JPH02259037A - 耐浸炭性にすぐれる耐熱合金 - 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） 本発明は、石油化学工業におけるエチレン製造用クラッ
キングチューブ、リフオーマチューブ又は鉄鋼の熱処理
用ハースロール等の材料として有用な耐浸炭性にすぐれ
る耐熱合金に関する。

（従来技術） エチレン製造用クラブキングチューブ等の材料として、
従来よりＡＳＴＭ規格の高Ｓｉ含有ＨＰ材（０，４Ｃ−
１，７５Ｓｉ−２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−Ｆｅ）やＨＰ改良
材（０，４５Ｃ−２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−Ｎｂ、Ｗ、Ｎｏ
−Ｆｅ）が使用されている。

（解決しようとする技術的課題） これらの従来材は、１１００℃を超える温度域での使用
では耐浸炭性が十分でなく、浸炭によって材質が劣化す
る問題がある。近年の操業の高温化に伴い、エチレン製
造プラントの出口配管部において、浸炭発生によるチュ
ーブ交換を余儀なくされ、高温における耐浸炭性の改善
が要請されている。

ところで、実際の使用過程では、材料表面に酸化物層が
形成され、その酸化物層が材料表面に付着したカーボン
の内部拡散を抑制するといわれている。このため、その
酸化物層が密着性を有し、熱サイクルに対して安定性を
もつように合金成分の適正化を図れば、耐浸炭性の向上
が図れる。しかし、現実には熱膨張係数の差によって、
酸化物層が剥離しやすい。

本発明者は、この酸化物層を固定化させるよりはむしろ
、カーボンの内部拡散を抑制できる合金組成に着目した
。即ち、Ｃと結合しやすいＣｒの含有量を減らすと共に
、その代りにＭＯを多量に含有させたものである。即ち
、Ｍｏは原子半径が大きく、かつＣｒよりもＣと結合し
にくいという性質を利用したもので、このＭｏを多量含
有すれば、Ｃの内部への拡散は可及的に抑制されること
を見出した。また、ＡＩの内部酸化による酸化物の分散
形成もＣの拡散を抑制することを見出した。

（技術的手段及び作用） 本発明にかかる耐熱合金は、重量％にて、Ｃ０９３％以
下、Ｓｉ：３％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ　：１０％
以下、Ｍｏ：１０〜３５％、ＡＩ：３％以下及びＦｅ：
５％以下を含有し、残部実質的にＮｉからなる。

また、本発明の合金は必要に応じてＴｉ：０．５％以下
、Ｚ　ｒ　：０．５％以下を１種又は２種を含むことが
できる。

更に、本発明の合金は必要に応じて、Ｃａ　：０．００
１〜０．５％、Ｂ　：０　、ｏ　５％以下、Ｙ　：０．
５％以下及びＨｆ　：０．５％以下からなる群の中から
選択された成分を少なくとも１種含むことができる。

本発明の耐熱合金は、１１００℃を超える温度域での使
用において、すぐれた耐浸炭性を具備している。

本発明の耐熱合金の成分限定理由は次の通りである。

ｃ：０．３％以下 Ｃは合金の鋳造性を改良する効果があり、高温強度の向
上に寄与する。しかし、本発明合金はＭ。

を多く含有しているため、Ｃをあまりに多く含有すると
、Ｍｏ含有量との関係から材料が硬化し、脆化を招く。

このため、上限は０．３％とする。

Ｓｉ：３％以下 ・Ｓｉは溶製時において、脱酸作用と共に溶鋼の流動性
を向上させる効果がある。本発明合金は、Ｎｉを多量に
含有し、溶鋼の粘性が低くなるため、鋳造性を向上させ
る上でも顕著な効果がある。また、Ｓｉの増加と共に耐
浸炭性も向上する。しかし、３％を超えるとクリープ破
断強度の低下及び溶接性の低下を招くので上限は３％と
する。

Ｍｎ：２％以下 Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として作用するほか、溶製
中のＳ（イオウ）を固定し溶接性を向上させる。しかし
、２％を超えて含有しても、それに対応する効果が得ら
れないので上限は２％にする。

Ｃｒ　：１０％以下 Ｃｒは耐酸化性を高める元素として有用である。

しかし、クラッキングチューブ等の材料として使用した
場合、材料に侵入したＣと優先的に結合し、Ｃｒ炭化物
を形成するため、材料を脆化させる。

クラッキングチューブの場合、チューブ内は還元−弱酸
化雰囲気であるため、Ｃｒの含有量を低く抑えても特に
問題はない。そこで、浸炭の原因となるＣｒ量を１０％
以下とする。

Ｍｏ：１０〜３５％ ＭｏはＮｉ中に固溶し、高温強度向上とＣの侵入防止に
顕著な効果がある。その効果は１０％以上の含有によっ
て認められ、３５％を超えると延性の低下が著しくなる
。このため、含有量は１０〜３５％に規定する。

Ａｌ：３％以下 Ａｔは耐浸炭性の向上に有効な元素である。しかし、含
有量が３％を超えると延性の低下及び溶鋼の流動性を低
下を招く。このため、上限は３％とする。

Ｆ　ｅ　：１０％以下 Ｆｅは耐酸化性を低下させる。このため、上限は１０％
以下とする。

本発明の耐熱合金は上記の成分元素を含有し、残部は不
可避的に混入する不純物元素及びＮｉからなる。Ｎｉは
オーステナイト化元素であり、耐酸化性を付与し、耐浸
炭性を向上させるために必要な元素である。従って、多
量に含有することを必要とする。

本発明の耐熱合金は、上記諸元素のほか、必要に応じて
、Ｔｉ、Ｚｒの１種又は２種を含有することができる。

Ｔ　ｉ　：０．５％以下 Ｔｉはクリープ破断強度の向上に寄与するが、０．５％
を超えて含有してもそれに対応する効果が得られないの
で上限は０．５％とする。

Ｚｒ：０゜５％以下 ＺｒもＴｉと同様に、クリープ破断強度の向上に寄与す
る。しかし、０．５％を超えて含有してもそれに対応す
る効果が得られないので上限は０．５％とする。

更に、本発明の耐熱合金にあっては、必要に応じて上記
元素の一部を、以下に記載する成分元素の１種又は２種
以上と置換することもできる。

Ｃａ：０．００１〜０．５％ Ｃａは材料が高温に加熱されると材料表面に酸化物を形
成し、Ｃが材料の内部に拡散するのを抑制する作用があ
り、耐浸炭性の向上に寄与する。

そのため、０．００１％以上含有させるが、あまりに多
く含有すると溶接性その他の材料特性を損うのでその上
限は０．５％とする。

Ｂ　：０　、ｏ　５％以下 Ｂは結晶粒界を強化し、クリープ破断強度の向上に寄与
する。しかし、あまりに多く含有すると溶接性その他の
材料特性を損なうため、上限は００５％とする。

Ｙ：０．５％以下 Ｙは耐浸炭性の向上に寄与する。その効果を発揮させる
ため、最大０．５％を含有させることができる。

Ｈｆ：０．５％以下 Ｈｆは、Ｙと同様、耐浸炭性の向上に寄与し、その効果
を発揮させるために最大０．５％を含有させることがで
きる。

次に、実施例を挙げて本発明合金の耐浸炭性向上効果を
具体的に説明する。

（実施例） 高周波誘導溶解炉で各種成分の合金を溶製し、遠心鋳造
にて鋳塊を製造した。各供試材の化学成分組成を第１表
に示す。

各供試材から試験片（厚さ１５ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ
７０ｍｍ）を作製し、該試験片について浸炭試験を実施
した。試験は固体浸炭試験によったもので、浸炭条件を
第２図に示す。なお、浸炭試験は、第２図に示す条件に
て１７回（４８ｈｒｓ、　Ｘ　１７回＝　８１６ｈｒｓ
、）繰り返して浸炭処理し、試験片の表面から０．５ｍ
ｍピッチにて切粉を採取し、切粉を化学分析してカーボ
ンの増加量を調べた。その結果を第１図に示す。

（以下余白） 第１表において、供試材Ｎｏ、　１及びＮα２は従来合
金、供試材Ｎｏ、　３〜Ｎｏ、１３は本発明にかかる合
金である。その中で、Ｎａ　７〜Ｎｏ、　９はＴｉＸＺ
ｒを１種又は２種含む合金、Ｎｏ、　１０〜Ｎｏ、　１
３はＣａ、Ｂ、Ｙ及びＨｆを何れか１種を含む合金であ
る。Ｎｏ、　１〜Ｎｏ、　２の従来合金、Ｎ（１３〜Ｎ
ｏ、　６、Ｎｏ、　７、Ｎｏ、１０及びＮｏ、　１２の
本発明の合金について、その浸炭試験結果を第１図に示
している。なお、Ｎｏ、　８、Ｎα９、Ｎα１１及びＮ
ｏ。

１３についても浸炭試験を実施したが、Ｎα８及びＮα
９はＮｏ、　７と同様な結果を示し、Ｎα１１及びＮα
１３はＮα１０及びＮｏ、１２と同様な結果を示したた
め、第１図ではその表示を省略した。

第１図の結果から明らかな如く、本発明の合金は従来合
金に比べて、耐浸炭性にすぐれている。

（発明の効果） 本発明の耐熱合金は、１１００℃を超える温度域での使
用においてすぐれた耐浸炭性を備えている。従って、本
発明の合金は、石油化学工業におけるクラッキングチュ
ーブや、リフォーミングチューブの材料として好適であ
り、更には鉄鋼熱処理のラジアントチューブ、ハースロ
ーラ等の耐浸炭性が要求される炉内部品等の構造用材料
にも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は浸炭試験におけるカーボン増加量を示すグラフ
、及び第２図は浸炭条件の説明図である。 出願人　　　久保田鉄工株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％にて、Ｃ：０．３％以下、Ｓｉ：３％以下
   、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１０％以下、Ｍｏ：１０〜３
   ５％、Ａｌ：３％以下及びＦｅ：１０％以下を含有し、
   残部実質的にＮｉからなる耐浸炭性にすぐれる耐熱合金
   。
2. （２）Ｔｉ：０．５％以下、Ｚｒ：０．５％以下を１種
   又は２種を含有している特許請求の範囲第１項に記載の
   耐熱合金。
3. （３）Ｃａ：０．００１〜０．５％、Ｂ：０．０５％以
   下、Ｙ：０．５％以下及びＨｆ：０．５％以下からなる
   群の中から選択された成分を少なくとも１種含んでいる
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の耐熱合金。