JPS634897B2

JPS634897B2 -

Info

Publication number: JPS634897B2
Application number: JP2802785A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takahashi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1985-02-14
Filing date: 1985-02-14
Publication date: 1988-02-01
Also published as: JPS61186446A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、石油化学工業におけるエチレン製造
用クラツキングチユーブ材等として有用な耐熱合
金に関する。〔従来技術とその問題点〕従来より、エチレンクラツキングチユーブ材料
として、ASTM HP40材（0.4C−25Cr−35Ni−
Fe）やその改良材（0.4C−25Cr−35Ni−Nb、Ｗ
−Fe）が使用されている。このHP40材は、900〜1050℃の温度範囲で使
用されるのが一般であり、同温度域において十分
な耐酸化性、耐浸炭性並びに機械的強度を有して
いる。しかしながら、1050℃を越える温度域で
は、耐浸炭性、および機械的強度、就中クリープ
破断強度に問題がある。また、HP改良材（0.4C−25Cr−35Ni−Nb、
Ｗ−Fe）は、1100℃までの温度においてHP40材
よりもすぐれた耐浸炭性を示すが、1100℃を越え
ると、耐酸化性、クリープ破断強度、および耐浸
炭性の低下が大きく、とりわけ耐酸化性の低下が
著しい。従つて、上記チユーブ材料として、1100℃を越
える高温操業に十分に耐え得る諸特性、とくに高
クリープ破断強度、耐酸化性および耐浸炭性等に
すぐれた新たな材料の開発が要請されている。また、チユーブ同士の接合やチユーブとベンド
との接合によりコイルを組み立てるに当たつて
は、TIG溶接法、MIG溶接法、または被覆アー
ク溶接法などが適用されるので、溶接性にもすぐ
れていることが要求される。本発明は、かかる要求を満たした新たな耐熱合
金を提供しようとするものである。〔技術的手段および作用〕本発明に係る耐熱合金は、Ｃ：0.3〜0.5％、
Si：2.0％以下、Mn：2.0％以下、Ｐ：0.03％以
下、Ｓ：0.03％以下、Cr：30.0〜40.0％、Ni：
40.0〜50.0％、Al：0.02〜0.6％、Ｎ：0.08％以下、
並びにNb：0.3〜1.8％、Ｗ：0.5〜6.0％のいずれ
か１種もしくは２種、およびTi：0.02〜0.5％、
Zr：0.02〜0.5％のいずれか１種もしくは２種、
残部実質的にFeからなる成分組成を有する（成
分組成を示す％は重量％である）。本発明合金は、1100℃を越える温度域、とくに
1150℃付近の高温度において、クリープ破断強度
が高く、かつすぐれた耐酸化性および耐浸炭性を
有する。また、溶接性も良好である。本発明合金の成分限定理由は次のとおりであ
る。Ｃ：0.3〜0.5％鋳造凝固時にマトリツクスに固溶したＣは、チ
ユーブの実使用時の加熱を受けてクロム炭化物と
して析出することにより、クリープ破断強度の向
上に寄与する。950℃を越える温度域において高
いクリープ破断強度を得るには、少なくとも0.3
％を必要とする。含有量が増すとともに、その効
果も増大するが、0.5％をこえると、Cr炭化物の
過剰の析出による脆化が大きくなるので、上限を
0.5％とする。 Si：2.0％以下 Siは合金溶製時の脱酸剤として添加される。ま
た溶鋼の流動性を高め、鋳造性を改善する効果を
有する。しかし、2.0％を越えると、クリープ破
断強度および溶接性に悪影響を与えるので、2.0
％を上限とする。 Mn：2.0％以下 Mnは溶鋼の脱酸を行うとともに不純物元素で
あるＳをMnSとして固定することにより、溶接
時の高温割れを防止する効果を有する。しかし、
2.0％を越えても、その増量の割には効果が小さ
いので、2.0％を上限とする。Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％以下不純物元素であるＰおよびＳは、いずれも溶接
時の高温割れ感受性を高めるので、それぞれ0.03
％を上限とする。 Cr：30.0〜40.0％ Crは耐酸化性および高温強度を高める効果を
有する。1100℃以上の高温域での長時間使用に対
する耐酸化性および高温強度を確保するためには
30.0％以上含有させることが必要である。含有量
増加させるに伴つて耐酸化性および高温強度の向
上をみるが、1200℃までの使用温度に対しては、
40.0％までの含有量で十分である。よつて30.0〜
40.0％とする。 Ni：40.0〜50.0％ Niはオーステナイト相を安定化させる元素で
あり、耐酸化性と高温強度を高める効果を有す
る。前記Cr量との連関でオーステナイト相を安
定化させ、かつ1100〜1200℃における安定した耐
酸化性と耐浸炭性とを確保するために、Ni含有
量は、40.0〜50.0％に規定する。 Al：0.02〜0.6％ Alは高温域において合金表面に保護皮膜を形
成し、浸炭雰囲気からのＣの侵入を防止する。こ
の耐浸炭性改善効果を得るには0.02％以上の含有
を必要とする。なお、Alのクリープ破断強度向
上に対する効果は少なく、多量に含有すると却つ
て室温における延性の低下を招く。従つて、0.6
％を上限とする。Ｎ：0.08％以下Ｎは不純物元素であり、多量に含有すると、硬
化が進み、脆化を招くので、0.08％を上限とす
る。本発明合金は、上記諸元素のほか、更にNb、
Ｗの群から選ばれる１種もしくは２種の元素、お
よびTi、Zrの群から選ばれる１種もしくは２種
の元素を含有する。 Nb：0.3〜1.8％ Nbは結晶粒界に共晶状のNbCを晶出させ、粒
界のクリープ破壊抵抗性を高める。この効果は、
0.3％から認められ、含有量の増加とともに増大
するが、1.8％をこえると、増量の割に効果は小
さい。従つて、1.8％を上限とし、好ましくは1.0
％以下とする。Ｗ：0.5〜6.0％Ｗはオーステナイト相への固溶、および粒界炭
化物（WC）の形成により、クリープ破断強度の
向上に奏効する。この効果は、含有量0.5％から
認められ、その増量に従つて効果は増大する。し
かし、含有量があまり多くなると、硬化して延性
が乏しくなり、加工性、溶接性が悪化するので、
6.0％を上限とする。より好ましくは、1.0〜5.0％
である。 Ti：0.02〜0.5％ Tiは、チユーブ等としての実使用時の再加熱
によりオーステナイト相中に生成するクロム炭化
物の成長粗大化を遅延させ、クリープ破断強度の
向上に寄与する。この効果を得るには、少なくと
も0.02％の含有量を必要とする。しかし、多量に
含有すると、析出物の粗大化、酸化物系介在物の
増量等により、強度の低下を招くので、0.5％を
上限とする。より好ましい含有量は0.1〜0.4％で
ある。 Zr：0.02〜0.5％ Zrはオーステナイト相中に固溶し、その固溶
強化によりクリープ破断強度を高める。この効果
を得るには、少なくとも0.02％を必要とする。含
有量の増加に伴つて効果も増すが、0.5％をこえ
ると、溶鋼の清浄度が低下する。また、高価な材
料添加の割には、その効果が小さい。このため、
0.5％を上限とする。より好ましくは、0.1〜0.3％
である。〔実施例〕高周波誘導溶解炉で溶製した合金溶湯を、遠心
鋳造に付し、中空鋳物（外径138mm×肉厚23.5mm
×長さ520mm）を得た。各供試鋳物の化学成分組
成を第１表に示す。各鋳物から試験片を採取し、
それぞれにつき酸化試験、浸炭試験およびクリー
プ破断試験を、下記の試験方法により行い、第２
表に示す結果を得た。〔A〕酸化試験試験片（12mmφ×50mm）を、大気中、1200
℃に100時間加熱保持する。試験後、試験片表
面のスケールを除去し、酸化による重量減少量
を測定し、腐食量（mm／year）を求める。〔B〕浸炭試験試験片（12mmφ×60mm）を、固型浸炭剤
（デグザKG30）中、温度1150℃300時間保持す
る。試験後、試験片の表面から0.25mmのピツチ
で切粉を採取し、化学分析により、表面から深
さ１mmの位置における炭素増加量を求める。〔C〕クリープ破断試験 JIS Ｚ 2272の規定による。試験温度：1150
℃、荷重：１Kgｆ／mm²。

【表】

〔発明の効果〕

本発明の耐熱合金は、1100℃をこえる高温域に
おいて、従来材であるHK40材やHK改良材を凌
ぐ材料特性を有し、1150℃付近においてもすぐれ
た耐酸化性、耐浸炭性およびグリープ破断強度を
示す。従つて、クラツキングチユーブ材として好
適であり、従来材にまさる耐久性・安定性を保証
する。むろん、その用途は、上記に限られず、リ
フオーマチユーブ材料としても好適であり、更に
はラジアントチユーブ、ハースローラ等の各種高
温用構造材料として有用である。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｃ：0.3〜0.5％、Si：2.0％以下、Mn：2.0％
以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％以下、Cr：
30.0〜40.0％、Ni：40.0〜50.0％、Al：0.02〜0.6
％、Ｎ：0.08％以下、並びにNb：0.3〜1.8％、
Ｗ：0.5〜6.0％のいずれか１種もしくは２種、お
よびTi：0.02〜0.5％、Zr：0.02〜0.5％のいずれ
か１種もしくは２種、残部実質的にFeからなる
クリープ破断強度、耐酸化性および耐浸炭性にす
ぐれた耐熱合金。