JPH04198458A - 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］ 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、
さらに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℃以」二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材料が要
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：０．３〜１５％、
Ｓｉ・２％を超えて３％以下、Ｍ１］：２％以下、Ｃｒ
：２０−３０％、Ｎｉ：２５−４０％、Ａ１：０．２〜
２０％、Ｎｂ：’０．２〜２０％および残部実質的にＦ
ｅ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：０．０
１〜０３％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］ 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％ ＣＢの増加に伴って溶融温度が低下するため、鋳造性が
向上する。しかし、あまりに含有量が多くなると、材料
の劣化か進み、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含有量か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Ａ１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Ａｆ！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、Ａ１含有による耐浸炭性向」二効果はあまり
期待できないことを見出した。このため、Ｓｌ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
断強度が低下して溶接性が損なわれるので、その」１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°Ｃ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、凝固過程で割れか
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、」−眼は３０％に
規定する。

Ｎ１・２５〜４０％ Ｎ１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」二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」１
限とする。

Ａｌ：０．２〜２０％ Ａｅ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℃以」二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
加惜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か発生しやす
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ＡＩ！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０．
２％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」１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。

Ｔ　ｉ　＋　０．０１−０．３％ 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」二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
、−Ｌ限は０．３％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ＰＸＳその他の不純物であっても、この種の銅相に
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１２ｍｍＸ長さ６０ｍｍ）を採取した。

各供試片の合金成分を第１表に示す。

ます、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℃、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０．５ｍｍ
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　　　クリープ′断試馴　　　　−一一浸炭試験
一−ＮＯクリープ破断時間（Ｈｒｓ）　　　表面から４
ｍｍまでの１０９３℃Ｘ　１　伽／ｍｍ２Ｃ増加量のＡ
ト（％）１　　　　　　　１１１２　　　　　　　　　
　２．８４２　　　　　　　１１０８　　　　　　　　
　　２．７６３　　　　　　　　９６０　　　　　　　
　　　２．７１４　　　’　　　　　１２１５　　　　
　　　　　　２．６３５　　　　　　　１６３０　　　
　　　　　　　２．７１６　　　　　　　１５１０　　
　　　　　　　　２．６５７　　　　　　　１０１０　
　　　　　　　　　２．５１８　　　　　　　１１５３
　　　　　　　　　　２．４０９　　　　　　　９７６
　　　　　　　　　　２．３８１０　　　　　　　１０
１５　　　　　　　　　　２．３８１１　　　　　　　
１３６１　　　　　　　　　　２．３０１２　　　　　
　　１５３２　　　　　　　　　　２．２８１３　　　
　　　　１００５　　　　　　　　　　１６．７６１４
　　　　　　　９０１　　　　　　　　　　１０．２４
１５　　　　　　　７７３　　　　　　　　　　１０．
７１１６　　　　　　　５５３　　　　　　　　　　４
．４１１７　　　　　　　３１０　　　　　　　　　　
２．２１１８　　　　　　　５３０　　　　　　　　　
　３．２６１９　　　　　　　６９０　　　　　　　　
　　８．７０比較祠の供試片Ｎｏ、１３〜１９の結果に
ついて考察する。供試片Ｎｏ、１３とＮ０１５はＳｉが
２％に満たない合金であり、Ｎ０１３についてはＡ１を
含有せず、Ｎｏ、１５はＡｅを含有している。Ｎｏ、１
４とＮｏ、１６−１９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ＡＩを含まず、Ｎｏ、１９はＡ
Ｉの含有量が０２％に満たない合金、Ｎｏ１６〜１８は
０２％以上のＡ１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、１６〜１８
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、Ａ１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Ａｐ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Ａ＋２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Ａｐ２を含有させ、更
に適量のＮｂ、又はＮｂ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、が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°Ｃ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：０．２〜２０％、Ｎｂ
   ：０．２〜２０％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％、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。