JPS6112981B2

JPS6112981B2 -

Info

Publication number: JPS6112981B2
Application number: JP6455181A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sugitani; Makoto Takahashi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1986-04-11
Also published as: JPS57177958A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、時効後の常温延性および曲げ加工性
にすぐれた耐熱鋳造合金製異形管に関する。石油工業におけるリフオーマチユーブやクラツ
キングチユーブは、加熱炉内で通常約500〜1100
℃の温度に曝されるので、高温度域においても高
いクリープ破断強度を有することが必要であり、
このためHK40（0.4％Ｃ−25％Cr−20％Ni）や
HP50（0.5％Ｃ−25％Cr−35％Ni）、あるいはこ
れらにNbを添加したものなどが用いられてい
る。しかし、上記従来材は、いずれもＣ含有量が高
いために、一度加熱炉内で上記温度に加熱される
と、二次炭化物が過剰に析出する結果、常温から
約650℃の温度における延性が著しく劣化する。
この時効による脆化は、特に800〜900℃の温度に
曝された場合に最も短時間かつ顕著に現わされ
る。このため、従来のクラツキングチユーブ等
は、わずかな曲げ、引張変形、あるいは熱衝撃な
どによつて容易に破損するという欠点がある。し
かも、従来前記チユーブは置注ぎ法による鋳造管
であるので、鋳巣のない健全な鋳造管とするには
肉厚を厚くせねばならず、それに伴つて結晶粒の
粗大化、管内外面温度差の増大などにより、時効
後や鍜造後の延性が悪化する結果、上記欠点は一
そう顕著となる。従つて、例えば、新設加熱炉の
稼動開始時、あるいは既設加熱炉での新品チユー
ブとの取替えの場合、スタートアツプ（火入れ）
から数百時間のあいだ、該チユーブの種々の残留
応力（例えば、製管工程における溶接または鋳造
などに由来する残留応力）や配管系におけるなじ
み（熱膨張による寸法安定化）を伴うため、炉の
運転に際し、チユーブにこのような無理がかから
ぬよう細心の注意を必要とする。しかし、かかる
立上りの時期に何らかのトラブルにより運転を緊
急停止するような場合にはチユーブの破損を回避
することは極めて難しい。また、前記チユーブは異形管として用いられる
ことが多く、例えばエチレン製造用クラツキング
コイルには、リターンベンド（180゜曲り管）や
90゜エルボ（90゜曲り管）が使用されるが、上記
従来材は曲げ加工性に劣るため、高周波曲げ加工
などの熱間加工において管の内外表面に微細割れ
が発生するという問題がある。特に、置注ぎ法に
よる管材は、前記のごとき厚肉に製管されること
に伴う材料特性上の制約により、管径の５倍以上
の曲率半径をもつリターンベンドの製造は極めて
困難であつた。本発明者等は、上記問題点を解決すべく、Nb
を含む高Ni−高Cr耐熱合金の成分組成について
鋭意研究を重ねた結果、前記従来材では、Ｃ、Si
およびNb含有量のバランスが悪いため、結晶粒
界近傍に変形能の小さいNb、Siの偏析帯が生成
して曲げ加工性が悪くなること、および該偏析帯
が高温度域で二次炭化物の析出を加速するため
に、常温延性が著しく悪化するという事実が判明
した。本発明は、この知見にもとづき、Ｃ、Siお
よびNb量のバランスを適正化した化学成分組成
を特定することにより、結晶粒界近傍における上
記偏析帯の生成を抑制し、もつて曲げ加工性を高
め、かつ常温延性を改善するとともに、従来の置
注ぎ法に代え、遠心鋳造管とすることにより、苛
酷な曲げ加工においても割れを生ずることなく任
意形状の異形管を得ることに成功した。すなわち、本発明は、Ｃ約0.12〜0.33％（重量
％、以下同じ）、Si約1.2％以下、Mn約1.5％以
下、Cr約23〜25％、Ni約37〜40％、Nb約0.5〜
1.8％、Ｎ約0.04〜0.15％、残部実質的に鉄および
不純物からなり、かつＣとSiの含有量を相互の関
係において後記第１図に示す一定範囲に特定した
耐熱合金製遠心鋳造管を曲げ加工してなる異形管
を提供する。本発明の化学成分限定理由は次のとおりであ
る。Ｃは、本発明異形管の用途に要求される高温度
でのクリープ破断強度を確保するのに必要であ
る。1000℃以上でのクリープ破断強度を確保する
には少なくとも約0.12％を要するが、約0.33％を
こえると、二次炭化物の過剰の析出により、時効
後の常温延性が低下する。従つて、約0.12％を下
限とし、約0.33％を上限とする。 Siは耐浸炭性を高める効果を有するが、多量に
加えると、時効後の延性を損なうので、約1.2％
を上限とする。ＣおよびSi含有量は上記規定に加え、両者の相
互関係において、さらに第１図に示すごとく制限
される。同図は、Nbを含む高Ni−高Cr耐熱合金
について、常温延性の最も顕著な劣化を引起こす
800℃または900℃にて100時間保持する時効後の
常温引張伸び値（％）（破断伸び）とＣおよびSi
含有量の関係を示す。図中、「〇」は伸び値10％
以上、「×」は同10％未満を示す。一般に、時効
後の常温延性は、Ｃ量が少ないほど高くなると考
えられるが、Nbを含む本発明の高Ni−高Cr系合
金においては図示のように、ＣとSi量の相互関係
によつて特異な傾向を示し、曲線で画成される領
域ａを逸脱すると、常温延性の低下が大きくな
る。これは、前記のとおり、時効の過程で、結晶
粒界近傍において、Ｃ、SiおよびNb量のバラン
スがくずれ、Nb、Siの偏析帯が生成し、これが
二次炭化物の析出を著しく加速することによる。
よつて、本発明は、ＣおよびSi量を領域ａ内に限
定する。この領域ａは、Ａ（0.12，1.01）、Ｂ
（0.21，1.18）、Ｃ（0.31，0.96）、Ｄ（0.33，
0.90）、Ｅ（0.33，０）およびＦ（0.12，０）の各
点を結ぶ直線分で画成される内側の斜線部領域で
ある。ＣおよびSi量をこのように限定することに
より、結晶粒界近傍でのNb、Siの偏析帯の生成
が抑制され、後記実施例にも示されるように、曲
げ加工性が高められ、かつすぐれた常温延性が与
えられる。 Mnは、溶湯の精錬工程での脱酸剤として有効
であるが、多くなると耐酸化抵抗が低くなるので
約1.5％以下とする。 Crは、耐酸化性の改善のために加えられる。
但し、約23％未満では1000℃以上での耐酸化性が
十分でなく、一方約25％をこえると、時効後の常
温延性が低下するほか、溶接性も悪くなる。従つ
て、約23〜25％とする。 Niは、耐浸炭性、耐酸化性を改善し、またク
リープ破断強度、機械的性質を高める効果を有す
る。但し、約37％に満たないと、耐浸炭性が不十
分である。含有量の増加とともに上記諸性質は向
上するが、約40％をこえて加えても、クリープ、
機械的性質および耐酸化性の改善効果はほぼ飽和
するので不経済である。よつて、約37〜40％とす
る。 Nbは、炭化物、炭窒化物を形成してクリープ
破断強度の改善に寄与するが、約0.5％に満たな
いと、その効果が十分でなく、また前記Ｃ量範囲
において時効後の延性を確保することができな
い。但し、約1.8％をこえると、上記化合物の析
出が過剰となるため、却つてクリープ破断強度の
低下を招き、また耐酸化性も悪くなる。従つて、
約0.5〜1.8％とする。Ｎは、Ｃとともに、前記Cr、Nbなどの炭窒化
物を形成しクリープ破断強度を高める。このため
少なくとも約0.04％を要するが、約0.15％をこえ
ると、溶接性の劣化を引起こすので、約0.04〜
0.15％とする。Ｐ、Ｓ、その他の不純物は、この種合金に通常
許容される範囲内で存在してかまわない。本発明の異形管は、遠心鋳造にて、上記成分組
成を有する管を鋳造し、ついでこれを曲げ加工す
ることにより得られる。従来の置注ぎ法による鋳
造管は、前述のように鋳造欠陥（鋳巣など）を防
ぐために設計肉厚を大きくしなければならず、そ
のため組織の粗大化などにより延性の低下を避け
得なかつたが、遠心鋳造管とすることにより、肉
厚をうすくでき、上記欠点が解消されることと、
前記化学成分組成にもとづく延性や加工性の改善
効果とが相まつて、後記実施例にも示されるよう
に、苛酷な曲げ加工に耐え、90゜エルボの加工は
もとより、リターンベンドの曲率半径に制限はな
く、例えば管径の５倍以上の曲率半径をもつリタ
ーンベンドの製作も容易である。さらに、このほ
か、Ｓ字曲げ管あるいは三次元的な曲げ管等の加
工製管も可能である。なお、曲げ加工は、通常高
周波曲げ加工などの熱間加工により行われるが、
冷間加工により行つてもよいことは言うまでもな
い。かくして得られる本発明異形管は、曲げ加工に
伴う割れは全くなく、また時効後の延性にすぐれ
る。次に本発明の実施例について説明する。実施例第１表に示す各種成分組成の含Nb高Ni−高Cr
合金を溶製し、これを遠心鋳造に付し、外径130
mm、長さ2550mm、肉厚21mmの遠心鋳造管を製造し
た。供試材No.１〜６は本発明耐熱合金、No.７〜13
は、Ｃおよび／またはSiの含有量が本発明規定の
範囲から逸脱した比較材である。各遠心鋳造管より試験片を採取し、それぞれの
機械的性質を測定する一方、各鋳造管を高周波曲
げ加工に付して該加工に伴う管曲げ部内外表面に
おける微細割れ欠陥の発生状況を比較した。第２
表に鋳放し材の常温引張試験結果、第３表に、
700〜1000℃での時効（但し、処理時間はいずれ
も100時間）後の常温引張試験による破断伸び、
第４表に、曲げ半径4D（Ｄは管の直径）の曲げ
加工試験結果を示す（但し、曲げ加工時の管寸法
は、外径125mmφ、肉厚12.5mm、長さ2400mm）。

【表】

【表】上記試験結果に示されるように本発明異形管は
時効をうけたのちにも、すぐれた常温延性を有
し、しかも時効温度の高低にかかわらず安定した
高延性を呈する。特に、脆化傾向の最も強く現わ
れる800℃ないし900℃における時効をうけたのち
の常温延性は比較材とくらべて極めて高い。また、第４表から明らかなように、比較材No.７
〜13はいずれも、高温でのわずかな引張変形をう
けても割れが発生している。これはＣ、Si、Nb
量のバランスが悪く、変形能の小さいNb、Siの
偏析帯が生成していることによる。特にNo.12およ
び13は高炭素材であるため、Si量が低いにもかか
わらず、大きな割れが発生している。これに対
し、本発明管は割れの発生は全く認められず、健
全な表面性状を備えている。以上のように、本発明異形管は、表面割れ欠陥
がなく、また時効後の延性にすぐれるので、リフ
オーマチユーブやクラツキングチユーブとして用
いれば、炉の立上り時期のように、各種応力や歪
みをうけ、あるいは運転緊急停止などの突発事態
に際しても、従来材のように容易に破損すること
がなく、安定した耐久性を発揮する。本発明異形
管は、このほかにラジアントチユーブなど、各種
熱交換用配管として適用でき、上記と同様の効果
が得られることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Nbを含む高Ni−高Cr耐熱合金の時
効後の常温引張伸び値とＣ−Si含有量の関係を示
すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１ C0.12〜0.33％（重量％、以下同じ）、Si1.2
％以下、Mn1.5％以下、Cr23〜25％、Ni37〜40
％、Nb0.5〜1.8％、N0.04〜0.15％、残部鉄およ
び不純物からなり、かつＣとSiの相互の含有量が
第１図に示す、Ａ（0.12，1.01）、Ｂ（0.21，
1.18）、Ｃ（0.31，0.96）、Ｄ（0.33，0.90）、Ｅ
（0.33，０）およびＦ（0.12，０）の各点を結ぶ
直線分で画成される内側の領域ａ内にある耐熱合
金製遠心鋳造管を曲げ加工してなる耐熱鋳造合金
製異形管。