JPH01152238A - 耐浸炭性にすぐれる耐熱合金 - 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） 本発明は、耐熱合金に関し、より具体的には、石油化学
工業における炭化水素類の熱分解・改質反応に使用され
る反応用管、鉄鋼の熱処理用ハースロール等の材料とし
て好適な耐浸炭性にすぐれる耐熱合金に関する。

（従来技術とその問題点） 石油化学工業における炭化水素類の熱分解・改質反応で
は、炭化水素類の化学反応に伴い、カーボンが管壁表面
に付着し、そのカーボンが管の内部に拡散することによ
り、いわゆる浸炭現象が生じる。鉄鋼の熱処理炉の場合
も、炉内の部品は保護雰囲気ガスと反応して浸炭されて
いくという問題がある。

例えば、前記反応管等の材料として、従来からＡＳＴＭ
規格のＨＰ材（０，４Ｃ−２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−Ｆｅ）
や、その改良材（０，４Ｃ−２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−Ｎｂ
、Ｗ−Ｆｅ）が使用されている。

しかし、これらＨＰ及びＨＰ改良材は、１１００℃まで
は比較的良好な耐浸炭性を備えているが、１１００℃を
超える温度域では浸炭が加速され、特に１２００℃付近
の高温では、浸炭の加速は著しくなり、材質が劣化する
という問題がある。−方、近年における操業の高温化に
つれて、特に高温における耐浸炭性の改善が要請されて
いる。

本発明は、かかる要請を満たした新規な合金を提供する
ものである。

（技術的手段及び作用） 本発明にかかる耐熱合金は、Ｃ：０．０５〜０．６％、
Ｓｉ：４％以下、Ｍ　ｎ　：　３％以下、Ｐ：０．０３
％以下、Ｓ　：Ｏ、ｏ　３％以下、Ｃｒ：２５％を超え
４０％以下、Ｎｉ：３５〜６０％、Ｍｏ：４〜２０％を
含有し、残部実質的にＦｅからなる成分組成を有してい
る。なお、上記の「％」はすべて重量「％」であり、以
下の説明においても同じである。

また、上記の耐熱合金は、Ｎｉの一部を０．５％以上の
Ｃｏで置換し、Ｎｉ＋Ｃｏ：３５〜６０％を含有する成
分組成とすることもできる。

更に又、上記の合金は、Ａｌ：０．０２〜１．０％、Ｔ
ｉ：０．０２〜０．５％、Ｗ：５％以下、Ｃａ：０．０
０１〜０．５％、Ｂ：０．０５％以下、Ｙ：０．５％以
下及びＨｆ：０．５％以下から成る群の中から選択され
た成分を少なくとも一種含むことができる。

本発明の耐熱合金は、１１００℃を超え、特に１１５０
℃から１２００℃までの温度域において、耐酸化性、ク
リープ破断強度等に関する所定の高温特性を具備すると
共に、材料表面に付着したカーボンが内部へ拡散するの
を遅延させることにより優れた耐浸炭性を備えるもので
ある。

本発明の耐熱合金の成分限定理由は次の通りである。

Ｃ：　　０．０５〜０．６％ Ｃは、合金の鋳造性を良好にするだけでなく、後記する
Ｃ「、Ｍｏと共に一次炭化物としてＣｒ−Ｍｏ系炭化物
を形成し、高温強度、特にクリープ破断強度を高める作
用をする。このため、少なくとも０．０５％を要する。

しかし、Ｃ量が過度に多くなると二次炭化物が過剰に析
出し、使用後の靭性低下が著しくなるほか、溶接性も悪
化するので０゜６％を上限とする。

Ｓｉ：　　４％以下 Ｓｉは、溶製時の脱酸剤としての役割を有するほか、耐
浸炭性の改善に有効に作用する。特に耐浸炭性に関して
はＳｉ量が多くなるほど有効であるが、過剰に加えると
溶接性が劣化するので４％以下とする。

Ｍｌ：　３％以下 Ｍ　ｎは、上記Ｓｉと同様に脱酸剤として作用するほか
、溶製中のイオウ（Ｓ）を固定し溶接性の向上に寄与す
る０Ｍｎが３％を超えると、それに対応する効果が得ら
れないので上限は３％にする。

Ｃｒ：　　２５％を超え４０％以下 Ｃｒは、合金組織をオーステナイト化し、高温強度や耐
酸化性を高める効果を有する。その効果はＣｒ量の増加
と共に高められるが、特に１２００℃までの使用におけ
る強度及び耐酸化性を十分なものとするには２５％を超
える量を含有する必要がある。一方、あまり多く含有す
ると使用後の靭性の低下を招くこともあるので上限は４
０％とする。

Ｎｉ：３５〜６０％ Ｎｉは、オーステナイト組織を安定化させる作用があり
、カーボンの固溶量を低下させ、カーボンの材料内部へ
の侵入を抑制する。更に、耐酸化性及び高温強度を高め
るのにも有効であり、１２００°Ｃまでの使用における
耐浸炭性を向上させ、かつ強度及び耐酸化性を十分なも
のとするには３５〜６０％が適当である。

Ｍｏ：４〜２０％ Ｍｏは、耐浸炭性の向上に有効な元素である。

特に材料表面から内面へとＣが拡散するのを抑制する作
用があり、この効果を発揮させるには４％以上含む必要
がある。しかし、２０％を越えても増加量に対応する効
果が得られないので上限は２０％にする。

Ｐ、Ｓ：０．０３％以下 Ｐ、Ｓは本発明の耐熱合金にとって不純物元素であり、
強度への影響を避けるため、夫々０．０３％を上限とす
る。なお、合金の溶製時に不可避的に混入するその他不
純物であっても、この種の合金に通常許容される範囲で
あれば存在しても構わない。

本発明の耐熱合金は上記の成分元素を含有し、残部は不
可避的に混入する不純物元素及びＦｅから成る。

ところで、本発明の耐熱合金にあっては、必要に応じて
上記の成分元素の一部を、以下に記載する成分元素の一
種又は２種以上と置換することもできる。

Ｃｏ：　　０．５％以上、且つＮｉとのトータル量で３
５〜６０％ Ｃｏは、Ｎｉと同様、オーステナイト組織を安定化させ
る効果がある。また、耐酸化性及び高温強度についても
Ｎｉと同等若しくはそれ以上の作用があり、この効果は
Ｎｉとの相乗作用によって高められる。従って、特に高
温強度を高める必要がある場合、０．５％以上のＣｏを
含むことが望ましい。但し、Ｃｏを含む場合でも、Ｃｏ
は本来的にＮｉと同じオーステナイト生成元素であるた
め、その含有量は他の元素とのバランスを考慮し、Ｎ　
ｉ　＋　Ｃｏにて３５〜６０％にする。

ＡＩ＋　　　０．０２〜１．０％ Ａ１は、耐浸炭性の向上に有効な元素である。

即ち、材料が高温に加熱されたとき、材料表面にＡＩ酸
化物が形成され、この酸化物によってＣの拡散が抑制さ
れるからである。そのため、少なくとも０．０２％含む
のが望ましい。しかし、Ａ１を多量に含有すると却って
室温における延性の低下を招く。従って、上限は１％に
規定する。

Ｔｉ：　　０．０２〜０．５％ Ｔｉは、クリープ破断強度を向上させるのに有効であり
、Ａ１との相乗効果によって耐浸炭性を強化する。この
効果を発揮するため、その含有量は０．０２％以上とす
る。しかし、多量に含有すると、析出物の粗大化、酸化
物系介在物量の増加を招き、強度が低下するのでその上
限は０．５％にする。

Ｗ：　５％以下 Ｗは、固溶したＷがＣの拡散を抑制する作用があり、耐
浸炭性の向上に有効である。しかし、含有量が多くなる
と使用後の延性を損なうことになるので、その上限は５
％にする。

Ｃａ：　　Ｏ，ＯＯ１〜０．５％ Ｃａは、材料が高温に加熱されると材料表面に酸化物を
形成し、Ｃが材料の内部に拡散するのを抑制する作用が
あり、耐浸炭性の向上に寄与する。

そのため、０．００１％以上含有させるが、あまりに多
く含有すると溶接性その他の材料特性を損なうのでその
上限は０．５％に規定する。

Ｂ：　　０．０５％以下 Ｂは、結晶粒界を強化し、クリープ破断強度の向上に寄
与する。しかし、あまりに多く含有すると溶接性その他
の材料特性を損なうため、上限は０．０５％に規定する
。

Ｙ：　　０．５％以下 Ｙは、耐浸炭性の向上に寄与する。その効果を発揮させ
るため、最大０．５％を含有させることができる。

１−（ｆ・　０．５％以下 Ｈｆは、Ｙと同様、耐浸炭性の向上に寄与し、その効果
を発揮させるために最大０．５％を含めることができる
。

次に、実施例を挙げて本発明合金の耐浸炭性の向上効果
を具体的に説明する。

・（実施例） 高周波誘導溶解炉で各種成分の合金を溶製し、遠心鋳造
にて鋳塊を製造した。各供試材の化学成分組成を第１表
に示す。

各供試材から試験片（直径１２Ｉ×長さ６０Ｉ）を採取
し、該試験片を固体浸炭剤（デグサＫ　Ｇ　３０）中、
温度１２００℃にて１５０時間保持した。耐浸炭性の評
価は、試験片の表面から０．５ｍ＋＊ピッチにて４ｎ＋
ｍまで削り取り、削り取る毎にその位置における炭素増
加量（未浸炭の試験片と浸炭後の試験片との比較におい
て求める）を求めた。０．５ｍｍピッチで４ｍ’ｍまで
の８位置におけるＣ増加量を夫々測定し、各位置におけ
るＣ増加量をトータルした結果を第２表に示す。

く以下余白） 第２表 前記第１表において、供試材Ｎｏ、１乃至Ｎ０８６は本
発明合金、Ｎｏ、７及びＮｏ、８は比較用の合金である
。比較用の合金のうち、Ｎｏ、７はＳ１含有量の多いＨ
Ｐ材（Ａ３７Ｍ規格）、Ｎ０１８は、Ｎｂ、Ｗ及びＭｏ
を含むＨＰ改良材である。第２表の結果から明らかな如
く、本発明の合金は、比較用の合金より、すぐれた耐浸
炭性を備えていることがわかる。更に、材料表面から内
部にかけてＣが増加していく状態をより一層わかりやす
く説明するため、供試材Ｎｏｓ、１．５．７及び８につ
いて、表面から０．５ｍ＋１１ピツチの位置における夫
々のＣ増加量を第１図に示す。第１図の結果から、明ら
かな如く、供試材Ｎｏ、７及びＮｏ、８の比較用の合金
は、表面近傍（深さ０．５１１１１Ｉｌ）におけるＣの
増加量が１．８〜１．９％と高く、表面から約３ｎｕｎ
の深さにおいても約１．０％を超えるＣの増加が生じて
いる。これに対し、供試材Ｎｏ、１及び５の本発明の合
金は、Ｃの増加は表面近傍においても約０゜８％より少
なく、極めて軽微である。

（発明の効果） 本発明の耐熱合金は、１１００℃を超え１２００°Ｃ付
近における高温域において優れた耐浸炭性を備えている
。更に、これらの高温域に、おいて優れた耐醪化性及び
クリープ破断強度を具備する。

従って、本発明の合金は、石油化学工業におけるクラッ
キングチューブやリフオーミングチューブの材料として
好適であり、更には鉄鋼熱処理炉のラジアントチューブ
、ハースローラ等の耐浸炭性が要求される炉内部品等の
構造用材料としても好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、供試材内部への浸炭によるＣの増加量を示す
グラフである。 出願人　　　久保田鉄工株式会社 籍９−Ｕ 供試材の表面からの距ｆ４　（ｍｍ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％にて、Ｃ：０．０５〜０．６％、Ｓｉ：４
   ％以下、Ｍｎ：３％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０
   ．０３％以下、Ｃｒ：２５％を超え４０％以下、Ｎｉ：
   ３５〜６０％、Ｍｏ：４〜２０％を含有し、残部実質的
   にＦｅからなる成る耐浸炭性にすぐれる耐熱合金。
2. （２）Ｎｉの一部は０．５％以上のＣｏで置換され、Ｎ
   ｉ＋Ｃｏは３５〜６０％である特許請求の範囲第１項に
   記載の耐熱合金。
3. （３）Ａｌ：０．０２〜１．０％、Ｔｉ：０．０２〜０
   ．５％、Ｗ：５％以下、Ｃａ：０．００１〜０．５％、
   Ｂ：０．０５％以下、Ｙ：０．５％以下及びＨｆ：０．
   ５％以下から成る群の中から選択された成分を少なくと
   も一種含んでいる特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の耐熱合金。