JPS5864360A

JPS5864360A - 耐熱鋳鋼

Info

Publication number: JPS5864360A
Application number: JP16248181A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sugitani; 杉谷　純一; Teruo Yoshimoto; 葭本　輝夫; Makoto Takahashi; 誠高橋
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-10-12
Filing date: 1981-10-12
Publication date: 1983-04-16
Also published as: JPH0135064B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、耐熱鋳鋼、特に、高温ネリープ破断強度、耐
熱衝撃性および耐塗炭性にすぐれた耐熱・鋳鋼に関する
。

従来、石油化学工業におけるエチレンクラッキングチュ
ーブ材や改質炉内の、す７オーマチユーブ材には、Ｎｉ
およびＣｒを含む耐熱鋳鋼、代表的には、ＡＳＴＭ　Ｈ
Ｋ４Ｇ材やＨＰ材などが用いられてきた。近年、操業Ｏ
高ｉ化に伴ない、高褐椿−性の改善が要求され、これに
応える材料として、ＨＰ材にＮｂ、ＭｏおよδＷを添加
したものが開発され、実用に供されている。しかしなが
ら、操業条件の−１の苛酷化ととも゛に、上記Ｎｂ、Ｍ
。

およびＷ含有ＨＰ材よりも更に高温クリープ破断饅度が
高く、かつ耐熱衝撃性や耐浸炭性にすぐれた材料が要請
されるに及んでいる。

本発明者等は、上記要請に応えるべく、Ｎ１−Ｃｒ　−
Ｎ　ｂ−Ｗ−Ｍ　ｏ７Ｆ　ｅ系耐熱鋼について、高温特
性に対する各種添加元素の影響に関する詳細な研究を重
ねた結果、Ｎ、Ｔｉ１ＡＩ！およびＢの各元素を複合的
に含有させることＫより、高温度、特［１０００℃をこ
える温度域における高温クリープ破断強゛度、耐熱衝撃
性並びに耐浸炭性を顕著に高め得ることを見出し、本発
明を完成するに到った。

すなわち“、本発明は、ＣＯ，ａ〜０．６％（重量％、
以下同じ）、Ｓｉ２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃ
ｒ２Ｏ〜８０％、Ｎｉ８０〜４０％、Ｎ　ｂ　Ｏ，８〜
１．５％、Ｗ　Ｏ，５〜８．０％、Ｍｏ０．２〜０．８
％、Ｎｏ、０４〜０．１５％、Ｔｉ０．０４〜０．５％
、Ａ６０．０７〜０．５％Ｃ但し、０．０７％をのぞく
）、ＢＯ，０００２〜０．００４％、残部実質的にＦｅ
からなる耐熱鋳鋼を提供する。

以下、本発明鋳鋼の成分限定理由について詳しく説明す
る。

Ｃ：０．８〜０．６％Ｃは鋳鋼の鋳造性を良くするほか、後記Ｎｂとの共存下
に一次炭化物を形成し、クリープ破断強度の向上に寄与
する。このために少くとも０．８％を必要とする。その
効果はＣ量の増加とともに高められるが、過度に多くな
ると二次轡化物の過料析出により、使用後の靭性低下が
著しくなるほか、溶゛接性も悪化するので、０．６１％
を上限とする。

Ｓｉ：２．０％以下Ｓｉは鋳鋼溶製時の脱酸剤としての役割を有するほか、
耐浸炭性の改善ゝをもたらす。たｙし、多量に含有する
と溶接性を損うので、２．０％を上限とする。

’Ｍｎ：２．０％以下Ｍｎは上記Ｓｉと同様に脱酸剤として機能するほか、溶
鋼中の不純物であるＳを固定・無害化する働きを有する
。但し、含有量が多くなると、耐酸化性の低下を招くの
で、２．０％以下とする。

Ｃｒ：２０〜８０％ＣｒＩ／′！後記Ｎｉとの゛共存下に′、鋳鋼組織をオ
ーステナイト化し、高温強度や耐酸化性を高める効果を
有する。特に、１０００℃以上の高温域で所要の強度、
耐酸化性を得るための含有量は少くとも２０％であるこ
とを要する。上記効果は含有量の増加とともに強化され
るが、あまり多くなると、使用後の靭性の低下が著しく
なるので、３０％を上限をする。

Ｎｉ　：　８０〜４０％Ｎｉは上記のように、Ｃｒと共存してオーステナイト組
織を保ち、その組織的安定性を与え、耐酸化性および高
温強度を確保するのに有効な元素である。１０００℃以
上の高温度域で良好なる耐酸化性および高温強度を得る
ためには８０％以上の含有を要する。上記特性は含有量
の増加とともに向上するが、４０％をこえると、添加効
果がはジ飽和し、経済的に不利であるので、４０％を上
限とする。

Ｎｂ：０．８〜１．５％Ｎｂはクリープ破断強度および耐浸炭性を高める。この
効果を得るためには０．８％以上の含有を必要とする。

但し、その量が多くなると、かえってクリープ破断強度
が低下しはじめるので、１．５％を上限とする。なお、
Ｎｂは、通常これと同効元素であるＴａを随伴するので
、その場合はＴａとの合計量が０．３〜１．５％であれ
ばよい。

Ｗ：０．５〜８．０％Ｗは前記Ｎｂとの組合せにより、高温強度の向上をもた
らす。このために０．５キ以上の含有を要するが、あま
り多くなると耐酸化性が損なわれるので３．０％を上限
とする。

Ｍｏ　：　０．２〜０．８％Ｍｏは上記ＮｂおよびＷと共存して高温強度の向上に寄
与する。その十分な効果を得るため０．２％以上の含有
を要する。たｙ七多量に含むと耐酸化性が悪くなるので
、０．８％を上限とする。

本発明鋳鋼は、上記諸元素とともに、下記のとと（Ｎ、
Ｔｉ、ＡｌおよびＢの各元素を複合的に含有する点に最
大の特徴を有する。この複合添加によって、高温特性の
顕著な向上をもたらし、と゛りわけ１０００℃をこえる
高温使用において、すぐれたクリープ破断強度、耐熱衝
撃性および耐浸炭性等を具備するものとなるのである。

すなわち、ＴｉはＣ１Ｎと結合して炭化物、窒化物、炭
窒化物を形成し、ＢおよびＡｌけこれら化合物を微細に
分散析出させて結晶粒界を強化し、耐粒界割れ性を高め
ることによシ、高温強度、就中クリープ破断強度、高温
熱衝撃特性、長時間クリープ破断強度の顕著な向上をも
たらすのである。更に、Ｔｉは主としてＡｌとの相乗効
果により耐浸炭性の著しい改善に寄与する。

Ｎ：０．０４〜０．１５％Ｎは固溶窒素の形態でオーステナイト相を安定・強化す
るとともに、Ｔｉ等と窒化物、炭窒化物の形成に関与し
、この化合物が、前記のようにＡｌ。

Ｂとの共存ｆに微細に分散析出することによって、結晶
粒が微細化し、粒成長が阻止され、クリープ破断強度や
耐熱衝撃性が高められる。この効果を十分なものとする
ため、その含有量は好ましくは０．０４％以上とする。

但し、あまり多くなると、窒化物、炭窒化物の週刊の析
出、粗大化を招き、かえって耐熱衝撃性が低下するので
、０．１５％を上限とするのが好ましい。

Ｔｉ：０．０４〜０．５％Ｔｉは上記のように炭窒化物等の形成により高温強度、
耐熱衝撃性に寄与するほか、特にＡｌとの相利効果によ
って耐浸炭性を強化する。これらの効果を発揮させるた
め、その含有量は好ましくは゛０．０４％以上とする。

含＊量の増加とともに、。

クリープ破断強度、耐浸炭性等が高められるが、あまり
多くなると、析出物の粗大化、酸化物系介在物量の増加
を招き、特に０．５％をこえると、極端な強度低下が生
ずる。よって、０．５％以下とし、強度を重視するとき
は、０．１５％を上限とするのが好ましい。

Ａｌはクリープ破断強度向上効果以外に、ｆ記したごと
（Ｔｉとの共存により耐浸炭性の顕著な改善効果を有す
る。クリープ破断強度向上のみを期待するときは、その
含有量を０．０２〜０．０７％に限定するのが好ましい
が、特に耐浸炭性の改善を”目的の一つとする本発明で
は、耐浸炭性を十分なものとするために、その含有量を
少くとも０．０７％をこえる量とする。含有量の増加と
ともに、強度はや一低下するが、耐浸炭性はさらに強化
される。しかし、０．５％をこえると、強度が極端に低
くなるので、上限を０．５％とする。なお、Ｔｉおよび
Ａ４含有材を浸炭試験後、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナ
ライザー）に付すと、試験片表層部にＡｌリンチ層の存
在が認められる。このＡ１層が強力な浸炭防止効果を有
しているのである。

Ｂ：０．０００２〜０．００４％客Ｂは結晶粒界の強化のほか、前記Ｔ　ｉ　Ｊｌｌｌｌ物
微ト細析出させるとともに１析出後の凝集粗大化を遅らせる
ことにより、クリープ破断強度の向上に寄与する。この
ために、含有量は０．００ｏＬ％以上であることが望ま
しい。たｙし、あまり多くなっても、それほど強度向上
はす＼まず、かえって溶接性の低下を招くので、好まし
くは０．００４％を上限とする。

Ｐ、Ｓその他制の溶製時に不可避的に混入する不純物は
、この種の鋼に通常許容される範囲であれば存在しても
かまわない。

次に、本発明鋳鋼について実施例を挙げて具体的に説明
する。

実施例高周波溶解炉（大気中）で鋳鋼を溶製し、遠心鋳造法に
より管材（外径１’８６Ｍ１１ｘ肉厚２０１１１１Ｘ褪
さ５００ｍ１１）を得た。各供試材の化学成分組盛。

を第１表に示す。供試材隘１〜４は、本発明鋳鋼、隘５
〜９は比較材である。比較材のうち、陽５はＮｂ、Ｍｏ
およびＷを含むＨＰ材（Ｎ１Ｔｉ％Ａｌ。

Ｂのいづれも含まない）、先６〜９はＮ、Ｔｉ１Ａ６お
よびＢをすべて含むが、ＴｉまたはＡｌ量が本発明の規
定から逸脱・するものである０各供試材より試験片を採
取し、クリープ破断強度、耐熱衝撃性、炭び耐浸炭性を
測定した。その結果を第２表に示す。なお、各試験要領
は次のとおりである。

（１）クリープ破断試験ＪＩＳ　　２２２７２の規定による。但し、（Ａ）温度
１０９８°Ｃ・荷重１．９ｋｌｊｆ／−および（Ｂ）温
度８５０℃・荷重７．８　＃　ｆ　／−の２通りの条件
で行なった。

〔１〕耐熱衝撃性試験第１図に示す形状・寸法の試片（厚さｇ　ｔｍ　）を、
温度９００°Ｃに加熱保持（保持時間８０分）したのち
水冷する操作を繰返し、この操作を１０回行なうごとに
試片に発生したクラックの長さを測定する。耐熱衝撃性
は該クラック長さが５ｍに達したときの繰返し回数で評
価した。第２表中、「耐熱衝撃性」欄の数値はその回数
である。むろん、回数の多い程、耐熱衝撃性にすぐれる
ことを意味する。

１〕耐浸炭性試験試片（直径１２ｆｆ×長さ６０ｆｉイノ）を固体浸炭剤
（デグサＫＧ８０、ＢａＣＯ５含有）中、温度１１００
°Ｃで８００Ｈｒ保持したのち、試片の表面から深さＩ
Ｍまでの層および１〜２ｆｆの層よりそれぞれ切粉を採
取し、Ｃ量分析を行ない、増加Ｃ量（Ｗｅ％）を求めた
。表中、「耐浸炭性」欄の数値は該増加Ｃ量である。Ｃ
量増加の少いほど、耐浸炭性にすぐれることは言うまで
もない。

第２表に示されるように、本発明鋳鋼（連１〜４）は、
従来材のなかでも高温クリープ破断強度がすぐれるとさ
れているＮｂ、ＷおよびＭｏ含有ＨＰ材（供試材隘５）
およびその他の比較材にくらべ、卓越した高温クリープ
破断強度を備えており、特に１０００°Ｃをこえる温度
域においても高度のクリープ破断強度−を維持する。ま
た、本発明鋳鋼は、耐熱衝撃性についても従来材を１１
！駕する。

更に浸炭試験におけるＣ量増加は従来材の半分ないしそ
れ以下であり、その高度の耐浸炭性も本発明鋳鋼を特徴
づける材料特性の一つであることがわかる。

以上のように、本発明に係る耐熱鋳鋼は、従来のｍｂ、
ｗ’およびＭｏ含有Ｈ′ア材などに比し、高。

温特性、就中高温クリープ破断強度、耐熱衝撃性、並び
に耐浸炭性等にすぐれており、石油化学工業におけるエ
チレンクラッキングチューブや改質炉内のりフォーマチ
ューブをはじめとして、鉄鋼関連設備におけるハースロ
ールやラジアントチューブなど、１０００℃をこえる高
温域で使用される各種設備部材の好適な材料として供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐熱衝撃性試験片の形状寸法説明図である。特許出願人　　久保田鉄工株式会社代理人　弁理士　宮崎　新へ部第１図ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　Ｃ０，８〜０．６％、Ｓｉ２．０％以下、Ｍ
ｎ２．０弗以下、Ｃｒ２（１〜８０％、Ｎｉ８０〜４０
％、ＮｂＯ，８〜１．５％、ＷＯ０５〜８６０％、Ｍｏ
Ｏ，２〜０．８％、ＮＯ，０４〜０．１５％、ＴｉＯ，
０４〜０．５％、ＡＡ’０．０７％を越え０．５％以下
、ＢＯ１０００２〜０．００４％、残部実質的にＦ、ｅ
からなる耐熱鋳鋼。