JPS5935425B2

JPS5935425B2 - 耐熱鋳鋼

Info

Publication number: JPS5935425B2
Application number: JP9136981A
Authority: JP
Inventors: 純一杉谷; 輝夫葭本; 誠高橋
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-06-13
Filing date: 1981-06-13
Publication date: 1984-08-28
Also published as: JPS57116759A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は耐熱鋳鋼に関する。

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、ＮｉおよびＣｒを含有した耐熱鋳鋼で
あるＨＫ４０材やＨＰ材（いずれもＡＳＴＭ規格）が用
いられてきた。

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、この要求に応える材料としてＮｂ
およびＷを含むＨＰ材が開発され、実用化されている。
しかしながら、最近操業条件の一そうの苛酷化に伴ない
、上記ＮｂおよびＷ含有ＨＰ材よりも更に高温クリープ
破断強度の高い材料が要請されている。本発明者等は
、上記要請に鑑み、Ｃｒ、Ｎｉ、ＮｂおよびＷを含む耐
熱鋳鋼を基本成分組成とし、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、Ｎおよび
Ｔｉを特定量添加することにより、高温度、特に１００
０℃を越える温度域における高温クリープ破断強度およ
び耐熱衝撃性などの高温特性を飛躍的に改善し得るとの
知見を得、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は、Ｃ約０８３〜０１６％（重量予
、以下同じ）、Ｓｉ約２９０％以下、Ｍｎ約２００％以
下、Ｃｒ約２０〜３０％、Ｎｉ約３０〜４０係、Ｎｂ約
０．３〜１６５％、Ｗ約Ｑ、５〜３．０％、Ｎ約０００
４〜００１５％、Ｔｉ約０２０４〜００１５％、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、
以下の説明中、１％」はすべて「重量％Ｊである。Ｃ
は、鋳鋼の鋳造性を良好にするほか、後記Ｎｂとの共存
下に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約０４３％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、約０９６係を上限
きする。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。

たゾし、過剰に加えると、溶接性を損なうので、約、２
９０％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、約２００％を上限とする。

Ｃｒは、後記Ｎｉとの共存下に、鋳鋼組織をすーステ
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１０
００℃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、約２０頭以上加えられる。たゾし、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
、約３０％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、約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％を越えても効果は飽和し、経済的に不利で
あるので、約４０％を上限とする。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。

但し、この効果を得るには、少くとも約０．３％の添加
を要する。一方、過剰に加えると、却ってクリープ破断
強度が低下するので、約１５％を上限とする。なお、Ｎ
ｂは通常不司避のＴａを含む。ＴａはＮｂと同効元素で
あるので、Ｔａを含む場合は、ＮｂとＴａの合計量が約
０．３〜１．５％であればよい。Ｗは、前記Ｎｂとの組
合せにより高温強度の向上に寄与する。

このために約０．５％以上加えられるが、多量に添加す
ると耐酸化性が損なわれるので約３．０％を上限とする
。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の窒化物あるいはＣととも
に炭窒化物を形成し、該析出物の微細分散により結晶粒
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ためにＮ量は少くとも約０．０４
％であるこさが望ましい。但し、多量に肌えると、窒化
物が過剰に析出し、また該窒化物の相大化を招き、却っ
て耐熱衝撃特性が劣化するので、好ましくは約０．１５
％を上限とする。Ｔｉは、前記のように炭化物、炭窒化
物として析出分散し、結晶粒界の強化、耐粒界割れ性の
向上により、高温におけるクリープ破断強度、熱衝撃特
性の顕著な改善をもたらし、更に長時間クリープ破断強
度の大幅な向上に寄与する。このために、約０．０４％
以上とするのが好ましい。その添加量の増力口と共にク
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、好ましくは約０．１５％を上限
きする。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２０ｍｍ×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（Ｎ温度１０９３荷重１．９ｋｇｆ
／Ｍｒｒｔ２および（均温度８５０℃・荷重７．３ｋｇ
，ｆＡｍ２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
製した試験片（厚さ８關）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回行なうどとｌこ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ック長さが
５ｙｔｍ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／１６．１〜４は、
ＮおよびＴｉを前記所定の範囲内で含有する本発明鋼、
Ａｌｌ〜１６は比較鋼である。比較鋼のうち、Ａｌｌは
Ｎｂ，Ｗを含むＨＰ材、Ａｌ２は、Ｔｉを含まず、また
屑１３〜１６は、ＮおよびＴｉを含むが、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４１〜４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ＮｂおよびＷ
含有ＨＰ材Ａｌｌおよびその他の比較鋼にくらべ、すぐ
れた高温クリープ破断強度を備えている。

各比較鋼のように、Ｎ，Ｔｉを欠くか、もしくはその量
に過不足があると、クリープラプチャニデータ面で劣る
。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Ｏこついても、ＮｂおよびＷ含有ＨＰ材やそ
の他の比較鋼にくらべすぐれていることが認められる。

以上のように、本発明に係る耐熱鋳鋼は、従来のＮｂお
よびＷ含有ＨＰ材などよりもすぐれた高温特性、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
工業におけるエ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１
０００℃を越える高温度で使用される各種設備部品の好
適な材刺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

【特許請求の範囲】

１Ｃ０．３〜０．６％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ２
．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ２０〜３０％、Ｎ
ｉ３０〜４％、Ｎｂ０．３〜１．５％、Ｗ０．５〜３．
０％、Ｎ０．０４〜０．１５％、Ｔｉ０．０４〜０．１
５％、残部実質的にＦｅよりなる耐熱鋳鋼。