JPH0570896A - 高温耐食鋼 - Google Patents

高温耐食鋼

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JPH0570896A
JPH0570896A JP23440991A JP23440991A JPH0570896A JP H0570896 A JPH0570896 A JP H0570896A JP 23440991 A JP23440991 A JP 23440991A JP 23440991 A JP23440991 A JP 23440991A JP H0570896 A JPH0570896 A JP H0570896A
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JP
Japan
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steel
high temperature
corrosion resistance
weight
corrosion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP23440991A
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English (en)
Inventor
Masatomo Shinohara
正朝 篠原
Toshiaki Nishio
敏明 西尾
Kazuo Hiromatsu
一男 広松
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、高温腐食環境で優れた耐食性と溶接
部での優れた靭性を得て火炉壁管の製作を可能とし、か
つ溶接部の脆性破壊を回避でき、もってコスト高を招く
ことなく高温腐食を防止できることを主要な目的とす
る。 【構成】C:0.3重量%以下、Cr:13〜16重量
%、Mo:0.5〜3重量%、Nb:0.05〜0.4
重量%、及び残部が実質的にFeとから成り、かつ(N
b+2×Ti+V)/Cの重量%比が6以下であること
を特徴とする高温耐食鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、製紙会社のソーダ回収
ボイラの火炉壁管、過熱器管及びスペーサー等の付着金
物類等の材料、一般ゴミ及び産業廃棄物を燃料とするボ
イラの火炉壁管、及び過熱器管等の熱交換器管用材料に
用いられる高温耐食鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】ボイラの火炉壁管は一般に炭素鋼及び低
合金鋼が、また過熱器管はこれらの鋼に加え9Cr系
鋼、12Cr系鋼及び18Cr系オーステナイトステンレス
鋼が、使用温度に応じ使用される。ソーダ回収ボイラの
場合、高温腐食が問題となる為、火炉壁管には炭素鋼表
面に18Cr系フェライトステンレス鋼の溶接肉盛をした
もの及び外側が18Cr系オーステナイトステンレス鋼で
内側が炭素鋼の密着二重管が使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、以下に述べる問題点を有する。 (1) 炭素鋼表面にステンレス鋼を溶接肉盛する方法は、
溶接施工の工程が追加されるため、製造期間及び製造コ
ストの増大を招く。
【0004】(2) ステンレス鋼を外側とする密着二重管
は、二重管の製造コストが高い。火炉壁管の場合、内部
流体が高温水であるため18Cr系オーステナイトステン
レス鋼は応力腐食割れの可能性があり、使用するには危
険が大きい。
【0005】(3) ボイラ用熱交換器管として使用可能で
耐食性の優れた材料は、12Cr系マルテンサイト鋼及び
17Cr系フェライト鋼であるが、12Cr系鋼はソーダ回
収ボイラ炉内に対する耐食性の点からCr濃度が不足で
ある。
【0006】(4) 17Cr系フェライト鋼は、金属組織が
フェライト単相であるため、溶接時に熱影響を受けると
結晶粒が粗大化し強度,延性及び靭性が低下する。この
ため、溶接割れを発生し易く、また火炉壁管パネルの変
形により歪が集中すると溶接部より脆性破壊を生ずる可
能性がある。
【0007】(5) 従来の15Cr系のフェライト−マルテ
ンサイト二相鋼は、18Cr系鋼に比べ靭性が改良される
が、溶接熱影響部はやはり粗粒化するため靭性が低下す
る。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高温腐
食環境で優れた耐食性と溶接部での優れた靭性を得て火
炉壁管の製作を可能とし、かつ溶接部の脆性破壊を回避
でき、もってコスト高を招くことなく高温腐食を防止で
きる高温耐食鋼を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、C:0.3重
量%以下、Cr:13〜16重量%、Mo:0.5〜3
重量%、Nb:0.05〜0.4重量%、及び残部が実
質的にFeとから成り、かつ(Nb+2×Ti+V)/
Cの重量%比が6以下であることを特徴とする高温耐食
鋼である。
【0009】本発明に係る高温耐食鋼において、Ti:
0.3重量%以下、Ni:2重量%以下、及びV:0.
3重量%以下のいずれか1種以上を含有する事が好まし
い。以下、本発明の金属材料成分を上記ように定めた理
由について詳述する。
【0010】(1) C:金属組織にマルテンサイト相を形
成するため及びNb,Ti,Vと炭化物を形成するため
に添加するが、過度の添加は耐溶接割れ性を劣化させる
ため、0.3重量%(以下、単に%という)以下とす
る。
【0011】(2) Cr:高温腐食に対する耐食性の点で
13%以上とするが、Cr量が増加すると金属組織のフ
ェライト相が増えて粗粒化し易くなり、またフェライト
結晶粒自体の靭性が低下するため、上限を16%とす
る。 (3) Mo:高温のクリープ破断強度を改善するため0.
5%以上添加するが、過度の添加は靭性を阻害し、また
高価な元素であるため、上限を3%とする。
【0012】(4) Nb:炭化物を形成し、高温下での結
晶粒生長を抑制するため0.05%以上添加するが、過
度に添加すると靭性を低下させるため、上限を0.4%
とする。
【0013】(5) Ti:Nbと同様に炭化物を形成し、
高温下での結晶粒成長を抑制する。Nbの単独添加でも
結晶粒成長抑制効果は得られるが、Tiを複合添加する
と大きな効果が得られる。しかし、過度に添加すると、
偏析を生じ、延性を阻害するため、上限を0.3%とす
る。
【0014】(6) Ni:Niは焼入れ性を高めマルテン
サイト相の生成を促進すると共に靭性を向上させるので
添加して良いが、過度の添加は焼戻し脆化を生ずる可能
性があり、また応力腐食割れ感受性を高めるのでその添
加の上限は2%とする。
【0015】(7) V:微細なV炭化物を形成し、高温の
クリープ破断強度を高める。過熱器管のように高温強度
を必要とする場合、添加すると効果があるが、過度の添
加は耐溶接割れ性を劣化させるため、上限を0.3%と
する。
【0016】(8) Nb,Ti及びVはCと結合して炭化
物を形成するため、マルテンサイト相形成に寄与するC
の割合は添加量よりも低くなる。Cが低下すると金属組
織のマルテンサイト相が減少しフェライト相が増加する
ため強度が低下すると共に、溶接熱影響部のフェライト
結晶粒が粗粒化するため、Cに対するNb,Ti及びV
の合計の比(Nb+2×Ti+V)/Cの上限を6とす
る。ここで、Tiは原子質量数が48で、Nbの原子質
量数93の約1/2であり、またこれらの炭化物はCと
原子数で1:1の割合で結合するため、同じ重量%であ
ればTiはNbの約2倍数の炭化物を形成する。従っ
て、Tiには2を乗じている。同様にVも原子質量数が
Nbの約1/2であるが、炭化物形成能が、NbやTi
に比べてやや低いので、Vには2を乗じていない。Cの
原子質量数は12でNbの約1/8であるので、(Nb
+2×Ti+V)/C比が6以下ということは、Cが炭
化物になるのはおよそ3/4以下で、残りの1/4以上
はマルテンサイト相の生成に寄与する。
【0017】(9) 上記以外の元素として、Si及びMn
は通常脱酸元素として製鋼上必要であるため、Si:
0.4%以下、Mn:2%以下の範囲で添加することが
通常行われている。 なお、前記元素の内、Ti,Ni及びVは必ずしも添加
する必要はなく、それぞれの効果を必要とする時に前記
の添加範囲内で添加すれば良い。
【0018】
【作用】Crを13〜16%とすることにより、耐食性
を従来の18Crステンレス鋼の溶接肉盛材と同等以上に
することができ、またフェライト相とマルテンサイト相
の2相組織となり、17Cr系フェライト鋼に比べ組織が
微細化し易く、強度及び靭性も向上する。また、フェラ
イト結晶粒の靭性もCr濃度が高くないため著しく劣化
することはない。更に、NbまたはNbとTiを添加し
て組織を微細化すると共に溶接熱影響部の粗粒化を抑制
することができ、靭性の劣化を防ぐことができ、強度及
び延性も良好である。
【0019】また、Cに対するNb,Ti及びVの合計
の比を適宜制限することで、組織のフェライト相の割合
が過度に増加するのを防ぎ、強度低下を防ぐと共に粗粒
化を防ぐため、良好な延性及び靭性が得られる。この結
果、溶接部の靭性が優れた耐食鋼を得ることができる。
【0020】
【実施例】開発鋼の成分6種と比較のための成分9種、
合計15種の成分について各々10kgの溶解を行ない、
鍛造により厚さ25mmで100mm×150mmの板に仕上
げた。15種について成分分析を行なった結果を、表1
に示す。
【0021】
【表1】
【0022】これらの試験材は全て鍛造後950℃で1
hr加熱した後空冷し、その後650℃で2hrの加熱を行
なった。この15種の試験材について、引張試験及び2
mmVノッチシャルピー衝撃試験(0℃)を行なった結果
を、表2に示す。
【0023】
【表2】
【0024】開発鋼及び比較鋼とも、この段階ではいず
れも良好な引張性質及び衝撃値を示した。金属組織は1
5種全てフェライト相と焼き戻しマルテンサイト相の2
相から成る微細結晶粒の組織であった。その後、これら
の試験材に対し溶接した時の溶接熱影響を再現するため
に、高周波加熱により1,100℃×15min の急速加
熱及び冷却を行ない、更に溶接後熱処理に相当する62
0℃×1hrの加熱を行ない、空冷した。この後、再び引
張試験及び衝撃試験を行なった結果を、表3に示す。
【0025】
【表3】
【0026】A及びBは再焼入れとその後の熱処理温度
が低いため、0.2%耐力と引張強さがやや増加した
が、CからO迄の材料は全て強度が低下した。また、伸
び−絞りの延性及び衝撃値は全ての材料で低下し、特に
衝撃値は材料間で大きな差を生じた。フェライト相の結
晶粒が粗粒化した材料は著しい衝撃値の低下が見られた
が、開発鋼は全て2kgf・m/cm2 以上の値が得られ
た。この2kgf・m/cm2 の値は脆性破壊を防止するた
めの衝撃値目標である。Cr含有量と衝撃値との関係を
図1に示す。但し、図1において、試験機は開発鋼(J
〜O),比較鋼(A,B,C)である。図1より、Cr
含有量が16%以下の場合に良好な衝撃値が得られてい
ることがわかる。
【0027】図2は、Nb含有量と衝撃量の関係を示
す。但し、図2において、試験機は開発鋼(J〜O),
比較鋼(E,I)である。図2より、Nb含有量が0.
05%から0.4%の間で良好な衝撃値が得られること
がわかる。図3は、Ti含有量と衝撃値の関係を示す。
但し、図3において、試験機は開発鋼(J〜O),比較
鋼(F)である。図3より、Ti含有量が0.3%以下
で良好な衝撃値が得られることがわかる。図4は、(N
b+2×Ti+V)/Cの重量%比と衝撃値の関係を示
す。但し、図4において、試験機は開発鋼(J〜O),
比較鋼(G,H)である。図4より、(Nb+2×Ti
+V)/Cが6を超えると衝撃値が劣化することがわか
る。
【0028】Niを含有するOの材料の場合、衝撃値が
高く特に高い衝撃値を必要とする場合に、Niの添加が
有効であることがわかる。また、C及びVが上限値を超
えるDの材料は衝撃値が低く、過度の添加は良くないこ
とがわかる。更に、Cr含有量と腐食との関係を調べる
ため、Clを含むアルカリ塩の腐食灰を合成試薬により
作成し、3mm厚さで15mm角の試験片を腐食灰中に埋め
込んでN2 ガスを流しながら、500℃で200hr加熱
した後、生成したスケールを除去し、重量減少を測定し
た。その結果を図5に示す。但し、図5において、腐食
灰:30%Na2O+30%Na2 SO4 +30%Na2 CO
3 +10%NaCI、温度・時間:500℃×200hr、
試験機:開発鋼(J〜O),比較鋼(A,B,C)であ
る。図5より、Cr含有量が13%以上で良好な耐食性
を示すことがわかる。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、次に述べる利点を有す
る。
【0030】ボイラ炉内のような高温腐食環境で優れた
耐食性が得られると共に溶接部の靭性が優れているた
め、火炉壁管の製作が可能であり、かつ溶接部の脆性破
壊を避けることができる。これにより、製造コストの高
いステンレス鋼の溶接肉盛あるいは材料コストの高いス
テンレス鋼の密着二重管を使用することなく、高温腐食
を防止する手段を提供することができる。また、本発明
は、ボイラ熱交換器の高温腐食のみならず、化学工業そ
の他の分野における腐食防止対策用の材料として使用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るCr含有量と衝撃値の関
係図。
【図2】Nb含有量と衝撃値の関係を示す図。
【図3】Ti含有量と衝撃値の関係を示す図。
【図4】(Nb+2Ti+V)/C比と衝撃値の関係を
示す図。
【図5】Cr含有量と腐食との関係を示す図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.3重量%以下、Cr:13〜1
    6重量%、Mo:0.5〜3重量%、Nb:0.05〜
    0.4重量%、及び残部が実質的にFeとから成り、か
    つ(Nb+2×Ti+V)/Cの重量%比が6以下であ
    ることを特徴とする高温耐食鋼。
  2. 【請求項2】 Ti:0.3重量%以下、Ni:2重量
    %以下、及びV:0.3重量%以下のいずれか1種以上
    を含有する請求項1の高温耐食鋼。
JP23440991A 1991-09-13 1991-09-13 高温耐食鋼 Withdrawn JPH0570896A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200230682A1 (en) * 2014-12-10 2020-07-23 Nippon Steel Corporation Blank, formed article, die assembly, and method for producing blank

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200230682A1 (en) * 2014-12-10 2020-07-23 Nippon Steel Corporation Blank, formed article, die assembly, and method for producing blank
US11904374B2 (en) * 2014-12-10 2024-02-20 Nippon Steel Corporation Blank, formed article, die assembly, and method for producing blank

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Effective date: 19981203