JP6801712B2 - Ferritic heat-resistant steel and ferrite heat transfer members - Google Patents

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Description

本発明は、耐熱鋼及び伝熱部材に関し、さらに詳しくは、高温の水蒸気酸化環境下等で用いられるフェライト系耐熱鋼及びフェライト系伝熱部材に関する。 The present invention relates to heat-resistant steel and heat transfer members, and more particularly to ferritic heat-resistant steel and ferritic heat transfer members used in a high-temperature steam oxidation environment or the like.

火力発電プラントでは、COガスの排出抑制及び経済性の観点から、発電効率の向上が求められている。そのため、タービン蒸気圧力の高温化及び高圧化が進められている。火力発電プラントで使用される伝熱部材は、高温高圧の水蒸気に長時間晒される。伝熱部材はたとえば、ボイラ用の配管である。高温の水蒸気に長時間晒されると、伝熱部材の表面に酸化スケールが生成する。伝熱部材の耐水蒸気酸化性が十分でない場合、伝熱部材の表面に多量の酸化スケールが生成する。ボイラの起動及び停止によって、伝熱部材は熱膨張及び収縮する。そのため、多量の酸化スケールが生成すれば、酸化スケールは剥離して配管の詰まりの原因となる。酸化スケールが多量に生成した場合はさらに、酸化スケールによって配管外部から配管内部への熱伝導が阻害される。そのため、配管内の温度を高く維持するために、外部からより多くの熱を与える必要がある。配管の温度上昇は、クリープ強度の低下を引き起こす。そのため、火力発電用ボイラ、タービン及び蒸気管等の機器に用いられる伝熱部材には、高い耐水蒸気酸化性が求められている。Thermal power plants are required to improve power generation efficiency from the viewpoint of reducing CO 2 gas emissions and economic efficiency. Therefore, the turbine steam pressure is being increased in temperature and pressure. Heat transfer members used in thermal power plants are exposed to high temperature and high pressure steam for a long time. The heat transfer member is, for example, a pipe for a boiler. When exposed to high temperature steam for a long time, oxide scale is formed on the surface of the heat transfer member. If the water vapor oxidation resistance of the heat transfer member is not sufficient, a large amount of oxidation scale is generated on the surface of the heat transfer member. By starting and stopping the boiler, the heat transfer member thermally expands and contracts. Therefore, if a large amount of oxide scale is generated, the oxide scale is peeled off and causes clogging of the pipe. When a large amount of oxide scale is generated, the oxide scale further hinders heat conduction from the outside of the pipe to the inside of the pipe. Therefore, it is necessary to apply more heat from the outside in order to keep the temperature inside the pipe high. An increase in the temperature of the pipe causes a decrease in creep strength. Therefore, high steam oxidation resistance is required for heat transfer members used in equipment such as boilers for thermal power generation, turbines, and steam pipes.

このような特性を満たす材料としてたとえば、オーステナイト系耐熱鋼及びフェライト系耐熱鋼が開発されてきた。オーステナイト系耐熱鋼はたとえば、Cr含有量が18〜25質量%のオーステナイト系耐熱鋼である。フェライト系耐熱鋼はたとえば、Cr含有量が8〜13質量%のフェライト系耐熱鋼である。フェライト系耐熱鋼は、オーステナイト系耐熱鋼よりも安価である。フェライト系耐熱鋼はさらに、オーステナイト系耐熱鋼よりも低い熱膨張率、及び、高い熱伝導率を有している。そのため、フェライト系耐熱鋼は、火力発電プラントの配管材料として適している。しかしながら、フェライト系耐熱鋼のCr含有量は、オーステナイト系耐熱鋼のCr含有量よりも低い。そのため、フェライト系耐熱鋼の耐水蒸気酸化性はオーステナイト系耐熱鋼の耐水蒸気酸化性よりも低い。このため、耐水蒸気酸化性に優れたフェライト系耐熱鋼が求められている。 For example, austenitic heat-resistant steel and ferritic heat-resistant steel have been developed as materials satisfying such characteristics. The austenitic heat-resistant steel is, for example, an austenitic heat-resistant steel having a Cr content of 18 to 25% by mass. The ferritic heat-resistant steel is, for example, a ferritic heat-resistant steel having a Cr content of 8 to 13% by mass. Ferritic heat-resistant steels are cheaper than austenitic heat-resistant steels. Ferritic heat-resistant steels also have a lower coefficient of thermal expansion and higher thermal conductivity than austenitic heat-resistant steels. Therefore, ferritic heat-resistant steel is suitable as a piping material for thermal power plants. However, the Cr content of ferritic heat-resistant steel is lower than that of austenitic heat-resistant steel. Therefore, the steam oxidation resistance of ferritic heat-resistant steel is lower than that of austenitic heat-resistant steel. Therefore, a ferritic heat-resistant steel having excellent steam oxidation resistance is required.

酸化スケールの脱落を抑制したフェライト系耐熱鋼がたとえば、特開平11−92880号公報(特許文献1)に開示されている。特許文献1に記載されたフェライト系耐熱鋼は、使用中に表面に酸化皮膜が生成する高Cr含有のフェライト系耐熱鋼であって、酸化皮膜との界面若しくはその近傍に1ミクロン以下の径の極微細な酸化物が形成される。このため、酸化皮膜と母材との密着性が向上する、と特許文献1には記載されている。 A ferrite-based heat-resistant steel that suppresses the shedding of oxide scale is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-92880 (Patent Document 1). The ferritic heat-resistant steel described in Patent Document 1 is a ferritic heat-resistant steel containing a high Cr content in which an oxide film is formed on the surface during use, and has a diameter of 1 micron or less at or near the interface with the oxide film. Very fine oxides are formed. Therefore, it is described in Patent Document 1 that the adhesion between the oxide film and the base material is improved.

フェライト系耐熱鋼の表面のCr濃度を上げることで耐水蒸気酸化性を改善させる方法がたとえば、特開2007−39745号公報(特許文献2)に開示されている。特許文献2では、Crを含有するフェライト系耐熱鋼の表面にCrを含む粉末粒子を担持させて、高温下でフェライト鋼表面にCr濃度の高いCr酸化物層を生成させる。この方法により、Crを含有したフェライト鋼の耐(水蒸気)酸化性を容易にかつ経済的に改善できる、と特許文献2には記載されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-39745 (Patent Document 2) discloses a method for improving steam oxidation resistance by increasing the Cr concentration on the surface of a ferrite heat-resistant steel. In Patent Document 2, powder particles containing Cr are supported on the surface of a ferritic heat-resistant steel containing Cr to form a Cr oxide layer having a high Cr concentration on the surface of the ferritic steel at a high temperature. Patent Document 2 describes that this method can easily and economically improve the (water vapor) oxidation resistance of ferritic steel containing Cr.

フェライト系耐熱鋼の表面にCr酸化被膜を形成することで、耐酸化性を改善させる方法がたとえば、特開2013−127103号公報(特許文献3)に開示されている。特許文献3に記載されたフェライト系耐熱鋼の耐酸化処理方法は、炭酸ガスと不活性ガスの混合ガスからなる低酸素分圧のガス雰囲気中で、クロムを含有するフェライト系耐熱鋼を熱処理して、その耐熱鋼の表面にクロムを含有する酸化被膜を形成することを特徴とする。この方法により、スケール中のCr濃度を増加させ、フェライト系耐熱鋼の耐酸化特性を容易にかつ経済的に改善できる、と特許文献3には記載されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-127103 (Patent Document 3) discloses a method for improving oxidation resistance by forming a Cr oxide film on the surface of a ferrite heat-resistant steel. The oxidation-resistant treatment method for ferritic heat-resistant steel described in Patent Document 3 heat-treats a ferritic heat-resistant steel containing chromium in a gas atmosphere having a low oxygen partial pressure composed of a mixed gas of carbon dioxide gas and an inert gas. Therefore, it is characterized in that an oxide film containing chromium is formed on the surface of the ferritic steel. Patent Document 3 describes that this method can increase the Cr concentration in the scale and easily and economically improve the oxidation resistance characteristics of the ferrite heat-resistant steel.

フェライト系耐熱鋼の表面にCrを付着させることにより耐水蒸気酸化性を改善したフェライト系耐熱鋼がたとえば、特開2009−179884号公報(特許文献4)に開示されている。特許文献4に記載されたフェライト系耐熱鋼は、高温高圧水蒸気環境下で使用されるフェライト系耐熱鋼であって、粉末Crショット材のショットピーニング処理により付着されたCrが予備酸化処理されてなるCr酸化物皮膜を基材表面に有することを特徴とする。このフェライト系耐熱鋼は、酸化環境中で使用する前に、耐熱鋼に耐酸化性の酸化物の保護皮膜が形成されているため、耐水蒸気酸化性が向上している、と特許文献4には記載されている。 For example, JP-A-2009-179884 (Patent Document 4) discloses a ferritic heat-resistant steel having improved steam oxidation resistance by adhering Cr to the surface of the ferritic heat-resistant steel. The ferrite-based heat-resistant steel described in Patent Document 4 is a ferrite-based heat-resistant steel used in a high-temperature and high-pressure steam environment, and Cr adhered by a shot peening treatment of a powdered Cr shot material is pre-oxidized. It is characterized by having a Cr oxide film on the surface of the base material. Patent Document 4 states that this ferritic heat-resistant steel has improved water vapor oxidation resistance because a protective film of an oxidation-resistant oxide is formed on the heat-resistant steel before it is used in an oxidizing environment. Is listed.

特開平11−92880号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-92880 特開2007−39745号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-39745 特開2013−127103号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-127103 特開2009−179884号公報JP-A-2009-179884

しかしながら、上述の技術を用いても、伝熱部材の伝熱特性及び耐水蒸気酸化性を十分に高めることができない場合がある。上述のとおり、Cr酸化物を伝熱部材の表面に形成することで酸化スケールの生成を抑制する方法については種々検討が行われてきた。しかしながら、Cr酸化物の熱伝導率は低い。そのため、Cr酸化物を形成させれば、伝熱部材の耐水蒸気酸化性は高まるものの、伝熱特性が低下する。 However, even if the above technique is used, the heat transfer characteristics and steam oxidation resistance of the heat transfer member may not be sufficiently enhanced. As described above, various studies have been conducted on methods for suppressing the formation of oxide scale by forming Cr oxide on the surface of the heat transfer member. However, the thermal conductivity of Cr oxide is low. Therefore, if Cr oxide is formed, the steam oxidation resistance of the heat transfer member is enhanced, but the heat transfer characteristics are deteriorated.

本発明の目的は、伝熱特性及び耐水蒸気酸化性に優れたフェライト系伝熱部材、及び、それを実現可能なフェライト系耐熱鋼を提供することである。 An object of the present invention is to provide a ferritic heat transfer member having excellent heat transfer characteristics and steam oxidation resistance, and a ferritic heat resistant steel capable of realizing the same.

本実施形態によるフェライト系耐熱鋼は、基材と、基材の表面に酸化層Aとを備える。基材は、質量%で、C:0.01〜0.3%、Si:0.01〜2.0%、Mn:0.01〜2.0%、P:0.10%以下、S:0.03%以下、Cr:7.0〜14.0%、N:0.005〜0.15%、sol.Al:0.001〜0.3%、Mo:0〜5.0%、Ta:0〜5.0%、W:0〜5.0%、及びRe:0〜5.0%からなる群から選択される1種又は2種以上を合計で0.5〜7.0%、Cu:0〜5.0%、Ni:0〜5.0%、Co:0〜5.0%、Ti:0〜1.0%、V:0〜1.0%、Nb:0〜1.0%、Hf:0〜1.0%、Ca:0〜0.1%、Mg:0〜0.1%、Zr:0〜0.1%、B:0〜0.1%、及び、希土類元素:0〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有する。酸化層Aは、質量%で、Cr及びMnを合計で20〜45%を含有する化学組成を含む。酸化層Aは、質量%で、Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で0.5〜10%を含有する化学組成を含む。 The ferritic heat-resistant steel according to the present embodiment includes a base material and an oxide layer A on the surface of the base material. The base material is mass%, C: 0.01 to 0.3%, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 0.01 to 2.0%, P: 0.10% or less, S. : 0.03% or less, Cr: 7.0 to 14.0%, N: 0.005 to 0.15%, sol. Group consisting of Al: 0.001 to 0.3%, Mo: 0 to 5.0%, Ta: 0 to 5.0%, W: 0 to 5.0%, and Re: 0 to 5.0%. 1 type or 2 or more types selected from 0.5 to 7.0% in total, Cu: 0 to 5.0%, Ni: 0 to 5.0%, Co: 0 to 5.0%, Ti : 0 to 1.0%, V: 0 to 1.0%, Nb: 0 to 1.0%, Hf: 0 to 1.0%, Ca: 0 to 0.1%, Mg: 0 to 0. It contains 1%, Zr: 0 to 0.1%, B: 0 to 0.1%, and rare earth elements: 0 to 0.1%, and has a chemical composition in which the balance is Fe and impurities. The oxide layer A contains a chemical composition containing 20 to 45% in total of Cr and Mn in mass%. The oxide layer A contains a chemical composition containing 0.5 to 10% in total of one or more selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re in mass%.

本実施形態によるフェライト系伝熱部材は、基材と、基材の表面に酸化皮膜とを備える。基材は上記化学組成を有する。酸化皮膜は、酸化層Bと酸化層Cとを含む。酸化層Bは体積%で合計80%以上のFe及びFeを含有する。酸化層Cは、酸化層Bと基材との間に配置される。酸化層Cの化学組成は、質量%で、Cr及びMn:合計で5%超〜30%、及び、Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上:合計で1〜15%を含有する。The ferrite heat transfer member according to the present embodiment includes a base material and an oxide film on the surface of the base material. The base material has the above chemical composition. The oxide film includes an oxide layer B and an oxide layer C. The oxide layer B contains Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 in a total volume of 80% or more. The oxide layer C is arranged between the oxide layer B and the base material. The chemical composition of the oxide layer C is, in mass%, Cr and Mn: more than 5% to 30% in total, and one or more selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re: in total. Contains 1-15%.

本実施形態によるフェライト系耐熱鋼及びフェライト系伝熱部材は、伝熱特性及び耐水蒸気酸化性に優れる。 The ferritic heat-resistant steel and the ferritic heat transfer member according to the present embodiment are excellent in heat transfer characteristics and steam oxidation resistance.

図1は、本実施形態によるフェライト系耐熱鋼の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a ferritic heat-resistant steel according to the present embodiment. 図2は、本実施形態によるフェライト系伝熱部材の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the ferrite heat transfer member according to the present embodiment.

以下、図面を参照して、本実施形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

本発明者らは、フェライト系耐熱鋼及びフェライト系伝熱部材について種々検討を行った。その結果、以下の知見を得た。 The present inventors have conducted various studies on ferrite-based heat-resistant steel and ferrite-based heat transfer members. As a result, the following findings were obtained.

(1)本実施形態のフェライト系耐熱鋼は、ボイラ配管等の伝熱部材として利用できる。ボイラ配管等の伝熱部材は、高温の水蒸気と接する。高温の水蒸気に長時間晒されると、伝熱部材の表面には酸化スケールが生成する。酸化スケールは種々の酸化物及び不純物からなる。酸化物はたとえば、Fe、Fe、及びCr等である。酸化スケールは、伝熱部材の表面に酸化皮膜を形成する。(1) The ferritic heat-resistant steel of the present embodiment can be used as a heat transfer member for boiler piping and the like. Heat transfer members such as boiler pipes come into contact with high-temperature steam. When exposed to high temperature water vapor for a long time, oxide scale is formed on the surface of the heat transfer member. Oxidation scale consists of various oxides and impurities. The oxides are, for example, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , and Cr 2 O 3 . The oxide scale forms an oxide film on the surface of the heat transfer member.

(2)酸化皮膜の熱伝導率が低ければ、伝熱部材の外部から伝熱部材の内部への伝熱特性が低下する。そのため、伝熱部材の内部を高温に維持するために、伝熱部材の外部から多量の熱を与える必要が生じ、ボイラの伝熱特性が低下する。伝熱部材の外部から多量の熱を与えた場合さらに、伝熱部材のクリープ強度が低下する場合がある。したがって、酸化皮膜の熱伝導率は高い方が好ましい。しかしながら、酸化皮膜の熱伝導率が高すぎる場合、伝熱部材の内表面に、高温水蒸気の熱が伝わる。伝わった熱は、伝熱部材の内表面の酸化反応を促進するため、伝熱部材の内表面に多量の酸化スケールが生じる。多量の酸化スケールは、伝熱部材の内表面から剥離する。伝熱部材が配管の場合、剥離した酸化スケールは配管の詰まりの原因となる。したがって、酸化皮膜の熱伝導率は、ある一定の範囲に制御される必要がある。 (2) If the thermal conductivity of the oxide film is low, the heat transfer characteristics from the outside of the heat transfer member to the inside of the heat transfer member deteriorate. Therefore, in order to maintain the inside of the heat transfer member at a high temperature, it is necessary to apply a large amount of heat from the outside of the heat transfer member, and the heat transfer characteristics of the boiler are deteriorated. When a large amount of heat is applied from the outside of the heat transfer member, the creep strength of the heat transfer member may further decrease. Therefore, it is preferable that the thermal conductivity of the oxide film is high. However, if the thermal conductivity of the oxide film is too high, the heat of high-temperature steam is transferred to the inner surface of the heat transfer member. Since the transferred heat promotes the oxidation reaction on the inner surface of the heat transfer member, a large amount of oxidation scale is generated on the inner surface of the heat transfer member. A large amount of oxide scale is exfoliated from the inner surface of the heat transfer member. When the heat transfer member is a pipe, the peeled oxide scale causes clogging of the pipe. Therefore, the thermal conductivity of the oxide film needs to be controlled within a certain range.

(3)酸化スケールの厚みが厚すぎる場合、伝熱部材の外部から伝熱部材の内部への熱伝導が阻害される。そのため、ボイラの伝熱特性が低下する。したがって、酸化皮膜の厚みは、なるべく薄い方が好ましい。 (3) If the thickness of the oxide scale is too thick, heat conduction from the outside of the heat transfer member to the inside of the heat transfer member is hindered. Therefore, the heat transfer characteristics of the boiler are deteriorated. Therefore, the thickness of the oxide film is preferably as thin as possible.

(4)上述の酸化物のうち、Fe及びFeは、高温の水蒸気酸化環境下(以下、高温蒸気環境ともいう)で、熱力学的に安定して形成される。Fe及びFeはさらに、その熱伝導率が高い。したがって、Fe及びFeを多量に含有する酸化皮膜を、高温の水蒸気と接する伝熱部材の表面に形成すれば、ボイラの熱効率が向上する。しかしながら、Fe及びFeを多量に含有する酸化皮膜の熱伝導率は高すぎる。そのため、この酸化皮膜のみでは、上述のとおり、伝熱部材の内表面に多量の酸化スケールが生じる。(4) Of the above-mentioned oxides, Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 are thermodynamically and stably formed in a high-temperature steam oxidation environment (hereinafter, also referred to as a high-temperature steam environment). Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 also have high thermal conductivity. Therefore, if an oxide film containing a large amount of Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 is formed on the surface of the heat transfer member in contact with high-temperature steam, the thermal efficiency of the boiler is improved. However, the thermal conductivity of the oxide film containing a large amount of Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 is too high. Therefore, with this oxide film alone, as described above, a large amount of oxidation scale is generated on the inner surface of the heat transfer member.

(5)一般的には、ボイラ配管等の伝熱部材では、配管内表面のCr濃度を向上し、Crを多量に含有する酸化皮膜を伝熱部材の内表面に形成することが多い。これにより、多量の酸化スケールの生成が抑制され、伝熱部材の耐水蒸気酸化性が向上する。しかしながら、Crを多量に含有する酸化皮膜は熱伝導率が低い。そのため、伝熱部材の伝熱特性が低下する。そのため、この酸化皮膜のみでは、ボイラの伝熱特性を向上することはできない。(5) Generally, in a heat transfer member such as a boiler pipe, it is possible to improve the Cr concentration on the inner surface of the pipe and form an oxide film containing a large amount of Cr 2 O 3 on the inner surface of the heat transfer member. There are many. As a result, the formation of a large amount of oxidation scale is suppressed, and the steam oxidation resistance of the heat transfer member is improved. However, the oxide film containing a large amount of Cr 2 O 3 has a low thermal conductivity. Therefore, the heat transfer characteristics of the heat transfer member are deteriorated. Therefore, the heat transfer characteristics of the boiler cannot be improved only by this oxide film.

(6)そこで、高温蒸気環境下で、伝熱特性が優れた酸化層、及び、耐水蒸気酸化性と伝熱特性との両立を図った酸化層の2層を含む酸化皮膜を伝熱部材の内表面に形成する。これにより、優れた伝熱特性及び優れた耐水蒸気酸化性を両立できる。 (6) Therefore, in a high-temperature steam environment, an oxide film containing two layers, an oxide layer having excellent heat transfer characteristics and an oxide layer having both steam oxidation resistance and heat transfer characteristics, is formed as a heat transfer member. Formed on the inner surface. As a result, both excellent heat transfer characteristics and excellent water vapor oxidation resistance can be achieved.

(7)体積率で合計80%以上のFe及びFeを含有する場合、酸化層の熱伝導率は高い。そのため、ボイラの伝熱特性を向上できる。そこで、高温の水蒸気と接する伝熱部材の表面に、体積率で合計80%以上のFe及びFeを含有する酸化層Bを形成する。(7) When Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 having a total volume fraction of 80% or more are contained, the thermal conductivity of the oxide layer is high. Therefore, the heat transfer characteristics of the boiler can be improved. Therefore, an oxide layer B containing Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 having a total volume fraction of 80% or more is formed on the surface of the heat transfer member in contact with high-temperature water vapor.

(8)一方、耐水蒸気酸化性と伝熱特性との両立を図った酸化層として、酸化層Cを、酸化層Bと基材との間に形成させる。酸化層Cは、Cr及びMnを合計で5%超〜30質量%、及び、Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で1〜15質量%含有する。 (8) On the other hand, an oxide layer C is formed between the oxide layer B and the base material as an oxide layer in which both water vapor oxidation resistance and heat transfer characteristics are achieved. The oxide layer C contains a total of more than 5% to 30% by mass of Cr and Mn, and a total of 1 to 15% by mass of one or more selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re. To do.

Cr酸化物及びMn酸化物は基材の耐水蒸気酸化性を高める。しかしながら、Cr含有量が高すぎる場合、酸化皮膜の伝熱特性が低下する。Mn含有量が高すぎる場合、基材のクリープ強度が低下する。したがって、酸化層Cは、Cr及びMnを合計で5%超〜30質量%含有する。 Cr oxide and Mn oxide enhance the steam oxidation resistance of the base material. However, if the Cr content is too high, the heat transfer characteristics of the oxide film deteriorate. If the Mn content is too high, the creep strength of the substrate will decrease. Therefore, the oxide layer C contains Cr and Mn in a total amount of more than 5% to 30% by mass.

Mo、Ta、W及びReが酸化層Cに含有される場合、酸化層Cの熱伝導率が高まる。しかしながら、これらの元素の含有量が高すぎる場合、酸化層Cの耐水蒸気酸化性が低下することがある。したがって、酸化層Cは、Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で1〜15質量%含有する。 When Mo, Ta, W and Re are contained in the oxide layer C, the thermal conductivity of the oxide layer C is increased. However, if the content of these elements is too high, the water vapor oxidation resistance of the oxide layer C may decrease. Therefore, the oxide layer C contains 1 type or 2 or more types selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re in a total amount of 1 to 15% by mass.

以上により、酸化層Cは、優れた伝熱特性及び優れた耐水蒸気酸化性を有する。 As described above, the oxide layer C has excellent heat transfer characteristics and excellent water vapor oxidation resistance.

(9)高温蒸気環境下で、酸化層B及び酸化層Cを形成させるには、事前に基材上に、酸化層Aを形成させておくことが必要である。酸化層Aの化学組成は、質量%で、Cr及びMnを合計で20〜45%を含有する。酸化層Aの化学組成は、質量%で、Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で0.5〜10%を含有する。高温蒸気環境において使用されると、酸化層Aは、酸化層B及び酸化層Cを含む酸化皮膜に変化する。高温とはたとえば、500〜650℃である。 (9) In order to form the oxide layer B and the oxide layer C in a high temperature steam environment, it is necessary to form the oxide layer A on the substrate in advance. The chemical composition of the oxide layer A is mass% and contains 20 to 45% of Cr and Mn in total. The chemical composition of the oxide layer A is, in mass%, containing 0.5 to 10% in total of one or more selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re. When used in a high temperature vapor environment, the oxide layer A changes into an oxide film containing the oxide layer B and the oxide layer C. The high temperature is, for example, 500 to 650 ° C.

以上の知見に基づいて完成した本実施形態によるフェライト系耐熱鋼は、基材と、基材の表面に酸化層Aとを備える。基材は、質量%で、C:0.01〜0.3%、Si:0.01〜2.0%、Mn:0.01〜2.0%、P:0.10%以下、S:0.03%以下、Cr:7.0〜14.0%、N:0.005〜0.15%、sol.Al:0.001〜0.3%、Mo:0〜5.0%、Ta:0〜5.0%、W:0〜5.0%及びRe:0〜5.0%からなる群から選択される1種又は2種以上を合計で0.5〜7.0%、Cu:0〜5.0%、Ni:0〜5.0%、Co:0〜5.0%、Ti:0〜1.0%、V:0〜1.0%、Nb:0〜1.0%、Hf:0〜1.0%、Ca:0〜0.1%、Mg:0〜0.1%、Zr:0〜0.1%、B:0〜0.1%、及び、希土類元素:0〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有する。酸化層Aは、質量%で、Cr及びMnを合計で20〜45%を含有する化学組成を含む。酸化層Aは、質量%で、Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で0.5〜10%を含有する化学組成を含む。 The ferrite-based heat-resistant steel according to the present embodiment completed based on the above findings includes a base material and an oxide layer A on the surface of the base material. The base material is mass%, C: 0.01 to 0.3%, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 0.01 to 2.0%, P: 0.10% or less, S. : 0.03% or less, Cr: 7.0 to 14.0%, N: 0.005 to 0.15%, sol. From the group consisting of Al: 0.001 to 0.3%, Mo: 0 to 5.0%, Ta: 0 to 5.0%, W: 0 to 5.0% and Re: 0 to 5.0%. One or more selected types are 0.5 to 7.0% in total, Cu: 0 to 5.0%, Ni: 0 to 5.0%, Co: 0 to 5.0%, Ti: 0-1.0%, V: 0-1.0%, Nb: 0-1.0%, Hf: 0-1.0%, Ca: 0-0.1%, Mg: 0-0.1 %, Zr: 0 to 0.1%, B: 0 to 0.1%, and rare earth element: 0 to 0.1%, and the balance has a chemical composition of Fe and impurities. The oxide layer A contains a chemical composition containing 20 to 45% in total of Cr and Mn in mass%. The oxide layer A contains a chemical composition containing 0.5 to 10% in total of one or more selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re in mass%.

本実施形態によるフェライト系耐熱鋼は、伝熱特性及び耐水蒸気酸化性に優れる。 The ferritic heat-resistant steel according to this embodiment is excellent in heat transfer characteristics and steam oxidation resistance.

上記フェライト系耐熱鋼の基材の化学組成は、Cu:0.005〜5.0%、Ni:0.005〜5.0%、及び、Co:0.005〜5.0%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。 The chemical composition of the base material of the ferritic heat-resistant steel is a group consisting of Cu: 0.005 to 5.0%, Ni: 0.005 to 5.0%, and Co: 0.005 to 5.0%. It may contain one kind or two or more kinds selected from.

上記基材の化学組成は、Ti:0.01〜1.0%、V:0.01〜1.0%、Nb:0.01〜1.0%、及び、Hf:0.01〜1.0%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。 The chemical composition of the base material is Ti: 0.01 to 1.0%, V: 0.01 to 1.0%, Nb: 0.01 to 1.0%, and Hf: 0.01 to 1. It may contain one or more selected from the group consisting of 0.0%.

上記基材の化学組成は、Ca:0.0015〜0.1%、Mg:0.0015〜0.1%、Zr:0.0015〜0.1%、B:0.0015〜0.1%、及び、希土類元素:0.0015〜0.1%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。 The chemical composition of the base material is Ca: 0.0015 to 0.1%, Mg: 0.0015 to 0.1%, Zr: 0.0015 to 0.1%, B: 0.0015 to 0.1. % And rare earth element: 1 type or 2 or more types selected from the group consisting of 0.0015 to 0.1% may be contained.

本実施形態によるフェライト系伝熱部材は、基材と、基材の表面に酸化皮膜とを備える。基材は、上記化学組成を有する。酸化皮膜は、酸化層Bと酸化層Cとを含む。酸化層Bは、体積%で合計80%以上のFe及びFeを含有する。酸化層Cは、酸化層Bと基材との間に配置される。酸化層Cの化学組成は、Cr及びMnを合計で5%超〜30質量%、及び、Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で1〜15質量%含有する。The ferrite heat transfer member according to the present embodiment includes a base material and an oxide film on the surface of the base material. The base material has the above chemical composition. The oxide film includes an oxide layer B and an oxide layer C. The oxide layer B contains Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 in a total volume of 80% or more. The oxide layer C is arranged between the oxide layer B and the base material. The chemical composition of the oxide layer C is a total of more than 5% to 30% by mass of Cr and Mn, and a total of 1 to 15 of one or more selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re. Contains% by mass.

本実施形態によるフェライト系伝熱部材は、伝熱特性及び耐水蒸気酸化性に優れる。 The ferrite-based heat transfer member according to the present embodiment is excellent in heat transfer characteristics and steam oxidation resistance.

好ましくは、酸化層Bは、Cr及びMnを合計で5質量%以下含有する。 Preferably, the oxide layer B contains Cr and Mn in a total amount of 5% by mass or less.

好ましくは、酸化層Cは、Crを5体積%以下含有する。Preferably, the oxide layer C contains 5% by volume or less of Cr 2 O 3 .

この場合、熱伝導率が低いCrの析出量を抑制することによって、酸化皮膜の熱伝導率が高まる。このため、ボイラの伝熱特性を向上できる。In this case, the thermal conductivity of the oxide film is increased by suppressing the precipitation amount of Cr 2 O 3 having a low thermal conductivity. Therefore, the heat transfer characteristics of the boiler can be improved.

以下に、本実施形態によるフェライト系耐熱鋼及びフェライト系伝熱部材について詳述する。元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。 The ferrite-based heat-resistant steel and the ferrite-based heat transfer member according to the present embodiment will be described in detail below. Unless otherwise specified, "%" for an element means mass%.

[フェライト系耐熱鋼]
本実施形態によるフェライト系耐熱鋼の形状は、特に限定されない。フェライト系耐熱鋼はたとえば、鋼管、棒鋼、及び鋼板である。好ましくは、フェライト系耐熱鋼は、フェライト系耐熱鋼管である。本実施形態によるフェライト系耐熱鋼の基材に対して酸化処理を行う。酸化処理によりフェライト系耐熱鋼の基材の表面に酸化層Aが形成される。
[Ferrite heat resistant steel]
The shape of the ferritic heat-resistant steel according to this embodiment is not particularly limited. Ferritic heat-resistant steels are, for example, steel pipes, steel bars, and steel plates. Preferably, the ferritic heat resistant steel is a ferritic heat resistant steel pipe. Oxidation treatment is performed on the base material of the ferritic heat-resistant steel according to the present embodiment. The oxide layer A is formed on the surface of the base material of the ferritic heat-resistant steel by the oxidation treatment.

図1は、本実施形態によるフェライト系耐熱鋼の断面図である。図1を参照して、フェライト系耐熱鋼1は、基材2と、酸化層Aとを備える。基材2と、酸化層Aとを備えるフェライト系耐熱鋼1は、伝熱部材として、高温蒸気環境下に用いられる。これにより、酸化層Aは、酸化層B及び酸化層Cを含む酸化皮膜3に変化する。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a ferritic heat-resistant steel according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, the ferrite heat-resistant steel 1 includes a base material 2 and an oxide layer A. The ferrite-based heat-resistant steel 1 provided with the base material 2 and the oxide layer A is used as a heat transfer member in a high-temperature steam environment. As a result, the oxide layer A is transformed into an oxide film 3 containing the oxide layer B and the oxide layer C.

[基材2の化学組成]
基材2は、以下の化学組成を有する。
[Chemical composition of substrate 2]
The base material 2 has the following chemical composition.

C:0.01〜0.3%
炭素(C)は、オーステナイトを安定化させる。Cはさらに、固溶強化により基材のクリープ強度を高める。しかしながら、基材2のC含有量が高すぎる場合、炭化物が過剰に析出し、基材2の加工性及び溶接性が低下する。したがって、C含有量は0.01〜0.3%である。C含有量の好ましい下限は0.03%であり、C含有量の好ましい上限は0.15%である。
C: 0.01-0.3%
Carbon (C) stabilizes austenite. C further enhances the creep strength of the base material by solid solution strengthening. However, if the C content of the base material 2 is too high, carbides are excessively precipitated, and the processability and weldability of the base material 2 are lowered. Therefore, the C content is 0.01 to 0.3%. The preferred lower limit of the C content is 0.03%, and the preferred upper limit of the C content is 0.15%.

Si:0.01〜2.0%
シリコン(Si)は鋼を脱酸する。Siはさらに、基材2の耐水蒸気酸化性を向上する。しかしながら、Si含有量が高すぎる場合、基材2の靱性が低下する。したがって、Si含有量は0.01〜2.0%である。Si含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.1%である。Si含有量の好ましい上限は1.0%であり、さらに好ましくは0.5%である。
Si: 0.01-2.0%
Silicon (Si) deoxidizes steel. Si further improves the steam oxidation resistance of the base material 2. However, if the Si content is too high, the toughness of the base material 2 decreases. Therefore, the Si content is 0.01-2.0%. The lower limit of the Si content is preferably 0.05%, more preferably 0.1%. The preferred upper limit of the Si content is 1.0%, more preferably 0.5%.

Mn:0.01〜2.0%
マンガン(Mn)は鋼を脱酸する。Mnはさらに、基材2中のSと結合してMnSを形成し、Sの粒界偏析を抑制する。これにより、基材2の熱間加工性が向上する。しかしながら、Mn含有量が高すぎる場合、基材2が脆くなりさらに、基材2のクリープ強度が低下する。したがって、Mn含有量は0.01〜2.0%である。Mn含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.1%である。Mn含有量の好ましい上限は1.0%であり、さらに好ましくは0.8%である。
Mn: 0.01-2.0%
Manganese (Mn) deoxidizes steel. Mn further combines with S in the base material 2 to form MnS and suppresses grain boundary segregation of S. As a result, the hot workability of the base material 2 is improved. However, if the Mn content is too high, the base material 2 becomes brittle and the creep strength of the base material 2 decreases. Therefore, the Mn content is 0.01 to 2.0%. The preferred lower limit of the Mn content is 0.05%, more preferably 0.1%. The preferred upper limit of the Mn content is 1.0%, more preferably 0.8%.

P:0.10%以下
燐(P)は不純物である。Pは、基材2の結晶粒界に偏析して、基材2の熱間加工性を低下させる。Pはさらに、酸化皮膜3と基材2との界面に濃化して、酸化皮膜3の基材2に対する密着性を低下させる。したがって、P含有量はなるべく低い方が好ましい。P含有量は0.10%以下であり、好ましくは0.03%以下である。P含有量の下限はたとえば、0.005%である。
P: 0.10% or less Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at the grain boundaries of the base material 2 to reduce the hot workability of the base material 2. P is further concentrated at the interface between the oxide film 3 and the base material 2 to reduce the adhesion of the oxide film 3 to the base material 2. Therefore, it is preferable that the P content is as low as possible. The P content is 0.10% or less, preferably 0.03% or less. The lower limit of the P content is, for example, 0.005%.

S:0.03%以下
硫黄(S)は不純物である。Sは、基材2の結晶粒界に偏析して、基材2の熱間加工性を低下させる。Sはさらに、酸化皮膜3と基材2との界面に濃化して、酸化皮膜3の基材2に対する密着性を低下させる。したがって、S含有量はなるべく低い方が好ましい。S含有量は0.03%以下であり、好ましくは0.015%以下である。S含有量の下限はたとえば、0.0001%である。
S: 0.03% or less Sulfur (S) is an impurity. S segregates at the grain boundaries of the base material 2 to reduce the hot workability of the base material 2. S is further concentrated at the interface between the oxide film 3 and the base material 2 to reduce the adhesion of the oxide film 3 to the base material 2. Therefore, it is preferable that the S content is as low as possible. The S content is 0.03% or less, preferably 0.015% or less. The lower limit of the S content is, for example, 0.0001%.

Cr:7.0〜14.0%
クロム(Cr)は、基材2の耐水蒸気酸化性を高める。Crはさらに、Cr及び(Fe、Cr)で定義される酸化物として酸化皮膜3中に含有される。Cr酸化物は基材2の耐水蒸気酸化性を高める。Cr酸化物はさらに、酸化皮膜3の基材2に対する密着性を高める。しかしながら、Cr含有量が高すぎる場合、酸化皮膜3中のCrの濃度が高くなり、酸化皮膜3の伝熱特性が低下する。したがって、Cr含有量は7.0〜14.0%である。Cr含有量の好ましい下限は7.5%であり、さらに好ましくは8.0%である。Cr含有量の好ましい上限は12.0%であり、さらに好ましくは11.0%である。
Cr: 7.0-14.0%
Chromium (Cr) enhances the water vapor oxidation resistance of the base material 2. Cr is further contained in the oxide film 3 as an oxide defined by Cr 2 O 3 and (Fe, Cr) 3 O 4 . Cr oxide enhances the steam oxidation resistance of the base material 2. The Cr oxide further enhances the adhesion of the oxide film 3 to the substrate 2. However, if the Cr content is too high, the concentration of Cr 2 O 3 in the oxide film 3 becomes high, and the heat transfer characteristics of the oxide film 3 deteriorate. Therefore, the Cr content is 7.0 to 14.0%. The lower limit of the Cr content is preferably 7.5%, more preferably 8.0%. The preferred upper limit of the Cr content is 12.0%, more preferably 11.0%.

N:0.005〜0.15%
窒素(N)は、基材2中に固溶し、基材2の強度を高める。Nはさらに、基材2中の合金成分と窒化物を形成して基材2中に析出し、基材2の強度を高める。しかしながら、N含有量が高すぎる場合、窒化物が粗大化し、基材2の靱性が低下する。したがって、N含有量は0.005〜0.15%である。N含有量の好ましい下限は0.01%である。N含有量の好ましい上限は0.10%である。
N: 0.005 to 0.15%
Nitrogen (N) dissolves in the base material 2 to increase the strength of the base material 2. Further, N forms a nitride with the alloy component in the base material 2 and precipitates in the base material 2 to increase the strength of the base material 2. However, if the N content is too high, the nitride becomes coarse and the toughness of the base material 2 decreases. Therefore, the N content is 0.005 to 0.15%. The preferable lower limit of the N content is 0.01%. The preferable upper limit of the N content is 0.10%.

sol.Al:0.001〜0.3%
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。しかしながら、Al含有量が高すぎる場合、基材2の熱間加工性が低下する。したがって、Al含有量は0.001〜0.3%である。Al含有量の好ましい下限は0.005%であり、Al含有量の好ましい上限は0.1%である。本実施形態において、Al含有量とは、酸可溶性Al(sol.Al)を意味する。
sol. Al: 0.001 to 0.3%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. However, if the Al content is too high, the hot workability of the base material 2 is lowered. Therefore, the Al content is 0.001 to 0.3%. The preferable lower limit of the Al content is 0.005%, and the preferable upper limit of the Al content is 0.1%. In the present embodiment, the Al content means acid-soluble Al (sol.Al).

Mo:0〜5.0%、
Ta:0〜5.0%、
W:0〜5.0%、及び
Re:0〜5.0%からなる群から選択される1種又は2種以上:合計で0.5〜7.0%
モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)及びレニウム(Re)からなる群から選択される1種又は2種以上が含有される。これらの元素を以降、特定酸化層形成元素ともいう。特定酸化層形成元素は、基材2の表面に酸化層Aを形成する。特定酸化層形成元素はさらに、500〜650℃の高温蒸気環境下で、酸化層B及び酸化層Cを含む酸化皮膜3を形成する。これらの元素のうち1種類でも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、特定酸化層形成元素の含有量が高すぎる場合、基材2の靱性、延性及び加工性が低下する。したがって、Mo含有量は0〜5.0%であり、Ta含有量は0〜5.0%であり、W含有量は0〜5.0%であり、Re含有量は0〜5.0%である。Mo含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.1%である。Ta含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.1%である。W含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.1%である。Re含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.1%である。Mo含有量の好ましい上限は4.0%であり、さらに好ましくは3.0%である。Ta含有量の好ましい上限は4.0%であり、さらに好ましくは3.0%である。W含有量の好ましい上限は4.0%であり、さらに好ましくは3.0%である。Re含有量の好ましい上限は4.0%であり、さらに好ましくは3.0%である。特定酸化層形成元素の合計含有量は、0.5〜7.0%である。特定酸化層形成元素の合計含有量の好ましい下限は0.6%であり、さらに好ましくは1.0%である。特定酸化層形成元素の合計含有量の好ましい上限は6.5%であり、さらに好ましくは6.0%である。
Mo: 0-5.0%,
Ta: 0-5.0%,
One or more selected from the group consisting of W: 0 to 5.0% and Re: 0 to 5.0%: 0.5 to 7.0% in total
It contains one or more selected from the group consisting of molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W) and rhenium (Re). Hereinafter, these elements are also referred to as specific oxide layer forming elements. The specific oxide layer forming element forms the oxide layer A on the surface of the base material 2. The specific oxide layer forming element further forms an oxide film 3 containing the oxide layer B and the oxide layer C in a high temperature vapor environment of 500 to 650 ° C. This effect can be obtained if even one of these elements is contained. However, if the content of the specific oxide layer forming element is too high, the toughness, ductility and processability of the base material 2 are lowered. Therefore, the Mo content is 0 to 5.0%, the Ta content is 0 to 5.0%, the W content is 0 to 5.0%, and the Re content is 0 to 5.0. %. The lower limit of the Mo content is preferably 0.01%, more preferably 0.1%. The lower limit of the Ta content is preferably 0.01%, more preferably 0.1%. The lower limit of the W content is preferably 0.01%, more preferably 0.1%. The lower limit of the Re content is preferably 0.01%, more preferably 0.1%. The preferred upper limit of the Mo content is 4.0%, more preferably 3.0%. The preferred upper limit of the Ta content is 4.0%, more preferably 3.0%. The preferred upper limit of the W content is 4.0%, more preferably 3.0%. The preferred upper limit of the Re content is 4.0%, more preferably 3.0%. The total content of the specific oxide layer forming element is 0.5 to 7.0%. The preferable lower limit of the total content of the specific oxide layer forming elements is 0.6%, more preferably 1.0%. The preferable upper limit of the total content of the specific oxide layer forming elements is 6.5%, more preferably 6.0%.

本実施形態によるフェライト系耐熱鋼の基材2の残部は、Fe及び不純物である。本実施形態において、不純物とは、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップ、又は、製造過程の環境等から混入する元素をいい、本実施形態による伝熱部材4に悪影響を及ぼさない範囲で含有されるものをいう。不純物はたとえば、酸素(O)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、タリウム(Tl)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)等である。 The balance of the base material 2 of the ferritic heat-resistant steel according to the present embodiment is Fe and impurities. In the present embodiment, the impurity means an ore or scrap used as a raw material for steel, or an element mixed from the environment of the manufacturing process, etc., and is contained within a range that does not adversely affect the heat transfer member 4 according to the present embodiment. It means what is done. Impurities are, for example, oxygen (O), arsenic (As), antimony (Sb), thallium (Tl), lead (Pb), bismuth (Bi) and the like.

本実施形態によるフェライト系耐熱鋼の基材2はさらに、Feの一部に代えて、以下の元素を含有してもよい。 The base material 2 of the ferritic heat-resistant steel according to the present embodiment may further contain the following elements in place of a part of Fe.

Cu:0〜5.0%
Ni:0〜5.0%
Co:0〜5.0%
銅(Cu)、ニッケル(Ni)及びコバルト(Co)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素はオーステナイトを安定化させる。これにより、基材2の耐衝撃性を低下させるデルタフェライトの残留が抑制される。これらの元素のうち1種類でも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、これらの元素の含有量が高すぎる場合、基材2の長時間クリープ強度が低下する。したがって、Cu含有量は0〜5.0%であり、Ni含有量は0〜5.0%であり、Co含有量は0〜5.0%である。Cu含有量の好ましい上限は3.0%であり、さらに好ましくは2.0%である。Ni含有量の好ましい上限は3.0%であり、さらに好ましくは2.0%である。Co含有量の好ましい上限は3.0%であり、さらに好ましくは2.0%である。これらの元素の含有量の好ましい下限は、それぞれ0.005%である。
Cu: 0-5.0%
Ni: 0-5.0%
Co: 0-5.0%
Copper (Cu), nickel (Ni) and cobalt (Co) are optional elements and may not be contained. When included, these elements stabilize austenite. As a result, residual delta ferrite, which lowers the impact resistance of the base material 2, is suppressed. This effect can be obtained if even one of these elements is contained. However, if the content of these elements is too high, the long-term creep strength of the base material 2 decreases. Therefore, the Cu content is 0 to 5.0%, the Ni content is 0 to 5.0%, and the Co content is 0 to 5.0%. The preferred upper limit of the Cu content is 3.0%, more preferably 2.0%. The preferred upper limit of the Ni content is 3.0%, more preferably 2.0%. The preferred upper limit of the Co content is 3.0%, more preferably 2.0%. The preferred lower limit of the content of these elements is 0.005%, respectively.

Ti:0〜1.0%
V:0〜1.0%
Nb:0〜1.0%
Hf:0〜1.0%
チタン(Ti)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)及びハフニウム(Hf)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素は、炭素及び窒素と結合して炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成する。これらの炭化物、窒化物及び炭窒化物は、基材2を析出強化する。これらの元素のうち1種類でも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、これらの元素の含有量が高すぎる場合、基材2の加工性が低下する。したがって、Ti含有量は0〜1.0%であり、V含有量は0〜1.0%であり、Nb含有量は0〜1.0%であり、Hf含有量は0〜1.0%である。Ti含有量の好ましい上限は0.8%であり、さらに好ましくは0.4%である。V含有量の好ましい上限は0.8%であり、さらに好ましくは0.4%である。Nb含有量の好ましい上限は0.8%であり、さらに好ましくは0.4%である。Hf含有量の好ましい上限は0.8%であり、さらに好ましくは0.4%である。これらの元素の含有量の好ましい下限は、それぞれ0.01%である。
Ti: 0-1.0%
V: 0-1.0%
Nb: 0-1.0%
Hf: 0 to 1.0%
Titanium (Ti), vanadium (V), niobium (Nb) and hafnium (Hf) are optional elements and may not be contained. When contained, these elements combine with carbon and nitrogen to form carbides, nitrides or carbonitrides. These carbides, nitrides and carbonitrides precipitate and strengthen the base material 2. This effect can be obtained if even one of these elements is contained. However, if the content of these elements is too high, the processability of the base material 2 is lowered. Therefore, the Ti content is 0 to 1.0%, the V content is 0 to 1.0%, the Nb content is 0 to 1.0%, and the Hf content is 0 to 1.0. %. The preferred upper limit of the Ti content is 0.8%, more preferably 0.4%. The preferred upper limit of the V content is 0.8%, more preferably 0.4%. The preferred upper limit of the Nb content is 0.8%, more preferably 0.4%. The preferred upper limit of the Hf content is 0.8%, more preferably 0.4%. The preferred lower limit of the content of these elements is 0.01%, respectively.

Ca:0〜0.1%
Mg:0〜0.1%
Zr:0〜0.1%
B:0〜0.1%
希土類元素:0〜0.1%
カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、ボロン(B)及び希土類元素(REM)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素は基材2の強度、加工性及び耐酸化性を高める。これらの元素のうち1種類でも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、これらの元素の含有量が高すぎる場合、基材2の靱性及び溶接性が低下する。したがって、Ca含有量は0〜0.1%であり、Mg含有量は0〜0.1%であり、Zr含有量は0〜0.1%であり、B含有量は0〜0.1%であり、REM含有量は0〜0.1%である。Ca含有量の好ましい上限は0.05%である。Mg含有量の好ましい上限は0.05%である。Zr含有量の好ましい上限は0.05%である。B含有量の好ましい上限は0.05%である。REM含有量の好ましい上限は0.05%である。これらの元素の含有量の好ましい下限は、それぞれ0.0015%である。ここで、REMとは、原子番号39番のイットリウム(Y)、ランタノイドである原子番号57番のランタン(La)〜原子番号71番のルテチウム(Lu)及び、アクチノイドである原子番号89番のアクチニウム(Ac)〜103番のローレンシウム(Lr)からなる群から選択される1種又は2種以上の元素である。
Ca: 0-0.1%
Mg: 0-0.1%
Zr: 0-0.1%
B: 0-0.1%
Rare earth element: 0-0.1%
Calcium (Ca), magnesium (Mg), zirconium (Zr), boron (B) and rare earth element (REM) are optional elements and may not be contained. When contained, these elements enhance the strength, processability and oxidation resistance of the substrate 2. This effect can be obtained if even one of these elements is contained. However, if the content of these elements is too high, the toughness and weldability of the base material 2 will decrease. Therefore, the Ca content is 0 to 0.1%, the Mg content is 0 to 0.1%, the Zr content is 0 to 0.1%, and the B content is 0 to 0.1. The REM content is 0 to 0.1%. The preferred upper limit of the Ca content is 0.05%. The preferable upper limit of the Mg content is 0.05%. The preferred upper limit of the Zr content is 0.05%. The preferred upper limit of the B content is 0.05%. The preferred upper limit of the REM content is 0.05%. The preferred lower limit of the content of these elements is 0.0015%, respectively. Here, REM refers to ittium (Y) having an atomic number of 39, lantern (La) having an atomic number of 57 which is a lanthanoid, lutetium (Lu) having an atomic number of 71, and actinium having an atomic number of 89 which is an actinoid. (Ac) One or more elements selected from the group consisting of lawrencium (Lr) Nos. 103.

[酸化層A]
上述の化学組成を有する基材2に対して、酸化処理を行う。酸化処理により、基材2の表面に酸化層Aが形成される。基材2と基材2の表面の酸化層Aとを備えるフェライト系耐熱鋼1は、高温蒸気環境下に用いられる。高温蒸気環境下において、酸化層Aは、耐水蒸気酸化特性を保持したまま、伝熱特性に優れる酸化皮膜3に変化する。すなわち、酸化層Aは、酸化層B及び酸化層Cを含む酸化皮膜3を形成するための素材となる。酸化層Aが酸化皮膜3に変化する仕組みは定かではないが、酸化層Aは、主に酸化層Cの形成に寄与すると推察される。
[Oxidized layer A]
The base material 2 having the above-mentioned chemical composition is subjected to an oxidation treatment. The oxide layer A is formed on the surface of the base material 2 by the oxidation treatment. The ferritic heat-resistant steel 1 provided with the base material 2 and the oxide layer A on the surface of the base material 2 is used in a high-temperature steam environment. In a high-temperature steam environment, the oxide layer A changes to an oxide film 3 having excellent heat transfer characteristics while maintaining the steam oxidation resistance. That is, the oxide layer A is a material for forming the oxide film 3 including the oxide layer B and the oxide layer C. The mechanism by which the oxide layer A changes to the oxide film 3 is not clear, but it is presumed that the oxide layer A mainly contributes to the formation of the oxide layer C.

酸化層Aの厚さは、特に限定されない。酸化層Aがわずかでも形成されれば、酸化皮膜3が形成される。酸化層Aの厚さは好ましくは、0.2μm以上である。この場合、高温蒸気環境下において、酸化皮膜3を安定的に基材2の表面に均一に形成できる。そのため、基材2を酸化皮膜3で完全に被覆しやすくなる。その結果、フェライト系伝熱部材4の表面における熱伝導率が高まる。さらに好ましくは、酸化層Aの厚さは1.0μm以上である。酸化層Aの厚さの上限は特に限定しないが、量産性を考慮すると、好ましくは20μm以下である。 The thickness of the oxide layer A is not particularly limited. If even a small amount of the oxide layer A is formed, the oxide film 3 is formed. The thickness of the oxide layer A is preferably 0.2 μm or more. In this case, the oxide film 3 can be stably and uniformly formed on the surface of the base material 2 in a high temperature steam environment. Therefore, it becomes easy to completely cover the base material 2 with the oxide film 3. As a result, the thermal conductivity on the surface of the ferrite heat transfer member 4 is increased. More preferably, the thickness of the oxide layer A is 1.0 μm or more. The upper limit of the thickness of the oxide layer A is not particularly limited, but is preferably 20 μm or less in consideration of mass productivity.

酸化層Aの厚さは、次の方法で求める。後述の酸化処理を施したフェライト系耐熱鋼1を表面に対して垂直に切断する。フェライト系耐熱鋼1が鋼管の場合は、鋼管の軸方向に垂直にフェライト系耐熱鋼1を切断する。フェライト系耐熱鋼1の表面を含む断面に対して、JEOL(日本電子株式会社)製走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察を行う。フェライト系耐熱鋼1が鋼管の場合は、鋼管の内表面を含む断面に対してSEM観察を行う。観察倍率は2000倍である。観察視野において、フェライト系耐熱鋼1の表面(フェライト系耐熱鋼1が鋼管の場合は内表面)上の酸化層の厚さを測定する。測定は、フェライト系耐熱鋼1の異なる4つの断面に対して行う。フェライト系耐熱鋼1が鋼管の場合は、45°ピッチで、4か所で測定する。測定結果の平均値を酸化層Aの厚さとする。 The thickness of the oxide layer A is determined by the following method. The ferrite heat-resistant steel 1 which has been subjected to the oxidation treatment described later is cut perpendicular to the surface. When the ferritic heat-resistant steel 1 is a steel pipe, the ferritic heat-resistant steel 1 is cut perpendicularly to the axial direction of the steel pipe. The cross section including the surface of the ferritic heat-resistant steel 1 is observed using a scanning electron microscope (SEM) manufactured by JEOL (JEOL Ltd.). When the ferrite heat-resistant steel 1 is a steel pipe, SEM observation is performed on the cross section including the inner surface of the steel pipe. The observation magnification is 2000 times. In the observation field of view, the thickness of the oxide layer on the surface of the ferritic heat-resistant steel 1 (inner surface when the ferritic heat-resistant steel 1 is a steel pipe) is measured. The measurement is performed on four different cross sections of the ferritic heat-resistant steel 1. When the ferritic heat-resistant steel 1 is a steel pipe, the measurement is performed at four points at a pitch of 45 °. Let the average value of the measurement results be the thickness of the oxide layer A.

酸化層Aの化学組成は、Cr及びMnを合計で20〜45%含有する。酸化層AのCr及びMnの合計含有量が20%未満であれば、高温蒸気環境下において、酸化層CのCr及びMnの合計含有量が5%以下になる。この場合、酸化層Cの熱伝導率が高くなり過ぎる。この場合、フェライト系伝熱部材4の耐水蒸気酸化性が低下する。一方、酸化層AのCr及びMnの合計含有量が45%を超えれば、高温蒸気環境下において、酸化層CのCr及びMnの合計含有量が30%を超える。この場合、酸化層Cの熱伝導率が低くなり過ぎる。その結果、フェライト系伝熱部材4の伝熱特性が低下する。したがって、酸化層Aの化学組成は、Cr及びMnを合計で20〜45%含有する。酸化層AのCr及びMnの合計含有量の好ましい下限は22%である。酸化層AのCr及びMnの合計含有量の好ましい上限は40%である。 The chemical composition of the oxide layer A contains 20 to 45% of Cr and Mn in total. When the total content of Cr and Mn in the oxide layer A is less than 20%, the total content of Cr and Mn in the oxide layer C is 5% or less in a high temperature steam environment. In this case, the thermal conductivity of the oxide layer C becomes too high. In this case, the steam oxidation resistance of the ferrite heat transfer member 4 is lowered. On the other hand, if the total content of Cr and Mn in the oxide layer A exceeds 45%, the total content of Cr and Mn in the oxide layer C exceeds 30% in a high temperature steam environment. In this case, the thermal conductivity of the oxide layer C becomes too low. As a result, the heat transfer characteristics of the ferrite heat transfer member 4 deteriorate. Therefore, the chemical composition of the oxide layer A contains 20 to 45% of Cr and Mn in total. The preferable lower limit of the total content of Cr and Mn in the oxide layer A is 22%. The preferable upper limit of the total content of Cr and Mn in the oxide layer A is 40%.

酸化層Aの化学組成はさらに、Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上(特定酸化層形成元素)を合計で0.5〜10%を含有する。酸化層Aの特定酸化層形成元素の合計含有量が0.5%未満であれば、高温蒸気環境下において、酸化層Cの特定酸化層形成元素の合計含有量が1%未満になる。この場合、酸化層Cの熱伝導率が低くなり過ぎる。その結果、フェライト系伝熱部材4の伝熱特性が低下する。一方、酸化層Aの特定酸化層形成元素の合計含有量が10%を超えれば、高温蒸気環境下において、酸化層Cの特定酸化層形成元素の合計含有量が15%を超える。この場合、酸化層Cの熱伝導率が高くなり過ぎる。その結果、フェライト系伝熱部材4の耐水蒸気酸化性が低下する。したがって、酸化層Aの化学組成は、特定酸化層形成元素を合計で0.5〜10%を含有する。特定酸化層形成元素の合計含有量の好ましい下限は1%である。特定酸化層形成元素の合計含有量の好ましい上限は8%である。 The chemical composition of the oxide layer A further contains 0.5 to 10% in total of one or more (specific oxide layer forming elements) selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re. If the total content of the specific oxide layer-forming elements in the oxide layer A is less than 0.5%, the total content of the specific oxide layer-forming elements in the oxide layer C is less than 1% in a high-temperature steam environment. In this case, the thermal conductivity of the oxide layer C becomes too low. As a result, the heat transfer characteristics of the ferrite heat transfer member 4 deteriorate. On the other hand, if the total content of the specific oxide layer forming elements of the oxide layer A exceeds 10%, the total content of the specific oxide layer forming elements of the oxide layer C exceeds 15% in a high temperature vapor environment. In this case, the thermal conductivity of the oxide layer C becomes too high. As a result, the steam oxidation resistance of the ferrite heat transfer member 4 is lowered. Therefore, the chemical composition of the oxide layer A contains 0.5 to 10% of the specific oxide layer forming elements in total. The preferable lower limit of the total content of the specific oxide layer forming elements is 1%. The preferable upper limit of the total content of the specific oxide layer forming elements is 8%.

酸化層AにおけるCr及びMn、及び、特定酸化層形成元素(Mo、Ta、W及びRe)の合計含有量は、次の方法で算出する。後述の酸化処理を施したフェライト系耐熱鋼1を表面に対して垂直に切断する。フェライト系耐熱鋼1が鋼管の場合は、鋼管の軸方向に垂直にフェライト系耐熱鋼1を切断する。フェライト系耐熱鋼1の表面を含む断面に対して、JEOL(日本電子株式会社)製走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、観察を行う。フェライト系耐熱鋼1の表面(フェライト系耐熱鋼1が鋼管の場合は内表面)の比較的白いコントラストで現れる酸化層Aを特定する。酸化層Aの厚さ中央において、JEOL(日本電子株式会社)製フィールドエミッション電子プローブマイクロアナライザ装置(FE−EPMA)を用いて元素分析を行う。元素分析の条件は、検出器:30mmSD、加速電圧:15kV、測定時間:60秒である。元素分析は、フェライト系耐熱鋼1の異なる4つの断面に対して行う。フェライト系耐熱鋼1が鋼管の場合は、45°ピッチで、4か所で元素分析する。得られた各元素の組成のうち、酸素(O)及び炭素(C)の量を除外した組成を100%とする。Cr及びMnの合計量の割合(質量%)を算出する。特定酸化層形成元素(Mo、Ta、W及びRe)の合計含有量の割合(質量%)を算出する。4か所の元素分析値の平均値を酸化層AのCr及びMnの合計含有量(質量%)、及び、酸化層Aの特定酸化層形成元素(Mo、Ta、W及びRe)の合計含有量(質量%)とする。The total contents of Cr and Mn in the oxide layer A and the specific oxide layer forming elements (Mo, Ta, W and Re) are calculated by the following method. The ferrite heat-resistant steel 1 which has been subjected to the oxidation treatment described later is cut perpendicular to the surface. When the ferritic heat-resistant steel 1 is a steel pipe, the ferritic heat-resistant steel 1 is cut perpendicularly to the axial direction of the steel pipe. The cross section including the surface of the ferritic heat-resistant steel 1 is observed using a scanning electron microscope (SEM) manufactured by JEOL Ltd. (JEOL Ltd.). The oxide layer A that appears with a relatively white contrast on the surface of the ferritic heat-resistant steel 1 (inner surface when the ferritic heat-resistant steel 1 is a steel pipe) is specified. Elemental analysis is performed at the center of the thickness of the oxide layer A using a field emission electron probe microanalyzer (FE-EPMA) manufactured by JEOL Ltd. (JEOL Ltd.). The conditions for elemental analysis are detector: 30 mm 2 SD, accelerating voltage: 15 kV, measurement time: 60 seconds. Elemental analysis is performed on four different cross sections of the ferritic heat-resistant steel 1. When the ferrite heat-resistant steel 1 is a steel pipe, elemental analysis is performed at four locations at a pitch of 45 °. Of the composition of each element obtained, the composition excluding the amounts of oxygen (O) and carbon (C) is defined as 100%. The ratio (mass%) of the total amount of Cr and Mn is calculated. The ratio (mass%) of the total content of the specific oxide layer forming elements (Mo, Ta, W and Re) is calculated. The average value of the four elemental analysis values is the total content (mass%) of Cr and Mn of the oxide layer A and the total content of the specific oxide layer forming elements (Mo, Ta, W and Re) of the oxide layer A. The amount (% by mass).

[フェライト系耐熱鋼1の製造方法]
本実施形態によるフェライト系耐熱鋼1の製造方法は、準備工程及び酸化処理工程を含む。準備工程では、上述の化学組成を有する基材2を準備する。基材2は上述の化学組成を有する素材から製造する。素材は、連続鋳造法により製造されたスラブ、ブルーム及びビレットであってもよい。素材は、造塊法により製造されたビレットであってもよい。素材を製造する際における加熱温度はたとえば、850〜1200℃である。
[Manufacturing method of ferritic heat-resistant steel 1]
The method for producing the ferritic heat-resistant steel 1 according to the present embodiment includes a preparation step and an oxidation treatment step. In the preparation step, the base material 2 having the above-mentioned chemical composition is prepared. The base material 2 is produced from a material having the above-mentioned chemical composition. The material may be slabs, blooms and billets produced by the continuous casting method. The material may be a billet produced by the lump formation method. The heating temperature in producing the material is, for example, 850 to 1200 ° C.

たとえば、鋼管を製造する場合、準備された素材を加熱炉又は均熱炉に装入して加熱する。加熱された素材を熱間加工して基材2を製造する。熱間加工はたとえば、マンネスマン法である。マンネスマン法は、素材を、穿孔機を用いて穿孔圧延し素管にする。続いて、マンドレルミル及びサイジングミルを用いて素材を延伸圧延及び定形圧延する方法である。熱間加工の温度はたとえば、850〜1200℃である。これにより継目無鋼管として基材2を製造する。基材2の製造法は、マンネスマン法に限定されず、素材を熱間押出又は熱間鍛造により製造してもよい。さらに、熱間加工により製造された基材2に対し、熱処理を実施してもよいし、冷間加工を実施してもよい。基材2は鋼板であってもよい。基材2を鋼板とする場合、素材を熱間加工し鋼板として基材2を製造する。溶接により鋼板を鋼管に加工し、溶接鋼管として基材2を製造してもよい。 For example, when manufacturing a steel pipe, the prepared material is charged into a heating furnace or a soaking furnace and heated. The heated material is hot-processed to produce the base material 2. Hot working is, for example, the Mannesmann method. In the Mannesmann method, the material is drilled and rolled using a drilling machine to make a raw pipe. Subsequently, it is a method of stretching rolling and standard rolling of a material using a mandrel mill and a sizing mill. The temperature of hot working is, for example, 850 to 1200 ° C. As a result, the base material 2 is manufactured as a seamless steel pipe. The method for producing the base material 2 is not limited to the Mannesmann method, and the material may be produced by hot extrusion or hot forging. Further, the base material 2 produced by hot working may be heat-treated or cold-worked. The base material 2 may be a steel plate. When the base material 2 is a steel plate, the material is hot-processed to manufacture the base material 2 as a steel plate. The steel plate may be processed into a steel pipe by welding to manufacture the base material 2 as a welded steel pipe.

[酸化処理工程]
上述の基材2に対して酸化処理を行う。酸化処理は、CO、CO及びNを含むガス雰囲気中で基材2を加熱することにより行う。酸化処理に用いるガスのCO/CO比は、体積比で0.6以上とする。CO/CO比を0.6以上とすることで、Feの優先的な酸化を抑制できる。その結果、基材2の表面に、合計で20質量%以上のCr及びMnを含有し、さらに、合計で0.5質量%以上の特定酸化層形成元素を含有する酸化層Aが形成される。酸化層Aは、後述の水蒸気酸化処理後に、酸化皮膜3に変化する。CO/CO比は特に上限を設けないが、操業上の実用性を考慮して、2.0が好ましい。
[Oxidation process]
The above-mentioned base material 2 is subjected to an oxidation treatment. The oxidation treatment is performed by heating the base material 2 in a gas atmosphere containing CO, CO 2 and N 2 . The CO / CO 2 ratio of the gas used for the oxidation treatment shall be 0.6 or more in terms of volume ratio. By setting the CO / CO 2 ratio to 0.6 or more, preferential oxidation of Fe can be suppressed. As a result, an oxide layer A containing 20% by mass or more of Cr and Mn in total and 0.5% by mass or more of specific oxide layer forming elements in total is formed on the surface of the base material 2. .. The oxide layer A changes to an oxide film 3 after the steam oxidation treatment described later. The CO / CO 2 ratio is not particularly limited, but 2.0 is preferable in consideration of practicality in operation.

一方で、本実施形態では、酸化処理に用いるガスの(CO+CO)/N比を、体積比で1.0以下とする。(CO+CO)/N比が1.0を超えると、基材2が浸炭する。このため、酸化層A中のCr及びMnが炭化物を形成する。その結果、酸化層A中のCr及びMnの合計含有量が20%未満になる。(CO+CO)/N比は特に下限を設けないが、操業上の実用性を考慮して、0.1が好ましい。On the other hand, in the present embodiment, the (CO + CO 2 ) / N 2 ratio of the gas used for the oxidation treatment is set to 1.0 or less in terms of volume ratio. When the (CO + CO 2 ) / N 2 ratio exceeds 1.0, the base material 2 is carburized. Therefore, Cr and Mn in the oxide layer A form carbides. As a result, the total content of Cr and Mn in the oxide layer A is less than 20%. The (CO + CO 2 ) / N 2 ratio does not have a lower limit, but is preferably 0.1 in consideration of practicality in operation.

酸化処理の温度は900〜1130℃である。酸化処理温度が900℃未満であれば、基材2の特定元素の外方拡散が遅いため、酸化層Aの特定酸化層形成元素の合計含有量が低くなり過ぎる。この場合、高温蒸気環境下において、酸化層Cにおける特定酸化層形成元素の合計含有量が低くなり過ぎる。その結果、酸化層Cの熱伝導率が低くなり過ぎる。その結果、フェライト系伝熱部材4の表面における熱伝導率が低下する。このため、フェライト系伝熱部材4の伝熱特性が低下する。酸化処理温度が1130℃を超えれば、CrとMnの拡散が速いため、酸化層AのCr及びMnの合計含有量が45%を超える。その結果、高温蒸気環境下において、酸化層CのCr及びMnの合計含有量が30%を超える。この場合、酸化層Cの熱伝導率が低くなり過ぎる。その結果、フェライト系伝熱部材4の伝熱特性が低下する。したがって、酸化処理温度は900〜1130℃である。酸化処理温度の好ましい下限は920℃であり、さらに好ましくは950℃である。酸化処理温度の好ましい上限は1120℃である。 The temperature of the oxidation treatment is 900 to 1130 ° C. If the oxidation treatment temperature is less than 900 ° C., the external diffusion of the specific element of the base material 2 is slow, so that the total content of the specific oxide layer-forming element of the oxide layer A becomes too low. In this case, the total content of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer C becomes too low in a high temperature steam environment. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C becomes too low. As a result, the thermal conductivity on the surface of the ferrite heat transfer member 4 decreases. Therefore, the heat transfer characteristics of the ferrite heat transfer member 4 are deteriorated. When the oxidation treatment temperature exceeds 1130 ° C., the diffusion of Cr and Mn is fast, so that the total content of Cr and Mn in the oxide layer A exceeds 45%. As a result, the total content of Cr and Mn in the oxide layer C exceeds 30% in a high temperature steam environment. In this case, the thermal conductivity of the oxide layer C becomes too low. As a result, the heat transfer characteristics of the ferrite heat transfer member 4 deteriorate. Therefore, the oxidation treatment temperature is 900 to 1130 ° C. The lower limit of the oxidation treatment temperature is preferably 920 ° C, more preferably 950 ° C. The preferred upper limit of the oxidation treatment temperature is 1120 ° C.

酸化処理時間は1分〜1時間である。酸化処理時間が短すぎれば、特定酸化層形成元素の濃縮が起こるため、酸化層Aの特定酸化層形成元素の合計含有量が10%を超える。そのため、高温蒸気環境下において、酸化層Cの特定酸化層形成元素の合計含有量が15%を超える。その結果、フェライト系伝熱部材4の表面における熱伝導率が高くなり過ぎる。一方、酸化処理時間が長すぎれば、生産性が低下する。生産性を考慮すると、酸化処理時間は短い方が好ましい。酸化処理時間が長すぎればさらに、Feが優先的に酸化するため、酸化層AのCr及びMnの合計含有量が20%未満となる。そのため、酸化処理時間は1分〜1時間である。好ましくは、酸化処理時間の上限は30分であり、さらに好ましくは20分である。好ましくは、酸化処理時間の下限は3分である。 The oxidation treatment time is 1 minute to 1 hour. If the oxidation treatment time is too short, the specific oxide layer-forming element is concentrated, so that the total content of the specific oxide layer-forming element in the oxide layer A exceeds 10%. Therefore, in a high-temperature steam environment, the total content of the specific oxide layer-forming elements in the oxide layer C exceeds 15%. As a result, the thermal conductivity on the surface of the ferrite heat transfer member 4 becomes too high. On the other hand, if the oxidation treatment time is too long, the productivity will decrease. In consideration of productivity, it is preferable that the oxidation treatment time is short. If the oxidation treatment time is too long, Fe is preferentially oxidized, so that the total content of Cr and Mn in the oxide layer A is less than 20%. Therefore, the oxidation treatment time is 1 minute to 1 hour. Preferably, the upper limit of the oxidation treatment time is 30 minutes, more preferably 20 minutes. Preferably, the lower limit of the oxidation treatment time is 3 minutes.

酸化処理の後にテンパー処理(低温焼鈍)を実施してもよい。さらに、酸化処理は基材2の全体に行ってもよいが、基材2が高温の水蒸気と接する面(例えば、鋼管の内表面)のみに行ってもよい。 Temper treatment (low temperature annealing) may be carried out after the oxidation treatment. Further, the oxidation treatment may be performed on the entire base material 2, but may be performed only on the surface where the base material 2 is in contact with high-temperature steam (for example, the inner surface of the steel pipe).

酸化処理は1回実施してもよいし、複数回実施してもよい。酸化処理後に、基材2の表面に付着した汚れや油分を除去するため、脱脂や洗浄等を実施してもよい。脱脂や洗浄等を実施しても、酸化層Aには影響しない。脱脂や洗浄等を実施しても、その後の酸化皮膜3の形成には影響しない。 The oxidation treatment may be carried out once or multiple times. After the oxidation treatment, degreasing, cleaning, or the like may be performed in order to remove dirt and oil adhering to the surface of the base material 2. Even if degreasing or cleaning is performed, the oxide layer A is not affected. Even if degreasing or cleaning is performed, it does not affect the subsequent formation of the oxide film 3.

以上の製造方法により本実施形態のフェライト系耐熱鋼1が製造できる。 The ferrite-based heat-resistant steel 1 of the present embodiment can be manufactured by the above manufacturing method.

[フェライト系伝熱部材4]
本実施形態によるフェライト系伝熱部材4は基材2と酸化皮膜3とを備える。フェライト系伝熱部材4の基材2は上述のフェライト系耐熱鋼1の基材と同じである。したがって、フェライト系伝熱部材4の基材2の化学組成は上述のフェライト系耐熱鋼1の基材2の化学組成と同じである。本実施形態によるフェライト系伝熱部材4の形状は、特に限定されない。フェライト系伝熱部材4はたとえば、管、棒又は板材である。管状の形状を有する場合、フェライト系伝熱部材4はたとえば、ボイラ用配管等として使用される。したがって好ましくは、フェライト系伝熱部材4は、フェライト系伝熱管である。
[Ferrite heat transfer member 4]
The ferrite heat transfer member 4 according to the present embodiment includes a base material 2 and an oxide film 3. The base material 2 of the ferrite heat transfer member 4 is the same as the base material of the above-mentioned ferritic heat-resistant steel 1. Therefore, the chemical composition of the base material 2 of the ferrite heat transfer member 4 is the same as the chemical composition of the base material 2 of the ferritic heat-resistant steel 1 described above. The shape of the ferrite heat transfer member 4 according to the present embodiment is not particularly limited. The ferrite heat transfer member 4 is, for example, a pipe, a rod or a plate material. When it has a tubular shape, the ferrite heat transfer member 4 is used, for example, as a boiler pipe or the like. Therefore, preferably, the ferrite heat transfer member 4 is a ferrite heat transfer tube.

図2は、本実施形態によるフェライト系伝熱部材4の断面図である。図2を参照して、フェライト系伝熱部材4は、基材2と、酸化皮膜3とを備える。酸化皮膜3は、酸化層Bと酸化層Cとを含む。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the ferrite heat transfer member 4 according to the present embodiment. With reference to FIG. 2, the ferrite heat transfer member 4 includes a base material 2 and an oxide film 3. The oxide film 3 includes an oxide layer B and an oxide layer C.

[酸化皮膜3]
基材2と酸化層Aとを備えるフェライト系耐熱鋼1に対して、水蒸気酸化処理を行うことによって、基材2の表面に酸化皮膜3が形成される。図2を参照して、酸化皮膜3は、酸化層B及び酸化層Cの2層を含む酸化皮膜である。酸化皮膜3は、酸化層Bを含む。そのため、酸化皮膜3は伝熱特性に優れる。酸化皮膜3は酸化層Cを含む。そのため、酸化皮膜3は耐水蒸気酸化性及び伝熱特性の両方に優れる。つまり、酸化皮膜3は、耐水蒸気酸化性のみならず、伝熱特性にも優れる。酸化層Bは、フェライト系伝熱部材4の最上層に形成される。酸化層Cは、酸化層Bと基材2との間に配置される。フェライト系伝熱部材4がボイラ用配管の場合、酸化層Bが、ボイラ用配管の内表面側に相当し、基材2が、ボイラ用配管の外表面側に相当する。この場合、酸化層Bは、高温の水蒸気と接する。
[Oxide film 3]
By performing steam oxidation treatment on the ferrite heat-resistant steel 1 provided with the base material 2 and the oxide layer A, an oxide film 3 is formed on the surface of the base material 2. With reference to FIG. 2, the oxide film 3 is an oxide film containing two layers, an oxide layer B and an oxide layer C. The oxide film 3 contains an oxide layer B. Therefore, the oxide film 3 is excellent in heat transfer characteristics. The oxide film 3 contains an oxide layer C. Therefore, the oxide film 3 is excellent in both steam oxidation resistance and heat transfer characteristics. That is, the oxide film 3 is excellent not only in water vapor oxidation resistance but also in heat transfer characteristics. The oxide layer B is formed on the uppermost layer of the ferrite heat transfer member 4. The oxide layer C is arranged between the oxide layer B and the base material 2. When the ferrite heat transfer member 4 is a boiler pipe, the oxide layer B corresponds to the inner surface side of the boiler pipe, and the base material 2 corresponds to the outer surface side of the boiler pipe. In this case, the oxide layer B is in contact with high temperature water vapor.

[酸化層B]
酸化層Bは、体積%で合計80%以上のFe及びFeを含有する。Fe及びFeの熱伝導率は高い。したがって、酸化層Bの熱伝導率は高く、フェライト系伝熱部材4の外部から与えられた熱を大きく減少させることなくフェライト系伝熱部材4の内部へと伝える。このため、ボイラの伝熱特性を向上できる。好ましくは、酸化層Bは、体積%で合計90%以上のFe及びFeを含有する。好ましくは、酸化層BのFe含有量は20体積%未満である。さらに好ましくは、酸化層BはFeからなる。
[Oxidized layer B]
The oxide layer B contains Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 in a total volume of 80% or more. The thermal conductivity of Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 is high. Therefore, the thermal conductivity of the oxide layer B is high, and the heat given from the outside of the ferritic heat transfer member 4 is transferred to the inside of the ferritic heat transfer member 4 without being significantly reduced. Therefore, the heat transfer characteristics of the boiler can be improved. Preferably, the oxide layer B contains Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 in a total volume of 90% or more. Preferably, the Fe 2 O 3 content of the oxide layer B is less than 20% by volume. More preferably, the oxide layer B is composed of Fe 3 O 4 .

酸化層Bには、基材2中に含まれるCr及びMnの一部が酸化物となって含有される場合がある。Crは特に、熱伝導率が小さい。そのため、酸化層BのCr含有量は低い方が好ましい。したがって、好ましくは、酸化層Bの化学組成は、質量%で、Cr及びMnを合計で5%以下含有する。さらに好ましくは、酸化層Bの化学組成は、質量%で、Cr及びMnを合計で3%以下含有する。The oxide layer B may contain a part of Cr and Mn contained in the base material 2 as an oxide. Cr 2 O 3 has a particularly low thermal conductivity. Therefore, it is preferable that the Cr 2 O 3 content of the oxide layer B is low. Therefore, preferably, the chemical composition of the oxide layer B is mass% and contains Cr and Mn in a total of 5% or less. More preferably, the chemical composition of the oxide layer B is mass% and contains Cr and Mn in a total of 3% or less.

酸化層Bの好ましい厚さは、10〜400μmである。 The preferable thickness of the oxide layer B is 10 to 400 μm.

[酸化層C]
酸化層Cは、酸化層Bと基材2との間に配置され、基材2と接する。
[Oxidized layer C]
The oxide layer C is arranged between the oxide layer B and the base material 2, and is in contact with the base material 2.

酸化層Cの化学組成は、Cr及びMnを合計で5%超〜30%含有する。酸化層C中において、Cr及びMnは、(Fe、M)の化学式で示される酸化物として存在する。式中、Mには、Cr及びMnが代入される。(Fe、M)の化学式で示される酸化物とは、Feと同じいわゆるスピネル型結晶構造を持ち、Feの一部がCr及びMnに置換された酸化物である。酸化層Cに含有されるCr及びMnの合計量が5%以下の場合、酸化層CにおけるFe及びFeの割合を抑制できない。この場合、酸化層Cの熱伝導率が高くなり過ぎる。そのため、フェライト系伝熱部材4の内表面に多量の酸化スケールが生じる。一方で、酸化層Cに含有されるCr及びMnの合計量が30%より多い場合、酸化層Cの熱伝導率が低くなり過ぎる。この場合、ボイラの伝熱特性が低下する。したがって、酸化層CにおけるCr及びMnの含有量は、合計で5%超〜30%である。これにより、耐水蒸気酸化特性を保持したまま、酸化層Cの熱伝導率を適切な範囲に制御できる。酸化層Cにおける、Cr及びMnの合計含有量の好ましい下限は10%であり、さらに好ましくは13%である。酸化層Cにおける、Cr及びMnの合計含有量の好ましい上限は28%であり、さらに好ましくは25%である。The chemical composition of the oxide layer C contains Cr and Mn in a total amount of more than 5% to 30%. In the oxidation layer C, Cr and Mn are present as oxide represented (Fe, M) of 3 O 4 in the chemical formula. In the formula, Cr and Mn are substituted for M. (Fe, M) and the oxide represented by the chemical formula 3 O 4, has the same so-called spinel crystalline structure as Fe 3 O 4, which is an oxide which is partially substituted with Cr and Mn of Fe. When the total amount of Cr and Mn contained in the oxide layer C is 5% or less, the ratio of Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 in the oxide layer C cannot be suppressed. In this case, the thermal conductivity of the oxide layer C becomes too high. Therefore, a large amount of oxidation scale is generated on the inner surface of the ferrite heat transfer member 4. On the other hand, when the total amount of Cr and Mn contained in the oxide layer C is more than 30%, the thermal conductivity of the oxide layer C becomes too low. In this case, the heat transfer characteristics of the boiler are deteriorated. Therefore, the total content of Cr and Mn in the oxide layer C is more than 5% to 30%. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C can be controlled within an appropriate range while maintaining the steam oxidation resistance. The preferable lower limit of the total content of Cr and Mn in the oxide layer C is 10%, more preferably 13%. The preferable upper limit of the total content of Cr and Mn in the oxide layer C is 28%, more preferably 25%.

酸化層Cは、Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で1〜15%含有する。酸化層Cの特定酸化層形成元素(Mo、Ta、W及びRe)の合計含有量が1%未満であれば、酸化層Cの熱伝導率が低くなり過ぎる。一方で、酸化層Cの特定酸化層形成元素の合計含有量が15%を超える場合、酸化層Cの熱伝導率が高くなり過ぎる。この場合、フェライト系伝熱部材4の耐水蒸気酸化性が低下する。したがって、酸化層Cの特定酸化層形成元素の合計含有量は1〜15%である。酸化層Cにおける特定酸化層形成元素(Mo、Ta、W及びRe)の合計含有量の好ましい上限は10%であり、さらに好ましくは9%である。酸化層Cにおける特定酸化層形成元素(Mo、Ta、W及びRe)の合計含有量の好ましい下限は、1.5%である。 The oxide layer C contains 1 type or 2 or more types selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re in a total of 1 to 15%. If the total content of the specific oxide layer forming elements (Mo, Ta, W and Re) of the oxide layer C is less than 1%, the thermal conductivity of the oxide layer C becomes too low. On the other hand, when the total content of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer C exceeds 15%, the thermal conductivity of the oxide layer C becomes too high. In this case, the steam oxidation resistance of the ferrite heat transfer member 4 is lowered. Therefore, the total content of the specific oxide layer forming element in the oxide layer C is 1 to 15%. The preferable upper limit of the total content of the specific oxide layer forming elements (Mo, Ta, W and Re) in the oxide layer C is 10%, more preferably 9%. The preferable lower limit of the total content of the specific oxide layer forming elements (Mo, Ta, W and Re) in the oxide layer C is 1.5%.

酸化層Cはさらに、その大部分が上述のスピネル型結晶構造を持つ酸化物であり、Crは5体積%以下であることが好ましい。熱伝導率の低いCrの生成を5体積%以下に抑制し、スピネル型結晶構造を持つ酸化物を生成させることで、酸化層Cの熱伝導率を適切な範囲に制御できる。酸化層CにおけるCrの含有量は、好ましくは5体積%以下であり、さらに好ましくは3体積%以下である。Furthermore, most of the oxide layer C is an oxide having the above-mentioned spinel-type crystal structure, and Cr 2 O 3 is preferably 5% by volume or less. By suppressing the formation of Cr 2 O 3 having a low thermal conductivity to 5% by volume or less and forming an oxide having a spinel-type crystal structure, the thermal conductivity of the oxide layer C can be controlled within an appropriate range. The content of Cr 2 O 3 in the oxide layer C is preferably 5% by volume or less, and more preferably 3% by volume or less.

酸化層Cの熱伝導率は、1.2〜3.0W・m−1・K−1の範囲に制御されるのが好ましい。酸化層Cの熱伝導率が1.2W・m−1・K−1以上であれば、フェライト系伝熱部材4の外部からフェライト系伝熱部材4の内部への熱伝導が阻害されず、ボイラの伝熱特性が安定して高まる。一方、酸化層Cの熱伝導率が3.0W・m−1・K−1以下であれば、基材2の表面へ伝わる高温水蒸気の熱を安定して制御できる。これにより、基材2の表面の過剰な加熱が抑制され、基材2の表面の酸化反応が抑制される。そのため、基材2表面における多量の酸化スケールの生成が安定して抑制される。その結果、フェライト系伝熱部材4の耐水蒸気酸化性が安定して高まる。したがって、酸化層Cの熱伝導率は、1.2〜3.0W・m−1・K−1の範囲に制御されるのが好ましい。この場合、伝熱特性を損なうことなくフェライト系伝熱部材4の耐水蒸気酸化性を向上し易い。酸化層Cにおける、さらに好ましい熱伝導率の下限は1.3W・m−1・K−1であり、さらに好ましくは1.4W・m−1・K−1である。酸化層Cにおける、さらに好ましい熱伝導率の上限は2.8W・m−1・K−1であり、さらに好ましくは2.5W・m−1・K−1である。The thermal conductivity of the oxide layer C is preferably controlled in the range of 1.2 to 3.0 W · m -1 · K -1 . When the thermal conductivity of the oxide layer C is 1.2 W · m -1 · K -1 or more, the heat conduction from the outside of the ferrite heat transfer member 4 to the inside of the ferrite heat transfer member 4 is not hindered. The heat transfer characteristics of the boiler are stably enhanced. On the other hand, when the thermal conductivity of the oxide layer C is 3.0 W · m -1 · K -1 or less, the heat of high-temperature steam transmitted to the surface of the base material 2 can be stably controlled. As a result, excessive heating of the surface of the base material 2 is suppressed, and the oxidation reaction of the surface of the base material 2 is suppressed. Therefore, the formation of a large amount of oxidation scale on the surface of the base material 2 is stably suppressed. As a result, the steam oxidation resistance of the ferrite heat transfer member 4 is stably enhanced. Therefore, the thermal conductivity of the oxide layer C is preferably controlled in the range of 1.2 to 3.0 W · m -1 · K -1 . In this case, it is easy to improve the steam oxidation resistance of the ferrite heat transfer member 4 without impairing the heat transfer characteristics. The lower limit of the more preferable thermal conductivity in the oxide layer C is 1.3 W · m -1 · K -1 , and more preferably 1.4 W · m -1 · K -1 . The upper limit of the more preferable thermal conductivity in the oxide layer C is 2.8 W · m -1 · K -1 , and more preferably 2.5 W · m -1 · K -1 .

酸化層BのFe及びFeの体積率は、次の方法で測定する。後述する水蒸気酸化処理を施した後のフェライト系伝熱部材4を表面に対して垂直に切断する。フェライト系伝熱部材4が管の場合は、管の軸方向に垂直にフェライト系伝熱部材4を切断する。酸化層Bを含む断面(観察面)に対し、JEOL(日本電子株式会社)製フィールドエミッション電子プローブマイクロアナライザ装置(FE−EPMA)を用いて酸化層Bの組成分析を行う。組成分析の条件は、検出器:30mmSD、加速電圧:15kV、測定時間:60秒である。組成分析によりFeとO(酸素)を検出して、かつ、Crを検出しない領域を特定する。続いて、特定された領域の全てがFe又はFeを有することを組成分析で確認する。次に、観察面の酸化層BにおいてFeの強度を二値化処理する。この時、グレースケールの抽出対象は最大強度の1/10以上とする。二値化後の黒い領域には、特定された領域(Fe及びFeを有することを確認した領域)以外の領域が全て含まれることを確認する。二値化処理後の、観察面の酸化層Bにおける黒い領域の面積率を求めて、100%から減じる。得られた面積率を酸化層BにおけるFe及びFeの体積率とする。The volume fractions of Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 in the oxide layer B are measured by the following method. The ferrite heat transfer member 4 after being subjected to the steam oxidation treatment described later is cut perpendicular to the surface. When the ferritic heat transfer member 4 is a pipe, the ferritic heat transfer member 4 is cut perpendicular to the axial direction of the pipe. The composition of the oxide layer B is analyzed on the cross section (observation surface) including the oxide layer B using a field emission electron probe microanalyzer (FE-EPMA) manufactured by JEOL Ltd. The conditions for composition analysis are: detector: 30 mm 2 SD, accelerating voltage: 15 kV, measurement time: 60 seconds. Fe and O (oxygen) are detected by composition analysis, and a region where Cr is not detected is specified. Subsequently, composition analysis confirms that all of the identified regions have Fe 3 O 4 or Fe 2 O 3 . Next, the intensity of Fe is binarized in the oxide layer B on the observation surface. At this time, the grayscale extraction target is 1/10 or more of the maximum intensity. It is confirmed that the black region after binarization includes all regions other than the specified region (the region confirmed to have Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 ). The area ratio of the black region in the oxide layer B on the observation surface after the binarization treatment is obtained and subtracted from 100%. The obtained area fraction is taken as the volume fraction of Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 in the oxide layer B.

酸化層CのCrの体積率は、次の方法で測定する。後述する水蒸気酸化処理を施した後のフェライト系伝熱部材4を表面に対して垂直に切断する。フェライト系伝熱部材4が管の場合は、管の軸方向に垂直にフェライト系伝熱部材4を切断する。酸化層B及び酸化層Cを含む断面(観察面)に対し、SEM観察を行い、酸化層Cを特定する。SEM観察において、酸化層Bと酸化層CとはSEMの後方散乱電子像(BSE)で得られるコントラスト差で区別する。酸化層Bは酸化層Cよりコントラストが明るい。酸化層Cに対して、酸化層BのFe及びFeの体積率を求める方法と同様の方法で、Crの体積率を求める。つまり、酸化層Cを含む断面(観察面)に対して、JEOL(日本電子株式会社)製フィールドエミッション電子プローブマイクロアナライザ装置(FE−EPMA)を用いて組成分析を行う。組成分析の条件は、検出器:30mmSD、加速電圧:15kV、測定時間:60秒である。組成分析によりCrとO(酸素)を検出して、かつ、Feを検出しない領域を特定する。続いて、特定された領域の全てがCrを有することを組成分析で確認する。次に、観察面の酸化層CにおいてCrの強度を二値化処理する。この時、グレースケールの抽出対象は最大強度の1/10以上とする。二値化後の黒い領域には、特定された領域(Crを有することを確認した領域)以外の領域が全て含まれることを確認する。観察面の二値化処理後の黒い領域の面積率を求めて、100%から減じる。得られた面積率を酸化層CにおけるCrの体積率とする。The volume fraction of Cr 2 O 3 in the oxide layer C is measured by the following method. The ferrite heat transfer member 4 after being subjected to the steam oxidation treatment described later is cut perpendicular to the surface. When the ferritic heat transfer member 4 is a pipe, the ferritic heat transfer member 4 is cut perpendicular to the axial direction of the pipe. SEM observation is performed on the cross section (observation surface) including the oxide layer B and the oxide layer C to identify the oxide layer C. In SEM observation, the oxide layer B and the oxide layer C are distinguished by the contrast difference obtained by the backscattered electron image (BSE) of the SEM. The oxide layer B has a brighter contrast than the oxide layer C. For the oxide layer C, the volume fraction of Cr 2 O 3 is obtained by the same method as the method of obtaining the volume fractions of Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 of the oxide layer B. That is, the composition of the cross section (observation surface) including the oxide layer C is analyzed using a field emission electron probe microanalyzer (FE-EPMA) manufactured by JEOL Ltd. (JEOL Ltd.). The conditions for composition analysis are: detector: 30 mm 2 SD, accelerating voltage: 15 kV, measurement time: 60 seconds. A region in which Cr and O (oxygen) are detected by composition analysis and Fe is not detected is specified. Subsequently, it is confirmed by composition analysis that all of the identified regions have Cr 2 O 3 . Next, the strength of Cr is binarized in the oxide layer C on the observation surface. At this time, the grayscale extraction target is 1/10 or more of the maximum intensity. It is confirmed that the black region after binarization includes all regions other than the specified region (the region confirmed to have Cr 2 O 3 ). The area ratio of the black area after the binarization treatment of the observation surface is obtained and subtracted from 100%. The obtained area fraction is taken as the volume fraction of Cr 2 O 3 in the oxide layer C.

酸化層B及び酸化層CにおけるCr及びMnの合計含有量、及び、特定酸化層形成元素(Mo、Ta、W及びRe)の合計含有量は、酸化層Aに対する方法と同様の方法で求める。SEM観察において、酸化層Bと酸化層CとはSEMの後方散乱電子像(BSE)で得られるコントラスト差で区別する。酸化層Bは酸化層Cよりコントラストが明るい。酸化層Aの場合と同様の条件で、酸化層Bの厚さ中央、及び、酸化層Cの厚さ中央において元素分析を行う。得られた各元素の組成から、酸化層Aの場合と同様にして、Cr及びMnの合計含有量(質量%)、及び、特定酸化層形成元素(Mo、Ta、W及びRe)の合計含有量(質量%)を求める。 The total content of Cr and Mn in the oxide layer B and the oxide layer C and the total content of the specific oxide layer forming elements (Mo, Ta, W and Re) are determined by the same method as for the oxide layer A. In SEM observation, the oxide layer B and the oxide layer C are distinguished by the contrast difference obtained by the backscattered electron image (BSE) of the SEM. The oxide layer B has a brighter contrast than the oxide layer C. Elemental analysis is performed at the center of the thickness of the oxide layer B and the center of the thickness of the oxide layer C under the same conditions as in the case of the oxide layer A. From the composition of each element obtained, the total content (mass%) of Cr and Mn and the total content of the specific oxide layer forming elements (Mo, Ta, W and Re) are obtained in the same manner as in the case of the oxide layer A. Obtain the amount (mass%).

酸化層Cの熱伝導率は、次の方法で求める。フェライト系伝熱部材4の酸化層Bを機械的に除去した後、基材2を含む酸化層Cのかさ密度、比熱及び熱拡散率を測定する。次に、酸化層Cを機械的に除去した後、基材2に対しても同様に、かさ密度、比熱及び熱拡散率を測定する。それぞれの測定値の差を酸化層Cの測定値に換算し、次式に代入することによって、熱伝導率κを求めることができる。
κ=ρ×C×D
ここで、ρにはかさ密度、Cには比熱、Dには熱拡散率が代入される。
The thermal conductivity of the oxide layer C is determined by the following method. After mechanically removing the oxide layer B of the ferrite heat transfer member 4, the bulk density, specific heat and thermal diffusivity of the oxide layer C including the base material 2 are measured. Next, after mechanically removing the oxide layer C, the bulk density, specific heat, and thermal diffusivity of the base material 2 are measured in the same manner. The thermal conductivity κ can be obtained by converting the difference between the measured values into the measured value of the oxide layer C and substituting it into the following equation.
κ = ρ × C p × D
Here, the bulk density is substituted for ρ, the specific heat is substituted for C p , and the thermal diffusivity is substituted for D.

酸化層Cの厚さの好ましい下限は、10μmである。 The preferable lower limit of the thickness of the oxide layer C is 10 μm.

[酸化皮膜3の厚さ]
酸化皮膜3の厚さは、特に限定されないが、薄い方が好ましい。酸化皮膜3が薄いと、フェライト系伝熱部材4の伝熱特性が高まる。このため、ボイラの伝熱特性を向上できる。フェライト系伝熱部材4が長時間使用されれば、酸化皮膜3は厚くなる。フェライト系伝熱部材4の水蒸気酸化処理の温度が高い場合も、酸化皮膜3は厚くなる。後述の酸化処理及び水蒸気酸化処理を行えば、酸化層B及び酸化層Cは、ほとんど同じ厚さで形成される。したがって、酸化層Cが薄い場合、酸化皮膜3も薄くなる。
[Thickness of oxide film 3]
The thickness of the oxide film 3 is not particularly limited, but it is preferably thin. When the oxide film 3 is thin, the heat transfer characteristics of the ferrite heat transfer member 4 are enhanced. Therefore, the heat transfer characteristics of the boiler can be improved. If the ferrite heat transfer member 4 is used for a long time, the oxide film 3 becomes thicker. Even when the temperature of the steam oxidation treatment of the ferrite heat transfer member 4 is high, the oxide film 3 becomes thick. By performing the oxidation treatment and the steam oxidation treatment described later, the oxide layer B and the oxide layer C are formed to have almost the same thickness. Therefore, when the oxide layer C is thin, the oxide film 3 is also thin.

酸化層B及び酸化層Cの厚さは、酸化層Aの厚さを求める方法と同様の方法で求める。後述する水蒸気酸化処理を施した後のフェライト系伝熱部材4を準備する。準備したフェライト系伝熱部材4に対して、酸化層Aの厚さを求める方法と同様の方法でSEM観察を行う。酸化層Bと酸化層Cとは、SEMの反射電子像で得られるコントラスト差で区別する。酸化層Bは酸化層Cよりコントラストが暗い。酸化層Aの厚さを求める方法と同様の方法で、酸化層B及び酸化層Cの厚さを求める。 The thickness of the oxide layer B and the oxide layer C is determined by the same method as the method for determining the thickness of the oxide layer A. The ferrite heat transfer member 4 after being subjected to the steam oxidation treatment described later is prepared. SEM observation is performed on the prepared ferrite heat transfer member 4 in the same manner as in the method for determining the thickness of the oxide layer A. The oxide layer B and the oxide layer C are distinguished by the contrast difference obtained from the reflected electron image of the SEM. The oxide layer B has a darker contrast than the oxide layer C. The thickness of the oxide layer B and the oxide layer C is determined by the same method as the method of determining the thickness of the oxide layer A.

[フェライト系伝熱部材4の製造方法]
本実施形態によるフェライト系伝熱部材4の製造方法は、水蒸気酸化処理工程を含む。
[Manufacturing method of ferritic heat transfer member 4]
The method for manufacturing the ferrite heat transfer member 4 according to the present embodiment includes a steam oxidation treatment step.

[水蒸気酸化処理工程]
上述の酸化処理を施したフェライト系耐熱鋼に対して水蒸気酸化処理を行う。水蒸気酸化処理は、フェライト系耐熱鋼を、500〜650℃の水蒸気に晒すことによって行う。水蒸気酸化処理は100時間以上であれば、処理時間の上限は特に限定されない。水蒸気酸化処理により、酸化層Aが酸化層B及び酸化層Cを含む酸化皮膜3に変化する。これにより、酸化層B及び酸化層Cを含む酸化皮膜3が、基材2上に形成される。
[Steam oxidation treatment process]
The above-mentioned oxidation-treated ferritic heat-resistant steel is subjected to steam oxidation treatment. The steam oxidation treatment is carried out by exposing the ferritic heat-resistant steel to steam at 500 to 650 ° C. As long as the steam oxidation treatment is 100 hours or more, the upper limit of the treatment time is not particularly limited. By the steam oxidation treatment, the oxide layer A is changed to the oxide film 3 containing the oxide layer B and the oxide layer C. As a result, the oxide film 3 containing the oxide layer B and the oxide layer C is formed on the base material 2.

以上の工程により、本実施形態によるフェライト系伝熱部材4を製造できる。本実施形態のフェライト系耐熱鋼1を高温蒸気環境下に晒すことで、水蒸気酸化処理を施した場合と同様の効果が得られる。つまり、本実施形態のフェライト系耐熱鋼1を高温蒸気環境下に100時間以上晒せば、水蒸気酸化処理を施さなくても、フェライト系伝熱部材4が製造できる。 By the above steps, the ferrite heat transfer member 4 according to the present embodiment can be manufactured. By exposing the ferritic heat-resistant steel 1 of the present embodiment to a high-temperature steam environment, the same effect as when the steam oxidation treatment is performed can be obtained. That is, if the ferritic heat-resistant steel 1 of the present embodiment is exposed to a high-temperature steam environment for 100 hours or more, the ferritic heat transfer member 4 can be manufactured without subjecting the steam oxidation treatment.

表1に示す化学組成を持つ各鋼片を製造し、表2に示す条件で酸化処理及び水蒸気酸化処理を行った。具体的には、表1に示す化学組成を持つインゴットを溶製した。得られた各インゴットに対して熱間圧延及び冷間圧延を実施して鋼板を製造し、基材とした。得られた各基材から試験片を作成し、各試験片に対して、表2に示す条件で酸化処理を行った。 Each steel piece having the chemical composition shown in Table 1 was produced and subjected to oxidation treatment and steam oxidation treatment under the conditions shown in Table 2. Specifically, an ingot having the chemical composition shown in Table 1 was melted. Each of the obtained ingots was hot-rolled and cold-rolled to produce a steel sheet, which was used as a base material. A test piece was prepared from each of the obtained base materials, and each test piece was subjected to an oxidation treatment under the conditions shown in Table 2.

Figure 0006801712
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[酸化層Aの厚さ測定試験]
各試験片の酸化層Aの厚さを、上述の方法で求めた。結果を表2に示す。
[Thickness measurement test of oxide layer A]
The thickness of the oxide layer A of each test piece was determined by the above method. The results are shown in Table 2.

[酸化層Aの金属元素の含有量測定試験]
各試験片の断面に対して、上述の方法で各金属元素の含有量を求めた。酸化層Aについて、Cr及びMnの合計含有量(質量%)、及び、Mo、Ta、W及びReの合計含有量(質量%)を求めた。結果を表2に示す。
[Measurement test of metal element content of oxide layer A]
The content of each metal element was determined for the cross section of each test piece by the above method. For the oxide layer A, the total content of Cr and Mn (mass%) and the total content of Mo, Ta, W and Re (mass%) were determined. The results are shown in Table 2.

各試験片に対して、表2に示す条件で水蒸気酸化処理を行った。得られた各試験片に対して、次の測定試験を行った。 Each test piece was subjected to steam oxidation treatment under the conditions shown in Table 2. The following measurement test was performed on each of the obtained test pieces.

[酸化層BのFe及びFeの体積率、及び、酸化層CのCr体積率測定試験]
各試験片の断面(つまり、酸化層Bの断面)に対して、上述の方法でFe及びFeの合計体積率を求めた。さらに、酸化層Cの断面に対してCrの体積率を求めた。結果を表2に示す。
[Volume fraction of Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 of oxide layer B and Cr 2 O 3 volume fraction measurement test of oxide layer C]
The total volume fraction of Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 was determined for the cross section of each test piece (that is, the cross section of the oxide layer B) by the above method. Further, the volume fraction of Cr 2 O 3 was determined with respect to the cross section of the oxide layer C. The results are shown in Table 2.

[金属元素の含有量測定試験]
各試験片の断面に対して、上述の方法で各金属元素の含有量を求めた。酸化層Bについて、Cr及びMnの合計含有量(質量%)を求めた。結果を表2に示す。酸化層Cについて、Cr及びMnの合計含有量(質量%)、及び、Mo、Ta、W及びReの合計含有量(質量%)を求めた。結果を表2に示す。
[Metal element content measurement test]
The content of each metal element was determined for the cross section of each test piece by the above method. The total content (mass%) of Cr and Mn was determined for the oxide layer B. The results are shown in Table 2. For the oxide layer C, the total content (mass%) of Cr and Mn and the total content (mass%) of Mo, Ta, W and Re were determined. The results are shown in Table 2.

[酸化層Cの熱伝導率測定試験]
各試験片の酸化層Cの熱伝導率を、上述の方法で求めた。結果を表2に示す。
[Thermal conductivity measurement test of oxide layer C]
The thermal conductivity of the oxide layer C of each test piece was determined by the above method. The results are shown in Table 2.

[酸化層Cの厚さ測定試験]
各試験片の酸化層Cの厚さを、上述の方法で求めた。結果を表2に示す。
[Thickness measurement test of oxide layer C]
The thickness of the oxide layer C of each test piece was determined by the above method. The results are shown in Table 2.

[評価結果]
表1及び表2を参照して、試験番号1、3、6、9〜15、及び17の鋼の化学組成及び製造条件は適切であった。そのため、これらの試験番号の酸化層AはCr及びMnを合計で20〜45%、及びMo、Ta、W、及びReからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で0.5〜10%含有した。これにより、水蒸気酸化処理後に基材に形成された酸化層Bは体積%で合計80%以上のFe及びFeを含有した。さらに、酸化層CのCr+Mn合計含有量が5%超〜30%であり、特定酸化層形成元素の合計含有量が1〜15%であった。その結果、酸化層Cの熱伝導率は1.2〜3.0W・m−1・K−1の範囲内となり優れた熱伝導率を示した。酸化層Cはさらに、厚さが60μm以下となり、優れた耐水蒸気酸化性を示した。
[Evaluation results]
With reference to Tables 1 and 2, the chemical composition and production conditions of the steels of test numbers 1, 3, 6, 9-15 and 17 were appropriate. Therefore, the oxide layer A of these test numbers contains 20 to 45% of Cr and Mn in total, and 0.5% in total of one or more selected from the group consisting of Mo, Ta, W, and Re. It contained 10%. As a result, the oxide layer B formed on the base material after the steam oxidation treatment contained Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 in a total volume of 80% or more. Further, the total content of Cr + Mn in the oxide layer C was more than 5% to 30%, and the total content of the specific oxide layer forming elements was 1 to 15%. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C was in the range of 1.2 to 3.0 W · m -1 · K -1 , and showed excellent thermal conductivity. The oxide layer C further had a thickness of 60 μm or less, and exhibited excellent water vapor oxidation resistance.

一方、試験番号2は、化学組成は適切であったものの、酸化処理温度が高すぎたため、酸化層AのCr及びMnの合計量が45%を超えた。そのため、酸化層CのCr+Mn量が30%を超えて、熱伝導率が1.2W・m−1・K−1未満となった。On the other hand, in Test No. 2, although the chemical composition was appropriate, the oxidation treatment temperature was too high, so that the total amount of Cr and Mn in the oxide layer A exceeded 45%. Therefore, the amount of Cr + Mn in the oxide layer C exceeded 30%, and the thermal conductivity was less than 1.2 W · m -1 · K -1 .

試験番号4は、化学組成は適切であったものの、酸化処理を行わず酸化層Aを形成しなかった。そのため、酸化層Cの熱伝導率が1.2W・m−1・K−1未満となった。酸化層Cの特定酸化層形成元素の合計量が1%未満であったため、熱伝導率を低下させたと考えられる。In Test No. 4, although the chemical composition was appropriate, the oxidation treatment was not performed and the oxide layer A was not formed. Therefore, the thermal conductivity of the oxide layer C was less than 1.2 W · m -1 · K -1 . Since the total amount of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer C was less than 1%, it is considered that the thermal conductivity was lowered.

試験番号5は、化学組成は適切であったものの、酸化処理温度が低すぎたため、酸化層Aの特定酸化層形成元素の合計量が0.4%であり、低すぎた。そのため、酸化層Cの特定酸化層形成元素の合計量が1.0%未満となった。その結果、酸化層Cの熱伝導率が1.0W・m−1・K−1であり、低すぎた。In Test No. 5, although the chemical composition was appropriate, the oxidation treatment temperature was too low, so that the total amount of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer A was 0.4%, which was too low. Therefore, the total amount of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer C was less than 1.0%. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C was 1.0 W · m -1 · K -1 , which was too low.

試験番号7は、化学組成は適切であったものの、酸化処理におけるCO/CO比が0.6未満であった。そのため、酸化層AのCr及びMnの合計含有量が20%未満であった。そのため、酸化層CのCr及びMnの合計含有量が5%以下となり、酸化層Cの熱伝導率が3.0W・m−1・K−1を超えた。また、酸化層B中のFe体積率が80%を下回ったため酸素の内方流束が大きくなり、酸化層Cの成長が促進され、酸化層Cの厚さが60μmを超えた。In Test No. 7, although the chemical composition was appropriate, the CO / CO 2 ratio in the oxidation treatment was less than 0.6. Therefore, the total content of Cr and Mn in the oxide layer A was less than 20%. Therefore, the total content of Cr and Mn in the oxide layer C was 5% or less, and the thermal conductivity of the oxide layer C exceeded 3.0 W · m -1 · K -1 . Further, since the volume fraction of Fe 3 O 4 in the oxide layer B was less than 80%, the inward flux of oxygen became large, the growth of the oxide layer C was promoted, and the thickness of the oxide layer C exceeded 60 μm.

試験番号8は、化学組成は適切であったものの、酸化処理時間が長すぎた。そのため、酸化層AのCr及びMnの合計含有量が6.5%であり、低すぎた。そのため、酸化層CのCr及びMnの合計含有量が3.2%であり、低すぎた。その結果、酸化層Cの熱伝導率が3.2W・m−1・K−1となり、高すぎた。試験番号8はさらに、酸化層Cの厚さが60μmを超えた。酸化層Cの熱伝導率が高すぎたためと考えられる。In Test No. 8, the chemical composition was appropriate, but the oxidation treatment time was too long. Therefore, the total content of Cr and Mn in the oxide layer A was 6.5%, which was too low. Therefore, the total content of Cr and Mn in the oxide layer C was 3.2%, which was too low. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C was 3.2 W · m -1 · K -1 , which was too high. In Test No. 8, the thickness of the oxide layer C further exceeded 60 μm. It is considered that the thermal conductivity of the oxide layer C was too high.

試験番号16は、化学組成は適切であったものの、酸化処理時間が短すぎた。そのため、酸化層Aの特定酸化層形成元素の合計含有量が12.9%であり、高すぎた。そのため、酸化層Cの特定酸化層形成元素の合計含有量が17.2%であり、高すぎた。その結果、酸化層Cの熱伝導率が3.5W・m−1・K−1であり、高すぎた。試験番号16はさらに、酸化層Cの厚さが60μmを超えた。酸化層Cの熱伝導率が高すぎたためと考えられる。In Test No. 16, the chemical composition was appropriate, but the oxidation treatment time was too short. Therefore, the total content of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer A was 12.9%, which was too high. Therefore, the total content of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer C was 17.2%, which was too high. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C was 3.5 W · m -1 · K -1 , which was too high. In Test No. 16, the thickness of the oxide layer C further exceeded 60 μm. It is considered that the thermal conductivity of the oxide layer C was too high.

試験番号18は、特定酸化層形成元素をいずれも含有しなかった。そのため、製造方法は適切であったにも関わらず、酸化層Aの特定酸化層形成元素の合計含有量が0.1%未満であり、低すぎた。そのため、酸化層Cの特定酸化層形成元素の合計含有量が0.1%未満であり、低すぎた。その結果、酸化層Cの熱伝導率が1.1W・m−1・K−1であり、低すぎた。Test No. 18 did not contain any specific oxide layer forming element. Therefore, although the production method was appropriate, the total content of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer A was less than 0.1%, which was too low. Therefore, the total content of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer C was less than 0.1%, which was too low. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C was 1.1 W · m -1 · K -1 , which was too low.

試験番号19は、Cr含有量が高すぎた。そのため、製造方法は適切であったにも関わらず、酸化層AのCr及びMnの合計含有量が47.6%であり、高すぎた。そのため、酸化層CのCr及びMnの合計含有量が56.7%であり、高すぎた。その結果、酸化層Cの熱伝導率が0.8W・m−1・K−1となり、低すぎた。In test number 19, the Cr content was too high. Therefore, although the production method was appropriate, the total content of Cr and Mn in the oxide layer A was 47.6%, which was too high. Therefore, the total content of Cr and Mn in the oxide layer C was 56.7%, which was too high. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C was 0.8 W · m -1 · K -1 , which was too low.

試験番号20は、Cr含有量が低すぎた。そのため、製造方法は適切であったにも関わらず、酸化層AのCr及びMnの合計含有量が16.3%であり、低すぎた。そのため、酸化層CのCr及びMnの合計含有量が1.3%であり、低すぎた。その結果、酸化層Cの熱伝導率が3.3W・m−1・K−1であり、高すぎた。試験番号20はさらに、酸化層Cの厚さが60μmを超えた。酸化層Cの熱伝導率が高すぎたためと考えられる。Test number 20 had a Cr content that was too low. Therefore, although the production method was appropriate, the total content of Cr and Mn in the oxide layer A was 16.3%, which was too low. Therefore, the total content of Cr and Mn in the oxide layer C was 1.3%, which was too low. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C was 3.3 W · m -1 · K -1 , which was too high. In Test No. 20, the thickness of the oxide layer C further exceeded 60 μm. It is considered that the thermal conductivity of the oxide layer C was too high.

試験番号21は、特定酸化層形成元素の含有量が高すぎた。そのため、酸化層Aの特定酸化層形成元素の合計含有量が13.9%であり、高すぎた。そのため、酸化層Cの特定酸化層形成元素の合計含有量が18.6%であり、高すぎた。その結果、酸化層Cの熱伝導率が3.8W・m−1・K−1であり、高すぎた。試験番号21はさらに、酸化層Cの厚さが60μmを超えた。酸化層Cの熱伝導率が高すぎたためと考えられる。In Test No. 21, the content of the specific oxide layer forming element was too high. Therefore, the total content of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer A was 13.9%, which was too high. Therefore, the total content of the specific oxide layer forming elements in the oxide layer C was 18.6%, which was too high. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C was 3.8 W · m -1 · K -1 , which was too high. In Test No. 21, the thickness of the oxide layer C further exceeded 60 μm. It is considered that the thermal conductivity of the oxide layer C was too high.

試験番号22は、化学組成は適切であったものの、(CO+CO)/N比が1.0を超えた。そのため、酸化層AのCr及びMnの合計含有量が10.6%であり、低すぎた。そのため、酸化層CのCr及びMnの合計含有量が4.6%であり、低すぎた。その結果、酸化層Cの熱伝導率が3.4W・m−1・K−1であり、高すぎた。試験番号22はさらに、酸化層Cの厚さが60μmを超えた。酸化層Cの熱伝導率が高すぎたためと考えられる。In Test No. 22, the (CO + CO 2 ) / N 2 ratio exceeded 1.0, although the chemical composition was appropriate. Therefore, the total content of Cr and Mn in the oxide layer A was 10.6%, which was too low. Therefore, the total content of Cr and Mn in the oxide layer C was 4.6%, which was too low. As a result, the thermal conductivity of the oxide layer C was 3.4 W · m -1 · K -1 , which was too high. In Test No. 22, the thickness of the oxide layer C further exceeded 60 μm. It is considered that the thermal conductivity of the oxide layer C was too high.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the embodiments described above are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.

1 フェライト系耐熱鋼
2 基材
3 酸化皮膜
4 フェライト系伝熱部材
A 酸化層A
B 酸化層B
C 酸化層C
1 Ferritic heat-resistant steel 2 Base material 3 Oxidized film 4 Ferritic heat transfer member A Oxidized layer A
B Oxidized layer B
C Oxidized layer C

Claims (7)

基材と、
前記基材の表面に酸化層Aとを備え、
前記基材は、
質量%で、
C:0.01〜0.3%、
Si:0.01〜2.0%、
Mn:0.01〜2.0%、
P:0.10%以下、
S:0.03%以下、
Cr:7.0〜14.0%、
N:0.005〜0.15%、
sol.Al:0.001〜0.3%、
Mo:0〜5.0%、Ta:0〜5.0%、W:0〜5.0%及びRe:0〜5.0%からなる群から選択される1種又は2種以上:合計で0.5〜7.0%、
Cu:0〜5.0%、
Ni:0〜5.0%、
Co:0〜5.0%、
Ti:0〜1.0%、
V:0〜1.0%、
Nb:0〜1.0%、
Hf:0〜1.0%、
Ca:0〜0.1%、
Mg:0〜0.1%、
Zr:0〜0.1%、
B:0〜0.1%、及び、
希土類元素:0〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有し、
前記酸化層Aは、
質量%で、
Cr及びMn:合計で20〜45%、及び、
Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上:合計で0.9〜10%、
を含有する化学組成を含む、フェライト系耐熱鋼。
With the base material
An oxide layer A is provided on the surface of the base material.
The base material is
By mass%
C: 0.01-0.3%,
Si: 0.01-2.0%,
Mn: 0.01-2.0%,
P: 0.10% or less,
S: 0.03% or less,
Cr: 7.0-14.0%,
N: 0.005 to 0.15%,
sol. Al: 0.001 to 0.3%,
One or more selected from the group consisting of Mo: 0 to 5.0%, Ta: 0 to 5.0%, W: 0 to 5.0% and Re: 0 to 5.0%: total 0.5-7.0%,
Cu: 0-5.0%,
Ni: 0-5.0%,
Co: 0-5.0%,
Ti: 0-1.0%,
V: 0-1.0%,
Nb: 0-1.0%,
Hf: 0-1.0%,
Ca: 0-0.1%,
Mg: 0-0.1%,
Zr: 0-0.1%,
B: 0 to 0.1% and
Rare earth element: Contains 0 to 0.1% and has a chemical composition with the balance consisting of Fe and impurities.
The oxide layer A is
By mass%
Cr and Mn: 20-45% in total, and
One or more selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re: 0.9-10% in total,
Ferritic heat-resistant steel containing a chemical composition containing.
請求項1に記載のフェライト系耐熱鋼であって、
前記基材の化学組成は、
Cu:0.005〜5.0%、
Ni:0.005〜5.0%、及び、
Co:0.005〜5.0%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有する、フェライト系耐熱鋼。
The ferrite-based heat-resistant steel according to claim 1.
The chemical composition of the base material is
Cu: 0.005-5.0%,
Ni: 0.005 to 5.0% and
Co: A ferritic heat-resistant steel containing one or more selected from the group consisting of 0.005 to 5.0%.
請求項1又は請求項2に記載のフェライト系耐熱鋼であって、
前記基材の化学組成は、
Ti:0.01〜1.0%、
V:0.01〜1.0%、
Nb:0.01〜1.0%、及び、
Hf:0.01〜1.0%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有する、フェライト系耐熱鋼。
The ferrite-based heat-resistant steel according to claim 1 or 2.
The chemical composition of the base material is
Ti: 0.01-1.0%,
V: 0.01-1.0%,
Nb: 0.01 to 1.0% and
Hf: A ferritic heat-resistant steel containing one or more selected from the group consisting of 0.01 to 1.0%.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のフェライト系耐熱鋼であって、
前記基材の化学組成は、
Ca:0.0015〜0.1%、
Mg:0.0015〜0.1%、
Zr:0.0015〜0.1%、
B:0.0015〜0.1%、及び、
希土類元素:0.0015〜0.1%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有する、フェライト系耐熱鋼。
The ferrite-based heat-resistant steel according to any one of claims 1 to 3.
The chemical composition of the base material is
Ca: 0.0015-0.1%,
Mg: 0.0015-0.1%,
Zr: 0.0015-0.1%,
B: 0.0015 to 0.1%, and
Rare earth element: A ferritic heat-resistant steel containing one or more selected from the group consisting of 0.0015 to 0.1%.
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の化学組成を有する基材と、
前記基材の表面に酸化皮膜とを備え、
前記酸化皮膜は、
体積%で80%以上のFe 含有する酸化層Bと、
前記酸化層Bと前記基材との間に配置される酸化層Cとを含み、
前記酸化層Cの化学組成は、
質量%で、
Cr及びMn:合計で5%超〜30%、及び、
Mo、Ta、W及びReからなる群から選択される1種又は2種以上:合計で1〜15%を含有する、フェライト系伝熱部材。
A base material having the chemical composition according to any one of claims 1 to 4.
An oxide film is provided on the surface of the base material,
The oxide film is
An oxide layer B containing 80 % or more of Fe 3 O 4 by volume and
It contains an oxide layer C arranged between the oxide layer B and the base material.
The chemical composition of the oxide layer C is
By mass%
Cr and Mn: Over 5% to 30% in total, and
One or more selected from the group consisting of Mo, Ta, W and Re: Ferritic heat transfer member containing 1 to 15% in total.
請求項5に記載のフェライト系伝熱部材であって、
前記酸化層Bの化学組成は、
質量%で、
Cr及びMn:合計で5%以下を含有する、フェライト系伝熱部材。
The ferrite-based heat transfer member according to claim 5.
The chemical composition of the oxide layer B is
By mass%
Cr and Mn: Ferritic heat transfer members containing 5% or less in total.
請求項5又は請求項6に記載のフェライト系伝熱部材であって、
前記酸化層Cは、
体積%で5%以下のCrを含有する、フェライト系伝熱部材。
The ferrite-based heat transfer member according to claim 5 or 6.
The oxide layer C is
A ferrite heat transfer member containing Cr 2 O 3 of 5% or less by volume.
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