JPS596909B2

JPS596909B2 - 耐熱鋳鋼

Info

Publication number: JPS596909B2
Application number: JP360481A
Authority: JP
Inventors: 純一杉谷; 輝夫葭本; 誠高橋
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1981-01-12
Publication date: 1984-02-15
Also published as: JPS57116745A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、耐熱鋳鋼、更に詳しくは、Ｃｒ２Ｎｉ、Ｎｂ
、ＷおよびＭｏを含むオーステナイト系耐熱鋳鋼を基本
成分組成とし、これにＮ、Ｔｉ、Ａ７およびＢを複合添
加することにより、高温度、特に１０００℃を越える温
度域における高温クリープ破断強度などの高温特性を飛
躍的に改善した耐熱鋳鋼に関する。

従来、石油化学工業におけるエチレンクラッキングチュ
ーブ材として、ＮｉおよびＣｒを含む耐熱鋳鋼であるＨ
Ｋ４０材やＨＰ材（ＡＳＴＭ規格）が用いられてきたが
、近年操業の高温化に伴ない、高温クリープ破断強度の
改善が要求されるように；なり、この要求に応えるべ
く、Ｎｂ２ＷおよびＭｏを含むＨＰ材が開発され、実用
に供されている。

しかしながら、最近操業条件の一そうの苛酷化にともな
い、上記Ｎｂ、ＷおよびＭｏ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フ要請されている。本
発明者等は、上記要請に鑑み、Ｃｒ＋ＮｉｔＮｂ、Ｗ
およびＭｏ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鋭意研究を重ね
た結果、Ｎ２Ｔｉ２ＡｌおマよびＢの各元素を特定量
複合的に添加することにより、高温クリープ破断強度や
耐熱衝撃性などを顕著に高め得るとの知見を得、本発明
を完成するに到った。

すなわち、本発明は、Ｃ０９３〜０９６％、Ｓｉ２、Ｏ
；％以下、ＭＨ２、Ｏ％以下、Ｃｒ２０〜３０％、Ｎ
ｉ３０〜４０％、Ｎｂ０．３〜１．５％、Ｗ０．５〜３
００％、Ｍ００．２〜０．８％、Ｎ０．０４〜０．１５
％、Ｔｉ０．０４〜０３１５％、Ａ１０．０２〜０００
７％、およびＢ０．０００２〜０．００４％を含み、残
部実質的にＦｅから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、本明細書において成分含有量を示す「％」はすべ
て「重量％」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０８３％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、多量に加えると二
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０．６％を上限とする。
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。

だ＼゛し、過剰に加えると、溶接性を損なうので、２．
０係以下とする。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、２０係を上限とする。

Ｃｒは、後記Ｎｉとの共存下に、鋳鋼組織をオーステナ
イト化し、高温強度や耐酸化性を高める効果を有する。

その効果ぱＣｒの増加とともに高められ、特に約１００
０℃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、２０係以上加えられる。たソし、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、３
０％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、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係を越えても効果は飽和し、経済的に不利であ
るので、４０係を上限とする。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、１．５係を上限とする。なお、Ｎｂ
は通常不可避の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０．
３〜１．５係であればよい。Ｗは、ＮｂおよびＭＯ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３．０％を上限とする。Ｍ
Ｏは、前記ＮｂおよびＷとの組合せにおいて高温強度の
向上に寄与する。

この効果を得るために０．２％以上添加する。但し、多
く加えると耐酸化性が悪くなるので、０．８係を上限と
する。本発明鋼は、上記諸元素に加えて、Ｎ，Ｔｉ，Ａ
７およびＢの各元素を複合的に含有する点に最大の特徴
を有する。これら元素の複合添加によって高温特性の飛
躍的改善が達成され、いづれか１つの元素を欠いてもそ
の効果は得られない。すなわち、Ｔｉぱ鋼中のＣ，Ｎと
炭窒化物を形成し、ＢおよびＡｌはこれら化合物を微細
に分散させるとともに結晶粒界を強化し、耐粒界割れ性
を高めることにより、高温強度、特にクリープ破断強度
、あるいは高温熱衝撃特性、長時間クリープ破断強度等
の顕著な改善効果をもたらす。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、Ｔ
ｉ等と窒化物を形成し、前記のようにＡｌおよびＢとの
共存下に微細分散すること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だめのＮ量は少くとも０．０４％
であることが望捷しい。但し、多量に加えると、窒化物
が過剰に析出し、まだ該窒化物の粗大化を招き、却って
耐熱衝撃特性が劣化するので、好ましくは０．１５％を
上限とする。Ｔｉは、上記効果を発揮させるために、０
．０４係以上とするのが好ましい。その添加量の増加と
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０．１５係を
上隈とする。Ａｌも、上記効果を得るために０．０２％
以上添加するのが望ましい。

添加量の増加とともに高温強度が増加するが、多量に加
えると却って強度低下を招くので、０．０７％を上限と
するのが好ましい。Ｂは、鋼の基地の結晶粒界を強化す
るほか、前記Ｔｉ系析出物の粗大化を防止し、その微細
析出に寄与するとともに、析出後の凝集粗大化を遅らせ
ることにより、クリープ破断強度の向上をもたらす。

このために０．０００２％以上加えるのが望ましく、一
方多量に加えても強度向上は進まず、また溶接性の劣化
を招くので、好捷しくぱ０．００４係以下とする。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２０［Ｉ［［
ｎ×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
１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Ａ温度１０９３℃・荷重１．９ｋｇ
ｆ／ＭＡおよびＢ温度８５０℃・荷重７３ｋｇｆ／Ｍａ
の２通りの条件で行なった。耐熱衝撃性試１験は、第１
図に示すような形状・寸法に調製した試片（厚さ８ｍｍ
）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
うことに試片に発生したクラツクの長さを測定した。耐
熱衝撃性ぱ該クラツク長さが５ｍｍに達しだときの繰返
し回数にて評価した。試１験結果を第２表に示す。なお
、供試材Ａ１〜４は、Ｎ，Ｔｉ，ＡｌおよびＢの各元素
すべてを、前記所定の範囲内で含有する本発明鋼、Ａ５
〜２０ぱ比較鋼である。比較鋼のうち、Ａ５はＮｂ，Ｗ
およびＭＯを含むＨＰ材、扁６〜１２は、Ｔｉ，Ａｌま
たはＢのいずれかを含まず、また應１３〜２０ぱ、Ｎ＋
Ｔ’ｌ＋ＡｌおよびＢのいずれをも含むが、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Ａｌ〜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，
Ｗ、およびＭＯ含有ＨＰ材Ａ５およびその他の比較鋼に
くらべ、格段に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，ＡｌまたはＢのいずれか
の元素を欠くか、もしくはその量に過不足があると、ク
リープラプチャーデータ・面で劣り、これら元素を前記
所定の範囲内で複合的に添加することによってはじめて
上記の卓越した特性が得られることが判る。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゜Ｃ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。まだ、本発明鋼は、耐熱衝撃特性
についても、Ｎｂ，ＷおよびＭＯ含有ＨＰ材やその他の
比較鋼にくらべ著しくすぐれていることが認められる。

この特性も、Ｎ，Ｔｉ’．ＡｌおよびＢの複合添加効果
によるものであることは言うまでもない。以上のように
、本発明に係る耐熱鋳鋼は、従来のＮｂ，ＷおよびＭＯ
含有ＨＰ材などよりもはるかにすぐれた高温特性、就中
高温クリ′−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
１０００℃を越える高温域で使用される各種設備部品の
好適な材料として供することができる１

【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％、Ｎｉ
３０〜４０％、Ｎｂ０．３〜１．５％、Ｗ０．５〜３．
０％、Ｍｏ０．２〜０．８％、Ｎ０．０４〜０．１５％
、Ｔｉ０．０４〜０．１５％、Ａｌ０．０２〜０．０７
％、およびＢ０．０００２〜０．００４％を含有し、残
部実質的にＦｅより成る耐熱鋳鋼。