JPS605857A - ボイラチユ−ブ - Google Patents

ボイラチユ−ブ

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JPS605857A
JPS605857A JP11077283A JP11077283A JPS605857A JP S605857 A JPS605857 A JP S605857A JP 11077283 A JP11077283 A JP 11077283A JP 11077283 A JP11077283 A JP 11077283A JP S605857 A JPS605857 A JP S605857A
Authority
JP
Japan
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equivalent
corrosion
temperature
tube
combustion gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP11077283A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Doi
裕之 土井
Kenichi Usami
宇佐美 賢一
Seishin Kirihara
桐原 誠信
Choichi Asano
浅野 長一
Tadaoki Morimoto
森本 忠興
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は新規な石炭燃焼を含むプラント用ボイラチュー
ブに係り、燃焼ガス中に含まれる硫化物の耐粒界侵食性
を兼ね備えたオーステナイト系合金で構成した硫化物の
耐粒界侵食性ディ2テーププに関する。
〔発明の背景〕
従来の発電プラント用ボイシチューブ材としては、燃焼
ガス側のチューブ外壁面の温度が約600〜650Cの
比較的低温側では2−!−Cr−IM。
や9Cr−IMo鋼などの低合金鋼が、^源側では5U
S304.5U8321並びに8US347等のオース
テナイト系ステンレス鋼が使用されている。
しかし、近年、資源、エネルギーの有効利用の点から、
ボイラ燃料としては重油から石炭へ移行し、発電効率向
上等の理由から高温高圧化が図られるすう勢にある。こ
のため、チューブ外壁面の温度を従来より約100C程
度上昇される気運があり、従来のオーステナイト系ステ
ンレス鋼では燃焼ガスによるチューブ外壁面の腐食が加
速される。すなわち、燃焼ガス温度を賜めることは、チ
ューブ内外壁の水蒸気酸化及び燃焼ガス腐食を著しく増
長させる。さらに、ボイラは大型化及び品玉化しておシ
、万一チューブ内外面のいずれからか破損が生じた場合
には人的、物理的損害は著しいものになる。したがって
、従来から使用されているボイラチューブ材ではその内
外壁における高温水蒸気及び燃焼ガスに対する耐食性が
不元分となシ、信頼性並びに安全性の点で問題となって
きている。
以上のことから、燃焼温度を高める高温内圧化に際して
は、石炭焚ボイラにおいて特に石炭燃焼ガスに対する耐
高温腐貨イ生を兼′i2備えたボイラチューブ制の開発
が大きなポイントとなっている。
一般に、金属材料が高温で使用される場合、その環境に
おける腐食系が非常に複雑であシ、不明確なことが多い
たとえば、重油燃焼ボイラ等の燃焼ガス中には02 、
N2 、CO,CO2,1420,802、C12など
のガス成分を含むとともに、燃料中にはV。
Pbなどの腐食作用の強い金属酸化物やV 20 sや
NazOなどで代表される低融点金属が金属材料表面に
付着共存し、空気や酸素中におけるば化反応に比較して
極めて厳しい腐宗環視を構成している。
特に、重油燃焼ボイラにおける高温腐食現象は典型的な
バナジウム・アタックとして知られ、広汎な範囲で研究
されている。
一方、石炭燃焼ガス中には、CO2、Co。
N2 、 N28 、 S (H2S 、 S 02 
)等が含まれ、その灰分中には8 i 02 、 kt
zo2. Na2O,K2O。
Fe2O3等の酸化物を含んでおり、この石炭燃焼ガス
中での腐食はアルカリ硫酸塩(Na2804.に280
4)等を含んだ灰分がチューブ表面に付着して生ずるこ
とが知られている。この種のガス中における腐食は、表
面から酸化物層、腐食生成物層、粒界侵食性に分かれる
ことが経験されている。従来、金属は酸化物を作りやす
い。このため、通常の燃焼ガス雰囲気中に過剰空気が含
まれる場合、酸化物の生成が優先するはずである。しか
し、硫化物を含む環境では酸素が低い雰囲気が形成され
た場合(酸化物層の内側も含まれる)には、硫黄分圧が
高くなり、その硫黄が金属内部へ浸透し、金属の粒界を
侵食するものと考える。このように、粒界を侵食すると
、ボイラ鋼管のように高温で長時間高い内圧が作用して
いるものでは機械的強度(特にクリープ強度の低下)に
も大きな影響を与え、寿命損傷率の急激な低下を引き起
こす。したがって、ボイラチューブ材として硫化物の粒
界侵食性を前照した材料の選定、開発が必要である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、石炭燃焼を含むプシント用ボイラチュ
ーブに係シ、燃焼ガス中に含まれる硫化物の耐粒界浸食
性を兼ね備えたオーステナイト系合金で構成した硫化物
の耐粒界侵食性ボイラチューブを提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、燃焼ガス環境下で使用され、硫化物層の形成
が問題となる4B造物において、重量%でC: 0.2
0 %以下、er:30〜45%、N1H25〜50’
jSを含み、かつ高温強度を向上させるために必要な量
を有するMo、Nb、T i、W。
V、At、B、残部peおよび不可避的不純物よりなる
オーステナイト系ステンレス鋼であって、の式に従う(
Cr当り/(Ni当量)が0.5〜1.4となるよう調
節したC、 N 1 、 Cr 、 Mo1Nb、Si
、Mn!であるステンレス鋼で構成した硫化°物の耐粒
界侵食性用ボイラチ=−ブでi。
〔発明の実施例〕
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
石炭燃焼ガスによる高温腐食は、従来の重油燃焼ガスに
よる高温腐食と異なり、重油燃焼による高温腐食に対し
て優れた材料でも必ずしも石炭焚で優れているとは限ら
ない。また、チューブ外表面温度が700〜800Cに
上昇した場合の高温腐食も、チューブ外表面温度が60
0〜650Cで使用されている場合の腐食と同程度かそ
れ以上である。
以上のことから、特に、高温腐食における硫化層の生成
について、750Cを基準とし、オーステナイトステン
レス幀のCr当量とNi当量との関係を種々検討した結
果、その比に関係のあることが明らかとなった。すなわ
ち、第1図と第2図に示すように、試験片にNa280
4を塗布し、750Cの1%N28−残N2ガス中で3
00時間オーステナイト糸ステンレス鋼の耐食性を試験
した結果、充分な耐硫化層生成性を有するにはCr量が
30%以上、Cr当量とNi当量との比が約0.5〜1
.4程度必喪でめることが判明した。また、第3図に示
す燃焼側の材料の耐食性は実環境の場合脣殊事留により
その条件が変化することが予想されるので、安全性を考
1ばし、より耐食性を向上させる必要がある。一般にC
r量を増加させると耐食性が向上するが、それに伴いオ
ーステナイト組織を形成するのに必要なNl量も増加す
るためNiがSと化合し低融点のNi3S2を生成する
という問題が生じる。耐食性を向上させる方法としては
Crココ−イグもあるが、表面がもろくなり、高温強度
および延性を低下させ、加工性も悪いため好ましくない
。このため Cr当量とNi当量の比をとることに注目
される。まだ、Cr当量の増加はNi当量の増加によっ
てチューブに塑性加工できるよう調整しなければならな
い。一方、ボイラチューブは当然温度上昇による高温強
度も重要で、Ni−Cr系鋼のみでは強度が得られない
ため、Mo、Nb、T ’ 、W、V、A7.B等を添
加することが必要である。また、ボイラチューブは一般
に溶接継手構造がとられることが多いことからこの点も
前原する必要がある。したがって、添刀口元素は多量に
添加することなく、高温強度向上に充分たりうる量に御
えたい。なお、オーステナイト組織にフェライトが混在
すると、高温でシグマ相の析出による脆化が起こるので
さけなければならない。したがって、シエフラ線図よジ
オ−ステナイト組織になるよう調整しなければならない
(第4図参照)。
本発明のオーステナイト合金は重量%でC;0、20 
%以下、Cr:30〜45%、N i 、: 25〜5
0チ、かつ高温強度向上のためMO,Nb。
T i、W、V、ht、Bを含み、Cr当量とNi当量
の比が0.5〜1.4になるように調整したオーステナ
イト組織を有するオーステナイH4が好ましい。
Cij:Mo、Nb等の炭化物形成元素と結合し、粒内
内炭化物を形成し、高温クリープ等の強度を大きくする
が、あま9多いとCr炭化物を形成させ耐食性を劣化き
せるため一般的には低めに抑える必要かめる。特に、溶
接性、加工性の点から0.02〜0,15%とすること
が好ましい。
Crは石炭燃焼ガスによる高温腐食に対し極めて有効で
あり、充分な耐硫化物浸食性を得るには750Cで約3
0%以上必要でちる。しかし、加工性、溶接性、及びオ
ーステナイト組織との関連から、30〜45チCrが好
′ましい。
NlはCrと共存して塑性加工を高め、オーステナイト
組織を安定に保つためには25チ以上が必要である。ま
た、Cr当量とN1当量との比が0.5〜1.4におい
て耐硫化物浸食性が改善されるため、Cr量との関連か
ら25〜50%が好ましい。
第1表に実験に用いた試料の化学成分(重量%)を示す
。試料は熱処理区研削加工し、最終表面をす800工メ
リー紙で仕上げ、試験片とした。熱処理は、比較鋼1 
(5US304 )、比較鋼2(5US321 )は1
050Cで30分保持後水冷、比較鋼3(Incolo
y800 )と本発明鋼1〜6は1150Cで30分保
持後水冷した。
第2表は試験片にNa280<を塗布し、70 、Oc
と800Cの1%HzS f’hガス中で300時間時
間上た場合の硫化物浸食深さを示す。
第2表から明らかなように、本発明鋼は比較鋼1〜3よ
シ硫化物侵食深さが少ないことが判る。
第2表 第5図は比較鋼1(8U8304)(a)と本発明鋼3
(b)の腐食試験後の試験片断面状況を示す顕微鏡写真
で、図からも明らかなように比較鋼に比べ硫化物の生成
層深さが少ないことが知られる。
本発明鋼は、鋼管の引抜き作業時においても割れが発生
することなく、また、700Cで45%の引張伸びを示
し、温度上昇によって引張伸び率は直接的に増加する。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明は石炭燃焼ボイラで問題となるチ
ューブ外表面の燃焼ガスに対して、従来の5US347
,5US321,5US310並びにInco Ioy
800と比較して顕著にその硫化物の耐粒界侵食性が優
れており、燃焼チューブ表面温度が700〜800Cに
加熱されるボイラチューブとして適用できる。したがっ
て、特に発電プラント用ボイシチューブとして発電効率
を高めるという顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は硫化物侵食深さとCr量との関係を示す線図、
第企図は硫化物侵食深さと(Cr当量)’ /(Ni当
量)との関係を示す線図、第3図はEPRIレポートC
8−1653に報告されている結果を侵食深さと(Cr
当量)/(Ni当量)の関係で整理した心図、第4図は
シエフラ線図、第5図は腐食試験後の断面を比較して示
した顕微鏡写拓 1 l C,量(%) 括 2 図 C目量INj当量 跪 3国 C?当量/Ni当1 第 4 固 cy当量ζ%) 手続補正書(方式) uB @+ 4’ :Q 2r+6 特許庁長官若杉和夫殿 事イーの表示 昭!1158年′l−1−1′i′l願第1107麿2
 号発明の名 称 ボイラチューブ 名 1): +51L11株式会lJ 日 立 袈 イ
乍 所補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 と訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量%−’c’cHo、2o%以下、cr;3o〜
    45%、Ni ;25〜50%を含み、がっM o 。 Nb、T i、w、v、ht、、B、残部Feおよび不
    可避的不純物よシなるオーステナイト系ステンレス鋼で
    あって、 の式に従う(Cr当−i’t)/(Ni当量)が0.5
    〜1.4となるよう調節したC、Ni 、Cr、MO。 Nb、S j、Mn量であるステンレス鋼で構成するこ
    とを特徴とするボイラチューブ。
JP11077283A 1983-06-22 1983-06-22 ボイラチユ−ブ Pending JPS605857A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5084322A (en) * 1988-05-25 1992-01-28 Quikoton Ag Pile fabric
JP2018003162A (ja) * 2011-05-26 2018-01-11 ユナイテッド・パイプラインズ・アジア・パシフィック・プライベイト・リミテッドUnited Pipelines Asia Pacific Pte Limited オーステナイト系ステンレス鋼
JP2024032629A (ja) * 2022-08-29 2024-03-12 水口 政義 アンモニアまたは、アンモニアを主成分とする燃料を燃焼させるボイラーにおいて、それを構成するボイラー管(水管)及び、その溶接部の材質がニッケル(Ni)やクロム(Cr)または、その両方の金属を主成分とし、鉄(Fe)の含有量が15%以下からなる合金で造られていることを特徴とするボイラー

Cited By (5)

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JP2021191900A (ja) * 2011-05-26 2021-12-16 ユナイテッド・パイプラインズ・アジア・パシフィック・プライベイト・リミテッドUnited Pipelines Asia Pacific Pte Limited オーステナイト系ステンレス鋼
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