JPH11140586A - Ｌｎｇ焚き専用ボイラーの煙道・煙突用鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＬＮＧ焚き専用ボイラーの煙道・煙突の用途
に用いて十分な耐食性を有する、経済的な鋼材を提供す
る。 【構成】 Ｃ：0.020 〜0.20mass％、Si：0.050 〜0.50
mass％、Mn：0.50〜1.50mass％、Ｐ：0.020 mass％以
下、Ｓ：0.010 mass％以下、Cr：1.00〜3.50mass％、N
i：0.20〜2.0 mass％、Cu：0.20〜2.0 mass％、Al：0.0
05 〜0.050 mass％を含有し、残部はFeおよび不可避的
不純物とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＮＧ焚き専用ボ
イラーの煙道・煙突に用いて、優れた耐食性を示す鋼材
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、火力発電所を代表とする発電所
で使用されるボイラーには、重油、石炭、ＬＮＧなどを
燃料として使用している。そして、ボイラーで発生した
燃焼排気ガスは、脱硫装置、脱硝装置、電気集塵機、空
気予熱器、煙道等を経由し、煙突から大気中へ放出され
る。さて、ボイラーの燃料として重油や石炭を用いる場
合には、排ガス中のＳＯ₃とボイラー停止時の水露点以
下の温度で生成する水とで硫酸が生成するために、煙道
や煙突に使用される鋼材で所謂硫酸露点腐食が生じて問
題となっていた。この問題を材料面から解決するため、
これまでにも幾つかの努力が払われてきた。そして、例
えば、特開平２−170946号公報、特開平７−316745号公
報などに開示されるような耐硫酸露点腐食オーステナイ
ト系ステンレス鋼が開発され、これをライニングするこ
とにより、一応の解決が図られている。

【０００３】−方では、上述した重油、石炭に比べて含
有硫黄分が極めて少く、クリーンエネルギーであるＬＮ
Ｇが、最近になって、ボイラー用燃料として多く用いら
れるようになってきた。ＬＮＧの排ガスの主成分はＣＯ
₂ であり、このＣＯ₂ もボイラー停止時の水露点以下の
温度で生成する水に溶け込むと鋼材を腐食させる。その
腐食作用は、硫酸露点腐食のそれに比べると小さいこと
が予想されるものの、未だ、ＬＮＧ専焼ボイラーにおい
ても、煙道や煙突には高価な従来の無機系ライニング材
や上述のオーステナイト系ステンレス鋼のライニングに
より対処しており、ＬＮＧ焚き専用ボイラーに適した、
より経済的に有利な、煙道・煙突用の鋼材の開発が強く
望まれていた。

【０００４】この要望に対して、ＬＮＧ焚き専用ボイラ
ーの煙突・煙道用鋼材が提案されている。該煙突・煙道
用鋼材は、発錆はするが発錆後の腐食進行が炭素鋼に比
較して遅くなるように成分調整した鋼材と、発錆自体を
防止した高合金鋼材との２つに大別される。ここで、前
者の例として、特開平６−158232号公報、特開平６−19
2789号公報、特開平７−286241号公報等に開示されてい
る鋼材が挙げられる。これらの鋼材は、高価な元素であ
るCrやNiの含有量が少なく、鋼材自体は低コストである
が、炭素鋼よりも程度は小さいものの発錆後に腐食が進
行していくため、劣化状況に応じたメンテナンスが必要
である。後者の例として、特開平２−170946公報や特開
平７−316745号公報に示されるような、CrやNiを多量に
含有させることにより、鋼材表面の発錆を完全に防止す
ることを目的とした高合金鋼材が挙げられる。高合金鋼
材は、発錆が防止されるためにメンテナンスの必要頻度
を考慮すると有利であるが、鋼材自体が高価であるとい
う欠点を有している。そして、これら２つのタイプの鋼
材が、煙突や煙道の腐食環境やメンテナンスの容易さの
程度に応じて使い分けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
発錆後の腐食進行を低減させた鋼材のうちは、特開平６
−192789号公報に示される鋼材では未だ耐食性が不十分
であり、また、特開平６−158232号公報、特開平７−28
6241号公報に示される鋼材は、前記硫酸露点腐食にもあ
る程度耐えることを念頭に入れたものであるため、より
低コストなＬＮＧ焚き専用ボイラーの煙道・煙突用の鋼
材が求められていた。本発明は、このような従来技術の
実情に鑑み、ＬＮＧ焚き専用ボイラーの煙道・煙突の用
途に用いて十分な耐食性を有する、特に特開平６−1927
89号公報に示される鋼材よりも耐食性が優れていて、特
開平６−158232号公報や特開平７−286241号公報等に示
される鋼材よりも経済的に有利な鋼材を提供することを
目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記課題を
解決するために、実機の煙道・煙突の腐食環境を模擬し
た腐食試験装置を行い、普通鋼（ＪＩＳＧ３１０６ Ｓ
Ｍ４００Ａ相当）をベース材として、耐食性に及ぼす合
金元素の影響を調べた。その結果、とくに適正量のCr、
Ni、Cuを組み合わせ添加することによって、ＣＯ₂ ガス
に対し良好な耐食性が得られることを見出した。

【０００７】また、火力発電所は燃料輸送の利便性から
海浜地区に建設されることが多く、かかる場所における
煙道・煙突には、鋼材の表面に海塩粒子が付着すると考
えられる。発明者等は、この点についても研究を進め、
海塩粒子の付着は鋼材の腐食を促進すること、このよう
な環境下ではCr、Ni、Cu添加のみでは耐食性が不十分な
場合があり、その場合、さらにMo、Nb、Ｖ、Ti、Ｂ、C
a、REM の適正添加が有効であること見い出した。本発
明は上記知見に基づいて完成されたものであり、その要
旨構成は次のとおりである。

【０００８】(1) Ｃ：0.020 〜0.20mass％、Si：0.050
〜0.50mass％、Mn：0.50〜1.50mass％、Ｐ：0.020 mass
％以下、Ｓ：0.010 mass％以下、Cr：1.00〜3.50mass
％、Ni：0.20〜2.0 mass％、Cu：0.20〜2.0 mass％、A
l：0.005 〜0.050 mass％を含有し、残部はFeおよび不
可避的不純物からなることを特徴とするＬＮＧ焚き専用
ボイラーの煙道・煙突用鋼材。

【０００９】(2) Ｃ：0.020 〜0.20mass％、Si：0.050
〜0.50mass％、Mn：0.50〜1.50mass％、Ｐ：0.020 mass
％以下、Ｓ：0.010 mass％以下、Cr：1.00〜3.50mass
％、Ni：0.20〜2.0 mass％、Cu：0.20〜2.0 mass％、A
l：0.005 〜0.050 mass％を含み、かつ、Mo：0.050 〜
1.0 mass％、Nb：0.010 〜0.20mass％、Ｖ：0.010 〜0.
20mass％、Ti：0.010 〜0.20mass％、Ｂ：0.0005〜0.00
50mass％、Ca：0.0005〜0.010 mass％および REM：0.00
05〜0.010 mass％から選ばれる１種又は２種以上を含有
し、残部はFeおよび不可避的不純物からなることを特徴
とするＬＮＧ焚き専用ボイラーの煙道・煙突用鋼材。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明鋼の成分組成を上
記範囲に限定した理由について説明する。 Ｃ：0.020 〜0.20mass％ Ｃは、腐食反応のカソードサイトとして作用する Fe₃Ｃ
を形成して耐食性を低下させるので、その含有量は可及
的に少なくすることが望ましいが、強度確保の点から、
0.020 mass％以上は必要である。一方、0.20mass％を超
えると前記理由で耐食性を低下させ、また溶接熱影響部
の硬化により加工性を低下させる。したがって、Ｃは0.
020 〜0.20mass％の範囲とする。

【００１１】Si：0.050 〜0.50mass％ Siは、通常の製鋼工程において脱酸剤として必要な元素
であり、0.050 mass％以上添加する必要がある。一方、
0.50mass％を超えると靱性を低下させる。このため、Si
量は0.050 〜0.50mass％とする。

【００１２】Mn：0.50〜1.50mass％ Mnは、通常の製鋼工程において脱酸剤として、また強度
確保のために必要であり、0.50mass％以上添加する必要
である。一方、1.50mass％を超えると腐食反応のカソー
ドサイトして作用するMnＳを増やし、耐食性を低下させ
る。このため、Mn量は0.50〜1.50mass％とする。

【００１３】Ｐ：0.020 mass％以下 Ｐは、粒界に偏析して耐食性を低下させる元素であり、
可及的に少なくすることが望ましいが、極端な低減は製
造コストの上昇を招く。工業的に、比較的安価に実施可
能で、かつ耐食性を低下させない量として、0.020 mass
％以下の範囲に制限する。

【００１４】Ｓ：0.010 mass％以下 Ｓは、腐食反応のカソードサイトして作用するMnＳを形
成して耐食性を低下させるので、可及的に少なくするこ
とが望ましいが、極端な低減は製造コストの上昇を招
く。工業的に、比較的安価に実施可能で、かつ耐食性を
低下させない量は0.010 mass％以下である。

【００１５】Cr：1.00〜3.50mass％ Crは、鋼表面に安定錆を形成し、耐食性を保持するため
の主要元素である。安定な錆を形成させるためには、Ni
およびCuとともに用い、1.0 mass％以上添加する必要が
ある。一方、3.50mass％を超えて添加しても、その効果
は飽和し、コストの増加を招くことになる。このため、
Crの添加量は1.00〜3.50mass％の範囲とする。

【００１６】Ni：0.20〜2.0 mass％ Niは、Cuとともに添加して、上記したCr添加による安定
錆を強固にして、耐食性を高めるために添加する。添加
量が、0.20mass％未満ではその効果は認められず、一方
2.0 mass％を超えて添加しても効果が飽和し、コストの
増加を招くことになるので、Niの添加量は0.20〜2.0 ma
ss％の範囲とする。

【００１７】Cu：0.20〜2.0 mass％ Cuは、Niとともに添加して上述のCr添加による安定錆を
強固にして、耐食性を高めるために添加する。添加量
が、0.20mass％未満ではその効果は認められず、2.0 ma
ss％を超えても効果は飽和し、コストの増加を招くこと
になるので、Cuの量は0.20〜2.0 mass％範囲とする。

【００１８】Al：0.005 〜0.050 mass％ Alは、強力な脱酸作用を有する元素であるが、0.005 ma
ss％未満ではその効果が十分ではなく、一方、0.050 ma
ss％を超えて添加すると靱性の低下を招くので、Alの量
は0.005 〜0.050 mass％の範囲とする。

【００１９】以上の成分のほか、ＬＮＧ焚き専用ボイラ
の煙道・煙突用鋼材の使用環境が、海塩粒子の付着な
ど、より厳しい条件であっても、安定した耐食性を発揮
させるために、以下の元素を単独あるいは複合で添加す
ることが望ましい。これら成分の限定理由を以下に述べ
る。

【００２０】Mo：0.050 〜1.0 mass％ Moは、破壊した安定錆を修復することにより耐食性を高
める作用がある。添加量が0.050 mass％未満ではその効
果は認められず、1.0 mass％を超えると効果が飽和し、
いたずらにコストの増加を招くので、Mo量は0.050 〜1.
0 mass％の範囲とする。

【００２１】Nb：0.010 〜0.20mass％ Nbは、0.010 mass％以上添加することにより、安定錆を
さらに安定化することにより耐食性を高める作用があ
る、しかし0.20mass％を超えて添加しても、その効果が
飽和し、いたずらにコストの増加を招くことになる。こ
のため、Nbの添加量は0.010 〜0.20mass％の範囲とす
る。

【００２２】Ｖ：0.010 〜0.20mass％ Ｖは、0.010 mass％以上添加することにより、安定錆を
さらに安定化することにより耐食性を高める作用があ
る、しかし0.20mass％を超えて添加しても、その効果が
飽和し、いたずらにコストの増加を招くことになる。こ
のため、添加量は0.010 〜0.20mass％の範囲とする。

【００２３】Ti：0.010 〜0.20mass％ Tiは、0.010 mass％以上添加することにより、安定錆を
さらに安定化することにより耐食性を高める作用があ
る、しかし0.20mass％を超えて添加しても、その効果が
飽和し、いたずらにコストの増加を招くことになる。こ
のため、添加量は0.010 〜0.20mass％の範囲とする。

【００２４】Ｂ：0.0005〜0.0050mass％ Ｂは、0.0005mass％以上添加することにより、安定錆を
さらに安定化することにより耐食性を高める作用があ
る。しかし0.0050mass％を超えて添加してもその効果が
飽和し、いたずらにコストの増加を招くことになるの
で、添加量は0.0005〜0.0050mass％の範囲とする。

【００２５】Ca：0.0005〜0.010 mass％ Caは、Ｓを固定し、MnＳの形成を抑制して耐食性を高め
る作用がある。その効果は、0.0005mass％未満では顕著
には顕れず、一方0.010 mass％を超えるとCaＯの増加を
招き、耐食性を低下させる。したがって、Caの添加量は
0.0005〜0.010mass％の範囲とする。

【００２６】REM ：0.0005〜0.010 mass％ REM は、Ｓを固定しMnＳの形成を抑制して耐食性を高め
る作用がある。その効果は、0.0005mass％未満では顕著
に顕れず、一方0.010 mass％を超えると REMＯの増加を
招き、耐食性を低下させる。したがって、REM の添加量
は0.0005〜0.010 mass％の範囲とする。

【００２７】以上述べた成分組成からなる発明鋼は、通
常の製造工程に何ら手を加えることなく製造することが
できる。すなわち、一般には、造塊または連続鋳造で鋼
塊とした後、制御圧延または通常の圧延を行ってから、
圧延のまま、圧延後焼もどし、焼ならし−焼もどし、焼
入れ−焼もどしなどのいずれかの工程を経て鋼板とす
る。

【００２８】

【実施例】以下に実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。表１に、実験に用いた鋼の化学成分を示す。比
較鋼のうち No.１鋼はＪＩＳＧ３１０６ ＳＭ４００Ａ
相当の普通鋼、 No.２〜９は No.１鋼をベースに化学成
分を調整したものであるが、いずれかの成分が本発明範
囲から外れたものである。 No.10〜28鋼は No.１鋼をベ
ースに化学成分を調整した発明鋼である。これらの溶鋼
を十分に脱ガスした後、100 キロ鋼塊とし、これを熱間
圧延して厚さ15mmの鋼板を製造した。次いで、各鋼板の
１／２厚部から厚さ5mm 、幅50mm、長さ100mm の腐食試
験片を採取し、耐食性評価試験を行った。

【００２９】耐食性の試験方法は次の２条件で実施し
た。 ・腐食試験環境条件Ａ ＣＯ₂ ：６vol.％、Ｏ₂ ：14vol.％、Ｈ₂ Ｏ：10vol.
％、残部Ｎ₂ ・腐食試験環境条件Ｂ ＣＯ₂ ：６vol.％、Ｏ₂ ：14vol.％、Ｈ₂ Ｏ：10vol.
％、残部Ｎ₂ 雰囲気に５％NaCl塩水噴霧 上記２条件とも、試験温度サイクルは、50℃／hrで昇温
→110 ℃×100 hr保持→30℃／hrで降温→40℃×24hr保
持→50℃／hrで昇温の繰り返しとし、試験期間を６ケ月
とした。また、耐食性の評価方法は、上記腐食試験によ
り得られた試験片の重量減から計算した腐食量により行
い、上記各腐食試験環境条件における No.１鋼の腐食量
を100 とし、この値に対する比率を腐食率（％）として
表した。

【００３０】

【表１】

【００３１】その結果を表１に併せて示す。表１から、
発明範囲を外れる No.２〜９の比較鋼は、 No.１鋼に比
べても、70〜80％の腐食率で耐食性は劣っている。これ
に対して、 No.10〜28の発明鋼は、３〜29％の腐食率に
しかならず、極めて優れた耐食性を有していることがわ
かる。このように、発明鋼はＬＮＧ焚き専用ボイラーの
煙道・煙突用鋼材として十分使用可能であることがわか
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のＬＮＧ
焚き専用ボイラーの煙道・煙突用鋼材は、従来材に比べ
て、著しく優れた耐食性を有しており、メンテナンス負
荷が軽減されるなどの効果により、産業への寄与は極め
て大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 健人 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社内 (72)発明者 菅田 恒治 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ：0.020 〜0.20mass％、 Si：0.050 〜0.50mass％、 Mn：0.50〜1.50mass％、 Ｐ：0.020 mass％以下、 Ｓ：0.010 mass％以下、 Cr：1.00〜3.50mass％、 Ni：0.20〜2.0 mass％、 Cu：0.20〜2.0 mass％、 Al：0.005 〜0.050 mass％ を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなること
   を特徴とするＬＮＧ焚き専用ボイラーの煙道・煙突用鋼
   材。
2. 【請求項２】Ｃ：0.020 〜0.20mass％、 Si：0.050 〜0.50mass％、 Mn：0.50〜1.50mass％、 Ｐ：0.020 mass％以下、 Ｓ：0.010 mass％以下、 Cr：1.00〜3.50mass％、 Ni：0.20〜2.0 mass％、 Cu：0.20〜2.0 mass％、 Al：0.005 〜0.050 mass％、 を含み、かつ、 Mo：0.050 〜1.0 mass％、 Nb：0.010 〜0.20mass％、 Ｖ：0.010 〜0.20mass％、 Ti：0.010 〜0.20mass％、 Ｂ：0.0005〜0.0050mass％、 Ca：0.0005〜0.010 mass％および REM ：0.0005〜0.010 mass％ から選ばれる１種又は２種以上を含有し、残部はFeおよ
   び不可避的不純物からなることを特徴とするＬＮＧ焚き
   専用ボイラーの煙道・煙突用鋼材。