JPS6029459A - 耐高温粒子エロ−ジョン性鋼製品 - Google Patents

耐高温粒子エロ−ジョン性鋼製品

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JPS6029459A
JPS6029459A JP13765783A JP13765783A JPS6029459A JP S6029459 A JPS6029459 A JP S6029459A JP 13765783 A JP13765783 A JP 13765783A JP 13765783 A JP13765783 A JP 13765783A JP S6029459 A JPS6029459 A JP S6029459A
Authority
JP
Japan
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erosion
resistance
temperature
steel
cr2o3
Prior art date
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Pending
Application number
JP13765783A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiaki Shida
志田 善明
Hisao Fujikawa
尚男 冨士川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP13765783A priority Critical patent/JPS6029459A/ja
Publication of JPS6029459A publication Critical patent/JPS6029459A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10Oxidising
    • C23C8/12Oxidising using elemental oxygen or ozone
    • C23C8/14Oxidising of ferrous surfaces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酸化皮膜を表面に備えた鋼製品、特に石炭火
力ボイラにおいてみられるような高温粒子エロージョン
に対する優れた抵抗性を示す、Cr2O3皮膜を表面に
備えた鋼製品に関する。
燃料燃焼ボイラ、流動床反応器、石炭のガス化、液化装
置等に代表される高温エネルギー装置は、最近のエネル
ギー事情を反映して石炭利用技術として注目されている
。例えば燃料燃焼ボイラにあっては、従来は、石油利用
が主体であったが、今日では代替エネルギー利用の必要
性が認識された結果、石炭利用が増大する傾向となって
いる。
しかし、かかる高温エネルギー装置にあっても装置設計
は石油利用のときの設計思想により行われており、石炭
利用となったときの問題点は十分にはまだ解決されてい
ない。たとえば、石炭火力ボイラにおいても従来の石油
火力ボイラと同様の材料構成にて製作されている。とこ
ろが、石炭火力ボイラにおいては、石油火力ボイラと異
なり、ボイラ内部で固形のアッシュ分がクリンカとなっ
て落下したりフライアッシュとして燃焼ガス流中に浮遊
していたりするため、石炭火力ボイラを構成するボイラ
チューブは、高温で著しいエロージョン損傷を受ける。
このような問題点は当業者にもよく認識されているが、
高温粒子によるエロージョン挙動がまだ明らかでなく、
材料的な対策もほとんどなく、経験上設計的な対処、例
えば流速の低減、プロテクターの取付等の対策が行われ
ているにすぎない。しかし、このように設計的に対処し
ても、流速を制限した場合にも予想以上に流速の早い偏
流部ができたり、また、プロテクターを用いた場合にも
プロテクター自身の損傷が早く、実際上、役立たなかっ
たりのケースが報告されている。
また、材料の点からボイラチューブとしては、Jls3
o4si、同じ< 321,347,316鋼などの1
8−8系オーステナイトステンレス網が、さらにはイン
コロイ800゜310などの合金が用いられる。さらに
一般の高温用部材としては、各種の高温用オーステナイ
トステンレス鋼が用いられているが、これらはいずれも
耐高温粒子エロージョンを考慮したものではなく、石油
火力ボイラなどの経験をもとに使用されているに過ぎな
い。
ところで、従来にあってもこすれ摩耗等の耐摩耗用にあ
るいは耐食用に、各種の材料、方法が開発・提案されて
いるが、上述のような耐高温粒子エロージョン用として
特に開発された材料あるいは方法はない。なお、こすれ
摩耗等は、普通、物体−物体が往復あるいは回転接触す
る際に起こるもので、一方、エロージョンとは固体が高
速で物体に衝突し減肉を起こすものであって、両者は機
構が本質的に異なる。
したがって、耐こすれ摩耗性と耐高温粒子エロージヨン
性との間には現象的に共通性あるいは関連性はなく、従
来技術において耐高温粒子エロージヨン性に対する知見
は存在しない。
すでに述べたように、高温粒子によるエロージョン損傷
を防止する材料的対策はほとんどないのが現状であるが
、材料的対策があれば、例えば上述のような石炭火力ボ
イラ製作上にも設計に余裕が生し、またプロテクター材
質の適正判断ができるなどの効果が大きく、さらには、
そのような材料的対策があれば、ボイラ内のガス流の平
均流速の増大が可能となり、装置の小型化、熱効率の向
上などの利益も期待できる。
したがって、ここに、本発明の目的とするところは、石
炭火力ボイラにみられるような高温粒子にょるエロージ
ョンに対するすぐれた抵抗性を示す金属製品を提供する
ことである。
また、前述の一般の高温エネルギー装置でのエロージョ
ン損傷は流体の流速が局部的に高くなる偏流部等でしば
しば生じており、局部的な対策が要求される場合も多く
、したがって、本発明の別の目的はそのような観点から
の耐高温粒子によるエロージョンに対する局部的な抵抗
性を示す金属製品を提供することでもある。
ここに、本発明者らはm製品の表面に特定の酸化皮膜を
使用に先立って形成せしめることにより耐高温粒子エロ
ージヨン性が著しく改善されることを見いだして本発明
を完成したのである。
かくして、本発明の要旨とするところは、厚さ1μm以
上の実質Cr2O3の皮膜を表面に備えた、耐高温粒子
エロージヨン性鋼製品である。
なお、ここに、実質Cr2O3の皮膜では実質的にα−
Cr203の結晶構造をとるものをいい、FB%Aβ、
Mnなどが含まれることもある。
このように、本発明によれば、耐高温粒子エロージヨン
性の向上に有効な酸化皮膜としては1μM以上のCr2
O3の皮膜形成が必要である。厚さ1μm未満では実際
の高温装置付近の高温条件下では高温粒子エロージョン
に対するを効な皮膜とならない。
なお、かかる皮膜厚さに関する限定は、ボイラ石炭燃焼
灰のように平均粒径20μm程度ときわめて細かい粒子
が約Loom/sec以下の流速で衝突する場合、およ
び不規則形状の大径粒子(50μm以上)が50m/s
ec以下の流速で衝突する場合の高温粒子エロージョン
に対するエロージョン阻止条件を与えている。
かかる酸化皮膜形成するには、使用に先立って、空気中
あるいは弱酸化性雰囲気にて加熱処理を行う。
例えば、1000℃で約5時間以上加熱することにより
1μm以上の酸化皮膜かえられる。より高温・長時間の
加熱酸化処理を行うことによって、表面に形成される酸
化皮膜の厚さをさらに厚くすることができる。ただし、
加熱温度が900°C未満では1μm厚さの皮膜を得る
のに時間がかかり過ぎ、経済的でない。
なお、以上のような加熱条件、つまり予備処理条件は通
常のボイラ管などの使用条件下では見られない条件であ
って、また一般的な装置の昇温条件下ではその形成され
る酸化皮膜の厚さは高々0,1 μmである。
このような酸化皮膜を形成させる基材としての鋼は、拡
散処理等により、Crを表面に富化した材料あるいは母
材が一定量以上のCrを含み、かつ使用環境下でCr2
O3を再生する能力のあるものを用いる必要がある。な
ぜならば、上記皮膜はエロージョンをうけることにより
クラックを生成することがあり、そのためその部分より
(Fe、Cr ) 30 aなどの非有効スケールが生
成してはエロージョン抵抗性が劣化してしまうからであ
る。しかし、Cr2O3再生能力のある場合には、クラ
ンク等が生じても下部からCr2O3が生ずることによ
り再び抵抗性のあるCr2O3が補修形成される。この
ように予備酸化膜があることによってCr2O3の維持
能はより高められておりエロージョン抵抗性が維持され
るのである。
そのようなCr冨化基材としては、オーステナイト系鋼
とフェライト系鋼とに大別される。
フェライト系鋼の場合、好ましくは、18〜30%Cr
を含み、少なくとも表面から50μm厚さの表面層にC
rを少なくとも18〜80%と富化して有するが、必ず
しもこれに制限されるものではない。かかる好適なフェ
ライト系鋼の場合、予備処理として酸化雰囲気下で90
0℃以上に所定時間加熱することによって鋼表面に厚さ
1μm以上のCr2O3皮膜を容易に形成できる。
なお、上記好適態様において、Crを18〜30%に限
定する理由は、Crは高温耐食性向上およびCr2O3
形成・保持能向上に必要な成分であり、鋼組成として1
8%以上添加する。一方、30%を越えると、tMM品
の靭性が劣化してしまうからである。Crば鋼組成とし
て鋼中に含まれる場合には、18〜30%でよいが、ク
ロマイジング等の表面処理によって表面層にのみ富化含
有させる場合には80%程度まで含有させても鋼質の劣
化はきたさない。また、使用時にCr2O3皮膜の再生
能を得るには表面から50μm厚さの表面部分のCr含
有量を18〜80%とすれば十分である。
次に、オーステナイト系鋼の場合、好ましくは、15〜
50%Cr、 15〜70%Niを含み、少なくとも表
面から50μm厚さの表面層にCrを18〜80%含有
する。
Crについてはフェライト系鋼の場合と同様のことが言
えるが、Niについてはオーステナイト相の安定化をは
かるためにNiの増量が必要で、Crとのバランスを考
慮して、15%以上、70%以下含有される。しかし、
表面処理によって表面層にCr冨化をはかる場合、Ni
含有量の下限を8%としてもよい。
なお、いずれの場合にあっても、その他の通富の合金元
素は必要に応じ適宜量添加してもよく、本発明の目的の
範囲内において各種の具体的鋼組成を利用することがで
きる。特に、基材にY (イツトリウム)、REM(希
土類元素)といった活性元素さらには微細酸化物が分散
して含有される場合には使用に先立って予め形成された
Cr2O3を強化しエロージョン抵抗性をより大きいも
のとするので好ましい。
次に実施例によって本発明をさらに説明するが、それら
は本発明の例示として示すもので、本発明を何ら制限す
るものではない。なお、本明細書において「%」は特に
ことわりがない限り「重量%」である。
ス」H舛 第1表に示す鋼組成の供試材を用いて各種予備処理をお
こなってその表面に酸化皮膜を形成させて以下の第2表
に示す条件下で高温粒子を使ったエロージョン試験を行
った。試験片は3 IIm厚さ×20顛幅×301長さ
のものを用いた。
上記高温粒子エロージョン試験は、ブラスト式エロージ
ョン試験装置を用いて行った。すなわち、固体粒子(本
例は平均粒径約15μ印の石炭燃焼灰を用いた)とガス
とを別々に条件(1)では650℃に、条件(2)では
800°Cに加熱し、それらを内径4顛のノズルの入口
で混合し、ノズル内で加速後、やはり同しく650℃あ
るいは800℃に保った試験片に衝突させた。試験片に
衝突させるときのガス流速は20m/秒および30m/
秒で、それぞれの場合について1時間にわたって550
gの固体粒子を上記試験表面に衝突させた。
試験後、各試験片の中央に形成した減肉部分を表面粗さ
計により測定し最大の減肉量を測定し各供試材の高温粒
子エロージョンに対する抵抗性を評価した。結果を同じ
(第3表にまとめて示す。
第3表に示す結果からも明らかなごとく、比較例のよう
に実質Cr2O3の皮膜の厚さが0.7μm以下と少な
い場合、あるいはそのようなCr2O3皮膜が形成され
なかった場合ば、エロージョン抵抗性に大きな改善が認
められない。しかしながら、それに対し本発明に係る所
定厚さの実質Cr2O3の皮膜を設けた場合には耐高温
粒子エロージヨン性に顕著な改善が認められる。
このように、本発明によれば高温粒子エロージョンに対
するすぐれた抵抗性を有する鋼製品が得られるのであっ
て、近年注目されている高温エネルギー装置の実用化お
よび普及に寄与するところは大である。
第1表 (重量%) 第2表 第3表 (?)9予備酸(ts&よいずれも大気中で実施した。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 厚さ1μm以上の実質Cr2O3の皮膜を表面に備えた
    、耐高温粒子エロージヨン性鋼製品。
JP13765783A 1983-07-29 1983-07-29 耐高温粒子エロ−ジョン性鋼製品 Pending JPS6029459A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13765783A JPS6029459A (ja) 1983-07-29 1983-07-29 耐高温粒子エロ−ジョン性鋼製品

Applications Claiming Priority (1)

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JP13765783A JPS6029459A (ja) 1983-07-29 1983-07-29 耐高温粒子エロ−ジョン性鋼製品

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6029459A true JPS6029459A (ja) 1985-02-14

Family

ID=15203759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13765783A Pending JPS6029459A (ja) 1983-07-29 1983-07-29 耐高温粒子エロ−ジョン性鋼製品

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JP (1) JPS6029459A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0285358A (ja) * 1987-10-24 1990-03-26 Tadahiro Omi 減圧装置
WO2002022905A3 (en) * 2000-09-12 2002-11-21 Nova Chem Int Sa Stainless steel and stainless steel surface

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JPH0285358A (ja) * 1987-10-24 1990-03-26 Tadahiro Omi 減圧装置
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