JPS6254067A - 流動床ボイラ−部材用Si含有鋼 - Google Patents

流動床ボイラ−部材用Si含有鋼

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JPS6254067A
JPS6254067A JP19357585A JP19357585A JPS6254067A JP S6254067 A JPS6254067 A JP S6254067A JP 19357585 A JP19357585 A JP 19357585A JP 19357585 A JP19357585 A JP 19357585A JP S6254067 A JPS6254067 A JP S6254067A
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JP
Japan
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fluidized bed
temperature
bed boiler
less
steel
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Pending
Application number
JP19357585A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Shida
志田 善昭
Hisao Fujikawa
尚男 冨士川
Nobuyuki Maruyama
丸山 信幸
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、CaSO4付着下の高温腐食に対する抵抗
性等に潰れ、流動床ボイラの高温部構造部材(例えば、
ボイラチューブ、その支持部材1.プロテクター等)と
して好適な流動床ボイラー部材用3i含有鋼に関するも
のである。
〈背景技術〉 近年、石炭燃焼ボイラの新たな様式として流動床ボイラ
が注目を集めるようになってきた。
この@動床ボイラは、低品位燃料でも燃焼可能であり、
流動層内伝導熱効率が高く、また炉内脱硫が可能である
等の各種の長所を有しており、産業用小型装置としては
世界各地において導入され使用されるに至っている。そ
して、最近では、このボイラ全より規模の大きな事業用
に開発しようとの気運が高まってきた。
ところで、上記流動床ボイラでは炉内脱(,17の可能
なことが大きな特徴の1つとされていることは前述した
通りであるが、この脱硫目的のために石灰石(CaC0
a )やドロマイト((’a 、Mg Ic03)2)
が主な流動媒体として使用されている。
即ち、石灰石(CaC03)は高温度下で熱分解してC
aOを生成し、石炭燃焼によって発生する硫黄分を CaO+ 802+門0□→CaSO4なる反応で吸引
してしまうので、石灰石やドロマイトを主な流動媒体と
することによシ炉から発生する8分を低く抑えることが
できるのである。
しかしながら、反面、上記反応の結果生成されるCaS
O4は、流動床内伝熱管、それも特にその高温表面部に
付着し、管材として用いられる鋼材腐食の原因ともなる
ことが次mK明らかとなってきた。そして、これによっ
て生じる高温腐食は場合によっては相当に厳しいもので
あシ、また、これとは別にCaCO3の存在に起因して
部材だ好ましからざる浸炭を生じることも解明された。
殊に、温度が550℃以上に達する高温部材では、長期
便中寿命確保の観点から、上述の如き高温腐食に対する
耐食性を配慮した材料がどうしても必要であった。
もつとも、これまでの小型産業用ボイラでは地域暖房等
の用途が多く、高温の蒸気発生には余り用いられること
がなかったため、これらの点が問題になることは殆んど
なかった。
しかし、今後積極的な採用が予定される事業用大規模設
備では高温蒸気の発生がどうしても必要であり、場合に
よっては600〜650℃の蒸気発生に用いられるもの
である。また、流動床ボイラは熱伝達が良好なため伝熱
管内温度勾配は大きく、約100℃程度の内外温度差が
付くと言われており、管の表面温度は700〜750°
Cにも達するとされている。
従って、今後の、特に事業用大規模流動床トイラでは、
伝熱管等の高温加熱部でCaSO4付層による高温腐食
の進行問題を避けて通ることはできず、早急にその適切
な対処策を見出さなければならなかった。
ところが、CaSO4付着による高温腐食挙動は未だ十
分には明らかとなっておらず、これまでは、単に「高N
i含有合金では腐食抵抗が良くなく、JIsに規定され
る5US310Sや5US347のオーステナイト系ス
テンレス鋼が、使用温度によっては相対的に高耐食性を
示す」との報告があるのみであった。
〈問題的を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、流動床ボイラの
管材や支持具など、CaSO4の付着しやすい高温環境
で使用される高温用構造部材に使用して好適な、CaS
O4付着下の高温腐食に対する抵抗性の大きい高温用仰
材を提供すべく、特にCaSO4を各種組成のオーステ
ナイトmに付層せしめて行った腐食試験結果等を考察し
ながら研究を東ねたところ、以下(at〜(clに示す
如き知見を得るに至ったのである。即ち、 b)  (JSO4付着下の高温腐食現象は、表面て酸
化物(場合によってはCaCr2O4等の複酸化物もあ
る)が生成されつつ進行することもさることながら、下
地の合金内に硫化物が離散状に確認される内部硫化物層
を生じると言う特徴があり、この内部硫化物層は内部酸
化物を伴ない非健全肉厚となる上、異常酸化の原因とも
なって、腐食の進行をより一層高めるものであること、 (bl  従って、CaSO4付着下の高温腐食を防止
するには、この内部硫化層の生成を抑制することが極め
て重要であること。
(c)  数ある階の合金元素の中でも、特に特定量の
81を添加すると、前記内部硫化が極めて有効に防止さ
れること。
殊に、Siは胤が存在するとこれと複合的な作用を発揮
し、合金の内部硫化をより効果的に抑制するものである
即ち、Siは材料内で5io2を形成してSの侵入を防
止する役割を果すものであるが、内部硫化の進行状況を
みてみると、材料内に侵入しようとするSは、まずMn
と結び付くこととなる。従って、Mn添加によっても材
料の内部硫化は抑制されるが、この際、Stによって5
IO2皮膜を形成することで極めて少けのMnでも内部
硫化抑制効果を発揮するようになる。
もちろん、このような現象は、これまで知られていた耐
酸化銅としてのSl添加の場合とは全く異なる機構であ
ることは言うまでもない。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり。
流動床ボイラー部材用修を、 C:0.20%以下(以降、成分割合を示す%は重@%
とする)。
Si:1.5〜5.0%、 Mn:2.0超〜3.OJ
Cr: 18.5〜26.0 %。
Ni: 10.OS35.0% を含有するか、或いは更に N : 0.0 ’3〜0.40%。
Mo及びCuのうちの1種以上:io、o%以下、’l
’i 、 Nb及びzrのうちの1種以上=1.5%以
下を満足する範囲内でN 、Mo、Cu、Ti 、Nb
及びzrの1種以上をも含有し、残部が実質的にFeよ
り成る成分組成に構成すること忙より、極めて優れたc
aso4付着下の高温腐食に対する抵抗性を有せしめた
点、 に特徴を有するものである。
なお、この発明の鋼は、流動床ボイラの流動層内伝熱管
材として好適なものであるが、場合に゛よっては流動層
内支持具はもちろん、低コスト高強度材から成る母管の
外側防獲材としての2重管材やプロテスター材として用
いることもできる。
次に、この発明の鋼において、各構成成分の含有割合を
前記の如くに数値限定した哩由を説明する。
■ C Cは、鋼の高温強度を確保するために有効な元素である
が、その含有量が0.209+を超えると強度上昇率が
低下するとともに、延性の低下を招くと言う併置を生じ
ることから、C含有量を0.20%以下と定めた。・ なお、2重管外管材としてのように格別に強度を必要と
しない場合やN添加によって強化を図る場合は別として
、通常、Cは0.05%以上添加するのが好ましい。
■ Sl 特定量のSi添加は本願発明において極めて重要な事項
であり、Si添加によってCaSO4付層に起因する内
部硫化が極めて有効に抑制され、同時に浸炭抑制にも効
果が発揮されるが、St含有量が1.5%未満では前記
内部硫化抑制作用や浸炭抑制作用に所望の効果が得られ
ず、一方、5.0%を超えて含有させてもより以上の同
上効果が得られないばかりか、相安定性や溶接性に書を
及ぼすようになることから、St含有槍は1.5〜5,
0%と定めた。
なお、S1含有看が2.5%以上で特に著しい内部硫化
抑制作用や浸炭抑制作用が発揮されることから、好まし
くは2.5%以上のSiを含有させるのが良い。
(iE)Mn Mnは、通常は僻の熱間加工性向上を目的に添加される
元素であるが、勤目身はCaSO4の付着下での内部硫
化抑制【有効な作用を及ぼすため、この発明においては
この点からも重要な元素であるが、低S1材では2.0
%を超えて含有させないと前記作用に所望の効果が得ら
れないことから1Mnは2.0%を超えて含有させるこ
とと定めた。一方、当含有晴が多いほど前記作用に伴う
効果も上昇するが。
3.0%を超えて含有させても該効果は飽和してしまう
ことから、Mn含有磨の上限を3.094と定めた。
■ Cr Crは、Stと同様に鋼の耐食性を発揮せしめる上で重
要な元素であり、700℃以上の高温度下で使用する場
合には18.’5LM以上の割合で含有されないと所望
の耐食性を発揮させることができない。
そして、Cr含有沿は、多いほど耐食性の苑地から好ま
しいが、26.0%を超えて含有させた場合には耐食性
向上効果だ飽和傾向が現われてくることから、Cr含有
蝋を18.5〜26.0%と定めた。
■ Ni Niは、鋼のオーステナイト組織を維持するために必要
な元素であり、そのため【は10.09を以上の添加が
要求され2も。しかしながら、Ni含有量が多くなり過
ぎると著しく耐食性を害するようになることから、その
上限を35.0%と定めた。
■ N Nは、鋼のオーステナイト化を助ける作中を有して、い
るので相安定性保持に有効であり、まfC’、@の強度
同上作用をも有しているので、必要により含有せしめら
れる元素であるが、通常0.0294程度含まれる元素
でもある。ところで、N含有量が0.03%未満では前
記作用に所望の効果が得られず、・一方40.40%を
超えて含有させると固溶限を超えることとなり、窒化物
の析出により延性及び靭性に悪影響を及ぼすようだなる
ことから、N含有量は0.03〜0.40%と定めたが
、好ましくは・0.1〜0.3%にa整するのが良い。
なお、Nbと複合添加されると強度向ヒ効果がよシ顕著
となり、特に高温長時間クリープ強度同上に有効となる
ので好ましい。
@  Mo 、 Cu * Ti e Nb e及びZ
rこれらの成分には、いずれも−の高温強度を同上させ
る作用があるので、高温強度をより向上させる必要があ
る場合に1種以上添加されるものであるが、以下、各成
分毎に含有量限定理由を詳述する。
1)Mo、及びCu Mo及びCuには、前述したように、IIIの高温強度
を高める作用があるが、これらの元素の含有量が合計で
10.09LJを超えてもより以上の高温強度同上効果
が得られないことから、Mo及びCuの含有量は合計で
10.0%以下と定めた。なお、Moはその含有量が高
すぎるとコスト的な不利を招くばかりか、相安定性をも
害することとなるので0.1−3%の範囲で含有させる
のが好ましく、一方、Cu含有けは0.1〜7%の範囲
が望ましい。
1i)  Nb Nbには、炭窒化物の析出により鋼の高温強度を同上さ
せる作用があり、殊にNと複合添加される場合にその効
果が大きくなる。しかしながら、多量に添加・含有せし
めると析出物も粗大なものが多くなって強度同上に効か
をくなるとともに、溶接性にも悪影響が及ぶことから、
め含有eの上限を1.5粥と定めた。なお、Nbを添加
する場合には0.05傷以上含有させることが好ましく
、またT1及びZrと複合添加する場合には単独添加の
場合と同様の理由で合計含有層を1.5粥以下とする必
要がある。
11i)  Ti 、及びzr T1及びZrには、Nbと同様、炭化物析出により鋼の
強度を向上する作用があり、含有量の増大とともにその
効果も上昇するが、Nbをも含めて   ′これらの合
計含有量が1.5 g5を超えると7の清浄度を害する
上、強度同上効果の伸び高低下。
溶接性への悪影響が現われる。なお、望ましくは、Tl
及びzrの含有量は合計で0.05〜0.5%の範囲内
に調整するのが良い。
以上に説明した如く、この発明の鍾は、上記分組成で構
成されることによって慶れたcaso、付着下の耐高温
腐食性を示すものであるが、このほかにY、希土類元素
及びCLのうちの1種以上を合計で0.1%以下の範囲
で含亘させると耐食性に有効であり、また2%以下のA
/’或いは0.01%以下のBの添加は前述した高温耐
食性に何らの害をも生じない。
更に、不可避的不純物であるPは溶接性の点より0.0
2%以下と少ない方が良く、同じく8本、肯塊割れ防止
や熱間加工性の観点から0. O05%以下に抑えるの
が望ましい。
次いで、この発明を実権例により比較例と対比しながら
説明する。
〈実施例〉 まず、第1表に示″f″如き成分組成の債を真空溶解に
て17に7のインゴットとし、熱間鍛造及び熱間圧延の
後、溶体化処理、冷間圧延、更に溶体化処理の工程を経
て、5m厚の板材に仕上げた。
続いて、これら板材より試験片を切り出し、下記の腐食
試験に供した。
即ち、に食試験は、流動床ボイラ用材として使用した場
合の腐食状況を想定し、流動床ボイラではCa5o4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
を模擬再現すべく、各試験片をCaSO4粉末中に埋没
する方法で実姉した。
よし具体的には、切り出した各試験片(2,5m厚×1
0M幅X31’l+w長の寸法で、表面が 320番エ
メリーペーパーで研磨仕上げされたもの)を、SUS 
310鋼製の円筒容器(直径:50tH×高さ:250
m)内にCaSO4を少頃入れたものの中に並べ、更に
これをCaSO4でカバーすると言う手順を繰返し、前
記容器が一杯になったところでネジ蓋にて密閉した後、
該容器ごと電気炉に挿入して700℃及び800℃に加
熱して500時間保持する方法が採用された。
そして、腐食試験後は、腐食減琥から表面スケ−・リン
グによる減肉を測定するとともに、試験片断面の光学顕
微鏡観察を行って内部硫化深さを測定し1両者の合計量
を腐食侵食階として評価基準にした。
この腐食試験結果を第1表に併せて示した。
第1表に示される結果・をみても、本発明鋼ではCaS
O4付着状態の高温度下で格段に優れた腐食抵抗性を示
すのに対して、比較材たる従来鋼は十分な耐食性を有し
ていないことが明らかである。
く総括的な効果〉 上述のよって、この発明によれば、CaSO4付着下の
高温腐食に対して極めて優れた耐食性を示す扁温用鋼を
提供することができ、大規模な流動床ボイラ設備の高温
部構造部材に適用して該設備の耐久性及び信頼性をより
一層回上し得るなど、産菓上極めて有用な効果がもたら
されるのである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量割合にて C:0.20%以下、Si:1.5〜5.0%、Mn:
    2.0超〜3.0%、Cr:18.5〜26.0%、N
    i:10.0〜35.0% を含有するとともに、残部が実質的にFeより成ること
    を特徴とする、流動床ボイラー部材用Si含有鋼。
  2. (2)重陽割合にて、 C:0.20%以下、Si:1.5〜5.0%、Mn:
    2.0超〜3.0%、Cr:18.5〜26.0%、N
    i:10.0〜35.0%、 N:0.03〜0.40% を含有するとともに、残部が実質的にFeより成ること
    を特徴とする、流動床ボイラー部材用Si含有鋼。
  3. (3)重量割合にて、 C:0.20%以下、Si:1.5〜5.0%、Mn:
    2.0超〜3.0%、Cr:18.5〜26.0%、N
    i:10.0〜35.0% を含有するとともに、 Mo及びCuのうちの1種以上:10.0%以下、Ti
    、Nb及びZrのうちの1種以上:1.5%以下を満足
    する範囲内でMo、Cu、Ti、Nb及びZrの1種以
    上をも含有し、残部が実質的にFeより成ることを特徴
    とする、流動床ボイラー部材用Si含有鋼。
  4. (4)重量割合にて、 C:0.20%以下、Si:1.5〜5.0%、Mn:
    2.0超〜3.0%、Cr:18.5〜26.0%、N
    i:10.0〜35.0%、 N:0.03〜0.40% を含有するとともに、 Mo及びCuのうちの1種以上:10.0%以下、Ti
    、Nb及びZrのうちの1種以上:1.5%以下を満足
    する範囲内でMo、Cu、Ti、Nb及びZrの1種以
    上をも含有し、残部が実質的にFeより成ることを特徴
    とする、流動床ボイラー部材用Si含有鋼。
JP19357585A 1985-09-02 1985-09-02 流動床ボイラ−部材用Si含有鋼 Pending JPS6254067A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008545889A (ja) * 2005-06-03 2008-12-18 エイティーアイ・プロパティーズ・インコーポレーテッド オーステナイト系ステンレス鋼

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008545889A (ja) * 2005-06-03 2008-12-18 エイティーアイ・プロパティーズ・インコーポレーテッド オーステナイト系ステンレス鋼

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