JP3310892B2 - ごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金 - Google Patents
ごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はごみ焼却ボイラ排ガ
スなどの塩化物、硫酸塩、酸化物などを含むダストが存
在する燃焼ガス中で優れた耐高温腐食性を発揮する高温
強度特性、塑性加工性、溶接性、高温長時間使用時の組
織安定性が良好なごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金に
関する。
スなどの塩化物、硫酸塩、酸化物などを含むダストが存
在する燃焼ガス中で優れた耐高温腐食性を発揮する高温
強度特性、塑性加工性、溶接性、高温長時間使用時の組
織安定性が良好なごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金に
関する。
【０００２】
【従来の技術】都市ごみ、産業廃棄物等には多種多様な
物質が含まれており、中でもＣｌ、Ｓは燃焼によりＨＣ
ｌ、ＳＯ2 を発生するとともに同時に含まれるＮａ、
Ｋ、Ｃａなどのアルカリ、アルカリ土類金属あるいはＰ
ｂ、Ｚｎなどの重金属類と反応して低融点の塩化物、硫
酸塩の混合塩を含むダストを生成する。このような腐食
性ガス、付着ダストの存在下では従来の低合金鋼、ステ
ンレス鋼、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金は大き
な腐食速度を示す。中でも上記燃焼炉の廃熱を回収し、
発電を行うためのボイラではボイラ管及び付属金物等の
腐食損傷が激しく、省エネルギー、省資源、環境保全の
面から強力に進められているボイラの高効率化に対して
優れた耐食性を発揮するボイラ用高温耐食材料の出現が
求められている。
物質が含まれており、中でもＣｌ、Ｓは燃焼によりＨＣ
ｌ、ＳＯ2 を発生するとともに同時に含まれるＮａ、
Ｋ、Ｃａなどのアルカリ、アルカリ土類金属あるいはＰ
ｂ、Ｚｎなどの重金属類と反応して低融点の塩化物、硫
酸塩の混合塩を含むダストを生成する。このような腐食
性ガス、付着ダストの存在下では従来の低合金鋼、ステ
ンレス鋼、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金は大き
な腐食速度を示す。中でも上記燃焼炉の廃熱を回収し、
発電を行うためのボイラではボイラ管及び付属金物等の
腐食損傷が激しく、省エネルギー、省資源、環境保全の
面から強力に進められているボイラの高効率化に対して
優れた耐食性を発揮するボイラ用高温耐食材料の出現が
求められている。
【０００３】例えば、既存合金のＡｌｌｏｙ６２５（２
１Ｃｒ−９Ｍｏ−４Ｆｅ−４Ｎｂ−０．２Ｔｉ−０．２
Ａｌ−Ｎｉ bal. ）はこのような環境下で比較的良好な
耐食性を示すことが知られているが、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔ
ｉ、Ｎｂを多く含んでおり、これらにより金属間化合物
が析出し、高温強度が高い反面、チューブ成形性、チュ
ーブ曲げ加工性が悪く、ボイラへ使用する際に形状等が
限定されてしまう。また、５００℃以上の高温で長時間
使用する場合、金属間化合物の析出が進行するため脆化
傾向を示すなど、高温での組織安定性が悪く、高温高圧
下で使用する場合使用温度などに制限を受ける。さら
に、高濃度のＭｏを含有することもチューブ成形性悪
化、コスト増加を招く要因となっている。また、Ａｌｌ
ｏｙ８２５（２１Ｃｒ−３Ｍｏ−４２Ｎｉ−２Ｃｕ−１
Ｔｉ−Ｆｅ bal. ）はＡｌｌｏｙ６２５よりコストは低
いが５００℃以上の高温では耐食性が悪化するため使用
温度が限定される。
１Ｃｒ−９Ｍｏ−４Ｆｅ−４Ｎｂ−０．２Ｔｉ−０．２
Ａｌ−Ｎｉ bal. ）はこのような環境下で比較的良好な
耐食性を示すことが知られているが、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔ
ｉ、Ｎｂを多く含んでおり、これらにより金属間化合物
が析出し、高温強度が高い反面、チューブ成形性、チュ
ーブ曲げ加工性が悪く、ボイラへ使用する際に形状等が
限定されてしまう。また、５００℃以上の高温で長時間
使用する場合、金属間化合物の析出が進行するため脆化
傾向を示すなど、高温での組織安定性が悪く、高温高圧
下で使用する場合使用温度などに制限を受ける。さら
に、高濃度のＭｏを含有することもチューブ成形性悪
化、コスト増加を招く要因となっている。また、Ａｌｌ
ｏｙ８２５（２１Ｃｒ−３Ｍｏ−４２Ｎｉ−２Ｃｕ−１
Ｔｉ−Ｆｅ bal. ）はＡｌｌｏｙ６２５よりコストは低
いが５００℃以上の高温では耐食性が悪化するため使用
温度が限定される。
【０００４】一方、上記のような環境下で良好な耐食性
を発揮する合金として、Ｓｉを比較的多く含むＣｒ−Ｎ
ｉ−Ｆｅ系合金が知られている（日本特許第１６０８２
９５号、１３１６９９４号、特開平７−２１６４８３号
公報、特開平５−３２０７９５号公報など）。また、Ｊ
ＩＳ規格においてもＳＵＳＸＭ１５Ｊ１など高Ｓｉステ
ンレス鋼が規定されている。Ｓｉは耐食性向上に有効な
反面チューブ成形性、加工性、溶接性、クリープ特性を
悪化させ、高温長時間使用時に脆化などが起こるため高
Ｓｉ合金のボイラ管としての利用はあまりなく、成分的
な工夫が必要である。前出の特許等においてもこのよう
なシームレス管成形性、高温長時間使用時の組織安定性
は考慮されていない。さらに、多量にＳｉを含有する合
金は溶接性が劣り、Ｓｉ含有により合金の融点が低下す
るため溶接時の高温割れが発生しやすく、成分的な工夫
が必要である。廃棄物燃焼環境下で使用される材料の耐
食性評価の精度を向上させるためには、実機に付着する
塩化物、硫酸塩、酸化物の混合したダスト雰囲気を模擬
した実験室条件下、あるいは実機中での評価が不可欠と
なっているが、前記特許等においてはこのような評価は
なされておらず、この種の腐食環境下での耐食性の優劣
の見極めが困難である。
を発揮する合金として、Ｓｉを比較的多く含むＣｒ−Ｎ
ｉ−Ｆｅ系合金が知られている（日本特許第１６０８２
９５号、１３１６９９４号、特開平７−２１６４８３号
公報、特開平５−３２０７９５号公報など）。また、Ｊ
ＩＳ規格においてもＳＵＳＸＭ１５Ｊ１など高Ｓｉステ
ンレス鋼が規定されている。Ｓｉは耐食性向上に有効な
反面チューブ成形性、加工性、溶接性、クリープ特性を
悪化させ、高温長時間使用時に脆化などが起こるため高
Ｓｉ合金のボイラ管としての利用はあまりなく、成分的
な工夫が必要である。前出の特許等においてもこのよう
なシームレス管成形性、高温長時間使用時の組織安定性
は考慮されていない。さらに、多量にＳｉを含有する合
金は溶接性が劣り、Ｓｉ含有により合金の融点が低下す
るため溶接時の高温割れが発生しやすく、成分的な工夫
が必要である。廃棄物燃焼環境下で使用される材料の耐
食性評価の精度を向上させるためには、実機に付着する
塩化物、硫酸塩、酸化物の混合したダスト雰囲気を模擬
した実験室条件下、あるいは実機中での評価が不可欠と
なっているが、前記特許等においてはこのような評価は
なされておらず、この種の腐食環境下での耐食性の優劣
の見極めが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来技術
の実情に鑑み、ごみ焼却ボイラ排ガスなどの塩化物、硫
酸塩、酸化物などを含むダストが存在する雰囲気中で優
れた耐高温腐食性を有し、高温強度特性、塑性加工性、
溶接性、高温長時間使用時の組織安定性が良好なごみ焼
却装置用高強度耐食耐熱合金を提供することを目的とす
る。
の実情に鑑み、ごみ焼却ボイラ排ガスなどの塩化物、硫
酸塩、酸化物などを含むダストが存在する雰囲気中で優
れた耐高温腐食性を有し、高温強度特性、塑性加工性、
溶接性、高温長時間使用時の組織安定性が良好なごみ焼
却装置用高強度耐食耐熱合金を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は（１）重量％で
Ｃ：０．３％以下、Ｓｉ：３．３〜６％、Ｐ：０．０３
％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１５〜３１％、Ｎ
ｉ：２３〜４１％、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｎｂ及び／又
はＴａ：０．１〜０．８％、Ｂ：０．００１〜０．０１
％、Ｔｉ：０．０３〜０．６％、Ａｌ：０．０３〜０．
６％、Ｎ：０．０１〜０．４％を含み、残部がＦｅ及び
不可避的不純物（ただしＦｅは３０％を超え、５０％以
下）からなることを特徴とするごみ焼却装置用高強度耐
食耐熱合金及び（２）前記（１）の成分に加えてＭｏ、
Ｗ、希土類金属、Ｃｏ、アルカリ土類金属及びＺｒから
なる群から選ばれる１種以上の元素を、重量％でＭｏ：
０．３〜５％、Ｗ：０．２〜３％、希土類金属：０．４
％以下、Ｃｏ：０．１〜４％、アルカリ土類金属：０．
１％以下、Ｚｒ：０．８％以下の割合で含有してなるこ
とを特徴とするごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金であ
る。
Ｃ：０．３％以下、Ｓｉ：３．３〜６％、Ｐ：０．０３
％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１５〜３１％、Ｎ
ｉ：２３〜４１％、Ｍｎ：０．１〜４％、Ｎｂ及び／又
はＴａ：０．１〜０．８％、Ｂ：０．００１〜０．０１
％、Ｔｉ：０．０３〜０．６％、Ａｌ：０．０３〜０．
６％、Ｎ：０．０１〜０．４％を含み、残部がＦｅ及び
不可避的不純物（ただしＦｅは３０％を超え、５０％以
下）からなることを特徴とするごみ焼却装置用高強度耐
食耐熱合金及び（２）前記（１）の成分に加えてＭｏ、
Ｗ、希土類金属、Ｃｏ、アルカリ土類金属及びＺｒから
なる群から選ばれる１種以上の元素を、重量％でＭｏ：
０．３〜５％、Ｗ：０．２〜３％、希土類金属：０．４
％以下、Ｃｏ：０．１〜４％、アルカリ土類金属：０．
１％以下、Ｚｒ：０．８％以下の割合で含有してなるこ
とを特徴とするごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金であ
る。
【０００７】本発明のごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合
金は、前記従来技術の課題を解決するため、廃棄物燃焼
環境などの高温腐食性条件下で使用できる優れた高温耐
食性を有する高強度耐食耐熱合金材料を開発すべく鋭意
研究を行った結果見出されたものであり、その成分、組
成は従来の材料と比較して次のような特徴を有してい
る。
金は、前記従来技術の課題を解決するため、廃棄物燃焼
環境などの高温腐食性条件下で使用できる優れた高温耐
食性を有する高強度耐食耐熱合金材料を開発すべく鋭意
研究を行った結果見出されたものであり、その成分、組
成は従来の材料と比較して次のような特徴を有してい
る。
【０００８】ＣｌやＳを含む燃焼ガス及び溶融ダスト付
着環境下で起こる高温腐食は複数の反応が同時に起こる
複合腐食であるが、その反応としてはＨＣｌ、Ｃｌ2 あ
るいは塩化物による塩化反応、ＳＯｘ、Ｈ2 Ｓあるいは
硫酸塩による硫化反応、Ｏ2、Ｈ2 Ｏ等による酸化反応
及び溶融塩に対する溶解反応などがあり、これらが同時
に起こる条件下ではＣｒ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＮｉ量の最適
化により腐食反応を抑制する必要がある。
着環境下で起こる高温腐食は複数の反応が同時に起こる
複合腐食であるが、その反応としてはＨＣｌ、Ｃｌ2 あ
るいは塩化物による塩化反応、ＳＯｘ、Ｈ2 Ｓあるいは
硫酸塩による硫化反応、Ｏ2、Ｈ2 Ｏ等による酸化反応
及び溶融塩に対する溶解反応などがあり、これらが同時
に起こる条件下ではＣｒ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＮｉ量の最適
化により腐食反応を抑制する必要がある。
【０００９】オーステナイト系ステンレス鋼やＣｒ−Ｎ
ｉ−Ｓｉ−Ｆｅ合金ではＣｒ、ＳｉはそれぞれＣｒ2 Ｏ
3 、ＳｉＯ2 等の酸化物あるいはこれらの複合酸化物を
形成する保護皮膜を形成する元素であり、従来より酸
化、硫化に対しては有効なことが確認されており、通常
それぞれＣｒ：１５重量％以上、Ｓｉ：２重量％以上が
含まれる。一方、塩化に対してはＮｉ、Ｓｉが有効であ
り、通常Ｎｉは１４重量％以上が添加されるが、前記Ｃ
ｌ、Ｓ、Ｏを含むすべての環境下での最適添加量につい
ては現在十分に解明されていない。本発明ではこのよう
な複合腐食反応下で最も耐食性が良好となる成分範囲を
鋭意研究した結果Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉの複合添加効
果による新たな成分添加量範囲を見出した。なかった。
ｉ−Ｓｉ−Ｆｅ合金ではＣｒ、ＳｉはそれぞれＣｒ2 Ｏ
3 、ＳｉＯ2 等の酸化物あるいはこれらの複合酸化物を
形成する保護皮膜を形成する元素であり、従来より酸
化、硫化に対しては有効なことが確認されており、通常
それぞれＣｒ：１５重量％以上、Ｓｉ：２重量％以上が
含まれる。一方、塩化に対してはＮｉ、Ｓｉが有効であ
り、通常Ｎｉは１４重量％以上が添加されるが、前記Ｃ
ｌ、Ｓ、Ｏを含むすべての環境下での最適添加量につい
ては現在十分に解明されていない。本発明ではこのよう
な複合腐食反応下で最も耐食性が良好となる成分範囲を
鋭意研究した結果Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉの複合添加効
果による新たな成分添加量範囲を見出した。なかった。
【００１０】本発明者らは、複合腐食反応下で組織安定
性上有害な多量のＮｂ、Ａｌを含まず、最も耐食性が良
好となる成分範囲を鋭意研究した結果、このような複合
腐食反応下で最も耐食性が良好となる成分範囲を鋭意研
究した結果Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉの複合添加効果によ
る新たな成分添加量範囲を見出すことができた。
性上有害な多量のＮｂ、Ａｌを含まず、最も耐食性が良
好となる成分範囲を鋭意研究した結果、このような複合
腐食反応下で最も耐食性が良好となる成分範囲を鋭意研
究した結果Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉの複合添加効果によ
る新たな成分添加量範囲を見出すことができた。
【００１１】Ｓｉは添加量が多い場合、Ｃｒ3 Ｓｉ、Ｎ
ｉ3 Ｓｉ等の金属間化合物が析出しやすく、また、σ相
などの脆化相の析出を促進するため高温における組織不
安定、脆化、塑性加工困難等のボイラ管等に適用する場
合の不具合が生じやすい。このような不具合を解消する
ためはＣｒ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｎｉの配合割合を適切に設定
する必要があり、本発明合金ではＮｉを２３〜４１重量
％、Ｃｒを１５〜３１重量％とし、さらにＳｉを６重量
％以下に規制して有害な金属間化合物が多く析出するこ
とを防止し、オーステナイト単相の基地組織とすること
により前記不具合の改善をはかった。
ｉ3 Ｓｉ等の金属間化合物が析出しやすく、また、σ相
などの脆化相の析出を促進するため高温における組織不
安定、脆化、塑性加工困難等のボイラ管等に適用する場
合の不具合が生じやすい。このような不具合を解消する
ためはＣｒ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｎｉの配合割合を適切に設定
する必要があり、本発明合金ではＮｉを２３〜４１重量
％、Ｃｒを１５〜３１重量％とし、さらにＳｉを６重量
％以下に規制して有害な金属間化合物が多く析出するこ
とを防止し、オーステナイト単相の基地組織とすること
により前記不具合の改善をはかった。
【００１２】ＳｉはＮｉと低融点共晶を形成しやすいた
め、溶接時の耐高温割れ、熱間加工性等の面で有害な元
素であるが、少量のＭｎ（０．１〜４重量％）及びＭｏ
（０．３〜５重量％）を添加し、また、Ｃ、Ｎ等の添加
による炭化物、窒化物の形成によって、溶接熱影響部の
結晶粒粗大化を阻止することでこれらを防止することが
できた。
め、溶接時の耐高温割れ、熱間加工性等の面で有害な元
素であるが、少量のＭｎ（０．１〜４重量％）及びＭｏ
（０．３〜５重量％）を添加し、また、Ｃ、Ｎ等の添加
による炭化物、窒化物の形成によって、溶接熱影響部の
結晶粒粗大化を阻止することでこれらを防止することが
できた。
【００１３】Ｎｂ及び／又はＴａ、Ｍｏ、ＮはＣｌに対
する耐食性に有効な元素であり、これらの元素の少量添
加によりさらに耐食性の改善をはかることができた。
Ｐ、Ｓについては熱間加工性、溶接性、耐食性に有害な
ため０．０３重量％以下に規制した。
する耐食性に有効な元素であり、これらの元素の少量添
加によりさらに耐食性の改善をはかることができた。
Ｐ、Ｓについては熱間加工性、溶接性、耐食性に有害な
ため０．０３重量％以下に規制した。
【００１４】本発明合金の高温引張特性、クリープ特性
を改善するためＣ、Ｎ、Ｎｂ及び／又はＴａ、Ｔｉ、Ａ
ｌ、Ｂを少量添加して炭化物、窒化物及び金属間化合物
による析出強化及び固溶強化をはかった。また、同様の
効果はＷ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒを少量添加することによっ
ても達成することができる。また、Ｍｎ、Ｗ、Ｂ、Ｃｏ
の少量添加により、特に熱間押出しによるシームレス管
加工性が向上するため、ボイラなどの厚肉、小径チュー
ブの製作が容易となった。また、希土類金属（Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｙ、Ｈｆなど）、アルカリ土類金属（Ｃａ、Ｍｇな
ど）の微量添加は合金の清浄化に寄与し、前記各性質の
改善作用があり、特に酸化、硫化腐食に対して有効と考
えられる。
を改善するためＣ、Ｎ、Ｎｂ及び／又はＴａ、Ｔｉ、Ａ
ｌ、Ｂを少量添加して炭化物、窒化物及び金属間化合物
による析出強化及び固溶強化をはかった。また、同様の
効果はＷ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒを少量添加することによっ
ても達成することができる。また、Ｍｎ、Ｗ、Ｂ、Ｃｏ
の少量添加により、特に熱間押出しによるシームレス管
加工性が向上するため、ボイラなどの厚肉、小径チュー
ブの製作が容易となった。また、希土類金属（Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｙ、Ｈｆなど）、アルカリ土類金属（Ｃａ、Ｍｇな
ど）の微量添加は合金の清浄化に寄与し、前記各性質の
改善作用があり、特に酸化、硫化腐食に対して有効と考
えられる。
【００１５】本発明合金の均一化熱処理は１０００〜１
２００℃で行い、また、鍛造、熱間加工は１０００〜１
１５０℃の範囲で行うのが最適である。
２００℃で行い、また、鍛造、熱間加工は１０００〜１
１５０℃の範囲で行うのが最適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の合金はその主要構成元素
であるＮｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｆｅの複合添加効果及び少量
のＭｎ、Ｃ、Ｎｂ及び／又はＴａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、
Ｎ、Ｂの添加により、Ｃｌ、Ｓの存在下で優れた耐高
温腐食性を発揮し、高温度での引張性等、クリープ強
さなどの高強度化をはかり、高温長時間使用下におけ
る多量の金属間化合物の析出を防止し、金属組織の安定
化を達成するとともに、鍛造性、熱間加工性を改善し
てシームレスチューブ等の製造性を向上し、溶接温度
割れを防止するなど、高温耐食材料、特にボイラ管とし
ての優れた性能を発揮する。各元素の効果及び合金元素
組成を限定した理由について、前記内容に加えて以下に
記述する。
であるＮｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｆｅの複合添加効果及び少量
のＭｎ、Ｃ、Ｎｂ及び／又はＴａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、
Ｎ、Ｂの添加により、Ｃｌ、Ｓの存在下で優れた耐高
温腐食性を発揮し、高温度での引張性等、クリープ強
さなどの高強度化をはかり、高温長時間使用下におけ
る多量の金属間化合物の析出を防止し、金属組織の安定
化を達成するとともに、鍛造性、熱間加工性を改善し
てシームレスチューブ等の製造性を向上し、溶接温度
割れを防止するなど、高温耐食材料、特にボイラ管とし
ての優れた性能を発揮する。各元素の効果及び合金元素
組成を限定した理由について、前記内容に加えて以下に
記述する。
【００１７】（１）Ｃ：Ｃの含有量が多くなるとクロム
炭化物の粒界析出などを促進するため耐食性を劣化さ
せ、脆化を促進する要因となるので上限を０．３重量％
とした。一方、微量の添加は高温強度、耐クリープ性の
向上に有効である。好ましい範囲としては０．０１〜
０．１重量％である。
炭化物の粒界析出などを促進するため耐食性を劣化さ
せ、脆化を促進する要因となるので上限を０．３重量％
とした。一方、微量の添加は高温強度、耐クリープ性の
向上に有効である。好ましい範囲としては０．０１〜
０．１重量％である。
【００１８】（２）Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｉ：鉄基合金ではＣ
ｒ、ＳｉはそれぞれＣｒ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 として燃焼ガ
ス中にて母材との密着性のよい緻密な酸化皮膜を形成す
る元素であり、特に酸化あるいはＳＯｘ、Ｈ2 Ｓ又は硫
酸塩による高温腐食環境下で有効な耐食性付与元素であ
る。しかし、これら元素単独では強い腐食性を有するＨ
ＣｌあるいはＣｌ2 又は塩化物を含む溶融ダスト付着下
では耐食性の発揮が十分ではない。
ｒ、ＳｉはそれぞれＣｒ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 として燃焼ガ
ス中にて母材との密着性のよい緻密な酸化皮膜を形成す
る元素であり、特に酸化あるいはＳＯｘ、Ｈ2 Ｓ又は硫
酸塩による高温腐食環境下で有効な耐食性付与元素であ
る。しかし、これら元素単独では強い腐食性を有するＨ
ＣｌあるいはＣｌ2 又は塩化物を含む溶融ダスト付着下
では耐食性の発揮が十分ではない。
【００１９】本発明合金ではＣｒ、Ｓｉ、Ｎｉをそれぞ
れ１５〜３１重量％（好ましくは１７〜２８重量％）、
３．３〜６重量％（好ましくは３．３〜５．５重量
％）、２３〜４１重量％（好ましくは２５〜３８重量
％）の濃度範囲で鉄基合金に添加し、複合添加効果によ
り従来のＦｅ基合金に比べ格段に優れた耐食性を発揮さ
せている。Ｃｒは多いほど耐食性向上に寄与するが、前
記範囲より多くなると耐食性、組織安定性が低下し、ま
た少ないと耐食性のみならずＣｒ3 Ｓｉ、Ｎｉ3 Ｓｉ等
の金属間化合物が多く出現し熱間加工性の低下、高温長
時間使用による組織の不安定化、材料の脆化を促進す
る。
れ１５〜３１重量％（好ましくは１７〜２８重量％）、
３．３〜６重量％（好ましくは３．３〜５．５重量
％）、２３〜４１重量％（好ましくは２５〜３８重量
％）の濃度範囲で鉄基合金に添加し、複合添加効果によ
り従来のＦｅ基合金に比べ格段に優れた耐食性を発揮さ
せている。Ｃｒは多いほど耐食性向上に寄与するが、前
記範囲より多くなると耐食性、組織安定性が低下し、ま
た少ないと耐食性のみならずＣｒ3 Ｓｉ、Ｎｉ3 Ｓｉ等
の金属間化合物が多く出現し熱間加工性の低下、高温長
時間使用による組織の不安定化、材料の脆化を促進す
る。
【００２０】一方、Ｓｉは多いほど耐食性は向上する
が、高温クリープ強度、熱間加工性、組織安定性、溶接
性等の低下が起こるため、上限を６重量％とした。Ｎｉ
はオーステナイト単相基地組織を得るために不可欠であ
り、また、Ｃｌに対する耐食性向上に欠かせない元素で
ある。本発明合金での最適組成は２３〜４１重量％であ
る。
が、高温クリープ強度、熱間加工性、組織安定性、溶接
性等の低下が起こるため、上限を６重量％とした。Ｎｉ
はオーステナイト単相基地組織を得るために不可欠であ
り、また、Ｃｌに対する耐食性向上に欠かせない元素で
ある。本発明合金での最適組成は２３〜４１重量％であ
る。
【００２１】（３）Ｐ、Ｓ：不純物として含有される
Ｐ、Ｓは耐食性を劣化させるのみならず、熱間加工性、
溶接性などの加工性を悪くするため少ない方が好まし
く、上限を０．０３重量％とした。
Ｐ、Ｓは耐食性を劣化させるのみならず、熱間加工性、
溶接性などの加工性を悪くするため少ない方が好まし
く、上限を０．０３重量％とした。
【００２２】（４）Ｍｎ：Ｍｎは脱Ｓ効果などにより不
純物による害を除く他、少量の添加により耐食性、加工
性、溶接性を改善する効果を有しており、耐食性を劣化
させない範囲で０．１〜４重量％、好ましくは０．３〜
２．５重量％の少量を添加することとした。
純物による害を除く他、少量の添加により耐食性、加工
性、溶接性を改善する効果を有しており、耐食性を劣化
させない範囲で０．１〜４重量％、好ましくは０．３〜
２．５重量％の少量を添加することとした。
【００２３】（５）Ｎｂ、Ｔａ：Ｎｂ及びＴａは炭化物
の安定化、Ｃの固定及び耐食性向上に有効であり、ま
た、高温強度向上に不可欠であるが、時効性、組織安定
化による延性確保の面から多量の含有は有害であり、両
者の合計で０．１〜０．８重量％、好ましくは０．２〜
０．５重量％とした。
の安定化、Ｃの固定及び耐食性向上に有効であり、ま
た、高温強度向上に不可欠であるが、時効性、組織安定
化による延性確保の面から多量の含有は有害であり、両
者の合計で０．１〜０．８重量％、好ましくは０．２〜
０．５重量％とした。
【００２４】（６）Ｂ：Ｂの少量の添加は結晶粒界の強
化に有効ではあるが、多量に添加すると金属間化合物析
出による脆化、加工性低下につながるため、０．００１
〜０．０１重量％の範囲とした。
化に有効ではあるが、多量に添加すると金属間化合物析
出による脆化、加工性低下につながるため、０．００１
〜０．０１重量％の範囲とした。
【００２５】（７）Ａｌ、Ｔｉ：Ａｌ、Ｔｉは脱酸素剤
として一般に用いられるが、多量に添加すると金属間化
合物が生成し、組織安定性、塑性加工性が悪くなるため
両者とも上限を０．６重量％とした。一方、Ｎｉ3 （Ａ
ｌ又はＴｉ）等の析出による高温強度向上効果を付与す
るために０．０３重量％以上の添加とした。なお、好ま
しい範囲は０．０５〜０．４重量％である。
として一般に用いられるが、多量に添加すると金属間化
合物が生成し、組織安定性、塑性加工性が悪くなるため
両者とも上限を０．６重量％とした。一方、Ｎｉ3 （Ａ
ｌ又はＴｉ）等の析出による高温強度向上効果を付与す
るために０．０３重量％以上の添加とした。なお、好ま
しい範囲は０．０５〜０．４重量％である。
【００２６】（８）Ｎ：Ｎは窒化物の析出あるいは固溶
強化により高温強度向上及びオーステナイト安定化に有
効である。また、粒界腐食の防止に有効であるが、多量
の添加により材料の脆化、時効性を促進し、熱間加工性
の低下を招くため０．０１〜０．４重量％の範囲内で添
加する。
強化により高温強度向上及びオーステナイト安定化に有
効である。また、粒界腐食の防止に有効であるが、多量
の添加により材料の脆化、時効性を促進し、熱間加工性
の低下を招くため０．０１〜０．４重量％の範囲内で添
加する。
【００２７】（９）Ｆｅ：Ｆｅは本発明合金のベース金
属であり、その含有量は３０重量％を超え５０重量％以
下とする。３０重量％以下ではＮｉを増量する必要があ
るためコスト的に高価となるほか、Ｓｉを添加すること
による熱間加工性、溶接性、高温組織安定性の劣化の影
響が大きくなる。また、５０重量％を超えると相対的に
Ｃｒ、Ｎｉ量が減少するためステンレス鋼（例えばＳＵ
Ｓ３１０）に近い組成となり耐食性が低下する。さら
に、α相が析出しやすくなり、高温組織安定性、耐食
性、高温強度面での問題が生じる。
属であり、その含有量は３０重量％を超え５０重量％以
下とする。３０重量％以下ではＮｉを増量する必要があ
るためコスト的に高価となるほか、Ｓｉを添加すること
による熱間加工性、溶接性、高温組織安定性の劣化の影
響が大きくなる。また、５０重量％を超えると相対的に
Ｃｒ、Ｎｉ量が減少するためステンレス鋼（例えばＳＵ
Ｓ３１０）に近い組成となり耐食性が低下する。さら
に、α相が析出しやすくなり、高温組織安定性、耐食
性、高温強度面での問題が生じる。
【００２８】また、さらに目的に応じて前記基本組成合
金の性質を改善するため、以下に示す元素を少量あるい
は微量添加することができる。
金の性質を改善するため、以下に示す元素を少量あるい
は微量添加することができる。
【００２９】（１０）Ｍｏ：ＭｏはＷと同様な効果を有
するが多量の添加は溶接性、組織安定性機械加工性に有
害なため０．３〜５重量％、好ましくは０．５〜３．５
重量％の少量添加とした。また、Ｍｏの添加は高温強度
（クリープ、引張特性）改善に効果を発揮する。
するが多量の添加は溶接性、組織安定性機械加工性に有
害なため０．３〜５重量％、好ましくは０．５〜３．５
重量％の少量添加とした。また、Ｍｏの添加は高温強度
（クリープ、引張特性）改善に効果を発揮する。
【００３０】（１１）Ｗ：ＷはＣｒの添加と合わせて耐
食性向上、高温強度（クリープ、引張特性）向上に寄与
する元素であるが、多量に添加すると塑性加工性が劣化
するため上限を５重量％に設定した。一方、溶接性、耐
食性などの性質改善には０．２重量％以上の添加が必要
である。好ましい範囲は０．５〜３．５重量％である。
食性向上、高温強度（クリープ、引張特性）向上に寄与
する元素であるが、多量に添加すると塑性加工性が劣化
するため上限を５重量％に設定した。一方、溶接性、耐
食性などの性質改善には０．２重量％以上の添加が必要
である。好ましい範囲は０．５〜３．５重量％である。
【００３１】（１２）希土類金属：Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｈ
ｆなどの希土類元素は、酸化皮膜の密着性を向上させ、
耐硫化性、耐酸化性向上に有効である。また材料の清浄
化にも有効であることから材料の靱性を低下させない
０．４重量％以下の範囲で添加することができる。
ｆなどの希土類元素は、酸化皮膜の密着性を向上させ、
耐硫化性、耐酸化性向上に有効である。また材料の清浄
化にも有効であることから材料の靱性を低下させない
０．４重量％以下の範囲で添加することができる。
【００３２】（１３）Ｃｏ：Ｃｏは耐食性を劣化させず
高温強度、塑性加工性、溶接性を向上させる目的で０．
１〜４重量％、好ましくは０．３〜３重量％の少量添加
することができる。
高温強度、塑性加工性、溶接性を向上させる目的で０．
１〜４重量％、好ましくは０．３〜３重量％の少量添加
することができる。
【００３３】（１４）アルカリ土類金属：Ｃａ、Ｍｇな
どのアルカリ土類金属は結晶粒界を強化し、材料清浄化
による耐食性、強度特性、加工性などを改善する必要が
ある場合に０．１重量％以下の微量添加することができ
る。（１５）Ｚｒ：Ｚｒは炭化物形成による高温強度向
上に有効であるが、多量添加は耐食性、加工性を悪くす
るため上限を０．８重量％とした。
どのアルカリ土類金属は結晶粒界を強化し、材料清浄化
による耐食性、強度特性、加工性などを改善する必要が
ある場合に０．１重量％以下の微量添加することができ
る。（１５）Ｚｒ：Ｚｒは炭化物形成による高温強度向
上に有効であるが、多量添加は耐食性、加工性を悪くす
るため上限を０．８重量％とした。
【００３４】本発明のごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合
金は都市ごみ、産業廃棄物、汚泥などの不均一な廃棄物
を燃焼させる焼却炉及びこれに付属するボイラ、金属部
品、火格子などの高温耐食性を要求される部材に好適に
利用でき、特に高温強度特性が良好であり、高温で耐食
性、高強度を要する部材に適している。また、同様なＣ
ｌ、Ｓを含む高温雰囲気下におかれる化石燃料燃焼装
置、化学プラント、一般機器の高温耐食材料としても優
れた溶接性、耐食性、耐熱性、組織安定性を発揮する。
この高強度耐食耐熱合金の利用形態としてはシームレス
チューブ、圧延板のほか各種鋳物あるいはクラッド管な
どが可能である。また、粉末を製作することにより溶
射、肉盛、粉末成形品などとして利用することもでき
る。
金は都市ごみ、産業廃棄物、汚泥などの不均一な廃棄物
を燃焼させる焼却炉及びこれに付属するボイラ、金属部
品、火格子などの高温耐食性を要求される部材に好適に
利用でき、特に高温強度特性が良好であり、高温で耐食
性、高強度を要する部材に適している。また、同様なＣ
ｌ、Ｓを含む高温雰囲気下におかれる化石燃料燃焼装
置、化学プラント、一般機器の高温耐食材料としても優
れた溶接性、耐食性、耐熱性、組織安定性を発揮する。
この高強度耐食耐熱合金の利用形態としてはシームレス
チューブ、圧延板のほか各種鋳物あるいはクラッド管な
どが可能である。また、粉末を製作することにより溶
射、肉盛、粉末成形品などとして利用することもでき
る。
【００３５】
本発明のごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金のごみ焼却
炉燃焼ガス環境下における耐食性を評価するため、実験
室模擬環境下で腐食試験を行った。試験は図１に示すよ
うに磁性ルツボ１内に充填した灰（表１の組成）２の中
に試験片３を埋め込み、密閉容器中で表１に示す組成の
混合ガスが５５０℃で毎分６００ミリリットル流れる環
境下に１００時間保持した後、腐食減量及び粒界腐食深
さを測定することによって行った。試験片は表２に示す
組成の原料を使用し、２０ｋｇの原料を真空溶解してイ
ンゴットを作製し、１１００℃で熱間鍛造を行い、最終
的に１０５０〜１１５０℃で溶体化処理を行って得た厚
さ２０ｍｍの板状試験材から縦１４ｍｍ、横１４ｍｍ、
厚さ３ｍｍの小試験片を加工して供試した。高温腐食試
験結果及び熱間鍛造時の鍛造性調査結果を表３に示す。
炉燃焼ガス環境下における耐食性を評価するため、実験
室模擬環境下で腐食試験を行った。試験は図１に示すよ
うに磁性ルツボ１内に充填した灰（表１の組成）２の中
に試験片３を埋め込み、密閉容器中で表１に示す組成の
混合ガスが５５０℃で毎分６００ミリリットル流れる環
境下に１００時間保持した後、腐食減量及び粒界腐食深
さを測定することによって行った。試験片は表２に示す
組成の原料を使用し、２０ｋｇの原料を真空溶解してイ
ンゴットを作製し、１１００℃で熱間鍛造を行い、最終
的に１０５０〜１１５０℃で溶体化処理を行って得た厚
さ２０ｍｍの板状試験材から縦１４ｍｍ、横１４ｍｍ、
厚さ３ｍｍの小試験片を加工して供試した。高温腐食試
験結果及び熱間鍛造時の鍛造性調査結果を表３に示す。
【００３６】表３の結果から、本発明合金である試験材
Ａ〜Ｑは熱間鍛造によるクラック発生が見られず、鍛造
性が良好であるとともに、表１に示すＣｌが２．２４重
量％又は１２．５重量％の実機灰Ａ又はＢの付着条件に
おいて、例えば比較合金Ｓ（６２５合金）、比較合金Ｒ
（８２５合金）に比べ腐食減量が小さく、他の比較合金
に比べても優れた耐食性を有していることがわかる。ま
た、この種の環境においてしばしば発生が見られる粒界
腐食等の局部腐食の発生がほとんど認められなかった。
Ａ〜Ｑは熱間鍛造によるクラック発生が見られず、鍛造
性が良好であるとともに、表１に示すＣｌが２．２４重
量％又は１２．５重量％の実機灰Ａ又はＢの付着条件に
おいて、例えば比較合金Ｓ（６２５合金）、比較合金Ｒ
（８２５合金）に比べ腐食減量が小さく、他の比較合金
に比べても優れた耐食性を有していることがわかる。ま
た、この種の環境においてしばしば発生が見られる粒界
腐食等の局部腐食の発生がほとんど認められなかった。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】〔実施例２〕本発明合金の高温長時間使用
時の組織安定性、金属間化合物の析出傾向を調査するた
め、表２に示した組成の試験片を使用して６００℃で１
０００時間の加熱試験を行い、硬さ変化を調べた。な
お、試験は実施例１に準じて作製した縦１４ｍｍ、横１
４ｍｍ、厚さ３ｍｍの試験片を用いて行った。試験結果
を表４に示すが、本発明合金の組成範囲では硬さ変化が
小さく（約ＨＶ２３０以下）、組織安定性が優れている
ことがわかる。また、ミクロ組織上においても大きな析
出傾向は見られなかった。特にＮｉ、Ｃｒ、Ｓｉの量は
組織安定性の重要であり、本発明合金はこれらの量が最
適値に設定されている。
時の組織安定性、金属間化合物の析出傾向を調査するた
め、表２に示した組成の試験片を使用して６００℃で１
０００時間の加熱試験を行い、硬さ変化を調べた。な
お、試験は実施例１に準じて作製した縦１４ｍｍ、横１
４ｍｍ、厚さ３ｍｍの試験片を用いて行った。試験結果
を表４に示すが、本発明合金の組成範囲では硬さ変化が
小さく（約ＨＶ２３０以下）、組織安定性が優れている
ことがわかる。また、ミクロ組織上においても大きな析
出傾向は見られなかった。特にＮｉ、Ｃｒ、Ｓｉの量は
組織安定性の重要であり、本発明合金はこれらの量が最
適値に設定されている。
【００４１】
【表４】
【００４２】〔実施例３〕実施例２で使用した試験材の
代表的なものについて溶接試験を行った。試験は図２に
示すように厚さ２０ｍｍの板状試験片上にＴＩＧにて溶
かし込み溶接、６２５フィラーを使用したＴＩＧ溶接を
行った。また、図３に示すように厚さ６ｍｍの板状試験
片の突き合わせ溶接試験片を作製した。これらの試料に
ついて表面及び断面における溶接欠陥、溶接割れの確認
及び曲げ試験を行った。その結果は表５に示すとおりで
あり、本発明合金では溶接ビート及びＨＡＺ部における
有害な欠陥は見られず良好な溶接性を有していることが
確認された。
代表的なものについて溶接試験を行った。試験は図２に
示すように厚さ２０ｍｍの板状試験片上にＴＩＧにて溶
かし込み溶接、６２５フィラーを使用したＴＩＧ溶接を
行った。また、図３に示すように厚さ６ｍｍの板状試験
片の突き合わせ溶接試験片を作製した。これらの試料に
ついて表面及び断面における溶接欠陥、溶接割れの確認
及び曲げ試験を行った。その結果は表５に示すとおりで
あり、本発明合金では溶接ビート及びＨＡＺ部における
有害な欠陥は見られず良好な溶接性を有していることが
確認された。
【００４３】
【表５】
【００４４】
【発明の効果】本発明のごみ焼却装置用高強度耐食耐熱
鋳造合金は、ごみ焼却炉燃焼ガス中などＣｌ、Ｓを多く
含む高温腐食環境下において優れた耐高温腐食性を有
し、かつ、高温強度特性、高温長時間使用時の組織安定
性、溶接性、塑性加工性が優れたＣｒ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｓ
ｉ合金である。この高強度耐食耐熱鋳造合金はシムレス
チューブ、クラッドチューブあるいは粉末などの任意の
形態で安価に供給することができる。
鋳造合金は、ごみ焼却炉燃焼ガス中などＣｌ、Ｓを多く
含む高温腐食環境下において優れた耐高温腐食性を有
し、かつ、高温強度特性、高温長時間使用時の組織安定
性、溶接性、塑性加工性が優れたＣｒ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｓ
ｉ合金である。この高強度耐食耐熱鋳造合金はシムレス
チューブ、クラッドチューブあるいは粉末などの任意の
形態で安価に供給することができる。
【図１】実施例１における腐食試験の状況を示す説明
図。
図。
【図２】実施例３におけるＴＩＧビードオンプレート溶
接試験の状況を示す説明図。
接試験の状況を示す説明図。
【図３】実施例３における突合せＴＩＧ溶接試験の状況
を示す説明図。
を示す説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 重治 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 保田 静生 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 中川 裕二 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 増山 不二光 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工業株式会社 長崎研究所内 (56)参考文献 特開 平３−100134（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−320795（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−242971（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−216483（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−148587（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−350149（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−248393（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−52465（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 302 C22C 38/58
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％でＣ：０．３％以下、Ｓｉ：３．
３〜６％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、
Ｃｒ：１５〜３１％、Ｎｉ：２３〜４１％、Ｍｎ：０．
１〜４％、Ｎｂ及び／又はＴａ：０．１〜０．８％、
Ｂ：０．００１〜０．０１％、Ｔｉ：０．０３〜０．６
％、Ａｌ：０．０３〜０．６％、Ｎ：０．０１〜０．４
％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物（ただしＦｅ
は３０％を超え、５０％以下）からなることを特徴とす
るごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金。 - 【請求項２】 請求項１の成分に加えてＭｏ、Ｗ、希土
類金属、Ｃｏ、アルカリ土類金属及びＺｒからなる群か
ら選ばれる１種以上の元素を、重量％でＭｏ：０．３〜
５％、Ｗ：０．２〜３％、希土類金属：０．４％以下、
Ｃｏ：０．１〜４％、アルカリ土類金属：０．１％以
下、Ｚｒ：０．８％以下の割合で含有してなることを特
徴とするごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34758196A JP3310892B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34758196A JP3310892B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002019068A Division JP2002249859A (ja) | 2002-01-28 | 2002-01-28 | 化石燃料燃焼装置用高強度耐食耐熱合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10183305A JPH10183305A (ja) | 1998-07-14 |
| JP3310892B2 true JP3310892B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=18391192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34758196A Expired - Fee Related JP3310892B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ごみ焼却装置用高強度耐食耐熱合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3310892B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101523759B1 (ko) * | 2014-02-10 | 2015-05-28 | 김갑태 | 음식물 쓰레기 분쇄 감량 건조기 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100340749C (zh) * | 2001-05-10 | 2007-10-03 | 株式会社秋田精密冲压 | 可适用于可变几何形状涡轮增压器的排气引导器组件的耐热部件的制造方法 |
| JP2002332553A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-22 | Sogi Kogyo Kk | 希土類元素等を添加した部材により構成される高温耐久性を向上させたｖｇｓタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリ |
| JP7320251B2 (ja) * | 2019-08-02 | 2023-08-03 | 新報国マテリアル株式会社 | オーステナイト・ステンレス鋼鋳物 |
| CN115261700B (zh) * | 2022-08-11 | 2023-06-09 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种耐蚀合金及其制备方法 |
-
1996
- 1996-12-26 JP JP34758196A patent/JP3310892B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101523759B1 (ko) * | 2014-02-10 | 2015-05-28 | 김갑태 | 음식물 쓰레기 분쇄 감량 건조기 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10183305A (ja) | 1998-07-14 |
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