代を確保するためである。
管部１２の端面には、溶接開先となる大きな面取り・テーパも施されている。

【0043】

第１合金被覆１５を構成する第１合金材料は、Ｎｉ−Ｃｒを主成分とし、融点降下元素であるＢおよびＳｉを一定の割合で含有することにより自溶性を有するが、溶接作業時の熱衝撃や種々の機械的衝撃で割れないように、Ｂの含有割合を２．５質量％以下、Ｓｉの含有割合を４．０質量％以下に抑えている。
第１合金被覆１５の厚さは０．３〜３．０ｍｍとされ、好ましくは１．０〜２．０ｍｍ程度である。

【0044】

第２合金被覆１６を構成する第２合金材料は、Ｎｉ−Ｃｒを主成分とし、溶射処理と、再溶融処理とで能率良く施工するために、Ｂの含有割合を２．５質量％より多く４．０質量％以下とし、Ｓｉの含有割合を４．０質量％より多く５．０質量％以下としている。
第２合金被覆１６の厚さは０．３〜３．０ｍｍとされ、好ましくは１．０〜２．０ｍｍ程度である。

【0045】

この実施形態のボイラ火炉パネル１０について、その製造工程を、図面（図２〜図５）を引用して説明する。

【0046】

ボイラ火炉パネル１０は、板部１３と管部１２とが交互に連結されてなる鋼製パネル１１（金属母材）の端部領域の一面に第１合金被覆１５を形成するとともに、非端部領域の一面に第２合金被覆１６を形成し、更に端部形状を仕上げることにより製造することができる。

【0047】

図２に示すように、鋼製パネル１１は、鋼材からなる管部１２と板部１３とを交互に溶接等にて連結したものであり、板部１３が両側に位置している。
鋼製パネル１１のサイズとしては、長さ（Ｌ）が１０００〜９０００ｍｍ程度、幅（Ｗ）が３００〜５００ｍｍ程度、管部１２の径は３０〜８０ｍｍ程度、管部１２の厚さは５．０〜７．０ｍｍ程度、板部１３の厚さは３〜９ｍｍ程度である。

【0048】

図３に示すように、第１合金被覆１５は、鋼製パネル１１の端部領域の一面に形成される。なお、先端部の５０〜１５０ｍｍ程度が、作業中の固定保持等のために被覆処理されることなく残されることがあるが、その場合、最後の端部形状仕上時には切り落とされる。
図３（ａ）に示すように、管部１２における第１合金被覆１５の形成領域の幅（同図においてＣ１’で示す）は、第２合金被覆との重複（ラップ）部分を確保するために、端部領域の幅（図１においてＣ１で示す）より広くなっている。
また、管部１２に挟まれた板部１３における第１合金被覆１５の形成領域の幅（図３においてＣ２’で示す）も、第２合金被覆との重複部分を確保するために、端部領域の幅（図１においてＣ２で示す）より広くなっている。
なお、パネルの両側に位置する板部１３における第１合金被覆１５の形成領域の幅（図３（ａ）においてＣ３’で示す）は、図１においてＣ３で示す端部領域の幅と等しいが、
第１合金被覆１５の形成領域の幅をさらに広くすること、すなわち、パネルの両側に位置する板部１３に連結されている管部１２の一部にまで第１合金被覆１５を形成することも可能である。

【0049】

第１合金被覆１５は、溶射−再溶融処理によって形成される。溶射−再溶融処理としては、従来公知の方法を採用することができる。具体的には、端部領域への第１合金材料の溶射処理、次いで、第１合金材料の溶射被膜の再溶融処理が行われる。なお、必要に応じて、被処理面（端部領域の一面）にショットブラストなどの表面清浄処理を施してもよい。
第１合金材料の溶射処理によって形成された溶射被膜は、１０５０〜１１００℃程度の温度で再溶融して緻密な溶着被覆（第１合金被覆１５）となる。

【0050】

図４に示すように、第２合金被覆１６は、鋼製パネル１１の非端部領域の一面に形成される。
第２合金被覆１６は、第１合金被覆１５の形成方法と同様に、溶射−再溶融処理によって形成される。溶射−再溶融処理としては従来公知の方法を採用することができる。具体的には、第１合金被覆１５のマスキング、非端部領域への第２合金材料の溶射処理、次いで、第２合金材料の溶射被膜の再溶融処理が行われる。なお、必要に応じて、被処理面（非端部領域の一面）にショットブラストなどの表面清浄処理を施してもよい。
第２合金材料の溶射処理によって形成された溶射被膜は、１０００〜１０５０℃程度の温度で再溶融して緻密な溶着被覆（第２合金被覆１６）となる。
また、第１合金被覆１５および第２合金被覆１６の好ましい形成方法として、端部領域に第１合金材料を溶射処理し、次いで、非端部領域に第２合金材料を溶射処理し、その後、端部領域および非端部領域に形成された溶射被膜の再溶融処理を行う方法を挙げることができる。
なお、溶射被膜の再溶処理工程においては、第１合金被覆１５の溶射被膜に対する処理温度（１０５０〜１１００℃程度）と、第２合金被覆１６の溶射被膜に対する処理温度（１０００〜１０５０℃程度）とを適宜切り換えるように温度制御する。

【0051】

第１合金被覆１５のマスキングは、例えば金属薄板等の遮蔽板又は耐熱マスキングテープを用いて行われる。また、第１合金被覆１５と第２合金被覆１６との間に隙間ができて母材が露出しないよう、第１合金被覆１５と第２合金被覆１６が一部で重複するようにマスキングを行う。そのような重層部分では、急峻な段差が現出しないよう、両被覆の厚みにテーパを付けると良い。

【0052】

第１合金被覆１５および第２合金被覆１６を形成するための溶射処理および再溶融処理は、公知の装置を用いて一般的な手法で行われる。
すなわち、自溶合金である第１合金材料および第２合金材料の溶射は、公知の溶射装置を用いて一般的な溶射法で能率よく行うことができる。
また、再溶融処理についても、基本的には、公知の高周波誘導加熱装置を用いて一般的な移動加熱法（例えば、図４（ｃ）および（ｅ）に示すように、誘導コイル４０を移動する方法）で能率よく行うことができる。

【0053】

鋼製パネル１１の一面（端部領域および非端部領域）に、第１合金被覆１５および第２合金被覆１６を形成した後、図５に示すように、鋼製パネル１１の先端の未被覆部が切り落とされる。これはプラズマ切断などで行われ、同時に又は別の時に、切込み１４も形成される。さらに、他のボイラ火炉パネル１０との溶接に備えて、管部１２の先端に面取り加工が施される。
こうして、端部の仕上げも終えると、一枚のボイラ火炉パネル１０が完成する。また、同様にして能率良く次々にボイラ火炉パネル１０が製造されると、それらは工場や倉庫な
どに蓄積され保管される。
上記のように、このボイラ火炉パネル１０の製造工程においては、すべての溶着被覆（第１合金被覆１５および第２合金被覆１６）を溶射−再溶融処理により形成することができるので、溶接肉盛を併用する製造工程と比較して製造効率が格段に優れている。

【0054】

次に、この実施形態のボイラ火炉パネル１０について、その使用形態を、図面（図６）を引用して説明する。
ボイラ火炉パネル１０は複数枚が溶接されてボイラ火炉に組み込まれるので、ここでは、ボイラ火炉パネル１０同士を長さ方向に連結する（互いの管部１２の内腔を連通させる）ように溶接する溶接工程を説明する。

【0055】

この溶接工程は、位置決め（目合わせ）工程と、管端溶接工程と、板部溶接工程とからなり、その順で各工程の処理が接合対象ボイラ火炉パネル１０対の溶接部２０に施される。図６（ａ）に示すように、位置決め工程では、溶接部２０となる管部１２の先端同士を対向させた状態で、両ボイラ火炉パネル１０を固定する。その後、各管端対向状態に位置ずれがあれば、そして、その位置ずれが、ボイラ火炉パネル１０の製造時（第１合金被覆１５および第２合金被覆１６の形成時）などで生じた僅かなものであれば、切込み１４に小さな楔を打ち込む等のことを行って、対向管端の位置整合を採る。

【0056】

次に、図６（ｂ）に示すように、管端溶接工程では、ボイド等の生じないように、また加熱しすぎないように、管内面側から管外面側へ何回かに分けて環状の溶接が行われる。図示の例では、五層に分かれており、管の中空に臨む溶接層２１の環状溶接から始めて、管肉に埋もれる溶接層２２の環状溶接が続き、さらに、管外周に露呈する三列の超合金溶接層２３，２４，２５が一巡ずつ順に施工される。

【0057】

この管端溶接工程で使われる溶加材（超合金溶接層２３，２４，２５の形成に使われる溶加材）としては、Ｂが０．１質量％以下、Ｓｉが０．５質量％以下の割合で含有されているＮｉ−Ｃｒを主成分とする合金材料が好ましい。
なお、管の中空に臨む溶接層（溶接層２１に相当する溶接層）および管肉に埋もれる溶接層（溶接層２２に相当する溶接層）を、炭素鋼（たとえば、５０ｋｇ／ｍｍ² 級の溶接棒）により形成することもでき、これによりコストダウンを図ることができる。

【0058】

ここで、ボイラ火炉パネル１０の端部領域に形成されている第１合金被覆１５は、非端部領域に形成されている第２合金被覆１６と比較して、ＢおよびＳｉの含有量が少なく、耐熱衝撃性に優れている（熱衝撃割れ感受性がない）ので、溶接作業時において端部領域が急速に昇温しても、第１合金被覆１５には熱衝撃割れが生じない。従って、第１合金被覆１５を損なうことなく、容易かつ的確に溶接作業を行うことができる。

【0059】

なお、ボイラ火炉パネル１０の非端部領域に形成されている第２合金被覆１６は、第１合金被覆１５と比較して耐熱衝撃性に劣る（熱衝撃割れ感受性がある）ものであるが、溶接作業時においても急速に昇温しない（熱衝撃を与えない）非端部領域に施されているので、第２合金被覆１６においても熱衝撃割れが生じない。従って、第２合金被覆１６を損なうことなく、容易かつ的確に溶接作業を行うことができる。

【0060】

次に、板部溶接工程では、図示は割愛したが、溶接される板部１３における少なくとも双方の切込み１４を覆うサイズの当て板が、両ボイラ火炉パネル１０の板部１３に亘って、溶接される。当て板の溶接は、鋼製パネル１１の他面（すなわち、第１合金被覆１５の非形成面・火炉外壁面，保護不要面）側から行われる。切込み１４の幅が狭く当て板の付け替えが容易なことから、切込み１４の内側は母材のままで、すなわち、鋼製パネル１１が露呈したままで工程を終えてもよいが、前記溶加材（Ｂが０．１質量％以下、Ｓｉが０
．５質量％以下の割合で含有されているＮｉ−Ｃｒを主成分とする合金材料）を用いた溶接施工にて切込み１４を埋めても良い。また、板部１３は、管部１２と違って、ボイラ構築後の補修が行いやすい（ボイラ外からの補修でも一応の目的が達成される）ので、パネル端部板や当て板の板厚を厚くして長寿命化した上で合金被覆を省略するといった手法を採用してもよい。

【0061】

このようにして、複数のボイラ火炉パネル１０を、その長さ方向に連結することにより、図１Ｂ（ｆ）に示したような、冷却水路付の火炉ハウジングを構成することができる。
そのような火炉ハウジングにあっては、内壁全面が又は内壁面のうち要保護部については全域が緻密な合金被覆にて覆われるので、耐エロージョンおよびコロージョン性が格段に向上する。

【0062】

また、複数のボイラ火炉パネル１０を、各々の両側に位置する板部１３を溶接部として、前記溶加材を用いて、その幅方向に連結することもできる。
そして、ボイラ火炉パネル１０には、両側に位置する板部１３を含む領域を端部領域として、耐熱衝撃性に優れた第１合金被覆１５を形成しているので、ボイラ火炉パネル１０の幅方向に連結させるための溶接工程においても、両側に位置する板部１３を含む端部領域に形成された第１合金被覆１５には熱衝撃割れが生じない。

【0063】

図８は、図１Ａおよび図１Ｂに示したものとは構造の異なるボイラ火炉パネル（本発明の合金被覆ボイラ部品）を示している。なお、図８において、図１Ａおよび図１Ｂに示したボイラ火炉パネル１０と同一の構成要素には、同一の符号を用いている。
図８に示すボイラ火炉パネル１８は、その一面および他面において、溶接される部分を除いた全域に合金材料（第１合金材料または第２合金材料）による溶着被覆が形成されている。
すなわち、このボイラ火炉パネル１８は、板部１３と管部１２とが交互に連結されてなる鋼製パネル１１（金属母材）の端部領域の一面および他面の各々に第１合金被覆１５が形成されているとともに、非端部領域の一面および他面の各々に第２合金被覆１６が形成されている。
このボイラ火炉パネル１８は、両面が要保護部となるようなパネル（例えば、第１燃焼室と第２燃焼室とを仕切る境界パネル）などとして好適に使用することができる。

【0064】

＜ボイラチューブ＞
図７（ａ）に示すボイラチューブ８０、８１、８２（本発明の合金被覆ボイラ部品）は、チューブ状の鋼材（金属母材）の外周面に合金材料による被覆が施されてなる。
ボイラチューブ８０、８１、８２には、各々の端部領域（図中、Ｃ４で示す幅を有する帯状領域）の外周面において第１合金被覆８５が形成されているとともに、各々の非端部領域の外周面において第２合金被覆８６が形成されている。
ここに、ボイラチューブ８０、８１、８２の端部領域は溶接により急速に昇温する領域であり、端部領域の幅Ｃ４としては、例えば１５〜５００ｍｍである。
ボイラチューブ８０、８１、８２の外径は３０〜１００ｍｍ程度であり、ボイラチューブ８２の長さは２０００〜１００００ｍｍ程度である。
第１合金被覆８５は、第１合金材料を用いた溶射−再溶融処理により、チューブ状の鋼材の端部領域の外周面に形成されている。一方、第２合金被覆８６は、第２合金材料を用いた溶射−再溶融処理により、チューブ状の鋼材の非端部領域の外周面に形成されている。

【0065】

ボイラチューブ８０、８１、８２は、チューブ状の鋼材（金属母材）の端部領域の外周面に第１合金被覆８５を形成するとともに、非端部領域の外周面に第２合金被覆８６を形成し、更に端部形状を仕上げることにより製造することができる。
第１合金被覆８５および第２合金被覆８６を形成するための溶射処理および再溶融処理は、公知の装置を用いて一般的な手法で行われる。
すなわち、自溶合金である第１合金材料および第２合金材料の溶射は、公知の溶射装置を用いて一般的な溶射法で能率よく行うことができる。
また、再溶融処理としては、高周波誘導加熱装置に接続した誘導コイルを端部領域に嵌装・遊嵌し、誘導加熱して溶射被膜を再溶融する公知の方法を挙げることができる。なお、再溶融処理とともに曲げ加工を行ってもよい。
上記のように、ボイラチューブ８０、８１、８２の製造工程においては、すべての溶着被覆（第１合金被覆８５および第２合金被覆８６）を溶射−再溶融処理により形成することができるので、溶接肉盛を併用する製造工程と比較して製造効率が格段に優れている。

【0066】

ボイラチューブ８０、８１、８２は、各々について溶接開先の形成など所要の管端処理を行った後、図７（ｂ）に示すように、溶接部８３，８４でボイラチューブ８０、８１、８２の先端同士を対向させた状態で、ボイラチューブ８０、８１、８２を固定する。
その後、上述した溶加材（Ｂが０．１質量％以下、Ｓｉが０．５質量％以下の割合で含有されているＮｉ−Ｃｒを主成分とする合金材料からなる溶加材）を用い、管端同士の溶接を行う。このボイラチューブの管端溶接は、上述した管部１２の管端溶接と同様である。

【0067】

そして、ボイラチューブ８０、８１、８２の端部領域に形成されている第１合金被覆８５は、非端部領域に形成されている第２合金被覆８６と比較して、ＢおよびＳｉの含有量が少なく、耐熱衝撃性に優れている（熱衝撃割れ感受性がない）ので、溶接によって端部領域が急速に昇温しても、第１合金被覆８５には熱衝撃割れが生じない。また、耐熱衝撃性に劣る（熱衝撃割れ感受性がある）第２合金被覆８６は、溶接によって急速に昇温しない非端部領域に施されているので、第２合金被覆８６においても熱衝撃割れが生じない。従って、第１合金被覆８５および第２合金被覆８９を損なうことなく、容易かつ的確に溶接作業を行うことができる。

【符号の説明】

【0068】

１０ ボイラ火炉パネル（合金被覆ボイラ部品）
１１ 鋼製パネル（複合パネル）
１２ 管部（管材）
１３ 板部（板材）
１４ 切込み
１５ 第１合金被覆
１６ 第２合金被覆
１８ ボイラ火炉パネル（合金被覆ボイラ部品）
２０ 溶接部
２１，２２ 溶接層
２３，２４，２５ 超合金溶接層
４０ 誘導コイル（高周波誘導加熱装置）
８０，８２ ボイラチューブ（合金被覆ボイラ部品）
８３，８４ 溶接部
８５ 第１合金被覆
８６ 第２合金被覆

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】