特許 7525888 ボイラーチューブの製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-23

(45)【発行日】2024-07-31

(54)【発明の名称】ボイラーチューブの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/342 20140101AFI20240724BHJP

   B23K 9/04 20060101ALI20240724BHJP

【ＦＩ】

B23K26/342

B23K9/04 Q

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020179359

(22)【出願日】2020-10-27

(65)【公開番号】P2022070340

(43)【公開日】2022-05-13

【審査請求日】2023-07-25

(73)【特許権者】

【識別番号】390001801

【氏名又は名称】大阪富士工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141852

【弁理士】

【氏名又は名称】吉本 力

(72)【発明者】

【氏名】米山 三樹男

(72)【発明者】

【氏名】辰巳 佳宏

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 康喜

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１５６５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２７７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１０９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２９７５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７２０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００９－０１３１７２８（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平０４－３４１５７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／３４２

Ｂ２３Ｋ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管部材の表面に対して、ニッケル基合金及び高融点金属を含む肉盛用材料で肉盛層を形成することで、前記管部材の表面の少なくとも一部を覆う外表面を形成する外表面形成工程を含み、
前記高融点金属が単一金属であることを特徴とするボイラーチューブの製造方法。

【請求項2】

前記管部材及び他の前記管部材の端部を接合する接合工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のボイラーチューブの製造方法。

【請求項3】

前記管部材及び他の前記管部材の端部が接合された後に、前記端部同士が接合されている接合部に対して、前記肉盛層を形成することで、前記接合部を覆う被覆面を形成する接合部被覆工程をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のボイラーチューブの製造方法。

【請求項4】

前記外表面形成工程では、前記ニッケル基合金の粉末及び前記高融点金属の粉末を含む前記肉盛用材料を溶材として前記管部材の表面に向けて噴射しつつ、前記管部材の表面に向けてレーザビームを照射し、前記溶材を溶融させて前記管部材の表面に固着させる肉盛溶接により、前記肉盛層を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボイラーチューブの製造方法。

【請求項5】

前記外表面形成工程では、前記管部材の表面に向けてアークを放射させつつ、前記ニッケル基合金の粉末及び前記高融点金属の粉末を含む前記肉盛用材料を溶材として前記アークに向けて噴射し、前記溶材を溶融させて前記管部材の表面に固着させる肉盛溶接により、前記肉盛層を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボイラーチューブの製造方法。

【請求項6】

前記外表面形成工程では、前記管部材の表面に向けてアークを放射させつつ、前記ニッケル基合金及び前記高融点金属を含む前記肉盛用材料を溶材として前記アークにより生じる溶接池に投入し、前記溶材を溶融させて前記管部材の表面に固着させる肉盛溶接により、前記肉盛層を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボイラーチューブの製造方法。

【請求項7】

前記外表面形成工程では、前記肉盛層を形成するとき、前記肉盛層を形成するための層形成装置及び前記管部材を相対的に移動させることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のボイラーチューブの製造方法。

【請求項8】

前記肉盛用材料の熱伝導度が、前記管部材の熱伝導度と一致することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のボイラーチューブの製造方法。

【請求項9】

前記単一金属は、モリブデン、タングステン、又は、バナジウムのいずれかであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のボイラーチューブの製造方法。

【請求項10】

前記単一金属の融点が、鉄の融点よりも高いことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のボイラーチューブの製造方法。

【請求項11】

前記単一金属の融点が、２０００℃以上であることを特徴とする請求項１０に記載のボイラーチューブの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラーチューブの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

流動材に起因する摩耗への対応として、ボイラーチューブに使用される管の表面には、肉盛層が形成される場合がある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－０５０００３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

管の表面に形成される肉盛層は、耐摩耗性の観点から、管の表面に形成される下盛層及びその下盛層を介して管の表面に形成される上盛層を含む場合がある。

【0005】

上盛層としては、管の耐摩耗性を向上させるために高クロム鋳鉄の肉盛層が使用される。また、高クロム鋳鉄におけるカーボンの含有量は、２．０ｗｔ％程度である。高クロム鋳鉄は、カーボンの含有率が高いゆえに、耐摩耗性が高い。ただし、高クロム鋳鉄の肉盛層が形成されるとき、白銑化及び残留応力に起因して肉盛層に亀裂が生じることが多々ある。また、高クロム鋳鉄の肉盛層の亀裂に対して、流動材が接触すると、その亀裂が広がってしまう虞がある。

【0006】

それゆえに、従来では、高い靱性を有する金属であるステンレス鋼の肉盛層を下盛層とし、上盛層で生じた亀裂が管部材にまで広がるのを抑制する。しかしながら、この場合、２種類の肉盛層を順次、管の表面に形成する必要があり、手間である。

【0007】

本発明の目的は、高い耐摩耗性を確保しつつ、下盛りの形成を省略可能とするボイラーチューブの製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）第１の発明は、管部材の表面に対して、ニッケル基合金及び高融点金属を含む肉盛用材料で肉盛層を形成することで、管部材の表面の少なくとも一部を覆う外表面を形成する外表面形成工程を含むことを特徴とするボイラーチューブの製造方法である。

【0009】

第１の発明によれば、管部材の表面に、肉盛用材料に対応する肉盛層の外表面を形成することができる。これにより、管部材の表面に、肉盛用材料と同じ特性の外表面が形成される。したがって、高い耐摩耗性を確保しつつ、下盛りの形成を省略することができる。

【0010】

（２）第２の発明は、第１の発明に従属し、管部材及び他の管部材の端部を接合する接合工程をさらに含むことを特徴とするボイラーチューブの製造方法である。

【0011】

第２の発明によれば、管部材及び他の管部材の端部を接合することができる。

【0012】

（３）第３の発明は、第２の発明に従属し、管部材及び他の管部材の端部が接合された後に、端部同士が接合されている接合部に対して、肉盛層を形成することで、接合部を覆う被覆面を形成する接合部被覆工程をさらに含むことを特徴とするボイラーチューブの製造方法である。

【0013】

第３の発明によれば、接合部に肉盛用材料に対応する肉盛層の被覆面を形成することができる。これにより、接合部に、肉盛用材料と同じ特性の被覆面が形成される。したがって、接合部における耐摩耗性を効率よく向上させることができる。

【0014】

（４）第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明に従属し、外表面形成工程では、ニッケル基合金の粉末及び高融点金属の粉末を含む肉盛用材料を溶材として表面に向けて噴射しつつ、管部材の表面に向けてレーザビームを照射し、溶材を溶融させて管部材の表面に固着させる肉盛溶接により、肉盛層を形成することを特徴とするボイラーチューブの製造方法である。

【0015】

第４の発明によれば、管部材の表面での溶融を抑制することができる。

【0016】

（５）第５の発明は、第１から第３のいずれかの発明に従属し、外表面形成工程では、管部材の表面に向けてアークを放射させつつ、ニッケル基合金の粉末及び高融点金属の粉末を含む肉盛用材料を溶材としてアークに向けて噴射し、溶材を溶融させて管部材の表面に固着させる肉盛溶接により、肉盛層を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボイラーチューブの製造方法。

【0017】

（６）第６の発明は、第１から第３のいずれかの発明に従属し、外表面形成工程では、管部材の表面に向けてアークを放射させつつ、ニッケル基合金及び高融点金属を含む肉盛用材料を溶材としてアークにより生じる溶接池に投入し、溶材を溶融させて管部材の表面に固着させる肉盛溶接により、肉盛層を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボイラーチューブの製造方法。

【0018】

（７）第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明に従属し、外表面形成工程では、肉盛層を形成するとき、肉盛層を形成するための層形成装置及び管部材を相対的に移動させることを特徴とするボイラーチューブの製造方法である。

【0019】

第７の発明によれば、管部材の表面に隙間なく連続する肉盛層を形成することができる。

【0020】

（８）第８の発明は、第１から第７のいずれかの発明に従属し、肉盛用材料の熱伝導度が、管部材の熱伝導度と略一致することを特徴とするボイラーチューブの製造方法である。

【0021】

第８の発明によれば、肉盛層及び管部材の熱伝導度の差に起因する熱交換性の低下を抑制することができる。

【0022】

（９）第９の発明は、第１から第８のいずれかの発明に従属し、高融点金属は、モリブデン、タングステン、及び、バナジウムのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とするボイラーチューブの製造方法である。

【0023】

第９の発明によれば、肉盛用材料に対応する肉盛層において、高い耐摩耗性を確保することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、高い耐摩耗性を有するボイラーチューブを効率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は管部材の表面上に肉盛層を形成している様子の一例を概略的に示す図である。

【図2】図２は各ニッケル基合金での各成分の含有率の違いを示す表である。

【図3】図３は各材料のビッカース硬さ及び熱伝導度の違いを示す表である。

【図4】図４は各材料の減肉体積及びエロージョン率の違いを示す表である。

【図5】図５は肉盛層での高融点金属の粒子の様子の一例を概略的に示す図である。

【図6】図６は肉盛層での高融点金属の粒子の様子の他の例を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

１．ボイラーチューブの製造方法
先ず、図１に示すような管部材１及び層形成装置３を用意する。本実施形態における管部材１は鉄系材料により形成されている管である。さらに、管部材１は、表面１ａにおける付着物（スケール）が予め除去されているものとする。

【0027】

また、層形成装置３は、肉盛溶接に対応する溶接装置である。また、肉盛溶接とは、ガス溶接、レーザ溶接及びアーク溶接等の周知の溶接方法を利用して、金属製の母材（本実施形態では、管部材１）の表面上に金属を肉盛する溶接方法である。

【0028】

また、ガス溶接とは、可燃性ガスを燃焼する際の熱を利用して金属同士の接合を行う溶接である。アーク溶接とは、空気中でのアーク放電を利用して、金属同士の接合を行う溶接である。レーザ溶接とは、レーザビームのエネルギーを利用して、金属同士の接合を行う溶接である。

【0029】

肉盛溶接に対応する溶接装置としては、たとえば、ＬＭＤ（Laser Metal Deposition）方式（レーザクラッティング方式）に対応する溶接装置、ＰＴＡ（Plasma Transferred Arc）方式に対応する溶接装置、及び、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）方式に対応する溶接装置等が挙げられる。なお、本実施例では、管部材１の溶融を抑制するために、レーザクラッティング方式に対応する溶接装置を用いる。

【0030】

次に、外表面形成工程を実施する。外表面形成工程とは、管部材１の表面１ａに肉盛層１３を形成することで、その表面１ａの少なくとも一部を覆う外表面を形成する工程を指す。

【0031】

また、肉盛層１３とは、表面１ａ上に肉盛される金属から成る層である。以下、図１を参照して、外表面形成工程における一連の動作を説明する。図１は、管部材１の表面１ａ上に肉盛層１３を形成している様子の一例を概略的に示す図である。

【0032】

先ず、層形成装置３に備えられたノズル５から、表面１ａにむけて、粉末状の金属からなる溶材７がガスとともに噴射される。なお、溶材７は、表面１ａと直交する方向でその表面１ａに向けて噴射される。

【0033】

また、溶材７及びガスの噴射に伴って、複数の方向から表面１ａに向けて、レーザビーム９が連続的に照射される。図１に示す例では、２つの方向からレーザビーム９が照射されているが、３つ以上の方向からレーザビーム９が照射されてもよい。なお、各レーザビーム９は、溶材７の噴射方向に対して外側から、その噴射方向に徐々に近づくように斜めに照射され、各レーザビーム９は、同一の照射位置１１で集光する。照明位置１１は、表面１ａ上、または、表面１ａから離間した位置である。

【0034】

これらのことから、表面１ａの溶融を抑制しつつ、溶材７が溶融され、自然冷却に起因して、溶材７が表面１ａに固着される。すなわち、溶材７に対応する金属が表面１ａ上で肉盛される。

【0035】

また、上述したように表面１ａ上に肉盛層１３が形成されるとき、層形成装置３及び管部材１が相対的に移動する。なお、この場合、層形成装置３及び管部材１間の距離が一定に保たれた状態で、層形成装置３及び管部材１が相対的に移動する。

【0036】

たとえば、図１に示すように、管部材１が回転しながら、層形成装置３がその管部材１の軸線方向に沿って移動する。これにより、表面１ａ上に隙間なく連続する肉盛層１３が形成される。なお、図１における表面１ａは、具体的には、管部材１の側面である。

【0037】

また、層形成装置３及び管部材１の相対的な移動は、繰り返し行われてもよい。この場合、表面１ａ上に複数の層が積層される。したがって、層形成装置３及び管部材１の相対的な移動が繰り返し行われる場合、肉盛層１３は、複数の層を含む。

【0038】

また、層形成装置３の位置が固定され、管部材１が回転しながら、軸線方向に沿って移動してもよい。

【0039】

さらに、管部材１が固定され、層形成装置３が管部材１の中心軸を中心とする螺旋状の軌道に沿って管部材１の周囲を移動してもよい。ただし、この場合、レーザビーム９等の照射方向は、管部材１の表面１ａの方向を向く。

【0040】

なお、本実施形態では、表面１ａ上に、略均一な厚みの肉盛層１３を形成するために、層形成装置３及び管部材１が一定の速度で相対的に移動する。

【0041】

また、層形成装置３として、ＰＴＡ方式に対応する溶接装置が使用される場合、レーザビーム９のように管部材１の表面１ａにアークが放射される。また、この場合、溶材７がアークに向けて噴射される。アークに向けて噴射される溶材７は、そのアークにより溶融され、管部材１の表面１ａに肉盛層１３として固着される。

【0042】

さらに、層形成装置３として、ＴＩＧ方式に対応する溶接装置が使用される場合は、上述したように、管部材１の表面１ａにアークが放射される。また、この場合、アークによって管部材１の表面１ａに生じる溶融池に溶材７と同様の材料を含む溶加棒（溶接棒）が投入される。したがって、管部材１の表面１ａに肉盛層１３が固着される。さらに、層形成装置３として、ＴＩＧ方式に対応する溶接装置が使用される場合、その溶接装置には、溶加棒を投入するための装置も含まれる。

【0043】

本実施形態では、外表面形成工程の後に、管部材１及びその他の管部材１の端部同士を接合する工程（接合工程）が実施されてもよい。

【0044】

接合工程では、上述したようなガス溶接、アーク溶接、及び、レーザ溶接等の溶接方法に対応する溶接装置で、管部材１及びその他の管部材１の端部同士を接合する。

【0045】

接合工程では、たとえば、ＴＩＧ方式に対応する溶接装置が使用される。なお、接合工程の際には、管部材１と同じ材料を溶材として使用する。

【0046】

また、接合工程が実施される場合、その接合工程の後に、接合部被覆工程が実施されてもよい。接合部被覆工程とは、接合部に対して、肉盛層１３を形成することで、少なくともその接合部の全体を覆う被覆面を形成する工程である。

【0047】

接合部被覆工程においては、上述したように、層形成装置３及び管部材１が相対的に移動することで接合部を覆うように肉盛層１３が形成される。また、予め、管部材１及びその他の管部材１の端部同士が接合されている場合は、外表面形成工程の後、接合工程を行わずに接合部被覆工程が実施される。

【0048】

また、管部材１の表面１ａのスケールを除去する必要がある場合は、スケールを除去するための工程（スケール除去工程）がボイラーチューブの製造方法に含まれてもよい。ただし、この場合、スケール除去工程は、外表面形成工程及び接合部被覆工程よりも先に実施される。

【0049】

２．溶材
本実施形態における溶材７は、ニッケル基合金及び高融点金属を含む材料（肉盛用材料）に対応する。したがって、溶材７は、粉末状のニッケル基合金及び粉末状の高融点金属を含み、表面１ａ上には、肉盛用材料により肉盛層１３が形成される。

【0050】

ニッケル基合金は、ニッケルを主成分とする合金であって、たとえば、靱性が高い金属である。本実施形態では、室温（たとえば２５℃）での硬度が高クロム鋳鉄よりも低く、かつ、温度の変化に伴う、硬度の変化量が高クロム鋳鉄よりも少ないニッケル基合金を使用する。

【0051】

なお、硬度は、靱性及び耐摩耗性の指標である。また、靱性及び耐摩耗性はトレードオフの関係である。たとえば、物体Ａの硬度が物体Ｂの硬度よりも高い場合、物体Ａの耐摩耗性は、物体Ｂの耐摩耗性よりも優れているといえる。一方で、この場合、物体Ａの靭性は、物体Ｂの靱性よりも劣っているといえる。

【0052】

ニッケル基合金としては、たとえば、ハステロイ（商標登録）Ｃ、Ｕｄｉｍｅｔ５２０、バナジウム含有ハステロイ合金、及び、硬質ニッケル基合金等が挙げられる。

【0053】

図２に示すように、ニッケル基合金は、たとえば、クロム（Ｃｒ）を含む。クロムの含有量は、たとえば、３ｗｔ％以上であり、好ましくは、１０ｗｔ％以上、より好ましくは、１５ｗｔ％以上である。なお、図２は、各ニッケル基合金での各成分の含有率の違いを示す表である。

【0054】

また、ニッケル基合金には、カーボン（Ｃ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、及び、タングステン（Ｗ）のうち、少なくとも１つ以上が含まれても良い。なお、ニッケル基合金にカーボンが含まれる場合、カーボンの含有量は、０．０４ｗｔ％以下であることが好ましい。また、ニッケル基合金にカーボンが含まれる場合、カーボンの含有量は、０．０２ｗｔ％以下がより好ましく、０．０１ｗｔ％以下がさらにより好ましい。

【0055】

本実施形態における、高融点金属は、融点が鉄の融点よりも高い金属である。また、高融点金属としては、融点が２０００℃以上の金属が好ましい。さらに、高融点金属としては、融点が２５００℃以上の金属がより好ましい。さらにまた、高融点金属としては、融点が３０００℃以上の金属がさらに好ましい。

【0056】

また、高融点金属としては、単一で高い耐摩耗性を有する金属（単一金属）が用いられる。具体的に、高融点金属としては、モリブデン、タングステン、及び、バナジウム等が用いられる。また、高融点金属としては、複数の単一金属から成る金属（複数金属）が用いられても良い。

【0057】

図３は、各材料のビッカース硬さ及び熱伝導度の違いを示す表である。図３に示すように、室温における肉盛用材料のビッカース硬さは３８０ＨＶである。高温（たとえば８００℃）における肉盛用材料のビッカース硬さは２００ＨＶである。肉盛用材料の熱伝導度は、０．１Ｃａl／ｃｍ・Ｓ・℃である。

【0058】

また、室温におけるインコネル６２５のビッカース硬さは２００ＨＶである。高温におけるインコネル６２５のビッカース硬さは１５０ＨＶである。インコネル６２５の熱伝導度は、０．０２Ｃａl／ｃｍ・Ｓ・℃である。なお、インコネル６２５は、従来、肉盛用材料として使用されている。また、インコネル６２５は、高温において、硬度が高クロム鋳鉄よりも高い。

【0059】

さらに、室温における管部材１を形成する材料（管材料）のビッカース硬さは１８０ＨＶである。高温における管部材１のビッカース硬さは２０ＨＶである。管材料の熱伝導度は、０．１Ｃａl／ｃｍ・Ｓ・℃である。

【0060】

図３に示すように、本実施形態の肉盛用材料は、高温において、硬度がインコネル６２５等よりも高い。したがって、本実施形態に従って製造されるボイラーチューブが高温の環境下で使用される場合、従来よりも高い耐摩耗性を確保することができる。

【0061】

また、熱伝導度の観点では、肉盛用材料の熱伝導度は、高クロム鋳鉄の熱伝導度（０．０５５Ｃａl／ｃｍ・Ｓ・℃）及び図３が示す各種材料の熱伝導度より優れる。すなわち、本実施形態に従って製造されるボイラーチューブは、従来よりも熱交換性に優れるといえる。また、従来よりも、肉盛層１３の形成に伴う熱交換性の低下を抑制できるともいえる。

【0062】

さらに、ニッケル基合金におけるカーボンの含有率が高クロム鋳鉄よりも低いことから、本実施形態での肉盛用材料のカーボンの含有率は、高クロム鋳鉄よりも低い。したがって、肉盛層１３を形成する際に亀裂の発生を抑制することができる。

【0063】

本実施形態では、肉盛用材料に上述した特性を持たせるために、ニッケル基合金及び高融点金属の構成比率が設定される。たとえば、肉盛用材料における高融点金属の構成比率が３０ｖｏｌ％以上、かつ、７０ｖｏｌ％以下になるように設定される。このことは、ニッケル基合金も同様である。なお、ニッケル基合金及び高融点金属の構成比率は、トレードオフの関係である。したがって、高融点金属の構成比率が３０ｖｏｌ％に設定される場合は、ニッケル基合金の構成比率は、７０ｖｏｌ％に設定される。

【0064】

さらに、肉盛用材料に上述した特性を持たせるために、高融点金属として使用する金属、及び、ニッケル基合金として使用する金属も適宜に設定される。

【0065】

したがって、高温における肉盛用材料のビッカース硬さについては、１５０ＨＶより高くなるように、肉盛用材料のニッケル基合金及び高融点金属の構成比率等が設定されることが好ましい。

【0066】

また、肉盛用材料の熱伝導度が管材料の熱伝導度と略一致するように、肉盛用材料のニッケル基合金及び高融点金属等が設定されるのが好ましい。具体的には、管材料及び肉盛用材料での熱伝導度の差が、０．３Ｃａl／ｃｍ・Ｓ・℃以下であることが好ましく、０．２Ｃａl／ｃｍ・Ｓ・℃以下であればより好ましく、０．１Ｃａl／ｃｍ・Ｓ・℃以下であればさらに好ましい。

【0067】

図４は、ＭＳＥ（Micro Slurry-jet Erosion）試験での各材料の減肉体積及びエロージョン率の違いを示す表である。なお、肉盛用材料Ａは、ハステロイＣ及び高融点金属から成る。肉盛用材料Ｂは、Ｕｄｉｍｅｔ５２０及び高融点金属から成る。肉盛用材料Ｃは、バナジウム含有ハステロイ合金及び高融点金属から成る。肉盛用材料Ｄは、硬質ニッケル基合金及び高融点金属から成る。また、肉盛用材料Ａ～Ｄにおける高融点金属の種類は同じである。さらに、肉盛用材料Ａ～Ｄにおけるニッケル基合金、及び、高融点金属の構成比率も同じである。

【0068】

また、図４に示す減肉体積は、微細な金属の粒子を肉盛層の表面に投射し、粒子の接触に起因して削れた肉盛層の体積である。また、エロージョン率は、単位投射粒子量当りのエロージョン深さである。さらに、エロージョン深さとは、エロージョン摩耗に起因して、肉盛層で形成されたクレータの深さである。このＭＳＥ試験では、肉盛層の表面に対する角度が４５度とされる位置から、粒子径の平均が０．３μｍとされる多角アルミナを４５秒かけて１ｇ投射する。

【0069】

図４に示すように、肉盛用合金Ａの減肉体積は、２．３９×１０^－３ｍｍ^３である。肉盛用合金Ａのエロージョン率は、０．０５２μｍ／ｇである。

【0070】

また、肉盛用合金Ｂの減肉体積は、１．０８×１０^－３ｍｍ^３である。肉盛用合金Ｂのエロージョン率は、０．０１７μｍ／ｇである。

【0071】

さらに、肉盛用合金Ｃの減肉体積は、１．８７×１０^－３ｍｍ^３である。肉盛用合金Ｃのエロージョン率は、０．０３１μｍ／ｇである。

【0072】

さらにまた、肉盛用合金Ｄの減肉体積は、１．２２×１０^－３ｍｍ^３である。肉盛用合金Ｄのエロージョン率は、０．０３４μｍ／ｇである。

【0073】

これらに対して、管材料の減肉体積は、６．０９×１０^－３ｍｍ^３である。管材料のエロージョン率は、０．１０２μｍ／ｇである。

【0074】

図４に示すように、管部材１の表面１ａに肉盛層１３を形成した場合、減肉体積を大幅に減らすことができる。具体的には、管部材１の表面１ａに肉盛層１３を形成した場合、減肉体積を、管材料に対応する減肉体積の２分の１以下まで減らせることができる。

【0075】

また、エロージョン率についても、大幅に減らすことができる。具体的には、管部材１の表面１ａに肉盛層１３を形成した場合、エロージョン率を、管材料に対応するエロージョン率の２分の１以下まで減らせることができる。

【0076】

また、本実施形態では、図５及び図６に示すように、肉盛層１３において粒子状の高融点金属が未融解のまま残存する。図５は、肉盛層１３での高融点金属の粒子の様子の一例を概略的に示す図である。図６は、肉盛層１３での高融点金属の粒子の様子の他の例を概略的に示す図である。

【0077】

図５に示すように、高融点金属の各粒子の粒径が同様の場合、各粒子間にある程度の隙間が生じる。一方で、図６に示すように、高融点金属の各粒子の粒径が分散していると、各粒子の粒径の差に起因して各粒子間の隙間が小さくなり、肉盛層１３の硬度が向上する。したがって、高融点金属の粒子の粒径については、予め定められる粒径の範囲（粒径範囲）内で分散する方が好ましい。

【0078】

具体的に、高融点金属の粒径範囲は、１００μｍ以下であることが好ましい。また、高融点金属の粒径範囲は、２５μｍ以上、１００μｍ以下であることがより好ましい。たとえば、高融点金属の粒子の粒径が５０μｍ以下の粒子と、５０～１００μｍの粒子を含む場合、高融点金属の粒子の構成比率は、５０～１００μｍの粒子の方が高いことが好ましい。例えば、粒径が５０μｍ以下の粒子の構成比率が３０％、粒径が５０～１００μｍの粒子の構成比率が７０％に設定される。なお、ニッケル基合金の粒径範囲は、５０～１５０μｍであることが好ましい。

【符号の説明】

【0079】

１ 管部材
１ａ 表面
１ｂ 端部
３ 層形成装置
５ ノズル
７ 溶材
９ レーザビーム
１１ 照射位置
１３ 肉盛層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】