JPS5935428B2 - 耐熱鋳鋼 - Google Patents

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、ＡｓＴＭ規格ＨＫ４０材（ＪＩＳＳＣ
Ｈ２２相当）やＨＰ（ＪＩＳＳＣＨ２４相当）等のＮｉ
−Ｃｒ含有耐熱鋳鋼が汎用されてきたが、近年操業の高
温化につれて高温でのクリープ破断強度の改善が要求さ
れる。

これに対して、Ｎｂ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、操業条件の一そうの苛酷化
に伴ない、上記Ｎｂ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るに到っている。 本発
明者等は、上記要請に応えるべく、Ｃｒ、ＮｉおよびＮ
ｂ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、ＴおよびＡｌまたはＢをそれぞれ一定量複合添加す
ることにより、高温度、特に１０００℃を越える苛酷な
使用条件に耐え得る、高温クリープ破断強度、耐熱衝撃
性等、卓越した高温特性を具備せし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、Ｃ約０．３〜０５６％（重量、
以下同じ）、Ｓｉ約２９０％以下、Ｍｎ約２９０％以下
、Ｃｒ約２０〜３０％、Ｎｉ約３０〜４０％、Ｎｂ約０
．３〜１９５％、Ｎ約０６０４〜０９１５％、Ｔｉ約０
９０４〜００１５％およびＡ７約０９０２〜０００７優
、Ｂ約０．０００２〜０．００４％のいずれか一方を含
有する耐熱性鋳鋼を提供する。

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。

なお、以下の説明中、「％」０■・すべて「重量係」で
ある。 Ｃは、鋳鋼の鋳造性を良好にするほか、後記Ｎ
ｂ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０．３％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、過度に多くなる
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楚を上限
とする。 Ｓｉは、溶製時の脱酸剤としてめ役割を有す
るほか、耐浸炭性の改善に有効な元素である。

ただし、過剰に加えるさ、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）を固定・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。
その効果はＣｒの増加とともに高められ、特に約１００
０℃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楚以上加えられる。ただし、あまり
多く力口えると、使用後の靭性の低下が著しくなるので
、約３０％を上限とする。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となし、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の増加とと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Ｃこ不利
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％を上限とする。なお、Ｎ
ｂは通常不用避の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とＴａの合計量が約
０．３〜１．５％であればよい。本発明鋼は、上記諸元
素に加えて、ＮおよびＴｉとともにＡ７またはＢのいず
れか一方を複合的に含有する点に最大の特徴を有する。

これら元素の複合添加によって高温特性の飛躍的改善が
達成され、いづれか１つの元素を欠いてもその効果は得
られない。すなわち、Ｔｉは鋼中のＣ，Ｎ吉炭窒化物を
形成し、ＢまたはＡ７はこれら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、あるいは
高温熱衝撃特性、長時間クリープ破断強度等の顕著な改
善効果をもたらす。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等と窒化
物を形成し、前記のようにＡｌまたは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、また該窒化物の相大化を招き、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、上記効果を発揮させるために
、約０．０４楚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粗大化のほか、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。Ａｌは、上記効果を
得るために約０．０２％以上添卯するのが好ましい。

添加量の増加とともに高温強度が増加するが、多量に加
えると却って強度低下を招くので、約０．０７％を上限
とするのが好ましい。Ｂは、鋼の基地の結晶粒界を強化
するほか、前記Ｔｉ系析出物の粗大化を防止し、その微
細析出に寄与するとともに、析出後の凝集柑犬化を遅ら
せることにより、クリープ破断強度の向上をもたらす。

このために約０．０００２％以上加えるのが望ましく、
一方多量に加えても強度向上は進まず、また溶接性の劣
化を招くので、好ましくは約０．００４％以下とする。
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１３６ｉｍＸ肉厚２０ｍｍＸ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
験片を採取し、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）温度１０９３゜Ｃ・荷重１．９
ＫｙｆＡｆＬおよび（Ｂｍ度８５０℃・荷重７．３ｋｇ
ｆ／Ｍａ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・寸法に調
製した試片（厚さ８龍）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回行なうごとに試片に発生したクラッチ
の長さを測定した。耐熱衝撃性は該クラッチ長さが５ｍ
ｍに達したときの繰返し回数Ｃごて評価した。試験結果
を第２表に示す。なお、供試材４１〜４は、Ｎ，Ｔｉお
よびＡ７またはＢの各元素すべてを、前記所定の範囲内
で含有する本発明鋼、／１６．１１〜２０は比較鋼であ
る。比較鋼のうち、／％１１はＮｂを含むＨＰ材、扁１
２〜１４は、ＴｉやＡ［，Ｂを含まず、また應１５〜２
０は、Ｎ，ＴｉおよびＡｌまたはＢのいづれをも含むが
、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Ａ６ｌ〜４
は、従来高温クリープ破断強度が高いとされているＮｂ
含有ＨＰ材Ａｌｌ、その他の比較鋼にくらべ、高温クリ
ープ破断強度および耐熱衝撃性のいづれにもすぐれてい
る。

比較鋼のなかには、クリープ破断強度または耐熱衝撃性
のいづれかが高い値を有するものもあるが、総合的な評
価において本発明鋼に及ばない。特に、本発明鋼は、８
５０℃などの１０００℃以下の温度域よりも、１０９３
℃などのように１０００℃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。以上のように、本発明に係る耐熱鋳鋼は、従来
のＮｂ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ッ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１
０００℃を越える高温域で使用される各種設備部品の好
適な材利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を示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｃ０．３〜０．６％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ２
   ．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ２０〜３０％、Ｎ
   ｉ３０〜４％、Ｎｂ０．３〜１．５％、Ｎ０．０４〜０
   ．１５％、Ｔｉ０．０４〜０．１５％およびＡｌ０．０
   ２〜０．０７％、Ｂ０．０００２〜０．００４％のいず
   れか１種、残部実質的にＦｅより成る耐熱鋳鋼。