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JP3485980B2 - ボイラ−用溶接クラッド鋼管の製造方法 - Google Patents

ボイラ−用溶接クラッド鋼管の製造方法

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JP3485980B2
JP3485980B2 JP26097694A JP26097694A JP3485980B2 JP 3485980 B2 JP3485980 B2 JP 3485980B2 JP 26097694 A JP26097694 A JP 26097694A JP 26097694 A JP26097694 A JP 26097694A JP 3485980 B2 JP3485980 B2 JP 3485980B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、廃棄物の焼却熱を利用
する発電用ボイラ−の伝熱管及び製紙工業における黒液
回収ボイラ−の伝熱管として好適な耐高温腐食性及び曲
げ加工性の優れた長尺の溶接クラッド鋼管の製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、エネルギ−資源を有効に利用する
ために、可燃性の産業廃棄物、都市ごみなどの焼却廃熱
を発電に利用するようになってきた。この発電に使用す
るボイラ−の伝熱管はＪＩＳＳＴＢ３４０又はＳＴＢＡ
２４の鋼で製造されているが、燃焼排ガスには塩化物系
や硫化物系の極めて腐食性の強いガス及び付着灰に含ま
れている溶融塩類による腐食問題があり、蒸気温度を３
００℃以下に抑えざるを得ず、発電効率は最大１５％程
度に過ぎなかった。このため蒸気温度を５００℃以上に
することによって３０％の発電効率を目指す研究開発が
進められてきた。この蒸気温度を５００℃以上にする発
電用ボイラ−の伝熱管の材料として、ＪＩＳＳＴＢ３４
０やＳＴＢＡ２４より耐高温腐食性が格段に優れたＮｉ
基合金、例えば、Ａｌｌｏｙ６２５：２２Ｃｒ−６２Ｎ
ｉ−９Ｍｏを使用することが提案されている。さらに、
低コスト化のため現用鋼管材の外周面に耐高温腐食性の
優れたＮｉ基合金等を粉体溶射でコーティングする方法
及び現用鋼管材の外周面に耐高温腐食性の優れたＮｉ基
合金等をプラズマ粉体肉盛溶接法で肉盛をする方法が提
案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、発電用ボイラ
−の伝熱管の材料のとして耐高温腐食性の優れたＮｉ基
合金、例えば、Ａｌｌｏｙ６２５を使用する方法は、Ｎ
ｉ基合金が高価であるという問題があり、また現用鋼管
材の外周面に耐高温腐食性の優れたＮｉ基合金等を粉体
溶射でコーティングする方法は、肉盛膜厚、接合強度、
ミクロボイドによる耐食性の低下等の問題がある。ま
た、鋼管材の外周面に耐高温腐食性の優れたＮｉ基合金
等をプラズマ粉体肉盛溶接法で肉盛をする方法は、肉盛
膜厚、接合強度及び耐高温腐食性は問題ないが、肉厚寸
法精度に難点があり、且つ長尺鋼管を製作するのに大型
の溶接機が必要であり、そのために多大な費用を要する
という問題点がある。また、溶接肉盛のままでは鋼管の
表面粗さが大きいため非破壊検査精度が劣るという問題
点がある。さらに、製紙工業における黒液回収ボイラ−
の伝熱管用にも耐高温腐食性及び曲げ加工性の優れた低
廉な鋼管が望まれていたが、適当なものがなかった。本
発明は、大型の溶接機を使用することなく、耐高温腐食
性、曲げ加工性、寸法精度、及び非破壊検査精度の優れ
た低廉な長尺のボイラ−用溶接クラッド鋼管の製造方法
を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス
鋼、耐熱鋼等の鋼管を素管とし、耐食又は耐熱合金を肉
盛溶接してクラッド鋼管（複合鋼管）を作製し、その後
このクラッド鋼管を圧延、引抜きなどの冷間加工又は温
間加工し、さらに再結晶温度以上で熱処理をすることに
より、外層面は熱間製管された、若しくは熱間製管後冷
間仕上げされたＮｉ基耐食合金と同等の耐高温腐食性、
曲げ加工性を有する肉厚寸法精度の優れた長尺のボイラ
−用クラッド鋼管を製造することである。
【０００５】上記方法をさらに説明すると、上記Ｎｉ−
Ｃｒ−Ｍｏ系合金は次のようなものである。 （１）重量％で、Ｃ≦０．１％，Ｓｉ≦３．０％，Ｍｎ
≦３．０％，Ｃｒ：１５．０〜３５．０％，Ｍｏ：１．
０〜２０．０％ 、但しＣｒ＋Ｍｏ＝２０．０〜５０．
０％、残部は実質的にＮｉとした合金で、好ましくはＣ
≦０．０５％とする合金。 （２）この合金に冷間加工性を低下しない範囲でＷ≦
４．０％，Ｎｂ≦４．０％，Ｔａ≦４．０％，，Ｖ≦
４．０％，Ｔｉ≦２．０％，Ｚｒ≦１．０％，Ａｌ≦
１．０％，Ｃｏ≦３．０％，Ｃｕ≦２．０％，Ｂ≦０．
００５％，Ｍｇ≦０．１％，Ｃａ≦０．１％，Ｙ又は希
土類元素≦０．１％及びＮ≦０．１％の１種又は２種以
上含有した合金。 （３）これらの合金で溶接性を低下させないために、Ｓ
≦０．０２％、Ｐ≦０．０２％及びＯ≦０．０５％にし
た合金である。
【０００６】 素管は、これに限定されるわけではない
が、次のようなものが好ましい。炭素鋼の場合には、Ｊ
ＩＳＧ３４６１のボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管用の鋼
種であるＳＴＢ３４０、４１０及び５１０である。合金
鋼の場合には、ＪＩＳＧ３４６２のボイラ・熱交換器用
合金鋼鋼管用の鋼種であるＳＴＢＡ１２、１３、２０、
２２、２３、２４、２５及び２６である。またステンレ
ス鋼の場合には、ＪＩＳＧ３４６３のボイラ・熱交換器
用ステンレス鋼鋼管用の鋼種であるＳＵＳ（３０４、３
０９、３１０、３１６、３１７、３２１、３４７、ＸＭ
１５Ｊ１、３２９ＪＩ、３２９ＪＬ、４０５、４０９、
４１０、４１０Ｔｉ、４３０、４４４）ＴＢ、ＳＵＳ
（３０４、３１６、３２１、３４７）ＨＴＢ、ＳＵＳ
（３０４、３１６、３１７）ＬＴＢである。耐熱鋼の場
合には、ＨＣＭＶ、Ｆ─１、ＡＮ１５、ＡＮ３１、１５
─１５Ｎ、１７─１４ＣｕＭｏ、Ｅsshete１２５０、１
８─８ＴｉＮｂなどである。肉盛溶接は、これに限定さ
れるわけではないが、プラズマ粉体肉盛溶接法又はホッ
トワイヤティグ溶接法（ＨＯＴ−ＴＩＧ法）が好まし
い。熱処理は、結晶粒を微細化し、冷間曲げ加工性及び
耐高温腐食性を高めるため以下の処理が必要である。す
なわち、冷間又は温間圧延、若しくは引抜き後、１）ク
ラッド鋼管外周部のＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ基系合金等の耐食
又は耐熱合金の固 溶化熱処理として、１１００℃以上
で所定の時間加熱し、再結晶させる。２）次いで、クラ
ッド鋼管内周部の材料に合わせて熱処理をする。例え
ば、炭素 鋼及び低合金鋼はＪＩＳで定めた所定の熱処
理を実施してもよい。こうして、クラッド鋼管の外周部
及び内周部とも再結晶した望ましいミクロ組織が得られ
るのである。
【０００７】
【作用】本発明において、圧延、引抜きなどの冷間加工
又は温間加工をした後熱処理をするのは、クラッド鋼管
を長尺にすると共に、結晶粒を再結晶、微細化して冷間
曲げ加工性を高めるためである。また同時にクラッド鋼
管の肉厚を均等にし、寸法精度を向上させるためであ
る。さらに本発明において、熱間加工をしないで冷間又
は温間加工するのは、熱間加工をすると、母材と肉盛層
の高温強度が異なるために、両者は均一に加工され
ず、また疵を発生するためである。冷間又は温間加工
はそのようなことが少ないからである。このため加工温
度は４００℃以下が望ましい。また、本発明において、
肉盛溶接法として、プラズマ粉体肉盛溶接法が好ましい
のは、プラズマ粉体肉盛溶接法が肉盛金属の素管（母
材）への溶込みが少ないこと、２種類以上の粉体を混合
して使用することができ、複合材料が容易に得られるこ
と、ワイヤ又はロッドの形に成形できない硬化合金を粉
体として使用し、自動溶接を行うことができることなど
からである。また肉盛溶接法としてホットワイヤティグ
溶接法が好ましいのは、不活性ガス雰囲気中で溶接さ
れ、またア−クがソフトで安定しているために、溶接部
が高品質であり、溶加棒の挿入仕方により、素管（母
材）の希釈の少ない良好な結果が得られ、さらに溶接速
度が早いからである。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 実施例１ 直径５５．６ｍｍ、肉厚７．３ｍｍのＳＴＢ３４０の素
管にＡｌｌｏｙＣ−２７６（０．００７％Ｃ、１５．０
％Ｃｒ、６９．０％Ｎｉ、１５．５％Ｍｏ）をプラズマ
粉体肉盛溶接法により片肉２２ｍｍの肉盛溶接し、その
後加工度５６％で冷間圧延し、１１５０℃の固溶化熱処
理後９１０℃の焼準して直径３８．１ｍｍ、肉厚６．６
ｍｍ（ＡｌｌｏｙＣ−２７６の肉厚１．５ｍｍ）、長さ
６０００ｍｍのクラッド鋼管を得た。その結果を表１の
試料番号１に示す。なお、表１の冷間曲げ加工試験は曲
げ半径：７６Ｒ、曲げ角度：１８０度、室温で実施し
た。
【０００９】実施例２及び３ 肉盛合金をＡｌｌｏｙ６２５（０．０１％Ｃ、２２％Ｃ
ｒ、６２％Ｎｉ、９％Ｍｏ、３．６％Ｎｂ）及びＡｌｌ
ｏｙ８２５（０．０１％Ｃ、２１％Ｃｒ、４０％Ｎｉ、
３％Ｍｏ）にしたこと以外は、実施例１と同じ条件で実
施した。その結果を表１の試料番号２と３に示す。 実施例４ 実施例１と同じ寸法のＳＴＢＡ２４の素管にＡｌｌｏｙ
Ｃ−２７６を肉盛し、同様に冷間圧延後１１５０℃の固
溶化熱処理をし、９３０℃の焼準→７４０℃の焼きもど
し熱処理を実施した。その結果を表１の試料番号４に示
す。 実施例５ 実施例１と同じ寸法のＳＵＳ３０４の素管にＡｌｌｏｙ
Ｃ−２７６を肉盛し、同様に冷間圧延後１１５０℃の固
溶化熱処理を実施した。その結果を表１の試料番号４に
示す。
【００１０】比較例１ １０５０℃の固溶化熱処理をし、９１０℃の焼準をした
こと以外は、実施例１と同じ条件で実施した。その結果
を表１の試料番号６に示す。外層のＣ−２７６部の再結
晶が不十分なため、十分軟化されず、クラックが発生し
て冷間曲げ加工性は不良であった。 比較例２及び３ １０５０℃の固溶化熱処理をし、９１０℃の焼準をした
こと以外は、実施例２及び３と同じ条件で実施した。そ
の結果を表１の試料番号７及び８に示す。比較例１と同
様に冷間曲げ加工性は不良であった。 比較例４ １０５０℃の固溶化熱処理をし、９３０℃の焼準→７４
０℃の焼きもどし熱処理を実施しこと以外は、実施例４
と同じ条件で実施した。その結果を表１の試料番号９に
示す。比較例１と同様に冷間曲げ加工性は不良であっ
た。
【００１１】 比較例５ １０５０℃の固溶化熱処理を実施したこと以外は、実施
例５と同じ条件で実施した。その結果を表１の試料番号
１０に示す。比較例１と同様に冷間曲げ加工性は不良で
あった。 比較例６〜９
炭素鋼、合金鋼及びステンレス
鋼の各素管にＡｌｌｏｙＣ−２７６及びＡｌｌｏｙ８２
５をプラズマ粉体肉盛溶接し、３０００ｍｍのクラッド
鋼管とした。溶接肉盛後、比較例７の合金鋼のクラッド
鋼管は溶接部が焼入硬化しているため、９３０℃の焼準
→７４０℃の焼きもどし熱処理を実施した。これ以外の
比較例は、溶接肉盛のままである。いずれのものも冷間
曲加工性は良好であるが、短尺クラッド鋼管にもかかわ
らず、クラッド鋼管の肉厚寸法精度は悪い。
【００１２】
【表１】
【００１３】図１は、試料番号１のクラッド鋼管４００
倍に拡大した顕微鏡写真であり、（ａ）は外層の耐食合
金部を示し、（ｂ）は内層の炭素鋼部を示している。図
２は、試料番号６のクラッド鋼管４００倍に拡大した顕
微鏡写真であり、（ａ）は外層の耐食合金部を示し、
（ｂ）は内層の炭素鋼部を示している。図１の試料番号
１の顕微鏡組織は、１１５０℃の固溶化熱処理と９１０
℃の焼準処理により、外層の耐食合金部および内層の炭
素鋼部とも再結晶した微細なミクロ組織になっている。
図２の試料番号６の顕微鏡組織は、内層の炭素鋼部は９
１０℃の焼準処理により再結晶した微細なミクロ組織に
なっている。一方外層の耐食合金部１０５０℃の固溶化
熱処理では再結晶が不十分で、溶接＋冷間加工硬化組織
となっている。
【００１４】本発明は、上記以外の点においても実施例
に限定されることなく、要旨を変更しない範囲において
種々の変更をすることが出来ることはもちろんである。
【００１５】
【本発明の効果】本発明は、鋼管を素管とし、耐食又は
耐熱合金を肉盛溶接してクラッド鋼管を作製し、その後
このクラッド鋼管を冷間加工又は温間加工し、さらに熱
処理をしてクラッド鋼管を製造しているので、次のよう
な優れた効果を奏する。 （１）耐高温腐食性及び曲げ加工性の優れた長尺のクラ
ッド鋼管を低廉に製造することができる。 （２）大型の溶接機を使用することなく長尺のクラッド
鋼管を製造することができる。 （３）熱間製管材に比べ、寸法精度及び表面粗度が向上
し、高精度の非破壊検査を適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法で製造したクラッド鋼管の金属組
織を示す顕微鏡写真である。
【図２】比較例の方法で製造したクラッド鋼管の金属組
織を示す顕微鏡写真である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２１Ｄ 9/08 Ｃ２１Ｄ 9/08 Ｅ (72)発明者 寺井 和人 東京都北区神谷２−35−４ (72)発明者 竹内 宥公 愛知県名古屋市緑区鳴海宇姥子山28−25 (72)発明者 早川 均 愛知県東海市富木島町伏見２−13−６ (56)参考文献 特開 平５−23736（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−190588（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−19013（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−115747（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−214127（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−33089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−1164（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/04 B23K 9/00 501 B23K 31/00 B23K 35/30 340 C21D 9/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鋼管を素管とし、耐食又は耐熱合金を肉
    盛溶接してクラッド鋼管を作製し、その後このクラッド
    鋼管を冷間加工又は温間加工し、さらに再結晶温度以上
    で熱処理をすることを特徴とする耐高温腐食性及び曲げ
    加工性の優れたボイラ−用溶接クラッド鋼管の製造方
    法。
  2. 【請求項２】耐食又は耐熱合金がＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ基系
    合金であることを特徴とする請求項１記載の耐高温腐食
    性及び曲げ加工性の優れたボイラ−用溶接クラッド鋼管
    の製造方法。
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