JPS644579B2 - - Google Patents
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- JPS644579B2 JPS644579B2 JP12010484A JP12010484A JPS644579B2 JP S644579 B2 JPS644579 B2 JP S644579B2 JP 12010484 A JP12010484 A JP 12010484A JP 12010484 A JP12010484 A JP 12010484A JP S644579 B2 JPS644579 B2 JP S644579B2
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Landscapes
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Description
〔発明の技術分野〕
この発明は、強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気で
の耐食性に優れた耐熱合金に関するものである。 〔従来技術とその問題点〕 火力発電所用大型ボイラの高圧蒸気発生用およ
び熱交換器用の過熱器管または再熱器管は、燃料
中の不純物に由来するＳ、Ｖ、Na、Ｋなどと燃
焼用空気に由来する酸素とにより、激しく酸化−
硫化腐食を受ける。この腐食が大きく進んで管の
肉厚が減少すると管が受ける応力が増大するか
ら、噴破事故を発生する危険が生ずる。そのため
に、過熱器管、再熱器管などには、18−８系ステ
ンレス鋼など耐食性の高い合金材料が使用されて
いる。しかし、現状では、これら耐食性の高い合
金材料といえども、激しい酸化−硫化腐食に対し
ては充分でない。 このような酸化−硫化腐食を防ぐためには、一
般に、(1)ボイラの燃料に不純物の少ない良質なも
のを用いる、(2)MgOなどの腐食抑制剤をボイラ
内に導入する、(3)クロムメツキ処理、クロム拡散
浸透処理などの表面処理を管に施して、管の耐食
性を向上させることが考えられる。 しかし、これら(1)〜(3)の方法は次のような難点
がある。(1)の方法：燃料費が高くつく。従つて、
経済的見地から簡単に実施するというわけにはい
かない。(2)の方法：MgOなどの添加によつて充
分な効果をあげるためには、莫大な量を添加する
必要がある。この方法も実用的でない。(3)の方
法：クロムメツキ処理、クロム拡散浸透処理は、
長尺の管に均一に施すことが難しく、これによつ
て管の耐食性を向上させることは困難である。 そこで、激しい酸化−硫化腐食に対して耐食性
に優れた耐熱合金が要望されている。 一般に、合金鋼が18−８系ステンレス鋼から
Ni基合金（例えばインコネル617）になるに従つ
て、強度および耐食性が増すことが知られてい
る。しかし、これが成立つのは、強酸化の腐食雰
囲気においてであり、低酸化または強硫化の腐食
雰囲気およびハロゲンを含む腐食雰囲気では成立
たない。例えばNi基超合金は、酸化腐食雰囲気
では優れた耐食性を示すが、強硫化の腐食雰囲気
ではNi3S2を形成して耐食性を劣化する。 また、シヨツトブラストなど表面冷間加工によ
つて合金鋼の耐酸化性を改善できることについて
は、多くの報告がある。例えばボイラでの水蒸気
酸化について、SUS321HTB鋼（18−８系ステ
ンレス鋼）の管の内面にシヨツトブラスト加工を
施すと、実質的に酸化が起こらなくなると報告さ
れている。 しかし、表面冷間加工によつて全ての合金鋼の
耐酸化性が改善されるものではない。例えばシヨ
ツトブラスト加工は、逆に条件によつては耐酸化
性を損なう報告もある。従つて、例えばインコロ
イ800合金およびそれ以上の高級合金は水蒸気酸
化に対して極めて優れた耐食性を示すが、これに
表面冷間加工を施すことは、耐酸化性を損う虞れ
もあり、耐酸化性を損わないまでも他の性能を害
する可能性もある。 このように、合金鋼の耐食性と言つても、腐食
環境が違うと耐食性を示さなかつたり、表面冷間
加工による耐食性の向上と言つても、必ずしも全
ての合金鋼の耐食性が向上するものではなかつた
りして、表面冷間加工による耐食性を含めて合金
鋼自体の耐食性を向上させることについては、一
律に論ぜられない。まして、強酸化かつ強硫化の
腐食雰囲気での耐食性に優れた合金については、
ほとんど未知であるのが実状である。 〔発明の目的〕 この発明は、上述の現状に鑑み、火力発電所用
大型ボイラの過熱器管、再熱器管などが曝される
強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気での耐食性に優れ
た耐熱合金を提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 この発明の耐熱合金は、 Ｃ：0.1wt％以下、 Cr：22〜45wt％、 Ni＋Co：18〜70wt％、 残り：Feおよび不可避不純物、 からなる面心立方構造の単相組織の耐熱合金であ
つて、表面の冷間加工により表面硬さを荷重
100gのビツカース硬度で350以上としたことに特
徴を有する。 〔発明の構成〕 この発明で、強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気と
は、例えば火力発電所用大型ボイラの高圧蒸気発
生用および熱交換器用の過熱器管、再熱器管など
が曝されるような雰囲気を言い、より具体的に
は、酸素分圧PO2が10-10気圧以上であつて、かつ
硫黄分圧PS2が10-8気圧以上である雰囲気を言う。 この発明で、合金の成分組成を、Ｃ：0.1wt％
以下、Cr：22〜45wt％、Ni＋Co：18〜70wt％、
残り：Feおよび不可避不純物と定めたのは、次
の理由からである。 Ｃ：Ｃは高温強度を向上させる作用をもつ有効
な元素であるが、多量のＣは溶体化処理時にマト
リツクスに溶け込まず、また溶け込んだとしても
高温での使用中に、そのほとんどがCr炭化物と
して析出して耐食性を損う。従つて、このような
Ｃが溶け込まないことやCr炭化物の析出を防止
することから、Ｃは0.1wt％以下と定めた。 Cr：Crが22wt％未満では、たとえ合金の表面
硬さを高めても、強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気
での耐食性が充分でない。またCrが45wt％を越
えると、合金の表面硬さを高めることによる耐食
性の向上効果が余り増加しない。一方、Cr含有
量が増加するとそれだけ合金のコストが高くな
る。以上の理由から、Crは22〜45wt％と定めた。 Ni＋Co：Niは合金の結晶構造を面心立方構造
（fcc）とする上に不可欠な元素であり、18wt％
未満ではfcc構造の単相組織とすることが不可能
となるので、その下限を18wt％と定めた。Coも
Niと同様な効果を有し、Niの一部または全部を
同量のCoで置換することができる。これらの元
素の上限は特に制限されないが、市販スクラツプ
を利用した母合金の活用を図り、安価な合金を提
供しようとすると、合金中には相当量のFeが混
入してくることになる。このような観点からNi
＋Coの上限は70wt％と定めた。 この発明で、合金の組織を、上記した成分組成
を有する高Cr系合金のfcc構造の単相組織とした
のは、フエライト系の高Cr合金はσ相の析出に
より極めて脆くなることと、fcc構造以外の組織
構造のものはfcc構造のものより一般に高温強度
が劣ることからである。 この発明で、合金の表面硬さをビツカース硬度
HVS（荷重100g）で350以上としたのは、上記した
成分組成を有するfcc構造の単相組織からなる合
金に、強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気での耐食性
を充分に賦与するためである。合金の表面硬さが
ビツカース硬度で350未満では、その成分組成お
よび組織構造が、この発明で規定するものであつ
ても、充分な耐食性が安定して賦与されない。 なお、この発明の合金として、上記した成分以
外に、脱酸剤あるいは強度向上元素として、Si：
2wt％以下、Mn：2wt％以下、MoまたはＷ：
10wt％以下、Ti：3wt％以下、Nb：3wt％以下、
Al：3wt％以下の１種または２種以上をさらに含
有させたものを用いても、この発明の効果は何ら
損われることなく発揮することが確認されてい
る。この場合、Si、Mo（またはＷ）、Ti、Nbお
よびAlは、いずれもfcc構造の形成を妨げbcc構
造の形成を助長する傾向をもつため、上記した範
囲を越えて含有させると相バランスがくずれてく
るので、規定以下におさめる必要がある。また
Mnは2wt％を越えて含有させると、溶接性およ
び加工性を損うので、2wt％を上限とする。 〔実施例〕 次に実施例によりこの発明を説明する。 第１表に示すように、９種類のCr−Ni−Fe系
の合金に溶体化処理をしたのち、表面冷間加工を
与えて、本発明例合金Ｉ、Ｐ、Ｒ、Ｕと比較例合
金Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｏ、Ｑ、
Ｓ、Ｔ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙとを得、次いで、これを
供試材として石炭灰腐食試験を行ない、腐食減量
△Ｗを求めた。 ここで、比較例合金のうちＡ〜ＧおよびＶ〜Ｙ
は、合金の成分組成をこの発明の範囲外としてあ
る。またＯ、Ｑ、ＳおよびＴは、合金の成分組成
はこの発明の範囲内であるが、表面硬さをこの発
明の範囲外としてある。 表面冷間加工は、グラインダ加工、スチールシ
ヨツト加工および切削加工の３種類（但し、切削
加工は比較例合金Ｔのみ）で、合金の表面硬さが
ビツカース硬度HVSで260〜551となる範囲で行な
つた。合金表面のビツカース硬度HVSは、ビツカ
ース硬度計の圧子の負荷を100grとして測定した。 石炭灰腐食試験は、Na2SO434wt％、
K2SO441wt％、Fe2O325wt％からなる石炭灰を
合金表面に塗布したのち、SO21％、O25％、
CO210％、残部N2からなる強酸化かつ強硫化の
腐食雰囲気中、温度700℃、時間100hrの条件で行
なつた。 石炭灰腐食試験による腐食減量△Ｗを添付の図
面に示す。また、溶体化のままの場合の腐食減量
△Ｗ（ST）と表面冷間加工を加えた場合の腐食減
量△Ｗ（加工）とから、表面冷間加工によつて耐
食性の改善される度合を示す耐食性の改善率η
（％）を、下式より求めて第１表に併せて示す。
の耐食性に優れた耐熱合金に関するものである。 〔従来技術とその問題点〕 火力発電所用大型ボイラの高圧蒸気発生用およ
び熱交換器用の過熱器管または再熱器管は、燃料
中の不純物に由来するＳ、Ｖ、Na、Ｋなどと燃
焼用空気に由来する酸素とにより、激しく酸化−
硫化腐食を受ける。この腐食が大きく進んで管の
肉厚が減少すると管が受ける応力が増大するか
ら、噴破事故を発生する危険が生ずる。そのため
に、過熱器管、再熱器管などには、18−８系ステ
ンレス鋼など耐食性の高い合金材料が使用されて
いる。しかし、現状では、これら耐食性の高い合
金材料といえども、激しい酸化−硫化腐食に対し
ては充分でない。 このような酸化−硫化腐食を防ぐためには、一
般に、(1)ボイラの燃料に不純物の少ない良質なも
のを用いる、(2)MgOなどの腐食抑制剤をボイラ
内に導入する、(3)クロムメツキ処理、クロム拡散
浸透処理などの表面処理を管に施して、管の耐食
性を向上させることが考えられる。 しかし、これら(1)〜(3)の方法は次のような難点
がある。(1)の方法：燃料費が高くつく。従つて、
経済的見地から簡単に実施するというわけにはい
かない。(2)の方法：MgOなどの添加によつて充
分な効果をあげるためには、莫大な量を添加する
必要がある。この方法も実用的でない。(3)の方
法：クロムメツキ処理、クロム拡散浸透処理は、
長尺の管に均一に施すことが難しく、これによつ
て管の耐食性を向上させることは困難である。 そこで、激しい酸化−硫化腐食に対して耐食性
に優れた耐熱合金が要望されている。 一般に、合金鋼が18−８系ステンレス鋼から
Ni基合金（例えばインコネル617）になるに従つ
て、強度および耐食性が増すことが知られてい
る。しかし、これが成立つのは、強酸化の腐食雰
囲気においてであり、低酸化または強硫化の腐食
雰囲気およびハロゲンを含む腐食雰囲気では成立
たない。例えばNi基超合金は、酸化腐食雰囲気
では優れた耐食性を示すが、強硫化の腐食雰囲気
ではNi3S2を形成して耐食性を劣化する。 また、シヨツトブラストなど表面冷間加工によ
つて合金鋼の耐酸化性を改善できることについて
は、多くの報告がある。例えばボイラでの水蒸気
酸化について、SUS321HTB鋼（18−８系ステ
ンレス鋼）の管の内面にシヨツトブラスト加工を
施すと、実質的に酸化が起こらなくなると報告さ
れている。 しかし、表面冷間加工によつて全ての合金鋼の
耐酸化性が改善されるものではない。例えばシヨ
ツトブラスト加工は、逆に条件によつては耐酸化
性を損なう報告もある。従つて、例えばインコロ
イ800合金およびそれ以上の高級合金は水蒸気酸
化に対して極めて優れた耐食性を示すが、これに
表面冷間加工を施すことは、耐酸化性を損う虞れ
もあり、耐酸化性を損わないまでも他の性能を害
する可能性もある。 このように、合金鋼の耐食性と言つても、腐食
環境が違うと耐食性を示さなかつたり、表面冷間
加工による耐食性の向上と言つても、必ずしも全
ての合金鋼の耐食性が向上するものではなかつた
りして、表面冷間加工による耐食性を含めて合金
鋼自体の耐食性を向上させることについては、一
律に論ぜられない。まして、強酸化かつ強硫化の
腐食雰囲気での耐食性に優れた合金については、
ほとんど未知であるのが実状である。 〔発明の目的〕 この発明は、上述の現状に鑑み、火力発電所用
大型ボイラの過熱器管、再熱器管などが曝される
強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気での耐食性に優れ
た耐熱合金を提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 この発明の耐熱合金は、 Ｃ：0.1wt％以下、 Cr：22〜45wt％、 Ni＋Co：18〜70wt％、 残り：Feおよび不可避不純物、 からなる面心立方構造の単相組織の耐熱合金であ
つて、表面の冷間加工により表面硬さを荷重
100gのビツカース硬度で350以上としたことに特
徴を有する。 〔発明の構成〕 この発明で、強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気と
は、例えば火力発電所用大型ボイラの高圧蒸気発
生用および熱交換器用の過熱器管、再熱器管など
が曝されるような雰囲気を言い、より具体的に
は、酸素分圧PO2が10-10気圧以上であつて、かつ
硫黄分圧PS2が10-8気圧以上である雰囲気を言う。 この発明で、合金の成分組成を、Ｃ：0.1wt％
以下、Cr：22〜45wt％、Ni＋Co：18〜70wt％、
残り：Feおよび不可避不純物と定めたのは、次
の理由からである。 Ｃ：Ｃは高温強度を向上させる作用をもつ有効
な元素であるが、多量のＣは溶体化処理時にマト
リツクスに溶け込まず、また溶け込んだとしても
高温での使用中に、そのほとんどがCr炭化物と
して析出して耐食性を損う。従つて、このような
Ｃが溶け込まないことやCr炭化物の析出を防止
することから、Ｃは0.1wt％以下と定めた。 Cr：Crが22wt％未満では、たとえ合金の表面
硬さを高めても、強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気
での耐食性が充分でない。またCrが45wt％を越
えると、合金の表面硬さを高めることによる耐食
性の向上効果が余り増加しない。一方、Cr含有
量が増加するとそれだけ合金のコストが高くな
る。以上の理由から、Crは22〜45wt％と定めた。 Ni＋Co：Niは合金の結晶構造を面心立方構造
（fcc）とする上に不可欠な元素であり、18wt％
未満ではfcc構造の単相組織とすることが不可能
となるので、その下限を18wt％と定めた。Coも
Niと同様な効果を有し、Niの一部または全部を
同量のCoで置換することができる。これらの元
素の上限は特に制限されないが、市販スクラツプ
を利用した母合金の活用を図り、安価な合金を提
供しようとすると、合金中には相当量のFeが混
入してくることになる。このような観点からNi
＋Coの上限は70wt％と定めた。 この発明で、合金の組織を、上記した成分組成
を有する高Cr系合金のfcc構造の単相組織とした
のは、フエライト系の高Cr合金はσ相の析出に
より極めて脆くなることと、fcc構造以外の組織
構造のものはfcc構造のものより一般に高温強度
が劣ることからである。 この発明で、合金の表面硬さをビツカース硬度
HVS（荷重100g）で350以上としたのは、上記した
成分組成を有するfcc構造の単相組織からなる合
金に、強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気での耐食性
を充分に賦与するためである。合金の表面硬さが
ビツカース硬度で350未満では、その成分組成お
よび組織構造が、この発明で規定するものであつ
ても、充分な耐食性が安定して賦与されない。 なお、この発明の合金として、上記した成分以
外に、脱酸剤あるいは強度向上元素として、Si：
2wt％以下、Mn：2wt％以下、MoまたはＷ：
10wt％以下、Ti：3wt％以下、Nb：3wt％以下、
Al：3wt％以下の１種または２種以上をさらに含
有させたものを用いても、この発明の効果は何ら
損われることなく発揮することが確認されてい
る。この場合、Si、Mo（またはＷ）、Ti、Nbお
よびAlは、いずれもfcc構造の形成を妨げbcc構
造の形成を助長する傾向をもつため、上記した範
囲を越えて含有させると相バランスがくずれてく
るので、規定以下におさめる必要がある。また
Mnは2wt％を越えて含有させると、溶接性およ
び加工性を損うので、2wt％を上限とする。 〔実施例〕 次に実施例によりこの発明を説明する。 第１表に示すように、９種類のCr−Ni−Fe系
の合金に溶体化処理をしたのち、表面冷間加工を
与えて、本発明例合金Ｉ、Ｐ、Ｒ、Ｕと比較例合
金Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｏ、Ｑ、
Ｓ、Ｔ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙとを得、次いで、これを
供試材として石炭灰腐食試験を行ない、腐食減量
△Ｗを求めた。 ここで、比較例合金のうちＡ〜ＧおよびＶ〜Ｙ
は、合金の成分組成をこの発明の範囲外としてあ
る。またＯ、Ｑ、ＳおよびＴは、合金の成分組成
はこの発明の範囲内であるが、表面硬さをこの発
明の範囲外としてある。 表面冷間加工は、グラインダ加工、スチールシ
ヨツト加工および切削加工の３種類（但し、切削
加工は比較例合金Ｔのみ）で、合金の表面硬さが
ビツカース硬度HVSで260〜551となる範囲で行な
つた。合金表面のビツカース硬度HVSは、ビツカ
ース硬度計の圧子の負荷を100grとして測定した。 石炭灰腐食試験は、Na2SO434wt％、
K2SO441wt％、Fe2O325wt％からなる石炭灰を
合金表面に塗布したのち、SO21％、O25％、
CO210％、残部N2からなる強酸化かつ強硫化の
腐食雰囲気中、温度700℃、時間100hrの条件で行
なつた。 石炭灰腐食試験による腐食減量△Ｗを添付の図
面に示す。また、溶体化のままの場合の腐食減量
△Ｗ（ST）と表面冷間加工を加えた場合の腐食減
量△Ｗ（加工）とから、表面冷間加工によつて耐
食性の改善される度合を示す耐食性の改善率η
（％）を、下式より求めて第１表に併せて示す。
【表】
以上の実施例からも明らかなように、この発明
の耐熱合金は、強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気に
対して優れた耐食性を有する。
の耐熱合金は、強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気に
対して優れた耐食性を有する。
図面は、この発明の合金および比較のための合
金の石炭灰腐食試験による腐食減量を示すグラフ
である。
金の石炭灰腐食試験による腐食減量を示すグラフ
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.1wt％以下、 Cr：22〜45wt％、 Ni＋Co：18〜70wt％、 残り：Feおよび不可避不純物、 からなる面心立方構造の単相組織の耐熱合金であ
つて、表面の冷間加工により表面硬さを荷重
100gのビツカース硬度で350以上としたことを特
徴とする強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気での耐食
性に優れた耐熱合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12010484A JPS61551A (ja) | 1984-06-13 | 1984-06-13 | 強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気での耐食性に優れた耐熱合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12010484A JPS61551A (ja) | 1984-06-13 | 1984-06-13 | 強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気での耐食性に優れた耐熱合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61551A JPS61551A (ja) | 1986-01-06 |
| JPS644579B2 true JPS644579B2 (ja) | 1989-01-26 |
Family
ID=14778021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12010484A Granted JPS61551A (ja) | 1984-06-13 | 1984-06-13 | 強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気での耐食性に優れた耐熱合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61551A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04135508U (ja) * | 1991-06-05 | 1992-12-16 | 株式会社ダイフク | 工具用回転棚装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62192562A (ja) * | 1986-02-18 | 1987-08-24 | Ube Ind Ltd | 耐食合金 |
| US4853183A (en) * | 1987-08-28 | 1989-08-01 | Chas S. Lewis & Co., Inc. | Air meltable castable corrosion resistant alloy and its process thereof |
| SE529003E (sv) * | 2005-07-01 | 2011-10-11 | Sandvik Intellectual Property | Ni-Cr-Fe-legering för högtemperaturanvändning |
| JPWO2023176650A1 (ja) * | 2022-03-17 | 2023-09-21 |
-
1984
- 1984-06-13 JP JP12010484A patent/JPS61551A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04135508U (ja) * | 1991-06-05 | 1992-12-16 | 株式会社ダイフク | 工具用回転棚装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61551A (ja) | 1986-01-06 |
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