JP2001073053A

JP2001073053A - Ｎｉ基耐熱合金

Info

Publication number: JP2001073053A
Application number: JP2000172980A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Nishiyama; 佳孝西山; Toshiaki Anraku; 俊朗安楽; Yoshiatsu Sawaragi; 義淳椹木; Kazuhiro Ogawa; 和博小川; Koichi Okada; 浩一岡田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-03-21
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: JP3596430B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱間加工性、溶接性および耐浸炭性に優れた高
温強度部材として使用するのに十分なクリープ破断強度
を有する耐熱合金の提供。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２％
以下、Ｍｎ：２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：
１０〜２５％、Ａｌ：１．５〜４．５％未満、Ｎ：０．
０８％以下を含み、さらにＢ：０．０３％以下、Ｚｒ：
０．２％以下あおよびＨｆ：０．８％以下のうちの１種
以上を合計で０．００１〜１％、ＭｏおよびＷの１種以
上を合計で２．５〜１５％を含有するＮｉ基耐熱合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱間加工性、溶
接性および耐浸炭性に優れた高温強度の高いＮｉ基耐熱
合金に係わり、特にナフサ、プロパン、エタン、ガスオ
イル等の炭化水素原料を水蒸気とともに８００℃以上の
高温で分解し、エチレン、プロピレン等の石油化学基礎
製品を製造するエチレンプラント用分解炉および改質炉
に使用される管の素材として好適なＮｉ基耐熱合金に関
する。

【０００２】

【従来の技術】エチレンプラント用分解炉管の使用温度
は、エチレン収率向上の観点から高温化の傾向が強くな
ってきている。

【０００３】このような分解炉管用材料としては、内面
が浸炭雰囲気に曝されるため、高温強度と耐浸炭性に優
れた耐熱性が要求される。また一方では、操業中に分解
炉管内表面で炭素が析出（この現象はコーキングと呼ば
れる）し、その析出量の増加に伴い管内圧力の上昇や加
熱効率低下などの操業上の弊害が生じる。したがって、
実操業においては定期的に空気や水蒸気で析出した炭素
を除去する、いわゆるデコーキング作業がおこなわれて
いるが、その間の操業停止や作業の工数などが大きな問
題になる。このようなコーキングとそれに伴う諸問題
は、分解炉管のサイズが収率向上に有利な小径管になる
ほど深刻になる。

【０００４】コーキング防止を目的とした従来技術とし
て、例えば特開平２−８３３６号公報には、合金中に２
８％以上のＣｒを含有させて合金表面に強固で安定なＣ
ｒ₂Ｏ₃皮膜を形成させ、炭素析出を促進する触媒元素で
あるＦｅおよびＮｉの表面への露出を防止し、コーキン
グを抑制することが提案されている。

【０００５】一方、耐浸炭性向上のためには、例えば特
開昭５７−２３０５０号公報に開示されているように、
合金中のＳｉ含有量を高めるのが有効であることが知ら
れている。

【０００６】しかしながら、上述の従来技術には次のよ
うな問題点がある。

【０００７】コーキング防止の点から特開平２−８３３
６号公報のような高Ｃｒ合金を高温強度部材として適用
する場合には、合金中のＮｉ量を高めて金属組織をオー
ステナイト化する必要があるが、高温強度は従来合金に
比べて低いので単独では高温強度部材として適用するこ
とは難しい。特開平２−８３３６号公報には、他の高温
強度部材と組み合わせて二重管とし使用することが開示
されているが、二重管は製造コストや信頼性の点で問題
が多い。

【０００８】本発明者らは、合金中のＡｌ量を高め、メ
タル表面に強固で緻密なＡｌ₂Ｏ₃皮膜を生成させれば、
従来の合金に比較して耐浸炭性および耐コーキング性が
著しく向上すること、およびこのような高Ａｌ合金では
Ｎｉ量を高めることにより高温での使用中にγ'相がマ
トリックス中に微細析出し、クリープ破断強度も大幅に
向上することを見出し、特願平３−３０８７０９号（特
開平４−３５８０３７号公報）、特願平４−４１４０２
号（特開平５−２３９５７７号公報）として出願した。
これら公報は高温での耐浸炭性、耐コーキング性に優れ
クリープ強度が高いことを特徴とし、エチレンプラント
用分解炉管として好適であることを開示している。しか
しながら、実機規模での量産化を考慮した場合、製造時
の大きな熱間加工が必要となる場合、熱間加工性が十分
ではなかった。

【０００９】また、Ａｌ量を高めたＮｉ基合金につい
て、特公平３−４６５３５号公報および特開昭６−２３
８４３４号公報に耐酸化性に優れることを特徴とした合
金が開示されている。しかしながら、これら公報に示す
合金も熱間加工性および溶接性が十分ではなく、またこ
れら特性に十分留意した成分設計はなされていない。

【００１０】さらに、特開平７−５４０８７号公報およ
び特開平９−２４３２８４号公報においても耐浸炭性お
よび高温強度を特徴としているが、熱間加工性および溶
接性については留意されていないのが実情である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、エチ
レンプラント用分解炉管がおかれる環境、すなわち浸
炭、酸化および温度変動が繰り返される環境下において
優れた耐浸炭性および耐コーキング性を有し、かつ熱間
加工性おび溶接性に優れた高温強度を有する耐熱合金を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の通
りである。

【００１３】（１）質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓ
ｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｓ：０．００５％以
下、Ｃｒ：１０〜２５％、Ａｌ：２．１〜４．５％未
満、Ｎ：０．０８％以下を含み、Ｂ：０．０３％以下、
Ｚｒ：０．２％以下およびＨｆ：０．８％以下のうちの
１種以上を合計で０．００１〜１％、Ｍｏ：０．０１〜
１５およびＷ：０．０１〜９の１種以上を合計で２．５
〜１５％を含有することを特徴とするＮｉ基耐熱合金。

【００１４】（２）質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓ
ｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｓ：０．００５％以
下、Ｃｒ：１０〜２５％、Ａｌ：２．１〜４．５％未
満、Ｎ：０．０８％以下を含み、Ｂ：０．０３％以下、
Ｚｒ：０．２％以下およびＨｆ：０．８％以下のうちの
１種以上を合計で０．００１〜１％、Ｍｏ：０．０１〜
１５およびＷ：０．０１〜９の１種以上を合計で２．５
〜１５％を含有し、さらに下記ａ）〜ｆ）のグループか
ら選ばれた１または２グループ以上の元素を含み、残部
が実質的にＮｉからなることを特徴とするＮｉ基耐熱合
金。ａ）Ti:0.005〜3% ｂ）Mg:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01% の１種以上ｃ）Fe:0.1〜10% ｄ）Nb:0.01〜1%、 V:0.01〜1%、 Ta:0.01〜2% の１種以
上ｅ）La:0.002〜0.1%、 Ce:0.002〜0.1%、Nd:0.002〜 0.1% および Y:0.002〜0.1% の１種以上ｆ）Cu:0.01〜5%、Co:0.01〜10% の１種以上（３）質量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．０１
〜１％、Ｍｎ：１％以下、Ｓ：０．００２５％以下、Ｃ
ｒ：１２〜１９％、Ａｌ：２．１〜３．８％未満、Ｎ：
０．０４５％以下、およびＢ：０．０３％以下、Ｚｒ：
０．２％以下およびＨｆ：０．８％以下のうちの１種以
上を合計で０．００１〜１％、Ｔｉ：０．００５〜１
％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｆｅ：０．１〜
１０％を含有し、残部が実質的にＮｉからなることを特
徴とするＮｉ基耐熱合金。

【００１５】（４）炭化水素を含有する雰囲気下で用い
る上記（１）〜（３）のいずれかに記載のＮｉ基耐熱合
金。

【００１６】本発明者らは、高温での耐浸炭性、耐コー
キング性を低下させることなく、実用量産合金として熱
間加工性、溶接性といった必要不可欠な特性をいかに満
足させるかということを課題とし、種々の化学組成の合
金を溶製して、鋭意実験、検討を重ねた結果、以下の知
見を得るに至った。

【００１７】ａ）Ａｌを１％以上含有する合金において
は、Ａｌ系窒化物を形成しやすく、この窒化物系析出物
を起点に皮膜の保護性が失われる。

【００１８】ｂ）しかし、Ｃｒを１０％以上含有させ、
さらにＮを低減することで４．５％未満の少ない量のＡ
ｌであっても、合金表面にアルミナ主体の酸化皮膜を形
成させることができ、良好な耐浸炭性と耐コーキング性
を付与することができるので、高温強度が向上する。

【００１９】ｃ）Ａｌ含有量を４．５％未満と低めるこ
とにより熱間加工性および溶接性は向上するが、それで
も一般のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系やＮｉ−Ｃｒ系合金と比較
すると量産化を考慮した場合十分とは言えない。熱間加
工時または溶接時にＮｉ−Ａｌ系金属間化合物が析出
し、結晶粒内が著しく強化されるために相対的に粒界が
弱くなり変形が阻害され、熱間加工性の低下や溶接時に
高温割れが発生する。そこで、粒内の強化に対抗できる
だけの粒界の強化が重要かつ有効である。

【００２０】ｄ）一方、Ａｌを多く含有するＮｉ基合金
は、粒界そのものが弱化しておりその主要因のひとつが
Ｓに起因している。Ｓを０．００５％以下に制限するこ
とが極めて重要であり、０．００３％以下に制限すれば
なお一層の改善効果が期待できる。

【００２１】ｅ）さらにＢ、ＺｒおよびＨｆは、粒界で
の結晶粒の結合力を高めるため、粒界の強化に効果を発
揮するので、Ｓ含有量を低減すると共にこれらの元素の
１種以上を含有させのがよい。

【００２２】ｆ）熱間加工性の低下、溶接時の高温割れ
の発生防止には、上記Ｓの低減およびＢ、Ｚｒ、Ｈｆの
１種以上を含有させることが有効であるが、これらの対
策のみではまだ十分でなく、さらにＮを可能な限り低く
することが重要である。多量のＡｌを含有するＮｉ基合
金では、前述したように鋼中ＮとＡｌ系窒化物を形成し
やすく、この窒化物系析出物が熱間加工性および溶接性
を著しく阻害する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の合金を構成する化
学組成と作用効果について説明する。なお、合金元素の
％表示は質量％を意味する。Ｃ：Ｃは、炭化物を形成して耐熱鋼として必要な引張強
さやクリープ破断強度を向上させるためには有効な元素
であるが、０．１％を超えると合金の延性及び靭性の低
下が大きくなるばかりでなく、Ａｌ含有Ｎｉ基合金にお
いてアルミナ皮膜形成を阻害するので、上限を０．１％
とした。好ましくは０．０９％以下である。さらに好ま
しくは０．０７％以下である。

【００２４】Ｓｉ：Ｓｉは、脱酸元素として必要な元素
であり、さらに耐酸化性や耐浸炭性改善にも寄与する元
素であるが、Ａｌ含有Ｎｉ基合金ではその効果は比較的
小さい。一方、Ａｌを多く含有するＮｉ基合金において
Ｓｉは、熱間加工性や溶接性を低下させる作用が強いた
め、特に製造上熱間加工性が重視される場合低い方がよ
い。耐酸化性、耐浸炭性改善作用を得る必要がある場合
もあり、その点を考慮して２％以下とする。望ましいＳ
ｉの含有量は０．０１〜１．５％、さらに望ましくは
０．０１〜１％である。Ｍｎ：Ｍｎは、脱酸元素として有効な元素であるが、耐
コーキング性の劣化要因となるスピネル型酸化物の皮膜
形成を促進する元素であるため、その含有量は２％以下
に抑える必要がある。望ましくは１％以下である。

【００２５】Ｓ：Ｓは、粒界に偏析して結晶粒の結合力
を弱め、熱間加工性を劣化させる極めて有害な元素で、
上限の規制が極めて重要である。特に、Ａｌ含有Ｎｉ基
合金では粒界強化が重要となるため、Ｓは極力低減する
のが好ましい。熱間加工性および溶接性を改善するため
には０．００５％以下とする必要がある。望ましくは
０．００３％以下である。さらに望ましくは０．００２
５％以下である。

【００２６】Ｃｒ：Ｃｒは、耐酸化性や耐コーキング性
の改善に有効な元素であり、アルミナ皮膜の生成初期に
おいて均一に生成させる作用がある。また、炭化物を形
成しクリープ破断強度の向上にも寄与する。さらに、本
発明で規定する成分系においてはＣｒは熱間加工性の向
上に寄与する。これらの効果を得るためには１０％以上
含有させる必要がある。一方、Ｃｒを過剰に含有させる
と逆にアルミナ皮膜の均一な生成を阻害する上、靭性、
加工性といった機械的性質を阻害することになる。した
がって、本発明ではＣｒ含有量を１０〜２５％とした。
好ましくは１２〜２３％である。さらに好ましくは１２
〜２０％未満である。

【００２７】Ａｌ：Ａｌは、耐浸炭性および耐コーキン
グ性の向上さらには高温強度の向上に極めて有効な元素
であるが、その効果を得るにはコランダム型のアルミナ
酸化皮膜を均一に生成させる必要がある。また一方で、
γ´相［Ｎｉ₃（Ａｌ，Ｔｉ）金属間化合物］を形成し
て析出強化作用が期待できる。これらの効果を得るため
には少なくとも２．１％のＡｌ含有量が必要である。一
方、４．５％以上になると熱間加工性が極端に低下す
る。したがって、Ａｌ含有量を２．１％以上４．５％未
満とする。好ましくは２％〜４％未満、さらに好ましく
は２％〜３．５％未満である。

【００２８】Ｎ：Ｎ含有量は、本発明において重要な規
定の一つである。一般の耐熱鋼においては、Ｎは固溶強
化により高温での強度を高めるのに有効で積極的に用い
られているが、Ａｌ含有Ｎｉ基合金では、鋼中でＡｌＮ
等の窒化物として析出するために固溶強化が期待できな
いばかりか熱間加工性、溶接性を著しく阻害する。さら
に、窒化物を起点として保護性皮膜を破壊し耐浸炭性を
低下させる。しかしながら、極度の低減は精錬上のコス
ト上昇や歩留まりを引き起こすことから、０．０８％以
下とする。但し、本質的には可能な限り低減することが
好ましく、望ましくは０．０５５％以下である。さらに
望ましくは０．０４５％以下である。

【００２９】Ｂ、Ｚｒ、Ｈｆ：これらの元素は主として
合金の粒界強化に有効な元素で、熱間加工性、溶接性の
改善が図られ、１種以上を含有させることが必要であ
る。しかしながら、過剰に含有させるとクリープ破断強
度の低下を引き起こすため、上限はＢで０．０３％、Ｚ
ｒで０．２０％、Ｈｆで０．８％であり、合計で１％と
する。また前記効果を得るためには少なくとも合計で
０．００１％とする必要がある。

【００３０】Ｍｏ、Ｗ：ＭｏおよびＷは、主として固溶
強化元素として有効であり、基地のオーステナイト相を
強化することによりクリープ破断強度を上昇させる。過
剰に含有させると靭性低下の要因となる金属間化合物が
析出するだけでなく、耐浸炭性や耐コーキング性も劣化
する。上限はＭｏ、Ｗの１種以上の合計で１５％以下に
抑えるべきである。ただし、Ｍｏに比較しＷは金属間化
合物析出による熱間加工性および溶接性低下が大きいた
めＭｏよりＷの上限を低く制限する必要がある。このた
め、Ｍｏ：０．０１〜１５およびＷ：０．０１〜９の１
種以上を合計で２．５〜１５％とする。

【００３１】Ｎｉ：Ｎｉは安定なオーステナイト組織を
得るため、および耐浸炭性確保の点から欠かすことので
きない元素であり、特にγ´相による析出強化の効果を
高めるためには多いほど望ましい。

【００３２】本発明の課題を解決するためには、少なく
とも上記の化学組成を有する合金とする必要があるが、
さらに下記のような元素を必要により含有させることが
できる。

【００３３】Ｔｉ：Ｔｉは、γ´相の析出を促進しクリ
ープ破断強度を向上させる元素である。さらに粒界強化
にも寄与する。これらの効果を得るには０．００５％以
上含有させるのがよい。ただし過剰に含有させるとγ´
相が過剰析出し熱間加工性および溶接性が著しく劣化す
る。そのため含有させる場合は３％以下とするのがよ
い。好ましくは１％以下である。

【００３４】ＭｇおよびＣａ：これらの元素は、主とし
て熱間加工性に有害なＳを硫化物として固定し、粒界強
度を高めるので熱間加工性を改善する作用があり必要に
応じていずれか一方または双方を含有させる。これらの
効果を得るにはそれぞれ０．０００５％以上含有させる
のがよい。しかしながら、過剰に含有させると固溶状態
で鋼中に存在し、逆に熱間加工性および溶接性を低下さ
せる。そのため、上限をＭｇ、Ｃａとも０．０１％とす
るのがよい。これらの元素を含有させる場合、
［（１．１７８Ｍｇ＋Ｃａ）／Ｓ］が０．５〜３の範囲
に入るように含有させるのが好ましい。

【００３５】Ｆｅ：Ｆｅは、クリープ延性を改善しクリ
ープ破断強度を高め、さらに熱間加工性や常温加工性の
改善にも寄与する。これらの効果を得るには０．１％以
上含有させるのがよい。ただし、過剰に含有させると逆
にクリープ破断強度、熱間加工性とも低下するため含有
する場合の上限は１０％とするのがよい。

【００３６】Ｎｂ，ＶおよびＴａ：これらの元素は、オ
ーステナイト相やγ´相中に固溶するほか炭化物を形成
してクリープ破断強度の向上に寄与する。これらの効果
を得るためにはそれぞれ０．０１％以上含有させるのが
よい。しかしながら、過剰に含有させると靭性低下を招
くので含有する場合、Ｎｂ、Ｖの上限はそれぞれ１％、
Ｔａの上限は２％とするのがよい。好ましい上限は、Ｎ
ｂ、Ｖはそれぞれ０．８％で、Ｔａは１．８％である。
なお、２種以上併用する場合でも合計で３％以下とする
のが望ましい。

【００３７】Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄおよびＹ：これらの元素
は、主として熱サイクル条件下でのアルミナ皮膜の剥離
を防止し、温度が変動する環境下での使用においても耐
浸炭性および耐コーキング性を向上させる効果があるた
め必要に応じ含有させることが可能である。これらの効
果を得るには、それぞれ０．００２％以上含有させるの
がよい。しかし、過剰に含有させるとアルミナ皮膜剥離
防止の効果が飽和するばかりでなく、加工性が悪化す
る。したがって、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄおよびＹのそれぞれ
の上限を０．１％とするのがよい。これらの元素は１種
だけ含有させてもよく、また２種以上複合で含有させて
もよい。

【００３８】Ｃｕ、Ｃｏ：ＣｕおよびＣｏは、主として
オーステナイト相を安定化するため、必要に応じＮｉの
一部と置き換えてもよい。ただし、過剰添加は靭性およ
び加工性を損なう。そのため、Ｃｕの上限は５％以下と
する。好ましくは３％以下で、さらに好ましくは１．５
％以下である。また、Ｃｏの上限は１０％とする。好ま
しくは８％以下で、さらに好ましくは５％以下である。
Ｃｏは、さらに固溶強化によりクリープ強度を向上させ
る働きがある。下限はそれぞれ０．０１％以上とするの
が好ましい。

【００３９】上記の化学組成の範囲にある合金で、特性
が特に優れており好ましい化学組成の合金は下記の通り
である。

【００４０】Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．０１〜１
％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｓ：０．００２５％以下、Ｃ
ｒ：１２〜２０％未満、Ａｌ：２〜３．５％未満、Ｎ：
０．０４５％以下を含み、Ｂ：０．０３％以下、Ｚｒ：
０．２％以下、Ｈｆ：０．８％以下のうちの１種以上を
合計で０．００１〜１％、Ｍｏ：２．５〜１２％、Ｔ
ｉ：０．００５〜１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１
％、Ｆｅ：０．１〜１０％である。

【００４１】本発明の合金は、通常の溶解および精錬工
程で溶製した後、鋳造することにより得られ、鋳造のま
までも用いることができる。通常、鋳造後に鍛造、熱間
加工、冷間加工等の各加工工程を経て管などの製品にし
て用いる。なお、粉末冶金法で製品にしてもよい。熱処
理は組織の均一化を促進し、本発明合金の性能向上に寄
与する。この場合、１１００〜１３００℃での均一化処
理が好ましいが、鋳造あるいは加工のままでの使用も可
能である。

【００４２】

【実施例】表１に示す化学組成の合金を、５０kg真空高
周波炉で溶解後、鍛造により１５ｍｍ厚の板材とし、１
２５０℃で固溶化熱処理を施して供試材とした。耐浸炭
性、高温強度、熱間加工性および溶接性を評価するた
め、以下に示す要領で各試験を実施した。

【００４３】

【表１】（１）固体浸炭試験（耐浸炭性評価）試験片：厚さ４ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ３０ｍｍ試験方法：浸炭剤中に試験片を挿入し、１１５０℃に加
熱、４８時間保持後、試験片の板厚方向の中央部のＣ含
有量をＩＣＰにて分析（２）クリープ破断試験（高温強度評価）試験片：直径６．０ｍｍ、標点距離３０ｍｍ試験方法：保持温度１１５０℃、負荷応力０．９kgf/mm
²の条件で破断までの時間を測定（３）グリーブル試験（熱間加工性の評価）試験片：平行部直径１０ｍｍ、長さ１３０ｍｍの丸棒
試験片試験方法：１２００℃で５分加熱した後、１０００℃ま
で１００℃／分で冷却し、その後５／ｓの歪速度で引張
り、破断後Ｈｅガスで冷却して絞り値を測定（４）ロンジバレストレイン（溶接性評価）試験片：厚さ１２ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ試験方法：電流２００Ａ、電圧１７Ｖ、溶接速度１５ｃ
ｍ／分にてＴＩＧ溶接をおこない、その後２％の曲げひ
ずみを負荷し、そのときの溶接熱影響部（ＨＡＺ）のト
ータル割れ長さを測定した。

【００４４】試験結果を表２に示す。

【００４５】

【表２】本発明例においては、各試験結果を下記のように評価す
る。

【００４６】固体浸炭試験:侵入Ｃ量が０．２％以下で
あれば耐浸炭性に優れていると判断クリープ破断試験:破断時間が５００時間以上であれば
高温強度良好と判断グリーブル試験:絞り率が６０％以上を熱間加工性良好
と判断ロンジバレストレイン:トータルの割れ長さが５ｍｍ以
下を良好と判断。

【００４７】表２から明らかなように、Ａｌを２．１％
以上４．５％未満含有する本発明の合金１〜１６は、熱
間加工性、耐浸炭性、溶接性およびクリープ破断強度共
に良好である。一方、Ｃ含有量およびＡｌ含有量が本発
明で規定する範囲外の比較合金Ａは、侵入Ｃ量が０．５
５％と極めて高くなっており、また破断時間も１２０時
間と極めて短く耐浸炭性、クリープ破断強度共に好まし
くない。また、Ａｌ含有量が本発明で規定する上限を超
えている比較合金Ｂは、グリーブル絞りが２５％と低
く、またロンジバレストレインにおけるＨＡＺのトータ
ル割れ長さが２０ｍｍであり、熱間加工性、溶接性とも
に劣ることが分かる。また、Ｓ含有量が高い比較合金
Ｃ、Ｎ含有量が高い比較合金Ｄはいずれも熱間加工性、
溶接性が不芳である。Ｃｒ含有量が本発明で規定する下
限未満である比較合金Ｅは耐浸炭性に劣る。さらに、Ｓ
i量が高い比較合金ＦおよびＢ，Ｚｒ，Ｈｆのいずれも
含有していない比較合金Ｇはそれぞれ熱間加工性、溶接
性が好ましくない。

【００４８】

【発明の効果】本発明の合金は、熱間加工性、溶接性、
耐浸炭性および耐コーキング性に優れた高温強度部材と
して使用するに十分なクリープ破断強度を有した合金で
ある。特にエチレンプラント用分解炉に使用される管の
ように浸炭、酸化および温度変動が繰り返される熱分
解、熱サイクル環境下において優れた前記特性を発揮す
る。その結果、本発明の合金を使用することにより、よ
り高温での操業が可能となり連続操業時間の延長、さら
には耐久性向上による新材との取り替えスパンの長期化
が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者椹木義淳大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者小川和博大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者岡田浩一大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２％
以下、Ｍｎ：２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：
１０〜２５％、Ａｌ：２．１〜４．５％未満、Ｎ：０．
０８％以下を含み、Ｂ：０．０３％以下、Ｚｒ：０．２
％以下およびＨｆ：０．８％以下のうちの１種以上を合
計で０．００１〜１％、Ｍｏ：０．０１〜１５および
Ｗ：０．０１〜９の１種以上を合計で２．５〜１５％を
含有することを特徴とするＮｉ基耐熱合金。
【請求項２】質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２％
以下、Ｍｎ：２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：
１０〜２５％、Ａｌ：２．１〜４．５％未満、Ｎ：０．
０８％以下を含み、Ｂ：０．０３％以下、Ｚｒ：０．２
％以下およびＨｆ：０．８％以下のうちの１種以上を合
計で０．００１〜１％、Ｍｏ：０．０１〜１５および
Ｗ：０．０１〜９の１種以上を合計で２．５〜１５％を
含有し、さらに下記ａ）〜ｆ）のグループから選ばれた
１または２グループ以上の元素を含み、残部が実質的に
Ｎｉからなることを特徴とするＮｉ基耐熱合金。ａ）Ti:0.005〜3% ｂ）Mg:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01% の１種以上ｃ）Fe:0.1〜10% ｄ）Nb:0.01〜1%、 V:0.01〜1%、 Ta:0.01〜2% の１種以
上ｅ）La:0.002〜0.1%、 Ce:0.002〜0.1%、Nd:0.002〜 0.1% および Y:0.002〜0.1% の１種以上ｆ）Cu:0.01〜5%、Co:0.01〜10% の１種以上
【請求項３】質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２％
以下、Ｍｎ：２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：
１０〜２５％、Ａｌ：２．１〜４．５％未満、Ｎ：０．
０８％以下、およびＢ：０．０３％以下、Ｚｒ：０．２
％以下およびＨｆ：０〜０．８％以下のうちの１種以上
を合計で０．００１〜１％、Ｔｉ０．００５〜３％、さ
らに、Ｍｏ：０．０１〜１５およびＷ：０．０１〜９の
１種以上を合計で２．５〜１５％を含有し、下記ｂ）〜
ｆ）のグループから選ばれた１または２グループ以上の
元素を含み、残部が実質的にＮｉからなることを特徴と
するＮｉ基耐熱合金。ｂ）Mg:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01% の１種以上ｃ）Fe:0.1〜10% ｄ）Nb:0.01〜1%、 V:0.01〜1%、 Ta:0.01〜2% の１種以
上ｅ）La:0.002〜0.1%、 Ce:0.002〜0.1%、Nd:0.002〜 0.1% および Y:0.002〜0.1% の１種以上ｆ）Cu:0.01〜5%、Co:0.01〜10% の１種以上
【請求項４】および Y:0.002〜0.1% の１種以上質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：
２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：１０〜２５
％、Ａｌ：２．１〜４．５％未満、Ｎ：０．０８％以
下、Ｔｉ０．００５〜３％およびＢ：０．０３％以下、
Ｚｒ：０．２％以下とＨｆ：０．８％以下のうちの１種
以上を合計で０．００１〜１％、Ｍｇ：０．０００５〜
０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％の１種以
上、さらにＭｏ：０．０１〜１５およびＷ：０．０１〜
９の１種以上を合計で２．５〜１５％を含有し、下記
ｃ）〜ｆ）のグループから選ばれた１または２グループ
以上の元素を含み、残部が実質的にＮｉからなることを
特徴とするＮｉ基耐熱合金。ｃ）Fe:0.1〜10% ｄ）Nb:0.01〜1%、 V:0.01〜1%、 Ta:0.01〜2% の１種以
上ｅ）La:0.002〜0.1%、 Ce:0.002〜0.1%、Nd:0.002〜 0.1% および Y:0.002〜0.1% の１種以上ｆ）Cu:0.01〜5%、Co:0.01〜10% の１種以上
【請求項５】質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２％
以下、Ｍｎ：２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：
１０〜２５％、Ａｌ：２．１〜４．５％未満、Ｎ：０．
０８％以下、Ｔｉ：０．００５〜３％、およびＢ：０．
０３％以下、Ｚｒ：０．２％以下およびＨｆ：０．８％
以下のうちの１種以上を合計で０．００１〜１％、Ｍ
ｇ：０．０００５〜０．０１％とＣａ：０．０００５〜
０．０１％の１種以上、Ｆｅ：０．１〜１０％、さらに
Ｍｏ：０．０１〜１５およびＷ：０．０１〜９の１種以
上を合計で２．５〜１５％を含有し、下記ｄ）〜ｆ）の
グループから選ばれた１または２グループ以上の元素を
含み、残部が実質的にＮｉからなることを特徴とするＮ
ｉ基耐熱合金。ｄ）Nb:0.01〜1%、 V:0.01〜1%、 Ta:0.01〜2% の１種以
上ｅ）La:0.002〜0.1%、 Ce:0.002〜0.1%、Nd:0.002〜 0.1% および Y:0.002〜0.1% の１種以上ｆ）Cu:0.01〜5%、Co:0.01〜10% の１種以上
【請求項６】質量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：
０．０１〜１％、Ｍｎ：１％以下、Ｓ：０．００２５％
以下、Ｃｒ：１２〜１９％、Ａｌ：２．１〜３．８％未
満、Ｎ：０．０４５％以下、およびＢ：０〜０．０３
％、Ｚｒ：０〜０．２％およびＨｆ：０〜０．８％のう
ちの１種以上を合計で０．００１〜１％、Ｔｉ０．００
５〜１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｆｅ：
０．１〜１０％を含有し、残部が実質的にＮｉからなる
ことを特徴とするＮｉ基耐熱合金。
【請求項７】炭化水素を含有する雰囲気下で用いる請求
項１〜７のいずれかに記載のＮｉ基耐熱合金。