JPS61177352A - 石油化学工業反応管用耐熱鋳鋼 - Google Patents

石油化学工業反応管用耐熱鋳鋼

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JPS61177352A
JPS61177352A JP1886985A JP1886985A JPS61177352A JP S61177352 A JPS61177352 A JP S61177352A JP 1886985 A JP1886985 A JP 1886985A JP 1886985 A JP1886985 A JP 1886985A JP S61177352 A JPS61177352 A JP S61177352A
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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、石油化学工業用反応管等、1000℃以上の
高温で使用される構造材料として好適な、高温特性と共
に室温伸び特性にすぐれたオーステナイト系耐熱鋳鋼に
関する。
〔従来技術〕
石油イヒ学工業用反応管、例えばエチレンクランキング
チューブや改質炉のりフォマチューブ等の管材として、
従来よりASTM  HK40材(0,4C−25Cr
 −2ON i −F e) 、HP40材(0,4C
25Cr−35Ni−Fe) 、Nb等を含有すルHP
改良材等が使用されてきた。
近時は、反応効率の改善等の要請から操業の高温化が進
み、反応管の使用条件の苛酷化が著しい。
これに対処するための新たな材料として、25Cr35
Ni−Fe系を基本成分組成とし、これにAl、Tiお
よびBの3元素と、Nb、Mo、W等の元素を添加した
耐熱鋳鋼が提案されている。
これらの耐熱鋳鋼は、従来のHP改良材を凌ぐ高温特性
を有しており、特に1000℃を越える高温域でのクリ
ープ破断強度や耐熱衝撃性等にすぐれ、また耐浸炭性等
も良好である。
〔解決しようとする問題点〕
しかるに、上記耐熱鋳鋼は、高温でのクリープ破断強度
や耐熱衝撃性等にすぐれてはいるものの、室温伸び特性
の点で改良すべき余地が残されている。本発明は、この
点に鑑み、25Cr −35N i −Al−Ti−B
−(W−Mo−Nb)−Fe系耐熱鋳鋼につき、高温特
性と共に、改良された室温伸び特性を備えたオーステナ
イト系耐熱鋳鋼を提供しようとするものである。
〔技術的手段および作用〕
本発明に係る第1の耐熱鋳鋼は、C:0.3〜0.6%
、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、Cr :
 20.0〜30.0%、N i : 30.0〜40
.0%、AIl:0.02〜0.50%、Ti:Q、Q
4〜0.50%、B : 0.0002〜0.004%
、Nb:0.3〜1.5%、残部実質的にFe。
本発明の第2の耐熱鋳鋼は、C:0.3〜0.6%、S
i:2.0%以下、Mn:2.0%以下、Cr:20.
0〜30.0%、Ni:30.0〜40.0%、Aj:
 0.02〜0.50%、Ti:0.04〜0.50%
、B : 0.0002〜0.004%、W : 0.
5〜5.0%、残部実質的にFe、本発明の第3の耐熱
鋳鋼は、C:0.3〜0.6%、Si:2.0%以下、
Mn:2.0%以下、Cr:20.0〜30.0%、N
i:30.0〜40.0%、An!:0.02〜0.5
0%、Ti:0.04〜0.50%、B : 0.00
02〜0.004%、Nb:0.3〜1.5%、W:0
.5〜3.0%、残部実質的にFe、 本発明の第4の耐熱鋳鋼は、C:0.3〜0.6%、S
i:2.0%以下、Mn:2.0%以下、Cr:20.
0〜30.0%、Ni:3Q、0〜40.0%、AIl
:0,02〜0.50%、Ti:0.04〜0.50%
、B : 0.0002〜0.004%、Nb:0.3
〜1.5%、w : 0.5〜3.0%、M o : 
0.2〜0.8%、残部実質的にF e %から成る化
学成分組成を有し、かつ第1〜第4の各耐熱鋳鋼の酸素
含有料は50ppm以下であり、清浄度は0.05%以
下である点に特徴を有する。なお、本明細書において、
清浄度とは、JISGO555の規定により判定される
介在物の面積百分率(d%)である(但し、判定視野数
=60、倍率:400倍)。
本発明の耐熱鋳鋼は、比較的多量のAIlおよびTiを
含有している。このANおよびTiは後記のように、高
温特性、殊に高温クリープ破断強度、耐熱衝撃性を良好
ならしめるための有効活性元素であるが、その反面鋼の
清浄度を害し、室温伸び特性を低下させる原因となる。
すなわち、Aj7およびTiはいずれも、酸素との親和
力が非常に大きいので、鋼中に通常のレベルの酸素が存
在すると、これに投与されるAj、Tiの少なからぬ量
が、酸化物を形成してスラグ化する。生成したスラグの
一部は、浮上分離しないまま、非金属介在物として鋼中
にとどまり鋼の清浄度を害する。この酸化による/lお
よびTiの損失分を加算して多量のAj、Tiを投与せ
ねばならず、それだけ介在物量が増し、清浄度が大きく
低下する。しかるに、本発明鋳鋼では、Al、Tiの添
加効果が十分に発揮され、後記実施例にも示すように、
良好な高温特性と、耐力、抗張力、全伸び等の室温伸び
特性とを兼備している。
次に本発明合金の成分限定理由について説明する。
C:0.3 〜0.6  % Cは鋼の鋳造性を良くするほか、後記Nb、Ti、Cr
等との共存下に炭化物を形成し、クリープ破断強度を高
める効果を有する。この効果を得るためには少なくとも
0.3%を必要とする。C量の増加に伴ってクリープ破
断強度も向上するが、その反面二次炭化物の析出量が増
加するために、使用後の靭性低下が著しくなるほか、溶
接性も低下するので、0.6%を上限とする。
Si:2.0%以下 54は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。しかし、2.0%をこえると、
溶接性が著しく損なわれるので、2.0%を上限とする
Mn:2,0%以下 MnはSiと同様に脱酸剤としての役割を有するほか、
溶鋼中の硫黄(S)をM n Sとして固定・無害化す
る効果を有する。しかし、2.0%をこえると、耐酸化
性の低下を招くので、2.0%以下とする。
Cr : 20.0〜30.0% CrはNiとの共存下に、オーステナイト組織を形成し
、高温強度および耐酸化性等を高める。
特に、1000℃以上の高温での強度、耐酸化性を確保
するためには、少なくとも20.0%であることが必要
である。含有量の増加に伴って、その効果は増強するが
、あまり多くなると、使用後の靭性の低下が著しくなる
ので、30.0%を上限とする。
Ni:3Q、0〜40.0% Niは前記Crとの共存下にオーステナイト組織を保つ
元素であり、耐酸化性、高温強度および組織的安定性を
高める効果を有する。特に、1000℃以上の高温用途
での耐酸化性および強度等を確保するには、少なくとも
30.0%が必要である。含有量の増加にともなってそ
の効果は増大するが、40.0%をこえると、はぼ効果
が飽和するので、40.0%を上限とする。
本発明鋳鋼は上記25Cr  35Ni−Fe系を基本
成分系として、AI、TiおよびBの3元素を。
複合含有し、Tiは鋼中のC,Nとの結合により炭化物
、窒化物、炭窒化物等の化合物を形成し、Al、Bは、
これらの化合物を微細に分散させると共に、粒界を強化
する働きを有する。
Ti:0.04〜0.50% Tiは炭窒化物等の形成により高温強度、耐熱衝撃性等
を高める。また、Alとの相剰効果により耐浸炭性の向
上に奏効する。含有量が0.04%に満たないと、その
効果は十分でない。含有量の増加に伴って効果は増大す
るが、0.50%をこえると、析出物の粗大化や酸化物
系介在物量の増加により、強度がやや低下してくる。よ
って、0.04〜0.5Q%とする。
Al70.02〜0.50% Afはクリープ破断強度等の改善効果を有し、また上記
のようにTiとの共存下に耐浸炭性を高める。含有量が
0.02%に満たないと、その効果は十分でない。含有
量の増加に伴い効果は増大するが、0.50%をこえる
と却って強度低下を招く。従って、0.02〜0.50
%とする。
B  : 0.0002〜0.004  %Bは基地の
結晶粒界を強化すると共に、前記Ti系析出物の粗大化
を防ぎ、微細析出に寄与し、更に析出後の凝集粗大化を
遅延させることにより、クリープ破断強度を高める。こ
の場合、 0.0002%に満たないと、効果が不足す
る。0.004%までは、含有量の増加に伴って強度の
向上をみるが、それをこえると、効果はほぼ飽和する。
また、溶接性も低下する。従って、0.0002〜0.
004%とする。
本発明耐熱鋳鋼は、上記諸元素のほか、更に、Nb、W
、、Moから選ばれる元素を含有する。この場合におい
て、第1の耐熱鋳鋼はNbを、第2の耐熱鋳鋼はWを、
第3の耐熱鋳鋼はNbおよびWを、また第4の耐熱鋳鋼
は、Nb、WおよびMoを、それぞれ含有する。
Nb:0.3〜1.5% Nbはクリープ破断強度および耐浸炭性を高める効果を
有する。0.3%未満では、これらの特性を同時に満足
させることができない、しかし、1.5%をこえると、
却ってクリープ破断強度の低下をみる。従って、0.3
〜1.5%とする。なお、Nbは通常これと同効元素で
あるTaを随伴しているので、その場合は、Taとの合
計量が上記範囲内にあればよい。
W:O,S〜5.0% Wは高温強度を高める効果を有する。その効果は含有量
0.5%から認められる。含有量を増すに伴って効果は
増大するが、5.0%をこえる必要は特になく、また耐
酸化性の低下を伴うので、5.0%を上限とする。なお
、NbまたはMoのいずれか一方または両者を複合含有
する場合は、これらの元素との相剰効果が付加されるの
で、W含有量は3.0をこえる必要はな(、従って、0
.5〜3.0%とする。
M o : 0.2〜0.8% MoはNbおよびWとの組合わせにおいて、高温強度の
向上に寄与する。その効果は、含有量0.2%から認め
られる。但し、0.8%をこえると、耐酸化性が悪くな
る。よって、0.2〜0.8%とする。
本発明の耐熱鋳鋼は、脱ガス溶解により溶製することが
できる。脱ガス溶解においては、次式:%式%() で示されるように、鋼中の溶解酸素はCと反応して除去
される。鋼中の酸素量を十分に低下させてAfおよびT
iを添加すれば、大気溶解の場合に比し、AlおよびT
iの酸化消耗量が少なく、従って、それだけAlおよび
Tiの必要な添加量が少なくてすむこと、および非金属
介在物の生成量が減少し、鋼の清浄度が高められること
になる。
本発明に規定する清浄度(d%):0.05%以下を確
保するには、脱ガス溶解において、鋼中酸素量を50p
pm以下に低減することを要する。このための脱ガス処
理は、真空タンク内の最高真空度を5.0mHg以下と
し、この最高真空度を約20分以上、長くても30分継
続されることにより充分に達成される。この脱ガス溶解
により、脱酸効果のほか、窒素ガスの低減効果も得られ
るので、Al、Tiの窒素との反応による非金属介在物
の生成量も減少し、より清浄度が高められる。
また、脱ガス溶解により一旦脱ガスされた溶湯は、その
後出湯を経て、鋳造を完了するに到るまでの間における
ガス吸収量は極微量で無視し得ること、従って鋳造を、
脱ガス雰囲気、アルゴン雰囲気、または大気中のいずれ
で実施しても、得られる鋳造品の品質に実質的な差異は
ないことも確認されている。
〔実施例〕
叉鳳■エニ土 脱ガス溶解法または大気溶解法により溶製した耐熱鋳鋼
を大気中での鋳造に付して鋳造品を得た。
第1表に鋳造品の化学成分組成、酸素含有量、および清
浄度(d%’)  (JIS  G  0555)を示
す。
なお、TiおよびAIlについては、添加量(カッコ内
数値)を併記した。
各鋳造品について、室温引張り試験を行い、第2表に示
す結果を得た。
表中、「溶解条件」欄の真空度は最高到達真空度であり
、そ継続時間は、いずれも20分である。
第1表に示すように、脱ガス溶解による本発明例では、
鋼中酸素量が低いので、AA’STiの添加歩留りが高
く、大気溶解による比較例に比し、半分量の添加で所要
の含有量に調整されている。
これにより、本発明例の清浄度は、0.03〜0.05
%と、大気溶解による比較例の清浄度(約0.14〜0
.18%)にくらべ、極めて良好である。
また、第2表から明らかなように、本発明例は室温引張
り特性にすぐれており特に伸びをみると、比較例では、
せいぜい13%台にとどまるのに対し、本発明例では、
20%をこえている。
第   2   表 〔発明の効果〕 本発明の耐熱鋳鋼は、高温特性にすぐれていると同時に
、良好な室温伸び特性を兼備しているので、エチレンク
ラッキングチューブやりフォマチューブ等の管材料とし
て好適であり、高温使用によく耐えるとともに、運転立
ち上がり時や操業中断による冷却降温時にも、クランク
等の破損発生に対する抵抗性にすぐれており、安全・円
滑な操業を可能にし、また従来材にまさる耐久性を保証
する。
本発明の耐熱鋳鋼は、石油化学工業用反応管材料にとど
まらず、例えば鉄鋼関連設備におけるハースロール、ラ
ジアントチューブ、その他の1000℃をこえる高温用
途の構造材料として有用であり、約1150度までの使
用温度に充分に耐える。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)C:0.3〜0.6%、Si:2.0%以下、Mn
    :2.0%以下、Cr:20.0〜30.0%、Ni:
    30.0〜40.0%、Al:0.02〜0.50%、
    Ti:0.04〜0.50%、B:0.0002〜0.
    004%、Nb:0.3〜1.5%、残部実質的にFe
    からなり、酸素含有量:50ppm以下、清浄度(d%
    )〔JIS G0555〕:0.05%以下である室温
    伸び特性にすぐれた耐熱鋳鋼。 (2)C:0.3〜0.6%、Si:2.0%以下、M
    n:2.0%以下、Cr:20.0〜30.0%、Ni
    :30.0〜40.0%、Al:0.02〜0.50%
    、Ti:0.04〜0.50%、B:0.0002〜0
    .004%、W:0.5〜5.0%、残部実質的にFe
    からなり、酸素含有量:50ppm以下、清浄度(d%
    )〔JIS G0555〕:0.05%以下である室温
    伸び特性にすぐれた耐熱鋳鋼。 (3)C:0.3〜0.6%、Si:2.0%以下、M
    n:2.0%以下、Cr:20.0〜30.0%、Ni
    :30.0〜40.0%、Al:0.02〜0.50%
    、Ti:0.04〜0.50%、B:0.0002〜0
    .004%、Nb:0.3〜1.5%、W:0.5〜3
    .0%、残部実質的にFeからなり、酸素含有量:50
    ppm以下、清浄度(d%)〔JIS G0555〕:
    0.05%以下である室温伸び特性にすぐれた耐熱鋳鋼
    。 (4)C:0.3〜0.6%、Si:2.0%以下、M
    n:2.0%以下、Cr:20.0〜30.0%、Ni
    :30.0〜40.0%、Al:0.02〜0.50%
    、Ti:0.04〜0.50%、B:0.0002〜0
    .004%、Nb:0.3〜1.5%、W:0.5〜3
    .0%、Mo:0.2〜0.8%、残部実質的にFeか
    らなり、酸素含有量:50ppm以下、清浄度(d%)
    〔JIS G0555〕:0.05%以下である室温伸
    び特性にすぐれた耐熱鋳鋼。
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