JPH04198457A - 耐浸炭性及びクリープ破断強度にすぐれる耐熱鋼 - 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ナフサ、エタン等の炭
化水素の熱分解・改質反応に使用される反応管等の材料
として好適な耐熱鋼に関する。

［従来技術及びその問題点コ 石油化学工業における炭化水素の熱分解・改質反応では
、炭化水素の熱分解過程にて、カーボンが反応管の壁面
に付着し、そのカーボンが管の内部に拡散していくため
、いわゆる浸炭現象が生じて反応管の材質が著しく劣化
する問題がある。

この用途に使用される材料として、従来から、ＡＳＴＭ
に規定されたＨ　Ｐ系材料（２５Ｃｒ−３５Ｎｉ）や、
ざらにＮｂ、Ｗ、Ｍｏ等を添加した改良ＨＰ系材料等が
広く使用されている。

ところで、最近では、操業温度の高温化が進んでおり、
上記材料の場合、１１００°Ｃ以上の温度で使用される
と、十分の耐浸炭性を発揮できないばかりか、クリープ
破断強度の著しい低下を招くという問題がある。このた
め、１１００°Ｃ以上の温度域での使用に耐え得るすぐ
れた耐浸炭性と高いクリープ破断強度を備えたイイ料が
要請されている。

本発明はかかる要請を満たした新規な材料を゛提供する
ものである。

［技術的手段及び作用］ 本発明の耐熱鋼は、重量％にて、Ｃ：０３〜１５％、Ｓ
ｉ　：２％を超えて３％以下、Ｍｎ。

２％以下、Ｃｒ：２０−３０％、Ｎｉ：２５−４０　％
、　　ＡＮ　　　：　　０．２−２．０　　％、　　Ｎ
ｂ：０．２−２　．０％、Ｗ：０．２〜２０％および残
部実質的にＦｅからなる成分組成を有している。

本発明の耐熱鋼は、必要に応じて、さらにＴｉ：００１
〜０３％を含有することもできる。

本発明の耐熱鋼は、１１００℃以上の温度域の使用にお
いて、すぐれた耐浸炭性と高いクリープ破断強度を具備
している。

［成分限定理由コ 本発明の耐熱鋼の成分限定理由は次の通りである。

Ｃ：０．３〜１５％ ０４ｔの増加に伴って溶融温度が低下するため、鋳造性
が向」ニする。しかし、あまりに含有量か多くなると、
材料の劣化が進み、鋳造割れや溶接割れを発生する。こ
のため、Ｃ含有量の上限は１５％とする。

他方、Ｃ含有量が０３％より少ないと高温での使用中に
シグマ相が析出し、延性の著しい低下を招く。このため
、下限は０３％に規定する。

Ｓｉ　：２％を超えて３％以下 Ｓｉは耐浸炭性を向上させる重要な元素である。

また、後記するようにＡｌも耐浸炭性を向上させる重要
な元素である。本発明者は、１１００’Ｃを超える温度
での耐浸炭性を確保するため、特にＡ１とＳｉとの関係
について鋭意研究した結果、Ｓｉの含有量が２％以下の
ときは、Ａｅ金含有よる耐浸炭性向」二効果はあまり期
待できないことを見出した。このため、Ｓｉは少なくと
も２％を超えて含有させる必要がある。しかし、Ｓｉの
含有量を多くすると、材料の劣化が進み、クリープ破断
強度か低下して溶接性が損なわれるので、その上限は３
％に規定する。

Ｍｎ・２％以下 Ｍｎは脱酸、脱硫元素として添加される。しかし、あま
りに多く含有すると、高温クリープ破断強度や耐浸炭性
の低下を招来する。このため、」１限は２％に規定する
。

Ｃｒ：２０〜３０％ Ｃｒは高温強度、耐酸化性、耐浸炭性等の改善に有効な
元素である。１１００℃以上の高温域においてこれらの
特性を確保するためには、少なくとも２０％含有させる
必要がある。この効果は含有量の増加に伴って増大する
が、あまりに多く含有すると鋳造、凝固過程で割れが生
じやすくなり、高温使用に伴う炭化物の過剰析出によっ
て、延性の低下を招く。このため、」−限は３０％に規
定する。

Ｎｉ：２５〜４０％ ＮｉはＣｒ、Ｍｎ等の元素と共に安定なオーステナイト
基地を形成し、高温強度及び耐酸化性を高めるとともに
、耐浸炭性の向上に寄与する。特に１１００°Ｃ以」二
の高温域における良好な耐浸炭性を確保するには、２５
％以」−の添加を必要とする。

しかし、４０％を超えて含有しても含有量に対応する効
果は得られず、経済的でない。このため、４０％を上限
とする。

Ａ１・０．２〜２０％ Ａ１は、高温における耐酸化性の改善に効果があるだけ
でなく、前述したように、Ｓｉ含有量が２％を超えると
き、Ｓｉとの相乗効果によって耐浸炭性の向上に飛躍的
に寄与する。１１００°Ｃ以上の高温使用条件下での耐
浸炭性改善効果を十分発揮−させるためには、少なくと
も０２％含有させる必要がある。耐浸炭性改善効果は、
添加量の増加に伴って大きくなるが、２０％を超えて添
加してもその効果はほぼ飽和する。また、Ａ１の含有量
の増加とともに、鋳造凝固時や溶接時に割れが発生しや
すくなり、高温使用時に延性の劣化を招く。このため、
２％を上限にする。

Ｎｂ：０．２〜２０％ Ｎｂはクリープ破断強度を高める効果を有する。

Ｓｉ含有量が多く、かつＡｌ！を添加した本発明の耐熱
鋼にあっては、高温強度、特にクリープ破断強度を低下
させる不都合があるため、すぐれた耐浸炭性を確保し、
かつ大きいクリープ破断強度を維持するためには不可欠
の元素である。この効果を得るために、少なくとも０２
％以上含有する必要がある。但し、あまりに多く含有す
ると、逆にクリープ破断強度の低下を招くため、２０％
を上限とする。なお、Ｎｂは通常これと同効の元素であ
るＴａを随伴するものであり、この場合にはＴａとの合
計量が０．２〜２０％であればよい。

Ｗ：０．２〜２．０％ Ｗはクリープ破断強度の向上と、高温におけるクリープ
変形能の向上に寄与する。含有量が０゜２％に満たない
と高温でのクリープ変形能の向上効果にあまり寄与しな
い。一方、２．０％を超えるとクリープ破断強度が却っ
て低下する。このため、含有量は０．２〜２０％とする
。

Ｔｉ：０．０１〜０３％ ＴｉはＮｂと同様にクリープ破断強度を高める効果を有
するため、さらに大きいクリープ破断強度を必要とする
場合に添加される。Ｔｉによる所望の効果を得るために
は、少なくとも０．０１％以上含有させる必要がある。

しかし、あまり多く含有すると、逆にクリープ破断強度
の低下を招くと共に、鋳造割れを発生する。このため、
上限は０３％に規定する。

本発明の耐熱鋼は、前述した合金成分を含み、残部実質
的にＦｅからなる。なお、鋼の溶製時に不可避的に含有
するＰＳＳその他の不純物であっても、この種の鋼材に
通常許容される範囲であれば存在しても構わない。　　
　・ 次に実施例を挙げて本発明の耐熱鋼における耐浸炭性及
びクリープ破断強度の向上効果を明らかにする。

［実施例］ 高周波溶解炉にて各種成分の合金を溶製し、遠心鋳造に
て管体（外径１３０ｍｍＸ内径９０ｍｍＸ長さ５００ミ
リ）を製造した。この遠心力鋳造管から機械加工によっ
て供試片（直径１２ｍｍ　Ｘ長さ６０ｍｍ）を採取した
。各供試片の合金成分を第１表に示す。

まず、これらの供試片について、固体浸炭試験を行なっ
た。浸炭試験は、固体浸炭剤（テグサＫＧ３０、ＢａＣ
Ｏ３含有）を用いて行ない、温度１１５０°Ｃ，５００
時間保持後の浸炭量を測定した。浸炭後、供試片の外表
面より４ｍｍ深さに達するまで旋盤加工により０．５ｍ
ｍピッチにてダライ粉を採取し、各ピッチのＣ（カーボ
ン）分析を行ない、各ピッチ毎のＣ増加量の合計値を第
２表に示した。

更に、各供試片について、１０９３℃Ｘ　１　、１ｋｇ
／ｍｍ２の条件下でクリープ破断試験を行ない、各供試
片の破断時間を第２表に示した。

（以下余白） 第２表 供試片　　□久臥ニブ嫁駈試験−一　　□−−雇濾ｌ鳴
り−Ｎｏ　　　　クリープ破断時間（Ｈｒｓ）　　　表
面から４ｍｍまでの１０９３°Ｃ×１１に７ｍｍ２　　
　Ｃ増加量の合計（％）１　　　　　　　１２１５　　
　　　　　　　　２．３１２　　　　　　　１３０１　
　　　　　　　　　２．４６３　　　　　　　１２１３
　　　　　　　　　　２．５２４　　　　　　　１４０
３　　　　　　　　　　２．１４５　　　　　　　１７
５３　　　　　　　　　　２．２８６　　　　　　　１
７０２　　　　　　　　　　　２．４５７　　　　　　
　１１０３　　　　　　　　　　　２．１０８　　　　
　　　１３０５　　　　　　　　　　　２．０７９　　
　　　　　１１５３　　　　　　　　　　　２．１０１
０　　　　　　　１１８０　　　　　　　　　　２．０
６１１　　　　　　　１４６６　　　　　　　　　　２
．００１２　　　　　　　１７０１　　　　　　　　　
　　１．９８１３　　　　　　　１００５　　　　　　
　　　　１６．７６１４　　　　　　　’　　９０１　
　　　　　　　　　１０．２４１５　　　　　　　７７
３　　　　　　　　　　１０．７１１６　　　　　　　
５５３　　　　　　　　　　４．４１１７　　　　　　
　３１０　　　　　　　　　　　２．２１１８　　　　
　　　５３０　　　　　　　　　　　３．２６１９　　
　　　　　６９０　　　　　　　　　　　８．７０比較
材の供試片Ｎｏ、１３〜１９の結果について考察する。

供試片Ｎｏ、１３とＮｏ、１５はＳｉが２％に満たない
合金であり、Ｎｏ、１３についてはＡ１を含有せず、Ｎ
ｏ、１５はＡ／を含有している。Ｎ０１４とＮｏ１６〜
１９は、Ｓｉ含有量が２％を超えている合金である。

その中で、Ｎｏ、１４はＡ１を含まず、Ｎｏ、１９はＡ
ｌｌ’の含有量が０．２％に満たない合金、Ｎｏ１６〜
１８は０２％以上のＡｌ２を含む合金である。

この結果から明らかなように、供試片Ｎｏ、１６〜１Ｂ
は、Ｎｏ、１３〜１５に比べてＣの増加量は著しく減少
している。即ち、耐浸炭性にすぐれている。なお、供試
片Ｎｏ、１９は、Ａｌ２含有量が少ないため、耐浸炭性
に関し、顕著な向上効果は認められなかった。

一方、Ｓｉ含有量が２％を超える合金にＡｌを含有させ
れば、クリープ破断強度が低下する傾向がある。特に供
試片Ｎｏ、１７のように、高Ｓｉ１高いＡｌ材料の場合
、クリープ破断強度の低下は著しい。

これに対し、供試片Ｎｏ、１〜１２については、Ｓｉ含
有量が２％を超える材料に適量のＡｆｆを含有させ、更
に適量のＮｂ及びＷｌ又はＮｂ、Ｗ及びＴｉを含有させ
たから、すぐれた耐浸炭性を維持しつつ、かつ高いクリ
ープ破断強度を具備している。このように、耐浸炭性と
クリープ破断強度は、相反する特性であるに拘わらす、
本発明の耐熱鋼は、両者ともすぐれた特性を有している
。

［発明の効果］ 本発明の耐熱鋼は、１１００℃を超える高温域における
使用において、すぐれた耐浸炭性と、高いクリープ破断
強度を具備している。従って、本発明の耐熱鋼は、石油
化学工業における炭化水素の反応管等の材料として好適
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％にて、Ｃ：０．３〜１．５％、Ｓｉ：２％
   を超えて３％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：２０〜３０
   ％、Ｎｉ：２５〜４０％、Ａｌ：０．２〜２．０％、Ｎ
   ｂ：０．２〜２．０％、Ｗ：０．２〜２．０％及び残部
   実質的にＦｅからなり、耐浸炭性及びクリープ破断強度
   にすぐれる耐熱鋼。
2. （２）重量％にて、Ｃ：０．３〜１．５％、Ｓｉ：２％
   を超えて３％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：２０〜３０
   ％、Ｎｉ：２５〜４０％、Ａｌ：０．２〜２．０％、Ｎ
   ｂ：０．２〜２．０％、Ｗ：０．２〜２．０％、Ｔｉ：
   ０．０１〜０．３％及び残部実質的にＦｅからなり、耐
   浸炭性及びクリープ破断強度にすぐれる耐熱鋼。