JPS596910B2 - 耐熱鋳鋼 - Google Patents

耐熱鋳鋼

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JPS596910B2
JPS596910B2 JP56003605A JP360581A JPS596910B2 JP S596910 B2 JPS596910 B2 JP S596910B2 JP 56003605 A JP56003605 A JP 56003605A JP 360581 A JP360581 A JP 360581A JP S596910 B2 JPS596910 B2 JP S596910B2
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JP
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cast steel
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steel
creep rupture
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純一 杉谷
輝夫 葭本
誠 高橋
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron

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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐熱鋳鋼に関し、更に詳しくは、Cr*Ni
およびWを含む耐熱鋳鋼成分組成に、NpTitAlお
よびBを複合添加することにより、高温度、特に、10
00℃を越える温度域における高温クリープ破断強度等
、卓越した高温特性を具備せしめたものである。
従来、石油化学工業におけるエチレンクラツキングチュ
ーブ材として、HK40材やHP材(ASTM規格)な
どのNiおよびCr含有耐熱鋳鋼が用いられてきたが、
近年操業の高温化に伴ない、高温域でのクリープ破断強
度の改善が要求され、これに応える材料として、W含有
HP材が開発され、実用に供せられている。
しかしながら、最近操業条件の一そうの苛酷化にともな
い、上記W含有HP材よりも更に高温クリープ強度の高
い材料が要請されている。本発明者等は、上記要請に応
えるべく、Cr、NiおよびWを含むオーステナイト系
耐熱鋳鋼を基本組成とし、高温特性に対する各種添加元
素の影響について詳細な研究を重ねた結果 NeT1#
AlおよびBの各元素を特定量複合添加することにより
、高温クリープ破断強度や耐熱衝撃性等を顕著に高め得
ることを見出し、本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明は、C0.3〜0.6条、Si2、O
%以下、Mn2、O%以下、Cr20〜30%、Ni3
0〜40チ、W0.5〜500%、N0.04〜0.1
5%、Ti0.04〜0915%、At0.02〜06
07%、およびB0.0002〜0.004%を含有し
、残部実質的にFeより成る耐熱鋳鋼を提供する。
以下、本発明鋳鋼の成分限定理由について詳しく説明す
る。
なお、本明細書において成分含有量を示す % はすべ
て「重量%」である。Cは、鋳鋼の鋳造性を良好にする
ほか、一次炭化物を形成し、クリープ破断強度を高める
のに必要である。
このために少くとも0.3%を要する。C量の増加とと
もにクリープ破断強度も高くなるが、過度に多くなると
二次炭化物が過剰に析出し、使用後の靭性低下が著しく
なるほか、溶接性も悪化するので 066%を上限とす
る。Siは、溶製時の脱酸剤としての役割を有するほか
、耐浸炭性の改善に有効な元素である。
たソし、過剰に加えると、溶接性を損なうので 200
チ以下とする。Mnは、上記Siと同様に脱酸剤として
機能するほか、溶鋼中の硫黄(S)を固定・無害化する
元素として有効であるが、あまり多く加えると耐酸化性
が低下するので、2.0%を上限とする。
Crは、後記Niとの共存下に、鋳鋼組織をオーステナ
イト化し、高温強度や耐酸化性を高める効果を有する。
その効果はCrの増加とともに高められ、特に約100
0℃以上の高温度における強度、耐酸化性を十分なもの
とするには、20チ以上加えられる。たソし、あまり多
く加えると、使用後の靭性の低下が著しくなるので、3
0チを上限とする。Niは、上記のように、Crと共存
して、鋳鋼をオーステナイト組織となし、組織を安定化
し、耐酸化性および高温強度等を高めるのに有効な元素
である。
特に、約1000℃以上の高温域において良好な耐酸化
性および高温強度を発揮させるには、30%以上の添加
を要する。Niの増加とともに上記両特性は向上するが
、約40係を越えても効果は飽和し、経済的に不利であ
るので、40チを上限とする。Wは、高温強度に寄与す
る。
この効果を得るために0.5%以上の添加を要するが、
多量に加えると耐酸化性が損なわれるので、5.0%を
上限とする。本発明鋼は、上記諸元素に加えて、NpT
tjAlおよびBの各元素を複合的に含有する点に最犬
の特徴を有する。
これら元素の複合添加によって高温特性の飛躍的改善が
達成され、いずれか1つの元素を欠いてもその効果は得
られない。すなわち、Tiは鋼中のC,Nと炭窒化物を
形成し、BおよびAtはこれら化合物を微細に分散させ
るとともに結晶粒界を強化し、耐粒界割れ性を高めるこ
とにより、高温強度、特にクリープ破断強度、あるいは
高温熱衝撃特性、長時間クリープ破断強度等の顕著な改
善効果をもたらす。Nは、固溶窒素の形態でオーステナ
イト相を安定化並びに強化するとともに、Ti等と窒化
物を形成し、前記のようにAlおよびBとの共存下に微
細分散することにより結晶粒を微細化し、かつその粒成
長を阻止して高温強度や熱衝撃特性の改善に寄与する。
この効果を十分に得るだめのN量は少くとも0.04%
であることが望ましい。但し、多量に加えると、窒化物
が過剰に析出し、また該窒化物の粗大化を招き、却って
耐熱衝撃特性が劣化するので、好ましくは0.15%を
上限とする。Tiは、上記効果を発揮させるために、0
.04%以上とするのが好ましい。その添加量の増加と
共にクリープ破断強度の向上が認められるが、多量に加
えると析出物の粗大化のほか、酸化物系介在物の増加を
招き強度かや\低下するので、好ましくは0.15係を
上限とする。Alも、上記効果を得るために0.02%
以上添加するのが望ましい。
添加量の増加とともに高温強度が増加するが、多量に加
えると却って強度低下を招くので、0.07%を上限と
するのが好ましい。Bは、鋼の基地の結晶粒界を強化す
るほか、前記Ti系析出物の粗大化を防止し、その微細
析出に寄与するとともに、析出後の凝集粗大化を遅らせ
ることにより、クリープ破断強度の向上をもたらす。
このために0.0002%以上加えるのが望ましく、一
方多量に加えても強度向上は進まず、また溶接性の劣化
を招くので、好ましくは0.004係以下とする。
その他、P,S等の不純物は、この種の鋼に通常許容さ
れる範囲内で存在してもかまわない。
次に実施例を挙げて本発明鋳鋼の高温特性について具体
的に説明する。実施例 高周波溶解炉(大気中)で各種成分の鋳鋼を溶製し、遠
心鋳造により鋳塊(外径136mmX肉厚20叫×長さ
500mm)を製造した。
各供試鋼の化学成分組成を第1表に示す。各鋳塊から試
験片を採取し、クリープ破断試験および耐熱衝撃性試験
を行なった。クリープ破断試験はJISZ2272の規
定に準拠し、かつ(A)温度1093’c−荷重1.9
kgf/Yrtaおよび(B)温度850℃・荷重7.
3kgf/Vjtの2通りの条件で行なった。耐熱衝撃
性試験は、第1図に示すような形状・寸法に調製した試
片(厚さ8mm)を用い、これを温度900℃に加熱し
て30分間保持したのち水冷する操作を繰返し、この操
作を10回行なうごとに試片に発生したクラツクの長さ
を測定した。耐熱衝撃性は該クラツク長さが5fFIF
F+に達したときの繰返し回数にて評価した。試験結果
を第2表に示す。なお、供試材A1〜4は、N,Ti,
AIおよびBの各元素すべてを、前記所定の範囲内で含
有する本発明鋼、A5〜20は比較鋼である。比較鋼の
うち、A5はWを含むHP材、A6〜12は、TitA
lまたはBのいずれかを含まず、またAI3〜20は、
1’LTi,AIおよびBのいずわをも含むが、その量
が本発明の規定する前記範囲から逸脱するものである。
第2表に示されるように、本発明鋼屋1〜4は、従来高
温クリープ破断強度がすぐれているとされているW含有
HP#A5およびその他の比較鋼にくらべ、格段にすぐ
れた高温クリープ破断強度を備えて諭る。
各比較鋼のように、NjTieAlまたはBのいずれか
の元素を欠くか、もしくはその量に過不足があると、ク
リープラプチャーデータ面で劣り、これら元素を前記所
定の範囲内で複合的に添加することによってはじめて上
記の卓越した特性が得られることが判る。特に、本発明
鋼は、850℃などの1000℃以下の温度域よりも、
1093℃などのように1000℃を越える高温域にお
いて、一段とすぐれたクリープ破断特性を示すことは注
目すべきである。また、本発明鋼は、耐熱衝撃特性につ
いても、W含有HP材やその他の比較鋼にくらべ著しく
すぐれていることが認められる。
この特性も、N,TieAlおよびBの複合添加効果に
よるものであることは言うまでもない。以上のように、
本発明に係る耐熱鋳鋼は、従来のW含有HP材などより
もはるかにすぐれた高温特性、就中高温クリープ破断強
度および耐熱衝撃性を有し、石油化学工業におけるコチ
レンクラツキングチューブや改質炉内のりフオーマチュ
ーブとして、あるいは鉄鋼関連設備におけるハースロー
ルやラジアントチューブなど、温度1000℃を越える
高温域で使用される各種設備部品の好適な材料として供
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は耐熱衝撃性試験片の形状を示す説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 C0.3〜0.6%(重量、以下同じ)、Si2.
    0%以下、Mn2.0%以下、Cr20〜30%、Ni
    30〜40%、W0.5〜5.0%、N0.04〜0.
    15%、Ti0.04〜0.15%、Al0.02〜0
    .07%、およびB0.0002〜0.004%を含有
    し、残部実質的にFeより成る耐熱鋳鋼。
JP56003605A 1981-01-12 1981-01-12 耐熱鋳鋼 Expired JPS596910B2 (ja)

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