JPH0416540B2

JPH0416540B2 -

Info

Publication number: JPH0416540B2
Application number: JP62267926A
Authority: JP
Inventors: Sadamu Matsuda; Shigehiro Ooi; Hiroyuki Ishioka; Junzo Fujioka; Koji Nishio
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK; Sanyo Tokushu Seiko KK
Current assignee: Sanyo Tokushu Seiko KK; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1987-10-22
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1992-03-24
Also published as: JPH01111849A

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耐熱鋼
に関する。＜従来の技術＞従来、化学反応管用の材料としてはASTM規
格HK40（0.4C−20Ni−25Cr）等の遠心鋳造管や、
JIS規格NCF800H（0.08C−35Ni−23Cr）の鍛伸
管が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、太径で、厚肉で、短
い管しか製造できない。ところが、最近の化学プ
ラントでは、反応収率を向上をさせるために、熱
効率の良い細径、薄肉の管の要望が高まつている
が、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ツキングチユーブ等は、長い
配管を必要とするために、多数の鋳造管を溶接し
て使用しているが、高温、高圧下で溶接部から浸
炭が起こる問題がある。上述の鍛伸管は、容易に細径、薄肉、長尺の管
を得ることができるが、高温強度の面で上述の遠
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NCF800H鋼のよう
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Ni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
加することによつて、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Cr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及び第３の発明における第１成分は、重量
割合でＣ：0.1〜0.45％ Si：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％であり、第２の発明における第１成分は、Ｃ：0.12〜0.45％である点を除けば第１及び第３の発明と同じであ
る。ここで、Ｃは必要な高温強度を得るために不可
欠の成分で、0.1％未満で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
溶の炭化物が粒界に残存して、そのために高温強
度の改善効果が低下し、かつ熱間加工性及び冷間
加工性が著しく低下する。 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、鋼の加工性を改善すると共に、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
が、2.0％を越えると、耐熱特性が低下する。 Niは、本発明でCr、Ti、Zr、Nb等を添加して
いるために、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
価格の面で不利になる。 Crは、高温での耐酸化性を得るための必須成
分であるが、20％未満では十分な耐酸化性が得ら
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、脱酸効果もあるが、0.03％未満ではその効
果が殆ど現われず、0.09％を越えると熱間加工性
や冷間加工性や溶接性が低下する。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％未満ではその効果が十分得られ
ず、0.01％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
あつて、Nbは0.03％以上であり、かつ次の関係
式 1.2C（％）＋0.2≦Zr（％）＋Nb（％） ≦1.2C（％）＋1.2 ……（） Zr（％）−0.4≦Nb（％）≦Zr（％）＋0.2
……（）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
あつて、Nbは0.03％以上0.5％未満であり、かつ
次の関係式 1.2C（％）＋0.16≦2Ti（％）＋Nb（％） ≦1.2C（％）＋0.8 ……（） 2Ti（％）−0.4≦Nb（％）≦2Ti（％） ……（）を満足する量である。第３の発明における第２成分は、Zr、Nb及び
Tiであつて、Nbは0.03％以上であり、かつ次の
関係式 1.2C（％）＋0.2 ≦2Ti（％）＋Zr（％）＋Nb（％） ≦1.2C（％）＋0.4 ……（）０≦Nb（％）≦0.2 ……（） Zr（％）−0.32≦2Ti（％）≦Zr（％） ……（）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Zr、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（）〜（）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
するために行つているクリープラプチヤー試験
は、鋼の試験片に1.2Kgｆ／mm²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量（％）を取
り、縦軸にZr（％）のＣ当量とNb（％）のＣ当量
の和を取つて、その上にZr及びNbを添加した高
Ni高Cr鋼１〜15をプロツトすると、クリープラ
プチヤー試験による破断時間が200時間以上であ
つたもの１〜８は、Ｃ（％）＝0.1を示す直線５１
と、Ｃ（％）＝0.45を示す直線５２と、［0.15C（％）
＋0.025］を示す直線５３と、［0.15C（％）＋0.15］
を示す直線５４とで囲まれた、平行四辺形領域５
５内に分布した。この直線５３及び５４から
（）式が導出される。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当量の和を取つて、その上に前述の鋼１〜１
５をプロツトすると、クリープラプチヤー試験の
破断時間が200時間以上であつたもの１〜８は、
第１図における下限点５６及び上限点５７にそれ
ぞれ相当する直線６１及び６２と、［（2Zr
（％）／８）−0.05］を示す直線６３と、［（2Zr
（％）／８）＋0.025］を示す直線６４と、Nb（％）
＝０に相当する直線６５とによつて規定される領
域６６内に分布した。上記直線６３及び６４から
（）式が導出される。ちなみに、第１の発明において、（）式及び
（）式によつて規定されるZr及びNbの量（％）
は、 Zr：0.06〜1.07％ Nb：０〜0.97％になるが、Nbについては0.03％以上という規定
が別に存在する。第３図に示すように、横軸にＣ量（％）を取
り、縦軸にTi（％）のＣ当量とNb（％）のＣ当量
の和を取つて、その上にTi及びNbを添加した高
Ni高Cr鋼１６〜３０をプロツトすると、クリー
プラプチヤー試験による破断時間が200時間以上
であつたもの１６〜２３は、Ｃ（％）＝0.121を示
す直線７１と、Ｃ（％）＝0.45を示す直線７２と、
［0.15C（％）＋0.02］を示す直線７３と、［0.15C
（％）＋0.1］を示す直線７４とで囲まれた、平行
四辺形領域７５内に分布し、直線７３と７４とか
ら（）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Ti（％）のＣ当量とNb（％）
のＣ当量の和を取つて、その上に上述の鋼１６〜
３０をプロツトすると、クリープラプチヤー試験
の破断時間が200時間以上であつたもの１６〜２
３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）
−0.05］を示す直線８３と、［2Ti（％）／４）］を
示す直線８４と、Nb（％）＝０を示す直線８５と
によつて規定される領域８６内に分布した。上述
の直線８３及び８４から（）が導出される。なお、鋼２７及び３０は、クリープラプチヤー
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内に位置する
が、第３図に示す領域５５内には位置し得ない。ちなみに、第２の発明において、（）式及び
（）式によつて規定されるTi及びNbの量（％）
は、 Ti：0.0763〜0.435％ Nb：０〜0.67％になるが、Nbについては0.03％以上0.5％未満な
る規定が別に存在する。第５図に示すように、横軸にＣ量（％）を取
り、縦軸にTi（％）のＣ当量とZn（％）のＣ当量
とNb（％）のＣ当量の総和を取つて、これにTi、
Zr及びNbを添加した高Ti高Cr鋼３２〜４２をプ
ロツトすると、クリープラプチヤー試験による破
断時間が200時間以上であつたもの３２〜３７は、
Ｃ（％）＝0.1を示す直線９１と、Ｃ（％）＝0.45を
示す直線９２と、［0.15C（％）＋0.025］を示す直
線９３と、［0.15C（％）＋0.05］を示す直線９４と
で囲まれた平行四辺形領域９５内に分布し、直線
９３及び９４とから（）式が導出される。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
当量の総和を取つて、その上に上述の鋼３２〜４
２をプロツトすると、クリープラプチヤー試験の
破断時間が200時間以上であつたもの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、すなわち
［（Ti（％）／４）＋（Zr（％）／８）］を示す直線１
０３と、［（Ti（％）／４）＋（Zr（％）／８）＋
0.025］を示す直線１０４とによつて規定される
領域１０５内に分布した。上述の直線１０３及び
１０４から（）が導出される。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当量の和を取つて、これに上述の鋼３２〜４
２をプロツトすると、クリープラプチヤー試験の
破断時間が200時間以上であつたもの３２〜３７
は、第６図における点１０６及び１０７に相当す
る直線１１１及び１１２と、Ti（％）＝０に相当
する直線１３と、［（2Zr（％）／８）−0.04］を示
す直線１１４と、［2Zr（％）／８］を示す直線１
１５とによつて規定される領域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、クリープラプチヤー
試験の結果が芳しくなかつたにもかかわらず、第
６図における領域１０５内に位置しているが、第
５図における領域９５及び第７図における領域１
１６内には位置することができない。ちなみに、第３の発明において、（）（）
（）式によつて規定されるZr、Ti及びNbの量
は、 Zr：0.06〜0.63％ Ti：０〜0.235％ Nb：０〜0.2％になるが、Nbについては0.03％以上という規定
が別に存在する。上述の発明では、（）〜（）式によれば、
Nbの量がＯ（％）の場合も起こり得る。しかし、
第２の発明におてNb＝０（％）になれば、第２成
分としてTiだけしか含有されないことになるが、
そのような鋼の組成は前述のNCF800H鋼と殆ど
同じであるため、十分な高温強度を得ることがで
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。
従つて、Nbの量は少なくともその添加の効果が
現われる0.03％以上であることが必要である。＜実施例＞第１の発明に関連し、実施例として第２成分
Zr及びNbが（）式及び（）式と共に満足す
る鋼材１〜８と、比較例としてZr及びNbが（）
式及び（）式を同時に満足し得ない鋼材９〜１
５を製造し、クリープラプチヤー試験を実施し
た。これらの鋼材１〜１５の組成及びクリープラ
プチヤー試験の破断時間を第１表に示し、（）
式及び（）式との関係をそれぞれ第１図及び第
２図に示す。なお、クリープラプチヤー試験は、所要の組成
で50Kgの鋼塊を真空溶製し、直径15mmに熱間圧延
を行い、1300℃で固溶化熱処理を行つてから実施
した。その試験方法は、前述のように1100℃の試
験温度で、試験片に1.2Kgｆ／mm²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Ti及びNbが（）式及び（）式を共に満
足する鋼材１６〜２３と、比較例としてTi及び
Nbが（）式及び（）式を共に満足し得ない
鋼材２４〜３０を製造し、クリープラプチヤー試
験を実施した。これらの鋼材１６〜３０の組成及
びクリープラプチヤー試験の破断時間を第２表に
示し、（）式及び（）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（）式、（）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（）（）（）式
を同時に満足し得ない鋼材３８〜４２を製造し、
クリープラプチヤー試験を実施した。これらの鋼
材３２〜４２の組成及びクリープラプチヤー試験
の破断時間を第３表に示し、（）（）（）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鋼
HK40及びNCF800Hの組成及びクリープラプチ
ヤー試験の破断時間を第４表に示す。

【表】

【表】＜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つ
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
に上廻つている。その結果、従来の遠心鋳造管で
は得られなかつた直尺、細径、薄肉の化学反応管
の製造が可能になり、短い管を溶接するための手
数が省け、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（）式及び
（）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（）式及び（）式との関係を示す
図、第５図、第６図及び第７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（）
式、（）式及び（）式との関係を示す図であ
る。

Claims

【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0.001〜0.01％であり、第２成
分はZr及びNbであつてNbは0.03％以上でありか
つ次の関係式 1.2C（％）＋0.2≦Zr（％）＋Nb（％） ≦1.2C（％）＋1.2 ……（） Zr(%)−0.4≦Nb(%)≦Zr(%)＋0.2 ……（）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0.121〜0.45％、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0.001〜0.01％であり、第２成
分はTi及びNbであつてNbは0.03％以上0.5％未
満でありかつ次の関係式 1.2C(%)＋0.16≦2Ti(%)＋Nb(%) ≦1.2C（％）＋0.8 ……（） 2Ti(%)−0.4≦Nb(%)≦2Ti(%) ……（）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0.001〜0.01％であり、第２成
分はZr、Nb及びTiであつてNbは0.03％以上であ
りかつ次の関係式 1.2C（％）＋0.2 ≦2Ti（％）＋Zr（％）＋Nb（％） ≦1.2C（％）＋0.4 ……（）０≦Nb（％）≦0.2 ……（） Zr(%)−0.32≦2Ti(%)≦Zr(%) ……（）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。