JPS596909B2 - 耐熱鋳鋼 - Google Patents

耐熱鋳鋼

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JPS596909B2
JPS596909B2 JP360481A JP360481A JPS596909B2 JP S596909 B2 JPS596909 B2 JP S596909B2 JP 360481 A JP360481 A JP 360481A JP 360481 A JP360481 A JP 360481A JP S596909 B2 JPS596909 B2 JP S596909B2
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JP
Japan
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cast steel
temperature
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creep rupture
steel
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JP360481A
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English (en)
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JPS57116745A (en
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純一 杉谷
輝夫 葭本
誠 高橋
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Publication date
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Priority to US06/333,471 priority patent/US4410362A/en
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Priority to DE3200536A priority patent/DE3200536C2/de
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐熱鋳鋼、更に詳しくは、Cr2Ni、Nb
、WおよびMoを含むオーステナイト系耐熱鋳鋼を基本
成分組成とし、これにN、Ti、A7およびBを複合添
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飛
躍的に改善し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ッキングチュ
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
く、Nb2W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フ 要請されている。本
発明者等は、上記要請に鑑み、Cr+ NitNb、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、N2Ti2Alおマ よびBの各元素を特定量
複合的に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、C093〜096%、Si2、O
; %以下、MH2、O%以下、Cr20〜30%、N
i30〜40%、Nb0.3〜1.5%、W0.5〜3
00%、M00.2〜0.8%、N0.04〜0.15
%、Ti0.04〜0315%、A10.02〜000
7%、およびB0.0002〜0.004%を含み、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、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な元素である。
だ\゛し、過剰に加えると、溶接性を損なうので、2.
0係以下とする。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、20係を上限とする。
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。
その効果ぱ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、20係以上加えられる。たソし、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、3
0%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%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係を越えても効果は飽和し、経済的に不利であ
るので、40係を上限とする。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0.
3〜1.5係であればよい。Wは、NbおよびMOとの
組合せにより高温強度の向上に寄与する。
このために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3.0%を上限とする。M
O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、0.8係を上限と
する。本発明鋼は、上記諸元素に加えて、N,Ti,A
7およびBの各元素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ぱ鋼中のC,Nと
炭窒化物を形成し、BおよびAl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、T
i等と窒化物を形成し、前記のようにAl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0.04%
であることが望捷しい。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係を
上隈とする。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、好捷しくぱ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20[I[[
n×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
1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℃・荷重1.9kg
f/MAおよびB温度850℃・荷重73kgf/Ma
の2通りの条件で行なった。耐熱衝撃性試1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
うことに試片に発生したクラツクの長さを測定した。耐
熱衝撃性ぱ該クラツク長さが5mmに達しだときの繰返
し回数にて評価した。試1験結果を第2表に示す。なお
、供試材A1〜4は、N,Ti,Al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、A5
〜20ぱ比較鋼である。比較鋼のうち、A5はNb,W
およびMOを含むHP材、扁6〜12は、Ti,Alま
たはBのいずれかを含まず、また應13〜20ぱ、N+
T’l + 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Al〜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、N,Ti,AlまたはB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℃などのように1000゜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。まだ、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
比較鋼にくらべ著しくすぐれていることが認められる。
この特性も、N,Ti’.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,WおよびMO
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′−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
好適な材料として供することができる1
【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%、W0.5〜3.
    0%、Mo0.2〜0.8%、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。
JP360481A 1981-01-12 1981-01-12 耐熱鋳鋼 Expired JPS596909B2 (ja)

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GB8200510A GB2091295B (en) 1981-01-12 1982-01-08 Cast steel
DE3200536A DE3200536C2 (de) 1981-01-12 1982-01-11 Hitzebeständiger Stahlguß
FR828200310A FR2497832B1 (fr) 1981-01-12 1982-01-11 Acier pour moulage, resistant a la chaleur

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0211242B2 (ja) * 1986-04-14 1990-03-13 Yoshito Akutsu
JPH0211243B2 (ja) * 1986-04-14 1990-03-13 Yoshito Akutsu
JPH0534001B2 (ja) * 1990-01-22 1993-05-21 Yoshito Akutsu

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JPH0534001B2 (ja) * 1990-01-22 1993-05-21 Yoshito Akutsu

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JPS57116745A (en) 1982-07-20

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