JP3250436B2 - 耐浸炭性に優れた耐熱合金 - Google Patents
耐浸炭性に優れた耐熱合金Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、６００〜９００℃
の温度域で、炭化水素類に対するＨ2 の体積比（Ｈ2 ／
炭化水素類）が０（ゼロ）を超え４未満の環境で用いら
れる高温装置用材料として用いられる耐熱合金に関す
る。
の温度域で、炭化水素類に対するＨ2 の体積比（Ｈ2 ／
炭化水素類）が０（ゼロ）を超え４未満の環境で用いら
れる高温装置用材料として用いられる耐熱合金に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】石油化学工業用改質炉等では、石油、ガ
ス等の炭化水素類を原料ガスとして用い、Ｈ2 を混合し
た６００〜９００℃の雰囲気で分解して改質させている
が、このような温度域（以下、中温度域という）で用い
られる装置材料に浸炭が発生するとの認識は一切されて
おらず、単に耐熱性を考慮した安価なＣｒ−Ｍｏ鋼等の
耐熱鋼が従来から使用されている。
ス等の炭化水素類を原料ガスとして用い、Ｈ2 を混合し
た６００〜９００℃の雰囲気で分解して改質させている
が、このような温度域（以下、中温度域という）で用い
られる装置材料に浸炭が発生するとの認識は一切されて
おらず、単に耐熱性を考慮した安価なＣｒ−Ｍｏ鋼等の
耐熱鋼が従来から使用されている。
【０００３】しかし、今までの認識とは異なり、原料ガ
スとなる炭化水素類にＨ2 を添加した場合、特に、炭化
水素類に対するＨ2 の体積比（Ｈ2 ／炭化水素類）が０
（ゼロ）を超え４未満の範囲となる上記の中温度域で原
料ガスを改質させる装置材料に、今まで問題とされてい
なかった浸炭という問題が新たに発見された。
スとなる炭化水素類にＨ2 を添加した場合、特に、炭化
水素類に対するＨ2 の体積比（Ｈ2 ／炭化水素類）が０
（ゼロ）を超え４未満の範囲となる上記の中温度域で原
料ガスを改質させる装置材料に、今まで問題とされてい
なかった浸炭という問題が新たに発見された。
【０００４】この環境は、通常の環境よりも強還元性雰
囲気となるため、６００〜９００℃という中温度域であ
っても、Ｃｒ−Ｍｏ鋼等の耐熱鋼では、原料からのＣ生
成により局部的な浸炭が発生したものと考えられる。
囲気となるため、６００〜９００℃という中温度域であ
っても、Ｃｒ−Ｍｏ鋼等の耐熱鋼では、原料からのＣ生
成により局部的な浸炭が発生したものと考えられる。
【０００５】さらに、今まで用いられていたＣｒ−Ｍｏ
鋼は、耐熱性を重視した材料のため、Ｃ含有量も高く加
工性や溶接性に劣るといった問題もある。そのため、現
状ではその都度装置材料の更新を行ってはいるが、補修
工数や補修費用の増大のみでなく操業効率化の阻害をも
招いている。
鋼は、耐熱性を重視した材料のため、Ｃ含有量も高く加
工性や溶接性に劣るといった問題もある。そのため、現
状ではその都度装置材料の更新を行ってはいるが、補修
工数や補修費用の増大のみでなく操業効率化の阻害をも
招いている。
【０００６】高温装置材料における耐浸炭性の検討は今
までに種々の検討がなされており、例えば、ＣＯＲＲＯ
ＳＩＯＮ−ＮＡＣＥ，Ｖｏｌ．１５ Ｄｅｃ．（１９５
９）ｐ６２２には、５７．５％Ｈ2 −３１．８％ＣＯ−
１．２％ＣＨ4 −６．１％Ｈ2 Ｏ−２．８％Ｎ2 を含
み、９００〜１６５０Ｆ（４８２〜８９９℃）の環境で
使用される材料として、種々のＣｒ−Ｍｏ鋼や２５％Ｃ
ｒ（ＡＩＳＩ−Ｔｙｐｅ４４６）、１８％Ｃｒ−８％Ｎ
ｉ（ＡＩＳＩ−Ｔｙｐｅ３０４：ＪＩＳ規格のＳＵＳ３
０４相当）および２５％Ｃｒ−２０％Ｎｉ（ＡＩＳＩ−
Ｔｙｐｅ３１０：ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０相当）等の
ステンレス鋼を用いた耐浸炭性の検討がなされている。
ここでは、Ｃｒ含有量が高いほど耐浸炭性に優れること
が記載されている。また、Ｍｅｔ．Ｅｎｇ．Ｑｕａｒ
ｔ．，Ｖｏｌ．８（１９６８）ｐ３０には、４０％Ｈ2
−２０％ＣＯ−２．５％ＣＨ4 −残Ｎ2 を含む９７４℃
の環境での耐浸炭性に及ぼす材質の検討がされており、
１５〜１８％Ｃｒと８０％迄のＮｉを含有するステンレ
ス鋼を用いてＣ吸収量を調査しており、Ｃｒのみでなく
Ｎｉの含有も耐浸炭性には有効であることが記載されて
いる。
までに種々の検討がなされており、例えば、ＣＯＲＲＯ
ＳＩＯＮ−ＮＡＣＥ，Ｖｏｌ．１５ Ｄｅｃ．（１９５
９）ｐ６２２には、５７．５％Ｈ2 −３１．８％ＣＯ−
１．２％ＣＨ4 −６．１％Ｈ2 Ｏ−２．８％Ｎ2 を含
み、９００〜１６５０Ｆ（４８２〜８９９℃）の環境で
使用される材料として、種々のＣｒ−Ｍｏ鋼や２５％Ｃ
ｒ（ＡＩＳＩ−Ｔｙｐｅ４４６）、１８％Ｃｒ−８％Ｎ
ｉ（ＡＩＳＩ−Ｔｙｐｅ３０４：ＪＩＳ規格のＳＵＳ３
０４相当）および２５％Ｃｒ−２０％Ｎｉ（ＡＩＳＩ−
Ｔｙｐｅ３１０：ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０相当）等の
ステンレス鋼を用いた耐浸炭性の検討がなされている。
ここでは、Ｃｒ含有量が高いほど耐浸炭性に優れること
が記載されている。また、Ｍｅｔ．Ｅｎｇ．Ｑｕａｒ
ｔ．，Ｖｏｌ．８（１９６８）ｐ３０には、４０％Ｈ2
−２０％ＣＯ−２．５％ＣＨ4 −残Ｎ2 を含む９７４℃
の環境での耐浸炭性に及ぼす材質の検討がされており、
１５〜１８％Ｃｒと８０％迄のＮｉを含有するステンレ
ス鋼を用いてＣ吸収量を調査しており、Ｃｒのみでなく
Ｎｉの含有も耐浸炭性には有効であることが記載されて
いる。
【０００７】しかし、これらの２つの文献が対象とする
環境は炭化水素類に対するＨ2 の体積比（Ｈ2 ／炭化水
素類）が非常に高く、本発明が対象とする環境のガス組
成とは異なっており、本発明が対象とする環境での浸炭
問題については十分には検討されているとは言えず、本
環境でＣｒ、Ｎｉの含有が耐浸炭性に有効かどうかは明
確にされていない。
環境は炭化水素類に対するＨ2 の体積比（Ｈ2 ／炭化水
素類）が非常に高く、本発明が対象とする環境のガス組
成とは異なっており、本発明が対象とする環境での浸炭
問題については十分には検討されているとは言えず、本
環境でＣｒ、Ｎｉの含有が耐浸炭性に有効かどうかは明
確にされていない。
【０００８】さらに、本発明が対象とする環境とは異な
るが、エチレン分解炉等のパラフィン系炭化水素にスチ
ームを混合し、１０００〜１１００℃とより高温の環境
で使用される装置材料についても種々の検討がされてい
るが、この環境では、高温強度と共に耐浸炭性や耐コー
キング性が要求される。例えば、特公平２−５０９７６
号公報には、Ｃ：０．３〜０．６％、Ｓｉ≦２．０％、
Ｍｎ≦２０％、Ｃｒ：２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：３
０．０〜４０．０％に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｗを含
有させ、高温強度と耐浸炭性を改善した石油化学工業反
応管用耐熱鋳鋼が記載されている。また、特開平２−１
５６０４９号公報や特開平３−１０４８４３号公報に
も、同じエチレン分解炉管用として、希土類元素やＺｒ
添加により高温強度を保持しつつ耐コーキング性を有す
る耐熱鋼が開示されている。
るが、エチレン分解炉等のパラフィン系炭化水素にスチ
ームを混合し、１０００〜１１００℃とより高温の環境
で使用される装置材料についても種々の検討がされてい
るが、この環境では、高温強度と共に耐浸炭性や耐コー
キング性が要求される。例えば、特公平２−５０９７６
号公報には、Ｃ：０．３〜０．６％、Ｓｉ≦２．０％、
Ｍｎ≦２０％、Ｃｒ：２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：３
０．０〜４０．０％に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｗを含
有させ、高温強度と耐浸炭性を改善した石油化学工業反
応管用耐熱鋳鋼が記載されている。また、特開平２−１
５６０４９号公報や特開平３−１０４８４３号公報に
も、同じエチレン分解炉管用として、希土類元素やＺｒ
添加により高温強度を保持しつつ耐コーキング性を有す
る耐熱鋼が開示されている。
【０００９】このようなエチレン分解炉のような１００
０〜１１００℃という高温環境は、本発明が対象とする
環境とは異なっており、浸炭やコーキングを防止すると
共に高温強度が要求されるためＣｒ−Ｎｉ鋼のＣ量を少
なくとも０．１％程度以上とする必要がある。しかし、
このような高強度でＣ量が高めの材料を曲げ加工した場
合には割れが発生したり、溶接部が高硬度となり応力腐
食割れ（以下「ＳＣＣ」という。）が発生する恐れがあ
る。
０〜１１００℃という高温環境は、本発明が対象とする
環境とは異なっており、浸炭やコーキングを防止すると
共に高温強度が要求されるためＣｒ−Ｎｉ鋼のＣ量を少
なくとも０．１％程度以上とする必要がある。しかし、
このような高強度でＣ量が高めの材料を曲げ加工した場
合には割れが発生したり、溶接部が高硬度となり応力腐
食割れ（以下「ＳＣＣ」という。）が発生する恐れがあ
る。
【００１０】さらに、特開平２−１５６０４９号公報や
特開平３−１０４８４３号公報が対象としている「コー
キング」とは、ガス中の炭化水素から炭素が析出し、材
料表面に堆積する現象であり、本発明が対象とする環境
で用いられる材料に発生する浸炭とは異なる現象であ
る。
特開平３−１０４８４３号公報が対象としている「コー
キング」とは、ガス中の炭化水素から炭素が析出し、材
料表面に堆積する現象であり、本発明が対象とする環境
で用いられる材料に発生する浸炭とは異なる現象であ
る。
【００１１】また更に、特開平５−１３４４号公報に
は、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ≦５％、Ｍｎ≦
０．４％、Ｃｒ：１５〜４５％、Ｆｅ≦１５％に、Ｍ
ｇ、Ｂ、Ｚｒ、希土類元素（Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ）およびＮ
を含有させたエチレン分解炉管用のＮｉ基合金が開示さ
れている。そして、このＮｉ基合金におけるＮは、オー
ステナイト組織を安定にし、高温強度を向上させるため
に用いられている。
は、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ≦５％、Ｍｎ≦
０．４％、Ｃｒ：１５〜４５％、Ｆｅ≦１５％に、Ｍ
ｇ、Ｂ、Ｚｒ、希土類元素（Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ）およびＮ
を含有させたエチレン分解炉管用のＮｉ基合金が開示さ
れている。そして、このＮｉ基合金におけるＮは、オー
ステナイト組織を安定にし、高温強度を向上させるため
に用いられている。
【００１２】上記のように、炭化水素類に対するＨ2 の
体積比が非常に高い環境や、パラフィン系炭化水素にス
チームを混合して１０００〜１１００℃と高温で分解す
る環境に用いられる装置用材料では、浸炭やコーキング
といった現象が確認されており種々の検討がなされてい
る。しかし、本発明が対象とする６００〜９００℃の中
温度域で炭化水素類の原料ガスに特定量のＨ2 を混合し
て改質させる環境で浸炭という問題があることは今まで
知られておらず、そのためＣｒ−Ｍｏ鋼等の安価な耐熱
鋼が装置材料として用いられていた。
体積比が非常に高い環境や、パラフィン系炭化水素にス
チームを混合して１０００〜１１００℃と高温で分解す
る環境に用いられる装置用材料では、浸炭やコーキング
といった現象が確認されており種々の検討がなされてい
る。しかし、本発明が対象とする６００〜９００℃の中
温度域で炭化水素類の原料ガスに特定量のＨ2 を混合し
て改質させる環境で浸炭という問題があることは今まで
知られておらず、そのためＣｒ−Ｍｏ鋼等の安価な耐熱
鋼が装置材料として用いられていた。
【００１３】そこで、従来から用いられているＣｒ−Ｍ
ｏ鋼に代わって、耐浸炭性を有すると共に、加工性、溶
接性や耐ＳＣＣ性にも優れた材料が要望されていた。
ｏ鋼に代わって、耐浸炭性を有すると共に、加工性、溶
接性や耐ＳＣＣ性にも優れた材料が要望されていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、６００〜９
００℃の中温度域で、かつ炭化水素類に対するＨ2 の体
積比（Ｈ2 ／炭化水素類）が０（ゼロ）を超え４未満の
環境で用いられる、耐浸炭性を有すると共に、加工性、
溶接性や耐ＳＣＣ性にも優れた高温装置用材料として有
用な合金を提供することにある。
００℃の中温度域で、かつ炭化水素類に対するＨ2 の体
積比（Ｈ2 ／炭化水素類）が０（ゼロ）を超え４未満の
環境で用いられる、耐浸炭性を有すると共に、加工性、
溶接性や耐ＳＣＣ性にも優れた高温装置用材料として有
用な合金を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明が対象とする環境
では、強還元性雰囲気となるため、６００〜９００℃の
中温度域でもＣが生成して浸炭が発生する環境となる。
その環境で使用される装置用材料としては、耐浸炭性の
みでなく曲げ加工性、溶接性や耐ＳＣＣ性をも考慮する
必要がある。
では、強還元性雰囲気となるため、６００〜９００℃の
中温度域でもＣが生成して浸炭が発生する環境となる。
その環境で使用される装置用材料としては、耐浸炭性の
みでなく曲げ加工性、溶接性や耐ＳＣＣ性をも考慮する
必要がある。
【００１６】本発明者らは、上記課題を達成できる材料
の合金組成につき検討した結果、下記の〜の知見を
得、本発明を完成させるに至った。
の合金組成につき検討した結果、下記の〜の知見を
得、本発明を完成させるに至った。
【００１７】耐浸炭性の向上には強固で緻密な保護皮
膜を形成することが有効であり、少なくともＣｒとＮｉ
を含有した合金とする必要がある。また、その環境で強
固で緻密な保護皮膜を形成させるには、高いＣｒ、Ｎｉ
含有量が必要である。
膜を形成することが有効であり、少なくともＣｒとＮｉ
を含有した合金とする必要がある。また、その環境で強
固で緻密な保護皮膜を形成させるには、高いＣｒ、Ｎｉ
含有量が必要である。
【００１８】Ｍｎは耐浸炭性を劣化させるスピネル型
酸化皮膜を形成するため、Ｍｎを低減することが必要で
ある。
酸化皮膜を形成するため、Ｍｎを低減することが必要で
ある。
【００１９】本発明の使用環境である６００〜９００
℃の中温度域では高温強度はさほど問題にはならない。
従って、他の合金元素との兼ね合いで従来鋼よりもＣ量
を低減することが可能であり、これにより曲げ加工性、
溶接性および耐ＳＣＣ性を向上させることができる。
℃の中温度域では高温強度はさほど問題にはならない。
従って、他の合金元素との兼ね合いで従来鋼よりもＣ量
を低減することが可能であり、これにより曲げ加工性、
溶接性および耐ＳＣＣ性を向上させることができる。
【００２０】Ｔｉ、Ａｌの適量添加と共に、不純物と
して含まれるＰ、Ｓの低減により、保護皮膜の強度を上
昇させ得て浸炭を抑制できる。
して含まれるＰ、Ｓの低減により、保護皮膜の強度を上
昇させ得て浸炭を抑制できる。
【００２１】Ｔｉ添加鋼において適量のＮを添加する
とＴｉＮが生成し、このＴｉＮによって鋼内部へのＣの
拡散が抑制され、耐浸炭性がより向上する。
とＴｉＮが生成し、このＴｉＮによって鋼内部へのＣの
拡散が抑制され、耐浸炭性がより向上する。
【００２２】さらに、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの１種以上を含
有させることで、Ｃｒ2 Ｏ3 からなる表面酸化皮膜の密
着性が向上し、浸炭を抑制することができる。また、こ
れらの元素を添加する場合は、Ｍｎを高めても耐浸炭性
の改善は可能である。
有させることで、Ｃｒ2 Ｏ3 からなる表面酸化皮膜の密
着性が向上し、浸炭を抑制することができる。また、こ
れらの元素を添加する場合は、Ｍｎを高めても耐浸炭性
の改善は可能である。
【００２３】ここに、本発明の要旨は、次の（１）およ
び（２）の耐浸炭性に優れた耐熱合金にある。
び（２）の耐浸炭性に優れた耐熱合金にある。
【００２４】（１）重量％で、Ｃ：０．０４％以下、Ｓ
ｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｃｒ：１９．
０〜２３．０％、Ｎｉ：３０．０〜３５．０％、Ｔｉ：
０．１５〜１．４０％、Ａｌ：０．１５〜０．６０％、
Ｎ：０．０８〜０．３％を含有し、残部がＦｅおよび不
可避的不純物からなり、不純物中のＰは０．０３０％以
下、Ｓは０．０１５％以下で、かつＴｉとＮとの関係が
下式を満たすことを特徴とする、６００〜９００℃の温
度域でかつ炭化水素類に対するＨ２ の体積比が０（ゼ
ロ）を超え４未満の環境で用いる耐浸炭性に優れた耐熱
合金。 ０．１％≦（％）Ｔｉ−〔４８×（％）Ｎ／１４〕≦０．４％
ｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｃｒ：１９．
０〜２３．０％、Ｎｉ：３０．０〜３５．０％、Ｔｉ：
０．１５〜１．４０％、Ａｌ：０．１５〜０．６０％、
Ｎ：０．０８〜０．３％を含有し、残部がＦｅおよび不
可避的不純物からなり、不純物中のＰは０．０３０％以
下、Ｓは０．０１５％以下で、かつＴｉとＮとの関係が
下式を満たすことを特徴とする、６００〜９００℃の温
度域でかつ炭化水素類に対するＨ２ の体積比が０（ゼ
ロ）を超え４未満の環境で用いる耐浸炭性に優れた耐熱
合金。 ０．１％≦（％）Ｔｉ−〔４８×（％）Ｎ／１４〕≦０．４％
【００２５】（２）重量％で、Ｃ：０．０４％以下、Ｓ
ｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：１９．
０〜２３．０％、Ｎｉ：３０．０〜３５．０％、Ｔｉ：
０．１５〜１．４０％、Ａｌ：０．１５〜０．６０％、
Ｎ：０．０８〜０．３％を含有すると共に、さらに、
Ｙ：０．０１〜０．１０％、Ｌａ：０．０１〜０．１０
％およびＣｅ：０．０１〜０．１０％の１種以上を合計
で０．１０％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不
純物からなり、不純物中のＰは０．０３０％以下、Ｓは
０．０１５％以下で、かつＴｉとＮとの関係が下式を満
たすことを特徴とする、６００〜９００℃の温度域でか
つ炭化水素類に対するＨ２ の体積比が０（ゼロ）を超
え４未満の環境で用いる耐浸炭性に優れた耐熱合金。 ０．１％≦（％）Ｔｉ−〔４８×（％）Ｎ／１４〕≦０．４％
ｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：１９．
０〜２３．０％、Ｎｉ：３０．０〜３５．０％、Ｔｉ：
０．１５〜１．４０％、Ａｌ：０．１５〜０．６０％、
Ｎ：０．０８〜０．３％を含有すると共に、さらに、
Ｙ：０．０１〜０．１０％、Ｌａ：０．０１〜０．１０
％およびＣｅ：０．０１〜０．１０％の１種以上を合計
で０．１０％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不
純物からなり、不純物中のＰは０．０３０％以下、Ｓは
０．０１５％以下で、かつＴｉとＮとの関係が下式を満
たすことを特徴とする、６００〜９００℃の温度域でか
つ炭化水素類に対するＨ２ の体積比が０（ゼロ）を超
え４未満の環境で用いる耐浸炭性に優れた耐熱合金。 ０．１％≦（％）Ｔｉ−〔４８×（％）Ｎ／１４〕≦０．４％
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明は、原料となる石油やガス
等のＣＨ4 −Ｃ2 Ｈ6 −Ｃ3 Ｈ8 等の炭化水素類に、炭
化水素類に対するＨ2 の体積比（Ｈ2 の体積％／炭化水
素類の体積％）を０（ゼロ）を超え４未満の範囲となる
Ｈ2 を混合し、６００〜９００℃の中温度域で改質等を
行う、石油化学工業の改質炉用加熱炉管等の装置材料に
使用される耐熱合金に関するものである。
等のＣＨ4 −Ｃ2 Ｈ6 −Ｃ3 Ｈ8 等の炭化水素類に、炭
化水素類に対するＨ2 の体積比（Ｈ2 の体積％／炭化水
素類の体積％）を０（ゼロ）を超え４未満の範囲となる
Ｈ2 を混合し、６００〜９００℃の中温度域で改質等を
行う、石油化学工業の改質炉用加熱炉管等の装置材料に
使用される耐熱合金に関するものである。
【００２９】次に、本発明が対象とする使用環境におけ
る合金元素の限定理由について以下に説明する。なお、
以下特に断りのない場合、「％」は「重量％」を意味す
る。
る合金元素の限定理由について以下に説明する。なお、
以下特に断りのない場合、「％」は「重量％」を意味す
る。
【００３０】Ｃ：０．０４％以下 Ｃは、強度上昇に有効な元素であるが、本発明の使用環
境は６００〜９００℃の中温度域のため、Ｃ含有量を高
めて強度確保する必要性はなく、それよりも強度上昇や
高Ｃ化による曲げ加工性、溶接性や耐ＳＣＣ性の劣化を
防止する方が有効である。したがって、Ｃ含有量は０．
０４％以下とした。
境は６００〜９００℃の中温度域のため、Ｃ含有量を高
めて強度確保する必要性はなく、それよりも強度上昇や
高Ｃ化による曲げ加工性、溶接性や耐ＳＣＣ性の劣化を
防止する方が有効である。したがって、Ｃ含有量は０．
０４％以下とした。
【００３１】なお、下限を定める必要は特にないが、望
ましい下限は0.01％である。
ましい下限は0.01％である。
【００３２】Ｓｉ：１．０％以下 Ｓｉは、脱酸元素として必要な元素であり、また耐酸化
性や耐浸炭性改善に有効であり、通常は０．０５％以上
含有させる。しかし、Ｓｉ含有量が１．０％を超えると
靭性や溶接性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は
１．０％以下とした。望ましい上限は０．５％である。
性や耐浸炭性改善に有効であり、通常は０．０５％以上
含有させる。しかし、Ｓｉ含有量が１．０％を超えると
靭性や溶接性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は
１．０％以下とした。望ましい上限は０．５％である。
【００３３】なお、下限を定める必要は特にないが、望
ましい下限は0.01％である。
ましい下限は0.01％である。
【００３４】Ｍｎ：０．５％以下、または１．５％以下 Ｍｎは、脱酸元素として有効な元素であるが、スピネル
型酸化皮膜の形成を促進して耐浸炭性を劣化させる。そ
のため、Ｍｎ含有量は０．５％以下とした。望ましい上
限は０．４％である。
型酸化皮膜の形成を促進して耐浸炭性を劣化させる。そ
のため、Ｍｎ含有量は０．５％以下とした。望ましい上
限は０．４％である。
【００３５】ただし、上述したように、Ｙ、Ｌａおよび
Ｃｅの１種以上を複合して含有させる場合には、これら
の元素によるＣｒ2 Ｏ3 酸化皮膜の密着性を改善して耐
浸炭性を改善させる効果により、強度確保のためにＭｎ
含有量を１．５％まで上昇させてもよい。なお、耐浸炭
性の点からは、Ｙ、ＬａおよびＣｅの１種以上を複合し
て含有させた場合でも、Ｍｎを０．５％以下、望ましく
は０．４％以下に抑える方がより好ましいことは言うま
でもない。
Ｃｅの１種以上を複合して含有させる場合には、これら
の元素によるＣｒ2 Ｏ3 酸化皮膜の密着性を改善して耐
浸炭性を改善させる効果により、強度確保のためにＭｎ
含有量を１．５％まで上昇させてもよい。なお、耐浸炭
性の点からは、Ｙ、ＬａおよびＣｅの１種以上を複合し
て含有させた場合でも、Ｍｎを０．５％以下、望ましく
は０．４％以下に抑える方がより好ましいことは言うま
でもない。
【００３６】なお、下限を定める必要は特にないが、望
ましい下限は0.20％である。
ましい下限は0.20％である。
【００３７】Ｃｒ：１９．０〜２３．０％ Ｃｒは、強度上昇に有効な成分であると共に、耐酸化性
も改善する。さらに、材料表面にＣｒ2 Ｏ3 からなる酸
化皮膜を形成し、浸炭が進行するのを防止する。しか
し、Ｃｒ含有量が１９．０％未満では緻密な酸化皮膜が
形成されず、上記の効果が得られない。一方、Ｃｒ含有
量が２３．０％を超えると強度が高くなり過ぎ、曲げ加
工性が劣化すると共に溶接性も悪くなる。したがって、
Ｃｒ含有量は１９．０〜２３．０％とした。望ましい範
囲は２０．５〜２２．５％である。
も改善する。さらに、材料表面にＣｒ2 Ｏ3 からなる酸
化皮膜を形成し、浸炭が進行するのを防止する。しか
し、Ｃｒ含有量が１９．０％未満では緻密な酸化皮膜が
形成されず、上記の効果が得られない。一方、Ｃｒ含有
量が２３．０％を超えると強度が高くなり過ぎ、曲げ加
工性が劣化すると共に溶接性も悪くなる。したがって、
Ｃｒ含有量は１９．０〜２３．０％とした。望ましい範
囲は２０．５〜２２．５％である。
【００３８】Ｎｉ：３０．０〜３５．０％ Ｎｉは、強度上昇や耐酸化性を向上させる元素であり、
さらに、Ｃｒによって形成された酸化皮膜を緻密化する
と共に酸化皮膜の密着性を高めて、耐浸炭性を改善す
る。しかし、Ｎｉ含有量が３０．０％未満では本発明が
対象とする環境では耐浸炭性が不十分となる。一方、Ｎ
ｉを３５．０％を超えて含有させても効果が飽和し、単
にコストアップとなるのみである。したがって、Ｎｉ含
有量は３０．０〜３５．０％とした。望ましい範囲は３
１〜３３．５％である。
さらに、Ｃｒによって形成された酸化皮膜を緻密化する
と共に酸化皮膜の密着性を高めて、耐浸炭性を改善す
る。しかし、Ｎｉ含有量が３０．０％未満では本発明が
対象とする環境では耐浸炭性が不十分となる。一方、Ｎ
ｉを３５．０％を超えて含有させても効果が飽和し、単
にコストアップとなるのみである。したがって、Ｎｉ含
有量は３０．０〜３５．０％とした。望ましい範囲は３
１〜３３．５％である。
【００３９】Ｎ：０．０８〜０．３％ Ｎは、オーステナイト組織の安定性に寄与するとともに
引張強さとクリープ破断強度を改善するのに有効な元素
であり、特に本発明の高Ｃｒ鋼においては高温強度の改
善に大きく寄与する元素である。また、Ｎは、本発明の
高Ｃｒ鋼においては後述のＴｉと複合して添加含有させ
るとＴｉＮを生成し、このＴｉＮがＣの鋼内部への拡散
を妨げ、耐浸炭性を向上させる。これらの効果を得るた
めには、０．０８％以上のＮ含有量が必要である。一
方、０．３％を超えてＮを含有させても上記の効果は飽
和し、逆に窒化物が多量に析出して靭性低下や加工性お
よび溶接性の劣化を招く。したがって、Ｎ含有量は０．
０８〜０．３％とした。望ましい範囲は０．０８〜０．
２５％である。
引張強さとクリープ破断強度を改善するのに有効な元素
であり、特に本発明の高Ｃｒ鋼においては高温強度の改
善に大きく寄与する元素である。また、Ｎは、本発明の
高Ｃｒ鋼においては後述のＴｉと複合して添加含有させ
るとＴｉＮを生成し、このＴｉＮがＣの鋼内部への拡散
を妨げ、耐浸炭性を向上させる。これらの効果を得るた
めには、０．０８％以上のＮ含有量が必要である。一
方、０．３％を超えてＮを含有させても上記の効果は飽
和し、逆に窒化物が多量に析出して靭性低下や加工性お
よび溶接性の劣化を招く。したがって、Ｎ含有量は０．
０８〜０．３％とした。望ましい範囲は０．０８〜０．
２５％である。
【００４０】図１は、Ｎ含有量と浸炭深さとの関係を示
す図の一例であるが、Ｎ含有量が０．０８％未満では浸
炭深さが０．０６ｍｍ超と大きくなっている。一方、
０．３％を超えて含有させてもその効果に変化はない。
す図の一例であるが、Ｎ含有量が０．０８％未満では浸
炭深さが０．０６ｍｍ超と大きくなっている。一方、
０．３％を超えて含有させてもその効果に変化はない。
【００４１】Ｔｉ：０．１５〜１．４％ Ｔｉは、高温強度および耐食性を改善するのに有効な元
素であると共に、前述のＮとの複合添加によって生成し
たＴｉＮによるＣの鋼内部への拡散抑制作用により耐浸
炭性を向上させる。さらに、Ｔｉは合金表面に形成され
る保護皮膜の強度を上昇させる効果も有している。これ
らの効果を得るためには、０．１５％以上のＴｉ含有量
が必要である。しかし、１．４％を超えてＴｉを含有さ
せてもその効果は飽和し、逆にＴｉ系炭窒化物が増加し
て加工性が劣化する。したがって、Ｔｉ含有量は０．１
５〜１．４％とした。望ましい範囲は０．４０〜１．０
％である。
素であると共に、前述のＮとの複合添加によって生成し
たＴｉＮによるＣの鋼内部への拡散抑制作用により耐浸
炭性を向上させる。さらに、Ｔｉは合金表面に形成され
る保護皮膜の強度を上昇させる効果も有している。これ
らの効果を得るためには、０．１５％以上のＴｉ含有量
が必要である。しかし、１．４％を超えてＴｉを含有さ
せてもその効果は飽和し、逆にＴｉ系炭窒化物が増加し
て加工性が劣化する。したがって、Ｔｉ含有量は０．１
５〜１．４％とした。望ましい範囲は０．４０〜１．０
％である。
【００４２】なお、ＴｉとＮとの関係は、下式を満足す
る範囲とする必要がある。これは、ＴｉＮによる上記の
効果に加え、強度と耐食性とを確実に確保維持するため
である。
る範囲とする必要がある。これは、ＴｉＮによる上記の
効果に加え、強度と耐食性とを確実に確保維持するため
である。
【００４３】０．１％≦（％）Ｔｉ−〔４８×（％）Ｎ
／１４〕≦０．４％ Ａｌ：０．１５〜０．６０％ Ａｌは、高温強度確保と共に、Ｔｉと同様、保護皮膜の
安定化に寄与する。この効果を得るには、０．１５％以
上のＡｌ含有量が必要である。一方、０．６０％を超え
てＡｌを含有させてもその効果が飽和し、逆にＡｌ系介
在物の増加により加工性が劣化する。したがって、Ａｌ
含有量は０．１５〜０．６０％とした。
／１４〕≦０．４％ Ａｌ：０．１５〜０．６０％ Ａｌは、高温強度確保と共に、Ｔｉと同様、保護皮膜の
安定化に寄与する。この効果を得るには、０．１５％以
上のＡｌ含有量が必要である。一方、０．６０％を超え
てＡｌを含有させてもその効果が飽和し、逆にＡｌ系介
在物の増加により加工性が劣化する。したがって、Ａｌ
含有量は０．１５〜０．６０％とした。
【００４４】望ましい範囲は０．２〜０．４％である。
【００４５】Ｙ、ＬａおよびＣｅの１種以上：いずれも
０．０１〜０．１０％、ただし、合計０．１０％以下、
Ｙ、ＬａおよびＣｅは、主として熱サイクル条件下での
Ｃｒ2 Ｏ3 皮膜の密着性を向上し、温度変動下での使用
においても優れた耐浸炭性を有するため、必要に応じて
含有させる。その効果を発揮させるためにはＹ、Ｌａお
よびＣｅとも、含有量をそれぞれ０．０１％以上とする
必要がある。しかし、過剰に添加するとこれらの元素と
Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉを主体とした金属間化合物が析出して
加工性が劣化し、またＣｒ2 Ｏ3 皮膜の密着性改善効果
も飽和するので、上限をＹ、ＬａおよびＣｅともそれぞ
れ０．１０％とする。
０．０１〜０．１０％、ただし、合計０．１０％以下、
Ｙ、ＬａおよびＣｅは、主として熱サイクル条件下での
Ｃｒ2 Ｏ3 皮膜の密着性を向上し、温度変動下での使用
においても優れた耐浸炭性を有するため、必要に応じて
含有させる。その効果を発揮させるためにはＹ、Ｌａお
よびＣｅとも、含有量をそれぞれ０．０１％以上とする
必要がある。しかし、過剰に添加するとこれらの元素と
Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉを主体とした金属間化合物が析出して
加工性が劣化し、またＣｒ2 Ｏ3 皮膜の密着性改善効果
も飽和するので、上限をＹ、ＬａおよびＣｅともそれぞ
れ０．１０％とする。
【００４６】さらに、これらの元素は１種だけ含有させ
てもよいし、また２種以上を含有させてもよいが、２種
以上を含有させる場合には、特に加工性を維持するため
に、これらの元素の合計が０．１０％を超えない範囲に
抑える必要がある。また、０．１０％を超えた場合に
は、鋼塊割れや熱間加工性の低下という問題が生じてく
る。
てもよいし、また２種以上を含有させてもよいが、２種
以上を含有させる場合には、特に加工性を維持するため
に、これらの元素の合計が０．１０％を超えない範囲に
抑える必要がある。また、０．１０％を超えた場合に
は、鋼塊割れや熱間加工性の低下という問題が生じてく
る。
【００４７】また、これらの元素による耐浸炭性改善効
果は、Ｙ、ＬａおよびＣｅが合金と酸化皮膜の界面に偏
析するＳを硫化物として合金中に固定し、Ｃｒ2 Ｏ3 酸
化皮膜の密着性を良好にし、耐剥離性を向上させること
による。したがって、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの１種以上を含有
させる場合は、Ｍｎ含有量を１．５％まで高めてもＭｎ
による耐浸炭性の劣化は顕著とはならず、低ＭｎでＹ、
ＬａおよびＣｅを含有しない場合と同等の耐浸炭性を確
保することができる。
果は、Ｙ、ＬａおよびＣｅが合金と酸化皮膜の界面に偏
析するＳを硫化物として合金中に固定し、Ｃｒ2 Ｏ3 酸
化皮膜の密着性を良好にし、耐剥離性を向上させること
による。したがって、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの１種以上を含有
させる場合は、Ｍｎ含有量を１．５％まで高めてもＭｎ
による耐浸炭性の劣化は顕著とはならず、低ＭｎでＹ、
ＬａおよびＣｅを含有しない場合と同等の耐浸炭性を確
保することができる。
【００４８】さらに、合金中に不純物元素として含有さ
れる元素のうち、Ｐは０．０３０％以下、Ｓは０．０１
５％以下に限定する。ＰおよびＳは熱間加工性を劣化さ
せると共に、酸化皮膜の密着性を劣化させるため、でき
るだけ低くする。Ｐを０．０１５％以下、Ｓを０．００
５％以下とするのがより好ましい。
れる元素のうち、Ｐは０．０３０％以下、Ｓは０．０１
５％以下に限定する。ＰおよびＳは熱間加工性を劣化さ
せると共に、酸化皮膜の密着性を劣化させるため、でき
るだけ低くする。Ｐを０．０１５％以下、Ｓを０．００
５％以下とするのがより好ましい。
【００４９】また、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、さらに鍛造、圧延、押し出し等の熱間加工工程を経
て管などの装置材料用に供される。また、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た
め、１０００〜１２００℃程度の固溶化熱処理が施すこ
とが好ましいが、鋳造あるいは加工のままでの使用も可
能である。
錬工程で溶製したのち、鋳造し、鋳造のまま、あるい
は、さらに鍛造、圧延、押し出し等の熱間加工工程を経
て管などの装置材料用に供される。また、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た
め、１０００〜１２００℃程度の固溶化熱処理が施すこ
とが好ましいが、鋳造あるいは加工のままでの使用も可
能である。
【００５０】
【実施例】表１に供試材の化学組成を示す。合金No. １
〜１４が本発明合金であり、合金No. Ａ〜Ｌは比較合金
である。本発明合金および比較合金は、いずれも１７ｋ
ｇ真空高周波溶解炉で溶解したインゴットを鍛造加工
後、熱間圧延して厚さ７ｍｍの板材に成形し、これに１
１００℃で固溶化熱処理を施し、供試材を準備した。
〜１４が本発明合金であり、合金No. Ａ〜Ｌは比較合金
である。本発明合金および比較合金は、いずれも１７ｋ
ｇ真空高周波溶解炉で溶解したインゴットを鍛造加工
後、熱間圧延して厚さ７ｍｍの板材に成形し、これに１
１００℃で固溶化熱処理を施し、供試材を準備した。
【００５１】これらの供試材から試験片を採取し、耐浸
炭性を調べた。
炭性を調べた。
【００５２】試験は、ガス浸炭試験法により、７０体積
％ＣＨ4 −３０体積％Ｈ2 （Ｈ2 ／炭化水素類＝０．４
３）雰囲気中にて８５０℃の短時間（２５時間）加速試
験を行い、試料を切断、研磨してから顕微鏡観察して浸
炭深さを測定した。その結果を、表１に併記して示し
た。
％ＣＨ4 −３０体積％Ｈ2 （Ｈ2 ／炭化水素類＝０．４
３）雰囲気中にて８５０℃の短時間（２５時間）加速試
験を行い、試料を切断、研磨してから顕微鏡観察して浸
炭深さを測定した。その結果を、表１に併記して示し
た。
【００５３】
【表１】
【００５４】表１から明らかなように、本発明合金（N
o. １〜１４）では、浸炭深さが０．０６ｍｍ以下と良
好である。本発明合金の中でもＮ含有量を高めたものま
たはＹ、ＬａおよびＣｅの１種以上を含む合金の方が耐
浸炭性が向上している。また、Ｍｎ含有量が高めの合金
No. １２〜１４でもＹ等を含有することで良好な耐浸炭
性を有している。
o. １〜１４）では、浸炭深さが０．０６ｍｍ以下と良
好である。本発明合金の中でもＮ含有量を高めたものま
たはＹ、ＬａおよびＣｅの１種以上を含む合金の方が耐
浸炭性が向上している。また、Ｍｎ含有量が高めの合金
No. １２〜１４でもＹ等を含有することで良好な耐浸炭
性を有している。
【００５５】一方、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎ、Ｐ、Ｓおよ
び＃１欄の式｛（％）Ｔｉ−〔４８×（％）Ｎ／１
４〕｝で求められる値のうちのいずれか１つ以上が本発
明範囲を外れる合金No. Ａ〜Ｇでは浸炭量が多くなって
おり、現状材料のＣｒ−Ｍｏ鋼（合金No. Ｉ）では浸炭
深さが０．５０ｍｍと８倍以上も大きくなっている。ま
た、従来合金のＳＵＳ３０４（合金No. Ｊ）、ＳＵＳ３
１０（合金No. Ｋ）、ＮＣＦ８００（合金No. Ｌ）で
も、本発明が対象とする環境では本発明合金よりも大き
な浸炭量となっている。なお、比較合金のうち、Ｔｉと
Ｎの含有量が本発明で規定する上限値をともに外れる比
較合金（No. Ｈ）は、浸炭深さが０．０２ｍｍと少なく
耐浸炭性に優れるものの、上記本発明合金の靭性（８０
０℃×３０００ｈｒ時効処理後のシャルピー衝撃値）が
いずれも５０Ｊ／ｃｍ２ 以上であったのに対し、１０
Ｊ／ｃｍ２ で靭性劣化が著しかった。
び＃１欄の式｛（％）Ｔｉ−〔４８×（％）Ｎ／１
４〕｝で求められる値のうちのいずれか１つ以上が本発
明範囲を外れる合金No. Ａ〜Ｇでは浸炭量が多くなって
おり、現状材料のＣｒ−Ｍｏ鋼（合金No. Ｉ）では浸炭
深さが０．５０ｍｍと８倍以上も大きくなっている。ま
た、従来合金のＳＵＳ３０４（合金No. Ｊ）、ＳＵＳ３
１０（合金No. Ｋ）、ＮＣＦ８００（合金No. Ｌ）で
も、本発明が対象とする環境では本発明合金よりも大き
な浸炭量となっている。なお、比較合金のうち、Ｔｉと
Ｎの含有量が本発明で規定する上限値をともに外れる比
較合金（No. Ｈ）は、浸炭深さが０．０２ｍｍと少なく
耐浸炭性に優れるものの、上記本発明合金の靭性（８０
０℃×３０００ｈｒ時効処理後のシャルピー衝撃値）が
いずれも５０Ｊ／ｃｍ２ 以上であったのに対し、１０
Ｊ／ｃｍ２ で靭性劣化が著しかった。
【００５６】
【発明の効果】本発明合金は、６００〜９００℃の温度
域で耐浸炭性が問題となる環境において、耐浸炭性を有
すると共に、加工性、溶接性や耐ＳＣＣ性にも優れてお
り、本発明が対象とする環境で使用される高温装置用材
料として有用である。
域で耐浸炭性が問題となる環境において、耐浸炭性を有
すると共に、加工性、溶接性や耐ＳＣＣ性にも優れてお
り、本発明が対象とする環境で使用される高温装置用材
料として有用である。
【図１】Ｎ含有量と浸炭深さとの関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60
Claims (2)
- 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０４％以下、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｃｒ：１９．０〜
２３．０％、Ｎｉ：３０．０〜３５．０％、Ｔｉ：０．
１５〜１．４０％、Ａｌ：０．１５〜０．６０％、Ｎ：
０．０８〜０．３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避
的不純物からなり、不純物中のＰは０．０３０％以下、
Ｓは０．０１５％以下で、かつＴｉとＮとの関係が下式
を満たすことを特徴とする、６００〜９００℃の温度域
でかつ炭化水素類に対するＨ２ の体積比が０（ゼロ）
を超え４未満の環境で用いる耐浸炭性に優れた耐熱合
金。 ０．１％≦（％）Ｔｉ−〔４８×（％）Ｎ／１４〕≦０．４％ - 【請求項２】重量％で、Ｃ：０．０４％以下、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：１９．０〜
２３．０％、Ｎｉ：３０．０〜３５．０％、Ｔｉ：０．
１５〜１．４０％、Ａｌ：０．１５〜０．６０％、Ｎ：
０．０８〜０．３％を含有すると共に、さらに、Ｙ：
０．０１〜０．１０％、Ｌａ：０．０１〜０．１０％お
よびＣｅ：０．０１〜０．１０％の１種以上を合計で
０．１０％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純
物からなり、不純物中のＰは０．０３０％以下、Ｓは
０．０１５％以下で、かつＴｉとＮとの関係が下式を満
たすことを特徴とする、６００〜９００℃の温度域でか
つ炭化水素類に対するＨ２ の体積比が０（ゼロ）を超
え４未満の環境で用いる耐浸炭性に優れた耐熱合金。 ０．１％≦（％）Ｔｉ−〔４８×（％）Ｎ／１４〕≦０．４％
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30783195A JP3250436B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 耐浸炭性に優れた耐熱合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30783195A JP3250436B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 耐浸炭性に優れた耐熱合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09143634A JPH09143634A (ja) | 1997-06-03 |
| JP3250436B2 true JP3250436B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=17973733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30783195A Expired - Fee Related JP3250436B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 耐浸炭性に優れた耐熱合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3250436B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6064919B2 (ja) * | 2014-01-10 | 2017-01-25 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 焼鈍用スリーブロール |
-
1995
- 1995-11-27 JP JP30783195A patent/JP3250436B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09143634A (ja) | 1997-06-03 |
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