JPS63317642A - 室温伸び特性にすぐれた耐熱鋳鋼 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、石油化学工業用反応管等、１０００°Ｃ以上
の高温で使用される構造材料として好適な、高温特性と
共に室温伸び特性にすぐれたオーステナイト系耐熱鋳鋼
に関する。

〔従来の技術〕

石油化学工業用反応管、例えばエチレンクラッキングチ
ューブや改質炉のりフォマチューブ等の管材として、従
来よりＡＳＴＭ　　ＨＫ４０材（０，４Ｃ−２５Ｃｒ　
−２ＯＮ　ｉ　−Ｆ　ｅ）、ＨＰ４０材（０，４Ｃ−２
５Ｃｒ−３５Ｎｉ−Ｆｅ）、またはＮｂ等を含有するＨ
Ｐ改良材等が使用されてきた。

近時は、反応効率改善等の要請から操業の高温化が進み
、反応管の使用条件の苛酷化が著しい。

これに対処するための新たな材料として、２５Ｃｒ−３
５Ｎｉ−Ｆｅ系を基本成分組成とし、これにＡｆｆｉ、
ＴｉおよびＢの３元素と、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ等の元素を添
加した耐熱鋳鋼が提案されている。

これらの耐熱鋳鋼は、従来のＨＰ改良材を凌ぐ高温特性
を有しており、特に１０００°Ｃを越える高温域でのク
リープ破断強度や耐熱衝撃性等にすぐれ、また耐浸炭性
等も良好である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、上記耐熱鋳鋼は、高温でのクリープ破断強度
や耐熱衝撃性等にすぐれてはいるものの、室温伸び特性
の点で改良すべき余地が残されている。本発明は、上記
に鑑み、２５Ｃｒ　−３５Ｎ　ｉ　−Ａｆｆｉ−Ｔ　ｉ
−Ｂ　−Ｗ−Ｆ　ｅ系耐熱鋳鋼について、高温特性と、
改良された室温伸び特性を兼備せしめるべくなされたも
のである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明の耐熱
鋳鋼は、Ｃ：０．３〜０．６％、Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｒ−：２．０％以下、Ｃｒ　：　２０．０〜３０．０
％、Ｎｉ：３０．Ｏ〜４０．０％、Ａ？０．０２〜０．
５０％、Ｔｉ：０．０４〜０．５０％、Ｂ　：　０．０
００２〜０．００４％、Ｗ：０．５〜５．０％、残部実
質的にＦｅ、から成る化学成分組成を有し、かつ酸素含
有量は５０ｐｐｍ以下であり、清浄度は０．０５％以下
である点に特徴を有する。なお、本明細書において、清
浄度とは、ＪＴＳ　Ｇ　０５５５の規定により判定され
る介在物の面積百分率（ｄ％）である（但し、判定視野
数：６０、倍率＝４００倍）。

本発明の耐熱鋳鋼は、比較的多量のＡＩ！、およびＴｉ
を含有している。このＡｌおよびＴｉは後記のように、
高温特性、殊に高温クリープ破断強度、耐熱衝撃性を良
好ならしめるための有効活性元素であるが、その反面鋼
の？ｄ浄度を害し、室温伸び特性を低下させる原因とな
る。すなわち、Ａ２およびＴｉはいずれも、酸素との親
和力が極めて大きいので、鋼中に通常のレヘルの酸素■
が存在すると、これに投与されるＡｌ、Ｔｉの少なから
ぬ量が、酸化物を形成してスラグ化する。生成したスラ
グの一部は、浮上分離しないまま、非金属介在物として
鋼中にとどまり泪の清浄度を害する。

この酸化によるＡｆｆｉおよびＴｔの損失分を加算して
多量のＡＩ！、、Ｔｉを投与せねばならず、それだけ介
在物量が増し、清浄度が大きく低下する。しかるに、本
発明では、Ａｌ、Ｔｉの添加効果が十分に発渾され、鋼
の清浄度が高く、後記実施例にも示すように、良好な高
温特性と、耐力、抗張力、全伸び等の室温伸び特性とを
兼備している。

次に本発明合金の成分限定理由について説明する。

Ｃ：０．３〜０．６％ Ｃは鋼の鋳造性を良くするほか、後記Ｔｉ、Ｃｒ等との
共存下に炭化物を形成し、クリープ破断強度を高める。

この効果を得るためには少なくとも０．３％を必要とす
る。ｃｌの増加に伴ってクリープ破断強度も向上するが
、その反面二次炭化物の析出量が増加するために、使用
後の靭性低下が著しくなるほか、溶接性も低下するので
、０．６％を上限とする。

Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｔは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、２．０％をこえると、
溶接性が著しく損なわれるので、２．０％を上限とする
。

Ｍｎ：２．０％以下 ＭｎはＳｉと同様に脱酸剤としての役割を有するほか、
溶鋼中の硫黄（Ｓ）をＭｎＳとして固定・無害化する効
果を有する。しかし、２．０％をこえると、耐酸化性の
低下を招くので、２．０％以下とする。

Ｃｒ　：　２０．０〜３０．０％ ＣｒはＮｉとの共存下に、オーステナイト組織を形成し
、高温強度および耐酸化性等を高める。

特に、１０００°Ｃ以上の高温での強度、耐酸化性を確
保するためには、少なくとも２０．０％であることが必
要である。含有量の増加に伴って、その効果は増強する
が、あまり多くなると、使用後の靭性の低下が著しくな
るので、３０．０％を上限とする。

Ｎｉ：３０．Ｏ〜４０．０％ Ｎｉは前記Ｃｒとの共存下にオーステナイト組織を保つ
元素であり、耐酸化性、高温強度および組織的安定性を
高める効果を有する。特に、１０００°Ｃ以上の高温用
途での耐酸化性および強度等を確保するには、少なくと
も３０．０％が必要である。含有量の増加にともなって
その効果は増大するが、４０．０％をこえると、はぼ効
果が飽和するので、４０．０％を上限とする。

本発明鋳鋼は上記２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−Ｆｅ系を基本成
分系として、Ａ２、Ｔｉ、ＢおよびＷを含有する。Ｔｔ
は鋼中のＣ，Ｎとの結合により炭化物、窒化物、炭窒化
物等の化合物を形成し、Ａｆｆ、　Ｂは、これらの化合
物を微細に分散させると共に、粒界を強化する働きを有
する。

Ｔｉ：０．０４〜０．５０％ Ｔｔは炭窒化物等の形成により高温強度、耐熱衝撃性等
を高める。また、Ａ２との相剰効果により耐浸炭性の向
上に奏効する。含有量が０．０４％に満たないと、その
効果は十分でない。含有量の増加に伴って効果は増大す
るが、０．５０％をこえると、析出物の粗大化や酸化物
系介在物量の増加により、強度がやや低下してくる。よ
って、０．０４〜０．５０％とする。

Ａ１．：０．０２〜０．５０％ Ａｌはクリープ破断強度等の改善効果を有し、また上記
のようにＴｔとの共存下に耐浸炭性を高める。含有量が
０．０２％に満たないと、その効果は十分でない。含有
量の増加に伴い効果は増大するが、０．５０％をこえる
と却って強度低下を招く。従って、０．０２〜０．５０
％とする。

Ｂ　：　０．０００２〜０．００４％ Ｂは基地の結晶粒界を強化すると共に、前記Ｔｉ系析出
物の粗大化を防ぎ、その微細析出に寄与し、更に析出後
の凝集粗大化を遅延させることにより、クリープ破断強
度を高める。この場合、０．０００２％に満たないと、
効果が不足する。０．００４％までは、含有量の増加に
伴って強度の向上をみるが、それをこえると、効果はほ
ぼ飽和する。また、溶接性も低下する。従って、０．０
００２〜０．００４％とする。

Ｗ　：０．５〜５．０％ Ｗは高温強度を高める効果を有する。その効果は含有ｆ
ｆ１０．５％から認められる。含有量を増すに伴って効
果は増大するが、５．０％までの添加で十分である。ま
た、５．０％を越えると、耐酸化性の低下傾向をみる。

よって、５．０％を上限とする。

本発明の耐熱鋳鋼は、脱ガス溶解により溶製することが
できる。脱ガス溶解においては、次式：％式％（） で示されるように、鋼中の溶解酸素はＣと反応して除去
される。鋼中の酸素量を十分に低下させてＡｆおよびＴ
ｉを添加すれば、大気溶解の場合に比し、ＡＩ！および
Ｔｉの酸化消耗量が少なく、従って、それだけＡ１およ
びＴｉの必要な添加量が少なくてすむこと、および非金
属介在物の生成量が減少し、鋼の清浄度が高められるこ
とになる。

本発明に規定する清浄度（ｄ％）：０．０５％以下を確
保するには、脱ガス溶解において、鋼中酸素量を５０ｐ
ｐｍ以下に低減することを要する。このための脱ガス処
理は、真空タンク内の最高真空度を５．０ｍ＋ｎＨｇ以
下とし、この最高真空度を約２０分以上、長くて約３０
分間継続させることにより充分に達成される。この脱ガ
ス溶解により、脱酸効果のほか、窒素ガスの低減効果も
得られるので、ＡＩ！、、Ｔｉの窒素との反応による非
金属介在物の生成量も減少し、より清浄度が高められる
。

脱ガス溶解により溶製された溶湯は、ついで出湯を経て
、鋳造に供されるが、鋳造完了に到るまでの間における
ガス吸収量は無視し得る種の極微量であり、従って鋳造
を、脱ガス雰囲気、アルゴン雰囲気、または大気中のい
ずれで実施しても、得られる鋳造品の品質に実質的な差
異はないことも確認されている。

〔実施例〕

脱ガス溶解法または大気溶解法により溶製した耐熱鋳鋼
溶湯を大気中での鋳造に付して鋳造品を得た。第１表に
鋳造品の化学成分組成、酸素含有量、および清浄度（ｄ
％）　（ＪＩＳ　Ｇ　０５５５）を示す。

なお、ＴｉおよびＡｌについては、添加量（カッコ内数
値）を併記した。

各鋳造品について、室温引張り試験を行い、第２表に示
す結果を得た。

表中、「溶解条件」欄の真空度は最高到達真空度であり
、その継続時間は、いずれも２０分である。

第１表に示すように、脱ガス溶解による本発明例では、
鋼中酸素量が低いので、Ａｌ、Ｔｉの添加歩留りが高く
、大気溶解による比較例に比し、半分量の添加で所要の
含有量に調整されている。

これにより、本発明例の清浄度は、大気溶解による比較
例のそれにくらべ、極めて良好である。また、第２表か
ら明らかなように、本発明例は室温引張り特性にすぐれ
ており、特にその伸びは、比較例の約１０％に対し、２
０％をこえる高い値を有している。

〔発明の効果〕

本発明の耐熱鋳鋼は、高温特性にすぐれていると同時に
、良好な室温伸び特性を兼備しているので、エチレンク
ラッキングチューブやりフォマチューブ等の管材料とし
て好適であり、高温使用によく耐えるとともに、運転立
ち上がり時や操業中断による冷却降温時にも、クランク
等の破損発生に対する抵抗性にすぐれており、安全・円
滑な操業を可能にし、また従来材にまさる耐久性を保証
する。

本発明の耐熱鋳鋼は、石油化学工業用反応管材料にとど
まらず、例えば鉄鋼関連設備におけるハースロール、ラ
ジアントチューブ、その他の１０００°Ｃをこえる高温
用途の構造材料として有用であり、約１１５０度までの
使用温度に充分に耐える。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．３〜０．６％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ
   ：２．０％以下、Ｃｒ：２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：
   ３０．０〜４０．０％、Ａｌ：０．０２〜０．５０％、
   Ｔｉ：０．０４〜０．５０％、Ｂ：０．０００２〜０．
   ００４％、Ｗ：０．５〜５．０％、残部実質的にＦｅか
   らなり、酸素含有量：５０ｐｐｍ以下、清浄度（ｄ％）
   〔ＪＩＳＧ０５５５〕：０．０５％以下である室温伸び
   特性にすぐれた耐熱鋳鋼。