JP7147026B2 - ステンレス鋼上の改良された保護表面 - Google Patents
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Description
MnxCr3-xO4(式中、xは0.5~2)のスピネルを含み1.5~4.0ミクロンの厚さを有する外層を有し、該表面層と該基材との間に、1~1.7ミクロンの厚さを有するCr2O3を有する中間層を有する、鋼基材を提供する。
i)コイルの外径の3~15%の最大高さと、
ii)面積が前記コイルの外断面積の0.1%~10%である、コイルとの接触面、又は底面と、
iii)体積が比較的小さく外面が比較的大きい幾何学形状であり、
四面体(三角形の底面と正三角形の3つの面とを有する角錐);
ジョンソンの正四角錐(正方形の底面と正三角形の側面とを有する角錐);
4つの二等辺三角形の側面を有する角錐;
二等辺三角形の側面を有する角錐(例えば、4つの面を有する角錐の場合、底面は正方形でなくてもよく、長方形又は平行四辺形であってもよい);
球の断片(例えば、半球形又はそれよりも浅い形状);
楕円体の断片(例えば、楕円をその長軸又は短軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片);
涙滴形の断片(例えば、不均一に変形された楕円体をその変形軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片);
放物線形の断片(例えば、放物線をその長軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片~変形半球(又はそれよりも浅い形状))例えば、異なる種類の三角翼等、からなる群から選択される幾何学形状と
を有する、上記の炉管が提供される。
i)コイルの外径の3~15%の最大高さと、
ii)面積が前記コイルの外断面積の0.1%~10%である、コイルとの接触面、又は底面と、
iii)体積が比較的小さく外面が比較的大きい幾何学形状であり、
四面体(三角形の底面と正三角形の3つの面とを有する角錐);
ジョンソンの正四角錐(正方形の底面と正三角形の側面とを有する角錐);
4つの二等辺三角形の側面を有する角錐;
二等辺三角形の側面を有する角錐(例えば、4つの面を有する角錐の場合、底面は正方形でなくてもよく、長方形又は平行四辺形であってもよい);
球の断片(例えば、半球形又はそれよりも浅い形状);
楕円体の断片(例えば、楕円をその長軸又は短軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片);
涙滴形の断片(例えば、不均一に変形された楕円体をその変形軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片);
放物線形の断片(例えば、放物線をその長軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片~変形半球(又はそれよりも浅い形状))例えば、異なる種類の三角翼等、からなる群から選択される幾何学形状と
を有する、上記の炉管が提供される。
該表面層及び基材の間に1~1.7ミクロンの厚さを有するCr2O3を有する中間層であり、40~55重量%のNi、30~35重量%のCr、15~25重量%のFe、1.0~2.0重量%のMn、0.01~0.60重量%のLa、0.0~0.65重量%のCe、0.06~1.8重量%のNb、最大2.5重量%の1つ以上の微量元素、炭素及びシリコンを含む鋼基材の表面の少なくとも85%を覆っている、前記中間層と、
を備えた表面を作製する方法であって、酸化性雰囲気中で、
1)前記鋼を、室温から10~15℃/分の速度で220℃~240℃の温度に加熱し、この温度で1.5~3時間保持し;
2)前記鋼を、1~5℃/分の速度で365~375℃の温度に加熱し、この温度で1~3時間保持し;
3)前記鋼を、1~5℃/分の速度で1000℃~1100℃に加熱し、この温度で4~8時間保持し;
4)前記鋼を、1℃~2.5℃の速度で18~25℃の温度に冷却する
ことを含む、方法が提供される。
操作例における、又は他に指示がある場合を除き、明細書及び特許請求の範囲で使用される成分の量、反応条件などを指す全ての数又は表現は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されると理解されるべきである。したがって、反対に示されない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本発明が得ようとする特性に応じて変化し得る近似値である。最低限、特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメータは少なくとも、報告された有効数字の数を考慮して、且つ通常の丸め技法を適用して解釈されるべきである。
1)前記鋼を、室温から10~15℃/分の速度で、いくつかの実施形態で12~14℃/分の速度で、220℃~240℃の範囲に、いくつかの実施形態で225~235℃の範囲に加熱し、前記鋼を、この温度で1.5~3時間、典型的には2~2.5時間保持し;
2)前記鋼を、1~5℃/分の速度で、いくつかの実施形態で2~3℃/分の速度で、365~375℃に、いくつかの実施形態で370~374℃に加熱し、前記鋼を、この温度で1~3時間、典型的には1~2時間保持し;
3)前記鋼を、1~5℃/分の速度で、いくつかの実施形態で2~3℃/分の速度で、1000℃~1100℃、いくつかの例で1050~1090℃に加熱し、前記鋼を、この温度で4~8時間、典型的には5~7時間保持し;
4)前記鋼を、1℃~2.5℃の速度で18~25℃の温度に冷却する。
四面体(三角形の底面と正三角形の3つの面とを有する角錐);
ジョンソンの正四角錐(正方形の底面と正三角形の側面とを有する角錐);
4つの二等辺三角形の側面を有する角錐;
二等辺三角形の側面を有する角錐(例えば、4つの面を有する角錐の場合、底面は正方形でなくてもよく、長方形又は平行四辺形であってもよい);
球の断片(例えば、半球形又はそれよりも浅い形状);
楕円体の断片(例えば、楕円をその長軸又は短軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片);
涙滴形の断片(例えば、不均一に変形された楕円体をその変形軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片);
放物線形の断片(例えば、放物線をその長軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片~変形半球(又はそれよりも浅い形状))例えば、異なる種類の三角翼等。
その管を上記のように熱処理し、管の内部に低コーキング表面を生成した。
MnxCr3-xO4
(式中、xは0.5~2)のスピネルを含み1.5~4.0ミクロンの厚さを有する外層を有し、該表面層と該基材との間に、1~1.7ミクロンの厚さを有するCr2O3を有する中間層を有する鋼基材により、化学反応における炭素堆積物に対する保護を提供する。
本願の出願当初の特許請求の範囲に係る発明の内容は、以下の通りである。
[1] 40~55重量%のNi、30~35重量%のCr、15~25重量%のFe、1.0~2.0重量%のMn、0.01~0.60重量%のLa、0.0~0.65重量%のCe、0.06~1.8重量%のNb並びに1つ以上の微量元素及び炭素及びシリコンを含む鋼基材であり、
その表面上に、式:
Mn x Cr 3-x O 4
(式中、xは0.5~2)のスピネルを含み1.5~4.0ミクロンの厚さを有する外層を有し、
該表面層と該基材との間に、1~1.7ミクロンの厚さを有するCr 2 O 3 を有する中間層を有する、鋼基材。
[2] 0.4~0.6重量%のC、1.5重量%未満のSi、0.01~0.20重量%のTi、0.05~0.25重量%のMo、及び0.25重量%未満のCuをさらに含む、[1]に記載の鋼基材。
[3] 前記外層及び前記中間層が、前記基材層の表面の85%以上を覆っている、[2]に記載の鋼基材。
[4] 前記外層及び前記中間層が、前記基材層の表面の95%以上を覆っている、[3]に記載の鋼基材。
[5] 前記外層xが、0.8~1.2ミクロンの厚さを有する、[4]に記載の鋼基材。
[6] 前記外層の厚さが1.5~2.0ミクロンであり、前記中間層の厚さが1.0~1.7ミクロンである、[5]に記載の鋼基材。
[7] 前記外層が、本質的にMnCr 2 O 4 からなる、[6]に記載の鋼基材。
[8] 前記外層及び中間層を有する少なくとも1つの表面を有する、[1]に記載の鋼基材を含む加工部品。
[9] その内面に前記外層及び中間層を有する管である、[8]に記載の加工部品。
[10] その内面に前記外層及び中間層を有する反応器である、[8]に記載の加工部品。
[11] その内面に1つ以上の連続又は不連続のビーズ又はフィンをさらに含み、該フィン又は該ビーズと管の長手方向の軸との交差角が、円周S(S=πD、式中、Dは管の内径である)でのフィンのピッチ(p)で、シータ(θ)である、[8]に記載の管。
[12] 外面に一連の閉じた突起を有し、該突起が、
i)コイルの外径の3~15%の最大高さと、
ii)面積が前記コイルの外断面積の0.1%~10%である、コイルとの接触面、又は底面と、
iii)体積が比較的小さく外面が比較的大きい幾何学形状であり、
四面体(三角形の底面と正三角形の3つの面とを有する角錐);
ジョンソンの正四角錐(正方形の底面と正三角形の側面とを有する角錐);
4つの二等辺三角形の側面を有する角錐;
二等辺三角形の側面を有する角錐(例えば、4つの面を有する角錐の場合、底面は正方形でなくてもよく、長方形又は平行四辺形であってもよい);
球の断片(例えば、半球形又はそれよりも浅い形状);
楕円体の断片(例えば、楕円をその長軸又は短軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片);
涙滴形の断片(例えば、不均一に変形された楕円体をその変形軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片);
放物線形の断片(例えば、放物線をその長軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片~変形半球(又はそれよりも浅い形状))例えば、異なる種類の三角翼等、からなる群から選択される幾何学形状と
を有する、[9]に記載の炉管。
[13] 外面に一連の閉じた突起を有し、該突起が、
i)コイルの外径の3~15%の最大高さと、
ii)面積が前記コイルの外断面積の0.1%~10%である、コイルとの接触面、又は底面と、
iii)体積が比較的小さく外面が比較的大きい幾何学形状であり、
四面体;
ジョンソンの正四角錐(正方形の底面と正三角形の側面とを有する角錐);
4つの二等辺三角形の側面を有する角錐;
二等辺三角形の側面を有する角錐(例えば、4つの面を有する角錐の場合、底面は正方形でなくてもよく、長方形又は平行四辺形であってもよい);
球の断片(例えば、半球形又はそれよりも浅い形状);
楕円体の断片(例えば、楕円をその長軸又は短軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片);
涙滴形の断片(例えば、不均一に変形された楕円体をその変形軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片);
放物線形の断片(例えば、放物線をその長軸周りに回転させた時に形成される形状又は体積の断片~変形半球(又はそれよりも浅い形状))例えば、異なる種類の三角翼等、からなる群から選択される幾何学形状と
を有する、[11]に記載の炉管。
[14] 円形の断面を有する炉管であって、その外面に、三角形の断面を有する1~8個の実質的に直線状の長手方向の垂直フィンを有し、該フィンが、(i)コイル通路の長さの10~100%の長さと、(ii)コイル通路と連続的に接触しているか、又はコイル通路の一部である底面であり、コイル外径の3%~30%の幅を有する底面と、(iii)コイル外径の10%~50%の高さと、(v)コイル通路の総重量の3%~45%の重量とを有し、該フィンが、(vi)放射するよりも多くの放射エネルギーを吸収する、[9]に記載の炉管。
[15] 円形の断面を有する炉管であって、その外面に、三角形の断面を有する1~8個の実質的に直線状の長手方向の垂直フィンを有し、該フィンが、(i)コイル通路の長さの10~100%の長さと、(ii)コイル通路と連続的に接触しているか、又はコイル通路の一部である底面であり、コイル外径の3%~30%の幅を有する底面と、(iii)コイル外径の10%~50%の高さと、(v)コイル通路の総重量の3%~45%の重量と
を有し、該フィンが、(vi)放射するよりも多くの放射エネルギーを吸収する、[11]に記載の炉管。
[16] 式:Mn x Cr 3-x O 4 (式中、xは0.5~2)のスピネルを含み1.5~4.0ミクロンの厚さを有する外層と、
該表面層及び基材の間に1~1.7ミクロンの厚さを有するCr 2 O 3 を有する中間層であり、40~55重量%のNi、30~35重量%のCr、15~25重量%のFe、1.0~2.0重量%のMn、0.01~0.60重量%のLa、0.0~0.65重量%のCe、0.06~1.8重量%のNb、最大2.5重量%の1つ以上の微量元素、炭素及びシリコンを含む鋼基材の表面の少なくとも85%を覆っている、前記中間層と、
を備えた表面を作製する方法であって、酸化性雰囲気中で、
1)前記鋼を、室温から10~15℃/分の速度で220℃~240℃の温度に加熱し、この温度で1.5~3時間保持し;
2)前記鋼を、1~5℃/分の速度で365~375℃の温度に加熱し、この温度で1~3時間保持し;
3)前記鋼を、1~5℃/分の速度で1000℃~1100℃に加熱し、この温度で4~8時間保持し;
4)前記鋼を、1℃~2.5℃の速度で18~25℃の温度に冷却する
ことを含む、方法。
[17] 前記内部ビーズ又はフィンが連続している、[11]に記載の管。
[18] 前記内部ビーズ又はフィンが不連続である、[11]に記載の管。
[19] 前記内部ビーズ又はフィンが不連続であり、前記フィンの全円弧長が、TW=w×nである(式中、wは、平面に投影した円弧長であり、nは、らせん線状の線の1ターンにおけるフィンの数である)、[11]に記載の管。
Claims (25)
- 鋼基材上に表面を作製する方法であって、
該方法は、酸化性雰囲気中で、
第1の加熱工程において、鋼基材を、室温から第1の目標温度220℃~240℃まで加熱すること;
第2の加熱工程において、鋼基材を、第2の目標温度365℃~375℃まで加熱すること;
第3の加熱工程において、鋼基材を、第3の目標温度1000℃~1100℃まで加熱すること;及び
冷却工程において、鋼基材を、第4の目標温度18℃~25℃まで冷却すること;
を含み、
該表面は、
式:Mn x Cr 3-x O 4 (式中、xは0.5~2)のスピネルを含む外層;及び
該外層と該鋼基材との間に存在するCr 2 O 3 を含む中間層;
を含み、該外層及び該中間層は、該鋼基材の表面の少なくとも85%を覆っており、
該鋼基材は、40~55重量%のNi、30~35重量%のCr、15~25重量%のFe、1.0~2.0重量%のMn、0.01~0.60重量%のLa、0.0~0.65重量%のCe、0.06~1.8重量%のNb、最大2.5重量%の1つ以上の微量元素、炭素及びシリコンを含む、方法。 - 前記第1の目標温度が、225℃~235℃である、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の加熱工程が、鋼基材を、第1の速度10~15℃/分で加熱することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の速度が、12~14℃/分である、請求項3に記載の方法。
- 前記第1の加熱工程が、鋼基材を、前記第1の目標温度で1.5~3時間保持することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の加熱工程が、鋼基材を、前記第1の目標温度で2~2.5時間保持することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の目標温度が、370℃~374℃である、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の加熱工程が、鋼基材を、第2の速度1~5℃/分で加熱することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の速度が、2~3℃/分である、請求項8に記載の方法。
- 前記第2の加熱工程が、鋼基材を、前記第2の目標温度で1~3時間保持することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の加熱工程が、鋼基材を、前記第2の目標温度で1~2時間保持することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第3の目標温度が、1050℃~1090℃である、請求項1に記載の方法。
- 前記第3の加熱工程が、鋼基材を、第3の速度1~5℃/分で加熱することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第3の速度が、2~3℃/分である、請求項13に記載の方法。
- 前記第3の加熱工程が、鋼基材を、前記第3の目標温度で4~8時間保持することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第3の加熱工程が、鋼基材を、前記第3の目標温度で5~7時間保持することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記冷却工程が、鋼基材を、第4の速度1~2.5℃/分で冷却することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記酸化性雰囲気が、
40~50重量%の空気;及び
1つ以上の不活性ガス;
を含み、該1つ以上の不活性ガスが、窒素、アルゴン、又はそれらの混合物を含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記中間層が1~1.7ミクロンの厚さを有し、前記外層が1.5~4.0ミクロンの厚さを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記表面の外層が、Mn x Cr 3-x O 4 (式中、xは0.5~2)の化合物を85重量%以上含む、請求項1に記載の方法。
- 前記表面が、MnO、MnSiO 3 、Mn 2 SiO 4 、及びそれらの混合物からなる群から選択されるMn、Siの酸化物を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記酸化物が、5重量%未満の量で存在する、請求項21に記載の方法。
- 前記鋼基材が、40~50重量%のNi、33~35重量%のCr、20~25重量%のFe、及び0.20~0.60重量%のLaを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記鋼基材が、0.4~0.6重量%のC、1.5重量%未満のSi、0.01~0.20重量%のTi、0.05~0.25重量%のMo、及び0.25重量%未満のCuを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記微量元素、炭素、及びシリコンの総重量パーセントが、0.60~2.20重量%の範囲である、請求項1に記載の方法。
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