JPS6137920A - 耐スケ−ル剥離性鋼管の製造方法 - Google Patents
耐スケ−ル剥離性鋼管の製造方法Info
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- JPS6137920A JPS6137920A JP15902184A JP15902184A JPS6137920A JP S6137920 A JPS6137920 A JP S6137920A JP 15902184 A JP15902184 A JP 15902184A JP 15902184 A JP15902184 A JP 15902184A JP S6137920 A JPS6137920 A JP S6137920A
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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。
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、耐スケール剥離性にすぐれた鋼管の製造方法
、特に、高温水蒸気含有環境下での使用時に不可避的に
生成する高温水蒸気酸化スケールの密着性を大幅に改′
善し、スケール剥離によるエロージョントラブルを防止
する、Ｃｒ−Ｍｏ含有鋼からの鋼管の製造方法に関する
。
、特に、高温水蒸気含有環境下での使用時に不可避的に
生成する高温水蒸気酸化スケールの密着性を大幅に改′
善し、スケール剥離によるエロージョントラブルを防止
する、Ｃｒ−Ｍｏ含有鋼からの鋼管の製造方法に関する
。
（従来の技術）
火力発電所のボイラの過熱器および再熱器に使用される
鋼管は、管内面を高温水蒸気が流れるため、酸化、され
、酸化スケールが生成する。
鋼管は、管内面を高温水蒸気が流れるため、酸化、され
、酸化スケールが生成する。
このスケールは降温時もしくは引き続く昇温過程で熱歪
を受けるために剥離脱落し、ステンレス鋼の酸化スケー
ルの場合にはそれが剥離しやすいため、甚だしいときに
はボイラチューブの閉塞が起こる。一方、Ｃｒ−Ｍａｉ
ｌ（７）場合には一般にスケールの耐剥離性がステンレ
ス鋼に比しすぐれているといわれており、今日ボイラチ
ューブとして広く使用されているが、高温蒸気タービン
の普及に伴って使用条件が苛酷になること、および鋼管
の使用時間が長くなること等を勘案すると、ｃｒ−Ｍｏ
ｅｔｉｆｆ管の水蒸気酸化スケールが剥離し、タービン
部へスケールが飛散し、ときとしてタービン翼に苛酷な
エロージョン減肉を発生する事例が今後予想される。こ
のような事例は主として米国においてであるが報告され
ている。
を受けるために剥離脱落し、ステンレス鋼の酸化スケー
ルの場合にはそれが剥離しやすいため、甚だしいときに
はボイラチューブの閉塞が起こる。一方、Ｃｒ−Ｍａｉ
ｌ（７）場合には一般にスケールの耐剥離性がステンレ
ス鋼に比しすぐれているといわれており、今日ボイラチ
ューブとして広く使用されているが、高温蒸気タービン
の普及に伴って使用条件が苛酷になること、および鋼管
の使用時間が長くなること等を勘案すると、ｃｒ−Ｍｏ
ｅｔｉｆｆ管の水蒸気酸化スケールが剥離し、タービン
部へスケールが飛散し、ときとしてタービン翼に苛酷な
エロージョン減肉を発生する事例が今後予想される。こ
のような事例は主として米国においてであるが報告され
ている。
（発明が解決すべき問題点）
第１図はフェライト鋼５ＴＢＡ２４および鉄、クロムス
ピネルの熱膨張係数（α）を温度の関数としてそれぞれ
実線および点線で示したグラフである。
ピネルの熱膨張係数（α）を温度の関数としてそれぞれ
実線および点線で示したグラフである。
図示例のように、生成した酸化スケールが鉄、クロムス
ピネル（（Ｆｅ、 Ｃｒ） ３０４）の場合、４００°
Ｃ以下の温度域では、熱膨張係数は鋼（例えば５ＴＢＡ
２４）のそれと顕著な相違は認められないが、５００°
Ｃを越える温度域から高温側では鉄、クロムスピネルの
熱膨張係数は温度に対し大きく変化する挙動をとり、母
地の鋼との熱膨張の差は極めて大きくなる。５００°Ｃ
付近を境とするこの熱膨張係数の不連続性はマグネタイ
トの結晶構造が逆スピネル型から正スピネル型へ変化す
るためである。
ピネル（（Ｆｅ、 Ｃｒ） ３０４）の場合、４００°
Ｃ以下の温度域では、熱膨張係数は鋼（例えば５ＴＢＡ
２４）のそれと顕著な相違は認められないが、５００°
Ｃを越える温度域から高温側では鉄、クロムスピネルの
熱膨張係数は温度に対し大きく変化する挙動をとり、母
地の鋼との熱膨張の差は極めて大きくなる。５００°Ｃ
付近を境とするこの熱膨張係数の不連続性はマグネタイ
トの結晶構造が逆スピネル型から正スピネル型へ変化す
るためである。
そこでかかる点に着目して、従来のボイラチューブにみ
られるスケール剥離の挙動について種々検討を加えたと
ころ、従来のボイラでスケール剥離が問題化している高
温部位では、温度が５００°Ｃを越えている場合が多く
、このような高温で生成したスケールは冷却過程におい
て、この熱膨張係数の不連続性に起因する極めて大きな
熱歪を受け、スケールの剥離に到る場合が多いとの挙動
が明らかとなった。
られるスケール剥離の挙動について種々検討を加えたと
ころ、従来のボイラでスケール剥離が問題化している高
温部位では、温度が５００°Ｃを越えている場合が多く
、このような高温で生成したスケールは冷却過程におい
て、この熱膨張係数の不連続性に起因する極めて大きな
熱歪を受け、スケールの剥離に到る場合が多いとの挙動
が明らかとなった。
つまり、高温水蒸気雰囲気中で使用時に管表面に生成し
た酸化スケール（以下、”高温水蒸気酸化スケール゛と
いうこともある）は、降温中もしくは引き続く昇温過程
において、スケールと鋼との熱膨張係数の差違に起因し
て、熱歪を受ける。
た酸化スケール（以下、”高温水蒸気酸化スケール゛と
いうこともある）は、降温中もしくは引き続く昇温過程
において、スケールと鋼との熱膨張係数の差違に起因し
て、熱歪を受ける。
このときスケールが受ける熱歪量が大きいと、スケール
は剥離脱落するケースが多くなる。
は剥離脱落するケースが多くなる。
（発明の構成）
本発明者らは上述のようなスケール剥離機構についての
知見にもとすき、スケールの熱膨張係数の不連続性を解
消することによって問題が解決されるとしてさらに鋭意
研究を重ねたところ、酸化スケールが外層マグネタイト
（Ｆｅ３０４ ） 、内層スピネル（（Ｆｅ、 Ｃｒ）
３０４）なる二層構造から成り、この酸化スケールの
うちの内層スケールの結晶構造が逆スピネル型から正ス
ピネル型に変化する結晶構造転移温度を高温側にシフト
する手段があることを知り、本発明を完成した。
知見にもとすき、スケールの熱膨張係数の不連続性を解
消することによって問題が解決されるとしてさらに鋭意
研究を重ねたところ、酸化スケールが外層マグネタイト
（Ｆｅ３０４ ） 、内層スピネル（（Ｆｅ、 Ｃｒ）
３０４）なる二層構造から成り、この酸化スケールの
うちの内層スケールの結晶構造が逆スピネル型から正ス
ピネル型に変化する結晶構造転移温度を高温側にシフト
する手段があることを知り、本発明を完成した。
かくして本発明の要旨とするところは、Ｃｒ−Ｍ。
含有鋼を熱間圧延または熱間押出により素管となし、次
いで冷間抽伸することにより鋼管を製造する方法であっ
て、高温水蒸気酸化により表面に生成する酸化スケール
の内層スケールを構成するスピネル型酸化物のＣｒ含有
量が下記式を満足するように前記鋼管の少なくとも表面
部の合金組成を調整することを特徴とする、高温水蒸気
環境下での耐スケール剥離性鋼管の製造方法である。
いで冷間抽伸することにより鋼管を製造する方法であっ
て、高温水蒸気酸化により表面に生成する酸化スケール
の内層スケールを構成するスピネル型酸化物のＣｒ含有
量が下記式を満足するように前記鋼管の少なくとも表面
部の合金組成を調整することを特徴とする、高温水蒸気
環境下での耐スケール剥離性鋼管の製造方法である。
ここに、Ｔを鋼管の使用温度（旬とした場合、Ｔ≦６５
０であるとき： 上り または、Ｔ＞６５０であるとき： ここに、第２図は酸化スケールであるマグネタイト中の
Ｃｒ含有量、つまりより正確には高温水蒸気酸化スケー
ルの内層スケールを構成するスピネル結晶構造中のＣｒ
含有量とそのときの正スピネル型から逆スピネル型への
転移温度との関係を示したグラフである。Ｃｒ含有量の
増加に伴って転移温度はほぼ６５０℃近くまで上昇する
のが分かる。図中、式（１）は、Ｔ ＝ １０Ｃｒ ＋
４６０ 、式（２）は、Ｔ＝ａＣｒ＋５５８である。Ｔ
はこの場合、転移温度である。
０であるとき： 上り または、Ｔ＞６５０であるとき： ここに、第２図は酸化スケールであるマグネタイト中の
Ｃｒ含有量、つまりより正確には高温水蒸気酸化スケー
ルの内層スケールを構成するスピネル結晶構造中のＣｒ
含有量とそのときの正スピネル型から逆スピネル型への
転移温度との関係を示したグラフである。Ｃｒ含有量の
増加に伴って転移温度はほぼ６５０℃近くまで上昇する
のが分かる。図中、式（１）は、Ｔ ＝ １０Ｃｒ ＋
４６０ 、式（２）は、Ｔ＝ａＣｒ＋５５８である。Ｔ
はこの場合、転移温度である。
したがって、これらの関係からも明らかなように、上記
転移温度以下で使用すればスケールの耐剥離性は著しく
改善される。また、スケール剥離を生じるために必要な
熱歪量は、上記転移温度よりも高温側に約５０°Ｃの温
度差が必要であることから、鋼の使用限界温度は、上記
転移温度に５０℃を加えた□温度となる。例えば、６５
０℃以下の温度環境下で用いられる場合には、生成する
高温水蒸気酸化スケールの内層スケールであるスピネル
型酸化物のＣｒ含有量が１４重量％を越えるように少な
くともその表面部の鋼組成を調整した鋼を製造し通用す
ればスケール剥離がほぼ完全に防止可能となる。
転移温度以下で使用すればスケールの耐剥離性は著しく
改善される。また、スケール剥離を生じるために必要な
熱歪量は、上記転移温度よりも高温側に約５０°Ｃの温
度差が必要であることから、鋼の使用限界温度は、上記
転移温度に５０℃を加えた□温度となる。例えば、６５
０℃以下の温度環境下で用いられる場合には、生成する
高温水蒸気酸化スケールの内層スケールであるスピネル
型酸化物のＣｒ含有量が１４重量％を越えるように少な
くともその表面部の鋼組成を調整した鋼を製造し通用す
ればスケール剥離がほぼ完全に防止可能となる。
なお、上記の条件を満足する鋼を製造するためには、鋼
の溶製時に鋼のＣｒ量を増加させる方法、あるいは製管
工程中に鋼表面にＣｒを富化する方法（例えばクロムメ
ッキ、クロム拡散浸透処理）等が考えられるが、いずれ
も低コストで容易に実現可能な方法である。
の溶製時に鋼のＣｒ量を増加させる方法、あるいは製管
工程中に鋼表面にＣｒを富化する方法（例えばクロムメ
ッキ、クロム拡散浸透処理）等が考えられるが、いずれ
も低コストで容易に実現可能な方法である。
このように少なくとも表面部におけるＣｒ含有量の調整
は、本発明の特徴が鋼母地と酸化スケールとの界面での
熱歪の発生による剪断力の解消ということにあるから、
少なくともその界面で行えば良いが、一般には厚さ２０
μｍ以上の表面部、好ましくは５０μｍ以上の表面部に
おいて行われれば十分である。
は、本発明の特徴が鋼母地と酸化スケールとの界面での
熱歪の発生による剪断力の解消ということにあるから、
少なくともその界面で行えば良いが、一般には厚さ２０
μｍ以上の表面部、好ましくは５０μｍ以上の表面部に
おいて行われれば十分である。
このように、本発明によれば、酸化スケールの密着性を
改善するために酸化スケールの組成を調整するのである
が、その手段として酸化スケールとの境界部をなす鋼の
少なくとも表面部の鋼組成を規定するものである。
改善するために酸化スケールの組成を調整するのである
が、その手段として酸化スケールとの境界部をなす鋼の
少なくとも表面部の鋼組成を規定するものである。
なお、本発明における熱間圧延とは、好適態様では、傾
斜ロール穿孔法またはプレスロール穿孔法等によりホロ
ーシェルをつくり、次いで任意の延伸圧延機により管を
製造する熱間加工法である。
斜ロール穿孔法またはプレスロール穿孔法等によりホロ
ーシェルをつくり、次いで任意の延伸圧延機により管を
製造する熱間加工法である。
熱間圧延あるいは熱間押出後は必要により軟化焼鈍処理
を行ってから好ましくは１０％以上の圧下率の冷間抽伸
を加え、所要によりその後熱処理を加えて仕上げる。
を行ってから好ましくは１０％以上の圧下率の冷間抽伸
を加え、所要によりその後熱処理を加えて仕上げる。
かくして、本発明はこの酸化スケールの結晶構造変化温
度を、使用温度より高温側に移行させることにより、ス
ケールに降温中発生する熱歪を大幅に減少せしめること
を特徴とするものである。
度を、使用温度より高温側に移行させることにより、ス
ケールに降温中発生する熱歪を大幅に減少せしめること
を特徴とするものである。
また、この転移温度が、生成スケール中のＣｒ量（重量
％）に依存することから目標とする使用温度から生成ス
ケールの必要Ｃｒ量を知り、それに応じて前述の適宜手
段で少なくとも表面部のＣｒ量を調整して、密着性の極
めてすぐれたスケールを生成する鋼管を製造するのであ
る。
％）に依存することから目標とする使用温度から生成ス
ケールの必要Ｃｒ量を知り、それに応じて前述の適宜手
段で少なくとも表面部のＣｒ量を調整して、密着性の極
めてすぐれたスケールを生成する鋼管を製造するのであ
る。
本発明において利用するＣｒ−Ｍｏ１ｌは特に制限され
ないが、耐スケール剥離性が要求される鋼管の組成は次
のとおりである。必要により、さらにＮｂ、■、Ｎｉ、
Ｃｕ等を少なくとも１種含有していてもよい。
ないが、耐スケール剥離性が要求される鋼管の組成は次
のとおりである。必要により、さらにＮｂ、■、Ｎｉ、
Ｃｕ等を少なくとも１種含有していてもよい。
ＣＳｔ Ｍｎ Ｐ
≦０．２５ ≦１．０ ０．３０／１．４０ ≦０
．０３０３ Ｃｒ Ｍ。
．０３０３ Ｃｒ Ｍ。
≦０．０３０ ≦１３．０ ０．１０／２．２次に
実施例によって本発明をさらに説明する。
実施例によって本発明をさらに説明する。
次隻別↓
第１表に示す化学成分を有する５種類の鋼を実験的に溶
製し、造塊圧延し、マンネスマン方式またはニージン方
式により製管圧延後、軟化焼鈍処理を行い、次いで１０
〜３０％の圧下率を加えた冷間抽伸を１回もしくは数回
路した後熟処理を加えて鋼管を製造した。鋼管寸法はい
ずれも直径５０．８ｍｍ×厚さ６ｍｍＸ長さ５０００ｍ
ｍである。なお、熱処理は光輝焼鈍炉を使って還元性雰
囲気にて行っているため、熱処理後の酸洗脱スケールは
行っていない。
製し、造塊圧延し、マンネスマン方式またはニージン方
式により製管圧延後、軟化焼鈍処理を行い、次いで１０
〜３０％の圧下率を加えた冷間抽伸を１回もしくは数回
路した後熟処理を加えて鋼管を製造した。鋼管寸法はい
ずれも直径５０．８ｍｍ×厚さ６ｍｍＸ長さ５０００ｍ
ｍである。なお、熱処理は光輝焼鈍炉を使って還元性雰
囲気にて行っているため、熱処理後の酸洗脱スケールは
行っていない。
上記の一連の製造方法により得た鋼管内面の水蒸気酸化
スケールの剥離性を検討するため、各鋼管を長さ６００
ｍｍの大きさの寸法に輪切りにし、水蒸気中５００℃
、５５０°Ｃ１６００°Ｃおよび６５０°Ｃで各１００
０時間、等温酸化させたのち、冷却させスケールの外観
状況を目視にて観察した。観察は管内面側だけに限った
。管外面側は考慮に入れていない。
スケールの剥離性を検討するため、各鋼管を長さ６００
ｍｍの大きさの寸法に輪切りにし、水蒸気中５００℃
、５５０°Ｃ１６００°Ｃおよび６５０°Ｃで各１００
０時間、等温酸化させたのち、冷却させスケールの外観
状況を目視にて観察した。観察は管内面側だけに限った
。管外面側は考慮に入れていない。
結果を第２表にまとめて示す。特に製造履歴等による認
め得る程の差異はなかった。
め得る程の差異はなかった。
また、試験中に生成した高温水蒸気酸化スケールの内層
スケールを化学分析した結果を第３表に示したが、一般
に鋼中のＣｒ量の増加にともない、内層スケール中のＣ
ｒ含有量は増加する傾向にあった。
スケールを化学分析した結果を第３表に示したが、一般
に鋼中のＣｒ量の増加にともない、内層スケール中のＣ
ｒ含有量は増加する傾向にあった。
試験温度が内層スケールを構成するスピネル型酸化物の
転移温度以下であれば、熱膨張係数の差異に基因する熱
歪を受けることはなく、スケールは鋼と密着しており、
クランク、剥離等を生じていない。しかし、試験温度が
転移温度を越える高温側では、いずれの鋼とも鋼管内面
の一部に微小クラックが生じており、スケール剥離に到
る危険性を示す結果となった。
転移温度以下であれば、熱膨張係数の差異に基因する熱
歪を受けることはなく、スケールは鋼と密着しており、
クランク、剥離等を生じていない。しかし、試験温度が
転移温度を越える高温側では、いずれの鋼とも鋼管内面
の一部に微小クラックが生じており、スケール剥離に到
る危険性を示す結果となった。
第２表
ＩＩ
凛」ｌ殊１
本例にあっては、本発明による効果がスケール厚みに依
存するかどうかを調査する目的で、第１表記載の鋼Ｎｏ
、２および４を用い、６００℃にて４００〜５０００時
間水蒸気雰囲気中で等温保持した後冷却し、スケールの
クラック、剥離等の有無を目視にて観察した。結果を第
４表ムこまとめて示したが、本発明による効果は、スケ
ール厚みには依存せず、内層スケール中のスピネル型酸
化物のＣｒ含有量に顕著に依存していることがわかった
。本例にあって、内層スケールはスケール厚みが５０μ
ｍのときは最表層部より２５〜５０μｍ厚さの部分を、
１００μｍ厚さのときは５０〜１００ μｍ厚さの部分
をいう。
存するかどうかを調査する目的で、第１表記載の鋼Ｎｏ
、２および４を用い、６００℃にて４００〜５０００時
間水蒸気雰囲気中で等温保持した後冷却し、スケールの
クラック、剥離等の有無を目視にて観察した。結果を第
４表ムこまとめて示したが、本発明による効果は、スケ
ール厚みには依存せず、内層スケール中のスピネル型酸
化物のＣｒ含有量に顕著に依存していることがわかった
。本例にあって、内層スケールはスケール厚みが５０μ
ｍのときは最表層部より２５〜５０μｍ厚さの部分を、
１００μｍ厚さのときは５０〜１００ μｍ厚さの部分
をいう。
第４表
（注）記号は第２表のそれに準する。
第１図は、酸化スケールおよびフェライト鋼の熱膨張係
数をそれぞれ温度に対して示したグラフ；および 第２図は、マグネタイト中のＣｒ含有量と転移温度との
関係を示すグラフである。 出願人 住友金属工業株式会社 代理人 弁理士 広 瀬 章 −（他１名）第１図 ０ １００２００３００４００１ＱｏＧＯＯ７００遅Ｌ
（１り 第２図
数をそれぞれ温度に対して示したグラフ；および 第２図は、マグネタイト中のＣｒ含有量と転移温度との
関係を示すグラフである。 出願人 住友金属工業株式会社 代理人 弁理士 広 瀬 章 −（他１名）第１図 ０ １００２００３００４００１ＱｏＧＯＯ７００遅Ｌ
（１り 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 Ｃｒ−Ｍｏ含有鋼を熱間圧延または熱間押出により素管
となし、次いで冷間抽伸することにより鋼管を製造する
方法であって、高温水蒸気酸化により表面に生成する酸
化スケールの内層スケールを構成するスピネル型酸化物
のＣｒ含有量が下記式を満足するように前記鋼管の少な
くとも表面部の合金組成を調整することを特徴とする、
高温水蒸気環境下での耐スケール剥離性鋼管の製造方法
。 Ｔを鋼管の使用温度（℃）とした場合、 Ｔ≦６５０であるとき： 式：Ｃｒ（重量％）≧（Ｔ−５０）／１０−４６または
、 Ｔ＞６５０であるとき： 式：Ｃｒ（重量％）≧（Ｔ−５０）／３−１８６
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15902184A JPS6137920A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 耐スケ−ル剥離性鋼管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15902184A JPS6137920A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 耐スケ−ル剥離性鋼管の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6137920A true JPS6137920A (ja) | 1986-02-22 |
Family
ID=15684520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15902184A Pending JPS6137920A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 耐スケ−ル剥離性鋼管の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6137920A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6469945A (en) * | 1987-09-10 | 1989-03-15 | Ngk Spark Plug Co | Gas detector |
-
1984
- 1984-07-31 JP JP15902184A patent/JPS6137920A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6469945A (en) * | 1987-09-10 | 1989-03-15 | Ngk Spark Plug Co | Gas detector |
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