JPH0297643A

JPH0297643A - クリープ抵抗の高い耐熱鋳造合金

Info

Publication number: JPH0297643A
Application number: JP24877888A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takahashi; 誠高橋
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-10

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
キングチューブ材等として有用な耐熱鋳造合金に関する
。

（従来技術とその問題点）従来より、エチレンクラッキングチューブ材料として、
ＡＳＴＭ　　ＨＰ４０材（０，４Ｃ−２５Ｃｒ　　３４
Ｎｉ−Ｆｅ）やその改良材（０，４Ｃ−２５Ｃｒ−３５
Ｎｉ−Ｎｂ、　Ｗ、　Ｍｏ−Ｆｅ）が使用されているが
、１０５０〜１１００℃を超える温度域での使用では、
耐浸炭性、耐酸化性、及びクリープ破断強度に問題があ
る。

また、チューブ同士の接合やチューブとベンドとの接合
によりコイルを組み立てるに当たっては、ＴＩＧ溶接法
、または被覆アーク溶接法などが連用されるので、溶接
性にもすぐれていることが要求される。

そこで、本出願人は、１１００℃を超える高温操業に十
分耐え得るクリープ破断強度、耐酸化性、耐浸炭性を備
えたエチレンクラッキングチューブ材料を提案した（特
公昭６３−４８９８等）。

しかし、こめようにすぐれた材料から形成したチューブ
であっても、実際の操業において１１００℃を超える高
温に長時間曝されると、チューブの自重又はチューブ内
を流れるガスの圧力によるチューブの軸方向応力によっ
て、チューブの軸方向に大きなりリープ伸びが生ずる問
題のあることがわかった。このクリープ伸びによってチ
ューブは軸方向に伸長、するが、この場合、真っ直ぐに
伸長するとは限らず、温度その他種々の条件の影響を受
けてチューブに曲がりが生じることが多い。

また、伸長量が大きいと、チューブを支持するガイドバ
イブが炉床下部に接触してそれ以上の伸びが妨げられる
ため、チューブが曲がることもしばしばある。

チューブの曲がりが大きくなると、チューブと加熱バー
ナとの距離が変動し、加熱バーナに接近するチューブの
部位では、温度が異常に高くなって浸炭が加速され、チ
ューブの材質が劣化する問題がある。

（発明が解決しようとする課Ｍ）本発明は、高温においてクリープ伸びの小さい、即ち高
温クリープ抵抗の高い材料を提供することを目的として
いる。

ところで、クリープ抵抗の高低は、クリープ伸び試験に
おける２次りリープ速度によって評価できる。即ち、２
次りリープ速度が遅くなるとクリープ抵抗は高くなる。

このため、本発明は高温における２次りリープ速度が小
さい材料を提供することを目的としている。

（技術的手段および作用）本発明に係る耐熱鋳造合金は、１敗％にて、Ｃ：０，５
％を超え０．８％以下、Ｓ　ｉ：３．０％以下、Ｍｎ：
２．０％以下、Ｐ　：Ｏ、ｏ　３％以下、ｓ　：０．０
３％以下、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：５〜２５％、Ｃ
ｏ：２５〜４５％でかつ３５％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦５０％、
Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ａｌ：０．０２−０．６％、
Ｎ　：Ｏ、ｏ　８％以下、およびＴｉ：０．０２〜０．
５％、Ｚｒ：０．０２〜０．５％のいずれか１種もしく
は２種、残部実質的にＦｅからなる成分組成を有してい
る。

本発明合金は、１１００℃を超える温度域、とくに１１
５０℃付近の高温度において、すぐれた耐酸化性および
耐浸炭性を有すると共に、高いクリープ抵抗を備えてい
る。また、溶接性も良好である。

本発明合金の成分限定理由は次のとおりである。

Ｃ：０．５％を超え０．８％以下本発明の耐熱合金はＣの含有量を多くした点に最大の特
徴を有する。Ｃは鋳造時にＣｒ系の１次炭化物を形成し
、高温でのクリープ破断抵抗を高める。又、クラッキン
グチューブの実使用時において長時間の加熱に曝される
と１次炭化物近傍に多数分散析出した２次炭化物がクリ
ープ変形を阻害しクリープ抵抗を高める。このため、少
なくとも０．５％を超える量を含有させる必要がある。

一方、０．８％を超えると加熱後の延性が著しく低下し
て溶接性を損なう。このため、上限は０゜８％とする。

Ｓ　ｉ：３．０％以下Ｓｉは合金溶製時の脱酸剤として添加される。

また溶鋼の流動性を高め、鋳造性を改善する効果を有す
る。更に、クラッキングチューブの実使用時における加
熱を受けるとチューブ表面に保護層を形成して耐浸炭性
の向上に寄与する。しがし、３．０％を超えると、クリ
ープ抵抗性及び溶接性に悪影響を与えるので、３，０％
を上限とする。

Ｍｎ：２．０％以下Ｍｎは溶鋼の脱酸を行うとともに不純物元素であるＳを
Ｍ　ｎ　Ｓとして固定することにより、溶接時の高温割
れを防止する効果を有する。しかし、２．０％を超えて
も、その増量の割には効果が小さいので、２．０％を上
限とする。

Ｐ：０．０３以下、Ｓ＋０．０３％以下不純物元素であ
るＰおよびＳは、いずれも溶接時の高温割れ感受性を高
めるので、それぞれ０゜０３％を上限とする。

Ｃｒ：２０％〜３５％Ｃｒは鋳造時に１次炭化物である（Ｃｒ、Ｍｏ）系炭化
物を粒界に形成し、クリープにおける粒界破壊抵抗を増
大させる作用がある。また、耐酸化性を高めると共に、
Ｎｉ、Ｆｅとの協同作用によってオーステナイト相を形
成して高温における強度を向上させる。１１００℃以上
の高温域での長時間使用に対する耐酸化性および高温強
度を確保するためには２０％以上含む必要がある。しか
し、３５％を超えると、クラッキングチューブの実使用
時において使用温度が低い場合、チューブ材質の脆化を
招く、このため、３５％を上限とする。

Ｎｉ：５〜２５％Ｎｉはオーステナイト相を安定化させる元素であり、耐
酸化性と高温強度を高める効果を有する。

このため、Ｎｉ含有量は５〜２５％に規定する。

Ｃｏ：２５〜４５％、３５％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦５０％Ｃｏ
はＮｉと同様にオーステナイト相の安定化、耐酸化性、
高温強度の向上に寄与する。このため、Ｃｏの含有量は
２５〜４５％に規定する。なお、１１００℃を超える温
度域での使用における耐浸炭性及び耐酸化性をを考慮す
ると、Ｎｉとの合計量にて少なくとも３５％以上含む必
要がある。含有量の増加と共に効果は増すが５０％を超
えるとそれに伴う効果を期待できない。このため、合計
量の上限は５０％に規定する。

Ｍｏ：０．５〜３．０％Ｍｏは、その一部が（Ｃｒ、Ｍｏ）系の１次炭化物を形
成するが、大部分はオーステナイト中に固溶して高温引
張強度を高める作用がある。このため、少なくとも０．
５％以上含有する必要がある。しかし、Ｃ量との関連に
おいて３％を超えると加工性が阻害されるので３．０％
を上限とする。

Ａｌ：０．０２〜０．６％ＡＩは高温域において合金表面保護皮膜を形成し、浸炭
雰囲気からのＣの侵入を防止する。この耐浸炭性改善効
果を得るには０．０２％以上の含有を必要とする。なお
、Ａ１のクリープ抵抗性向上に対する効果は少なく、多
量に含有すると却って室温における延性の低下を招く。

従って、０゜６％を上限とする。

Ｎ：０．０８％以下Ｎは不純物元素であり、多量に含有すると、硬化が進み
、脆化を招くので、０．０８％を上限とする。

本発明合金は、上記諸元素のほか、更にＴｉ、Ｚ「の群
から選ばれる１種もしくは２種の元素を含有する。

Ｔｉ：０．０２〜０．５％Ｔｉは、クラッキングチューブ等としての実使用時の加
熱を受けるとオーステナイト相中に生成するクロム炭化
物の成長粗大化を遅延させ、クリープ抵抗性の向上に寄
与する。この効果を得るには、少なくとも０．０２％の
含有量を必要とする。

しかし、多量に含有すると、析出物の粗大化、酸化物系
介在物の増量等により、強度の低下を招くので、０．５
％を上限とする。より好ましい含有量は０．１〜０．４
％である。

Ｚｒ：０．０２〜０．５％Ｚｒは、クラッキングチューブ等としての実使用時の加
熱を受けるとオーステナイト相中に生成するクロム炭化
物の成長粗大化を遅延させ、クリープ抵抗性の向上に寄
与する。この効果を得るには、少なくとも０．０２％を
必要とする。含有量の増加に伴って効果も増すが、０．
５％を超えると、溶鋼の清浄度が低下する。また、高価
な材料添加の割には、その効果が小さい、このため、０
゜５％を上限とする。より好ましくは、０．１〜０゜３
％である。

本発明の耐熱鋳造合金は、上記成分元素を含有し、残部
は実質的にＦｅからなる。なお、合金の溶製時に不可避
的に混入する不純物であっても、この種の合金に通常許
容される範囲内であれば存在しても構わない。

（実施例）高周波誘導溶解炉で溶製した合金溶湯を、遠心鋳造に付
し、中空鋳物（外径１３８ｓｅｍＸ肉厚２３゜５−輪×
長さ５２０ｍ５）を得た。各供試鋳物の化学成分組成を
第１表に示す、各鋳造管がら試験片を採取し、温度１１
００℃、荷重１．５ｋｇ／−曽２にてクリープ伸び試験
を行ない、２次りリープ速度を調べた。

（以下余白）第１表においてＮｏ、１及びＮｏ、２は本発明の合金、
Ｎｏ、３、Ｎｏ、４及びＮｏ、５は比較用の合金であっ
て、その中でＮｏ、３はＨＰ改良材、Ｎ０１４及びＮｏ
、５は出願人が以前に提案した前述の公知合金である。

第２表の結果より、本発明の合金は、公知合金に較べて
２次りリープ速度が遅く、クリープ抵抗性にすぐれてい
る（発明の効果）本発明の耐熱き金は、１１００℃を超える高温域におけ
る使用においても、高いクリープ抵抗を備えている。従
って、エチレンクラッキングチューブ材として好適であ
り、従来材にまさる耐久性・安定性が保証される。むろ
ん、その用途は、前記クラッキングチューブに限らず、
リフオーマチューブ材料としても好適であり、更にはラ
ジアントチューブ、ハースローラ等の各種高温用構造材
料としても有用である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％にて、Ｃ：０．５％を超え０．８％以下、
Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０
３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２０〜３５％、
Ｎｉ：５〜２５％、Ｃｏ：２５〜４５％でかつ３５％≦
Ｎｉ＋Ｃｏ≦５０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ａｌ：
０．０２〜０．６％、Ｎ：０．０８％以下、およびＴｉ
：０．０２〜０．５％、Ｚｒ：０．０２〜０．５％のい
ずれか１種もしくは２種、残部実質的にＦｅからなるク
リープ抵抗の高い耐熱鋳造合金。