JPH0570892A - ソーダ回収ボイラ用高温耐食合金 - Google Patents

ソーダ回収ボイラ用高温耐食合金

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JPH0570892A
JPH0570892A JP23800891A JP23800891A JPH0570892A JP H0570892 A JPH0570892 A JP H0570892A JP 23800891 A JP23800891 A JP 23800891A JP 23800891 A JP23800891 A JP 23800891A JP H0570892 A JPH0570892 A JP H0570892A
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JP
Japan
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alloy
high temperature
corrosion
less
corrosion resistance
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JP23800891A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Nishio
敏昭 西尾
Masatomo Shinohara
正朝 篠原
Kazuo Hiromatsu
一男 廣松
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ソーダ回収ボイラ用高温耐食合金に関する。 【構成】 重量%にて、C:0.025%以下、Si:
1%以下、Mn:5%以下、P:0.04%以下、S:
0.03%以下、Cr:27〜40%、Ni:35〜5
5%、N:0.2〜0.45%とし、残部がFe及び不
可避的不純物からなるソーダ回収ボイラ用高温耐食合金
及び必要に応じて、該合金成分に重量%にてMo:3%
以下、Nb:2%以下、Ti:0.5%以下の1種又は
2種以上を含ませてなるソーダ回収ボイラ用高温耐食合
金。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は製紙工場のソーダ回収ボ
イラの過熱器管等の熱交換器並びにスペーサ等の付着金
物類等の材料に関し、一般ゴミ及び産業廃棄物を燃料と
する産業用ボイラ並びに粗悪油及び石炭を燃料とする事
業用ボイラの過熱器管及び付着金物類にも適用しうる材
料に関する。
【0002】
【従来の技術】ソーダ回収ボイラ過熱器管には熱効率の
向上(蒸気条件及び圧力の上昇)に伴い、低合金鋼か
ら、重量%にて、18%Cr含有のオーステナイトステ
ンレス鋼に移行し、更に現在では25%Cr含有の高N
オーステナイトステンレス鋼(特公昭50−8967号
公報)が使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】現在、熱効率をより向
上させる目的で、更に蒸気条件の高温高圧化が検討され
ており、より苛酷な条件のもとで耐高温腐食性の優れた
材料が望まれている。こゝにおいて、耐高温腐食性とは
以下の2つの性質を同時に有する場合をいう。 (1)材料に密着した燃焼灰等の溶融によって生じる溶
融塩腐食に対する耐食性。この場合、特に耐粒界腐食性
が問題となる場合が多い。 (2)燃焼ガスに含まれる、あるいは材料に付着した燃
焼灰等に含まれるC成分によって生じる浸炭を伴う腐食
に対する耐食性。一般に浸炭が生じると耐食性は著しく
劣化するため、この場合、特に耐浸炭性が問題となる場
合が多い。
【0004】従来材料では蒸気条件の高温高圧化に伴う
メタル温度の上昇により、耐高温腐食性、特に耐浸炭性
の不足し、25%Cr含有の高Nオーステナイトステン
レス鋼においても1mm/年近い腐食が生じている。
【0005】本発明は上記技術水準及び上記要望に応
じ、耐高温腐食性に優れた合金を提供しようとするもの
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は (1)重量%にて、C:0.025%以下、Si:1%
以下、Mn:5%以下、P:0.04%以下、S:0.
03%以下、Cr:27〜40%、Ni:35〜55
%、N:0.2〜0.45%とし、残部がFe及び不可
避的不純物からなることを特徴とするソーダ回収ボイラ
用高温耐食合金。
【0007】(2)上記(1)の成分に加えて、重量%
にてMo:3%以下、Nb:2%以下、Ti:0.5%
以下の1種又は2種以上を含むことを特徴とするソーダ
回収ボイラ用高温耐食合金。である。
【0008】すなわち、本発明はCrを27〜40%と
高く維持したままCを0.025%以下に限定し、Nを
0.2〜0.45%添加することにより優れた耐粒界腐
食性を保ちつつ、Niを35〜55%添加することによ
り耐浸炭性を向上したものである。
【0009】
【作用】以下に成分の限定理由について説明する。C;
Cは400℃以上の高温環境下の使用中にCrと結びつ
き、Cr23C6 等の炭化物を形成する。このため、粒界
近傍にCr欠乏層を形成し、粒界腐食を促進するので、
できるだけ低いことが望ましい。このため、0.025
%を上限とする。
【0010】Si;Siは結晶粒界への炭化物の析出を
促進するとともに、時効後靱性を阻害する為、上限を1
%とする。
【0011】Mn;MnはCr23C6 の固溶度を増す元
素であり、粒界への炭化物の析出を抑制するが、多量添
加はσ相生成を促進するため、上限を5%とする。
【0012】P,S;P,Sはいずれも粒界腐食を促進
するので、できるだけ低いことが望ましい。しかし、製
鋼上避けられない不純物である。Pの上限を0.04%
としたのは、これを越すと溶接性が著しく損なわれるか
らである。またSの上限を0.03%としたのは、これ
を越すと溶接性は勿論、熱間加工性も劣化するからであ
る。
【0013】Cr;Crは耐高温腐食性に対し重要な成
分であり、良好な耐高温腐食性を維持するため、下限を
27%とする。しかしCrはオーステナイト組織を不安
定化する元素であり、過剰な添加は靱性の低下をもたら
すため、上限を40%とする。
【0014】Ni;Niはオーステナイト組織を安定化
する効果があるとともに、耐浸炭性を高める効果があ
る。耐浸炭性を確保するため、下限を35%とする。し
かし、Niの増加に伴い後述するNの固溶度が低下する
ため、上限を55%とする。
【0015】N;Nは高温強度を高めるとともに耐粒界
腐食性を向上させる効果がある。耐粒界腐食性を確保す
るため、下限を0.2%とする。しかしNはガス成分で
あるので、気泡発生防止の面から、固溶し得る限度によ
って上限が定まる。このNの固溶度はCr含有量の増加
に伴い増加し、Ni含有量の増加に伴って減少する。こ
のため、Crの上限値40%、Niの下限値35%とし
た場合を考慮してNの上限を0.45%とする。
【0016】Mo;Moは耐粒界腐食性を向上させると
ともに、高温強度を向上させる効果がある。これらが特
に必要な場合に添加する。しかし熱間加工性を良好に保
つために、その添加量が制約されるので上限を3%とす
る。
【0017】Nb,Ti;Nb及びTiは耐粒界腐食性
を向上させるとともにクリープ破断強度を向上させる効
果がある。しかし過度の添加はNb及びTiの炭化物及
び窒化物の生成量が多くなり、クリープ破断強度及び清
浄度が逆に劣化してくるため、Nbの上限を2%及びT
iの上限を0.5%とする。
【0018】
【実施例】実施例として用いた合金の化学成分を表Aに
示す。なお、表Aには本発明範囲外の比較合金と従来材
料の代表例としてSUS321HTB、SUS310S
TB及び特公昭50−8967号公報で知られる高Nオ
ーステナイトステンレス鋼を併せて示す。
【0019】本発明材料A〜I合金はCrが27%〜4
0%、Niが35%〜55%の範囲内にある。A〜E合
金が第1発明材料、F〜I合金が第2発明材料である。
F合金はMoを2.11%、G合金はNbを0.62
%、H合金はTiを0.35%、I合金はMoを1.5
7%、Nbを0.44%含有している。
【0020】これに対して比較合金として用いたJ−O
合金はそれぞれ次の点が本発明成分範囲外である。すな
わち、J及びK合金はCrが25.4%及び22.1%
と低い。L及びM合金はNiが32.8%及び29.6
%と低い。N合金はNが0.12%と高い。O合金はC
が0.046%と高い。
【0021】また従来材料のP,Q及びR合金はそれぞ
れ、SUS321HTB、SUS310STB及び高N
オーステナイトステンレス鋼であり、Cr及びNiが低
く抑えられている。またP及びQ合金はNが添加されて
いない。
【0022】表Bに本発明合金、比較合金及び従来材料
の以下に示す2種の腐食環境下で加速試験を行い、粒界
腐食深さ及び全面腐食量を測定した結果を示す。これら
の腐食環境はソーダ回収ボイラ内で生じ得る溶融塩腐食
及び浸炭を伴う腐食を模擬したもので、供試材は以下に
示す模擬燃焼灰中に埋没し、模擬燃焼ガス気流中で腐食
試験を行った。
【0023】 (1)高K高Cl環境(溶融塩腐食を生じる) 試験温度:570℃、試験時間:100時間 模擬燃焼灰組成(混合比):Na2 SO4 :K2 SO4 :NaCl= 5:1:1 模擬燃焼ガス組成:0.1%SO2 +5%O2 +5%CO2 +N2 残
【0024】 (2) 高CO3 環境(浸炭を伴う腐食を生じる) 試験温度:570℃、試験時間:150時間 模擬燃焼灰組成(混合比):Na2 SO4 :K2 SO4 :NaCl: Na2 CO3 =4:1:1:4 模擬燃焼ガス組成:0.05%SO2 +5%O2 +10%CO2 +N2 残
【0025】供試材は20w×20リットル×3tmm
の形状に機械加工後、全面600番エメリ研磨を行い、
試験前の寸法及び重量測定を行った。試験後、腐食によ
り生じたスケールを除去し、重量測定及び縦断面の粒界
腐食深さ測定を行った。
【0026】表Bによれば、本発明材料A〜I合金はい
ずれも前述の高K高Cl環境下での粒界腐食深さは0μ
mであり、全面腐食量は従来材料の2分の1程度以下
で、これはソーダ回収ボイラの材料選定で目安として用
いられる0.2mm/年以下であり、優れた耐粒界腐食
性及び耐食性を有するといえる。また前述の高CO3 環
境下での全面腐食量は従来材料の5分の1程度以下で、
前述の目安0.2mm/年以下であり、優れた耐食性、
すなわち耐浸炭性を有するといえる。以上から本発明合
金は優れた耐高温腐食性を有するといえる。
【0027】これに対して比較合金N合金並びに従来材
料P及びQ合金は高K高Cl環境中で粒界腐食を生じて
おり、耐粒界腐食性が不足しているといえる。ここで本
発明合金A〜E合金及び比較合金N合金についてN含有
量と粒界腐食深さの関係をプロットすると、図1のよう
にN含有量の増加とともに粒界腐食深さが減少し、本発
明のN含有量の下限値0.2%以上では粒界腐食深さは
0μmであることが分かる。ただし、N含有量が0.2
%以上でも、C含有量が0.025%以上であるO合金
は粒界腐食を生じている。よって前述のように耐粒界腐
食性を確保するためには、C及びNが条件を満たす必要
があることが分かる。
【0028】また比較材料J〜M合金及び従来材料P〜
R合金は、高CO3環境中で前述の目安0.2mm/年
以上であり、耐食性、すなわち、耐浸炭性が不足してい
るといえる。ここで本発明合金A〜E及び比較合金J及
びKについてCr含有量と高CO3 環境下での全面腐食
量との関係をプロットすると、図2のようにCr含有量
の増加に伴って全面腐食量が減少していることが分か
る。すなわち、本発明のCr含有量の下限値27%以上
では、全面腐食量は前述の目安0.2mm/年以下とな
っていることが分かる。
【0029】また本発明合金A〜E合金及び比較合金L
及びMについてNi含有量と高CO3 環境下での全面腐
食量との関係をプロットすると、図3のようにNi含有
量の増加に伴って全面腐食量が減少していることが分か
る。すなわち、本発明のNi含有量の下限値35%以上
では、全面腐食量は前述の目安0.2mm/年以下とな
っていることが分かる。
【0030】また、第2発明合金はクリープ破断強度も
良好で、例えばG合金では Larson-Millerパラメータ法
による600℃クリープ破断強度の105 時間外挿値
が、15.1kgf/mm2 であり、通産省技術基準に
規定されたSUS321HTBの600℃許容引張応力
からの計算値(許容引張応力≒0.6)11.5kgf
/mm2 より高い値を有している。
【表1】
【表2】
【表3】
【0031】
【発明の効果】回収ボイラ等のような苛酷な腐食環境
で、優れた耐高温腐食性を有する合金を提供することが
可能となり、ボイラの高温高圧化を可能とし、経済上極
めて有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明合金のN含有量と粒界腐食深さの関係を
示す図表
【図2】本発明合金のCr含有量と高CO3 環境下での
全面腐食量の関係を示す図表
【図3】本発明合金のNi含有量と高CO3 環境下での
全面腐食量の関係を示す図表

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%にて、C:0.025%以下、S
    i:1%以下、Mn:5%以下、P:0.04%以下、
    S:0.03%以下、Cr:27〜40%、Ni:35
    〜55%、N:0.2〜0.45%とし、残部がFe及
    び不可避的不純物からなることを特徴とするソーダ回収
    ボイラ用高温耐食合金。
  2. 【請求項2】 請求項1の成分に加えて、重量%にてM
    o:3%以下、Nb:2%以下、Ti:0.5%以下の
    1種又は2種以上を含むことを特徴とするソーダ回収ボ
    イラ用高温耐食合金。
JP23800891A 1991-09-18 1991-09-18 ソーダ回収ボイラ用高温耐食合金 Pending JPH0570892A (ja)

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Cited By (3)

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