JPH0726178B2 - High Ti high Mn austenitic stainless steel for coal gasification - Google Patents
High Ti high Mn austenitic stainless steel for coal gasificationInfo
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- JPH0726178B2 JPH0726178B2 JP643286A JP643286A JPH0726178B2 JP H0726178 B2 JPH0726178 B2 JP H0726178B2 JP 643286 A JP643286 A JP 643286A JP 643286 A JP643286 A JP 643286A JP H0726178 B2 JPH0726178 B2 JP H0726178B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、石炭ガス化環境中ですぐれた耐食性と高温強
度を有するステンレス鋼に係り、特に、石炭ガス化複合
発電プラントの排熱回収装置用材料として好適なオース
テナイト系ステンレス鋼に関する。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a stainless steel having excellent corrosion resistance and high temperature strength in a coal gasification environment, and in particular, for an exhaust heat recovery device of a coal gasification combined cycle power plant. The present invention relates to an austenitic stainless steel suitable as a material.
エネルギーの多様化が進められている今日、石炭は原子
力とともに石油代替エネルギーの一翼を担うものとして
期待されている。なかでも、石炭をガス化し、クリーン
エネルギーとして利用しようという石炭ガス化技術は、
新しい石炭利用技術として注目されている。また、この
石炭ガス化炉とガスタービン、蒸気タービンを組み合わ
せた石炭ガス化複合発電システムは、高効率、低公害の
新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて、
開発が進められている。しかしながら、その実用化に
は、まだ数多くの問題が残されている。特に、ガス化反
応系及び排熱回収系は高温高圧下でH2Sを含む還元性雰
囲気となり、使用される材料の腐食が大きな問題となつ
ている。また、そのために、高効率の発電プラントを構
成することが困難な状況にある。Today, with the diversification of energy, coal is expected to play an important role as an alternative energy source for oil along with nuclear power. Above all, coal gasification technology that gasifies coal and uses it as clean energy is
It is attracting attention as a new coal utilization technology. In addition, the integrated coal gasification combined cycle power generation system that combines this coal gasification furnace, gas turbine, and steam turbine attracts attention as a new power generation system with high efficiency and low pollution.
Development is in progress. However, many problems still remain for its practical application. In particular, the gasification reaction system and the exhaust heat recovery system become a reducing atmosphere containing H 2 S under high temperature and high pressure, and the corrosion of the materials used is a serious problem. Moreover, because of this, it is difficult to construct a highly efficient power plant.
石炭ガス化複合発電プラントの熱効率を高めるために
は、ガス化反応によつて生じた排熱をいかに効率よく回
収するかが問題となり、効率よい排熱の回収のために
は、排熱から得られる熱量によつて発生する蒸気の温度
と圧力を高める必要がある。In order to improve the thermal efficiency of the integrated coal gasification combined cycle power generation plant, how to efficiently recover the exhaust heat generated by the gasification reaction becomes a problem, and in order to recover the exhaust heat efficiently, it is necessary to obtain it from the exhaust heat. It is necessary to increase the temperature and pressure of steam generated by the amount of heat generated.
アール.エイ.パーキンス(R.A.Perkins)がコロージ
ヨン レジスタンス マテリアルス フオー コールコ
ンバージヨン システム,アプライド サイエンス パ
ブリケーシヨン(Corrosion Resistant Materials for
Coal Conversion Systems,Appl.Sci.Pab.)(1983)p21
9〜p258の中で述べてあるように、石炭ガス化ガスによ
る金属材料の腐食を防ぐには、材料の使用温度を下げな
ければならないことが、公知となつている。たとえば、
25Cr系オーステナイト系ステンレス鋼は500℃以下、18C
r−8Ni系ステンレス鋼は400℃以下、また低合金鋼は300
℃以下とされている。蒸気発電プラントで一般に使用さ
れる温度は、12Cr系のフエライト系耐熱鋼で550℃以
下、18Cr−8Ni系は600℃以上であることを考えると、材
料腐食の問題の重要性がわかる。R. A. RA Perkins is the Corrosion Resistant Materials for Focal Coal Convergence System, Applied Science Publications
Coal Conversion Systems, Appl.Sci.Pab.) (1983) p21
As mentioned in 9-p258, it is known that in order to prevent the corrosion of metallic materials by coal gasification gas, the working temperature of the materials must be lowered. For example,
25Cr austenitic stainless steel is below 500 ℃, 18C
r-8Ni stainless steel is 400 ° C or less, and low alloy steel is 300
It is said to be below ℃. Considering that temperatures commonly used in steam power plants are 550 ° C or lower for 12Cr-based ferrite heat-resistant steel and 600 ° C or higher for 18Cr-8Ni-based steel, the importance of the problem of material corrosion can be seen.
このため、アール・ダブリユ・ブラツドシヨウ(R.W.Br
adshow)らは、コロージヨン/エロージヨン オブ コ
ール コンバージヨン システムマテリアルス プロシ
ーデングス,エヌエイシーイー(Corrosion/Erosion of
Coal Conversion System Materials Proceedings.NAC
E)(1979)p872の中で、既存の25Cr系のオーステナイ
ト系ステンレス鋼である。SUS310ステンレス鋼に2〜3
%Tiを添加してその耐食性を高め、石炭ガス化用材料に
用いようとしている。しかしながら、鋼中への多量のTi
の添加は、多量のフエライト相を生成して好ましなく
い。このフエライト相を抑制するために、鋼中のNi量を
増すと耐食性が劣化して、Ti添加の効果が薄れるととも
に、鋼の価格の上昇を招くという弊害がある。For this reason, Earl D'Abrieu
adshow) et al., Corrosion / Erosion of Corrosion / Erosion of Call Convergion System Materials Proceedings
Coal Conversion System Materials Proceedings.NAC
E) (1979) p872, which is the existing 25Cr austenitic stainless steel. 2-3 for SUS310 stainless steel
% Ti is added to enhance its corrosion resistance and it is being used as a material for coal gasification. However, a large amount of Ti in the steel
Is not preferable because it produces a large amount of ferrite phase. If the amount of Ni in the steel is increased in order to suppress this ferrite phase, the corrosion resistance deteriorates, the effect of adding Ti decreases, and the steel price rises.
そこで、現状では、石炭ガス化用熱交換器材料として
は、400℃を最高使用温度として、SUS309S(21Cr−13Ni
鋼)、SUS 310S(25Cr−20Ni鋼)、さらにインコロイ80
0(21Cr−32Ni−Ti,Al鋼)が検討されている。これは、
長期間にわたつて良好な耐食性を得るには、少なくとも
20〜50%のCr含有量が必要であることによる。これらの
材料は、石炭ガス化環境中での耐食性が充分とは言えな
いが、製造性及び加工性に富むことから注目されている
材料である。したがつて、SUS309S,SUS310S及びインコ
ロイ800等と同等以上の耐食性を有し、製造性及び加工
性に飛んだ材料の開発が、高効率の石炭ガス化機器を構
成するための必須の条件となつている。Therefore, at present, as a heat exchanger material for coal gasification, SUS309S (21Cr-13Ni) is used as the maximum operating temperature of 400 ° C.
Steel), SUS 310S (25Cr-20Ni steel), and Incoloy 80
0 (21Cr-32Ni-Ti, Al steel) is being studied. this is,
To obtain good corrosion resistance over a long period of time, at least
Due to the need for a Cr content of 20-50%. Although these materials cannot be said to have sufficient corrosion resistance in a coal gasification environment, they are attracting attention because of their excellent manufacturability and processability. Therefore, the development of a material that has corrosion resistance equal to or higher than that of SUS309S, SUS310S, Incoloy 800, etc. and has excellent manufacturability and processability is an essential condition for constructing highly efficient coal gasification equipment. ing.
本発明の目的は、石炭ガス化雰囲気での耐食性に優れ、
かつ高温強度にすぐれた石炭ガス化用オーステナイト系
ステンレス鋼を提供するにある。The purpose of the present invention is excellent in corrosion resistance in a coal gasification atmosphere,
Another object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel for coal gasification which has excellent high temperature strength.
本発明は、重量でC0.15%以下、Si1.0%以下、Ni6〜20
%、Cr13〜20%、Mn2〜30%と、Ti2〜5%を含有し、残
部鉄からなることを特徴とする石炭ガス化用高Ti高Mnオ
ーステナイト系ステンレス鋼にある。The present invention, by weight C0.15% or less, Si1.0% or less, Ni6-20
%, Cr 13 to 20%, Mn 2 to 30%, and Ti 2 to 5%, and the balance is iron, which is a high Ti high Mn austenitic stainless steel for coal gasification.
鉄は、自然界では酸化物や硫化物の形で存在する。これ
は、鉄が本来、酸化物や硫化物の方が、自然界では安定
なためである。したがてつ、放つておくと、酸化あるい
は硫化した化合物の形に戻る。これが腐食現象である。
鋼が酸化したり、硫化したりする速度を遅らせるには、
鋼中に合金元素を添加して鋼表面に強固な保護皮膜を形
成させる。この例がステンレス鋼である。ステンレス鋼
は、一般には鋼表面にち密なCr2O3を主体とした保護性
の高い皮膜を形成させることにより鋼内部を保護する。
表面に形成された皮膜が鋼を保護し得るかどうかは、材
料が使用される環境によつて決定される。大気中のよう
に、酸素ポテンシヤルの高い環境下では、Cr2O3を主体
として皮膜によつて充分保護できる。しかしながら、石
炭ガス化環境のように、酸素ポテンシヤルが低く、硫黄
ポテンシヤルの高い条件下では、皮膜を形成させる為に
添加されたCrも硫化されるために、保護性の高い皮膜を
形成しにくい。即ち、Crを主体とした保護皮膜は、石炭
ガス化環境下では必ずしも充分でない。鋼を保護する為
に添加する元素とその添加量は使用環境によつて決定さ
れるべきである。Iron exists naturally in the form of oxides and sulfides. This is because iron is originally more stable in nature than oxides and sulfides. Therefore, if left alone, it will return to the form of an oxidized or sulfurized compound. This is the corrosion phenomenon.
To slow down the rate at which steel oxidizes and sulfides,
An alloying element is added to steel to form a strong protective film on the steel surface. An example of this is stainless steel. Stainless steel generally protects the inside of the steel by forming a dense protective film of Cr 2 O 3 on the steel surface.
Whether the film formed on the surface can protect the steel is determined by the environment in which the material is used. In an environment with a high oxygen potential, such as in the atmosphere, Cr 2 O 3 is the main constituent and sufficient protection can be provided by a film. However, under a condition where oxygen potential is low and sulfur potential is high, such as a coal gasification environment, Cr added to form a film is also sulphurized, so that a film with high protective properties is difficult to form. That is, the protective film mainly containing Cr is not always sufficient under the coal gasification environment. The elements added to protect steel and the amount added should be determined according to the environment of use.
石炭ガス化環境中で保護性の高い皮膜を形成する添加元
素としてはAlとTiがある。これらは、Crよりも酸素親和
力が強く、石炭ガス化環境中でもAl2O3やTiO2を主体と
する充分に保護性の高い皮膜を形成することは熱力学的
に容易に推察される。しかしながら、鋼中に、これらの
元素をどのくらいの量添加すれば石炭ガス化環境中で、
充分な保護性が得られるのかは明らかでなかつた。この
添加量を決定するには、石炭ガス化環境下、もしくは、
それを充分に模擬した条件下で腐食試験を行い、耐食性
を評価することは必須の条件である。Al and Ti are additional elements that form a highly protective film in a coal gasification environment. It is thermodynamically inferred that these have a stronger oxygen affinity than Cr and form a sufficiently protective film mainly composed of Al 2 O 3 and TiO 2 even in a coal gasification environment. However, how much of these elements should be added to steel in a coal gasification environment,
It was unclear whether sufficient protection could be obtained. To determine the amount to be added, in a coal gasification environment, or
It is an indispensable condition to evaluate the corrosion resistance by performing a corrosion test under conditions sufficiently simulating it.
これまでにもステンレス鋼の耐硫化腐食性を改善するた
めに、鋼中にTiを添加した例はある。しかしながら、オ
ーステナイト鋼へのTiの添加は、組織中への多量のフェ
ライトの生成をひきおこし、鋼をぜい化させるととも
に、鋼の高温強度、とくにクリープ強度を低下させるた
め、高温用材料としては好ましくない。一方、鋼中のフ
エライト量を低減させるためには、鋼中のオーステナイ
ト生成元素、例えばNiを増す必要があるが、Ni量の増加
は耐硫化腐食性を低下させる。したがつて、石炭ガス化
環境中で、高耐食性と高強度を兼ね備えた材料を得るに
は、石炭ガス化雰囲気中で必要最小限度のTi量とCr量を
決定し、かつ、耐食性に悪影響を与えない方法によつて
合金組織中のフエライト量を抑制して鋼の高温強度を高
める必要がある。There have been examples of adding Ti to steel in order to improve the sulfidation corrosion resistance of stainless steel. However, the addition of Ti to austenitic steel causes the formation of a large amount of ferrite in the structure, embrittles the steel, and lowers the high-temperature strength of the steel, especially the creep strength, so it is preferable as a high-temperature material. Absent. On the other hand, in order to reduce the amount of ferrite in the steel, it is necessary to increase the austenite-forming element in the steel, for example, Ni, but increasing the amount of Ni reduces the sulfidation corrosion resistance. Therefore, in order to obtain a material that has both high corrosion resistance and high strength in a coal gasification environment, the minimum required Ti and Cr contents in the coal gasification atmosphere are determined, and the corrosion resistance is adversely affected. It is necessary to increase the high temperature strength of the steel by suppressing the amount of ferrite in the alloy structure by a method that does not apply.
しかるに、従来既存材の中には、このような石炭ガス化
用材料として満足のゆく耐食性と強度を兼ね備えるもの
は見当らない。However, no conventional existing material has satisfactory corrosion resistance and strength as such a coal gasification material.
そこで、本発明者は、米国MPCが石炭ガス化模擬雰囲気
と認めている雰囲気中で(24%H2,18%CO,12%CO2,6%C
H4,0.5〜1%H2S残H2O,300℃〜900℃)種々の材料の高
温ガス腐食の研究を行うとともに各種の機械的性質の評
価を行い、13%〜20%のCrを含み、2〜5%のTiを含
み、かつオーステナイト生成元素として6〜20%のNiと
2〜30%のMnを含む鋼が、石炭ガス化環境中で極めてす
ぐれた耐食性を示し、その高温強度は通常のオーステナ
イト系ステンレス鋼と同等程度であることを知見した。
本鋼種は少量の希土類元素およびCaの1種または2種以
上を添加することによつて、その耐食性と熱間加工性を
さらに向上できることが見い出された。また、本鋼種の
主たる成分を重量%であらわすと、 Cr(%)+2.2×Ti(%)+1.5×Si(%)−Ni(%) −30×C(%)−0.5×Mn(%)≦10 なる関係の範囲内にすることが、耐食性と強度とを兼ね
備えるために好ましいことを知見した。Therefore, the present inventor (24% H 2 , 18% CO, 12% CO 2 , 6% C in the atmosphere recognized by the US MPC as a simulated coal gasification atmosphere)
H 4 , 0.5 to 1% H 2 S Residual H 2 O, 300 ℃ to 900 ℃) We conduct research on high temperature gas corrosion of various materials and evaluate various mechanical properties. Steel containing 2 to 5% of Ti and 6 to 20% of Ni and 2 to 30% of Mn as austenite-forming elements shows extremely excellent corrosion resistance in a coal gasification environment, and its high temperature It was found that the strength is equivalent to that of ordinary austenitic stainless steel.
It has been found that this steel type can further improve its corrosion resistance and hot workability by adding a small amount of one or more rare earth elements and Ca. In addition, when the main components of this steel grade are expressed as wt%, Cr (%) + 2.2 x Ti (%) + 1.5 x Si (%)-Ni (%) -30 x C (%) -0.5 x Mn It has been found that it is preferable to set the ratio within the range of (%) ≦ 10 in order to have both corrosion resistance and strength.
以下、本発明における合金組成の限定理由について述べ
る。なお、以下に述べる%は重量%である。The reasons for limiting the alloy composition in the present invention will be described below. In addition,% described below is% by weight.
C:Cはオーステナイト生成元素であると同時に高温強度
を得るために重要な元素であるが、多量に添加すると靱
性および溶接性を著しく低下させるため、その上限を0.
15%とする。好ましくは0.05〜0.09%とする。C: C is an austenite-forming element and at the same time is an important element for obtaining high-temperature strength, but if added in a large amount, the toughness and weldability are significantly reduced, so its upper limit is 0.
15% Preferably it is 0.05 to 0.09%.
Si:Siは製造上重要な脱酸成分である。しかし多量に添
加した場合、靱性,延性および溶接性に悪影響を及ぼす
ため、その上限を1.0%とする。好ましい成分範囲は0.2
〜0.8%である。Si: Si is an important deoxidizing component in manufacturing. However, if added in a large amount, the toughness, ductility and weldability are adversely affected, so the upper limit is made 1.0%. The preferred component range is 0.2
~ 0.8%.
Ni:オーステナイト組織を生成するために、最も重要な
元素であるが、石炭ガス化雰囲気中では低融点の硫化物
を形成して腐食を促進するため20%を上限とする。充分
な耐食性を保つためには、Ni(%)≦5×Ti(%)の関
係を満足するように成分調整することが好ましい。さら
にNiは、6%以上添加することによつて、本鋼種のよう
な高マンガン鋼の高温での加熱脆化を抑制することが可
能であるので、6%を下限とする。耐食性と脆化防止の
点から、Ni量を8〜14%の範囲とすることが好ましい。Ni: This is the most important element for forming an austenite structure, but its upper limit is 20% because it forms a sulfide with a low melting point in a coal gasification atmosphere to promote corrosion. In order to maintain sufficient corrosion resistance, it is preferable to adjust the components so as to satisfy the relationship of Ni (%) ≦ 5 × Ti (%). Further, by adding 6% or more of Ni, it is possible to suppress heat embrittlement of a high manganese steel such as the present steel type at high temperatures, so the lower limit is 6%. From the viewpoint of corrosion resistance and prevention of embrittlement, the Ni content is preferably in the range of 8 to 14%.
Cr:高温における耐食性を維持するための最も基本的な
元素であるが、本鋼種ではTiを主体とする保護皮膜の形
成を促進する役割を担う。その効果の下限は13%である
ため、Cr量の下限を13%とする。しかし、多量に添加す
るとδフエライトやσ相を生成して高温使用中での脆化
を招くなどの悪影響を示すため上限を20%とする。好ま
しい成分範囲は15%〜19%である。Cr: This is the most basic element for maintaining corrosion resistance at high temperatures, but in this steel type, it plays a role of promoting the formation of a protective film mainly composed of Ti. Since the lower limit of the effect is 13%, the lower limit of the Cr content is 13%. However, if it is added in a large amount, δ-ferrite or σ phase is generated to cause adverse effects such as embrittlement during high temperature use, so the upper limit is made 20%. A preferred component range is 15% to 19%.
Mn:一般のステンレス鋼では、Mnは耐酸化性を多少低下
させるので、2%以下に抑えられているが、石炭ガス化
環境は酸素ポテンシヤルが低いためこの心配はない。発
明者らの知見によれば、Mnは石炭ガス化雰囲気中での耐
食性を向上せしめるため、本鋼種では、Niとともにオー
ステナイト生成元素として積極的にMnを用いる。好まし
い添加量は含まれる合金成分の量により決定されるが、
過剰に添加すると鋼の熱間加工性を低下させるのでその
上限を30%とする。好ましい成分範囲は4%〜18%とす
る。さらに好ましくは4%〜12%とする。Mn: In general stainless steel, Mn slightly lowers the oxidation resistance, so it is suppressed to 2% or less, but this is not a concern because the coal gasification environment has a low oxygen potential. According to the knowledge of the inventors, Mn positively uses Mn as an austenite-forming element together with Ni in this steel grade because Mn improves corrosion resistance in a coal gasification atmosphere. The preferable addition amount is determined by the amount of alloy components contained,
If added excessively, the hot workability of steel will be deteriorated, so its upper limit is made 30%. A preferable component range is 4% to 18%. More preferably, it is 4% to 12%.
Ti:本鋼種の石炭ガス環境での耐食性を向上する必須の
元素である。耐食性を向上するには最低2%添加する必
要があるが、過剰に添加するとδフエライトを生成して
高温使用中での脆化を招くのでその上限を5%とする。
好ましい成分範囲は2〜4%である。Ti: This is an essential element that improves the corrosion resistance of this steel grade in a coal gas environment. In order to improve the corrosion resistance, it is necessary to add at least 2%, but if it is added excessively, δ-ferrite will be formed and embrittlement will occur during high temperature use, so the upper limit is made 5%.
A preferable component range is 2 to 4%.
希土類元素(REM),Ca:Y,La,Ceなどの希土類元素および
Caのうちの1種以上を0.001%以上含有すると、鋼の熱
間割れを防止するのに有効であるとともに、耐食性を改
善できる。ただし、0.1%以上含有すると介在物などの
析出により材料の清浄度を悪くする。したがつて、0.1
%を上限とする。好ましい成分範囲は0.01〜0.7%とす
る。Rare earth elements such as rare earth elements (REM), Ca: Y, La, Ce and
If one or more of Ca is contained in an amount of 0.001% or more, it is effective in preventing hot cracking of steel and can improve corrosion resistance. However, if 0.1% or more is contained, the cleanliness of the material deteriorates due to the precipitation of inclusions. Therefore, 0.1
% Is the upper limit. A preferable component range is 0.01 to 0.7%.
この他、製造上の不可避的に混入する元素を含有する。In addition to these, it contains elements that are unavoidably mixed in during manufacturing.
本発明鋼は、基本的には全てオーステナイト組織とする
ことが好ましいが、フエライト・オーステナイト二相鋼
の弊害があまり大きくならない10%以下のフエライト相
を含むことを妨げない。好ましくは各成分元素の重量%
を Cr(%)+2.2×Ti(%)+1.5×Si(%)−Ni(%) −30×C(%)−0.5×Mn(%)≦10 好ましくは0〜5, なる関係を満足するように成分調整し、フエライト相の
生成を適度に抑制するとともに、鋼の延性低下の原因と
なるフエライト相のぜい化を抑制することが望ましい。It is basically preferable that the steel of the present invention has an austenitic structure, but it does not prevent inclusion of 10% or less of a ferrite phase, which does not significantly increase the adverse effects of the ferritic / austenitic dual phase steel. Preferably wt% of each component element
Is Cr (%) + 2.2 × Ti (%) + 1.5 × Si (%) − Ni (%) − 30 × C (%) − 0.5 × Mn (%) ≦ 10, preferably 0 to 5, It is desirable to adjust the composition so as to satisfy the above condition, to appropriately suppress the formation of the ferrite phase, and to suppress the embrittlement of the ferrite phase which causes the reduction of the ductility of the steel.
第1表に本発明に係る石炭ガス化用高Ti高Mnオーステナ
スト系ステンレス鋼(以下、「本発明鋼」という)と比
較鋼の化学成分(重量%)を示す。残部は実質的にFeで
あり、不可避の不純物としてP,S等が含有されている。Table 1 shows the chemical composition (wt%) of the high Ti, high Mn austenast stainless steel for coal gasification according to the present invention (hereinafter referred to as "invention steel") and the comparative steel. The balance is substantially Fe, and contains P, S, etc. as unavoidable impurities.
本発明鋼No.1〜No.9及び比較鋼No.10〜No.23は、真空溶
解、鍛造後、1100℃で1時間加熱水冷したものである。
この鍛造材より、腐食試験片およびクリープ試験片を作
成した。The invention steels No. 1 to No. 9 and the comparative steels No. 10 to No. 23 are obtained by vacuum melting and forging, followed by heating and water cooling at 1100 ° C. for 1 hour.
Corrosion test pieces and creep test pieces were prepared from this forged material.
第2表に、模擬石炭ガス組成H2:24%、CO:18%、CO2:12
%、CH4:6%、H2S:0.5%、残H2Oの雰囲気中で100時間
腐食試験した本発明鋼と比較鋼との腐食量を示す。試験
温度は850℃、圧力は30気圧である。なお、腐食量は断
面減肉厚さと内部侵食深さ(粒界侵蝕)との合計で表わ
した。Table 2 shows the composition of simulated coal gas H 2 : 24%, CO: 18%, CO 2 : 12
%, CH 4: 6%, H 2 S: 0.5%, showing the amount of corrosion in an atmosphere of residual between H 2 O 100 hours corrosion test was the invention steels and comparative steels. The test temperature is 850 ° C and the pressure is 30 atm. The amount of corrosion was represented by the sum of the cross-sectional thickness reduction thickness and the internal erosion depth (grain boundary erosion).
第2表から明らかなように、本発明鋼は比較鋼No.11(S
US304)、比較鋼No.12(SUS316)、比較鋼No.13(SUS32
1)、比較鋼No.14(SUS347)、比較鋼No.15(SUS 631)に比べ、その耐高温ガス腐食性が非常に向上して
いる。耐食性を向上するCr量が多い比較鋼No.16(SUS31
0S)及び比較鋼No.17(SUS347)に比べても、本発明で
ある高Ti高Mn鋼の耐食性がすぐれている。耐食性は、Ti
量に大きく依存するが、同じTi量であればMn量が大き
く、Ni量が少ないほど良好な低食性を示す。As is clear from Table 2, the steel of the present invention is comparative steel No. 11 (S
US304), Comparative Steel No.12 (SUS316), Comparative Steel No.13 (SUS32)
1), Comparative Steel No.14 (SUS347), Comparative Steel No.15 (SUS Compared with 631), its high temperature gas corrosion resistance is greatly improved. Comparative steel No. 16 (SUS31 with high Cr content that improves corrosion resistance)
0S) and comparative steel No. 17 (SUS347), the high Ti, high Mn steel of the present invention has excellent corrosion resistance. Corrosion resistance is Ti
Although it largely depends on the amount, if the Ti amount is the same, the Mn amount is large, and the smaller the Ni amount is, the better the poor corrosion resistance is.
第1図は、高Ti高Mnの本発明鋼No.1,No.2,No.3,No.4と
高Al高Mnの比較鋼No.18,No.19,No.20,No.21の腐食量を
比較したものである。図から明らかなように、本発明鋼
の耐食性は、石炭ガス化環境中において、Al含有ステン
レス鋼にほぼ匹敵することがわかる。Fig. 1 shows the invention steels No. 1, No. 2, No. 3, No. 4 with high Ti and high Mn and the comparative steels No. 18, No. 19, No. 20, No. 3 with high Al and high Mn. This is a comparison of the amounts of corrosion of 21. As is clear from the figure, the corrosion resistance of the steel of the present invention is almost comparable to that of Al-containing stainless steel in a coal gasification environment.
第2図は、本発明鋼のNi含有量とTi含有量の比と腐食量
の関係を示したものである。図から明らかなように耐硫
化腐食性を高めるにはNi量を少なくし、Ti量を増やすこ
とが好ましく、特にNi(%)/Ti(%)≦5で良好な耐
食性が得られることがわかる。FIG. 2 shows the relationship between the ratio of the Ni content to the Ti content of the steel of the present invention and the corrosion amount. As is clear from the figure, it is preferable to decrease the amount of Ni and increase the amount of Ti in order to enhance the sulfidation corrosion resistance, and particularly good corrosion resistance can be obtained when Ni (%) / Ti (%) ≤5. .
第3図は、本発明鋼No.5と比較鋼11(SUS304)のクリー
プ破断試験結果を示すものである。図から明らかなよう
に、本発明鋼のクリープ破断強度は通常のオーステナイ
ト系ステンレス鋼と同等程度であり、高温機器用の材料
として十分な性能を有することがわかる。FIG. 3 shows the results of creep rupture tests of the invention steel No. 5 and comparative steel 11 (SUS304). As is clear from the figure, the creep rupture strength of the steel of the present invention is comparable to that of ordinary austenitic stainless steel, and it is clear that it has sufficient performance as a material for high temperature equipment.
第4図は本発明による石炭ガス化複合発電プラントの系
統図の一例を示すものであり、第5図は噴流層ガス化炉
の概略縦断面図、第6図はガス化炉上部の水冷構造を示
すIII−III矢視横断面図である。FIG. 4 shows an example of a system diagram of an integrated coal gasification combined cycle power plant according to the present invention, FIG. 5 is a schematic vertical sectional view of a spouted bed gasification furnace, and FIG. 6 is a water-cooling structure in the upper part of the gasification furnace. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
石炭1は、空気又は酸素をガス化剤2としてバーナ3か
らガス化炉4に導入され、ガス化部5でガス化される。
この場合、ガス温度は1600℃以上の高温となるため、ガ
ス化部5は耐火物構造6となつている。高温のガスは水
冷構造17の本発明鋼で構成された熱回収部に送られ、ガ
ス化炉4出口付近で900℃以下にまで冷却された後、ガ
ス化炉4出口から粗生成ガス10となつて本発明鋼を用い
た蒸気発生装置11に送られ、さらに冷却される。The coal 1 is introduced into the gasification furnace 4 from the burner 3 using air or oxygen as the gasifying agent 2, and is gasified in the gasification section 5.
In this case, the gas temperature is as high as 1600 ° C. or higher, so that the gasification section 5 has a refractory structure 6. The high-temperature gas is sent to the heat recovery section composed of the steel of the present invention of the water-cooled structure 17 and cooled to 900 ° C. or less in the vicinity of the outlet of the gasification furnace 4, and then the crude product gas 10 is discharged from the outlet of the gasification furnace 4. Then, it is sent to the steam generator 11 using the steel of the present invention and further cooled.
この粗生成ガス10の顕熱は、蒸気12として回収される。
蒸気発生装置11出口の粗生成ガス13は、本発明鋼を用い
たガス/ガス熱交換器14により精製ガス15と熱交換さ
れ、ガス精製に必要な温度のまで冷却されガス精製され
る。精製ガス15はガス/ガス熱交換器14にて熱交換さ
れ、昇温された後、燃料ガス18としてガスタービン燃焼
器19にて燃焼後、高温ガスとしてガスタービン発電器に
と電気エネルギーを発生させる。The sensible heat of this crude product gas 10 is recovered as steam 12.
The crude product gas 13 at the outlet of the steam generator 11 is heat-exchanged with the refined gas 15 by the gas / gas heat exchanger 14 using the steel of the present invention, cooled to a temperature required for the gas refinement and refined. The purified gas 15 is heat-exchanged in the gas / gas heat exchanger 14 and heated up, and then burned as a fuel gas 18 in the gas turbine combustor 19 and then generated as high temperature gas to generate electrical energy in the gas turbine generator. Let
熱回収システムとしては、ガスタービン排ガス20は、ガ
スタービン排熱回収ボイラ22にて顕熱を発生させると同
時に、ガス化炉4出口の粗生成ガス10は、蒸気発生器11
にて顕熱を回収して蒸気を発生させ、両者を合流させて
ガスタービン排熱回収ボイラ22で発生する蒸気と混合し
て過熱器で過熱して過熱蒸気として蒸気タービン23へ送
る。発生した蒸気は、蒸気タービン23にて仕事をし蒸気
タービン発電気にて電気エネルギーを発生させる。As a heat recovery system, the gas turbine exhaust gas 20 generates sensible heat in the gas turbine exhaust heat recovery boiler 22, and at the same time, the crude product gas 10 at the outlet of the gasification furnace 4 is a steam generator 11
The sensible heat is recovered to generate steam, which are combined and mixed with the steam generated in the gas turbine exhaust heat recovery boiler 22, superheated by the superheater, and sent to the steam turbine 23 as superheated steam. The generated steam works in the steam turbine 23 to generate electric energy by steam turbine power generation.
蒸気タービン23を通過した蒸気は、復水器24にて冷却さ
れ復水となり、給水ポンプにて排熱回収ボイラに給水さ
れる。The steam that has passed through the steam turbine 23 is cooled by the condenser 24 and becomes condensed water, which is supplied to the exhaust heat recovery boiler by the water supply pump.
以上のように、本発明鋼は、従来鋼のSUS304,SUS316,SU
S321,SUS347,SUS631さらに、耐食性鋼といわれているSU
S310S、インコロイ800に比べても顕著に耐高温ガス腐食
性に優れ、また、加工性及び高温強度も通角のオーステ
ナイト系ステンレス鋼と同程である。したがつて、石炭
ガス化プラントにおいて、石炭ガス化較水冷壁や商ガス
冷却器などの排熱回収装置用材料に使用すれば、発生蒸
気の温度・圧力を高めることが可能になる。したがつ
て、石炭ガス化複合発電プラントの発電効率を高めると
いう顕著な効果を有する。As described above, the present invention steel is the conventional steel SUS304, SUS316, SU
S321, SUS347, SUS631 Furthermore, SU, which is said to be corrosion resistant steel
Compared with S310S and Incoloy 800, it has excellent high-temperature gas corrosion resistance, and has the same workability and high-temperature strength as those of austenitic stainless steels with a high penetration angle. Therefore, in a coal gasification plant, when it is used as a material for an exhaust heat recovery device such as a coal gasification comparison cold wall or a commercial gas cooler, the temperature and pressure of generated steam can be increased. Therefore, it has a remarkable effect of increasing the power generation efficiency of the integrated coal gasification combined cycle power plant.
第1図は合金中に含まれるTi量及びAl量と腐食量の関係
を示す線図、第2図はNi量とTi量の比と腐食悪の関係を
示す線図、第3図はクリープ破断強度を示す線図、第4
図は本発明による石炭ガス化複合発電プラントの概要
図、第5図は噴流層ガス化炉の概略縦断面図、第6図は
ガス化炉上部の熱回収部を示す第2図のIII−III矢視横
断面図である。 4……石炭ガス化炉、17……熱回収部、11……蒸気発生
器、14……ガス/ガス熱交換器。Fig. 1 is a diagram showing the relationship between the amount of Ti and Al contained in the alloy and the amount of corrosion, Fig. 2 is a diagram showing the relationship between the ratio of the amount of Ni and the amount of Ti, and corrosion corrosion, and Fig. 3 is the creep. Diagram showing breaking strength, No. 4
FIG. 5 is a schematic view of an integrated coal gasification combined cycle power plant according to the present invention, FIG. 5 is a schematic vertical cross-sectional view of a spouted bed gasification furnace, and FIG. 6 is a III- of FIG. 2 showing a heat recovery part in the upper part of the gasification furnace. FIG. 3 is a transverse sectional view taken along the arrow III. 4 ... Coal gasifier, 17 ... Heat recovery part, 11 ... Steam generator, 14 ... Gas / gas heat exchanger.
フロントページの続き (72)発明者 桐原 誠信 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 小倉 慧 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内Front Page Continuation (72) Inventor Seinobu Kirihara 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Inc.
Claims (4)
〜20%、Cr13〜20%、Mn2〜30%、Ti2〜5%を含有し、
残部Feからなることを特徴とする石炭ガス化用高Ti高Mn
オーステナイト系ステンレス鋼。1. C0.15% or less, Si1.0% or less, Ni6 by weight
-20%, Cr13-20%, Mn2-30%, Ti2-5%,
High Ti high Mn for coal gasification characterized by the balance Fe
Austenitic stainless steel.
て、 Cr(%)+2.2×Ti(%)+1.5×Si(%)−Ni(%) −30×C(%)−0.5×Mn(%)≦10 なる関係にある石炭ガス化用高Ti高Mnオーステナイト系
ステンレス鋼。2. The alloy according to claim 1, wherein Cr (%) + 2.2 × Ti (%) + 1.5 × Si (%)-Ni (%)-30 × C (%)- High Ti high Mn austenitic stainless steel for coal gasification with a relationship of 0.5 x Mn (%) ≤ 10.
〜20%、Cr13〜20%、Mn2〜30%、Ti2〜5%および希土
類元素及びCaの1種又は2種以上を0.001〜0.1%含有
し、残部Feからなることを特徴とする石炭ガス化用高Ti
高Mnオーステナイト系ステンレス鋼。3. By weight, C0.15% or less, Si1.0% or less, Ni6
~ 20%, Cr13 ~ 20%, Mn2 ~ 30%, Ti2 ~ 5% and 0.001 ~ 0.1% of one or more kinds of rare earth elements and Ca, and the balance Fe Fe High Ti
High Mn austenitic stainless steel.
て、 Cr(%)+2.2×Ti(%)+1.5×Si(%)−Ni(%) −30×C(%)−0.5×Mn(%)≦10 なる関係にある石炭ガス化用高Ti高Mnオーステナイト系
ステンレス鋼。4. The alloy according to claim 3, wherein Cr (%) + 2.2 × Ti (%) + 1.5 × Si (%)-Ni (%)-30 × C (%)- High Ti high Mn austenitic stainless steel for coal gasification with a relationship of 0.5 x Mn (%) ≤ 10.
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