JPH09249946A - 加圧流動床燃焼型火力発電プラント用鋼 - Google Patents

加圧流動床燃焼型火力発電プラント用鋼

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JPH09249946A
JPH09249946A JP8057750A JP5775096A JPH09249946A JP H09249946 A JPH09249946 A JP H09249946A JP 8057750 A JP8057750 A JP 8057750A JP 5775096 A JP5775096 A JP 5775096A JP H09249946 A JPH09249946 A JP H09249946A
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steel
back faces
high temperature
power plant
thermal power
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JP8057750A
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Hideto Kimura
秀途 木村
Minoru Suwa
稔 諏訪
Hiroaki Tsuchiya
博昭 土屋
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】水蒸気もしくは湿潤大気中等、材料の耐高温酸
化性が問題となる加圧流動床燃焼型火力発電プラントの
環境中において良好な耐食性を示し、かつ高温強度も要
求される耐食性に優れた鋼を提供する。 【解決手段】重量分率で、16%以上40%以下のC
r、7%以上のNiを含むオーステナイト系ステンレス
鋼において、最表裏面から少なくとも0.05mmの範
囲が平均結晶粒径40μm以下の組織であることを特徴
とする加圧流動床燃焼型火力発電プラント用鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水蒸気もしくは湿
潤大気中等、材料の耐高温酸化性が問題となる環境中に
おいて良好な耐食性を示し、かつ高温強度も要求される
耐食性に優れた加圧流動床燃焼型火力発電プラント用鋼
に関する。
【0002】
【従来の技術】加圧流動床燃焼型火力発電プラント用鋼
には、耐高温腐食性、耐高温酸化性、高温強度が同時に
求められる。従来これらの用途向けには、使用温度に応
じて、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ス
テンレス鋼、または20%Cr以上のオーステナイト系
高合金鋼が使用されてきたが、使用温度毎の耐高温酸化
性・耐高温腐食性と高温強度、特にクリープ破断強度の
両立は、従来から大きな課題であった。特にオーステナ
イト系ステンレス鋼では、自己拡散係数が小さく高温強
度が大きいことから、総合的に良好な耐熱性が得られ
る。しかし、その耐高温酸化性、耐高温腐食性は、添加
するCr、Al、Si、希土類元素その他の元素の含有
量に左右されるため、より高い耐蝕性が求められる場合
には、これらの増量で対処することとなり、多かれ少な
かれ経済性、製造性に悪影響のある場合が多かった。ま
た、細粒組織は耐高温酸化性、耐高温腐食性に有効であ
ることが以前から知られてはいるものの、高温強度の観
点からは細粒組織の方が不利であって、熱間/冷間加工
度上昇等による細粒化は高温強度低下を招くこととなっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の問題点を解決す
るため、従来高温用途に多用されてきた熱交換器チュー
ブにおいては、特開昭63-53211号公報、特開昭63-54597
号公報特開昭63-54598号公報、特開昭63-53212号公報に
示されているように、その形状対称性を利用した内面シ
ョットブラスト加工技術が検討され、耐内面水蒸気酸化
性向上策が図られてきた。また、特開昭55-73817号公報
には、ショットピーニングにより表層付近に体心立方構
造組織を生じさせることを要件とした表面改質方法が開
示されているが、加工によって体心立方構造組織が生じ
る程度にオーステナイトの不安定な組織は、成分に限ら
れており、広く生産に応用することは困難であった。
【0004】ところが、最近のステンレス鋼製造技術の
進歩により、熱交換器チューブにおける内面ショットブ
ラスト加工に匹敵する強加工が、板材の製造工程におい
ても十分に、均一に加えられる可能性が出てきた。即
ち、熱処理に付帯するショットブラスト加工装置の大型
化と強力化、酸洗設備付帯のショットブラスト加工装置
の大型化と強力化がそれである。本発明者らはこれらの
材料表面における、耐高温酸化性、耐高温腐食性向上へ
の効果を考慮しつつ、装置力量および適用するショット
強さの範囲を検討し、熱処理ショットブラスト、酸洗シ
ョットブラストの適当な組み合わせの中に、表面特性を
向上させるに十分な条件のあることを見いだした。
【0005】そのメカニズムは、表裏面から与えられた
加工によって、表裏面近傍のみの結晶粒が細粒化し、も
しくは冷間加工層の組織となり、主としてCrの表裏面
への拡散が容易になり、環境との接触面に生じた酸化ス
ケールがCrリッチとなって緻密化/安定化することを
促すものであって、この際の加工度が、局所的な相当歪
みで約60%以上と、十分高い必要があり、これが装置
力量およびショット強さを規定する条件となることが明
らかとなった。しかしこの現象への組成依存性は小さ
く、例えば含有Cr量で言えば、約16%から40%と
いう広い範囲で同一の方法が適用可能であることを、発
明者らは見いだした。
【0006】本発明は、これらの検討から生みだされた
ものであって、オーステナイト系ステンレス鋼の表裏面
からショットブラスト加工等によって特定範囲の加工歪
みを加え、表裏面近傍のみ熱処理後の結晶粒を細粒化さ
せ、もしくは冷間加工層の組織とし、こうした組織のも
たらす高い耐高温酸化性、耐高温腐食性を最大限に利用
し、しかも内部の比較的粗い粒を温存することでクリー
プ破断強度を維持し、合金コスト/製造コストに大きな
影響を与えることなく、鋼の表面性能と高温強度を両
立、向上させる加圧流動床燃焼型火力発電プラント用鋼
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、重量分率で、
16%以上40%以下のCr、7%以上のNiを含むオ
ーステナイト系ステンレス鋼において、最表裏面から少
なくとも0.05mmの範囲が平均結晶粒径40μm以
下の組織であることを特徴とする加圧流動床燃焼型火力
発電プラント用鋼である。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明における限定理由に
ついて述べる。Cr含有量については、鋼に高温環境で
の耐酸化性や耐高温腐食性を付与する元素であり、16
%未満ではショット等による耐高温酸化性向上作用が十
分でない。また逆に、40%を越えるとベース成分自体
の耐高温酸化性、耐高温腐食性が高くなって、ショット
等の作用は明確でなくなる。以上より本発明では、Cr
含有量の範囲を16%以上40%以下と限定した。
【0009】Niについては、鋼をオーステナイト化し
高温環境での強度、常/高温での延性、靱性を付与する
元素であり、上記のようなCr含有量の範囲では7%未
満ではオーステナイト組織とするのに十分でない。した
がって、本発明では、Ni含有量の範囲を7%以上と限
定した。
【0010】最表裏面から平均結晶粒径40μm以下の
組織の形成範囲については、範囲の大小がスケール位置
におけるCrの濃化度に影響し、広い範囲に細粒帯が広
がっていることが十分なCrの濃化に繋がる。この観点
から、この組織の形成が表裏面から0.05mm未満で
は、Crの濃化は不十分であるため、この組織の形成範
囲の最適値を、最表裏面から0.05mm以上とする
が、通常1mmを越える厚さは必要ない。なお、耐高温
酸化性の観点からこの組織とは、平均結晶粒径40μm
以下であることと規定できる。特にこのような組織が、
石炭灰塗布加熱腐食試験において有効である。
【0011】なお、鋼内部の平均粒径は、クリープ破断
強度などを維持するために、40μm〜150μm程度
が好ましい。以下に、本発明鋼を製造する方法を例示す
る。
【0012】(1) 重量分率で、16%以上40%以下の
Cr、7%以上のNiを含むオーステナイト系ステンレ
ス鋼を連続鋳造または通常の鋳造法で鋼塊となし、加
熱、熱間圧延を経て所定の板厚の鋼となした後、熱処理
前の工程において鋼表面近傍にショットブラスト加工等
により、鋼表裏面近傍に加工歪みを付与し、最表裏面か
ら少なくとも0.05mmの範囲に、平均結晶粒径40
μm以下の組織を形成させる。
【0013】(2) 重量分率で16%以上40%以下のC
r、7%以上のNiを含むオーステナイト系ステンレス
鋼を連続鋳造または通常の鋳造法で鋼塊となし、加熱、
熱間圧延し、必要な場合は熱処理を経て所定の鋼とな
し、酸洗前において、鋼表面近傍にショットブラスト加
工等により、表裏面近傍に加工歪みを付与し、最表裏面
から少なくとも0.05mmの範囲に、平均結晶粒径4
0μm以下の組織を形成させる。
【0014】(3) 重量分率で16%以上40%以下のC
r、7%以上のNiを含むオーステナイト系ステンレス
鋼を連続鋳造または通常の鋳造法で鋼塊となし、加熱、
熱間圧延を経て所定の板厚の鋼となした後、熱処理前の
工程で、表面近傍へのショットブラスト加工等により、
表裏面近傍に加工歪みを付与し、かつ、酸洗前におい
て、鋼表面近傍にショットブラスト加工等により、表裏
面近傍に加工歪みを付与し、最表裏面から少なくとも
0.05mmの範囲に、平均結晶粒径40μm以下の組
織を形成させる。
【0015】ここで、 (1)〜(3) の方法で得られる冷間
加工層は、伸張したパンケーキ状の粒組織、若しくは加
工により転位密度が部分的に上昇した組織をいう。この
加工層の有無は例えば、加工ままでは断面の光学顕微鏡
観察によって伸張方向とクロス方向(=板厚方向)のア
スペクト比が2以上の粒形状として判断でき、或いは再
結晶後には平均粒径40μmを下回るような細粒組織と
なっていることで容易に認識できる。
【0016】
【実施例】次に、本発明の実施例について述べる。電気
炉溶解、鋳造、熱間圧延によって12mm厚さに製造し
た各種規格のステンレス鋼、および試験鋼種に、熱処理
前、もしくは酸洗工程前、もしくはこれらの両方の工程
においてショットブラスト加工した。こうして製造した
発明鋼について、通常の工程をへて熱処理、酸洗まで終
えた比較鋼とともに、鋼板全厚×30mm×50mmの
腐食試験片を切り出し、繰り返し酸化試験、および石炭
灰塗布加熱腐食試験を行った。
【0017】試験条件は、耐酸化試験は加圧流動床燃焼
型火力発電プラントの高温配管をシミュレートした90
0℃大気酸化条件として、露点30℃に制御した湿潤大
気流中で24h保った後空冷し、十分冷却された後再び
900℃まで急熱するパタンを20回繰り返して重量減
少を測定した。
【0018】高温腐食試験は超々臨界圧ボイラー過熱器
を模擬した700℃石炭灰腐食試験条件とした。組成3
0%Na2 SO4 +40%K2 SO4 +30%Fe2
3 に調整した混合灰を試験片に塗布し、1%SO2 +5
%O2 +10%CO2 +84%N2 混合ガス流中で70
0℃に加熱、100時間保持した後脱スケール処理を行
い、腐食減量を測定した。結果はすべて腐食減量の形で
整理し、表2中に示す。表中1鋼〜19鋼までが本発明
鋼であり、20鋼〜27鋼までが比較鋼である。発明鋼
はSUS310S、SUS304、SUS321、SU
S347等のオーステナイト系ステンレス鋼を素材と
し、固溶化熱処理前、または酸洗前、もしくはその両方
のタイミングにおいてショットブラストによって鋼板表
面近傍に冷間加工を施した。比較鋼はショットブラスト
処理を省いたものである。同一鋼種で比較すると明らか
なように、本発明鋼ではあらゆるケースにおいて比較鋼
よりも腐食減量が少なく、表面改質の耐高温酸化性、耐
高温腐食性への効果が顕著に現れている。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、表裏面近傍のみ結晶粒
を平均結晶粒径40μm以下の組織とし、こうした組織
のもたらす高い耐高温酸化性、耐高温腐食性を最大限に
利用し、合金コスト/製造コストに大きな影響を与える
ことなく、鋼の表面性能を大幅に向上させた鋼が得られ
る。かつ、表面のみこうした組織とするため、内部の比
較的大きい結晶粒は温存され、クリープ破断強度などの
高温機械的特性は維持され、高温における耐蝕性と強度
の両立を図ることができる。なお、本発明鋼の製造方法
として、鋼板製造条件について例示したが、鋼管など形
状の異なるものであっても本発明の効果を有することは
いうまでもない。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量分率で、16%以上40%以下のC
    r、7%以上のNiを含むオーステナイト系ステンレス
    鋼において、最表裏面から少なくとも0.05mmの範
    囲が平均結晶粒径40μm以下の組織であることを特徴
    とする加圧流動床燃焼型火力発電プラント用鋼。
JP8057750A 1996-03-14 1996-03-14 加圧流動床燃焼型火力発電プラント用鋼 Pending JPH09249946A (ja)

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