JP2561567B2 - ごみ焼却炉ボイラ用合金および複層鋼管 - Google Patents

ごみ焼却炉ボイラ用合金および複層鋼管

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JP2561567B2 JP3101661A JP10166191A JP2561567B2 JP 2561567 B2 JP2561567 B2 JP 2561567B2 JP 3101661 A JP3101661 A JP 3101661A JP 10166191 A JP10166191 A JP 10166191A JP 2561567 B2 JP2561567 B2 JP 2561567B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、蒸気温度500℃まで
使用可能な、ごみ焼却炉ボイラ用合金および複層鋼管に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】都市ごみ焼却炉では、燃焼によって生じ
る排熱をエネルギー源として有効利用するために、排熱
ボイラを設置し、発電を行う例が多くなってきている。
発電ボイラの熱効率は、蒸気条件が高温高圧になるほど
向上することは自明であるが、例えば「火力発電」昭和
45年第21巻第5号489頁で公知のごとく、ごみ焼
却炉では、ごみ中に多く含まれる塩化ビニル等の燃焼に
よって、腐食性の高いHClガスが高濃度に発生し、さ
らに塩化物系の低融点共晶化合物が管に付着するため、
蒸気温度が300℃を越えると、著しく腐食が加速さ
れ、腐食を避けるため、やむなく蒸気条件を300℃以
下に抑えて低効率操業をしているのが現状である。しか
しながら、エネルギーの有効利用の観点から、ごみ発電
の高温高圧化は強く望まれている課題である。
【0003】塩化水素ガス、溶融塩酸塩環境では、Cr
が蒸気圧の高い塩化物を形成するため、ステンレス鋼等
の従来からの耐食合金では十分な耐食効果が得られず、
現状のごみ焼却ボイラでは蒸気温度300℃以下で、C
r−Mo系低合金鋼が使用されている。これに対し本発
明者らは、特開平4−6248号公報において、当該腐
食環境で蒸気温度500℃まで耐食性を有するボイラ用
合金を提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年、従来の火格子式
焼却炉と比べて燃焼効率が優れるなどの利点を有する流
動床式ごみ焼却炉が普及しだしており、それに伴い、ご
み焼却炉ボイラ用材料には流動砂による耐摩耗特性も要
求されてきている。本発明は、あらゆる燃焼方式のごみ
焼却炉においても、蒸気温度500℃まで使用可能でか
つ安価な、ボイラ用合金および当該合金からなる複層鋼
管を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
すべく研究を行った結果、10%以上のCoの添加と
0.5%以上のWの添加が耐摩耗特性の向上に非常に有
効であり、かつ10%以上のCo添加により塩化水素ガ
ス、溶融塩酸塩に対する高温耐食性をも向上するという
知見が得られたことにより完成されたものであり、その
要旨とするところは重量%にて、C:0.02〜0.1
%,Si:1〜5%,Mn:5%以下,Cr10
〜20%未満,Ni:30〜50%,Mo:0.5〜3
%,Co:10〜40%,W:0.5〜5%を含有する
か、さらに (1)N:0.05〜0.4%,Cu:0.2〜0.5
%の1種または2種 (2)Nb:0.05〜2%,Ti:0.02〜0.5
%の1種または2種 の一方または両方を含有し、残部がFeおよび不可避的
不純物からなる合金と、それら合金を外管にし、公知の
ボイラ用鋼管を内管とした複層鋼管にある。
【0006】
【作用】以下に成分の限定理由について説明する。Cは
塩化水素,溶融塩酸塩による耐食性には害を及ぼすもの
でありできるだけ少ない方が望ましいが、高温での強
度確保に必要であり、またオーステナイト相の安定化に
も有効であるため、各特性を損なわない範囲として、上
限を0.1%,下限を0.02%とした。
【0007】Siは塩化水素,溶融塩酸塩環境における
耐食性確保にきわめて有効な元素である。しかし5%を
越えて含有させると加工性、溶接性の劣化を招き、1%
未満では十分な耐食効果が得られないため、上限を5
%,下限を1%とした。Mnはオーステナイト相形成に
寄与する元素であるが、過度の添加は溶製上、熱間加工
上のトラブルを生ずるため、上限を5%とした。
【0008】Crは一般の高温酸化高温腐食特
性向上には有効な元素であり、より多く含まれることが
望ましいが、塩化水素、溶融塩酸塩環境においては、C
r塩化物の揮発により、添加量を20%以上にするとむ
しろ腐食量が増加する。また、ボイラ停止時の結露によ
る耐塩酸露点腐食性や、ボイラ鋼管内面の耐水蒸気酸化
性を確保するために、10%を越えた添加は必要であ
る。このため、上限を20%,下限を10%超とした。
【0009】Niは塩化水素,溶融塩酸塩環境における
耐食性向上に特に好ましく、オーステナイト相形成のた
めにも必要な成分である。蒸気温度500℃でその効果
を得るためには少なくとも30%以上の添加が必要であ
る。一方、Ni量の上昇とともに合金価格も上昇する
が、50%を越えると価格に見合うだけの特性の向上が
得られない。このため、上限を50%、下限を30%と
した。
【0010】Moは高温での耐食性には効果がないが、
ボイラ停止時の結露によって生ずる塩酸露点腐食を防止
するために必要な成分であり、その目的のためには0.
5%以上の添加が必要である。しかし、オーステナイト
相を安定化するという面から3%を上限とした。Coは
本発明において最も重要な元素であり、図1、図2にみ
られるように、流動床環境における耐摩耗特性、塩化水
素、溶融塩酸塩環境における耐食性、およびそれらの複
合環境における耐ホットエロージョンコロージョン特性
向上に特に有効である。蒸気温度500℃でその効果を
得るには少なくとも10%以上の添加が必要である。一
方、40%を越えるとその効果は飽和する。このため、
上限を40%,下限を10%とした。
【0011】Wは耐摩耗特性向上に有効であり、その効
果を得るには0.5%以上の添加が必要である。また、
5%を越えて添加すると、金属間化合物が析出し、加工
性,耐食性の劣化が生ずる。このため、上限を5%,下
限を0.5%とした。本発明ではこの他に下記の成分も
添加してよい。Nは高温強度の向上、オーステナイト相
形成に有効な元素であり、Cr,Siの量により、必要
に応じて添加されるものであって、その効果を得るため
には0.05%以上の添加が必要である。しかし、0.
4%超の添加は、合金中に気泡を発生させるとともに、
窒化物の形成が著しくなり、靱性劣化を招くため、上限
を0.4%,下限を0.05%とした。
【0012】Nb,Tiは、特に高温強度が要求される
場合に添加されるものであり、その効果を得るために
は、Nbは0.05%以上、Tiは0.02%以上必要
である。しかし、Nb,Tiがそれぞれ2%,0.5%
を越えると、それらの炭化物、窒化物の生成量が過剰と
なり、逆に強度低下をもたらす。従って、Nb添加量は
0.05〜2%、Ti添加量は0.02〜0.5%とし
た。
【0013】Cuはオーステナイト相形成に有効な元素
である。また、耐酸性を向上させる効果もあり、特に塩
酸露点腐食等の低温での耐食性が要求される場合に0.
2〜0.5%添加する。下限を0.2%にしたのは、こ
れ未満では十分な効果が得られないからであり、また、
上限を0.5%としたのは、0.5%を越えて添加する
と熱間加工性が著しく損なわれるからである。
【0014】本発明は、蒸気条件500℃まで使用可能
な、ごみ焼却炉ボイラ用過熱器管として開発、発明され
た合金である。本発明合金は単独で管として使用できる
ことはもちろんであるが、管外面の耐食耐摩耗性を重視
して創案された合金であるだけに、その効果を効率的に
活かすために、複層鋼管の外管材として使用することも
可能である。この場合、高温強度、耐水蒸気酸化性は内
管でもたせることになり、要求される特性を有する公知
のボイラ用鋼管を適宜選定し使用する。
【0015】次に、本発明の複層鋼管の製造法の一例を
述べる。通常のステンレス鋼の溶製−鋳造プロセスで製
造された所定の内管用ステンレス鋼ビレットの表面に、
本発明の外管用合金の粉末を高温静水圧プレス法(HI
P法)を用いて圧着する。この二重管ビレットを均熱し
た後、熱間押出法により所定のサイズに成形する。外管
素材が板または管である場合は、上に述べたHIP法を
用いて粉末を圧着するプロセスの代わりに、内管用ステ
ンレス鋼ビレットの表面に、外管材の成分を有する板を
巻き付けるか、または管をはめ込む工程の後に、外管素
材と内管材ビレットを溶接により接合し、このように製
造された二重管ビレットを用いて先に述べた方法により
複層鋼管を製造する。
【0016】本発明の複層鋼管の製造方法は前記の製造
方法に限定されるものではなく、公知の複合(複層)鋼
管の製造方法を採用し得ることは言うまでもない。本発
明は、本発明合金を、低圧プラズマ溶射等の溶射法によ
って鋼管または同様の形状を有する高温用資材(例え
ば、流動床ボイラ用散気ノズル)を複層化することによ
っても実施することが可能である。
【0017】
【実施例】表1のNo.1〜10に示す本発明の組成を
有する合金それぞれ20kgを真空誘導加熱炉を用いて
溶解した。これを鍛造にて10mmの板にし、1150
℃で60min加熱して急冷した後、15×25×4m
mの試験片を作製した。従来材には、表1に示す化学成
分のJIS規格SUS304,SUS310を用いた。
腐食試験は、KCl,NaCl,FeCl2 をモル比
3:3:4で混合した合成灰を試験片片面に均一に40
mg/cm2 塗布し、0.2%HCl+20%H2 O+
5%O2 +balN2 の混合ガス気流中で600℃×4
8hr加熱することにより行った。600℃は蒸気温度
500℃の場合、管外表面として考えられる温度であ
る。腐食試験結果の評価は、脱スケール後の腐食減量で
行った。摩耗試験は、流動床加熱炉で600℃×200
hr保持することにより行った。流動媒体には粒径0.
1〜0.3mmのアルミナ粒子を用いた。腐食試験結果
および摩耗試験結果を同じく表1に示す。従来材の腐食
量が30mg/cm2 以上であるのに対し、本発明合金
の腐食量は15mg/cm2 以下とはるかに高い耐食性
を示している。また、摩耗量においても本発明合金は従
来材と比較して一桁ほど少ない。このように本発明合金
は塩化水素ガス、溶融塩酸塩環境で極めて高い耐食性を
示し、流動床環境においても極めて高い耐摩耗性を有す
ることが明らかとなった。
【0018】
【表1】
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、500℃までの蒸気温
度で使用される、あらゆる燃焼方式のごみ焼却炉ボイラ
の過熱器管等に対して、塩化水素ガス、溶融塩酸塩によ
る耐食性に優れ、流動床環境における耐摩耗性にも優れ
た材料を提供することが可能になり、産業の発展に寄与
するところ極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】塩化水素ガス、溶融塩酸塩環境における腐食量
に及ぼすCo含有量の影響を示すグラフである。
【図2】流動床環境における摩耗量に及ぼすCo含有量
の影響を示すグラフである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F22B 37/04 F22B 37/04 F23G 5/48 F23G 5/48 (56)参考文献 特開 昭54−160512(JP,A) 特開 平2−203092(JP,A) 歌川 寛「やさしい金属熱処理技術の 基礎」(昭56−10−20)啓学出版P. 188 日本学術振興会製鋼第19委員会編「鉄 鋼と合金元素 上Nb.Ni.O」(昭 41−2−28)誠文堂新光社P.760 日本学術振興会製鋼第19委員会編「鉄 鋼と合金元素 下Se.Si.Sn.T e.Ti.U」(昭41−3−25)誠文堂 新光社P.445−446

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.02〜0.1%、 Si:1〜5%、 Mn:5%以下、 Cr:10超〜20%未満、 Ni:30〜50%、 Mo:0.5〜3%、 Co:10〜40%、 W:0.5〜5% とし、残部がFeおよび不可避的不純物からなる、塩化
    水素ガスおよび溶融塩酸塩に対する高温耐食性に優れた
    ごみ焼却炉ボイラ用合金
  2. 【請求項2】 重量%で、 C:0.02〜0.1%、 Si:1〜5%、 Mn:5%以下、 Cr:10超〜20%未満、 Ni:30〜50%、 Mo:0.5〜3%、 Co:10〜40%、 W:0.5〜5% に加えて、さらに N:0.05〜0.4%、 Cu:0.2〜0.5% の1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的
    不純物からなる、塩化水素ガスおよび溶融塩酸塩に対す
    る高温耐食性に優れたごみ焼却炉ボイラ用合金
  3. 【請求項3】 重量%で、 C:0.02〜0.1%、 Si:1〜5%、 Mn:5%以下、 Cr:10超〜20%未満、 Ni:30〜50%、 Mo:0.5〜3%、 Co:10〜40%、 W:0.5〜5% に加えて、さらに Nb:0.05〜2%、 Ti:0.02〜0.5% の1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的
    不純物からなる、塩化水素ガスおよび溶融塩酸塩に対す
    る高温耐食性に優れたごみ焼却炉ボイラ用合金
  4. 【請求項4】 重量%で、 C:0.02〜0.1%、 Si:1〜5%、 Mn:5%以下、 Cr:10超〜20%未満、 Ni:30〜50%、 Mo:0.5〜3%、 Co:10〜40%、 W:0.5〜5%に加えて、さらに、 N:0.05〜0.4%、 Cu:0.2〜0.5% の1種または2種および Nb:0.05〜2%、 Ti:0.02〜0.5% の1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的
    不純物からなる、塩化水素ガスおよび溶融塩酸塩に対す
    る高温耐食性に優れたごみ焼却炉ボイラ用合金
  5. 【請求項5】 公知のボイラ用鋼管を内管とし、請求項
    1ないし4のうちのいずれかに記載の合金を外管とした
    ことを特徴とする塩化水素ガスおよび溶融塩酸塩に対す
    る高温耐食性に優れたごみ焼却炉ボイラ用複層鋼管
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