JPH04293748A - ラジアントチューブ用耐熱合金 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はラジアントチューブ材料
として使用される耐酸化性、クリープ強さ等にすぐれた
耐熱合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】加熱炉内にラジアントチューブを配設し
、チューブ内にバーナの高温燃焼ガスを給送して炉内に
対する輻射給熱を行う間接加熱方式は、炉内雰囲気の汚
染がなく、また炉内温度の制御が容易で、被加熱材に対
する均熱効果にすぐれている等の利点を有し，例えば鋼
材熱処理炉にも多くこの加熱方式が採用されている。

【０００３】上記ラジアントチューブ材料として、従来
より高Ｎｉ−高Ｃｒ系耐熱合金鋼、代表的には２０Ｎｉ
−２５Ｃｒ−Ｆｅ系鋼（ＪＩＳ　　Ｇ　　５１２２，Ｓ
ＣＨ２２相当）、３５Ｎｉ−２５Ｃｒ−Ｆｅ系鋼（同Ｓ
ＣＨ２４相当）、または３５Ｎｉ−２５Ｃｒ−１Ｍｏ−
Ｆｅ鋼、５０Ｎｉ−３０Ｃｒ−１３Ｗ−Ｆｅ系鋼等が使
用されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ラジアントチューブは
、実使用過程でその内・外面に酸化による減肉損傷を生
じ、また高温状態での自重による曲りや、熱応力による
変形（例えば管軸方向の圧縮応力による膨径変形等）が
発生する。従来の耐熱合金製ラジアントチューブの耐酸
化性や変形抵抗性は十分でない。酸化損傷や変形等が進
むと、その取替・修復作業を行なわねばならず、その作
業には多大の労力と費用を要し、かつその間は炉操業の
中断を余儀なくれれる。本発明は上記に鑑み、ラジアン
トチューブの耐久性を高めるための改良された耐酸化性
や変形抵抗性を有する耐熱合金を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用】本発明のラジ
アントチューブ用耐熱合金は、Ｃｒ：６５〜８２％，Ｃ
ｏ：３〜８％，残部Ｆｅおよび不純分からなる。

【０００６】本発明の耐熱合金におけるＣｒ含有量を６
５％以上としたのは、ラジアントチューブの高温使用環
境における変形・割れ等に対する抵抗性を十分ならしめ
ためであり、またその高Ｃｒ含有により、高度の酸化抵
抗性が確保されるからである。他方、その上限を８２％
としたのは、Ｃｒ増量に伴う融点上昇により、合金の溶
製が困難となり、また配管施工時に必要な溶接性を得る
ことが困難となるからである。

【０００７】Ｃｏは溶接性の改善効果を有する。３％以
上の添加により、割れのない健全な溶接が可能となる。 また，Ｃｏの添加によりクリープ強度が高められる。し
かし、８％をこえて添加すると、却って溶接性が悪くな
る。このため、Ｃｏ量は３〜８％とした。

【０００８】なお、本発明の耐熱合金の原料に由来する
不純分（代表的には、Ｃ，Ｓｉ等）は、高温強度、特に
変形抵抗性の点からは少ない程好ましいが、例えば、０
．３％以下のＣや、０．３％以下のＳｉの混在によって
本発明の趣旨が損なわれることはない。

【０００９】本発明の耐熱合金は、粗粒結晶組織（平均
結晶粒径：約５０μｍ以上）に調整されることにより、
高温強度、特に変形や割れ等を防止するためのクリープ
強度がより高いものとなる。

【００１０】本発明の耐熱合金からなるラジアントチュ
ーブは、鋳造法により製造することができ、あるいはそ
の合金粉末を原料とし焼結法により製造することもでき
る。いずれのプロセスによる場合も、そのチューブに粗
粒結晶組織をもたせることに困難はなく、鋳造法により
製造する場合においては、その鋳造に砂型鋳型を使用し
、比較的緩慢な冷却凝固を行わせるか、または鋳造体に
加熱処理（例えば、１３００〜１６００℃に５〜２０Ｈ
ｒ保持）を施して結晶粒を成長粗大化させることにより
粗粒組織を与えることができる。また、焼結法により製
造する場合は、合金粉末として粗粒粉末（平均粒径：約
２００μｍ以上）を使用するか、または焼結後、焼結合
金塊に上記と同様の加熱処理を施すことにより粗粒組織
をもたせることができる。

【００１１】なお、鋳造法によりチューブを製造する場
合は、チューブ形状に応じて、遠心力鋳造や静置鋳造を
適用すればよく、また焼結法による場合は、例えば流体
を圧力媒体とする熱間静水圧加圧焼結法を適用し高加圧
力の均一な作用下に高温保持（例えば、１０００〜１３
００℃、１０００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ２、処理時間
：２〜４Ｈｒ）して焼結を行わせればよい。

【００１２】

【実施例】高周波溶解炉（Ａｒガス雰囲気）で溶製した
合金溶湯を遠心力鋳造に付して供試チューブ（外径：１
５２，肉厚：７，長さ：２０００，ｍｍ）を得た。鋳型
は、円筒形状の外枠金型内に砂型（ＣＯ２珪砂型）を造
型したものを使用した。各供試チューブから試験片を切
出し、下記の試験を行った。

【００１３】（１）高温ラプチャー試験試験片（φ６×
８０　　１，ｍｍ）を１２００℃に加熱保持して１．０
ｋｇｆ／ｍｍ２の引張応力を加え、破断に到るまでの時
間を測定。

【００１４】（２）高温圧縮試験 円柱状試験片（φ３０×５０　　１，ｍｍ）を固定台上
に立直載置し、１３５０℃に加熱保持した状態で、試験
片天面に垂直荷重０．５ｋｇｆ／ｍｍ２を加える。試験
時間：５０Ｈｒ。試験片の試験前の高さ寸法（Ｌｏ）と
試験後の高さ寸法（Ｌ）を測定し、圧縮変形速度Ｄ％／
Ｈｒ〔圧縮変形量Ｄ％＝（Ｌｏ−Ｌ）／Ｌｏ×１００（
％）〕を求める。

【００１５】（３）高温酸化試験 試験片（φ８×５０　　１，ｍｍ）を加熱炉（大気雰囲
気）で、１３５０℃に１００時間加熱保持する。試験後
、試験片表面の酸化スケールを除去し、試験片の重量変
化から酸化減量（ｇ／ｍ２ｈｒ）を求める。

【００１６】（４）溶接性試験 供試チューブの内外面に鋳肌を除去するための機械加工
を加えると共に、管端面に開先を形成してＴＩＧ溶接に
よる突合せ溶接を施工し、溶接後、液体浸透探傷法によ
り溶接継手部（溶接金属部分および溶接熱影響部）のク
ラックの有無を判定する。

【００１７】表１に供試チューブの化学組成（ｗｔ％）
、表２に上記試験の結果を示す。表中、Ｎｏ．１〜３は
発明例、Ｎｏ．１１〜１５は比較例である。比較例Ｎｏ
．１１〜１５のうち、Ｎｏ．１１は従来の代表的なラジ
アントチューブ材料であるＳＣＨ２４耐熱合金鋼（０．
５１Ｃ−３５．５Ｎｉ−２６．５Ｃｒ−Ｆｅ系鋼）であ
り、Ｎｏ．１２〜１５は発明例と類似する成分系の合金
であるが、Ｃｒ量またはＣｏ量に過不足がある例である
。なお、表２の「溶接性」欄の「×」は溶接継手部にク
ラックが発生したことを表し、「○」はクラックがなく
、健全な溶接継手が形成されたことを表している。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】上記試験結果から、発明例Ｎｏ．１〜３は
、従来の代表的なラジアントチューブ材（Ｎｏ．１１）
に比し、格段にすぐれたラプチャー強度、圧縮変形抵抗
性、および耐酸化性を具備していることがわかる。 なお、ラジアントチューブの配管施工に必要な溶接性も
備えている。

【００２１】また、比較例Ｎｏ．１２〜１５をみると、
Ｎｏ．１３（Ｃｒ量過剰）、Ｎｏ．１４（Ｃｏ量過剰）
は、ラプチャー強度、圧縮変形抵抗性、耐酸化性等は良
好であるものの、溶接性が悪く、Ｎｏ．１２（Ｃｏ添加
省略，Ｃｒ量過剰）、Ｎｏ．１５（Ｃｒ量不足，Ｃｏ量
過剰）では、溶接性が悪いだけでなく、ラプチャー強度
も低く、いずれも発明例に及ばない。

【００２２】

【発明の効果】本発明の耐熱合金は、従来のラジアント
チューブ材に比し、高温域における卓抜した酸化抵抗性
、およびラプチャー強度や圧縮変形抵抗性等のクリープ
強度を具備しており、ラジアントチューブの実使用にお
ける酸化減肉による損傷や、自重・熱応力等による変形
、割れ等に対するすぐれた抵抗性により、ラジアントチ
ューブの耐久性を高めることができ、そのメンテナンス
の軽減、操炉効率の改善等に寄与するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｃｒ：６５〜８２％，Ｃｏ：３〜８％
   ，残部Ｆｅおよび不純分からなるラジアントチューブ用
   耐熱合金