JPH0794071B2 - 二層管の再溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭化水素類の熱分解・改質反応用二層管を再
使用するための溶接方法に関する。

〔従来の技術〕

炭化水素類の熱分解・改質反応用管（クラッキングチュ
ーブ、リフォーマチューブ）は、実機使用において、管
内部の反応系内に析出する固形炭素が管内面に付着（コ
ーキング）し、管体に浸炭が発生する。反応管に生じる
浸炭は、反応管の材質変化（特に延性低下）を引き起こ
し、高温高圧操業における反応管に割れが発生する原因
となる。

第４図は、反応管（Ｐ）の浸炭発生状況を示している。
図中の（ｄ）は浸炭部である。反応管の浸炭は、図示の
ように管の全面に恒って発生するわけではなく部分的に
発生するので、一定期間使用した反応管は、浸炭（ｄ）
が発生した部分（Ｂ）を切断除去して、浸炭の生じてい
ない健全部（Ａ）を回収し、回収された健全部（Ａ）同
士を溶接により接合し、またはこれに新しい反応管を継
ぎ足したうえ、再使用に供するのが一般である 近時、反応管として、第３図に示すように、内層（10）
と外層（20）との積層構造を有する二層管が提案されて
いる（特開昭58−198587号）。

その二層管は、内層（10）を低Ni高Mn系耐熱鋼とするこ
とにより、管内反応系に生じる固形炭素の析出を抑制
し、管内面のコーキングおよび管体内部への浸炭を抑制
する一方、反応管材料として使用実績のある高Cr高Ni系
耐熱鋼を以て外層（20）を形成することにより、反応管
として必要な高温強度を保持させたものである。この二
層管は、管内面の固形炭素の析出付着が少なく、浸炭速
度も低いので、耐用寿命が長く、炭化水素類の熱分解・
改質反応操業の安定化・効率化に寄与するところが大き
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記二層反応管は、すぐれた浸炭抵抗性を有するけれど
も、長期間使用されるうちに、第４図に示したような部
分的な浸炭の発生をみるので、一定期間使用した場合に
は、その浸炭発生部（Ｂ）を切断除去し、健全部（Ａ）
を回収して溶接接合したうえ再使用に供される。

ところが、上記二層管の内層（10）は低Ni高Mn系耐熱鋼
であるために、一度使用した二層管の該内層（10）はそ
の金属組織中σ相が析出し、延びが１％以下と極めて低
い状態にある。このため、回収された二層管の溶接を、
内層に残したまま行うと、溶接部に著しい割れが発生し
てしまう。従って、その溶接を行うに先立って、二層管
の溶接されるべき部分の内層（10）を、機械加工または
グラインダ研削等により除去することが必要である。第
２図はそのようにして溶接された二層管の接合部付近の
断面を示している。（30）は溶着金属であり、（ａ）は
事前に内層（10）が除去されている領域である。

上記のように、溶接に先立って内層（10）を除去するこ
とはめんどうであるばかりか、溶接接合により再生され
た反応管の溶接部分とその近傍は外層（20）の露出した
単相構造であり、内層（10）の効果（固形炭素析出抑
制、浸炭抑制効果）を失っているので、反応管として再
使用に供すると、その部分に固形炭素のコーキングによ
るトラブル（管径の狭窄等）や浸炭の早期進行が生じ、
結局二層管を使用することの意義が、その部分的領域の
不都合によって大きく減殺されてしまう。

本発明は上記問題点を解決するための溶接方法を提供す
る。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明の溶接方法は、回収された二層管を1000℃以上の
温度に加熱することにより、内層の金属組織内のσ相を
固溶消失させたうえで、溶接を行うことを特徴としてい
る。

本発明によれば、回収された二層管は、溶接施工に先立
つ熱処理により、内層の金属組織のσ層が消失し、良好
な延性が回復された状態となっているので、内層を削り
取る必要がなく、そのまま溶接を行うことにより、第１
図に示すように、内面全体が内層（10）で被覆されてい
る二層管として再生することができる。

本発明の溶接方法が適用される反応用二層管の内層およ
び外層の代表的な鋼組成を示せば、まずその内層材であ
る低Ni高Mn系耐熱鋼として、 C:0.3〜1.5％、Si:3％以下、Mn:6〜15％、Cr:20〜30
％、Nb:3％以下、N:0.15％以下、残部Feである耐熱鋼、
または C:0.3〜1.5％、Si:3％以下、Mn:6〜15％、Cr:20〜30
％、Ni:10％以下、Nb:3％以下、N:0.15％以下、残部Fe
である耐熱鋼が挙げられ、 他方外層材である高Cr高Ni系耐熱鋼として、 C:0.01〜0.6％、Si:2.5％以下、Mn:2％以下、Cr:20〜30
％、Ni:18〜40％、N:0.15％以下、残部Fe、またはFeの
一部が５％以下の範囲内において、Mo、ＷおよびNbから
選ばれる１種以上の元素を以て置換されているオーステ
ナイト型耐熱鋼が挙げられる。

本発明において、加熱処理によりσ相を消失させる、と
いうのは必ずしもσ相の全部を完全に消失させることの
みを意味するのではなく、金属組織中に占める面積率で
１％までの残存を許容するものとする。その程度の残存
量であれば、その後の溶接に支障とはならず、首尾よく
溶接接合を達成することができるからである。

加熱処理を1000℃以上の温度域で行うこととしたのは、
それより低い温度では比較的長い加熱時間を要しても、
所望の残存量までσ相を消失させることができないから
である。処理温度を高める程、短時間で所定の処理を完
了することができるけれども、あまり高温度で行うと、
酸化による表面スケールが発生し、肉厚減となるので、
1200℃を上限とするのがよい。加熱保持時間は処理温度
により適宜設定されるが、例えば1000℃での処理では、
20分以上の保持時間により、十分に目的を達することが
できる。加熱処理後の冷却は空冷とすればよい。

加熱処理を終えた後の溶接条件には特に制限はなく、使
用済みの反応管の再使用のために行われている従来の一
般の溶接条件に従って行えばよい。

〔実施例〕

内層が低Ni高Mn系耐熱鋼で、外層が高Cr高Ni系耐熱鋼で
ある遠心力鋳造二層管（管径:160φ，内層厚:2^t,外層
厚:10^t,mm）をクラッキングチューブ（操業温度・圧力:
800〜900℃・1.1〜1.3kg/cm²）として２年間実機使用に
供したのち、反応炉内より取出し、浸炭部を切断除去
し、回収した健全部を熱処理したうえ、内層を除去する
ことなく、健全部同士の管端面の突合せ溶接を行った。
なお、回収された二層管の供試材の熱処理前における内
層のσ相は面積率で約５〜６％であった。

供試二層管の内層および外層の鋼組成は次のとおりであ
る。

内層材 C:0.6％、Si:1.8％、Mn:9.5％、Cr:25％、Nb:0.3％、N:
0.06％、残部Fe。

外層材 C:0.45％、Si:1.7％、Mn:0.3％、Cr:25％、Ni:35％、N
b:1.2％、N:0.08％、残部Fe。

第１表に、熱処理条件と、熱処理後の内層のσ相残存量
（面積率，％）、および溶接施工後の溶接部のカラーチ
ェックによる割れ検査結果を示す。表中、No.1〜４は発
明例、No.11および12は比較例である。比較例のうち、N
o.11は熱処理を省略した例、No.12は熱処理を行った
が、σ相消失効果が不足する例である。

第１表に示したように、1000℃の加熱温度で処理した発
明例（No.1〜４）は、σ相の残存量が１％以下に減少
し、それに伴って内層の延性が回復したことにより、溶
接部の割れの発生は皆無である。他方、熱処理を省略し
たNo.11は、内層に多量のσ相が残存し、また熱処理温
度が低いためにσ相消失効果が不足したNo.12は、いず
れも溶接部に割れが発生している。

〔発明の効果〕 本発明方法によれば、低Ni高Mn系耐熱鋼からなる内層を
有する反応管を再使用するための溶接施工において、そ
の内層を削り除く必要がなく、簡単な熱処理を施すだけ
で、内層を残したまま再溶接することができる。従って
再生された反応管は、溶接接合部領域を含む全周面にわ
たって内層で被覆された二相構造を保有しているので、
再使用前と全く同様に、管内面のすぐれた耐コーキング
性と浸炭抵抗性を備えており、長期にわたる安定した操
業を保証し、操業の効率化に奏効する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により形成された反応管の溶接接合部を
示す管軸方向断面図、第２図は従来の溶接法による反応
管の溶接接合部の管軸方向断面図、第３図は反応用二層
管の一部断面正面図、第４図は反応管の浸炭発生状況を
模式的に示す管軸方向断面図である。 10:内層、20:外層、30:溶接金属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低Ni高Mn系耐熱鋼からなる内層と、高Cr高
   Ni系耐熱鋼からなる外層との積層構造を有する炭化水素
   類熱分解・改質反応用二層管の使用後の再溶接法におい
   て、 該二層管を、1000℃以上に加熱することにより、その内
   層の金属組織内のσ相を固溶消失せしめたのち溶接を行
   うことを特徴とする二層管の再溶接方法。