KR840000545B1 - 내열주조 합금 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내열주조 합금

본 발명은 1100℃ 부근의 높은 온도 범위에서의 사용에 적합한 크리이프 파단강도(Creep Rupture strength) 및 내침탄성(耐浸炭性)에 우수한 새로운 내열주조합금의 제공에 관한 것이다.

주지한 바와같이 내열주조 합금의 종래의 재료에는 HK40(탄소 0.4%-크롬 25%-니켈 20%-나머지 철)이나 HP40(탄소 0.4%-크롬 25%-니켈 35%-나머지 철)이 있으며 이것들은 석유화학공업에 있어서의 내열부재로서 사용되어 왔다.

특히 HK40재(材)는 1000℃ 이하에서 사용하는 리포오머 튜우브로서 여러해 사용실적을 가지고 있는 재료이다.

그러나 이것을 1000℃ 이상되는 분해로(爐)튜우브로서 사용하면 탄화물의 성장이 거칠고 커지는 경향이 수반되어 크리이프 파단강도의 열화(劣化)를 초래하고 또 침탄현상도 현저하여서 튜우브를 빠른 시일에 바꾸지 않으면 않되었었다.

그리고 이와같은 현상은 사용온도가 1100℃ 부근까지 된다면 한층 더 조장되어서 문제점으로 남겨져 왔던 것이다.

이것은 1100℃ 부근이라고 하는 높은 온도에서는 나프사(naphtha) 분해중에 튜우브내면에 부착한 탄소가 용이하게 튜우브내면에 확산하여 침탄하는 것이며 아울러, 1차 탄화물의 구상화(球狀化)나 석출된 2차 탄화물의 조기의 성장이 보여서 크리이프 파단강도의 열화를 가져오는 것이다.

한편 HP40 재는 1100℃부근의 사용온도 범위에서는 전기한 HK40재보다도 안정되어 있기는 하나, 위에서 설명한 사용환경하에서는 내침탄성 및 크리이프 파단강도의 열화를 충분히 커버할 수 없는 실정이다.

본 발명은 중량%로서

탄소(C) 0.35-0.6%

규소(Si) 1.0-2.5%

망간(Mn) 0.3-0.9%

크롬(Cr) 24-28%

니켈(Ni) 30-38%

텅스텐(W) 2-6%

질소(N) 0.07-0.3%

인(P) < 0.04%

황(S) < 0.04%

나머지 부분은 실질적으로 철(Fe)로부터 이루어진 내열합금을 제공하여 종래의 합금의 이상과 같은 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

이하 본 발명은 그 성분의 한정이유에서 상세하게 설명한다면 다음과 같다.

탄소 : 0.35-0.6%

탄소는 이 종류의 오오스테나이트 합금의 크리이프 파단강도를 높이기 위한 유효한 원소이며, 탄소량의 증가와 아울러 크리이프 파단수명도 증가하는 것으로서 1000℃ 이상에 있어서의 사용을 고려하였을 경우, 높은 크리이프 파단강도를 얻기 위하여서는 최소한 0.35%는 필요하다.

그러나 0.6%를 초과하면 반대로 크리이프 파단강도의 저하현상이 나타남과 아울러 2차 탄화물의 석출이 많게되어 약하게 되는 원인으로 되어서 열충격 혹은 열피로에 대하여 나쁜영향을 준다.

이상의 것에서 0.35-0.6%라고 한정하였다.

규소 : 1.0-2.5%

규소는 제강(製鋼)할때에 탈산효과를 갖는 것과 아울러 사용중에 있어서는 내침탄성을 향상시키기 위한 유효한 원소이다.

즉 강철표면에 철-규소계 산화물을 형성하여 탄소의 확산을 방지하는 효과를 갖는 것이다.

그 효과는 1000℃이상의 고온에 있어서는 1%이하의 규소분량으로서는 그다지 발휘되지 않으며, 최소한 1%는 필요하다.

한편 2.5%이상으로 하면 크리이프 파단강도의 저하를 가져온다. 이상에서 1-2.5%로 한정하였다.

망간 : 0.3-0.9%

망간은 탈산제이며, 황을 고정하는 원소로서 첨가하는 바 그 효과를 발휘하기 위해서는 최저 0.3%는 필요하다.

그런데 0.9%를 초과하면 약 1100℃라고 하는 높은온도 범위에서의 악조건 환경하에서는 내산화성 및 크리이프 파단강도의 면에서 열화를 가져오게 된다.

이상에서 0.3-0.9%로 한정하였다.

크롬 : 24-28%

크롬은 높은 온도에 있어서의 내산화성 및 강도를 얻기 위한 유효한 원소이며, 약 1100℃라고 하는 사용온도를 고려하면 24% 이하로서는 내산화성이 결핍된다.

또 28%를 초과하면 강인성과 열화를 초래하게 되므로 이런점들에서 24-28%로 한정하였다.

니켈 : 30-38%

니켈은 오오스테나이트를 안정하고 내산화성, 내침탄성 및 고온강도를 향상시키는 원소이나, 사용환경이 약 1100℃라고 하는 높은 온도범위에서는 함유량이 30%이하라면 내산화성, 내침탄성이 부족하다.

한편 38%이상에서는 전기한 효과의 향상정도가 적으므로 효과적이 아니다.

따라서 30-38%로 하였다.

텅스텐 : 2-6%

텅스텐은 고온강도를 증가시키기 위한 유효한 원소이다.

그러나 2%이하에 있어서는 크리이프 파단강도의 증가는 적으며, 2%이상에서는 그 강도는 현저하게 증가하는 것이며, 최고사용온도로서 예컨대 1150℃를 고려하였을때 6% 이상으로 할 필요는 없으며 또한 6% 이하로 하였을 때 재료자체의 경화와 그것에 수반되는 낮은 온도범위에서의 연성(延性)저하를 볼수있게 되므로 이러한 점에서 2-6%로 한정한 것이다.

질소 : 0.07-0.3%

질소는 텅스턴과 아울러 고온강도의 증대에 유효한 원소이며 오오스테나이트 입자내의 강화에 효과적으로 기여한다.

보통의 대기 용해로서도 0.05%이하의 질소가 함유되는 것인바, 크리이프 파단강도의 증가가 인정되는 것은 최소한 0.07%부터이다. 질소량의 증가와 아울러 전기한 강도는 향상하는바, 0.3%이상의 첨가는 보통의 용해작업에서는 수율(收率)이 현저하게 저하하여 경제적이 아니며 이런점에서 0.07-0.3%로 한정한 것이다.

인, 황 : < 0.04%

인, 황 어느것이나 불순물로서 함유되는 것이며 각각 그것이 0.04%를 초과하면 용접성에 나쁜 영향을 주게되므로 0.04% 이하로 하였다.

이상의 성분의 나머지부분은 실질적으로 철이다.

다음에 본 발명의 실시예에 의하여 그 성능이 우수한 것을 표시한다. 하기한 제1표는 본 발명의 실시예 및 비교재의 화학성분

제2표는 내산화성 시험결과, 내침탄성 시험결과 및 크리이프 파단시험 결과를 표시한 것이다.

실험에 사용한 시공재료는 고주파유도로에서 재료를 35kg용제하고 원심주조기에 의하여 바깥지름 135mm, 두께 25mm 길이 520mm로 주조하고, 각각 그 시험에 사용하는 시험편(片)을 여기에서 채취하였다.

[제1표]

화학성분

(나머지 부분 철)

[제2표]

각종시험 결과

내산화성시험은, 전술한 시공편에서 제작한 지름 20mm, 길이 50mm의 둥근축 형상의 시험편에 대하여 각각 3개씩 1150℃의 분위기중에서 300시간 시험을 행하였든 결과이다.

또 침탄시험은 바깥지름 130mm, 안지름 110mm, 길이 120mm의 파이프형상 시험편의 내면에 고형침탄재를 충전시켜서 침탄을 행한후 안쪽면에서 1mm의 위치에 대하여 절단분말을 채취하여 분석을 행한것이다.

이들 결과에서 내산화성의 열화하는 경향에 있는 것은 비교재(1)의 HK40재, 비교재(3)의 낮은 규소재, 비교재(5)의 높은 망간재, 비교재(6)의 낮은 크롬재, 비교재(7)의 낮은 니켈재이며, 내침탄성에서는 비교재(1)의 HK40재가 가장 나쁘며, 비교재(2)의 HP40재도 어느정도 상당한 침탄을 받기 쉽다는 것을 알수있다.

기타의 비교재로서 본 발명재보다도 침탄을 받기 쉬운것은 비교재(3)의 낮은 규소재와 비교재(7)의 낮은 니켈이 있으며, 다른 것은 본 발명재와 비교하여 전후하는 정도이다.

다음에 크리이프 파단수명에 대하여서 본다면 비교재(1)의 HK40, 동(2)의 HP40재는 어느 것이나 파단수명이 현저하게 적다.

다른 비교재로서 본 발명재에 가까운 성적을 표시한 것은 비교재(3)(7)뿐이며 비교재(4)의 높은 규소재, (5)의 높은 망간재, (6)의 낮은 크롬재, (8)의 낮은 텅스텐재, (9)의 낮은 질소재는 모두 본 발명재보다 상당히 떨어지게 된다.

이상의 검토에서 명백한 바와같이 본 발명재의 (1)(2)(3)은 내산화성, 내침탄성, 크리이프 파단강도 모두 우수한 것을 알수 있다.

본 발명은 이상과 같으며, 이미 설명한 바와같이 성분을 한정한 것에 의하여 종래 재료의 문제점을 해결하고 위에서 설명한 것같이 1100℃ 근처에 있어서도 우수한 내산화성, 내침탄성, 크리이프 파단강도를 아울러 갖추고 있으며, 상기한 온도범위에서 사용되는 크랙킹튜우브재로서 호적할뿐만 아니라 다른 석유화학공업용의 리포오머튜우브, 튜우브 서포오트, 혹은 강철관계의 하아스로올, 라디안트튜우브등 1000℃ 이상의 환경에서 사용되는 부재에 적합한 것으로서 본 발명의 공업적가치는 현저하게 큰 것이다.

Claims (1)

1. 중량%로서 탄소 0.35-0.6%, 규소 1.0-2.5%, 망간 0.3-0.9%, 크롬 24-28%, 니켈 30-38%, 텅스텐 2-6%, 질소 0.07-0.3%, 인 < 0.04%, 나머지 부분이 철로서 이루어진 것을 특징으로 하는 내열주조합금.