JPS61183452A

JPS61183452A - 耐ＣａＳＯ↓４付着高温腐食性高マンガン鋼

Info

Publication number: JPS61183452A
Application number: JP2390585A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Shida; 志田　善明; Nobuyuki Maruyama; 丸山　信幸
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-02-09
Filing date: 1985-02-09
Publication date: 1986-08-16

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】（利用分野］本発明は耐ａａｓｏ４付着高温腐食性高マンガン鋼、特
に流動床ボイラーの高温部用鋼管に用いられるＣａＳＯ
４付着下の高温腐食に対する抵抗性のすぐれた高マンガ
ンオーステナイトステンレス鋼に関する。

（発明の背景及び従来技術〉近年、石炭燃焼ボイラーの新しい方式として流動床ボイ
ラーが注目されている。流動床ボイラーは低品位燃料が
使用でき、流動層内の伝熱効率が高く炉内脱硫ができる
などの幾多の特徴を有し、小型産業用として世界各地で
使用されつ＼メジ、近年では先進国でこのボイラーの事
業用としての開発が進められている。

流動床ボイラーでは前述の通シ炉内脱硫の可能なことが
特徴の一つであるが、脱硫目的のためには石灰石やドロ
マイトが媒体として用いられる。石灰石（ｃａｃｏｓ）
は熱分解しｒ４ｏとなシ石炭燃焼の結果生ずる硫黄分を
下記の反応で吸収するので石灰石金主な流動媒体とする
ことにより炉より発生する硫黄分を低く抑えることがで
きる。

ＣａＯ＋　Ｂｏｚ　＋　／２０２　　→ＣａＳＯ４しか
し、反面この結果生成するｃ　ａｓｏ４は流動床内伝熱
管の特に高温表面に付着し、管材として用いられる鋼材
の腐食の原因ともなることが判明してきている。これに
よって生ずる高温腐食は場合によっては厳しいものでメ
ジ、殊に温度が５５０℃以上の高温部材では長期使用寿
命の観点からこの腐食に対する耐食性を配慮した材料を
用いなければならない。

一方、これまでの小型産業用ボイラーでは地域暖房など
の用途が多くろまシ高温の蒸気発生には用いられていな
かった為に問題にならなかったが今後事業用として用い
られる場合には高温蒸気の発生が必要であシ、場合によ
っては６００〜６５０℃の蒸気発生に用いられる。流動
床ボイラーでは熱伝達が良好なため、伝熱管内の温度勾
配が大きく、約１００℃位の内外温度差がつくと謂われ
ておシ、管表面温度は７００〜７５０℃にも及ぶもので
るる。

従って、今後の特に事業用流動床ボイラーでは高温部に
用いられる管でＣａＳＯ、が付着し、高温のため腐食が
進行することが予想されるので、このような高温腐食に
対し耐食性の良好な材料が必要とされてきている。

従来、オーステナイトステンレス鋼としては本発明鋼と
成分的に重複する鋼が多く知られているけれども、流動
床ボイラーに用いられてＣａＳＯ、付着に基く高温腐食
に耐える効果を発揮した例は知られていない。

従って、本発明は流動床ボイラーの高温部に適した管材
及び支持具などの構造部材用にＣａＳＯ。

付着下の高温腐食に対する抵抗性の大きな新しい鋼材を
提供することを目的とするものである。

（発明の構成）Ｃａｓｏ、付藩による高温腐食の機構は未だ充分に解明
されておらず、高ニッケル合金は抵抗性を示さず、僅か
に５ＵＳ５１０Ｓ、５ＵＳ５４７などのオーステナイト
系ステンレス鋼が温度によっては相対的に耐食性である
との報告があるのみであシ、ＣａＳＯ４Ｋｌ”各種組成
のオーステナイトステンレス鋼に付着させ、これに関し
腐食試験を行なうことでその耐食性を調べた処、腐食現
象としては表面には酸化物が生成するが（場合によって
はＣａＱｒ２０４などの複機化物が生成される）、下地
の合金内には硫化物が離散的に生ずる内部硫化層を生じ
、この内部硫化層は内部侵食ヲ費けると非健全な肉厚部
分となシ、又異常酸化の原因ともなることからこの内部
硫化層の生成を抑制することが重要であることが判明し
た。

本発明者らはこのような現象に鑑み各種元素の挙動に関
し調べた結果、Ｍｎがこの内部硫化層の生成を抑制する
のに効果のあることを知見した。

本発明はこのような知見に基いて完成したもので、Ｍ量
でＣ＜Ｃ１，２０％、　ｓｌα１〜２．０％、Ｍｎ２．
０〜７．０％、Ｃｒ１４〜２６％、Ｎｉ８〜５０％を含
有し、さらに必要に応じＮＯ，０５〜（１４０％、　Ｔ
ｉ、Ｎｂ、Ｚｒ　各ＣＬ　Ｏ５〜１．５　％（７）１種
又ｈ２種以上と、Ｙ、　ＲＩＭ、Ｍｇ、Ｃａの１種又は
２種以上を合計でα１チ以下とを一万又は両方含有し、
残部はＦｅ及び不可避的不純物より成るＣａＳＯ４付着
下の高温腐食に対する抵抗性のすぐれた合金鋼に関する
ものである。

本発明鋼は流動床ボイラーにおいて流動層内伝熱管に対
する材質として適切であシ、而も場合によっては層内支
持具は勿論、低コスト高強度の母管の外に二重管として
用いることもできるものである。

次に本発明鋼における各種合金元素の含有量の限定理由
について述べる。

Ｃ：鋼の高温強度を確保するために有効な元する。しか
し二重管の外管材のように特に強度全必要としない場合
やＮで強化を計る場合は別として通常［１０５％以上の
添加は高温強度確保上必要である。

Ｓｌ；鋼の脱酸を目的に（１）％以上添加するが同時に
耐食性を増す効果もある。しかし本発明鋼では溶接性、
組織安定性全考慮し２．０％を最大とする。

Ｍｎ；本発明の特徴をなす元素である。通常オーステナ
イト鋼ではＭｎは脱酸、脱硫の目的で添加され熱間加工
性を向上するのに効果があるとされて１％程度添加され
ているが、本発明鋼ではそれ以上にＣａＳＯ、による腐
食、殊に内部硫化の抑制に効果を発揮せしめるためにさ
らに添加するもので６ｂ、ｃｒｔ及び使用温度などで必
要。

量は異なるが効果が顕著となるためには２．０％以上の
添加が必要である。Ｍｎ含有量は多いほどその傾向は好
ましいが、７．０％を超えると効果が飽和して来るとと
もに鋼の組織安定性や靭性に１害を生ずるようになるの
でＭｎは２．０〜７．０チとする。

Ｏｒ　：　ＣｒはＭｎとともに耐食性を発揮せしめるた
めに重要な元素で、最低１４チは必要であり、多いほど
好ましいが２５％を超えるとオーステナイト相安定化の
ために必要なニッケル量が増大し、かえって耐食性を害
することにもなるので、効果の飽和する２６％を上限と
する。而もＯｒ＞１５％が望ましく、又ｃｒとＭｎとは
相乗して防食効果を発揮するので、望ましい範囲として
はＯｒ　（％）　＋　Ｍｎ　（％）〉２０％である。

Ｎ１；鋼のオーステナイト組織を維持するために必要な
元素であシ、そのためには８％以上添加する必要がある
が、あまり多すぎると著しく耐食性を害するため５０％
を最大とする。

本発明鋼は前述の元素のほか、さらに必要に応じＮｅ　
Ｎｂ　ｐ　Ｔｉ　ｅ　Ｚｒ及びＹ　、　ＲＥＭ　、　Ｃ
ａ、　Ｍｇなどを含有せしめるが、その添加理由は次の
通りである。

Ｎ；鋼のオーステナイト化を助け、相安定性保持に有効
でアシ、又鋼の強度向上にも有効な元素であるが、Ｎは
溶解法によって異なるけれども通常Ｑ、０１〜１０２％
程度は含まれる。然し上記の効果を発揮せしめるために
はα０３％以上添加する必要があシ、１４％以上では鋼
の固溶限を超え窒化物の析出により延性及び靭性に悪影
響を与える。望ましくはα１〜１３チであるが、ＮはＮ
ｌ）と複合添加される場合にはさらに強度向上効果を有
し、特に高温長時間クリ−とら゛プ強度の向上に有効１埠る。

Ｎｂ：炭窒化物の析出により鋼の高温強度の向上に有効
で［１０５％以上添加した場合に効果を発揮し、殊にＮ
と複合添加する場合にその効果は大となる。しかし、あ
まり多量になると析出物も粗大なものが多くなシ強度向
上に効果がなくなるとともに溶接性に害を生ずるので１
．５％を上限とする。

Ｔｉ、Ｚｒ：Ｎｂ　　と同様、窒炭化物析出により鋼の
強度向上に有効であシ、添加に伴い効果を発揮するがあ
まり多量では鋼の清浄度を害するので１．５％以下に限
定する。望ましくは（ＬＯ５〜０５％であるが、またＮ
ｌ）と複合添加する場合も合計で１．５％以下とするの
が望ましい。

Ｙ　、　ＲＥＭ　、　Ｃａ　、　Ｍｇ　；　Ｃｒ２０ｇ
皮膜の生成を促し、熱間加工性向上、内部硫化層形成防
止を促すのに有効であり、必要に応じ（１０００５％以
上程度全添加する。しかしｃＬ１％を超えると効果の増
大がなくなり、又清浄度も害する。

この他、Ｍｏ、Ｗ、Ｖの５％以下、Ｃｕの７％以害を生
じない。なお、Ｙ　、　ＲＥＭ　、　Ｃａ　、　Ｍｇ　
　などの添加にはＡｌによる事前脱酸が必要であシ、そ
の場合通常０．０１％程度は少くとも含有する。又Ｐは
溶接性の点からａ、０２％以下と少ないことが望ましく
、Ｓも鋼塊割れ防止、熱間加工性の改善のため［１００
５％以下と少ないことが望ましい。

実施例下表に示す成分の合金鋼を供試材として用いた。これら
の鋼は真空溶解にて１７に９のインゴットとなし熱間鍛
造、熱間圧延の後、溶体化処理、冷間圧延、溶体化処理
の工程を経て５ｍ厚さに仕上げた試験材より試験片を調
製し下記の試験に供した。

流動床ボイラーでは０ａ８０．が高温部材表面に極めて
緻密に密着生成するので、その状況を模擬するため各株
供試鋼の試験片ｆ　ＣａＳＯ、粉末中に埋没する方法で
行なった。即ち試験片（形状；　２．５　（ｔ）　Ｘ　
１０　（ｗＪ　Ｘ　３０　（ｔ）覇、表面仕上：φ５２
０番エメリーペーパー）全、３１０鋼で作成した円筒容
器（５０φ（よりＪ　　Ｘ　２５０（ｈ）簡）内にまず
ＣａＳＯ、　ｆ少量装入し、これに上記試験片全挿入し
、さらにそれをカバーするようにＣａＳＯ４に装入し、
これを繰返して容器一杯となしてネジ蓋を閉め込み、容
器全体を電気炉内にて７００℃及び８００℃で５００時
間加熱した。試験後は腐食減量から表面スケーリングに
よる減肉を測定するとともに断面の光学顕微鏡観察を行
ない、内部硫化深さを測定し合計の量を腐食侵食量とし
て求め評価基準とした。

結果を下表に併記するが、これよＪＭｎの添加効果は明
らかで本発明鋼の耐食性改善効果の著しいことがわかる
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量で、Ｃ≦０．２０％、Ｓｉ０．１〜２．０％
、Ｍｎ２．０〜７．０％、Ｃｒ１４〜２６％、Ｎｉ８〜
３０％を含有し、残部は実質的にＦｅより成ることを特
徴とするＣａＳＯ＿４付着下の高温腐食に対する抵抗性
のすぐれた合金鋼。
（２）重量で、Ｃ≦０．２０％、Ｓｉ０．１〜２．０％
、Ｍｎ２．０〜７．０％、Ｃｒ１４〜２６％、Ｎｉ８〜
３０％及びＮ０．０３〜０．４０％、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ
各０．０５〜１．５％の１種又は２種以上を含有し、残
部は実質的にＦｅより成ることを特徴とするＣａＳＯ＿
４付着下の高温腐食に対する抵抗性のすぐれた合金鋼。
（３）重量で、Ｃ≦０．２０％、Ｓｉ０．１〜２．０％
、Ｍｎ２．０〜７．０％、Ｃｒ１４〜２６％、Ｎｉ８〜
３０％及びＹ、ＲＥＭ、Ｍｇ、Ｃａの１種又は２種以上
を合計で０．１％以下含有し、残部は実質的にＦｅより
成ることを特徴とするＣａＳＯ＿４付着下の高温腐食に
対する抵抗性のすぐれた合金鋼。
（４）重量で、Ｃ≦０．２０％、Ｓｉ０．１〜２．０％
、Ｍｎ２．０〜７．０％、Ｃｒ１４〜２６％、Ｎｉ８〜
３０％を含有し、さらにＮ０．０３〜０．４０％、Ｔｉ
、Ｎｂ、Ｚｒ各０．０５〜１．５％の１種又は２種以上
及びＹ、ＲＥＭ、Ｍｇ、Ｃａの１種又は２種以上を合計
で０．１％以下を含有し、残部は実質的にＦｅより成る
ことを特徴とするＣａＳＯ＿４付着下の高温腐食に対す
る抵抗性のすぐれた合金鋼。
（５）Ｃｒ、Ｍｎを合計で２０％以上含有せしめる特許
請求の範囲第（１）乃至第（４）項の何れか１項記載の
合金鋼。
（６）Ｍｏ、Ｗ、Ｖ≦３％、Ｃｕ≦７％、Ａｌ≦０．５
％、Ｂ≦０．０１％の１種又は２種以上を含有する特許
請求の範囲第（１）乃至（５）項の何れか１項記載の合
金鋼。
（７）Ｐ、ＳはＰ≦０．０２％、Ｓ≦０．００５％含有
する特許請求の範囲第（１）乃至（６）項の何れか１項
記載の合金鋼。