JP3230269B2 - Nickel-base heat-resistant alloy with excellent workability - Google Patents

Nickel-base heat-resistant alloy with excellent workability

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JP3230269B2
JP3230269B2 JP04133692A JP4133692A JP3230269B2 JP 3230269 B2 JP3230269 B2 JP 3230269B2 JP 04133692 A JP04133692 A JP 04133692A JP 4133692 A JP4133692 A JP 4133692A JP 3230269 B2 JP3230269 B2 JP 3230269B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、高温強度が高く、耐
食性に優れ、特にナフサ、プロパン、エタン、ガスオイ
ル等の原料を水蒸気とともに 800℃以上の高温で分解
し、エチレン等の石油化学基礎製品を製造する目的に使
用される管、すなわち、エチレンプラント用分解炉管の
素材として好適なニッケル基耐熱合金に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a petrochemical base such as ethylene, which decomposes raw materials such as naphtha, propane, ethane, and gas oil at a high temperature of 800 ° C. or more together with water vapor. The present invention relates to a nickel-base heat-resistant alloy suitable as a material for a tube used for producing a product, that is, a material for a decomposition furnace tube for an ethylene plant.

【0002】[0002]

【従来の技術】エチレンプラント用分解炉管の使用条件
は、近年の合成樹脂の需要増加に伴い、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。この
ような分解炉管の内面は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材料が要求される。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
ともない△Pの上昇や加熱効率低下などの操業上の弊害
が生じる。従って、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
グ作業が行われているが、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
な小径管になる程深刻になる。
2. Description of the Related Art With the recent increase in demand for synthetic resins, the use of cracking furnace tubes for ethylene plants tends to increase in temperature from the viewpoint of improving ethylene yield. Since the inner surface of such a cracking furnace tube is exposed to a carburizing atmosphere, a heat-resistant material excellent in high-temperature strength and carburizing resistance is required. On the other hand, during the operation, carbon is deposited on the inner surface of the cracking furnace tube (this phenomenon is called coking), and an increase in the amount of precipitation causes an adverse effect on the operation such as an increase in ΔP and a decrease in heating efficiency. Therefore, in the actual operation, a so-called decoking operation of periodically removing carbon deposited by air or water vapor is performed, but the operation stoppage and the number of man-hours during the operation become a serious problem. Such coking and the associated problems become more serious as the size of the cracking furnace tube becomes smaller, which is advantageous for improving the yield.

【0003】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28%以
上のCrを含有させて合金表面に強固で安定な Cr203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が管の表面へ浮上してくるのを防止し、コーキング
を抑制することが提案されている。
[0003] formed as a prior art for the purpose of preventing coking, for example in JP-A-2-8336, a strong, stable Cr 2 0 3 coating on the alloy surface by incorporating 28% or more Cr in the alloy It has been proposed to prevent Fe and Ni, which are catalytic elements that promote carbon deposition, from floating on the surface of the tube, thereby suppressing coking.

【0004】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。
On the other hand, in order to improve the carburization resistance, it is known that it is effective to increase the Si content in the alloy as disclosed in, for example, JP-A-57-23050. .

【0005】しかしながら、上述の従来技術には、なお
次のような問題点がある。
[0005] However, the above-mentioned prior art still has the following problems.

【0006】コーキング防止の点から特開平2−8336号
公報に示されているような高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
金に比べて低く、この高Cr合金を単独で高温強度部材と
して使用することは難しい。そこでこの特開平2−8336
号公報の発明では、他の高強度材料と組み合わせて二重
管とし使用することとしているが、二重管は製造コスト
が高くなり、経済性や信頼性の点で問題が多い。
When a high Cr alloy as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-8336 is applied as a high-temperature strength member from the viewpoint of preventing coking, the amount of Ni in the alloy is increased to austenitize the metal structure. Although it is necessary, the high temperature strength is lower than that of the conventional alloy, and it is difficult to use this high Cr alloy alone as a high temperature strength member. Therefore, Japanese Patent Laid-Open No.
In the invention of Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209, a double tube is used in combination with another high-strength material. However, the double tube has a high manufacturing cost and has many problems in terms of economy and reliability.

【0007】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被膜を生成させれば、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向上
し、さらに、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向上するとの知見を得て先
に特願平3− 61821号として出願した。
The present inventors have found that if the Al content in the alloy is increased and a strong and dense Al 2 O 3 coating is formed on the metal surface, the carburization resistance and the coking resistance will be higher than those of the conventional alloy. In addition to the above-mentioned patent application, it has been discovered that increasing the amount of Ni in such high-Al alloys results in the γ 'phase being finely precipitated in the matrix during use at high temperatures and improving the creep rupture strength. Filed as Hei 3-61821.

【0008】しかし、この特願平3− 61821号の発明の
合金は、高温強度を重視しているため加工性が必ずしも
良好とはいえないものである。
However, the alloy of the invention of Japanese Patent Application No. 3-61821 does not always have good workability because high-temperature strength is emphasized.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温強度と
耐食性に優れ、特にエチレンプラント用分解炉管のよう
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も優れた耐浸炭性と耐コーキン
グ性を有し、かつ高温強度部材として使用するに充分な
クリープ破断強度を有し、しかも加工性に優れる耐熱合
金を提供することを目的とする。
The present invention is excellent in high-temperature strength and corrosion resistance, and is particularly excellent in a thermal decomposition and thermal cycle environment in which carburization, oxidation and temperature fluctuation are repeated, such as a cracking furnace tube for an ethylene plant. It is an object of the present invention to provide a heat-resistant alloy having carburization resistance and caulking resistance, having sufficient creep rupture strength for use as a high-temperature strength member, and having excellent workability.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
ニッケル基耐熱合金にある。なお、合金成分含有量に関
する%は全て重量%を意味する。
The gist of the present invention resides in the following nickel-base heat-resistant alloy. In addition, all the percentages related to the content of the alloy components mean weight%.

【0011】(1) 重量%で、C: 0.10%以下、Si:1.0%
以下、Mn:0.2%以下、Cr: 5%以下、Al: 5.5 〜12%、
Fe:5%を超え20%までを含有し、さらに、B:0.001〜0.
03%、Zr: 0.01〜0.3 %、Hf: 0.05〜1.0 %、Ti: 0.05
〜1.0 %およびMg:0.001〜0.02%の1種以上を含み、残
部はNiおよび不可避的不純物からなる加工性に優れる高
温強度と耐食性の良好なニッケル基耐熱合金。
(1) By weight%, C: 0.10% or less, Si: 1.0%
Below, Mn: 0.2% or less, Cr: 5% or less, Al: 5.5 to 12%,
Fe: more than 5% up to 20%, and B: 0.001-0.
03%, Zr: 0.01-0.3%, Hf: 0.05-1.0%, Ti: 0.05
A nickel-base heat-resistant alloy containing at least one element of about 1.0% and Mg: 0.001% to 0.02%, the balance being Ni and unavoidable impurities.

【0012】(2) 上記(1) の成分に加えて更に、Mo:0.5
〜5%とW:1.0〜10%の1種または2種を含有する加工
性に優れる高温強度と耐食性の良好なニッケル基耐熱合
金。
(2) In addition to the above component (1), Mo: 0.5
A nickel-base heat-resistant alloy having excellent workability and high corrosion resistance, containing one or two kinds of -5% and W: 1.0-10%.

【0013】(3) 上記(1) または(2) の成分に加えて更
に、V:0.3〜3%、Nb:0.5〜5%およびTa:1.0〜10%の
うちの1種以上を含有する加工性に優れる高温強度と耐
食性の良好なニッケル基耐熱合金。
(3) In addition to the component (1) or (2), one or more of V: 0.3 to 3%, Nb: 0.5 to 5%, and Ta: 1.0 to 10% are further contained. Nickel-based heat-resistant alloy with excellent workability and high temperature strength and good corrosion resistance.

【0014】(4) 上記(1) 、(2) または (3)の成分に加
えて更に、Y: 0.01〜0.25%、La: 0.01〜0.25%および
Ce:0.01〜0.25%の1種以上を含有する加工性に優れる
高温強度と耐食性の良好なニッケル基耐熱合金。
(4) In addition to the above components (1), (2) and (3), Y: 0.01 to 0.25%, La: 0.01 to 0.25% and
Ce: A nickel-based heat-resistant alloy containing at least one of 0.01 to 0.25% and having excellent workability and high temperature strength and good corrosion resistance.

【0015】なお、特に高い強度を必要とする場合に
は、上記 (1)〜(4) の合金のC含有量を0.02%を超え、
0.10%までの範囲に選ぶことが推奨される。
When a particularly high strength is required, the C content of the alloys (1) to (4) exceeds 0.02%,
It is recommended to choose a range up to 0.10%.

【0016】[0016]

【作用】前述のように、合金の耐浸炭性向上には、高Si
化によりメタル/スケール界面にSiO2皮膜を形成させる
のが有効であることが知られている。一方、耐コーキン
グ性向上には高Cr化によって最外層酸化スケール表面に
Cr2O3の皮膜を形成させるのが有効であることも知られ
ている。
[Function] As described above, to improve the carburization resistance of the alloy, high Si
It is known that it is effective to form a SiO 2 film on the metal / scale interface by the formation of a metal. On the other hand, to improve coking resistance, the surface of the outermost oxide scale is
It is also known that it is effective to form a Cr 2 O 3 film.

【0017】本発明者らも耐浸炭性および耐コーキング
性を改善するためには、強固で緻密な表面酸化皮膜の形
成が効果的であると考えて研究を進めた。その結果、合
金中のAl含有量を高めることにより、メタル表面に強固
で緻密な Al2O3皮膜を均一に生成させれば、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
することを見出した。更に、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。従って、Niをベースとし、Al含有量を高めた合金
は耐食性と高温強度を兼ね備えた耐熱合金となり、高温
強度部材として前述のような用途に好適であるが、高温
強度を重視しているため加工性が必ずしも良好とはいえ
ない。本発明者らはさらに加工性改善に関する研究を行
った結果、適量のFeを添加することにより高温強度は若
干低下するものの、加工性は大幅に向上することを見出
した。
[0017] The present inventors have also conducted research on the belief that formation of a strong and dense surface oxide film is effective in improving carburization resistance and coking resistance. As a result, by increasing the Al content in the alloy and uniformly forming a strong and dense Al 2 O 3 film on the metal surface, the carburization resistance and coking resistance are remarkably higher compared to conventional alloys. Found to improve. Furthermore, in such high Al alloys, Ni
By increasing the amount, the γ 'phase is finely precipitated in the matrix during use at a high temperature, and the creep rupture strength is greatly improved. Therefore, an alloy based on Ni and having an increased Al content is a heat-resistant alloy having both corrosion resistance and high-temperature strength, and is suitable for the above-mentioned applications as a high-temperature strength member. The properties are not always good. The present inventors have further conducted research on the improvement of workability, and as a result, have found that the addition of an appropriate amount of Fe slightly lowers the high-temperature strength but significantly improves the workability.

【0018】以下、本発明の合金を構成する成分の作用
効果と、その適正含有量について説明する。
Hereinafter, the function and effect of the components constituting the alloy of the present invention and the proper content thereof will be described.

【0019】C: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、0.10%を超える含有量になると合金の
延性および靱性の低下が大きくなる。特に、延性と靱性
を重視する場合は、Cは0.02%以下に抑えるのが望まし
い。一方、クリープ破断強度を重視する場合には0.02%
を超え、0.10%までのCを含有させて、比較的多量の炭
化物を微細に分散させるのがよい。
C: An effective element for forming carbides to improve the tensile strength and creep rupture strength required as heat-resistant steel, but when the content exceeds 0.10%, the ductility and toughness of the alloy are reduced. growing. In particular, when emphasis is placed on ductility and toughness, it is desirable to suppress C to 0.02% or less. 0.02% when creep rupture strength is important
And up to 0.10% C to finely disperse relatively large amounts of carbides.

【0020】Si:脱酸元素として必要な元素であり、耐
酸化性や耐浸炭性改善にも寄与する元素であるが、本発
明合金のような高Al合金ではその効果は比較的小さい。
Siが過剰に存在すると炭化物が不均一に析出し、靱性等
の機械的性質を低下させるのでSiは 1.0%以下とした。
Si: An element necessary as a deoxidizing element, which also contributes to improvement in oxidation resistance and carburization resistance, its effect is relatively small in a high Al alloy such as the alloy of the present invention.
If Si is present in excess, carbides will precipitate unevenly and reduce mechanical properties such as toughness. Therefore, the content of Si is set to 1.0% or less.

【0021】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皮
膜の形成を促進する元素であるため、その含有量は 0.2
%以下に抑える必要がある。
Mn: Although Mn is an effective element as a deoxidizing element, it is an element that promotes the formation of a spinel-type oxide film which is a cause of deterioration of coking resistance.
%.

【0022】Cr:Crは耐酸化性や耐コーキング性の改善
に有効な元素であるが、本発明合金のようにAl含有量の
高い合金では多量に含有させる必要はない。また、Crを
過剰に含有するとSiが過剰な場合と同様に炭化物が不均
一に析出し、靱性等の機械的性質を低下させる。従っ
て、本発明ではCr含有量を5%以下とする。
Cr: Cr is an element effective for improving oxidation resistance and coking resistance, but it is not necessary to contain a large amount in an alloy having a high Al content such as the alloy of the present invention. Further, when Cr is excessively contained, carbides are non-uniformly precipitated similarly to the case where Si is excessive, and mechanical properties such as toughness are reduced. Therefore, in the present invention, the Cr content is set to 5% or less.

【0023】Al:Alは耐浸炭性および耐コーキング性の
向上に極めて有効な元素であるが、その効果を発揮させ
るためには、コランダム型の Al2O3酸化皮膜を均一に生
成させる必要がある。そのためには、少なくとも 5.5%
のAlが必要である。ただし、Alが12.0%を超えると、室
温および高温での延性、靱性が著しく劣化して高温強度
部材として使用できなくなる。従って、Alの適正含有量
は 5.5〜12.0%である。なお、この範囲でAlを含有させ
ることにより、γ′相が使用中に微細析出しクリープ破
断強度も改善される。
Al: Al is an extremely effective element for improving carburization resistance and coking resistance, but in order to exert its effect, it is necessary to uniformly form a corundum-type Al 2 O 3 oxide film. is there. For that, at least 5.5%
Of Al is required. However, if Al exceeds 12.0%, ductility and toughness at room temperature and high temperature are significantly deteriorated and cannot be used as a high-temperature strength member. Therefore, the proper content of Al is 5.5 to 12.0%. By including Al in this range, the γ 'phase is finely precipitated during use, and the creep rupture strength is also improved.

【0024】B、Zr、Hf、TiおよびMg: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あり、その効果
を発揮させるためには、Bは 0.001%以上、Zrは0.01%
以上、Hfは0.05%以上、Tiは0.05%以上、Mgは 0.001%
以上、それぞれ必要である。しかし、過剰に含有する
と、クリープ破断強度が再び低下するので上限は、Bで
0.03%、Zrで 0.3%、Hfで1.0%、Tiで 1.0%、Mgで0.0
2%とする。これらの元素は1種だけ含有してもよい
し、また2種以上複合添加してもよい。
B, Zr, Hf, Ti and Mg: These elements are mainly effective for strengthening the grain boundary of the alloy, and in order to exert their effects, B is 0.001% or more and Zr is 0.01% or more.
Hf is 0.05% or more, Ti is 0.05% or more, Mg is 0.001%
These are all necessary. However, if the content is excessive, the creep rupture strength is reduced again.
0.03%, Zr 0.3%, Hf 1.0%, Ti 1.0%, Mg 0.0
2%. These elements may be used alone or in combination of two or more.

【0025】Fe:Feは本発明系合金のようなニッケル基
高Al合金の熱間加工性向上に寄与する成分である。その
効果を発揮させるためには少なくとも5%を超える量が
必要であり、含有量増加に伴い熱間加工性が向上する。
しかし、20%を超えると未固溶β相の量が増加し、オー
ステナイト結晶粒の成長を抑制し、クリープ破断強度が
急激に低下する。よって、Feの適正な範囲は5%を超え
20%までである。
Fe: Fe is a component that contributes to improving the hot workability of a nickel-base high Al alloy such as the alloy of the present invention. In order to exert the effect, an amount exceeding at least 5% is necessary, and the hot workability is improved as the content increases.
However, when the content exceeds 20%, the amount of the undissolved β phase increases, suppressing the growth of austenite crystal grains, and the creep rupture strength rapidly decreases. Therefore, the proper range of Fe exceeds 5%
Up to 20%.

【0026】本発明合金の一つは、上記の成分の外、残
部がNiからなるものである。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。しかし、加工
性が劣化してくることから本発明では適量のFeを含有す
るニッケル基合金を選んだのである。
One of the alloys of the present invention comprises the above components and the balance of Ni. Ni is an element that is indispensable for obtaining a stable austenite structure and ensuring carburization resistance. It is more desirable to increase the content of Ni in order to enhance the effect of precipitation strengthening by the γ 'phase. However, since the workability deteriorates, in the present invention, a nickel-based alloy containing an appropriate amount of Fe was selected.

【0027】本発明合金は、前述の成分の他に、更に以
下に述べる成分を含有することができる。
The alloy of the present invention may further contain the following components in addition to the above-mentioned components.

【0028】MoおよびW:Mo、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。この効
果を発揮させるためには、Moは 0.5%以上、Wは 1.0%
以上が必要であるが、過剰に含有すると靱性低下の原因
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から、Moは5%まで、Wは10%
までに抑えるべきである。なお、これらを2種併用する
場合には、合計含有量をMo+(1/2) Wで5%以下に抑え
るべきである。
Mo and W: Mo and W are mainly effective as solid solution strengthening elements, and increase the creep rupture strength by strengthening the austenite phase of the matrix. To achieve this effect, Mo should be 0.5% or more and W should be 1.0%
The above is necessary, but if it is contained excessively, not only intermetallic compounds which cause a decrease in toughness are precipitated, but also the carburization resistance and the coking resistance are deteriorated, so that Mo is up to 5% and W is 10%.
Should be suppressed by. When two of these are used in combination, the total content should be suppressed to 5% or less in Mo + (1/2) W.

【0029】V、NbおよびTa:これらの元素は、オース
テナイト相中に固溶するとともにγ′相やCr炭化物中に
も固溶してクリープ破断強度の向上に寄与する。その効
果を発揮させるためには、Vは 0.3%以上、Nbは 0.5%
以上、Taは 1.0%以上が必要であるが、過剰に含有する
と靱性低下を招くので、上限はVで3%、Nbで5%、Ta
で10%とする。
V, Nb and Ta: These elements form a solid solution in the austenite phase and also form a solid solution in the γ 'phase and Cr carbide, thereby contributing to an improvement in creep rupture strength. To achieve this effect, V is 0.3% or more and Nb is 0.5%
As described above, Ta needs to be 1.0% or more, but if contained excessively, the toughness is reduced. Therefore, the upper limit is 3% for V, 5% for Nb,
And 10%.

【0030】なお、2種以上を複合添加する場合は、合
計含有量を (5/3)V+Nb+(1/2)Ta で5%以下とするの
が望ましい。
When two or more kinds are added in combination, it is desirable that the total content is (5/3) V + Nb + (1/2) Ta 5% or less.

【0031】Y、LaおよびCe:これらの元素は、主とし
て熱サイクル条件下でのSiO2や (Al,Cr)2O3皮膜の密着
性を向上させ、温度変動下での使用においても優れた耐
浸炭性および耐コーキング性が維持される。その効果を
発揮させるためにはY、LaおよびCeのいずれも、それぞ
れ0.01%以上必要である。しかし、過剰に含有すると加
工性が悪化し、また、前記皮膜の密着性改善効果も飽和
するので、上限はY、LaおよびCeのいずれも、それぞれ
0.25%とする。これらの元素は1種だけ含有させてもよ
いし、また2種以上複合添加してもよい。
Y, La and Ce: These elements mainly improve the adhesion of the SiO 2 or (Al, Cr) 2 O 3 film under thermal cycling conditions and are excellent even when used under temperature fluctuations. Carburization resistance and coking resistance are maintained. In order to exhibit the effect, each of Y, La and Ce requires 0.01% or more. However, if contained excessively, the workability is deteriorated, and the effect of improving the adhesion of the film is also saturated. Therefore, the upper limit is any of Y, La and Ce, respectively.
0.25%. One of these elements may be contained, or two or more of these elements may be added in combination.

【0032】さらに、本発明の合金では、上記のMoおよ
びWからなる群、V、NbおよびTaからなる群ならびに
Y、LaおよびCeからなる群の三つの群から1種以上の元
素を選んで含有させてもよい。
Further, in the alloy of the present invention, one or more elements are selected from the three groups of the group consisting of Mo and W, the group consisting of V, Nb and Ta, and the group consisting of Y, La and Ce. You may make it contain.

【0033】本発明合金は、通常の溶解および精錬工程
で溶製したのち、鋳造し、鋳造のまま、あるいは更に鍛
造、圧延、押し出し等の加工工程を経て管などの製品と
して使用される。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、通常、1200〜1300℃での均
一化処理が施されるが、鋳造、或いは加工のままでの使
用も可能である。
The alloy of the present invention is used as a product such as a pipe after being smelted in a usual melting and refining process, and then casting, as it is, or after further processing processes such as forging, rolling, and extrusion. The product may be manufactured by powder metallurgy. The heat treatment promotes the homogenization of the structure and contributes to the improvement of the performance of the alloy of the present invention. In this case, the homogenization treatment is usually performed at 1200 to 1300 ° C., but it is also possible to use the casting or processing as it is.

【0034】[0034]

【実施例】表1−1〜表1−2に供試材の化学組成を示
す。No.1〜No.32 が本発明合金であり、A〜Vは比較合
金、W、X、Yは従来合金である。本発明合金および比
較合金は、いずれも17kg真空高周波溶解したインゴット
を鍛造により15mmの板材にした後1225℃で固溶化熱処理
した。従来合金W、Xは50kg真空高周波溶解後、鍛造お
よび冷間圧延により10mm厚の板材とした後1250℃で固溶
化熱処理した。従来合金Yは外径120mm 、肉厚10mmの鋳
造のままの遠心鋳造管である。
EXAMPLES Table 1-1 and Table 1-2 show the chemical compositions of the test materials. No. 1 to No. 32 are the alloys of the present invention, A to V are comparative alloys, and W, X and Y are conventional alloys. The ingot of the present invention and the comparative alloy were each subjected to solid solution heat treatment at 1225 ° C. after forging an ingot obtained by subjecting 17 kg of vacuum high frequency melting to forging into a 15 mm plate material. The conventional alloys W and X were subjected to high-frequency vacuum melting of 50 kg, forged and cold-rolled into a 10 mm-thick plate, and then subjected to solution heat treatment at 1250 ° C. Conventional alloy Y is an as-cast centrifugally cast tube having an outer diameter of 120 mm and a wall thickness of 10 mm.

【0035】これらの供試材を用いて、耐浸炭性、耐コ
ーキング性、クリープ破断試験による高温強度特性およ
びグリーブル試験による熱間加工性の評価を行った。耐
浸炭性の評価は固体浸炭試験法によりピレット状のBaCO
3 +木炭 (配合比 3:7) の浸炭剤を用いて1150℃×100h
の加熱処理を行い、試験前後の平均C増加量で評価し
た。耐コーキング性の評価は、ガス浸炭試験法により80
%CH4 +20%H2O 雰囲気中にて1050℃×30h の試験を行
い、試験片表面に付着したC量で評価した。高温強度特
性評価は、1100℃、1.0 kgf/mm2 でのクリープ破断試験
により行った。熱間加工性の評価は、グリーブル試験に
より1200℃で歪み速度が5/秒の条件での絞り値で行っ
た。これらの試験結果を表2−1〜表2−2および図1
〜図4にまとめて示す。
Using these test materials, carburization resistance, coking resistance, high-temperature strength characteristics by a creep rupture test, and hot workability by a grease test were evaluated. The evaluation of carburization resistance was based on the solid carburization test method and the pelletized BaCO
3 + 1150 ℃ × 100h using carburizing agent of charcoal (mixing ratio 3: 7)
, And evaluated by the average C increase before and after the test. The evaluation of coking resistance was 80 according to the gas carburizing test method.
A test was conducted at 1050 ° C. for 30 hours in an atmosphere of% CH 4 + 20% H 2 O, and the amount of carbon adhering to the surface of the test piece was evaluated. The evaluation of high-temperature strength properties was performed by a creep rupture test at 1100 ° C. and 1.0 kgf / mm 2 . The hot workability was evaluated by a grease test under a condition that the strain rate was 1200 ° C. and the strain rate was 5 / sec. These test results are shown in Tables 2-1 to 2-2 and FIG.
4 to FIG.

【0036】図1は、絞り値すなわち熱間加工性におよ
ぼす合金中のFe含有量の影響を、表2−1と表2−2の
結果から、本発明合金No.1からNo.12 とこれらに対応す
る比較合金符号Aから符号Fおよび符号Vについて示す
図である。図中の記号は、表1−1および表1−2の合
金No. および符号を示す。傾向を示すカーブは、合金中
のAl含有量で層別して結ばれている。熱間加工性はFe含
有量が5%から著しく改善され、20%までFe含有量の増
加に伴い向上することがわかる。
FIG. 1 shows the effect of the Fe content in the alloy on the drawing value, that is, the hot workability, based on the results of Tables 2-1 and 2-2. It is a figure shown about comparative alloy code A to code F and code V corresponding to these. The symbols in the figure indicate the alloy numbers and symbols in Table 1-1 and Table 1-2. The curves showing the tendency are stratified and connected by the Al content in the alloy. It can be seen that the hot workability is remarkably improved from the Fe content of 5%, and improves with the increase of the Fe content to 20%.

【0037】図2は、本発明合金No.13 からNo.27 の絞
り値に対するFe含有量の影響を、各々これらに対応する
比較合金符号Gから符号Uと比較して示す図である。こ
れらの発明合金においてもFe含有量が本発明の範囲で
は、熱間加工性が向上していることがわかる。
FIG. 2 is a diagram showing the influence of the Fe content on the aperture values of the alloys Nos. 13 to 27 of the present invention in comparison with comparative alloy symbols G to U, respectively. It can be seen that even in these invention alloys, when the Fe content is within the range of the present invention, the hot workability is improved.

【0038】一方、表2−1および表2−2から明らか
なように、耐浸炭性および耐コーキング性は、従来合金
に比較して著しく改善され、比較合金と同等の性能を有
していることがわかる。これは合金中のAlを 5.5%以上
に高めることにより、メタル表面に強固で緻密な単層の
コランダム型の Al2O3酸化皮膜が形成されたことによる
ものである。またAlが 5.5%以上の範囲における、この
ような Al2O3単層皮膜の形成は、合金中のMnを 0.2%以
下に抑制することにより初めて達成されるものである。
On the other hand, as is clear from Tables 2-1 and 2-2, the carburization resistance and the coking resistance are significantly improved as compared with the conventional alloy, and have the same performance as the comparative alloy. You can see that. This is due to the fact that by increasing the Al content in the alloy to 5.5% or more, a strong and dense single-layer corundum-type Al 2 O 3 oxide film was formed on the metal surface. In addition, the formation of such an Al 2 O 3 single-layer film in the range of 5.5% or more of Al can only be achieved by suppressing Mn in the alloy to 0.2% or less.

【0039】図3は、本発明合金No.1からNo.12 および
No.28 からNo.30 とこれらに対応する比較合金符号Aか
ら符号Fおよび符号Vについて、Fe含有量とクリープ破
断強度との関係を、同様にAl含有量で層別して示す図で
ある。クリープ破断強度は、Fe含有量の増加に伴い若干
低下する傾向を示し、比較合金よりも低下するものもあ
るが、それほど大きくはない。Fe含有量が20%までであ
れば、表2−2に示す従来合金よりも著しく高い。これ
は、高温での使用中にγ′相がマトリックス中に微細析
出することによる。
FIG. 3 shows alloys No. 1 to No. 12 of the present invention and
It is a figure which similarly shows the relationship between Fe content and creep rupture strength about No.28-No.30 and the comparative alloy code | cord | chord A-code | cord | chord F and code | cord | chord V corresponding to these, and is similarly layered by Al content. The creep rupture strength shows a tendency to slightly decrease with an increase in the Fe content, and some of the creep rupture strengths are lower than those of the comparative alloy, but are not so large. If the Fe content is up to 20%, it is significantly higher than the conventional alloys shown in Table 2-2. This is due to the fact that the γ 'phase precipitates finely in the matrix during use at high temperatures.

【0040】図4は、本発明合金No.13 からNo.27 とこ
れらに対応する比較合金符号Gから符号Uについて、Fe
含有量とクリープ破断強度との関係を示す図である。こ
れらの本発明合金のクリープ破断強度は、図4および表
2−2から明らかなように、Feを含有させると比較合金
よりも低下する傾向にあるが、従来合金と比較すれば、
高いことがわかる。
FIG. 4 shows the alloys Nos. 13 to 27 of the present invention and the corresponding comparative alloys G to U corresponding to these alloys.
It is a figure which shows the relationship between content and creep rupture strength. As is clear from FIG. 4 and Table 2-2, the creep rupture strength of these alloys of the present invention tends to be lower than that of the comparative alloy when Fe is contained.
It turns out that it is high.

【0041】[0041]

【表1−1】 [Table 1-1]

【0042】[0042]

【表1−2】 [Table 1-2]

【0043】[0043]

【表2−1】 [Table 2-1]

【0044】[0044]

【表2−2】 [Table 2-2]

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明の合金は、高温強度、耐浸炭性お
よび耐コーキング性に優れるだけでなく、加工性にも優
れる。特にエチレンプラント用分解炉管として好適であ
り、二重管にしなくても単管として使用することが可能
である。
The alloy of the present invention is excellent not only in high-temperature strength, carburization resistance and coking resistance but also in workability. In particular, it is suitable as a cracking furnace tube for an ethylene plant, and can be used as a single tube without using a double tube.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のニッケル基合金および比較合金の一部
について、Fe含有量と熱間加工性との関係を示す図であ
る。
FIG. 1 is a view showing the relationship between the Fe content and hot workability for a part of a nickel-based alloy and a comparative alloy of the present invention.

【図2】本発明のニッケル基合金および比較合金の別の
一部について、Fe含有量と熱間加工性との関係を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the Fe content and hot workability for another part of the nickel-based alloy and the comparative alloy of the present invention.

【図3】本発明のニッケル基合金および比較合金の一部
について、Fe含有量と1100℃、1.0 kgf/mm2 でのクリー
プ破断時間との関係を示す図である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the Fe content and the creep rupture time at 1100 ° C. and 1.0 kgf / mm 2 for a part of the nickel-base alloy and the comparative alloy of the present invention.

【図4】本発明のニッケル基合金および比較合金の別の
一部について、Fe含有量と1100℃、1.0 kgf/mm2 でのク
リープ破断時間との関係を示す図である。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the Fe content and the creep rupture time at 1100 ° C. and 1.0 kgf / mm 2 for another part of the nickel-based alloy and the comparative alloy of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−86840(JP,A) 特開 昭62−93334(JP,A) 特開 昭63−96235(JP,A) 特開 平2−259037(JP,A) 特開 平2−8336(JP,A) 特開 昭57−23050(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 19/05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-86840 (JP, A) JP-A-62-93334 (JP, A) JP-A-63-96235 (JP, A) JP-A-2- 259037 (JP, A) JP-A-2-8336 (JP, A) JP-A-57-23050 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C22C 19/05

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】重量%で、C:0.10 %以下、Si:1.0%以
下、Mn:0.2%以下、Cr:5%以下、Al:5.5 〜12%、Fe:
5%を超え20%までを含有し、更に、B:0.001〜0.03
%、Zr:0.01〜0.3 %、Hf: 0.05〜1.0 %、Ti: 0.05〜
1.0 %およびMg:0.001〜0.02%の1種以上を含み、残部
はNiおよび不可避的不純物からなる加工性に優れる高温
強度と耐食性の良好なニッケル基耐熱合金。
(1) In weight%, C: 0.10% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 0.2% or less, Cr: 5% or less, Al: 5.5 to 12%, Fe:
Contains more than 5% up to 20%, and B: 0.001-0.03
%, Zr: 0.01-0.3%, Hf: 0.05-1.0%, Ti: 0.05-
A nickel-base heat-resistant alloy containing 1.0% and one or more of Mg: 0.001 to 0.02%, with the balance consisting of Ni and unavoidable impurities having excellent workability and high temperature strength and good corrosion resistance.
【請求項2】加えて更に、Mo:0.5〜5%とW:1.0〜10%
の1種または2種を含有する請求項1の加工性に優れる
高温強度と耐食性の良好なニッケル基耐熱合金。
2. In addition, Mo: 0.5-5% and W: 1.0-10%.
The nickel-base heat-resistant alloy according to claim 1, which comprises one or two of the following:
【請求項3】加えて更に、V:0.3〜3%、Nb:0.5〜5%
およびTa:1.0〜10%のうちの1種以上を含有する請求項
1または2の加工性に優れる高温強度と耐食性の良好な
ニッケル基耐熱合金。
3. In addition, V: 0.3-3%, Nb: 0.5-5%
3. The nickel-base heat-resistant alloy according to claim 1 or 2, wherein said nickel-base heat-resistant alloy has excellent workability and high corrosion resistance.
【請求項4】加えて更に、Y:0.01〜0.25%、La:0.01
〜0.25%およびCe:0.01〜0.25%の1種以上を含有する
請求項1から3までのいずれかの加工性に優れる高温強
度と耐食性の良好なニッケル基耐熱合金。
4. In addition, Y: 0.01 to 0.25%, La: 0.01
The nickel-base heat-resistant alloy having excellent high-temperature strength and corrosion resistance excellent in workability according to any one of claims 1 to 3, containing at least one of 0.2 to 0.25% and Ce: 0.01 to 0.25%.
【請求項5】C含有量が0.02%を超え、0.10%以下であ
る請求項1から4までのいずれかの加工性に優れる高温
強度と耐食性の良好なニッケル基耐熱合金。
5. The nickel-base heat-resistant alloy according to claim 1, wherein the C content is more than 0.02% and not more than 0.10%.
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