JPS5931855A - 炭化水素類の熱分解・改質反応管用耐熱鋳鋼 - Google Patents

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、１０００°Ｃをこえる高温域
でのクリープ破断強度、耐熱衝撃性、耐浸炭性などにす
ぐれ、石油化学工業におけるチューブ材等として好適な
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
ーブやりフォーマチューブ材として、Ｏｒ、　Ｎｉ、　
Ｃｏ、　Ｗを含有する耐熱鋳鋼、いわゆるスーパーサー
ム（２６０ｒ−８５Ｎｉ−１５Ｃｏ　−５Ｗ）がよく使
用されてきた。

しかしながら、最近の操業条件の苛酷化に伴い、上記ス
ーパーサームよりさらに高温クリープ破断強度が強く、
かつ耐浸炭性や耐熱衝撃特性の良好な材料が要請されて
いる。

本発明者等は、上記要請に応えるべく、Ｃｒ。

Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗを含有する耐熱鋳鋼を基本成分組成とし
、その高温特性に対する各種添加元素の影響について詳
細な研究を重ねた結果、Ｎ、Ｔｉ、Ａ６およびＢの各元
素を複合的に添加することにより、高温域、特に１００
０°Ｃをこえる温度での高温クリープ破断強度、耐熱衝
撃特性、耐浸炭性等の諸特性を顕著に高め得るとの知見
を得、本発明を完成するに到った。

すなイつち、本発明は、−００，８〜０．７％（重量％
、以下同じ）、Ｓｉ　　２％以下、Ｍｎ　　２％以下、
Ｃｒ２Ｏ〜３０％、Ｎｉ８０〜４０％、Ｃｏ　１．０〜
２０％、Ｗ２〜８％、ＮＯ，０４〜０，１５％、Ｔｉ　
０．０４〜０．５％、ＡＩｏ、０２〜０．５％、Ｂｏ、
０００２〜０．０４％、残部実質的にＦｅ　からなる耐
熱鋳鋼を提供する。

以下、本発明の成分限定理由を説明する。

Ｃ：Ｏ，ａ〜０７％ Ｃは鋳鋼の鋳造性を良好にするほか、クリープ破断強度
を高めるのに必要である。この効果を得るために少なく
とも０３％を要する。含有量の増加とともに、クリープ
破断強度も向上するが、過度に多くなると、二次炭化物
の過剰の析出により使用後の靭性低下が著しくなり、か
つ溶接性も悪化するので、０．７％を上限とする。

Ｓｌ　：２％以下 Ｓｉは合金溶製時の脱酸剤としての役割を有するほか、
耐浸炭性の改善に有効な元素である。しかし、多量に含
有すると、溶接性を損なうので、２．０％以下とする。

Ｍｒｒ　　：　２％以下 Ｍｎ　は、上記Ｓｉ　と同じく脱酸元素であるほか、溶
鋼中の不純物硫黄（Ｓ）を固定無害化する元素であるが
、多量の含有は耐酸化性の低下を招くので、２％を上限
とする。

Ｏｒ：２０〜８０％ Ｃｒは後記Ｎ１　との共存下に、高温強度や而」酸化性
を著しく高める。その効果は含有量の増加とともに向上
するが、特に１０００℃以上の高温域における強度、耐
酸化性を十分なものとするためには２０％以りであるこ
とが望ましい。ただ（，７、あまり多いと、使用後の靭
性の低下が著しくなるので、３０％を上限とする。

Ｎｉ：８０〜４０％ Ｎｉは鋳鋼をオーステナイト組織となし、組織を安定化
するとともに、耐酸化性、高温強度等を高める。特に、
１０００°Ｃ以上の高温域において良好な耐酸化性、高
温強度を得るためには少なくとも３０％を必要とする。

上記特性は含有量とともに向上するか、４０％をこえる
と、効果はほぼ飽和し、それ以上の添加は経済的でない
ので、４０％を」１限とする。

Ｏｏ：１０〜２０％ ＣＯはＮｉ　と同様に耐熱性付与元素であるとともに、
オーステナイト基地の強化およびクリープ抵抗の顕著な
向上をもたらす元素である。かかる効果を得るために少
なくとも１０％の含有を要するが、２０％をこえると経
済性を損なう。よって、１０〜２０％とする。

Ｗ：２〜８％ Ｗは安定な炭化物を形成し、オーステナイト基地を強化
し、高温強度を高める。そのためには２％以上を要する
が、多量に含有すると耐酸化性が損なわれるので、８％
を上限とする。

本発明鋳鋼は、上記諸元素に加えて、下記のようにＮ、
Ｔｉ、ＡｌおよびＢの４元素を複合的に含有する。Ｔｉ
　は鋼中のＣ，Ｎと炭窒化物を形成し、ＢおよびＡ６　
はこれらの化合物を微細に分散させるとともに結晶粒界
を強化し、耐粒界割れ性を高めることにより、高温強度
、特にクリープ破断強度、高温熱衝撃特性、長時間クリ
ープ破断強度、耐浸炭性などの顕著な向上をもたらす。

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化並びに
強化するほか、Ｔｉ等と窒化物を形成し、上記のように
Ａ４　およびＢとの共存下に、微細分散することにより
、結晶粒を微細化しかつその粒成長を阻止して高温強度
や熱衝撃特性の向上をもたらす。この効果を得るための
Ｎ量は好ましくは０．０４％以上である。ただし、含有
量が多くなると、窒化物の過剰析出や該窒化物の粗大化
を招き、かえって耐熱衝撃特性が低下するので、好まし
くは０９１５％を上限とする。

Ｔｉ：０．０４〜０．５％ Ｔｊ−は炭窒化物等を形成してクリープ破断強度などを
高める。更に、Ｔｉ　は主としてＡ４　　との相乗効果
により耐浸炭性の向上に寄与する。しかし、多量に含有
すると、析出物の粗大化のほか、酸化物系介在物が増加
し、強度が低下する。よって、好ましくは０．０４〜０
．５％とする。

Ａ６　　：　０．０２〜０．５％ Ａ６　は高温強度、特にクリープ破断強度を高める。ま
た、上記のようにＴｉ　と共存して耐浸炭性の向上をも
たらす。しかし、多量に含有すると、かえって強度低下
を招く。その好ましい含有量は０．０２〜０．５％であ
る。

なお、Ｔｉｔ　ｉ−およびＡ４含有材の浸炭試験後のＥ
ＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）によれば、試験片
の表層部にＡ６　　Ｊッチ層が認められる。この人で皮
膜が浸炭防止効果を打するのである。

Ｊ３：０．０００２〜０，０４％ 旧は鋳鋼の基地の結晶粒を強化するほか、前記Ｔｉ　系
析出物の粗大化を阻止し、その微細析出に寄与するとと
もに、析出後の凝集粗大化を遅らせることによってクリ
ープ破断強度を高める効果を有する。このための好まし
い含有量は０．０００２％以上である。しかし、多量に
含有しても強度向］二は進まず、また溶接性が悪くなる
ので、０．０４％を上限とするのが好ましい。

その他Ｐ、Ｓ等の不純物は通常許容される範囲内であれ
ば存在してかまわない。例えば、Ｐは０．０８％以下、
ｓｏ、ｏｓ％以下の混入は何ら本発明の趣旨を損なわな
い。

次に実施例により本発明耐熱鋳鋼の諸特性につき具体的
に説明する。

実施例 高周波溶解炉（大気中）にで、第１表に示す各成分組成
の鋳鋼を溶製し、遠心鋳造により管状の鋳塊（外径１３
６７ｆｆｉＸ肉厚２０闘×長さ５００ｍｍ）を得た。各
鋳塊より試験片を調製し、クリープ破断強度、耐熱衝撃
特性、および耐浸炭性を測定した。その結果を第２表に
示す。供試材１！（ｘ　］〜４は。

Ｎ、　Ｔ島Ａｊ？　および］３の各元素ずべでを、それ
ぞれ前記規定の範囲内で含有する本発明材、Ａ、　５〜
９は比較材である。比較材のうち、Ａ５は従来材テ；）
）　７）　スーパーサーム、＆　６〜９　ｉ、ｔ　Ｎ　
、　Ｔ：ｉ、　、　ｈｅおよび）３を含有するが、含有
量が本発明の規定から逸脱するものである。

なお、各特性の試験条件は次のとおりである。

■〕クリープ破断試験 ＪＩＳ　　Ｚ　　２２７２の規定による。ただし、（５
）温度１０３８°Ｃ（１９００°Ｆ）・荷重２．６７　
ｋＱｆ／ｍ敷オヨヒ（Ｆ３）温度１１６６°Ｃ（２１３
０°Ｐ）・荷］ｉ１、７　ｋ（ｊｆ／−の２通りの条件
で行い、それぞれの破断時間を測定した。

（ＩＩ）耐熱衝撃性試験 第１図に示す形状の試片（外径の）５０問、内径（ｄ）
　２０　ｍｍ、（ｇ）７　ｍｍ、厚さ８朋）を、温度１
０００°Ｃに加熱保持（保持時間３０分）したのち水冷
する操作を繰返し、この「加熱・水冷」操作を１０回繰
返すごとに、試片上に発生したクラックの長さを測定す
る。耐熱衝撃特性はクラック長さが５闘に達したときの
繰返し回数で評価した。むろん、その回数が大きいほど
耐熱衝撃性のよいことを意味する。

（１）耐浸炭性試験 試片（直径１２ｍｍｘ長さ６０間）を浸炭剤（デグサＫ
Ｇ３０、ＢａＯ０３含有固体含有剤）中、温度１１００
°Ｃで２１０時間保持する浸炭試験ののち、（ａ）試片
外表面から深さ１闘までの層、および（ｂ）１〜２闘の
層からそれぞれ切粉を採取し、ＣＭ分析によりＣ増加量
（ｗｔ％）を求めた。第２表中、１−耐浸炭性」欄の数
値はＣ増加量を示す。もちろん、Ｃ増加量の少ない程、
耐浸炭性が良０ことを意味する。

明細ｉｊ】の淳・１刊ＭＨに！−更なＬ）明細書のイコ
′へ′１（内Ｌ−に亡ｊ７なし）前記第２表に示される
ように、本発明材（供試扁、１〜４）は、従来高温特性
がすぐれるとされているスーパーサーム材（供試７＋；
、５）に比し、１０００°Ｃをこえる高温でのクリープ
破断強度、耐熱衝撃性および耐浸炭性のいずれも著しく
すぐれていることがわかる。

なお、その他の比較材（供試属６〜９）の一部には、本
発明材とほぼ同等の耐浸炭性を有するものもあるが（供
試ｊ６７）、クリープ破断強度や耐熱衝撃性が極めて悪
く、総合的評価において、とうてい本発明材には及ばな
い。これらのことから、本発明の成分組成の規定をすべ
て満たすことによって、はじめて上記高温特性が伺与さ
れることがわかる。

以上のように、本発明に係る耐熱鋳鋼は、従来のスーパ
ーサーム材等に比し、卓越した高温特性、就中高温クリ
ープ破断強度、耐熱衝撃性および耐浸炭性などを有する
。従って、石油化学工業用クラッキングチューブ、リフ
オーマチューブ、チューブサポートなど、あるいは鉄鋼
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、そのほか要するに高温クリープ破断強度、耐熱衝撃
性、耐浸炭性などが要求される用途において従来材では
得られない安定性と耐久性を保証するものである。

【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。 代理人　　弁理士　宮　崎　新八部 第１図 手続補正書（方式） 昭和５７年１２月２２．日 昭和５７年　特　許　願第１４０２９１号２、発明の名
称　　耐熱鋳鋼 ３、補正をする者 事件との関係特許出願人 ４、代理人 ８・補正の内容　明朝躇１０玖ＨＪひ゛才１１罠の甥唱
と１肌）３０３−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）００．８〜０．７％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ
   ２％以下、Ｍｎ　２％以下、Ｃｒ　２０〜３０％、Ｎｉ
   ３０〜４０％、ｃｏ　１０〜２０％、Ｗ２〜８％、ＮＯ
   ，０４〜０．１５％、Ｔｉ０．０４〜０．５％、Ａｌ０
   １０２〜０．５％、Ｂｏ、０００２〜０．０４％、残部
   実質的にＦｅ　からなる耐熱鋳鋼。