JP2963594B2 - 高クロムフェライト系耐熱合金鋼 - Google Patents
高クロムフェライト系耐熱合金鋼Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ラジアントチューブ
や、加熱炉の炉床構成部材等として有用な、高温クリー
プ強度、耐酸化性等に優れ、融点が高く、また高熱伝導
率、低熱膨張率を有する耐熱合金鋼に関する。
や、加熱炉の炉床構成部材等として有用な、高温クリー
プ強度、耐酸化性等に優れ、融点が高く、また高熱伝導
率、低熱膨張率を有する耐熱合金鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】ラジアントチューブや、鋼材加熱炉の炉
床部材料として、従来より２０Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｆｅ
（ＡＳＴＭ規格ＨＫ４０，ＪＩＳ Ｇ５１２２ ＳＣＨ
２２）、３５Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｆｅ（ＨＰ４５，ＳＣＨ
２４）、あるいは５０Ｎｉ−３０Ｃｒ−１３Ｗ−Ｆｅ等
のオーステナイト系高Ｎｉ−高Ｃｒ合金鋼が使用されて
いる。
床部材料として、従来より２０Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｆｅ
（ＡＳＴＭ規格ＨＫ４０，ＪＩＳ Ｇ５１２２ ＳＣＨ
２２）、３５Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｆｅ（ＨＰ４５，ＳＣＨ
２４）、あるいは５０Ｎｉ−３０Ｃｒ−１３Ｗ−Ｆｅ等
のオーステナイト系高Ｎｉ−高Ｃｒ合金鋼が使用されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】苛酷な熱的条件下に使
用されるラジアントチューブは、その使用過程でクリー
プや熱応力による変形、および変形に起因する割れ等を
生じ易い。特にバーナー側において顕著であり、バーナ
ー火炎の直接接触による管壁の酸化・溶損もチューブ寿
命に大きな影響を与えている。このため、従来の耐熱合
金鋼からなるラジアントチューブは、加熱温度を約１０
００℃以下に制限して使用されている。しかもその耐用
寿命は短い。本発明は、高温クリープ強度、耐酸化性、
耐溶損性等に優れ、ラジアントチューブ等として１００
０℃を越える高温度域での使用を可能とする耐熱合金鋼
を提供しようとするものである。
用されるラジアントチューブは、その使用過程でクリー
プや熱応力による変形、および変形に起因する割れ等を
生じ易い。特にバーナー側において顕著であり、バーナ
ー火炎の直接接触による管壁の酸化・溶損もチューブ寿
命に大きな影響を与えている。このため、従来の耐熱合
金鋼からなるラジアントチューブは、加熱温度を約１０
００℃以下に制限して使用されている。しかもその耐用
寿命は短い。本発明は、高温クリープ強度、耐酸化性、
耐溶損性等に優れ、ラジアントチューブ等として１００
０℃を越える高温度域での使用を可能とする耐熱合金鋼
を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の高クロムフェラ
イト系耐熱合金鋼は、Ｃ：０．１５％以下，Ｓｉ：２％
以下，Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：６５〜８０％，Ａｌ：
０．５〜１．５％，Ｂ：１％以下，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎ
ｂの群から選ばれる１種ないし２種以上の元素：５％以
下（２種以上の場合は合計量），残部実質的にＦｅから
なる化学組成を有している。
イト系耐熱合金鋼は、Ｃ：０．１５％以下，Ｓｉ：２％
以下，Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：６５〜８０％，Ａｌ：
０．５〜１．５％，Ｂ：１％以下，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎ
ｂの群から選ばれる１種ないし２種以上の元素：５％以
下（２種以上の場合は合計量），残部実質的にＦｅから
なる化学組成を有している。
【０００５】
【作用】上記成分構成を有する発明の耐熱合金鋼は、温
度約１０００℃以上の高温域においても高いクリープ強
度を保持し、クリープ伸び・絞り等の変形が小さい。ま
た、高熱伝導率を有しているので、温度ムラとそれによ
る熱応力の発生が少なく、しかも低熱膨張率を有してい
るので、局部加熱や温度変化等に伴う熱変形も少ない。
更に、酸化抵抗性が高く、かつ高融点であることにより
耐溶損性にもすぐれている。このため、ラジアントチュ
ーブのバーナー側の管材等のように、１０００℃を越
え、局部加熱や温度変化を伴う苛酷な使用環境において
も、クリープや熱応力等による変形の発生が軽減緩和さ
れ、また酸化・溶損等も抑制防止される。
度約１０００℃以上の高温域においても高いクリープ強
度を保持し、クリープ伸び・絞り等の変形が小さい。ま
た、高熱伝導率を有しているので、温度ムラとそれによ
る熱応力の発生が少なく、しかも低熱膨張率を有してい
るので、局部加熱や温度変化等に伴う熱変形も少ない。
更に、酸化抵抗性が高く、かつ高融点であることにより
耐溶損性にもすぐれている。このため、ラジアントチュ
ーブのバーナー側の管材等のように、１０００℃を越
え、局部加熱や温度変化を伴う苛酷な使用環境において
も、クリープや熱応力等による変形の発生が軽減緩和さ
れ、また酸化・溶損等も抑制防止される。
【０００６】本発明の耐熱合金鋼の成分限定理由は次の
とおりである。 Ｃｒ：６５〜８０％ Ｃｒは、合金のクリープ強度を高める。また合金基地を
フェライト相とし、高熱伝導率と低熱膨張率とを付与す
る。温度約１０００℃以上の高温環境において、高クリ
ープ強度を保持し、かつフェライト基地を確保するため
には、少なくとも６５％を必要とする。しかし、Ｃｒの
増量に伴い、合金の大気溶製が困難となり、殊に溶解工
程での窒素（Ｎ）の吸蔵量の増加に伴い合金の靱性等の
機械性質の劣化をを生じ、合金品質の確保が困難となる
ので、８０％を上限とする。
とおりである。 Ｃｒ：６５〜８０％ Ｃｒは、合金のクリープ強度を高める。また合金基地を
フェライト相とし、高熱伝導率と低熱膨張率とを付与す
る。温度約１０００℃以上の高温環境において、高クリ
ープ強度を保持し、かつフェライト基地を確保するため
には、少なくとも６５％を必要とする。しかし、Ｃｒの
増量に伴い、合金の大気溶製が困難となり、殊に溶解工
程での窒素（Ｎ）の吸蔵量の増加に伴い合金の靱性等の
機械性質の劣化をを生じ、合金品質の確保が困難となる
ので、８０％を上限とする。
【０００７】Ａｌ：０．５〜１．５％ Ａｌは、高温域において合金表面に酸化皮膜を形成す
る。その酸化皮膜は、合金の高温使用環境におけるＢ，
Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ等の元素の酸化消耗と合金組成の
変化を防止する。この効果を得るには、少なくとも０．
５％を必要とする。しかし、多量に添加すると、合金溶
湯の流動性を悪くし、鋳造が困難となり、また非金属介
在物量が増加し鋳造欠陥（ノロかみ）を生じる原因とな
るので、１．５％を上限とする。
る。その酸化皮膜は、合金の高温使用環境におけるＢ，
Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ等の元素の酸化消耗と合金組成の
変化を防止する。この効果を得るには、少なくとも０．
５％を必要とする。しかし、多量に添加すると、合金溶
湯の流動性を悪くし、鋳造が困難となり、また非金属介
在物量が増加し鋳造欠陥（ノロかみ）を生じる原因とな
るので、１．５％を上限とする。
【０００８】Ｂ：１％以下 Ｂは、Ｃｒ含有量の高い本発明合金鋼の融点を、鋳造操
業に支障のない程度の温度（約１５８０℃以下）に低下
させ健全な鋳造品質の確保を容易にするために添加され
る。しかし、多量に添加すると、鋳造割れが生じ易くな
り、また融点の過度の低下（約１４５０℃以下）のた
め、改良された高温特性を確保することが困難となるの
で、１％を上限とする。好ましくは、０．１〜１％であ
る。
業に支障のない程度の温度（約１５８０℃以下）に低下
させ健全な鋳造品質の確保を容易にするために添加され
る。しかし、多量に添加すると、鋳造割れが生じ易くな
り、また融点の過度の低下（約１４５０℃以下）のた
め、改良された高温特性を確保することが困難となるの
で、１％を上限とする。好ましくは、０．１〜１％であ
る。
【０００９】Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ：５％以下 Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂの各元素は、合金の高温クリープ
強度を高める効果を有する。殊にＭｏはＢと結合して高
クリープ寿命、およびクリープ伸び・絞りの低減に著効
を示す。また、Ｎｂは溶接割れ感受性改善の効果を併せ
有している。これらの元素の添加量は、５％までで十分
であり、またそれを越えて増量すると、鋳造割れ、加工
割れを生じ易くなるので、これを上限とする。なお、２
種以上に元素を複合使用する場合は、その合計量を５％
以下とする。
強度を高める効果を有する。殊にＭｏはＢと結合して高
クリープ寿命、およびクリープ伸び・絞りの低減に著効
を示す。また、Ｎｂは溶接割れ感受性改善の効果を併せ
有している。これらの元素の添加量は、５％までで十分
であり、またそれを越えて増量すると、鋳造割れ、加工
割れを生じ易くなるので、これを上限とする。なお、２
種以上に元素を複合使用する場合は、その合計量を５％
以下とする。
【００１０】Ｃ：０．１５％以下 Ｃは、その含有量が多くなると、合金の鋳造割れの発生
傾向が増大する。またＣｒ，Ｗ，Ｔａ等の炭化物を形成
してクリープ強度を高める析出効果は、約１０００℃以
下の温度域での現象であり、温度約１１００℃以上の高
温域ではその析出効果はない。このため、Ｃ量の上限は
０．１５％とする。
傾向が増大する。またＣｒ，Ｗ，Ｔａ等の炭化物を形成
してクリープ強度を高める析出効果は、約１０００℃以
下の温度域での現象であり、温度約１１００℃以上の高
温域ではその析出効果はない。このため、Ｃ量の上限は
０．１５％とする。
【００１１】Ｓｉ：２％以下 Ｓｉは、合金溶製工程での脱酸剤であり、また合金溶湯
の流動性を高め、鋳造性の改善に奏効するが、多量の添
加は、合金の加工割れを誘起する原因となるので、２％
以下とする。
の流動性を高め、鋳造性の改善に奏効するが、多量の添
加は、合金の加工割れを誘起する原因となるので、２％
以下とする。
【００１２】Ｍｎ：２％以下 Ｍｎは、合金溶製工程での脱硫元素であり、また合金の
流動性を良好にし鋳造性を高める効果を有するが、その
ための添加量は２％までで十分であり、それ以上の添加
の必要はない。
流動性を良好にし鋳造性を高める効果を有するが、その
ための添加量は２％までで十分であり、それ以上の添加
の必要はない。
【００１３】本発明の耐熱合金鋼は、高周波溶解炉等に
おいて大気溶解法を適用して行うことができる。また、
ラジアントチューブ等の管体は、遠心力鋳造を適用し
て、任意の管サイズを有するものを鋳造することができ
る。鋳造材は、調質処理として、温度約１３００〜１４
００℃に適当時間加熱保持した後、急冷（強制空冷，水
冷等）する熱処理が施される。この熱処理により、鋳造
材はミクロ的な成分偏析が解消し均質化され、また比較
的粗大な結晶組織が形成される。この粗粒結晶組織を形
成することは、本発明合金鋼の高クリープ強度を効果的
に発現させのに好ましいことである。
おいて大気溶解法を適用して行うことができる。また、
ラジアントチューブ等の管体は、遠心力鋳造を適用し
て、任意の管サイズを有するものを鋳造することができ
る。鋳造材は、調質処理として、温度約１３００〜１４
００℃に適当時間加熱保持した後、急冷（強制空冷，水
冷等）する熱処理が施される。この熱処理により、鋳造
材はミクロ的な成分偏析が解消し均質化され、また比較
的粗大な結晶組織が形成される。この粗粒結晶組織を形
成することは、本発明合金鋼の高クリープ強度を効果的
に発現させのに好ましいことである。
【００１４】
〔１〕供試材 高周波溶解炉（大気溶解）により溶製した合金鋼溶湯を
遠心力鋳造に供し、得られた鋳造管材を、温度１３５０
℃に加熱保持した後、強制空冷する熱処理を施した。こ
れを供試材Ａとする。供試材Ａから試験片を切出し、各
種試験を行つて表１に示す結果を得た。比較例として、
市販品の２０Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｆｅ系耐熱合金鋼（ＡＳ
ＴＭ規格ＨＫ４０材）について同じ試験を行つた。この
比較材をＢとする。測定結果を同表に併記した。
遠心力鋳造に供し、得られた鋳造管材を、温度１３５０
℃に加熱保持した後、強制空冷する熱処理を施した。こ
れを供試材Ａとする。供試材Ａから試験片を切出し、各
種試験を行つて表１に示す結果を得た。比較例として、
市販品の２０Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｆｅ系耐熱合金鋼（ＡＳ
ＴＭ規格ＨＫ４０材）について同じ試験を行つた。この
比較材をＢとする。測定結果を同表に併記した。
【００１５】供試材Ａの化学組成（ｗｔ％） Ｃ：０．１１，Ｓｉ：１．１，Ｍｎ：１．２．Ｃｒ：７
０．５．Ａｌ：１．０，Ｂ：０．８０，Ｍｏ：２．１，
Ｆｅ：Ｂａｌ。供試材Ｂの化学組成（ｗｔ％ ） Ｃ：０．４２，Ｓｉ：１．３，Ｍｎ：１．１．Ｃｒ：２
６．８．Ｎｉ：２０．２，Ｍｏ：０．４５．Ｆｅ：Ｂａ
ｌ。
０．５．Ａｌ：１．０，Ｂ：０．８０，Ｍｏ：２．１，
Ｆｅ：Ｂａｌ。供試材Ｂの化学組成（ｗｔ％ ） Ｃ：０．４２，Ｓｉ：１．３，Ｍｎ：１．１．Ｃｒ：２
６．８．Ｎｉ：２０．２，Ｍｏ：０．４５．Ｆｅ：Ｂａ
ｌ。
【００１６】〔２〕諸特性の試験 （１）高温クリープ破断試験 ＪＩＳ Ｚ２２７２の規定による。但し、試験温度：１
２５０℃，荷重：０．５Ｋｇ／ｍｍ2 。 （２）高温酸化試験 試験片を、温度１２５０℃に設定した加熱炉（大気雰囲
気）内に１００Ｈｒ保持し、表面の酸化減量を測定。
２５０℃，荷重：０．５Ｋｇ／ｍｍ2 。 （２）高温酸化試験 試験片を、温度１２５０℃に設定した加熱炉（大気雰囲
気）内に１００Ｈｒ保持し、表面の酸化減量を測定。
【００１７】
【表１】 供試材Ａ（発明例） 供試材Ｂ（従来例） クリープ特性 破断時間（Ｈｒ） １５ ０．５ 破断伸び（％） ７ １２ 破断絞り（％） ９ ７６ 耐酸化性 酸化減量（mm/year) １．８ ９．２ 融点（液相） （℃） １５４０ １４００ 熱膨張率（〜1250℃）（×10-6／℃） １６ ２１ 熱伝導率（1250℃) （Kcal/ ｍｈｋ） ４１ ２６
【００１８】本発明の耐熱合金は、従来の代表的耐熱合
金鋼に比べ、高いクリープ強度を有しており、クリープ
変形抵抗が大きい。しかも、高熱伝導率と低熱膨張率と
を併せ有しているので、偏熱や温度変化に起因する熱変
形も少ない。更に、酸化抵抗性が高く、また高融点であ
ることにり耐溶損性にも優れている。
金鋼に比べ、高いクリープ強度を有しており、クリープ
変形抵抗が大きい。しかも、高熱伝導率と低熱膨張率と
を併せ有しているので、偏熱や温度変化に起因する熱変
形も少ない。更に、酸化抵抗性が高く、また高融点であ
ることにり耐溶損性にも優れている。
【００１９】
【発明の効果】本発明の耐熱合金鋼は、高温クリープ強
度、耐酸化性、耐溶損性に優れ、かつ高熱伝導率、低熱
膨張率を有しているので、ラジアントチューブとして、
そのバーナー側の管材として使用する場合にも、高温環
境におけるクリープ変形を生じ難く、またバーナー火炎
の局部加熱に対しても熱応力による変形が少なく、かつ
溶損・酸化の劣化損傷に対する抵抗性にも優れており、
この改良された材料特性により、耐用寿命の向上、メン
テナンスの軽減、炉操業効率の向上等の効果が得られ
る。また、本発明の耐熱合金鋼の用途は上記例示のもの
に限定されず、例えば鋼材加熱処理炉の炉床構成部材で
あるスキッドパイプ、ハースロール等の材料としても有
用である。
度、耐酸化性、耐溶損性に優れ、かつ高熱伝導率、低熱
膨張率を有しているので、ラジアントチューブとして、
そのバーナー側の管材として使用する場合にも、高温環
境におけるクリープ変形を生じ難く、またバーナー火炎
の局部加熱に対しても熱応力による変形が少なく、かつ
溶損・酸化の劣化損傷に対する抵抗性にも優れており、
この改良された材料特性により、耐用寿命の向上、メン
テナンスの軽減、炉操業効率の向上等の効果が得られ
る。また、本発明の耐熱合金鋼の用途は上記例示のもの
に限定されず、例えば鋼材加熱処理炉の炉床構成部材で
あるスキッドパイプ、ハースロール等の材料としても有
用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−162545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−120417（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−49533（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−295488（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 27/06 C22C 38/00 302
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｃ：０．１５％以下，Ｓｉ：２％以下，
Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：６５〜８０％，Ａｌ：０．５〜
１．５％，Ｂ：１％以下，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂの群か
ら選ばれる１種ないし２種以上の元素：５％以下（２種
以上の場合は合計量），残部実質的にＦｅからなる高ク
ロムフェライト系耐熱合金鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7872793A JP2963594B2 (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 高クロムフェライト系耐熱合金鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7872793A JP2963594B2 (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 高クロムフェライト系耐熱合金鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06264172A JPH06264172A (ja) | 1994-09-20 |
| JP2963594B2 true JP2963594B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=13669921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7872793A Expired - Fee Related JP2963594B2 (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 高クロムフェライト系耐熱合金鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2963594B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100396368B1 (ko) * | 2001-04-17 | 2003-09-03 | 부공산업 주식회사 | 고온강도와 고온내산화성이 우수한 초내열합금 |
| KR101030222B1 (ko) * | 2010-11-18 | 2011-04-22 | 부공산업 주식회사 | 내식성이 우수한 스키드레일용 초내열합금 |
-
1993
- 1993-03-11 JP JP7872793A patent/JP2963594B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06264172A (ja) | 1994-09-20 |
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Legal Events
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