JPH01111849A - 化学反応管用耐熱鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明はオーステナイト系耐熱鋼にかかり、特に化学
プラントにおける高温反応管用の＃８鋼に関する。

〈従来の技術〉 従来、化学反応管用の材料としてはＡ３７Ｍ規格１１に
４０（０，４Ｃ−２ＯＮｉ−２５Ｃｒ）等の遠心鋳造管
や、ＪＩＳ規格ＮＣＦ３００１１（０，０８Ｃ−３５Ｎ
ｉ　−２：１Ｃｒ）の鍛伸管か一般に使用されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述の遠心鋳造管は、高温強度の面では比較的優れてい
るが、その製法上、大径で、厚肉て、短い管しか製造で
きない。ところが、最近の化学プラントては、反応収率
な向上させるために、熱効率の良い細径、薄肉の管の要
望か高まっているか、遠心鋳造管はこれに対応し難い。

また、エチレンプラントのクラッキングチューブ等は、
長い配管を必要とするために、多数の鋳造管を溶接して
使用しているか、高温、高圧下で溶接部から浸炭か起こ
る問題がある。

上述の鍛伸管は、容易に細径、薄肉、長尺の管を得るこ
とがてきるか、高温強度の面て上述の遠心鋳造管に劣る
。

この発明は、細径、薄肉、長尺の管を容易に製造し得る
加工性と、上記遠心鋳造管や鍛伸管を上廻る高温強度と
を兼備した材料を得ることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 この発明は、例えば前記ＮＣＦ３００Ｈｆｉのような、
熱間加工性及び冷間加工性に富むオーステナイト系高Ｎ
ｉ高Ｃｒ鋼に、その組織内部に炭化物或いは炭窒化物を
形成して強化する成分の適量を添加することによって、
熱間加工性及び冷間加工性を損なうことなく、高温強度
を飛躍的に向上できることを見出したものである。

即ち、この発明の耐熱鋼は、オーステナイト系高Ｎｉ高
Ｃ「を形成するための第１成分と、鋼の内部に炭化物或
いは炭窒化物を形成して強化するための第２成分と、残
余の鉄及び不可避不純物とからなる。

第１乃至第３の発明を通して、第１成分は、玉量割合で Ｃ：０゜１〜０．４５　　　　５ｉ　：　１．０％以下
Ｍｎ：２．０％以下　　　　Ｎｉ：２０〜４５％Ｃｒ：
２０〜３０％　　　　　Ａｌ　：　０．０３〜０．０９
％Ｂ　：　０．００１〜０．０１％ である。

ここて、Ｃは必要な高温強度を得るために不ロｆ欠の成
分て、０．１％未満ては十分な強度をもたらさず、０．
４５％を越えると固溶化熱処理状態で未固溶の炭化物か
粒界に残存して、そのために高温強度の改善効果か低下
し、かつ熱間加工性及び冷間加工性か著しく低下する。

Ｓｉは、鋼の脱酸剤として有効な成分であるが、溶接性
を考慮して、通常のオーステナイト鋼程度の１％以下と
した。

Ｍｎは、鋼の加工性を改仰すると共に、オーステナイト
相を安定化するために必要な成分であるか、２．０％を
越えると、耐熱特性か低下する。

Ｎｉは、本発明でＣｒ、Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｎｂ等を添加
しているだめに、２０％未満では安定したオーステナイ
ト単相組織を得難く、４５％を越えると高温強度と価格
の面て不利になる。

Ｃｒは、高温ての耐酸化性を得るための必須成分である
か、２０％未満では十分な耐酸化性か得られず、３０％
を越えると熱間加工性及び冷間加工性の低下やオーステ
ナイト単相組織の不安定化を招く。

Ａｌは、ごく微量の添加で高温強度の改善に寄与し、脱
酸効果もあるか、０．０：１％未満ではその効果か殆ど
現われず、０．０９％を越えると熱間加工性や冷間加工
性や溶接性か低下する。

Ｂは、結晶粒界を強化して鋼の高温強度を改善するが、
０．００１％未満てはその効果が十分得られず、０．０
１％を超えると溶接性の低下を招く。

第１の発明における第２成分は、ｚｒ及びＮｂであって
、次の関係式 ％式％（） を満足する量である。

第２の発明における第２成分は、Ｔｉ及びＮｂであって
、次の式 ％式％（） を満足する量である。

第３の発明における第２成分は、２「、Ｎｂ及びＴｉで
あって、次の式 ％式％（） を満足する量である。

第１、第２及び第３の発明を通じて、第２成分であるＺ
「、Ｎｂ及びＴｉは、一般には、鋼中のＣを固定して、
Ｃの持つ強化作用を減殺するものとされている。しかし
、上述のように、第２成分のＣ当量をＣの添加量との関
連において決定し、かつ第２成分の相互間で添加比率を
適切に決定することにより、Ｃによる鋼の強化作用を得
ながら、鋼中で炭化物或いは窒化物を形成して、鋼の高
温強度を向上させることができる。

次に本発明において第２成分及びその量を前述の（Ｉ）
〜（■）式のように決定した理由を説明する。なお、こ
の説明中で、鋼の高温強度を測定するために行っている
クリープラブチャー試験は、鋼の試験片に１．２Ｋｇｆ
／　ａｍ”の荷重を加え、１１００℃に維持して破断に
至るまでの時間を計るものである。

第１図に示すように、横軸にＣ，１（＄）を取り、縦軸
に２ｒ（＄）のＣ当量とＮｂ（＄）のＣ当量の和を取っ
て、その上にＺｒ及びＮｂを添加した高旧高（：ｒｗ４
１〜１５をプロットすると、クリープラブチャー試験に
よる破断時間が２００時間以上であったものｌ〜８は、
Ｃ（＄）＝、０．１を示す直！１５１ト、Ｃ（Ｘ）　＝
　０．４５を示す直線５２と、［０，１５Ｃ（＄）＋０
．０２５１を示す直線５３と、［０，１５Ｃ（＄）　＋
　０．１５１を示す直線５４とで囲まれた、平行四辺影
領域５５内に分布した。この直線５３及び５４から（１
）式か導出される。

また、第２図に示すように、横軸にＺｒ（＄）のＣ当量
を取り、縦軸にＺｒ（＄）のＣ当量とＮｂ（％）のＣ当
量の和を取って、その上に前述の鋼１〜１５をプロット
すると、クリープラブチャー試験の破断時間か２００時
間以上てあったものｌ〜８は、第１図における下限点５
６及び上限点５７にそれぞれ相当する直線６１及び６２
と、［（２Ｚｒ（駕）　／８）−０，０５１を示す直線
６３と、［（２Ｚｒ（Ｘ）　／　８）　＋　０．０２５
　］を示す直線６４と、Ｎｂ（＄）　＝０に相当する直
線６５とによって規定される領域６６内に分布した。上
記角＆１６３及び６４から（ＩＩ）式が導出される。

ちなみに、第１の発明において、（Ｉ）式及び（ｎ）式
によって規定される２「及びＮｂの量（Ｘ）は、 Ｚｒ：　０．０６〜１．０７％　　　Ｎｂ：０〜０．９
７％になる。

第３図に示すように、横軸にＣｆｆ１（＄）を取り、縦
軸にＴ　ｉ　（＄）のＣ当量とＮｂ（＄）のＣ当量の和
を取って、その上にＴｉ及びＮｂを添加した高１高Ｃｒ
鋼１６〜３１をプロットすると、クリープラブチャー試
験による破断時間が２００時間以上であったもの１６〜
２４は、Ｃ（％）　＝　０．１を示す直線７１と、Ｃ（
＄）　＝　０．４５を示す直線７２と、［ｏ、１５ｃ（
Ｘ）＋　ｏ、０２］を示す直線７３と、　　［Ｏ，１５
Ｇ（り＋０．１１を示す直線７４とテ囲まれた、平行四
辺影領域７５内に分布し、直線７３と７４とから（ＩＩ
Ｉ）式が導出される。

また、第４図に示すように、横軸にＴｉ（＄）のＣ当量
を取り、縦軸にＴｉ（＄）のＣ当量とＮｂ（Ｘ）のＣ当
量の和を取って、その上に上述の鋼１８〜３１をプロッ
トすると、クリープラブチャー試験の破断時間が２００
時間以上てあったもの１８〜２４は、第３図における点
７６及び７７にそれぞれ相当する直線８１及び８２と、
［（２Ｔｉ（＄）　／　４）　−０，０５１を示す直線
８３と、［２Ｔｉ（＄）／　４）］を示す直線８４ト、
Ｎｂ（＄）Ｎ＝　０を示す直線８５とによって規定され
る領域８６内に分布した。上述の直線８３及び８４から
（ＩＶ）が導出される。

なお、鋼２８及び３１は、クリープラブチャー試験の破
断時間が２００時間に達していないにもかかわらず、第
４図に示す領域６６内に位はするが、第３図に示す領域
５５内には位青し得ない。

ちなみに、第２の発明において、（ｍ）式及び（１７）
式によって規定されるＴｉ及びＮｂのｆｆ１（＄）は、 Ｔｉ　：　０．０７〜０．４３５％　　Ｎｂ：０〜０．
６７％になる。

取って、これにＴｉ、　ｌｒ及びＮｂを添加した高Ｎｉ
高（：ｒｆ？４３２〜４２をプロットすると、クリープ
ラブチャー試験による破断時間が２圓時間以上てあった
も）３２〜３７は、Ｃ（＄）＝０．１を示す直線９１と
、Ｃ（＄）＝０．４５を示す直線９２と、［０，１５Ｇ
（＄）＋０．０２５１を示す直線９３と、［０，１ＳＧ
（＄）＋　０．０５１を示す直線９４トで囲まれた平行
四辺影領域９５内に分布し、直線９３及び９４とから（
Ｖ）式か導出される。

また、第６図に示すように、横軸にＴｉ（＄）のＣ当量
とＺｒ（＄）のＣ当量の和を取り、縦軸にＴｉ（＄）の
Ｃ当量とＺｒ（＄）のＣ当量とＮｂ（＄）のＣ当量の総
和を取って、その上に上述の鋼３２〜４２をプロットす
ると、クリープラブチャー試験の破断時間か２００時間
以上であったもの３２〜３７は、第５図における点９６
及び９７に相当する直線１０１及び１０２と、Ｎｂ（＄
）　＝　０、すなｈ　チ［（Ｔｉ（Ｘ）／　４）　＋　
（Ｚｒ（＄）／　８）］を示す直線１０３ト、［（Ｔｉ
（％）／　４）＋　（Ｚｒ（＄）／　８）＋０．０２５
１を示す直１ｉｊ　１０４とによって規定される領域１
０５内に分布した。上述の直線１０３及び１０４から（
ＶＩ）か導出される。

更に、第７図に示すように、横軸にＺｒ（＄）のＣ当量
を取り、縦軸にＴｉ（＄）のＣ当量とＺｒ（＄）のＣ当
量の和を取って、これに上述の鋼３２〜４２をプロット
すると、クリープラブチャー試験の破断時間か２００時
間以上であったもの３２〜３７は、第６図における点１
０６及び１０７に相当する直線１１１及び１■２ト、Ｔ
ｉ（＄）　＝０　二相当する直線１１：ｌ　ト、［（２
Ｚｒ（＄）　／　８）　−０，０４］を示す直＆１１１
４と、［２Ｚｒ（＄）／　８）　］を示す直線１１５と
によって規定される領域１１６内に分布した。上述の直
線１１４及び１１５から（■）式が導出される。

なお、鋼４１及び４２は、クリープラブチャー試験の結
果か芳しくなかったにもかかわらず、第６図における領
域１０５内に位置しているか、第５図における領域９５
及び第７図における田城２１６内には位置することかで
きない。

ちなみに、第３の発明において、（Ｖ）（ＶＩ）（■）
式によって規定されるＺ「、Ｔｉ及びＮｂの量は、 ２ｒ　：　０．０６〜０．６３　　　　７ｉ　：　０〜
０．２３５Ｎｂ：０〜０．２ になる。

上述の発明では、（Ｉ）〜（■）式によれば、Ｎｂの量
か０（ｚ）の場合も起こり得る。しかし、第２の発明に
おいてＮｂ＝　０（りになれば、第２成分としてＴｉた
けしか含有しないことになるか、そのような清の組成は
前述のＮ　ＣＦ　８００１１鋼と殆ど回しであるため、
十分な高温強度を得ることかてきない。

これと同様に、第１及び第３の発明においても、Ｎｂの
欠除は高温強度の低下をもたらす。従って、Ｎｂｃｆ）
量は少なくともその添加の効果か現われる０、０３％以
上であることか望ましい。

〈実施例〉 第１の発明に関連し、実施例として第２成分Ｚ「及びＮ
ｂか（Ｉ）式及び（ＩＩ）式と共に満足する鋼材１〜８
と、比較例としてＺ「及びＮｂか（Ｉ）式及び（ＩＩ）
式を同時に満足し得ない鋼材９〜１５を製造し、クリー
プラブチャー試験を実施した。これらの鋼材１〜１５の
組成及びクリープラブチャー試験の破断時間を第１表に
示し、（Ｉ）式及び（ＩＩ）式との関係をそれぞれ第１
図及び第２図に示す。

なお、クリープラブチャー試験は、所要の組成で５’Ｏ
Ｋｇの鋼塊を真空溶製し、直径１５ｍｍに熱間圧延を行
い、１３００°Ｃで固溶化熱処理を行ってから実施した
。その試験方法は、前述のように１１００°Ｃの試験温
度で、試験片に１．２にｇｆ／ｍ■２の応力を加え、破
断に至る時間を測定した。

次に、第２の発明に関連し、実施例として第２成分子ｉ
及びＮｂか（■）式及び（ｒＶ）式を共に満足する鋼材
１６〜２４と、比較例としてＴｉ及びＮｂが（ＩＩＩ）
式及び（ＩＶ）式を同時に満足し得ない鋼材２５〜３１
を製造し、クリープラブチャー試験を実施した。これら
の鋼材１６〜３１の組成及びクリープラブチャー試験の
破断時間を第２表に示し、（ｍ）式及び（ｒＶ）式との
関係をそれぞれ第３図及び第４図に示す。

更に、第３の発明に関連し、実施例として第２成分Ｚｒ
、　Ｔｉ及びＮｂが（Ｖ）式、（Ｖｌ）式及び（■）式
を同時に満足する鋼材３２〜３７と、比較例としてＺｒ
、　Ｔｉ及びＮｂが（Ｖ）（Ｖｌ）（■）式を同時に満
足し得ない鋼材３８〜４２を製造し、クリープラブチャ
ー試験を実施した。これらの鋼材３２〜４２の組成及び
クリープラブチャー試験の破断時間を第３表に示し、（
Ｖ）　　（ＶＩ）　　（■）式との関係をそれぞれ第５
図、第６図及び第７図・に示す。

なお、参考までに、前述した従来の耐熱ｍ１ＩＫ４０及
びＮＣＦ３００）１の組成及びクリープラブチャー試験
の破断時間を第４表に示す。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明による耐熱鋼は、細径、薄肉、長
尺の管を熱間加工或いは冷間加工によって容易に形成で
きる優れた加工性を有することに加え、その高温強度は
、前述の遠心鋳造管を遥かに上廻っている。その結果、
従来の遠心鋳造管では得られなかった長尺、細径、薄肉
の化学反応管の製造か可能になり、短い管を溶接するた
めの手数か省け、溶接部に起こる浸炭現象を回避するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本願の第１の発明における
実施例並びに比較例と（Ｉ）式及び（ＩＩ）式との関係
を示す図、第３図及び第４図はそれぞれ本願の第２の発
明における実施例並びに比較例と（ｍ）式及び（■）式
との関係を示す図、第５図、第６図及びｉ７図はそれぞ
れ本願の第３の発明における実施例並びに比較例と（Ｖ
）式、（Ｖｌ）式及び（■）式との関係を示す図である
。 第１団 Ｃ（ｏ／、） 喘２図 哨３０ Ｃ（ｏｌｏ） 第４ｍ 第５回 Ｃ（′１０） 笥６０ ′Ａ７０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１成分と、第２成分と、残余を構成する鉄及び
   不可避不純物とからなり、第１成分は、重量割合でＣが
   ０．１〜０．４５％、Ｓｉが１．０％以下、Ｍｎが２．
   ０％以下、Ｎｉが２０〜４５％、Ｃｒが２０〜３０％、
   Ａｌが０．０３〜０．０９％、Ｂが０．００１〜０．０
   １％であり、第２成分はＺｒ及びＮｂであって次の関係
   式 １．２Ｃ（％）＋０．２≦Ｚｒ（％）＋Ｎｂ（％）≦１
   ．２Ｃ（％）＋１．２・・・・（ I ） Ｚｒ（％）−０．４≦Ｎｂ（％）≦Ｚｒ（％）＋０．２
   ・・・・（II） を満足する量であることを特徴とする化学反応管用耐熱
   鋼。 （２）第１成分と、第２成分と、残余を構成する鉄及び
   不可避不純物とからなり、第１成分は、重量割合でＣが
   ０．１〜０．４５％、Ｓｉが１．０％以下、Ｍｎが２．
   ０％以下、Ｎｉが２０〜４５％、Ｃｒが２０〜３０％、
   Ａｌが０．０３〜０．０９％、Ｂが０．００１〜０．０
   １％であり、第２成分はＴｉ及びＮｂであって次の関係
   式 １．２Ｃ（％）＋０．１６≦２Ｔｉ（％）＋Ｎｂ（％）
   ≦１．２Ｃ（％）＋０．８・・・・（III） ２Ｔｉ（％）−０．４≦Ｎｂ（％）≦２Ｔｉ（％）・・
   ・・（IV）を満足する量であることを特徴とする化学反
   応管用耐熱鋼。 （３）第１成分と、第２成分と、残余を構成する鉄及び
   不可避不純物とからなり、第１成分は、重量割合でＣが
   ０．１〜０．４５％、Ｓｉが１．０％以下、Ｍｎが２．
   ０％以下、Ｎｉが２０〜４５％、Ｃｒが２０〜３０％、
   Ａｌが０．０３〜０．０９％、Ｂが０．００１〜０．０
   １％であり、第２成分はＺｒ、Ｎｂ及びＴｉであって次
   の関係式１．２Ｃ（％）＋０．２≦２Ｔｉ（％）＋Ｚｒ
   （％）＋Ｎｂ（％）≦１．２Ｃ（％）＋０．４・・・・
   （Ｖ） ０≦Ｎｂ（％）≦０．２・・・・（VI） Ｚｒ（％）−０．３２≦２Ｔｉ（％）≦Ｚｒ（％）・・
   ・・（VII）を満足する量であることを特徴とする化学
   反応管用耐熱鋼。