JPS6377736A - 耐浸炭性に優れた密着二重管 - 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〉 この発明は、例えば化学プラント類等に見られる如き、
高温でしかも浸炭雰囲気に曝されるような装置部材等と
して好適な耐浸炭性に優れた密着二重管に関するもので
ある。

〈背景技術〉 一般に、高温の腐食性雰囲気での操業が余儀無くされが
ちな化学プラント等においてはオーステナイト系耐熱鋼
から成る鋼管類が多用されているが、最近、このような
オーステナイト系耐熱鋼製の鋼管設備にチューブ内面か
らの浸炭による損傷事例の報告が目立つようになってき
た。特に、収率向上の観点から高温化指向が強くなって
きているエチレンプラントのクラソキングチブ、−ブ等
では浸炭現象がこれまで以上に大きな問題となり、耐浸
炭性に優れる耐熱・耐食性材料に対する要求が一段と強
くなっている。

ところで、以前から「鋼管の耐浸炭性が鋼中のＳｉ量を
高めることで改善される」との事実が知られている。

そこで、このような事実を踏まえ、強度部材の鋳造法と
しても信頼性が確立されているところの“遠心鋳造”に
よって製造された高Ｓｉ鋼鋳造管が上記高温の浸炭雰囲
気中で使用されるようになり、比較的良好な結果が収め
られていた。ところが、遠心鋳造と言う鋳造手段には細
径管、薄肉管或いは長尺管の製造が殆ど不可能であると
の基本的な問題があり、遠心鋳造によって製造される鋼
管の用途は非常に狭い範囲に限られざるを得なかったの
である。

これに対して、鍛造手段を適用して製管を行えば上述の
ような製造寸法上の制約は解決されるが、耐浸炭性が改
善された鋼管を実現すべく素材鋼中のＳｉ含有量を高め
ていくと、それに伴って鋼の鍛造性が著しく劣化し、鍛
造によっては所望の鋼管を製造することが不可能になる
との問題を避けることができなかった。

〈問題点を解決するための手段〉 このようなことから、本発明者等は、鋼の高Ｓｔ化に伴
う鍛造性劣化の問題にとられれることなく任意寸法の鋼
管を自在に製造することが可能と見られる“粉末冶金法
”にて高Ｓｉ鋼管の製造を試み、種々の観点からの検潤
を行ったところ、「粉末冶金法で得られる鋼管では、エ
チレンプラントにおけるクラッキングチューブのような
高温装置の強度部材と１−で適用する場合にクリープ破
断強度等の信頼性と魯う点で今一つ問題がある１との結
論を出さざるを得なかった。

本発明者等は、上述のような観点から、優れた耐浸炭性
や耐食性を備えると共に高温装置の強度部材としても十
分に満足でき、しかも各種寸法の製品が１−業的に何ら
問題な（実現される鋼管を掃供ずべく更に研究を続けた
結果、 ［コストの点で］二業的に許容される成分組成範囲内の
鋼ψ体から十分な耐浸炭性、耐食性、高温強度並びｔこ
製造寸法の自在性を備えた鋼管を得ることは非現実的で
あるが、Ｓｉ量が比較的低くて加工性（鍛造性）の良好
な通常の旧−ｃｒ系耐熱鋼製孔あきビレットの内面に高
いＳｉ量で耐浸炭性に優れた特定成分組成の耐熱鋼粉を
充填した複合ビレットを用い、これに熱間押出しや製管
圧延等を施して熱間製管すると、浸炭性雰囲気に曝され
る危険の少ない外面側が十分な高温強度を備えた耐熱鋼
層から成り、かつその内面に特に耐浸炭性の優れた緻密
な高Ｓｉ耐熱鋼内層を有すると共に、内外両層が十分強
固に密着している任意寸法の二重管が安定して得られる
上、この二重管は優れた内面の耐浸炭性・耐食性並びに
全体として十分に満足できる高温強度とを兼備し、高温
化学設備部材等に適用した場合に優れた性能を発揮し得
るものである。Ｊ との知見を得るに〒ったのである。

この発明は、上記知見に法づいて成されたものであり、 耐熱鋼管を、Ｓｉ含有量が１．５％未満（以下、成分割
合を表わす％は重量％とする）のＮｉ−Ｃｒ系耐熱鋼孔
あきビレット内面に、 Ｃ：０．８０％以下、　Ｓｉ　：　１．５〜６．５％、
Ｍｎ：１０％以下、　Ｃｒ：１５〜４５％、Ｎｉ　：　
２０〜６０％、 を含有し、必要により更に Ｍｏ＝３％以下、　Ｗ：６％以下、 Ｎｂ：３％以下、　Ｔｉ　：　１．５％以下のうちの１
種以上をも含み、残部がＦｅ及び不可避不純物である成
分組成の銅粉を充填した複層ビレットを熱間製管した密
着二重管構成とすることにより、優れた耐浸炭性、耐食
性、高温強度等を兼備せしめた点、 に特徴を有するものである。

なお、前記孔あきビレットの材質をＳｉ含有量が１．５
％未満のＮｉ−Ｃｒ耐熱鋼に限定したのは、該耐熱鋼の
Ｓｉ含有量が１．５％以にになると加工性（鍛造性）が
劣化するばかりか、組織安定性にも劣るようになって耐
熱鋼として所望の特性を維持できなくなる恐れがあるか
らである９そして、線孔あきビレットには通常のＮ１−
Ｃｒ系耐熱鋼のいずれもが適用可能であるが、その好適
成分組成範囲鋼としてＣ：　０．０５〜０．３０％、Ｓ
ｉ　：　１．５％未満、ｈｎ：３％以下、Ｃｒ　：　１
５〜３０％、Ｎｉ：２０〜５０％を含有し、必要にまり
史！Ｎｏ　：　０．５〜３％、Ｗ：７〜６％、Ｎｂ：０
．］〜３％、Ｔｉ　：　０．０５〜１．５％、ＡＡ：０
．１〜１％：　Ｂ　：　０．００１〜０．０２％、Ｚｒ
　：　０．００５〜０．１％及びＭｇ　：　０．００１
〜０．０２％の１種以上をも含み、残部がＦｅ及び不可
避不純物から成るＮｉ−Ｃｒ系耐熱鋼を１１１奨するこ
とができる。

また、前記鋼粉の成分割合を子連の如くに数値限定した
理由は次の通りである。即ち、（ａｌ　　　に の発明の二重管内層材のよ・うに耐食部材として使用さ
れる鋼においては、Ｃは耐食性確保上必要なオーステナ
イト組織を安定化するので有害な元素とは言えないが、
０．８０％を越えて過剰に含有させると粉末冶金法で緻
密化した鋼であっても耐熱衝撃性が劣化することから、
Ｃ含有量は０．８０％以下と限定した。

（ｂｌ　　　５ｉ Ｓｉ成分は鋼の耐浸炭性改善に極めて有効な元素であり
、添加量増加に伴いその耐浸炭性改善程度も増大するが
、Ｓｉ含有量が１．５％未満の場合には加工性（鍛造性
）や組織安定性に格別な問題がないので二重管内層材と
して適用する価値に乏しくなるト、管内面に外層材以上
の耐浸炭性改善効果を付与することができない。一方、
６．５％を越えてＳｉを含有させると他の成分による調
整を行ったとしても十分な組織安定性を確保できなくな
ることから、Ｓｉ含有量は１．５〜６．５％と定めた。

（ｃｌ　　Ｍｎ ＭｎばＣやＮｉと同様、オーステナイｔ−絹ｍ安定化に
有効な元素であり、特に高価なＮ：の代替成分としても
使用できるものであるが、１０％を越えて含有させると
鋼の組織安定性に悪影響が現われ、好ましくないことか
ら、Ｍｎ含有量は１０％以下と定めた。

ｆｄｌ　　Ｃｒ Ｃｒは而（酸化性や耐浸炭性改善に有効な元素であり、
特にエチレンプラントのクランキングチューブのように
８００℃程度以上の高温下で使用する場合にはその含有
量が１５％以上でないと上記所望の効果を得ることがで
きない。一方、Ｃｒ含有量が４５％を越えると組織安定
性を確保できなくなることから、Ｃｒ含有量は１５〜４
５％と定めた。

（ｅｌ　　Ｎｉ Ｎｉは安定なす一ステナイ１−組織を得るために欠かせ
ない成分であり、その含有量範囲ばＣｒ、　Ｓｉ、Ｍｎ
、　Ｍｏ、、Ｗ、　Ｎｂ、　Ｔｉ等の添加量により定ま
ってくるが、この発明に係る銅粉の成分系ではＮｉ含有
呈が２０％未満の場合には十分な組織安定効県が確保で
きず、一方、６０％を越えて含有させζもより以上の効
果が得られずにコスト高を招くことがら、Ｎｉ含有量は
２０〜６０％と定めた。

（ｆ）　　Ｍｏ、、Ｗ、　ＮｂＸＴｉ これらの成分には何れも鋼の耐浸炭性を改善する作用が
あるので、−二重管の耐浸炭性をより以にに向Ｉ−７さ
せる必要がある場合にＩ種又は２種以上含有せしめられ
るものであるが、１ｏ含有量が３％を、Ｗ含有量が６％
を、Ｎｂ含有量が３％を、そしてＴｉ含有量が１．５％
をそれぞれ越えても耐浸炭性改善効果は飽和してしまい
、コスト高を招くことから、Ｍｏ含有量は３％以下、Ｗ
含有量は６％以下、Ｎｂ含有量は３％以下、そしてＴｉ
含有量は１．５％以下とそれぞれ限定した。

そして、複層ビレットからの二重管の製管には、通常知
られている熱間押出しや製管圧延等の熱間製管手段の何
れを採用しても良く、これによって十分に満足できる耐
浸炭性及び耐食性を備えた内層を有し、しかも内外層の
密着性に優れた高温装置用二重管が実現されるが、作業
性等の点からは熱間押出しによるのが良好である。

第１図は、この発明に係る密着７重管の製造例を示す工
程図である。

即ち、密着二重管の製造に当たっては、例えば第１図に
示されるように、まず鍛造材から機械加工等により孔あ
きビレットが作成される七、第２図に示す如く線孔あき
ビレソ１〜１は軟鋼カプセル２に挿入され、ビレット内
面側に鋼粉３が充填されて複層ビレットとされる。

次に、ごの複層ビレットば真空脱気処理の後加熱・熱間
製管（熱間押出し）され、密着］−二重管される。なお
、熱間製管（熱間押出し）後には固溶化熱処理が施され
るが、管寸法によっては熱間製管（熱間押出し）の後、
軟化処理工程、冷間加工工程を経て固溶化熱処理を施す
場合もある。

続いて、この発明を実施例により比較例と対比しながら
具体的に説明する。

〈実施例〉 まず、第１表に示すような成分組成の、二重管の外層（
強度部材）となる鍛造材と内層（耐食性部材）となる銅
粉とを準備した。この鍛造材ば１０トンＡＯＤ炉で溶製
した鋼を分塊圧延したものであり、銅粉は油アトマイズ
法又はガスアトマイズ法にて製造したものである。

次いで、上記鍛造材を機械加工して孔あきビレットとし
た後、これを厚さがｌ　ａｍの第２図に示したような軟
鋼カプセルに挿入し、その内面部に鋼粉を充填した。な
お、鋼粉の充填には第３図に示すような振動充填機４を
用いたが、充填密度は６０−７　（１％であった。また
、第３図において、符号５は冒降金ｌを、〔ｉばしょう
ごを、７は粉末容器をそれぞれ表わす。

次に１、二のようにして製作された第２表で示す如き寸
法の複層ビレットを真空脱気し７、同じく第２表に示す
温度Ｇご加熱後熱間押出しして密着−７１重管を得た。

また、一部の試験Ｈについては、軟化処理を施ｔ７てか
ら更に冷間抽伸を行った。そして、得られゾこ二重管に
は何れも１２５０℃での固溶化熱処理が施された。

続いて、これら−二−重管製品について、内層と外層と
の密着性、管の強度、並びに耐浸炭性を調査したか、そ
の結果を第２表に併せて示した。

なお、内層と外層との密着性の評価は室温での剪断強度
試験、接合部の組織観察、及び捩り試験によったが、第
２表に示される結果からも明らかなように本発明に係る
何れの二重管も優れた剪断強度を有しており、密着性の
良好なことが分かる。

また、本発明に係るニニ重管の′°接合部組織”及び“
捩り試験後の試験Ｊ・１外観”の代表例を第４図及び第
５１図にそれぞれ示したが、これらの図面からも本発明
に係る一′重管内り（層の優れた密着ｆ１を確認するこ
とができる。

また、二重管の強度６、二ついて１１室温及び＋０５０
’（：での引張強さ、並びに１０５０　℃にて１．０ｋ
Ｒ／開２でのクリープ破断時間で評価したが、本発明に
係る何れの二重管製品においても引張強さ及びクリープ
強度は外層材の強度レヘルより改善されており、耐食部
材としての内層材は強度の余裕代となっていることが分
かる。

更に、耐浸炭性は１１００°ＣＸ３００ｈｒ固体浸炭試
験による内層のＣ増加量Ｑこまって評価したが、やはり
本発明に係る何れの二重管製品も浸炭試験によるＣ増加
量は外層材のみの場合に比較し７て極めて少なく、十分
に満足できる耐浸炭＋＋＋を有し−（いることが６育Ｓ
忍できる。

以−１−１に説明した如く、本発明によると優れた耐浸
炭性及び機械的性質を兼侃した密着二車管を実現できる
上、高Ｓｉの内層材は粉末冶金合金であることから細粒
とな−っているので、該−重管を細径管、薄肉管、長尺
管或いは異形管として製造することも極めて容易である
など、本発明に係る二車管は化学Ｔ業用耐熱鋼管として
極めて優れた特性を有していて産業トの有用性（Ｊ非常
に大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る一′７重管の製造例をポず工程
図、 第２図は、本発明に係る二重管横断面（Ａたる複層ビレ
ットの１例を示す概略模式図、 第３図は、複層ビレットを製作する際に使用される粉末
の振動充填法の１例を示す概略模式図、第４図は、本発
明に係る二重管の内外層の組織例であり、第４図ｔａｒ
は二重管横断面のマクロ組織写真図で、第４図（ｂ）は
該二重管内外層界面４＝Ｉ近の顕微鏡組織写真図、 第５図は、本発明に係る二重管から切り出した試験片の
捩り試験後の外観を示す概略模式図である。 図面において、 １・・・孔あきビレット、　２・・・軟鋼カプセル、３
・・・鋼粉、　　　　　　　４・・・振動充填機、５・
・・昇降金具、　　　　　６・・・じょうご、７・・・
粉末容器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ含有量が１．５重量％未満のＮｉ−Ｃｒ系耐
   熱鋼孔あきビレット内面に、重量割合で Ｃ：０．８０％以下、Ｓｉ：１．５〜６．５％、Ｍｎ：
   １０％以下、Ｃｒ：１５〜４５％、 Ｎｉ：２０〜６０％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である成分組
   成の鋼粉を充填した複層ビレットを熱間製管して成る、
   耐浸炭性に優れた密着二重管。
2. （２）Ｓｉ含有量が１．５重量％未満のＮｉ−Ｃｒ系耐
   熱鋼孔あきビレット内面に、重量割合で Ｃ：０．８０％以下、Ｓｉ：１．５〜６．５％、Ｍｎ：
   １０％以下、Ｃｒ：１５〜４５％、 Ｎｉ：２０〜６０％、 を含有すると共に、 Ｍｏ：３％以下、Ｗ：６％以下、 Ｎｂ：３％以下、Ｔｉ：１．５％以下 のうちの１種以上をも含み、残部がＦｅ及び不可避不純
   物である成分組成の鋼粉を充填した複層ビレットを熱間
   製管して成る、耐浸炭性に優れた密着二重管。