JPH07233446A - 耐浸炭性耐熱鋳造合金鋼 - Google Patents
耐浸炭性耐熱鋳造合金鋼Info
- Publication number
- JPH07233446A JPH07233446A JP2508394A JP2508394A JPH07233446A JP H07233446 A JPH07233446 A JP H07233446A JP 2508394 A JP2508394 A JP 2508394A JP 2508394 A JP2508394 A JP 2508394A JP H07233446 A JPH07233446 A JP H07233446A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cast alloy
- resistant
- alloy steel
- heat resistant
- carburizing
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- Pending
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】炭化水素類の熱分解・改質反応管（エチレンク
ラッキングチューブ等）として使用される耐熱合金鋳鋼
の浸炭抵抗性の改良。 【構成】 Ｃ：０．２〜０．６％，Ｓｉ：１．５〜３
％，Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：２０〜３５％，Ｎｉ：１５
〜３５％，Ｎｂ：０．２〜２％，Ｔｉ：０．０５〜０．
７％，Ｚｒ：０．０５〜０．７％，Ｎ：０．０１％以
下，残部実質的にＦｅからなる。
ラッキングチューブ等）として使用される耐熱合金鋳鋼
の浸炭抵抗性の改良。 【構成】 Ｃ：０．２〜０．６％，Ｓｉ：１．５〜３
％，Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：２０〜３５％，Ｎｉ：１５
〜３５％，Ｎｂ：０．２〜２％，Ｔｉ：０．０５〜０．
７％，Ｚｒ：０．０５〜０．７％，Ｎ：０．０１％以
下，残部実質的にＦｅからなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温環境での耐浸炭性
を要求される部材、代表的には石油化学工業における炭
化水素類の熱分解・改質反応管材料等として有用な耐浸
炭性にすぐれた耐熱鋳造合金鋼に関する。
を要求される部材、代表的には石油化学工業における炭
化水素類の熱分解・改質反応管材料等として有用な耐浸
炭性にすぐれた耐熱鋳造合金鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化水素類の熱分解・改質反応管，例え
ば管内に供給されるナフサ等の熱分解反応を、高温・高
圧（約900 〜1100℃, 約10Kg/ cm2 以下）の条件下に行
うエチレン製造用クラッキングチューブは、管内の反応
系から析出する固形炭素が管内面に付着し、管壁内部に
Ｃが拡散侵入する浸炭現象を生じる。浸炭現象は、管材
質の劣化、特に延性の低下による脆化を引き起こし、管
体の割れ発生の原因となる。従って、反応管は耐久性と
操業の安全性確保のために、高温使用環境での強度や酸
化抵抗性等と共に、耐浸炭性に優れたものであることを
要する。従来より、その反応管材料として、ASTMＨＫ４
０（0.4 Ｃ−20Ｎｉ−25Ｃｒ−Ｆｅ）や、ＨＰ材（0.4
Ｃ−35Ｎｉ−25Ｃｒ−Ｆｅ）またはその改良材（0.4 Ｃ
−35Ｎｉ−25Ｃｒ−Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ−Ｆｅ）等の耐熱鋳
造合金鋼が使用されてきた。更に、その耐浸炭性や強度
を改良したものとして、特公昭63-4897 号公報には、0.
4 Ｃ−45Ｎｉ−35Ｃｒ−Ｎｂ，Ｗ−Ｔｉ，Ｚｒ−Ｆｅ
系、特公昭63-4898号公報には、0.4 Ｃ−35Ｎｉ-35 Ｃ
ｒ- Ｎｂ, Ｗ- Ｆｅ系の高合金化した耐熱鋳造合金鋼が
開示されている。
ば管内に供給されるナフサ等の熱分解反応を、高温・高
圧（約900 〜1100℃, 約10Kg/ cm2 以下）の条件下に行
うエチレン製造用クラッキングチューブは、管内の反応
系から析出する固形炭素が管内面に付着し、管壁内部に
Ｃが拡散侵入する浸炭現象を生じる。浸炭現象は、管材
質の劣化、特に延性の低下による脆化を引き起こし、管
体の割れ発生の原因となる。従って、反応管は耐久性と
操業の安全性確保のために、高温使用環境での強度や酸
化抵抗性等と共に、耐浸炭性に優れたものであることを
要する。従来より、その反応管材料として、ASTMＨＫ４
０（0.4 Ｃ−20Ｎｉ−25Ｃｒ−Ｆｅ）や、ＨＰ材（0.4
Ｃ−35Ｎｉ−25Ｃｒ−Ｆｅ）またはその改良材（0.4 Ｃ
−35Ｎｉ−25Ｃｒ−Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ−Ｆｅ）等の耐熱鋳
造合金鋼が使用されてきた。更に、その耐浸炭性や強度
を改良したものとして、特公昭63-4897 号公報には、0.
4 Ｃ−45Ｎｉ−35Ｃｒ−Ｎｂ，Ｗ−Ｔｉ，Ｚｒ−Ｆｅ
系、特公昭63-4898号公報には、0.4 Ｃ−35Ｎｉ-35 Ｃ
ｒ- Ｎｂ, Ｗ- Ｆｅ系の高合金化した耐熱鋳造合金鋼が
開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来この
種の耐熱合金鋼の耐浸炭性や強度等の材料特性の改善策
は、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ等の高価な合金元素を添加し、もし
くは増量するという、成分構成の高合金化により行われ
てきた。しかし、そのことは同時に材料コストの増大を
余儀なくされることに他ならない。本発明は、高価な合
金元素の添加を省略しもしくはその量を節減しながら、
耐浸炭性や高温強度等の所要の材料特性を具備した比較
的安価な耐熱鋳造合金鋼を提供するものである。
種の耐熱合金鋼の耐浸炭性や強度等の材料特性の改善策
は、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ等の高価な合金元素を添加し、もし
くは増量するという、成分構成の高合金化により行われ
てきた。しかし、そのことは同時に材料コストの増大を
余儀なくされることに他ならない。本発明は、高価な合
金元素の添加を省略しもしくはその量を節減しながら、
耐浸炭性や高温強度等の所要の材料特性を具備した比較
的安価な耐熱鋳造合金鋼を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の耐浸炭性耐熱鋳
造合金鋼は、Ｃ：０．２〜０．６％，Ｓｉ：１．５〜３
％，Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：２０〜３５％，Ｎｉ：１５
〜３５％，Ｎｂ：０．２〜２％，Ｔｉ：０．０５〜０．
７％，Ｚｒ：０．０５〜０．７％，Ｎ：０．０１％以
下，残部実質的にＦｅからなる化学組成を有している。
造合金鋼は、Ｃ：０．２〜０．６％，Ｓｉ：１．５〜３
％，Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：２０〜３５％，Ｎｉ：１５
〜３５％，Ｎｂ：０．２〜２％，Ｔｉ：０．０５〜０．
７％，Ｚｒ：０．０５〜０．７％，Ｎ：０．０１％以
下，残部実質的にＦｅからなる化学組成を有している。
【０００５】
【作用】以下、本発明耐熱合金鋼の成分限定理由につい
て説明する。 Ｃ：０．２〜０．６％， Ｃは、合金溶湯の鋳造性を高めて鋳造品質の確保を容易
化し、また強度面では、合金基地中に固溶して高温強
度、特にクリープ破断強度を高める効果を有する。この
ため０．２％を下限とする。添加増量により効果を増す
が、多量の添加は合金の脆化を招き、溶接性も悪化する
ので、０．６％を上限とする。
て説明する。 Ｃ：０．２〜０．６％， Ｃは、合金溶湯の鋳造性を高めて鋳造品質の確保を容易
化し、また強度面では、合金基地中に固溶して高温強
度、特にクリープ破断強度を高める効果を有する。この
ため０．２％を下限とする。添加増量により効果を増す
が、多量の添加は合金の脆化を招き、溶接性も悪化する
ので、０．６％を上限とする。
【０００６】Ｓｉ：１．５〜３％ Ｓｉは、合金溶湯の脱酸剤として添加される元素である
が、本発明では、それに留まらず、耐浸炭性の改善元素
として添加される。すなわち、Ｓｉの多量添加により合
金表面形成される酸化被膜は、浸炭に対するバリアー層
の働きをなす。この効果を得るためには少なくとも１．
５％を必要とする。添加量の増量に伴つて効果は増大す
るが、合金の脆化と溶接性の低下をきたすので、３％を
上限とする。
が、本発明では、それに留まらず、耐浸炭性の改善元素
として添加される。すなわち、Ｓｉの多量添加により合
金表面形成される酸化被膜は、浸炭に対するバリアー層
の働きをなす。この効果を得るためには少なくとも１．
５％を必要とする。添加量の増量に伴つて効果は増大す
るが、合金の脆化と溶接性の低下をきたすので、３％を
上限とする。
【０００７】Ｍｎ：２％以下 Ｍｎは、脱酸・脱硫剤として添加され、溶湯中のＳをＭ
n Ｓとして固定無害化することにより、溶接時の高温割
れを防止する。その添加量は２％までで十分であり、そ
れ以上の添加を要しない。
n Ｓとして固定無害化することにより、溶接時の高温割
れを防止する。その添加量は２％までで十分であり、そ
れ以上の添加を要しない。
【０００８】Ｃｒ：２０〜３５％ Ｃｒは、耐熱合金鋼として必要な高温強度等を確保する
ための不可欠の元素である。また、合金表面に緻密な酸
化被膜を形成し、浸炭抵抗性を高める効果を有する。エ
チレンクラッキングチューブ等のように温度約１０００
℃ないしそれ以上の高温域での長時間使用に耐える高温
強度や耐酸化性、および耐浸炭性等を得るために、少な
くとも２０％を必要とする。含有量の増加と共に効果を
増すが、多量の添加はσ相の生成による脆化をきたすの
で、３５％を上限とする。
ための不可欠の元素である。また、合金表面に緻密な酸
化被膜を形成し、浸炭抵抗性を高める効果を有する。エ
チレンクラッキングチューブ等のように温度約１０００
℃ないしそれ以上の高温域での長時間使用に耐える高温
強度や耐酸化性、および耐浸炭性等を得るために、少な
くとも２０％を必要とする。含有量の増加と共に効果を
増すが、多量の添加はσ相の生成による脆化をきたすの
で、３５％を上限とする。
【０００９】Ｎｉ：１５〜３５％ Ｎｉは、合金のオーステナイト基地を生成・安定化し、
耐酸化性や高温強度を確保するための必須の元素であ
る。その含有量は、フェライト生成元素である前記Ｃｒ
の含有量とのバランスから、少なくとも１５％を必要と
する。含有量の増加と共に効果を増すが、３５％までで
十分であり、それを超える増量は経済性を損なうので、
これを上限とする。
耐酸化性や高温強度を確保するための必須の元素であ
る。その含有量は、フェライト生成元素である前記Ｃｒ
の含有量とのバランスから、少なくとも１５％を必要と
する。含有量の増加と共に効果を増すが、３５％までで
十分であり、それを超える増量は経済性を損なうので、
これを上限とする。
【００１０】Ｎｂ：０．２〜２％ Ｎｂは、結晶粒界に共晶状のＮｂＣを晶出し粒界を強化
することによりクリープ破断強度を高める。この効果を
得るためには０．２％以上が必要である。添加増量によ
り効果を増すが、２％を超えると、効果はほぼ飽和する
のでこれを上限とする。
することによりクリープ破断強度を高める。この効果を
得るためには０．２％以上が必要である。添加増量によ
り効果を増すが、２％を超えると、効果はほぼ飽和する
のでこれを上限とする。
【００１１】Ｔｉ：０．０５〜０．７％ Ｔｉは、微細な炭化物を形成し、合金の高温環境におけ
るオーステナイト基地中のＣｒ炭化物の凝集粗大化を抑
制遅延することにより、高温クリープ破断強度の改善に
寄与する。この効果を得るためには、０．０５％以上を
要する。しかし、多量に添加すると、析出物の粗大化、
酸化物系介在物の増量により、却って高温強度を損なう
ことになるので、０．７％を上限とする。
るオーステナイト基地中のＣｒ炭化物の凝集粗大化を抑
制遅延することにより、高温クリープ破断強度の改善に
寄与する。この効果を得るためには、０．０５％以上を
要する。しかし、多量に添加すると、析出物の粗大化、
酸化物系介在物の増量により、却って高温強度を損なう
ことになるので、０．７％を上限とする。
【００１２】Ｚｒ：０．０５〜０．７％ Ｚｒは、粒界を強化し、延性を高め、また微細な炭化物
を分散析出して高温クリープ破断強度を改善する。更に
Ｚｒは、酸化スケールの剥離を防止し、保護膜としての
機能を高めることにより、酸化抵抗性および耐浸炭性の
改善に寄与する。これらの効果は０．０５％以上の添加
により現れ、増量に伴つて効果を増す。しかし、０．７
％を超えると、効果はほぼ飽和し、またその増量は酸化
物系介在物の増加による合金の清浄度の低下に伴い、却
って高温クリープ破断強度の低下を招くので、０．７％
を上限とする。
を分散析出して高温クリープ破断強度を改善する。更に
Ｚｒは、酸化スケールの剥離を防止し、保護膜としての
機能を高めることにより、酸化抵抗性および耐浸炭性の
改善に寄与する。これらの効果は０．０５％以上の添加
により現れ、増量に伴つて効果を増す。しかし、０．７
％を超えると、効果はほぼ飽和し、またその増量は酸化
物系介在物の増加による合金の清浄度の低下に伴い、却
って高温クリープ破断強度の低下を招くので、０．７％
を上限とする。
【００１３】上記Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒの３元素の複合添加
は重要であり、この複合添加による（Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ）Ｃ複炭化物の微細析出に伴い、高温クリープ破断強
度の大きな改善効果が得られる。
は重要であり、この複合添加による（Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ）Ｃ複炭化物の微細析出に伴い、高温クリープ破断強
度の大きな改善効果が得られる。
【００１４】Ｎ：０．０１％以下 Ｎは、炭化物中に入り込み、Ｃの一部と置換して炭窒化
ぶつ形成し、高温クリープ破断強度を改善する。しか
し、多量に添加すると、長時間クリープ破断強度の低下
を招くので、０．０１％を超えてはならない。
ぶつ形成し、高温クリープ破断強度を改善する。しか
し、多量に添加すると、長時間クリープ破断強度の低下
を招くので、０．０１％を超えてはならない。
【００１５】
【実施例】高周波誘導溶解炉で溶製した耐熱合金鋼溶湯
を遠心力鋳造に付して中空円筒体を得、機械加工を加え
供試管体（外径138mm,肉厚20mm, 長さ570mm ）を得る。
表１に、供試管体の化学組成（Wt％) を示す。No.1〜４
は発明例、No.11 〜14は比較例である（比較例No.11 は
ＨＫ40相当材, No.12 はＨＰ改良材相当材，No.13 は、
発明例に類似した化学組成を有しているが、Ｓｉ含有量
が不足している例, No.14 はＺｒ量が不足している例）
である。各供試管体より試験片を切り出して下記の試験
を行った。試験結果を表２に示す。
を遠心力鋳造に付して中空円筒体を得、機械加工を加え
供試管体（外径138mm,肉厚20mm, 長さ570mm ）を得る。
表１に、供試管体の化学組成（Wt％) を示す。No.1〜４
は発明例、No.11 〜14は比較例である（比較例No.11 は
ＨＫ40相当材, No.12 はＨＰ改良材相当材，No.13 は、
発明例に類似した化学組成を有しているが、Ｓｉ含有量
が不足している例, No.14 はＺｒ量が不足している例）
である。各供試管体より試験片を切り出して下記の試験
を行った。試験結果を表２に示す。
【００１６】（１）浸炭試験 各供試管体から切出した円柱状試験片（直径12mm, 長さ
60mm）を、固体浸炭剤（デグサＫＧ30）に埋込み、温度
１１５０℃に３００Ｈｒ保持する。試験後、試験片表面
から４mmの深さまで、0.5 ｍｍ間隔を置いて各深さ位置
よりを切粉採取し、それぞれのＣ量を化学分析し、浸炭
により増加したＣ分の総量（ΣΔＣ）を求める。 （２）耐酸化試験 板状試験片（15ｍｍ×20ｍｍ×5 ｍｍ) を、温度１１０
０℃に５００時間、加熱保持した後、試験片の酸化減量
（ｍｇ／ｃｍ2 ）を測定する。 （３）高温クリープ破断試験 ＪＩＳ Ｇ２２７２に規定に準拠し、破断寿命（Ｈｒ）
を求める。 試験片：平行部直径 8ｍｍ, ゲージ長さ 40 ｍｍ。 試験温度：１０３８℃，引張応力：３．０Kgf ／ｍ
ｍ2 。
60mm）を、固体浸炭剤（デグサＫＧ30）に埋込み、温度
１１５０℃に３００Ｈｒ保持する。試験後、試験片表面
から４mmの深さまで、0.5 ｍｍ間隔を置いて各深さ位置
よりを切粉採取し、それぞれのＣ量を化学分析し、浸炭
により増加したＣ分の総量（ΣΔＣ）を求める。 （２）耐酸化試験 板状試験片（15ｍｍ×20ｍｍ×5 ｍｍ) を、温度１１０
０℃に５００時間、加熱保持した後、試験片の酸化減量
（ｍｇ／ｃｍ2 ）を測定する。 （３）高温クリープ破断試験 ＪＩＳ Ｇ２２７２に規定に準拠し、破断寿命（Ｈｒ）
を求める。 試験片：平行部直径 8ｍｍ, ゲージ長さ 40 ｍｍ。 試験温度：１０３８℃，引張応力：３．０Kgf ／ｍ
ｍ2 。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】発明例No.1〜４の耐浸炭性は、ＨＫ40相当
材（No.11 ）に比べ格段の差異を有している。また、発
明例のものは、Ｎｉ量が比較的少なく、かつＭｏ，Ｗ等
の添加を省略された成分構成を有していながら、その耐
浸炭性は、ＨＰ改良材（Ｎｉ含有量が高く、かつＭｏ，
Ｗを含む）よりも優れている。なお、比較例No.13 は、
発明例に類似する成分組成を有しているが、Ｓｉ含有量
が本発明の下限規定を満たしていないため、その耐浸炭
性は発明例に比し、低いレベルに留まっている。No. 14
についても、Ｚｒ量の不足のため、耐浸炭性は低く、か
つ耐酸化性や高温クリープ破断強度の改善効果も不十分
である。
材（No.11 ）に比べ格段の差異を有している。また、発
明例のものは、Ｎｉ量が比較的少なく、かつＭｏ，Ｗ等
の添加を省略された成分構成を有していながら、その耐
浸炭性は、ＨＰ改良材（Ｎｉ含有量が高く、かつＭｏ，
Ｗを含む）よりも優れている。なお、比較例No.13 は、
発明例に類似する成分組成を有しているが、Ｓｉ含有量
が本発明の下限規定を満たしていないため、その耐浸炭
性は発明例に比し、低いレベルに留まっている。No. 14
についても、Ｚｒ量の不足のため、耐浸炭性は低く、か
つ耐酸化性や高温クリープ破断強度の改善効果も不十分
である。
【００２０】
【発明の効果】本発明の耐熱合金鋼は、エチレンクラッ
キングチューブ等の石油化学工業用反応管材に必要な諸
特性を有し、特に浸炭に対する抵抗性に優れている。し
かも、その合金成分構成は、従来材であるＨＰ材やその
改良材等と異なって、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ等の元素の多量含
有を必要とせず、安価に製造することができる。
キングチューブ等の石油化学工業用反応管材に必要な諸
特性を有し、特に浸炭に対する抵抗性に優れている。し
かも、その合金成分構成は、従来材であるＨＰ材やその
改良材等と異なって、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ等の元素の多量含
有を必要とせず、安価に製造することができる。
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｃ：０．２〜０．６％，Ｓｉ：１．５〜
３％，Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：２０〜３５％，Ｎｉ：１
５〜３５％，Ｎｂ：０．２〜２％，Ｔｉ：０．０５〜
０．７％，Ｚｒ：０．０５〜０．７％，Ｎ：０．０１％
以下，残部実質的にＦｅからなる耐浸炭性耐熱鋳造合金
鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2508394A JPH07233446A (ja) | 1994-02-23 | 1994-02-23 | 耐浸炭性耐熱鋳造合金鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2508394A JPH07233446A (ja) | 1994-02-23 | 1994-02-23 | 耐浸炭性耐熱鋳造合金鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07233446A true JPH07233446A (ja) | 1995-09-05 |
Family
ID=12156043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2508394A Pending JPH07233446A (ja) | 1994-02-23 | 1994-02-23 | 耐浸炭性耐熱鋳造合金鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07233446A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007052782A1 (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-10 | Kubota Corporation | 微細なTi-Nb-Cr炭化物又はTi-Nb-Zr-Cr炭化物を析出する耐熱合金 |
-
1994
- 1994-02-23 JP JP2508394A patent/JPH07233446A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007052782A1 (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-10 | Kubota Corporation | 微細なTi-Nb-Cr炭化物又はTi-Nb-Zr-Cr炭化物を析出する耐熱合金 |
| US7959854B2 (en) | 2005-10-31 | 2011-06-14 | Kubota Corporation | Heat resistant alloy adapted to precipitate fine Ti-Nb-Cr carbide or Ti-Nb-Zr-Cr carbide |
| JP5213450B2 (ja) * | 2005-10-31 | 2013-06-19 | 株式会社クボタ | 微細なＴｉ−Ｎｂ−Ｃｒ炭化物又はＴｉ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｃｒ炭化物を析出する耐熱合金 |
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