JP2003073763A - 耐メタルダスティング性を有する金属材料 - Google Patents

耐メタルダスティング性を有する金属材料

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Abstract

(57)【要約】 【課題】メタルダスティングの発生しやすい環境下で優
れた耐食性を有する高Ｃｒ−高Ｎｉ−Ｆｅ系金属材料の
提供。 【解決手段】C：0.2％以下、Si：0.01〜2％、Mn：0.05
〜2％、P：0.04％以下、S：0.015％以下、Cr：10〜35
％、Ni：30〜78％、Al：0.005〜2％、N：0.005〜0.2％
で、Cu：0.015〜3％及びCo：0.015〜3％の１種以上を含
有し、残部は実質的にFeからなり、元素記号をその元素
の含有量として、40S＋Ni＋5Al＋40N＋10（Cu＋Co）の
値が50以上である金属材料。Si：0.01〜4％、P：0.03％
以下、S：0.01％以下、Cr：15〜35％、Ni：48〜78％、A
l：0.005〜4.5％、N：0.001〜0.055％で、上記式の値が
60以上でもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、石油精製や石油化
学プラントなどにおける熱交換型炭化水素改質装置や廃
熱回収装置等にて、高温での雰囲気に曝される容器、反
応管、部品等に使用される高Ｃｒ−高Ｎｉ−Ｆｅ合金で
ある金属材料、複層金属材料及びそれらを素材とする金
属管に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素やメタノールといったクリーンエネ
ルギの燃料となるガスは、今後、大幅な需要増加が予想
され、そのためには改質装置は大型化し、より一層熱効
率が高く量産に適した装置が要求される。又、従来の石
油精製や石油化学プラントなどにおける改質装置、或い
は石油などを原料とするアンモニア製造装置、水素製造
装置などにおいても、よりエネルギー効率を高めるため
に、廃熱回収のための熱交換が多用されるようになって
きている。
【０００３】このような高温ガスの熱を有効活用するた
めには、従来対象とされてきたよりも低い、４００〜７
００℃の温度域における熱交換が重要であり、この温度
域において反応管や熱交換器等に使用する高Ｃｒ−高Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金系金属材料の浸炭現象に伴う腐食が課題と
なっている。
【０００４】通常、上述のような反応装置において反応
ガス、すなわちＨ２ 、ＣＯ、ＣＯ ２ 、Ｈ２Ｏ 及びメ
タンなど炭化水素を含むガスと、反応管など金属材料と
は、１０００℃前後ないしはそれ以上の高い温度で接し
ている。この温度域において金属材料の表面では、Ｆｅ
やＮｉなどよりも酸化傾向の大きい元素が選択的に酸化
され、酸化Ｃｒや酸化Ｓｉなどの緻密な酸化皮膜の形成
により腐食が抑制される。ところが、熱交換部分など相
対的に温度の低い部分では、元素の金属材料中から表面
への拡散が不十分となって腐食抑制効果のある酸化皮膜
の形成が遅れるため、ガスからＣ原子が金属材料表面に
吸着され、金属材料中にＣが侵入して浸炭が生じる。
【０００５】このような環境下で浸炭が進み、ＣｒやＦ
ｅなどの炭化物を含む浸炭層が形成されるとその部分の
体積が膨張し、その結果、微細な割れが生じやすくな
る。更に、Ｃが金属材料中に侵入して炭化物の形成が飽
和すると、炭化物が分解して分解された金属粉末が金属
材料表面から剥離し、メタルダスティングといわれる腐
食消耗が進行する。又、剥離した金属粉末が触媒とな
り、金属材料表面での炭素析出が促進される。このよう
な損耗や炭素析出による管内閉塞が拡大すると装置故障
等による操業中断に到る恐れがあるので、装置部材とし
ての材料選定に十分な配慮が必要である。
【０００６】従来、メタルダスティングに対して、種々
の対策が検討されてきた。例えば、特開平９−７８２０
４号公報には、Ｈ２ 、ＣＯ、ＣＯ２ 、Ｈ２Ｏ を含む
４００〜７００℃の雰囲気ガス中での耐メタルダスティ
ング性は、Ｃｒを１１〜６０％（重量％、以下同様）含
むＦｅ基合金又はＮｉ基合金が優れているので、Ｆｅ基
合金ではＣｒを２４％以上且つＮｉを３５％以上含む材
料、Ｎｉ基合金ではＣｒを２０％以上且つＮｉを６０％
以上含む材料、及びこれらのＦｅ基合金又はＮｉ基合金
に更にＮｂを添加した材料の発明が開示されている。し
かし、一般には、Ｆｅ基合金又はＮｉ基合金のＣｒやＮ
ｉの含有量を増しただけでは十分な浸炭抑制効果が得ら
れず、より一層のメタルダスティング抑制を図る必要が
ある。
【０００７】特開平１１−１７２４７３号公報に開示さ
れている方法は、鉄、ニッケル及びクロムを含む『高温
合金』のメタルダスティングによる腐食に対し、元素周
期表の第８族、第１Ｂ族、第４族及び第５族の１種以上
の金属及びそれらの混合物を、通常の物理的或いは化学
的手段で表面に付着させ、不活性雰囲気中でアニーリン
グして０．０１〜１０μｍの厚さの薄層を形成させる技
術である。なかでも、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ等の薄層の場合
に効果が大きいと記載されている。しかし、この方法は
初期には効果があっても長期にわたる使用により薄層が
剥離すれば効果がなくなる。
【０００８】その他、雰囲気ガス中にＨ２Ｓを添加する
方法も考えられているが、Ｈ２Ｓは炭化水素の改質に用
いられる触媒の活性を著しく低下させる恐れがあるの
で、その適用は限定される。このように、種々の検討は
なされてはいるが、メタルダスティングを十分に抑制で
きる金属材料は、現状では得られていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みてなされたもので、その目的は、Ｈ２ 、ＣＯ、Ｃ
Ｏ２ 、Ｈ２Ｏ 及び炭化水素等を含むガス雰囲気中のよ
うに、メタルダスティングの発生しやすい環境下にて、
優れた耐食性を有する高Ｃｒ−高Ｎｉ−Ｆｅ合金である
金属材料、複層金属材料及びそれらを素材とする金属管
を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）〜（１３）に示す耐メタルダスティング性を有す
る金属材料、（１４）に示す複層金属材料、（１５）に
示す金属管及び（１６）に示す複層金属管にある。
【００１１】（１）質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓ
ｉ：０．０１〜２％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．
０４％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１０〜３５
％、Ｎｉ：３０〜７８％、Ａｌ：０．００５〜２％、
Ｎ：０．００５〜０．２％で、Ｃｕ：０．０１５〜３％
及びＣｏ：０．０１５〜３％のいずれか１種又は２種を
含有し、残部は実質的にＦｅからなり、下記式で表さ
れるｆｎ１の値が５０以上である耐メタルダスティング
性を有する金属材料。
【００１２】 ｆｎ１＝４０Ｓｉ＋Ｎｉ＋５Ａｌ＋４０Ｎ＋１０（Ｃｕ＋Ｃｏ）・・・・。 ここで、式中の元素記号は、その元素の質量％での含
有量を表す。
【００１３】（２）質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓ
ｉ：０．０１〜２％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．
０４％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１０〜３５
％、Ｎｉ：３０〜７８％、Ａｌ：０．００５〜２％、
Ｎ：０．００５〜０．２％で、Ｃｕ：０．０１５〜３％
及びＣｏ：０．０１５〜３％のいずれか１種又は２種を
含有し、更に以下に示す（ａ）のグループの成分のうち
の少なくとも１種以上を含み、残部は実質的にＦｅから
なり、前記式で表されるｆｎ１の値が５０以上である
耐メタルダスティング性を有する金属材料。
【００１４】（ａ）Ｍｏ：０．０５〜５％、Ｔａ：０．
０５〜５％、Ｗ：０．０５〜５％、Ｔｉ：０．０１〜３
％、Ｖ：０．０１〜１％、Ｚｒ：０．０１〜３％、Ｎ
ｂ：０．０１〜３％及びＨｆ：０．０１〜１％。
【００１５】（３）質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓ
ｉ：０．０１〜２％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．
０４％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１０〜３５
％、Ｎｉ：３０〜７８％、Ａｌ：０．００５〜２％、
Ｎ：０．００５〜０．２％で、Ｃｕ：０．０１５〜３％
及びＣｏ：０．０１５〜３％のいずれか１種又は２種を
含有し、更に前記（ａ）のグループの成分のうちの少な
くとも１種以上を含み、残部は実質的にＦｅからなり、
前記式で表されるｆｎ１の値が５０以上、且つ下記
式で表されるｆｎ２の値が０．００３以上である耐メタ
ルダスティング性を有する金属材料。
【００１６】ｆｎ２＝（Ｍｏ／１９２）＋（Ｔａ／１８
１）＋（Ｗ／３６８）＋（Ｔｉ／４８）＋（Ｖ／５１）
＋（Ｚｒ／９２）＋（Ｎｂ／９３）＋（Ｈｆ／１７９）
・・・・。ここで、式中の元素記号は、その元素の
質量％での含有量を表す。
【００１７】（４）Ｆｅの一部に代えて、以下に示す
（ｂ）のグループの成分のうちの少なくとも１種以上を
含有する上記（１）から（３）までのいずれかに記載の
耐メタルダスティング性を有する金属材料。
【００１８】（ｂ）Ｂ：０．０００５〜０．０２％、Ｃ
ａ：０．０００５〜０．０２％及びＭｇ：０．０００５
〜０．０２％。
【００１９】（５）Ｆｅの一部に代えて、以下に示す
（ｃ）のグループの成分のうちの少なくとも１種以上を
含有する上記（１）から（４）までのいずれかに記載の
耐メタルダスティング性を有する金属材料。
【００２０】（ｃ）Ｌａ：０．００５〜０．３％、Ｃ
ｅ：０．００５〜０．３％、Ｎｄ：０．００５〜０．３
％及びＹ：０．００５〜０．３％。
【００２１】（６）炭化水素、ＣＯ及びＨ２ の含有量
の総和が２５ｖｏｌ％以上、炭化水素とＣＯとの合計が
１ｖｏｌ％以上、且つ１０００℃以下の雰囲気で使用す
る部材用である上記（１）から（５）までのいずれかに
記載の耐メタルダスティング性を有する金属材料。
【００２２】（７）質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓ
ｉ：０．０１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．
０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１５〜３５
％、Ｎｉ：４８〜７８％、Ａｌ：０．００５％以上４．
５％未満、Ｎ：０．００１〜０．０５５％で、Ｃｕ：
０．０１５〜３％及びＣｏ：０．０１５〜３％のいずれ
か１種又は２種を含有し、残部は実質的にＦｅからな
り、前記式で表されるｆｎ１の値が６０以上である耐
メタルダスティング性を有する金属材料。
【００２３】（８）質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓ
ｉ：０．０１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．
０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１５〜３５
％、Ｎｉ：４８〜７８％、Ａｌ：０．００５％以上４．
５％未満、Ｎ：０．００１〜０．０５５％で、Ｃｕ：
０．０１５〜３％及びＣｏ：０．０１５〜３％のいずれ
か１種又は２種を含有し、更に以下に示す（ｄ）のグル
ープの成分のうちの少なくとも１種以上を含み、残部は
実質的にＦｅからなり、前記式で表されるｆｎ１の値
が６０以上である耐メタルダスティング性を有する金属
材料。
【００２４】（ｄ）Ｍｏ：０．０５〜１０％、Ｔａ：
０．０５〜５％、Ｗ：０．０５〜５％、Ｔｉ：０．０１
〜１．４％、Ｖ：０．０１〜１％、Ｚｒ：０．０１〜
１．４％、Ｎｂ：０．０１〜１．４％及びＨｆ：０．０
１〜１％。
【００２５】（９）質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓ
ｉ：０．０１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．
０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１５〜３５
％、Ｎｉ：４８〜７８％、Ａｌ：０．００５％以上４．
５％未満、Ｎ：０．００１〜０．０５５％で、Ｃｕ：
０．０１５〜３％及びＣｏ：０．０１５〜３％のいずれ
か１種又は２種を含有量し、更に前記（ｄ）のグループ
の成分のうちの少なくとも１種以上を含み、残部は実質
的にＦｅからなり、前記式で表されるｆｎ１の値が６
０以上、且つ前記式で表されるｆｎ２の値が０．００
３以上である耐メタルダスティング性を有する金属材
料。
【００２６】（１０）Ｆｅの一部に代えて、前記（ｂ）
のグループの成分のうちの少なくとも１種以上を含有す
る上記（７）から（９）までのいずれかに記載の耐メタ
ルダスティング性を有する金属材料。
【００２７】（１１）Ｆｅの一部に代えて、前記（ｃ）
のグループの成分のうちの少なくとも１種以上を含有す
る上記（７）から（１０）までのいずれかに記載の耐メ
タルダスティング性を有する金属材料。
【００２８】（１２）Ｆｅの含有量が０％を超えて１０
％以下である上記（１）から（５）までのいずれか、又
は上記（７）から（１１）までのいずれかに記載の耐メ
タルダスティング性を有する金属材料。
【００２９】（１３）炭化水素、ＣＯ及びＨ２ の含有
量の総和が２５ｖｏｌ％以上、炭化水素とＣＯとの合計
が１ｖｏｌ％以上、且つ１０００℃以下の雰囲気で使用
する部材用である上記（７）から（１２）までのいずれ
かに記載の耐メタルダスティング性を有する金属材料。
【００３０】（１４）上記（１）から（５）までのいず
れか、又は上記（７）から（１２）までのいずれかに記
載の耐メタルダスティング性を有する金属材料の層を１
又は複数含み、且つ少なくとも最外層の一方が前記の耐
メタルダスティング性を有する金属材料の層である複層
金属材料。
【００３１】（１５）素材が上記（１）から（５）まで
のいずれか、又は上記（７）から（１２）までのいずれ
かに記載の耐メタルダスティング性を有する金属材料で
ある金属管。
【００３２】（１６）素材が上記（１４）に記載の複層
金属材料であって、外面が耐メタルダスティング性を有
する金属材料の層であることを特徴とする複層金属管。
【００３３】以下、上記（１）〜（１６）の金属材料、
複層金属材料、金属材料管、或いは複層金属管に係る発
明をそれぞれ（１）〜（１６）の発明という。
【００３４】本発明者らは、相対的に低い温度で発生す
るメタルダスティングといわれる腐食現象に対し、優れ
た耐性を有する金属材料について種々検討を行った。
【００３５】メタルダスティングの発生には、表面に形
成される酸化皮膜の保護性とその内部に形成される浸炭
層の発達が影響する、つまり、酸化皮膜に割れが生じた
り、酸化皮膜が剥離すると、金属中にＣが侵入して浸炭
層が形成され、そのときの体積変化や炭化物の形成分解
などによってメタルダスティングが生じると考えらる。
そこで、酸化皮膜の保護性を高めるとともに、浸炭層の
成長を抑制するための金属材料の組成に関して検討し
た。
【００３６】酸化皮膜の保護性を高めるには、Ｃｒの含
有量を高めることが最も有効であり、更に、ＳｉやＡｌ
といった酸素との親和力の強い元素を含有させることが
よい。これは、耐酸化性を高めるための一般的手法と同
様である。
【００３７】上記の対策によって、金属材料中へのＣの
侵入は相当抑制されることになるが、Ｃの侵入を完全に
遮断すること、換言すれば、長時間にわたって酸化皮膜
が全く割れず、剥離もしないことを実現するのは不可能
である。そのため、酸化皮膜によってＣの進入を遮断す
ることと同様、浸炭層の成長を抑制することが耐メタル
ダスティング性を高めるために必要不可欠である。
【００３８】そこで、高温材料としての基本になるＣｒ
が２５％、Ｎｉが６０％程度で残部は主としてＦｅから
なる合金をベースに、浸炭層の成長に及ぼす種々の元素
添加の影響を調査した。その結果、一つはＳｉ、Ａｌ、
Ｎｉなど炭素との親和力がほとんどないと思われる元素
と、もう一つはＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏなど金属材料中で
安定な炭化物を作る元素とが、浸炭層の成長速度を抑制
する効果のあることが明らかになった。
【００３９】 浸炭層は、例えば金属表面において雰囲気の条件により、 Ｃ＋ＣＯ２ ＝２ＣＯ・・・・ のような反応が右辺から左辺の方向に進み、生じたＣが
金属材料表面に吸着され、金属材料内部に侵入すること
によって形成される。
【００４０】炭化物形成元素が存在する場合、侵入した
Ｃがこれらの元素と結合することにより、Ｃの拡散が抑
制され、浸炭層の成長を抑制するのではないかと考えら
れる。しかしながら、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｉなどが浸炭層の
成長を抑制する理由については必ずしも明らかではな
い。
【００４１】更に調査を進めていくと、他にも炭化物形
成元素ではないが、浸炭層の成長を抑制する元素が見出
された。そこで、これらの元素についてＦｅ中の溶質元
素の観点からＣとの相互作用について調べてみると、い
ずれも相互作用助係数Ωが正の値を示す元素であった。
【００４２】Ωが正であれば、溶質元素であるＣの活量
を高める効果があり、金属材料中のＣの活量が高くなれ
ば固溶Ｃ量が低下し、内部への流束が小さくなることで
成長が遅くなるのではないかと思われる。
【００４３】Ωが正である元素を調べると、例えば、Ｐ
やＳは大きな正のΩ値を示すが、金属材料の熱間加工性
や靱性などの性質を劣化させるので、含有量を低減させ
なければならない。同様にΩ値の高いＡｇとＡｓに関し
ては、Ａｇはコストの点から、又、Ａｓは毒性の点から
いずれも使用することが難しい。
【００４４】上記Ωが正である元素の中で、Ｃｏ及びＣ
ｕは、通常、鋼の添加元素として利用されていることか
ら、その添加の効果を調査した結果、耐メタルダスティ
ング性改善に有効であることが判明した。又、多量の含
有は困難であるが、Ｎも耐メタルダスティング性改善の
ために利用できることが明らかになった。
【００４５】上記Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ及びＮ
の各元素について、その含有量と浸炭層の成長抑制効果
との関係を試験溶製材を用いて調査し、得られた結果を
多重回帰計算することで、浸炭層の成長抑制効果、した
がって、耐メタルダスティング性に及ぼす各元素の含有
量の影響を明確にすることができた。
【００４６】次に、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏなど金属材料
中で安定な炭化物を作る元素も、浸炭層の成長を抑制す
る作用を有するので、それぞれの含有量の影響について
検討した。その結果、上記金属材料中で安定な炭化物を
作る元素が浸炭層の成長を抑制する効果はほぼ原子濃度
に比例しており、含有量をＭｏ及びＷは原子濃度の１／
２、他の元素は原子濃度として、それらの合計の濃度を
指数とすれば、その指数により上記効果を定量的に示し
得ることがわかった。このことは、前述のようにこれら
の元素が、表面から侵入してきた炭素と結合して安定な
炭化物を形成することにより、浸炭層の成長を抑制する
ことを示している。
【００４７】このように、表面に形成される酸化皮膜を
強固にする元素を含有させることによるＣの金属材料中
への侵入抑制と、上述の相互作用助係数Ωが正である元
素を含有させること及びこれに加えて更に炭化物形成元
素を同時に適量含有させることによる浸炭性雰囲気にお
ける浸炭層の成長抑制とによって、高Ｃｒ−高Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金の耐メタルダスティング性を大きく改善できるこ
とがわかった。
【００４８】しかし、上記の各種元素の添加は、その含
有量によっては熱間加工性や高温腐食性に影響を及ぼす
ことがある。そのような悪影響に対しては、次の元素を
含有させることが有効である。
【００４９】すなわち、Ｂ、Ｃａ及びＭｇを少量含有さ
せると、対象とする金属材料の熱間加工時の割れが抑制
されて熱間加工性が向上する。これらの元素は、鋼の粒
界の強化や微量介在物の形態の変化によって、熱間加工
性の向上効果をもたらすものと思われる。
【００５０】Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄやＹなどの希土類元素を
少量含有させると、高温における耐食性や耐酸化性が向
上する。これは、上記元素がＣｒ、Ａｌ及びＳｉの酸化
皮膜の均一生成を促進し、しかも酸化皮膜と金属材料界
面との密着性を高めることによるものと考えられる。
【００５１】なお、表面に形成する酸化皮膜の保護性を
高める作用と、相互作用助係数Ωが正であることによる
浸炭層の成長を抑制する作用との２つの作用によって、
耐メタルダスティング性を大きく高めるＳｉ及びＡｌを
多量に含有させる場合には、熱間加工性と溶接性の低下
が著しくなる。しかし、本発明者らの検討の結果、Ｓｉ
及びＡｌを多量に含むことによる熱間加工性と溶接性の
低下は、金属材料中のＰ、Ｓ及びＮの含有量を同時に低
減すれば改善できることが明らかになった。
【００５２】すわなち、熱間加工性及び溶接性に劣る金
属材料の場合には粒界の結合が弱くなっており、又、粒
内が強化されていると粒内強度と粒界強度の相対的な差
が大きくなるので、熱間加工時や溶接時に粒界を起点と
した割れが多発する。このため、粒界に偏析して結合力
を弱めるＰやＳを制限し、同時に粒内に窒化物を析出す
るＮも制限することが熱間加工時や溶接時の粒界割れを
抑制するのに有効である。
【００５３】上記のＰ、Ｓ及びＮは相互作用助係数Ωを
高める元素であり、耐メタルダスティング性を向上させ
る。しかし、耐メタルダスティング性は、Ｐ、Ｓ及びＮ
を含有させるよりも、Ｓｉ及びＡｌを多量に含有させる
ことによって大きく高めることができる。したがって、
高い耐メタルダスティング性が要求される場合には、Ｓ
ｉ及びＡｌを多量に含有させ、これによる熱間加工性や
溶接性の低下を、Ｐ、Ｓ及びＮの含有量を制限すること
で抑制するのがよい。
【００５４】（１）〜（１６）の発明は、上記の知見に
基づいて完成されたものである。
【００５５】
【発明の実施の形態】本発明において、金属材料の組成
を限定する理由は次のとおりである。なお、以下の説明
において、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を
意味する。
【００５６】Ｃｒ：Ｃｒは、高温での使用を目的とする
本発明に係る金属材料の基本成分である。Ｃｒは、高温
の使用環境において、金属材料中に侵入したＣと結合し
て浸炭層の成長を遅延する作用を有し、これによって良
好な耐メタルダスティング性が確保される。この効果を
得るためには、少なくとも１０％の含有量とする必要が
ある。しかし、その含有量が３５％を超えると、靱性の
低下、熱間加工性の劣化が生じて製造が困難になる。し
たがって、Ｃｒの含有量を１０〜３５％とした。なお、
Ｃｒの含有量が１５％以上であれば、耐メタルダスティ
ング性が一層良好になる。Ｃｒの更に好ましい含有量は
１８〜３３％であり、２５．２〜３３％であれば極めて
好ましい。
【００５７】Ｎｉ：Ｎｉは、本発明に係る金属材料の基
本成分であり、高温強度と組織安定性を維持し、Ｃｒと
共存することによって耐食性を高める作用を有する。Ｎ
ｉには、メタルダスティングの発生を抑制する効果もあ
る。これらの効果はＮｉの含有量が３０％以上で発揮さ
れ、７８％までは含有量が多いほど効果が顕著になる。
したがって、Ｎｉの含有量を３０〜７８％とした。な
お、Ｎｉの含有量が４８〜７８％であれば更に好まし
く、５０〜７８％であれば一層好ましい。Ｎｉの含有量
が５６〜７８％であれば極めて好ましい。
【００５８】Ｃ：Ｃは、添加しなくてもよい。添加すれ
ば、金属材料の強度を高める作用を有する。この効果を
確実に得るには、Ｃは０．０１％以上の含有量とするこ
とが好ましい。しかし、その含有量が０．２％を超える
と金属材料の熱間加工性や溶接性の低下をきたす。した
がって、Ｃの含有量を０．２％以下とした。なお、Ｃを
添加する場合、その含有量は０．０１〜０．１８％とす
ることが好ましく、０．０２〜０．１５％であれば一層
好ましい。
【００５９】Ｓｉ：Ｓｉは、金属材料の溶製時に脱酸作
用を有する。Ｓｉは、金属材料表面のＣｒ酸化皮膜の下
層にＳｉ酸化皮膜を形成して金属中へのＣの侵入を抑制
するとともに金属材料中のＣの活量を高めて、耐メタル
ダスティング性を大幅に向上させる作用も有する。これ
らの効果を得るためには、Ｓｉの含有量は０．０１％以
上とする必要がある。しかし、Ｓｉの多量の添加は熱間
加工性や溶接性の低下をきたす。特にその含有量が４％
を超えると、熱間加工性や溶接性の低下が著しくなる。
したがって、Ｓｉ含有量の下限を０．０１％、上限を４
％とした。Ｓｉ含有量の下限と上限はそれぞれ０．０５
％と３．５％であれば更に好ましく、０．１％と３．２
％であれば一層好ましい。
【００６０】なお、後述するＮの含有量が０．０５５％
を超える場合や、不純物としてのＰ及びＳの含有量をそ
れぞれ０．０４％まで及び０．０１５％まで許容する場
合には、特に、溶接性や熱間加工性の観点からＳｉ含有
量の上限を２％とし、併せてＡｌ含有量の上限も２％と
するのがよい。
【００６１】後述するＮの含有量の上限を０．０５５％
とし、更に、Ｐ及びＳの含有量の上限をそれぞれ０．０
３％及び０．０１％とする場合には、良好な熱間加工性
と溶接性が確保できるので、この場合には、耐メタルダ
スティング性を大きく高めるためにＳｉの含有量を１．
１％以上としてもよい。なお、この場合に、より良好な
熱間加工性と溶接性を得るためには、Ａｌの含有量の上
限を０．５％とすることが一層好ましい。
【００６２】Ｍｎ：Ｍｎは、不純物として含まれるＳに
よる熱間加工脆性の抑制に必要な元素であり、このよう
な効果を得るために、少なくとも０．０５％以上含有さ
せる。しかし、Ｍｎは金属材料中のＣの活量を低下させ
ること及び金属材料表面におけるＣｒやＡｌの酸化皮膜
の形成を阻害することによって、雰囲気からのＣの侵入
を促進してメタルダスティングを発生させやすくする元
素であるため、その含有量は多くても２％までとする必
要がある。なお、Ｍｎの含有量は０．０５〜１．０％と
することがより好ましく、０．１〜０．８％であれば更
に好ましい。
【００６３】Ｐ：Ｐは金属材料を溶製する際に原料など
から混入してくる不純物元素であり、耐食性の低下を招
き、熱間加工性、溶接性を劣化させるので、可能な限り
低減することが望ましい。本発明において許容できる含
有量は０．０４％までである。Ｐの含有量は０．０３％
以下とすることがより好ましく、０．０２５％以下であ
れば更に好ましい。Ｐの含有量が０．０２％以下であれ
ば極めて好ましい。
【００６４】Ｓ：Ｓも金属材料を溶製する際に原料など
から混入してくる不純物元素であり、耐食性の低下を招
き、熱間加工性、溶接性を劣化させるので、可能な限り
低減することが望ましい。本発明において許容できる含
有量は０．０１５％までである。Ｓの含有量は０．０１
％以下とすることがより好ましく、０．００７％以下で
あれば更に好ましい。Ｓの含有量が０．００２％以下で
あれば極めて好ましい。
【００６５】Ａｌ：Ａｌは、金属材料の溶製時に脱酸作
用を有する。Ａｌには、金属材料表面のＣｒ酸化皮膜の
下層にＡｌ酸化皮膜を形成すること、又は金属材料の最
表面でＡｌ酸化皮膜を形成することによって、Ｃの金属
材料中への侵入を抑制するとともに金属材料中のＣの活
量を高めて、耐メタルダスティング性を大幅に向上させ
る作用もある。これらの効果を得るためには、Ａｌの含
有量は０．００５％以上とする必要がある。しかし、Ａ
ｌの多量の添加は熱間加工性や溶接性の低下をきたす。
特にその含有量が４．５％以上になると、熱間加工性や
溶接性の低下が著しくなる。したがって、Ａｌ含有量の
下限を０．００５％、上限を４．５％未満とした。Ａｌ
含有量の上限は４％未満であれば更に好ましい。Ａｌ含
有量の下限が０．０１％、上限が３．７％未満であれば
一層好ましい。
【００６６】なお、後述するＮの含有量が０．０５５％
を超える場合や、不純物としてのＰ及びＳの含有量をそ
れぞれ０．０４％まで及び０．０１５％まで許容する場
合には、特に、溶接性や熱間加工性の観点からＡｌ含有
量の上限を２％とし、併せてＳｉ含有量の上限も２％と
するのがよい。
【００６７】後述するＮの含有量の上限を０．０５５％
とし、更に、Ｐ及びＳの含有量の上限をそれぞれ０．０
３％及び０．０１％とする場合には、良好な熱間加工性
と溶接性が確保できるので、この場合には、耐メタルダ
スティング性を大きく高めるためにＡｌの含有量を２．
６％以上としてもよい。なお、この場合に、より良好な
熱間加工性と溶接性を得るためには、Ｓｉの含有量の上
限を０．５％とすることが一層好ましい。
【００６８】Ｎ：Ｎは、金属材料中のＣの活量を高め
て、耐メタルダスティング性を向上させる作用を有す
る。しかし、その含有量が０．００１％未満では前記効
果が十分には得られない。一方、Ｎの含有量が０．２％
を超えると、ＣｒやＡｌの窒化物が多く形成されて、熱
間加工性及び溶接性が著しく低下する。したがって、Ｎ
含有量の下限を０．００１％、上限を０．２％とした。
【００６９】前述のＳｉ及びＡｌの含有量の上限をいず
れも２％にする場合には、Ｎの含有量の下限は０．００
５％とするのがよい。この場合のＮ含有量の上限は０．
１５％とすることがより好ましい。
【００７０】一方、耐メタルダスティング性を大きく高
めるために、前述のＳｉ及びＡｌについて、これらの含
有量をいずれも２％超としたうえで、Ｓｉについては４
％までの含有量、Ａｌについては４．５％未満の含有量
とする場合には、溶接性や熱間加工性の観点からＮ含有
量の上限は０．０５５％とするのがよい。この場合のＮ
含有量の上限は、０．０３５％とすることが一層好まし
く、０．０２５％とすれば極めて好ましい。
【００７１】Ｃｕ及びＣｏ：Ｃｕ及びＣｏは本発明にお
いて重要な元素である。これらの元素はいずれも金属材
料中のＣの活量を高め、その結果浸炭層の成長を抑制し
て耐メタルダスティング性を向上させる。前記の効果
は、Ｃｕ及びＣｏをいずれも０．０１５％以上含有する
ことで得られる。しかし、Ｃｕ及びＣｏの多量の添加は
靱性や熱間加工性の低下を招き、特に、これらの元素の
含有量が３％を超えると靱性や熱間加工性の低下が著し
くなる。したがって、Ｃｕ及びＣｏの含有量をいずれも
０．０１５〜３％とした。Ｃｕ及びＣｏのいずれについ
ても、好ましい含有量は０．０２〜１．８％であり、更
に好ましいのは０．０５〜１．８％である。なお、Ｃｕ
及びＣｏは、いずれか１種の含有でもよいし両方含有し
ていてもよい。
【００７２】ｆｎ１：既に述べたように、本発明者らは
金属材料中のＣの活量を高めるＳｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｃｕ及びＮの各元素について、その含有量と浸炭層
の成長抑制効果との関係を試験溶製材を用いて調査し
た。
【００７３】その結果、浸炭層の成長抑制効果、したが
って、耐メタルダスティング性に及ぼす各元素の含有量
の影響が前記式で表されるｆｎ１の値で整理できるこ
とが明らかになった。ｆｎ１の値が大きいほど、耐メタ
ルダスティング性、つまり、メタルダスティング発生の
抑制効果も大きくなり、ｆｎ１の値が５０以上の場合
に、特に、良好な耐メタルダスティング性が確保でき
る。したがって、前記式で表されるｆｎ１の値を５０
以上と規定した。より顕著な効果を得るためにはｆｎ１
の値を６０以上とするのがよい。なお、ｆｎ１の値は、
７０以上とすることが更に好ましく、８０以上であれば
一層好ましい。
【００７４】なお、Ｓｉの含有量が１．１〜４％で且つ
ｆｎ１の値が９５以上の場合、又は、Ａｌの含有量が
２．６％以上４．５％未満で且つｆｎ１の値が７０以上
の場合には、極めて良好な耐メタルダスティング性が得
られる。Ｓｉの含有量が１．１〜４％で且つｆｎ１の値
が１１０以上の場合、又は、Ａｌの含有量が２．６％以
上４．５％未満で且つｆｎ１の値が９０以上の場合に
は、一層良好な耐メタルダスティング性が得られる。
【００７５】（１）及び（７）の発明に係る金属材料が
含有するＦｅ以外の成分元素は、上記のＣｒからＮまで
の元素、並びに、Ｃｕ及びＣｏのいずれか１種以上の元
素だけであってもよい。しかし、上記の成分に加え、必
要に応じて、前記（ａ）〜（ｄ）のグループの元素の１
種以上を選択的に含有させることができる。すなわち、
前記（ａ）〜（ｄ）のグループの元素の１種以上を任意
添加元素として添加し、含有させてもよい。
【００７６】以下、上記の任意添加元素に関して説明す
る。
【００７７】Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ及
びＨｆ：（ａ）グループ又は（ｄ）グループ これらの元素はいずれも炭化物形成元素であり、添加す
れば、浸炭層の成長を抑制して耐メタルダスティング性
を高める作用を有する。又、上記の各元素には高温強度
を高める作用もある。
【００７８】前記の効果を確実に得るには、Ｍｏ、Ｔａ
及びＷはいずれも０．０５％以上の含有量とすることが
好ましく、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆはいずれも
０．０１％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、Ｍｏを１０％を超えて、Ｔａ及びＷを５％を超え
て、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂを３％を超えて、Ｖ及びＨｆを
１％を超えてそれぞれ含有させると、熱間加工性、靱性
及び溶接性の大きな低下を招く。
【００７９】したがって、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、
Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆを添加する場合の含有量は、それぞ
れ、０．０５〜１０％、０．０５〜５％、０．０５〜５
％、０．０１〜３％、０．０１〜１％、０．０１〜３
％、０．０１〜３％及び０．０１〜１％とするのがよ
い。添加する場合の好ましい含有量の範囲は、Ｍｏが１
〜１０％、Ｔａ及びＷがいずれも０．５〜５％、Ｔｉ、
Ｚｒ及びＮｂがいずれも０．０１〜１．４％、Ｖ及びＨ
ｆがいずれも０．０１〜０．６％である。添加する場合
の更に好ましい含有量の範囲は、Ｍｏが１．５〜９％、
Ｔａ及びＷがいずれも１〜３％、Ｔｉが０．０１〜０．
４％、Ｚｒ及びＮｂがいずれも０．０２〜０．８％、Ｖ
が０．０１〜０．３％、及びＨｆが０．０２〜０．６％
である。
【００８０】なお、Ｎの含有量の上限を０．２％にする
場合には、Ｍｏの含有量の上限は５％とするのがよい。
上記のＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆ
はいずれか１種のみ、又は２種以上の複合で添加するこ
とができる。
【００８１】（１）及び（７）の発明に係る金属材料
に、上記のＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ及び
Ｈｆのいずれか１種のみ、又は２種以上を複合して含有
させることによって、（２）及び（８）の発明に係る金
属材料が得られる。
【００８２】なお、（２）の発明に係る金属材料は、Ｍ
ｏの含有量の上限を５％、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂの含有量
の上限をそれぞれ３％とするものである。（８）の発明
に係る金属材料は、Ｍｏの含有量の上限を１０％、Ｔ
ｉ、Ｚｒ及びＮｂの含有量の上限をそれぞれ１．４％と
するものである。
【００８３】ｆｎ２：既に述べたように、本発明者ら
は、金属材料中で安定な炭化物を作る元素の含有量と浸
炭層の成長を抑制する効果との関係について検討した。
【００８４】その結果、金属材料中で安定な炭化物を作
るＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆが浸
炭層の成長を抑制する効果はほぼ原子濃度に比例してお
り、含有量をＭｏ及びＷは原子濃度の１／２、他の元素
は原子濃度として、それらの合計の濃度を指数とすれば
その指数によって、すなわち、前記式で表されるｆｎ
２の値によって、浸炭層の成長抑制効果、したがって、
耐メタルダスティング性が整理できることが明らかにな
った。
【００８５】ｆｎ２の値が大きいほど、耐メタルダステ
ィング性、つまり、メタルダスティング発生の抑制効果
も大きくなり、ｆｎ２の値が０．００３以上の場合に、
特に、良好な耐メタルダスティング性が確保できる。し
たがって、前記式で表されるｆｎ２の値を０．００３
以上とするのがよい。なお、ｆｎ２の値は０．００５以
上とするのが更に好ましく、０．００７以上であれば一
層好ましい。
【００８６】（２）及び（８）の発明に係る金属材料に
おいて、上記ｆｎ２の値が０．００３以上となるように
Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆのいず
れか１種のみ、又は２種以上を複合して含有させること
によって、（３）及び（９）の発明に係る金属材料が得
られる。
【００８７】Ｂ、Ｃａ及びＭｇ：（ｂ）グループ これらの元素は、添加すれば、いずれも熱間加工性を高
める作用を有する。この効果を確実に得るには、いずれ
も０．０００５％以上の含有量とすることが好ましい。
しかし、Ｂの含有量が０．０２％を超えると、金属材料
が脆化するとともに融点が低下して熱間加工性と溶接性
の低下を招く。又、Ｃａ及びＭｇは、いずれも０．０２
％を超える含有量では、酸化物系介在物となって製品表
面品質の劣化や耐食性の低下を招く。したがって、Ｂ、
Ｃａ及びＭｇを添加する場合の含有量は、いずれも０．
０００５〜０．０２％とするのがよい。いずれの元素も
含有量の好ましい範囲は０．０００５〜０．０１５％、
より好ましい範囲は０．０００５〜０．０１２％であ
る。なお、これらの元素はいずれか１種のみ又は２種以
上の複合で添加することができる。
【００８８】（１）〜（３）及び（７）〜（９）の発明
に係る金属材料に、上記のＢ、Ｃａ及びＭｇのいずれか
１種のみ、又は２種以上を複合して含有させることによ
って、（４）及び（１０）の発明に係る金属材料が得ら
れる。
【００８９】Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ及びＹ：（ｃ）グループ これらの元素は、添加すれば、いずれも使用環境におい
て金属材料表面に生成するＣｒやＡｌを含む酸化皮膜の
均一性を良好にして密着性を向上させ、耐食性を高める
作用を有する。この効果を確実に得るには、いずれも
０．００５％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、いずれの元素もその含有量が０．３％を超えると、
粗大な酸化物を形成して靱性や熱間加工性の低下を招
き、又、表面疵の発生を多くする。したがって、Ｌａ、
Ｃｅ、Ｎｄ及びＹを添加する場合の含有量は、いずれも
０．００５〜０．３％とするのがよい。いずれの元素も
含有量の好ましい範囲は０．００５〜０．１％、より好
ましい範囲は０．００５〜０．０７％である。なお、こ
れらの元素はいずれか１種のみ又は２種以上の複合で添
加することができる。
【００９０】（１）〜（４）及び（７）〜（１０）の発
明に係る金属材料に、上記のＬａ、Ｃｅ、Ｎｄ及びＹの
いずれか１種のみ、又は２種以上を複合して含有させる
ことによって、（５）及び（１１）の発明に係る金属材
料が得られる。
【００９１】Ｆｅ：Ｆｅは本発明に係る金属材料にとっ
て、実質的な残部元素である。しかし、Ｆｅは金属材料
の表面に生成するＣｒ、Ａｌ及びＳｉの酸化皮膜の緻密
度を低下させてしまう。上記の金属材料の表面に生成す
る酸化皮膜は緻密、且つ金属材料との密着性に優れる方
が、Ｃの金属材料中への侵入を遮断する効果が大きく、
この場合に良好な耐メタルダスティング性が得られる。
したがって、上記酸化皮膜の緻密度を低下させるＦｅの
含有量は低減するほうがよいが、Ｆｅ含有量の過度の低
減はコスト高を招くため、０％にする必要はない。この
場合、Ｆｅの含有量が１０％以下であれば、上記酸化皮
膜によるＣの金属材料中への侵入遮断効果に対する悪影
響は小さいので、Ｆｅの含有量は１０％以下にまで低減
しておくのがよい。Ｆｅの含有量のより好ましい上限は
９％、一層好ましい上限は８％である。
【００９２】（１）〜（５）及び（７）〜（１１）の発
明に係る金属材料に実質的な残部元素として含まれるＦ
ｅの含有量を制限することによって、（１２）の発明に
係る金属材料が得られる。
【００９３】なお、（７）〜（１１）の発明に係る金属
材料において、Ｓｉの含有量を１．１〜４％、且つｆｎ
１の値を９５以上とすることで、一層良好な耐メタルダ
スティング性が得られる。更に、上記のＳｉ含有量とｆ
ｎ１の値の規定に加えて、Ａｌの含有量を０．００５〜
０．５％とすれば、より一層良好な熱間加工性と溶接性
も得ることができる。又、（７）〜（１１）の発明に係
る金属材料において、Ａｌの含有量を２．６％以上４．
５％未満、且つｆｎ１の値を７０以上とすることで、一
層良好な耐メタルダスティング性が得られる。更に、上
記のＡｌ含有量とｆｎ１の値の規定に加えて、Ｓｉの含
有量を０．０１〜０．５％とすれば、より一層良好な熱
間加工性と溶接性も得ることができる。上記の各場合に
おいて、更に、Ｆｅの含有量を１０％以下にまで低減す
れば極めて良好な耐メタルダスティング性が得られる。
【００９４】（１）〜（５）及び（７）〜（１２）の発
明に係る金属材料は、特に、炭化水素、ＣＯ及びＨ２
の含有量の総和が２５ｖｏｌ％以上、炭化水素とＣＯと
の合計が１ｖｏｌ％以上、且つ１０００℃以下の雰囲気
中における耐メタルダスティング性に優れている。この
ため、上記の金属材料を石油化学プラントの熱交換型改
質装置や廃熱回収装置における反応管や周辺機器等の部
材に適用すれば、装置の耐久性及び安全性を大幅に向上
させることができる。つまり、（１）〜（５）及び
（７）〜（１２）の発明に係る金属材料は上記環境に曝
される部材用途として適している（（６）及び（１３）
の発明）。
【００９５】本発明に係る金属材料は、鋼やその他の金
属材料に適用される一般的な製造工程によって、すなわ
ち、溶解、鋳造、熱間加工、冷間加工、溶接等の手段に
よって、継目無管、溶接管、板及び棒等の所要の形状に
成形すればよく、粉末冶金や遠心鋳造等の手法によって
所要の形状に成形してもよい。（１５）の発明は、成形
後の形状が「管」に関するものである。
【００９６】なお、成形した後に、例えば１０５０〜１
２５０℃に加熱する均一化処理（固溶化熱処理）を施し
てもよい。更に、成形した後、又は均一化処理を施した
後で、金属材料表面に対し、酸洗、ショットブラスト、
グラインダ研磨及び電解研磨等の表面加工処理を施して
もよい。
【００９７】本発明に係る金属材料は、メタルダスティ
ングが発生する雰囲気で優れた耐性を発揮することか
ら、これを単独で使用するだけではなく、２層以上の複
層金属材料として用いてもよい。
【００９８】複層金属材料として用いる場合、メタルダ
スティングが発生する雰囲気に本発明に係る金属材料が
面しておりさえすればよいので、少なくとも最外層の一
方を本発明に係る金属材料で構成しておけばよい（（１
４）の発明）。この場合、支持部材（強度部材）は炭素
鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金及びＣｏ基合金等のいず
れか１種以上の組合せで構成すればよい。
【００９９】本発明に係る複層金属材料を製造する方法
は特に限定するものではない。例えば、通常の圧接又は
溶接によって接合した後に、熱間加工や冷間加工を施し
て、所要の形状に成形すればよい。（１６）の発明は、
成形後の形状が「管」に関するものである。
【０１００】なお、メタルダスティングが発生する雰囲
気に面する複層金属材料の層を肉盛溶接や化学蒸着（Ｃ
ＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）やメッキ等の表面処理によ
って作製してもよい。上記表面処理層が、本発明に係る
金属材料の成分範囲内にあれば、耐メタルダスティング
性を高めることができる。
【０１０１】
【実施例】次に実施例によって本発明をより具体的に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
【０１０２】（実施例１）表１及び表２に示す化学組成
の金属材料を高周波加熱真空炉を用いて溶製し、通常の
方法で、鍛造、熱間圧延及び冷間圧延して厚さが６ｍｍ
の板材とした後、１１５０℃で固溶化熱処理を施し、厚
さ４ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍの試験片を作製し
た。
【０１０３】
【表１】
【表２】 このようにして得た各金属材料の試験片を用いて、体積
比で５８％Ｈ２ −４０％ＣＯ−２％Ｈ２Ｏ の雰囲気中
で、６００℃にて４週間保持する試験を行った。
【０１０４】次いで、試験片の表面堆積物を除去して秤
量し、試験前の質量との差から腐食減量を求めた。更
に、試験片の断面組織を光学顕微鏡で観察し、浸炭層の
深さを測定した。
【０１０５】腐食減量速度及び浸炭層の成長速度から耐
メタルダスティング性を評価した。調査結果を表３に示
す。
【０１０６】
【表３】 表３から、化学組成が本発明で規定する条件を満たす試
験番号１〜２０の金属材料は、腐食減量速度が小さく、
浸炭層の成長速度も低く、耐メタルダスティング性に優
れていることが明らかである。これに対し、化学組成が
本発明で規定する条件から外れた試験番号２１〜２８の
金属材料は、耐メタルダスティング性に劣っている。
【０１０７】（実施例２）表４〜１１に示す化学組成の
金属材料を高周波加熱真空炉を用いて溶製した。
【０１０８】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】 上記の各金属材料のインゴットの表層部から２０ｍｍ内
部に入った部位より、平行部の直径が１０ｍｍで長さが
１１０ｍｍの試験片を切り出し、グリーブル試験機を用
いてＡｒ雰囲気にて１１５０℃に加熱した後１００℃／
分の速度で９００℃まで冷却し、９００℃で５秒−１の
歪速度で高温引張り試験を行い、熱間加工性を調査し
た。なお、試験片の加熱範囲は３６ｍｍとし、高温引張
り試験後はＨｅガスによって直ちに急冷した。
【０１０９】熱間加工性は上記の高温引張り試験におけ
る絞り（％）で評価した。なお、この値が５０％以上で
あれば、製品の製造に支障のない熱間加工性を有するこ
とが経験的に判明している。
【０１１０】又、各金属材料のインゴットを通常の方法
で、鍛造、熱間圧延及び冷間圧延して厚さが６ｍｍの板
材とした後、１１５０℃で固溶化熱処理を施し、厚さ４
ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍの試験片を作製した。
【０１１１】このようにして得た各金属材料の試験片を
用いて、体積比で２６％Ｈ２ −６０％ＣＯ−１１．５
％ＣＯ２−２．５％Ｈ２Ｏ の雰囲気中で、６５０℃に
て５００時間保持する試験を行った。
【０１１２】次いで、試験片の表面堆積物を除去し、超
音波洗浄を施した後、深度測定器によって最大の減肉深
さを測定し、耐メタルダスティング性を評価した。調査
結果を表１２及び表１３に示す。
【０１１３】
【表１２】
【表１３】 表１２及び表１３から、化学組成が本発明で規定する条
件を満たす試験番号２９〜８６の金属材料は、最大減肉
深さが極めて小さく耐メタルダスティング性に優れてい
るし、９００℃での絞りも大きく熱間加工性にも優れて
いることが明らかである。これに対し、化学組成が本発
明で規定する条件から外れた金属材料のうち、試験番号
８７〜８９の金属材料は耐メタルダスティング性に劣っ
ているし、試験番号９０〜１００の金属材料は、熱間加
工性が低い。
【０１１４】
【発明の効果】本発明の金属材料は、耐メタルダスティ
ング性に優れているので、石油精製や石油化学プラント
などにおける加熱炉管、配管、或いは熱交換器管などに
利用することができ、装置の耐久性や安全性を大幅に向
上させることができる。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓｉ：０．
    ０１〜２％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．０４％以
    下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１０〜３５％、Ｎ
    ｉ：３０〜７８％、Ａｌ：０．００５〜２％、Ｎ：０．
    ００５〜０．２％で、Ｃｕ：０．０１５〜３％及びＣ
    ｏ：０．０１５〜３％のいずれか１種又は２種を含有
    し、残部は実質的にＦｅからなり、下記式で表される
    ｆｎ１の値が５０以上であることを特徴とする耐メタル
    ダスティング性を有する金属材料。 ｆｎ１＝４０Ｓｉ＋Ｎｉ＋５Ａｌ＋４０Ｎ＋１０（Ｃｕ＋Ｃｏ）・・・・ ここで、式中の元素記号は、その元素の質量％での含
    有量を表す。
  2. 【請求項２】質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓｉ：０．
    ０１〜２％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．０４％以
    下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１０〜３５％、Ｎ
    ｉ：３０〜７８％、Ａｌ：０．００５〜２％、Ｎ：０．
    ００５〜０．２％で、Ｃｕ：０．０１５〜３％及びＣ
    ｏ：０．０１５〜３％のいずれか１種又は２種を含有
    し、更に以下に示す（ａ）のグループの成分のうちの少
    なくとも１種以上を含み、残部は実質的にＦｅからな
    り、下記式で表されるｆｎ１の値が５０以上であるこ
    とを特徴とする耐メタルダスティング性を有する金属材
    料。 （ａ）Ｍｏ：０．０５〜５％、Ｔａ：０．０５〜５％、
    Ｗ：０．０５〜５％、Ｔｉ：０．０１〜３％、Ｖ：０．
    ０１〜１％、Ｚｒ：０．０１〜３％、Ｎｂ：０．０１〜
    ３％及びＨｆ：０．０１〜１％ ｆｎ１＝４０Ｓｉ＋Ｎｉ＋５Ａｌ＋４０Ｎ＋１０（Ｃｕ＋Ｃｏ）・・・・ ここで、式中の元素記号は、その元素の質量％での含
    有量を表す。
  3. 【請求項３】質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓｉ：０．
    ０１〜２％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．０４％以
    下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１０〜３５％、Ｎ
    ｉ：３０〜７８％、Ａｌ：０．００５〜２％、Ｎ：０．
    ００５〜０．２％で、Ｃｕ：０．０１５〜３％及びＣ
    ｏ：０．０１５〜３％のいずれか１種又は２種を含有
    し、更に以下に示す（ａ）のグループの成分のうちの少
    なくとも１種以上を含み、残部は実質的にＦｅからな
    り、下記式で表されるｆｎ１の値が５０以上、且つ下
    記式で表されるｆｎ２の値が０．００３以上であるこ
    とを特徴とする耐メタルダスティング性を有する金属材
    料。 （ａ）Ｍｏ：０．０５〜５％、Ｔａ：０．０５〜５％、
    Ｗ：０．０５〜５％、Ｔｉ：０．０１〜３％、Ｖ：０．
    ０１〜１％、Ｚｒ：０．０１〜３％、Ｎｂ：０．０１〜
    ３％及びＨｆ：０．０１〜１％ ｆｎ１＝４０Ｓｉ＋Ｎｉ＋５Ａｌ＋４０Ｎ＋１０（Ｃｕ＋Ｃｏ）・・・・、 ｆｎ２＝（Ｍｏ／１９２）＋（Ｔａ／１８１）＋（Ｗ／３６８）＋（Ｔｉ／４ ８）＋（Ｖ／５１）＋（Ｚｒ／９２）＋（Ｎｂ／９３）＋（Ｈｆ／１７９）・・ ・・ ここで、各式中の元素記号は、その元素の質量％での含
    有量を表す。
  4. 【請求項４】Ｆｅの一部に代えて、以下に示す（ｂ）の
    グループの成分のうちの少なくとも１種以上を含有する
    ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載
    の耐メタルダスティング性を有する金属材料。 （ｂ）Ｂ：０．０００５〜０．０２％、Ｃａ：０．００
    ０５〜０．０２％及びＭｇ：０．０００５〜０．０２％
  5. 【請求項５】Ｆｅの一部に代えて、以下に示す（ｃ）の
    グループの成分のうちの少なくとも１種以上を含有する
    ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載
    の耐メタルダスティング性を有する金属材料。 （ｃ）Ｌａ：０．００５〜０．３％、Ｃｅ：０．００５
    〜０．３％、Ｎｄ：０．００５〜０．３％及びＹ：０．
    ００５〜０．３％
  6. 【請求項６】炭化水素、ＣＯ及びＨ２ の含有量の総和
    が２５ｖｏｌ％以上、炭化水素とＣＯとの合計が１ｖｏ
    ｌ％以上、且つ１０００℃以下の雰囲気で使用する部材
    用であることを特徴とする請求項１から５までのいずれ
    かに記載の耐メタルダスティング性を有する金属材料。
  7. 【請求項７】質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓｉ：０．
    ０１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．０３％以
    下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１５〜３５％、Ｎｉ：
    ４８〜７８％、Ａｌ：０．００５％以上４．５％未満、
    Ｎ：０．００１〜０．０５５％で、Ｃｕ：０．０１５〜
    ３％及びＣｏ：０．０１５〜３％のいずれか１種又は２
    種を含有し、残部は実質的にＦｅからなり、下記式で
    表されるｆｎ１の値が６０以上であることを特徴とする
    耐メタルダスティング性を有する金属材料。 ｆｎ１＝４０Ｓｉ＋Ｎｉ＋５Ａｌ＋４０Ｎ＋１０（Ｃｕ＋Ｃｏ）・・・・ ここで、式中の元素記号は、その元素の質量％での含
    有量を表す。
  8. 【請求項８】質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓｉ：０．
    ０１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．０３％以
    下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１５〜３５％、Ｎｉ：
    ４８〜７８％、Ａｌ：０．００５％以上４．５％未満、
    Ｎ：０．００１〜０．０５５％で、Ｃｕ：０．０１５〜
    ３％及びＣｏ：０．０１５〜３％のいずれか１種又は２
    種を含有し、更に以下に示す（ｄ）のグループの成分の
    うちの少なくとも１種以上を含み、残部は実質的にＦｅ
    からなり、下記式で表されるｆｎ１の値が６０以上で
    あることを特徴とする耐メタルダスティング性を有する
    金属材料。 （ｄ）Ｍｏ：０．０５〜１０％、Ｔａ：０．０５〜５
    ％、Ｗ：０．０５〜５％、Ｔｉ：０．０１〜１．４％、
    Ｖ：０．０１〜１％、Ｚｒ：０．０１〜１．４％、Ｎ
    ｂ：０．０１〜１．４％及びＨｆ：０．０１〜１％ ｆｎ１＝４０Ｓｉ＋Ｎｉ＋５Ａｌ＋４０Ｎ＋１０（Ｃｕ＋Ｃｏ）・・・・ ここで、式中の元素記号は、その元素の質量％での含
    有量を表す。
  9. 【請求項９】質量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓｉ：０．
    ０１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｐ：０．０３％以
    下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１５〜３５％、Ｎｉ：
    ４８〜７８％、Ａｌ：０．００５％以上４．５％未満、
    Ｎ：０．００１〜０．０５５％で、Ｃｕ：０．０１５〜
    ３％及びＣｏ：０．０１５〜３％のいずれか１種又は２
    種を含有量し、更に以下に示す（ｄ）のグループの成分
    のうちの少なくとも１種以上を含み、残部は実質的にＦ
    ｅからなり、下記式で表されるｆｎ１の値が６０以
    上、且つ下記式で表されるｆｎ２の値が０．００３以
    上であることを特徴とする耐メタルダスティング性を有
    する金属材料。 （ｄ）Ｍｏ：０．０５〜１０％、Ｔａ：０．０５〜５
    ％、Ｗ：０．０５〜５％、Ｔｉ：０．０１〜１．４％、
    Ｖ：０．０１〜１％、Ｚｒ：０．０１〜１．４％、Ｎ
    ｂ：０．０１〜１．４％及びＨｆ：０．０１〜１％ ｆｎ１＝４０Ｓｉ＋Ｎｉ＋５Ａｌ＋４０Ｎ＋１０（Ｃｕ＋Ｃｏ）・・・・、 ｆｎ２＝（Ｍｏ／１９２）＋（Ｔａ／１８１）＋（Ｗ／３６８）＋（Ｔｉ／４ ８）＋（Ｖ／５１）＋（Ｚｒ／９２）＋（Ｎｂ／９３）＋（Ｈｆ／１７９）・・ ・・ ここで、各式中の元素記号は、その元素の質量％での含
    有量を表す。
  10. 【請求項１０】Ｆｅの一部に代えて、以下に示す（ｂ）
    のグループの成分のうちの少なくとも１種以上を含有す
    ることを特徴とする請求項７から９までのいずれかに記
    載の耐メタルダスティング性を有する金属材料。 （ｂ）Ｂ：０．０００５〜０．０２％、Ｃａ：０．００
    ０５〜０．０２％及びＭｇ：０．０００５〜０．０２％
  11. 【請求項１１】Ｆｅの一部に代えて、以下に示す（ｃ）
    のグループの成分のうちの少なくとも１種以上を含有す
    ることを特徴とする請求項７から１０までのいずれかに
    記載の耐メタルダスティング性を有する金属材料。 （ｃ）Ｌａ：０．００５〜０．３％、Ｃｅ：０．００５
    〜０．３％、Ｎｄ：０．００５〜０．３％及びＹ：０．
    ００５〜０．３％
  12. 【請求項１２】Ｆｅの含有量が０％を超えて１０％以下
    であることを特徴とする請求項１から５までのいずれ
    か、又は請求項７から１１までのいずれかに記載の耐メ
    タルダスティング性を有する金属材料。
  13. 【請求項１３】炭化水素、ＣＯ及びＨ２ の含有量の総
    和が２５ｖｏｌ％以上、炭化水素とＣＯとの合計が１ｖ
    ｏｌ％以上、且つ１０００℃以下の雰囲気で使用する部
    材用であることを特徴とする請求項７から１２までのい
    ずれかに記載の耐メタルダスティング性を有する金属材
    料。
  14. 【請求項１４】請求項１から５までのいずれか、又は請
    求項７から１２までのいずれかに記載の耐メタルダステ
    ィング性を有する金属材料の層を１又は複数含み、且つ
    少なくとも最外層の一方が前記の耐メタルダスティング
    性を有する金属材料の層であることを特徴とする複層金
    属材料。
  15. 【請求項１５】素材が請求項１から５までのいずれか、
    又は請求項７から１２までのいずれかに記載の耐メタル
    ダスティング性を有する金属材料であることを特徴とす
    る金属管。
  16. 【請求項１６】素材が請求項１４に記載の複層金属材料
    であって、外面が耐メタルダスティング性を有する金属
    材料の層であることを特徴とする複層金属管。
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