专利名称：合金被覆锅炉部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及各种锅炉中构成导热配管的管部件(以下称为“锅炉管”。)和构成带冷却水路的炉膛壳体的板材-管材复合面板(以下称为“锅炉炉膛面板”。)等锅炉部件，更具体涉及具有用来提高耐久性的合金覆层而且适合焊接施工的锅炉部件。
背景技术：
首先，若以锅炉管为例子，在锅炉的工作温度低于以往且炉内的侵蚀及腐蚀环境也不那么严重的当代，通常的使用形态为:直接采用考虑了有关可在高温下使用的机械特性的锅炉用钢管(低合金钢管)。另外，在要求耐腐蚀性的用途中，有采用不锈钢管的，此外还有采用钛管的，但由于昂贵，所以未大量采用。
近年来，回收利用垃圾焚烧热的形式的锅炉增加，由此特别是产生了燃烧烟尘造成侵蚀(摩耗)的问题，作为该问题的对策，开始大量采用实施耐摩耗性优异的合金的喷镀被覆的方法。
然而，上述合金覆层是使用例如HV0F(高速火焰喷涂，High Velocity OxygenFuel)或等离子体喷镀机喷镀形成的原样的覆层(未熔融覆层)，很少应用喷镀后再熔融处理施加的自熔合金覆层。
很少对锅炉管应用自熔合金的熔接覆层(喷镀后再熔融处理施加的自熔合金覆层)的原因为:将锅炉管焊接而使用的 情况下，焊接作业时快速的局部升温易使熔接覆层产生热冲击裂纹，为此，需要在高温预热管整体的基础上通过焊接将高温的管接合这般过分困难的作业。
然而，对于以往的锅炉，随着为了使垃圾焚烧发电效率化的高温燃烧要求，不仅侵蚀的问题严重化，而且腐蚀(腐蚀)的问题也严重化，已发展到越来越期盼对锅炉应用熔接覆层的状况。
作为其中的一个例子，专利文献I公开了对锅炉管应用自熔合金的熔接覆层的构成。并且其中采用了如下构成:在锅炉管的端部设置50mm左右的未喷镀部，将该部分用于接合(该文献的第3页第4栏第15 16行)。对于该未喷镀部在焊接后采用了嵌装保护材的处置来代替覆层(该文献的第4栏24 26行)。上述处理需要特别订购具有优异耐侵蚀性的保护材(例如氧化铝制)或需要在狭窄的锅炉内嵌装作业，因此材料和人工成本均高并且需要提前置办材料。
下面，针对于锅炉炉膛面板的情况，其是如上所述地将管材与板材交替配合而成的复合结构，由于尺寸大(例如0.5mX6m)，相当于上述保护材的实用性辅助构件的使用更加困难，另外，存在喷镀后再熔融处理所伴随的复杂形变的问题(例如参照专利文献2和专利文献3)。
作为应受保护的金属母材的整个区域被施有耐侵蚀性及耐腐蚀性优异的合金材料的熔接覆层、而且即使焊接作业时快速的局部升温也不会使熔接覆层产生热冲击裂纹的合金被覆锅炉部件(锅炉管和锅炉炉膛面板)，本申请人提出了如下合金被覆锅炉部件:对于包括供以焊接的端部的端部区域(焊接作业时可产生热冲击裂纹的快速升温区域)，施以熔点降低元素B (硼)和Si (硅)的含量受到抑制的N1-Cr合金材料(B的含有比例为0.1质量％以下、Si的含有比例为0.5质量％以下)的覆层，对于端部区域以外的区域(快速升温区域以外的其余区域)，施以B和Si各含有I 5质量％的N1-Cr合金材料的覆层(参照专利文献4)。 专利文献4记载的合金被覆锅炉部件由于应受保护的金属母材的整个区域被施有N1-Cr合金材料的覆层，因此具有良好的耐久性和耐腐蚀性。 另外，施加于端部区域(焊接作业时可产生热冲击裂纹的快速升温区域)的覆层由于B和Si的含量受到抑制而使耐热冲击性提升。因此，即使焊接作业时快速的局部升温，覆层也不会产生热冲击裂纹(耐热冲击性优异)。另外，由于B和Si的含量受到抑制的N1-Cr合金材料的施加于端部区域的覆层的硬度低(使得基于B或Si与Cr反应的高硬度的析出物的生成受到抑制)，因此不仅具有相对于热冲击的耐性，而且还具有相对于机械冲击的耐性(耐冲击性)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平10-170194号公报专利文献2:日本特开2001-4101号公报专利文献3:日本特开2000-329304号公报专利文献4:日本专利第4411114号公报
发明内容
发明要解决的问题上述专利文献4记载的合金被覆锅炉部件中，用来获得施加于端部区域(快速升温区域)的熔接覆层的合金材料由于熔点降低元素B和Si的含量受到抑制(B的含量为0.1质量％以下、Si的含量为0.5质量％以下)，其熔点为1500°C以上，与用来获得施加于端部区域以外的区域的熔接覆层的合金材料(B和Si的含量各为I 5质量％)的熔点相比较，是相当闻的。因此，对于端部区域(快速升温区域)无法采用对端部区域以外的区域实施的覆层形成方法(喷镀-再熔融处理)，端部区域的覆层的形成不得不进行堆焊焊接。如上所述，端部区域与端部区域以外的区域的覆层的形成方法不同，制造效率上极为不利。另外，进行堆焊焊接的情况下，由于金属母材的温度达到1500°C左右，因而金属母材有可能产生变形(焊接变形)。因此，希望开发如下的合金被覆锅炉部件:可以通过喷镀-再熔融处理形成包括端部区域的所有区域中的覆层，而且端部区域形成的覆层的耐热冲击性和耐冲击性良好。
本发明是基于以上情况而作出的。本发明的目的在于提供如下合金被覆锅炉部件:应受保护的金属母材的整个区域(端部区域和非端部区域)具有可以通过喷镀-再熔融处理形成的熔接覆层，并且端部区域形成的熔接覆层的耐热冲击性和耐冲击性优异。
用于解决问题的方案(I)本发明的合金被覆锅炉部件的特征在于，其是金属母材被施有合金材料的覆层且用于在端部焊接的合金被覆锅炉部件，包括前述端部及其附近的端部区域的金属母材被施有第一合金材料的熔接覆层，所述第一合金材料以如下比例含有B、S1、C、Cr，余量为Ni和无法避免的杂质，B:1.5质量％以上且2.5质量％以下、S1:3.5质量％以上且4.0质量％以下、
(::0.4质量％ 以下、Cr:12.0质量％以上且17.0质量％以下；前述端部区域以外的非端部区域的金属母材被施有第二合金材料的熔接覆层，所述第二合金材料以如下比例含有B、S1、C、Cr，余量为Ni和无法避免的杂质，B:大于2.5质量％且4.0质量％以下、S1:大于4.0质量％且5.0质量％以下、C:0.5质量％以上且0.9质量％以下、Cr:12.0质量％以上且17.0质量％以下。(2)本发明的合金被覆锅炉部件中，优选第一合金材料和第二合金材料各自的熔接覆层的厚度为0.3 3.0mm。( 3 )另外，本发明的合金被覆锅炉部件优选用于被下述焊接填充材料焊接，所述焊接填充材料是以0.1质量％以下的比例含有B、以0.5质量％以下的比例含有Si的以N1-Cr作为主要成分的合金材料。(4)本发明的合金被覆锅炉部件优选是管状金属母材的外周面被施有合金材料(第一合金材料或第二合金材料)的覆层的锅炉管。(5)此情况下，优选的是，前述锅炉管的端部(两端部)与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域被视作端部区域，该端部区域的金属母材的外周面被施有第一合金材料的熔接覆层。(6)本发明的合金被覆锅炉部件优选是锅炉炉膛面板。(7)此情况下，优选的是，板材与管材以板材位于两侧的方式交替连接而形成的面板形状的金属母材的至少一个面被施有合金材料(第一合金材料或第二合金材料)的覆层。(8)此情况下，优选的是，前述管材的端部(两端部)与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域被视作端部区域，该端部区域的至少一个面(面板形状的至少一个面)被施有第一合金材料的熔接覆层，前述板材的端部(两端部)与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域被视作端部区域，该端部区域的至少一个面被施有第一合金材料的熔接覆层，前述锅炉炉膛面板的包括两侧的板材的区域被视作端部区域，该端部区域的至少一个面被施有第一合金材料的熔接覆层，前述端部区域以外的非端部区域的金属母材的至少一个面(被施有第一合金材料的熔接覆层的面板形状的至少一个面)被施有第二合金材料的熔接覆层。(9)此情况下，优选的是，板材与管材以板材位于两侧的方式交替连接而形成的面板形状的金属母材的一个面被施有合金材料(第一合金材料或第二合金材料)的覆层。
(10)此情况下，优选的是，前述管材的端部(两端部)与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域被视作端部区域，该端部区域的一个面(面板形状的一个面)被施有第一合金材料的熔接覆层，
前述板材的端部(两端部)与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域被视作端部区域，该端部区域的一个面被施有第一合金材料的熔接覆层，
前述锅炉炉膛面板的包括两侧的板材的区域被视作端部区域，该端部区域的一个面被施有第一合金材料的熔接覆层，
前述端部区域以外的非端部区域的金属母材的一个面(面板形状的一个面)被施有第二合金材料的熔接覆层。
(11)本发明的合金被覆锅炉部件中，优选的是，前述第一合金材料中B的含有比例为1.8质量％以上且 2.4质量％以下，前述第一合金材料中Si的含有比例为3.6质量％以上且4.0质量％以下，前述第一合金材料中C的含有比例为0.2质量％以下。
(12)另外，优选的是，前述第一合金材料中Cr的含有比例为14.5质量％以上且16.5质量％以下。
发明的效果
关于本发明的合金被覆锅炉部件，由于包括端部区域的应受保护的金属母材的整个区域具有可以通过喷镀-再熔融处理形成的自熔合金的熔接覆层，因此可以高效率地制造。另外，由于不需要进行用于形成覆层的堆焊焊接，因此制造时金属母材不会产生焊接变形等。
另外，端部区域形成的熔接覆层由于具有良好的耐热冲击性和耐冲击性，因此即使焊接作业时快速的局部升温也不容易产生热冲击裂纹，相对于机械冲击也不容易产生裂纹。
此外，本发明的合金被覆锅炉部件的耐久性和耐腐蚀性也优异。
图1A是显示本发明的锅炉部件的一种实施方式的锅炉炉膛面板的一种构造的说明图，Ca)为主视图、(b)为侧视图、(c)为主要部分放大主视图、(d)为主要部分放大侧视图。
图1B是显示本发明的锅炉部件的一种实施方式的锅炉炉膛面板的一种结构的说明图，(e)是显示图1A的(C)和(d)中的A剖视图、(f)是显示多块锅炉炉膛面板连接状态的主视图。
图2是显示图1A和图1B所示锅炉炉膛面板的制造工序(作为金属母材的钢制面板)的说明图，Ca)为主视图、(b)为侧视图。
图3是显示图1A和图1B所示锅炉炉膛面板的制造工序(对钢制面板的端部区域形成覆层的工序)的说明图，Ca)为主要部分放大主视图、(b)为主要部分放大侧视图。
图4是显示图1A和图1B所示锅炉炉膛面板的制造工序(对钢制面板的非端部区域形成覆层的工序)的说明图，(a)为主要部分放大主视图、(b)为主要部分放大侧视图、(C)和(e)为主视图、Cd)和(f)为侧视图。
图5是显示图1A和图1B所示锅炉炉膛面板的制造工序(切掉未被覆部的工序)的说明图，(a)为主要部分放大主视图、(b)为主要部分放大侧视图。图6是显示图1A和图1B所示锅炉炉膛面板的使用形态(焊接)的说明图，Ca)为焊接前的端部(焊接部)的剖视图、(b)为焊接后的端部(焊接部)的放大剖视图。图7是显示本发明的锅炉部件的其它实施方式的锅炉管的说明图，Ca)显示焊接前的状态、(b)显示焊接后的状态。图8是显示本发明的锅炉部件的一种实施方式的锅炉炉膛面板的其它的构造的说明图，Ca)为主视图、(b)为侧视图、(c)为主要部分放大主视图、Cd)为主要部分放大侧视图。
具体实施例方式以下，对本发明的锅炉部件进行详细地说明。本发明的锅炉部件是金属母材被施有将N1-Cr作为主要成分的合金材料的覆层(覆膜)且用于在端部焊接的合金被覆锅炉部件。本发明的锅炉部件中，金属母材的端部区域和非端部区域中构成覆层的合金材料(自熔合金)不同。<端部区域和非端部区域>其中，“端部区域”是包括端部(焊接部)以及端部附近的区域，且是随着端部的焊接而快速升温的区域。端部区域的范围依金属母材的形状(锅炉部件的形态)等不同而不同。例如，对于锅炉管，可以将端部与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域视作端部区域。另外，对于板材与管材以板材位于两侧的方式交替连接而形成的锅炉炉膛面板，可以将下述区域视作端部区域:(I)管材的端部与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域；(2)板材的端部与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域；(3)包括位于两侧的板材的区域(还可以包括与位于两侧的各板部焊接的管材的一部分)。另外，“非端部区域”是应受保护的金属母材中端部区域以外的区域。〈第一合金材料〉金属母材的端部区域被施有第一合金材料的熔接覆层，所述第一合金材料以如下比例含有B、S1、C、Cr，B (硼):1.5质量％以上且2.5质量％以下、Si (硅):3.5质量％以上且4.0质量％以下、C (碳):0.4质量％以下、Cr (铬):12.0质量％以上且17.0质量％以下、余量为Ni (镍)和无法避免的杂质。
第一合金材料是以1.5质量％以上的比例含有B、以3.5质量％以上的比例含有Si的N1-Cr自熔合金。第一合金材料的熔点例如为1050 1100°C，如果是具有该程度的熔点的合金，则可以避免喷镀覆膜的再熔融处理所伴随的金属母材的变形，因此可以通过喷镀-再熔融处理实施被覆。其结果，可以通过喷镀-再熔融处理在包括端部区域在内的应受保护的金属母材的整个区域形成熔接覆层，所以可以高效率地制造合金被覆锅炉部件。另外，B的含有比例为2.5质量％以下、Si的含有比例为4.0质量％以下，与后述的第二合金材料中的B和Si的含量相比较，是少量的(B和Si的含量被一定程度地抑制)，从而使得由第一合金材料形成的熔接覆层具有良好的耐热冲击性。因此，即使焊接作业时快速的局部升温，施加于端部区域的第一合金材料的熔接覆层也不容易产生热冲击裂纹。
另外，由于B和Si的含量被一定程度地抑制、且C的含有比例也为0.4质量％以下，因此熔接覆层的硬度足够低(例如，HV ( 400)、耐冲击性提高，因而即使锅炉部件的焊接时或安装时受到机械冲击，该熔接覆层也不容易产生裂纹。
第一合金材料中B的含有比例设为1.5质量％以上且2.5质量％以下、优选设为1.8质量％以上且2.4质量％以下。
B的含有比例小于1.5质量％时，无法使所得到的合金材料的熔点充分地降低，欲将该合金材料的喷镀覆膜再熔融时金属母材会出现变形，因此无法施以使用该合金材料并通过喷镀-再熔融处理形成的覆层。
另一方面，使用B的含有比例超过2.5质量％的合金材料难以在端部区域形成耐热冲击性及耐冲击性良好的熔接覆层。
第一合金材料中Si的含有比例设为3.5质量％以上且4.0质量％以下、优选设为3.6质量％以上且4.0质量％以下。
Si的含有比例小于3.5质量％时，无法使所得到的合金材料的熔点充分地降低，欲将该合金材料的喷镀覆膜再熔融时，出现金属母材的变形，因此无法施以使用该合金材料并通过喷镀-再熔融处理形成的覆层。
另一方面，使用Si的含有比例超过4.0质量％的合金材料难以在端部区域形成耐热冲击性及耐冲击性良好的熔接覆层。
第一合金材料中C的含有比例设为0.4质量％以下、优选设为0.2质量％以下。
使用C的含有比例超过0.4质量％的合金材料难以在端部区域形成耐冲击性良好且低硬度的熔接覆层。
此外，第一合金材料由于以特定的比例含有Cr，因而端部区域形成的熔接覆层的耐腐蚀性也优异。
第一合金材料中Cr的含有比例设为12.0质量％以上且17.0质量％以下、优选设为14.5质量％以上且16. 5质量％以下。
使用Cr的含有比例小于12.0质量％的合金材料无法在端部区域形成耐腐蚀性良好的熔接覆膜。
〈第二合金材料〉
金属母材的非端部区域被施有第二合金材料的熔接覆层，所述第二合金材料以如下比例含有B、S1、C、Cr，B:大于2.5质量％且4.0质量％以下、S1:大于4.0质量％且5.0质量％以下、C:0.5质量％以上且0.9质量％以下、Cr:12.0质量％以上且17.0质量％以下、余量为Ni和无法避免的杂质。
第二合金材料是以大于2.5质量％且4.0质量％以下的比例含有B、以大于4.0质量％且5.0质量％以下的比例含有Si的N1-Cr自熔合金。
第二合金材料的熔点例如为1000 1050°C，如果是具有如此低熔点的合金，则可以有效地进行喷镀-再熔融处理。
需要说明的是，第二合金材料由于以超过2.5质量％的比例含有B、以超过4.0质量％的比例含有Si，因此与由第一合金材料形成的熔接覆层相比较，由该第二合金材料形成的熔接覆层的耐热冲击性差。
然而，第二合金材料的熔接覆层由于是施加到即使焊接作业时也不出现快速升温(未受到热冲击)的非端部区域，所以即使在焊接作业时，该熔接覆层也不容易产生热冲击裂纹。
另外，第二合金材料由于以一定程度高比例地含有B、Si和C，由第二合金材料形成的熔接覆层的硬度高(例如，HV=600 700左右)，与由第一合金材料形成的熔接覆层相比较，耐冲击性差。
但是，被施有第二合金材料的熔接覆层的非端部区域即使在锅炉部件的焊接时或安装时也不容易受到机械冲击，所以不容易产生裂纹。
第二合金材料中B的含有比例设为大于2.5质量％且4.0质量％以下。B的含有比例为2.5质量％以下时，不能进行有效的喷镀-再熔融处理。
另一方面，使用B的含有比例超过4.0质量％的合金材料会导致非端部区域形成的熔接覆层的耐热冲击性及耐冲击性降低。
第二合金材料中Si的含有比例设为大于4.0质量％且5.0质量％以下。Si的含有比例为4.0质量％以下时，不能进行有效的喷镀-再熔融处理。
另一方面，使用Si的含有比例超过5.0质量％的合金材料会导致非端部区域形成的熔接覆层的耐热冲击性及耐冲击性降低。
第二合金材料中C的含有比例设为0.5质量％以上且0.9质量％以下。
使用C的含有比例超过0.9质量％的合金材料会使形成的熔接覆层的硬度过大、非端部区域的耐冲击性受损。
此外，第二合金材料由于以特定的比例含有Cr，因而非端部区域形成的熔接覆层的耐腐蚀性也优异。
第二合金材料中Cr的含有比例设为12.0质量％以上且17.0质量％以下。
使用Cr的含有比例小于12.0质量％的合金材料无法在非端部区域形成耐腐蚀性良好的熔接覆膜。
作为合适的第二合金材料，可以列举出JIS H8303所规定的组成的镍自熔合金材料、IS014920所规定的组成的镍自熔合金材料。
<锅炉炉膛面板>
图1A和图1B所示的锅炉炉膛面板10 (本发明的合金被覆锅炉部件)是在工厂中通过喷镀-再熔融处理预先在钢制面板11 (金属制母材)上熔接有第一合金材料的覆层(以下简述为“第一合金覆层”)15及第二合金材料的覆层(以下简述为“第二合金覆层”)16的面板，组装炉膛壳体时，将多块该面板相连并将相邻的端部之间焊接而形成。即，钢制面板11 (板材-管材复合面板)作为带冷却水路的炉膛壳体的基本单元、是将作为冷却水路的管部12 (管材)与作为连接部的板部13 (板材)交替配置并通过焊接等紧密连接而成的，进而为了耐侵蚀和耐腐蚀，对于用于形成炉膛内壁的一面(需要保护部分)，在除了用来焊接的部分的整个区域形成合金材料(第一合金材料或第二合金材料)的熔接覆层。
熔接覆层被划分为端部区域的第一合金覆层15及非端部区域的第二合金覆层16。
作为被施有第一合金覆层15的端部区域，可以如下设定:(I)管部12的端部与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域(图中，具有Cl所示宽度的带状区域)；(2)板部13的端部与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域(图中，具有C2所示宽度的区域)；(3)包括位于两侧的板部13的区域(图中，具有C3所示宽度的带状区域。另外，也可以包括与位于两侧的各板部13焊接的管部12的一部分)。需要说明的是，管部12的端部区域的宽度Cl与板部13的端部区域的宽度C2也可以为相同大小。板部13的端部区域形成有宽0.5 2_左右细的切槽14。其用于确保管部12的焊缝对齐的伸缩。管部12的端面还被施有作为焊接坡口的大的倒角或锥度。构成第一合金覆 层15的第一合金材料以N1-Cr作为主要成分，以一定比例含有熔点降低元素B和Si，因而具有自熔性，为了在受到焊接作业时的热冲击、各种机械冲击时不开裂，将B的含有比例控制在2.5质量％以下、将Si的含有比例控制在4.0质量％以下。第一合金覆层15的厚度设为0.3 3.0mm、优选为1.0 2.0mm左右。构成第二合金覆层16的第二合金材料以N1-Cr作为主要成分，为了采用喷镀处理和再熔融处理效率良好地施工，将B的含有比例设为大于2.5质量％且4.0质量％以下、将Si的含有比例设为大于4.0质量％且5.0质量％以下。第二合金覆层16的厚度设为0.3 3.0mm、优选为1.0 2.0mm左右。关于该实施方式的锅炉炉膛面板10，引用附图(图2 图5)对其制造工序进行说明。锅炉炉膛面板10可以如下地制造:在板部13与管部12交替连接而成的钢制面板
11(金属母材)的端部区域的一个面形成第一合金覆层15，并且在非端部区域的一个面形成第二合金覆层16，进而对端部形状进行精加工。如图2所示，钢制面板11是采用焊接等将由钢材形成的管部12与板部13交替连接而成的，板部13位于两侧。作为钢制面板11的尺寸，长度(L)为1000 9000mm左右、宽度(W)为300 500mm左右、管部12的直径为30 80mm左右、管部12的厚度为5.0 7.0mm左右、板部13的厚度为3 9mm左右。如图3所示，第一合金覆层15形成在钢制面板11的端部区域的一个面上。需要说明的是，顶端部的50 150mm左右并不进行被覆处理而被留下用于作业中的固定保持等，该情况下，其在最后的端部形状精加工时被切掉。如图3 (a)所示，管部12的第一合金覆层15的形成区域的宽度(该图中Cl’所示)宽于端部区域的宽度(图1中Cl所示)以确保与第二合金覆层的重复(重叠)部分。另外，管部12所夹着的板部13的第一合金覆层15的形成区域的宽度(图3中C2’所示)也宽于端部区域的宽度(图1中C2所示)以确保与第二合金覆层的重复部分。需要说明的是，位于面板两侧的板部13的第一合金覆层15的形成区域的宽度(图3 Ca)中C3’所示)与图1中C3所示的端部区域的宽度相等，也可以进一步加宽第一合金覆层15的形成区域的宽度、即第一合金覆层15可形成至与位于面板两侧的板部13连接的管部12的一部分。
第一合金覆层15通过喷镀-再熔融处理来形成。作为喷镀-再熔融处理，可以采用以往公知的方法。具体而言，对端部区域进行第一合金材料的喷镀处理，接着，进行第一合金材料的喷镀覆膜的再熔融处理。另外，根据需要还可以对被处理面(端部区域的一个面)实施喷丸等表面清洁处理。
通过第一合金材料的喷镀处理形成的喷镀覆膜在1050 1100°C左右的温度下再熔融而形成致密的熔接覆层(第一合金覆层15)。
如图4所示，第二合金覆层16形成在钢制面板11的非端部区域的一个面上。
第二合金覆层16与第一合金覆层15的形成方法同样地通过喷镀-再熔融处理来形成。喷镀-再熔融处理可以采用以往公知的方法。具体而言，遮盖第一合金覆层15，对非端部区域进行第二合金材料的喷镀处理，接着，进行第二合金材料的喷镀覆膜的再熔融处理。另外，根据需要还可以对被处理面(非端部区域的一个面)实施喷丸等表面清洁处理。
通过第二合金材料的喷镀处理形成的喷镀覆膜在1000 1050°C左右的温度下再熔融而形成致密的熔接覆层(第二合金覆层16)。
另外，作为第一合金覆层15和第二合金覆层16的优选形成方法，可以列举出下述方法:对端部区域喷镀处理第一合金材 料，接着，对非端部区域喷镀处理第二合金材料，之后，进行形成在端部区域及非端部区域的喷镀覆膜的再熔融处理。
需要说明的是，在喷镀覆膜的再熔融处理工序中，进行温度控制，使得在对第一合金覆层15的喷镀覆膜的处理温度(1050 1100°C左右)与对第二合金覆层16的喷镀覆膜的处理温度(1000 1050°C左右)之间适当地切换。
第一合金覆层15的遮盖例如使用金属薄板等遮盖板或耐热遮盖带进行。另外，为了避免第一合金覆层15与第二合金覆层16之间留有间隙导致母材露出，以第一合金覆层15与第二合金覆层16 —部分重复的方式进行遮盖。为了不使这种重叠部分中出现陡峭的高度差，可以使两覆层的厚度逐渐减小。
用于形成第一合金覆层15和第二合金覆层16的喷镀处理及再熔融处理可以使用公知的装置并采用常规的手法进行。
g卩，自熔合金的第一合金材料和第二合金材料的喷镀可以使用公知的喷镀装置并采用常规的喷镀法效率良好地进行。
另外，关于再熔融处理，基本上也可以使用公知的高频感应加热装置并采用常规的移动加热法(例如，如图4 (C)和(e)所示，移动感应线圈40的方法)效率良好地进行。
在钢制面板11的一个面(端部区域和非端部区域)形成第一合金覆层15和第二合金覆层16后，如图5所示，切掉钢制面板11顶端的未被覆部。其采用等离子体切割等进行，还同时地或另行地形成切槽14。此外，对管部12的顶端实施倒角加工，以备与其它的锅炉炉膛面板10的焊接。
如此端部的精加工也结束时，一块锅炉炉膛面板10即完成了。另外，同样地操作而效率良好地接连制造锅炉炉膛面板10时，可将它们贮存在工厂、仓库等中进行保管。
如上所述，在该锅炉炉膛面板10的制造工序中，由于所有的熔接覆层(第一合金覆层15和第二合金覆层16)均可通过喷镀-再熔融处理形成，因此与组合使用堆焊焊接的制造工序相比较，制造效率格外优异。下面，关于该实施方式的锅炉炉膛面板10，引用附图(图6)对其使用形态进行说明。将锅炉炉膛面板10多块焊接而后组装到锅炉炉膛，在此，对于焊接使得锅炉炉膛面板10之间沿长度方向连接(使彼此的管部12的内腔连通)的焊接工序进行说明。该焊接工序包括定位(对齐)工序、管端焊接工序和板部焊接工序,按照该顺序对接合对象即一对锅炉炉膛面板10的焊接部20实施各工序的处理。如图6 (a)所示，定位工序中，使作为焊接部20的管部12的顶端之间呈对向状态地固定两锅炉炉膛面板10。之后，如果各管端对向状态存在位置偏移且该位置偏移为制造锅炉炉膛面板10时(形成第一合金覆层15和第二合金覆层16时)等产生的微小偏移，则进行向切槽14中打入小楔子等操作，进行对向管端的位置调节。接着，如图6 (b)所示，管端焊接工序中，为了不产生空隙等且不过度加热，从管内表面侧到管外表面侧分多次地进行环状焊接。图示的例子中，分为五层，一圈圈地顺序施行如下焊接:自靠近管的空心的焊接层21的环状焊接开始，接着为埋入管壁的焊接层22的环状焊接，进而为暴露在管外周的三列超合金焊接层23、24、25。作为该管端焊接工序中使用的焊接填充材料(形成超合金焊接层23、24、25所使用的焊接填充材料)，优选以0.1质量％以下的比例含有B、以0.5质量％以下的比例含有Si的以N1-Cr作为主要成分的合金材料。需要说明的是，靠近管的空心的焊接层(相当于焊接层21的焊接层)和埋入管壁的焊接层(相当于焊接层22的焊接层)也可以由碳钢(例如，50kg/mm2级的焊条)来形成，由此可实现成本降低。 其中，锅炉炉膛面板10的端部区域形成的第一合金覆层15与非端部区域形成的第二合金覆层16相比较，B和Si的含量少、耐热冲击性优异(无热冲击裂纹敏感性)，因此即使焊接作业时端部区域快速升温，第一合金覆层15也不产生热冲击裂纹。因此，可容易且恰当地进行焊接作业而不损伤第一合金覆层15。需要说明的是，锅炉炉膛面板10的非端部区域形成的第二合金覆层16与第一合金覆层15相比较，虽然耐热冲击性差(有热冲击裂纹敏感性)，但因为施于即使焊接作业时也不快速升温(未受到热冲击)的非端部区域，所以第二合金覆层16中也不产生热冲击裂纹。因此，可容易且恰当地进行焊接作业而不损伤第二合金覆层16。接着，板部焊接工序中，虽省略图示，垫板跨在两锅炉炉膛面板10的板部13间进行焊接，该垫板的尺寸可盖住被焊接的板部13的至少两者的切槽14。垫板的焊接从钢制面板11的其它面(即，不形成第一合金覆层15的面、炉膛外壁面、不需要保护的面)侧进行。由于切槽14的宽度窄且垫板的更换容易，所以可以使切槽14的内侧保持为母材地结束工序、即钢制面板11保持暴露地结束工序，也可以通过使用前述焊接填充材料(以0.1质量％以下的比例含有B、以0.5质量％以下的比例含有Si的以N1-Cr作为主要成分的合金材料)的焊接施工填埋切槽14。另外，板部13不同于管部12，由于容易进行锅炉构筑后的修补(即使从锅炉外修补也可暂时实现目的)，因此也可以采用加厚面板端部板、垫板的板厚的方法、即在长寿命化的基础上省略合金被覆的方法。如此操作，通过使多块锅炉炉膛面板10沿其长度方向连接，可以构成如图1B Cf)所示的带冷却水路的炉膛壳体。这种炉膛壳体中，由于内壁整面或内壁面中需要保护部分的整个区域被致密的合金覆层覆盖，耐侵蚀性及耐腐蚀性格外提升。另外，也可以将位于两侧的各板部13作为焊接部，使用前述焊接填充材料将多块锅炉炉膛面板10沿其宽度方向进行连接。并且，在锅炉炉膛面板10中，将包括位于两侧的板部13的区域视作端部区域，由于形成有耐热冲击性优异的第一合金覆层15，即使在用于沿锅炉炉膛面板10的宽度方向使其连接的焊接工序中，在包括位于两侧的板部13的端部区域形成的第一合金覆层15也不产生热冲击裂纹。图8显示了构造与图1A和图1B所示不同的锅炉炉膛面板(本发明的合金被覆锅炉部件)。需要说明的是， 图8中，与图1A和图1B所示锅炉炉膛面板10相同的构成要素使用相同的附图标记。图8所示的锅炉炉膛面板18的一个面及其它面上、即除了用来焊接的部分的整个区域形成有合金材料(第一合金材料或第二合金材料)的熔接覆层。S卩，该锅炉炉膛面板18为:在板部13与管部12交替连接而成的钢制面板11 (金属母材)的端部区域的一个面及其它面分别形成有第一合金覆层15，并且非端部区域的一个面及其它面分别形成有第二合金覆层16。该锅炉炉膛面板18可优选用作两面为需要保护部分的面板(例如，用来隔开第I燃烧室与第2燃烧室的界板)等。<锅炉管>图7 Ca)所示的锅炉管80、81、82 (本发明的合金被覆锅炉部件)是管状钢材(金属母材)的外周面被施有合金材料的覆层而成的。锅炉管80、81、82各自的端部区域(图中，具有C4所示宽度的带状区域)的外周面形成有第一合金覆层85、并且各自的非端部区域的外周面形成有第二合金覆层86。其中，锅炉管80、81、82的端部区域是由于焊接而快速升温的区域，作为端部区域的宽度C4，例如为15 500mm。锅炉管80、81、82的外径为30 IOOmm左右，锅炉管82的长度为2000 IOOOOmm左右。第一合金覆层85通过使用第一合金材料的喷镀-再熔融处理而形成在管状钢材的端部区域的外周面。另一方面，第二合金覆层86通过使用第二合金材料的喷镀-再熔融处理而形成在管状钢材的非端部区域的外周面。锅炉管80、81、82可以如下地制造:在管状钢材(金属母材)的端部区域的外周面形成第一合金覆层85，且在非端部区域的外周面形成第二合金覆层86，进而对端部形状进行精加工。用于形成第一合金覆层85和第二合金覆层86的喷镀处理及再熔融处理可以使用公知的装置并采用常规的手法进行。g卩，自熔合金的第一合金材料和第二合金材料的喷镀可以使用公知的喷镀装置并采用常规的喷镀法效率良好地进行。另外，作为再熔融处理，可列举出如下公知的方法:在端部区域嵌装/动配合与高频感应加热装置连接的感应线圈，进行感应加热而将喷镀覆膜再熔融。另外，进行再熔融处理的同时也可以进行弯曲加工。如上所述，在锅炉管80、81、82的制造工序中，由于所有的熔接覆层(第一合金覆层85和第二合金覆层86)都可通过喷镀-再熔融处理来形成，因此与组合使用堆焊焊接的制造工序相比较，制造效率格外优异。对各个锅炉管80、81、82进行了焊接坡口的形成等需要的管端处理后，如图7 (b)所示，利用焊接部83、84使锅炉管80、81、82的顶端之间呈对向状态地固定锅炉管80、81、82。之后，使用上述焊接填充材料(包含以0.1质量％以下的比例含有B、以0.5质量％以下的比例含有Si的以N1-Cr作为主要成分的合金材料的焊接填充材料)进行管端之间的焊接。该锅炉管的管端焊接与上述管部12的管端焊接相同。并且，锅炉管80、81、82的端部区域形成的第一合金覆层85与非端部区域形成的第二合金覆层86相比较，B和Si的含量少、耐热冲击性优异(无热冲击裂纹敏感性)，因此即便焊接使端部区域快速升温，第一合金覆层85也不产生热冲击裂纹。另外，耐热冲击性差(有热冲击裂纹敏感性)的第二合金覆层86由于被施于进行焊接也不快速升温的非端部区域，因此第二合金覆层86也不会产生热冲击裂纹。因此，可容易且恰当地进行焊接作业而不损伤第一合金覆层85和第二合金覆层86。附图标记说明10锅炉炉膛面板(合金被覆锅炉部件)11钢制面板(复合面板)12管部(管材)13板部(板材)14 切槽15第一合金覆层16第二合金覆层18锅炉炉膛面板(合金被覆锅炉部件)20焊接部21,22 焊接层23、24、25超合金焊接层40感应线圈(高频感应加热装置)80、82锅炉管(合金被覆锅炉部件)83,84 焊接部85第一合金覆层 86第二合金覆层
权利要求
1.一种合金被覆锅炉部件，其特征在于，其是金属母材被施有合金材料的覆层且用于在端部焊接的合金被覆锅炉部件， 包括所述端部及其附近的端部区域的金属母材被施有第一合金材料的熔接覆层， 所述第一合金材料以如下比例含有B、S1、C、Cr，余量为Ni和无法避免的杂质， B:1.5质量％以上且2.5质量％以下、 S1:3.5质量％以上且4.0质量％以下、 C:0.4质量％以下、 Cr:12.0质量％以上且17.0质量％以下； 所述端部区域以外的非端部区域的金属母材被施有第二合金材料的熔接覆层， 所述第二合金材料以如下比例含有B、S1、C、Cr，余量为Ni和无法避免的杂质， B:大于2.5质量％且4.0质量％以下、 S1:大于4.0质量％且5.0质量％以下、 C:0.5质量％以上且0.9质量％以下、 Cr:12.0质量％以上且17.0质量％以下。
2.根据权利要求1所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于，第一合金材料和第二合金材料各自的熔接覆层的厚度为0.3 3.0mm。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于，其用于被下述焊接填充材料焊接，所述焊接填充材料是以0.1质量％以下的比例含有B、以0.5质量％以下的比例含有Si的以N1-Cr作为主要成分的合金材料。
4.根据权利要求1 权利要求3任一项所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于，其是管状金属母材的外周面被施有合金材料的覆层的锅炉管。
5.根据权利要求4所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于，所述锅炉管的端部与距离该端部15 500_的位置之间涵盖的区域被视作端部区域，该端部区域的金属母材的外周面被施有第一合金材料的熔接覆层。
6.根据权利要求1 权利要求3任一项所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于，其是锅炉炉膛面板。
7.根据权利要求6所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于，板材与管材以板材位于两侧的方式交替连接而形成的面板形状的金属母材的至少一个面被施有合金材料的覆层。
8.根据权利要求7所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于， 所述管材的端部与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域被视作端部区域，该端部区域的至少一个面被施有第一合金材料的熔接覆层， 所述板材的端部与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域被视作端部区域，该端部区域的至少一个面被施有第一合金材料的熔接覆层， 所述锅炉炉膛面板的包括两侧的板材的区域被视作端部区域，该端部区域的至少一个面被施有第一合金材料的熔接覆层， 所述端部区域以外的非端部区域的金属母材的至少一个面被施有第二合金材料的熔接覆层。
9.根据权利要求6所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于，板材与管材以板材位于两侧的方式交替连接而形成的面板形状的金属母材的一个面被施有合金材料的覆层。
10.根据权利要求7所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于， 所述管材的端部与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域被视作端部区域，该端部区域的一个面被施有第一合金材料的熔接覆层， 所述板材的端部与距离该端部15 500mm的位置之间涵盖的区域被视作端部区域，该端部区域的一个面被施有第一合金材料的熔接覆层， 所述锅炉炉膛面板的包括两侧的板材的区域被视作端部区域，该端部区域的一个面被施有第一合金材料的熔接覆层， 所述端部区域以外的非端部区域的金属母材的一个面被施有第二合金材料的熔接覆层。
11.根据权利要求1所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于，所述第一合金材料中B的含有比例为1.8质量％以上且2.4质量％以下，所述第一合金材料中Si的含有比例为3.6质量％以上且4.0质量％以下，所述第一合金材料中C的含有比例为0.2质量％以下。
12.根据权利要求1所述的合金被覆锅炉部件，其特征在于，所述第一合金材料中Cr的含有比例为14.5质 量％以上且16.5质量％以下。
全文摘要
一种合金被覆锅炉部件，其是用于在端部焊接的合金被覆锅炉部件，且端部区域的金属母材被施有第一合金材料的熔接覆层(15)，所述第一合金材料以如下比例含有B、Si、C、Cr，B1.5%以上且2.5%以下、Si3.5%以上且4.0%以下、C0.4%以下、Cr12.0%以上且17.0%以下、余量为Ni和无法避免的杂质；非端部区域的金属母材被施有第二合金材料的熔接覆层(16)，所述第二合金材料以如下比例含有B、Si、C、Cr，B大于2.5%且4.0%以下、Si大于4.0%且5.0%以下、C0.5%以上且0.9%以下、Cr12.0%以上且17.0%以下、余量为Ni和无法避免的杂质(%为质量基准)。关于该合金被覆锅炉部件，金属母材的整个区域具有可通过喷镀-再熔融处理形成的熔接覆层，且端部区域形成的熔接覆层的耐热冲击性优异。
文档编号B23K35/30GK103180480SQ20118005100
公开日2013年6月26日 申请日期2011年9月5日 优先权日2010年10月22日
发明者松原洋一, 曾地义信, 竹屋昭宏 申请人:第一高周波工业株式会社