KR20200070152A - 내열합금 및 반응관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 내산화성이 뛰어나고, 인장 연성 등의 기계적 특성, 용접성이 뛰어난 내열합금 및 반응관을 제공한다. 본 발명의 내열합금은, 질량%로, C：0.35%~0.7%, Si：0%를 초과하고 1.5% 이하, Mn：0%를 초과하고 2.0% 이하, Cr：22.0%~40.0%, Ni：25.0%~48.3%, Al：1.5%~4.5%, Ti：0.01%~0.6%, 및, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti, Ya=-13.75×Al＋63.75로 했을 때에, Pa＜Ya이다.

Description

내열합금 및 반응관
본 발명은, 탄화수소 가스를 생성하는 반응관 등에 이용되는 내열합금에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 표면에 Al 산화물층을 적합하게 형성할 수 있는 내열합금에 관한 것이다.
에틸렌이나 프로필렌 등의 올레핀계, 스티렌 모노머 등의 스티렌계의 탄화수소는, 열분해 장치에 있어서, 외부로부터 가열된 반응관에 탄화수소계 원료 가스와 수증기 유체를 유통시켜, 원료 유체를 반응 온도역까지 가열하여 열분해함으로써 생성된다.
반응관은, 고온 분위기에 노출되고, 또한, 유통하는 원료 가스 등에 의한 산화, 침탄, 질화 등의 영향을 받기 쉽기 때문에, 이들에 대한 뛰어난 내성이 요구되고 있다. 이 때문에, 반응관에는, 고온 강도가 뛰어난 오스테나이트계의 내열합금이 이용되고 있다.
오스테나이트계 내열합금은, 고온 분위기에서의 사용 중에 표면에 금속 산화물층이 형성되고, 이 산화물층이 배리어가 되어, 고온 분위기 하에서 모재를 보호한다. 한편, 이들 금속 산화물로서 모재 중의 Cr이 산화되고, Cr 산화물(주로 Cr2O3으로 이루어진다)이 형성되어 버리면, Cr 산화물은 치밀성이 낮기 때문에, 산소나 탄소의 침입 방지 기능이 충분하지 않고, 고온 분위기 하에서 내부 산화를 일으켜, 산화물층이 비대화해 버리는 경우가 있다. 또한, Cr 산화물은, 가열과 냉각의 반복 사이클에 있어서 박리하기 쉽고, 박리에 도달하지 않는 경우여도, 외부 분위기로부터의 산소나 탄소의 침입 방지 기능이 충분하지 않기 때문에, 산화물층을 통과하여 모재에 내부 산화나 침탄을 발생시키는 불편함이 있다.
이것에 대해, 일반적인 오스테나이트계 내열합금보다 Al의 함유량을 늘림으로써, 치밀성이 높고, 산소나 탄소를 투과하기 어려운 알루미나(Al2O3)를 주체로 하는 산화물층을 모재의 표면에 형성하는 것이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2 참조).
일본국 특허공개 소51-78612호 공보 일본국 특허공개 소57-39159호 공보
그러나, 반응관 중의 Al 함유량이 많아지면 재료의 연성이 열화하여 고온 강도의 저하를 초래한다. 또한, 반응관은, 복수의 관본체를 용접함으로써 전장(全長)을 길게 취하는 경우가 있는데, Al의 함유량이 많아지면, 관본체끼리의 용접성이 저하하여, 용접 균열이 발생해 버리기도 한다.
본 발명의 목적은, 내산화성이 뛰어나고, 인장 연성 등의 기계적 특성, 용접성이 뛰어난 내열합금 및 반응관을 제공하는 것이다.
본 발명의 내열합금은,
질량%로,
C：0.35%~0.7%,
Si：0%를 초과하고 1.5% 이하,
Mn：0%를 초과하고 2.0% 이하,
Cr：22.0%~40.0%,
Ni：25.0%~48.3%,
Al：1.5%~4.5%,
Ti：0.01%~0.6%, 및,
잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti,
Ya=-13.75×Al＋63.75
로 했을 때에,
Pa＜Ya
이다.
본 발명의 내열합금은, 또한,
질량%로,
희토류 원소(REM)：0.01%~0.2%를 함유하고,
상기 Pa는,
Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti＋18.0×REM
이다.
본 발명의 내열합금은, 또한,
질량%로,
Nb：0.01%~2.0%를 함유하고,
상기 Pa는,
상기 희토류 원소(REM)를 함유하지 않는 경우,
Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti-16.6×Nb,
상기 희토류 원소(REM)를 함유하는 경우,
Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti＋18.0×REM-16.6×Nb이다.
본 발명의 내열합금은, 또한,
질량%로,
W：0%를 초과하고 1.0% 이하, 및, Mo：0%를 초과하고 0.5% 이하의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유한다.
본 발명의 내열합금은,
표면에 Al 산화물층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 내열합금은,
원심력 주조체로 할 수 있다.
본 발명의 내열합금은,
500℃~1150℃의 고온 분위기에서의 사용이 적합하다.
본 발명의 반응관은,
상기 구성의 내열합금으로 이루어지는 관본체를 갖는다.
또한, 본 발명의 반응관은,
상기 관본체끼리 용접에 의해 접속하여 이루어진다.
본 발명과 관련되는 내열합금은, Al을 함유함으로써, Cr보다 Al이 우선하여 Al 산화물을 형성하여, Cr 산화물의 형성을 억제할 수 있다. 따라서, Cr 산화물의 박리 등의 문제를 억제할 수 있다. 또한, Al의 첨가량은 1.5%~4.5%로 낮기 때문에, 기계적 성질의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 내열합금은, Al의 첨가량이 낮기 때문에, 용접성이 뛰어나므로, 내열합금끼리 용접하는 경우여도 용접 균열 등의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 내열합금에 의해 제작되는 관본체는, 내산화성이 뛰어나고, 또한, 용접성에도 뛰어나므로, 관본체끼리 용접하여 제작되는 반응관은, 500℃~1100℃의 고온 환경 하에 있어서의 올레핀계, 스티렌계의 탄화수소 제조용의 반응관으로서 지극히 적합하다.
도 1은, Pa값을 세로축, Al의 함유량을 가로축으로 하고, 용접성에 의거하여 공시편(供試片)을 회귀 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 비드 균열 시험의 판정에 이용되는 균열, 점상(点狀) 결함의 판단 기준을 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 특별히 명기하지 않는 한, 「%」는 질량%를 의미한다.
본 발명의 내열합금은, 관형으로 형성되어 관본체를 구성하고, 관본체끼리 용접하여 반응관으로서 사용할 수 있다. 반응관은, 내부를 탄화수소 가스 원료 등이 유통하고, 외부로부터 가열되며, 에틸렌 등의 올레핀계, 스티렌계 등의 탄화수소의 제조에 이용할 수 있다.
내열합금은,
질량%로,
C：0.35%~0.7%,
Si：0%를 초과하고 1.5% 이하,
Mn：0%를 초과하고 2.0% 이하,
Cr：22.0%~40.0%,
Ni：25.0%~48.3%,
Al：1.5%~4.5%,
Ti：0.01%~0.6%, 및,
잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti,
Ya=-13.75×Al＋63.75
로 했을 때에,
Pa＜Ya
이다.
이하, 성분 한정 이유에 대해 설명한다.
C：0.35%~0.7%
C는, 주조성을 양호하게 하고, 고온 크리프 파단 강도를 높이는 작용이 있다. 또한, Ti, Nb, Cr 등과 결합하여 탄화물을 형성하고, 고온 강도를 높이는 효과가 있다. 이 때문에, 적어도 0.35%를 함유시킨다. 그러나, 함유량이 너무 많아지면, Cr7C3의 1차 탄화물이 폭넓게 형성되기 쉬워져, 반응관의 내표면으로의 Al의 전이가 저해되고, Al의 공급 부족이 발생하여, Al2O3과 같은 Al 산화물의 형성이 억제된다. 또한, 2차 탄화물이 과잉되게 석출되기 때문에, 연성, 인성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 상한은 0.7%로 한다. 또한, C의 함유량은 0.35%~0.5%가 보다 바람직하다.
Si：0%를 초과하고 1.5% 이하
Si는, 용탕 합금의 탈산제로서, 또한 용탕 합금의 유동성을 높이고, 내산화성을 향상시키기 위해서 함유시킨다. 그러나, 과도한 Si의 첨가는, 연성의 저하, 고온 크리프 파단 강도의 저하, 주조 후의 표면 품질의 악화, 용접성의 저하를 초래한다. 이 때문에, Si의 함유량은, 상한을 1.5%로 한다. 또한, Si의 함유량은 1.0% 이하가 보다 바람직하다.
Mn：0%를 초과하고 2.0% 이하
Mn은, 용탕 합금의 탈산제가 되고, 또한, 용탕 중의 S을 고정시켜, 용접성을 향상시킴과 더불어, 연성을 향상시키기 위해서 함유시킨다. 그러나, 과도한 Mn의 첨가는, 고온 크리프 파단 강도의 저하를 초래하고, 내산화성을 저하시키기 때문에, 상한을 2.0%로 한다. 또한, Mn의 함유량은 1.0% 이하가 보다 바람직하다.
Cr：22.0%~40.0%
Cr은, 고온 강도 및 반복 내산화성의 향상에 기여한다. 또한, Cr은, Ni, Fe과 함께 1000℃를 넘는 고온역에서 뛰어난 내열성을 발휘함과 더불어, C, N와 1차 탄화물을 생성하여, 고온 크리프 파단 강도를 향상시킨다. 그리고, Al과 함께 산화물층을 형성하여, 내산화성, 내식성이 뛰어난 특성을 내열합금에 갖게 한다. 따라서, 적어도 22.0% 이상 함유시킨다. 한편, Cr 탄화물이나 Cr 질화물의 과잉된 생성은 연성 저하를 초래하기 때문에, 함유량의 상한은 40.0%로 한다. 또한, Cr의 함유량은 22.0%~36.0%가 보다 바람직하다.
Ni：25.0%~48.3%
Ni은, 반복 내산화성 및 금속 조직의 안정성의 확보, 고온 크리프 강도의 확보, 및, 내열합금의 오스테나이트화의 안정화에 필요한 원소이다. 또한, Cr과 함께, 고온 강도, 내산화성의 향상에 기여한다. 또한, Ni의 함유량이 적으면, Fe의 함유량이 상대적으로 많아져, Al 산화물의 생성을 저해한다. 이 때문에, 적어도 25.0% 이상 함유시킨다. 한편, 과도하게 Ni을 첨가해도, 그 효과는 포화하며, 또한, 경제적으로도 불리하기 때문에, 그 상한을 52.0%로 한다. 또한, Ni의 함유량은 29.0%~50.0%가 보다 바람직하다. Ni의 함유량의 상한은 48.3%가 적합하고, 46.0%가 더욱 바람직하다.
Al：1.5%~4.5%
Al은, 내열합금에 Al 산화물을 형성하기 위해서 필요 불가결한 원소이다. Al 산화물의 형성에 의해, Cr 산화물과 함께, 내열합금의 내침탄성, 내코킹성을 향상시킨다. 또한, Al은 Ni과 함께 γ'상을 형성하여, 내열합금의 오스테나이트상을 강화한다. 이 때문에, Al은 1.5% 이상 함유시킨다. 그러나, Al의 과도한 첨가는, 연성의 저하를 초래하고, 또한, γ'상이 불안정하게 되어, 취화상(脆化相)의 생성을 초래한다. 또한, Al의 과도한 첨가는, 주조성의 악화를 초래하여, 내열합금의 청정도를 저하시킨다. 따라서, 그 상한을 4.5%로 한다. 또한, Al의 함유량은 2.0%~4.0%가 보다 바람직하다.
Ti：0.01%~0.6%
Ti은, 탄화물을 형성하기 쉬운 원소이며, 크리프 파단 강도의 향상, 고온 인장 강도의 향상에 기여하기 위해서 필요 불가결한 원소이다. 따라서, Ti：0.01% 이상을 함유시킨다. 한편으로, Ti의 과도한 첨가는, 연성의 저하를 초래하고, 또한, Ti 산화물의 생성을 재촉하여, 내열합금의 청정도를 저하시킨다. 따라서, 그 상한은, Ti：0.6%로 한다. 또한, Ti의 함유량은, 0.05%~0.30%가 보다 바람직하다.
또한, 내열합금의 각 함유 원소는,
Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti＋18.0×REM,
Ya=-13.75×Al＋63.75로 했을 때에,
Pa＜Ya이다. 또한, Pa로서, 상기에 표시한 원소가 포함되지 않는 경우에는, 당해 원소의 값은 제로로서 취급한다.
Pa와 Ya가 상기 식을 만족함으로써, 내열합금의 용접성과 내산화성(Al 산화물층의 형성)을 확보할 수 있다.
상기 Pa는, C, Si, Ni, Ti의 각 원소의 함유량에 관한 식이다. Pa는, 이들 각 원소의 함유량과 Al의 함유량을 다양하게 바꾼 공시편을 제작하고, 비드 두기 시험에 의거하여 공시편의 용접성에 관한 데이터를 취득하고, 얻어진 데이터로부터 용접성에 영향을 주는 원소의 영향 계수를 회귀 분석에 의해 구함으로써 도출된 것이다.
Pa는, 그 영향 계수를 참조하면, 플러스인 C, Si는 각각 용접성에 악영향을 미치는 원소이며, 수치(절대값)가 클수록, 그 악영향 정도가 큰 것을 의미한다. 또한, 영향 계수가 마이너스인 Ni, Ti은, 용접성을 향상시키는 원소이며, 수치(같음)가 클수록, 좋은 영향을 미치는 것을 의미한다.
도 1은, 공시편의 Pa를 세로축, Al의 함유량을 가로축으로서 플롯한 것이며, 용접성이 양호했던 것을 마름모꼴, 용접성이 불충분했던 것을 사각으로 플롯하고 있다. 또한, 공시편에 Al 산화물층이 양호하게 형성되고 내산화성을 구비하기 위해서, 상기한 Al의 함유량의 범위(Al：1.5%~4.5%)를 타깃으로 하고 있다.
도 1을 참조하면, Pa와 Al 산화물층이 양호하게 형성되는 Al의 함유량에 대해서, 용접성이 뛰어난 집단과, 용접성이 불충분한 집단이 명확하게 영역 구분 되어 있는 것을 알 수 있다. 이 그래프로부터, 용접성에 의거하여, Al의 함유량을 포함하는 Ya를 상관관계가 명료하게 분석될 수 있었던 것을 알 수 있다.
그리고, 이들 집단을 분단하는 Al의 함유량에 의거하는 Ya 직선：Ya=-13.75×Al＋63.75를 결정할 수 있다. 즉, Al：1.5%~4.5%의 범위에 있어서, Pa＜Ya를 만족함으로써, 용접성뿐만 아니라, 내산화성에도 뛰어난 내열합금을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
그 외, 내열합금에는, 필요에 따라서 하기 원소를 함유할 수 있다.
희토류 원소(REM)：0.01%~0.2%
REM은, 주기율표의 La부터 Lu에 이르는 15종류의 란타넘 계열에, Y, Hf 및 Sc를 추가한 18종류의 원소를 의미한다. 내열합금에 함유시키는 REM은, Ce, La, Nd를 주체로 할 수 있고, 이들 3원소가 합계량으로 희토류 원소 전체의 약 80% 이상을 차지하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 약 90% 이상이다. REM은, Al 산화물층의 안정화에 기여하고, 활성 금속이기 때문에 Al 산화물층의 밀착성을 높일 수 있다. 또한, REM은, 온도 변화에 수반되는 산화물층의 스파클링 파괴를 방지하고, 나아가서는, 모재에 고용하여 내산화성의 향상에 기여하기 때문에 함유하는 것이 바람직하다. 이들 효과를 발휘하기 위해서, REM은 0.01% 이상 함유시킨다. 한편으로, REM은, 우선적으로 산화물을 형성하고, 모재의 청정도, 연성의 저하를 초래하기 때문에, 상한을 0.2%로 한다. 또한, REM의 함유량은 0.01%~0.18%가 보다 바람직하다.
내열합금에 REM을 함유하는 경우, 상기한 Pa는,
Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti＋18.0×REM으로 한다.
W：0%를 초과하고 1.0% 이하, 및, Mo：0%를 초과하고 0.5% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종
W, Mo은, 모재에 고용하고, 모재의 오스테나이트상을 강화하여 크리프 파단 강도를 향상시키는 동등한 특성을 갖는 원소이며, 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, W, Mo의 과도한 함유는 연성이나 내침탄성의 저하를 초래하고, 또한, 특히 1050℃ 이하의 온도에서 Al 산화물을 생성하는 경우에, 그 형성을 저해한다. 또한, W, Mo의 과도한 함유는, 모재의 내산화성의 저하를 초래하고, Mo은, 당량적으로 W에 비하여 2배의 작용을 발휘한다. 따라서, W의 상한은 1.0%, Mo의 상한은 0.5%로 한다.
Nb：0.01%~2.0%
Nb은, 탄화물을 형성하기 쉬운 원소이며, 크리프 파단 강도의 향상, 고온 인장 강도의 향상에 기여한다. 또한, Nb은, 시효 연성의 향상에도 기여한다. 따라서, Nb：0.01% 이상, 바람직하게는 0.1% 이상을 함유시킨다. 한편으로, Nb의 과도한 첨가는, 연성을 초래하고, 또한, Al 산화물층의 내박리성의 저하를 초래함과 더불어, 내산화성을 저하시킨다. 따라서, Nb의 상한은 2.0%, 바람직하게는 1.6%로 한다.
이 경우, 상기한 Pa는, 희토류 원소(REM)를 함유하지 않는 경우,
Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti-16.6×Nb, 희토류 원소(REM)를 함유하는 경우, Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti＋18.0×REM-16.6×Nb이다.
Nb은, Pa에 있어서의 영향 계수가 마이너스이며, 용접성을 향상시키는 원소로서, 용접성에 좋은 영향을 미친다.
내열합금은, 예를 들면 원심력 주조에 의해 통형으로 형성된 원심력 주조체로 이루어지는 관본체로 할 수 있다. 관본체는, 직관형, U자형 등의 형상으로 구성할 수 있고, 이들을 용접함으로써, 반응관을 제작할 수 있다. 본 발명의 내열합금으로 이루어지는 관본체는, 용접성이 뛰어나므로, 관본체끼리의 용접도 용접 균열 등의 발생을 억제하고 양호하게 행할 수 있으며, 얻어진 반응관은, 충분한 접합 강도, 기계적 특성을 확보할 수 있다.
반응관은, 탄화수소 가스의 침탄이나 코킹을 억제하기 위해서, 내표면에 Al 산화물층이 형성되는 것이 바람직하다. Al 산화물층은, Al 산화물층 형성 처리를 행함으로써 형성할 수 있다. 이 Al 산화물층 형성 처리는, 독립된 공정으로서 관본체 또는 반응관을 산화 분위기에 있어서 열처리함으로써 실시할 수 있고, 열분해 장치 중에서 사용될 때의 고온 분위기에 의해 실시할 수도 있다.
Al 산화물층 형성 처리는, 산소를 1체적% 이상 포함하는 산화성 가스, 스팀이나 CO2가 혼합된 산화성 분위기에 있어서, 내열합금을 900℃, 바람직하게는 1000℃, 보다 바람직하게는 1050℃ 이상의 온도로 열처리하는 것이 적합하다. 이 경우는, 1시간 이상이 적합하다.
Al 산화물층 형성 처리가 실시됨으로써, 관본체의 내표면이 산소와 접촉하여, 모재 표면에 확산한 Al, Cr, Ni, Si, Fe 등이 산화하여 산화물층을 형성한다. 이 때, 상기 온도 범위에서 열처리를 실시함으로써, Cr, Ni, Si, Fe보다 우선하여 Al이 산화물을 형성한다. 또한, 모재 중의 Al도 일부가 표면에 전이하여 산화물을 구성하고, Al2O3을 주체로 하는 Al 산화물층이 형성된다.
반응관은, 내표면에 Al 산화물층이 형성됨으로써, 고온 분위기 하에서의 사용에 있어서, 뛰어난 내산화성을 발휘할 수 있다. 따라서, 반응관은, 500℃~1100℃의 탄화수소 가스를 유통시켜 열분해함으로써, 올레핀계나 스티렌계의 탄화수소를 제조하는 용도에 적합하다.
실시예
원심력 주조에 의해 표 1에 게시하는 합금 조성(단위：질량%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물)의 공시편(두께 25mm 이하와 두께 25mm 이상)을 각각 제작하고, 하기 요령으로 비드 두기 시험을 실시하여, 용접에 의한 균열성을 판정하였다. 발명예는 공시 No.11~23, 비교예는 공시 No.31~38이다. 표 1 중, REM은, Ce, La, Y의 합계량을 나타내고 있다. 또한, 발명예는, 모두 본 발명의 성분 조성의 범위에 들어가 있는데, 비교예에 대해서는, 본 발명의 성분 조성으로부터 벗어나는 원소에 「*」를 붙이고 있다. 즉, 공시 No.31은 W 과다, No.32, No.33은 Ti을 포함하지 않으며, 또한, No.33은 REM 과다, No.34~36은 Si 과다, No.37은 Al 과다, No.38은 본 발명의 합금 조성은 만족하지만 이하에 나타내는 바와 같이 Pa＜Ya를 만족하지 않는 비교예이다.
[표 1]
Figure pct00001
또한, 표 1의 각 공시편에 대해서, Pa와 Ya를 산출하여, 이들의 대소 관계를 비교하였다. 표 1 중, Pa＜Ya를 만족하는 공시편에 대해서, 「Pa＜Ya」의 란에 체크 마크를 기입하고 있다. 표 1을 참조하면, 공시 No.33~36, 38은, 모두 Pa＜Ya를 만족하지 않은 것을 알 수 있다. No.38은, 각 원소의 성분 범위는 본 발명의 범위에 포함되는데, Pa＞Ya의 비교예이다.
비드 두기 시험에 앞서, 공시편의 시험면에 그라인더에 의해 기계 가공을 실시하고, 표면을 매끄럽게 하였다. 시험면은, 용접 개선이 되는 부분 및 용접에 의한 열영향을 받는 부분이다.
또한, 액체 침투 탐상 시험을 각 공시편의 시험면에 실시하여, 시험면에 균열이 없는 것을 확인하였다.
시험면이 건전한 것이 확인된 공시편에 대해, TIG 용접에 의해 표 2에 나타내는 조건 비드 두기 시험을 행하였다. 비드는 스트레이트 비드, 비드 길이는 50~100mm이다.
[표 2]
Figure pct00002
또한, 본 시험의 시공 순서는, A법에 의한 시험 후, 액체 침투 탐상 시험에서 결함이 발견되었을 경우에, B법의 시험을 실시하였다.
도 2 및 표 3에 A법(필러 메탈(용접봉)：무) 및 B법(필러 메탈：유)에 의한 비드의 판정 기준을 나타낸다. 또한, B법에서는, 미소한 균열이어도 판정은 「OUT」으로 하고 있다.
[표 3]
Figure pct00003
상기 시험의 결과, A법에 의해 두께 25mm 이하, 두께 25mm 이상의 어느 공시편에 대해서도 결함이 발견되지 않았던 공시편은, 균열성의 평가 「A」, A법에 의해 결함이 발견되었지만, B법에 의해 결함이 발견되지 않았던 공시편은, 균열성의 평가 「B」, B법에서도 결함이 발견된 공시편은, 균열성의 평가 「C」로서 평가하였다. 결과를 표 1 중 「균열성」으로 나타내고 있다.
표 1을 참조하면, 발명예인 공시 No.11~23은 모두 균열성의 평가가 「A」 또는 「B」였지만, 비교예인 공시 No.31~38은 모두 균열성의 평가는 「C」였다.
비교예는, No.31, 32 및 37에 나타내는 바와 같이, Pa＜Ya를 만족하지만, 균열성의 평가는 「C」로 되어 있다. 이것은, 본 발명의 성분 범위로부터 벗어나고 있는 것으로, 비록 Pa＜Ya를 만족하였다고 해도, 균열성의 평가가 향상되지 않는 것을 알 수 있다.
특히, 각 원소의 성분 범위가 본 발명에 포함되는 공시 No.38은, 균열성의 평가가 「C」이지만, 이것은, Pa가 Ya보다 크고, Pa＜Ya를 만족하지 않았기 때문인 것은 주목해야 한다.
공시편의 균열성에 대해서, 평가 「A」 또는 「B」의 것을 종합적인 평가 「A」, 평가 「C」의 것을 종합적인 평가 「B」로서 판정하였다. 결과를 표 1 중 「판정」에 나타내고 있다. 표 1을 참조하면, 발명예의 공시편은 모두 판정 「A」, 비교예의 공시편은 모두 판정 「B」였다.
또한, 발명예와 비교예의 Pa와 Ya의 값을 비교하면, 발명예의 Pa는 모두 마이너스의 값이며, Ya는 플러스의 값으로 되어 있다. 여기에서, 바람직하게는, Pa＜0, Ya＞0, 더욱 바람직하게는, Ya＞15인 것을 확인할 수 있다.
상기 설명은, 본 발명을 설명하기 위한 것으로서, 특허 청구의 범위에 기재된 발명을 한정하고, 혹은 범위를 한축하도록 이해해서는 안된다. 또한, 본 발명의 각부 구성은, 상기 실시예에 한정하지 않고, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 범위 내에서 여러 가지의 변형이 가능한 것은 물론이다.
예를 들면, 본 발명의 내열합금은, 상기 실시 형태와 관련되는 반응관에 한정하지 않고, 킬른, 레토르트, 버너 튜브, 라디언트 튜브 등의 내열성, 내산화성 등의 요구되는 제품에도 적용할 수 있다.
10 비드
12 크레이터
14 균열
16 점상 결함

Claims (9)

  1. 질량%로,
    C：0.35%~0.7%,
    Si：0%를 초과하고 1.5% 이하,
    Mn：0%를 초과하고 2.0% 이하,
    Cr：22.0%~40.0%,
    Ni：25.0%~48.3%,
    Al：1.5%~4.5%,
    Ti：0.01%~0.6%, 및,
    잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti,
    Ya=-13.75×Al＋63.75
    로 했을 때에,
    Pa＜Ya
    인, 내열합금.
  2. 청구항 1에 있어서,
    질량%로,
    희토류 원소(REM)：0.01%~0.2%를 함유하고,
    상기 Pa는,
    Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti＋18.0×REM
    인,
    내열합금.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    질량%로,
    Nb：0.01%~2.0%를 함유하고,
    상기 Pa는,
    상기 희토류 원소(REM)를 함유하지 않는 경우,
    Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti-16.6×Nb,
    상기 희토류 원소(REM)를 함유하는 경우,
    Pa=-11.1＋28.1×C＋29.2×Si-0.25×Ni-45.6×Ti＋18.0×REM-16.6×Nb,
    인, 내열합금.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    질량%로,
    W：0%를 초과하고 1.0% 이하, 및, Mo：0%를 초과하고 0.5% 이하의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는,
    내열합금.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    표면에 Al 산화물층이 형성되어 있는, 내열합금.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    원심력 주조체인, 내열합금.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    500℃~1150℃의 고온 분위기에서 사용되는, 내열합금.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 내열합금으로 이루어지는 관본체를 갖는, 반응관.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 관본체끼리 용접에 의해 접속하여 이루어지는, 반응관.
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