JPS6148559A - 高温強度、耐水素侵食性を向上した低合金耐熱鋼帯 - 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） 本発明は低合金耐熱鋼帯に関し、特に２’／４Ｃｒ！　
　　　　　−ＩＭｏ鋼にくらべ、５ｏｏ℃付近での高温
強度と高圧の水素に対する耐侵食性にすぐれたＣｒ　−
Ｍ。

系低合金耐熱鋼帯に係わるものである。

（従来技術及び問題点） Ｃｒ　−Ｍｏ系低合金耐熱鋼は、そのすぐれた高温強度
、耐水素侵食性等から化学工業、石油化学、石油精製な
どの高温高圧の反応容器に広く使用されている。ところ
で最近の高温反応容器は、効率向上のだめ大型化、高温
化、高圧化の動きがあり、これに伴なって装置の厚みが
ます１す厚くなる傾向がある。七ノブロックで製作する
場合、極厚化は板厚中心部の冷速の低下を招き、強度靭
性の低下をもたらす。また壁厚の増大は応力除去焼鈍時
間を長く必要とすることＫなり、この点からも強度低下
につながる。

このような事情から、これまでの成分系に対して壁厚の
極度の増大を招かないだめの高温強度の上昇、定期検査
時の圧力テストによる脆性破壊を防止するだめの高靭性
及び耐焼もどし脆化性など強度、靭性面からの新たな配
慮が必要となる。

また従来の操業温度（４５４℃）Ｋくらべて、反応効率
を高めるための高温化（４８２℃以上）の動きは、これ
までの鋼より、より一層耐水素侵食性が高く、且つクリ
−づ強度の高い鋼が要求されている。このような高温化
に対応しつる鋼としては、たとえば３　Ｃｒ　−ｉ　Ｍ
ｏ鋼が、水素侵食の点で５３８℃まで耐えるとされてい
るが、高温強度が低いという欠点がある。

本発明者らはこれまでの極厚モノブロックの反応容器の
製作に当っては上記のように材料的に多くの問題が山積
している現状から、この点を解決する一手段としての連
続渦巻式多層容器に対する銅帯を開発することを考えた
。

現在日本国内では、特公昭４５−２０９７号公報、特公
昭４８−２６５８号公報等で提案されている如く、各種
方式の多層容器が製造可能であり、アシＴ：ニアコｙバ
ーター、石油精製リアクタ、セパレーター、ア＋ユムレ
ーターなどの高圧分野で広く使用されている。この多層
容器の利点は極厚七ノ′：５０ツクに比重高い強度の材
料を容易に使用でき従って、容器の重−量軽減がはがれ
ることにある。特に連続渦巻式多層容器は連続熱延鋼帯
の使用が可能であり、溶接工数の減少大型づレス曲げロ
ーラ設備が不要等極めて経済どの利点も多い。

しかもこの用途に対する鋼材はいわゆるホットストリッ
プの熱延鋼帯であって板厚が２〜１゜閣と焼きも入り易
いだめに容易に高い強度が得られる。

そこで本発明者らは、かかる用途に適しだ熱延銅帯の成
分１［’Ｊ成について種々検討した結果、まずこのｆ４
ｉの用途に多い高温高圧の水素環境に於ける耐水素侵食
性を確保するだめ例はＣｒ、Ｍｏ、Ｖ等の炭化物生成元
素を６金元素とｌ−て加えればよいという知見を得た。

さらに高温におけるもう一つの必要茶件である高いクリ
ープ破断強度は適険のＣとＭｏ、Ｖの添加によって達成
された。更に溶接性についても、冷間割れ感受性は板厚
の薄いことで軽減さね、再熱割れ感受性けＶ／Ｃｒ比を
抑えることで軽減することができるという結論を得た。

このようにして本発明者らは４８２℃での許容応力が従
来の２１　Ｏｒ　−１”鋼にくらべ著しく高目の値を確
保できる全く新規な成分系のＣｒ　−Ｍ。

系低合金耐熱鋼帯を開発することに成功した。

（発明の構成） 本発明の成分範囲を示せば第１表の女口＜になる。

第　１　表　　不発明鋼の成分範囲 次に各成分を第１表の如く定めた限定理由について次ぺ
る。

Ｃは強度保持上必要であるが０．２５％を超すと溶接性
ならびに靭性を損なうので上限を０．２５％とし、下限
はこれ未満では溶接後熱時に高いテンパーパラメータを
採用した時強度の保持が困難なため０．０８％とした。

ここでテンパーパラメータ（Ｔ、Ｐ、）とはＴ、Ｐ、＝
Ｔ（２０＋　ｌｏｇ　ｔ　）で求めるもノテある。但し
Ｔ：温度（０Ｋ）、ｔ：時間（ｈｏｕｒ）である。

Ｍｎは脱酸のためのみでなく、強度保持にも必要な成分
である。しかし１．５チを超すと靭性の点から好ましく
ないので上限を１．５襲とし、下限は極厚材の強度保証
の点から０．３係とした。

ＣｒＩ′ｉ耐酸化性、耐水素侵食性ならびに強度の点か
ら必要であるが、Ｃｒ以外にも後述するＭＯ１■との複
合で耐水素侵食性は確保される。しかし１．５係未満で
は多歓のＭｏ、Ｖ［を必要とすることとなり、溶接性の
点から不都合であるので下限を１，５チとした。また５
チを超して添加するとガス切断に対して問題が生ずるの
で上限を５チとした。

ＭＯは著しく高温強度を高める元素であるが、５００℃
付近の強度に対しては０．５係未満では効果が極端に低
下し、１．５俤を超しても効果の増大はほとんどない上
に、溶接性に悪影響を及ｔＹすので上限を１．５％、下
限＋０．Ｓ％としだ。

■は焼もどし軟化抵抗を著しく病めるため、ＭＯと同様
に筒温強度の向上に顕著な効果のある元素であるが、５
００℃付近でのクリ一つ強度を向上させるためには、０
．１５％以上の添加か必要であり、又０．４％を超えて
添加すると、浴接性に決定的な悪影咎を与えるために、
上限を０．４％、下限を０゜１５条とした。

Ｓｉは脱酸剤として添加てれるものであるが強度の向上
にも効果がある元素である。しかし、炭化物の安定性を
損なう元素のため、耐水素侵食性に有害に作用するので
かかる見地からは含有量が低い程望ましい。よってこれ
らを総合的に勘案してＳｉ址を０．２％以下に抑えるこ
とにした。

Ｐも焼もとし脆化に対して有害であるので、焼戻脆化感
受性の高いこの系の鋼ではｏ、０１４以下に抑える必要
がある。

又本発明においては細粒化による靭性向上のためＷｂ　
０．０１〜０．１　％を、又これにさらにＯｒ−Ｍｏ鋼
の焼もとし脆化の軽減の目的でＣａを０．０００５〜０
．０１５％含有せしめることができる。

即ち丑ずＮｂは結晶粒を微細化し、強度も向上する元素
であるが、ぞのｆｉｔは０．０１飴末病では効果がなく
、丑た０、１襲を超すと却ってクリ−づ強度が低下する
ので上限＝０．１％、下限を０．０１９６と定めた。

又Ｃａ　（Ｄ鼠は０．０００５多未満ではダカ米かなく
、０．０１５優を超えると清沙展か不良となり、相質に
悪＃＃を与えるので上限を００１５係、下限を０．００
０５％とした。

以上個々の成分の限だ理由を述べたが、その土木発明鋼
帯が使用される苛酷な商温筒圧水素環境に対する耐水素
侵食性な確保するためＯｒ。

Ｍｏ　、Ｖの関係がＣｒ＋１．５ＭＯ＋２’Ｖで４．２
％以上が必要である。

この関係は０．１５％ｃ−３飴Ｃｒ−１チＭｏ鋼を基準
にして各元棄の耐水素侵食性向上に及ぼす効果を調べた
ところ、炭化物の安定化の点からＣｒ　：　Ｍ。

：■の比はｉ：ｉ、５二２の割合で効果のあることが判
明しており、前述の式で整理して４．２裕未満では水素
浸食に文る拐質劣化が激し７１／′１゜又合金元諧＠特
に■が多骨と）るため溶接後熱処理時にゴ？けるＳＲ割
れを生じ易（／′１ので、これを避けるために■βｒの
上限を定めた。

即ち前述のとおり■Ｉ″ｉＳＲ割ｉ″Ｌ感受性を著しく
高めるが、一方ＣＮｄ１．５％を、ｑでとして却って感
受性を減少させることが分り、０゜１５Ｃ−ＩＭｏ鋼に
ついてＳＲ割れ感受性に対する■／ｃｒの杉弗を調べた
ところ、本発明鋼のＯｒ、Ｖ針の範囲でに０１５以下に
抑えればＳＲｌ１ｌＪｑ、の危険が在いことか分った。

即ち０．１５をこえるとＷＥＳ　３００５試験法で割れ
を生ずるに必袂な拘束ピード数が１０以下となって実用
に耐えない。

又一方、クリ−づ強度の点から有効な炭化物量と分散状
態から■Ａの比に最適範囲があり、１．５未満では十分
な弓！？１度かえられず、２，５を超すと却って強度が
低下するので上限を２，５、下限を１．５と定めた。さ
らにＮｂを含有する場合には■、Ｎｂ　及ヒＣ）関係力
（Ｖ＋０．６Ｎｂ）／Ｃノ比テ１．５〜２．５であるこ
とが必要であるとの結論を得た。

これは、０．１５Ｇ　−３Ｏｒ　−１Ｍｏ鋼にライ”Ｉ
＄発明鋼の成分範囲で（ｖ　＋　０．６　Ｎｂ　）／Ｃ
とクリープ破断強度の関係を調べることによって判明し
た。Ｎｂは■に対し原子量が太きいため、その効果は■
の０．６倍である。

なお冷却速度の極めて遅い場合の焼入性を確保するため
に０．５％以下のＮｉ、ａｏｐｐｍ以下の微愉Ｂと０．
１％以下のＡＩ又はＴｉを添加してもよい。

次に本発明効果を実施例についてさらに具体的に述べる
。

（実施例） 第２表は供試鋼の化学組成と圧延後Ｔ（２０＋１ｏｇｔ
）で計算されるテンパーパラメータ２０．６に応力除去
焼鈍を行った後の緒特性を示す（ここでＴ：絶対温度、
ｔ：時間）。即ち４８２℃における引張り特性、加速評
価のために行った５５０℃、２３．５Ｋｉ傷２でのクリ
ープ破断時間、０℃の衝撃値ｖＥｏとステップクールに
よる衝撃破面遷移温度のシフト量、ボンド相当の再現Ｈ
ＡＺ試験片を６００℃、２５０気圧の水素中で１０００
　ｈｙ曝露した後の絞９の低下率及び溶接割れ性に対す
る一般的指標である鉄研式ｙ割れ試験の割れ停止予熱温
度、および耐ＳＲ割れ性の指標であるＷＥＳ　３００５
試験法における割れを生ずるのに必要な拘束ご一ド数が
夫々掲載されている。

なお前記拘束ピード数が１０以下であると著しく割れ感
受性が高いことは経験的に確かめられている。

表中屓１〜３．７〜１１鋼は比較鋼であり、扁４〜６．
１２〜１３鋼は本発明の第１項に、扁１４．１５鋼ｉｉ
第２項にＡ１６鋼は第３項に５１７鋼は第４項に属する
鋼である。

Ａ１＠は通常の２号Ｏｒ　−ＩＭｏ鋼テアルカ、４８２
℃の高温強度が低く、クリ−づ破断強度も著しく低い一
ヒに、耐水素侵食性も良好でｒ／ｉない。

μ２鋼は通常の３Ｏｒ−ＩＭｏ系の鋼であるが、耐水素
侵食性にすぐれている以外は強度的には極めて低い。厘
３．７鋼はＣ量がその上下限をはずれるもので、扁３鍋
は強度不足、煮７鋼は溶接性に難点がある。Ａ８．９鋼
はＶ／Ｃの比がそれぞれ上下限をはずれるもので、いづ
−れも適正範囲の鋼に対して２リ−づ破断強度が低下し
てしまう。Ａ　１０　＠はＶ／Ｃｒの比が限界値０．１
５を超すものであって、僅かな拘束ピード数によっテＳ
Ｒ割れを起してしまうという点でＳＲ割れ感受性が著し
く高く、実用上溶接施工に問題がある。１１６．１１鋼
はＣｒ＋１．５Ｍｏ＋ＺＶで計算される値が４．２係を
切る鍋であって耐水素侵食性に乏しく通常の２１／４　
Ｃｒ　−Ｉ　Ｍｏ鋼なみの鋼である。

これに対して本発明鋼である篇４〜Ｇ、１２．１３鋼は
高温強度、クリ−づ破断強度、靭性、焼もどし脆化抵抗
、耐水素侵食性、溶接性、耐ＳＲ割れ性のいずれの点か
らもすぐれた性能を示し、！　　　　高温高圧反応容器
用鋼材として極めて好適な鋼である。才た届１４．１５
鋼ｉｒ、ｉ扁５鋼の成分系の鋼に少量のＮｂを加えた鋼
であって、高温強度、クリ−づ破断強度がよりすぐれた
鋼である。

扁１６．１７鋼はそれぞれ屈５鋼、Ａ１５鋼に微址のＣ
ａを加えたものであるがいずれもステップクール後の脆
化が全く起らず、耐焼もとし脆化特性のすぐれた鋼であ
る。

（発明の効果） 以上の如く不発明鋼は通常の２　’／４０ｒ　−１”鋼
にくらべ、装置の大型化、高温化に対応できる高温強度
の向上を達成した鋼であって、装置の軽量化に役立ち、
かつ種々の使用中脆イヒの軽減による安全性の保証につ
ながるもので、産業上貢献するところ極めて太きいもの
である。

手続補正書 昭和、ケ９年７月／／日　′

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％でＣ０．０８〜０．２５％ Ｍｎ０．３〜１．５％ Ｃｒ１．５〜５％ Ｍｏ０．５〜１．５％ Ｖｏ０．１５〜０．４％を含有し Ｓｉ０．２％以下とし さらにＰ０．０１％以下に制限し、且つＣｒ、Ｍｏ、Ｖ
   の関係がＣｒ＋１．５Ｍｏ＋２Ｖで４．２以上、Ｖ／Ｃ
   ｒ０．１５以下、Ｖ／Ｃ１．５〜２．５の範囲を満足し
   残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなる高温強度、耐水素
   侵食性を向上した低合金耐熱鋼帯。
2. （２）重量％でＣ０．０８〜０．２５％ Ｍｎ０．３〜１．５％ Ｃｒ１．５〜５％ Ｍｏ０．５〜１．５％ Ｖｏ０．１５〜０．４％ Ｎｂ０．０１〜０．１％を含有し Ｓｉ０．２％以下とし、さらにＰ０．０１％以下に制限
   し、且つＣｒ、Ｍｏ、Ｖの関係が Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋２Ｖで４．２以上、Ｖ／Ｃｒ０．１
   ５以下、（Ｖ＋０．６Ｎｂ）／Ｃ１．５〜２．５の範囲
   を満足し、残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなる高温強
   度、耐水素侵食性を向上した低合金耐熱鋼帯。
3. （３）重量％でＣ０．０８〜０．２５％ Ｍｎ０．３〜１．５％ Ｃｒ１．５〜５％ Ｍｏ０．５〜１．５％ Ｖ０．１５〜０．４％を含有し さらにＣａ０．０００５〜０．０１５％を含み、Ｓｉ０
   ．２％以下としＰ０．０１％以下に制限し、且つＣｒ、
   Ｍｏ、Ｖの関係がＣｒ＋１．５Ｍｏ＋２Ｖで４．２以上
   、Ｖ／Ｃｒ０．１５以下、Ｖ／Ｃ１．５〜２．５の範囲
   を満足し、残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなる高温強
   度、耐水素侵食性を向上した低合金耐熱鋼帯。
4. （４）重量％でＣ０．０８〜０．２５％ Ｍｎ０．３〜１．５％ Ｃｒ１．５〜５％ Ｍｏ０．５〜１．５％ Ｖ０．１５〜０．４％ Ｎｂ０．０１〜０．１％を含有し さらにＣａ００００５〜０．０１５％を含み、Ｓｉ０．
   ２％以下とし、Ｐ０．０１％以下に制限し、且つＣｒ、
   Ｍｏ、Ｖの関係がＣｒ＋１．５Ｍｏ＋２Ｖで４．２以上
   、Ｖ／Ｃｒ０．１５以下、（Ｖ＋０．６Ｎｂ）／Ｃ１．
   ５〜２．５の範囲を満足し、残部Ｆｅおよび不可避不純
   物よりなる高温強度、耐水素侵食性を向上した低合金耐
   熱鋼帯。