JPH05271846A - 耐エロージョン性に優れたボイラー用合金 - Google Patents

耐エロージョン性に優れたボイラー用合金

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JPH05271846A
JPH05271846A JP7150792A JP7150792A JPH05271846A JP H05271846 A JPH05271846 A JP H05271846A JP 7150792 A JP7150792 A JP 7150792A JP 7150792 A JP7150792 A JP 7150792A JP H05271846 A JPH05271846 A JP H05271846A
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JP
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less
boiler
erosion resistance
alloy
erosion
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JP7150792A
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English (en)
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Kozo Denpo
幸三 伝宝
Tetsuo Ishizuka
哲夫 石塚
Hiroyuki Ogawa
洋之 小川
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は耐エロージョン性に優れたボイラー
用合金、わけても高温粒子エロージョンに対する抵抗特
性に優れた合金を提供することを目的とするものであ
る。 【構成】 Co、Ni、Crをベースとして含有し、M
o、Wのうち1種または2種を含有し、加えてHfまた
はZrの1種または2種あるいはY、La、Ceのうち
1種または2種以上あるいはHfまたはZrの1種また
は2種およびY、La、Ceの1種または2種以上を含
有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ
0.5Co+Ni+1.5Cr≦55、0.4≦(Ni
+Cr)/(Co+Mo+1/2W)≦0.7なる条件を
満足することを特徴とする耐エロージョン性に優れたボ
イラー用合金である。 【効果】 本発明は耐エロージョン性に優れたボイラー
用合金、わけても高温粒子エロージョンに対する抵抗特
性に優れた合金を提供し、例えば石炭焚きボイラーのよ
うに、厳しいエロージョンを受ける環境下で使用に耐え
得る特性を有する合金を提供でき、新材料の開発に寄与
するところ大である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、石炭焚きボイラーにお
いて使用される鋼管、特に高温粒子エロージョンに対す
る優れた抵抗性を示す合金に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料燃焼ボイラー、流動床反応器、石炭
のガス化、液化装置等に代表される高温エネルギー装置
は最近のエネルギー事情を反映して石炭利用技術として
注目されている。例えば、燃料燃焼ボイラーにあって
は、従来は石油利用が主体であったが、今日では代替エ
ネルギー利用の必要性が認識された結果、石炭利用が増
大する傾向となっている。
【0003】しかし、かかる高温エネルギー装置にあっ
ても装置設計は石油利用のときの設計思想により行われ
ており、石炭利用となった時の問題点は十分には解決さ
れていない。例えば、石炭火力ボイラーにおいても従来
の石油火力ボイラーと同様の材料構成にて製作されてい
る。ところが、石炭火力ボイラーにおいては石油火力ボ
イラーとは異なり、ボイラー内部で固形のアッシュ分が
クリンカとなって落下したりフライアッシュとして燃焼
ガス流中に浮遊していたりするため、高温で著しいエロ
ージョン損傷を受ける。このような問題点は当業者にも
よく認識されているが、その解決策はまだ明らかではな
く、材料的な対策もほとんどなく、経験的な設計上の対
応、例えば流速の低減、プロテクターの取り付け等の対
策が行われているにすぎない。しかし、設計的な対処を
もってしても、流速を制限した場合にも予想以上に流速
の早い偏流部ができたり、またプロテクターを用いた場
合にもプロテクター自身の損傷が早く、実際上効果のな
い場合が多くある。
【0004】また、材料の観点からボイラーチューブと
しては、SUS304鋼、同じく321、347、32
1、316鋼等の18−8系オーステナイト系ステンレ
ス鋼が、さらにはインコロイ800、SUS310等の
合金が用いられる。さらに一般の高温用部材としては、
各種の高温用オーステナイト系ステンレス鋼が用いられ
ているが、これらはいずれも耐高温粒子エロージョンを
考慮したものではなく、石油火力ボイラー等での経験を
もとに使用されているにすぎない。
【0005】すでに述べたように、高温粒子によるエロ
ージョン損傷を防止する材料的対策はほとんどないのが
現状であるが、材料的対策があれば、逆に装置設計に余
裕が生じ、装置の小型化、熱効率の向上などの利益も期
待できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的とすると
ころは、石炭火力ボイラーにみられるような高温粒子に
よるエロージョンに対する優れた抵抗性を有する材料を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記のとおりである。 (1)重量%で、 C:0.1%以下、 Si:2.5%以下、 Mn:1.0%以下、 P:0.03%以下、 S:0.005%以下、 N:0.2%以下、 Co:40〜55%、 Cr: 7〜12%、 Ni:10〜30% を含有し、 Mo:2〜4%、 W:8%以下 の1種または2種を含有し、残りがFeと不可避不純物
からなる組成を有し、かつ 0.5Co+Ni+1.5Cr≦55 0.4≦(Ni+Cr)/(Co+Mo+1/2W)≦
0.7 の条件を満足することを特徴とする耐エロージョン性に
優れたボイラー用合金。
【0008】(2)重量%で、 C:0.1%以下、 Si:2.5%以下、 Mn:1.0%以下、 P:0.03%以下、 S:0.005%以下、 N:0.2%以下、 Co:40〜55%、 Cr: 7〜12%、 Ni:10〜30% を含有し、 Mo:2〜4%、 W:8%以下 の1種または2種を含有し、さらに Hf:0.2%以下、 Zr:0.2%以下 のうちの1種または2種を含有し、残りがFeと不可避
不純物からなる組成を有し、かつ 0.5Co+Ni+1.5Cr≦55 0.4≦(Ni+Cr)/(Co+Mo+1/2W)≦
0.7 の条件を満足することを特徴とする耐エロージョン性に
優れたボイラー用合金。
【0009】(3)重量%で、 C:0.1%以下、 Si:2.5%以下、 Mn:1.0%以下、 P:0.03%以下、 S:0.005%以下、 N:0.2%以下、 Co:40〜55%、 Cr: 7〜12%、 Ni:10〜30% を含有し、 Mo:2〜4%、 W:8%以下 の1種または2種を含有し、さらに Y:0.1%以下、 La:0.1%以下、 Ce:0.1%以下 のうちの1種または2種以上を含有し、残りがFeと不
可避不純物からなる組成を有し、かつ 0.5Co+Ni+1.5Cr≦55 0.4≦(Ni+Cr)/(Co+Mo+1/2W)≦
0.7 の条件を満足することを特徴とする耐エロージョン性に
優れたボイラー用合金。
【0010】(4)重量%で、 C:0.1%以下、 Si:2.5%以下、 Mn:1.0%以下、 P:0.03%以下、 S:0.005%以下、 N:0.2%以下、 Co:40〜55%、 Cr: 7〜12%、 Ni:10〜30% を含有し、 Mo:2〜4%、 W:8%以下 の1種または2種を含有し、さらに Hf:0.2%以下、 Zr:0.2%以下 のうちの1種または2種と Y:0.1%以下、 La:0.1%以下、 Ce:0.1%以下 のうちの1種または2種以上を含有し、残りがFeと不
可避不純物からなる組成を有し、かつ 0.5Co+Ni+1.5Cr≦55 0.4≦(Ni+Cr)/(Co+Mo+1/2W)≦
0.7 の条件を満足することを特徴とする耐エロージョン性に
優れたボイラー用合金。
【0011】以下、本発明を詳細に説明する。
【0012】
【作用】最初に本発明において各成分範囲を前記の如く
限定した理由を述べる。Cは0.1%を超えると加工性
が劣化すること、および粒界腐食割れが発生しやすくな
るため、その上限値を0.1%と定めた。Siは脱酸成
分として必要な成分であるが、その含有量が2.5%を
超えると熱間加工性が劣化するので、上限値を2.5%
と定めた。
【0013】MnはSiと同様に脱酸作用があるが、過
剰に添加すると脆化するので、上限値を1.0%と定め
た。Pは不可避不純物である。Pの含有量が0.03%
を超えると粒界偏析が著しくなることから上限値を0.
03%と定めた。Sは不可避不純物である。Sの含有量
が0.005%を超えると熱間加工性が著しく劣化し、
製造不能となるので、上限値を0.005%と定めた。
【0014】Co、Ni、Cr、Mo、W:これらの元
素は耐エロージョン性および耐食性を改善するが、各元
素を単独で添加しただけではそれらの効果は現れず、複
合添加によってのみ効果が発揮される。そこで、本発明
者らは実ボイラーの操業条件を想定し、600℃の高温
ボイラー環境で耐エロージョン性に優れた材料を得るべ
く研究を行った結果、 (1)Co、NiおよびCr量には 0.5Co+Ni+1.5Cr≦55 および (2)Ni、Cr、Co、Mo、W量の間には 0.4≦(Ni+Cr)/(Co+Mo+1/2W)≦
0.7 の条件を満足する場合には、下記の添加量で最も効果的
に合金元素の有する特性を発揮することが明らかとなっ
た。
【0015】CoはNi、Cr、MoおよびWとの共存
で耐エロージョン特性を向上させる元素であるが、60
0℃での使用においては、その含有量が40%未満では
さほど著しい効果はなく、所望の耐エロージョン性を得
るには他の合金元素量を増加させる必要があり、経済的
に不利であるところから、下限値を40%と定めた。一
方、その含有量が55%を超えると耐エロージョン性向
上効果が低下するので、上限値を55%と定めた。
【0016】Niは耐食性を改善させる効果があるが、
10%未満ではその効果はなく、所望の耐食性を得るに
は他の合金元素量を増加させる必要があり経済的でない
ので、下限値を10%と定めた。一方、30%を超えて
添加しても一段の耐食性向上効果は奏されず、経済性を
考慮して、その上限値を30%とした。CrはNi、M
o、Wとの共存で著しく耐食性を改善する元素である
が、7%未満の添加では著しい効果は得られず、一方1
2%を超えて添加しても一段の耐食性向上効果は認めら
れないことから、その上限値を12%とした。
【0017】MoはCoとともに耐エロージョン性を上
昇させ、特に硬度の上昇から耐エロージョン性を向上さ
せる効果がある。しかし、2%未満では硬度が十分でな
く、一方4%を超えて添加しても硬度が上昇し過ぎて加
工性が劣化するので、その添加範囲を2〜4%とした。
WもMoと同様に硬度上昇によって耐エロージョン性を
改善するが、8%を超えて添加しても効果に一段の向上
はないうえ、加工性が劣化するので、その上限値を8%
とした。
【0018】Hfは微量の添加でも高温での強度を改善
することから、その上限を0.2%と定めた。Zrは脱
酸元素として作用するが、その添加量が0.2%を超え
ても効果に一段の向上は認められないので、その上限値
を0.2%と定めた。Y、LaおよびCeには熱間加工
性をさらに改善する効果があるので、きびしい条件で熱
間加工が行われる場合には必要に応じて添加されるが、
どの元素も0.1%を超えて添加しても、効果に一段の
向上は認められず、むしろ劣化現象さえ現れるので、含
有量をそれぞれ0.1%以下とした。
【0019】本発明者らはCo、Ni、Crの添加量を
変化させた合金を溶製し、鋳造し、熱間圧延して板厚7
mmの板材とし、次いでこの板材に、温度1050℃に3
0分保持後、水冷の熱処理を施した後、板材から圧延方
向と直角に、厚さ2mm、幅15mm、長さ20mmの試験片
を切り出し、この試験片を600℃に加熱した装置中に
保持し、直径2mmに整粒した石炭を500時間にわたっ
て試験片に噴射するというエロージョン試験を行い、試
験前後におけるエロージョンの程度を観察した。これら
の結果を科学的に解析した結果、本発明者らはCo、N
i、Crの間には前述の条件が存在することを明らかに
した。なお、表1、表2において○印は表面に窪みがな
いもの、×印は明かな窪みが認められたものである。
【0020】
【実施例】表1、表2に示される成分組成の合金それぞ
れ1tonを真空誘導加熱炉を用いて溶解し、ESR処
理で清浄化して断面500mm×250mmのインゴットに
鋳造した後、熱間圧延して板厚7mmの板材とし、次いで
この板材に、温度1050℃に30分保持後、水冷の熱
処理を施した後、板材から圧延方向と直角に、厚さ2m
m、幅15mm、長さ20mmの試験片を切り出し、この試
験片を600℃に加熱した装置中に保持し、直径2mmに
整粒した石炭を500時間にわたって試験片に噴射する
というエロージョン試験を行い、試験前後におけるエロ
ージョンの程度を観察した結果を表1、表2に示した。
なお、表1、表2において○印は表面に窪みがないも
の、×印は明らかな窪みが認められたものである。
【0021】表1、表2に示される結果から、比較合金
材は耐エロージョン性が劣っているのに対して、本発明
合金1〜36はいずれの材料も窪みは発生しておらず、
耐エロージョン性に優れた特性を有することは明らかで
ある。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】本発明によれば高温粒子エロージョンに
対する優れた抵抗性を有する合金が得られるので、近年
注目されている高温エネルギー装置の実用化および普及
に寄与するところ極めて大である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.1%以下、 Si:2.5%以下、 Mn:1.0%以下、 P:0.03%以下、 S:0.005%以下、 N:0.2%以下、 Co:40〜55%、 Cr: 7〜12%、 Ni:10〜30% を含有し、 Mo:2〜4%、 W:8%以下 の1種または2種を含有し、残りがFeと不可避不純物
    からなる組成を有し、かつ 0.5Co+Ni+1.5Cr≦55 0.4≦(Ni+Cr)/(Co+Mo+1/2W)≦
    0.7 の条件を満足することを特徴とする耐エロージョン性に
    優れたボイラー用合金。
  2. 【請求項2】 重量%で、 C:0.1%以下、 Si:2.5%以下、 Mn:1.0%以下、 P:0.03%以下、 S:0.005%以下、 N:0.2%以下、 Co:40〜55%、 Cr: 7〜12%、 Ni:10〜30% を含有し、 Mo:2〜4%、 W:8%以下 の1種または2種を含有し、さらに Hf:0.2%以下、 Zr:0.2%以下 のうちの1種または2種を含有し、残りがFeと不可避
    不純物からなる組成を有し、かつ 0.5Co+Ni+1.5Cr≦55 0.4≦(Ni+Cr)/(Co+Mo+1/2W)≦
    0.7 の条件を満足することを特徴とする耐エロージョン性に
    優れたボイラー用合金。
  3. 【請求項3】 重量%で、 C:0.1%以下、 Si:2.5%以下、 Mn:1.0%以下、 P:0.03%以下、 S:0.005%以下、 N:0.2%以下、 Co:40〜55%、 Cr: 7〜12%、 Ni:10〜30% を含有し、 Mo:2〜4%、 W:8%以下 の1種または2種を含有し、さらに Y:0.1%以下、 La:0.1%以下、 Ce:0.1%以下 のうちの1種または2種以上を含有し、残りがFeと不
    可避不純物からなる組成を有し、かつ 0.5Co+Ni+1.5Cr≦55 0.4≦(Ni+Cr)/(Co+Mo+1/2W)≦
    0.7 の条件を満足することを特徴とする耐エロージョン性に
    優れたボイラー用合金。
  4. 【請求項4】 重量%で、 C:0.1%以下、 Si:2.5%以下、 Mn:1.0%以下、 P:0.03%以下、 S:0.005%以下、 N:0.2%以下、 Co:40〜55%、 Cr: 7〜12%、 Ni:10〜30% を含有し、 Mo:2〜4%、 W:8%以下 の1種または2種を含有し、さらに Hf:0.2%以下、 Zr:0.2%以下 のうちの1種または2種と Y:0.1%以下、 La:0.1%以下、 Ce:0.1%以下 のうちの1種または2種以上を含有し、残りがFeと不
    可避不純物からなる組成を有し、かつ 0.5Co+Ni+1.5Cr≦55 0.4≦(Ni+Cr)/(Co+Mo+1/2W)≦
    0.7 の条件を満足することを特徴とする耐エロージョン性に
    優れたボイラー用合金。
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