JPH0121864B2

JPH0121864B2 -

Info

Publication number: JPH0121864B2
Application number: JP984383A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sukegawa; Seishin Kirihara; Kenichi Usami; Yoshimitsu Hida; Choichi Asano; Hiroyuki Doi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-01-26
Filing date: 1983-01-26
Publication date: 1989-04-24
Also published as: JPS59136464A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕本発明はボイラチユーブに係り、特に石炭燃焼
を含む600℃以上の蒸気温度を得るための発電プ
ラント用に好適なボイラチユーブに関する。〔従来技術〕従来の発電プラント用ボイラチユーブ材とし
て、チユーブ内蒸気温度が約570℃以下、燃焼ガ
ス側のチユーブ外壁面の温度が600〜650℃の比較
的低温側では２１／４Cr−1Moや9Cr−1Mo鋼の低合金鋼が使用され、高温側ではSUS304、
SUS321並びにSUS347等のオーステナイト系ス
テンレス鋼が使用されている。しかし、近年、資
源、エネルギーの有効利用の点から、ボイラ燃料
としては重油から石炭へ移行し、発電効率向上等
の理由から蒸気温度を600℃、さらに650℃程度ま
で上昇させる高温高圧化が図られるすう勢にあ
る。そのため、ボイラチユーブ内蒸気温度及びチ
ユーブ外壁面の温度を従来より約30〜100℃上昇
させ、圧力を250〜350Kgｆ／cm²まで上昇させなけ
ればならない。しかし一般に蒸気温度600℃付近
の温度域で使用されている従来のオーステナイト
系ステンレス鋼は650℃以上となるとクリープ破
断強度が極端に低下し、更に水蒸気酸化やガス腐
食も増大する。従つて650℃以上の蒸気温度に対
するボイラチユーブ用材料としては、SUS304、
SUS321、SUS347オーステナイト系ステンレス
鋼よりも強度が高く、かつ耐食性に優れたものが
要求される。このような材料として21％Cr−32
％Ni系のオーステナイト鋼が考えられる。しか
し、このオーステナイト鋼の場合、ボイラチユー
ブ外壁温度720℃における10³時間クリープ破断強
度は5.3Kgｆ／mm²程度であり、圧力350atgの650℃
タービン用ボイラチユーブの許容圧力5.5Kg／mm²
以上での使用には問題がある。〔発明の目的〕本発明の目的は、高温強度と耐食性に優れ、主
蒸気温度600〜650℃発電用プラントとして使用で
きるボイラチユーブを提供することにある。〔発明の概要〕本発明の第１は、重量比でＣ：0.02〜0.15％、
Si：0.5〜3.5％、Mn：２％以下、Ni：20〜42％、
Cr：20.5〜27％、Mo：0.5〜３％、Nb＋Ta：１
％以下、Ｂ：0.0005〜0.005％と、更にTi：0.5％
以下、Zr：0.5％以下、Cu：４％以下、Ｎ：0.05
〜0.1％及びCo：２％以下の少なくとも１種以上
とを含有し、実質的に全オーステナイト組織を有
するボイラチユーブである。本発明の第２は、重量比でＣ：0.02〜0.15％、
Si：0.5〜3.5％、Mn：２％以下、Ni：20〜42％、
Cr：20.5〜27％、Mo：0.5〜３％、Nb＋Ta：１
％以下、Ｂ：0.0005〜0.005％、Al：0.02〜0.5％
と、更にTi：0.5％以下、Zr：0.5％以下、Cu：４
％以下、Ｎ：0.05〜0.1％とを含有し、実質的に
全オーステナイト組識を有するボイラチユーブで
ある。以下、本発明を更に詳細に説明する。ＣはMo、Nb、Ti、等の炭化物形成元素と結
合して炭化物を形成し、高温強度を高めるが、
0.15％以上含有すると、加工性、延性及び溶接性
が著しく低下するため、0.15％以下にしなければ
ならない。特に0.02〜0.1％が好ましい。 Siは0.5％以上で耐食性を向上させるが、3.5％
以上になると製造性、加工性をそこなうととも
に、フエライト相を析出するため3.5％以下でな
ければならない。 MnはSi同様に重要な脱酸成分であるが、多す
ぎると耐酸化性が低下するため2.0％以下がよい。 NiはCrと共存して加工性を高めるとともにオ
ーステナイト組織を安定に保ち、高温強度を高め
る。本発明鋼は20.5〜27％のCrと、Mo、Nb、
Ti、Si等のフエライト生成元素とを含むので安
定なオーステナイト相を得るためにはNiは20〜
42％が必要である。Niは多い程、高温において
安定な組織が得られるが、逆に多すぎると柱状晶
が粗大化して加工性が悪くなる。特に好ましい
Ni量は30〜35％である。 Crは石炭燃焼ガスによる高温腐食に対し有効
であり、また水蒸気酸化に対しても有効であり、
20.5％以上とする必要がある。しかし27％を超え
ても高温腐食や水蒸気酸化の効果は変らず、却つ
て熱間加工性を著しく損う。特に望ましいCr量
は21〜25％である。 Moは石炭燃焼による高温腐食に悪影響を与え
ることなく、オーステナイトマトリツクスを強化
し、一部は炭化物として析出し高温強度を上げる
とともに結晶粒界を強化させるために0.5％以上
必要である。しかし３％を超えると加工性を低下
させるとともにシグマ相の析出を容易する。特に
好ましいMo量は1.0〜2.0％である。 NbおよびTaは炭化物として析出し、高温強度
を上げるとともに延性を向上させる。この延性と
強度の両方を得るためには１％以下でなければな
らない。Ｂはクリープ破断強度、特に長時間クリープ破
断強度を向上させる元素であるが、更にボイラチ
ユーブとしての加工性、耐食性及び溶接性の向上
にも有効である。ここで特にボイラチユーブの製
造工程および使用状態との関係においてＢ添加の
効果を説明する。ボイラチユーブは通常、溶解、
造塊、分塊圧延、熱間押出、冷間抽伸、溶体化処
理を経て製造される。熱間押出では結晶粒度調
整、冷間抽伸では組織調整が施され、溶体化処理
は1100〜1200℃の条件で行なわれる。ボイラチユ
ーブの寸法は外径30〜80mm、肉厚７〜16mmであ
り、溶接により発電プラントに設置される。すなわち、ボイラチユーブは熱間及び冷間加工
により製作されるが、Ｂの添加量によつて加工度
が変化する。第１図において、Ｂの添加量が
0.0005％以上となると加工度が向上するが、Ｂの
添加量が0.005％を超えるとホウ化物が生成され、
更に0.01％を超えるとホウ化物量が多くなり、か
つ共晶も生成される。ホウ化物は加工性を低下さ
せる要因となるので加工性の面から、Ｂの添加量
は0.0005〜0.005％とする必要がある。またクリープ破断強度の点からもＢは0.0005％
以上必要であり、0.005％を超えると逆に強度が
低下する。更にＢの添加によつても溶接性を低下
させることもない。 Alは溶湯の脱酸剤であるとともに、Moとの相
互作用により母材を強化する。さらに、Ｎとの親
和力が高く、NbN、TiN、ZrN、Cr₂N、BN等
の有害な窒化物の析出を抑制するため、クリープ
破断強度の向上に重要な元素である。なお、Al
はフエライト生成元素であるため0.5％以下にす
る必要がある。特に0.05〜0.20％が好ましい。 Ti及びZrは一部脱酸剤として作用し、またマ
トリツクス中に炭化物として析出し高温延性を向
上させるとともに、結晶粒を微細化し、強度を向
上させる。しかし、多すぎると溶接性を害し、溶
接欠陥を生成するため、それぞれ0.5％以下でな
ければならない。特に0.3％以下が好ましい。 Cuはオーステナイト生成元素であり、Niの代
替成分として有効である。しかし、多量に添加す
ると、高温での粒界脆化を助長させるとともに、
高温割れ感受性を高めるため２％を上限とする必
要がある。特に２％以下が好ましい。Ｎはオーステナイト組織を安定にする作用があ
り、オーステナイト鋼におけるＮの含有量はCr
の１％程度が適当であるが、Ｎの添加量は0.05〜
１％とする。 Coはオーステナイト生成元素であり、耐酸化
性を向上させるとともに、高温強度及び延性を向
上させる。多すぎると加工性及び溶接性を低下さ
せるため２％以下でなければならない。〔発明の実施例〕第１表に実験に用いた試料の化学成分（重量
％）を示す。比較鋼No.１（SUS321）、No.２
（SUS316）及びNo.３（Alloy800）は肉厚８〜14
mm、外径40〜60mmのチユーブより試験片を採取し
た。比較鋼No.１〜No.３及び本発明鋼No.１〜No.12を
供試材として720℃でクリープ破断試験を実施し
た。試験片は全て直径６mm、平行部30mmで実施し
た。

【表】第２図に720℃、1000時間のクリープ破断強度
を示す。本発明鋼No.１〜No.12は、比較鋼より高強
度を示し、比較鋼の中で最も強いNo.３
（Alloy800）と比較しても、本発明鋼は1.1〜1.20
倍の高い強度を有している。第２表は、720℃、10⁵時間クリープ破断強度を
直線外挿により求めた結果を示す。650℃、
350atgの起々臨界圧ボイラー用チユーブの設計応
力は720℃、10⁵時間で5.5Kgｔ／mm²以上であり、
本発明鋼は十分に使用可能である。

【表】

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、主蒸気温度650
℃、圧力350atgの超々臨界圧発電プラントの設計
条件を満足しうるボイラチユーブを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＢの添加と加工度率との関係図、第２
図は720℃、1000時間におけるクリープ破断強度
を示す棒グラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比で、Ｃ：0.02〜0.15％、Si：0.5〜3.5
％、Mn：２％以下、Ni：20〜42％、Cr：20.5〜
27％、Mo：0.5〜３％、Nb＋Ta：１％以下、
Ｂ：0.0005〜0.005％と、更にTi：0.5％以下、
Zr：0.5％以下、Cu：４％以下、Ｎ：0.005〜0.1
％及びCo：２％以下の少なくとも１種以上とを
含有し残部Feからなり、実質的に全オーステナ
イト組織を有することを特徴とするボイラチユー
ブ。２重量比でＣ：0.02〜0.15％、Si：0.5〜3.5％、
Mn：２％以下、Ni：20〜42％、Cr：20.5〜27
％、Mo：0.5〜３％、Nb＋Ta：１％以下、Ｂ：
0.0005〜0.005％、Al：0.02〜0.5％と、更にTi：
0.5％以下、Zr：0.5％以下、Cu：４％以下、Ｎ：
0.05〜0.1％とを含有し、残部Feからなり、実質
的に全オーステナイト組織を有することを特徴と
するボイラチユーブ。