JPS6059051A - 耐浸炭性耐熱鋳鋼材 - Google Patents

耐浸炭性耐熱鋳鋼材

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JPS6059051A
JPS6059051A JP12197783A JP12197783A JPS6059051A JP S6059051 A JPS6059051 A JP S6059051A JP 12197783 A JP12197783 A JP 12197783A JP 12197783 A JP12197783 A JP 12197783A JP S6059051 A JPS6059051 A JP S6059051A
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cast steel
heat
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Junichi Sugitani
杉谷 純一
Teruo Yoshimoto
葭本 輝夫
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Kubota Corp
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

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、石油化学工業用反応管などに使用される耐浸
炭性にすぐれた耐熱鋳鋼材に関する。
石油化学工業におけるリフオーマチューブ、タラツキン
グチューブ等の炭化水素類の熱分解・改質反応管として
、従来よりN1やCrを含む耐熱鋳鋼、代表的にはAS
TM HK40材CJISS C,H22相当)やHP
材(SCH24相当)などからなる鋼管が使用され、ま
たHP材にNb、W、M、oなどが添加された改良材な
ども実用に供されている。近時、操業条件の苛酷化に伴
い、高温クリープ破断強度、耐熱衝撃性などの機械的性
質と併せて耐浸炭性のすぐれた耐熱鋳鋼材の開発が要請
され、これに対して本発明者等は既出願においていくつ
かの耐熱鋳鋼を提供しだ(例えば、特開昭56−360
2〜3605号、特願昭57−149420号等〕。
本発明者等は、耐浸炭性を更に強化するために、化学成
分組成と併せて、表面処理の効果に関して研究を重ねた
結果、Nb、W、Mo、 Ti、Aa。
B等を含むCr −Ni 系鋼をベース材とし、これに
アルミニウム拡散浸透処理を施すことにより、高温度、
とくに1000°Cをこえる温度域における耐浸炭性を
飛躍的に高めることに成功した。
本発明の耐熱鋳鋼材は、CO3〜0.6%、812.0
%以下、Mn2.0%以下、Cr 20.0−30.0
%、Ni80.0〜40.0%、NbO,3〜15%、
W 0.5〜3.0%、Mo 0.2〜0.8%、Ti
0.04〜0.5%、 Ae 0.02〜0.5%、B
O,0O02〜0004%、NO,04〜015%、残
部実質的にFeからなる化学成分構成を有し、かつ表層
にアルミニウム拡散浸透処理により形成されるアルミニ
ウム浸透層を有するものである。
本発明耐熱鋳鋼材は、表層にアルミ浸透層を有するとと
もに、高温用途での使用時に、ベース材に合金成分とし
て含まれているAeが表面へ拡散偏析することによシ形
成されるAeリッチ層、およびアルミ浸透層とA4リッ
チ層との間の融合層とからなる積層構造を呈し、これら
の各層が浸炭防止層として強力な耐浸炭性を発揮する。
本発明の成分限定理由は次のとおシである。
C:O,a〜0.6% Cは鋳鋼の鋳造性を改善するとともに、Nb等と結合し
一次炭化物を形成してクリープ破断強度を高める。この
だめに少くとも0.3%を必要とするが、あまり多くな
ると、二次炭化物の過剰析出によシ靭性が低下し、溶接
性も悪化するので、0.6%を上限とする。
Si:2.0%以下 Siは溶湯の脱酸、鋳造性確保に必要であシ、また耐浸
炭性改善効果をも有するが、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・脱硫作用を果す元素であるが、あま
シ多くなると、耐酸化性が低下するので、2.0%以下
とする。
Cr : 20.O〜80.0% CrはNiと共存して鋳鋼組織をオーステナイト組織と
なし、高温強度、耐酸化性を高める。とくに1000℃
以上の高温域での強度、耐酸化性を確保するためには少
くとも20.0%を必要とするが、あまシ多くなると、
靭性の低下をみるので、300%を上限とする。
Ni:30.0〜40.0% NiはCrとの共存下にオーステナイト組織を形成・安
定化させ、高温域での強度、耐酸化性を高める。10’
OO℃以上の温度域におけるこれらの特性を確保するた
めに、少くとも300%を必要とするが、40.0%を
こえると効果ははジ飽和し、それ以上の添加は不経済で
あるので、40.0%を上限とする。
Nb:0.8〜1.5% Nbはクリープ破断強度、耐浸炭性を高める。
0.3%未満ではその効果が不足するが、多量の添加は
クリープ破断強度の低下を招くので、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Taとの合計の含有量が0.3
〜1.5%であればよい。
W:05〜3.0% Wは前記Nbとの組合せによシ高温強度を高める。05
%に満たないと、その効果が不足する。
しかし、多量に含むと耐酸化性が悪くなるので、30%
以下とする。
Mo : 0.2〜0.8% MOはNb、W と共存して高温強度を高める。
その効果を確保するために、少くとも02%を要するが
、あまシ多いと耐酸化性が低下するので、08%を上限
とする。
本発明におけるベース材は、上記諸元素とともに、NS
 Ti、klおよびBを含有する。T1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AI
はこれらの化合物を微細に分散析出させ、結晶粒界の強
化、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の顕
著な向上をもたらす。まだ、T1はAeとの相剰効果と
して耐浸炭性を著しく改善する。
N:0.04〜0,15% Nは固溶窒素の形態でオーステナイト相を安定、強化す
る一方、Ti等の窒化物、炭窒化物の形成に関与する。
これらの化合物はAe、Bとの共存下に微細に分散析出
し、結晶粒の微細化、粒成長阻止によりクリープ破断強
度や耐熱衝撃性を高める。この効果を得るために少くと
も0.04%を必要とする。しかし、アマり多くなると
、上記化合物の過剰析出、粗大化が生じ、却って耐熱衝
撃性等が悪くなるので1.0.15%を上限とする。
Ti:0.04〜0,5% Tiは窒化物等を形成して高温強度、耐熱衝撃性等を高
め、かつAdとの共存下に耐浸炭性を強化する。このた
めに0.04%以上を必要とするが、多量の添加は析出
物の粗大化、酸化物系介在物量の増加を伴い、かえって
強度低下をみるので、0.5%を上限とし、とくに強度
を重視する場合には、0.15%以下とするのがよい。
A(1: 0.02〜0.5% Alはクリープ破断強度の改善のほか、Tiと共存して
耐浸炭性の向上に著効を有する。その含有量は少くとも
002%を要する。含有量の増加に伴って効果も増大す
る。しかし、多量に含有するとかえって高温強度の低下
をまねくので、強度面を重視する場合には、007%を
上限とするのがよい。Tiとの共存による耐浸炭性改善
効果を十分なものとするには、0.07%以上の含有が
望ましく、含有量の増加とともに更に耐浸炭性の向上を
みる。だソし、0.5%をこえると極端な強度低下を生
じるので、0.5%を上限とする。
B:0.0002〜0.004% Bは結晶粒界を強化し、かつTi化合物等の微細析出を
うながすとともに、析出後の凝集粗大化遅延効果によっ
てクリープ破断強度を高める。この効果を得るために0
.0002%以上を必要とするが、0.004%をこえ
ると、強度向上が緩慢となるばかシでなく、溶接性の悪
化をみるので、0.004%を上限とする。
P、Sその他の不純物は通常の溶製技術上の不可避的混
入を許容する。例えば、Pは0.03%以下、Sは0.
03%以下混在してさしつかえない。
本発明の耐熱鋳鋼材は、上記成分構成を有する鋼の鋳造
材等、あるいはこれに適宜塑性加工、機械加工等が加え
られた所要形状の物品、例えば管体にアルミニウム拡散
浸透処理を施して所要の表面、例えば管体の場合には、
内面または外面、あるいは内・外側面の表層にアルミ浸
透層を形成することによシ得られる。そのアルミニウム
拡散浸透処理は、カワライジング法などと称せられる公
知の方法によシ、例えばアルミニウム粉末、フェロアル
ミニウム粉末、Fe−A3合金粉末などを主成分とし、
これに反応促進剤として塩化アンモニウムなどを適量添
加してなる浸透剤を被処理物品とともに、密閉式あるい
は中性もしくは還元性雰囲気回転ドラム内に装入し、適
温(例えば、850〜1000℃)に適当時間加熱保持
することにより達成することができ乞。このアルミ浸透
層(約25〜30%のAaを含むFe −Ae系合金か
らなる)の層厚は例えば0.1〜0.5im(100〜
500μ)程度である。
本発明耐熱鋳鋼材は、実機使用時において、ベース材の
含有A4の表面への拡散濃化によシ、表面近傍に層厚数
十ないし約300μのAeリッチ層が形成され、かつこ
のA(1’)ツチ層と前記アルミ浸透層との間に両層の
融合層が形成される。これら各層はいずれも浸炭防止層
として機能する。
むろん、実機使用に先立って、A(1’)ツチ層を形成
するだめの加熱処理(例えば、約800〜1100°C
での加熱保持)を施しておいてもよい。これら各層間の
密着性は非常に良好である。
本発明の耐熱鋳鋼材は、上記のようにアルミ浸透層、ア
ルミ浸透層とA(1’)ツチ層の融合層およびA(1’
)ツチ層を経てベース材基地部分へと続く多層構造を有
し、これら各層の浸炭防止能によって強力な耐浸炭性を
発揮する。このアルミ浸透層は高温酸化に対して大きな
抵抗性をも示す。まだ、本発明耐熱鋳鋼材は前記ベース
材の化学成分構成によシ、高温用途、ことに1000℃
をこえる使用環境によく耐え得る機械的諸性質を具備す
る。
実施例 高周波溶解炉(大気中)で溶製した鋳鋼の遠心鋳造管(
外径136+amX肉厚20馴×長さ500mm )か
ら浸炭試験片(直径1211+11X長さ60 am 
)を調製し、これにアルミニウム拡散浸透処理を施した
。これを浸炭試験に付したのち、試片表面から深さII
III+までの層および1〜2馴の層の各層から切粉を
採取し、C量分析によシ増加C量をめて耐浸炭性を評価
した。また、比較のために、鋳造管から採取されたま\
の試験片につき、同じ浸炭試験を行った。第1表に試験
片(ベース材)の化学成分組成、第2表に浸炭試験結果
を示す。第1表中、ベース材(a)は、Nl)、W、M
o を含む公知のHP改良材相当、(b)〜(d)は本
発明の成分構成の規定を満すものである。アルミニウム
拡散浸透処理栄件、および浸炭試験条件は次のとおりで
ある。
[1] アルミニウム拡散浸透処理 Fe−Al粉末K 7 /l/ ミナ(Ae203)粉
末を加え、この混合粉末に少量(約0.5%)のNH4
Clを添加する。この粉末と試片を容器内に入れ、Ar
ガス送給下に約1000°Cの温度で約10時間加熱す
る。
[2] 浸炭試験 試片を固体浸炭剤(デグサK G 30 、Ba CO
a含有)中、温度1100°Cで300時間保持。
第2表に示すように、本発明材はC量増力口がごくわず
かであり、浸炭に対し強い抵抗性を有する。
各供試材の浸炭試験後のX線マイクロアナライザーによ
る解析により、本発明例(賦香101〜1o3)ではア
ルミ浸透層と、浸炭試験過程で生成しだAeリッチ層お
よび両層間の融合層からなる明瞭な多層構造が認められ
る。一方、アルミ拡散浸透処理をうけていない比較例の
うち、賦香2〜4はA4リッチ層を有する点で、賦香1
(公知のHP改良材相蟲。Aeリッチ層なし)に比し、
耐浸炭性の改善が認められるもの\、アルミ浸透層を欠
くだめに、本発明材の強力な耐浸炭性に及ばない。
第2表 浸炭試験結果 以上のように、本発明耐熱鋳鋼材は、HP材やその改良
材、その他の従来材に比しすぐれた耐浸炭性を有するの
で、石油化学ニーにおけるエチレンクラッキングチュー
ブなど、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等、1000’Cをこえる高温域で
、かつ浸炭雰囲気で使用される各種設備部材として好適
である。
代理人 弁理士 宮−崎 新八部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. +l) CO,3〜0.6%、8120%以下、Mn 
    2.0%以下、Cr 20.(1〜30.0%、Ni 
    30.0〜400%、Nb0.3〜1.5%、W 00
    5〜30%、Mo 0.2〜0.8%、Ti O,04
    〜0.5%、A[0,02〜0.5%、BO,0O02
    〜0.004%、NO,04〜015%、残部実質的に
    Feからなり、かつ表層にアルミニウム浸透層を有する
    耐浸炭性てすぐれた耐熱鋳鋼材。
JP12197783A 1983-07-05 1983-07-05 耐浸炭性耐熱鋳鋼材 Granted JPS6059051A (ja)

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JP12197783A JPS6059051A (ja) 1983-07-05 1983-07-05 耐浸炭性耐熱鋳鋼材

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JPS645097B2 JPS645097B2 (ja) 1989-01-27

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015131988A (ja) * 2014-01-10 2015-07-23 Jfeスチール株式会社 焼鈍用スリーブロール
CN107419215A (zh) * 2017-09-21 2017-12-01 辽宁工业大学 一种渗铌剂和模具钢粉末包埋渗铌强化方法

Cited By (2)

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JP2015131988A (ja) * 2014-01-10 2015-07-23 Jfeスチール株式会社 焼鈍用スリーブロール
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JPS645097B2 (ja) 1989-01-27

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