JP2017061748A - Ferritic stainless steel for tube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チューブ用フェライト系ステンレス鋼に関する。 The present invention relates to a ferritic stainless steel for tubes.
火力発電所用ボイラには、燃焼ガス中の窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)及び煤塵等を大気に放出しないように、排ガスの脱硝及び脱硫を行うための装置を組み込んだ排ガス処理システムが設置されている。石炭焚き又は重油焚きの火力発電所ボイラからの排ガス処理システムの一例を図3に示す(特許文献1参照)。 Exhaust gas treatment with a built-in device for denitration and desulfurization of exhaust gas in boilers for thermal power plants so that nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx) and soot in the combustion gas are not released to the atmosphere The system is installed. An example of an exhaust gas treatment system from a coal-fired or heavy oil-fired thermal power plant boiler is shown in FIG. 3 (see Patent Document 1).
ボイラ1から出た排ガスは、脱硝装置2でNOxが除去される。次いで、ボイラ燃焼用空気の予熱器3を経由した後、煤塵の捕集効率や脱硫性能を向上させるためにガス/ガスヒータ(以下「GGH」と略称する)4で冷却される。冷却された排ガスは、脱硫装置7でSOxが除去される。そして、脱硫処理後の排ガスは、吸収液のミストをミストエリミネータ8で除去された後、無害化した排ガスを乾燥状態にして大気に放出するため、再加熱側のGGH5で加熱される。冷却側のGGH4において回収された熱量により、再加熱側のGGH5で排ガスが加熱される。
The NOx is removed from the exhaust gas emitted from the boiler 1 by the
図4に、熱水循環方式の代表的なGGHの構造を示す。冷却側GGH4では、通常120〜150℃のボイラ排ガス12を、伝熱管10a内を流れる温水と熱交換させ、80〜120℃に冷却して排ガス13が得られる。再加熱側GGH5では、通常100〜130℃に加熱された伝熱管10b内を流れる熱水の熱量で、無害化した50〜60℃の排ガス14を80〜100℃に加熱し、乾燥状態の排ガス15が得られる。当該伝熱管は、一般に、フィン付きチューブの構造を備えたチューブを、以下、「フィンチューブ」ということもある。
FIG. 4 shows a typical GGH structure of the hot water circulation system. In the cooling side GGH4, the
冷却側GGH4の伝熱管10aは、ボイラ排ガス12と接触して熱伝達が行われる。ボイラ排ガス中には高濃度のSOx、NOxが含まれており、伝熱管10aは、塩化物や硫化物等による過酷な腐食環境下に曝される。加熱側GGH5では、塩化物含有液滴やミストの付着及び蒸発が繰り返される環境下に曝される。そのため、伝熱管10a、10bは、耐食性を有するステンレス鋼、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)、フェライト系ステンレス鋼(SUS430)が一般に使用されている。
The heat transfer tube 10a of the cooling side GGH4 is in contact with the
GGH装置冷却側4の伝熱管10aを流れる温水は、熱回収した後、GGH装置加熱側5の伝熱管10bへ送られ、脱硫処理された排ガス14の加熱に利用され、再び、GGH装置冷却側4に戻るように循環させている。冷却側GGH4の伝熱管10aと加熱側GGH5の伝熱管10bとは、ステンレス鋼以外(例えば、普通鋼)の素材からなる配管(チューブ)を用いて連結される。双方のチューブは、通常、溶接して連結される。
The hot water flowing through the heat transfer tube 10a on the GGH device cooling side 4 is heat recovered and then sent to the heat transfer tube 10b on the GGH
フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて、一般に安価であり、応力腐食割れ性に優れることから、GGHの伝熱管に使用される。フェライト系ステンレス鋼(SUS430)製チューブと、普通鋼製チューブとを連結するために溶接施工される。その場合、溶接後の溶接影響部(HAZ:Heat Affected Zone)に生じる鋭敏化(結晶粒界におけるCr炭化物の析出)に起因する粒界腐食、結晶粒粗大化や残留応力に起因する靭性低下が生じる。通常、溶接後、このHAZにおける鋭敏化や靭性低下等を解消させるため、溶接後熱処理(PWHT:Post Weld Heat Treatment)が施される。当該熱処理は、再結晶温度以下で30分〜1時間程度を加熱し、その後急冷することにより、粒界析出したCr炭化物を分解してCrを粒内に固溶させるとともに、組織改善や残留応力緩和が行われる。 Ferritic stainless steel is generally cheaper than austenitic stainless steel and is excellent in stress corrosion cracking properties, so it is used for GGH heat transfer tubes. Welding is performed to connect a ferritic stainless steel (SUS430) tube and a normal steel tube. In that case, intergranular corrosion due to sensitization (precipitation of Cr carbide at the crystal grain boundary) occurring in the weld affected zone (HAZ) after welding, reduction in toughness due to crystal grain coarsening and residual stress. Arise. Usually, post-weld heat treatment (PWHT: Post Weld Heat Treatment) is applied after welding in order to eliminate sensitization and toughness deterioration in the HAZ. The heat treatment is performed for 30 minutes to 1 hour at a recrystallization temperature or lower, and then rapidly cooled to decompose Cr carbide precipitated at the grain boundaries to solidify Cr into the grains, and to improve the structure and residual stress. Mitigation takes place.
チューブの溶接後熱処理には高周波加熱方法が用いられる。溶接部の外周に誘導加熱コイルを巻回して配置し、高周波誘導加熱により溶接部が加熱される(例えば、特許文献2)。このような溶接施工は、建設の現場で行われる場合、溶接後熱処理についても、加熱用電源を現場に持ち込んで高周波加熱を行う必要がある。 A high frequency heating method is used for the heat treatment after the tube is welded. An induction heating coil is wound around the outer periphery of the welded portion, and the welded portion is heated by high-frequency induction heating (for example, Patent Document 2). When such welding is performed at a construction site, it is necessary to bring a heating power source into the site and perform high-frequency heating for post-weld heat treatment.
GGHの製作において、普通鋼製チューブとフェライト系ステンレス鋼(SUS430)製チューブとを連結する場合があり、従来は、炭素含有量が0.1質量%程度のSUS430が使用される。このSUS430製チューブを溶接した後は、溶接後の溶接影響部(HAZ)における耐食性および靭性の低下を改善するため、上述した溶接後熱処理として、700〜800℃で30分〜1時間の熱処理が施される。 In manufacturing GGH, a normal steel tube and a ferritic stainless steel (SUS430) tube may be connected, and conventionally, SUS430 having a carbon content of about 0.1 mass% is used. After welding this SUS430 tube, in order to improve the deterioration of corrosion resistance and toughness in the weld-affected zone (HAZ) after welding, the heat treatment at 700 to 800 ° C. for 30 minutes to 1 hour is performed as the post-welding heat treatment described above. Applied.
しかしながら、上記の熱処理作業は、溶接部の全領域で実施する必要があり、誘導加熱装置の設置や電源の準備に多大な時間を要する。さらに、当該電源や加熱装置を現場に設置するスペースが必要になり、コストも掛かるという問題があった。そのため、溶接施工作業の簡略化が望まれていた。 However, the above heat treatment work needs to be performed in the entire region of the welded portion, and it takes a lot of time to install the induction heating device and prepare the power source. In addition, there is a problem that a space for installing the power supply and the heating device on the site is required, and costs are increased. Therefore, it has been desired to simplify the welding work.
本発明は、上記の課題を解消するために案出されたものであり、溶接後熱処理を省略しても、鋭敏化に起因する耐食性の低下が抑制された良好な耐食性を有するチューブ用フェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。また、フェライト系ステンレス鋼を素材とするチューブが当該ステンレス鋼と異なる材質の配管に溶接接合されてなる熱交換装置を提供することを目的とする。また、上記のチューブを溶接接合する際、溶接後処理を省略して溶接を行う施工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in order to solve the above-mentioned problems. Even if the post-weld heat treatment is omitted, the ferrite system for a tube having good corrosion resistance in which a decrease in corrosion resistance due to sensitization is suppressed. It aims to provide stainless steel. Another object of the present invention is to provide a heat exchange device in which a tube made of ferritic stainless steel is welded to a pipe made of a material different from that of the stainless steel. Moreover, when welding said tube, it aims at providing the construction method which abbreviate | omits a post-welding process and performs welding.
本発明者等は、溶接施工を簡略する可能性について鋭意検討した。チューブの素材として、鋭敏化の生じ難いステンレス鋼を採用することにより、溶接施工した場合の溶接後熱処理を省略しても、従来の伝熱管と同等以上の耐食性を付与できることを見出して、本発明を完成させるに至った。具体的には、本発明は、以下を提供するものである。 The present inventors diligently studied the possibility of simplifying the welding work. By adopting stainless steel, which is less susceptible to sensitization, as a tube material, the present invention finds that corrosion resistance equivalent to or higher than that of conventional heat transfer tubes can be imparted even if post-welding heat treatment is omitted when welding is applied. It came to complete. Specifically, the present invention provides the following.
(1)本発明は、質量%で、C:0.030%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、Cr:16〜20%、Ni:0.6%以下、N:0.025%以下を含み、さらに、Nb:8(C+N)〜0.8%、Ti:8(C+N)〜0.8%の1種以上を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、溶接後熱処理を省くことができる耐食性に優れるチューブ用フェライト系ステンレス鋼である。 (1) The present invention is mass%, C: 0.030% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 1.00% or less, Cr: 16-20%, Ni: 0.6% or less, N: not more than 0.025%, further including at least one of Nb: 8 (C + N) to 0.8%, Ti: 8 (C + N) to 0.8%, the balance being Fe and inevitable impurities Therefore, it is a ferritic stainless steel for tubes having excellent corrosion resistance that can omit heat treatment after welding.
(2)本発明は、さらに、質量%で、Cu:0.3〜0.8%を含む、上記(1)に記載のチューブ用フェライト系ステンレス鋼である。 (2) The present invention is the ferritic stainless steel for a tube according to the above (1), further comprising Cu: 0.3 to 0.8% by mass.
(3)本発明は、さらに、質量%で、Mo:0.45〜2.5%を含む、上記(1)又は(2)に記載のチューブ用フェライト系ステンレス鋼である。 (3) The present invention is the ferritic stainless steel for a tube according to the above (1) or (2), further comprising, by mass%, Mo: 0.45 to 2.5%.
(4)本発明は、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼を素材とするチューブが当該ステンレス鋼と異なる材質のチューブに溶接接合されてなる配管構造を備えた、熱交換装置である。 (4) The present invention includes a piping structure in which a tube made of the ferritic stainless steel according to any one of (1) to (3) is welded to a tube made of a material different from the stainless steel. It is a heat exchange device.
(5)本発明は、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼を素材とするチューブを、当該ステンレス鋼と異なる材質のチューブに溶接して接合する工程を含み、かつ、当該溶接は、溶接後熱処理を施さない、溶接施工方法である。 (5) The present invention includes a step of welding and joining a tube made of the ferritic stainless steel according to any one of the above (1) to (3) to a tube made of a material different from the stainless steel, And the said welding is a welding construction method which does not give a heat treatment after welding.
本発明は、NbまたはTiの1種以上を添加してC、N含有量を所定範囲以下に低減させたフェライト系ステンレス鋼を使用したので、溶接後熱処理を省略しても、フェライト系ステンレス鋼の鋭敏化の発生が抑制され、従来のSUS430と同等以上の耐食性を有するチューブを提供できる。それにより、溶接工程数が低減し、溶接後熱処理を行うための熱処理装置に供されるスペースが不要となるので、溶接施工の作業性が向上し、コストの低減に寄与する。 Since the present invention uses a ferritic stainless steel in which one or more of Nb or Ti are added to reduce the C and N contents to a predetermined range or less, even if the post-weld heat treatment is omitted, the ferritic stainless steel The tube having the corrosion resistance equivalent to or higher than that of the conventional SUS430 can be provided. Thereby, the number of welding processes is reduced, and a space provided for a heat treatment apparatus for performing post-weld heat treatment is not required, so that the workability of welding work is improved and the cost is reduced.
以下に本発明の実施形態を説明するが、これらは本発明を限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described below, but these do not limit the present invention.
HAZ(溶接影響部)における鋭敏化は、要するに、溶接時の加熱により母相のCrが結晶粒界に炭化物として析出し、粒界近傍のCr濃度が低減するため、腐食に対する感受性が高まる性質であり、鋭敏化が高まると耐食性の低下を招くことになる。 The sensitization in the HAZ (welding affected zone) is, in short, a property that Cr in the parent phase precipitates as carbides at the grain boundaries due to heating during welding, and the Cr concentration near the grain boundaries decreases, which increases the susceptibility to corrosion. Yes, if the sensitization is increased, the corrosion resistance is reduced.
本発明は、このような鋭敏化の主たる原因となる結晶粒界に析出するクロム炭化物を抑制すべく、炭素含有量を低減し、さらに、炭化物を粒内に析出させるNb、Tiを添加したフェライト系ステンレス鋼をチューブの素材に採用したものである。そのため、溶接時の加熱に起因する鋭敏化を抑止できるから、溶接後熱処理(PWHT)を省略して溶接する用途に適している。 In the present invention, in order to suppress chromium carbides precipitated at the grain boundaries that are the main cause of such sensitization, the carbon content is reduced, and further ferrite containing Nb and Ti that precipitates carbides in the grains is added. Stainless steel is used as the tube material. Therefore, since the sensitization resulting from the heating at the time of welding can be suppressed, it is suitable for the purpose of welding without the post-weld heat treatment (PWHT).
(鋼組成)
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼の成分組成について説明する。以下、特に断らない限り、質量%を「%」で表示する。
(Steel composition)
Next, the component composition of the ferritic stainless steel of the present invention will be described. Hereinafter, unless otherwise specified, mass% is expressed in “%”.
Cは、耐粒界腐食性を低下させるため、その含有量を低減させる必要がある。そのため、Cの含有量は、0.025%以下が好ましい。 Since C lowers intergranular corrosion resistance, its content needs to be reduced. Therefore, the content of C is preferably 0.025% or less.
Siは、脱酸に有効な元素であり、耐食性の向上にも有効である。過剰に添加すると、加工性の低下を招く。そのため、Si含有量は、1.00%以下が好ましい。 Si is an element effective for deoxidation, and is also effective for improving corrosion resistance. If added excessively, workability will be reduced. Therefore, the Si content is preferably 1.00% or less.
Mnは、脱酸に有効な元素であるが、過剰に添加するとMn化合物を形成して耐食性を低下させる。そのため、Mnの含有量は、1.00%以下が好ましい。 Mn is an element effective for deoxidation, but if added excessively, a Mn compound is formed and the corrosion resistance is lowered. Therefore, the Mn content is preferably 1.00% or less.
Crは、不働態被膜を形成して耐食性を付与する元素である。さらにフェライトを安定化させる作用を有する。過剰に添加すると、加工性の低下を招く。そのため、Crの含有量は、16〜20%が好ましい。 Cr is an element that forms a passive film and imparts corrosion resistance. Furthermore, it has the effect | action which stabilizes a ferrite. If added excessively, workability will be reduced. Therefore, the content of Cr is preferably 16 to 20%.
Niは、還元性酸環境中での耐食性を向上させる作用を有する元素である。過剰に添加すると、加工性の低下を招き、また、フェライト相を不安定にする。そのため、Niの含有量は、0.6%以下が好ましい。 Ni is an element having an action of improving the corrosion resistance in a reducing acid environment. If it is added excessively, the workability is lowered and the ferrite phase becomes unstable. Therefore, the Ni content is preferably 0.6% or less.
Cuは、耐食性を向上させるのに効果的であり、また、フェライト相を生成する作用を有する。過剰に添加すると加工性の低下を招く。そのため、Cuの含有量は、0.3〜0.8%が好ましい。 Cu is effective in improving the corrosion resistance and has an action of generating a ferrite phase. If added excessively, workability will be reduced. Therefore, the Cu content is preferably 0.3 to 0.8%.
Nは、Cと同様に耐粒界腐食性を低下させるため、その含有量を低減させる必要がある。そのため、Nの含有量は、0.025%以下が好ましい。 N, like C, reduces intergranular corrosion resistance, so its content needs to be reduced. Therefore, the N content is preferably 0.025% or less.
Nb、Tiは、結晶粒内に炭化物及び窒化物を析出形成し、炭素及び窒素を固定して安定化させる元素であり、溶接部の鋭敏化を抑制し、耐粒界腐食性を向上させる作用を有する。また、その析出物が結晶粒の粗大化を抑制するため、靭性を向上させる点でも好ましい。過剰に添加すると、加工性の低下を招く。そのため、NbまたはTiの1種以上を含有することが好ましく、Nb、Tiの含有量は、それぞれ、8(C+N)以上、0.8%以下が好ましい。当該「8(C+N)」は、C及びNの総含有量の8倍を意味する。 Nb and Ti are elements that precipitate and form carbides and nitrides in crystal grains and fix and stabilize carbon and nitrogen, and suppress the sensitization of welds and improve intergranular corrosion resistance. Have Moreover, since the precipitate suppresses the coarsening of a crystal grain, it is preferable also at the point which improves toughness. If added excessively, workability will be reduced. Therefore, it is preferable to contain one or more of Nb or Ti, and the content of Nb and Ti is preferably 8 (C + N) or more and 0.8% or less, respectively. The “8 (C + N)” means 8 times the total content of C and N.
Moは、不働態皮膜を補修する作用があり、耐食性を向上させる効果を有する元素であり、添加することが好ましい。過剰に添加すると、加工性の低下を招くので、Moの含有量は、0.45〜2.5%が好ましい。 Mo is an element having an effect of repairing the passive film and having an effect of improving the corrosion resistance, and is preferably added. If added excessively, the workability is lowered, so the Mo content is preferably 0.45 to 2.5%.
例えば、以下の組成を有するフェライト系ステンレス鋼が好ましい。
質量%で、C:0.030%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、Cr:16〜20%、Ni:0.6%以下、Nb:8(C+N)〜0.8%、Cu:0.3〜0.8%、N:0.025%以下を含み、残部がFe及び不可的不純物である。
For example, ferritic stainless steel having the following composition is preferable.
In mass%, C: 0.030% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 1.00% or less, Cr: 16-20%, Ni: 0.6% or less, Nb: 8 (C + N) It contains 0.8%, Cu: 0.3-0.8%, N: 0.025% or less, and the balance is Fe and inevitable impurities.
質量%で、C:0.025%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、Cr:16〜19%、Ni:0.6%以下、Mo:0.50〜1.50%、Ti:8(C+N)〜0.8%、N:0.025%以下を含み、残部がFe及び不可的不純物である。 In mass%, C: 0.025% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 1.00% or less, Cr: 16-19%, Ni: 0.6% or less, Mo: 0.50-1 .50%, Ti: 8 (C + N) to 0.8%, N: 0.025% or less, with the balance being Fe and inevitable impurities.
質量%で、C:0.020(0.025)%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、Cr:17〜20%、Ni:0.6%以下、Mo:1.75〜2.50%、Nb:10(8)(C+N)〜0.8%、N:0.025%以下を含み、残部がFe及び不可的不純物である。 In mass%, C: 0.020 (0.025)% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 1.00% or less, Cr: 17 to 20%, Ni: 0.6% or less, Mo: 1.75 to 2.50%, Nb: 10 (8) (C + N) to 0.8%, N: 0.025% or less, with the balance being Fe and inaccessible impurities.
(チューブ)
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は、配管構造を構成するチューブの素材に適用できる。当該チューブの構造、形状、寸法等は、限定されない。通常の鋼管製品に適用できる。また、当該チューブは、熱交換能を高めるためにチューブ外面にフィンを備えたフィンチューブであってもよい。フィンチューブにおけるフィンの構造や分布形態等は限定されない。フィンチューブは、チューブの外周部を圧延してフィンが一体成形されたもの、チューブの外面にフィンが溶接されたもの、いずれのタイプでも使用できる。
(tube)
The ferritic stainless steel according to the present invention can be applied to a tube material constituting a piping structure. The structure, shape, dimensions, etc. of the tube are not limited. Applicable to ordinary steel pipe products. Moreover, the said tube may be a fin tube provided with the fin in the tube outer surface in order to improve heat exchange capability. The structure and distribution form of fins in the fin tube are not limited. The fin tube can be used in any type, in which the outer periphery of the tube is rolled and the fin is integrally formed, or the fin is welded to the outer surface of the tube.
(熱交換装置)
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は、熱交換装置の配管構造におけるチューブ素材として用いることができる。GGHのような発電所ボイラからの排ガス処理システムにおけるフィンチューブ素材に適用することが好ましい。GGH以外の熱交換装置における配管構造に適用してもよい。
(Heat exchange device)
The ferritic stainless steel according to the present invention can be used as a tube material in a piping structure of a heat exchange device. It is preferable to apply to a fin tube material in an exhaust gas treatment system from a power plant boiler such as GGH. You may apply to the piping structure in heat exchange apparatuses other than GGH.
(溶接施工方法)
溶接方法は、TIG溶接、MIG溶接、炭酸ガスアーク溶接などを公知の溶接手段を適用できる。溶接材としては、高純度オーステナイト系ステンレス鋼溶接棒を用いることができる。例えば、JIS Z3321に規定されているYS309L(Fe−24Cr−13Ni−1.75Mn−低C)を用いたTIG溶接による溶接施工が好ましい。本発明では、溶接後の熱処理(PWHT)を省略することができる。
(Welding method)
As the welding method, known welding means such as TIG welding, MIG welding, carbon dioxide arc welding can be applied. As the welding material, a high purity austenitic stainless steel welding rod can be used. For example, welding by TIG welding using YS309L (Fe-24Cr-13Ni-1.75Mn-low C) defined in JIS Z3321 is preferable. In the present invention, the heat treatment (PWHT) after welding can be omitted.
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は、通常の溶製、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、冷延焼鈍の各工程により作製された鋼板を用いて、所定形状のチューブを製造することができる。フィンチューブの場合は、チューブ外周部を圧延してフィンを成形する、あるいは、チューブ外周にフィン部材を溶接接合して設けることができる。 The ferritic stainless steel according to the present invention manufactures a tube having a predetermined shape using a steel plate produced by each process of normal melting, hot rolling, hot rolled sheet annealing, cold rolling, and cold rolling annealing. be able to. In the case of a fin tube, the outer periphery of the tube can be rolled to form a fin, or a fin member can be welded to the outer periphery of the tube.
以下、本発明の実施例について説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で適宜変更して実施できる。 Examples of the present invention will be described below. The present invention is not limited to the following examples, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the gist of the invention.
(試験体の作製)
表1に示す成分(質量%)を有するフェライト系ステンレス鋼(表1の残部は、Feおよび不可避的不純物である。)について、真空溶解で溶製し、得られた鋼塊を30mm厚の板に鍛造した後、熱間圧延を行って4mm厚の熱延板を得た。次いで、焼鈍、酸洗および冷間圧延を行って2.6mm厚の冷延板を得た。その後、該冷延板に1050℃の焼鈍処理を施して冷延焼鈍板を製造した。冷延焼鈍板を用いてせん断機により加工を施し、外径38.1mm及び長さ1000mmの管材を得た。これを供試材とした。試験体の本発明例1〜本発明例6は、本発明の組成範囲に含まれるフェライト系ステンレス鋼であり、試験体の比較例は、従来のSUS430に相当するフェライト系ステンレス鋼である。
(Preparation of test specimen)
A ferritic stainless steel having the components (mass%) shown in Table 1 (the remainder of Table 1 is Fe and inevitable impurities) is melted by vacuum melting, and the resulting steel ingot is a 30 mm thick plate After forging, hot rolling was performed to obtain a hot-rolled sheet having a thickness of 4 mm. Next, annealing, pickling and cold rolling were performed to obtain a 2.6 mm thick cold rolled sheet. Then, the cold-rolled sheet was subjected to an annealing treatment at 1050 ° C. to produce a cold-rolled sheet. Processing was performed with a shearing machine using a cold-rolled annealed plate to obtain a tube material having an outer diameter of 38.1 mm and a length of 1000 mm. This was used as a test material. Invention Example 1 to Invention Example 6 of the test specimen are ferritic stainless steels included in the composition range of the present invention, and the comparative example of the test specimen is a ferritic stainless steel corresponding to conventional SUS430.
(溶接条件)
図1の(a)に示すように、2個の供試材21(外径38.1mm及び長さ1000mm)を用意した。その後、図1の(b)に示すように、当該供試材21の突合せ溶接を行い、端面同士を接合させた溶接継手からなる試験体22を作製した。突合せ溶接は、送り速度1m/min、電圧20VのTIG溶接を行った。溶接電流値は、ビード幅を制御するために、85〜100Aで行った。溶接材料には、TG309L φ2.4を使用した。溶接姿勢を下向きで行い、バックシールドは、流量2L/minのアルゴンガスで行った。
(Welding conditions)
As shown in FIG. 1 (a), two specimens 21 (outer diameter 38.1 mm and length 1000 mm) were prepared. Thereafter, as shown in FIG. 1B, butt welding of the
その後、一部の試験体については、溶接後熱処理(PWHT)を施した。当該熱処理の条件は、大気の雰囲気の炉内で780℃、1時間の加熱処理を行った後、炉内から取り出して空冷した。 Thereafter, some of the test bodies were subjected to post-weld heat treatment (PWHT). The heat treatment was carried out by heating at 780 ° C. for 1 hour in a furnace in an air atmosphere, and then taking out from the furnace and cooling with air.
(鋭敏化評価試験)
鋭敏化の程度を評価するため、粒界腐食試験を行った。粒界腐食試験に供した試験片24は、図1の(b)に示すように、上記の試験体から、ほぼ中央に溶接線(突合せ溶接部23)が位置する長さ70mm、幅20mmの大きさで切り出して採取した。切断端面は、♯2400のエメリー湿式研摩処理後、バフ研磨処理を施して仕上げた。切断面27は、図2に示すように、突合せ溶接部23がほぼ中央に位置する形状を呈している。試験片の外面25及び切断面27における突合せ溶接部23の周辺組織を500倍の拡大鏡により観察した。粒界腐食による割れが10μm以上の大きさで確認できた場合は、粒界腐食による割れが発生したと評価した。
(Sensitization evaluation test)
In order to evaluate the degree of sensitization, a grain boundary corrosion test was conducted. As shown in FIG. 1B, the
上記の突合せ溶接した試験体からの試験片を、「溶接後まま(As welded)材」といい、上記の溶接後熱処理を施した試験体からの試験片を、「PWHT材」ということもある。粒界腐食試験は、As welded材とPWHT材の各試験片を用いて、次の2種類で行った。 The specimen from the butt welded specimen is referred to as an “as welded material”, and the specimen from the specimen that has been subjected to the post-weld heat treatment is sometimes referred to as a “PWHT material”. . The intergranular corrosion test was conducted in the following two types using each test piece of As welded material and PWHT material.
(1)硝酸・ふっ化水素酸腐食試験方法(Weld decay法)
この試験方法は、JIS G0574に準じて行われるものである。本JISが現時点で削除されているため、実施例では、当該JISを参考にして行った。試験液は、10%硝酸、3%ふっ化水素酸を含む水溶液を用いた。試験片は、試験液を恒温槽内にて70±0.5℃に保持して2時間浸漬した後、試験液から取り出した。試験片を洗浄、乾燥した後、外面及び断面の組織を観察した。
(1) Nitric acid / hydrofluoric acid corrosion test method (weld decay method)
This test method is performed according to JIS G0574. Since this JIS has been deleted at the present time, in the examples, the JIS was used as a reference. As the test solution, an aqueous solution containing 10% nitric acid and 3% hydrofluoric acid was used. The test piece was taken out of the test solution after being immersed for 2 hours while maintaining the test solution at 70 ± 0.5 ° C. in a thermostatic bath. After the test piece was washed and dried, the structure of the outer surface and the cross section was observed.
(2)硫酸・硫酸銅腐食試験法(Strauss法)
この試験方法は、JIS G0575に準じて行われるものである。試験液は、硫酸銅45.5%、硫酸15.7%を含む水溶液を用いた。試験片は、沸騰させた試験液に24時間浸漬した後、試験液から取り出した。試験片を洗浄、乾燥した後、外面及び断面の組織を観察した。
(2) Sulfuric acid / copper sulfate corrosion test method (Strauss method)
This test method is performed according to JIS G0575. As the test solution, an aqueous solution containing 45.5% copper sulfate and 15.7% sulfuric acid was used. The test piece was immersed in the boiled test solution for 24 hours and then removed from the test solution. After the test piece was washed and dried, the structure of the outer surface and the cross section was observed.
(試験結果)
試験片は、図2に示すように、突合せ溶接部に隣接する母材側には溶接熱影響部(HAZ)が存在した。HAZ組織における腐食状況を評価した結果は、表2に示したとおりである。粒界腐食による割れが発生した場合は「×」、粒界割れの発生が無かった場合は「○」で表記した。
(Test results)
As shown in FIG. 2, the test piece had a weld heat affected zone (HAZ) on the base metal side adjacent to the butt weld. The results of evaluating the corrosion status in the HAZ structure are as shown in Table 2. When cracks due to intergranular corrosion occurred, “x” was indicated, and when no intergranular cracks occurred, “o” was indicated.
(1)硝酸・ふっ化水素酸腐食試験方法(Weld decay法)による試験結果
本発明例1〜本発明例6は、As welded材とPWHT材のいずれにおいても、溶接熱影響部に鋭敏化による変色や粒界割れは確認されなかった。比較例は、PWHT材については粒界腐食は確認されなかったが、As Welded材において、溶接熱影響部が黒色に変化し、粒界割れが生じており、鋭敏化していた。
(1) Test results by nitric acid / hydrofluoric acid corrosion test method (weld decay method) The present invention example 1 to present invention example 6 are caused by sensitization to the weld heat-affected zone in both the as welded material and the PWHT material. No discoloration or grain boundary cracking was observed. In the comparative example, intergranular corrosion was not confirmed for the PWHT material, but in the As Welded material, the weld heat affected zone was changed to black, causing intergranular cracking, which was sensitized.
(2)硫酸・硫酸銅腐食試験法(Strauss法)による試験結果
本発明例1〜本発明例6は、As Welded材とPWHT材のいずれにおいても、溶接熱影響部に粒界割れを確認されなかった。比較例は、PWHT材については粒界腐食は確認されなかったが、As Welded材において、溶接熱影響部に粒界割れが生じていた。As Welded材の割れ深さは、板厚の半分程度まで及んでいた。
(2) Test results by sulfuric acid / copper sulfate corrosion test method (Strauss method) Invention Example 1 to Invention Example 6 showed that intergranular cracking was confirmed in the weld heat affected zone in both As Welded material and PWHT material There wasn't. In the comparative example, intergranular corrosion was not confirmed for the PWHT material, but intergranular cracking occurred in the weld heat affected zone in the As Welded material. The crack depth of the As Welded material reached about half of the plate thickness.
以上のことから、本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は、溶接熱影響部による鋭敏化を生じていないことが確認された。すなわち、溶接後熱処理を省略しても、鋭敏化による粒界腐食割れが生じないことが分かった。 From the above, it was confirmed that the ferritic stainless steel according to the present invention was not sensitized by the weld heat affected zone. That is, it was found that even when the post-weld heat treatment is omitted, intergranular corrosion cracking due to sensitization does not occur.
そして、上記の試験結果によれば、本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は、溶接施工されるチューブの素材に適用すると、従来は不可欠とされていた溶接後熱処理を行わなくても、良好な耐食性を有する配管構造を施工することができる。そのため、本発明は、溶接後の熱処理を省略した溶接施工が可能であり、チューブに関する溶接工程を簡略化でき、作業性の向上及びコスト低減に大いに有効であることを確認できた。 According to the above test results, the ferritic stainless steel according to the present invention, when applied to the material of the tube to be welded, has good corrosion resistance without performing post-weld heat treatment, which has conventionally been essential. It is possible to construct a piping structure having Therefore, the present invention can perform welding without omitting the heat treatment after welding, can simplify the welding process related to the tube, and has confirmed that it is highly effective in improving workability and reducing costs.
1 ボイラ
2 脱硝装置
3 予熱器
4 ガス/ガスヒータGGH(熱回収側)
5 ガス/ガスヒータGGH(再加熱側)
6 電気集塵機(EP)
7 脱硫装置
8 ミストセパレータ
9 煙突
10a、10b GGH伝熱管
11 ポンプ
12、13、14、15 排ガス
21 供試材
22 試験体
23 突合せ溶接部
24 試験片
25 試験片の外面
26 試験片の内面
27 切断面
1
5 Gas / gas heater GGH (reheating side)
6 Electric dust collector (EP)
7
Claims (5)
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JP2015188905 | 2015-09-25 | ||
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110421236A (en) * | 2019-07-03 | 2019-11-08 | 天津大学 | A kind of military service deterioration Conversion Furnace Tubes in Hydrogen Plants welding repair method |
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2016
- 2016-09-23 JP JP2016185555A patent/JP2017061748A/en active Pending
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