JPH06330226A - 耐高温腐食特性に優れた複層鋼材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、廃棄物燃焼環境等の塩化物および
塩化水素ガス等に対して優れた耐高温腐食特性を有し、
かつ製造時の熱間加工性の良好な複層鋼管とその素材お
よびそれらの製造方法を提供する。 【構成】 Ａｌ：０．５〜９．０％、Ｓｉ：０．７〜
７．０％の１種以上、Ｃａ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの１種以上
を含有する高Ｎｉ系のＣ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎ
ｂ、Ｂ含有Ｆｅ基合金粉末を、１０５０〜１２４０℃、
２９ＭＰａで０．５時間以上のＨＩＰ処理によって内層
用ボイラ用鋼の表面に被覆層として形成せしめた後に熱
間加工を施して延伸し、必要に応じて、その後、熱処理
あるいは冷間加工と熱処理の組みあわせを１回以上のど
ちらか一方あるいは両方を施した耐高温腐食性に優れた
被覆鋼管とその素材およびそれらの製造方法。外層と内
層の中間層が、ＨＩＰ後素材で１０μm 以上、製品管で
５μm 以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は廃棄物燃焼環境等の塩化
物および塩化水素（ＨＣｌ）ガス等に対して優れた耐高
温腐食特性を有し、かつ製造時の熱間加工性の良好な複
層鋼管およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般廃棄物および産業廃棄物の中で、廃
棄プラスチック類および自動車シュレッダーダスト等の
燃焼により発生する高濃度の塩化物およびＨＣｌガス等
に対し、優れた高温腐食特性を有する焼却炉および燃焼
ボイラ用既存鉄鋼材料はなかった。そのために、上記廃
棄物は高い発熱量を持ちながら、不燃・燃焼不適物とし
て分別・収集され主に埋め立てられている。また、分別
・収集されずに一般廃棄物に混入してボイラで燃焼され
る場合には、腐食性環境条件が厳しいためボイラの蒸気
条件は圧力２９４．２Ｎ／ｃｍ² 、温度３５０℃程度以
下に抑えられ、効率の良い低公害の燃料源としては活用
されていない。

【０００３】これに対して本出願人は、特願平３−１６
５９４６号および特願平５−３９０４０号において、Ａ
ｌ；０．５〜６．０％、Ｓｉ；０．７〜３．０％のうち
の１種以上を含み、Ｎｉ；１７〜５０％を含有する耐高
温腐食特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提
案している。しかし、Ａｌ量およびＳｉ量をそれぞれ
６．０％、３．０％を超えて含有させてさらなる耐高温
腐食特性の向上を目指すと、製造時に熱間加工割れが発
生するという問題点が生じた。さらに、溶解法でＡｌ量
およびＳｉ量をそれぞれ６．０％、３．０％を超えて含
有させると、凝固時に成分偏析を生じ、熱間加工後に割
れの軽微な部分から試験片採取して耐高温腐食特性を評
価すると、Ａｌが６．０％以下、Ｓｉが３．０％以下の
材料に比較して耐高温腐食特性が低下するという問題点
を有していた。以上の点からＡｌ量およびＳｉ量の上限
をそれぞれ６．０％、３．０％に制限せざるを得なかっ
た。

【０００４】一方、ＨＩＰ法で複層材料あるいはその熱
間加工用素材を製造する方法について、本出願人は、特
開平６４−２０２号公報および特願平３−９５１３６号
において、熱間加工用複層素材の少なくとも一方を粉末
−ＨＩＰ法で製造し、その後、熱間加工を施して延伸す
る方法、あるいは必要に応じてその後、熱処理、冷間加
工＋熱処理を施す方法を提案している。しかし、前記の
ような高Ａｌ、高Ｓｉ含有Ｆｅ基合金については熱間加
工時の加工性確保が極めて重要になり、特に、外層と内
層の中間層としての金属拡散層の存在が不可欠となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題点を
解決するという観点に立って、廃棄物燃焼環境等におけ
る塩化物およびＨＣｌガス等に対して優れた耐高温腐食
特性を有し、かつ、製造時の熱間加工性の良好な複層鋼
管、複層鋼材およびその製造方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記のとおりである。 （１）外層が、重量％にて、Ｃ ； ０．０８％以下、
Ｍｎ； ０．３〜２．０％、Ｃｒ； １８〜２７％、Ｎ
ｉ； １７〜５０％、Ｍｏ； ０．５〜３．０％、Ｔ
ｉ； ０．０３〜０．３％、Ｎｂ； ０．０５〜０．６
％、Ｂ ； ０．００１〜０．０１％、Ｐ ； ０．０
４％以下、Ｓ ； ０．００５％以下、Ｎ ； ０．０
２〜０．３％を含有し、さらにＡｌ； ０．５〜９．０
％、Ｓｉ； ０．７〜７．０％のうち１種以上、かつ、
Ｃａ； ０．０００５〜０．０５％、Ｙ ； ０．００
１〜０．２％、Ｌａ； ０．００１〜０．２％、Ｃｅ；
０．００１〜０．２％のうち１種以上を含み、残部が
Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ス
テンレス鋼の粉末を熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理お
よび熱間加工して形成した被覆層で、内層がボイラ用鋼
管で、外層と内層の間にＨＩＰ−熱間加工によって形成
した５μｍ以上の金属拡散層からなる中間層を有するこ
とを特徴とする耐高温腐食特性に優れた複層鋼管。

【０００７】（２）外層が前項１記載のオーステナイト
系ステンレス鋼の粉末をＨＩＰ処理して形成した被覆層
で、内層がボイラ用鋼で、外層と内層の間にＨＩＰ処理
によって形成した１０μｍ以上の金属拡散層からなる中
間層を有することを特徴とする耐高温腐食特性に優れた
複層鋼材用素材。 （３）ＨＩＰ処理条件を温度１０５０〜１２４０℃、圧
力２９ＭＰａ以上、保持時間０．５時間以上とすること
を特徴とする前項１または２記載の耐高温腐食特性に優
れた複層鋼管または複層鋼材用素材の製造方法。

【０００８】（４）前項３記載の条件でＨＩＰ処理して
製造した前項２記載の複層鋼材用素材を、熱間加工で延
伸することによって製造することを特徴とする前項１記
載の耐高温腐食特性に優れた複層鋼管の製造方法。 （５）前項３記載の条件でＨＩＰ処理して製造した前項
２記載の複層鋼材用素材を、熱間加工で延伸し、その後
さらに熱処理を施すことを特徴とする前項１記載の耐高
温腐食特性に優れた複層鋼管の製造方法。

【０００９】（６）前項３記載の条件でＨＩＰ処理して
製造した前項２記載の複層鋼材用素材を、熱間加工で延
伸し、その後さらに冷間加工と熱処理を１回以上施すこ
とを特徴とする前項１記載の耐高温腐食特性に優れた複
層鋼管の製造方法。 （７）前項３記載の条件でＨＩＰ処理して製造した前項
２記載の複層鋼材用素材を、熱間加工で延伸し、その後
さらに熱処理を施し、さらに冷間加工と熱処理を１回以
上施すことを特徴とする前項１記載の耐高温腐食特性に
優れた複層鋼管の製造方法。

【００１０】

【作用】以下に、先ず、外層用オーステナイト系ステン
レス鋼の成分の限定理由について説明する。先ず、塩化
物およびＨＣｌガスに対して高温腐食特性を向上させる
合金元素として、Ｎｉ、ＡｌおよびＳｉとＣａ、Ｙ、Ｌ
ａおよびＣｅを複合添加することが有効である。

【００１１】Ｎｉ含有量増大により高温腐食深さが減少
する（図１）。これはスケール中に生成するＮｉ富化層
が塩化物およびＨＣｌガスに対する保護性を有するため
と考えられる。その効果は１７％未満では十分ではない
ため下限を１７％とした。なお、Ｎｉ量が多くなると熱
間加工性が劣化すること、またコストの面でもＮｉ量が
多くなると高価になるのでＮｉの上限を５０％とした。
したがってＮｉの量を１７〜５０％と限定した。

【００１２】ＡｌおよびＳｉはその添加により高温腐食
深さが減少する（図２）。これはスケール中にそれぞれ
Ａｌ₂ Ｏ₃ およびＳｉＯ₂ 系の保護性スケールが生成す
るためと考えられる。その効果はＡｌ；０．５％未満、
Ｓｉ；０．７％未満では十分ではないため、Ａｌの下限
を０．５％、Ｓｉの下限を０．７％とした。なお、Ａｌ
およびＳｉ量が増加すると熱間加工性が低下するので、
両特性を確保するために一般の溶解、鋳造材ではＡｌ量
を６．０％以下、Ｓｉ量を３．０％以下にすることが必
要であるが、請求項１に示す外層用粉末を用いて、請求
項２に示す複層鋼材用素材を、請求項３に示す条件のＨ
ＩＰ処理によって製造する場合は、熱間加工性向上によ
りその上限をＡｌ量で９．０％、Ｓｉ量で７．０％にま
でそれぞれ拡張することが可能となる。さらに、前記外
層用粉末の熱間静水圧プレスによる熱間加工用素材を用
いた場合の熱間加工後以降の複層鋼管の外層は、溶解、
鋳造材を用いた場合よりも成分分布が均質化し、溶解、
鋳造材を用いた場合のＡｌ量が６．０％、Ｓｉ量が３．
０％をそれぞれ超えた材料でみられる成分偏析に起因す
る耐高温腐食特性の低下がみられない。これらの理由に
よってＡｌの量を０．５〜９．０％、Ｓｉの量を０．７
〜７．０％とした。

【００１３】Ａｌ、Ｓｉは単独添加または複合添加して
も同様の効果が得られるが、熱間加工性確保の観点か
ら、複合添加の場合の上限はＡｌ、Ｓｉの合計９．０％
が望ましい。Ｃａ、Ｙ、ＬａおよびＣｅはその１種以上
をＡｌ、Ｓｉの単独添加または複合添加と組み合わせて
添加することにより、高温腐食深さが減少する。Ａｌお
よびＳｉはその添加により、前述のとおりスケール中に
それぞれＡｌ₂ Ｏ₃ およびＳｉＯ₂ 系の保護性スケール
を形成し、塩化物およびＨＣｌガスに対する保護性を向
上させるが、さらにＣａ、Ｙ、ＬａおよびＣｅの１種以
上を添加すると、スケールが緻密になり、耐高温腐食特
性が向上する。また、これらの元素は脱酸・脱硫作用を
有し、ＯおよびＳの粒界偏析を減少させることによって
熱間加工性を向上させる。これらの効果はＣａ；０．０
００５未満、Ｙ；０．００１％未満、Ｌａ；０．００１
％未満、Ｃｅ；０．００１％未満では十分でないため、
Ｃａの下限を０．０００５％、Ｙの下限を０．００１
％、Ｌａの下限を０．００１％、Ｃｅの下限を０．００
１％とした。なお、Ｃａ量が０．０５％、Ｙ、Ｌａおよ
びＣｅ量がそれぞれ０．２％を超えると鋼の清浄度が低
下し、熱間加工性およびクリープ破断強度が低下するの
で、両特性を確保するためにＣａ量を０．０５％以下、
Ｙ量を０．２％以下、Ｌａ量を０．２％以下、Ｃｅ量を
０．２％以下にすることが必要である。これらの理由に
よってＣａの量を０．０００５〜０．０５％、Ｙの量を
０．００１〜０．２％、Ｌａの量を０．００１〜０．２
％、Ｃｅの量を０．００１〜０．２％とした。Ｃａ、
Ｙ、ＬａおよびＣｅはその１種以上を添加することによ
り上記の効果が得られるが、熱間加工性およびクリープ
破断強度確保の観点から、複合添加の場合の上限はＣ
ａ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの合計０．２％が望ましい。

【００１４】次に、上記以外の成分について述べる。Ｃ
は、４００℃以上の高温環境下の使用中にＣｒと結びつ
きＣｒ₂₃Ｃ₆ 等の炭化物を結晶粒界に生成する。このた
め、粒界近傍にＣｒ欠乏部を生じ、Ｃｒ含有保護皮膜層
の形成を阻害し、高温酸化、高温腐食を促進する。ま
た、溶接時高温割れを防止するためにもＣ量を過度に高
めないことが必要である。以上の観点からＣの上限を
０．０８％と定めた。

【００１５】Ｍｎは、脱酸を十分行い健全な鋳片を得る
ために必要であり、鋼中に不純物として含有されるＳ成
分を固定し、熱間脆性を防止し、溶接性、熱間加工性を
向上させるために０．３％以上は必要である。しかし添
加量が多過ぎると耐酸化性を損なうので上限を２．０％
とした。Ｃｒは硫酸塩等に対する耐高温腐食特性および
耐高温酸化特性等を向上させるので耐熱合金にとっては
必須の元素である。ＳＵＳ３４７Ｈ（１８Ｃｒ−１２Ｎ
ｉ−０．７Ｎｂ）と同等以上の耐高温酸化特性が必要な
ので、Ｃｒ量の下限をＳＵＳ３４７ＨのＣｒ量と同量の
１８％とした。しかしＣｒ量が多いと長時間加熱により
σ脆化が起こりやすくなるのでＣｒ量の上限を２７％と
した。

【００１６】Ｍｏは高温塩化物環境で耐高温腐食性を向
上させるので下限を０．５％とした。しかしＭｏはσ相
の形成を促進し、長時間使用脆化を起こしやすいので添
加量の上限を３．０％とした。Ｔｉ、Ｎｂは炭、窒化物
形成元素で、Ｃｒ₂₃Ｃ₆ の粒界への多量析出を抑制し、
耐高温腐食性、耐酸化性を向上させる。また、クリープ
破断強度の向上にも効果があり、複合添加でその炭、窒
化物が微細分散化する場合に最もクリープ破断強度が高
くなる。これらの作用のためには、炭、窒化物の析出量
はＴｉ量が０．０３％未満、Ｎｂ量が０．０５％未満で
は十分でなく、一方、Ｔｉ量が０．３％、Ｎｂ量が０．
６％を超えてのＴｉ、Ｎｂ複合添加では炭、窒化物が凝
集粗大化し、耐高温腐食性、耐酸化性への効果が飽和す
るのみならず、クリープ破断強度が低下する。以上の点
を考慮してＴｉの量を０．０３〜０．３％、Ｎｂの量を
０．０５〜０．６％とした。

【００１７】Ｂは熱間加工性をさらに良好とする元素で
あり、特に過酷な熱間加工を行う場合に有効である。熱
間加工性向上にＢ量０．００１％以上は必要であるが、
添加量が多いと溶接性および延性が劣化するので添加量
の上限を０．０１０％とした。Ｐは添加量が多いと耐高
温腐食特性を劣化させるので低い程望ましく、上限を
０．０４％とした。

【００１８】Ｓも粒界に偏析し耐高温腐食特性を劣化さ
せるので上限を０．００５％とした。Ｎは耐高温粒界腐
食性に有効な元素であり、そのためには０．０２％以上
にする必要がある。しかしＮの過剰添加は熱間加工性を
低下させるので上限を０．３％とした。

【００１９】また、内層となるボイラ用鋼には、該複層
鋼管の使用環境（温度、蒸気圧力）に応じて、炭素鋼、
低合金鋼、ステンレス鋼および高Ｃｒ−高Ｎｉ鋼などを
選定することができ、具体的にはＳＴＢ４１０（０．５
Ｍｎ鋼）、ＳＴＢＡ２４（２．５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼）、Ａ
ＳＭＥ ＳＡ２１３ Ｔ９１（９Ｃｒ−１Ｍｏ系鋼）、
ＳＵＳ３０４ＨＴＢ（１９Ｃｒ−１０Ｎｉ鋼）、ＳＵＳ
３４７ＨＴＢ（１８Ｃｒ−１２Ｎｉ−０．７Ｎｂ鋼）、
ＮＣＦ８００ＨＴＢ（２２Ｃｒ−３３Ｎｉ系鋼）および
各種高強度高Ｃｒ−高Ｎｉ鋼などを挙げることができ
る。

【００２０】次に、本発明の複層鋼管の外層は、Ａｌ：
０．５〜９．０％、Ｓｉ：０．７〜７．０％のうち１種
以上を含有するが、通常の溶解・鋳造材を複層鋼管の外
層用素材あるいは単層管用素材に用いると、Ａｌが６．
０％、Ｓｉが３．０％を超える成分範囲では熱間加工に
よる製管、延伸時にヘゲ疵あるいは割れが生じる。この
問題点を解決したのが前記成分の外層を、粉末−ＨＩＰ
法により内層用熱間加工素材の表面に金属層として形成
した熱間加工用複層素材を用いる製造方法であり、以下
にその方法について説明する。

【００２１】本発明においては、熱間加工用複層素材の
外層と内層の中間層として１０μｍ以上の厚さの金属拡
散層を形成することが熱間加工性確保の点で必要であ
る。これは金属拡散層厚さが１０μｍ未満では、熱間加
工性が不十分で、熱間加工時に外層と内層の剥離あるい
はそれを起点とする外層の割れあるいはヘゲ疵が生じる
からである。また、熱間加工後、あるいはその後さらに
熱処理あるいは冷間加工と熱処理の組合せを１回以上の
いずれかあるいは両方を施した後の製品管としての複層
鋼管の外層と内層の中間層として５μｍ以上の厚さの金
属拡散層を有することが必要である。このことにより、
ボイラ鋼管等の外内表面の熱伝達性を確保すると共に、
使用時の温度変化に対して外内層の熱膨張差に起因する
界面剥離等の発生を回避することができる。複層鋼管の
外層と内層の間の金属拡散層厚さが５μｍ未満では、こ
れらの特性が確保できないので、金属拡散層厚さを５μ
ｍ以上とした。なお、金属拡散層厚さは熱間加工用複層
素材での厚さに対し、熱間加工および冷間加工での断面
減少率に応じて小さくなる方向に作用を受けるものの、
熱間加工および熱処理での加熱による外内層成分の拡散
で大きくなる方向にも作用を受ける。結果として、熱間
加工用複層素材の外層と内層の中間層として１０μｍ以
上の厚さの金属拡散層を有する場合は、製品管の複層鋼
管の外層と内層の中間層としての金属拡散層を５μｍ以
上に確保することが可能となる。

【００２２】製造においては、先ず、請求項１の外層用
オーステナイト系ステンレス鋼の粉末を、内層となるボ
イラ用鋼素材の表面に、ＨＩＰ用カプセル内で充填し、
その後、真空脱気した後、密閉する。次いで、ＨＩＰ処
理して内層素材の外表面に前記外層用粉末を金属層とし
て形成する。粉末の充填、密閉時にＨＩＰ用カプセル内
を真空にすることおよびＨＩＰ処理を温度：１０５０〜
１２４０℃、圧力：２９ＭＰａ以上、保持時間：０．５
時間以上の条件にすることにより、外層内に気孔を残存
させずに、かつ、外層と内層の中間層として１０μｍ以
上の金属拡散層を形成することができ、接合界面には十
分な接合強度を持たせることができる。なお、ＨＩＰ処
理温度を１０５０〜１２４０℃とした理由は、ＨＩＰ処
理温度が１０５０℃未満では保持時間が数十時間と長く
なるために実用的ではなく、１２４０℃を超えると冷却
時に成分元素の偏析を生じ、次の工程における熱間加工
性が低下するためである。また圧力を２９ＭＰａ以上と
したのは、２９ＭＰａ未満の圧力ではＨＩＰ処理温度と
負荷保持時間をいかに選択しても外層と内層の中間層と
して１０μｍ以上の金属拡散層を形成することができ
ず、かつ、外層用粉末層の焼結が不十分で熱間加工性を
確保できないためである。さらに、保持時間が０．５時
間未満では前記の温度範囲内でＨＩＰ処理温度をいかに
高くしても外層と内層の中間層として１０μｍ以上の金
属拡散層を形成することができず、かつ、外層用粉末層
の焼結が不十分で熱間加工性を確保できないためであ
る。

【００２３】次に、前記熱間加工用複層素材を熱間押出
あるいは熱間圧延などの熱間加工により、製管、延伸す
る。前記ＨＩＰ処理条件により、外層内に気孔を残存さ
せずに、かつ、外・内層の界面を金属結合させて、接合
界面に十分な接合強度を持たせた熱間加工用複層素材
は、外層にヘゲ疵や割れを生じることなく熱間加工をす
ることができる。本発明における熱間加工の目的は長尺
の複層鋼管を製造することにあり、加工温度の選定に際
しては外層および内層の両方に対して適切な温度を選定
する必要がある。

【００２４】次に、本発明においては熱間加工で延伸し
た複層鋼管に、必要に応じて、請求項５では熱処理を施
し、請求項６では冷間加工と熱処理を１回以上施し、請
求項７では熱処理を施した後に、冷間加工と熱処理を１
回以上施す。ここで本発明における冷間加工の目的は、
主に複層鋼管を最終製品の寸法まで精度良く製造するこ
とにあり、製品の形状に応じて冷間引抜、冷間圧延など
の冷間加工法を適用することができる。

【００２５】また、熱間加工後の熱処理の目的は製品と
しての外・内層の材質を造り込むこと、あるいは、次の
工程である冷間加工における冷間加工性を一段と改善す
ることにある。内層が低合金鋼あるいは９Ｃｒ系鋼であ
れば熱間加工後の焼入組織の軟化が必要であり、また、
内層がオーステナイト系ステンレス鋼であれば、外層の
冷間加工性をより向上させるための固溶化熱処理を行う
こともできる。

【００２６】冷間加工後の熱処理は、さらに後工程に冷
間加工工程がある場合には軟化等を目的とし、最終冷間
加工後の場合には外・内層の製品造り込みを目的として
おり、固溶化熱処理あるいは焼準、焼戻し熱処理等を内
層の鋼種に応じて施すことができる。

【００２７】

【実施例】次に本発明の実施例についてさらに具体的に
述べる。表１に本発明例の外層用素材である粉末の化学
組成を、表２に本発明例に用いた内層用素材であるボイ
ラ用鋼の化学組成を、また、表３には比較例の外層用素
材である粉末の化学組成をそれぞれ示す。なお、内層用
素材であるボイラ用鋼は溶解・鋳造法により製造したも
のである。

【００２８】次に、表４に本発明例の複層鋼管の、外
層、内層用素材の組合せ、製造方法および複層鋼管の特
性である外層の熱間加工性および耐高温腐食特性を示
す。また、表５には比較例の複層鋼管の、外層、内層用
素材の組合せ、製造方法および複層鋼管の特性である外
層の熱間加工性および耐高温腐食特性を示す。高温腐食
試験は３７％ＮａＣｌ＋６３％ＦｅＣｌ₂ の合成灰を複
層鋼管外層から切り出した試験片表面に塗布し、０．２
％ＨＣｌ＋０．５％ＳＯ₂ ＋５％Ｏ₂＋１５％ＣＯ₂ ＋
ｂａｌ．Ｎ₂ ガス中で５５０℃×３０ｈ加熱し、試験片
縦断面の腐食深さを測定した。また、熱間加工性を熱間
押出あるいは熱間圧延時の外層割れ有無で評価した。

【００２９】表１に示す本発明例Ａ〜Ｕは請求項１〜請
求項７に用いた外層用素材粉末であり、表２に示す本発
明用内層素材例ＡＡ〜ＦＦは請求項１〜請求項７に用い
た内層素材の規格鋼である。表１に示す本発明例Ａ〜Ｄ
は２０Ｃｒ−２５〜２９Ｎｉを基本成分として、Ａｌを
１〜９％含有したものであり、Ｅ〜Ｈは２０〜２３Ｃｒ
−２５〜２９Ｎｉを基本成分として、Ｓｉを１〜７％含
有したものである。

【００３０】また、本発明例Ｉ〜Ｋは２４Ｃｒ−３５Ｎ
ｉを基本成分とし、Ａｌを２〜７％含有したものであ
り、Ｌは同一基本成分にＳｉを３％含有したものであ
る。次に、Ｍ、Ｎは２０Ｃｒ−２５Ｎｉを基本成分とし
て、Ａｌ、ＳｉをＭはそれぞれ４％、３％、Ｎはそれぞ
れ５％、２％複合で含有したものであり、Ｏ、Ｐは２４
Ｃｒ−３５Ｎｉを基本成分とし、Ａｌ、ＳｉをＯはそれ
ぞれ３％、２％、Ｐはそれぞれ３％、３％複合で含有し
たものである。

【００３１】本発明例ＱはＢの２０Ｃｒ−２５Ｎｉ−３
Ａｌに比較して、本発明成分範囲内でＮｉが１８％と低
く、ＲはＪの２４Ｃｒ−３５Ｎｉ−３Ａｌに比較して、
本発明成分範囲内でＮｉが４８％と高い。Ｓ〜ＵはＢあ
るいはＣの２０Ｃｒ−２５Ｎｉ−３〜６Ａｌに比較し
て、本発明成分範囲内でそれぞれＭｏが２．９％、Ｔｉ
が０．２５％およびＮｂが０．５７％と高い。

【００３２】なお、本発明例Ａ〜ＵはＣａ、Ｙ、Ｌａお
よびＣｅの１種以上を含有している。表２に示す本発明
用内層素材例ＡＡはＪＩＳ Ｇ ３４６１のＳＴＢ４１
０に相当する炭素鋼であり、ＢＢはＪＩＳ Ｇ ３４６
２のＳＴＢＡ２４に相当する低合金鋼であり、ＣＣはＡ
ＳＭＥ ＳＡ２１３のＴ９１に相当する９Ｃｒ−１Ｍｏ
鋼であり、ＤＤ、ＥＥはＪＩＳ Ｇ ３４６３のＳＵＳ
３０４ＨＴＢ、ＳＵＳ３４７ＨＴＢに相当するオーステ
ナイト系ステンレス鋼であり、ＦＦはＪＩＳＧ ４９０
４のＮＣＦ８００ＨＴＢに相当する高Ｃｒ−高Ｎｉ鋼で
ある。

【００３３】次に、表３に示す比較例の外層用素材粉末
ＨＡ〜ＨＧはＮｉをそれぞれ９．３％、１３．１％、１
７．３％、２５．３％、３４．８％、４７．１％および
５４．５％含有するオーステナイト系ステンレス鋼であ
り、いずれの鋼もＡｌおよびＳｉが本発明の成分範囲下
限である０．５％および０．７％より低い。なお、ＨＡ
はＳＵＳ３０４相当材であり、Ｎｉが本発明の成分範囲
（１７〜５０％）より低く、ＨＧはＮｉが本発明の成分
範囲より高い。

【００３４】比較例ＨＨはＡｌを３％含有するが、Ｎｉ
が１４．２％で本発明の成分範囲より低い。ＨＩ、ＨＪ
は２４Ｃｒ−３５Ｎｉを基本成分として、ＨＩはＡｌが
９．８％、ＨＪはＳｉが７．８％で、いずれも本発明の
成分範囲を超えて含有した鋼である。さらに、ＨＫは２
４Ｃｒ−３５Ｎｉを基本成分として、ＡｌおよびＳｉを
それぞれ９．８％および７．３％含有し、両成分共に本
発明の成分範囲を超えた鋼である。

【００３５】次に、表４、表５（表４のつづき−１）、
表６（表４のつづき−２）に示す本発明例の複層鋼管の
ＷＡ〜ＷＵはいずれも表１に示す本発明例の外層用素材
粉末Ａ〜Ｕを、表２に示す本発明用内層素材例と組み合
わせて請求項３に示す条件でＨＩＰ処理して被覆層とし
て形成せしめた後に請求項４に示す熱間加工を施し、そ
の後、必要に応じて、請求項５〜請求項７に示す熱処
理、冷間加工および熱処理を施したものである。熱間加
工後の工程で分類して、請求項４にはＷＪ、ＷＫが相当
し、請求項５にはＷＢ〜ＷＤ、ＷＧ、ＷＨ、ＷＬ〜Ｗ
Ｓ、ＷＵが相当し、請求項６にはＷＡ、ＷＦが相当し、
請求項７にはＷＥ、ＷＩ、ＷＴが相当する。

【００３６】本発明例の複層鋼管およびその熱間加工用
素材ＷＡ〜ＷＵはいずれもＨＩＰ処理後に外層と内層の
中間層として１０μｍ以上の金属拡散層を有し、熱間加
工時に割れのみられない良好な熱間加工性を有し、か
つ、製品管は中間層に５μｍ以上の金属拡散層を有し、
外層の高温腐食深さが２０μｍ以下の良好な高温腐食特
性を有している。

【００３７】一方、表７、表８（表７のつづき−１）、
表９（表７のつづき−２）に示す比較例の複層鋼管のＨ
ＷＡ〜ＨＷＫは、表３に示す比較例の外層用素材粉末Ｈ
Ａ〜ＨＫを表２に示す内層素材例と組み合わせてＨＩＰ
処理、熱間加工を施し、その後、必要に応じて、熱処
理、冷間加工および熱処理を施したものである。熱間加
工後の工程で分類して、請求項４との比較にはＨＷＥ、
ＨＷＧ、ＨＷＩ〜ＨＷＫが相当し、請求項５との比較に
はＨＷＢ〜ＨＷＤ、ＨＷＦが相当し、請求項６との比較
にはＨＷＡが相当し、請求項７との比較にはＨＷＨが相
当する。

【００３８】また、表７、表８（表７のつづき−１）、
表９（表７のつづき−２）に示す比較例の複層鋼管のＨ
ＷＬ〜ＨＷＯは本発明例の外層用素材粉末Ｂを内層素材
例ＤＤ（ＳＵＳ３０４ＨＴＢ相当）と組み合わせてＨＩ
Ｐ処理、熱間押出をしたものであるが、いずれもＨＩＰ
処理条件が本発明の条件範囲外のものである。すなわ
ち、ＨＷＬはＨＩＰ処理温度が１０００℃と本発明の下
限温度１０５０℃より低く、ＨＷＭはＨＩＰ処理温度が
１２７０℃と本発明の上限温度１２４０℃より高い。ま
た、ＨＷＮはＨＩＰ処理圧力が２５ＭＰａと本発明の下
限圧力２９ＭＰａより低く、ＨＷＯは負荷保持時間が
０．３時間と本発明の下限時間より短時間である。

【００３９】これらの比較例は、本発明例と対比して、
製造時の熱間加工性あるいは製品管外層の耐高温腐食特
性の少なくともいずれか一特性に問題点を有している。
すなわち、ＡｌおよびＳｉが共に本発明の成分範囲下限
より低い外層を用いたＨＷＡ〜ＨＷＦ、Ａｌを３％含有
するがＮｉが本発明の成分範囲下限より低いＨＷＨは高
温腐食深さが２０μｍを超えて、高温腐食特性が本発明
鋼より劣る。

【００４０】Ａｌが９．８％のＨＩおよびＳｉが７．８
％のＨＪを外層に用いた複層鋼管ＨＷＩ、ＨＷＪと、Ａ
ｌ、Ｓｉがそれぞれ本発明の成分範囲上限より高いＨＫ
を外層に用いた複層鋼管ＨＷＫでは熱間押出時にヘゲ疵
あるいは割れが発生した。また、Ｎｉを本発明の成分範
囲を超えて５４．５％含有するＨＧを外層に用いた複層
鋼管ＨＷＧでも熱間押出時にヘゲ疵が発生した。これら
の比較例は、ＨＩＰ処理後に外層と内層の中間層として
１０μｍ以上の金属拡散層を有しているものの、外層成
分が本発明の成分範囲を超えて熱間加工性が悪く、熱間
押出時にヘゲ疵あるいは割れが発生したものである。

【００４１】さらに、本発明例の外層用素材粉末Ｂを用
いながら、ＨＩＰ処理条件が本発明の条件範囲外のもの
ＨＷＬ〜ＨＷＯでは、いずれも熱間押出時に外層にヘゲ
疵あるいは割れを生じた。すなわち、ＨＷＬではＨＩＰ
処理温度が低く、ＨＷＮではＨＩＰ処理圧力が低く、Ｈ
ＷＯでは負荷保持時間が短時間であったために、ＨＩＰ
処理後に外層と内層の中間層である金属拡散層が１０μ
ｍ未満で、かつ、外層が十分に焼結しておらず、熱間押
出時にヘゲ疵あるいは割れが生じたものである。一方、
ＨＷＭはＨＩＰ処理温度が１２７０℃と高く、冷却時に
成分元素の偏析を生じ、熱間加工性が十分でなかったた
めに、熱間押出時にヘゲ疵が生じた。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】

【表５】

【００４７】

【表６】

【００４８】

【表７】

【００４９】

【表８】

【００５０】

【表９】

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、廃棄プラスチック類お
よび自動車シュレッダーダスト等の廃棄物燃焼ボイラの
過熱器官等に適用することのできる、燃焼環境中の塩化
物および塩化水素（ＨＣｌ）ガス等に対して極めて優れ
た耐高温腐食特性を有し、かつ、製造時の熱間加工性の
良好な複層鋼管を供給することが可能になり、エネルギ
ーおよび環境分野に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】高温腐食深さに及ぼす外層のＮｉ含有量の影響
を示す図である。

【図２】高温腐食深さに及ぼす外層のＡｌおよびＳｉ含
有量の影響を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新沼 慎二 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 小川 洋之 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 石塚 哲夫 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外層が、重量％にて、 Ｃ ； ０．０８％以下、 Ｍｎ； ０．３〜２．０％、 Ｃｒ； １８〜２７％、 Ｎｉ； １７〜５０％、 Ｍｏ； ０．５〜３．０％、 Ｔｉ； ０．０３〜０．３％、 Ｎｂ； ０．０５〜０．６％、 Ｂ ； ０．００１〜０．０１％、 Ｐ ； ０．０４％以下、 Ｓ ； ０．００５％以下、 Ｎ ； ０．０２〜０．３％を含有し、さらに Ａｌ； ０．５〜９．０％、 Ｓｉ； ０．７〜７．０％のうち１種以上、かつ、 Ｃａ； ０．０００５〜０．０５％、 Ｙ ； ０．００１〜０．２％、 Ｌａ； ０．００１〜０．２％、 Ｃｅ； ０．００１〜０．２％のうち１種以上を含み、
   残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイ
   ト系ステンレス鋼の粉末を熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）
   処理および熱間加工して形成した被覆層で、内層がボイ
   ラ用鋼管で、外層と内層の間にＨＩＰ−熱間加工によっ
   て形成した５μｍ以上の金属拡散層からなる中間層を有
   することを特徴とする耐高温腐食特性に優れた複層鋼
   管。
2. 【請求項２】 外層が請求項１記載のオーステナイト系
   ステンレス鋼の粉末をＨＩＰ処理して形成した被覆層
   で、内層がボイラ用鋼で、外層と内層の間にＨＩＰ処理
   によって形成した１０μｍ以上の金属拡散層からなる中
   間層を有することを特徴とする耐高温腐食特性に優れた
   複層鋼材用素材。
3. 【請求項３】 ＨＩＰ処理条件を温度１０５０〜１２４
   ０℃、圧力２９ＭＰａ以上、保持時間０．５時間以上と
   することを特徴とする請求項１または２記載の耐高温腐
   食特性に優れた複層鋼管または複層鋼材用素材の製造方
   法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の条件でＨＩＰ処理して製
   造した請求項２記載の複層鋼材用素材を、熱間加工で延
   伸することによって製造することを特徴とする請求項１
   記載の耐高温腐食特性に優れた複層鋼管の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３記載の条件でＨＩＰ処理して製
   造した請求項２記載の複層鋼材用素材を、熱間加工で延
   伸し、その後さらに熱処理を施すことを特徴とする請求
   項１記載の耐高温腐食特性に優れた複層鋼管の製造方
   法。
6. 【請求項６】 請求項３記載の条件でＨＩＰ処理して製
   造した請求項２記載の複層鋼材用素材を、熱間加工で延
   伸し、その後さらに冷間加工と熱処理を１回以上施すこ
   とを特徴とする請求項１記載の耐高温腐食特性に優れた
   複層鋼管の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項３記載の条件でＨＩＰ処理して製
   造した請求項２記載の複層鋼材用素材を、熱間加工で延
   伸し、その後さらに熱処理を施し、さらに冷間加工と熱
   処理を１回以上施すことを特徴とする請求項１記載の耐
   高温腐食特性に優れた複層鋼管の製造方法。