JPS6142779B2

JPS6142779B2 -

Info

Publication number: JPS6142779B2
Application number: JP14941882A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sugitani; Teruo Yoshimoto
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1982-08-28
Filing date: 1982-08-28
Publication date: 1986-09-24
Also published as: JPS5938363A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、耐熱鋳鋼、特に高温クリープ破断強
度、耐熱衝撃性および耐浸炭性にすぐれた耐熱鋳
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
ングチユーブ材やリフオーマチユーブ材として、
NiおよびCrを含む耐熱鋳鋼、例えばASTM
HK40材、HP材などが使用され、また高温特性を
改良したものとしてHP材にNbを含有させたもの
が開発され実用に供されている。しかしながら、
昨今の操業条件の苛酷化にともない、更に高温特
性、就中高温クリープ破断強度が高く、かつ耐熱
衝撃性や耐浸炭性にすぐれた材料の開発が要請さ
れている。本発明者等は、上記実情にかんがみ、Ni―Cr
―Nb―Fe系耐熱鋳鋼の高温特性に対する各種添
加元素の影響に関し鋭意研究を重ねた結果、
Ti、Al、Ｎ、ＢおよびCuを複合的に特定量含有
させることにより、1000℃をこえる高温域でのク
リープ破断強度、耐熱衝撃性および耐浸炭性を著
しく向上させ得ることを見出し、本発明を完成す
るに到つた。本発明に係る耐熱鋳鋼は、C0.3〜0.6％（重量
％、以下同じ）、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、
Cr20〜30％、Ni30〜40％、Nb0.3〜1.5％、N0.04
〜0.15％、Ti0.04〜0.5％、Al0.02〜0.5％、
B0.0002〜0.004％、Cu3.0％以下、残部実質的に
Feからなる化学成分組成を有する。本発明鋳鋼の成分限定理由は次のとおりであ
る。Ｃ：0.3〜0.6％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。このために少くとも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、また溶接性も悪化
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、2.0％以下と
する。 Mn：2.0％以下 Mnは溶湯の脱酸、並び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Niと共存して鋳造組織をオーステナ
イト組織とし、高温強度や耐酸化性を高める。特
に、1000℃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、30％を上限とする。 Ni：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℃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つて
向上するが、40％をこえると、効果はほゞ飽和
し、それ以上の含有は経済的に不利である。従つ
て、40％を上限とする。 Nb：0.3〜1.5％ Nbはクリープ破断強度および耐浸炭性を高め
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、かえつ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
あればよい。本発明鋳造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。また、
TiはAlとの相乗効果として耐浸炭性を著しく高
め、更にCuはTiおよびAlとの相乗効果により耐
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ー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
にAl、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つてク
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0.04％の含有を
要するが、多量にあると前記化合物の過剰析出、
粗大化が生じ、却つ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
耐浸炭性を強化する。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
増加にともなつてその効果も増すが、あまり多く
なると、析出物の粗大化、酸化物系介在物の増加
により、かえつて強度が低下する。よつて、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％ Al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0.002〜0.07％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、その一方
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Alリツチ層が認められる。この
Alリツチ層が強力な耐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、Al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）にて溶製した鋳造を遠
心鋳造に付し、第１表に示す成分組成の鋳鋼管
（外径136mm×肉厚20mm×長さ500mm）を得、それ
ぞれから試験片を調整し、クリープ破断試験、耐
熱衝撃性試験および耐浸炭性試験を行つた。試験
結果を第２表に示す。試番１〜６は比較例、101〜107は本発明例であ
る。比較例のうち、No.１はNbを含む従来のHP改
良材（Ｎ、Ti、Al、Ｂ、Cuのいずれも含まな
い）、No.２〜５はＮ、Ti、Al、Ｂを含むが、Cuが
本発明の規定から逸脱する例、No.６は所要量の
Cuを含むが、Ti、Al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。〔〕クリープ破断試験 JIS Ｚ 2272の規定による。たゞし、(A)温度
1093℃・荷重1.9Kgｆ／mm²、および(B)温度850℃
で・荷重7.3Kgｆ／mm²の２通りの条件で行い、
その破断時間（Hr）を測定。〔〕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900℃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
ツクの長さを測定する。耐熱衝撃性は、クラツ
ク長さが５mm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。〔〕耐浸炭性試験試片（直径12mm×長さ60mm）を固体浸炭剤
（デグサKG30，BaCO₃含有）中、温度1300℃で
300時間保持したのち、試片の表面から深さ１
mmまでの層、および１〜２mm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量増加の少ない程、
耐浸炭性がすぐれる。

【表】

【表】上記試験結果から明らかなように、本発明材
（No.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（No.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（No.２〜
６）は、従来材No.１にく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を含む供試材No.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、溶接構造材として、何ら問題はない。以上のように、本発明の耐熱鋳鋼は、従来の
Nb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
クラツキングチユーブ、リフオーマチユーブ等と
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
ントチユーブ材等、1000℃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。

Claims

【特許請求の範囲】

１ C0.3〜0.6％、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、
Cr20〜30％、Ni30〜40％、Nb0.3〜1.5％、N0.04
〜0.15％、Ti0.04〜0.5％、Al0.02〜0.5％、
N0.0002〜0.004％、Ou3.0％以下、残部実質的に
Feからなる耐熱鋳鋼。