JPH02203092A

JPH02203092A - Ｖ，Ｎａ，Ｓ，Ｃｌを含有する燃料を燃焼する環境において耐食性を有する複層鋼管

Info

Publication number: JPH02203092A
Application number: JP1021961A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogawa; 小川　洋之; Akihiro Miyasaka; 明博宮坂; Tsunetoshi Takahashi; 高橋　常利; Satoshi Araki; 荒木　敏
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1990-08-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はＶ、　Ｎａ、　　Ｓ＋　ＣＩを含有する原油５
重油。

タール、石炭等を燃料とするボイラー等の燃焼環境で使
用される鋼管に係り、特に、上記環境中で形成されるＶ
２Ｏ５Ｉ　Ｎａ２ＳＯ４等の存在下で高い耐酸化性を有
する復Ｉ！！綱管に関する。

（従来の技術）原油１重油等を燃料とするボイラー等の燃焼装置におい
て、ＶｚＯｓ、　ＮａｇＳＯ，が形成され、かつ、酸化
スケール中にこれらの酸化物等が付着−堆積して低融点
化合物を形成し、いわゆるバナジウムアタックと称され
る局部腐食状の酸化を発生することはよく知られている
。また、これらの腐食に対して、Ｃｒ、　Ｎｉ＋　Ｃｏ
等の合金が一定の耐食性を有することは、技術文献（例
えば、鉄と鋼、第６７巻、第９９６ページ）で公知であ
る。

二重管を製造する方法も多数のプロセスが公知である。

例えば、炭素鋼、低合金鋼に合金合せ材を溶接等により
仮接着し、さらに熱間圧延によりいわゆるクラツド鋼板
を製造し、クラツド鋼板をサブマージドアーク溶接等を
用いて溶接複層鋼管とする方法がある。また、最終製品
に直接金属被覆することにより、複層鋼管を製造する方
法も知られている。例えば、特開昭６１−２２３１０６
号公報には、熱間静水圧プレス法を用いて、高合金粉末
を金属素材に固着せしめて複層鋼管の最終製品を直接製
造する方法が開示されている。

（発明が解決しようとする課題）火力発電等の化石燃料を燃焼せしめてエネルギー源とす
る設備において、その燃料が、タール、石炭、重油等で
ある場合、それらの燃料が、■Ｎａ、　　Ｓ、　ＣＩを
多量に含有する場合には、発電設備の蒸気過熱器管の表
面には、ＶｚＯｓ＋　ＮａｇＳＯ４＋　ＮａＣｆ等を含
有する低融点化合物が形成され、その結果、管表面に形
成されたスケールが融解して、点食状の異常腐食を発生
し、長期間の使用中には過熱器管等を破壊するに至る。

本発明の目的は、ＶｔＯ５＋　ＮａｚＳＯ４が存在する
高温燃焼環境において、高耐酸化性を有する合金と水澤
気環境で耐酸化性を有する合金から成り、冷間において
加工性を有する複層鋼管を低コストで提供することにあ
る。

本発明者らの研究結果では、ｖ２０．とＮａ２５Ｏ，が
、合金の表面に形成された酸化スケール中に混入する環
境で耐酸化性はＣｒ含有量のみでなく　、ｐ８．　Ｎｉ
との組合せに依存することが判った。

一般に高温酸化環境においては、Ｃｒ含有量の高い合金
が耐食性が高い。しかし、当該環境においては、主にＣ
ｒ酸化物から成るスケールが、必ずしも耐食性を有しな
いことが判った。

Ｖ、０．、　Ｎａ、ＳＯ，がスケール中に形成される環
境においては、合金表面に形成されるスケール内で低融
点化合物（例えば、ＮａｚＯ・ｖ２０６等の共晶化合物
）を生成し、その結果、合金表面のスケールが局所的に
溶融して保護性スケールが消失するために、酸化速度が
異常に高くなる。

本発明者らの研究によると、局所的なスケールの溶融は
、最初にスケール内に形成されるＮａ２Ｏ・ｖ２０３等
の低融点化合物の融液の中に合金のスケール（例えばｐ
ｅ２０．）が溶解することにより発生することがわかっ
た。このため、上記融液に溶融し難いスケール組成にす
ることが、当該環境における使用合金の耐食性を高める
ために有効である。換言すれば、そのような組成のスケ
ールを形成する合金成分を設定することが必要である。

また、本発明の鋼管は６００″Ｃ附近の温度で使用され
る。この温度域は、種々の析出物が生成する温度である
が、炭化物は低融点化合物を生成するために、特に連続
した炭化物の析出（例えば、粒界の連続した炭化物析出
）は腐食量を増加させる。このため、外管材のＣ含有量
を低減する必要がある。

一方、本発明の複合鋼管の場合、管内面の環境は、通常
、水蒸気である。このため、複層鋼管として内管材も水
蒸気環境において耐酸化性を有することが必要である。

通常、火力発電設備の過熱器管等には、Ｃｒ：１８％、
Ｎｉ：９〜１４％を含有する、ＪＩＳ規格番号で３００
番のオーステナイト鋼、５ｔ１５３０４゜３２１．３１
６．３４７等が使用されている。

本発明の場合も、内管材としてこれらのオーステナイト
合金を使用する。

以上の知見に基づいて、本発明の要旨は以下の通りであ
る。

オーステナイト系ステンレス鋼を内管材とし、重量％で
、Ｃ：　０．０３％以下、Ｓｉ：０．０２〜０．５％、
　　Ｍｎ：　０．０２〜０．５％、Ｃｒ：２５〜４５％
　Ｎｉ：　４０〜６０％、　　Ｍｏ：　０．０５〜０．
５％、ｗ：ｏ、ｏ５〜０．５％、Ｆｅ：１０〜２５％お
よび不可避不純物からなる合金を外管材としたことを特
徴とする■Ｎａ、　　Ｓ、　ＣＩを含有する燃料を燃焼
する環境において耐食性を有する複層鋼管以下に本発明の詳細な説明する。

（作　用）第１図、第２図および第３図は外管材の使用環境をシミ
ュレートした試験環境における腐食試験結果を示してい
る。

試験条件はく５０％ＶｚＯｓ＋３０％ＮａＺＳＯ４＋　
１０％Ｎ　ａ　Ｃ１−ト１０％Ｆｅ２０ｉ）のシミュレ
ートスケールを試験片表面にＩＩ厚乗せた試験片を７０
０°Ｃで２４１ｉｒ大気中で保持する。本試験により、
低融点スケールによる異常腐食に対する耐食性を評価す
ることができる。

第１図は最大腐食深さにおよぼすＣｒ含有量の影響を示
している。Ｃｒ含有量は２５〜４５％の間が最適成分で
ある。

第２図は、同様に最大腐食深さにおよぼすＮｉＮの影響
を示している。Ｎｉ含有量は４０〜６０％の間が最適成
分である。

第３図は、腐食量におよぼすＣ含有量の影響を示してい
る。Ｃ含有量は０．０３％以下であることが必要である
。

次に外管材として用いる耐食合金の各化学成分の限定理
由を以下に示す。

Ｃ：炭化物が低融点スケールによる異常腐食の起点になる。

特に、粒界への連続した炭化物の析出を抑制することが
必要である。第３図の結果から、Ｃ含有量は０．０３％
を限界として、製造時に低減する。

Ｓｉ　：Ｓｔは脱酸成分として、合金溶製時に必要である。

０．０２％未満では効果が低く、０．５％超では脱酸効
果が飽和する。従って、添加量は０．０２％以上、０．
５％以下とした。

Ｍｎ＝Ｓｉと同様に、脱酸成分として、合金溶製時に必要であ
る。０．０２％未満では効果が低く、０．５％超では効
果が飽和する。従って、添加量は０．０２％以上、０．
５％以下とした。

Ｃｒ：低融点スケール形成による異常腐食を抑制する耐食酸化
膜を形成する主要元素の一つである。第１図に示すよう
に、Ｃｒは含有量が２５〜４５％である場合に有効に作
用する。２５％未満では耐食酸化膜を形成するのに不足
し、４５％超では、かえって異常腐食を増加させる。

Ｎｉ　：Ｃｒ、　Ｆｅとともに、耐食酸化膜を形成する主要元素
の一つである。第２図に示すように、４０〜６０％含有
する場合に有効に作用する。４０％未満では、δフェラ
イトを形成して、合金中に成分不均一部分を形成し、異
常腐食の原因となる。

６０％超では、耐食酸化膜を形成するために必要な、Ｃ
ｒ、　Ｆｅ含有量とのバランスが崩れる。

Ｆｅ：本発明者らの研究結果によれば、耐食酸化膜を形成する
ためには、Ｃｒ、　ＮｊおよびＦｅ３成分のバランスが
必要である。Ｆｅを１０〜２５％含有する場合、耐食性
に有効である。

門ＯＷ：外管材はＣ含有量が低く、高温強度が低い。本発明の場
合、ＭｏとＷをそれぞれ０．０５％以上添加して、高温
強度を高めている。Ｍｏ、　Ｗの添加量が多量である程
、高温強度は高くなるが、同時に、Ｍｏ、　Ｗは金属間
化合物を形成しやすく、δフェライトと同様に、合金中
に成分不均一部分を形成し、異常腐食の原因となる。こ
のため、それぞれ最大添加量を０．５％とした。

次に、本発明の７１層鋼管の製造法の一例を述べる。

通常のステンレス鋼の溶製−鋳造プロセスで製造された
所定の内管用ステンレス鋼ビレットの表面に、本発明の
外管用合金の各々の成分の粉末を所定の成分量混合し、
静水圧プレス法（ＨＩＰ法）を用いて圧着する。この二
重管ビレットを均熱した後、熱間押出法（Ｈｏｔ　Ｅｘ
ｔｒｕｓｉｏｎ）を用いて所定のサイズに成形する。

外管素材が板ｐ管である場合は、上に述べたＨＩＰ法を
用いて粉末を圧着するプロセスの代りに、内管用ステン
レス鋼ビレットの表面に、外管材の成分を有する板を巻
きつけるか、または、管をはめ込む工程の後に、外管材
素材と内管材ビレットを溶接により接合する。製造され
た二重管ビレットを用いて、先に述べた方法により複層
鋼管を製造する。

本発明の複層鋼管の製造方法は前記の製造方法に限定さ
れるものではなく、公知の複合（？ＩＪ！ｆ）鋼管の製
造方法を採用し得ることは言うまでもない。

〔実施例〕

第１表に実施例を示した。第１表の試験材は、先に述べ
たＨＩＰ−熱間押出法で製造した二重管から外管を２胴
厚に切削した。試験方法は第１図、第２図および第３図
の場合と同じである。

第１表の本発明合金の腐食量１腐食深さの限界値は、そ
れぞれＬｏｇ／ｒｒ？／ｈｒ以下、０．０５ｍｍ以下で
ある。

（発明の効果）本発明に従い、水蒸気酸化に対して耐食性を有するオー
ステナイト系ステンレス鋼を内管とし、Ｖ、　Ｎａ、　
　Ｓ、　ＣＩを含有する燃料を燃焼する環境で優れた耐
食性を有する合金を外管とする複層鋼管は、上記燃料を
使用する火力発電設備等において高い耐食性を有する蒸
気過熱器管等を堤供することを可能にした。

【図面の簡単な説明】

第１図は最大腐食深さにおよぼすＣｒ含有量の効果を示
す図、第２図は同じ（Ｎｉ含有量の効果を示す図、第３
図は腐食量におよぼすＣ含有量の影響を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

オーステナイト系ステンレス鋼を内管材とし、重量％で
、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．０２〜０．５％、Ｍ
ｎ：０．０２〜０．５％、Ｃｒ：２５〜４５％、Ｎｉ：
４０〜６０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｗ：０．０
５〜０．５％、Ｆｅ：１０〜２５％および不可避不純物
からなる合金を外管材としたことを特徴とするＶ、Ｎａ
、Ｓ、Ｃｌを含有する燃料を燃焼する環境において耐食
性を有する複層鋼管