JPS596907B2 - 耐熱鋳鋼 - Google Patents

耐熱鋳鋼

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JPS596907B2
JPS596907B2 JP56003602A JP360281A JPS596907B2 JP S596907 B2 JPS596907 B2 JP S596907B2 JP 56003602 A JP56003602 A JP 56003602A JP 360281 A JP360281 A JP 360281A JP S596907 B2 JPS596907 B2 JP S596907B2
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JP
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cast steel
creep rupture
temperature
steel
strength
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純一 杉谷
輝夫 葭本
誠 高橋
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐熱鋳鋼、更に詳しくは、Cr+Ni、およ
びNbを含むオーステナイ 系耐熱鋳鋼に、N2Ti■
A7およびBを複合添加することにより、高温度、特
に100O゜C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
を具備せしめた耐熱鋳鋼に関する。
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(JISSCH
22相当)やHP材(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、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、Cに+NiおよびNb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、Ti、AA
およびBをそれぞれ一定量複合添加することにより、高
温クリープ破断強度や耐熱衝撃性等を顕著に高め得るこ
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、C0.3〜086%、Si22O
%以下、Mn2、O%以下、Cr20〜30%、Ni3
0〜40%、Nb0.3〜195%、N0.04〜09
15%、Ti0.04〜0015%、A10.02〜0
007%、およびB0.0002〜0.004%を含有
す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、本明細書において成分含有量を示す % はすべ
て「重量%」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063%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、036%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な元素である。
たソし、過剰に加えると、溶接性を損なうので 200
%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、2.0係を上限とする。
Crぱ、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。
その効果ぱCrの増加とともに高められ、特に約100
0ぱC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、20係以上加えられる。ただし、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、
30係を上限とする。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、30係以上の添加
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%横えても効果は飽和し、経済的に不利である
ので、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、1.5係を上限とする。なお、Nb
は通常不可避の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O、
3〜1.5係であればよい。本発明鋼は、上記諸元素に
加えて、N,TiIAlおよびBの各元素を複合的に含
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およびAlぱ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、長期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M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改善に寄与する。
この効果を十分に得るだめのN量は少くとも0.0j%
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、まだ該窒化物の粗大化を招き、却って
耐熱衝撃特性が劣化するので、好ましくは0.15%を
上限とする。Tiは、上記効果を発揮させるために、0
.04係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
招き強度かや\低下するので、好ましくは0.15%を
上限とする。Alも、上記効果を得るために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、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0.004係以下とする。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136mmX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、かつ噛度1093ZC・荷重1.9kgf
/一およびCB)温度850・C・荷重7.3kgf/
Mtlt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
8mm)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JI6.l〜4は、NITllAlおよび
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、煮5〜20は比較鋼である。比較鋼のうち、A5
はNbを含むHP材、A6〜12は、TllAlまたは
Bのいづれかを含まず、またAI3〜20は、N,Ti
,Alおよび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JP6.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含有H
P材A5およびその他の比較鋼にくらべ、格段にすぐれ
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、NtTilAlまたはBのいづれか
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り、これら元素を前記所
定の範囲内で複合的に添加することによって、はじめて
上記の卓越した特性が得られることが判る。特に、本発
明鋼は、850℃などの1000℃以下の温度域よりも
、1093なC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。まだ、本発明鋼は、耐熱衝撃特性
についても、Nb含有HP材やその他の比較鋼にくらべ
著しくすぐれていることが認められる。
この特性も、NTi,AlおよびBの複合添加効果によ
るものであることは言うまでもない。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
もはるかにすぐれた高温特性、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1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ノ・−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料とし
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%、Ni
    30〜40%、Nb0.3〜1.5%、N0.04〜0
    .15%、Ti0.04〜0.15%、Al0.02〜
    0.07%、およびB0.0002〜0.004%を含
    有し、残部実質的にFeより成る耐熱鋳鋼。
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