JP2817456B2 - ごみ焼却廃熱ボイラ管用高合金鋼 - Google Patents
ごみ焼却廃熱ボイラ管用高合金鋼Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、都市ごみおよび産業
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の過熱器管、蒸発器管および水壁
器管等のボイラ管用として、特に高温・高圧下で利用さ
れるオーステナイト組織を有する高合金鋼に関する。
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の過熱器管、蒸発器管および水壁
器管等のボイラ管用として、特に高温・高圧下で利用さ
れるオーステナイト組織を有する高合金鋼に関する。
【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。しかしながら、
特に我が国においては、都市ごみの高カロリー化および
プラスチック分の増加等に伴い、ごみの焼却処理施設に
おける材料の腐食が懸念され、就中、廃熱の有効利用を
目的とする廃熱ボイラ用鋼管で、主として塩化水素ガス
による激しい金属材料の腐食損傷が問題となっている。
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。しかしながら、
特に我が国においては、都市ごみの高カロリー化および
プラスチック分の増加等に伴い、ごみの焼却処理施設に
おける材料の腐食が懸念され、就中、廃熱の有効利用を
目的とする廃熱ボイラ用鋼管で、主として塩化水素ガス
による激しい金属材料の腐食損傷が問題となっている。
【０００３】最近の切迫したエネルギー事情から、ごみ
もいまや貴重なエネルギー源の一つと考えられるように
なっているが、ごみを焼却したときの廃熱を電気エネル
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。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
管壁温度が５００℃を超えるようなボイラが採用される
ことが予想される。
もいまや貴重なエネルギー源の一つと考えられるように
なっているが、ごみを焼却したときの廃熱を電気エネル
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。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
管壁温度が５００℃を超えるようなボイラが採用される
ことが予想される。
【０００４】前記のような、特にわが国のごみの特殊性
とボイラの高温・高圧化の趨勢を見れば、ボイラ管材料
として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必要とさせることが明らかであ
る。
とボイラの高温・高圧化の趨勢を見れば、ボイラ管材料
として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必要とさせることが明らかであ
る。
【０００５】本発明者らは、先にＡｌと希土類元素を含
有する炭素鋼、またはＡｌと希土類元素を含有し、Ｃｒ
量が１３％以下の合金鋼からなるごみ焼却廃熱ボイラ管
用高耐食鋼（特開平２−２１３４４９号公報）、Ａｌと
希土類元素を含有し、Ｃｒ量が１３％を超え１６％まで
のごみ焼却廃熱ボイラ管用高クロム鋼（特開平２−２１
７４４３号公報）、希土類元素を含有しない安価なごみ
焼却廃熱ボイラ管用高クロム鋼（特願平２−３０４２９
号、平成２年２月１０日出願）および溶接部の靭性を改
善したごみ焼却廃熱ボイラ管用高クロム・高マンガン鋼
（特願平２−３０９１１３号、平成２年１１月１４日出
願）を開発して特許出願した。
有する炭素鋼、またはＡｌと希土類元素を含有し、Ｃｒ
量が１３％以下の合金鋼からなるごみ焼却廃熱ボイラ管
用高耐食鋼（特開平２−２１３４４９号公報）、Ａｌと
希土類元素を含有し、Ｃｒ量が１３％を超え１６％まで
のごみ焼却廃熱ボイラ管用高クロム鋼（特開平２−２１
７４４３号公報）、希土類元素を含有しない安価なごみ
焼却廃熱ボイラ管用高クロム鋼（特願平２−３０４２９
号、平成２年２月１０日出願）および溶接部の靭性を改
善したごみ焼却廃熱ボイラ管用高クロム・高マンガン鋼
（特願平２−３０９１１３号、平成２年１１月１４日出
願）を開発して特許出願した。
【０００６】これらの先願発明鋼は、いずれも塩化水素
ガスによる溶融塩腐食に対して有効であるといわれてい
る耐食性に優れたＡｌ２０３の保護的酸化被膜が比較的
低い温度から鋼表面に生成するため、ごみ焼却施設にお
けるボイラ管の腐食軽減に大きく寄与するものである。
そして、これらの先願発明鋼はいずれも後述するような
オーステナイト系高合金鋼のように高価なＮｉを多量に
含まぬため安価な材料といえる。しかしながら、これら
の合金鋼は、前述のような管壁温度が５００℃を超える
ような廃熱回収ボイラの管材としては高温強度に難点が
ある。
ガスによる溶融塩腐食に対して有効であるといわれてい
る耐食性に優れたＡｌ２０３の保護的酸化被膜が比較的
低い温度から鋼表面に生成するため、ごみ焼却施設にお
けるボイラ管の腐食軽減に大きく寄与するものである。
そして、これらの先願発明鋼はいずれも後述するような
オーステナイト系高合金鋼のように高価なＮｉを多量に
含まぬため安価な材料といえる。しかしながら、これら
の合金鋼は、前述のような管壁温度が５００℃を超える
ような廃熱回収ボイラの管材としては高温強度に難点が
ある。
【０００７】超高温および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
望ましく、このような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、Ｃｏｒｒｓｉｏ
ｎ，Ｍａｒｃｈ ９−１３，１９８７には約４２％のＮ
ｉ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Ｎ
ｉを含む６２５合金（ＡＳＴＭ Ｂ４４４に記載されて
いるＮＯ６６２５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を多く
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。ところが、本発明者らが８２５合金等のＣｒ−Ｎ
ｉのオーステナイト系高合金鋼が、我が国の都市ごみ焼
却炉のように高濃度の溶融塩化物が管表面に付着するよ
うな過酷な腐食環境で良好な耐食性能を発揮するかどう
かを調べた結果、８２５合金等のＣｒ−Ｎｉのオーステ
ナイト系高合金鋼は、我が国のごみ焼却炉のような腐食
環境では、廃熱ボイラーの使用温度を高くしたときに応
力集中が生じる箇所、例えば溶接継手部で応力腐食割れ
が発生する危険性が高いことが判明した。
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
望ましく、このような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、Ｃｏｒｒｓｉｏ
ｎ，Ｍａｒｃｈ ９−１３，１９８７には約４２％のＮ
ｉ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Ｎ
ｉを含む６２５合金（ＡＳＴＭ Ｂ４４４に記載されて
いるＮＯ６６２５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を多く
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。ところが、本発明者らが８２５合金等のＣｒ−Ｎ
ｉのオーステナイト系高合金鋼が、我が国の都市ごみ焼
却炉のように高濃度の溶融塩化物が管表面に付着するよ
うな過酷な腐食環境で良好な耐食性能を発揮するかどう
かを調べた結果、８２５合金等のＣｒ−Ｎｉのオーステ
ナイト系高合金鋼は、我が国のごみ焼却炉のような腐食
環境では、廃熱ボイラーの使用温度を高くしたときに応
力集中が生じる箇所、例えば溶接継手部で応力腐食割れ
が発生する危険性が高いことが判明した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
のような既存の材料が有する問題点を解消し、廃熱ボイ
ラの蒸気条件の高温および高圧化にも充分に耐えること
ができる材料、即ち、高温で優れた強度を示すオーステ
ナイト組織を有し、過酷な腐食環境においても高い耐応
力腐食割れ性および全面腐食と粒界腐食に対する優れた
抵抗性をもつごみ焼却炉の廃熱ボイラ管用材料を提供す
ることにある。
のような既存の材料が有する問題点を解消し、廃熱ボイ
ラの蒸気条件の高温および高圧化にも充分に耐えること
ができる材料、即ち、高温で優れた強度を示すオーステ
ナイト組織を有し、過酷な腐食環境においても高い耐応
力腐食割れ性および全面腐食と粒界腐食に対する優れた
抵抗性をもつごみ焼却炉の廃熱ボイラ管用材料を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の化学組
成をもつ、耐応力腐食割れ性および耐粒界腐食性に優れ
た、溶融塩を生成するごみ焼却炉の廃熱ボイラ管用高合
金鋼を要旨とする。
成をもつ、耐応力腐食割れ性および耐粒界腐食性に優れ
た、溶融塩を生成するごみ焼却炉の廃熱ボイラ管用高合
金鋼を要旨とする。
【００１０】 （１）重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：４％以
下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：
３０％超５３％夫満、およびＭｏを下記式を満たす範
囲内で含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる
化学組成。
下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：
３０％超５３％夫満、およびＭｏを下記式を満たす範
囲内で含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる
化学組成。
【００１１】 ０．５＜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。 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 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 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。
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。 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 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 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。
【００１２】 （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）のいずれかの組成。
を含有する上記（１）または（２）のいずれかの組成。
【００１３】本発明の高合金鋼は、上記各合金成分の適
切な組合せの総合的な効果として、ごみ焼却廃熱ボイラ
管、特に高温・高圧のボイラ管用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、そのような化学組成
を選定した基礎となる主要な根拠を挙げれば次のとおり
である。
切な組合せの総合的な効果として、ごみ焼却廃熱ボイラ
管、特に高温・高圧のボイラ管用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、そのような化学組成
を選定した基礎となる主要な根拠を挙げれば次のとおり
である。
【００１４】（ａ）我が国のごみ焼却廃熱ボイラの腐食
環境下で、Ｎｉを多量に含むオーステナイト系高合金鋼
には応力腐食割れが発生しやすいのであるが、Ｃｒ含有
量が１５〜３０％、Ｎｉ含有量が２５〜５５％の範囲内
にあり、実質的にＭｏを含まぬ鋼であれば、応力腐食割
れ感受性は著しく低い。
環境下で、Ｎｉを多量に含むオーステナイト系高合金鋼
には応力腐食割れが発生しやすいのであるが、Ｃｒ含有
量が１５〜３０％、Ｎｉ含有量が２５〜５５％の範囲内
にあり、実質的にＭｏを含まぬ鋼であれば、応力腐食割
れ感受性は著しく低い。
【００１５】（ｂ）Ｍｏの添加は耐粒界腐食性を高める
のに有効である。従来、Ｍｏは、Ｃｌイオンを含む水溶
液中でオーステナイトステンレス鋼にみられる応力腐食
割れ感受性を低める効果があることが知られており、耐
海水腐食鋼である前記の８２５合金が３％のＭｏを含む
のもこのような理由からである。ところが本発明者らの
検討結果では、我が国の都市ごみ焼却廃熱ボイラの腐食
環境においては、Ｍｏは従来の上記知見とは全く相反
し、多量に添加すると応力腐食割れ感受性を高める元素
であることがわかった。しかし、Ｍｏの添加量を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
くすることができる。即ち、Ｍｏを含む鋼ではその応力
腐食割れ感受性はＮｉとＭｏの含有量とに依存し、Ｍｏ
の含有量を〔５．８−Ｎｉ（％）／１０〕％以下の範囲
内に調整すれば、応力腐食割れ感受性を低めることが可
能であることがわかった。
のに有効である。従来、Ｍｏは、Ｃｌイオンを含む水溶
液中でオーステナイトステンレス鋼にみられる応力腐食
割れ感受性を低める効果があることが知られており、耐
海水腐食鋼である前記の８２５合金が３％のＭｏを含む
のもこのような理由からである。ところが本発明者らの
検討結果では、我が国の都市ごみ焼却廃熱ボイラの腐食
環境においては、Ｍｏは従来の上記知見とは全く相反
し、多量に添加すると応力腐食割れ感受性を高める元素
であることがわかった。しかし、Ｍｏの添加量を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
くすることができる。即ち、Ｍｏを含む鋼ではその応力
腐食割れ感受性はＮｉとＭｏの含有量とに依存し、Ｍｏ
の含有量を〔５．８−Ｎｉ（％）／１０〕％以下の範囲
内に調整すれば、応力腐食割れ感受性を低めることが可
能であることがわかった。
【００１６】（ｃ）オーステナイト組織の合金にＳｉを
添加するとその耐食性、特にごみ焼却雰囲気のような高
温で苛酷な腐食環境下での耐食性が著しく改善される。
また、Ｓｉを含有する鋼にＣｕ、ＣｏおよびＷの１種以
上を添加すれば、高温強度を上げることができ、さらに
Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＶの１種以上の添加は、鋼中の
Ｃを安定化させ高温強度の低下を防止する効果がある。
添加するとその耐食性、特にごみ焼却雰囲気のような高
温で苛酷な腐食環境下での耐食性が著しく改善される。
また、Ｓｉを含有する鋼にＣｕ、ＣｏおよびＷの１種以
上を添加すれば、高温強度を上げることができ、さらに
Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＶの１種以上の添加は、鋼中の
Ｃを安定化させ高温強度の低下を防止する効果がある。
【００１７】上述の合金元素ならびに希土類元素および
Ｎ（窒素）の作用効果と含有量の限定理由については、
以下に詳しく説明する。なお、以下の説明では、重量％
を単に％と記載する。
Ｎ（窒素）の作用効果と含有量の限定理由については、
以下に詳しく説明する。なお、以下の説明では、重量％
を単に％と記載する。
【００１８】
【作用】Ｃ： Ｃは鋼中のＣｒと結合し、結晶粒界に塊状のＣｒ炭化物
として析出すると高温強度が劣化したり、管表面に付着
する腐食性溶融塩化合物と反応して粒界腐食が発生した
りするので、そ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。
として析出すると高温強度が劣化したり、管表面に付着
する腐食性溶融塩化合物と反応して粒界腐食が発生した
りするので、そ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。
【００１９】Ｓｉ： Ｓｉは脱酸剤として必要であり、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。また、特に高温に
おけるごみ焼却設備の腐食環境、即ち、溶融塩化物が材
料表面に付着するような環境でしかも５００℃を超える
ような高温条件で、優れた耐食性を鋼に付与する元素で
ある。このような効果は、０．７５％以上の含有量で顕
著になるから、Ｓｉ含有量は０．７５％以上とするのが
望ましい。しかし、その含有量が４％を超えるとシグマ
脆化を招くようになるから、４％までの含有にとどめな
ければならない。
を高めるためにも有効な元素である。また、特に高温に
おけるごみ焼却設備の腐食環境、即ち、溶融塩化物が材
料表面に付着するような環境でしかも５００℃を超える
ような高温条件で、優れた耐食性を鋼に付与する元素で
ある。このような効果は、０．７５％以上の含有量で顕
著になるから、Ｓｉ含有量は０．７５％以上とするのが
望ましい。しかし、その含有量が４％を超えるとシグマ
脆化を招くようになるから、４％までの含有にとどめな
ければならない。
【００２０】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。しかし、その含有量が２．５％を超
えると耐酸化性および熱間加工性を劣化させるから、そ
の含有量は２．５％以下とする。
しても利用できる。しかし、その含有量が２．５％を超
えると耐酸化性および熱間加工性を劣化させるから、そ
の含有量は２．５％以下とする。
【００２１】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、その含有量が１５％未満では耐酸
化性の改善が充分に得られないから、３０％を超える量
とした。一方、わが国のごみ焼却設備のように、溶融塩
化物が付着するような腐食環境下では、Ｃｒの含有量を
むやみに増やしても耐食性の改善効果は小さい。特に、
その含有量が３０％を超えると、ＳｉやＭｏのような耐
食性改善元素が含有されていても本来保護性を示すＣｒ
酸化物が溶融塩化物と反応しはじめ、揮発性のＣｒ２０
２Ｃｌ２を形成するため、かえって耐高温腐食性を劣化
させることになる。従って、Ｃｒの含有量は１５〜３０
％が適正範囲である。
効果を示す。しかし、その含有量が１５％未満では耐酸
化性の改善が充分に得られないから、３０％を超える量
とした。一方、わが国のごみ焼却設備のように、溶融塩
化物が付着するような腐食環境下では、Ｃｒの含有量を
むやみに増やしても耐食性の改善効果は小さい。特に、
その含有量が３０％を超えると、ＳｉやＭｏのような耐
食性改善元素が含有されていても本来保護性を示すＣｒ
酸化物が溶融塩化物と反応しはじめ、揮発性のＣｒ２０
２Ｃｌ２を形成するため、かえって耐高温腐食性を劣化
させることになる。従って、Ｃｒの含有量は１５〜３０
％が適正範囲である。
【００２２】Ｎｉ： Ｎｉはオーステナイト形成元素であり、高温強度の確保
や高温での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５３％未満とした。一方、
Ｎｉ含有量が２５％より低くなると、Ｓｉを多量添加し
た場合においても耐高温腐食性が急激に劣化する。した
がって、余裕をみてＮｉ含有量は３０％を超えることと
した。
や高温での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５３％未満とした。一方、
Ｎｉ含有量が２５％より低くなると、Ｓｉを多量添加し
た場合においても耐高温腐食性が急激に劣化する。した
がって、余裕をみてＮｉ含有量は３０％を超えることと
した。
【００２３】Ｍｏ： Ｍｏは通常湿食環境で耐食性を改善するために添加され
る元素であるが、前記のように我が国の都市ごみ焼却廃
熱ボイラの腐食環境においては、多量に添加すると応力
腐食割れ感受性を高める元素となる。その反面、Ｍｏは
粒界腐食を抑制する作用をもつ元素であるからこれを最
低限添加する。
る元素であるが、前記のように我が国の都市ごみ焼却廃
熱ボイラの腐食環境においては、多量に添加すると応力
腐食割れ感受性を高める元素となる。その反面、Ｍｏは
粒界腐食を抑制する作用をもつ元素であるからこれを最
低限添加する。
【００２４】前述のように、本発明者の研究結果によれ
ば、Ｍｏの応力腐食割れ感受性に対する影響は鋼中のＮ
ｉ含有量に強く依存している。Ｍｏは、前記式を満た
す範囲内で含有させれば、応力腐食割れ感受性は高めら
れることなく、鋼の粒界腐食を抑制することができる。
なお、粒界腐食抑制の効果を確かにするには、０．５％
を超える含有量とする。
ば、Ｍｏの応力腐食割れ感受性に対する影響は鋼中のＮ
ｉ含有量に強く依存している。Ｍｏは、前記式を満た
す範囲内で含有させれば、応力腐食割れ感受性は高めら
れることなく、鋼の粒界腐食を抑制することができる。
なお、粒界腐食抑制の効果を確かにするには、０．５％
を超える含有量とする。
【００２５】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、本発明鋼の組
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。
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、本発明鋼の組
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。
【００２６】 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、鋼中のＣを固定してＣｒ炭化物の析出を抑制
し、高温強度の低下を防ぐ作用をもつ。特に高温強度を
重視する場合に１種または２種以上を添加すればよい。
オーステナイト鋼の場合には、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が、Ｃを低く抑えた上にこれ
らの元素を添加すれば、粒界腐食は一段と生じ難くな
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。
すいので、鋼中のＣを固定してＣｒ炭化物の析出を抑制
し、高温強度の低下を防ぐ作用をもつ。特に高温強度を
重視する場合に１種または２種以上を添加すればよい。
オーステナイト鋼の場合には、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が、Ｃを低く抑えた上にこれ
らの元素を添加すれば、粒界腐食は一段と生じ難くな
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。
【００２７】Ｃｕ、ＣｏおよびＷ（第２群元素）： これらの元素は、固溶強化により鋼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。
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。
【００２８】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く、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。
％未満の場合は添加の効果が顕著でなく、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。
【００２９】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およびＳｉＯ２）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。
護性の酸化物被膜（Ｃｒ２Ｏ３およびＳｉＯ２）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。
【００３０】本発明の高合金鋼は、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、１０５０〜１２００℃に加熱した後に急冷する溶
体化処理が望ましい。
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、１０５０〜１２００℃に加熱した後に急冷する溶
体化処理が望ましい。
【００３１】
【実施例】表１〜表４に化学組成を示す符号４４〜４
６、４９、５０、５３〜５８、６２〜６６、６９〜９３
の鋼（いずれも本発明の鋼）を真空溶解炉で１７ｋｇづ
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、これらを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。しかる後、１２００℃の温度に加熱して水冷する溶
体化処理を行った。
６、４９、５０、５３〜５８、６２〜６６、６９〜９３
の鋼（いずれも本発明の鋼）を真空溶解炉で１７ｋｇづ
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、これらを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。しかる後、１２００℃の温度に加熱して水冷する溶
体化処理を行った。
【００３２】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、ごみ
焼却炉環境を模擬した腐食試験を行った。
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、ごみ
焼却炉環境を模擬した腐食試験を行った。
【００３３】併せて、表５の符号９４〜１０４に示す比
較試験のための鋼を溶製して同じようにして試験片を作
製し、さらに符号１０５〜１０９に示す化学組成の市販
ボイラ管の肉厚中央部から前記と同じ寸法の試験片を切
り出し、それぞれ腐食試験に供した。なお、符号１０５
の鋼はＡＳＴＭのＢ１６３に記載のあるＮＯ８８２５合
金、符号１０６の鋼はＳＵＳ３０４、符号１０７の鋼は
ＳＵＳ ３１６Ｌ、符号１０８の鋼はＳＵＳ ３１０
Ｓ、符号１０９の鋼はＡＳＴＭのＢ６２２に記載されて
いるＮＯ８３２０鋼にそれぞれ相当するものである。
較試験のための鋼を溶製して同じようにして試験片を作
製し、さらに符号１０５〜１０９に示す化学組成の市販
ボイラ管の肉厚中央部から前記と同じ寸法の試験片を切
り出し、それぞれ腐食試験に供した。なお、符号１０５
の鋼はＡＳＴＭのＢ１６３に記載のあるＮＯ８８２５合
金、符号１０６の鋼はＳＵＳ３０４、符号１０７の鋼は
ＳＵＳ ３１６Ｌ、符号１０８の鋼はＳＵＳ ３１０
Ｓ、符号１０９の鋼はＡＳＴＭのＢ６２２に記載されて
いるＮＯ８３２０鋼にそれぞれ相当するものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
【表４】
【００３８】
【表５】
【００３９】高温腐食試験は、前記腐食試験片の表裏
に、モル％で、１０％ＮａＣｌ−１０％ＫＣｌ−１５％
ＦｅＣｌ２−１５％ＰｂＣｌ２−１８．７５％Ｎａ２Ｓ
Ｏ４−１８．７５％Ｋ２ＳＯ４−１２．５％Ｆｅ２Ｏ３
の合成灰を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時間加熱する試験
である。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。
に、モル％で、１０％ＮａＣｌ−１０％ＫＣｌ−１５％
ＦｅＣｌ２−１５％ＰｂＣｌ２−１８．７５％Ｎａ２Ｓ
Ｏ４−１８．７５％Ｋ２ＳＯ４−１２．５％Ｆｅ２Ｏ３
の合成灰を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時間加熱する試験
である。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。
【００４０】耐粒界腐食性は、脱スケールした前述の腐
食試験片の表面部分を１００倍の光学顕微鏡で断面ミク
ロ観察して評価した。
食試験片の表面部分を１００倍の光学顕微鏡で断面ミク
ロ観察して評価した。
【００４１】応力腐食割れ試験は、図２に示すように治
具１で前記応力腐食割れ試験片２にそれぞれの鋼の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
ステナイト組織の鋼（合金）の応力腐食割れ感受性は４
００℃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。
具１で前記応力腐食割れ試験片２にそれぞれの鋼の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
ステナイト組織の鋼（合金）の応力腐食割れ感受性は４
００℃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。
【００４２】表６〜表８に各鋼の腐食減量、粒界腐食深
さおよび応力腐食割れの有無を示す。同表から明らかな
ように、本発明鋼はいずれの特性においても比較鋼およ
び既存鋼に勝っている。すなわち、本発明鋼は、耐全面
腐食性が格段に優れており、かつ、耐粒界腐食性が大き
く向上し、応力腐食割れが全く発生しなかった。
さおよび応力腐食割れの有無を示す。同表から明らかな
ように、本発明鋼はいずれの特性においても比較鋼およ
び既存鋼に勝っている。すなわち、本発明鋼は、耐全面
腐食性が格段に優れており、かつ、耐粒界腐食性が大き
く向上し、応力腐食割れが全く発生しなかった。
【００４３】これに対して、比較鋼（符号９４〜１０
４）および既存鋼（符号１０５〜１０９）は、いずれか
の特性が不十分である。なお、符号９７の鋼は鍛造中に
ビレットに割れが発生したため試験を取り止めた。
４）および既存鋼（符号１０５〜１０９）は、いずれか
の特性が不十分である。なお、符号９７の鋼は鍛造中に
ビレットに割れが発生したため試験を取り止めた。
【００４４】
【表６】
【００４５】
【表７】
【００４６】
【表８】
【００４７】
【発明の効果】実施例の試験結果からも明らかなよう
に、本発明鋼はごみ焼却炉雰囲気という特殊できわめて
苛酷な腐食環境中でも優れた耐全面腐食性を有し、しか
も応力腐食割れおよび粒界腐食に対しても強い抵抗性を
示す鋼である。この鋼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。
に、本発明鋼はごみ焼却炉雰囲気という特殊できわめて
苛酷な腐食環境中でも優れた耐全面腐食性を有し、しか
も応力腐食割れおよび粒界腐食に対しても強い抵抗性を
示す鋼である。この鋼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。
【００４８】本発明鋼からなる管を高温部位、例えば過
熱器管等に使用することによって、ごみ焼却の廃熱を充
分に利用した高温・高圧の廃熱ボイラとすることが可能
となり、都市ごみのもつエネルギーを従来以上に効率よ
く電カエネルギーとして取り出すことができる。
熱器管等に使用することによって、ごみ焼却の廃熱を充
分に利用した高温・高圧の廃熱ボイラとすることが可能
となり、都市ごみのもつエネルギーを従来以上に効率よ
く電カエネルギーとして取り出すことができる。
【図１】高温腐食試験で腐食減量の測定に用いた腐食試
験件の形状を示す平面図および側面図である。
験件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。
付け方法を示す側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｇ 5/46 Ｆ２３Ｇ 5/46 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 38/00 38/60 C22C 19/05,30/00
Claims (5)
- 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：４
％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎ
ｉ：３０％超５３％未満、およびＭｏを下記式を満た
す範囲内で含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物から
なる化学組成の耐応力腐食割れ性および耐粒界腐食性に
優れた、溶融塩を生成するごみ焼却炉の廃熱ボイラ管用
高合金鋼。 ０．５＜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種以上の合計で
０．１〜３．０重量％含有する請求項１のごみ焼却炉の
廃熱ボイラ管用高合金鋼。 - 【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種以上の合計で０．１〜
５．０重量％含有する請求項１または２のごみ焼却炉の
廃熱ボイラ管用高合金鋼。 - 【請求項４】合金成分として更にＮ：０．１〜０．３重
量％含有する請求項１、２または３のごみ焼却炉の廃熱
ボイラ管用高合金鋼。 - 【請求項５】合金成分として更に希土類元素の１種また
は２種以上の合計で０．０１〜０．１重量％を含有する
請求項１、２、３または４のごみ焼却炉の廃熱ボイラ管
用高合金鋼。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3188567A JP2817456B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-07-29 | ごみ焼却廃熱ボイラ管用高合金鋼 |
| US08/147,441 US5378427A (en) | 1991-03-13 | 1993-11-05 | Corrosion-resistant alloy heat transfer tubes for heat-recovery boilers |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-48133 | 1991-03-13 | ||
| JP4813391 | 1991-03-13 | ||
| JP3188567A JP2817456B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-07-29 | ごみ焼却廃熱ボイラ管用高合金鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04350149A JPH04350149A (ja) | 1992-12-04 |
| JP2817456B2 true JP2817456B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=26388355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3188567A Expired - Lifetime JP2817456B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-07-29 | ごみ焼却廃熱ボイラ管用高合金鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2817456B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1088293A (ja) * | 1996-04-16 | 1998-04-07 | Nippon Steel Corp | 粗悪燃料および廃棄物を燃焼する環境において耐食性を有する合金、該合金を用いた鋼管およびその製造方法 |
| SE527319C2 (sv) * | 2003-10-02 | 2006-02-07 | Sandvik Intellectual Property | Legering för högtemperaturanvändning |
| JP6308123B2 (ja) * | 2014-12-16 | 2018-04-11 | セイコーエプソン株式会社 | 粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末および焼結体 |
| CN106756406B (zh) * | 2016-11-30 | 2019-05-17 | 金川集团股份有限公司 | 一种镍铬铁电热合金 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5435171A (en) * | 1977-08-24 | 1979-03-15 | Aishin Kako Kk | Chemical reaction apparatus using electron beam application |
| JPS60230966A (ja) * | 1984-04-27 | 1985-11-16 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 塩化物の存在する高温乾食環境用鋼 |
| JPH02203092A (ja) * | 1989-01-31 | 1990-08-13 | Nippon Steel Corp | Ｖ，Ｎａ，Ｓ，Ｃｌを含有する燃料を燃焼する環境において耐食性を有する複層鋼管 |
| JPH02213449A (ja) * | 1989-02-13 | 1990-08-24 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ごみ焼却廃熱ボイラ管用高耐食鋼 |
-
1991
- 1991-07-29 JP JP3188567A patent/JP2817456B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04350149A (ja) | 1992-12-04 |
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