JP2012072446A

JP2012072446A - 耐食性部材

Info

Publication number: JP2012072446A
Application number: JP2010218370A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Fujita; 和夫藤田
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-12

Abstract

【課題】硫酸と亜硫酸とが共存する環境下において、長期にわたって高い耐食性を示すことができるニッケル基合金からなる耐食性部材を提供することである。
【解決手段】硫酸と亜硫酸とを含む環境下に曝されるニッケル基合金からなる耐食性部材において、前記ニッケル基合金がクロムを１７重量％以上か、または３０重量％以上の割合で含有するようにした。前記ニッケル基合金がクロムを１７重量％以上の割合で含有する場合には、前記環境における亜硫酸濃度が２，０００ｐｐｍ以上であるのが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐食性を有する部材に関し、より詳細には、ニッケル基合金からなる耐食性部材に関する。

化学プラント等では、耐食性が要求される部材にニッケル基合金を用いることが多い（例えば、特許文献１参照）。

しかし、ニッケル基合金の耐食性は、使用する環境によっては十分でないことがある。例えば硫酸プラント等では、二酸化硫黄と三酸化硫黄とを含むガスを、８００℃程度から８０℃程度にまで冷却する装置を使用することがある。この装置による冷却は、通常、内壁に沿って水を流下させて濡れ壁を形成し、この濡れ壁に前記ガスを接触させることにより行われるので、該装置内は、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下になる。

したがって、この装置の内壁にニッケル基合金を使用すると、該ニッケル基合金は硫酸と亜硫酸とが共存する環境下に曝されることになる。
しかし、該環境下では、ニッケル基合金は十分な耐食性を示すことができず、腐食してしまう。

特開２００９−１９８２７号公報

本発明の課題は、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下において、長期にわたって高い耐食性を示すことができるニッケル基合金からなる耐食性部材を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。すなわち、ニッケル基合金は、ニッケルを主成分として含有する合金であり、該ニッケル以外にクロムやモリブデン等の他の成分を含有する。

本発明者は、この他の成分に硫酸と亜硫酸とが共存する環境下における耐食性に影響を及ぼす要因があると考え、検討を重ねた。その結果、前記他の成分のうち、クロムが前記環境下における耐食性に影響を及ぼしているという知見を得た。そして、この知見に基づき、さらに検討を重ねた結果、ニッケル基合金中のクロム含有量が特定の割合であれば、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下においても高い耐食性を示すことができるという新たな事実を見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の耐食性部材は、以下の構成からなる。
（１）硫酸と亜硫酸とを含む環境下に曝されるニッケル基合金からなる耐食性部材であって、前記ニッケル基合金がクロムを１７重量％以上の割合で含有することを特徴とする耐食性部材。
（２）前記環境における亜硫酸濃度が２，０００ｐｐｍ以上である前記（１）記載の耐食性部材。
（３）硫酸と亜硫酸とを含む環境下に曝されるニッケル基合金からなる耐食性部材であって、前記ニッケル基合金がクロムを３０重量％以上の割合で含有することを特徴とする耐食性部材。

本発明の冷却装置は、二酸化硫黄と三酸化硫黄とを含むガスを、内壁に形成した水の濡れ壁に接触させて冷却するものであって、前記内壁が前記（１）〜（３）のいずれかに記載の耐食性部材からなることを特徴とする。

本発明によれば、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下において、長期にわたって高い耐食性を示すことができるという効果がある。例えば、二酸化硫黄と三酸化硫黄とを含むガスを、内壁に形成した水の濡れ壁に接触させて冷却する装置等では、前述の通り、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下になる。したがって、該装置の内壁に本発明の耐食性部材を適用すれば、該内壁の腐食を抑制することができ、前記ガスの冷却を長期にわたって安定して行うことができる。

以下、本発明の耐食性部材にかかる一実施形態について説明する。本実施形態にかかる耐食性部材は、硫酸と亜硫酸とを含む環境下に曝されるものである。該環境は、硫酸および亜硫酸以外に、例えば二酸化炭素、酸素、窒素、窒素酸化物（ＮＯ_X）等を含んでいてもよい。

この環境下に曝される本実施形態の耐食性部材は、ニッケル基合金からなる。該ニッケル基合金は、ニッケルを主成分として含有し、クロムをさらに含有する。クロム含有量は、１７重量％以上であり、好ましくは１７〜２９重量％であり、より好ましくは１９〜２３重量％である。これにより、該ニッケル基合金からなる耐食性部材は、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下に曝されても、長期にわたって高い耐食性を示すことができる。この理由としては、以下の理由が推察される。

すなわち、クロム含有量が１７重量％以上のニッケル基合金は、不働態化することにより優れた耐食性を示すようになると考えられ、これに起因して該ニッケル基合金からなる耐食性部材は、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下に曝されても、長期にわたって高い耐食性を示す。これに対し、クロム含有量が１７重量％未満のニッケル基合金は、不働態化せず、それゆえ前記環境下において腐食すると推察される。クロム含有量は、例えば蛍光Ｘ線分析装置等で測定することができる。

本実施形態にかかるニッケル基合金の組成は、クロム含有量が１７重量％以上である限り、特に限定されないが、ニッケル含有量が５０重量％以上であるのが好ましい。

また、該ニッケル基合金は、例えばモリブデン、タンタル等をさらに含有していてもよい。これらを含有するニッケル基合金の具体例としては、ニッケル−クロム−モリブデン合金、ニッケル−クロム−モリブデン−タンタル合金等が挙げられる。これらの合金において、モリブデン含有量は１〜３０重量％、タンタル含有量は１〜５重量％であるのが好ましい。また、これらの合金は、例えば鉄、タングステン等をさらに含有していてもよい。

上述したニッケル基合金は、市販のものを用いることができる。具体例を挙げると、ニッケル−クロム−モリブデン合金としては、例えばヘインズ社製の「ハステロイＣ−２２」、ティッセンクルップ（ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐ）ＶＤＭ社製の「Ａｌｌｏｙ５９」等が挙げられ、ニッケル−クロム−モリブデン−タンタル合金としては、例えばＭＭＣスーパーアロイ社製の「ＭＡＴ２１」等が挙げられる。

一方、前記環境が含む硫酸および亜硫酸のうち、亜硫酸は酸化剤として作用するので、腐食性に及ぼす影響が大きい。そのため、本実施形態にかかるニッケル基合金の耐食性は、亜硫酸の影響を受けやすい傾向にある。

前記環境における亜硫酸濃度は、２，０００ｐｐｍ以上であるのが好ましい。これにより、該環境下におけるニッケル基合金の腐食を抑制することができる。この理由としては、以下の理由が推察される。

すなわち、亜硫酸は上述の通り酸化剤として作用し、亜硫酸が一定濃度未満では活性腐食域で腐食が発生するが、一定濃度以上になると、その酸化剤の作用によってニッケル基合金が不働態化して腐食が抑制される。したがって、亜硫酸濃度を上述した特定の値に制御すると、前記環境下において本実施形態にかかるニッケル基合金が受ける腐食を抑制することができる。

亜硫酸濃度の上限値としては、特に限定されないが、１０，０００ｐｐｍ程度が適当である。硫酸濃度についても特に限定されないが、１〜１０重量％程度が適当である。

本実施形態にかかる耐食性部材は、前述の通り、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下において、長期にわたって高い耐食性を示すことができるので、該環境下になり易い硫酸プラントにおける冷却装置等に好適に用いることができる。すなわち、二酸化硫黄と三酸化硫黄とを含むガスを、内壁に形成した水の濡れ壁に接触させて冷却する装置の前記内壁に、本実施形態にかかる耐食性部材を用いるのが好ましい。

具体的に説明すると、硫酸プラント等では、前記冷却装置を用いて廃硫酸の燃焼ガス等の冷却を行うことがある。該燃焼ガスは、通常、二酸化硫黄および三酸化硫黄以外に、二酸化炭素、酸素、窒素、窒素酸化物（ＮＯ_X）等を含んでおり、その温度は８００℃程度である。

この燃焼ガスを、冷却装置の内壁に形成した水の濡れ壁に接触させて、８０℃程度にまで冷却する。このとき、燃焼ガス中の二酸化硫黄および三酸化硫黄の各々が水と反応して、硫酸と亜硫酸とが発生する。その結果、前記冷却装置内は、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下になる。それゆえ、該環境下での耐食性に優れる本実施形態にかかる耐食性部材で前記冷却装置の内壁を構成するのが好ましい。これにより、該内壁の腐食を長期にわたって抑制することができ、燃焼ガスの冷却を安定して行うことができる。

なお、本実施形態にかかる耐食性部材の用途は、例示した硫酸プラントにおける冷却装置の内壁に限定されるものではなく、硫酸と亜硫酸とを含む環境下に曝された状態で耐食性が要求される分野において、好適に用いることができる。

次に、本発明の耐食性部材にかかる他の実施形態について説明する。本実施形態にかかる耐食性部材は、クロム含有量が３０重量％以上、好ましくは３０〜５０重量％、より好ましくは３０〜４５重量％であるニッケル基合金からなる。この割合でクロムを含有すると、前述したクロムによる効果を顕著に発現させることができる。その結果、本実施形態にかかる耐食性部材は、前述した亜硫酸による影響を実質的に受けることなく、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下において、長期にわたって高い耐食性を示すことができる。

本実施形態にかかるニッケル基合金の組成は、クロム含有量が３０重量％以上である限り、特に限定されないが、ニッケル含有量が４０重量％以上であるのが好ましい。

また、該ニッケル基合金は、例えば鉄、モリブデン、銅等をさらに含有していてもよい。これらを含有するニッケル基合金の具体例としては、ニッケル−クロム−鉄−モリブデン−銅合金等が挙げられる。この合金によれば、銅によって耐食性を維持しつつ、安価な鉄を含有させることによってコストを削減することができる。この合金において、鉄含有量は１０〜２０重量％、モリブデン含有量は１〜１０重量％、銅含有量は１〜５重量％であるのが好ましい。

上述したニッケル基合金は、市販のものを用いることができる。具体例を挙げると、ニッケル−クロム−モリブデン合金としては、例えばＭＭＣスーパーアロイ社製の「ＭＣアロイ」等が挙げられ、ニッケル−クロム−鉄−モリブデン−銅合金としては、例えばヘインズ社製の「ハステロイＧ−３０」等が挙げられる。その他の構成は、前記した一実施形態にかかる耐食性部材と同様である。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

実施例および比較例で用いたニッケル基合金は、表１に示す（Ａ）〜（Ｆ）の６種類である。

［実施例１〜５および比較例１］
表１に示すニッケル基合金（Ａ）〜（Ｆ）について、腐食度を評価した。具体的には、まず、ニッケル基合金（Ａ）〜（Ｆ）を、それぞれ縦２５ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ２ｍｍの形状に成形して平板状の試験片を得た。次いで、この試験片を、＃６００番手のサンドペーパーで研磨した後、アセトンを用いて脱脂し、水洗して乾燥させた。乾燥後の試験片について、腐食試験前の試験片重量と正確な試験片寸法（試験片の表面積）を測定した。その後、該試験片をそれぞれガラス製のオートクレーブ内に静置し、以下の条件で腐食試験を実施した。

＜腐食試験＞
硫酸濃度：５重量％
亜硫酸濃度：５００〜１０，０００ｐｐｍ
雰囲気温度：１００℃
試験時間：２０時間

腐食試験後の試験片を水洗して腐食生成物等の付着物を除去し、乾燥させた後、腐食試験後の試験片重量を測定し、この値を下記式（Ｉ）に当てはめて腐食度（ｍｍ／年）を算出した。その結果を、表２に示す。

表２から明らかなように、クロム含有量が１７重量％以上である実施例１〜３、およびクロム含有量が３０重量％以上である実施例４，５は、クロム含有量が１７重量％未満である比較例１よりも腐食度の値が小さいのがわかる。この結果より、実施例１〜５は、硫酸と亜硫酸とが共存する環境下において、優れた耐食性を示しているのがわかる。

特に実施例１〜３では、亜硫酸濃度２，０００ｐｐｍ以上において、腐食度の値がより小さくなる結果を示した。また、実施例４，５は、亜硫酸濃度にかかわらず、腐食度の値が小さい結果を示した。

Claims

硫酸と亜硫酸とを含む環境下に曝されるニッケル基合金からなる耐食性部材であって、前記ニッケル基合金がクロムを１７重量％以上の割合で含有することを特徴とする耐食性部材。
前記環境における亜硫酸濃度が２，０００ｐｐｍ以上である請求項１記載の耐食性部材。
硫酸と亜硫酸とを含む環境下に曝されるニッケル基合金からなる耐食性部材であって、前記ニッケル基合金がクロムを３０重量％以上の割合で含有することを特徴とする耐食性部材。
二酸化硫黄と三酸化硫黄とを含むガスを、内壁に形成した水の濡れ壁に接触させて冷却する装置であって、
前記内壁が請求項１〜３のいずれかに記載の耐食性部材からなることを特徴とする冷却装置。