JPH08159691A - ラジアントチューブ - Google Patents
ラジアントチューブInfo
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- JPH08159691A JPH08159691A JP30232194A JP30232194A JPH08159691A JP H08159691 A JPH08159691 A JP H08159691A JP 30232194 A JP30232194 A JP 30232194A JP 30232194 A JP30232194 A JP 30232194A JP H08159691 A JPH08159691 A JP H08159691A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐熱合金中に酸化物を分散させて合金を強化
する技術を利用することによって、高温強度および耐酸
化性に優れるラジアントチューブを提供する。 【構成】 本発明のラジアントチューブは、質量％でＣ
＋Ｎ：０．２％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．
０％以下、Ｎｉ：１５〜３５％、Ｃｒ：２０〜３５％お
よびＣｏ：５〜５０％に加えて、Ｍｏ：０．５〜５．０
％、Ｗ：０．５〜５．０％およびＴａ：０．２〜４．０
％のいずれか一種以上を含有し、残部が実質的にＦｅか
らなる合金のオーステナイトマトリックス中に微細なＹ
2 Ｏ3 などの高融点金属酸化物を０．１〜２％分散して
含有する酸化物分散強化型合金よりなる。
する技術を利用することによって、高温強度および耐酸
化性に優れるラジアントチューブを提供する。 【構成】 本発明のラジアントチューブは、質量％でＣ
＋Ｎ：０．２％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．
０％以下、Ｎｉ：１５〜３５％、Ｃｒ：２０〜３５％お
よびＣｏ：５〜５０％に加えて、Ｍｏ：０．５〜５．０
％、Ｗ：０．５〜５．０％およびＴａ：０．２〜４．０
％のいずれか一種以上を含有し、残部が実質的にＦｅか
らなる合金のオーステナイトマトリックス中に微細なＹ
2 Ｏ3 などの高融点金属酸化物を０．１〜２％分散して
含有する酸化物分散強化型合金よりなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加熱炉の発熱帯部を構
成するラジアントチューブに関する。
成するラジアントチューブに関する。
【０００２】
【従来の技術】ラジアントチューブは、例えば鋼片、鋼
線材などを保護雰囲気中で加熱するために用いられる雰
囲気加熱炉の発熱帯部に用いられる。前記ラジアントチ
ューブの内部にはＬＰＧ、ＬＮＧ、重油などを燃焼した
燃焼ガスを流してラジアントチューブの管壁を加熱し、
該管壁から炉内へ熱を輻射することにより炉内の被加熱
物を加熱する。ラジアントチューブは高温に暴されると
ともにチューブ内面は高温の燃焼ガスによる酸化を受け
る。重油の燃焼による加熱の場合は高温硫化腐食の問題
もある。
線材などを保護雰囲気中で加熱するために用いられる雰
囲気加熱炉の発熱帯部に用いられる。前記ラジアントチ
ューブの内部にはＬＰＧ、ＬＮＧ、重油などを燃焼した
燃焼ガスを流してラジアントチューブの管壁を加熱し、
該管壁から炉内へ熱を輻射することにより炉内の被加熱
物を加熱する。ラジアントチューブは高温に暴されると
ともにチューブ内面は高温の燃焼ガスによる酸化を受け
る。重油の燃焼による加熱の場合は高温硫化腐食の問題
もある。
【０００３】従来、ラジアントチューブ用材料として
は、高温強度および耐酸化性に優れるＪＩＳ ＳＣＨ１
３Ａ、ＪＩＳ ＳＣＨ２４などが用いられ、さらにこれ
らを改良したＤＣＨ２７（０．３６％Ｃ−３３％Ｃｒ−
３０％Ｎｉ−５％Ｗ−０．３％Ｔｉ−残Ｆｅ）、ＭＯ−
ＲＥ２（０．３５％Ｃ−３３％Ｃｒ−１５％Ｗ−残Ｆ
ｅ）などの耐熱鋳造合金が用いられている。
は、高温強度および耐酸化性に優れるＪＩＳ ＳＣＨ１
３Ａ、ＪＩＳ ＳＣＨ２４などが用いられ、さらにこれ
らを改良したＤＣＨ２７（０．３６％Ｃ−３３％Ｃｒ−
３０％Ｎｉ−５％Ｗ−０．３％Ｔｉ−残Ｆｅ）、ＭＯ−
ＲＥ２（０．３５％Ｃ−３３％Ｃｒ−１５％Ｗ−残Ｆ
ｅ）などの耐熱鋳造合金が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、生産能
率の向上、被加熱材料の品質向上を狙って加熱炉の温度
を一層高めることが行われるようになった。そのため、
従来材では高温強度が不足してラジアントチューブに大
きな変形を生じたり、酸化損耗して肉薄となり局部的膨
らみや割れを生じたりして、ラジアントチューブの寿命
が著しく短縮されるという問題が生じている。
率の向上、被加熱材料の品質向上を狙って加熱炉の温度
を一層高めることが行われるようになった。そのため、
従来材では高温強度が不足してラジアントチューブに大
きな変形を生じたり、酸化損耗して肉薄となり局部的膨
らみや割れを生じたりして、ラジアントチューブの寿命
が著しく短縮されるという問題が生じている。
【０００５】本発明は上記の現状に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、耐熱合金中に酸化物を分
散させて合金を強化する技術を利用することによって、
高温強度および耐酸化性に優れるラジアントチューブを
提供することにある。
で、その目的とするところは、耐熱合金中に酸化物を分
散させて合金を強化する技術を利用することによって、
高温強度および耐酸化性に優れるラジアントチューブを
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のラジアントチュ
ーブは、質量％でＣ＋Ｎ：０．２％以下、Ｓｉ：２．０
％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｎｉ：１５〜３５％、Ｃ
ｒ：２０〜３５％およびＣｏ：５〜５０％に加えて、Ｍ
ｏ：０．５〜５．０％、Ｗ：０．５〜５．０％およびＴ
ａ：０．２〜４．０％のいずれか１種または２種以上を
含有し、残部が実質的にＦｅからなる合金のオーステナ
イトマトリックス中に０．１〜２％の微細な高融点金属
酸化物を分散して含有する酸化物分散強化型合金よりな
ることを特徴とする。
ーブは、質量％でＣ＋Ｎ：０．２％以下、Ｓｉ：２．０
％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｎｉ：１５〜３５％、Ｃ
ｒ：２０〜３５％およびＣｏ：５〜５０％に加えて、Ｍ
ｏ：０．５〜５．０％、Ｗ：０．５〜５．０％およびＴ
ａ：０．２〜４．０％のいずれか１種または２種以上を
含有し、残部が実質的にＦｅからなる合金のオーステナ
イトマトリックス中に０．１〜２％の微細な高融点金属
酸化物を分散して含有する酸化物分散強化型合金よりな
ることを特徴とする。
【０００７】また、前記高融点金属酸化物としてはＹ2
Ｏ3 、ＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｃｅ 2 Ｏ3 、Ｇｄ
2 Ｏ3 、Ｓｃ2 Ｏ3 およびＥｕ2 Ｏ3 のいずれか１種ま
たは２種以上を用いるとよい。前記ラジアントチューブ
を製造するには、前記の合金組成を与える金属または合
金粉末に前記高融点金属酸化物の微粉末を混合し、得ら
れた混合物をメカニカル・アロイイング法で処理するこ
とによって酸化物分散強化型合金粉末とする。前記合金
粉末を缶に封入し、熱間加工によって所望のチューブ形
状を与えればよい。
Ｏ3 、ＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｃｅ 2 Ｏ3 、Ｇｄ
2 Ｏ3 、Ｓｃ2 Ｏ3 およびＥｕ2 Ｏ3 のいずれか１種ま
たは２種以上を用いるとよい。前記ラジアントチューブ
を製造するには、前記の合金組成を与える金属または合
金粉末に前記高融点金属酸化物の微粉末を混合し、得ら
れた混合物をメカニカル・アロイイング法で処理するこ
とによって酸化物分散強化型合金粉末とする。前記合金
粉末を缶に封入し、熱間加工によって所望のチューブ形
状を与えればよい。
【０００８】メカニカル・アロイイング法は、合金組成
となる純金属または合金の粉末と高融点金属酸化物の微
粉末との混合物を機械的粉砕装置にいれて破砕・鍛接を
繰返し行うことによって、各成分元素が均一に合金しか
つ高融点金属酸化物が均一・微細に分散した合金粉末を
得る技術である。前記機械的粉砕装置としては高運動エ
ネルギー型ボールミルを用いるとよい。
となる純金属または合金の粉末と高融点金属酸化物の微
粉末との混合物を機械的粉砕装置にいれて破砕・鍛接を
繰返し行うことによって、各成分元素が均一に合金しか
つ高融点金属酸化物が均一・微細に分散した合金粉末を
得る技術である。前記機械的粉砕装置としては高運動エ
ネルギー型ボールミルを用いるとよい。
【０００９】前記熱間加工としては、熱間押出しまたは
ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）を用いるとよい。熱間加工
によって所要のラジアントチューブ形状に整えたのち、
二次再結晶焼鈍を行って合金の結晶粒を粗大化すること
により高い高温強度が得られる。二次再結晶焼鈍の条件
としては１３００〜１４００℃×０．５〜３ｈｒの加熱
が好ましく、これによって数１００μｍ程度の結晶粒と
なる。
ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）を用いるとよい。熱間加工
によって所要のラジアントチューブ形状に整えたのち、
二次再結晶焼鈍を行って合金の結晶粒を粗大化すること
により高い高温強度が得られる。二次再結晶焼鈍の条件
としては１３００〜１４００℃×０．５〜３ｈｒの加熱
が好ましく、これによって数１００μｍ程度の結晶粒と
なる。
【００１０】
【作用】本発明に従って、上記組成の酸化物分散強化型
合金を使用することにより、耐熱性および耐酸化性に優
れるラジアントチューブが提供される。本発明における
ラジアントチューブの合金組成を上記のように選択した
理由は次のとおりである。
合金を使用することにより、耐熱性および耐酸化性に優
れるラジアントチューブが提供される。本発明における
ラジアントチューブの合金組成を上記のように選択した
理由は次のとおりである。
【００１１】Ｃ＋Ｎ：０．２％以下 ＣおよびＮは、合金の高温強度を向上するのに有効であ
るが、Ｃ＋Ｎを０．２％以上含有すると合金の融点が下
がり、溶接性および靭性も低下させるので、Ｃ＋Ｎ含有
率の上限は０．２％とする。 Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｉは、高温における合金の耐酸化性を改善する。しか
しその含有量が多すぎると合金中におけるσ相の析出を
助長し合金を脆化するので含有率の上限を２％とする。
るが、Ｃ＋Ｎを０．２％以上含有すると合金の融点が下
がり、溶接性および靭性も低下させるので、Ｃ＋Ｎ含有
率の上限は０．２％とする。 Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｉは、高温における合金の耐酸化性を改善する。しか
しその含有量が多すぎると合金中におけるσ相の析出を
助長し合金を脆化するので含有率の上限を２％とする。
【００１２】Ｍｎ：２．０％以下 Ｍｎも高温における耐酸化性にとって有用であるが、多
量の添加はむしろ耐酸化性を低下させるので含有率の上
限を２％とする。 Ｎｉ：１５〜３５％ Ｎｉは、オーステナイトを安定化し、合金の耐熱性、耐
浸炭性および高温強度を高めるのに有効である。含有率
１５％未満では前記の効果は少なく、また３５％を越え
ると効果が飽和するので、含有率の下限および上限をそ
れぞれ１５％および３５％とする。
量の添加はむしろ耐酸化性を低下させるので含有率の上
限を２％とする。 Ｎｉ：１５〜３５％ Ｎｉは、オーステナイトを安定化し、合金の耐熱性、耐
浸炭性および高温強度を高めるのに有効である。含有率
１５％未満では前記の効果は少なく、また３５％を越え
ると効果が飽和するので、含有率の下限および上限をそ
れぞれ１５％および３５％とする。
【００１３】Ｃｒ：２０〜３５％ Ｃｒは、高温における合金の耐酸化性を向上するために
少なくとも２０％以上含有させる必要がある。しかし、
多すぎるとオーステナイトが不安定となり合金の靭性を
低下させるので、含有率の上限は３５％とする。 Ｃｏ：５〜５０％ Ｃｏはオーステナイト安定化元素であり、基地に固溶し
て積層欠陥エネルギーを小さくし、１１５０℃以上の高
温における合金のクリープ強度を向上する。前記の効果
を得るには５％以上のＣｏの添加が必要である。Ｃｏ含
有率５０％以上では前記効果は飽和し経済性の点からも
不利なので、Ｃｏ含有率の上限は５Ｊ０％とする。
少なくとも２０％以上含有させる必要がある。しかし、
多すぎるとオーステナイトが不安定となり合金の靭性を
低下させるので、含有率の上限は３５％とする。 Ｃｏ：５〜５０％ Ｃｏはオーステナイト安定化元素であり、基地に固溶し
て積層欠陥エネルギーを小さくし、１１５０℃以上の高
温における合金のクリープ強度を向上する。前記の効果
を得るには５％以上のＣｏの添加が必要である。Ｃｏ含
有率５０％以上では前記効果は飽和し経済性の点からも
不利なので、Ｃｏ含有率の上限は５Ｊ０％とする。
【００１４】Ｍｏ：０．５〜５．０％、Ｗ：０．５〜
５．０％、Ｔａ：０．２〜４．０％これらの元素はいず
れもオーステナイトに固溶し、特に１０００℃以上の高
温において合金の高温強度およびクリープ強度を著しく
増加させるので、いずれか一種以上添加する。 高融点金属酸化物：０．１〜２％ 高融点の金属酸化物としてはＹ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 、Ａｌ
2 Ｏ3 、Ｃｅ2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3 、Ｓｃ2 Ｏ3 およびＥ
ｕ2 Ｏ3 のいずれかを用いるのが好ましい。さらにこれ
らの高融点金属酸化物を２種以上併用することもでき
る。
５．０％、Ｔａ：０．２〜４．０％これらの元素はいず
れもオーステナイトに固溶し、特に１０００℃以上の高
温において合金の高温強度およびクリープ強度を著しく
増加させるので、いずれか一種以上添加する。 高融点金属酸化物：０．１〜２％ 高融点の金属酸化物としてはＹ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 、Ａｌ
2 Ｏ3 、Ｃｅ2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3 、Ｓｃ2 Ｏ3 およびＥ
ｕ2 Ｏ3 のいずれかを用いるのが好ましい。さらにこれ
らの高融点金属酸化物を２種以上併用することもでき
る。
【００１５】高融点金属酸化物は、数１０ｎｍ程度の微
細な粒子としてＮｉ基地中に均一に分散し、合金の結晶
内における転位の移動を阻止して合金を分散強化する。
この分散強化の効果は高融点金属酸化物の含有率０．１
％以上で発揮され、含有率２％でほぼ飽和する。また、
高融点金属酸化物は合金表面に形成する酸化スケールの
くさび止め効果を有し合金の耐酸化性向上に有効であ
る。しかし、その含有率が多すぎると合金の靭延性を損
うので、高融点金属酸化物の含有率は２％を上限とす
る。
細な粒子としてＮｉ基地中に均一に分散し、合金の結晶
内における転位の移動を阻止して合金を分散強化する。
この分散強化の効果は高融点金属酸化物の含有率０．１
％以上で発揮され、含有率２％でほぼ飽和する。また、
高融点金属酸化物は合金表面に形成する酸化スケールの
くさび止め効果を有し合金の耐酸化性向上に有効であ
る。しかし、その含有率が多すぎると合金の靭延性を損
うので、高融点金属酸化物の含有率は２％を上限とす
る。
【００１６】
【実施例】メカニカル・アロイイング法によって、表１
に示す化学組成酸化物分散強化型合金の粉末を製造し
た。この合金粉末を缶に真空封入し、２０００気圧、１
１００℃×３ｈｒのＨＩＰ処理を行って中空ビレットを
得た。この中空ビレットを１１００℃で熱間押出しして
外径２００ｍｍ、肉厚１０ｍｍの合金管を得た。前記合
金管に１３２０℃×２ｈｒ加熱の条件で二次再結晶焼鈍
を施しラジアントチューブ供試材とした。
に示す化学組成酸化物分散強化型合金の粉末を製造し
た。この合金粉末を缶に真空封入し、２０００気圧、１
１００℃×３ｈｒのＨＩＰ処理を行って中空ビレットを
得た。この中空ビレットを１１００℃で熱間押出しして
外径２００ｍｍ、肉厚１０ｍｍの合金管を得た。前記合
金管に１３２０℃×２ｈｒ加熱の条件で二次再結晶焼鈍
を施しラジアントチューブ供試材とした。
【００１７】
【表１】
【００１８】前記供試材から、機械加工によって直径１
０ｍｍ×長さ１５ｍｍの高温圧縮クリープ試験片および
直径７ｍｍ×長さ１５ｍｍの耐酸化性試験片を製作し、
それぞれ高温圧縮クリープ試験および耐酸化性試験に供
した。比較のため従来からラジアントチューブ用材料と
して使用されているＤＣＨ２７（比較例１：０．３６％
Ｃ−３３％Ｃｒ−３０％Ｎｉ−５％Ｗ−０．３％Ｔｉ−
残Ｆｅ）、およびＭＯ−ＲＥ２（比較例２：０．３５％
Ｃ−３３％Ｃｒ−１５％Ｗ−残Ｆｅ）についても同様な
試験片を製作し試験に供した。
０ｍｍ×長さ１５ｍｍの高温圧縮クリープ試験片および
直径７ｍｍ×長さ１５ｍｍの耐酸化性試験片を製作し、
それぞれ高温圧縮クリープ試験および耐酸化性試験に供
した。比較のため従来からラジアントチューブ用材料と
して使用されているＤＣＨ２７（比較例１：０．３６％
Ｃ−３３％Ｃｒ−３０％Ｎｉ−５％Ｗ−０．３％Ｔｉ−
残Ｆｅ）、およびＭＯ−ＲＥ２（比較例２：０．３５％
Ｃ−３３％Ｃｒ−１５％Ｗ−残Ｆｅ）についても同様な
試験片を製作し試験に供した。
【００１９】ラジアントチューブとしての機械的耐久力
を比較するため、各供試材について高温圧縮クリープ試
験を行った。高温圧縮クリープ試験は、１２００〜１３
００℃で前記高温圧縮クリープ試験片の軸方向に所定の
圧縮荷重を加え、所定時間経過後に圧縮変形率を測定す
る方法で行った。高温圧縮クリープ試験の結果は表２に
示す通りである。
を比較するため、各供試材について高温圧縮クリープ試
験を行った。高温圧縮クリープ試験は、１２００〜１３
００℃で前記高温圧縮クリープ試験片の軸方向に所定の
圧縮荷重を加え、所定時間経過後に圧縮変形率を測定す
る方法で行った。高温圧縮クリープ試験の結果は表２に
示す通りである。
【００２０】
【表２】
【００２１】各試験条件における同一試験時間後の変形
率を見ると、いずれの試験条件においても、比較例にく
らべて本発明の実施例は変形率が小さく、本発明の効果
が確認できた。次に、各供試材について耐酸化性試験を
行った。耐酸化性試験は、前記耐酸化性試験片を温度１
２００℃の大気中で長時間加熱したのち、その酸化増量
を測定する方法で行った。耐酸化性試験の結果は表３に
示す通りであって、本発明に従えば、酸化増量が従来材
の１／１０以下と著しく少ない優れた耐酸化性を有する
ラジアントチューブを得ることができることが判った。
率を見ると、いずれの試験条件においても、比較例にく
らべて本発明の実施例は変形率が小さく、本発明の効果
が確認できた。次に、各供試材について耐酸化性試験を
行った。耐酸化性試験は、前記耐酸化性試験片を温度１
２００℃の大気中で長時間加熱したのち、その酸化増量
を測定する方法で行った。耐酸化性試験の結果は表３に
示す通りであって、本発明に従えば、酸化増量が従来材
の１／１０以下と著しく少ない優れた耐酸化性を有する
ラジアントチューブを得ることができることが判った。
【００２２】
【表３】
【００２３】実際の光輝焼鈍加熱炉において本発明によ
るラジアントチューブを使用し、従来品の１０倍以上の
長寿命を示すことを確認した。
るラジアントチューブを使用し、従来品の１０倍以上の
長寿命を示すことを確認した。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従って酸
化物分散強化型合金からなるラジアントチューブを製造
すれば、加熱用燃焼ガスの酸化作用と高温によく耐えて
長寿命を示すラジアントチューブを得ることができる。
化物分散強化型合金からなるラジアントチューブを製造
すれば、加熱用燃焼ガスの酸化作用と高温によく耐えて
長寿命を示すラジアントチューブを得ることができる。
Claims (2)
- 【請求項１】 質量％でＣ＋Ｎ：０．２％以下、Ｓｉ：
２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｎｉ：１５〜３５
％、Ｃｒ：２０〜３５％およびＣｏ：５〜５０％に加え
て、Ｍｏ：０．５〜５．０％、Ｗ：０．５〜５．０％お
よびＴａ：０．２〜４．０％のいずれか１種または２種
以上を含有し、残部が実質的にＦｅからなる合金のオー
ステナイトマトリックス中に０．１〜２％の微細な高融
点金属酸化物を分散して含有する酸化物分散強化型合金
よりなることを特徴とするラジアントチューブ。 - 【請求項２】 前記高融点金属酸化物としてＹ2 Ｏ3 、
ＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ 3 、Ｃｅ2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3 、Ｓｃ
2 Ｏ3 およびＥｕ2 Ｏ3 のいずれか１種または２種以上
を用いることを特徴とする請求項１記載のラジアントチ
ューブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30232194A JPH08159691A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | ラジアントチューブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30232194A JPH08159691A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | ラジアントチューブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08159691A true JPH08159691A (ja) | 1996-06-21 |
Family
ID=17907542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30232194A Pending JPH08159691A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | ラジアントチューブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08159691A (ja) |
-
1994
- 1994-12-06 JP JP30232194A patent/JPH08159691A/ja active Pending
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