JP2643709C - - Google Patents

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JP2643709C
JP2643709C JP2643709C JP 2643709 C JP2643709 C JP 2643709C JP 2643709 C JP2643709 C JP 2643709C
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alloy
boiler
corrosion
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incineration
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】 この発明は、塩化物を含む腐食性燃焼スラグが付着するような高温環境で使用
されるボイラの伝熱管(ボイラチューブ)用の高耐食性合金に関する。詳しくは
、都市ごみ、産業廃棄物、下水処理汚泥等(以下、「ごみ」と総称する)を焼却
する施設において、エネルギー回収を目的として設置される廃熱ボイラ、製紙工
場において黒液を燃焼してソーダを回収するとともに廃熱を利用して発電を行う
ためのボイラ(ソーダ回収ボイラという)等の過熱器管、再熱器管、蒸発器管お
よび水壁管等のボイラ伝熱管用として、特に高温高圧下で利用されるオーステナ
イト組織の高Cr高Ni合金に関する。 【0002】 【従来の技術】 近年、未利用のエネルギーを積極的に利用する観点から、都市ごみの有するエ
ネルギーの有効利用が注目され、既に都市ごみを焼却したときに発生する廃熱を
利用して、地域暖房や焼却施設内の電力を賄うための発電が一部の施設で行われ
ている。また、製紙業界においては、パルプ製造工程で発生する黒液を燃焼させ
てソーダを回収し、併せて廃熱で発電を行う目的のボイラ(ソーダ回収ボイラと
いう)が利用されるようになってきた。 【0003】 上記の廃熱回収システムで廃熱を電気エネルギーに変えて最大限に利用するに
は、発電効率を上げなければならない。そのためには廃熱ボイラーの蒸気条件を
高温高圧化する必要がある。しかし、蒸気の高温化はボイラ管の管壁温度の高温
化をもたらし、管の腐食を激化させる。また、蒸気の高圧化のためにはボイラ管
材料が高温強度にも優れるものでなければならない。例えば、従来のごみ焼却廃
熱回収ボイラでは最も温度の高い過熱器管の管壁温度でも 200〜350 ℃であった
が、今後はごみ焼却廃熱回収ボイラでもソーダ回収ボイラでも、管壁温度が500
℃を超えるような操業条件が採用されることが予想される。 【0004】 都市ごみの中には多量のプラスチック分が混入しているから、その燃焼ガスに
は塩化水素が含まれている。また、燃焼残滓(スラグ)には塩化物が含有されて いる。従って、ごみ焼却廃熱回収ボイラ用伝熱管では、塩化水素ガスによる腐食
と、塩化物を含むスラグの付着による金属材料の腐食損傷が問題となる。この事
情はソーダ回収ボイラでも同じである。 【0005】 前記のような背景から、伝熱管材料として特に塩化物を含む苛酷な腐食環境に
耐える優れた耐食性と高い高温強度を兼備した材料が強く要求されるに到ってい
る。 【0006】 超高温高圧化プラントの高温部位、例えば過熱器管等に使用される材料として
は、高温強度に優れるオーステナイト組織を有する高耐食性の材料が望ましい。 【0007】 オーステナイト組織を有する都市ごみ焼却廃熱ボイラ管用材料は、外国、特に米
国において種々のものが知られている。例えば、Corrsion,March 9-13,1987 Pa
per No.402には、約42%のNiを含む 825合金(ASTM B163,B423に記載されている
NO8825合金)および約66%のNiを含む 625合金(ASTM B444 に記載されているNO
6625合金)を都市ごみ焼却廃熱ボイラ管用材料として適用した事例が報告されて
おり、Niを多量に含むこれらの高合金鋼は、米国のごみ焼却炉の腐食環境で腐食
減肉が少なく、耐食性に優れていると述べられている。 【0008】 しかし、本発明者らが我が国のごみ焼却廃熱ボイラおよびソーダ回収ボイラの
腐食環境のように、塩化物を含むスラグが付着する条件で試験した結果では、前
記825 合金等の従来のオーステナイト系合金には、全面腐食や応力腐食割れとと
もに結晶粒界が選択的に腐食される粒界腐食が発生する場合がある。 【0009】 本発明者らは、先に、NiとMoの含有量を調整して応力割れ感受性を低くした合
金(特願平3−188567号)、さらにAl添加により全面腐食に対する抵抗性を高め
た合金(特願平3−161357号)およびMnの多量積極添加により耐全面腐食性を高
めた合金(特願平3−310384号)を開発して特許出願した。しかしながら、前記
の粒界腐食を完全に防止するという点では、これらの発明の合金も未だ不十分で ある。ボイラ管は高温高圧下で使用される構造材料であるから、粒界腐食は状況
によっては管のクラックの起点となり、管の破壊につながるおそれがある。従っ
て、特に高温高圧用のボイラ管の材料としては粒界腐食に対する感受性はできる
だけ低いことが望ましい。 【0010】 【発明が解決しようとする課題】 本発明の課題は、前記の先願発明の合金と同様に高温で優れた強度を示すオー
ステナイト組織を有し、しかも塩化物を含む燃焼スラグが付着するような過酷な
腐食環境において耐全面腐食性、耐応力腐食割れ性に優れ、さらに粒界腐食に対
しては前記先願発明の合金に優る十分な抵抗性を有するボイラ伝熱管用材料を提
供することにある。 【0011】 【課題を解決するための手段】 従来、オーステナイト系合金の粒界腐食は、合金の結晶粒界に析出するCr炭
化物が塩化物を含むスラグと反応する、析出したCr炭化物の周辺に生じるCr欠
乏層が選択的に腐食される、という二つの原因によるとされていた。ところが、
本発明者らが行った塩化物を含む腐食性燃焼スラグが付着する条件における試験
では、結晶粒界に実質上Cr炭化物が析出していない合金でも粒界腐食が発生した
。その原因を追求したところ、結晶粒界に偏析した不純物元素、特にPおよびSi
が塩化物を含む燃焼スラグに選択的に溶出することでも粒界が腐食することを突
きとめた。そして、後述するように、Cr、Ni、Moをはじめとする合金元素の含有
量を適正に選んだ上で、Cを0.05%以下とし、PとSiをそれぞれ 0.015%以下、
0.3 %以下とすることによって、上記のような環境下でも粒界腐食の発生をほぼ
完全に抑えることが可能であることを確認した。 【0012】 本発明は、下記の化学組成をもつごみ焼却用ボイラまたはソーダ回収用ボイラ
伝熱管用高耐食合金を要旨とする。 【0013】 (1) 重量%で、C:0.05%以下、Si: 0.3%以下、Mn: 7.5%以下、Cr:25〜35 %、Ni:25〜55%および下記式を満足するMoを含有し、残部がFeおよび不可避
不純物からなり、不純物中のPが 0.015%以下である化学組成。 【0014】 0.3(%)≦Mo(%)≦5.8(%)−{Ni(%)/10}・・・・・ (2) 上記(1)の組成に更に下記の第1群、第2群および第3群の1以上の群から
選んだ1種以上の合金成分を含む化学組成。 【0015】 第1群:それぞれ、又は2種以上の合計で 0.1〜3.0 重量%のNb、Ti、Zrお よびV。 【0016】 第2群:それぞれ、又は2種以上の合計で 0.1〜5.0 重量%のCu、Coおよび W。 【0017】 第3群:それぞれ、又は2種以上の合計で0.01〜0.1 重量%の希土類元素。 【0018】 (3) 合金成分として更に、0.1〜0.3 重量%のNを含有する上記(1)または(2)の
いずれかの化学組成。 【0019】 (4) 合金成分として更に、0.5重量%以下のAlを含有する上記(1)、(2)または(3)
のいずれかの化学組成。 【0020】 【作用】 本発明の合金は、上記各合金成分の適切な組合せの総合的な効果として、塩化
物を含む燃焼スラグが付着するような高温腐食環境で用いられる材料、例えば、
ごみ焼却ボイラやソーダ回収ボイラの伝熱管の材料にふさわしい優れた性質をも
つに到るのであるが、各合金成分の作用効果とその含有量の限定理由を個々に述
べれば次のとおりである。以下、合金成分の含有量についての%は全て重量%を
意味する。 【0021】 C: Cは合金中のCrと結合し、結晶粒界に塊状のCr炭化物として析出すると管の表
面に付着した塩化物を含む燃焼スラグと反応したり、結晶粒界近傍にCr欠乏層を
形成して合金の耐粒界腐食性を劣化させる。従って、Cの含有量はできるだけ低
くするのが望ましい。0.05%は許容上限値である。 【0022】 Si: Siは、通常、合金の脱酸剤として添加され、また、一般に耐酸化性を高めるた
めにも有効な元素である。オーステナイト組織の合金ではSiの多量添加は全面腐
食を抑制する効果もある。しかしながら、Siは結晶粒界に偏析して塩化物を含む
燃焼スラグと反応し、粒界腐食を招く原因にもなる。このようにSiは耐食性に対
して相反する二つの作用効果を有するが、本発明では耐全面腐食性は他の元素(C
r、Ni等)で補い、粒界腐食の防止を狙ってSiの含有量を低く抑えた。Si含有量が
0.3%以下であれば粒界腐食は実際上問題にならない程度に抑えられる。 【0023】 Mn: Mnはオーステナイト形成元素であると共に、脱酸剤としても利用できる。特に
500 ℃を超える高温域において塩化物を含む燃焼スラグが管の表面に付着するよ
うな腐食環境において、耐全面腐食性を高めるためにはMnを添加することが有効
である。しかし、Mnの含有量が 7.5%を超えると耐酸化性および熱間加工性が共
に劣化するから、その含有量を 7.5%以下とした。 【0024】 Cr: Crは高温強度および高温での耐酸化性の改善に優れた効果を示す。しかし、Si
を 0.3%以下に抑えた本発明合金においては、Crの含有量が25%未満では前記の
ような腐食環境下での高温腐食に対する抵抗性が十分でない。一方、35%を超え
て含有させても、耐食性向上の効果は増大せず、いたずらに材料価格を上げるだ
けになるからその上限を35%とした。 【0025】 Ni: Niはオーステナイト形成元素であり、高温強度の確保や主として溶融塩化物系
の腐食性燃焼スラグによる全面腐食を抑制する重要な成分である。しかし、Niは
高価な元素であるから、材料コストと上記の効果とのバランスを考慮して上限を
55%とした。一方、Ni含有量が25%より低くなると耐高温腐食性が急激に劣化す
ることから下限を25%とした。 【0026】 Mo: Moは結晶粒界を強化し、粒界腐食に対する抵抗性を高めるのに有効な成分であ
る。Moは塩素イオンを含む水溶液中での耐食性、特に耐応力腐食割れ性を改善す
る成分とされており、耐海水腐食材料でもある前記の 825合金が3%のMoを含有
するのもこの理由に基づいている。ところが、前記のように我が国の都市ごみ焼
却ボイラの腐食環境のように、高濃度の溶融塩化物が含まれる燃焼スラグが付着
する環境では、従来の知見に反してMoを多量に添加すると応力腐食割れ感受性が
高くなる。しかしながら、本発明者らの研究結果によれば、Moの応力腐食割れ感
受性に対する影響は合金鋼中のNi含有量に強く依存しており、Moの含有量をNi含
有量に応じて適切に調整すれば、応力腐食割れ感受性を低くすることが可能であ
る。一方、前記のようにMoは粒界腐食を抑制する作用をもつ元素であり、その効
果を得るには0.3%以上の含有量が必要である。 上記のような、Moの作用効果を勘案して定めたのが前記の式、 即ち、 0.3(%)≦ Mo(%)≦ 5.8(%)−{Ni(%)/10} ・・・・・ である。Mo(%)が 5.8(%)−{Ni(%)/10}以下であれば合金の応力腐食割れ感受性
が高められることはない。 【0027】 本発明合金は、上記の成分の外にさらに次の元素を必要に応じて添加すること
ができる。 【0028】 Nb、Ti、ZrおよびV(第1群元素): Nb、Ti、ZrおよびVはいずれも炭化物を形成しやすいので、合金鋼中のCを固 定してCr炭化物の析出を抑制し、高温強度の向上および粒界腐食に対する抵抗性
を高めるのに役立つ。オーステナイト組織の合金の場合には、結晶粒界に析出す
るCr炭化物が管表面に付着する腐食性の溶融塩化合物と反応して粒界腐食を発生
させる一因となるが、C、PおよびSiを低く抑えた上でこれらの元素を添加すれ
ば、耐粒界腐食性は一段と向上する。これらの元素の含有量が1種または2種以
上の合計で 0.1%未満の場合は添加の効果が現れず、3%を超えて含有させても
効果が飽和し、コストのみが上昇する。 【0029】 Cu、CoおよびW(第2群元素): これらの元素は、固溶強化により合金の高温強度を向上させる作用がある。第
1群元素と同じく必要に応じて1種または2種以上を添加することができるが、
1種または2種以上の合計含有量が 0.1%未満の場合は添加の効果が顕著でない
。一方、5%を超える範囲ではコスト上昇に見合う効果の増大は殆どない。 【0030】 希土類元素(第3群元素): Y、La、Ce等の希土類元素は、合金表面に生成する保護性の酸化物被膜(Cr2O3
)の密着性を向上させる作用をもつ。このような効果を期待する場合に、1種ま
たは2種以上を合計で0.01%以上含有させればよい。ただし、0.1 %を超えると
合金の熱間加工性を劣化させる。 【0031】 N(窒素): Nはオーステナイト組織の安定化に寄与する。また、高温強度を高める作用も
有するので、必要に応じて 0.1%以上含有させることができる。しかし、本発明
合金の組成範囲では、通常の溶製法で 0.3%を超える含有量にすることは困難で
ある。 【0032】 Al: Alは合金の脱酸をすみやかに進め、合金の熱間加工性を向上させる目的で添加
することができる。しかし、Alが過剰に残ってその含有量が 0.5%を超えると高 温で長時間使用した場合に金属間化合物Ni3Al が析出しクリープ延性を劣化させ
るから、その含有量は 0.5%以下にとどめるのが望ましい。 本発明の合金は、例えば、電気炉で溶製し、VODまたはAODで精錬した後
ビレットとし、このビレットを素材として熱間押出法で製管して素管を得、この
素管を冷間抽伸して所定寸法の管とする。熱処理は、1000〜1200℃に加熱した後
に急冷する溶体化処理が望ましい。その後、デスケールして最終的に製品伝熱管
とする。なお、他の材料製の管と本発明合金製の管とを組み合わせて二重管(ク
ラッド管)として利用することもできる。 【0033】 【実施例】 表1(1)〜(9)に化学組成を示す符号 1〜107 の合金を真空溶解炉で17kgずつ溶
製し、インゴットに鋳造した後、1100℃の温度に加熱し、熱間鍛造および熱間圧
延して15mm厚のビレットにした。次いで、1100℃の温度で軟化焼鈍した後、冷間
圧延して10.5mm厚の板にした。その後、1100℃の温度に加熱して水冷する溶体化
処理を施した。 【0034】 溶体化処理後のそれぞれの板の中央部から2mm厚×10mm幅×10mm長さの腐食試
験片と、図1に示す寸法形状の応力割れ試験片を切り出し、後述の塩化物を含む
燃焼スラグ付着を模擬した高温腐食試験を行った。 併せて、表1(9)の符号 108〜112 に示す組成の合金の前記と同じ寸法の試験片
を市販ボイラ管の肉厚中央部から切り出し、同じ試験に供した。なお、表1(9)
中の符号 108はASTMのB163に記載のあるNO8825合金、符号 109はSUS304、符号 1
10 はSUS 316L、符号111 はSUS 310S、符号112 はASTMのB622に記載されているN
O8320鋼に、それぞれ相当するものである。 【0035】 高温腐食試験は、下記およびの2条件で行った。 【0036】 ごみ焼却ボイラの腐食性環境を模擬した試験 モル%で、10%NaCl−10%KCl −15%FeCl2−15%PbCl2−18.75 %Na2SO4 −18.75 %K2SO4−12.5%Fe2O3の合成灰を前記試験片の両面に30mg/cm2の割合で
塗付し、これを0.15%HCl −300ppmSO2−7.5%O2−7.5%CO2−20%H2O− bal.N2
のガス気流中において 550℃の温度で20時間加熱。 【0037】 ソーダ回収ボイラの腐食性環境を模擬した試験 モル%で20%NaCl−22.5%Na2SO4−22.5%K2SO4−20%Na2CO3−15%Fe2O3の合
成灰を前記試験片の両面に30mg/cm2の割合で塗付し、これを0.25%SO2− 1%O2
−15%CO2−bal.N2のガス気流中において 600℃の温度で20時間加熱。 【0038】 耐食性は、試験後の試験片を脱スケールして重量測定を行い、試験前後の重量
変化から腐食減量を求めて評価した。 【0039】 耐粒界腐食性は、脱スケール後の腐食試験片の表面部分を 100倍または 500倍
の光学顕微鏡で断面をミクロ観察して評価した。 ごみ焼却ボイラの腐食環境で問題になる応力腐食割れに対する感受性の試験は
、図2に示すように治具1で前記応力腐食割れ試験片2にそれぞれの合金の 0.2
%耐力相当の応力を負荷し、この状態で試験片2の表面に前記の高温腐食試験
で用いたのと同じ合成灰を塗布した後、同じガス気流中で400℃の温度に20時間
保持する試験である。試験温度を 400℃としたのはオーステナイト組織の合金の
応力腐食割れ感受性は 400℃付近で最も高くなるという本発明者の知見があった
からである。応力腐食割れの有無は、半円ノッチ部の断面ミクロ観察で調べた。 【0040】 【表1(1)】 【0041】 【表1(2)】 【0042】 【表1(3)】 【0043】 【表1(4)】 【0044】 【表1(5)】 【0045】 【表1(6)】 【0046】 【表1(7)】 【0047】 【表1(8)】 【0048】 【表1(9)】 【0049】 表2(1)〜(7)に、ごみ焼却ボイラの腐食環境を模擬した前記の腐食試験結果
を示す。符号1〜4、9〜12および17〜20の合金はPの含有量を変化させたもの
、符号5〜8、13〜16および21〜24はSiを変化させたものである。表2(1)〜(7)
の結果に明らかなように、の腐食環境における粒界腐食の最大深さは合金中の
PとSiの含有量に大きく影響される。Pが0.015 %以下で、かつSiが0.3 %以下
の合金の最大粒界浸食深さは 5μm以下となっており、比較合金の約1/4 である
。 【0050】 符号31〜48、61〜75、80〜83、86、87、89、91、93、95、97、99、101 、103
および105〜107 の合金は、第1群の合金元素を適正量含有量するものである。 【0051】 これらの合金の耐粒界腐食性は一層改善されており、粒界腐食は 400倍の光学顕
微鏡でも全く観測できないレベルになっている。 【0052】 本発明合金は、耐全面腐食性においても既存の比較合金のいずれにも勝り、応
力腐食割れ感受性も低い。 【0053】 以上の結果から、本発明合金はごみ焼却ボイラ用伝熱管の材料として極めて優
れたものであると言える。 【0054】 表3(1)〜(7)は前記のソーダ回収ボイラの腐食環境を模擬した試験の結果で
ある。この試験でも、前述のの条件による試験と同様に、合金中のPおよびSi
の含有量が粒界腐食の最大深さに大きく影響しており、Pが 0.015%以下でSiが
0.3%以下である本発明合金は、いずれも最大粒界浸食深さが 2.5μm以下とな
っている。また、全面腐食の点でも既存の比較合金に勝っている。 【0055】 【表2(1)】 【0056】 【表2(2)】 【0057】 【表2(3)】 【0058】 【表2(4)】 【0059】 【表2(5)】 【0060】 【表2(6)】 【0061】 【表2(7)】 【0062】 【表3(1)】 【0063】 【表3(2)】 【0064】 【表3(3)】 【0065】 【表3(4)】 【0066】 【表3(5)】 【0067】 【表3(6)】 【0068】 【表3(7)】 【0069】 【発明の効果】 実施例の試験結果からも明らかなように、本発明合金はごみ焼却ボイラおよび
ソーダ回収ボイラの伝熱管が曝されるきわめて特殊で苛酷な腐食環境中でも優れ
た耐全面腐食性と耐応力腐食割れを有し、しかも粒界腐食に対しても強い抵抗性
を示す合金である。この合金はオーステナイト組織であるため、高温強度は勿論
のこと、加工性および溶接性にも優れている。また、Ni含有量は55%まででよい から、既存のNi基合金に比較して安価でもある。 【0070】 本発明合金からなる管を上記のボイラの高温部位、例えば過熱器管等に使用す
ることによって、廃熱を充分に利用する高温高圧のボイラとすることが可能とな
り、エネルギー回収効率を高め、従来以上に効率よく電力エネルギーとして取り
出すことができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat transfer tube (boiler tube) of a boiler used in a high-temperature environment where corrosive combustion slag containing chloride adheres. It relates to a high corrosion resistant alloy. Specifically, in a facility that incinerates municipal waste, industrial waste, sewage sludge, etc. (hereinafter collectively referred to as "garbage"), black liquor is burned in a waste heat boiler installed for energy recovery and in a paper mill. For boiler heat transfer tubes such as superheater tubes, reheater tubes, evaporator tubes and water wall tubes for boilers (referred to as soda recovery boilers) for recovering soda and generating electricity using waste heat, In particular, it relates to a high Cr high Ni alloy having an austenitic structure used under high temperature and high pressure. [0002] In recent years, from the viewpoint of actively using unused energy, attention has been paid to the effective use of energy of municipal waste, and waste heat generated when incinerated municipal waste has already been used. In addition, some facilities generate electricity to supply electricity in district heating and incineration facilities. Further, in the papermaking industry, a boiler for burning soda liquor generated in a pulp manufacturing process to recover soda and to generate power using waste heat (referred to as a soda recovery boiler) has come to be used. . In order to maximize the use of waste heat by converting waste heat into electric energy in the above waste heat recovery system, power generation efficiency must be increased. For that purpose, it is necessary to increase the steam condition of the waste heat boiler to high temperature and high pressure. However, an increase in the temperature of the steam causes an increase in the wall temperature of the boiler tube, which intensifies the corrosion of the tube. Further, in order to increase the pressure of steam, the boiler tube material must have excellent high-temperature strength. For example, in the conventional waste incineration waste heat recovery boiler, the wall temperature of the superheater tube, which is the highest temperature, was 200 to 350 ° C, but in the future, the wall temperature of the waste incineration waste heat recovery boiler and soda recovery boiler 500
It is expected that operating conditions that will exceed ℃ will be employed. Since a large amount of plastic is mixed in municipal solid waste, the combustion gas contains hydrogen chloride. Further, the combustion residue (slag) contains chloride. Therefore, in a heat transfer tube for a refuse incineration waste heat recovery boiler, corrosion by a hydrogen chloride gas and corrosion damage of a metal material due to adhesion of slag containing a chloride become problems. The same is true for soda recovery boilers. [0005] From the above background, there has been a strong demand for a heat transfer tube material that has both excellent corrosion resistance and high high-temperature strength that can withstand a severe corrosive environment, particularly containing chloride. As a material used for a high-temperature portion of an ultra-high-temperature and high-pressure plant, for example, a superheater tube or the like, a highly corrosion-resistant material having an austenite structure excellent in high-temperature strength is desirable. [0007] Various materials for municipal waste incineration waste heat boiler tubes having an austenitic structure are known in foreign countries, particularly in the United States. For example, Corrsion, March 9-13, 1987 Pa
per No. 402, 825 alloy containing about 42% Ni (as described in ASTM B163, B423
NO8825 alloy) and 625 alloy containing about 66% Ni (NO listed in ASTM B444)
6625 alloy) has been reported as a material for municipal waste incineration waste heat boiler tubes. These high alloy steels, which contain a large amount of Ni, have little corrosion loss in the corrosive environment of US waste incinerators, and have high corrosion resistance. It is said to be excellent. However, according to the results of tests conducted by the present inventors under conditions in which slag containing chloride adheres, such as the corrosive environment of a waste incineration waste heat boiler and a soda recovery boiler in Japan, the conventional 825 alloy and the like described above were found. In austenitic alloys, intergranular corrosion may occur in which grain boundaries are selectively corroded along with general corrosion and stress corrosion cracking. The present inventors have previously made an alloy whose stress cracking susceptibility was lowered by adjusting the contents of Ni and Mo (Japanese Patent Application No. 3-188567), and further increased the resistance to general corrosion by adding Al. An alloy (Japanese Patent Application No. 3-161384) and an alloy (Japanese Patent Application No. 3-310384) having improved overall corrosion resistance by actively adding a large amount of Mn have been developed and applied for a patent. However, the alloys of these inventions are still insufficient in completely preventing the intergranular corrosion. Since a boiler tube is a structural material used under high temperature and high pressure, intergranular corrosion may be a starting point of a crack in the tube depending on the situation, and may lead to breakage of the tube. Accordingly, it is desirable that the sensitivity to intergranular corrosion be as low as possible, particularly for a material for a boiler tube for high temperature and high pressure. An object of the present invention is to provide an austenitic structure exhibiting excellent strength at a high temperature similarly to the above-mentioned alloy of the prior application, and to attach a combustion slag containing chloride. A material for boiler heat transfer tubes having excellent overall corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance in a severe corrosive environment, and having sufficient resistance to intergranular corrosion as compared to the alloy of the prior application. Is to do. [0011] Conventionally, intergranular corrosion of austenitic alloys occurs in the vicinity of the precipitated Cr carbide where Cr carbide precipitated at the crystal grain boundaries of the alloy reacts with slag containing chloride. It was attributed to two causes: the resulting Cr-depleted layer was selectively corroded. However,
In a test conducted by the present inventors under conditions where corrosive combustion slag containing chloride adheres, intergranular corrosion occurred even in an alloy in which Cr carbide was not substantially precipitated at the crystal grain boundaries. In pursuit of the cause, impurity elements segregated at the grain boundaries, especially P and Si
Was found to be selectively eluted into combustion slag containing chlorides, thereby corroding grain boundaries. Then, as will be described later, after appropriately selecting the content of alloy elements such as Cr, Ni, and Mo, C is set to 0.05% or less, P and Si are set to 0.015% or less, respectively.
It has been confirmed that by setting the content to 0.3% or less, the occurrence of intergranular corrosion can be almost completely suppressed even under the above-mentioned environment. The gist of the present invention is a boiler for incineration or a boiler for soda recovery having the following chemical composition. (1) In weight%, C: 0.05% or less, Si: 0.3% or less, Mn: 7.5% or less, Cr: 25 to 35%, Ni: 25 to 55%, and Mo that satisfies the following formula: And the balance is Fe and unavoidable impurities, and P in the impurities is 0.015% or less. 0.3 (%) ≦ Mo (%) ≦ 5.8 (%) − {Ni (%) / 10} (2) The following first group and second group A chemical composition comprising one or more alloy components selected from the group and one or more of the third group. Group 1: Nb, Ti, Zr, and V, each or a total of two or more, in a total amount of 0.1 to 3.0% by weight. Group 2: Cu, Co and W, each or a total of two or more of 0.1 to 5.0% by weight. Group 3: rare earth elements of 0.01 to 0.1% by weight in total or in combination of two or more. (3) The chemical composition according to any one of the above (1) or (2), further containing 0.1 to 0.3% by weight of N as an alloy component. (4) The above (1), (2) or (3) further containing 0.5% by weight or less of Al as an alloy component.
Any of the chemical compositions. The alloy according to the present invention has a total effect of an appropriate combination of the above-mentioned alloy components, as a material used in a high-temperature corrosive environment in which combustion slag containing chloride adheres, for example,
It has excellent properties suitable for the material of heat transfer tubes of refuse incineration boilers and soda recovery boilers. The effects of each alloy component and the reasons for limiting its content are as follows. Hereinafter, all percentages of the content of the alloy component mean weight%. C: C combines with Cr in the alloy and precipitates as massive Cr carbide at the crystal grain boundaries, and reacts with combustion slag containing chloride adhering to the surface of the tube, or lacks Cr near the crystal grain boundaries. A layer is formed to degrade the intergranular corrosion resistance of the alloy. Therefore, it is desirable that the content of C be as low as possible. 0.05% is the allowable upper limit. Si: Si is usually added as a deoxidizing agent for an alloy, and is generally an effective element for improving oxidation resistance. In alloys with an austenitic structure, the addition of large amounts of Si also has the effect of suppressing general corrosion. However, Si segregates at the grain boundaries and reacts with the combustion slag containing chloride, which may cause intergranular corrosion. As described above, Si has two opposing effects on the corrosion resistance, but in the present invention, the general corrosion resistance is different from that of other elements (C
(r, Ni, etc.), and the Si content was kept low to prevent intergranular corrosion. Si content
If it is 0.3% or less, intergranular corrosion can be suppressed to a level that does not actually pose a problem. Mn: Mn is an austenite-forming element and can also be used as a deoxidizing agent. Especially
In a corrosive environment in which combustion slag containing chloride adheres to the pipe surface in a high temperature range exceeding 500 ° C., it is effective to add Mn to enhance the general corrosion resistance. However, if the content of Mn exceeds 7.5%, both the oxidation resistance and the hot workability deteriorate, so the content was set to 7.5% or less. Cr: Cr has an excellent effect of improving high-temperature strength and oxidation resistance at high temperatures. But Si
When the content of Cr is less than 25%, the resistance to high-temperature corrosion in the above-described corrosive environment is not sufficient. On the other hand, if the content exceeds 35%, the effect of improving the corrosion resistance does not increase and only the material price is increased unnecessarily, so the upper limit is set to 35%. Ni: Ni is an austenite-forming element, and is an important component for securing high-temperature strength and suppressing general corrosion mainly due to corrosive combustion slag of a molten chloride system. However, since Ni is an expensive element, the upper limit is taken into account in consideration of the balance between material costs and the above effects.
55%. On the other hand, when the Ni content is lower than 25%, the high-temperature corrosion resistance rapidly deteriorates, so the lower limit is set to 25%. Mo: Mo is an effective component for strengthening grain boundaries and increasing resistance to intergranular corrosion. Mo is considered to be a component that improves the corrosion resistance in an aqueous solution containing chlorine ions, particularly the stress corrosion cracking resistance. This is also the reason that the 825 alloy, which is also a seawater corrosion resistant material, contains 3% Mo. Is based on However, in the environment where combustion slag containing a high concentration of molten chloride adheres, such as the corrosive environment of municipal solid waste incineration boilers in Japan, stress corrosion occurs when a large amount of Mo is added contrary to conventional knowledge. The crack sensitivity increases. However, according to the research results of the present inventors, the effect of Mo on stress corrosion cracking susceptibility strongly depends on the Ni content in the alloy steel, and the Mo content is appropriately adjusted according to the Ni content. If so, it is possible to reduce the stress corrosion cracking susceptibility. On the other hand, as described above, Mo is an element having an effect of suppressing intergranular corrosion, and to obtain the effect, a content of 0.3% or more is necessary. As described above, the above formula was determined in consideration of the effect of Mo, that is, 0.3 (%) ≤ Mo (%) ≤ 5.8 (%)-{Ni (%) / 10}・If Mo (%) is 5.8 (%)-{Ni (%) / 10} or less, the alloy does not have increased sensitivity to stress corrosion cracking. The alloy of the present invention may further include the following elements, if necessary, in addition to the above components. Nb, Ti, Zr and V (first group elements): Since Nb, Ti, Zr and V all easily form carbides, C in the alloy steel is fixed to suppress precipitation of Cr carbides. , Help increase high temperature strength and increase resistance to intergranular corrosion. In the case of an alloy having an austenitic structure, Cr carbide precipitated at the crystal grain boundaries reacts with a corrosive molten salt compound adhering to the tube surface to cause grain boundary corrosion. If these elements are added while the content is kept low, the intergranular corrosion resistance is further improved. When the content of one or more of these elements is less than 0.1% in total, the effect of addition does not appear, and even if the content exceeds 3%, the effect is saturated and only the cost increases. Cu, Co and W (second group elements): These elements have an effect of improving the high-temperature strength of the alloy by solid solution strengthening. As in the case of the first group element, one or more kinds can be added as necessary.
When the total content of one or more of them is less than 0.1%, the effect of the addition is not remarkable. On the other hand, in the range exceeding 5%, there is almost no increase in the effect corresponding to the cost increase. Rare earth elements (third group elements): Rare earth elements such as Y, La, and Ce are formed of a protective oxide film (Cr 2 O 3 ) formed on the alloy surface.
) Has the effect of improving the adhesion. When such an effect is expected, one or more kinds may be contained in a total of 0.01% or more. However, if it exceeds 0.1%, the hot workability of the alloy deteriorates. N (nitrogen): N contributes to stabilization of the austenite structure. It also has the effect of increasing high-temperature strength, so that it can be contained in an amount of 0.1% or more as necessary. However, within the composition range of the alloy of the present invention, it is difficult to increase the content to more than 0.3% by a normal melting method. Al: Al can be added for the purpose of promptly deoxidizing the alloy and improving the hot workability of the alloy. However, if Al remains excessively and its content exceeds 0.5%, the intermetallic compound Ni 3 Al precipitates and deteriorates creep ductility when used for a long time at a high temperature. Therefore, the content is limited to 0.5% or less. It is desirable. The alloy of the present invention is produced, for example, by melting in an electric furnace, refining by VOD or AOD, and then forming a billet. It is drawn into a tube of a predetermined size. The heat treatment is desirably a solution treatment in which the material is heated to 1000 to 1200 ° C. and then rapidly cooled. Then, it is descaled and finally made into a product heat transfer tube. It should be noted that a tube made of another material and a tube made of the alloy of the present invention can be combined and used as a double tube (clad tube). [Examples] Alloys 1 to 107, whose chemical compositions are shown in Tables 1 (1) to (9), are melted in a vacuum melting furnace in an amount of 17 kg each, cast into ingots, and then heated to a temperature of 1100 ° C. Then, it was hot forged and hot rolled into a 15 mm thick billet. Next, after softening and annealing at a temperature of 1100 ° C., it was cold-rolled into a 10.5 mm thick plate. Thereafter, a solution treatment of heating to a temperature of 1100 ° C. and cooling with water was performed. A 2 mm thick × 10 mm wide × 10 mm long corrosion test piece and a stress cracking test piece having the dimensions and shape shown in FIG. 1 are cut out from the center of each plate after the solution treatment, and contain a chloride described later. A high temperature corrosion test simulating the adhesion of combustion slag was performed. At the same time, test specimens of the same dimensions as those of the alloys having the compositions shown in Tables 1 (9) with reference numerals 108 to 112 were cut out from the center of the wall thickness of a commercially available boiler tube and subjected to the same test. Table 1 (9)
Reference numeral 108 denotes NO8825 alloy described in ASTM B163, reference numeral 109 denotes SUS304, reference numeral 1
10 is SUS316L, 111 is SUS310S, 112 is N described in ASTM B622.
It corresponds to O8320 steel respectively. The high temperature corrosion test was performed under the following two conditions. Test simulating the corrosive environment of a refuse incineration boiler: 10% NaCl-10% KCl-15% FeCl 2 -15% PbCl 2 -18.75% Na 2 SO 4 -18.75% K 2 SO 4 − A synthetic ash of 12.5% Fe 2 O 3 was applied on both sides of the test piece at a rate of 30 mg / cm 2 , and this was coated with 0.15% HCl-300 ppm SO 2 -7.5% O 2 -7.5% CO 2 -20% H 2 O-bal.N 2
Heated at 550 ° C for 20 hours in a gas stream. [0037] Synthesis of the soda recovery in test mol% of a corrosive environment simulating a boiler 20% NaCl-22.5% Na 2 SO 4 -22.5% K 2 SO 4 -20% Na 2 CO 3 -15% Fe 2 O 3 Ash was applied on both sides of the test piece at a rate of 30 mg / cm 2 , and this was applied to 0.25% SO 2 -1% O 2
Heated at a temperature of 600 ° C for 20 hours in a gas stream of -15% CO 2 -bal.N 2 . The corrosion resistance was evaluated by descaling the test piece after the test, measuring the weight, and calculating the corrosion loss from the weight change before and after the test. The intergranular corrosion resistance was evaluated by microscopically observing the cross section of the surface portion of the corrosion test specimen after descaling using an optical microscope of 100 times or 500 times. As shown in FIG. 2, a test for the sensitivity to stress corrosion cracking, which is a problem in the corrosive environment of a refuse incineration boiler, was carried out using a jig 1 and a test piece 2 for each alloy.
% Proof stress is applied, and in this state, the same synthetic ash as that used in the above-mentioned high-temperature corrosion test is applied to the surface of the test piece 2 and then maintained at a temperature of 400 ° C. for 20 hours in the same gas stream. It is a test. The test temperature was set to 400 ° C. because the inventors of the present invention found that the stress corrosion cracking susceptibility of an austenitic alloy was highest near 400 ° C. The presence or absence of stress corrosion cracking was examined by microscopic observation of the cross section of the semicircular notch. [Table 1 (1)] [Table 1 (2)] [Table 1 (3)] [Table 1 (4)] [Table 1 (5)] [Table 1 (6)] [Table 1 (7)] [Table 1 (8)] [Table 1 (9)] Tables 2 (1) to (7) show the results of the above-described corrosion tests simulating the corrosive environment of a refuse incineration boiler. The alloys denoted by reference numerals 1 to 4, 9 to 12 and 17 to 20 have different contents of P, and the reference numerals 5 to 8, 13 to 16 and 21 to 24 have changed Si. Table 2 (1)-(7)
As is clear from the results, the maximum depth of intergranular corrosion in the corrosive environment is greatly affected by the contents of P and Si in the alloy. The maximum grain boundary erosion depth of alloys having P of 0.015% or less and Si of 0.3% or less is 5 μm or less, which is about 1/4 of the comparative alloy. Reference numerals 31 to 48, 61 to 75, 80 to 83, 86, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103
And alloys 105 to 107 contain an appropriate amount of the first group of alloying elements. The intergranular corrosion resistance of these alloys is further improved, and intergranular corrosion is at a level that cannot be observed at all with an optical microscope of 400 ×. The alloy of the present invention is superior to any of the existing comparative alloys in terms of overall corrosion resistance and has low susceptibility to stress corrosion cracking. From the above results, it can be said that the alloy of the present invention is extremely excellent as a material for heat transfer tubes for refuse incineration boilers. Tables 3 (1) to (7) show the results of tests simulating the corrosive environment of the soda recovery boiler. In this test, as in the test under the conditions described above, P and Si in the alloy were
Content greatly affects the maximum depth of intergranular corrosion, and when P is less than 0.015%, Si
Each of the alloys of the present invention having 0.3% or less has a maximum grain boundary erosion depth of 2.5 μm or less. It also outperforms existing comparative alloys in terms of overall corrosion. [Table 2 (1)] [Table 2 (2)] [Table 2 (3)] [Table 2 (4)] [Table 2 (5)] [Table 2 (6)] [Table 2 (7)] [Table 3 (1)] [Table 3 (2)] [Table 3 (3)] [Table 3 (4)] [Table 3 (5)] [Table 3 (6)] [Table 3 (7)] As is clear from the test results of the examples, the alloy of the present invention has an excellent overall surface resistance even in a very special and severe corrosive environment to which the heat transfer tubes of a refuse incineration boiler and a soda recovery boiler are exposed. This alloy has corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance, and also has strong resistance to intergranular corrosion. Since this alloy has an austenitic structure, it is excellent not only in high-temperature strength but also in workability and weldability. Also, since the Ni content may be up to 55%, it is also inexpensive as compared with existing Ni-based alloys. By using a tube made of the alloy of the present invention for a high-temperature portion of the above-mentioned boiler, for example, a superheater tube, it becomes possible to make a high-temperature and high-pressure boiler that makes full use of waste heat, thereby improving energy recovery efficiency. It can be more efficiently extracted as electric power energy than before.

【図面の簡単な説明】 【図1】 高温腐食試験で腐食減量の測定に用いた腐食試験片の形状を示す平面図および
側面図である。 【図2】 応力腐食割れ試験で使用した治具と試験片の取付け方法を示す側面図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view and a side view showing a shape of a corrosion test piece used for measuring a weight loss in a high-temperature corrosion test. FIG. 2 is a side view showing a jig used in the stress corrosion cracking test and a method of mounting a test piece.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 重量%で、C:0.05%以下、Si: 0.3%以下、Mn: 7.5%以下、Cr:25〜35%
、Ni:25〜55%および下記式を満足するMoを含有し、残部がFeおよび不可避不
純物からなり、不純物中のPが 0.015%以下であるごみ焼却用ボイラまたはソー
ダ回収用ボイラ伝熱管用高耐食合金。 0.3(%)≦Mo(%)≦5.8(%)−{Ni(%)/10}・・・・・ 【請求項2】 合金成分として更にNb、Ti、ZrおよびVのうちから選ばれた1種または2種以
上を合計で 0.1〜3.0 重量%含有する請求項1のごみ焼却用ボイラまたはソーダ
回収用ボイラ伝熱管用高耐食合金。 【請求項3】 合金成分として更にCu、CoおよびWのうちから選ばれた1種または2種以上を
合計で 0.1〜5.0 重量%含有する請求項1または2のごみ焼却用ボイラまたはソ
ーダ回収用ボイラ伝熱管用高耐食合金。 【請求項4】 合金成分として更に希土類元素の1種または2種以上を合計で0.01〜0.1 重量
%含有する請求項1、2または3のごみ焼却用ボイラまたはソーダ回収用ボイラ
伝熱管用高耐食合金。 【請求項5】 合金成分として更にN: 0.1〜0.3 重量%を含有する請求項1、2、3または
4のごみ焼却用ボイラまたはソーダ回収用ボイラ伝熱管用高耐食合金。 【請求項6】 合金成分として更に 0.5重量%以下のAlを含有する請求項1、2、3、4また
は5のごみ焼却用ボイラまたはソーダ回収用ボイラ伝熱管用高耐食合金。
[Claims 1] In weight%, C: 0.05% or less, Si: 0.3% or less, Mn: 7.5% or less, Cr: 25 to 35%
, Ni: 25 to 55% and Mo that satisfies the following formula, the balance being Fe and inevitable impurities, and P in the impurities being 0.015% or less, for boiler for incineration or boiler heat transfer tubes for soda recovery. Corrosion resistant alloy. 0.3 (%) ≦ Mo (%) ≦ 5.8 (%) − {Ni (%) / 10} .. 2. The alloy component is further selected from Nb, Ti, Zr and V The highly corrosion-resistant alloy for a boiler for refuse incineration or a boiler heat transfer tube for soda recovery according to claim 1, wherein one or more kinds are contained in a total of 0.1 to 3.0% by weight. 3. The boiler for incineration of refuse according to claim 1 or 2, wherein the alloy further contains one or more selected from Cu, Co and W in an amount of 0.1 to 5.0% by weight. High corrosion resistant alloy for boiler heat transfer tubes. 4. A high corrosion resistance for a boiler for incineration of refuse or a heat transfer tube for boiler for soda recovery according to claim 1, wherein the alloy further contains one or more rare earth elements in a total amount of 0.01 to 0.1% by weight. alloy. 5. The high corrosion-resistant alloy for a boiler for incineration or a boiler heat transfer tube for soda recovery according to claim 1, further comprising N: 0.1 to 0.3% by weight as an alloying component. 6. The high corrosion resistant alloy for a boiler for refuse incineration or a boiler heat transfer tube for soda recovery according to claim 1, further comprising 0.5% by weight or less of Al as an alloying component.

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