JPS645097B2

JPS645097B2 -

Info

Publication number: JPS645097B2
Application number: JP12197783A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sugitani; Teruo Yoshimoto
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1983-07-05
Filing date: 1983-07-05
Publication date: 1989-01-27
Also published as: JPS6059051A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、石油化学工業用反応管などに使用さ
れる耐浸炭性にすぐれた耐熱鋳鋼材に関する。石油化学工業におけるリフオーマチユーブ、ク
ラツキングチユーブ等の炭化水素類の熱分解・改
質反応管として、従来よりNiやCrを含む耐熱鋳
鋼、代表的にはASTM HK40材（JIS SCH22相
当）やHP材（SCH24相当）などからなる鋼管が
使用され、またHP材にNb、Ｗ、Moなどが添加
された改良材なども実用に供されている。近時、
操業条件の苛酷化に伴い、高温クリープ破断強
度、耐熱衝撃性などの機械的性質と併せて耐浸炭
性のすぐれた耐熱鋳鋼材の開発が要請され、これ
に対して本発明者等は既出願においていくつかの
耐熱鋳鋼を提供した（例えば、特開昭56−3602〜
3605号、特願昭57−149420号等）。本発明者等は、耐浸炭性を更に強化するため
に、化学成分組成と併せて、表面処理の効果に関
して研究を重ねた結果、Nb、Ｗ、Mo、Ti、Al、
Ｂ等を含むCr―Ni系鋼をベース材とし、これに
アルミニウム拡散浸透処理を施すことにより、高
温度、とくに1000℃をこえる温度域における耐浸
炭性を飛躍的に高めることに成功した。本発明の耐熱鋳鋼材は、C0.3〜0.6％、Si2.0％
以下、Mn2.0％以下、Cr20.0〜30.0％、Ni30.0〜
40.0％、Nb0.3〜1.5％、W0.5〜3.0％、Mo0.2〜
0.8％、Ti0.04〜0.5％、Al0.02〜0.5％、B0.0002
〜0.004％、N0.04〜0.15％、残部実質的にFeから
なる化学成分構成を有し、かつ表層にアルミニウ
ム拡散浸透処理により形成されるアルミニウム浸
透層を有するものである。本発明耐熱鋳鋼材は、表層にアルミニウム浸透
層を有するとともに、高温用途での使用時に、ベ
ース材に合金成分として含まれているAlが表面
へ拡散偏析することにより形成されるAlリツチ
層、およびアルミ浸透層とAlリツチ層との間の
融合層とからなる積層構造を呈し、これらの各層
が浸炭防止層として強力な耐浸炭性を発揮する。本発明の成分限定理由は次のとおりである。Ｃ：0.3〜0.6％Ｃは鋳鋼の鋳造性を改善するとともに、Nb等
と結合し一次炭化物を形成してクリープ破断強度
を高める。このために少くとも0.3％を必要とす
るが、あまり多くなると、二次炭化物の過剰析出
により靭性が低下し、溶接性も悪化するので、
0.6％を上限とする。 Si：2.0％以下 Siは溶湯の脱酸、鋳造性確保に必要であり、ま
た耐浸炭性改善効果をも有するが、多量に含有す
ると溶接性を損うので、2.0％以下とする。 Mn：2.0％以下 Mnは溶湯の脱酸・脱硫作用を果す元素である
が、あまり多くなると、耐酸化性が低下するの
で、2.0％以下とする。 Cr：20.0〜30.0％ CrはNiと共存して鋳鋼組織をオーステナイト
組織となし、高温強度、耐酸化性を高める。とく
に1000℃以上の高温域での強度、耐酸化性を確保
するためには少くとも20.0％を必要とするが、あ
まり多くなると、靭性の低下をみるので、30.0％
を上限とする。 Ni：30.0〜40.0％ NiはCrとの共存下にオーステナイト組織を形
成・安定化させ、高温域での強度、耐酸化性を高
める。1000℃以上の温度域におけるこれらの特性
を確保するために、少くとも30.0％を必要とする
が、40.0％をこえると効果はほゞ飽和し、それ以
上の添加は不経済であるので、40.0％を上限とす
る。 Nb：0.3〜1.5％ Nbはクリープ破断強度、耐浸炭性を高める。
0.3％未満ではその効果が不足するが、多量の添
加はクリープ破断強度の低下を招くので、1.5％
を上限とする。なお、Nbは通常これと同効元素
であるTaを随伴するので、その場合はTaとの合
計の含有量が0.3〜1.5％であればよい。Ｗ：0.5〜3.0％Ｗは前記Nbとの組合せにより高温強度を高め
る。0.5％に満たないと、その効果が不足する。
しかし、多量に含むと耐酸化性が悪くなるので、
3.0％以下とする。 Mo：0.2〜0.8％ MoはNb、Ｗと共存して高温強度を高める。そ
の効果を確保するために、少くとも0.2％を要す
るが、あまり多いと耐酸化性が低下するので、
0.8％を上限とする。本発明におけるベース材は、上記諸元素ととも
に、Ｎ、Ti、AlおよびＢを含有する。TiはＣ、
Ｎと結合して炭化物、窒化物、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
析出させ、結晶粒界の強化、耐粒界割れ性を高め
ることにより、高温クリープ破断強度、高温熱衝
撃特性、長時間クリープ破断強度の顕著な向上を
もたらす。また、Tiは一Alとの相乗効果として
耐浸炭性を著しく改善する。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、強化する一方、Ti等の窒化物、炭窒化物の
形成に関与する。これらの化合物はAl、Ｂとの
共存下に微細に分散析出し、結晶粒の微細化、粒
成長阻止によりクリープ破断強度や耐熱衝撃性を
高める。この効果を得るために少くとも0.04％を
必要とする。しかし、あまり多くなると、上記化
合物の過剰析出、粗大化が生じ、却つて耐熱衝撃
性等が悪くなるので、0.15％を上限とする。 Ti：0.04〜0.5％ Tiは窒化物等を形成して高温強度、耐熱衝撃
性等を高め、かつAlとの共存下に耐浸炭性を強
化する。このために0.04％以上を必要とするが、
多量の添加は析出物の粗大化、酸化物系介在物量
の増加を伴い、かえつて強度低下をみるので、
0.5％を上限とし、とくに強度を重視する場合に
は、0.15％以下とするのがよい。 Al：0.02〜0.5％ Alはクリープ破断強度の改善のほか、Tiと共
存して耐浸炭性の向上に著効を有する。その含有
量は少くとも0.02％を要する。含有量の増加に伴
つて効果も増大する。しかし、多量に含有すると
かえつて高温強度の低下をまねくので、強度面を
重視する場合には、0.07％を上限とするのがよ
い。Tiとの共存による耐浸炭性改善効果を十分
なものとするには、0.07％以上の含有が望まし
く、含有量の増加とともに更に耐浸炭性の向上を
みる。たゞし、0.5％をこえると極端な強度低下
を生じるので、0.5％を上限とする。Ｂ：0.0002〜0.004％Ｂは結晶粒界を強化し、かつTi化合物等の微
細析出をうながすとともに、析出後の凝集粗大化
遅延効果によつてクリープ破断強度を高める。こ
の効果を得るために0.0002％以上を必要とする
が、0.004％をこえると、強度向上が緩慢となる
ばかりでなく、溶接性の悪化をみるので、0.004
％を上限とする。 P.Sその他の不純物は通常の溶製技術上の不可
避的混入を許容する。例えば、Ｐは0.03％以下、
Ｓは0.03％以下混在してさしつかえない。本発明の耐熱鋳鋼材は、上記成分構成を有する
鋼の鋳造材等、あるいはこれに適宜塑性加工、機
械加工等が加えられた所要形状の物品、例えば管
体にアルミニウム拡散浸透処理を施して所要の表
面、例えば管体の場合には、内面または外面、あ
るいは内・外両面の表層にアルミ浸透層を形成す
ることにより得られる。そのアルミニウム拡散浸
透処理は、カロライジング法などと称せられる公
知の方法により、例えばアルミニウム粉末、フエ
ロアルミニウム粉末、Fe―AL合金粉末などを主
成分とし、これに反応促進剤として塩化アンモニ
ウムなどを適量添加してなる浸透剤を被処理物品
とともに、密閉式あるいは中性もしくは還元性雰
囲気回転ドラム内に装入し、適温（例えば、850
〜1000℃）に適当時間加熱保持することにより達
成することができる。このアルミ浸透層（約25〜
30％のAlを含むFe―Al系合金からなる）の層厚
は例えば0.1〜0.5mm（100〜500μ）程度である。本発明耐熱鋳鋼材は、実機使用時において、ベ
ース材の含有Alの表面への拡散濃化により、表
面近傍に層厚数十ないし約300μのAlリツチ層が
形成され、かつこのAlリツチ層と前記アルミ浸
透層との間に両層の融合層が形成される。これら
各層はいずれも浸炭防止層として機能する。むろ
ん、実機使用に先立つて、Alリツチ層を形成す
るための加熱処理（例えば、約800〜1100℃での
加熱保持）を施しておいてもよい。これら各層間
の密着性は非常に良好である。本発明の耐熱鋳鋼材は、上記のようにアルミ浸
透層、アルミ浸透層とAlリツチ層の融合層およ
びAlリツチ層を経てベース材基地部分へと続く
多層構造を有し、これら各層の浸炭防止能によつ
て強力な耐浸炭性を発揮する。このアルミ浸透層
は高温酸化に対して大きな抵抗性をも示す。ま
た、本発明耐熱鋳鋼材は前記ベース材の化学成分
構成により、高温用途、ことに1000℃をこえる使
用環境によく耐え得る機械的諸性質を具備する。実施例高周波溶解炉（大気中）で溶製した鋳鋼の遠心
鋳造管（外径136mm×肉厚20mm×長さ500mm）から
浸炭試験片（直径12mm×長さ60mm）を調製し、こ
れにアルミニウム拡散浸透処理を施した。これを
浸炭試験に付したのち、試片表面から深さ１mmま
での層および１〜２mmの層の各層から切粉を採取
し、Ｃ量分析により増加Ｃ量を求めて耐浸炭性を
評価した。また、比較のために、鋳造管から採取
されたまゝの試験片につき、同じ浸炭試験を行つ
た。第１表に試験片（ベース材）の化学成分組
成、第２表に浸炭試験結果を示す。第１表中、ベ
ース材ａは、Nb、Ｗ、Moを含む公知のHP改良
材相当、ｂ〜ｄは本発明の成分構成の規定を満す
ものである。アルミニウム拡散浸透処理条件、お
よび浸炭試験条件は次のとおりである。〔１〕アルミニウム拡散浸透処理 Fe―Al粉末にアルミナ（Al₂O₃）粉末を加
え、この混合粉末に少量（約0.5％）のNH₄Cl
を添加する。この粉末と試片を容器内に入れ、
Arガス送給下に約1000℃の温度で約10時間加
熱する。〔２〕浸炭試験試片を固体浸炭剤（デグザKG30、BaCO₃含
有）中、温度1100℃で300時間保持。第２表に示すように、本発明材はＣ量増加が
ごくわずかであり、浸炭に対し強い抵抗性を有
する。各供試材の浸炭試験後のＸ線マイクロア
ナライザーによる解析により、本発明例（試番
101〜103）ではアルミ浸透層と、浸炭試験過程
で生成したAlリツチ層および両層間の融合層
からなる明瞭な多層構造が認められる。一方、
アルミ拡散浸透処理をうけていない比較例のう
ち、試番２〜４はAlリツチ層を有する点で、
試番１（公知のHP改良材相当。Alリツチ層な
し）に比し、耐浸炭性の改善が認められるも
のゝ、アルミ浸透層を欠くために、本発明材の
強力な耐浸炭性に及ばない。

【表】

【表】以上のように、本発明耐熱鋳鋼材は、HP材や
その改良材、その他の従来材に比しすぐれた耐浸
炭性を有するので、石油化学工業におけるエチレ
ンクラツキングチユーブなど、あるいは鉄鋼関連
設備におけるハースロールやラジアントチユーブ
等、1000℃をこえる高温域で、かつ浸炭雰囲気で
使用される各種設備部材として好適である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ C0.3〜0.6％、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、
Cr20.0〜30.0％、Ni30.0〜40.0％、Nb0.3〜1.5％、
W0.5〜3.0％、Mo0.2〜0.8％、Ti0.04〜0.5％、
Al0.02〜0.5％、B0.0002〜0.004％、N0.04〜0.15
％、残部実質的にFeからなり、かつ表層にアル
ミニウム浸透層を有する耐浸炭性にすぐれた耐熱
鋳鋼材。