JPS625224B2

JPS625224B2 -

Info

Publication number: JPS625224B2
Application number: JP57140291A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sugitani; Teruo Yoshimoto
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1982-08-11
Filing date: 1982-08-11
Publication date: 1987-02-03
Also published as: JPS5931855A

Description

【発明の詳細な説明】

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。

【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。

【図面の簡単な説明】

第１図は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 C0.3〜0.7％（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。