JPS625224B2 - - Google Patents
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- JPS625224B2 JPS625224B2 JP57140291A JP14029182A JPS625224B2 JP S625224 B2 JPS625224 B2 JP S625224B2 JP 57140291 A JP57140291 A JP 57140291A JP 14029182 A JP14029182 A JP 14029182A JP S625224 B2 JPS625224 B2 JP S625224B2
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Landscapes
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Description
本発明は耐熱鋳鋼、特に、1000℃をこえる高温
域でのクリープ破断強度、耐熱衝撃性、耐浸炭性
などにすぐれ、石油化学工業における炭化水素類
の熱分解・改質反応管であるリフオーマチユーブ
やクラツキングチユーブ材として使用される耐熱
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
ングチユーブやリフオーマチユーブ材として、
Cr,Ni,Co,Wを含有する耐熱鋳鋼、いわゆる
スーパーサーム(26Cr―35Ni―15Co―5W)がよ
く使用されてきた。 しかしながら、最近の操業条件の苛酷化に伴
い、上記スーパーサームよりさらに高温クリープ
破断強度が強く、かつ耐浸炭性や耐熱衝撃特性の
良好な材料が要請されている。 本発明者等は、上記要請に応えるべく、Cr,
Ni,Co,Wを含有する耐熱鋳鋼を基本成分組成
とし、その高温特性に対する各種添加元素の影響
について詳細な研究を重ねた結果、N,Ti,Al
およびBの各元素を複合的に添加することによ
り、高温域、特に1000℃をこえる温度での高温ク
リープ破断強度、耐熱衝撃特性、耐浸炭性等の諸
特性を顕著に高め得るとの知見を得、本発明を完
成するに到つた。 すなわち、本発明は、C0.3〜0.7%(重量%、
以下同じ)、Si2%以下、Mn2%以下、Cr20〜30
%、Ni30〜40%、Co10〜20%、W2〜8%、
N0.04〜0.15%、Ti0.04〜0.5%、Al0.02〜0.4%、
B0.0002〜0.04%、残部実質的にFeからなる炭化
水素類の熱分解・改質反応管用耐熱鋳鋼を提供す
る。 以下、本発明の成分限定理由を説明する。 C:0.3〜0.7% Cは鋳鋼の鋳造性を良好にするほか、クリープ
破断強度を高めるのに必要である。この効果を得
るために少なくとも0.3%を要する。含有量の増
加とともに、クリープ破断強度も向上するが、過
度に多くなると、二次炭化物の過剰の析出により
使用後の靭性低下が著しくなり、かつ溶接性も悪
化するので、0.7%を上限とする。 Si:2%以下 Siは合金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。しか
し、多量に含有すると、溶接性を損なうので、
2.0%以下とする。 Mn:2%以下 Mnは、上記Siと同じく脱酸元素であるほか、
溶鋼中の不純物硫黄(S)を固定無害化する元素
であるが、多量の含有は耐酸化性の低下を招くの
で、2%を上限とする。 Cr:20〜30% Crは後記Niとの共存下に、高温強度や耐酸化
性を著しく高める。その効果は含有量の増加とと
もに向上するが、特に1000℃以上の高温域におけ
る強度、耐酸化性を十分なものとするためには20
%以上であることが望ましい。ただし、あまり多
いと、使用後の靭性の低下が著しくなるので、30
%を上限とする。 Ni:30〜40% Niは鋳鋼をオーステナイト組織となし、組織
を安定化するとともに、耐酸化性、高温強度等を
高める。特に1000℃以上の高温域において良好な
耐酸化性、高温強度を得るためには少なくとも30
%を必要とする。上記特性は含有量とともに向上
するが、40%をこえると、効果はほぼ飽和し、そ
れ以上の添加は経済的でないので、40%を上限と
する。 Co:10〜20% CoはNiと同様に耐熱性付与元素であるととも
に、オーステナイト基地の強化およびクリープ抵
抗の顕著な向上をもたらす元素である。かかる効
果を得るために少なくとも10%の含有を要する
が、20%をこえると経済性を損なう。よつて、10
〜20%とする。 W:2〜8% Wは安定な炭化物を形成し、オーステナイト基
地を強化し、高温強度を高める。そのためには2
%以上を要するが、多量に含有すると耐酸化性が
損なわれるので、8%を上限とする。 本発明鋳鋼は、上記諸元素に加えて、下記のよ
うにN,Ti,AlおよびBの4元素を複合的に含
有する。Tiは鋼中のC,Nと炭窒化物を形成
し、BおよびAlはこれらの化合物を微細に分散
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、高温熱衝撃特性、長時間クリープ破断強
度、耐浸炭性などの顕著な向上をもたらす。 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
化並びに強化するほか、Ti等と窒化物を形成
し、上記のように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上を
もたらす。この効果を得るためのN量は好ましく
は0.04%以上である。ただし、含有量が多くなる
と、窒化物の過剰析出や該窒化物の粗大化を招
き、かえつて耐熱衝撃特性が低下するので、好ま
しくは0.15%を上限とする。 Ti:0.04〜0.5% Tiは炭窒化物等を形成してクリープ破断強度
などを高める。更に、Tiは主としてAlとの相乗
効果により耐浸炭性の向上に寄与する。しかし、
多量に含有すると、析出物の粗大化のほか、酸化
物系介在物が増加し、強度が低下する。よつて、
好ましくは0.04〜0.5%とする。 Al:0.02〜0.4% Alは高温強度、特にクリープ破断強度を高め
る。また、上記のようにTiと共存して耐浸炭性
の向上をもたらす。しかし、多量に含有すると、
かえつて強度低下を招く。その好ましい含有量は
0.02〜0.4%である。 なお、TiおよびAl含有材の浸炭試験後の
EPMA(X線マイクロアナライザー)によれば、
試験片の表層部にAlリツチ層が認められる。こ
のAl皮膜が浸炭防止効果を有するのである。 B:0.0002〜0.04% Bは鋳鋼の基地の結晶粒を強化するほか、前記
Ti系析出物の粗大化を阻止し、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
ることによつてクリープ破断強度を高める効果を
有する。このための好ましい含有量は0.0002%以
上である。しかし、多量に含有しても強度向上は
進まず、また溶接性が悪くなるので、0.04%を上
限とするのが好ましい。 その他P,S等の不純物は通常許容される範囲
内であれば存在してかまわない。例えば、Pは
0.08%以下、S0.08%以下の混入は何ら本発明の
趣旨を損なわない。 次に実施例により本発明耐熱鋳鋼の諸特性につ
き具体的に説明する。 実施例 高周波溶解炉(大気中)にて、第1表に示す各
成分組成の鋳鋼を溶製し、遠心鋳造により管状の
鋳塊(外径136mm×肉厚20mm×長さ500mm)を得
た。各鋳塊より試験片を調製し、クリープ破断強
度、耐熱衝撃特性、および耐浸炭性を測定した。
その結果を第2表に示す。供試材No.1〜4は、
N,Ti,AlおよびBの各元素すべてを、それぞ
れ前記規定の範囲内で含有する本発明材、No.5〜
9は比較材である。比較材のうち、No.5は従来材
であるスーパーサーム、No.6〜9はN,Ti,Al
およびBを含有するが、含有量が本発明の規定か
ら逸脱するものである。 なお、各特性の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。ただし、(A)温度
1038℃(1900〓)・荷重2.67Kgf/mm2、および(B)
温度1166℃(2130〓)・荷重1.7Kgf/mm2の2通り
の条件で行い、それぞれの破断時間を測定した。 〔〕 耐熱衝撃性試験 第1図に示す形状の試片(外径(D)50mm、内径(d)
20mm、(l)7mm、厚さ8mm)を、温度1000℃に加熱
保持(保持時間30分)したのち水冷する操作を繰
返し、この「加熱・水冷」操作を10回繰返すごと
に、試片上に発生したクラツクの長さを測定す
る。耐熱衝撃特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。むろん、その回数
が大きいほど耐熱衝撃性のよいことを意味する。 〔〕 耐浸炭性試験 試片(直径12mm×長さ60mm)を浸炭剤(デグサ
KG30、BaCO3含有固体浸炭剤)中、温度1100℃
で210時間保持する浸炭試験ののち、(a)試片外表
面から深さ1mmまでの層、および(b)1〜2mmの層
からそれぞれ切粉を採取し、C量分析によりC増
加量(wt%)を求めた。第2表中、「耐浸炭性」
欄の数値はC増加量を示す。もちろんC増加量の
少ない程、耐浸炭性が良いことを意味する。
域でのクリープ破断強度、耐熱衝撃性、耐浸炭性
などにすぐれ、石油化学工業における炭化水素類
の熱分解・改質反応管であるリフオーマチユーブ
やクラツキングチユーブ材として使用される耐熱
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
ングチユーブやリフオーマチユーブ材として、
Cr,Ni,Co,Wを含有する耐熱鋳鋼、いわゆる
スーパーサーム(26Cr―35Ni―15Co―5W)がよ
く使用されてきた。 しかしながら、最近の操業条件の苛酷化に伴
い、上記スーパーサームよりさらに高温クリープ
破断強度が強く、かつ耐浸炭性や耐熱衝撃特性の
良好な材料が要請されている。 本発明者等は、上記要請に応えるべく、Cr,
Ni,Co,Wを含有する耐熱鋳鋼を基本成分組成
とし、その高温特性に対する各種添加元素の影響
について詳細な研究を重ねた結果、N,Ti,Al
およびBの各元素を複合的に添加することによ
り、高温域、特に1000℃をこえる温度での高温ク
リープ破断強度、耐熱衝撃特性、耐浸炭性等の諸
特性を顕著に高め得るとの知見を得、本発明を完
成するに到つた。 すなわち、本発明は、C0.3〜0.7%(重量%、
以下同じ)、Si2%以下、Mn2%以下、Cr20〜30
%、Ni30〜40%、Co10〜20%、W2〜8%、
N0.04〜0.15%、Ti0.04〜0.5%、Al0.02〜0.4%、
B0.0002〜0.04%、残部実質的にFeからなる炭化
水素類の熱分解・改質反応管用耐熱鋳鋼を提供す
る。 以下、本発明の成分限定理由を説明する。 C:0.3〜0.7% Cは鋳鋼の鋳造性を良好にするほか、クリープ
破断強度を高めるのに必要である。この効果を得
るために少なくとも0.3%を要する。含有量の増
加とともに、クリープ破断強度も向上するが、過
度に多くなると、二次炭化物の過剰の析出により
使用後の靭性低下が著しくなり、かつ溶接性も悪
化するので、0.7%を上限とする。 Si:2%以下 Siは合金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。しか
し、多量に含有すると、溶接性を損なうので、
2.0%以下とする。 Mn:2%以下 Mnは、上記Siと同じく脱酸元素であるほか、
溶鋼中の不純物硫黄(S)を固定無害化する元素
であるが、多量の含有は耐酸化性の低下を招くの
で、2%を上限とする。 Cr:20〜30% Crは後記Niとの共存下に、高温強度や耐酸化
性を著しく高める。その効果は含有量の増加とと
もに向上するが、特に1000℃以上の高温域におけ
る強度、耐酸化性を十分なものとするためには20
%以上であることが望ましい。ただし、あまり多
いと、使用後の靭性の低下が著しくなるので、30
%を上限とする。 Ni:30〜40% Niは鋳鋼をオーステナイト組織となし、組織
を安定化するとともに、耐酸化性、高温強度等を
高める。特に1000℃以上の高温域において良好な
耐酸化性、高温強度を得るためには少なくとも30
%を必要とする。上記特性は含有量とともに向上
するが、40%をこえると、効果はほぼ飽和し、そ
れ以上の添加は経済的でないので、40%を上限と
する。 Co:10〜20% CoはNiと同様に耐熱性付与元素であるととも
に、オーステナイト基地の強化およびクリープ抵
抗の顕著な向上をもたらす元素である。かかる効
果を得るために少なくとも10%の含有を要する
が、20%をこえると経済性を損なう。よつて、10
〜20%とする。 W:2〜8% Wは安定な炭化物を形成し、オーステナイト基
地を強化し、高温強度を高める。そのためには2
%以上を要するが、多量に含有すると耐酸化性が
損なわれるので、8%を上限とする。 本発明鋳鋼は、上記諸元素に加えて、下記のよ
うにN,Ti,AlおよびBの4元素を複合的に含
有する。Tiは鋼中のC,Nと炭窒化物を形成
し、BおよびAlはこれらの化合物を微細に分散
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、高温熱衝撃特性、長時間クリープ破断強
度、耐浸炭性などの顕著な向上をもたらす。 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
化並びに強化するほか、Ti等と窒化物を形成
し、上記のように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上を
もたらす。この効果を得るためのN量は好ましく
は0.04%以上である。ただし、含有量が多くなる
と、窒化物の過剰析出や該窒化物の粗大化を招
き、かえつて耐熱衝撃特性が低下するので、好ま
しくは0.15%を上限とする。 Ti:0.04〜0.5% Tiは炭窒化物等を形成してクリープ破断強度
などを高める。更に、Tiは主としてAlとの相乗
効果により耐浸炭性の向上に寄与する。しかし、
多量に含有すると、析出物の粗大化のほか、酸化
物系介在物が増加し、強度が低下する。よつて、
好ましくは0.04〜0.5%とする。 Al:0.02〜0.4% Alは高温強度、特にクリープ破断強度を高め
る。また、上記のようにTiと共存して耐浸炭性
の向上をもたらす。しかし、多量に含有すると、
かえつて強度低下を招く。その好ましい含有量は
0.02〜0.4%である。 なお、TiおよびAl含有材の浸炭試験後の
EPMA(X線マイクロアナライザー)によれば、
試験片の表層部にAlリツチ層が認められる。こ
のAl皮膜が浸炭防止効果を有するのである。 B:0.0002〜0.04% Bは鋳鋼の基地の結晶粒を強化するほか、前記
Ti系析出物の粗大化を阻止し、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
ることによつてクリープ破断強度を高める効果を
有する。このための好ましい含有量は0.0002%以
上である。しかし、多量に含有しても強度向上は
進まず、また溶接性が悪くなるので、0.04%を上
限とするのが好ましい。 その他P,S等の不純物は通常許容される範囲
内であれば存在してかまわない。例えば、Pは
0.08%以下、S0.08%以下の混入は何ら本発明の
趣旨を損なわない。 次に実施例により本発明耐熱鋳鋼の諸特性につ
き具体的に説明する。 実施例 高周波溶解炉(大気中)にて、第1表に示す各
成分組成の鋳鋼を溶製し、遠心鋳造により管状の
鋳塊(外径136mm×肉厚20mm×長さ500mm)を得
た。各鋳塊より試験片を調製し、クリープ破断強
度、耐熱衝撃特性、および耐浸炭性を測定した。
その結果を第2表に示す。供試材No.1〜4は、
N,Ti,AlおよびBの各元素すべてを、それぞ
れ前記規定の範囲内で含有する本発明材、No.5〜
9は比較材である。比較材のうち、No.5は従来材
であるスーパーサーム、No.6〜9はN,Ti,Al
およびBを含有するが、含有量が本発明の規定か
ら逸脱するものである。 なお、各特性の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。ただし、(A)温度
1038℃(1900〓)・荷重2.67Kgf/mm2、および(B)
温度1166℃(2130〓)・荷重1.7Kgf/mm2の2通り
の条件で行い、それぞれの破断時間を測定した。 〔〕 耐熱衝撃性試験 第1図に示す形状の試片(外径(D)50mm、内径(d)
20mm、(l)7mm、厚さ8mm)を、温度1000℃に加熱
保持(保持時間30分)したのち水冷する操作を繰
返し、この「加熱・水冷」操作を10回繰返すごと
に、試片上に発生したクラツクの長さを測定す
る。耐熱衝撃特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。むろん、その回数
が大きいほど耐熱衝撃性のよいことを意味する。 〔〕 耐浸炭性試験 試片(直径12mm×長さ60mm)を浸炭剤(デグサ
KG30、BaCO3含有固体浸炭剤)中、温度1100℃
で210時間保持する浸炭試験ののち、(a)試片外表
面から深さ1mmまでの層、および(b)1〜2mmの層
からそれぞれ切粉を採取し、C量分析によりC増
加量(wt%)を求めた。第2表中、「耐浸炭性」
欄の数値はC増加量を示す。もちろんC増加量の
少ない程、耐浸炭性が良いことを意味する。
【表】
【表】
前記第2表に示されるように、本発明材(供試
No.1〜4)は、従来高温特性がすぐれるとされて
いるスーパーサーム材(供試No.5)に比し、1000
℃をこえる高温でのクリープ破断強度、耐熱衝撃
性および耐浸炭性のいずれも著しくすぐれている
ことがわかる。 なお、その他の比較材(供試No.6〜9)の一部
には、本発明材とほぼ同等の耐浸炭性を有するも
のもあるが(供試No.7)、クリープ破断強度や耐
熱衝撃性が極めて悪く、総合的評価において、と
うてい本発明材には及ばない。これらのことか
ら、本発明の成分組成の規定をすべて満たすこと
によつて、はじめて上記高温特性が付与されるこ
とがわかる。 以上のように、本発明に係る耐熱鋳鋼は、従来
のスーパーサーム材等に比し、卓越した高温特
性、就中高温クリープ破断強度、耐熱衝撃性およ
び耐浸炭性などを有する。従つて、石油化学工業
用クラツキングチユーブ、リフオーマチユーブ材
として用いることにより従来材では得られない安
定性と耐久性を保証するものである。
No.1〜4)は、従来高温特性がすぐれるとされて
いるスーパーサーム材(供試No.5)に比し、1000
℃をこえる高温でのクリープ破断強度、耐熱衝撃
性および耐浸炭性のいずれも著しくすぐれている
ことがわかる。 なお、その他の比較材(供試No.6〜9)の一部
には、本発明材とほぼ同等の耐浸炭性を有するも
のもあるが(供試No.7)、クリープ破断強度や耐
熱衝撃性が極めて悪く、総合的評価において、と
うてい本発明材には及ばない。これらのことか
ら、本発明の成分組成の規定をすべて満たすこと
によつて、はじめて上記高温特性が付与されるこ
とがわかる。 以上のように、本発明に係る耐熱鋳鋼は、従来
のスーパーサーム材等に比し、卓越した高温特
性、就中高温クリープ破断強度、耐熱衝撃性およ
び耐浸炭性などを有する。従つて、石油化学工業
用クラツキングチユーブ、リフオーマチユーブ材
として用いることにより従来材では得られない安
定性と耐久性を保証するものである。
第1図は耐熱衝撃性試験片の形状寸法説明図で
ある。
ある。
Claims (1)
- 1 C0.3〜0.7%(重量%、以下同じ)、Si2%以
下、Mn2%以下、Cr20〜30%、Ni30〜40%、
Co10〜20%、W2〜8%、N0.04〜0.15%、Ti0.04
〜0.5%、Al0.02〜0.4%、B0.0002〜0.04%、残部
実質的にFeからなる炭化水素類の熱分解・改質
反応管用耐熱鋳鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14029182A JPS5931855A (ja) | 1982-08-11 | 1982-08-11 | 炭化水素類の熱分解・改質反応管用耐熱鋳鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14029182A JPS5931855A (ja) | 1982-08-11 | 1982-08-11 | 炭化水素類の熱分解・改質反応管用耐熱鋳鋼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5931855A JPS5931855A (ja) | 1984-02-21 |
JPS625224B2 true JPS625224B2 (ja) | 1987-02-03 |
Family
ID=15265371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14029182A Granted JPS5931855A (ja) | 1982-08-11 | 1982-08-11 | 炭化水素類の熱分解・改質反応管用耐熱鋳鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5931855A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0735555B2 (ja) * | 1989-09-19 | 1995-04-19 | 住友金属工業株式会社 | 耐コーキング性エチレン分解炉管用耐熱鍛伸鋼 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53108822A (en) * | 1977-03-07 | 1978-09-22 | Mitsubishi Metal Corp | Iron alloy having corrosion resistance, oxidation resistance and strength at high temperature |
-
1982
- 1982-08-11 JP JP14029182A patent/JPS5931855A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53108822A (en) * | 1977-03-07 | 1978-09-22 | Mitsubishi Metal Corp | Iron alloy having corrosion resistance, oxidation resistance and strength at high temperature |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5931855A (ja) | 1984-02-21 |
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