JPH02267240A

JPH02267240A - 耐熱合金

Info

Publication number: JPH02267240A
Application number: JP1086562A
Authority: JP
Inventors: Teruo Ashimoto; 葭本　輝夫; Makoto Takahashi; 誠高橋
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1989-04-05
Filing date: 1989-04-05
Publication date: 1990-11-01
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: EP0391381B1; CA2013995A1; US5019331A; DE69010369D1; JPH072981B2; EP0391381A1; DE69010369T2

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エチレン製造用クラッ
キングチューブ、リフオーマチューブ等の材料として有
用な耐熱合金に関し、より具体的には、耐浸炭性にすぐ
れ、クリープ強度及び時効後の延性の高い耐熱合金に関
する。

（従来技術）エチレン製造用クラッキングチューブ等の材料として、
従来よりＡＳＴＭ規格のＨＰ改良材（０４５Ｃ−２５Ｃ
ｒ−３５Ｎｉ−Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ−Ｆｅ）が広く使用され
ている。

エチレンの製造は、原料ナフサとスチームをチューブ内
に装入し、チューブを外面から加熱し、その輻射熱でチ
ューブ内のナフサを分解することにより行なわれる。

しかし、その分解過程において遊離のカーボンが生成し
、それがチューブ内面に付着沈積する。

このカーボンの沈積層は熱伝導率が小さいため、同じ分
解反応を生じさせるにはチューブの外面からの加熱温度
を高める必要がある。

浸炭抑制の見地からは、操業温度を１１００℃以下にす
ることが望ましいが、１１００℃を超える温度での操業
を行なう場合がある。１１００℃を超えると浸炭が著し
く加速されるばかりか、長時間の使用によってクリープ
が生じ、チューブを支持するガイドが炉床につかえてチ
ューブの曲りを誘発する問題があった。チューブが変形
すれば、局部的に加熱バーナに接近し、その接近した部
分では温度が異常に高くなって浸炭が更に増長されると
いう悪循環が生じる。

更に、クラッキングチューブの場合、浸炭によって材質
が劣化すると、当該部分を取り外し、溶接によって取替
補修をしなければならない。従っ“Ｃ１使用後の溶接性
が良好であることもクラッキングチューブとして必須の
特性である。この使用後の溶接性が良好であるためには
、時効後の延性が良好であればよい。

（解決しようとする技術的課題）本発明は１１００℃を超える温度域での使用においても
すぐれた耐浸炭性を備え、クリープ強度が高く、しかも
時効後の延性が高い材料を提供することを目的としてい
る。

（技術的手段及び作用）本発明にかかる耐熱合金は、重量％にて、Ｃｏ，３〜０
．８％、Ｓｉ：３％以下、Ｍｎ　：　２％以下、Ｃｒ：
２３〜３０％、Ｎｉ：４０〜５５％、Ｎｂ：０．２〜１
．８％及びＮ二〇、２％以下を含有し、残部実質的にＦ
ｅからなる。

本発明の耐熱合金は少なくとも０．５％以上のＣｏを、
Ｎｉとの合計量が４０〜５５％となる範囲内で含有する
ことができる。

また、本発明の合金は必要に応じて、Ａ　Ｉ　：００２
〜０．６％、Ｔ　ｉ　：０．０１〜０．５％及びＺｒ：
０．０１〜０，５％からなる群の中から選択された成分
を少なくとも１種含むことができる。

更に、本発明の合金は必要に応じて、Ｃａ　：０００１
〜０．５％、Ｂ　：Ｏ、ｏ　５％以下、Ｙ　：０．５％
以下及びＨｆ：０．５％以下からなる群の中から選択さ
れた成分を少なくとも１種含むことができる。

本発明の耐熱合金は、１１００℃を超える温度域での使
用において、すぐれた耐浸炭性を備え、クリープ強度が
高く、しかも時効後の延性が高い特性を備えている。

本発明の耐熱合金の成分限定理由は次の通りである。

ｃ　：０．３％〜０．８％Ｃは鋳造の凝固時に結晶粒界にＣｒ、Ｎｂ、Ｔｉ等の炭
化物を形成する。また、オーステナイト相に固溶し、再
加熱後オーステナイト相中にＣｒ炭化物を形成する。こ
れら炭化物の形成によって、クリープ破断強度が向上す
る。また、Ｃが高い程鋳造性が向上する。このため、少
なくとも０．３％以上含有することが望ましい。一方、
０．８％を超えると使用後にＣｒ炭化物の分散析出量が
増え、引張伸びの低下を招き、溶接性が低下する。

このため、０．３％〜０．８％に規定する。

Ｓｉ：３％以下Ｓｉは溶製時において、脱酸作用と共に溶鋼の流動性を
向上させる効果がある。また、Ｓｉの増加と共にチュー
ブ表面近傍にＳｉｎ、の被膜を形成し、Ｃの侵入を抑制
する効果がある。しかし、３％を超えるとクリープ破断
強度の低下及び溶接性の低下を招来するので上限を３％
とする。

Ｍｎ　：　２％以下Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として作用するほか、溶製
中のＳ（イオウ）を固定し溶接性を向上させる。しかし
、２％を超えて含有しても、それに対応する効果が得ら
れないので上限は２％にする。

Ｃｒ：２３〜３０％Ｃｒは耐酸化性の向上及び高温強度向上に寄与する。１
１００℃を超える温度域での使用を考慮すると、十分な
耐酸化性を具備するために少なくとも２３％以上含有す
る必要がある。しかし、含有量が３０％を超え第４図に
示すようにオーステナイト中にＣｒ炭化物が分散し、引
張延性が低下する。このため、上限は３０％とする。

Ｎｉ：４０〜５５％ＮｉはＣｒ、Ｆｅと共にオーステナイト相を形成し、耐
酸化性の向上に寄与すると共にＣｒ炭化物の長時間使用
後の安定性（−次炭化物の球状化、二次炭化物の成長抑
制）を付与する。更に、チューブ表面近傍の酸化被膜の
安定性に寄与し耐浸炭性が向上する。１１００℃を超え
る温度域での使用を考慮すると、少なくとも４０％以上
含有する必要がある。しかし、５５％を超えて含有して
も、含有量に対応する効果が認められないので上限は５
５％とする。

Ｎ　ｂ　：０．２％〜１８％Ｎｂは鋳造の凝固時に粒界にＮｂ５Ｔｉ炭化物を形成す
る。この存在はクリープにおける粒界破壊抵抗を高め、
クリープ破断寿命が増大する。このため、少なくとも０
．２％含有することが望ましい。しかし、含有量が１．
８％を超えるとクリープ破断強度及び耐酸化性が低下す
るため、上限は１．８％とする。

Ｎ：０．２％以下Ｎは鋼の中に固溶し、０．２％を超えると硬化を招いて
室温引張伸びを低下させる。このため、上限は０．２％
とする。

本発明の耐熱合金は上記の成分元素を含有し、残部は不
可避的に混入する不純物元素及びＦｅからなる。

本発明の耐熱合金は、必要に応じてＮｉの一部を、０，
５％以上のＣｏと置換することもできる。

ＣｏはＮｉと同様にオーステナイト相の安定化、耐酸化
性及び高温強度の向上に寄与するからである。なお、そ
の含有量はＮｉとの合計量にて４０〜５５％とする。

また、本発明の耐熱合金は、必要に応じて上記元素の一
部を、如何に記載する成分元素の１種又は２種以上と置
換することもできる。

ＡＩ：０．０２〜０．６％ＡＩはＳｉと同様にチューブ表面近傍にＡｌ２Ｏ３被膜
を形成し、Ｃの侵入を抑制する効果がある。

このため、少なくとも０．０２％以上含有する。

しかし、含有量が０，６％を超えると延性の低下を招く
ので、上限は０．６％とする。

Ｔｉ：０．０１〜０．５％Ｔｉは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０．０１％以上含有する必要がある。しかし
、０．５％を超えて含有してもそれに対応する効果が得
られないので上限は０．５％とする。

Ｚ　ｒ　：０．０１〜０．５％ＺｒもＴｉと同様に、クリープ破断強度の向上に寄与す
る。少なくとも０．０１％以上含有する必要がある。し
かし、０．５％を超えて含有してもそれに対応する効果
が得られないので上限は０５％とする。

更に、本発明の耐熱合金にあっては、必要に応じて上記
元素の一部を、以下に記載する成分元素の１種又は２種
以上と置換することもできる。

Ｃａ　：Ｏ，ＯＯ１〜０．５％Ｃａは材料が高温に加熱されると材料表面に酸化物を形
成し、Ｃが材料の内部に拡散するのを抑制する作用があ
り、耐浸炭性の向上に寄与する。

そのため、０．００１％以上含有させるが、あまりに多
く含有すると溶接性その他の材料特性を損うのでその上
限は０．５％とする。

Ｂ　：Ｏ、ｏ　５％以下Ｂは結晶粒界を強化し、クリープ破断強度の向上に寄与
する。しかし、あまりに多く含有すると溶接性その他の
材料特性を損なうため、上限は０゜０５％とする。

Ｙ　：０．５％以下Ｙは耐浸炭性の向上に寄与する。その効果を発揮させる
ため、最大０，５％を含有させることができる。

Ｈｆ　：０．５％以下Ｈｆは、Ｙと同様、耐浸炭性の向上に寄与し、その効果
を発揮させるために最大０．５％を含有させることがで
きる。

次に、実施例を挙げて本発明合金の耐浸炭性向上効果を
具体的に説明する。

（実施例）高周波誘導溶解炉で各種成分の合金を溶製し、遠心鋳造
にて鋳塊を製造した。各供試材の化学成分組成を第１表
に示す。

各供試材から試験片（厚さ１５ｍｍ５幅２５ｍｍ、長さ
７０ｍｍ）を作製し、供試材Ｎα１〜Ｎα１４について
浸炭試験、供試材Ｎα１、Ｎα２、Ｎα５〜Ｎα８につ
いてクリープ破断試験、供試材Ｎα１、Ｎｏ、　２、Ｎ
α５〜Ｎα７についてクリープ伸び試験、及び供試材Ｎ
α４、Ｎα６、Ｎα８について時効後の室温引張伸び試
験を行なった。

浸炭試験は、固体浸炭試験法によったもので、浸炭条件
を第４図に示す。なお、浸炭試験は、第４図に示す条件
にて１７回（４８ｈｒｓ、ｘ　１７回＝８１６ｈｒｓ、
）繰り返して浸炭処理し、試験片の表面から０゜５ｍｍ
ピッチにて切粉を採取し、切粉を化学分析してカーボン
の増加量を調べた。その結果を第１図に示す。

クリープ破断試験の結果を第２図に示す。

クリープ伸び試験は、温度１１００℃、荷重１．５ｋｇ
ｆ／ｍｍ’にて行なった。その結果を第３図に示す。

時効後の室温引張伸び試験は１１００℃にて１０００時
間時効処理した後、室温にて引張試験を行ない、伸びを
調べた。その結果は、供試材Ｎα４が３．１％、Ｎα６
が４．８％、Ｎα８が４，７％であった。

（以下余白）第１表において、供試材Ｎα１〜Ｎα４は比較用の従来
合金、供試材Ｎα５〜Ｎα１４は本発明にかかる合金で
ある。

第１図を参照すると、本発明合金のカーボン増加量は、
従来合金よりも約５０％以上少ない。なお、供試材Ｎα
９は、Ｎａ５と略同じ結果であり、Ｎα１２及びＮα１
３は、Ｎα１１と略同じ結果であったので第１図中への
表示は省略している。

第２図を参照すると、本発明合金のクリープ破断強度は
従来合金よりも約２０％増加することが認められる。

第３図を参照すると、本発明合金の２次りリープ速度は
従来合金の約１７５程度であり、クリープ抵抗が大幅に
改良されていることがわかる。

なお、１１００℃−１０００時間の時効後の室温伸びは
、前述の結果から明らかなように、本発明の合金の方が
従来合金よりも大きい。この伸びが小さいと使用後の溶
接性の低下を招く。この点、本発明は、使用後の溶接性
においても従来合金よりもすぐれている。

これらの結果から明らかなように、本発明合金は耐浸炭
性にすぐれ、クリープ強度が高く、時効後の延性にすぐ
れている。

（発明の効果）本発明の耐熱合金は、１１００℃を超える温度域での使
用においてすぐれた耐浸炭性を備え、高いクリープ強度
と時効後の延性にすぐれている。

従って、本発明の合金は、石油化学工業におけるクラッ
キングチューブや、リフォーミングチューブの材料とし
て好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は浸炭試験におけるカーボン増加量を示すグラフ
、第２図はクリープ破断試験の結果を示すグラフ、第３
図はクリープ伸び試験の結果を示すグラフ、及び第４図
は浸炭条件の説明図である。（％）破断寿命表面からの距離（−彌）（％／ｈｒｓ、）ＮＯ，６（温度）第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％にて、Ｃ：０．３〜０．８％、Ｓｉ：３％
以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：２３〜３０％、Ｎｉ：４
０〜５５％、Ｎｂ：０．２〜１．８％及びＮ：０．２％
以下を含有し、残部実質的にＦｅからなる耐浸炭性にす
ぐれ、クリープ強度及び時効後の延性の高い耐熱合金。
（２）Ｎｉの一部に代えてＣｏを含有し、Ｃｏは０．５
％以上であって、Ｃｏ＋Ｎｉ：４０〜５５％である特許
請求の範囲第１項に記載の耐熱合金。
（３）Ａｌ：０．０２〜０．６％、Ｔｉ：０．０１〜０
．５％及びＺｒ：０．０１〜０．５％からなる群の中か
ら選択された成分を少なくとも１種含んでいる特許請求
の範囲第１項又は第２項に記載の耐熱合金。
（４）Ｃａ：０．００１〜０．５％、Ｂ：０．０５％以
下、Ｙ：０．５％以下及びＨｆ：０．５％以下からなる
群の中から選択された成分を少なくとも１種含んでいる
特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記載の耐熱
合金。