JP2819635B2 - Stainless steel cladding materials - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ステンレス鋼表面にレーザ照射に基づいて
クラッド層を形成して、耐食性を改善する場合に使用さ
れるクラッド用材料に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cladding material used for forming a cladding layer on a stainless steel surface based on laser irradiation and improving corrosion resistance. .
「従来の技術」 ステンレス鋼は、一般に建造物、橋梁、原子力発電プ
ラント、化学プラント等に多用されており、大気中にお
いて、空気中の酸素と組織中のクロムとが反応してステ
ンレス鋼の表面に薄いクロム酸化物の不働態化被膜が形
成されることに基づいて、本質的に良好な耐食性を有し
ているが、ステンレス鋼が硫化水素、塩素イオン、溶存
酸素高温水等の腐食性流体に接触する場合は、ステンレ
ス鋼の表面に孔食や腐食による割れが発生し易い。"Conventional technology" Stainless steel is commonly used in buildings, bridges, nuclear power plants, chemical plants, and the like. In the atmosphere, oxygen in the air reacts with chromium in the tissue to form a surface of the stainless steel. Stainless steel has essentially good corrosion resistance based on the formation of a thin passivation film of chromium oxide on the surface, but stainless steel is not suitable for corrosive fluids such as hydrogen sulfide, chlorine ions, and dissolved oxygen and high-temperature water. When it comes into contact with the stainless steel, cracks due to pitting or corrosion are likely to occur on the surface of the stainless steel.
従来、ステンレス鋼の表面の腐食性が問題視される場
合は、酸等を使用して不働態化被膜を強化することによ
ってこれに対処することが考えられている。Conventionally, when the corrosion of the surface of stainless steel is regarded as a problem, it has been considered to cope with this by strengthening the passivation film using an acid or the like.
「発明が解決しようとする課題」 しかし、酸等を使用してステンレス鋼の不働態化被膜
を強化した場合であっても、ステンレス鋼が腐食性流体
に接触している条件が取り除かれない限り、腐食現象が
次第に進行することを避けることができない。"Problems to be Solved by the Invention" However, even when the passivation film of stainless steel is strengthened using an acid or the like, unless the condition in which the stainless steel is in contact with the corrosive fluid is removed. Inevitably, the corrosion phenomenon gradually progresses.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ステン
レス鋼が本来有している不働態化被膜による耐食性に、
クラッド層による良好な耐食性を付加するためのクラッ
ド用材料を提供するものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, the corrosion resistance due to the passivation film that stainless steel originally has,
An object of the present invention is to provide a clad material for adding good corrosion resistance by a clad layer.
「課題を解決するための手段」 かかる課題を解決するための３つの手段を提案してお
り、第１の手段は、ステンレス鋼表面にクロム系複合材
からなる金属粉末とバインダとの混合塗料を塗布して、
レーザ照射によって焼成することによりクラッド層を形
成するためのものであるが、前記金属粉末の成分が Cr:20〜60重量％ Ni:30〜70重量％ Mo:残部 の混合体であることを特徴とするステンレス鋼のクラッ
ド用材料としている。"Means for Solving the Problems" Three means for solving the problems have been proposed. The first means is to apply a mixed paint of a metal powder composed of a chromium-based composite material and a binder on a stainless steel surface. Apply,
This is for forming a clad layer by firing by laser irradiation, wherein the component of the metal powder is a mixture of Cr: 20 to 60 wt% Ni: 30 to 70 wt% Mo: balance. Stainless steel clad material.
第２の手段は、第１の手段に付加して金属粉末の成分
が Cr:20〜60重量％ Ni:20〜60重量％ Mo:20重量％以下 Fe:残部 の混合体であることを特徴とするステンレス鋼のクラッ
ド用材料としている。The second means is characterized in that, in addition to the first means, the component of the metal powder is a mixture of Cr: 20 to 60% by weight Ni: 20 to 60% by weight Mo: 20% by weight or less Fe: balance Stainless steel clad material.
第３の手段は、第１の手段または第２の手段に付加し
て、バインダの成分が C :20〜50重量％ Al2O3:40重量％以下 SiO2 :10〜60重量％ H :2重量％以下 の混合体であることを特徴とするステンレス鋼のクラッ
ド用材料としている。Third means, in addition to the first means or the second means, the components of the binder C: 20 to 50 wt% Al 2 O 3: 40 wt% or less SiO 2: 10 to 60 wt% H: It is a material for clad stainless steel characterized by being a mixture of 2% by weight or less.
「作用」 ステンレス鋼表面に金属粉末とバインダとの混合塗料
を塗布して塗膜を形成し、この塗膜をレーザ照射により
焼成してクラッド層を形成するのであるが、この場合に
あって、塗膜を構成しているCr、Ni、Mo等は、レーザ照
射により溶解して、ステンレス鋼母材の一部の溶解部分
と混ざって相互に希釈され、クラッド層の組成は、金属
粉末及びステンレス鋼の組成の中間的なものとなり、生
成されたクラッド層は、ステンレス鋼単独の場合と比較
して著しく耐食性が向上し、かつ、割れ等を発生を抑制
することができる。そして、Cr、NiにMoを適量加えるこ
とにより、孔食による腐食の発生を防止する。"Action" A mixed paint of a metal powder and a binder is applied to the stainless steel surface to form a coating film, and this coating film is fired by laser irradiation to form a clad layer. In this case, Cr, Ni, Mo, etc. constituting the coating film are melted by laser irradiation, mixed with a part of the stainless steel base material and diluted mutually, and the composition of the cladding layer is made of metal powder and stainless steel. The resulting clad layer has an intermediate composition of steel, and the formed clad layer has significantly improved corrosion resistance as compared with the case of stainless steel alone, and can suppress the occurrence of cracks and the like. Then, by adding an appropriate amount of Mo to Cr and Ni, the occurrence of corrosion due to pitting corrosion is prevented.
また、Cr、Ni、MoにFeを適量加えることにより、上記
の作用、ステンレス鋼単独を上回る耐食性の向上、孔食
による腐食の防止に加え、ステンレス鋼表面へのぬれ性
が良好なものとなって、クラッド層の仕上がり表面が平
坦なものとなる。In addition, by adding an appropriate amount of Fe to Cr, Ni, and Mo, in addition to the above-mentioned effects, improvement of corrosion resistance over stainless steel alone, prevention of corrosion due to pitting, good wettability to the stainless steel surface Thus, the finished surface of the clad layer becomes flat.
さらに、バインダの中にＣを付加することにより、塗
膜を黒色としてレーザビームの反射を少なくして焼成効
率を向上させ、かつ、SiO2を適量配合することにより塗
膜の耐熱性向上を図って、金属粉末をステンレス鋼表面
に付着させた状態を維持しながら、むらの少ない焼成を
行なうことを可能とするものである。Furthermore, by adding C to the binder, the coating film is made black to reduce the reflection of the laser beam to improve the firing efficiency, and by adding an appropriate amount of SiO 2 , the heat resistance of the coating film is improved. Thus, it is possible to perform firing with less unevenness while maintaining a state in which the metal powder adheres to the surface of the stainless steel.
「実施例」 第１図は、本発明に係るステンレス鋼のクラッド用材
料を使用して、ステンレス鋼表面にクラッド層を形成す
る作業工程例を示しており、図中において、符号Ｌはレ
ーザビーム、１はステンレス鋼、２は塗膜、３はクラッ
ド層である。"Example" Fig. 1 shows an example of an operation process for forming a clad layer on a stainless steel surface by using a stainless steel clad material according to the present invention. 1 is a stainless steel, 2 is a coating film, and 3 is a clad layer.
ステンレス鋼（板または管）１の表面（管の場合は内
面等）に、製造時あるいはその後の加工に基づく傷等の
凹凸が残されている場合は、機械加工や表面研磨加工等
によって、例えば仕上げ記号▽▽▽程度の精度（1.5〜6
S）の平滑な状態に整面加工を施し、表面平滑化したス
テンレス鋼１について、表面平滑化工程で付着した油脂
分、酸化スケール等を有機溶剤または酸洗い等により除
去しておく。If irregularities such as scratches due to manufacturing or subsequent processing are left on the surface (inner surface or the like in the case of a tube) of the stainless steel (plate or tube) 1, for example, by machining or surface polishing, etc. Finish symbol ▽▽▽ accuracy (1.5 to 6
In the stainless steel 1 whose surface is smoothed by smoothing the surface of S) and the surface of which is smoothed, oils and fats, oxide scale, and the like adhered in the surface smoothing step are removed by an organic solvent or pickling.
ただし、脱脂工程後には、処理したステンレス鋼１が
再び大気中に放置されるために、ステンレス鋼１の平滑
化表面が空気中の酸素に接触することによって、平滑化
表面に薄い不働態化被膜が自然に形成されることにな
る。However, after the degreasing step, the treated stainless steel 1 is left in the air again, so that the smoothened surface of the stainless steel 1 comes into contact with oxygen in the air, and thus a thin passivation film is formed on the smoothed surface. Is formed naturally.
後述するクラッド層３を形成するための主材料とし
て、クロム系複合材の金属粉末を用意する。該クロム系
複合材の配合比は、例えば第１表に示すように設定さ
れ、該粉末の平均粒径は、例えば40μｍとする。A metal powder of a chromium-based composite material is prepared as a main material for forming a cladding layer 3 described later. The compounding ratio of the chromium-based composite material is set, for example, as shown in Table 1, and the average particle size of the powder is, for example, 40 μm.
また、金属粉末を保持するためのバインダとして、有
機溶剤系の耐熱塗料等を用意する。このバインダに要求
される性能は、レーザビームの照射時に蒸発または分解
してクラッド層３の中に残存しないことと、レーザビー
ムから若干離間した位置において金属粉末を処理母材
（ステンレス鋼）の表面に保持する耐熱性を有すること
である。また、素材の水素割れを防止するために、水素
成分が少ないものがよく、例えば第２表のように設定し
た黒色ペイントを使用する。 An organic solvent-based heat-resistant paint or the like is prepared as a binder for holding the metal powder. The performance required for this binder is that it does not evaporate or decompose during laser beam irradiation and does not remain in the cladding layer 3 and that the metal powder is coated at a position slightly apart from the laser beam on the surface of the base metal (stainless steel). To have the heat resistance to be maintained. Further, in order to prevent hydrogen cracking of the material, a material having a small hydrogen component is preferable. For example, a black paint set as shown in Table 2 is used.
これらクロム系複合材からなる金属粉末及びバインダ
の混合塗料を、ステンレス鋼１の表面に塗布し、自然乾
燥または強制乾燥させる等により、塗膜２を形成する。
この場合の塗膜２の厚さは、例えば500μｍ程度とし、
そして、塗膜２は、250℃程度まで金属粉末をステンレ
ス鋼１の表面に付着状態に保持する前述した耐熱性を有
するものが使用される。 The mixed paint of the metal powder and the binder made of the chromium-based composite material is applied to the surface of the stainless steel 1, and the coating film 2 is formed by natural drying or forced drying.
In this case, the thickness of the coating film 2 is, for example, about 500 μm,
As the coating film 2, a film having the above-described heat resistance that keeps the metal powder adhered to the surface of the stainless steel 1 up to about 250 ° C. is used.
第１図に示すように、塗膜２を例えばYAGレーザを利
用したレーザビームＬによって大気中雰囲気で加熱して
塗膜２を溶解させ、第１図の矢印（Ａ）で示すように、
レーザビームＬを進行させることによって、塗膜２の焼
成を順次行ない、その後、レーザビームＬの後方に位置
する溶融部分が固化状態となることによってクラッド層
３が形成される。As shown in FIG. 1, the coating film 2 is heated in an atmosphere in the atmosphere by a laser beam L using, for example, a YAG laser to dissolve the coating film 2, and as shown by an arrow (A) in FIG.
The coating film 2 is sequentially fired by advancing the laser beam L, and then the molten portion located behind the laser beam L is solidified to form the cladding layer 3.
そして、YAGレーザによる焼成処理は、例えば出力600
W、スポット直径0.8〜2.5mm、レーザ移動速度0.2〜1.0m
/分、１回のビード幅１〜2.0mm、大気中雰囲気での焼成
とされる。The firing process using the YAG laser is performed, for example, with an output of 600
W, spot diameter 0.8-2.5mm, laser moving speed 0.2-1.0m
Per minute, the bead width is 1 to 2.0 mm, and firing is performed in an atmosphere in the air.
この場合にあって、塗膜２が黒色状態であると（つま
り、第２表で示したバインダにカーボンブラックを適量
配合しておくと）、塗膜２の表面におけるレーザビーム
Ｌの反射を抑制して、熱効率の向上を図ることができ
る。かつ、バインダの中に、第２表に示すように、SiO2
を適量配合させておくと、塗膜２の高温時における付着
性が向上し、レーザビームＬによる焼成熱がステンレス
鋼１に伝達されて徐々に高温化される場合に、前述の第
１表の金属粉末を例えば250℃程度までステンレス鋼１
の表面に付着させた状態の維持を行なって、金属粉末を
ステンレス鋼１の表面に均一に付着させたまま、焼成し
てクラッド層３とすることにより、焼成作業性の向上を
図ることができる。In this case, when the coating film 2 is in a black state (that is, when an appropriate amount of carbon black is mixed in the binder shown in Table 2), the reflection of the laser beam L on the surface of the coating film 2 is suppressed. Thus, the thermal efficiency can be improved. And, as shown in Table 2 , SiO 2
When an appropriate amount is mixed, the adhesion of the coating film 2 at high temperatures is improved, and when the heat of baking by the laser beam L is transmitted to the stainless steel 1 and gradually increased in temperature, Stainless steel 1 up to about 250 ° C
By maintaining the state in which the metal powder is adhered to the surface of the stainless steel 1 and sintering the metal powder while keeping the metal powder evenly adhered to the surface of the stainless steel 1, the clad layer 3 can be improved in sintering workability. .
また、レーザビームＬによって、塗膜２とともに、ス
テンレス鋼１の母材の一部が溶解されて、塗膜２とステ
ンレス鋼１の母材との両構成材料が溶融状態となること
により、その溶融部分で相互に混ざり合う現象が生じ、
溶融部分は、主として金属粉末とステンレス鋼１との中
間的な組成を示すものとなる。したがって、溶融部分が
固化すると、第３表に示すようなクラッド層３が形成さ
れることになる。In addition, the laser beam L dissolves a part of the base material of the stainless steel 1 together with the coating film 2, and both constituent materials of the coating film 2 and the base material of the stainless steel 1 are brought into a molten state. The phenomenon of mixing with each other occurs in the molten part,
The molten portion mainly shows an intermediate composition between the metal powder and the stainless steel 1. Therefore, when the molten portion is solidified, the clad layer 3 as shown in Table 3 is formed.
塗膜２の厚さが500μｍ程度とである場合に、レーザ
ビームＬの焼成によって生成されたクラッド層３は、厚
さが約250μｍとなり、金属粉末の配合比によりクラッ
ド層の組成成分比が変化した。 When the thickness of the coating film 2 is about 500 μm, the thickness of the clad layer 3 generated by firing the laser beam L becomes about 250 μm, and the composition ratio of the clad layer changes depending on the mixing ratio of the metal powder. did.
このような組成成分を有するクラッドステンレス鋼
は、クラッド層３に割れ等の不具合点のない平滑表面を
有するものが得られた。As the clad stainless steel having such a composition, a clad layer 3 having a smooth surface free from defects such as cracks was obtained.
特に、第１表における配合及び配合のものは、ク
ラッド層３の表面仕上がり状態が良好であり、これは、
Feを適量加えることによって、ステンレス鋼１の表面へ
のぬれ性が改良されたものと考えられる。In particular, the blends and blends in Table 1 have good surface finish of the cladding layer 3, which is
It is considered that the wettability to the surface of the stainless steel 1 was improved by adding an appropriate amount of Fe.
＜腐食試験例＞ また、耐食性を実証するために、厚さ5mmのSUS304板
の表面及び35mm口径のSUS304管の内面に、試料＃１ない
し試料＃15の金属粉末を使用して、前述の塗膜500μｍ
を形成してレーザで焼成することにより、組成成分の異
なるクラッドステンレス鋼を作成し、これらクラッドス
テンレス鋼をNaClの濃度が５％で、かつ硫酸を加えてpH
＝１に調整した沸騰状態の溶液に、33時間浸漬する実験
を行なったところ、第４表に示す結果が得られた。<Corrosion test example> In addition, in order to demonstrate the corrosion resistance, the above-described coating was performed on the surface of a SUS304 plate having a thickness of 5 mm and the inner surface of a SUS304 pipe having a diameter of 35 mm using the metal powders of samples # 1 to # 15. 500 μm membrane
Is formed and calcined with a laser to produce clad stainless steels having different compositional components. These clad stainless steels have a NaCl concentration of 5%, and are added with sulfuric acid to adjust the pH.
An experiment of immersing in a boiling solution adjusted to = 1 for 33 hours was performed, and the results shown in Table 4 were obtained.
ただし、第４表の判定欄において、×は激しい腐食が
認められたもの、△は軽微な腐食が認められたもの、○
は腐食の形跡が認められなかったものを示している。 However, in the judgment column of Table 4, × indicates severe corrosion was observed, Δ indicates slight corrosion was observed, and ○
Indicates that no evidence of corrosion was observed.
なお、ステンレス鋼の母材（SUS304）そのものでクラ
ッド層を形成しなかった無処理素材を同様に実験したと
ころ、激しい腐食を生じた。In addition, when an untreated material in which a clad layer was not formed with the stainless steel base material (SUS304) itself was similarly tested, severe corrosion occurred.
これらの腐食試験結果から、第４表に示す試料＃10な
いし試料＃15の金属粉末を使用して形成されたクラッド
層３は、割れの発生が認められず、かつ、耐食性の点で
も優れた結果を示すことが確認された。From the results of these corrosion tests, the clad layer 3 formed using the metal powders of Samples # 10 to # 15 shown in Table 4 did not show any cracks and was excellent in corrosion resistance. It was confirmed to show the results.
なお、処理対象表面がステンレス鋼管の内面である場
合は、YAGレーザを利用することにより、光ファイバに
よるレーザビームの照射が可能なため、例えば内径35mm
程度の小口径管に対しても適用することができる。When the surface to be treated is the inner surface of a stainless steel pipe, the use of a YAG laser enables irradiation of a laser beam with an optical fiber.
It can also be applied to small diameter pipes.
「発明の効果」 以上説明したように、本発明におけるステンレス鋼の
クラッド用材料によれば、これを使用して、ステンレス
鋼表面にレーザ照射によってクラッド層を形成すると、
ステンレス鋼の表面にクロム量の大きなクラッド層が形
成されること等に基づいて、ステンレス鋼が本来有して
いる耐食性をさらに改良して、顕著な耐食性を付与する
ことができ、また、混合塗料による塗膜をレーザビーム
によって焼成するという簡単な手法よって行なわれるの
で、ステンレス鋼の耐食性を必要とする表面に容易に実
施することができる等の優れた効果を奏するものであ
る。"Effects of the Invention" As described above, according to the stainless steel cladding material of the present invention, when using this to form a cladding layer by laser irradiation on the stainless steel surface,
Based on the formation of a clad layer with a large amount of chromium on the surface of stainless steel, it is possible to further improve the inherent corrosion resistance of stainless steel and to provide remarkable corrosion resistance, Since the coating is performed by a simple method of baking the coating film with a laser beam, excellent effects can be achieved such that the coating can be easily applied to a surface of the stainless steel requiring corrosion resistance.
第１図は本発明に係るステンレス鋼のクラッド用材料を
使用してステンレス鋼表面にクラッド層を形成する作業
工程例を示す断面図である。 Ｌ……レーザビーム、 １……ステンレス鋼、 ２……塗膜、 ３……クラッド層。FIG. 1 is a sectional view showing an example of an operation process for forming a clad layer on a stainless steel surface using the stainless steel clad material according to the present invention. L: laser beam, 1: stainless steel, 2: coating film, 3: clad layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 24/10 Ｃ２３Ｃ 24/10 Ｂ 26/00 26/00 Ｅ (72)発明者 古屋 修治 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石川島播磨重工業株式会社横浜第一工場 内 (56)参考文献 特開 昭63−144885（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−242787（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−73084（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22F 3/00 - 7/08 C23C 24/10,26/00 C22C 19/05,27/04 - 27/06 C22C 1/04,33/02,38/44────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI C23C 24/10 C23C 24/10 B 26/00 26/00 E (72) Inventor Shuji Furuya Shin-Nakahara-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa No. 1 Ishikawajima-Harima Heavy Industries, Ltd. Yokohama first factory (56) References JP-A-63-144885 (JP, A) JP-A-1-242787 (JP, A) JP-A-64-73084 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) B22F 3/00-7/08 C23C 24 / 10,26 / 00 C22C 19 / 05,27 / 04-27/06 C22C 1 / 04,33 / 02,38 / 44
Claims (3)
る金属粉末とバインダとの混合塗料を塗布して、レーザ
照射によって焼成することによりクラッド層を形成する
ためのクラッド用材料であって、前記金属粉末の成分が Cr:20〜60重量％ Ni:30〜70重量％ Mo:残部 の混合体であることを特徴とするステンレス鋼のクラッ
ド用材料。1. A clad material for forming a clad layer by applying a mixed paint of a metal powder composed of a chromium-based composite material and a binder to the surface of stainless steel and firing by laser irradiation. A material for cladding stainless steel, wherein the component of the metal powder is a mixture of Cr: 20 to 60 wt% Ni: 30 to 70 wt% Mo: balance.
鋼のクラッド用材料。2. The stainless steel according to claim 1, wherein the component of the metal powder is a mixture of Cr: 20 to 60% by weight Ni: 20 to 60% by weight Mo: 20% by weight or less Fe: balance Material for cladding.
テンレス鋼のクラッド用材料。Components wherein binder C: 20 to 50 wt% Al 2 O 3: 40 wt% or less SiO 2: 10 to 60 wt% H: claims, characterized in that 2 is the weight percent of the mixture A material for cladding stainless steel according to item i or ii.
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