JPH051355A - クリープ破断強度の改良された耐熱鋳鋼 - Google Patents
クリープ破断強度の改良された耐熱鋳鋼Info
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- JPH051355A JPH051355A JP17732691A JP17732691A JPH051355A JP H051355 A JPH051355 A JP H051355A JP 17732691 A JP17732691 A JP 17732691A JP 17732691 A JP17732691 A JP 17732691A JP H051355 A JPH051355 A JP H051355A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 Ｃ：0.3〜0.6％、Ｓｉ：３％以下、Ｍｎ：２
％以下、Ｃｒ：22〜30％、Ｎｉ：30〜55％、Ｎｂ：0.2
〜1.5％、Ｈｆ：0.05〜１％、残部実質的にＦｅからな
り、所望によりＦｅの一部が0.01〜0.5％のＴｉ、0.01
〜0.5％のＺｒの１種または２種の元素で置換された化
学組成を有する耐熱鋳鋼。 【効果】 Ｈｆの適量添加により、1050℃を越える高温
域において従来の高Ｃｒ−高Ｎｉ−Ｆｅ系耐熱合金を凌
ぐクリープ破断強さを有する。水素製造用反応管、エチ
レンクラッキングチューブ等の石油化学反応管材料とし
て有用である。
％以下、Ｃｒ：22〜30％、Ｎｉ：30〜55％、Ｎｂ：0.2
〜1.5％、Ｈｆ：0.05〜１％、残部実質的にＦｅからな
り、所望によりＦｅの一部が0.01〜0.5％のＴｉ、0.01
〜0.5％のＺｒの１種または２種の元素で置換された化
学組成を有する耐熱鋳鋼。 【効果】 Ｈｆの適量添加により、1050℃を越える高温
域において従来の高Ｃｒ−高Ｎｉ−Ｆｅ系耐熱合金を凌
ぐクリープ破断強さを有する。水素製造用反応管、エチ
レンクラッキングチューブ等の石油化学反応管材料とし
て有用である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石油化学反応管材料と
して有用な高温クリープ破断強度にすぐれた耐熱鋳鋼に
関する。
して有用な高温クリープ破断強度にすぐれた耐熱鋳鋼に
関する。
【０００２】
【従来の技術】石油化学工業用反応管、例えば、水素製
造用反応管は、温度 約750 〜950 ℃、圧力 約20〜40
kgf ／cm2 、またエチレン製造用クラッキングチューブ
では、温度 約800 〜1100℃、圧力 約５kgf ／cm2 の
使用環境に耐え得る高温クリープ破断強度を必要とす
る。また、時効延性が高く、長時間の高温使用における
脆化の少ないこと等が要求される。更に、エチレン製造
用クラッキングチューブ等では、長時間使用した後の補
修施工において健全な溶接継手を形成することができる
溶接性をも備えていなければならない。
造用反応管は、温度 約750 〜950 ℃、圧力 約20〜40
kgf ／cm2 、またエチレン製造用クラッキングチューブ
では、温度 約800 〜1100℃、圧力 約５kgf ／cm2 の
使用環境に耐え得る高温クリープ破断強度を必要とす
る。また、時効延性が高く、長時間の高温使用における
脆化の少ないこと等が要求される。更に、エチレン製造
用クラッキングチューブ等では、長時間使用した後の補
修施工において健全な溶接継手を形成することができる
溶接性をも備えていなければならない。
【０００３】従来よりその反応管材料として、ＡＳＴＭ
ＨＰ40（0.4Ｃ−25Ｃｒ−35Ｎｉ−Ｆｅ）や、その改
良材としてＮｂ、Ｍｏ、Ｗ等が添加されたものが専ら使
用されてきた。また、上記0.4Ｃ−25Ｃｒ−35Ｎｉ−Ｆ
ｅ系組成をベースとする耐熱合金の改良として、Ｔｉ、
ミッシュメダル、Ｎｂ、Ｎ、Ｚｒ等を添加した成分組成
を有するもの（特公昭45-23453号、同49-23454号、同49
-23733号、同54-24366号、同55-47104号）が提案されて
いる。
ＨＰ40（0.4Ｃ−25Ｃｒ−35Ｎｉ−Ｆｅ）や、その改
良材としてＮｂ、Ｍｏ、Ｗ等が添加されたものが専ら使
用されてきた。また、上記0.4Ｃ−25Ｃｒ−35Ｎｉ−Ｆ
ｅ系組成をベースとする耐熱合金の改良として、Ｔｉ、
ミッシュメダル、Ｎｂ、Ｎ、Ｚｒ等を添加した成分組成
を有するもの（特公昭45-23453号、同49-23454号、同49
-23733号、同54-24366号、同55-47104号）が提案されて
いる。
【０００４】近時、石油化学反応炉の反応効率向上等の
要請に対し高温操業化が進みつつある。上記従来の反応
管用耐熱合金はこのような操業条件の苛酷化に十分対応
し得るものとは言えず、特に温度1050℃以上の高温域で
のクリープ破断強度の低下が問題となる。
要請に対し高温操業化が進みつつある。上記従来の反応
管用耐熱合金はこのような操業条件の苛酷化に十分対応
し得るものとは言えず、特に温度1050℃以上の高温域で
のクリープ破断強度の低下が問題となる。
【０００５】そのクリープ破断強度の不足は、反応管の
管壁を厚肉に設計することにより補償することも不可能
ではないが、反応管を厚肉化することは、それだけ管材
料コストが増加することであり、またそれだけでなく、
管外径の同じもの同士を比較すると、管壁の肉厚を厚く
した分だけ、内径が小さくなり、管内反応容積の減少、
換言すれば反応量の減少という不利を余儀なくされる。
本発明は上記に鑑み、反応管として必要な時効延性、耐
浸炭性、溶接性等を確保しつつ、更に高温クリープ破断
強度の改良された耐熱鋳鋼を提供しようとするものであ
る。
管壁を厚肉に設計することにより補償することも不可能
ではないが、反応管を厚肉化することは、それだけ管材
料コストが増加することであり、またそれだけでなく、
管外径の同じもの同士を比較すると、管壁の肉厚を厚く
した分だけ、内径が小さくなり、管内反応容積の減少、
換言すれば反応量の減少という不利を余儀なくされる。
本発明は上記に鑑み、反応管として必要な時効延性、耐
浸炭性、溶接性等を確保しつつ、更に高温クリープ破断
強度の改良された耐熱鋳鋼を提供しようとするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の耐熱
鋳鋼は、Ｃ：0.3〜0.6％、Ｓｉ：３％以下、Ｍｎ：２％
以下、Ｃｒ：22〜30％、Ｎｉ：30〜55％、Ｎｂ：0.2〜
1.5％、Ｈｆ：0.05〜１％、残部実質的にＦｅからな
り、所望によりＦｅの一部が0.01〜0.5％のＴｉ、0.01
〜0.5％のＺｒの１種または２種の元素で置換された化
学組成を有している。
鋳鋼は、Ｃ：0.3〜0.6％、Ｓｉ：３％以下、Ｍｎ：２％
以下、Ｃｒ：22〜30％、Ｎｉ：30〜55％、Ｎｂ：0.2〜
1.5％、Ｈｆ：0.05〜１％、残部実質的にＦｅからな
り、所望によりＦｅの一部が0.01〜0.5％のＴｉ、0.01
〜0.5％のＺｒの１種または２種の元素で置換された化
学組成を有している。
【０００７】本発明の耐熱鋳鋼の成分限定理由は次のと
おりである。
おりである。
【０００８】Ｃ：0.3〜0.6％ Ｃは鋳造凝固時に、Ｎｂ等と結合し粒界に共晶炭化物を
形成して粒界破壊抵抗性を高め、クリープ破断強度の向
上に寄与する。また、オーステナイト地に固溶したＣは
高温使用過程でＣｒ炭化物を形成して基地中に分散析出
しクリープ破断強度を高める。この効果を得るために0.
3％以上を必要とする。添加増量により効果を増すが，
反面炭化物の過剰析出による延性の低下をきたす。この
時効延性の低下により室温伸びが小さくなると、使用後
の溶接補修施工における溶接性を損なう。このため0.6
％を上限とする。
形成して粒界破壊抵抗性を高め、クリープ破断強度の向
上に寄与する。また、オーステナイト地に固溶したＣは
高温使用過程でＣｒ炭化物を形成して基地中に分散析出
しクリープ破断強度を高める。この効果を得るために0.
3％以上を必要とする。添加増量により効果を増すが，
反面炭化物の過剰析出による延性の低下をきたす。この
時効延性の低下により室温伸びが小さくなると、使用後
の溶接補修施工における溶接性を損なう。このため0.6
％を上限とする。
【０００９】Ｓｉ：３％以下 Ｓｉは脱酸作用、および溶湯の流動性向上・鋳造性改善
効果を有するほか、高温使用時に、部材表面にＳｉＯ2
の被膜を形成し、Ｃの侵入を抑制する。しかし、多量に
添加すると、クリープ破断強度の低下および溶接性の低
下をきたすので、３％を上限とする。好ましくは0.5 〜
２％である。
効果を有するほか、高温使用時に、部材表面にＳｉＯ2
の被膜を形成し、Ｃの侵入を抑制する。しかし、多量に
添加すると、クリープ破断強度の低下および溶接性の低
下をきたすので、３％を上限とする。好ましくは0.5 〜
２％である。
【００１０】Ｍｎ：２％以下 Ｍｎは脱酸作用を有すると共に、ＳをＭｎＳとして固定
することにより、溶接性の向上に奏効する。これらの効
果は２％までの添加により得られ、それを越えて添加す
る必要はない。
することにより、溶接性の向上に奏効する。これらの効
果は２％までの添加により得られ、それを越えて添加す
る必要はない。
【００１１】Ｃｒ：22〜30％ Ｃｒは耐酸化性および高温強度を高め、また耐浸炭性の
向上に奏効する。1050℃をこえる高温使用における耐浸
炭性および耐酸化性等を確保するためには、少なくとも
22％の添加を必要とする。添加増量に伴ってその効果を
増すが、あまり多くすると、高温使用過程でのＣｒ炭化
物の析出量の増加により、時効延性の低下を招くので、
30％を上限とする。
向上に奏効する。1050℃をこえる高温使用における耐浸
炭性および耐酸化性等を確保するためには、少なくとも
22％の添加を必要とする。添加増量に伴ってその効果を
増すが、あまり多くすると、高温使用過程でのＣｒ炭化
物の析出量の増加により、時効延性の低下を招くので、
30％を上限とする。
【００１２】Ｎｉ：30〜55％ ＮｉはＣｒ、Ｆｅ等と共にオーステナイト地を形成する
元素であり、組織の安定化、耐酸化性の改善効果を有す
る。また、Ｎｉは、高温域でのＣｒ炭化物の安定性を高
め、時効延性の低下を抑制する効果を有するほか、合金
表面の酸化被膜を安定化し、耐浸炭性の向上に奏効す
る。これらの効果を十分ならしめるために少なくとも30
％の添加が必要である。添加増量によりその効果を増す
が、50％までで十分であり、それ以上の添加は経済性を
損なうので、50％を上限とする。
元素であり、組織の安定化、耐酸化性の改善効果を有す
る。また、Ｎｉは、高温域でのＣｒ炭化物の安定性を高
め、時効延性の低下を抑制する効果を有するほか、合金
表面の酸化被膜を安定化し、耐浸炭性の向上に奏効す
る。これらの効果を十分ならしめるために少なくとも30
％の添加が必要である。添加増量によりその効果を増す
が、50％までで十分であり、それ以上の添加は経済性を
損なうので、50％を上限とする。
【００１３】Ｎｂ：0.2〜1.5 ％ Ｎｂは粒界に共晶炭化物を形成し、粒界破壊抵抗性を高
めることによりクリープ破断強度の向上に寄与する。そ
の効果は0.2％以上の添加により現れる。しかし、多量
添加に伴い却ってクリープ破断強度が低下し、また耐酸
化性も悪くなるので、1.5％を上限とする。
めることによりクリープ破断強度の向上に寄与する。そ
の効果は0.2％以上の添加により現れる。しかし、多量
添加に伴い却ってクリープ破断強度が低下し、また耐酸
化性も悪くなるので、1.5％を上限とする。
【００１４】Ｈｆ：0.05〜１％ ＨｆはＣと結合して粒界に炭化物を形成し、前記Ｎｂと
同様に粒界破壊抵抗性を高め、クリープ破断強度を向上
させる。その効果は0.05％以上の添加により得られる。
しかし、１％を越えると、添加量の割に効果は少なく、
またその多量添加に伴って酸化物系介在物の増量に伴う
品質の低下をきたす。このため、１％を上限とする。
同様に粒界破壊抵抗性を高め、クリープ破断強度を向上
させる。その効果は0.05％以上の添加により得られる。
しかし、１％を越えると、添加量の割に効果は少なく、
またその多量添加に伴って酸化物系介在物の増量に伴う
品質の低下をきたす。このため、１％を上限とする。
【００１５】Ｔｉ：0.01〜0.5％ Ｔｉは高温域でのＣｒ炭化物の成長粗大化を抑制遅延さ
せることによりクリープ破断強度の向上に寄与する。こ
の効果は0.01％以上の添加により得られる。しかし、多
量添加に伴って酸化物系介在物の増量および析出物の粗
大化等により却ってクリープ破断強度の低下をきたすの
で、0.5％を上限とする。
せることによりクリープ破断強度の向上に寄与する。こ
の効果は0.01％以上の添加により得られる。しかし、多
量添加に伴って酸化物系介在物の増量および析出物の粗
大化等により却ってクリープ破断強度の低下をきたすの
で、0.5％を上限とする。
【００１６】Ｚｒ：0.01〜0.5％ Ｚｒは、Ｃｒ炭化物の成長・粗大化を抑制してクリープ
破断強度を高める。この効果は0.01％以上の添加により
現れ、添加増量に伴ってその効果を増す。しかし、0.5
％をこえると、合金の清浄度が悪くなり却ってクリープ
破断強度の低下をきたす。このため、0.5％を上限とす
る。
破断強度を高める。この効果は0.01％以上の添加により
現れ、添加増量に伴ってその効果を増す。しかし、0.5
％をこえると、合金の清浄度が悪くなり却ってクリープ
破断強度の低下をきたす。このため、0.5％を上限とす
る。
【００１７】なお、通常の溶製技術上不可避的に混入す
る不純物はこの種の鋼に許容される範囲内で混在して差
し支えなく、例えば0.03％以下のＰ、0.03％以下のＳの
混在によって本発明の趣旨が損なわれることはない。
る不純物はこの種の鋼に許容される範囲内で混在して差
し支えなく、例えば0.03％以下のＰ、0.03％以下のＳの
混在によって本発明の趣旨が損なわれることはない。
【００１８】
【実施例】高周波誘導溶解炉で溶製した合金溶湯を、遠
心力鋳造に付して供試管材を得た。管サイズ（機械加工
後）は、外径138 mm、肉厚10mm、長さ520 mmである。各
供試管材の化学成分組成を表１に示す。表１中、供試N
o. １〜４は発明例、No.101〜103 は比較例（No.101は
ＨP40 相当材No.102はHP40改良材相当）である。
心力鋳造に付して供試管材を得た。管サイズ（機械加工
後）は、外径138 mm、肉厚10mm、長さ520 mmである。各
供試管材の化学成分組成を表１に示す。表１中、供試N
o. １〜４は発明例、No.101〜103 は比較例（No.101は
ＨP40 相当材No.102はHP40改良材相当）である。
【００１９】各供試管材について、高温クリープ破断試
験、時効延性測定、浸炭試験、溶接性試験を行って表２
に示す結果を得た。
験、時効延性測定、浸炭試験、溶接性試験を行って表２
に示す結果を得た。
【００２０】〔Ｉ〕クリープ破断試験 ＪＩＳ Ｇ ２２７２に規定された引張クリープ試験に
より破断寿命（Hr）を測定。 試験片形状：断面径6.4mm 、標点距離32mm 試験温度：1100℃、引張応力：2.0kgf／mm2
より破断寿命（Hr）を測定。 試験片形状：断面径6.4mm 、標点距離32mm 試験温度：1100℃、引張応力：2.0kgf／mm2
【００２１】〔ＩＩ〕浸炭試験 試験片（12Ф×60ｌ,mm ）を固定浸炭剤( デグサＫＧ3
0) 中に埋覆して加熱し、850℃から1150℃まで30Ｈｒを
要して昇温させ、1150℃に18Hr保持したのち室温まで降
温させるヒートパタンを17回反復実施（試験時間：（30
Hr＋18Hr）×７＝336 Hr）。試験後、試験片表層（深さ
１mm) から、切粉を採取し、化学分析により炭素増加量
を求めた。
0) 中に埋覆して加熱し、850℃から1150℃まで30Ｈｒを
要して昇温させ、1150℃に18Hr保持したのち室温まで降
温させるヒートパタンを17回反復実施（試験時間：（30
Hr＋18Hr）×７＝336 Hr）。試験後、試験片表層（深さ
１mm) から、切粉を採取し、化学分析により炭素増加量
を求めた。
【００２２】〔ＩＩＩ〕時効後の溶接試験 供試管材を、1100℃×1000Hrの時効処理に付した後、管
端にＵ字開先を形成し、ＧＴＡＷ溶接による突合わせ溶
接を行い、初層および最終層の割れの有無をダイチェッ
クにより判定すると共に、溶接部に機械加工（加工代１
mm）を加え、研削面をダイチェックし、割れの有無を判
定した。表２中「溶接性」欄の○マークは割れのないこ
とを表している。 （１）開先形状 開先角度：10°、ルート半径：４mm，ルート厚さ：1.6m
m ，ルートギャップ：なし （２）溶接姿勢 水平下向 （３）溶接棒 0.5 Ｃ−25Ｃｒ−35Ｎｉ−0.5 Ｎｂ− 0.1Ｔｉ−１Ｓｉ （４）溶接電流：90〜130 Ａ，溶接速度７〜15mm／分 （５）肉盛層数：５層
端にＵ字開先を形成し、ＧＴＡＷ溶接による突合わせ溶
接を行い、初層および最終層の割れの有無をダイチェッ
クにより判定すると共に、溶接部に機械加工（加工代１
mm）を加え、研削面をダイチェックし、割れの有無を判
定した。表２中「溶接性」欄の○マークは割れのないこ
とを表している。 （１）開先形状 開先角度：10°、ルート半径：４mm，ルート厚さ：1.6m
m ，ルートギャップ：なし （２）溶接姿勢 水平下向 （３）溶接棒 0.5 Ｃ−25Ｃｒ−35Ｎｉ−0.5 Ｎｂ− 0.1Ｔｉ−１Ｓｉ （４）溶接電流：90〜130 Ａ，溶接速度７〜15mm／分 （５）肉盛層数：５層
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】上記実施例の試験結果から明らかなよう
に、発明例No. １〜８は、従来の代表的耐熱鋳鋼である
ＨＰ40材を凌ぐ改良された高温クリープ破断強度を有し
ている。また時効延性、耐浸炭性および溶接性等も良好
であり、従来材と同等ないしそれ以上である。
に、発明例No. １〜８は、従来の代表的耐熱鋳鋼である
ＨＰ40材を凌ぐ改良された高温クリープ破断強度を有し
ている。また時効延性、耐浸炭性および溶接性等も良好
であり、従来材と同等ないしそれ以上である。
【００２６】
【発明の効果】本発明の耐熱鋳鋼は温度1050℃をこえる
高温域においても従来材を凌ぐ高いクリープ破断強度を
有している。時効延性、浸炭抵抗性、溶接性等も従来材
と同等ないしそれ以上の満足すべきレベルにある。従っ
てエチレンフラッキングチューブ等の石油化学反応管材
料として有用であり、その改良された高温クリープ破断
強度により、反応管の肉厚を薄くすることができ、薄肉
化による管内反応容積の増加・反応量の増大の効果が得
られ、ひいては反応炉のコンパクト化等も可能となり、
その工業的価値は大である。なお、本発明の耐熱鋳鋼の
用途は、上記に限定されず、鋼材熱処理炉内のハースロ
ール, ラジアントチューブ等の材料としても有用であ
る。
高温域においても従来材を凌ぐ高いクリープ破断強度を
有している。時効延性、浸炭抵抗性、溶接性等も従来材
と同等ないしそれ以上の満足すべきレベルにある。従っ
てエチレンフラッキングチューブ等の石油化学反応管材
料として有用であり、その改良された高温クリープ破断
強度により、反応管の肉厚を薄くすることができ、薄肉
化による管内反応容積の増加・反応量の増大の効果が得
られ、ひいては反応炉のコンパクト化等も可能となり、
その工業的価値は大である。なお、本発明の耐熱鋳鋼の
用途は、上記に限定されず、鋼材熱処理炉内のハースロ
ール, ラジアントチューブ等の材料としても有用であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｃ：0.3〜0.6％、Ｓｉ：３％以下、Ｍ
ｎ：２％以下、Ｃｒ：22〜30％、Ｎｉ：30〜55％、Ｎ
ｂ：0.2〜1.5％、Ｈｆ：0.05〜１％、残部実質的にＦｅ
からなるクリープ破断強度の改良された耐熱鋳鋼。 【請求項2 】 Ｃ：0.3〜0.6％、Ｓｉ：３％以下、Ｍ
ｎ：２％以下、Ｃｒ：22〜30％、Ｎｉ：30〜55％、Ｎ
ｂ：0.2〜1.5％、Ｈｆ：0.05〜１％、およびＴｉ：0.01
〜0.5％、Ｚｒ：0.01〜0.5％の１種もしくは２種、残部
実質的にＦｅからなるクリープ破断強度の改良された耐
熱鋳鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17732691A JPH051355A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | クリープ破断強度の改良された耐熱鋳鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17732691A JPH051355A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | クリープ破断強度の改良された耐熱鋳鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH051355A true JPH051355A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=16029022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17732691A Pending JPH051355A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | クリープ破断強度の改良された耐熱鋳鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH051355A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004042101A3 (en) * | 2002-11-04 | 2004-08-12 | Dominique Flahaut | High temperature alloys |
| WO2004042100A3 (en) * | 2002-11-04 | 2004-08-19 | Doncasters Ltd | High temperature resistant alloys |
| US8318083B2 (en) * | 2005-12-07 | 2012-11-27 | Ut-Battelle, Llc | Cast heat-resistant austenitic steel with improved temperature creep properties and balanced alloying element additions and methodology for development of the same |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP17732691A patent/JPH051355A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004042101A3 (en) * | 2002-11-04 | 2004-08-12 | Dominique Flahaut | High temperature alloys |
| WO2004042100A3 (en) * | 2002-11-04 | 2004-08-19 | Doncasters Ltd | High temperature resistant alloys |
| EP1935996A1 (en) * | 2002-11-04 | 2008-06-25 | Paralloy Limited | High temperature resistant alloys |
| US8318083B2 (en) * | 2005-12-07 | 2012-11-27 | Ut-Battelle, Llc | Cast heat-resistant austenitic steel with improved temperature creep properties and balanced alloying element additions and methodology for development of the same |
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