JPS5935426B2

JPS5935426B2 - 耐熱鋳鋼

Info

Publication number: JPS5935426B2
Application number: JP9137181A
Authority: JP
Inventors: 純一杉谷; 輝夫葭本; 誠高橋
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-06-13
Filing date: 1981-06-13
Publication date: 1984-08-28
Also published as: JPS57116760A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は耐熱鋳鋼に関する。

従来、石油化学工業におけるエチレンクラツキングチュ
ーブ材として、ＮｉおよびＣｒを含む耐熱鋳鋼であるＨ
Ｋ４１材やＨＰ材（ＡＳＴＭ規格）が用いられてきたが
、近年操業の高温化に伴ない、高温クリープ破断強度の
改善が要求されるようになり、この要求に応えるべ＜、
Ｎｂ、ＷおよびＭｏを含むＨＰ材が開発され、実用に供
されている。

しかしながら、最近操業条件の一そうの苛酷化にともな
い、上記Ｎｂ、ＷおよびＭｏ含有ＨＰ材よりも更に高温
クリープ破断強度の高い材料が要請されている。本発明
者等は、上記要請に鑑み、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗおよび
Ｍｏを含む耐熱鋳鋼を基本成分組成とし、高温特性に対
する各種添加元素の影響について鋭意研究を重ねた結果
、ＮおよびＴｉを特定量添加することにより、高温度、
特に１０００℃を越える温度域における高温クリープ破
断強度などの高温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。

すなわち、本発明は、Ｃ約０．３〜０．６％（重量、以
下同じ）、Ｓｉ約２００％以下、Ｍｎ約２６０％以下、
Ｃｒ約２０〜３０％、Ｎｉ約３０〜４０％、Ｎｂ約０．
３〜１．５％、Ｗ約０．５〜３．０％、Ｍｏ約００２〜
００８％、Ｎ約０００４〜０３１５％、Ｔｉ約０６０４
〜０３１５％、残部実質的にＦｅから成る耐熱鋳鋼を提
供する。

以下、本発明鋳鋼の成分限定理由Ｃこついて詳しく説明
する。

なお、以下の説明中、「％」はすべて「重量楚」である
。Ｃは、鋳鋼の鋳造性を良好にするほか、後記Ｎｂとの
共存下に一次炭化物を形成し、クリープ破断強度を高め
るのに必要である。

このために少くとも約０８３％を要する。Ｃ量の増加と
ともにクリープ破断強度も高くなるが、多量に加えると
二次炭化物が過剰に析出し、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約０．６％を上限とす
る。Ｓｉは、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き元素である。

たゾし、過剰に加えると、溶接性を損なうので、約２９
０％以下とする。Ｍｎは、上記Ｓｉと同様に脱酸剤とし
て機能するほか、溶鋼中の硫黄（Ｓ）−）固定、無害化
する元素として有効であるが、あまり多く加えると耐酸
化性が低下するので、約２．０％を上限とする。

Ｃｒは、後記Ｎｉさの共存下に、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。
その効果はＣｒの増力日とともに高められ、筋に約１０
００℃以上の高温度における強度、耐酸化性を十分なも
のとするには、約２０饅以上加えられる。たゾし、あま
り多く加えると、使用後の靭性の低下が著しくなるので
、約３０％を上限さする。Ｎｉは、上記のように、Ｃｒ
と共存して、鋳鋼をオーステナイト組織きなし、組織を
安定化し、耐酸化性および高温強度等を高めるのに有効
な元素である。

特に、約１０００℃以上の高温域において良好な耐酸化
性および高温強度を発揮させるには、約３０％以上の添
加を要する。Ｎｉの増加．！：吉もに上記両特性は向上
するが、約４０％を越えても効果は飽和し、経済的に不
利であるので、約４０％を上限とする。Ｎｂは、クリー
プ破断強度および耐浸炭性を高める効果を有する。

但し、この効果を得るには、少くとも約０．３％の添加
を要する。一方、過剰に加えると、却ってクリープ破断
強度が低下するので、約１．５％を上限きする。なお、
Ｎｂは通常不司避のＴａを含む。ＴａはＮｂと同効元素
であるので、Ｔａを含む場合は、Ｎｂ（ｌ！ｌ−Ｔａの
合計量が約０．３〜１．５％あればよい。Ｗは、Ｎｂお
よびＭＯとの組合せにより高温強度の向上に奇与する。

このために約０．５％以上加えられるが、多量に添加す
ると耐酸化性が損なわれるので約３．０％を上限とする
。ＭＯは、前記ＮｂおよびＷとの組合せにおいて高温強
度の向上に寄与する。

この効果を得るために約０．２％以上添加する。但し、
多く加えると耐酸化性が悪くなるので、約０．８％を上
限きする。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とともに、Ｔｉの窒化物あるいは
Ｃとともに炭窒化物を形成し、該析出物の微細分散によ
り結晶粒を微細化し、かつその粒成長を阻止して高温強
度や熱衝撃特性の改善に寄与する。この効果を十分に得
るためのＮ量は少くとも約０．０４％であることが望ま
しい。但し、多量に加えると、窒化物が過剰に析出し、
また該窒化物の利．大化を招き、却って耐熱衝撃特性が
劣化するので、好ましくは約０．１５％を上限とする。
Ｔｉは、前記のように炭化物、炭窒化物として析出分散
し、結晶粒界の強化、耐粒界割れ性の向上ζこより、高
温におけるクリープ破断強度、熱衝撃特性を顕著に高め
、また長時間クリープ破断強度等の大幅な改善をもたら
す。上記効果を発揮させるために、約０．０４％以上と
するのが好ましい。その添加量の増加と共にクリープ破
断強度の向上が認められるが、多量に加えると析出物の
相大化のほか、酸化物系介在物の増加を招き強度がやや
低下するので、好ましくは約０．１５％を上限とする。
その他、Ｐ，Ｓ等の不純物は、この種の鋼に通常許容さ
れる範囲内で存在してもかまわない。次に実施例を挙げ
て本発明鋳鋼の高温特性について具体的に説明する。実
施例高周波溶解炉（大気中）で各種成分の鋳鋼を溶製し、遠
心鋳造により鋳塊（外径１３６ｍｍＸ肉厚２０ｍ７ＩＬ
×長さ５００ｍｍ）を製造した。

各供試鋼の化学成分組成を第１表に示す。各鋳塊から試
験片を採増し、クリープ破断試験および耐熱衝撃性試験
を行なった。クリープ破断試験はＪＩＳＺ２２７２の規
定に準拠し、かつ（Ａ脇度１０９３ＳＣ・荷重１．９ｋ
ｇｆ／７ｎ７７ｔおよび（川温度８５０℃・荷重
′７．３ｋｇｆ／一の２通りの条件で行なった。耐熱衝
撃性試験は、第１図に示すような形状・寸法ζこ調製し
た試片（厚さ８−）を用い、これを温度９００℃に加熱
して３０分間保持したのち水冷する操作を繰返し、この
操作を１０回行なうごきに試片に発生したクラツクの長
さを測定した。耐熱衝撃性は該クラツク長さが５ｍｒ／
Ｌに達したときの繰返し回数にて評価した。試験結果を
第２表に示す。なお、供試材／１６１〜４は、Ｎおよび
Ｔｉを、前記所定の範囲内で含有する本発明鋼、ＡＩｌ
〜１６は比較鋼である。比較鋼のうち、／１６１１はＮ
ｂ，ＷおよびＭＯを含むＨＰ材、４１２は、Ｔｉを含ま
ず、また４１３〜１６は、ＮおよびＴｉのいずれをも含
むが、その量が本発明の規定する前記範囲から逸脱する
ものである。第２表に示されるように、本発明鋼／Ｉ６
ｌ〜４は、従来高温クリープ破断強度がすぐれていると
されている。

Ｎｂ，Ｗ，およびＭＯ含有ＨＰ材Ａｌｌおよびその他の
比較鋼にくらべ、すぐれた高温クリープ破断強度を備え
ている。各比較鋼のようにＮまたはＴｉのいずれかの元
素を欠くか、もしくはその量に過不足があると、クリー
プラプチャーデータ面で劣る。特に、本発明鋼は、８５
０℃などの１０００℃以下の温度域よりも、１０９３゜
Ｃなどのように１０００温Ｃを越える高温域において、
一段とすぐれたクリープ破断特性を示すことは注目すべ
きである。また、本発明鋼は、耐熱衝撃特性についても
、Ｎｂ，ＷおよびＭＯ含有ＨＰ材やその他の比較鋼にく
らべすぐれていることが認められる。

以上のように、本発明に係る耐熱鋳鋼は、従来のＮｂ，
ＷおよびＭＯ含有ＨＰ材などよりもすぐれた高温特性、
就中高温クリープ破断強度および耐熱衝撃性を有し、石
油化学工業におけるエチレンクラツキングチューブや改
質炉内のりフオーマチューブとして、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、
温度１０００℃を越える高温域で使用される各種設備部
品の好適な材刺さ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を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｃ０．３〜０．６％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ２
．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ２０〜３０％、Ｎ
ｉ３０〜４０％、Ｎｂ０．３〜１．５％、Ｗ０．５〜３
．０％、Ｍｏ０．２〜０．８％、Ｎ０．０４〜０．１５
％、Ｔｉ０．０４〜０．１５％、残部実質的にＦｅより
成る耐熱鋳鋼。