JPS5938365A - 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、高温クリープ破断強度、耐熱衝撃性、耐浸炭
性等にすぐれた耐熱鋳鋼に関する。

従来、石油化学工業用エチレンクランキングチューブ材
、リフオーマチューブ材などには、Ｃｒ−Ｎｉ系耐熱鋳
鋼、代表的にはＡＳＴ、Ｍ　　ＨＫ４０材やＨＰ材が使
用され、また高温特性を改善したものとして、ＨＰ材Ｋ
Ｎｂ１ＭＯおよびＷｆ金含有せたＨＰ改良材が開発され
ている。しかしながら、操業条件の苛酷ｒにに対処し、
安定した耐久性を保証するために、高温特性、就中高温
クリープ破断強度、耐熱衝撃性、耐浸炭性などを高めた
新たな材料が望まれている。

本発明者等はこの要請に応えるために１．Ｃｒ−Ｎｉ−
Ｎｂ−Ｗ−Ｍｏ−Ｆｅ系鋳鋼の高温特性に対する各種合
、金元素の作用について詳細な研究を重ねた結果、Ｎ、
Ｔｉ、　ＡｇおよびＣｕを一定量複合的に含有させるこ
とにより、１０００’Ｃ以上の高温域でのクリープ破断
強度、耐熱衝撃性、耐浸炭性等の諸特性が著しく高めら
れることを見出して本発明を完成した。

本発明は、ＣＯ１３〜０．６％（重量％、以下同じ）、
Ｓｉ２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ２Ｏ〜３０
％、Ｎｉ　３０〜４０％、Ｎｂｏ、３〜１．５％、Ｗ　
　０．５〜８．０％、Ｍｏ　０．２〜０．８％、Ｎ　　
Ｏ，０４〜０．１５％、Ｔｉ　　Ｏ，０４〜０．５％、
ＡＩｏ、０２〜０．５％、Ｂ　　Ｏ，０００２〜０．０
０４％、Ｃｕ　８．０％以下、残部実質的ＶＣＦｅから
なる＃然鋳鋼を提供する。

本発明＃熱鋳鋼の成分限定理由を以下に説明する。

Ｃ：０．８〜０．６％ Ｃは鋳鋼の鋳造性を改善するほか、後記Ｎｂと結合して
一次炭化物を形成し、クリープ破断強度を高める。この
ために少くさも０．３％を必要とする。Ｃ量の増加とと
もにその効果も大きくなるが、多量に含有すると二次炭
化物の過剰析出により使用後の靭性低下が著しく、呼た
溶接性も悪化するので０６％を上限とする。

Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｉは溶湯の脱酸元素であり、かつ鋳造性を高めるほか
、耐浸炭性改善効果を有する。しかし、多量に含有する
と溶接性を損うので、２０％以下とする。

Ｍｎ：２．０％以下 Ｍｎは溶湯の脱酸、並ひに鋼中の不純物元素Ｓを固定・
無害化する作用を果すが、多量の含有は、耐酸化性の低
下を招くので、２．０％を上限とする。

Ｃｒ　：２０〜３０％ Ｃｒは後記Ｎ１　と共存して鋳鋼組織をオーステナイト
組織とし、高温強度や耐酸化性を高める。

特に、１０００°Ｃ以上の高温域で高強度、高耐酸化性
を保持するためには、少くとも２０％以上であることを
要する。この効果は含有量の増加とともに大きくなるが
、あまり多く含むと、使用後の靭性が低下するので、３
０％を上限とする。

Ｎｉ　　　二　３０〜４０％ Ｎｉは上記のようにＣｒとの共存下にオーステナイト組
織を形成し、組織的安定性を高めるとともに、耐酸化性
および高温強度の確保に有効な元素である。１０００°
Ｃ以上の高温域での耐酸化性や強度をすぐれたものとす
るには、３０％以上の含有を要する。これらの高温特性
は含有量の増加に従って向上するが、４０％をこえると
、効果はは＼′飽和し、それ以上の含有は経済的に不利
である。従って、４０％金上限とする。

Ｎｂ：０．３〜１．５％ Ｎｂはクリープ破断強度および＃浸炭性を高める。この
ためには０．３％以上の含有を要するが、あまり多くな
ると、かえってクリープ破断強度が低下するので、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、Ｔｉ　　との合
計の含有量が０．３〜１．５％でるｈげよい。

Ｗ：０．５〜３．０％ Ｗは前記Ｎｂとの組合せにより高温強度を高める効果を
もつ。その効果を得るために、０，５％以上の含有を要
するが、あ捷り多くなると耐酸化性が悪くなるので、３
．０％を上限とする。

Ｍｏ　　：　０．２〜０．８％ ＭｏはＮｂ１Ｗと共存して高温強度を高める。

その十分な効果を得るために少くとも０．２％を要する
。たソし、多量の含有は耐酸化性の低下を招くので０．
８％以下とする。

本発明鋳鋼は上記諸元素とともに、Ｎ、Ｔｉ　。

Ａｌ、ＢおよびＣｕを複合的に含有する点に最大の特徴
を有する。ＴｉはＣ，Ｎと結合して炭化物、窒化物、炭
窒化物を形成し、ＢおよびＡｌはこれらの化合物を微細
に分散析出させて結晶粒界を強化し、耐粒界割れ性を高
めることにより、高温クリープ破断強度、高温熱衝撃特
性、長時間クリープ破断強度等の顕著な向上をもたらす
。捷た、Ｔｉはｉとの相乗効果として耐浸炭性を著しく
高め、更ＫＣｕはＴｉおよびＡｌとの相乗効果によシ耐
熱衝撃性を大幅に改善する。

Ｎ：０．０４〜０，１５％ Ｎは固溶窒素の形態でオルステナイト相を安定化および
強化する一方、Ｔｉ等の窒化物、炭窒化物の形成にも関
与する。この化合物が前記のようＶｃＡｌ、Ｂとの共存
下に微細に分散析出して結晶粒を微細化し、粒成長を阻
止することによってクリープ破断強度や耐熱衝撃性が高
められる。この効果を確保するために、少くとも０．０
４％の含有を要するが、多量になると前記化合物の過剰
析出、粗大化が生じ、却って耐熱衝撃性が悪くなるので
、０．１５％を上限とする。

Ｔｉ：０．０４〜０．５％ Ｔｉは窒化物等を形成し上記のように高温強度、耐熱衝
撃性を高めるほか、Ａｌとの共存下に耐浸炭柱を強化す
る。これらの効果を十分なものとするために少くとも０
．０４％を要する。含有量の増加にともなってその効果
も増すが、あまり多くなるさ、析出物の粗大化、酸化物
系介在物の増加により、かえって強度が低下する。よっ
て、０．５％を上限とし、特に強度を重視する場合は、
０，１５％以下とするのが好ましい。

Ａｌ：０．０２〜０．５％ Ａ６はクリープ破断強度の改善効果のほかに、Ｔｉ　と
の共存により耐浸炭性の向上に著効を発揮する。クリー
プ破断強度の改善を重視する場合は、その含有量は０．
０２〜０．０７％が好ましい。また、特に耐浸炭性強化
を重視するときには、０．０７％をこえる量とするのが
好ましく、含有量の増加につれ耐浸炭性の向上をみる。

しかし、その−力で強度低下の傾向を伴うので、０．５
％を上限とする。

なお、ＴｉおよびＡｌ含有材を浸炭試験後、Ｘ線マイク
ロアナライザー（ＥＰＭＡ）に付すと、試験片の表層部
にＡ１１）ソチ層が認められる。このＡｌリッチ層が強
力な浸炭防止効果を発揮するのである。

Ｂ：０．０００２〜０．００４％ Ｂは結晶粒界の強化のほか、前記Ｔｉ化合物の微細析出
と、析出後の凝集粗大化遅延効果によりクリープ破断強
度向上に寄与する。このための含有量は０．０００２％
以上を要するが、あまり増量すると強度向上が緩慢にな
るばかりか、溶接性が悪くなるので、０．００４％を上
限とする。

Ｃｕ：３．０％以下 ＣｕはＴｉ　、Ａ＃との共存下に耐熱衝撃性の改善に著
効を有する。この効果は含有量の増加につれて増大する
が、３．０％をこえると、耐熱衝撃性向上の度合いが緩
慢となるほか、溶接性の低下を伴うので、３．０％以下
とする。また、Ｃｕは耐浸炭性を高める効果を有する。

これらの効果を十分に発揮させるための好ましい含有量
は０．２〜３．０％、更に好ましくは０．５〜３．０％
である。

Ｐ、、Ｓ、その他不可避的に混入する不純物は、むろん
可及的に少いことが望ましいが、この種の鋼に通常許容
される範囲内であれば何らさしつかえない。

次に、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例 高周波溶解炉（大気中）にて溶製した鋳鋼を遠心鋳造に
付し、第１表に示す成分組成の鋳鋼管（外径１３６朋×
肉厚２０朋×長さ５００ｍ肩）を得、それぞれから試験
片を調製し、クリーブ破断試験、耐熱衝撃性試験および
耐浸炭性強化を行った。試験結果を第２表に示す。

賦香ｌ〜６は比較例、１０１〜１０７は本発明例である
。比較例のうち、隘１はＮｂ、ｗ、Ｍ。

を含む従来のＨＰ改良材（Ｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ１Ｃｕの
いづれも含まない）、隘２〜５はｐＪ、　Ｔｉ　。

Ａｎ、Ｂｋ含むが、Ｃｕが本発明の規定力・ら逸脱する
例、嵐６は所要量のＣｕを含むが、Ｔｉ、ＡＪＩ’の含
有量が不足する例である。

各試験条件は次のとおりである。

（１）クリープ破断試験 ＪＩＳ　　Ｚ　　２２７２の規定による。た＼゛し、（
Ａ）温度１０９３°叶荷重１．９　ｋｇ　ｆ　／ｍＡ、
および（Ｂ）温度８５０°Ｃ・荷重７．８１４　ｆ　／
−の２通りの条件で行い、その破断時間（Ｈｒ　）を測
定。

〔旧耐熱衝撃性試験 第１図に示す形状・寸法の試片（肉厚８ｍｍ）を温度９
００°Ｃに加熱保持（保持時間３０分）したのち水冷す
る加熱・冷却操作を繰返す。その操作を１０回反復する
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、クランク長さが５朋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り、
回数の多い程、耐熱衝撃性がすぐれる。

１〕耐浸炭性試験 試片（直径１２闘×長さ６０間）を固体浸炭剤（デグサ
ＫＧ８０、Ｂ　ａ　Ｃ０３含有）中、温度１３００°Ｃ
で３００時間保持したのち、試片の表面から深さ１朋ま
での層、および１〜２間の層のそれぞれから切粉を採取
し、Ｃ量分析により、増加Ｃ量（ｗｔ％）を求めた。第
２表中、「耐浸炭性」欄はその増加Ｃ量を示す。Ｃ量増
加の少い程、耐浸炭性がすぐれる。

第２表　試験結果 上記試験結果から明らかなように、本発明材（隘１０１
〜１０７）は、高温クリープ破断強度、耐熱衝撃性およ
び耐浸炭性のいづれも、従来のＨＰ改良材（隘１）をは
るかに凌ぐ良好な高温特性を有している。また、その他
の比較例（隘２〜６）は、従来林産１ｆ／ｉｌ：＜らべ
て好結果を示すが、各特性の総合的評価においていづれ
も本発明材には及ばない。なお、溶接試験において、過
剰のＣｕを含む供試林産４．５は溶接不良が認められた
が、本発明材は良好な溶接性を有し、溶接構造相として
何ら間＠はない。

以上のように、本発明の耐熱鋳鋼は、従来のＮｂ。

Ｗ１ＭＯ含有ＨＰ材等に比し、高温特性、とりわけ高温
クリープ破断強度、耐熱衝撃性、耐浸炭性等にすぐれて
いるので、石油化学工業におけるエチレンクラッキング
チューブ、リフオーマチューブ等として、苛酷な使用条
件によく耐え、そのほか各種鉄鋼関連設備部材、例えば
ハースロール、ラジアントチューブ材等１０００°Ｃを
こえる高温用途において従来材にまさる安定性、耐久性
を保証するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例での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　新へ部 第１＠ 手続補正書 特許庁長官　若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５７年　持　ｆＦ　　願第１４９４２０号２、発明
の名称　　耐熱鋳鋼　゛ ３、　補正をする者 事件との１νＪｆ＋　　特許出願人 ５　補正命令の日付（自発）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ＣＯ１３〜０．６％、Ｓｉ２．０％以下、Ｍ
   ｎ２０％以下、Ｃｒ　２０〜３０％、Ｎ１３０〜４０％
   、Ｎｂ　Ｏ，３〜１．５％、Ｗ　　Ｏ，５〜３．０％、
   Ｍ。 Ｏ１２〜０．８％、ＮＯ，０４〜０．１５％、Ｔｉ　０
   ．０４〜０．５％、Ａｎｏ、ｏ２〜０．５％、ＢＯ，０
   Ｏ０２〜０．００４％　Ｃｕ　３．０％以下、残部実質
   的にＦｅからなる耐熱鋳鋼。