JP5891859B2 - Steam piping and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、蒸気用配管に関するものである。   The present invention relates to steam piping.

蒸気系の配管では、ドレン配管や蒸気輸送配管のオリフィス下流部において高速な液滴が形成される。発生した液滴は高速で管壁に衝突するため、衝撃により配管にエロージョン(液滴衝撃エロージョン)が生じる。このようなエロージョンに対する対策としては、従来用いられてきた炭素鋼の配管を、耐エロージョン性の高い合金鋼やステンレス鋼の配管に取り替えることがなされている。また、タービンブレードなどの耐エロージョン性を高めるために、アルミナ溶射によるコーティングを施すことも知られている(特許文献1,2参照)。   In the steam piping, high-speed droplets are formed in the downstream portion of the orifice of the drain piping or the steam transport piping. Since the generated droplet collides with the pipe wall at a high speed, erosion (droplet impact erosion) occurs in the pipe due to the impact. As measures against such erosion, conventionally used carbon steel pipes are replaced with pipes made of alloy steel or stainless steel having high erosion resistance. Moreover, in order to improve erosion resistance, such as a turbine blade, it is also known to perform coating by alumina spraying (see Patent Documents 1 and 2).

特開平7−11416号公報JP 7-11416 A 特開平9−279364号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-279364

しかし、蒸気系の配管において液滴衝撃エロージョンが生じやすい部位は、流速が大きくなる小径の配管が使用されている部位や、蒸気流が衝突する曲がり部である。これらの小径の配管や、配管の曲がり部には、特許文献1,2記載のアルミナ溶射による施工が極めて困難であった。   However, the portion where the droplet impact erosion is likely to occur in the piping of the steam system is a portion where a small diameter piping where the flow velocity is increased is used, or a bent portion where the steam flow collides. Construction by alumina spraying described in Patent Documents 1 and 2 has been extremely difficult for these small diameter pipes and bent portions of the pipes.

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、液滴衝撃エロージョンによる減肉を抑制でき、施工性にも優れた蒸気用配管を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a steam pipe that can suppress thinning due to droplet impact erosion and has excellent workability.

本発明の蒸気用配管は、配管内面にアルミ拡散浸透層を介して形成されたアルミナ層を有する保護層が設けられていることを特徴とする。
本発明の蒸気用配管は、配管内面に、クロム拡散浸透層を介して形成されたクロム化合物層を有する保護層が設けられていることを特徴とする。
本発明の蒸気用配管は、配管内面に、Ni−P−Bめっき層を有する保護層が設けられていることを特徴とする。
本発明の蒸気用配管は、配管内面に、窒素拡散層を介して形成された窒化物層を有する保護層が設けられていることを特徴とする。
The steam pipe of the present invention is characterized in that a protective layer having an alumina layer formed through an aluminum diffusion / permeation layer is provided on the inner surface of the pipe.
The steam pipe of the present invention is characterized in that a protective layer having a chromium compound layer formed through a chromium diffusion / permeation layer is provided on the inner surface of the pipe.
The steam pipe of the present invention is characterized in that a protective layer having a Ni-PB plating layer is provided on the inner surface of the pipe.
The steam pipe of the present invention is characterized in that a protective layer having a nitride layer formed via a nitrogen diffusion layer is provided on the inner surface of the pipe.

上記構成の蒸気用配管によれば、配管内面に上記材質の保護層を形成したことで、液滴衝撃エロージョンに対する優れた耐久性が得られる。また上記の保護層は、粉末に埋没した状態での加熱処理や、液相処理によって形成することができる。したがって、従来溶射処理では被膜形成が不可能であった小径の配管や、エルボ継手などの屈曲形状の配管であっても容易に保護層を施工することができる。   According to the steam pipe having the above-described configuration, excellent durability against droplet impact erosion can be obtained by forming the protective layer of the above material on the inner surface of the pipe. Moreover, said protective layer can be formed by the heat processing in the state embedded in powder, or a liquid phase process. Therefore, the protective layer can be easily applied even to a small-diameter pipe or a bent pipe such as an elbow joint, which cannot be formed by a conventional thermal spraying process.

前記配管の内径が60mm以下である構成としてもよい。
前記保護層が、配管屈曲部に設けられている構成としてもよい。
前記保護層が、オリフィスから下流側100mm以内の範囲に設けられている構成としてもよい。
The pipe may have an inner diameter of 60 mm or less.
The protective layer may be provided in the pipe bending portion.
The protective layer may be provided in a range within 100 mm downstream from the orifice.

本発明によれば、液滴衝撃エロージョンによる減肉を抑制でき、施工性にも優れた蒸気用配管が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the piping for steam which can suppress the thinning by droplet impact erosion and was excellent also in workability is provided.

実施形態の蒸気用配管の部分断面図。The fragmentary sectional view of piping for steam of an embodiment. 実施形態の蒸気用配管を適用できる蒸気配管構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the steam piping structure which can apply the piping for steam of embodiment. 耐エロージョン性評価に用いたウォータージェット装置を示す図。The figure which shows the water jet apparatus used for erosion resistance evaluation. 実施例において試験時間に対する損傷深さをプロットしたグラフ。The graph which plotted the damage depth with respect to test time in an Example.

以下、蒸気用配管の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of steam piping will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態の蒸気用配管の部分断面図である。
蒸気用配管10は、図1に示すように、配管11と、配管11の内面に形成された保護層12とを備えている。蒸気用配管10は、蒸気ボイラーなどで生成した蒸気を需要部へ搬送するための蒸気配管構造を構成する配管や継手に用いられる。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the steam pipe of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the steam pipe 10 includes a pipe 11 and a protective layer 12 formed on the inner surface of the pipe 11. The steam pipe 10 is used for pipes and joints constituting a steam pipe structure for transporting steam generated by a steam boiler or the like to a demand section.

配管11は、例えば炭素鋼や合金鋼、ステンレス鋼からなる。配管11の材質は、蒸気用配管10の用途などに応じて選択することができる。配管11の形状は特に限定されないが、液滴衝撃エロージョンが生じやすい小口径の配管や、エルボ継手、曲げ管などに好ましく適用することができる。   The pipe 11 is made of, for example, carbon steel, alloy steel, or stainless steel. The material of the pipe 11 can be selected according to the use of the steam pipe 10. Although the shape of the pipe 11 is not particularly limited, it can be preferably applied to a small-diameter pipe, an elbow joint, a bent pipe, or the like where droplet impact erosion easily occurs.

保護層12は、アルミニウム拡散浸透処理により形成されたアルミナ層、クロム拡散浸透処理により形成されたクロム化合物層、Ni−P−Bめっき層、及び窒化処理により形成された窒化物層のいずれかからなる。本実施形態において、保護層12は、配管11と別体の被膜として形成されていてもよく、配管11の表面に物質を拡散させて形成した層であってもよい。なお、保護層12としては上記に挙げた4種類のそれぞれを単独で用いてもよいし、必要に応じて上記以外の層を積層してもよい。   The protective layer 12 is made of any one of an alumina layer formed by an aluminum diffusion penetration treatment, a chromium compound layer formed by a chromium diffusion penetration treatment, a Ni-P-B plating layer, and a nitride layer formed by a nitridation treatment. Become. In the present embodiment, the protective layer 12 may be formed as a separate coating from the pipe 11, or may be a layer formed by diffusing a substance on the surface of the pipe 11. In addition, as the protective layer 12, each of the four types listed above may be used alone, or layers other than the above may be laminated as necessary.

保護層12がアルミナ層である場合、アルミニウム拡散浸透処理を用いて形成される。本実施形態におけるアルミニウム拡散浸透処理は、アルミニウムを鋼材表面に拡散浸透させながら表面にアルミナ層を形成する処理である。例えば、被処理物である配管11を、容器内でアルミナ粉末と塩化アンモニウム粉末(処理剤)を含む混合粉末に埋没させ、900℃〜1100℃程度の温度条件で、所定時間(例えば24時間)加熱する。これにより、配管11の表面にアルミニウムが拡散してアルミニウム拡散浸透層が形成される。また、アルミニウム拡散浸透層の表層部分のアルミニウムが酸化されることにより、アルミニウム拡散浸透層上にアルミナ層(保護層12)が形成される。   When the protective layer 12 is an alumina layer, it is formed using an aluminum diffusion permeation process. The aluminum diffusion and penetration treatment in the present embodiment is a treatment for forming an alumina layer on the surface while diffusing and penetrating aluminum on the steel material surface. For example, the pipe 11 that is the object to be processed is buried in a mixed powder containing alumina powder and ammonium chloride powder (treatment agent) in a container, and the temperature is about 900 ° C. to 1100 ° C. for a predetermined time (for example, 24 hours). Heat. As a result, aluminum diffuses on the surface of the pipe 11 to form an aluminum diffusion layer. Moreover, an aluminum layer (protective layer 12) is formed on the aluminum diffusion / permeation layer by oxidizing aluminum in the surface layer portion of the aluminum diffusion / permeation layer.

保護層12がクロム化合物層である場合、クロム拡散浸透処理を用いて形成される。クロム拡散浸透処理では、例えば、被処理物である配管11を、容器内でクロム粉末と塩化アンモニウム粉末(処理剤)を含む混合粉末に埋没させるとともに容器内を水素ガス雰囲気とし、900℃〜1100℃程度の温度条件で、所定時間(例えば24時間)加熱する。これにより、配管11の表面にクロムが拡散してクロム拡散浸透層が形成される。また、クロム拡散浸透層上に、例えば鉄クロム炭化物からなるクロム化合物層(保護層12)が形成される。形成されるクロム化合物層の組成は、配管11の組成に応じたものとなる。   When the protective layer 12 is a chromium compound layer, it is formed using a chromium diffusion penetration process. In the chromium diffusion permeation treatment, for example, the pipe 11 that is an object to be treated is buried in a mixed powder containing chromium powder and ammonium chloride powder (treatment agent) in the container, and the inside of the container is set to a hydrogen gas atmosphere, and 900 ° C. to 1100 Heating is performed for a predetermined time (for example, 24 hours) under a temperature condition of about ° C. Thereby, chromium diffuses on the surface of the pipe 11 to form a chromium diffusion / permeation layer. Further, a chromium compound layer (protective layer 12) made of, for example, iron chromium carbide is formed on the chromium diffusion and penetration layer. The composition of the chromium compound layer to be formed depends on the composition of the pipe 11.

保護層12がNi−P−Bめっき層である場合、公知のめっき処理により形成することができる。すなわち、ニッケルイオンを含む次亜リン酸及びジメチルアミンボランの水溶液に被処理物である配管11を浸漬する。上記の水溶液中の還元剤の酸化によって放出される電子により、ニッケルイオン、次亜リン酸、ジメチルアミンボランが還元される。これにより、配管11の表面にリンとホウ素を含むNi被膜が析出し、保護層12としてのNi−P−Bめっき層が形成される。   When the protective layer 12 is a Ni—P—B plating layer, it can be formed by a known plating process. That is, the pipe 11 that is the object to be processed is immersed in an aqueous solution of hypophosphorous acid and dimethylamine borane containing nickel ions. Nickel ions, hypophosphorous acid, and dimethylamine borane are reduced by electrons released by oxidation of the reducing agent in the aqueous solution. As a result, a Ni coating containing phosphorus and boron is deposited on the surface of the pipe 11, and a Ni—P—B plating layer as the protective layer 12 is formed.

保護層12が窒化物層である場合、公知の鋼材の窒化処理により形成することができる。すなわち、アルカリ金属のシアン酸化物及び炭酸塩を主成分とした塩浴中に被処理物である配管11を浸漬し、600℃前後の温度に保持する。これにより、配管11の表面に窒化鉄層(窒化物層、保護層12)が形成されるとともに、配管11の表層部にも窒素が拡散して窒素拡散層が形成される。窒化処理としては、窒素ガスやアンモニアガスを用いた気相処理を用いてもよい。   When the protective layer 12 is a nitride layer, it can be formed by a known nitriding treatment of a steel material. That is, the pipe 11 as the object to be processed is immersed in a salt bath mainly composed of alkali metal cyanide and carbonate, and maintained at a temperature of about 600 ° C. Thus, an iron nitride layer (nitride layer, protective layer 12) is formed on the surface of the pipe 11, and nitrogen is also diffused into the surface layer portion of the pipe 11 to form a nitrogen diffusion layer. As the nitriding treatment, a vapor phase treatment using nitrogen gas or ammonia gas may be used.

図2は、本実施形態の蒸気用配管10を適用できる蒸気配管構造を示す断面図である。
図2(a)に示す蒸気配管構造100は、2本の蒸気用配管101、102の間に、オリフィス103が介挿された構造である。図2(b)に示す蒸気配管構造110は、2本の蒸気用配管104、105を、90°エルボ継手106を介して接続した構造である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a steam pipe structure to which the steam pipe 10 of the present embodiment can be applied.
The steam pipe structure 100 shown in FIG. 2A is a structure in which an orifice 103 is interposed between two steam pipes 101 and 102. A steam pipe structure 110 shown in FIG. 2B is a structure in which two steam pipes 104 and 105 are connected via a 90 ° elbow joint 106.

まず、図2(a)に示す蒸気配管構造100のように、配管構造中にオリフィス103が設けられている場合、オリフィス103の縮径された流路から蒸気用配管102へ流入するときに圧力が低下する。これにより、蒸気用配管102に流入する蒸気中に高速で移動する液滴が形成される。形成された液滴は、蒸気用配管102の入口で管の径方向に広がる蒸気流によって蒸気用配管102の内壁に衝突する。この液滴の衝突により蒸気用配管102に減肉(液滴衝撃エロージョン)が生じる。   First, when the orifice 103 is provided in the piping structure as in the steam piping structure 100 shown in FIG. 2A, the pressure when flowing into the steam pipe 102 from the reduced diameter passage of the orifice 103. Decreases. As a result, droplets that move at high speed are formed in the steam flowing into the steam pipe 102. The formed droplets collide with the inner wall of the steam pipe 102 by the steam flow spreading in the radial direction of the pipe at the inlet of the steam pipe 102. This collision of droplets causes thinning (droplet impact erosion) in the steam pipe 102.

また、オリフィス103の下流部における液滴衝撃エロージョンは、図2(a)に示すように、オリフィス103から若干離れた位置の蒸気用配管102の内壁面E1において生じやすい。液滴衝撃エロージョンが生じる位置は、配管内径や蒸気の流速、オリフィスの形状によって異なるが、通常の蒸気配管構造であれば、オリフィス下流端から100mm以下の範囲に形成される。   Further, as shown in FIG. 2A, droplet impact erosion in the downstream portion of the orifice 103 is likely to occur on the inner wall surface E1 of the steam pipe 102 at a position slightly away from the orifice 103. The position at which droplet impact erosion occurs varies depending on the inner diameter of the pipe, the flow velocity of the steam, and the shape of the orifice.

一方、図2(b)に示す蒸気配管構造110のように、エルボ継手(配管屈曲部)106を用いて蒸気流を折り曲げる場合には、蒸気用配管104からエルボ継手106に流入する蒸気流の正面方向となるエルボ継手106の内壁面E2において液滴衝撃エロージョンが生じやすい。   On the other hand, when the steam flow is bent using the elbow joint (pipe bent portion) 106 as in the steam pipe structure 110 shown in FIG. 2B, the steam flow flowing into the elbow joint 106 from the steam pipe 104 is reduced. Droplet impact erosion is likely to occur on the inner wall surface E2 of the elbow joint 106 in the front direction.

エルボ継手106における液滴衝撃エロージョンは、内壁面E2に対して蒸気流に含まれる液滴がほぼ正面から衝突することと、蒸気流の曲がり角においてオリフィスと同様の蒸気流の縮径が生じ、エルボ継手106の径方向外周部において圧力が低下することにより液滴が生じやすいことに起因すると考えられる。なお、上記現象はエルボ継手106を用いない曲げ管においても同様である。   The droplet impact erosion at the elbow joint 106 is caused by the collision of the droplets contained in the vapor flow with respect to the inner wall surface E2 from the front, and the vapor flow diameter reduction similar to that of the orifice at the bending angle of the vapor flow. It is considered that this is because droplets are likely to be generated due to a decrease in pressure at the radially outer periphery of the joint 106. The above phenomenon is the same in a bending pipe that does not use the elbow joint 106.

また、図2に例示した構造において、配管内径が小さい場合には液滴衝撃エロージョンが生じやすい。配管内径が大きい場合と比較して蒸気の速度が大きくなりやすいためであると考えられる。また小径の配管の場合には、溶射処理による保護層の施工がしにくく、特に配管内径が60mm以下のものでは、ほとんど施工が不可能である。   Further, in the structure illustrated in FIG. 2, when the inner diameter of the pipe is small, droplet impact erosion is likely to occur. This is thought to be because the steam velocity tends to increase compared to the case where the pipe inner diameter is large. In the case of a small-diameter pipe, it is difficult to apply a protective layer by thermal spraying, and in particular, if the pipe inner diameter is 60 mm or less, the construction is almost impossible.

本実施形態の蒸気用配管10は、図2に示した蒸気配管構造100、110を構成する蒸気用配管101、102、104、105、オリフィス103、及びエルボ継手106に適用することができる。そして、本実施形態の蒸気用配管10では、配管11の内面に保護層12が形成されていることで、配管内を高速で飛翔する液滴が内壁面に衝突したときにも配管11(蒸気用配管101、102、104、105、オリフィス103、及びエルボ継手106)を効果的に保護することができる。   The steam pipe 10 of the present embodiment can be applied to the steam pipes 101, 102, 104, 105, the orifice 103, and the elbow joint 106 that constitute the steam pipe structures 100, 110 shown in FIG. In the steam pipe 10 of the present embodiment, the protective layer 12 is formed on the inner surface of the pipe 11, so that even when a droplet flying at high speed in the pipe collides with the inner wall surface, the pipe 11 (steam The pipes 101, 102, 104, 105, the orifice 103, and the elbow joint 106) can be effectively protected.

本実施形態の蒸気用配管10が良好な耐エロージョン性を備えているのは、保護層12を構成するアルミナ層、クロム化合物層、Ni−P−Bめっき層、及び窒化物層が、硬度に優れるとともに靱性にも優れた被膜であることによると考えられる。すなわち、本実施形態の保護層12は、高速で繰り返し入射する液滴の衝撃によるクラックの発生や進展を抑制することができる。これにより、液滴衝撃エロージョンの発生を抑え、信頼性に優れた蒸気配管構造を構成することができる。   The steam pipe 10 of this embodiment has good erosion resistance because the alumina layer, the chromium compound layer, the Ni—P—B plating layer, and the nitride layer that constitute the protective layer 12 are in hardness. This is considered to be due to the excellent coating and excellent toughness. That is, the protective layer 12 of the present embodiment can suppress the generation and development of cracks due to the impact of droplets that repeatedly enter at high speed. Thereby, generation | occurrence | production of droplet impact erosion can be suppressed and the steam piping structure excellent in reliability can be comprised.

また本実施形態の蒸気用配管10において用いられる保護層12は、粉末に埋没した状態での加熱処理や、液相処理によって形成することができる。したがって、従来溶射処理では被膜形成が不可能であった小径の配管(φ60mm以下の配管)や、エルボ継手などの屈曲形状の配管であっても容易に保護層12を施工することができる。   Further, the protective layer 12 used in the steam pipe 10 of the present embodiment can be formed by heat treatment or liquid phase treatment in a state of being buried in powder. Therefore, the protective layer 12 can be easily applied even to a small-diameter pipe (pipe having a diameter of 60 mm or less) or a bent pipe such as an elbow joint, which cannot be formed by a conventional thermal spraying process.

本実施形態において、保護層12は、配管11内面の全体に形成してもよく、一部にのみ形成してもよい。例えば、液滴衝撃エロージョンが特に生じやすいエルボ継手106の内面にのみ形成してもよく、オリフィス103の下流側の蒸気用配管102の内面にのみ形成してもよい。さらに、オリフィス下流端から100mm以下の範囲にのみ保護層12を形成してもよい。   In the present embodiment, the protective layer 12 may be formed on the entire inner surface of the pipe 11 or may be formed only on a part thereof. For example, it may be formed only on the inner surface of the elbow joint 106 where droplet impact erosion is particularly likely to occur, or may be formed only on the inner surface of the steam pipe 102 on the downstream side of the orifice 103. Furthermore, the protective layer 12 may be formed only in the range of 100 mm or less from the downstream end of the orifice.

以下、実施例により本実施形態の蒸気用配管についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the steam pipe of the present embodiment will be described in more detail by way of examples.

本実施例では、呼び径50AのSTPA23配管(クロムモリブデン鋼鋼管)の内面に、複数種類の保護層を形成し、それらについて液滴衝撃エロージョンに対する耐久性を評価した。本実施例では、以下に示す5種類の試験片を用意し、試験及び評価に供した。   In this example, a plurality of types of protective layers were formed on the inner surface of an STPA 23 pipe (chromium molybdenum steel pipe) having a nominal diameter of 50A, and the durability against droplet impact erosion was evaluated. In this example, the following five types of test pieces were prepared and used for testing and evaluation.

Figure 0005891859
Figure 0005891859

試料1のアルミナ層は、アルミナ粉末と塩化アンモニウム粉末の混合粉末中に試験片を埋没させた状態で900℃、24時間の加熱を行うことにより形成した。なお、当該試験片をEDX分析したところ、アルミナ層と基材(STPA23)との界面に、Al−Fe−C金属間化合物層(アルミニウム拡散浸透層)が形成されていることが確認された。   The alumina layer of Sample 1 was formed by heating at 900 ° C. for 24 hours with a test piece embedded in a mixed powder of alumina powder and ammonium chloride powder. When the test piece was subjected to EDX analysis, it was confirmed that an Al—Fe—C intermetallic compound layer (aluminum diffusion permeation layer) was formed at the interface between the alumina layer and the base material (STPA 23).

試料2のクロム化合物層は、クロム粉末と塩化アンモニウム粉末の混合粉末中に試験片を埋没させた状態でH雰囲気に保持し、900℃、24時間の加熱を行うことにより形成した。基材(STPA23)の表層部にクロムが拡散して形成されたクロム拡散浸透層が形成されており、このクロム拡散浸透層上に鉄クロム炭化物層(クロム化合物層)が形成されていることが確認された。 The chromium compound layer of Sample 2 was formed by holding a test piece in a mixed powder of chromium powder and ammonium chloride powder in an H 2 atmosphere and heating at 900 ° C. for 24 hours. A chromium diffusion / permeation layer formed by diffusing chromium on the surface layer of the substrate (STPA23) is formed, and an iron chromium carbide layer (chromium compound layer) is formed on the chromium diffusion / permeation layer. confirmed.

試料3の窒化物層は、アルカリ金属のシアン酸化物及び炭酸塩を主成分とした塩浴中に試験片を浸漬し、600℃に保持することで形成した。形成された窒化物層は、基材(STPA23)の鉄が窒化された窒化鉄層であった。また、表面の窒化鉄層の下層側に、基材中に窒素が拡散した窒素拡散層が形成されていた。   The nitride layer of Sample 3 was formed by immersing the test piece in a salt bath containing alkali metal cyanide oxide and carbonate as main components and maintaining the specimen at 600 ° C. The formed nitride layer was an iron nitride layer in which iron of the base material (STPA23) was nitrided. Moreover, the nitrogen diffusion layer which nitrogen diffused in the base material was formed in the lower layer side of the iron nitride layer of the surface.

試料4のNi−P−Bめっき層は、試験片をめっき液(ニッケルイオンを含む次亜リン酸及びジメチルアミンボランの水溶液)に浸漬することで形成した。   The Ni—P—B plating layer of Sample 4 was formed by immersing the test piece in a plating solution (an aqueous solution of hypophosphorous acid and dimethylamine borane containing nickel ions).

図3は、耐エロージョン性評価に用いたウォータージェット装置200を示す図である。ウォータージェット装置200は、ノズル201と、ノズル201を支持するノズル支持部202と、試験片Sを支持するステージ部203とを備えている。ノズル201には、図示略のポンプから水Wが圧送される。ノズル201の図示下面には、直径0.4mmのノズル開口部が形成されている。ノズル201内に圧送された水Wは、ノズル開口部からウォータージェットWJとして噴射される。ウォータージェットWJは、試験片Sの表面に所定角度(例えば90°)で入射するように噴射される。   FIG. 3 is a diagram showing a water jet apparatus 200 used for erosion resistance evaluation. The water jet apparatus 200 includes a nozzle 201, a nozzle support portion 202 that supports the nozzle 201, and a stage portion 203 that supports the test piece S. Water W is pumped to the nozzle 201 from a pump (not shown). A nozzle opening having a diameter of 0.4 mm is formed on the lower surface of the nozzle 201 in the figure. The water W pumped into the nozzle 201 is jetted as a water jet WJ from the nozzle opening. The water jet WJ is jetted so as to enter the surface of the test piece S at a predetermined angle (for example, 90 °).

本実施例では、ウォータージェット装置200における噴射圧力を30MPa、試験時間を1秒〜5400秒、ノズル201から試験片Sの表面までの試験距離Dを200mm、ウォータージェットWJの試験片Sの表面に対する角度は90°とした。試験片Sに対する液滴衝突速度は148m/sであった。   In this embodiment, the jet pressure in the water jet device 200 is 30 MPa, the test time is 1 second to 5400 seconds, the test distance D from the nozzle 201 to the surface of the test piece S is 200 mm, and the surface of the test piece S of the water jet WJ is The angle was 90 °. The droplet collision speed with respect to the test piece S was 148 m / s.

各試料の評価は、ウォータージェット装置200による試験片Sの表面損傷試験の後、金属顕微鏡の焦点深度により損傷深さを測定し、試験時間に対する損傷深さを求めることにより行った。   The evaluation of each sample was performed by measuring the damage depth by the depth of focus of the metal microscope after the surface damage test of the test piece S by the water jet device 200 and obtaining the damage depth with respect to the test time.

図4は、試料1〜4及び対照試料について、試験時間に対する損傷深さをプロットしたグラフである。
図4に示すように、保護層を形成した試料1〜4の試験片では、試験時間に対する損傷深さの上昇度(損傷深さ速度)の傾きが小さくなっている。すなわち、保護層を形成していない対照試料のSTPA23に対して、ウォータージェットによる損傷の進行が遅くなっていることが確認された。
FIG. 4 is a graph plotting damage depth versus test time for samples 1-4 and control samples.
As shown in FIG. 4, in the test pieces of Samples 1 to 4 in which the protective layer is formed, the slope of the degree of increase in damage depth (damage depth speed) with respect to the test time is small. That is, it was confirmed that the progress of damage by the water jet was slow with respect to the control sample STPA23 in which the protective layer was not formed.

特に、試料1のアルミニウム拡散浸透処理によりアルミナ層を形成した試験片における損傷深さ速度は0.22μm/sであり、対照試料の損傷深さ速度9.7μm/sの44分の1程度にまで低下した。また、試料3の窒化処理により窒化物層を形成した試験片では損傷深さ速度は0.89μm/sであり、対照試料に対して損傷深さ速度が10分の1程度にまで低下した。これらの材質を保護層として用いることで液滴衝撃エロージョンに対する耐久性が著しく向上することが確認された。   In particular, the damage depth rate in the specimen in which the alumina layer is formed by the aluminum diffusion treatment of Sample 1 is 0.22 μm / s, which is about 1/44 of the damage depth rate of 9.7 μm / s in the control sample. It dropped to. In addition, in the test piece in which the nitride layer was formed by nitriding treatment of Sample 3, the damage depth rate was 0.89 μm / s, and the damage depth rate was reduced to about 1/10 compared to the control sample. It was confirmed that the durability against droplet impact erosion was remarkably improved by using these materials as a protective layer.

10,101,102,104,105…蒸気用配管、11…配管、12…保護層、103…オリフィス、106…エルボ継手(配管屈曲部)   10, 101, 102, 104, 105 ... steam piping, 11 ... piping, 12 ... protective layer, 103 ... orifice, 106 ... elbow joint (bending portion of piping)

Claims (4)

鋼材からなる配管の内面にアルミニウム拡散浸透層を介して形成されたアルミナ層を有する保護層が設けられ、前記配管の内径が60mm以下であり、前記アルミニウム拡散浸透層が、Al−Fe−C金属間化合物層であることを特徴とする蒸気用配管。   A protective layer having an alumina layer formed through an aluminum diffusion / permeation layer is provided on the inner surface of a pipe made of steel, the inner diameter of the pipe is 60 mm or less, and the aluminum diffusion / permeation layer is made of Al-Fe-C metal. Steam piping characterized by being an intermetallic layer. 前記保護層が、配管屈曲部に設けられている、請求項1に記載の蒸気用配管。   The steam pipe according to claim 1, wherein the protective layer is provided at a pipe bending portion. 前記保護層が、オリフィスから下流側100mm以内の範囲に設けられている、請求項1または2に記載の蒸気用配管。   The steam pipe according to claim 1 or 2, wherein the protective layer is provided in a range within 100 mm downstream from the orifice. 請求項1から3のいずれか1項に記載の蒸気用配管の製造方法であって、
鋼材からなる配管を、アルミナ粉末と塩化アンモニウム粉末を含む混合粉末に埋没させた状態で900℃〜1100℃の温度条件で加熱することにより、前記配管の表面にアルミニウム拡散浸透層を形成し、前記アルミニウム拡散浸透層の表層部分のアルミニウムが酸化されることにより前記アルミナ層を形成することを特徴とする蒸気用配管の製造方法
It is a manufacturing method of the piping for steam according to any one of claims 1 to 3,
A pipe made of steel, by heating at a temperature of 900 ° C. C. to 1100 ° C. in a state of being buried in a mixed powder comprising alumina powder and ammonium chloride powder, an aluminum diffusion coating layer is formed on the surface of the pipe, the A method for producing a steam pipe, wherein the alumina layer is formed by oxidizing aluminum in a surface layer portion of an aluminum diffusion layer.
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