JPS5935430B2 - 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、ＮｉおよびＣｒを含む耐熱鋳鋼であるＨ
Ｋ４０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、高温クリープ着断強度の
改善が要求されるようになり、この要求に応えるべく、
Ｎｂ、Ｗおｆハｂ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Ｃこ高
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、Ｃにｊ’−’１ｊＮｂ、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とともにＡｌまたはＢの各元素を
特定量複合的に添加することにより、高温度、特に１０
００℃をこえる温度域での高温クリープ破断強度や耐熱
衝撃性など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０９３〜０９６％（重量楚、
以下同じ）、Ｓｉ約２．０％以下、Ｍｎ約２９０優以下
、Ｃｒ約２０％〜３０％、Ｎｉ約３０〜４０％、Ｎｂ約
００３〜１６５％、Ｗ約０．５〜３００％、Ｍｏ約０、
’２〜０．８％、Ｎ約０．０４〜０．１５％、Ｔｉ約０
００４〜０、１５％およびＡｌ約０９０２〜０００７％
、Ｂ約０．０００２〜０．００４％のいづれか１種、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について詳しく説明す
る。

なお、以下の説明中、１％」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。

このために少くきも約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、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、溶接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。

たゾし、過剰に加えると、溶接性を損なうので、約２．
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、溶鋳中の硫黄（Ｓ）Ｔ．−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の増力吐ともに高められ、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予以上加えられる。たゾし、あまり
多く加えると、使用後の靭件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（
！ｌ−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の増加とき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％を上限とする。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とＴａの合計量が
約０．３〜１．５％であればよい。Ｗは、ＮｂおよびＭ
Ｏとの組合せにより高温強度の向上に寄与する。

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
限とする。本発明鋼は、上記諸元素に加えて、Ｎおよび
Ｔｉ並びにＡＩまたはＢを複合的に含有する点に最犬の
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と炭窒化物を形成し、ＢまたはＡＩはこれら化合物を
微細に分散させるき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ＡＩ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、また該窒化物の籾大化を招き、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饅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阻大化のほか、酸化
物系介在物の増加を招き強度かや＼低下するので、好ま
しくは約０．１５％を上限さする。ＡＩは、上記効果を
得るために約０．０２％以上添加するのが望ましい。

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
細析出に寄与するさともに、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％以上とする。
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２０朋×長さ
５００ｉｉ）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（Ａｍ度１０９３ＳＣ・荷重１．９ｋ
ｇｆ／ｍ曲．．ＴＪ（Ｂｍ度８５０℃−荷重７．３ｋ％
／一の２通りの条件で行なった。耐熱衝撃性試険は、第
１図に示すような形状・寸法に調製した試片（厚さ８ｍ
ｍ）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ツクの長さを測定した。
耐熱衝撃性は該クラツク長さが５ｍｍに達したさきの繰
返し回数にて評価した。試験結果を第２表に示す。なお
、供試材痛１〜４は、Ｎ，ＴｉおよびＡＩ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、
ＡＩｌ〜２０は比歎鋼である。比較鋼のうち、扁１１は
Ｎｂ，ＷおよびＭＯを含むＨＰ材、４１２〜１４は、Ｔ
ｉ，ＡＩあるいはＢを含まず、また４１５〜２０は、Ｎ
，ＴｉおよびＡＩまたはＢ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４１〜４は、従来高
温クリープ破断強度が高いとされているＮｂ，Ｗおよび
ＭＯ含有ＨＰ材／／６１１、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℃を越える温度域において、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，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
   ｉ３０〜４０％、Ｎｂ０．３〜１．５％、Ｗ０．５〜３
   ．０％、Ｍｏ０．２〜０．８％、Ｎ０．０４〜０．１５
   ％、Ｔｉ０．０４〜０．１５％、およびＡ１０．０２〜
   ０．０７％、Ｂ０．０００２〜０．００４％のいずれか
   一種、残部実質的にＦｅより成る耐熱鋳鋼。