JPH0978204A

JPH0978204A - 金属材料

Info

Publication number: JPH0978204A
Application number: JP26197895A
Authority: JP
Inventors: Katsuro Takemura; 勝朗竹村; Toshikazu Shibazaki; 敏和柴崎; Hideo Hashimoto; 英夫橋本; Mayumi Ushiku; 真弓牛久; Hidehiko Kudo; 英彦工藤
Original assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂ガスおよび水蒸気を含むガ
ス雰囲気によって操業される各種のプラントにおいて、
特に従来よりも比較的低温の所定温度範囲の上記ガス雰
囲気下に晒される容器等の構成部材として用いて好適
な、耐メタルダスティング性に優れる金属材料を得る。【解決手段】主たるガス組成として、ＣＯを５〜３０
ｍｏｌ％、ＣＯ₂を０〜１５ｍｏｌ％、Ｈ₂を２０〜８０
ｍｏｌ％およびＨ₂Ｏを５〜４０ｍｏｌ％、それぞれ含
み、かつ温度が３００〜７００゜Ｃの範囲であるガス雰
囲気下で用いられる金属材料であって、合金組成におい
てＣｒを１１〜６０wt％含むフェライト、マルテンサイ
ト鋼またはＮｉ基合金であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂
ガスおよび水蒸気を含むガス雰囲気下に晒される容器等
の構成部材に用いて好適な金属材料に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、アンモニア製造装置、水素製造装
置、熱交換型アンモニア製造装置あるいは還元製鉄用還
元ガス装置のように、内部がＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂ガスおよ
び水蒸気（Ｈ₂Ｏ）を含む高温のガス雰囲気下に晒され
る各種のプラントにおいては、例えばエネルギーの効率
を高めるために、当該高温ガスの熱の一部を排ガスボイ
ラやスチームスーパーヒータ等の熱源として有効利用す
る型式のものが多用されつつある。ここで、上記プラン
トにおいては、一般にガス雰囲気中に主たる組成とし
て、ＣＯを５〜３０ｍｏｌ％、ＣＯ₂を０〜１５ｍｏｌ
％、Ｈ₂を２０〜８０ｍｏｌ％およびＨ₂Ｏを５〜４０ｍ
ｏｌ％、それぞれ含み、さらに通常ＣＨ₄（メタン）を
２〜１５％含んでおり、またプロセスによってはＮ
₂（〜１０数％）やＨ₂Ｓ（〜数１０ＰＰＭ）を含んでい
る。そして、いずれのプラントにおいても、上述した熱
利用が図られていないものの場合には、概ね１０００゜
Ｃ前後の温度範囲において操業されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記各種プ
ラントにおいて、上述したような高温ガスの熱利用を図
ろうとすると、上記ガス雰囲気の温度が例えば４００〜
５００°Ｃ程度とより低温になり、この結果炭素活量が
高くなって、装置を構成する金属材料の表面に炭素が析
出して当該金属中に侵入する浸炭が生じ、これがさらに
進行すると上記金属材料の一部が粉化して脱落する、い
わゆるメタルダスティング現象が発生することが知られ
ている。加えて、近年上記各種プラントにおける操業経
費低減化のために、ガス雰囲気中における水蒸気（Ｈ₂
Ｏ）量を減少させようとする要請もあるが、当該水蒸気
量を減少させるとガス雰囲気中の酸素分圧が低下し、よ
って浸炭およびメタルダスティングを阻止する酸化被膜
の形成が抑制されるとともに、相対的に炭素活量が増大
して、同様に浸炭およびメタルダスティング現象が発生
し易くなってしまう。このようにして、メタルダスティ
ング現象が発生すると、経時的に装置を構成する金属材
料の肉厚が減少し、この結果装置の寿命がより短くなっ
て、逆に経済的に不利になるという問題点がある。

【０００４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、上述したような主たる成分としてＣＯ、ＣＯ₂、
Ｈ₂ガスおよび水蒸気（Ｈ₂Ｏ）を含むガス雰囲気下で操
業される各種のプラントにおいて、特に従来よりも比較
的低温の所定温度範囲の上記ガス雰囲気下に晒される容
器等の構成部材として用いて好適な、耐メタルダスティ
ング性に優れる金属材料を提供することを目的とするも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、このよう
な主たる成分としてＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂ガスおよび水蒸気
（Ｈ₂Ｏ）を含むガス雰囲気下に晒される各種のプラン
トにおいて、所定の温度範囲においてメタルダスティン
グ現象の発生を防止し得る金属材料、すなわち耐メタル
ダスティング性に優れる金属材料を見出すべく、以下に
詳述する各種の実験を行なった。まず、耐メタルダステ
ィング性の評価を行なうために、図１に示すように、炭
素鋼および低合金鋼、フェライトおよびマルテンサイト
鋼、オーステナイト鋼、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金、耐熱
鋳鋼の６分類３７種の金属材料の試験片を準備した。各
金属材料の化学組成は、図１に示す通りである。

【０００６】次いで、図２に概略を示すような試験装置
を用意した。この試験装置は、電気炉１内に試験片を挿
入する石英管２を配置し、この石英管２に、配管４を通
じて定量ポンプ３によって移送される水蒸気Ｈ₂Ｏに、
流量制御弁５およびフローメータ６を介して所定量のＣ
Ｏ、ＣＯ₂およびＨ₂ガス等を混合した雰囲気ガスを供給
するようにしたもので、図中符号７は水溜め、８は逆流
防止トラップ、９は電気炉制御用熱電対、１０は側温用
熱電対をそれぞれ示すものである。

【０００７】次に、上記各種材料の耐メタルダスティン
グ性を評価するための標準ガスとして、常圧でスチーム
／カーボン＝２、ＣＯとＣＯ₂の分圧比＝０．４（Ｈ₂：
６６vol％、ＣＯ：１６．５vol％、ＣＯ₂：１vol％、Ｈ
₂Ｏ：１６．５vol％）のガスを選択した。なお、上記試
験装置においては、石英管２の耐圧性等の実験装置上の
制約から、高圧の試験ガスを供給することができないた
めに、常圧の試験ガス下において上記耐メタルダスティ
ング性の評価をせざるを得ない。他方、上述した各種の
プラントのうちには、加圧状態のガス雰囲気下で操業さ
れているものが多い。このため、仮に常圧の上記標準ガ
スの組成と、実プラントの加圧状態にある雰囲気ガスの
組成とが同一であったとしても、加圧状態においては、
浸炭からメタルダスティングの発生において主要因とな
る炭素活量および酸素分圧が異なったものになる。そこ
で、上記標準ガスの組成を決定するに際しては、常圧に
おける実験ガスと、各温度および圧力における雰囲気ガ
スとの炭素活量および酸素分圧を計算し、上記各種プラ
ントにおける中間値である、Ｈ₂：４０〜６０vol％、Ｃ
Ｏ：１０〜１５vol％、ＣＯ₂：５〜１２vol％、Ｈ₂Ｏ：
１５〜３５vol％で、圧力が２５〜３０ｋｇ／ｃｍ²の範
囲の雰囲気ガスと、常圧において炭素活量および酸素分
圧がほぼ等価になる数種類の組成の実験ガスを選択し、
これらの実験ガスによって予備実験を行なうことによ
り、そのうちの１００時間程度の短時間でメタルダステ
ィング現象を再現できるガス組成を見出し、当該組成を
上述した標準ガスの組成として選択した。

【０００８】次いで、実験においてメタルダスティング
再現試験を実施したところ、走査電子顕微鏡による試験
片断面のミクロ組織写真観察により、先ず試験片の金属
表面中に金属が侵入する浸炭が発生し、これによりカー
ボンが生成するとともに、これらがさらに進行すると、
金属の一部が粉化して脱落するメタルダスティング現象
が発生することが認められた。したがって、試験前の試
験片重量と、試験後における試験片の表面生成物を除い
た重量を比較すれば、その減少量によって上記メタルダ
スティングの発生程度を観察することができることにな
る。他方、上記メタルダスティング再現試験により、図
３に示すように、上記メタルダスティングによる試験片
の重量減と、上記カーボン生成、浸炭等による試験片の
重量増は正の相関関係を有していることが判明した。加
えて、特にメタルダスティング現象が進行する過程にお
いては、浸炭層が深く進展することが観察されており、
図４に示すように、上記試験片の重量増は、当該浸炭層
の深さとも正の相関関係を有していることが見出され
た。

【０００９】したがって、測定が比較的困難なメタルダ
スティングによる試験片の重量減を直接求めなくても、
各試験片における重量の増加量を測定すれば、これによ
り浸炭の深さ程度、延いてはメタルダスティング現象の
発生の程度が観察されることになる。そこで、本実験に
おいては、上記試験片の重量増を測定することにより、
メタルダスティング現象の発生の有無を判断することと
した。さらに、試験片の表面を電解研磨すると、浸炭、
メタルダスティング現象発生までの潜伏期間を短縮し得
ることが判明したため、電解研磨を行なったものにっつ
いては試験時間として、約１６０時間（約１週間）を採
用した。また、一部表面処理材については、電解研磨が
行なえないため、約５００（約３週間）の試験時間を採
用した。

【００１０】以上の実験条件の下に、図１に示した各試
験片について、図２に示す試験装置を用いて耐メタルダ
スティング性の評価試験を行なった。ちなみに、図５
は、代表的な材料７種についての各温度における重量変
化速度および浸炭速度をまとめたものであり、図６は、
各金属材料の各温度における耐メタルダスティング性の
評価結果を示すものである。図５および図６に示すよう
に、温度が４００〜７００゜Ｃの範囲においては、合金
組成においてＣｒを１１〜６０wt％含むフェライト、マ
ルテンサイト鋼、Ｃｒを２４wt％、Ｎｉを３５wt％以上
含むＦｅ基合金およびＮｉ基合金においてメタルダステ
ィング現象が発生していないこと、換言すれば、これら
金属材料は、上記温度範囲において優れた耐メタルダス
ティングを有することが判明した。また、上記温度が５
５０〜１１５０゜Ｃの範囲においては、Ｃｒを１１〜６
０wt％含むフェライト、マルテンサイト鋼、Ｃｒを２４
wt％以上、かつＮｉを３５wt％以上含むＦｅ基合金およ
びＮｉ基合金においてメタルダスティング現象を発生し
ていないことが判明した。

【００１１】そこで、上記５５０〜１１５０゜Ｃの温度
範囲における合金組成と、浸炭深さとの関係を詳細に検
討したところ、図７および図８に示す温度７００゜Ｃに
おける試験結果にみられるように、ＣｒおよびＮｉの含
有量と上記浸炭深さとの間に一定の関係が有ることを見
出した。そこで、上記Ｎｉ基合金におけるＣｒおよびＮ
ｉの含有量を用いて、（Ｃｒ×３・Ｎｉ）の合金組成パ
ラメータについて各試験片の重量増との関係を調べたと
ころ、図９に示すように、上記（Ｃｒ×３・Ｎｉ）の値
が１２０以上であるＦｅ基合金、耐熱鋳鋼あるいはＮｉ
基合金において重量増がほとんど認められず、よって耐
メタルダスティング性に極めて優れていることが判明し
た。

【００１２】さらに、耐メタルダスティング性における
上記耐熱鋳鋼以外の金属材料の結晶粒度の影響を調べ
た。図１０は、上記標準ガスを用いた結晶粒度がＡＳＴ
Ｍ粒度番号４〜５と、熱処理により粗大化させて同粒度
番号１にしたＳＵＳ３０４材の各実験温度における重量
変化の結果を示すものである。また、図１１は、上記標
準ガスを用いた結晶粒度がＡＳＴＭ粒度番号３〜４と、
熱処理により粗大化させて同粒度番号１にしたＡｌｌｏ
ｙ８００Ｈ材の各実験温度における重量変化の結果を
示すものである。これらの図から、結晶粒度を粗大化さ
せた試料においては、重量変化および浸炭深さともに増
加しており、耐メタルダスティング性が低下しているこ
とが認められた。

【００１３】次いで、上記各試験片における実験結果か
ら、同程度のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒを含有するものについて
も、Ｎｂを含有するか否かによって、例えばＳＵＳ３０
４と３４７、Ｉｎｃｏｎｅｌ６１７と６２５、ＨＫ４０
とＩＮ５１９、Ａｌｌｏｙ８００Ｈと２０／３２Ｎｂ等
を比較することにより、Ｎｂが添加されている金属材料
の方が耐メタルダスティング性が高い傾向が認められ
た。

【００１４】本発明は、上述した耐メタルダスティング
性に関する評価実験の結果得られた知見に基づいてなさ
れたもので、請求項１に記載の発明は、主たるガス組成
として、ＣＯを５〜３０ｍｏｌ％、ＣＯ₂を０〜１５ｍ
ｏｌ％、Ｈ₂を２０〜８０ｍｏｌ％およびＨ₂Ｏを５〜４
０ｍｏｌ％、それぞれ含み、かつ温度が４００〜７００
゜Ｃの範囲であるガス雰囲気下で用いられる金属材料
が、合金組成においてＣｒを１１〜６０wt％含むフェラ
イト、マルテンサイト鋼またはＦｅ基もしくはＮｉ基合
金であることを特徴とするものである。ここで、上記フ
ェライト、マルテンサイト鋼のＣｒの含有量を１１〜６
０wt％としたのは、Ｃｒが１１wt％未満であると、充分
な耐メタルダスティング性を示さずに不適当であり、他
方６０wt％を超えると、加工性が劣化し過ぎて脆くな
り、この種の金属材料として不適当だからである。

【００１５】上記温度範囲において好適な金属材料とし
ては、より具体的には請求項２に記載の発明のように、
上記フェライト、マルテンサイト鋼はＣｒを１３wt％以
上含み、上記Ｆｅ基合金はＣｒを２４wt％以上含み、上
記Ｎｉ基合金はＣｒを２０wt％以上含むものである。ち
なみに、具体的な金属材料を挙げると、請求項３に記載
の発明のように、フェライト、マルテンサイト鋼として
は、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４０３、ＳＵ
Ｓ４１０およびＳＵＳ４４７のいずれかであり、また上
記Ｆｅ基合金としては、ＨＫ４ＭＳ、ＨＰＭのいずれか
であり、さらに上記Ｎｉ基合金としては、インコネル６
００、インコネル６０１、インコネル６２５、インコネ
ル６９０、インコネル６１７、ハステロイ６１７、ハス
テロイＧ、ハステロイＸのいずれかである。

【００１６】次いで、請求項４に記載の発明は、主たる
ガス組成として、ＣＯを５〜３０ｍｏｌ％、ＣＯ₂を０
〜１５ｍｏｌ％、Ｈ₂を２０〜８０ｍｏｌ％およびＨ₂Ｏ
を５〜４０ｍｏｌ％、それぞれ含み、かつ温度が５５０
〜１１５０゜Ｃの範囲であるガス雰囲気下で用いられる
金属材料が、合金組成において必須成分としてＣｒとＮ
ｉとを含み、かつ上記Ｃｒの含有量が２０wt％以上であ
るとともに、当該Ｃｒの含有量とＮｉの含有量の３倍と
の和が１２０〜３００wt％の範囲である耐熱鋳鋼または
Ｆｅ基もしくはＮｉ基合金であることを特徴とするもの
である。本請求項に係る発明において、上記実験結果に
おいてメタルダスティング現象の認められなかったフェ
ライト、マルテンサイト鋼を除いた理由は、これらの金
属材料は、そもそも１０００゜Ｃ以上の温度範囲では、
充分な機械強度が得られず、よって上記各種プラントに
おける構造部材として用いることが不適当だからであ
り、かつ上記温度範囲を１１５０゜Ｃとした理由も、同
様のＮｉ基合金においてさえも充分な機械的強度が得ら
れないからである。

【００１７】また、（Ｃｒ×３・Ｎｉ）の合金組成パラ
メータについて、１２０wt％以上で３００wt％以下とし
たのは、当該合金組成パラメータが１２０wt％に満たな
いと、上述した図９から明らかなように、充分な耐メタ
ルダスティング性が得られずに不適当だからであり、他
方上記合金パラメータが３００wt％を超えると、Ｎｉ量
が多くなり過ぎて、表面および粒界におけるＮｉの触媒
性による炭素析出により金属結晶粒の脱落が顕著にな
り、この結果減肉が発生してこの種のプラントにおける
構成部材として不適当になってしまうからである。

【００１８】上記温度範囲において好適な金属材料とし
ては、より具体的には請求項５に記載の発明のように、
Ｃｒを２４wt％以上、かつＮｉを３５wt％以上含むＦｅ
基合金、またはＣｒを２０wt％以上、かつＮｉを６０wt
％以上含むＮｉ基合金である。さらに、具体的に上記耐
熱鋳鋼またはＦｅ基もしくはＮｉ基合金を挙げると、請
求項６に記載の発明のように、それぞれＨＰ−Ｎｂ、Ｈ
Ｋ４ＭＳ、ＨＰＭ、インコネル６００、インコネル６０
１、インコネル６２５、インコネル６９０、インコネル
６１７、ハステロイ６１７、ハステロイＧ、ハステロイ
Ｘのいずれかである。

【００１９】さらに、請求項７に記載の発明は、上記請
求項１ないし６のいずれかに記載の金属材料が、その成
分組成としてＮｂが添加されていることを特徴とするも
のである。本請求項に記載の発明のように、成分組成に
Ｎｂが添加されていることにより、上述したように、同
程度のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒを含有するものに対して、より
優れた耐メタルダスティング性を得ることができる。

【００２０】また、請求項８に記載の発明は、上記請求
項１ないし５のいずれかに記載の耐熱鋳鋼を除く金属材
料の結晶粒度が、ＡＳＴＭ粒度番号が３以上の細粒であ
ることを特徴とするものである。上記結晶粒度がこのよ
うな細粒であることにより、図１０および図１１に示し
た実験結果のように、より高い耐メタルダスティング性
を得ることができる。

【００２１】なお、上記請求項１ないし８のいずれかに
記載の発明は、主たる成分のみを規定しているが、上
記各種プラントにおける雰囲気ガスは、主たる成分であ
るＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂ガスおよびＨ₂Ｏの他に、通常ＣＨ₄
を含み、またプロセスによってはＮ₂およびＨ₂Ｓを含
む。よって、請求項９に記載の実施態様のように、請求
項１ないし８のいずれかに記載の発明は、主たる成分で
あるＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂ガスおよびＨ₂Ｏの他に、少なく
ともＣＨ₄、Ｎ₂およびＨ₂Ｓの一種または複数種のガス
を含む場合を包含するものである。

【００２２】

【発明の実施の形態１】本発明に係る第１の実施形態
は、アンモニア製造装置、水素製造装置、熱交換型アン
モニア製造装置あるいは還元製鉄用還元ガス装置等の各
種プラントにおいて、主たるガス組成として、ＣＯを５
〜３０ｍｏｌ％、ＣＯ₂を０〜１５ｍｏｌ％、Ｈ₂を２０
〜８０ｍｏｌ％およびＨ₂Ｏを５〜４０ｍｏｌ％、それ
ぞれ含み、かつ温度が４００〜７００゜Ｃの範囲である
ガス雰囲気下で用いられる構造部材として、合金組成に
おいてＣｒを１１〜６０wt％含むフェライト、マルテン
サイト鋼またはＦｅ基もしくはＮｉ基合金からなる金属
材料を用いたものである。ここで、具体的な上記金属材
料としては、フェライト、マルテンサイト系合金ではＳ
ＵＳ４０５、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１
０およびＳＵＳ４４７のいずれか、Ｆｅ基合金ではＨＫ
４ＭＳもしくはＨＰＭ、Ｎｉ基合金ではインコネル６０
０、インコネル６０１、インコネル６２５、インコネル
６９０、インコネル６１７、ハステロイ６１７、ハステ
ロイＧ、ハステロイＸのいずれかであって、かつ結晶粒
度がＡＳＴＭ粒度番号が３以上であるものが挙げられ
る。

【００２３】この際に、上記金属材料のうち、その成分
組成にＮｂが添加されているものを用いれば、さらに好
適である。また、上記構造部材としては、上記雰囲気ガ
スが流通する容器本体、加熱炉熱交換器のチューブ材、
配管さらには内部において上記ガス雰囲気中に晒される
各種のインターナル部品およびボルトおよびナットの類
である。これらの構造部材として、上記金属材料を用い
ることにより、従来よりも低温である４００〜７００゜
Ｃの温度範囲にある上記ガス雰囲気下においても、長期
間にわたってメタルダスティング現象を生じること無
く、安定的な操業を確保することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態２】次いで、本発明に係る第２の実
施形態は、アンモニア製造装置、水素製造装置、熱交換
型アンモニア製造装置あるいは還元製鉄用還元ガス装置
等の各種プラントにおいて、主たるガス組成として、Ｃ
Ｏを５〜３０ｍｏｌ％、ＣＯ₂を０〜１５ｍｏｌ％、Ｈ₂
を２０〜８０ｍｏｌ％およびＨ₂Ｏを５〜４０ｍｏｌ％
を含み、さらにはＣＨ₄やＨ₂Ｓをそれぞれ含み、かつ温
度が５５０〜１１５０゜Ｃの範囲であるガス雰囲気下で
用いられる構造部材として、合金組成において必須成分
としてＣｒとＮｉとを含み、かつ上記Ｃｒの含有量が２
０wt％以上であって当該Ｃｒの含有量とＮｉの含有量の
３倍との和が１２０〜３００wt％の範囲であるＦｅ基合
金、耐熱鋳鋼またはＮｉ基合金を用いたものである。

【００２５】ここで、具体的な上記Ｆｅ基合金として
は、ＨＫ４ＭＳあるいはＨＰＭであり、耐熱鋳鋼として
は、ＨＰ−Ｎｂであり、Ｎｉ基合金としては、インコネ
ル６００、インコネル６０１、インコネル６２５、イン
コネル６９０、インコネル６１７、ハステロイ６１７、
ハステロイＧ、ハステロイＸのいずれかであって、かつ
上記耐熱鋳鋼以外の金属材料においてはその結晶粒度が
ＡＳＴＭ粒度番号が３以上であるものが挙げられる。ま
た、上記Ｎｉ合金のうち、第１実施形態と同様に、その
成分組成にＮｂが添加されているものを用いれば、さら
に好適である。

【００２６】さらに、上記構造部材としては、第１実施
形態に挙げたものと同様に、上記雰囲気ガスが流通する
容器本体、加熱炉熱交換器のチューブ材、配管さらには
内部において上記ガス雰囲気中に晒される各種のインタ
ーナル部品、ボルトおよびナットの類である。これらの
構造部材として、上記金属材料を用いることにより、従
来よりもやや低温である５５０〜１１５０゜Ｃの温度範
囲にある上記ガス雰囲気下においても、長期間にわたっ
てメタルダスティング現象を生じること無く、安定的な
操業を確保することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし６
のいずれかに記載の発明によれば、これらの金属材料
を、それぞれの温度範囲において、主たるガス組成とし
て、ＣＯ：５〜３０ｍｏｌ％、ＣＯ₂：０〜１５ｍｏｌ
％、Ｈ₂：２０〜８０ｍｏｌ％およびＨ₂Ｏ：５〜４０ｍ
ｏｌ％をそれぞれ含み、さらに請求項９に記載の発明の
ようにＣＨ₄（メタン）やプロセスによってはＮ₂あるい
はＨ₂Ｓを含むガス雰囲気下に晒されるアンモニア製造
装置、水素製造装置、熱交換型アンモニア製造装置ある
いは還元製鉄用還元ガス装置等の各種プラントにおける
構造部材として用いることにより、長期間にわたってメ
タルダスティング現象を生じること無く、安定的な操業
を確保することができる。この際に、請求項７または請
求項８に記載の発明によれば、より高い耐メタルダステ
ィング性を得ることができて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に至る耐メタルダスティング性の評価実
験に用いた金属材料の合金組成を示す表である。

【図２】上記評価実験に用いた実験装置を示す概略構成
図である。

【図３】メタルダスティングによる重量減と浸炭等によ
る重量増との相関関係を示すグラフである。

【図４】浸炭層の深さと重量増加量との相関関係を示す
グラフである。

【図５】代表的な金属材料における重量変化速度と浸炭
速度との実験結果を示す表である。

【図６】図１に示した各金属材料におけるメタルダステ
ィング発生の有無の結果を示す表である。

【図７】Ｃｒ含有量と浸炭深さとの関係を示すグラフで
ある。

【図８】Ｎｉ含有量と浸炭深さとの関係を示すグラフで
ある。

【図９】ＣｒとＮｉとによる組成パラメータと重量増と
の関係を示すグラフである。

【図１０】結晶粒度を代えた２種類のＳＵＳ３０４材の
各実験温度における重量変化の結果を示すグラフであ
る。

【図１１】結晶粒度を代えた２種類のＡｌｌｏｙ８０
０Ｈ材の各実験温度における重量変化の結果を示すグラ
フである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本英夫神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者牛久真弓神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者工藤英彦神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主たるガス組成として、ＣＯを５〜３０
ｍｏｌ％、ＣＯ₂を０〜１５ｍｏｌ％、Ｈ₂を２０〜８０
ｍｏｌ％およびＨ₂Ｏを５〜４０ｍｏｌ％、それぞれ含
み、かつ温度が４００〜７００゜Ｃの範囲であるガス雰
囲気下で用いられる金属材料であって、合金組成におい
てＣｒを１１〜６０wt％含むフェライト、マルテンサイ
ト鋼またはＦｅ基もしくはＮｉ基合金であることを特徴
とする金属材料。
【請求項２】上記フェライト、マルテンサイト鋼はＣ
ｒを１３wt％以上含み、上記Ｆｅ基合金はＣｒを２４wt
％以上含み、上記Ｎｉ基合金はＣｒを２０wt％以上含む
ことを特徴とする請求項１に記載の金属材料。
【請求項３】上記フェライト、マルテンサイト鋼は、
ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４
１０およびＳＵＳ４４７のいずれかであり、上記Ｆｅ基
合金は、ＨＫ４ＭＳ、ＨＰＭのいずれかであり、上記Ｎ
ｉ基合金は、インコネル６００、インコネル６０１、イ
ンコネル６２５、インコネル６９０、インコネル６１
７、ハステロイ６１７、ハステロイＧ、ハステロイＸの
いずれかであることを特徴とする請求項１または２に記
載の金属材料。
【請求項４】主たるガス組成として、ＣＯを５〜３０
ｍｏｌ％、ＣＯ₂を０〜１５ｍｏｌ％、Ｈ₂を２０〜８０
ｍｏｌ％およびＨ₂Ｏを５〜４０ｍｏｌ％、それぞれ含
み、かつ温度が５５０〜１１５０゜Ｃの範囲であるガス
雰囲気下で用いられる金属材料であって、合金組成にお
いて必須成分としてＣｒとＮｉとを含み、かつ上記Ｃｒ
の含有量が２０wt％以上であるとともに、当該Ｃｒの含
有量とＮｉの含有量の３倍との和が１２０〜３００wt％
の範囲である耐熱鋳鋼またはＦｅ基もしくはＮｉ基合金
であることを特徴とする金属材料。
【請求項５】上記Ｆｅ基合金はＣｒを２４wt％以上、
かつＮｉを３５wt％以上含み、上記Ｎｉ基合金はＣｒを
２０wt％以上、かつＮｉを６０wt％以上含む合金である
ことを特徴とする請求項４に記載の金属材料。
【請求項６】上記Ｆｅ基合金は、ＨＫ４ＭＳ、ＨＰ
Ｍ、ＨＰ−Ｎｂのいずれかであり、上記Ｎｉ基合金は、
インコネル６００、インコネル６０１、インコネル６２
５、インコネル６９０、インコネル６１７、ハステロイ
６１７、ハステロイＧ、ハステロイＸのいずれかである
ことを特徴とする請求項４または５に記載の金属材料。
【請求項７】上記金属材料は、その成分組成にＮｂが
添加されていることを特徴とする請求項１ないし６のい
ずれかに記載の金属材料。
【請求項８】上記金属材料のうち耐熱鋳鋼を除く金属
材料の結晶粒度は、ＡＳＴＭ粒度番号が３以上であるこ
とを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の金
属材料。
【請求項９】上記雰囲気ガスは、主たる成分であるＣ
Ｏ、ＣＯ₂、Ｈ₂ガスおよびＨ₂Ｏの他に、少なくともＣ
Ｈ₄、Ｎ₂およびＨ₂Ｓの一種または複数種のガスを含む
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の
金属材料。