JPH0790540A

JPH0790540A - ボイラ用耐摩耗複層鋼管およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0790540A
Application number: JP23117793A
Authority: JP
Inventors: Nobushige Hiraishi; 信茂平石
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-04-04
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JP2817587B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】石炭焚きの流動床ボイラに必要な、管外表面層
が未燃焼石炭微粉末および石炭燃焼灰分などの衝突に対
して優れて耐摩耗性を有する硬質層からなるボイラ用耐
摩耗複層鋼管。【構成】内層がボイラ・熱交換器用鋼管であり、外層が
重量％で、Ｃ：０．１〜１．２、Ｓｉ：０．１〜１．
５、Ｍｎ：０．１〜１．５、Ｃｒ：６〜２０、Ｍｏ：
０．１〜１０、Ｖ：０．１〜４、Ｎｂ：０．１〜３およ
びＡｌ：０．１〜３を含有し、残部がＦｅおよび不可避
的不純物からなり、不純物中のＰは０．０１以下、Ｓは
０．０１以下の析出硬化型窒化用鋼を窒化処理した鋼管
である、ボイラ用耐摩耗複層鋼管。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭焚きの流動床ボイ
ラに必要な、管外表面層が未燃焼石炭微粉末および石炭
燃焼灰分などの衝突に対して優れた耐摩耗性を有する硬
質層からなるボイラ用耐摩耗複層鋼管とその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エネルギー源の多様化により、石
油に代わって再び石炭をエネルギー源として利用する傾
向にある。特に石炭焚きの流動床ボイラ、加圧流動床ボ
イラは発電効率が高く、窒素酸化物の発生量を抑制でき
る上、硫黄を含む、しかも灰分含有量が高い石炭および
石炭アッシュなどの原料も使用できるので、一層注目さ
れている。

【０００３】しかしこれらの発電方式では、未燃焼石炭
微粉末や石炭燃焼灰分などの硬い粒子がボイラ内で飛散
し、加熱器管、蒸発管などのボイラ部材に高速で衝突す
ることによって生じる高温固体粒子によるエロージョン
が、ボイラ部材の重大な損傷形態として強く認識される
ようになってきている。特に最近では、一基あたりの発
電能力や発電効率が、石油火力発電に匹敵する能力を有
することが望まれているので、ますます苛酷な条件でも
エロージョン損傷が起こりにくいボイラ部材が必要とな
る。

【０００４】ステライトなどのCo基合金のような硬質材
料をボイラ・熱交換器用鋼管の表層に肉盛り溶射して耐
エロージョン性を改善することができるが、このような
硬質材料は冷間加工性が劣るので曲げ加工ができず、現
場での溶射施工が必要になるという煩わしさが生ずる。
またCo基合金は、高価な材料であるため製造コストがか
さむ欠点がある。

【０００５】特開昭57-16149号公報および同57−16151
号公報には、Ｃ:0.3〜0.9 ％、Si：1.5 ％以下、Mn:1.5
％以下、Cr:3.5〜12％を基本組成とし、必要によりNi、
Al、Cu、Mo、Ｗ、Ｖなどを含有する析出硬化型耐摩耗性
窒化用鋼が示されている。これらの鋼は、被削性改善の
ために多量のＳを含有しており、このような鋼をボイラ
用耐摩耗複層鋼管の外層管に適用しようとしても、低融
点化合物が析出して熱間脆性が著しくなり、熱間押出し
加工が困難である。

【０００６】特開昭60-196502 号公報には、ボイラ・熱
交換器用鋼管とその外面に積層された耐高温粒子エロー
ジョン性に優れる外層鋼とで構成されることを特徴とす
る石炭焚きボイラ用二層鋼管が提案されている。しか
し、この外層鋼は、極く一般的な高Si、高Crをベースと
する鋼であり、耐エロージョン性が十分とは言えず、石
炭焚きボイラ部材としては不十分である。

【０００７】特開昭61-110714 号公報には、ボイラ・熱
交換器用鋼管とその外面に積層された析出硬化性を有す
る合金の外層鋼管とで構成され、この二層鋼管に曲げお
よび溶接などの加工を加えた後、時効処理を行い外層鋼
管を硬化させることを特徴とする伝熱管が提案されてい
る。しかしこの方法では、時効処理により硬度は上昇す
るが、その硬度はＨv350程度までであって、過酷な環境
での耐高温粒子エロージョン性に対して十分な性能を有
する伝熱管は得られない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、次の
諸特性を有するボイラ用耐摩耗複層鋼管およびその製造
方法を提供することにある。

【０００９】石炭焚きの加圧流動床ボイラにおけるよ
うな、高温かつ高硬度粒子の衝突による摩耗に対しても
十分な外層管表面の耐摩耗性とボイラ鋼管としての強度
をあわせ持つこと。

【００１０】内層管となるボイラ・熱交換器用鋼管に
対する熱処理によって、外層管の硬度も大きく上昇する
こと。

【００１１】外層管の鋼は、ガス窒化処理により高硬
度の窒化層が得られやすいこと。

【００１２】高硬度層を有する外層管と内層管のボイ
ラ・熱交換器用鋼管とが完全に密着して、熱伝導に支障
がなく、局部的な密着不良によるホットスポットが生じ
ないこと。

【００１３】流動床ボイラでは、曲管部の摩耗も発生
するので、複層鋼管の曲管部材も製造できること。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1)、(2) のボイラ用耐摩耗複層鋼管と (3)〜(5) のそ
の製造方法にある。

【００１５】(1)内層がボイラ・熱交換器用鋼管であ
り、外層が重量％で、Ｃ:0.1〜1.2 ％、Si:0.1〜1.5
％、Mn:0.1〜1.5 ％、Cr：６〜20％、Mo:0.1〜10％、
Ｖ:0.1〜４％、Nb:0.1〜３％およびAl:0.1〜３％を含有
し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、不純物中
のＰは0.01％以下、Ｓは0.01％以下の析出硬化型窒化用
鋼を窒化処理した鋼管であることを特徴とするボイラ用
耐摩耗複層鋼管。

【００１６】(2)外層が重量％で、上記(1) 記載の化学
成分に加えてさらに、Cu：２％以下、Ni：４％以下、
Ｗ：４％以下、Ti：３％以下、Zr：１％以下およびTa：
１％以下のうちの１種以上を含有する析出硬化型窒化用
鋼を窒化処理した鋼管であることを特徴とする上記(1)
記載のボイラ用耐摩耗複層鋼管。

【００１７】(3)ボイラ・熱交換器用鋼管と、この鋼管
の外側に上記(1) または(2) 記載の化学組成を有する析
出硬化型窒化用鋼から製造された鋼管を配置して中空複
合ビレットを組み立て、この複合ビレットを熱間押出し
加工してクラッド鋼管を製造し、次いでボイラ・熱交換
器用鋼管に対する焼ならし処理を行った後焼戻し処理を
施し、さらに窒化処理を施して外側の析出硬化型窒化用
鋼管に表面硬化層を形成させることを特徴とするボイラ
用耐摩耗複層鋼管の製造方法。

【００１８】(4)ボイラ・熱交換器用鋼管の外側に薄肉
の金属円筒を同心に並べて、鋼管と円筒の片側を円盤部
材で固定して鋼管と円筒で形成されたカプセル管とし、
このカプセル管の環状の隙間に、上記(1) または(2) 記
載の化学組成を有する析出硬化型窒化用鋼粉末を充填し
た後、カプセル管の開放されている端部を第二の円盤部
材で密封して中空複合ビレットを組み立て、この複合ビ
レットを熱間押出し加工してクラッド鋼管を製造し、次
いでボイラ・熱交換器用鋼管に対する焼ならし処理を行
った後焼戻し処理を施し、さらに窒化処理を施して外側
の析出硬化型窒化用鋼管に表面硬化層を形成させること
を特徴とする石炭ボイラ用耐摩耗複層鋼管の製造方法。

【００１９】(5)上記(3) または(4) 記載の製造方法に
おいて、中空複合ビレットを熱間押出し加工してクラッ
ド鋼管を製造し、次いで曲げ加工を施した後、ボイラ・
熱交換器用鋼管に対する焼ならし処理を行った後焼戻し
処理を施し、、さらに窒化処理を施して外側の析出硬化
型窒化用鋼管に表面硬化層を形成させることを特徴とす
るボイラ用耐摩耗複層鋼管の製造方法。

【００２０】

【作用】石炭焚きの流動床ボイラにおけるような、高温
かつ高硬度粒子の衝突による摩耗に対して、十分な外面
の耐摩耗性とボイラ鋼管としての強度をあわせ持つ鋼管
としては、設備の運転条件に合致したボイラ・熱交換器
用鋼管に適用される鋼管( 例えばJIS G 3461に規定され
ているボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管、JIS G 3462に規
定されているボイラ・熱交換器用合金鋼鋼管、またさら
にJIS G 3463に規定されているボイラ・熱交換器用ステ
ンレス鋼鋼管など）を内層管とし、この外層に高温で高
硬度を有する材料を複層・密着させたクラッド鋼管が最
適である。

【００２１】管外層に密着させる高硬度材料として、析
出硬化型窒化用鋼を使用する。この析出硬化型窒化用鋼
は析出硬化処理によって硬度が上昇し、さらに窒化処理
を施すことによって表面硬度が上昇し、その到達値は本
発明の目的を満足するものであると同時に、肉盛り材料
であるステライトあるいは工具材料である高速度鋼や超
硬合金と比較して安価である。

【００２２】このような硬度向上効果や超硬合金などに
対するコストの優位性は、溶製法で製造された溶製材に
よる析出硬化型窒化用鋼、あるいはＮ₂またはArガスア
トマイズ法などで製造された粉末材による析出硬化型窒
化用鋼のいずれの場合でも同じである。

【００２３】上記の析出硬化型窒化用鋼の合金元素とそ
の適正含有量を前記のように定めた理由、およびこの鋼
の特徴を詳細に説明する。

【００２４】Ｃ： 0.1〜1.2 ％ 0.1 ％未満では窒化層が脆弱になる。一方、1.2 ％を超
えると窒化が困難となる。よって、Ｃ含有量の範囲は
0.1〜1.2 ％とした。

【００２５】Si： 0.1〜1.5 ％脱酸剤であり、この効果を得るには0.1 ％以上の含有量
が必要である。一方、1.5 ％を超えると脆化する。よっ
て、Si含有量の範囲は 0.1〜1.5 ％とした。

【００２６】Mn： 0.1〜1.5 ％焼入れ性を改善するために必要な元素である。この効果
を得るには0.1 ％以上の含有量が必要である。一方、1.
5 ％を超えると脆化する。よって、Mn含有量の範囲は
0.1〜1.5 ％とした。

【００２７】Cr：６〜20％６％未満ではエロージョン摩耗が著しくなる。しかし、
20％を超える巨大炭化物を形成して靱性を悪化させる。
よって、Cr含有量の範囲は６〜20％とした。

【００２８】Mo： 0.1〜10％焼戻し脆性防止および固溶強化のために含有させる。0.
1 ％未満ではこの効果が得られない。しかし、10％を超
えるとその効果は飽和してくるので、経済性が悪化す
る。よって、Mo含有量の範囲は 0.1〜10％とした。

【００２９】Ｖ： 0.1〜４％、内層管であるボイラ・熱交換器用鋼管に対する焼戻し処
理時に、外層管をも析出硬化させるために含有させる。
0.1 ％未満ではこの効果が得られない。一方、４％を超
えるとその効果は飽和してくるので、経済性が悪化す
る。よって、Ｖ含有量の範囲は 0.1〜４％とした。

【００３０】Nb： 0.1〜３％炭化物および窒化物生成元素であり、耐摩耗性と耐熱性
を改善するために含有させる。0.1 ％未満ではこの効果
が得られない。一方、３％を超えるとその効果は飽和し
てくるので、経済性が悪化する。よって、Nb含有量の範
囲は 0.1〜３％とした。

【００３１】Al： 0.1〜３％窒化物生成元素であり、窒化処理により表面硬度を上昇
させるために含有させる。0.1 ％未満ではこの効果が得
られない。一方、３％を超えると鋼の融点が低下し熱間
加工性が悪化してくる。よって、Al含有量の範囲は 0.1
〜３％とした。

【００３２】析出硬化型窒化用鋼の性状をさらに改善す
る場合には、必要に応じて次のCu、Ni、Ｗ、Ti、Zrおよ
びTaのうちから１種以上を選んで含有させる。

【００３３】Cu：２％以下金属間化合物を生成させ析出強化を行うために含有させ
る。しかし、２％を超えると熱間加工性が悪化するた
め、上限は２％とした。

【００３４】Ni：４％以下延性を向上させるとともに、金属間化合物を生成させ析
出強化を行うために含有させる。しかし、４％を超える
と窒化層の形成を抑制する作用があるため、上限は４％
とした。

【００３５】Ｗ：４％以下焼戻し軟化抵抗を増大させるために含有させる。しか
し、４％を超えると巨大炭化物を形成して靱性を悪化さ
せるため、上限は４％とした。

【００３６】Ti：３％以下窒化物および炭化物生成元素であり、耐摩耗性と耐熱性
を改善するために含有させる。しかし、３％を超えると
その効果は飽和してくる．経済性を考慮してTi含有量の
上限は３％とした。

【００３７】Zr：１％以下窒化物および炭化物生成元素であり、耐摩耗性と耐熱性
を改善するために含有させる。しかし、１％を超えると
その効果は飽和してくる。経済性を考慮してZr含有量の
上限は１％とした。

【００３８】Ta：１％以下窒化物および炭化物窒化物生成元素であり、耐摩耗性と
耐熱性を改善するために含有させる。しかし、１％を超
えるとその効果は飽和してくる。経済性を考慮してTa含
有量の上限は1.0 ％とした。

【００３９】ＰおよびＳ：ＰおよびＳは不純物である
が、ともに0.01％を超えると低融点化合物が析出し、熱
間脆性が著しくなり、押出し加工が困難になるので、い
ずれも0.01％以下としなければならない。

【００４０】上記のような析出硬化型窒化用鋼から製造
された鋼管は、内層管となるボイラ・熱交換器用鋼管に
対する焼ならし処理（JIS Ｇ3461、JIS Ｇ3462およびJI
S Ｇ3463に規定されているもの）後の焼戻し処理の際、
炭化物が析出し、鋼管全体の硬度が大きく上昇する。

【００４１】この窒化用鋼は、窒化処理により硬化させ
る温度がかなり低い温度（約500 ℃) でよいため、ボイ
ラ・熱交換器用鋼管に対する焼戻し処理後に窒化処理し
ても、その特性に悪影響を与えることはない。したがっ
て、直管のボイラ用耐摩耗複層鋼管は、従来のボイラ用
鋼管の製造工程を用いて加工、熱処理し、その後窒化処
理する方法で製造することができる。

【００４２】さらに、熱間押出し加工後のクラッド鋼管
から、熱間、温間または冷間で、望ましくは熱間または
温間で曲管加工を行った後、上記熱処理を施した後に窒
化処理を行う方法で、外層管が高硬度の複層曲管部も製
造できる。

【００４３】上記のボイラ・熱交換器用鋼管に対する熱
処理後の窒化用鋼管の硬度は、高温(350℃）硬度でＨv
350 以上、窒化処理後の最表面高温硬度は、同じくＨv
600以上とするのが望ましい。通常、外層の析出硬化型
窒化鋼管の肉厚は、２〜４mm程度までで十分であり、例
えばこの肉厚を４mm、熱処理で全体の高温硬度をＨv400
、さらに窒化処理で最表面高温硬度をＨv 1000にした
とき、外層の析出硬化型窒化鋼管の深さ（厚さ）方向の
高温硬度分布は、約0.2mm の深さで約Ｈv 800、約0.5mm
の深さから４mmまでＨv 400 となる。

【００４４】上記の析出硬化型窒化鋼の特徴、利点はス
テライトや工具鋼では得られないものである。すなわ
ち、ステライトは熱処理などでも軟化しないため、密着
二層管のボイラ鋼管を製造するとき、冷間圧延では５％
以下の圧下率で割れが発生し、寸法矯正のための冷間加
工も実質的に不可能である。また工具鋼では、ボイラ鋼
管に対する熱処理によって硬度低下を招く。

【００４５】次に、本発明の製造方法において熱間押出
し加工の対象となる中空複合ビレットの成形方法を図１
〜図３に基づいて説明する。

【００４６】図１は析出硬化型窒化用鋼粉末を用いる場
合の例を示す複合ビレットの縦断面図である。ボイラ・
熱交換器用鋼管である内層鋼管１の外側に薄肉の低炭素
鋼円筒２を同心に配置し、その片側（図１では下側）を
炭素鋼円盤部材４で固定してカプセル管を形成し、この
隙間に粒径 500μm 以下の析出硬化型窒化用鋼粉末３を
充填して、開放されている端部（図１では上側）を第二
の炭素鋼円盤部材４′により密封し、望ましくは約400
ＭPaの圧力で冷間静水圧を加えて粉末３の層を圧縮成形
し、粉末３が高密度化された中空複合ビレットとする。
この場合、低炭素鋼円筒２が存在するままで加熱、熱間
押出ししてクラッド鋼管とした後、これに相当する部分
を切削加工などにより除去する必要がある。

【００４７】窒化用鋼粉末を用いる場合に、冷間静水圧
成形法を適用する理由は、次のとおりである。まず、熱
間押出し加工時の据込み状態においては、析出硬化型窒
化用鋼粉末が内層管であるボイラ用鋼管よりも高硬度で
あるため、粉末層が鋼管表面に食い込んだ状態となり、
鋼管表面の酸化膜を破壊する。押出し加工にともなって
界面が伸展するため、この酸化膜が分断される。このよ
うな状況下では、粉末層と鋼管の界面で元素の拡散が起
こって強固な接合が達成される。また、粉末３が冷間静
水圧を用いる圧縮成形により高密度化されているため、
中空複合ビレットの加熱時にその温度分布が安定化され
る。

【００４８】図２は、通常の溶製法で製造された析出硬
化型窒化用鋼による鋼管を用いて、冷間圧入法で成形す
る場合の例を示す複合ビレットの縦断面図である。内層
鋼管１の外面に、析出硬化型窒化用鋼による鋼管５を冷
間圧入して密着させ、望ましくは両端部（図では上下）
を炭素鋼円盤部材４で密封し、中空複合ビレットとす
る。

【００４９】炭素鋼円盤部材４で密封すると、熱間押出
し前の加熱時に、両鋼管１および５はともに熱膨張を起
こすが、その影響で界面に隙間が生じて界面が酸化する
のを防止する効果がある。冷間圧入を用いるのは、内層
鋼管の外面と外層鋼管の内面とを密着させることによ
り、熱間押出し加工前の加熱時に界面において元素の拡
散を起こさせ、加工後に界面密着のよいクラッド鋼管を
製造するためである。

【００５０】冷間圧入の際の、内層鋼管の外径と外層鋼
管の内径との関係は、等しいかまたは内径が外径よりも
0.00〜1.00mm小さくして、圧入時の密着が十分に行われ
るようにするのが望ましい。

【００５１】図３は、析出硬化型窒化用鋼による鋼管を
用いて、挿入方法で成形する場合の例を示す中空複合ビ
レットの縦断面図である。内層鋼管１の外面に、析出硬
化型窒化用鋼による鋼管５を挿入して、両端部（図では
上下）を炭素鋼円盤部材４で密封する。

【００５２】挿入法とする場合の、内層鋼管１の外径と
外層の析出硬化型窒化用鋼管５の内径との関係は、内径
を外径よりも 0.1〜2.0 mm大きくする。両鋼管の隙間が
あまり過大になると、熱間押出し加工後のクラッド鋼管
の界面に密着不十分となる箇所が生ずるためである。こ
の場合は単なる挿入であり、もちろん両鋼管の隙間には
空気が存在するから、図示するようにクラッド面となる
一箇所に脱気管６を取付けて真空脱気処理する。その
後、脱気管６を溶接で封口して中空複合ビレットとす
る。

【００５３】このような三種類の方法を用いて、中空複
合ビレットの加熱時にクラッド面に生成しやすい酸化膜
を抑制する。なお、図１に示す析出硬化型窒化用鋼粉末
を用いる場合の方法において、図３に示す脱気管６を用
いることもできるが、これは必ずしも必要ではない。粉
末３の層に残存する空気が析出硬化型窒化用鋼粉末に固
溶してピックアップする酸素と窒素の合計量は、約0.01
重量％程度であり、接合やボイラ用複層鋼管としての機
械的性質にほとんど影響を及ぼさないからである。

【００５４】上記の中空複合ビレットでは、冷間静水圧
成形法および冷間圧入法によるものは加熱時点から、挿
入法によるものは熱間押出し加工時に、粉末と鋼管との
界面または両鋼管の界面で元素の拡散が生じて良好な接
合が形成され、界面密着性の優れたクラッド鋼管を得る
ことができる。

【００５５】

【実施例】

〔本発明例１〕Ｎ₂ガスアトマイズ法により、表１に示
す種別１から種別９および種別15から種別18までの化学
組成の析出硬化型窒化用鋼粉末を製造し、図１に示す方
法を用いて、JIS 規格のSTBA22の内層鋼管１（外径130m
m 、内径31mm、長さ780mm)と外側の薄肉の低炭素鋼円筒
２の間に、粒径500 μm 以下の窒化用鋼粉末３を充填し
て炭素鋼円盤部材４、４′により密封し、400 ＭPaの圧
力で冷間静水圧成形して外径174mm 、内径31mm、長さ80
0mm の中空複合ビレットを作製した。このビレットを12
00℃に加熱した後、押出比12で熱間押出し加工して外径
57mm×内径28mm×長さ７m のクラッド鋼管を製造し、外
側の薄肉の低炭素鋼円筒２に相当する部分を切削加工に
より除去した。

【００５６】これらのクラッド鋼管を、950 ℃で10分間
加熱し、熱間で曲げ半径２Ｄ（鋼管の直径Ｄの２倍）で
曲管加工を行った後、960 ℃×10分で焼ならし処理し、
680℃×60分で焼戻し処理（窒化用鋼管部は析出硬化処
理に相当する）した後、分解アンモニアガス中で530 ℃
×40時間の窒化処理により、表面を窒化して複層鋼管を
製造した。その後、それぞれ曲管部の表層部からサンプ
ルを切り出して次の評価試験を実施した。

【００５７】(1)高温硬度試験：高温ビッカース硬度試
験機を用いて荷重50g 、試験温度 350℃の条件で測定。
位置は最表面層より 0.1mm。

【００５８】(2)耐温間エロージョン試験：ブラスト式
エロージョン試験装置を用いて表２に示す条件で５時間
実施し、そのときの減肉速度を測定。

【００５９】〔本発明例２〕Arガスアトマイズ法によ
り、表１に示す種別10から種別12までの化学組成の粒径
250 μm 以下の析出硬化型窒化用鋼粉末を製造し、本発
明例１と同じ方法で同じ寸法の中空複合ビレットを作製
した。このビレットを1150℃に加熱した後、押出比15で
熱間押出し加工して外径53mm×内径28mm×長さ９m のク
ラッド鋼管を製造し、外側の薄肉の低炭素鋼円筒２に相
当する部分を切削加工により除去した。

【００６０】これらのクラッド鋼管を、930 ℃×20分で
焼ならし処理し、680 ℃×30分で焼戻し処理（窒化用鋼
管部は析出硬化処理に相当する）した後、分解アンモニ
アガス中で500 ℃×20時間保持し、さらに530 ℃×40時
間の窒化処理により、表面を窒化して複層鋼管を製造し
た。その後、それぞれ表層部からサンプルを切り出して
本発明例１と同じ評価試験を実施した。

【００６１】〔本発明例３〕表１に示す種別13の化学組
成の析出硬化型窒化用鋼溶製材から外層用鋼管（外径17
2mm 、内径139.9mm 、長さ680 mm) を製造し、図２に示
す方法を用いて、JIS 規格のSTBA22の内層鋼管１（外径
140mm 、内径31mm、長さ680mm)の外側に、窒化用鋼管５
をプレスにより冷間圧入した後、両端部を炭素鋼円盤部
材４により密封し、外径172mm 、内径31mm、長さ700mm
の中空複合ビレットを作製した。このビレットを1200℃
に加熱した後、押出比20で熱間押出し加工して外径48mm
×内径28mm×長さ12m のクラッド鋼管を製造した。

【００６２】このクラッド鋼管を、冷間で曲げ半径２Ｄ
で曲管加工を行った後、1000℃×10分で焼ならし処理
し、さらに660 ℃×60分で焼戻し処理（窒化用鋼管部は
析出硬化処理に相当する）した後、分解アンモニアガス
中で530 ℃×40時間の窒化処理により、表面を窒化して
複層鋼管を製造した。その後、曲管部の表層部からサン
プルを切り出して次の評価試験を実施した。

【００６３】(1)高温硬度試験：高温ビッカース硬度試
験機を用いて荷重100g、試験温度 350℃の条件で測定。
位置は最表面層より 0.1mm。

【００６４】(2)耐温間エロージョン試験：ブラスト式
エロージョン試験装置を用いて表２に示す条件で２時間
実施し、そのときの減肉速度を測定。

【００６５】〔本発明例４〕表１に示す種別14の化学組
成の析出硬化型窒化用鋼溶製材からから外層用鋼管( 外
径172mm 、内径140.1mm 、長さ680mm)を製造し、図３に
示す方法を用いて、JIS 規格のSTBA22の内層鋼管１（外
径140mm 、内径31mm、長さ680mm)の外側に、窒化用鋼管
５を挿入した後、両端部を炭素鋼円盤部材４により密封
するとともに脱気管６を取付け、ロータリーポンプで１
時間脱気し、脱気管６を溶接で封口して、外径172mm 、
内径31mm、長さ700mm の中空複合ビレットを作製した。
このビレットを1200℃に加熱した後、押出比12で熱間押
出し加工して外径57mm×内径28mm×長さ８m のクラッド
鋼管を製造した。

【００６６】このクラッド鋼管を960 ℃×20分で焼なら
し処理し、さらに700 ℃×30分で焼戻し処理（窒化用鋼
管部は析出硬化処理に相当する）した後、分解アンモニ
アガス中で530 ℃×40時間の窒化処理により、表面を窒
化して複層鋼管を製造した。

【００６７】その後、表層部からサンプルを切り出して
本発明例３と同じ評価試験を実施した。

【００６８】〔比較例〕表１に示す種別19の化学組成の
鋼（JIS 規格のSTBA22）の溶製材から、図４に示す通常
の中空ビレットを製造した。

【００６９】図４は、通常のボイラ・熱交換器用合金鋼
管の製造に用いるビレットの縦断面図である。図におい
て、符号７は上記のSTBA22鋼から製造された外径174mm
、内径31mm、長さ700mm の中空ビレットである。

【００７０】このビレットを1200℃に加熱した後、押出
比20で熱間押出し加工して外径48mm×内径28mm×長さ12
m の単層鋼管を製造した。

【００７１】次いで930 ℃×20分で焼ならし処理し、68
0 ℃×30分で焼戻し処理した後、冷間で曲げ半径２Ｄで
曲管加工を行い、この鋼管を分解アンモニアガス中で53
0 ℃×40時間の窒化処理により、表面を窒化した。その
後、曲管部の表層部からサンプルを切り出して本発明例
１と同じ評価試験を実施した。

【００７２】これらの試験結果を表１に併せて示す。

【００７３】

【表１（１）】

【００７４】

【表１（２）】

【００７５】

【表２】

【００７６】表１から明らかなように、本発明で定める
条件で製造された複層鋼管は、優れた耐エロージョン性
を有するものである。

【００７７】

【発明の効果】本発明のボイラ用耐摩耗複層鋼管は、石
炭火力発電ボイラ用鋼管に要求される耐エロージョン
性、伝熱効率および施工性に優れたものであり、その製
造方法も通常の製造工程で実施できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】析出硬化型窒化用鋼粉末を用いる場合の中空複
合ビレットを例示する縦断面図である。

【図２】析出硬化型窒化用鋼の溶製材から製造された鋼
管を用いる場合の、冷間圧入−密封法で作製された中空
複合ビレットを例示する縦断面図である。

【図３】析出硬化型窒化用鋼の溶製材から製造された鋼
管を用いる場合の、挿入−密封−脱気法で作製された中
空複合ビレットを例示する縦断面図である。

【図４】通常のボイラ・熱交換器用合金鋼管の製造に用
いるビレットを例示する縦断面図である。

【符号の説明】１；内層鋼管、２：低炭素鋼円筒、３：析出硬化型窒化
用鋼粉末、４、４′：炭素鋼円盤部材、５：析出
硬化型窒化用鋼溶製材鋼管、６：脱気管、７：通常の
中空ビレット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内層がボイラ・熱交換器用鋼管であり、外
層が重量％で、Ｃ:0.1〜1.2 ％、Si:0.1〜1.5 ％、Mn:
0.1〜1.5 ％、Cr：６〜20％、Mo:0.1〜10％、Ｖ:0.1〜
４％、Nb:0.1〜３％およびAl:0.1〜３％を含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物からなり、不純物中のＰは0.
01％以下、Ｓは0.01％以下の析出硬化型窒化用鋼を窒化
処理した鋼管であることを特徴とするボイラ用耐摩耗複
層鋼管。
【請求項２】内層がボイラ・熱交換器用鋼管であり、外
層が重量％で、Ｃ:0.1〜1.2 ％、Si:0.1〜1.5 ％、Mn:
0.1〜1.5 ％、Cr：６〜20％、Mo:0.1〜10％、Ｖ:0.1〜
４％、Nb:0.1〜３％およびAl:0.1〜３％を含有し、さら
にCu：２％以下、Ni：４％以下、Ｗ：４％以下、Ti：３
％以下、Zr：１％以下およびTa：１％以下のうちの１種
以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からな
り、不純物中のＰは0.01％以下、Ｓは0.01％以下の析出
硬化型窒化用鋼を窒化処理した鋼管であることを特徴と
するボイラ用耐摩耗複層鋼管。
【請求項３】ボイラ・熱交換器用鋼管と、この鋼管の外
側に請求項１または請求項２記載の化学組成を有する析
出硬化型窒化用鋼から製造された鋼管を配置して中空複
合ビレットを組み立て、この複合ビレットを熱間押出し
加工してクラッド鋼管を製造し、次いでボイラ・熱交換
器用鋼管に対する焼ならし処理を行った後焼戻し処理を
施し、さらに窒化処理を施して外側の析出硬化型窒化用
鋼管に表面硬化層を形成させることを特徴とするボイラ
用耐摩耗複層鋼管の製造方法。
【請求項４】ボイラ・熱交換器用鋼管の外側に薄肉の金
属円筒を同心に並べて、鋼管と円筒の片側を円盤部材で
固定して鋼管と円筒で形成されたカプセル管とし、この
カプセル管の環状の隙間に、請求項１または請求項２記
載の化学組成を有する析出硬化型窒化用鋼粉末を充填し
た後、カプセル管の開放されている端部を第二の円盤部
材で密封して中空複合ビレットを組み立て、この複合ビ
レットを熱間押出し加工してクラッド鋼管を製造し、次
いでボイラ・熱交換器用鋼管に対する焼ならし処理を行
った後焼戻し処理を施し、さらに窒化処理を施して外側
の析出硬化型窒化用鋼管に表面硬化層を形成させること
を特徴とするボイラ用耐摩耗複層鋼管の製造方法。
【請求項５】請求項３または請求項４記載の製造方法に
おいて、中空複合ビレットを熱間押出し加工してクラッ
ド鋼管を製造し、次いで曲げ加工を施した後、ボイラ・
熱交換器用鋼管に対する焼ならし処理を行った後焼戻し
処理を施し、、さらに窒化処理を施して外側の析出硬化
型窒化用鋼管に表面硬化層を形成させることを特徴とす
るボイラ用耐摩耗複層鋼管の製造方法。