JPH01152245A

JPH01152245A - 耐浸炭性にすぐれる耐熱合金

Info

Publication number: JPH01152245A
Application number: JP31370187A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshitake; 吉竹　晃; Makoto Takahashi; 誠高橋
Original assignee: Asahi Engineering Co Ltd Osaka; Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp; Asahi Kasei Engineering Corp
Priority date: 1987-12-10
Filing date: 1987-12-10
Publication date: 1989-06-14

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６（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９鉄鋼の熱処理炉の堝き
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（０，４Ｃ２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−Ｆｅ）や
、その改良材（０，４Ｃ２５Ｃｒ−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か、１１００℃を
超える温度域では、浸炭が加速され、材質が劣化すると
いう問題がある。一方、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％、
Ｓ　ｉ：４％以下、Ｍ　ｎ　：　３％以下、Ｐ：０．０
３％以下、Ｓ　：Ｏ、ｏ　３％以下、Ｃｒ：ＩＣ）−２
５％、Ｎｉ：３０〜７０％、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１％」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：３０〜７０％を含有する成
分組成とすることもできる。

更に又、上記のき金は、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：Ｑ、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１１５０℃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
したカーボンの内部への拡散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
Ｃｒ、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。

Ｍｎ：　　３％以下Ｍｎ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
。Ｍｎ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：　１０〜２５％Ｃ「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（こ１１５０℃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１０〜２
５％が適当である。

Ｎｉ：３０〜７０％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、１１５０℃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３０〜７０％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
０〜７０％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；
＋　Ｃｏにて３０〜７０％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（に物によって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
、ＡＩ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。

Ｈｆ：　　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１２ｍ＋ｎｘ長さ６０１１１
１１１）を採取し、該試験片を固体浸炭剤（デグサＫ　
Ｇ　３０）中、温度１１５０℃にて６００時間保持した
。

耐浸炭性の評価は、試験片の表面から０　、５　＋ａｍ
と・ンチにて４１１ＩＩＩｌ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。０．５
ｔｎｗピッチで４１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。

（以下余白）第２表前記第１表において、供試材Ｎｏ、１乃至ＮＯ３７は本
発明合金、Ｎｏ、８は及びＮｏ、９は比較用の合金であ
る。比較用の合金のうち、Ｎ００８はＳｉ含有量の多い
ＨＰ材（ＡＳＴＭ規格）、ＮＯ１９は、Ｎｂ、Ｗ及びＭ
ｏ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、１．６．８及び９に
ついて、表面から０，５Ｉ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、例えば供試材Ｎｏ、９の比較用の合金は、表面近
傍（０，’ｚａｍ深さ）におけるＣの増加量が２゜２％
と高く、表面から約３１の深さにおいても１゜２％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Ｎｏ、６本発明の合金のＣの増加は、表面近傍に
おいても夫々、約１．２％及び０゜６％と極めて軽微で
ある。

（発明の効果）本発明の耐熱合金は、１１００℃を超え１１５０℃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酸化性及びクリ
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
キングチューブやりフォ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第１１図供試材の表面からの距麹（ｍｍ）

Claims

【特許請求の範囲】

（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：１０〜２５％、Ｎｉ：３０〜７０
％、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）Ｎｉの一部は０．５％以上のＣｏで置換され、Ｎ
ｉ＋Ｃｏは３０〜７０％である特許請求の範囲第１項に
記載の耐熱合金。
（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。