JPS60196502A - 石炭焚ボイラ用２層鋼管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、石炭火力ボイラにおいてみられる高温粒子
エロージョンに対して優れた抵抗性を示すとともに、施
工性の極めて良好な石炭焚ボイラ用鋼管に関するもので
ある。

〈産業上の利用分野〉 近年、世界のエネルギー事情が急変したことにともない
、石油に代って再び石炭をエネルギー源として利用する
傾向が実寸ってきており、例えば石炭焚７Ｊバイラ、Ｃ
ＯＭ（７９粉炭と重油の混合物）災ボイラ、流動床ボイ
ラ、或いは石炭液化・石炭ガス化装置等の石炭利用高温
エネルギー装面が急増してきている。

そして、このような状況を背景として、未燃丹：石炭Ｙ
ｊｉ′／粉末や石炭燃ｍ’ｔ：灰分等が装屑内で飛散し
、装置構成部Ｓ　（主として過熱器管、再熱器管、蒸発
器管及び節炭器管等）に高速で衝突することによって生
ずる高温での固体粒子エロージョンが、高温エネルギー
装置部材の重大な損傷形卯として強く認識されるように
なってきた。もちろん、石炭焚ボイラに限れば、これは
格別新しいものではなく、古くから使用されているもの
であるが、近年の石油火力応用装置に匹適する能力を廟
するものとしての要望から、その形態は大型化し、かつ
高性能化する状況にあり、７エローソヨン損傷に対する
防止対策の重要性は以前のものに比べようもなく大きく
なっている。

〈従来技術〉 ところが、従来、高温エローゾョンに関する研究例は極
めて少なく、その挙動が明らかと、なっていないことも
あって、エロージョン防止のだめに採用されるｌＪ策と
言えば、 ○　固体粒子を含むガス流速が適正化（低減）されるよ
うに装置を設計する、 Ｏ装置設置１の際、ガス偏流を極力抑乏−るような構造
を採用する、 ０　敞しい損傷を受ける部分が特定できるような場合に
は、その部分にバッフルプレートやプロテクターを取り
付ける、 等が試みられているに過ぎなかった。このため、高温装
置の熱効率に犠牲を払わざるを得なかったり、或いは取
付けたプロテクターやバッフルプレート自身がエロージ
ョン損傷で損耗してしまう等の問題を避けることができ
ず、より効果的な高温エロージョン防止策の開発が切望
されていだのである。

そこで、本発明者等はこのような状況をふ１えだ上で、
高温粒子によるエロージョンに対して優れだ抵抗ｔノ＋
を治する新規なＡＱ含有フェライト糸ステンレス鋼を、
特願昭、５７−２０１４１８号として先に提案した。こ
の特願昭５７−２０１４．１８号として提案した鋼は、
フェライト系ステンレス鋼をノ１１一本ｔ＋１成とし、
これに所定量のＡＣを、含治せしめることで高温ての配
エローノヨン易慴並びに高温耐食ｔ’ｌを格段ＶＣ向上
させたもので、（ご　０１５％以下（ｖ下、−ｉｌ＜量
割合とする）、Ｓｉ、　’、　（−１，１，５〜２．５
０チ。

ＡＱ　：　０８０〜４５０係。

１・、４丁１．０１〜０８０％。

Ｃｒ：　］、２．０〜２　８．０　％ を含有するとともに、必要に応じて更に、Ｔｊ、、　Ｚ
ｒ、　Ｎｂ、Ｙ、希土類元素及びＣａのうちの１種以上
：０８％以下 をも含み、 残部：　：ｐ、及び不可避不純物 なる成分組成を有することを特徴とするものである。

しかしながら、本発明者等が先に提案した上記鋼は確か
に耐エロージヨン１！１に優れるものでばあつ／こが、
溶接ｆＩＩが十分でなく、従って装置組立て時の施工性
が十分に満足されるものではないと言う問題点が次第に
強く認識されるようになってきたのである。９．１゛に
、この鋼材をプロテクター等として使用する場合、その
数例けにかなりの困難を伴う上、鋼管本体との密着−性
が悪くて隙間ができ−やすいために伝熱性態の低下をも
余１義なくされるものであった。

もちろん、従来から高温装置用部材として一般に１参用
されていた各抄のボイラ用鋼管にあっても、高温強度に
優れるとともに溶接性か良好であると言うボイラ用鋼管
自体としての性質と、耐高温粒子エローゾヨン性に優れ
ると言う外面の性質とを同時（／ＣＷ＋ν足するものが
なかったことは既述した通りである。

〈発明の目的〉 本発明者等は、子連のような観点から、良好な高瀞、強
度と溶接性とを備えたー」−で、少なくともその外曲部
に優れた耐高温粒子エローゾヨン性をも有し、かつ伝熱
ｆ′１も十分に満足できる石炭１ノコボイラ用鋼管を提
供すべく、鋭意研究を重ねた結（Ｊｔ、以下に示される
如き知見を得たのである。

〈知見事項〉 （ａ）　近年、各種の２層管の製造技術に１、既に確て
７されたものとなっているが、石炭焚ポ・ｒう用銅１管
として、その内層を従来普通に使用されていたボイラ用
鋼管拐（高温強度と溶接性に優れていることは良く知ら
れている）にするとともに、外層を前記特願昭５７−２
０コ４１８号と１７で提案し７た鋼のような面１高温エ
ロージョン十’ｌにｆ褒れた鋼イ」とした２層管構造の
ものを使用すると、高温強度並びに面ｊ高温エロージョ
ン性の両特性を兼ね備えることとなって優わた特性が発
揮されること。

（ｂ）　Ｌかしながら、このような２層管てボイラを（
１４成すると、施工時、異」」溶接による溶接割れを生
ずる傾向がでてくること３．即ち、第１図に２層管の溶
接手順を示す概略模式図であるが、；２層管の溶接にお
いては、通常、第１図に示す上うに初層（内層１）から
最終層（外層２）丑で多１・凡・溶接（第１図中の莢記
号は肉盛りの順序を示す）を施す必要があり、溶接部の
品質を確保するだめの、熱膨張差に基づく熱応力溶接割
れや成分希釈による変態溶接割れを極力抑える対策が不
可欠で、それでも完全な溶接部を得ることが極めて困難
なのである。

（Ｃ）　ところが、上記２層管を、第２図或いは第３図
等で示されるように、内層の両端部を残して該内層外面
に外層を積層した構造とすれば、」二連のような溶接施
工時の問題を解消することができ（内層鋼１層の鋼管と
同様の溶接手段が採用できるので、溶接部の品質を十分
（で確保できる）、しかも、この２層管の２馬部分が局
部的にエローソヨン損傷の予想される箇所となるように
石炭焚ボイラの設計を行えば、所要目的を十分に達成で
きる装置が得られること。

〈発明の構成〉 この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 石炭焚ボイラ用鋼管を、高温強度と溶接性に優れる内層
鋼ど、両端部を残して該内層銅外面に積層された耐高温
粒子エローヅヨン性に優れる夕１層鋼とで構成される２
層鋼管と１−／ζ点、に特徴を有するものである。

なお、この発明の２層鋼偶における「高温強度と溶接性
に優れる内層鋼」とは、例えばＪ　Ｉ　５（）３４６１
　（１９’７８　）に規定されるボイラ・熱交換器用炭
素鋼鋼管、同じ（Ｇ　、’５４６２（１９７８）に規定
されるボイラ・熱交換器用合金鋼鋼管、丑だ同じ（Ｇ３
４６３（１！１）７８．）に規定されるボイラ・熱交換
器用ステンレス鋼鋼管等に適用される銅で十分であり、
壕だ「耐高温粒子エロージヨン性にｆｙれる外層鋼」と
は、公知のこの種の特性を有する鋼のいずれもを意味す
るものであるが、特に、本発明者勢が先に捉案した（稍
願昭５７−２０　］−４１８号）ところの、 Ｃ：Ｏ，１５乃以下、Ｓコニ０１５〜２５０係。

ＡＱ　：　０．８０〜４．．５０％、　Ｍｎ：　０．１
〜０．８０　％。

Ｃｒ：］、２．０〜２８０係 を含有し、必要に応じて更（／こ、 Ｔ’ｊ、　、　Ｚｒ　、　Ｎｌ）、Ｙ　、希土類元素及
びＣａのうちの１押収」−０８多以下 をも含み、 残部：Ｆｅ及び不可避不純物 から成る成分組成の銅を採用するのが、より一層階れだ
石炭焚ボイラ用鋼管を実現する十で好−ましい。

また、溶接部を確保するだめに設けられるところの、外
層が積層されずに内層鋼のみから成る２劇作］管両端部
の長さは、“いも継ぎ溶接時の溶接熱転外層及び内外層
の密着部に悪影響を及ぼさプｒいよう、管の寸法や材質
に応じて適宜定めれば良い。

前述したように、第２図及び第３図に示されるものはこ
の発明の石炭焚ボイラ用２層鋼管のそれぞわ別の例であ
り、第２図で示されるものは、円筒状に形成された内層
鋼から成るビレット母材に外層鋼から成る外層利を１１
λ；合わせ、両端面の前記嵌合わせ部をシール溶接した
２層ビレットを熱間押し出しし、冷間抽伸して２層鋼管
とした後、両端所要長さ部の外層のみを旋削除去して製
造されたもの、そして第３図で示されるものに］゛、両
端所要長さの外径を中間部の外径より大径とした円筒状
内層鋼から成るビレット母材の前記中間部に、プラズマ
アーク溶接により外層鋼を溶接肉盛りし、その後外面を
全長にわたって旋削して得た２層ビレットを、熱間押し
出しし、冷間抽伸して２層鋼管としだものであるが、燃
すｚ４ガスの流れを乱さないためににり、第３図で示さ
れるような形状とする・ことが好捷しい。

そして、第４図は、第３図で示される如き形状の２層鋼
管を製造するたぬの別の例を示した（＋！？、略わへ式
図であるが、この場合には、まず円筒状の内層鋼から成
るピレン）ｆｌ材４に、それよりも所定長さだけ短かい
外層鋼から成る外層拐５を嵌合わせ、溶接し、その後ピ
レン］・旬材両端に内層鋼から成るリング６．６を嵌合
わせて溶接Ｑ）することで得た２層ビレットを、熱間押
し出しし、冷間抽伸して２層鋼管を得る方法を示してい
る。

いずれにしても、この発明の石炭焚ボイラ用２層銅１管
は、例えば第２図及び第３図で示されるように、高温強
度と溶接性に優れる内層仲１０）と、両端部３，３庖残
して該内層鋼（１）外面に活劇されだ面１高７７詰エロ
ーノヨン・１１ｂ　Ｋ優れる／／′Ｉ層庁岡（２）とで
十苫Ｊ戊さＪｌてい２）ので、使用時には５該２層鋼管
同士、父に１−前記２層鋼管と従来から使用されている
ボイラ川鋼管とを容易に°゛いも継き“溶接″′するこ
とができ、かつ高洗１粒子エローノヨンの起りやすい部
分に２層部を配置するととで、前記高幅粒子エロージョ
ンをも有効に防止できるのである。しかも、この発明の
２層鋼管は、内層ｌと外層２とが完全（（密着している
ので、伝熱＋１能にも著しく優り−Ｃいることは言う寸
でもない。

次いで、この発明を実施例により其体的に説明する。

〈］実施例〉 才ず、ＪＴＳ規格のＳ　Ｕ　Ｓ　３０４．　Ｉ−１鋼か
ら成る外径　１６４ｍｍ、内径：３：３ｍｍ、厚さ：６
５．５ｍｍの内管素材と、Ｃ：０．１０％、　Ｓｉ：　
１．．５５％、　ＪＶｌ、４５　％、　Ｍｎ：　０．６
５　％、　Ｃｒ：　２４．４５％、残部が実質的にＹ・
″（・から成る成分組成の、外径　１　’、’　０肱、
内径　１６４．２１１１１１１１．厚さ：　７．４　ｍ
ａｎの夕１管素利とを用培、し、該内管素材外面に外管
素イ」を１茨合した後、両端にて境界部をンール溶接し
て複合ビレット素利を形成した１う 次いて、り・１９間押出しと冷間抽伸とによって１）ｆ
ｌ記複合ビピレトから、外径　５１０ｍＲ２肉厚、］］
４朋（外層゛」１）市、内層　９０朋）、長さ　’ｉ’
　０００〜８０００ＴＵｎの２層管を製コ告した。

続いて、該２層管を６５００悶の長さく／ｒｃ切断し／
こ後、その両端部の外層をそれぞれ］−〇朋にわたって
旋削除去し、第２図に示される如き本発明ボイラ用２層
１ｉ１管をイ↓Ｊた。

寸だ、これとけ別に、材質かそれぞれＪ　Ｉ　Ｌ３規格
にＤ　３　Ｔ　Ｂ　Ａ　２４　、Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４　
Ｈ及び５ＵＳ３４７　ＦＩ鋼、並びに９０ｒ　−２Ｍｏ
鋼、そして１２Ｃｒ−ＩＭｏ　−１，Ｖ鋼から成り、・
」法が−Ｆ記２層鋼管と同一の単層鋼管を比較材として
用意した。

次に、本発明２層鋼管について、内層と外層との密着性
試験（試験方法　管を垂直探触子の有効幅ＩＪ、下のピ
ンチで回転させなから］）７Ｉ進させ、定位置に保持し
た垂直探触子で管の全周を探傷すると言う、垂直超音波
探傷法により剥離部の有無を調査する方法）と、本発明
２層鋼管同士〇゛′いも継き溶接による溶接性試験（溶
接は、内層銅端部にルートフェース：］、６ｍｍ、角度
：３５°のベベル加にを施した後、２層鋼管同士を突き
合わせ、初層はＴＴＧ溶接、７〜８層は手溶接を施すこ
とで行った。なお、ステンレス鋼溶接の場合の溶接条件
は、 ＴＩＧ溶接・・ 溶接棒　ＪＩＳ　Ｙ３０８３０８相当径が３２間のもの
。

溶接速度：　１８　ｃｍ／ｍｌ１１゜ 溶接電流：１６０Ａ”。

溶接電圧：１７Ｖ。

手溶接・・ 溶接棒’、ＪＩＳ　Ｄ３０８３０８相当径が３、２　ｉ
７１＋のもの。

溶接速度：　１．２　ｃｙｎ／ｍｍ　。

溶接電流　り　Ｑ　Ａ。

溶接電圧　２５■。

てあり、蜂だ（でＴ’　−１ｔ４ｏ　＜ｉｌｉ、ｉ　Ｃ
：３　’ｌ’　Ｆ３’　Ａ２４　〕の」易合の浴接条件
Ｃ１、 ’Ｉ’　Ｔ　ｆ？浴４２゛２ 溶接棒　Ａ　Ｗ　５１）−１（！’）　Ｏ！：　Ｏイ１
１尚品の内径が３２ｍ７ノｌのもの。

溶接速度、　ｔＦｉ’、流、　′ｉ（！；圧　−′テン
レス銅１の場合と同じ。

手溶接 溶接棒　ＪＪＳＤ’ｌ”２４１６相当品の直径が３．２
　ｍｍのもの。

溶接速度：１．３ｃｍ／麗。

溶接電流１１１０Ａ。

溶接電圧°２４Ｖ であった）とを行ったところ、密渚性試験て′（σｊ、
い寸れの試験材も］００係密鵡していて伝熱性能の良好
なことが確認され、−ｔ、　７’ｊ溶接性試験でに、同
拐溶棒となって溶接部品質及び施工性とも問題のないこ
とが確認された。

一方、本発明２層鋼管と、前記各比較鋼管について］到
高温エローヅヨン性試験をも実施しだが、その結果を第
、５図に示す。なお、耐高温エローソヨン性試験は、ブ
ラスト式エローソヨン試験装置を用いて第１表に示され
るような条件で実施し、そのときの減肉速度を測定する
方法を採用した。

第　１　表 第、５図に示される耐高温エローソヨン試験結果からも
、本発明２層鋼管は従来のボイラ用鋼管に１シシて著し
く優れた耐高温エローゾヨン性を有していることが明ら
かであり、石炭焚、ボイラ用鋼管として好適であること
がわかる。

〈総括的な効果〉 上述のように、この発明によれば、石炭利用エネル域装
置にかける高温粒子エローソヨン損傷を確実に防上する
ことができる上、伝熱効率や施工性にも優れたボイラ用
鋼管を実現できるなど、産業上有用な効果がもたらされ
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は２層鋼管の溶接手順を示す概略模式図、第２図
は本発明の２層鋼管の１例を示す概略縦断面図、第３図
は本発明の２層鋼管の別の例を示す概略縦断面図、第４
図は本発明２層鋼管の１製作例を示す概略模式図、第５
図は各種ボイラ用鋼管の耐高温エローソヨン試験結果を
比較したグラフである。 図面において、 ］・内層、　２・外層、 ３　・管端部、 ４・・・内層鋼から成る直管、 ５　外層鋼から成る直管、 ６・内層鋼から成るリング、 ７・溶接部。 出願人　住友金属工業株式会社 代理人　富　１）　和　夫　ほか１名 第１ｍ 架２図 竿３図 第４図 ５ 鍵５図 晟太内譚派少量 手　続　補　正　書　（自発） 昭和５９年１１月・２７臼 特許庁長官　志　賀　学　殿 ２　発明の名称 石炭焚ボイラ用２層鋼管 ３、補正をする者 事件との関係　特−１ｉ１出願人 住所　大阪府大阪市東区北浜５丁目１５番地氏名〈名称
）　（２１１）住友金属工業株式会ネ１代表者　熊　谷
　典　文 ４、代理人 住所　東京都千代田区神田錦町−丁目２３番地宗保第二
ビル８階 〈補正の内容〉 １）明細；８、第３頁第１９行、第４頁末行及び第８頁
第１５行に 「本発明者等」とあるを、 「本出願人」 と訂正する。 ２）明細書、第１３頁、第８行に、 「７〜８層」とあるを、 １２〜８層」 と訂正する。 ３）明細書、第１４頁、第１９行に、 「同材溶棒」とあるを、 「同材溶接」 と訂正する。 ４）明細書、第１６頁、未行に、 「〜成る直管］とあるを、 ［〜成るビレット母材」 と訂正する。 ５）明Ｉｌ書、第１７頁、第１行に、 「〜成る直管、１とあるを、 Ｅ〜成る外層材」 と訂正する。 ６）第４図及び第５図を別紙の通りに訂正する。 以　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高温強度と溶接性に優れる内層鋼と、両端部を残して該
   内層銅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７１、′ｆ徴とする石
   炭焚ボイラ用２層鋼管。