JPH07242971A - 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合金および複層鋼管 - Google Patents
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合金および複層鋼管Info
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- JPH07242971A JPH07242971A JP3689594A JP3689594A JPH07242971A JP H07242971 A JPH07242971 A JP H07242971A JP 3689594 A JP3689594 A JP 3689594A JP 3689594 A JP3689594 A JP 3689594A JP H07242971 A JPH07242971 A JP H07242971A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は化石燃料またはごみ類を燃焼せしめ
てエネルギー源とする設備において使用されるボイラー
用鋼管等に使用される高耐食鋼管を提供する。 【構成】 （１）Ｃ ０．０５％以下、Ｓｉ １．０〜
２．７％、Ｍｎ ０．０２〜０．５％、Ｃｒ ２２〜２
９％、Ｍｏ ４％以下、Ｆｅ ５．０〜２５％、Ｎｂ
０．４％以下、Ａｌ ０．０５％以下含有し、残りをＮ
ｉと不可避不純物から成る合金、（２）上記合金をライ
ナー材とし、規格ボイラー用鋼管を母層材とする複層鋼
管。 【効果】 本発明合金は、目標とする使用環境において
高耐食性を有し、かつ、複層鋼管としても高い使用性能
が得られる。
てエネルギー源とする設備において使用されるボイラー
用鋼管等に使用される高耐食鋼管を提供する。 【構成】 （１）Ｃ ０．０５％以下、Ｓｉ １．０〜
２．７％、Ｍｎ ０．０２〜０．５％、Ｃｒ ２２〜２
９％、Ｍｏ ４％以下、Ｆｅ ５．０〜２５％、Ｎｂ
０．４％以下、Ａｌ ０．０５％以下含有し、残りをＮ
ｉと不可避不純物から成る合金、（２）上記合金をライ
ナー材とし、規格ボイラー用鋼管を母層材とする複層鋼
管。 【効果】 本発明合金は、目標とする使用環境において
高耐食性を有し、かつ、複層鋼管としても高い使用性能
が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｖ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌが
含まれる原油、重油、タール、石炭等を燃焼するボイラ
ー等の環境およびごみや産業廃棄物焼却環境で使用され
る鋼管用合金に係り、さらに、このような環境下で形成
されるＶ２Ｏ５、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ等の存在下で
高い耐ホットコロージョン性を有する複層鋼管に関する
ものである。
含まれる原油、重油、タール、石炭等を燃焼するボイラ
ー等の環境およびごみや産業廃棄物焼却環境で使用され
る鋼管用合金に係り、さらに、このような環境下で形成
されるＶ２Ｏ５、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ等の存在下で
高い耐ホットコロージョン性を有する複層鋼管に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】原油、重油等を燃料とするボイラー、ご
み焼却等の燃焼環境において、燃料中に存在するまたは
燃焼中に生成するＶ２Ｏ５、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ、
ＫＣｌ、ＣａＳＯ４が酸化スケール等の腐食生成物中に
付着、堆積して、溶融塩環境を形成し、バナジウムアタ
ックやホットコロージョンと称される腐食形態を発生す
る。これらの腐食形態、特にバナジウムアタックに対し
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ等の合金成分が一定の耐食性を有する
ことは、技術文献（例えば、「Corrosion 」、第４２
巻、第５６８頁および「鉄と鋼」第６７巻、第９９６
頁）に解説されている。
み焼却等の燃焼環境において、燃料中に存在するまたは
燃焼中に生成するＶ２Ｏ５、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ、
ＫＣｌ、ＣａＳＯ４が酸化スケール等の腐食生成物中に
付着、堆積して、溶融塩環境を形成し、バナジウムアタ
ックやホットコロージョンと称される腐食形態を発生す
る。これらの腐食形態、特にバナジウムアタックに対し
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ等の合金成分が一定の耐食性を有する
ことは、技術文献（例えば、「Corrosion 」、第４２
巻、第５６８頁および「鉄と鋼」第６７巻、第９９６
頁）に解説されている。
【０００３】一方、二重管を製造する方法として、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させ、さらに熱間圧延
により所謂クラッド鋼板を製造し、クラッド鋼板をサブ
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。
また、特開昭６４−１７８０６号公報には、複層ビレッ
トを製造する方法は明記されていないが、複層鋼管が示
されている。
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させ、さらに熱間圧延
により所謂クラッド鋼板を製造し、クラッド鋼板をサブ
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。
また、特開昭６４−１７８０６号公報には、複層ビレッ
トを製造する方法は明記されていないが、複層鋼管が示
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】火力発電等の化石燃料
またはごみ類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、重油等またはプラス
チックの混入するごみ類である場合、それらの燃料等の
燃焼生成物には多量のＶ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌを含有するこ
とが多い。そして、発電設備または燃焼設備の炉壁管、
蒸気過熱器管等の表面にはＶ２Ｏ５、Ｎａ２ＳＯ４、Ｎ
ａＣｌ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溶融してホットコロ
ージョンを発生させ、長期間の使用中には炉壁管、蒸気
過熱器管等を破壊するに至る。
またはごみ類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、重油等またはプラス
チックの混入するごみ類である場合、それらの燃料等の
燃焼生成物には多量のＶ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌを含有するこ
とが多い。そして、発電設備または燃焼設備の炉壁管、
蒸気過熱器管等の表面にはＶ２Ｏ５、Ｎａ２ＳＯ４、Ｎ
ａＣｌ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溶融してホットコロ
ージョンを発生させ、長期間の使用中には炉壁管、蒸気
過熱器管等を破壊するに至る。
【０００５】さらに、石炭専燃ボイラーまたは流動床炉
形式のごみ焼却や発電設備の場合、燃焼灰、流動砂によ
るホットエロージョンが炉壁管、蒸気過熱器管等の表面
に発生し、ホットコロージョンを加速する。
形式のごみ焼却や発電設備の場合、燃焼灰、流動砂によ
るホットエロージョンが炉壁管、蒸気過熱器管等の表面
に発生し、ホットコロージョンを加速する。
【０００６】本発明は、Ｖ２Ｏ５、Ｎａ２ＳＯ４、Ｎａ
Ｃｌ等が存在する高温燃焼環境において、高耐食性、耐
エロージョン性を有する合金および該合金からなる複層
鋼管を低コストで提供することを目的とするものであ
る。
Ｃｌ等が存在する高温燃焼環境において、高耐食性、耐
エロージョン性を有する合金および該合金からなる複層
鋼管を低コストで提供することを目的とするものであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、燃焼中に
生成するＶ２Ｏ５、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、
ＣａＳＯ４が酸化スケールに付着、堆積する高温燃焼環
境に適合する材料の各種開発研究の結果、次のような知
見が得られた。 前記の高温燃焼環境においては、合金の耐食性はＣ
ｒ含有量のみでなく、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｏとの組合わせに
依存する。すなわち、一般にＯ２含有量の高い高温酸化
環境においては、Ｃｒの高い合金が耐食性を有するが、
原油、重油、タール、石炭等を燃料とする発電設備およ
びごみ焼却設備では、ＮＯｘ低減対策のためにＯ２含有
量を低減しているため高Ｃｒ含有合金が必ずしも耐食性
を有しないのである。
生成するＶ２Ｏ５、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、
ＣａＳＯ４が酸化スケールに付着、堆積する高温燃焼環
境に適合する材料の各種開発研究の結果、次のような知
見が得られた。 前記の高温燃焼環境においては、合金の耐食性はＣ
ｒ含有量のみでなく、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｏとの組合わせに
依存する。すなわち、一般にＯ２含有量の高い高温酸化
環境においては、Ｃｒの高い合金が耐食性を有するが、
原油、重油、タール、石炭等を燃料とする発電設備およ
びごみ焼却設備では、ＮＯｘ低減対策のためにＯ２含有
量を低減しているため高Ｃｒ含有合金が必ずしも耐食性
を有しないのである。
【０００８】 前記の高温燃焼環境においては、合金
表面に形成されるスケール内に低融点化合物、例えばＮ
ａ２Ｏ−Ｖ２Ｏ５、ＮａＣｌ−Ｎａ２ＳＯ４−ＫＣｌ−
ＣａＳＯ４等の共晶化合物を生成するために溶融スケー
ルが形成される。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腐食速度が
異常に大きくなる。さらに、流動砂、石炭灰によるホッ
トエロージョンが腐食速度を増加させるのである。
表面に形成されるスケール内に低融点化合物、例えばＮ
ａ２Ｏ−Ｖ２Ｏ５、ＮａＣｌ−Ｎａ２ＳＯ４−ＫＣｌ−
ＣａＳＯ４等の共晶化合物を生成するために溶融スケー
ルが形成される。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腐食速度が
異常に大きくなる。さらに、流動砂、石炭灰によるホッ
トエロージョンが腐食速度を増加させるのである。
【０００９】 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−Ｖ２Ｏ５等の低融点化
合物の融液の中に合金のスケール、例えばＦｅ２Ｏ３が
溶解することにより発生する。このため融液に溶融し難
いスケール組成にすることが合金の耐食性を高めるのに
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。
ケール内に形成されるＮａ２Ｏ−Ｖ２Ｏ５等の低融点化
合物の融液の中に合金のスケール、例えばＦｅ２Ｏ３が
溶解することにより発生する。このため融液に溶融し難
いスケール組成にすることが合金の耐食性を高めるのに
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。
【００１０】 耐ホットエロージョン性を付与するた
めには、マトリックスの強化とともに巨大析出物の形成
を抑制することが必要である。特に、粒界に連続した炭
窒化物を形成すると溶融スケールにより炭窒化物が選択
的に侵食されるため腐食量が増加する。このため、炭窒
化物の粒界析出を抑制することが必要である。
めには、マトリックスの強化とともに巨大析出物の形成
を抑制することが必要である。特に、粒界に連続した炭
窒化物を形成すると溶融スケールにより炭窒化物が選択
的に侵食されるため腐食量が増加する。このため、炭窒
化物の粒界析出を抑制することが必要である。
【００１１】 複層鋼管は４００〜７００℃の温度範
囲で使用されるが、この温度域は種々の析出物が生成す
る温度であり、炭化物は低融点スケールに溶解するため
に、特に連続した炭化物の析出、例えば粒界の連続した
炭化物の析出、は腐食量を増大させる。このため、ライ
ナー材のＣ含有量を低減する必要がある。
囲で使用されるが、この温度域は種々の析出物が生成す
る温度であり、炭化物は低融点スケールに溶解するため
に、特に連続した炭化物の析出、例えば粒界の連続した
炭化物の析出、は腐食量を増大させる。このため、ライ
ナー材のＣ含有量を低減する必要がある。
【００１２】 複層鋼管は、蒸気過熱器管等に使用さ
れる場合、Ｕ字曲げ等の冷間加工が必要となる。このた
め、外管材または内管材として使用される合金は母層材
として使用されるボイラー用鋼管と同等以上の冷間加工
が必要であり、耐食性と同時に、所要の冷間加工性を満
足する合金設計が求められる。
れる場合、Ｕ字曲げ等の冷間加工が必要となる。このた
め、外管材または内管材として使用される合金は母層材
として使用されるボイラー用鋼管と同等以上の冷間加工
が必要であり、耐食性と同時に、所要の冷間加工性を満
足する合金設計が求められる。
【００１３】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
ものであり、次のような事項を要旨としている。 （１） 重量％で、Ｃ ０．０５％以下、Ｓｉ １．０
〜２．７％、Ｍｎ ０．０２〜０．５％、Ｃｒ ２２．
０〜２９．０％、Ｆｅ ５．０〜２５．０％、Ｍｏ ４
％以下、Ｎｂ ０．４％以下、Ａｌ ０．０５％以下、
残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、かつ下記の式
を満足することを特徴とする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合金。 Ｎｉ≧（Ｃｒ＋２Ｓｉ＋０．５Ｍｏ） Ｎｂ≧８Ｃ Ｍｏ（Ｃｒ−２０）≧８ （２） 規格ボイラー用鋼管を母層材とし、前記（１）
に記載された合金を外層または内層のライナー材とする
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。
ものであり、次のような事項を要旨としている。 （１） 重量％で、Ｃ ０．０５％以下、Ｓｉ １．０
〜２．７％、Ｍｎ ０．０２〜０．５％、Ｃｒ ２２．
０〜２９．０％、Ｆｅ ５．０〜２５．０％、Ｍｏ ４
％以下、Ｎｂ ０．４％以下、Ａｌ ０．０５％以下、
残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、かつ下記の式
を満足することを特徴とする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合金。 Ｎｉ≧（Ｃｒ＋２Ｓｉ＋０．５Ｍｏ） Ｎｂ≧８Ｃ Ｍｏ（Ｃｒ−２０）≧８ （２） 規格ボイラー用鋼管を母層材とし、前記（１）
に記載された合金を外層または内層のライナー材とする
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。
【００１４】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明
の合金組成を設計するために、スケール材の使用環境、
すなわち高温燃焼環境において、合金表面に形成される
低融点化合物からなる溶融スケールをシュミレーション
して腐食試験を行った。溶融スケールシュミレーション
環境においては、１５％ＮａＣｌ＋１５％ＫＣｌ＋５％
ＮａＳＯ４＋６５％ＰｂＣｌ２からなる溶融塩を使用
し、試験片表面に１ｍｍ厚に塗布し、５００℃で１００
時間保持して腐食試験を行った。その結果を、図１〜図
３に示す。
の合金組成を設計するために、スケール材の使用環境、
すなわち高温燃焼環境において、合金表面に形成される
低融点化合物からなる溶融スケールをシュミレーション
して腐食試験を行った。溶融スケールシュミレーション
環境においては、１５％ＮａＣｌ＋１５％ＫＣｌ＋５％
ＮａＳＯ４＋６５％ＰｂＣｌ２からなる溶融塩を使用
し、試験片表面に１ｍｍ厚に塗布し、５００℃で１００
時間保持して腐食試験を行った。その結果を、図１〜図
３に示す。
【００１５】図１は、合金の腐食量に及ぼすＣｒの影響
を示したものであり、Ｃｒ−２Ｓｉ−２Ｍｏ−５Ｆｅ−
Ｎｉ合金を１０％Ｏ２＋Ｎ２＋０．００１％ＨＣｌ含有
雰囲気ガス中で腐食試験した結果である。図２は、合金
の腐食量に及ぼすＳｉの影響を示したものであり、２５
Ｃｒ−Ｓｉ−３Ｍｏ−１０Ｆｅ−Ｎｉ合金を１０％Ｏ２
＋Ｎ２＋０．００１％ＨＣｌ雰囲気ガス中で腐食試験を
した結果である。図３は、合金の腐食量に及ぼすＦｅの
影響を示したものであり、２５Ｃｒ−１．８Ｓｉ−３Ｍ
ｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金を１０％Ｏ２＋Ｎ２＋０．００１％
ＨＣｌ＋０．０２％ＳＯ２雰囲気ガス中で腐食試験をし
た結果である。
を示したものであり、Ｃｒ−２Ｓｉ−２Ｍｏ−５Ｆｅ−
Ｎｉ合金を１０％Ｏ２＋Ｎ２＋０．００１％ＨＣｌ含有
雰囲気ガス中で腐食試験した結果である。図２は、合金
の腐食量に及ぼすＳｉの影響を示したものであり、２５
Ｃｒ−Ｓｉ−３Ｍｏ−１０Ｆｅ−Ｎｉ合金を１０％Ｏ２
＋Ｎ２＋０．００１％ＨＣｌ雰囲気ガス中で腐食試験を
した結果である。図３は、合金の腐食量に及ぼすＦｅの
影響を示したものであり、２５Ｃｒ−１．８Ｓｉ−３Ｍ
ｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金を１０％Ｏ２＋Ｎ２＋０．００１％
ＨＣｌ＋０．０２％ＳＯ２雰囲気ガス中で腐食試験をし
た結果である。
【００１６】図１〜３から、最適範囲のＣｒ含有量は２
２．０〜２９．０％、Ｓｉ含有量は１．０〜２．７％お
よびＦｅ含有量は５．０〜２５％であることが分る。な
お、点線は使用環境において望ましい腐食限界量を示し
ている。
２．０〜２９．０％、Ｓｉ含有量は１．０〜２．７％お
よびＦｅ含有量は５．０〜２５％であることが分る。な
お、点線は使用環境において望ましい腐食限界量を示し
ている。
【００１７】本発明の合金が複層鋼管として使用される
場合、デルタフェライトの析出による冷間加工性の劣化
の抑制が必要であるが、合金の冷間加工性の評価として
はＪＩＳ Ｇ３４６３に規定されている偏平試験に準じ
て密着偏平試験を行った。その結果を、図４に示す。図
４は、密着偏平試験に及ぼすＮｉ含有量と（Ｃｒ＋２Ｓ
ｉ＋０．５Ｍｏ）含有量の関係を示したものである。Ｎ
ｉ≧Ｃｒ＋２Ｓｉ＋０．５Ｍｏであれば割れは発生せ
ず、高い冷間加工性が得られる。
場合、デルタフェライトの析出による冷間加工性の劣化
の抑制が必要であるが、合金の冷間加工性の評価として
はＪＩＳ Ｇ３４６３に規定されている偏平試験に準じ
て密着偏平試験を行った。その結果を、図４に示す。図
４は、密着偏平試験に及ぼすＮｉ含有量と（Ｃｒ＋２Ｓ
ｉ＋０．５Ｍｏ）含有量の関係を示したものである。Ｎ
ｉ≧Ｃｒ＋２Ｓｉ＋０．５Ｍｏであれば割れは発生せ
ず、高い冷間加工性が得られる。
【００１８】本発明の合金は、ボイラー等の燃焼停止時
において燃焼生成物中に存在する塩化物と酸化性環境に
より形成される、孔食に対しても耐食性を有することが
必要である。孔食の抑制のためにＣｒとＭｏの複合添加
が有効である。この効果を調べるために、燃焼生成物を
シュミレートした５％ＦｅＣｌ３溶液中における孔食試
験を行った。その結果を、図５に示す。図５は、孔食発
生の抑制に及ぼすＣｒとＭｏの影響を示したものであ
り、５％ＦｅＣｌ３溶液、５０℃で試験を実施した。Ｃ
ｒ含有量が２０．０〜２９．０％の範囲では、孔食発生
の抑制にはＭｏ添加量は４％以下、かつＭｏ（Ｃｒ−２
０）≧８であることが必要である。
において燃焼生成物中に存在する塩化物と酸化性環境に
より形成される、孔食に対しても耐食性を有することが
必要である。孔食の抑制のためにＣｒとＭｏの複合添加
が有効である。この効果を調べるために、燃焼生成物を
シュミレートした５％ＦｅＣｌ３溶液中における孔食試
験を行った。その結果を、図５に示す。図５は、孔食発
生の抑制に及ぼすＣｒとＭｏの影響を示したものであ
り、５％ＦｅＣｌ３溶液、５０℃で試験を実施した。Ｃ
ｒ含有量が２０．０〜２９．０％の範囲では、孔食発生
の抑制にはＭｏ添加量は４％以下、かつＭｏ（Ｃｒ−２
０）≧８であることが必要である。
【００１９】以上の結果から、本発明合金をライナー材
として用いる場合の各成分の範囲は下記の通りである。 Ｃ：炭化物が溶融スケールにより腐食され、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。本発明合金は、Ｓｉ含有量が
高いために、炭化物の析出が促進されるので、Ｃ含有量
は０．０５％を上限として製造時に低減し、かつ、後に
述べるＮｂを添加することによって、粒界への炭化物の
析出を抑制する。
として用いる場合の各成分の範囲は下記の通りである。 Ｃ：炭化物が溶融スケールにより腐食され、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。本発明合金は、Ｓｉ含有量が
高いために、炭化物の析出が促進されるので、Ｃ含有量
は０．０５％を上限として製造時に低減し、かつ、後に
述べるＮｂを添加することによって、粒界への炭化物の
析出を抑制する。
【００２０】Ｓｉ：耐ホットエロージョン性を向上させ
る成分であるが、同時に合金中のＣの活量を大にし、そ
の結果、炭化物の析出を増加させる。また、Ｓｉは強力
なフェライト形成元素として作用し、デルタフェライト
の析出を増加させることによって耐ホットコロージョン
性を劣化させる負の効果もある。図２の試験結果に認め
られるように最適範囲は１．０〜２．７％である。Ｓｉ
は合金溶製時において脱酸材としても作用し、また強力
なフェライト形成元素であるために、上記の成分範囲と
ともに、下記の式で含有量が制限される。 Ｎｉ≧Ｃｒ＋２Ｓｉ＋０．５Ｍｏ
る成分であるが、同時に合金中のＣの活量を大にし、そ
の結果、炭化物の析出を増加させる。また、Ｓｉは強力
なフェライト形成元素として作用し、デルタフェライト
の析出を増加させることによって耐ホットコロージョン
性を劣化させる負の効果もある。図２の試験結果に認め
られるように最適範囲は１．０〜２．７％である。Ｓｉ
は合金溶製時において脱酸材としても作用し、また強力
なフェライト形成元素であるために、上記の成分範囲と
ともに、下記の式で含有量が制限される。 Ｎｉ≧Ｃｒ＋２Ｓｉ＋０．５Ｍｏ
【００２１】Ｍｎ：Ｓｉと同様に脱酸材として添加する
ことが合金溶製時に必要である。０．０２％未満では脱
酸効果が低く、０．５％超では脱酸効果が飽和するの
で、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。しかし、Ｃ
ｒはフェライト形成元素であり、合金製造時にデルタフ
ェライトを形成し、かつ強力な炭化物形成元素である。
デルタフェライトは、炭化物とともに異常腐食の原因と
なるので、過剰な添加はかえって耐食性を劣化する。図
１に示すようにＣｒの含有量は２２．０〜２９．０％が
最適範囲である。
ことが合金溶製時に必要である。０．０２％未満では脱
酸効果が低く、０．５％超では脱酸効果が飽和するの
で、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。しかし、Ｃ
ｒはフェライト形成元素であり、合金製造時にデルタフ
ェライトを形成し、かつ強力な炭化物形成元素である。
デルタフェライトは、炭化物とともに異常腐食の原因と
なるので、過剰な添加はかえって耐食性を劣化する。図
１に示すようにＣｒの含有量は２２．０〜２９．０％が
最適範囲である。
【００２２】Ｎｉ：Ｃｒとともに耐食酸化膜を形成する
元素であるが、本発明においては、オーステナイト組織
を保持するために添加される。Ｎｉ≧Ｃｒ＋２Ｓｉ＋
０．５Ｍｏの関係式を満足するような範囲で添加する。 Ｍｏ：本発明合金はボイラー等の燃焼停止時における燃
焼生成物中に存在する塩化物と酸化性環境により孔食発
生の抑制のためにＣｒとＭｏの複合添加が有効である。
このため、Ｍｏは４％以下の添加量において、下記の式
を満足する範囲の含有量が必要である。また、下記の式
を満足するためにＭｏは１％以上の含有量となる。 Ｍｏ（Ｃｒ−２０）≧８
元素であるが、本発明においては、オーステナイト組織
を保持するために添加される。Ｎｉ≧Ｃｒ＋２Ｓｉ＋
０．５Ｍｏの関係式を満足するような範囲で添加する。 Ｍｏ：本発明合金はボイラー等の燃焼停止時における燃
焼生成物中に存在する塩化物と酸化性環境により孔食発
生の抑制のためにＣｒとＭｏの複合添加が有効である。
このため、Ｍｏは４％以下の添加量において、下記の式
を満足する範囲の含有量が必要である。また、下記の式
を満足するためにＭｏは１％以上の含有量となる。 Ｍｏ（Ｃｒ−２０）≧８
【００２３】Ｎｂ：Ｃｒ炭化物が粒界に連続析出する
と、耐ホットコロージョン性が劣化する。このため、Ｎ
ｂを微量添加して粒内にＮｂ炭窒化物として粒内に分散
析出させる。Ｎｂの大量添加は金属間化合物の析出を生
じ、耐ホットコロージョン性の劣化、長時間使用後の脆
化をもたらすので、Ｃｒ炭化物の形成を抑制するのに十
分の量を添加することが望ましく、このため、Ｎｂ添加
量は０．４％以下で、かつ、下記の式を満足する範囲の
含有量が必要である。 Ｎｂ≧８Ｃ
と、耐ホットコロージョン性が劣化する。このため、Ｎ
ｂを微量添加して粒内にＮｂ炭窒化物として粒内に分散
析出させる。Ｎｂの大量添加は金属間化合物の析出を生
じ、耐ホットコロージョン性の劣化、長時間使用後の脆
化をもたらすので、Ｃｒ炭化物の形成を抑制するのに十
分の量を添加することが望ましく、このため、Ｎｂ添加
量は０．４％以下で、かつ、下記の式を満足する範囲の
含有量が必要である。 Ｎｂ≧８Ｃ
【００２４】Ｆｅ：本発明合金を適用する燃焼環境で形
成される低温溶融スケールには硫酸化物、例えば、Ｃａ
ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、が存在するが、特に雰囲気ガス
中に多量のＳＯ２が存在する場合は、合金中にＦｅを含
有することが溶融スケール中の耐食性を保持するために
必要である。図３の腐食試験結果に認められるように５
％以上添加することが耐食性を保持するために必要であ
り、また、２５％超の添加はむしろ耐食性を低減するの
で限界添加量を２５％とした。 Ａｌ：脱酸材として合金溶製時に添加する。多量の添加
は高温で長時間使用時に本発明合金を脆化せしめるので
添加量を０．０５％以下に制限する。
成される低温溶融スケールには硫酸化物、例えば、Ｃａ
ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、が存在するが、特に雰囲気ガス
中に多量のＳＯ２が存在する場合は、合金中にＦｅを含
有することが溶融スケール中の耐食性を保持するために
必要である。図３の腐食試験結果に認められるように５
％以上添加することが耐食性を保持するために必要であ
り、また、２５％超の添加はむしろ耐食性を低減するの
で限界添加量を２５％とした。 Ａｌ：脱酸材として合金溶製時に添加する。多量の添加
は高温で長時間使用時に本発明合金を脆化せしめるので
添加量を０．０５％以下に制限する。
【００２５】次に、本発明の複層鋼管の製造法の一例に
ついて述べる。外管を本発明合金また内管を規格ボイラ
ー用鋼とする場合であり、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粉末を静水圧プ
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、熱間押出法を用いて所定のサイズに
形成する。
ついて述べる。外管を本発明合金また内管を規格ボイラ
ー用鋼とする場合であり、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粉末を静水圧プ
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、熱間押出法を用いて所定のサイズに
形成する。
【００２６】本発明合金は、通常、真空溶解され、不活
性ガスアトマイズ法を用いて粉末とし、ＨＩＰ法を用い
て複層ビレットを製造するために、合金粉末は３５０μ
ｍのふるい目によってふるわれたふるい下が最適サイズ
である。合金粉末をＨＩＰ法を用いて上記のごとく既存
ボイラー用鋼管のビレットに圧着する最適条件の範囲
は、温度：１，０００−１，４００℃、圧力：１，００
０−１，８００気圧である。
性ガスアトマイズ法を用いて粉末とし、ＨＩＰ法を用い
て複層ビレットを製造するために、合金粉末は３５０μ
ｍのふるい目によってふるわれたふるい下が最適サイズ
である。合金粉末をＨＩＰ法を用いて上記のごとく既存
ボイラー用鋼管のビレットに圧着する最適条件の範囲
は、温度：１，０００−１，４００℃、圧力：１，００
０−１，８００気圧である。
【００２７】本発明合金のようにＳｉ含有量が高い合金
の場合は熱間変形能が低下し、通常の鋳造−熱間加工
（熱間圧延、熱間押出）プロセスを用いて造管すること
は困難であるが、ＨＩＰ法を用いて複層ビレットを製造
すること、さらにその複層ビレットを熱押プロセスによ
り複層鋼管として造管することは容易である。また、本
発明の複層鋼管は、上記の方法を用いて内層を本発明合
金とすることも必要に応じて可能である。
の場合は熱間変形能が低下し、通常の鋳造−熱間加工
（熱間圧延、熱間押出）プロセスを用いて造管すること
は困難であるが、ＨＩＰ法を用いて複層ビレットを製造
すること、さらにその複層ビレットを熱押プロセスによ
り複層鋼管として造管することは容易である。また、本
発明の複層鋼管は、上記の方法を用いて内層を本発明合
金とすることも必要に応じて可能である。
【００２８】
【実施例】表１に化学成分を示す本発明合金および比較
合金について腐食試験および密着偏平試験を行った。本
発明合金（試料１〜５）試験材は、ＨＩＰ−熱間押出法
で製造した二重管から外層を１．５ｍｍ厚に切削して製
作した。
合金について腐食試験および密着偏平試験を行った。本
発明合金（試料１〜５）試験材は、ＨＩＰ−熱間押出法
で製造した二重管から外層を１．５ｍｍ厚に切削して製
作した。
【００２９】溶融塩腐食試験には、１５％ＮａＣｌ＋１
５％ＫＣｌ＋５％Ｎａ２ＳＯ４＋６５％ＰｂＣｌ２から
なる溶融塩を用い、１０％Ｏ２＋Ｎ２＋０．００１％Ｈ
Ｃｌ雰囲気ガスとこれに０．０２％ＳＯ２を加えた雰囲
気ガスの２種類の雰囲気ガス中でそれぞれ５００℃、１
００時間保持して腐食量を測定した。また、孔食試験に
は、５％ＦｅＣｌ３溶液を用い、５０℃で保持した後、
表面を観察した。さらに、密着偏平試験は、ＪＩＳ Ｇ
３４６３に規定されている偏平試験に準じて行った。
５％ＫＣｌ＋５％Ｎａ２ＳＯ４＋６５％ＰｂＣｌ２から
なる溶融塩を用い、１０％Ｏ２＋Ｎ２＋０．００１％Ｈ
Ｃｌ雰囲気ガスとこれに０．０２％ＳＯ２を加えた雰囲
気ガスの２種類の雰囲気ガス中でそれぞれ５００℃、１
００時間保持して腐食量を測定した。また、孔食試験に
は、５％ＦｅＣｌ３溶液を用い、５０℃で保持した後、
表面を観察した。さらに、密着偏平試験は、ＪＩＳ Ｇ
３４６３に規定されている偏平試験に準じて行った。
【００３０】表１に示すように、本発明合金はいずれの
腐食条件においても溶融塩腐食量も少く、孔食も発生し
ておらず、また密着偏平割れもない。一方、比較合金
は、本発明合金に比べ溶融塩腐食量が数倍多く、孔食も
発生し、密着偏平割れの発生する割合も高い。
腐食条件においても溶融塩腐食量も少く、孔食も発生し
ておらず、また密着偏平割れもない。一方、比較合金
は、本発明合金に比べ溶融塩腐食量が数倍多く、孔食も
発生し、密着偏平割れの発生する割合も高い。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、水蒸気酸化に対して耐
食性を有するボイラー用鋼管を内管とし、Ｖ、Ｎａ、
Ｓ、Ｃｌを含有する燃料を燃焼する環境あるいはごみま
たは産業廃棄物焼却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を得ることができ、またこれにより
上記環境等において高い耐食性を有する炉壁管、蒸気過
熱器管等を提供することを可能にした。
食性を有するボイラー用鋼管を内管とし、Ｖ、Ｎａ、
Ｓ、Ｃｌを含有する燃料を燃焼する環境あるいはごみま
たは産業廃棄物焼却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を得ることができ、またこれにより
上記環境等において高い耐食性を有する炉壁管、蒸気過
熱器管等を提供することを可能にした。
【図１】溶融スケールシミュレーション環境における腐
食量に及ぼすＣｒ量の影響を示す図である。
食量に及ぼすＣｒ量の影響を示す図である。
【図２】溶融スケールシミュレーション環境における腐
食量に及ぼすＳｉ量の影響を示す図である。
食量に及ぼすＳｉ量の影響を示す図である。
【図３】溶融スケールシミュレーション環境における腐
食量に及ぼすＦｅ量の影響を示す図である。
食量に及ぼすＦｅ量の影響を示す図である。
【図４】密着偏平試験に及ぼすＮｉ含有量と（Ｃｒ＋２
Ｓｉ＋０．５Ｍｏ）量の関係を示す図である。
Ｓｉ＋０．５Ｍｏ）量の関係を示す図である。
【図５】燃焼生成物をシミュレートした環境における孔
食発生の抑制に及ぼすＣｒ、Ｍｏの効果を示す図であ
る。
食発生の抑制に及ぼすＣｒ、Ｍｏの効果を示す図であ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年９月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】本発明の合金は、ボイラー等の燃焼停止時
において燃焼生成物中に存在する塩化物と酸化性環境に
より形成される、孔食に対しても耐食性を有することが
必要である。孔食の抑制のためにＣｒとＭｏの複合添加
が有効である。この効果を調べるために、燃焼生成物を
シュミレートした５％ＦｅＣｌ３溶液中における孔食試
験を行った。その姑里を、図５に示す。図５は、孔食発
生の抑制に及ぼすＣｒとＭｏの影響を示したものであ
り、５％ＦｅＣｌ３溶液、５０℃で試験を実施した。Ｃ
ｒ含有量が２２．０〜２９．０％の範囲では、孔食発生
の抑制にはＭｏ添加量は４％以下、かつＭｏ（Ｃｒ−２
０）≧８であることが必要である。
において燃焼生成物中に存在する塩化物と酸化性環境に
より形成される、孔食に対しても耐食性を有することが
必要である。孔食の抑制のためにＣｒとＭｏの複合添加
が有効である。この効果を調べるために、燃焼生成物を
シュミレートした５％ＦｅＣｌ３溶液中における孔食試
験を行った。その姑里を、図５に示す。図５は、孔食発
生の抑制に及ぼすＣｒとＭｏの影響を示したものであ
り、５％ＦｅＣｌ３溶液、５０℃で試験を実施した。Ｃ
ｒ含有量が２２．０〜２９．０％の範囲では、孔食発生
の抑制にはＭｏ添加量は４％以下、かつＭｏ（Ｃｒ−２
０）≧８であることが必要である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】
Claims (2)
- 【請求項１】重量％で、Ｃ ０．０５％以下、Ｓｉ
１．０〜２．７％、Ｍｎ ０．０２〜０．５％、Ｃｒ
２２．０〜２９．０％、Ｆｅ ５．０〜２５．０％、Ｍ
ｏ ４％以下、Ｎｂ ０．４％以下、Ａｌ ０．０５％
以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、かつ下
記の式を満足することを特徴とする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
合金。 Ｎｉ≧（Ｃｒ＋２Ｓｉ＋０．５Ｍｏ） Ｎｂ≧８Ｃ Ｍｏ（Ｃｒ−２０）≧８ - 【請求項２】規格ボイラー用鋼管を母層材とし、外層ま
たは内層のライナー材が請求項１に記載された合金であ
ることを特徴とする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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3689594A JPH07242971A (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 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合金および複層鋼管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3689594A JPH07242971A (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 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合金および複層鋼管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07242971A true JPH07242971A (ja) | 1995-09-19 |
Family
ID=12482517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3689594A Withdrawn JPH07242971A (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 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合金および複層鋼管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07242971A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6242112B1 (en) * | 1996-09-05 | 2001-06-05 | Sandvik Ab | Use of a Ni-base alloy for compound tubes for combustion plants |
| WO2007004973A1 (en) * | 2005-07-01 | 2007-01-11 | Sandvik Intellectual Property Ab | Ni-cr-fe alloy for high-temperature use. |
-
1994
- 1994-03-08 JP JP3689594A patent/JPH07242971A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6242112B1 (en) * | 1996-09-05 | 2001-06-05 | Sandvik Ab | Use of a Ni-base alloy for compound tubes for combustion plants |
| WO2007004973A1 (en) * | 2005-07-01 | 2007-01-11 | Sandvik Intellectual Property Ab | Ni-cr-fe alloy for high-temperature use. |
| US8926769B2 (en) | 2005-07-01 | 2015-01-06 | Sandvik Intellectual Property Ab | Ni—Cr—Fe alloy for high-temperature use |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010508 |