JPH0379423B2

JPH0379423B2 -

Info

Publication number: JPH0379423B2
Application number: JP57059636A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Makiura
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-04-12
Filing date: 1982-04-12
Publication date: 1991-12-18
Also published as: JPS58177438A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、耐水蒸気酸化性および耐高温腐食性
を改善したボイラ管用オーステナイトステンレス
鋼に関する。すでに当業界で良く知られているように、ボイ
ラチユーブに使用される鋼管は使用される燃料に
由来する激しい高温腐食を受ける。腐食形態は、
主として燃料種、例えば重油、石炭、LNG、都
市ゴミ、および製紙工場で回収される黒液などで
異なるが、Ｖ−アタツク、アルカリ硫酸塩および
塩化物による腐食である。ボイラで使用される燃料中のＶ、Na、Ｋ、Ｓ
など高温腐食性物質は一旦燃焼された後、管表面
にV₂O₅、Na₂SO₄、K₂SO₄などの形で付着する。
これらの存在割合の相違によつてＶ−アタツクお
よびアルカリ硫酸塩腐食、さらに塩化物が存在す
るときは塩化物腐食に大別されるのである。これ
らの腐食が燃料種によつては単独或いは重畳して
使用時にボイラチユーブを激しく減肉させる。し
たがつてこれら用途に使用されるチユーブ材は耐
高温腐食性が優れていることが要求される。一方、近年エネルギーの節約が社会的に強く要
請されていることから、例えば火力発電用ボイラ
においても蒸気の温度、圧力をも上昇させる傾向
にある。そのため従来に較らべ、管内外面の耐高
温腐食性はもちろんのこと、耐水蒸気酸化性にも
すぐれた材料の要求が高まつてきている。現在、ボイラ過熱器、再熱器管用材料として、
SUS321H、SUS316H、SUS347Hおよび
SUS304Hが使用されている。しかし、これら材
料では上述のように使用環境が酷しくなるとボイ
ラチユーブ外面でのＶ−アタツク、アルカリ硫酸
塩腐食、アツシユカツトなどの高温腐食による管
の減肉および管内面での耐水蒸気酸化性が問題で
ある。かくして、本発明は、ボイラ過熱器管および再
熱器管の使用される厳しい腐食環境においてすぐ
れた耐水蒸気酸化性および高温腐食性を有し、ボ
イラチユーブとして要求される諸性能を満たすボ
イラ管用オーステナイトステンレス鋼を提供する
ことを目的としたものである。本発明者らはこのような目的を達成すべく、
種々検討した結果、Cr 16〜25％（以下、本明細
書においては特にことわりがない限り「％」は
「重量％」を意味するものとする）、Ni9〜35％か
らなるオーステナイトステンレス鋼にＮ：0.045
％超0.3％以下含有させ、かつ、酸素：0.006％以
下に低めることによつて、耐食性が著しく改善さ
れること、さらにNb、Zr、Ｗ、Hf、Taを単独
添加することによつて、一層その耐食性が改善さ
れることを見い出して本発明を完成した。すなわち、ここに本発明は、Ｃ：0.04〜0.15
％、Si：1.0％以下、Mn：2.0以下、Cr：16〜25
％、Ni：９〜35％、Ｎ：0.045％超0.3％以下、酸
素：0.006％以下、さらに必要によりNb：８×Ｃ
％〜2.0％、Zr：８×Ｃ％〜2.0％、Ｗ：16×Ｃ％
〜4.0％、Hf：16×Ｃ％〜4.0％およびTa：16×
Ｃ％〜4.0％の１種残部本質的に鉄から成る、耐
水蒸気酸化性および耐高温腐食性にすぐれたボイ
ラ管用オーステナイトステンレス鋼である。本発明において上述の如き範囲に合金組成を限
定した理由は次の通りである。Ｃ：炭素は、クロム炭化物をつくり耐食性を劣化
させるので耐酸化性向上のためには低いほうが
よいが、本発明の場合、0.15％までは許容され
る。一方、Ｃは強度確保のため必要な元素であ
り少なくとも0.04％は含有させる必要がある。 Mn：マンガンはオーステナイト相を安定化させ
るとともに脱酸効果の点からMnの添加は必要
で2.0％以下で十分である。 Cr：クロムは基本的に耐食性を決める重要な元
素で、耐食性の点から16％以上必要である。し
かし、25％を越えると、オーステナイト組織を
安定にするために必要なNi量が増し、コスト
が上昇し、かつ、高温強度の確保が困難となる
ため上限は25％とした。 Ni：ニツケルはオーステナイト組織を安定化す
る必要から、Cr量に応じ９〜35％の範囲で添
加することとした。Ｎ：窒化物は結晶粒を細粒にすることによつて耐
食性、特に耐水蒸気酸化性を改善する。したが
つて窒素0.045％超の添加は耐水蒸気酸化性お
よび高温腐食性を改善するとともに、オーステ
ナイト組織の安定効果もある。しかし、0.3％
を越えた添加は、耐熱間加工性、鋼の清浄度を
低下させるので、本発明では0.045％超0.3％以
下に限定した。さらに望ましくは、0.05％以上
0.3％以下である。酸素：酸素は酸素と親和力の強いCrと酸化物を
形成して遊離クロム量を減少させるため、酸素
量を低めることは耐食性を改善する。特に
0.006％以下とすることで、前述のＮ添加によ
る細粒化の効果と相俟つて特に効果は大とな
る。したがつて、本発明では酸素量を0.006％
以下に制限する。 Si：溶製時の脱酸効果を十分確保するため0.30〜
0.8％の添加は必要である。しかし1.0％を越え
ると耐食性を改善するが、溶接性および機械的
性質が劣化する。本発明では上限を1.0％とす
る。 Nb、Zr、Ｗ、Hf、Ta：これらの元素は鋼中で
炭窒化物として消費される量以上に添加して遊
離元素量がNb、Zrの場合２％以下、Ｗ、Ta、
Hfの場合４％以下とする必要がある。さらに
遊離元素量を増すと熱間加工性が低下するの
で、各添加量の上限をNb、Zrで２％、Ｗ、
Hf、Taでは４％とした。このように、本発明鋼は酸素量を0.006％以下
に抑えるとともにＮ含有量を調整し、両者の相乗
作用により、耐水蒸気酸化性および耐高温腐食性
を改善するものである。以下、実施例によつて本発明をさらに具体的に
説明する。実施例第１表に示す鋼組成の試験材を17Kg真空溶解炉
を用い溶製し、得られたインゴツトの外削、熱間
圧延、冷間圧延を行ない、板厚５mmとした後、仕
上焼鈍（1200℃×５分間加熱後水冷）を行なつ
た。得られた試験材を機械加工して諸試験片を製
作供試した。

【表】このようにして得た各試験片について下記要領
の高温腐食試験を行なつた。第２表に示すように
高温腐食試験はＶ−アタツクおよびアルカリ硫酸
塩腐食を引き起こす典型的な合成灰を塗布し、燃
焼ガスを模擬した雰囲気ガス中で試験した。結果
を第４表にまとめて示す。同表に示す結果から鋼
中の酸素量を0.006％以下とすることでＶ−アタ
ツクおよびアルカリ硫酸塩腐食が著しく改善され
ていることが判る。さらにNb、Zr、Ｗ、Taおよ
びHfを１種添加することでより一層耐食性が改
善されていることが判る。同表に示す代表例につ
いて第１図〜第４図に腐食減量を鋼中の酸素およ
びNb、Zr、Ｗの各添加元素量に対してそれぞれ
プロツトして示す。

【表】同様にして、前述の各試験片を使い下記要領
で、水蒸気酸化試験を実施した。試験した結果を
同じく第４表にまとめて示す。Ｎ：0.04％以上添
加することおよび酸素0.006％以下とすることは
著しく耐水蒸気酸化性能を改善している。また
Nb、Zr、Ｗ、Ta、Hfの添加も改善効果がある
ことがわかる。同表に示す代表例について、第５
図および第６図に内層水蒸気酸化スケール厚
（μ）を鋼中の酸素量およびNb、Zr、Ｗの各添加
元素の添加量に対してプロツトしてそれぞれ示
す。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は、本発明に係るオーステ
ナイトステンレス鋼の耐食性をそれぞれ示すグラ
フである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.04〜0.15％、Si：1.0％以
下、Mn：2.0％以下、Cr：16〜25％、Ni：９〜
35％、Ｎ：0.045％超0.3％以下含有し、かつ酸
素：0.006％以下、残部本質的に鉄からなる、耐
水蒸気酸化性および耐高温腐食性に優れたボイラ
管用オーステナイトステンレス鋼。２重量％で、Ｃ：0.04〜0.15％、Si：1.0％以
下、Mn：2.0％以下、Cr：16〜25％、Ni：９〜
35％含有し、かつNb：８×Ｃ％〜2.0％、Zr：８
×Ｃ％〜2.0％、Ｗ：16×Ｃ％〜4.0％、Hf：16×
Ｃ％〜4.0％、およびTa：16×Ｃ％〜4.0％の１
種、ならびにＮ：0.045％超0.3％以下、酸素：
0.006％以下、残部本質的に鉄からなる、耐水蒸
気酸化性および耐高温腐食性に優れたボイラ管用
オーステナイトステンレス鋼。