Prevention of σ Phase and Improvement of Anti-Hot Corrosion Properties of High-Chromium-Nickel Cast Steel by Reduction of Silicon and Manganese

Prévention de la phase σ et amélioration des propriétés anticorrosion à chaud de fonte riche en chrome et nickel par la réduction des teneurs résiduelles en silicium et manganèse

¹ Nagasaki Research and Development Center, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Nagasaki 851-0392 Japan
² Muroran Research Laboratory, Japan Steel Works, Ltd., Muroran 051-0006 Japan
³ Institute for Material Research, Tohoku University, Sendai 980-8577, Japan

Abstract

One effect of high purification is to delay σ phase formation in high Cr steel. This report presents the application trial of this concept to a practical material, namely 45Cr-30Ni cast steel used for boiler burner parts in fossil power plants, which are exposed to a severe hot-corrosion atmosphere. Conventionally, a Ni content of 30 mass % has been required in order to prevent σ phase formation in this cast steel. However, it is desirable to reduce the amount of Ni in order to improve anti-hot corrosion properties. The research reported here considers the possibility of lowering the amount of Ni in this cast steel through the reduction of silicon and manganese as impurities. Aging and hot-corrosion behavior of 45Cr-30Ni and 45Cr-20Ni cast steels with both conventional and small amounts of silicon and manganese were investigated. It was found that reduction of these impurities greatly impeded the formation of the σ phase, even in 45Cr-20Ni cast steel conventionally characterized by σ phase formation. Also, with the decrease in Ni content, anti-hot corrosion performance was substantially improved in a heavy oil combustion atmosphere.

Résumé

L’un des effets d’une purification poussée est de retarder la formation de phase σ dans les aciers fortement alliés au chrome. L’article présente un essai d’application de ce concept à un matériau courant, une fonte 45Cr-30Ni utilisée pour des éléments de brûleurs de générateurs de vapeur dans les centrales thermiques, pièces exposées à une atmosphère fortement corrosive à haute température. Conventionnellement, une teneur en Ni de 30 % en masse est exigée pour empêcher la formation de phase a dans cette fonte. Cependant, il est souhaitable de réduire la quantité de Ni afin d’améliorer les propriétés anti-corrosion. Le travail rapporté ici examine la possibilité de diminuer la quantité de Ni dans cette fonte en réduisant les teneurs résiduelles en silicium et en manganèse. Le vieillissement et la tenue en corrosion à chaud de fontes 45Cr-30Ni et 45Cr-20Ni ont été étudiés, pour des teneurs en silicium et manganèse conventionnelles et réduites. Il a été observé que la réduction de ces impuretés gênait considérablement la formation de la phase σ, même dans la fonte 45Cr-20Ni où elle est normalement observée. De plus, en raison de la diminution de la teneur en Ni, la résistance anti-corrosion dans une atmosphère de combustion d’huile lourde est significativement améliorée.