JP6051844B2 - 潜熱回収型温水生成用機器およびその製造方法 - Google Patents
潜熱回収型温水生成用機器およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6051844B2 JP6051844B2 JP2012280349A JP2012280349A JP6051844B2 JP 6051844 B2 JP6051844 B2 JP 6051844B2 JP 2012280349 A JP2012280349 A JP 2012280349A JP 2012280349 A JP2012280349 A JP 2012280349A JP 6051844 B2 JP6051844 B2 JP 6051844B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hot water
- stainless steel
- latent heat
- recovery type
- type hot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Protection Of Pipes Against Damage, Friction, And Corrosion (AREA)
- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
- Details Of Fluid Heaters (AREA)
Description
Resistance Equivalent = Cr%+3.3×Mo%+16×N%)が30以上であることが望ましい。ところが、このような耐孔食指数のフェライト系ステンレスは、クロムやモリブデンの含有量が多いために、高価である。このようなことから、従来では、熱交換器の原材料コストの低減化を図ることは難しいものとなっていた。
ここで、前記の「カチオン原子%」とは、前記フェライト系ステンレスに含まれている全てのカチオン(アニオンである酸素は除外される)中におけるクロム(カチオン)の原子濃度である。
膜の存在に基づき、たとえばPH3程度の強酸性の凝縮水に対しても十分に優れた耐食性を示すものとなる。その結果、ステンレスの原材料コストを廉価にして低コスト化を図りつつ、優れた耐食性をもつ潜熱回収型温水生成用機器を提供することができる。
加えて、表層部にクロム酸化膜を多く含む場合、クロム含有ニッケル系などのロウ材のロウ付け性を良好なものにできる利点もある。
また、チタン濃度は、1%以下とされているために、前記熱処理によって、部材の表層部にチタン酸化膜が大きな割合で形成されないようにすることができる。チタン酸化膜は、ニッケル系などのロウ材に対する濡れ性が悪い。これに対し、前記構成によれば、チタン酸化膜の発生を無くし、または抑制し、ロウ付け性をより良好なものとすることができる。
すなわち、後述するデータから理解されるように、フェライト系ステンレス製の部材の表層部にクロム濃度が40%以上のクロム酸化膜を形成した場合には、そのようなクロム酸化膜が形成されていない18%〜25%のクロム含有フェライト系ステンレスと比較して、耐食性が向上することが確認された。したがって、比較的廉価なフェライト系ステンレスを耐食性を向上させた状態で潜熱回収型温水生成機器の構成部材として利用することが可能であり、本発明の第1の側面によって提供される潜熱回収型温水生成機器と同様に、製造コストを廉価にしつつその耐食性を良好なものとすることができる。
のクロム濃度をカチオン原子%で40%以上とし、さらには80%以上にもするといった制御は、前記した加熱温度、加熱時間、および真空もしくは水素雰囲気についての条件範囲内において、これらの条件を調整することによって可能である。
図1は、本発明が適用される潜熱回収型温水生成用機器の一例としての熱交換器を示している。
本実施形態の熱交換器Aは、給湯装置などに組み込まれて湯水加熱に用いられるものであり、その構造自体は、従来既知である。簡単に説明すると、この熱交換器Aは、ケース1内に螺旋状の複数の伝熱管2が収容され、かつこれらの伝熱管2の端部に入水用および出湯用のヘッダ3A,3Bが取り付けられた構造を有している。ケース1には、燃焼ガスの流入出を行なわせるための給気口11および排気口12が設けられている。前記燃焼ガスとしては、たとえばガスバーナよって発生された燃焼ガスが用いられるが、この燃焼ガスは熱交換器Aに供給される以前に他の熱交換器を用いて顕熱回収がなされたものとされる。このため、各伝熱管2は、前記燃焼ガスから潜熱回収を行なうこととなり、強酸性の凝縮水が発生する。なお、同図中、符号b1〜b3は、ロウ付け部分を示している。これらの部分b1〜b3は、より詳しくは、各伝熱管2がケース1の側壁を貫通する部分b1、各伝熱管2とヘッダ3A,3Bとの連結部分b2、ケース1の本体部13と上蓋14との接合部分b3である。
代表値では、C:0.008%、Si:0.41%、Mn:0.16%、P:0.025%、S:0.002%、Cr:22.6%、Mo:1.05%、N:0.01%、Ti:0.027%、Nb:0.035%、Al:0.018%である。
後述の図3〜図8に示すデータは、前記の代表値の組成を有するフェライト系ステンレスを対象としたデータである。
前記した伝熱管2の表層部には、クロム濃度が80%〔カチオン原子%〕以上のクロム酸化膜が形成されている。なお、以降においては、とくに明示しない限り、濃度の単位は、カチオン原子%である。前記のクロム酸化膜は、たとえば図2に示すような条件の熱処理による高温酸化により形成される。
図2に示す熱処理は、加熱炉として真空炉を使用しており、加熱炉内に図1に示した熱交換器Aが搬入されて行なわれる。加熱条件としては、加熱炉内の温度を徐々に上昇させて1000℃に達すると、その後1000℃〜1200℃の範囲の加熱状態を約120分以内とし、その後は加熱を停止して加熱炉内において徐冷する。一方、加熱温度が900℃以上の温度域にある際には、加熱炉内を、10-1〜10-2Paの真空雰囲気に維持する。加熱停止時に伴って真空雰囲気状態を解除する際には、加熱炉内に不活性ガスを充填する。
図4に示すデータによれば、ステンレス表面から深さ50nmまでの表層部に、クロム濃度(平均濃度)が80%のクロム酸化膜が形成されていることが判る。アルミは酸化され易いが、その濃度は10%未満に止まっている。図4では、Cr,Al,Fe,Nなどの主要元素のみが示され、他の元素については示されていないが、これは、前記以外の元素は相当な微小量であり,鮮明に図示することが困難なためである(この点は、他の図面も同様)。
なお、図3(a)は、伝熱管2に前記の熱処理を行なう前の深度と主要元素濃度との関係を示している。熱処理前においては、ステンレスの表層部のクロム濃度(平均濃度)は、23%である。図3(a)に示された組成と比較すると、熱処理を終えた後の図4に示す組成では、クロムの濃度が高くなっていることに相対し、FeおよびAlの濃度は大きく低下している。
時間にわたって過度に行なわれたものである。加熱時間を除く他の熱処理条件は、図2に示した熱処理条件と同一である。図5に示すデータでは、表層部におけるAlの濃度が他の原子の濃度と比較して相当に高く、クロムの平均濃度は5%であって、熱処理前よりも低下している。このことから、表層部のクロム濃度を高める上では、1000〜1200℃の加熱時間が120分を超えない範囲とすることが1つの条件とされることが理解できる。一方、1000〜1200℃の加熱時間は、30分以上であることが好ましいことも判明した。前記の加熱時間は、より好ましくは、60分以上である。高温酸化処理と同時にロウ付けを適切に行なう場合には、60分程度の加熱時間を確保することが好ましい。
なお、後述する図7のデータからも明らかなように、Alの酸化膜は、耐食性の向上には寄与しない。これは、Alの酸化膜は、密着性が悪く、その構造はポーラス状となるからである。
前記第1の試験では、ステンレス表層部におけるクロムの平均濃度は15%にとどまった。これは、真空度が低いために、酸素過多となり、鉄まで濃化が及ぶことに起因する。一方、前記第2の試験では、ステンレス表層部におけるクロムの平均濃度は50%であった。クロムの平均濃度が50%であれば、後述するように、熱処理前と比較すると、耐食性が向上しており、本発明が意図するクロム平均濃度を達成することが可能である。ただし、10-1〜10-2Paの真空域に設定した場合(クロム平均濃度80%)と比較すると、クロム濃度は低くなる。これは、真空度が高く、酸素が欠乏気味となるために、クロムの酸化促進が弱まるからである。これらの試験から理解されるように、ステンレスを900℃以上に加熱する際の真空炉内の圧力については、10-1〜10-2Paが最適条件であると言うことができる。
図3(b)および図6は、孔食電位測定値を示している。図3(b)は、高温酸化用の熱処理が行なわれる前のステンレス(同図(a)に対応)を対象としている。図6は、図2に示した熱処理が行なわれた後のステンレス(図4に対応)を対象としている。なお、孔食電位測定は、JIS規格のG0577にしたがっている。この測定では、試料への印加電圧を徐々に上げていく(アノード分極)。孔食が発生した瞬間に電流値の急激な上昇が発生するが、電流密度が10-4A/cm2となる電位が孔食電位Vc’100である。
図3(b)では、孔食電位Vc’100が、0.38Vであるのに対し、図6では、0.78Vである。したがって、熱処理が行なわれて前記のクロム濃度が80%のクロム酸化膜が形成されたステンレスでは、そうではないステンレスと比較して、孔食電位が0.4Vほど貴化し、耐孔食性が向上している。
なお、図7は、不適切な熱処理が行なわれた図5のステンレスについての孔食電位測定値を示している。図7では、孔食電位Vc’100が、0.25Vであり、熱処理を行なわない場合よりも孔食電位が卑化している。このようにフェライト系ステンレスに対する熱処理を不適切な条件で行なうと、耐孔食性が却って低下する事態を招く。
ただし、Alは、内方拡散性(酸化物を作るときにステンレスの最表面から奥部に向けて拡散)を有するのに対し、Crは、それとは反対に、外方拡散性を有する。また、Tiは、1000℃以上では外方拡散性を有する。
ステンレスの表層部の酸化膜中にいずれが濃縮されるのかは、酸素との親和性と外方拡
散速度により決まるが、Tiの含有量がゼロまたは微量であるCr−Fe−Al系のステンレスでは、酸素分圧が10-2Paよりも高い条件下において、Crの酸化を促進し、Alよりも優位に濃縮させることが可能である。したがって、耐食性に劣るAlの酸化膜の形成を抑制しつつ、クロム濃度の高い耐食性に優れた酸化膜を形成することができる。
本発明者らは、フェライト系ステンレスの表層部に形成されるクロム酸化膜中のクロム濃度(平均濃度)と、孔食電位との関係を究明すべく実験を行なったところ、図8に示すようなデータを得た。
図8に示すデータによれば、クロム酸化膜中のクロム濃度が、5%の場合には、孔食電位が0.25Vであり、耐食性は「不良」であるものの、クロム濃度を高くすると、それに連れて孔食電位は徐々に高くなり、耐食性は0.3V以上の「良」となる。孔食電位を示す直線の傾きは、クロム濃度75%付近を転換点として急変しており、クロム濃度80%の場合には、それ未満の濃度の場合と比較して耐食性が飛躍的に向上している。このようなことから、実験データなどの誤差を考慮したとしても、少なくともクロム濃度が80%以上であれば、従来技術などとは明らかに差別化を図ることが可能な優れた耐食性が得られる。
2 伝熱管(フェライト系ステンレス製の部材)
Claims (6)
- フェライト系ステンレス製の部材を備えている、潜熱回収型温水生成機器であって、
前記部材の表層部には、クロム濃度が80%〔カチオン原子%〕以上のクロム酸化膜が形成されていることを特徴とする、潜熱回収型温水生成用機器。 - 請求項1に記載の潜熱回収型温水生成用機器であって、
前記フェライト系ステンレスは、チタン濃度が1%以下、かつ耐孔食指数が30未満であり、
前記クロム酸化膜は、前記部材に高温酸化用の熱処理が加えられることにより形成されたものである、潜熱回収型温水生成用機器。 - 18%〜25%のクロムを含有するフェライト系ステンレス製の部材を備えている、潜熱回収型温水生成機器であって、
前記部材の表層部には、クロム濃度が40%〔カチオン原子%〕以上のクロム酸化膜が形成されていることを特徴とする、潜熱回収型温水生成用機器。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の潜熱回収型温水生成用機器であって、
前記フェライト系ステンレス製の部材は、潜熱を含む気体から熱回収を行なうための伝熱管であり、全体が熱交換器として構成されている、潜熱回収型温水生成用機器。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の潜熱回収型温水生成機器を製造するための方法であって、
前記フェライト系ステンレス製の部材の表層部に前記クロム酸化膜を形成するための高温酸化用の熱処理工程を有しており、
この熱処理工程においては、前記フェライト系ステンレス製の部材を1000〜1200℃の温度で120分を超えない範囲で加熱し、かつ加熱温度が900℃以上の際の雰囲気を10-1〜10-2Paの真空雰囲気、または露点が−80〜−90℃の水素雰囲気とすることを特徴とする、潜熱回収型温水生成機器の製造方法。 - 請求項5に記載の潜熱回収型温水生成機器の製造方法であって、
前記フェライト系ステンレス製の部材またはこれとは別の部材のロウ付け工程を、さらに有しており、
前記高温酸化用の熱処理工程時において、前記ロウ付け工程におけるロウ材の加熱溶融を行なわせる、潜熱回収型温水生成機器の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012280349A JP6051844B2 (ja) | 2011-12-26 | 2012-12-22 | 潜熱回収型温水生成用機器およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011284533 | 2011-12-26 | ||
JP2011284533 | 2011-12-26 | ||
JP2012280349A JP6051844B2 (ja) | 2011-12-26 | 2012-12-22 | 潜熱回収型温水生成用機器およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013152068A JP2013152068A (ja) | 2013-08-08 |
JP6051844B2 true JP6051844B2 (ja) | 2016-12-27 |
Family
ID=49048547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012280349A Active JP6051844B2 (ja) | 2011-12-26 | 2012-12-22 | 潜熱回収型温水生成用機器およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6051844B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6295155B2 (ja) | 2014-07-22 | 2018-03-14 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | フェライト系ステンレス鋼およびその製造方法、並びにフェライト系ステンレス鋼を部材とする熱交換器 |
JP6807402B2 (ja) * | 2016-12-27 | 2021-01-06 | 本田技研工業株式会社 | インターコネクター、セルを保持する基材及び固体酸化物形燃料電池 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2541011B2 (ja) * | 1990-11-16 | 1996-10-09 | 住友金属工業株式会社 | 高純度ガス用ステンレス鋼材及びその製造方法 |
JP3576598B2 (ja) * | 1993-12-30 | 2004-10-13 | 忠弘 大見 | 酸化不動態膜の形成方法及びフェライト系ステンレス鋼並びに流体供給システム及び接流体部品 |
JP2642056B2 (ja) * | 1994-04-22 | 1997-08-20 | 日本冶金工業株式会社 | 熱交換器用フェライト系ステンレス鋼 |
TW426753B (en) * | 1997-06-30 | 2001-03-21 | Sumitomo Metal Ind | Method of oxidizing inner surface of ferritic stainless steel pipe |
JP2000176643A (ja) * | 1998-12-14 | 2000-06-27 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 溶接部に酸化不動態膜を形成する方法 |
JP2002106970A (ja) * | 2000-09-27 | 2002-04-10 | Toho Gas Co Ltd | 潜熱回収用熱交換器及びこれを備えた燃焼機器 |
JP4463663B2 (ja) * | 2004-11-04 | 2010-05-19 | 日新製鋼株式会社 | 耐高温水蒸気酸化性に優れたフェライト系鋼材およびその使用方法 |
JP5610796B2 (ja) * | 2010-03-08 | 2014-10-22 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | 炭化水素燃焼排ガスから発生する凝縮水環境における耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼 |
-
2012
- 2012-12-22 JP JP2012280349A patent/JP6051844B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013152068A (ja) | 2013-08-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3173502B1 (en) | Ferritic stainless steel and method for producing same, and heat exchanger equipped with ferritic stainless steel as member | |
Shin et al. | Transition of creep damage region in dissimilar welds between Inconel 740H Ni-based superalloy and P92 ferritic/martensitic steel | |
Maduraimuthu et al. | Effect of activated flux on the microstructure, mechanical properties, and residual stresses of modified 9Cr-1Mo steel weld joints | |
Qi et al. | Microstructure and corrosion properties of laser-welded SAF 2507 super duplex stainless steel joints | |
KR20090055552A (ko) | 용접 금속 및 용접에서 사용되는 물품, 용접물 및 용접물의제조 방법 | |
CN104646801B (zh) | Gh984g高温镍铁基合金焊接工艺 | |
JP2018122329A (ja) | 被覆アーク溶接棒 | |
BR112013025511B1 (pt) | Material metálico resistente à carburação | |
JPS5929101B2 (ja) | 改良された高温特性を有するフエライト鋼合金 | |
JPH0565762B2 (ja) | ||
JP2010202916A (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼 | |
JPS6123850B2 (ja) | ||
JP6051844B2 (ja) | 潜熱回収型温水生成用機器およびその製造方法 | |
Kellai et al. | Effect of root pass filler metal on microstructure and mechanical properties in the multi-pass welding of duplex stainless steels | |
JP5742074B2 (ja) | 潜熱回収型温水生成用機器およびその製造方法 | |
JP2004276035A (ja) | 金属複合管の耐コーキング性に優れた溶接継手 | |
Singh et al. | Microstructure and corrosion behavior of duplex stainless steel electron beam welded joint | |
Kotecki | Some pitfalls in welding of duplex stainless steels | |
Penyaz et al. | Alloying-dependent microstructure influence on corrosion resistance of AISI 321 cell joints brazed by Ni-based filler metals | |
WO2000036173A1 (fr) | Acier pour chaudieres excellent pour les produits soudes en bout, et tubes de chaudieres de cet acier obtenus par soudure electrique | |
WO2017154754A1 (ja) | 溶接金属、および該溶接金属を含む溶接構造体 | |
JPS6123749A (ja) | 高温強度オ−ステナイト系ステンレス鋼 | |
Lakshmanan et al. | Mechanical properties characterisation of dissimilar joint of high-temperature materials using Thermo-Calc Classic (TCC) diagram analysis | |
JP3552517B2 (ja) | 高Crフェライト系耐熱鋼の溶接方法及びその溶接鋼管の製造方法 | |
JP4051042B2 (ja) | Crを含有する電縫鋼管およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151130 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160930 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161101 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161114 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6051844 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R157 | Certificate of patent or utility model (correction) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R157 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |