JPH01152246A - 二層遠心鋳造管 - 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、遠心力鋳造により製造された二層構造の管に
関し、より具体的には、例えば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等に
おいて、高温の炭化水素類と接触する側の層を耐浸炭性
にすぐれる耐熱合金から形成した遠心鋳造管に関する。

（従来技術とその問題点） 例えば、石油化学工業における炭化水素類の熱分解・改
質反応は、高温の管の中にガス状の炭化水素を高圧にし
て通過させることにより行なわれる。従来、その反応器
を構成する反応用管の材料として、Ａ３７Ｍ規格のＨＰ
４０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、このＨＰ４０材は、９００〜１０５０℃の温度
範囲で使用されるのが一般的であり、１１００℃以上の
高温になると耐酸化性、クリープ破断強度及び耐浸炭性
が低下する。特に、耐浸炭性に関しては、１１００℃を
超える温度域では、浸炭が著しく加速されて材質が劣化
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、１１００℃を超える温度で操業されるのに
伴い、これら高温での耐浸炭性にすぐれた管が要請され
ている。

本発明は、かかる要請を満たした新規な遠心鋳造管を提
供するものである。

（技術的手段及び作用） 本発明にかかる遠心鋳造管は、炭化水素類と接触しない
第１の壁層をＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱合金から形成し、
炭化水素類と接触する第２の壁層を、Ｃ：Ｏ’、０５〜
０．６％、Ｓ　ｉ：４％以下、Ｍｎ：３％以下、Ｐ：０
．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃ「：１０〜２５
％、Ｎｉ：３０〜７０％、ＭＯ＝４〜２０％を含有して
残部実質的にＦｅから成る耐浸炭性にすぐれる耐熱合金
から形成したものである。

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、第２の壁層を形成する耐熱合金は、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、第２の壁層を形成する耐熱合金は、Ａ１：ｏ、
０２〜１．０％、Ｔｉ：０．０２〜０，５％、Ｗ：５％
以下、Ｃａ：０．００１〜０．５％、Ｂ　：Ｏ、。

５％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。

本発明の遠心鋳造管は、１１００℃を超え１１５０℃ま
での温度域において、第２の壁層は耐酸化性、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、
管材料の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。

本発明にかかる遠心鋳造管の炭化水素類と接触する側の
第２の壁層を構成するの耐熱合金の成分について、詳し
く説明する。

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％ 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１０〜２５
％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％を越えても増加景に対応する効
果が得られないので上限は２０％にする。

Ｐ、Ｓ：０．０３％以下 Ｐ、Ｓは上記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。

本発明にかかる遠心鋳造管の炭化水素類と接触する側の
壁層を形成する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、当該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、且っ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を含む場きでも、Ｃｏ
は本来的にＮ１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、Ｎｉ
＋Ｃｏにて３０〜７０％にする。

Ａｔ：　　０．０２〜１．０％ Ａｌ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Ａ１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６０．０２％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１．０
％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。

そのなめ、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ｏ、ｏ５ｑｂ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
。

ところで、二層構造の鋳造管は、第１の壁層（１）と第
２の壁層〈２）とから構成される。二層構造とする理由
は、上記の耐浸炭性にすぐれる耐熱合金だけから成る単
層管とした場合、当該き金はＭｏ、Ｎｉ等を多く含むた
め経済的に不利だからである。

内側面が炭化水素類と接触する反応域となる場合は、第
１図に示す如く、管の内側に前述の耐浸炭性にすぐれる
耐熱合金から成る第２の壁層く２）を形成し、管の外側
に従来合金であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱合金から成る
第１の壁Ｎ（１）を形成する。一方、外側面が炭化水素
類と接触する反応域となる場合、第２図に示す如く、管
の外側に第２の壁層（２）を形成し、管の内側に第１の
壁層（１）を形成する。

本発明の鋳造管は遠心力鋳造法により製造される。例え
ば、第１図の実施例の場合、第１の壁層の耐熱合金溶湯
を用いて所望の層厚を有する外側層を鋳造し、その内壁
面が凝固した直後に第２の壁層の耐熱合金溶湯を鋳込み
、所望の層厚の内側層を鋳造し、そのまま鋳型の回転を
続行して凝固を完了させればよい。これによって、内側
層と外側層とが、境界部で層厚の薄い融合！（３）を介
して冶金学的に一体結合した二層積層管を得ることがで
きる。なお、第２の壁層は約２１程度の厚さにすること
によって、十分な耐浸炭性を確保することができる。

次に、実施例を挙げて本発明にかかる遠心鋳造管の耐浸
炭性の向上効果を具体的に説明する。

（実施例） 遠心鋳造法により、単層又は二層の管を、合金の成分組
成を変えて、合計４種類（１，ＩＩ、Ｌ■）製造した。

製造した供試管のサイズは、外径１４０　＋ｓ　ｍ　ｘ
内径１０６ｍｍ　ｘ長さ５００１である。なお、二層管
の場合、内側層の厚みは約２１である。

各供試管の化学成分を第１表に示す。

各供試管を固体浸炭剤（デグサＫ　Ｇ　３０　）中、温
度１１５０°Ｃにて６００時間保持した。耐浸炭性の評
価は、管の内側表面から０．５ｍｎピッチにて４ｍｍ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。０．５ｎｖ＋ピツチで４１１ＩＩ１１
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。

第２表 前記第１表において、供試管■及び■は、本発明の二層
鋳造管であり、供試管■及び■は従来の単層管である。

なお、耐熱合金の種類の欄の中で、■は先に詳しく説明
した耐浸炭性にすぐれる耐熱合金、■はＳｉ含有量の多
いＨＰ材（ＡＳＴＭ規格）であり、■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、本発明の鋳造管は、従来の単層管より、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、内側表面から０．５ｍｍピッチの
位置における夫々のＣ増加量を第３図に示す、第３図の
結果から、明らかな如く、例えば供試管■及び■は、管
の内面近傍（０，５ｍｍ深さ）におけるＣの増加量が約
２．２％と高く、内側表面から約３１の深さにおいても
約１．２％のＣの増加が生じている。これに対し、供試
管Ｎｏ、Ｉ及び■の本発明の鋳造管のＣの増加は、表面
近傍においても約０．８％よりも少なく、極めて軽微で
ある。

（発明の効果） 本発明の二層遠心鋳造管は、１１００℃を超え１１５０
℃付近における高温域において炭化水素類と接触する側
の部分が優れた耐浸炭性を備えている。また、耐浸炭性
が必要な箇所だけを第２の壁層として薄く形成すること
にしたから、高価なＭｏ、Ｎｉ等の使用量を少なくする
ことができて経済的である。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、本発明の遠心鋳造管は、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に好適
であり、更には鉄鋼熱処理炉のラジアントチューブ等に
も用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の壁層が外側、第２の壁層が内側にある場
合における、本発明の鋳造管の断面図；第２（２１は第
１の壁層が内側、第２の壁層が外側にある場合における
、本発明の鋳造管の断面図；及び第３図は第１図の実施
例において、供試管の内側表面から内部への浸炭による
Ｃの増加量を示すグラフである。 （１）、、、第１の壁層　　　（２）、、、第２の壁層
管内壁面からの！’Ｉ：＊（蘭）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱合金から形成された第１
   の壁層と、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％を含有して残部実質的にＦｅ
   からなる成る耐浸炭性にすぐれる耐熱合金から形成され
   た第２の壁層から構成されることを特徴とする二層遠心
   鋳造管。
2. （２）第２の壁層に含まれるＮｉの一部は０．５％以上
   のＣｏで置換され、Ｎｉ＋Ｃｏは３０〜７０％である特
   許請求の範囲第１項に記載の管。
3. （３）第２の壁層を形成する耐熱合金は、Ａｌ：０．０
   ２〜１．０％、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項に記載の管。
4. （４）第１の壁層は管の外側面に、第２の壁層は管の内
   側面に形成される特許請求の範囲第１項乃至第３項の何
   れかに記載の管。
5. （５）第１の壁層は管の内側面に、第２の壁層は管の外
   側面に形成される特許請求の範囲第１項乃至第３項の何
   れかに記載の管。