JPS6210295B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6210295B2 JPS6210295B2 JP57165319A JP16531982A JPS6210295B2 JP S6210295 B2 JPS6210295 B2 JP S6210295B2 JP 57165319 A JP57165319 A JP 57165319A JP 16531982 A JP16531982 A JP 16531982A JP S6210295 B2 JPS6210295 B2 JP S6210295B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- resistance
- carburization resistance
- tubes
- creep rupture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
本発明はリフオーマーチユーブやクラツキング
チユーブなど用途に供する特に耐浸炭性、高温ク
リープ破断強度にすぐれた耐熱鋳鋼に関する。 石油化学工業におけるエチレンクラツキングチ
ユーブには、鋳造によつて製造される直管とベン
ド管の溶接組立品が用いられており、また改質炉
内のリフオーマーチユーブには同じく鋳造直管と
レデユーサーの溶接組立品が用いられている。そ
して、これらの用途にはNiおよびCrを含む耐熱
鋳鋼材料の使用が一般的であり、代表的には
ASTMHK40材やHP材などが用いられてきてい
る。 近年、操業の高温化に伴い、この種工業部材材
料には更なる高温特性の改善が要求されつつあ
る。そこで、これに応える材料として、HP材に
Nb、Ｗ、Moなどを添加したものも開発され、実
用に供されている現状にある。しかし乍ら、使用
環境の一層の高温化、原料ガスの重質化を背景
に、クラツキングチユーブやリフオーマーチユー
ブには、単に高温特性の改善に止まらず、特にそ
の高温使用下での耐浸炭性の向上が強く要望され
ている。 かかる実情に鑑み、本発明は主として上記クラ
ツキングチユーブやリフオーマーチユーブのよう
な特に耐浸炭性が必要とされる高温装置部材に最
適のものを提供する目的で、高温クリープ破断強
度の低下を伴うことなく耐浸炭性を大巾に改善で
きるようにした新しいNi―Cr―Ｎ―Nb系耐熱鋳
鋼を開発することに成功したものである。 すなわち、本発明に係る耐浸炭性と高温クリー
プ破断強度にすぐれた耐熱鋳鋼は、C0.25〜
0.75、Si2.0以下、Mn5〜20、Cr20〜30、Ni15〜
40、N0.01〜0.40、Nb0.3〜2.0、Cu0.5〜3.0、
Al0.01〜1.0を各重量％含むことを特徴とするも
のである。 以下本発明の耐熱鋳造を構成する成分元素につ
いて、その特徴とともに成分範囲の限定理由を詳
述する。 Ｃ 0.25〜0.75％ Ｃは鋳鋼の鋳造性をよくする他に、後に述べる
Nb、Cr、Ｎとの共存下で一次炭窒化物、一次炭
化物を形成し、クリープ破断強度の向上に寄与す
る。このため少なくとも0.25％以上の含有を必要
とする。しかし、その効果はＣ量の増加と共に高
められるものの、過度に多く含まれると、二次炭
化物の過剰析出により使用後の靭性低下が著しく
なり、同時に溶接性も劣化するため0.75％を上限
とする。 Si 2.0以下 Siは鋳造溶製時の脱酸剤としての役割を有する
他に、耐浸炭性の改善に効果をもたらす。ただし
多量に含有すると溶接性が損われるので、2.0％
を上限とする。 Mn ５〜20％ Mnはオーステナイト相を安定化するととも
に、特に重要な効果は耐浸炭性改善への寄与であ
る。そして、５％未満ではその効果が少なく、一
方20％を超えると材料の延性を劣化させ、溶接性
を著しく損うためである。 Cr 20〜30％ CrはMnおよび後のNiとの共存下で金属組織を
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。特に、1000℃以上の高温域で所
要の強度、耐酸化性を得るための含有量は少なく
とも20％以上であることを要する。このような効
果はCr含有量の増加とともに強化されるが、反
面あまり多くなると使用後の靭性の低下が著しく
なるため、30％をその上限とする。 Ni 15〜40％ Niは上記のようにCr、Mnと共存してオーステ
ナイト組織を保ち、その組織的安定性を与え、耐
浸炭性、耐酸化性および高温強度を確保するのに
有効な元素である。そして、1000℃以上の高温度
域で良好なる耐酸化性および高温強度を得るため
には、15％以上の含有を要する。上記特性はNi
含有量の増加とともに向上するが、40％を超える
と添加効果が飽和し経済的に不利となるため、40
％を上限とする。 Ｎ 0.01〜0.40％ Ｎは固溶窒素の形態でMnを含むオーステナイ
ト相を安定強化するとともに、Nb、Crと窒化
物、炭窒化物の形成に関与し、この化合物が微細
に分散析出することによつて結晶粒が微細化し、
粒成長が阻止され、クリープ破断強度が高められ
る。この効果を積極的に発揮せしめるため、Ｎ含
有量は0.01％以上とする。ただし、Ｎ含有量が余
り多くなると、窒化物、炭窒化物の過剰の析出並
びに粗大化を招き、溶接性が低下するので0.40％
をそ上限とする。 Nb 0.3〜2.0％ Nbはクリープ破断強度を高める効果を有す
る。そしてこの効果を得るためには0.3％以上の
含有を必要とする。ただし、含有量が余り多いと
却つてクリープ破断強度の低下を来たすことにな
るため、2.0％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る
が、その場合にはTaとの合計量が0.3〜2.0％であ
ればよい。 Cu 0.5〜3.0％ Cuは上記基本化学成分による材料特性を損う
ことなく、さらにその耐浸炭性の改善を計るため
に有効な添加元素である。この場合その添加量
は、0.5％以下では耐浸炭性の改善に見るべきも
のがなく、他方3.0％を超えて添加されると延性
低下に伴う溶接性の劣化をきたして好ましくな
い。 Al 0.01〜1.0％ Alは耐酸化性の改善向上に効果がある他に、
特に耐浸炭性の改善に有効な元素である。その場
合Cuと複合添加すると、より顕著な改善効果を
示す。耐浸炭性の改善を目的とする本発明では、
Al添加により所期の改善効果を収めるために
は、その含有量は少なくとも0.01％以上とする。
そして、その含有量の増加とともに耐浸炭性は改
善される。しかし、Al添加量が1.0％を超えると
溶鋼の流動性が低下し、著しく鋳造性が損われる
ので、1.0％をその上限とする。なお、Alの含有
量が0.05％以下の微量の場合では、Cuと複合添
加することによりCuの耐浸炭性改善効果をより
顕著ならしめる。 本発明の耐熱鋳鋼は以上の合金成分を含み、残
部は実質的にFeからなるものである。 本発明の耐熱鋳鋼はその溶製時に、その他Ｐ、
Ｓ等の不純物を不可避的に混入する場合があるが
この種の鋼材に通常許容される範囲内であれば、
その存在を妨げない。 次に本発明の実施例を比較例と共に掲げ、その
すぐれた特性を明らかにする。 ＜実施例＞ 高周波溶解炉（大気中）で各種鋳鋼を溶製し、
遠心鋳造法により各々管材（外径136mm、肉厚20
mm、長さ500mm）を鋳造した。これらの各供試材
の化学成分を第１表に示す。なお供試材中、No.１
および２は従来材、No.３〜13は比較材であり、No.
14〜16が本発明の鋳鋼材である。 各供試材から試験片を採取し、クリープ破断強
度および耐浸炭性の測定に供した。その結果を第
２表に示す。なお各試験の要領は次の通りであ
る。 〔〕 クリープ破断強度 JIS Ｚ 2272の規定による。ただし、(A)温度
1093℃、荷重1.9Kgｆ／mm2、(B)温度850℃、荷重
7.3Kgｆ／mm2の２通りの条件で実施した。 〔〕 耐浸炭性試験 試片（直径12mm、長さ60mm）を固定浸炭剤（テ
グサKG30、BaCO3含有）中で温度1100℃の下に
300時間保持したのち、試片の表面から深さ１mm
までの層と、表面から深さ１〜２mmの層より各々
切粉を採取し、Ｃ量分析を行つて増加Ｃ量（wt
％）を求めた。第２表中、「耐浸炭性」の欄の数
値はこの増加Ｃ量を意味し、勿論該数値が小さい
程、耐浸炭性にすぐれることを示す。
チユーブなど用途に供する特に耐浸炭性、高温ク
リープ破断強度にすぐれた耐熱鋳鋼に関する。 石油化学工業におけるエチレンクラツキングチ
ユーブには、鋳造によつて製造される直管とベン
ド管の溶接組立品が用いられており、また改質炉
内のリフオーマーチユーブには同じく鋳造直管と
レデユーサーの溶接組立品が用いられている。そ
して、これらの用途にはNiおよびCrを含む耐熱
鋳鋼材料の使用が一般的であり、代表的には
ASTMHK40材やHP材などが用いられてきてい
る。 近年、操業の高温化に伴い、この種工業部材材
料には更なる高温特性の改善が要求されつつあ
る。そこで、これに応える材料として、HP材に
Nb、Ｗ、Moなどを添加したものも開発され、実
用に供されている現状にある。しかし乍ら、使用
環境の一層の高温化、原料ガスの重質化を背景
に、クラツキングチユーブやリフオーマーチユー
ブには、単に高温特性の改善に止まらず、特にそ
の高温使用下での耐浸炭性の向上が強く要望され
ている。 かかる実情に鑑み、本発明は主として上記クラ
ツキングチユーブやリフオーマーチユーブのよう
な特に耐浸炭性が必要とされる高温装置部材に最
適のものを提供する目的で、高温クリープ破断強
度の低下を伴うことなく耐浸炭性を大巾に改善で
きるようにした新しいNi―Cr―Ｎ―Nb系耐熱鋳
鋼を開発することに成功したものである。 すなわち、本発明に係る耐浸炭性と高温クリー
プ破断強度にすぐれた耐熱鋳鋼は、C0.25〜
0.75、Si2.0以下、Mn5〜20、Cr20〜30、Ni15〜
40、N0.01〜0.40、Nb0.3〜2.0、Cu0.5〜3.0、
Al0.01〜1.0を各重量％含むことを特徴とするも
のである。 以下本発明の耐熱鋳造を構成する成分元素につ
いて、その特徴とともに成分範囲の限定理由を詳
述する。 Ｃ 0.25〜0.75％ Ｃは鋳鋼の鋳造性をよくする他に、後に述べる
Nb、Cr、Ｎとの共存下で一次炭窒化物、一次炭
化物を形成し、クリープ破断強度の向上に寄与す
る。このため少なくとも0.25％以上の含有を必要
とする。しかし、その効果はＣ量の増加と共に高
められるものの、過度に多く含まれると、二次炭
化物の過剰析出により使用後の靭性低下が著しく
なり、同時に溶接性も劣化するため0.75％を上限
とする。 Si 2.0以下 Siは鋳造溶製時の脱酸剤としての役割を有する
他に、耐浸炭性の改善に効果をもたらす。ただし
多量に含有すると溶接性が損われるので、2.0％
を上限とする。 Mn ５〜20％ Mnはオーステナイト相を安定化するととも
に、特に重要な効果は耐浸炭性改善への寄与であ
る。そして、５％未満ではその効果が少なく、一
方20％を超えると材料の延性を劣化させ、溶接性
を著しく損うためである。 Cr 20〜30％ CrはMnおよび後のNiとの共存下で金属組織を
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。特に、1000℃以上の高温域で所
要の強度、耐酸化性を得るための含有量は少なく
とも20％以上であることを要する。このような効
果はCr含有量の増加とともに強化されるが、反
面あまり多くなると使用後の靭性の低下が著しく
なるため、30％をその上限とする。 Ni 15〜40％ Niは上記のようにCr、Mnと共存してオーステ
ナイト組織を保ち、その組織的安定性を与え、耐
浸炭性、耐酸化性および高温強度を確保するのに
有効な元素である。そして、1000℃以上の高温度
域で良好なる耐酸化性および高温強度を得るため
には、15％以上の含有を要する。上記特性はNi
含有量の増加とともに向上するが、40％を超える
と添加効果が飽和し経済的に不利となるため、40
％を上限とする。 Ｎ 0.01〜0.40％ Ｎは固溶窒素の形態でMnを含むオーステナイ
ト相を安定強化するとともに、Nb、Crと窒化
物、炭窒化物の形成に関与し、この化合物が微細
に分散析出することによつて結晶粒が微細化し、
粒成長が阻止され、クリープ破断強度が高められ
る。この効果を積極的に発揮せしめるため、Ｎ含
有量は0.01％以上とする。ただし、Ｎ含有量が余
り多くなると、窒化物、炭窒化物の過剰の析出並
びに粗大化を招き、溶接性が低下するので0.40％
をそ上限とする。 Nb 0.3〜2.0％ Nbはクリープ破断強度を高める効果を有す
る。そしてこの効果を得るためには0.3％以上の
含有を必要とする。ただし、含有量が余り多いと
却つてクリープ破断強度の低下を来たすことにな
るため、2.0％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る
が、その場合にはTaとの合計量が0.3〜2.0％であ
ればよい。 Cu 0.5〜3.0％ Cuは上記基本化学成分による材料特性を損う
ことなく、さらにその耐浸炭性の改善を計るため
に有効な添加元素である。この場合その添加量
は、0.5％以下では耐浸炭性の改善に見るべきも
のがなく、他方3.0％を超えて添加されると延性
低下に伴う溶接性の劣化をきたして好ましくな
い。 Al 0.01〜1.0％ Alは耐酸化性の改善向上に効果がある他に、
特に耐浸炭性の改善に有効な元素である。その場
合Cuと複合添加すると、より顕著な改善効果を
示す。耐浸炭性の改善を目的とする本発明では、
Al添加により所期の改善効果を収めるために
は、その含有量は少なくとも0.01％以上とする。
そして、その含有量の増加とともに耐浸炭性は改
善される。しかし、Al添加量が1.0％を超えると
溶鋼の流動性が低下し、著しく鋳造性が損われる
ので、1.0％をその上限とする。なお、Alの含有
量が0.05％以下の微量の場合では、Cuと複合添
加することによりCuの耐浸炭性改善効果をより
顕著ならしめる。 本発明の耐熱鋳鋼は以上の合金成分を含み、残
部は実質的にFeからなるものである。 本発明の耐熱鋳鋼はその溶製時に、その他Ｐ、
Ｓ等の不純物を不可避的に混入する場合があるが
この種の鋼材に通常許容される範囲内であれば、
その存在を妨げない。 次に本発明の実施例を比較例と共に掲げ、その
すぐれた特性を明らかにする。 ＜実施例＞ 高周波溶解炉（大気中）で各種鋳鋼を溶製し、
遠心鋳造法により各々管材（外径136mm、肉厚20
mm、長さ500mm）を鋳造した。これらの各供試材
の化学成分を第１表に示す。なお供試材中、No.１
および２は従来材、No.３〜13は比較材であり、No.
14〜16が本発明の鋳鋼材である。 各供試材から試験片を採取し、クリープ破断強
度および耐浸炭性の測定に供した。その結果を第
２表に示す。なお各試験の要領は次の通りであ
る。 〔〕 クリープ破断強度 JIS Ｚ 2272の規定による。ただし、(A)温度
1093℃、荷重1.9Kgｆ／mm2、(B)温度850℃、荷重
7.3Kgｆ／mm2の２通りの条件で実施した。 〔〕 耐浸炭性試験 試片（直径12mm、長さ60mm）を固定浸炭剤（テ
グサKG30、BaCO3含有）中で温度1100℃の下に
300時間保持したのち、試片の表面から深さ１mm
までの層と、表面から深さ１〜２mmの層より各々
切粉を採取し、Ｃ量分析を行つて増加Ｃ量（wt
％）を求めた。第２表中、「耐浸炭性」の欄の数
値はこの増加Ｃ量を意味し、勿論該数値が小さい
程、耐浸炭性にすぐれることを示す。
【表】
【表】
上記第２表の試験結果から明らかなように、本
発明鋳鋼（供試材No.14〜16）にあつては、一面に
おいて従来材のうちでも高温クリープ破断強度に
すぐれているとされるNb含有HP材（供試材No.
１）と同等のクリープ破断強度を備えていること
が認められ、他方、耐浸炭性試験結果においては
そのＣ量増加は1/10以下であり、また、Cuまた
はAlを単独添加した比較材No.８〜13と比べて
も、Ｃ％増加量が非常に減少しており、極めてす
ぐれた耐浸炭性を具備しているのが確認される。 このように本発明に係るNi―Cr―Mn―Ｎ―Nb
系耐熱鋳鋼は、従来のNb含有HP材などと比較す
ると高温クリープ破断強度を損うことなく高温に
おいて極めてすぐれた耐浸炭性を得ることができ
るのが特徴である。従つて、本発明鋳鋼は耐浸炭
性と高温クリープ破断強度が要求される石油化学
工業用のエチレンクラツキングチユーブや改質炉
内のリフオーマーチユーブをはじめとして、鉄鋼
関連設備におけるハースロールやラジアントチユ
ーブなど1000℃を超える超温域で使用される各種
設備部材の好適な材料として供することができ
る。
発明鋳鋼（供試材No.14〜16）にあつては、一面に
おいて従来材のうちでも高温クリープ破断強度に
すぐれているとされるNb含有HP材（供試材No.
１）と同等のクリープ破断強度を備えていること
が認められ、他方、耐浸炭性試験結果においては
そのＣ量増加は1/10以下であり、また、Cuまた
はAlを単独添加した比較材No.８〜13と比べて
も、Ｃ％増加量が非常に減少しており、極めてす
ぐれた耐浸炭性を具備しているのが確認される。 このように本発明に係るNi―Cr―Mn―Ｎ―Nb
系耐熱鋳鋼は、従来のNb含有HP材などと比較す
ると高温クリープ破断強度を損うことなく高温に
おいて極めてすぐれた耐浸炭性を得ることができ
るのが特徴である。従つて、本発明鋳鋼は耐浸炭
性と高温クリープ破断強度が要求される石油化学
工業用のエチレンクラツキングチユーブや改質炉
内のリフオーマーチユーブをはじめとして、鉄鋼
関連設備におけるハースロールやラジアントチユ
ーブなど1000℃を超える超温域で使用される各種
設備部材の好適な材料として供することができ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.25〜0.75％ Si：2.0％以下 Mn：５〜20％ Cr：20〜30％ Ni：15〜40％ Ｎ：0.01〜0.40％ Nb：0.3〜2.0％ Cu：0.5〜3.0％ Al：0.01〜1.0％ を各重量％含み、残部実質的にFeからなること
を特徴とする耐浸炭性と高温クリープ破断強度に
すぐれた耐熱鋳鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16531982A JPS5953660A (ja) | 1982-09-22 | 1982-09-22 | 耐浸炭性と高温クリ−プ破断強度にすぐれた耐熱鋳鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16531982A JPS5953660A (ja) | 1982-09-22 | 1982-09-22 | 耐浸炭性と高温クリ−プ破断強度にすぐれた耐熱鋳鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5953660A JPS5953660A (ja) | 1984-03-28 |
| JPS6210295B2 true JPS6210295B2 (ja) | 1987-03-05 |
Family
ID=15810064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16531982A Granted JPS5953660A (ja) | 1982-09-22 | 1982-09-22 | 耐浸炭性と高温クリ−プ破断強度にすぐれた耐熱鋳鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5953660A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3015527A1 (fr) * | 2013-12-23 | 2015-06-26 | Air Liquide | Alliage avec microstructure stable pour tubes de reformage |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3901164A (en) * | 1973-07-16 | 1975-08-26 | Gibson Greeting Cards | Modular display structure |
| JPS60427B2 (ja) * | 1979-05-17 | 1985-01-08 | 大同特殊鋼株式会社 | 冷間鍛造性のすぐれた快削鋼 |
-
1982
- 1982-09-22 JP JP16531982A patent/JPS5953660A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5953660A (ja) | 1984-03-28 |
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