WO2007099949A1 - 耐水蒸気酸化性に優れた鋼管およびその製造方法 - Google Patents

耐水蒸気酸化性に優れた鋼管およびその製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a steel pipe excellent in steam acid resistance and a method for producing the same.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 propose proposals for improving steam-acid resistance by shot peening.
  • the effect is based on the following principle. That is, after plastic working is applied to the inner surface of the tube with steel balls, etc., when the tube is brought into contact with high-temperature superheated steam, an extremely thin Cr oxide scale is uniformly formed on the inner surface of the tube. Since the scale of Cr oxide is rich in protective properties, the presence of this scale stably for a long time improves the resistance to steam and acid.
  • Patent Document 3 there are carbon steel and alloy steel! /, which is also a stainless steel, austenite with a particle spray pressure of 4. OkgZcm 2 or more and a particle spray amount of 0.023 kgZcm 2 Zmin or more.
  • a method has been proposed in which oxidation by high-temperature steam is prevented by performing a peaking force sprayed on the surface of a stainless steel to form a Karoe layer on the surface layer.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 6-322489
  • Patent Document 2 JP 2002-285236 A
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 52-8930
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 6-226633
  • An object of the present invention is to provide a steel pipe excellent in steam oxidation resistance and having a uniform shot-peening layer on the inner surface, and a method for producing the steel pipe.
  • Steam oxidation resistance is a force that can be improved by shot-peening on the inner surface of the pipe. To obtain the effect stably, the shot-peening process is performed uniformly and reliably over the entire length of the inner surface of the pipe. It is necessary to speak.
  • the present inventor repeated research using visual coverage, that is, shot-processed area of the pipe inner surface as an evaluation index.
  • the inventors of the present invention have confirmed that a steel pipe excellent in steam and acid resistance on the inner surface of the pipe can be obtained by performing shot processing under a condition that the visual coverage is 70% or more.
  • the abnormal oxidation scale is a scale generated by destroying a thin and uniform scale that is generated in a high-temperature steam atmosphere and that is rich in protection. This is because the protective property is low and may peel off over time, degrading the steam oxidation resistance of the tube.
  • the gist of the present invention based on the above findings is the steel pipe of the following (1) and the method of manufacturing the steel pipe of (2).
  • L Length of shot particles that are also injected by the nozzle force hits the inner peripheral surface of the pipe (mm)
  • r Rotational speed of the steel pipe (rpm)
  • V Feeding speed of the nozzle in the longitudinal direction of the steel pipe (mmZmin)
  • a steel pipe having extremely excellent resistance to steam oxidation on the inner surface can be obtained.
  • This steel pipe is suitable for use as a boiler pipe that undergoes steam oxidation.
  • this steel pipe does not peel off even when subjected to thermal stress due to repeated heating and cooling, the occurrence of accidents such as clogging of the pipe can be significantly reduced.
  • the present inventor has confirmed that a steel pipe excellent in steam acid resistance on the inner surface of the pipe can be obtained by shot covering under a condition that the visual coverage is 70% or more. A more preferable value of visual coverage is 85% or more.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the processing conditions.
  • the steel pipe 1 is relatively rotated in order to prevent the scattering of shot grains due to the influence of gravity and uneven coverage in the pipe circumferential direction.
  • the steel pipe 1 may be fixed and the shot nozzle 2 may be rotated.
  • the shot nozzle 2 is relatively moved in the longitudinal direction of the steel pipe 1 at an appropriate speed in order to surely wrap the shot force on the inner surface of the pipe.
  • a nozzle that can inject a shot over a wide range with respect to the inner surface of the pipe is employed. Immediately That is, a nozzle with a large L (L shown in FIG. 1) described later is employed.
  • the shot flow rate should be at least 5 kgZ.
  • the shot flow rate is set to 5 kgZ or more, and in order to satisfy the above conditions (1), (2) and (3), the inner surface of the pipe is Perform shot peening under the conditions that satisfy equation a).
  • a more preferable value of L XrZv is 2.0 or more.
  • V Feeding speed of the nozzle in the longitudinal direction of the steel pipe (mmZmin)
  • the fact that the shot grains are reliably projected onto the inner surface of the tube is that, for example, the shot flow rate of the magnetic material described in Patent Document 4 is used to maintain a uniform shot flow rate by the magnetoresistance method. This can be confirmed by monitoring.
  • the visual coverage of the tube inner surface is measured by, for example, the following method.
  • the one-sided force of the shot-peed tube is applied to the inner surface of the tube, and the other end force is measured while moving the TV camera for observation of the inner surface within the tube.
  • the measurement method is not limited to this, and other methods may be used, or a plurality of methods may be used in combination.
  • the value of visual coverage is the percentage of the shot peened area occupying the inner area of the tube.
  • the shot-peened surface becomes a non-glossy surface due to minute irregularities.
  • the unfinished surface is glossy. Therefore, the difference in glossiness can also be determined by the shot-punched area.
  • Pipes that are the subject of the present invention are alloy steel pipes, ferritic stainless steel pipes, austenitic stainless steel pipes and the like used for boilers. There are no particular restrictions on the specific material, but the scale formed on the inner surface of the tube is not mainly composed of Cr oxides. Therefore, it is necessary that the material of the pipe is a steel pipe containing 9 to 28% by mass of Cr.
  • the pipe material that is the subject of the present invention is STBA26 alloy steel defined by JIS standard, Ferai steel stainless steel such as SUS410, SUS304H, SUS309, SUS310, SUS316H, SUS321H, SUS347H. Austenitic stainless steels and their equivalents.
  • Shot peening is performed after the steel pipe is subjected to a predetermined heat treatment to adjust the structure and strength.
  • the implementation may be performed after removing the oxide scale formed on the tube surface by the heat treatment or when the oxide scale is left attached. Since austenitic stainless steel pipes are generally stored or used after removing oxide scale, shot peening is often performed after removing oxide scale.
  • the shot grains used for shot peening those having strength such as alumina and steel can be used.
  • the crushed pieces of the grain remain on the steel surface after shot peening, and there is a risk of occurrence of soot and pitting. In this case, it is preferable to remove the crushed pieces by pickling after shot peening.
  • This steel can be used as needed: Ni: 0.1-1.5%, Mo: 0.1-5%, W: 0.1-10%, Cu: 0.1-5%, N: 0.005-0.3%, V: 0.01- : L 0%, Nb: 0.01 ⁇ : L 5%, Ti: 0.01 ⁇ 0.5%, Ca: 0.0001 ⁇ 0.2%, Mg: 0.0001 ⁇ 0.2%, A1: 0.0001 ⁇ 0.2%, B: 0.0001 ⁇ 0.2% and rare earth Element: 0.0001-0.2% medium strength May contain one or more selected.
  • the content is an element effective for securing strength and creep strength.
  • the content is preferably 0.01% or more.
  • the C content is 0.2% or less.
  • the content is desirably 0.12% or less.
  • Si is an element used as a deoxidizing agent, and since it is an effective element for improving the resistance to water vapor acid resistance, Si is preferably contained in an amount of 0.1% or more. On the other hand, if the content increases, weldability or hot workability deteriorates. The desirable content of Si is 0.8% or less.
  • Mn is effective as a deoxidizer, as is Si. Mn also has the effect of suppressing the deterioration of hot workability due to S contained as an impurity. To improve the deoxidation effect and hot workability, Mn is contained in an amount of 0.1% or more. However, excessive content causes embrittlement, so the upper limit of content is 3.0%. A more desirable upper limit is 2.0%.
  • Cr is required to be contained in an amount of 9 to 28% in order to produce a scale mainly composed of Cr oxide on the inner surface of the tube.
  • Cr is an element necessary to ensure high-temperature strength, oxidation resistance, and corrosion resistance, and in order to fully demonstrate its effects, it is necessary to contain 9% or more in the case of ferritic stainless steel .
  • the upper limit is made 28%.
  • the content is preferably 15 to 28% for the same reason as above.
  • Ni 6-50% for austenitic stainless steel, 0.1 for ferritic stainless steel ⁇ 1.5%
  • Ni is an element necessary for stabilizing the austenite structure and improving the clave strength, so it is necessary to contain 6% or more. Furthermore, in order to ensure the stability of the tissue at a high temperature and for a long time, it is preferable to contain 15% or more. However, a large amount of additive will saturate the effect and only increase the cost, so the upper limit is 50%. A preferred upper limit is 35%, and a more preferred upper limit is 25%. In ferritic stainless steels, Ni is effective in improving toughness, so 0.1% or more is included as necessary. However, if it exceeds 1.5%, the creep rupture strength decreases.
  • Mo, W and Cu are preferably contained because they increase the high temperature strength of the steel.
  • the effect is exhibited by containing at least one of at least 0.1%.
  • the upper limit for Mo and Cu is 5%, and the upper limit for W is 10%.
  • N contributes to solid solution strengthening of steel, and has the effect of strengthening steel by precipitation strengthening action by combining with other elements. If you want to get the effect, add 0.005% or more. However, if its content exceeds 0.3%, ductility and weldability may deteriorate.
  • V 0.01 to: L. 0%
  • Nb 0.01 to: L 5%
  • Ti 0.01 to 0.5%
  • V, Nb, and Ti all combine with carbon and nitrogen to form carbonitrides, contributing to precipitation strengthening. Therefore, it is preferable to contain at least 0.01% of one or more of these. On the other hand, if these contents are excessive, the workability of the steel is impaired, so V is 1.0%, Nb is 1.5%, and 1 is 0.5%.
  • Ca 0.0001 to 0.2%
  • Mg 0.0001 to 0.2%
  • A1 0.0001 to 0.2%
  • B 0.001 to 0.2%
  • rare earth element 0.001 to 0.2%
  • each elemental force is selected from at least 0.0001% of one or more selected elements. On the other hand, if the content of each of these elements exceeds 0.2%, workability or weldability is impaired. Is called.
  • Stainless steel pipe with outer diameter of 50.8 mm and wall thickness of 8. Omm (ASME Code 2328-1 equivalent material: typical composition 0. 10% C-0. 2% Si-0. 8% Mn-18. 0% Cr—9.0% Ni—0.5% Nb—3% Cu—0.1% N) is prepared, and the mill scale on the inner surface of this steel pipe is removed by pickling, and then shot under the following conditions. Jung processing was applied. Thereafter, the shot grains remaining on the inner surface of the steel pipe and the crushed pieces were removed by pickling. Using these steel pipes, the degree of occurrence of abnormal oxidation scale was examined by a steam oxidation test. The test conditions are as follows.
  • Values marked with * are values within the range defined by the present invention.
  • the visual coverage can be increased to 70% or more by adjusting the length (L) to satisfy the equation (a), that is, L XrZv ⁇ l.
  • test piece with a length of 25 mm and a width of 20 mm was cut out from a steel pipe that had been subjected to shot peening force change under different conditions and changed the value of visual coverage, and this test piece was steamed at 650 ° C for 10,000 hours.
  • the scale was grown by exposure to the atmosphere, and the area ratio at which abnormal oxide scale was generated was measured. The results are shown in Fig. 2.
  • the area ratio of the abnormal oxidation scale can be 20% or less, and a pipe inner surface scale having excellent resistance to water vapor oxidation can be obtained. It is done.
  • the visual coverage is 85% or more, the abnormal oxide scale area ratio is remarkably small at 5% or less, and it is clear that the steam acid resistance is further improved.
  • the steel pipe of the present invention is a steel pipe with extremely excellent resistance to steam oxidation on the inner surface.
  • This steel pipe is suitable for use as a boiler pipe or the like that receives steam oxidizer, thereby making it possible to avoid the occurrence of accidents such as the generation of oxide scale and the clogging of pipes due to peeling.
  • the steel pipe of the present invention can be manufactured at a relatively low cost by the manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view of shot-peening processing of the inner surface of a pipe.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the visual coverage and the area ratio of abnormal acid after the steam acid test.

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Abstract

　耐水蒸気酸化性に優れた鋼管とその製造方法を提供する。 　Ｃｒを９～２８質量％含有し、管内表面のショットピーニング加工された面積が、ビジュアルカバレージで７０％以上であることを特徴とする耐水蒸気酸化性に優れた鋼管。この鋼管の製造方法は、鋼管を相対的に回転させながら、ショットノズルを管長手方向に相対的に移動させ、管内表面をショットピーニング加工するに際して、ショット流量を５ｋｇ／分以上とし、下記（ａ）式を満足する条件でショットピーニング加工を行い、ショットピーニング加工された面積（ビジュアルカバレージ）を７０％以上とすることを特徴とする。　Ｌ×ｒ／ｖ≧１．５　・・・・・（ａ）　ここで、Ｌ：ノズルから射出されたショット粒が管内周面に当たる長さ（ｍｍ）　ｒ：鋼管の回転速度（ｒｐｍ）　ｖ：ノズルの鋼管長手方向への送り速度（ｍｍ／ｍｉｎ）     　

Description

明 細 書
耐水蒸気酸化性に優れた鋼管およびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、耐水蒸気酸ィ匕性に優れた鋼管およびその製造方法に関する。
背景技術
[0002] ステンレス鋼その他の合金鋼力 製造された熱交 管の内表面には、水蒸気酸 ィ匕スケールが生成する。このスケールは、運転停止およびその後の運転再開による 熱衝撃を受けるとその一部が剥離する。剥離したスケールが管を閉塞して管のォー バーヒートを生じさせ、噴破事故を招く場合がある。
[0003] スケールの剥離に伴う問題の解決には、まず、スケールの成長を抑制するのが有 効である。そのための手段としては、管材料中に添加される Cr、 Siおよび A1の増カロ、 結晶粒の細粒化、管表面のショットピーユングによる塑性加工等が有効である。
[0004] ショットピーユングによる耐水蒸気酸ィ匕性の改善については、例えば、特許文献 1 および特許文献 2の提案がある。その効果は、次のような原理に基づく。即ち、管の 内表面に鋼球等により塑性加工を加えた後、その管を高温の過熱水蒸気と接触させ ると、管内面には極めて薄い Cr酸化物のスケールが均一に生成する。 Cr酸化物の スケールは、保護性に富むので、このスケールが長時間安定して存在することにより 耐水蒸気酸ィ匕性が向上するのである。
[0005] 特許文献 3には、炭素鋼、合金鋼ある!/、はステンレス鋼力もなる粒子を、粒子吹き 付け圧力 4. OkgZcm2以上、粒子吹き付け量 0. 023kgZcm2Zmin以上で、ォー ステナイト系ステンレス鋼表面に吹き付けるピーユング力卩ェを行って、表層部にカロェ 層を形成することで高温水蒸気による酸化を防止する方法が提案されている。
[0006] この管内面の塑性加工は、他の方法に較べて低コストで実施できるので、従来から 広く採用されてきた。しかし、この方法をとつても、また、前述した他の対策を講じても 、運転停止と運転再開の繰り返しによって受ける熱衝撃に起因するスケールの剥離 を完全に抑えることは難し 、。
[0007] 特許文献 1 :特開平 6— 322489号公報 特許文献 2：特開 2002— 285236号公報
特許文献 3：特開昭 52— 8930号公報
特許文献 4：特開平 6— 226633号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 本発明の目的は、耐水蒸気酸化性に優れる、内面に均一なショットピーユング加工 層を有する鋼管およびその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0009] 耐水蒸気酸化性は、管内面のショットピーユング加工により改善できる力 安定して その効果を得るには、管内面の全長、かつ全周にわたって均一かつ確実にショットピ 一二ング加工されて ヽることが必要である。
[0010] しかし、従来のショットピー-ングカ卩ェの適否判断は、管長手方向の一断面のミクロ 観察、管内表面の硬度測定などによって行われるだけで、管内面の全長、かつ全周 での評価は行われていな力つた。そのため、管の長手方向または周方向でのショット 粒の供給、吹付け圧力などに変動があった場合には、均一で十分なショット加工が 施されない。ショット加工が不十分な部分では、水蒸気酸化雰囲気で異常酸化スケ ールが生成し、耐水蒸気酸ィ匕性が劣るという問題がある。
[0011] そこで、本発明者は、ビジュアルカバレージ、即ち、管内面のショット加工された面 積を評価指標として研究を重ねた。そして、本発明者らは、ビジュアルカバレージが 7 0%以上となる条件でショット加工することにより、管内面の耐水蒸気酸ィ匕性に優れた 鋼管を得ることができることを確認した。
[0012] なお、異常酸化スケールとは、高温水蒸気雰囲気で生成した保護性に富む薄く均 一なスケールが破壊されて生じるスケールである。これは、保護性が低いために時間 が経つと剥離する場合があり、管の耐水蒸気酸化性を劣化させる。
[0013] 上記の知見に基づいてなされた本発明は、下記（1)の鋼管および（2)の鋼管の製 造方法を要旨とする。
[0014] (1) 0:を9〜28質量％含有し、管内表面のショットピー-ングカ卩ェされた面積が、 ビジュアルカバレージで 70%以上であることを特徴とする耐水蒸気酸化性に優れた 鋼管。
[0015] (2) Crを 9〜28質量％含有する鋼管を相対的に回転させながら、ショットノズルを 管長手方向に相対的に移動させ、管内表面をショットピーユング加工するに際して、 ショット流量を 5kgZ分以上とし、下記 (a)式を満足する条件でショットピーユングカロ ェを行 、、ショットピーユングカ卩ェされた面積をビジュアルカバレージで 70%以上と することを特徴とする耐水蒸気酸化性に優れた鋼管の製造方法。
L Xr/v≥l. 5 (a)
ここで、 L :ノズル力も射出されたショット粒が管内周面に当たる長さ（mm) r:鋼管の回転速度 (rpm)
V：ノズルの鋼管長手方向への送り速度（mmZmin)
発明の効果
[0016] 本発明によれば、内表面の耐水蒸気酸化性がきわめて優れた鋼管が得られる。こ の鋼管は、水蒸気酸化を受けるボイラ管等として使用するのに好適である。また、こ の鋼管は、加熱と冷却の繰り返しによる熱応力を受けてもスケールが剥離しにく 、の で、管の閉塞等の事故発生を著しく少なくすることができる。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 本発明者は、ビジュアルカバレージが 70%以上となる条件でショットカ卩ェすることに より、管内面の耐水蒸気酸ィ匕性に優れた鋼管を得ることができることを確認した。な お、ビジュアルカバレージのより好ましい値は、 85%以上である。
[0018] 高いビジュアルカバレージを得るには、均一な投射分布でショットピーユング加工を 行う必要がある。そのためには下記の条件を満たすことが必要である。なお、図 1は 加工条件を説明するための図である。
[0019] (1)重力の影響でショット粒の飛散が偏り、管周方向でカバレージが不均一になる ことを防ぐため、鋼管 1を相対的に回転させる。鋼管 1を固定してショットノズル 2を回 転させてもよい。
[0020] (2)管内表面でのショット力卩ェのラッピングを確実に行うため、適正な速度でショット ノズル 2を鋼管 1の長手方向に相対的に移動させる。
[0021] (3)ノズルは、管内表面に対して広範囲にショットを射出できるものを採用する。即 ち、後述の L (図 1に示す L)が大きくなるようなノズルを採用する。
[0022] (4)さらに、ノズルから表面へ吹き付けられるショットの量が不十分であればショット 加工が不均一となり、ショットされない部分が発生する。これを防ぐためにショット流量 を 5kgZ分以上の流量とする。
[0023] 本発明の方法では、鋼管を相対的に回転させながら、ショット流量を 5kgZ分以上 とし、上記（1)、 （2)および (3)の条件を満たすために管内表面を下記の（a)式を満 足する条件でショットピーユング加工を行う。
L Xr/v≥l. 5 (a)
なお、 L XrZvのより好ましい値は 2. 0以上である。
[0024] L、 rおよび Vの定義は下記のとおりである。
L :ノズル力も射出されたショット粒が管内周面に当たる長さ (mm)
r:鋼管の回転速度 (rpm)
V：ノズルの鋼管長手方向への送り速度（mmZmin)
[0025] ショット粒が確実に管内面に投射されていることは、例えば、特許文献 4に記載され ている磁性体のショット粒を用いて、磁気抵抗法によりショット流量が均一に保持され ていることを監視することにより確認できる。
[0026] 管内表面のビジュアルカバレージの測定は、例えば下記の方法による。
[0027] ショットピーユング加工された管の片端力も光源を管内面に当て、他端力も内面観 察用の TVカメラを管内で移動させながら、ショット加工された面積を測定する。なお、 測定方法はこれに限定されず、他の方法で測定してもよぐまた複数の方法を組み 合わせて用いてもよい。
[0028] ビジュアルカバレージの値は、管の内面積に占めるショットピー-ング加工された面 積の百分率である。ショットピーユング加工された面は、微小な凹凸のために非光沢 面となる。一方、未カ卩工面には光沢がある。したがって、光沢度の相違力もショットピ 一ユング加工された面積を判別することができる。
[0029] 本発明の対象となる管は、ボイラ用として用いられる合金鋼管、フェライト系ステンレ ス鋼管、オーステナイト系ステンレス鋼管等である。具体的な材質に関しては特段の 制約はないが、管の内表面に生成するスケールは Crの酸ィ匕物を主体とするものでな ければならな 、ので、管の材料は Crを 9〜28質量％含有する鋼管であることが必要 である。
[0030] 本発明の対象となる管の材料を例示すれば、 JIS規格で定められる STBA26の合 金鋼、 SUS410のようなフェライ卜系ステンレス鋼、 SUS304H, SUS309、 SUS31 0、 SUS316H、 SUS321H、 SUS347Hのようなオーステナィ卜系ステンレス鋼、お よびそれらの相当鋼がある。
[0031] ショットピーユングは、鋼管に所定の熱処理を施して組織および強度を調整した後 に行われる。その実施は、熱処理により管表面に生成した酸化スケールの除去後に 行う場合、酸化スケールが付着したままで行う場合のいずれでもよい。オーステナイト 系ステンレス鋼管は、一般に酸化スケール除去後に保管または使用されるので、ショ ットピー-ングは酸化スケール除去後に行うことが多い。ショットピー-ングに用いら れるショット粒には、アルミナ、鋼など力もなるものを用いることができる。ショット粒とし てマルテンサイト鋼球等の鋼管の材質と異なる粒を用いる場合、ショットピー-ング後 の鋼表面に粒の粉砕片が残存し鲭、孔食などが発生するおそれがある。この場合、 ショットピーユング後に酸洗などにより粉砕片を除去するのが好ましい。
[0032] 適用できる鋼種の化学組成を例示すれば、下記のとおりである。なお、以下の記述 において成分含有量に関する％は「質量％」を意味する。
[0033] (1)C:0.2%以下、 Si:2.0%以下、 Mn:0.1〜3.0%、 Cr: 9〜28%を含むフエ ライト系ステンレス鋼。この鋼は、必要に応じて、 Ni:0.1〜1.5%、Mo:0.1〜5% 、W:0. l〜10%、Cu:0.1〜5%、N:0.005〜0.3%、V:0.01〜： L 0%、Nb: 0.01〜： L 5%、Ti:0.01〜0.5%、Ca:0.0001〜0.2%、Mg:0.0001〜0.2 %、 A1:0.0001〜0.2%、 B:0.0001〜0.2%および希土類元素： 0.0001〜0. 2%の中力 選んだ 1種以上を含有してもよ 、。
[0034] (2)C:0.2%以下、 Si:2.0%以下、 Mn:0.1〜3.0%、 Cr:15〜28%、 Ni:6〜 50%を含有するオーステナイト系ステンレス鋼。この鋼は、必要に応じて、 Mo:0. 1 〜5%、W:0. l〜10%、Cu:0.1〜5%、N:0.005〜0.3%、V:0.01〜： L 0% 、 Nb:0.01〜： L 5%、 Ti:0.01〜0.5%、 Ca:0.0001〜0.2%、 Mg:0.0001 〜0.2%、A1:0.0001〜0.2%、B:0.0001〜0.2%および希土類元素： 0.000 1〜0. 2%の中力も選んだ 1種以上を含有してもよい。
[0035] 以下、上記の鋼種の各成分の作用効果と含有量の限定理由について説明する。
[0036] C : 0. 2%以下
Cは、強度およびクリープ強度を確保するのに有効な元素である。その効果を得る ためには 0. 01%以上の含有が好ましい。しかし、その含有量が 0. 2%を超えると、 固溶化処理状態で未固溶の炭化物が残存して、高温強度の向上に寄与しなくなる ばかりでなぐ靭性等の機械的性質に悪影響を及ぼす。従って、 C含有量は 0. 2% 以下とする。なお、熱間加工性低下および靭性劣化を防止するためには、その含有 量を 0. 12%以下とするのが望ましい。
[0037] Si: 2. 0%以下
Siは、脱酸剤として用いられる元素であり、し力も耐水蒸気酸ィ匕性を向上させるの に有効な元素であるので、 0. 1%以上含有させるのが好ましい。一方、含有量が多く なると溶接性または熱間加工性が劣化するため、 2. 0%以下とする。 Siの望ましい含 有量は 0. 8%以下である。
[0038] Mn: 0. 1〜3. 0%
Mnは、 Siと同様に脱酸剤として有効である。また、 Mnは、不純物として含有される Sに起因する熱間加工性の劣化を抑止する作用がある。脱酸効果および熱間加工 性改善をするために、 Mnは 0. 1%以上含有させる。ただし、過度の含有は脆化を招 くため、含有量の上限は 3. 0%とする。より望ましい上限は 2. 0%である。
[0039] Cr: 9〜28%
Crは、管の内表面に Crの酸化物を主体とするスケールを生成させるため、 9〜28 %含有されることが必要である。 Crは、高温強度、耐酸化性および耐食性を確保す るために必要な元素であり、その効果を十分に発揮させるためには、フェライト系ステ ンレス鋼の場合、 9%以上含有させる必要がある。しかし、過剰に含有させると靭性お よび熱間加工性が劣化するため、上限は 28%とする。なお、オーステナイト系ステン レス鋼の場合は、上記と同様の理由から、その含有量を 15〜28%とするが望ましい
[0040] Ni:オーステナイト系ステンレス鋼では 6〜50%、フェライト系ステンレス鋼では 0. 1 〜1. 5%
オーステナイト系ステンレス鋼では、 Niはオーステナイト組織を安定ィ匕させ、かつク リーブ強度の向上に必要な元素であるので、 6%以上の含有が必要である。さらに高 温、長時間での組織の安定性を確保するためには、 15%以上含有させるのが好まし い。しかし、多量の添カ卩は効果が飽和し、コストの増大を招くだけなので上限は 50% とする。好ましい上限は 35%、より好ましい上限は 25%である。また、フェライト系ステ ンレス鋼では、 Niは靭性の改善に効果があるので、必要に応じて 0. 1%以上含有さ せる。しかし、 1. 5%を超えるとクリープ破断強さが低下する。
[0041] Mo : 0. 1〜5%、W: 0. l〜10%、Cu: 0. 1〜5%
Mo、 Wおよび Cuは、鋼の高温強度を高めるので、含有させるのが好ましい。その 効果は、少なくともいずれか一種を 0. 1%以上含有させることで発揮される。また、多 量の含有では溶接性や力卩ェ性を損なうため、 Moおよび Cuの上限は、それぞれ 5% 、 Wの上限は 10%とする。
[0042] N: 0. 005〜0. 3%
Nは、鋼の固溶強化に寄与し、また他の元素と結合して析出強化作用により鋼を強 化する効果がある。その効果を得たい場合には 0. 005%以上含有させる。しかし、 その含有量が 0. 3%を超えると延性および溶接性が劣化する場合がある。
[0043] V: 0. 01〜： L . 0%、 Nb : 0. 01〜： L 5%、 Ti: 0. 01〜0. 5%
V、 Nbおよび Tiは、いずれも炭素および窒素と結合して炭窒化物を形成し、析出 強化に寄与する。従って、これらの 1種以上を 0. 01%以上含有させるのが好ましい。 一方、これらの含有量が過多になると鋼の加工性が損なわれるので、 Vは 1. 0%、 N bは 1. 5%、1は0. 5%を上限とする。
[0044] Ca: 0. 0001〜0. 2%、 Mg : 0. 0001〜0. 2%、 A1: 0. 0001〜0. 2%、 B : 0. 00 01〜0. 2%、希土類元素： 0. 0001〜0. 2%
Ca、 Mg、 Al、 Bおよび希土類元素（La、 Ce、 Y、 Pd、 Nd等）は、いずれも強度、加 ェ性および耐水蒸気酸ィ匕性を向上させる効果がある。これらの効果を得た!ヽ場合に は、これらの元素力も選択される 1種以上をそれぞれ 0. 0001%以上含有させる。一 方、これらの元素の含有量それぞれが 0. 2%を超えると加工性または溶接性が損な われる。
実施例
[0045] 外径 50. 8mm、肉厚 8. Ommのステンレス鋼管（ASME Code 2328— 1相当 材：代表組成 0. 10%C-0. 2%Si-0. 8%Mn- 18. 0%Cr— 9. 0%Ni— 0. 5% Nb— 3%Cu— 0. 1%N)を用意し、この鋼管の内表面のミルスケールを酸洗により 除去した後、下記の条件でショットピーユング加工を施した。その後、鋼管の内表面 に残存したショット粒およびその粉砕片を酸洗により除去した。これらの鋼管を用いて 水蒸気酸化試験により異常酸化スケールの発生程度を調べた。試験条件は下記の とおりである。
[0046] (1)使用したショット：マルテンサイト鋼球（平均粒径 600 μ m)
(2)ショットピーニング条件:管の回転速度 (r)、ノズルの管長手方向への送り速度（ V)、ノズル力 射出されたショット粒の管内周面に当たる長さ（L)、およびショットの吹 付け圧力、ショット流量、吹付け量を表 1に記載のように変えてビジュアルカバレージ の値を変更した。
(3)管内表面のショットピー-ングカ卩ェされた面積 (ビジュアルカバレージ）の確認 方法:ショットピーユング加工された管の片端力も光源を管内面に当て、他端から内 面 TVカメラを装入し管内を移動させながら、ショットピーユング加工された面積を測 定した。ビジュアルカバレージの値も表 1に示す。なお、確認のため 300mm長さの 管を切断後、半割して、管内面のショットピーユング加工された面積を確認したが、ほ ぼ内面 TVカメラで測定した面積を同じ値であった。
[0047] [表 1]
表 1
Figure imgf000011_0002
： *を付した値は本発明で定める範囲内の値である。
Figure imgf000011_0001
たる長さ（L)を (a)式を満たすように、即ち、 L XrZv≥l. 5となるように調整すること で、ビジュアルカバレージを 70%以上とすることができる。
[0049] (4)水蒸気酸化試験
条件を変えてショットピーユング力卩ェを施し、ビジュアルカバレージの値を変化させ た鋼管から、長さ 25mm、幅 20mmの試験片を切り出し、この試験片を 650°Cで 10, 000時間、水蒸気雰囲気中に暴露してスケールを成長させ、異常酸化スケールが発 生した面積率を測定した。その結果を図 2に示す。
[0050] 図 2に示すように、ビジュアルカバレージが 70%以上の場合は、異常酸化スケール の面積率を 20%以下とすることができ、耐水蒸気酸ィ匕性に優れた管内面スケールが 得られる。また、ビジュアルカバレージが 85%以上の場合は、異常酸化スケール面 積率が 5%以下と著しく小さくなり、耐水蒸気酸ィ匕性がより一層改善されることが明ら かである。
産業上の利用可能性
[0051] 本発明の鋼管は、内表面の耐水蒸気酸化性がきわめて優れた鋼管である。この鋼 管は、水蒸気酸ィ匕を受けるボイラ管等として使用するのに好適であり、それによつて 酸化スケールの生成、剥離に伴う管の閉塞等の事故発生を回避することが可能にな る。本発明の鋼管は、本発明の製造方法によって比較的安価に製造することができ る。
図面の簡単な説明
[0052] [図 1]管内面をショットピーユング加工する模式図である。
[図 2]ビジュアルカバレージと水蒸気酸ィ匕試験後の異常酸ィ匕部面積率との関係を示 すグラフである。
符号の説明
[0053] 1 :鋼管、 2 :ショットノズル

Claims

請求の範囲
[1] Crを 9〜28質量0 /0含有し、管内表面のショットピーユングカ卩ェされた面積力 ビジ ユアルカバレージで 70%以上であることを特徴とする耐水蒸気酸化性に優れた鋼管
[2] Crを 9〜28質量％含有する鋼管を相対的に回転させながら、ショットノズルを管長 手方向に相対的に移動させ、管内表面をショットピーユング加工するに際して、ショッ ト流量を 5kgZ分以上とし、下記 (a)式を満足する条件でショットピーユング加工を行 V、、ショットピーユング加工された面積をビジュアルカバレージで 70%以上とすること を特徴とする耐水蒸気酸化性に優れた鋼管の製造方法。
L Xr/v≥l. 5 (a)
ここで、 L :ノズル力も射出されたショット粒が管内周面に当たる長さ（mm) r:鋼管の回転速度 (rpm)
V：ノズルの鋼管長手方向への送り速度（mmZmin)
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