抗滲碳性金屬材料的製作方法

2023-05-13 02:33:21 1

專利名稱：抗滲碳性金屬材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及高溫強度高、耐腐蝕性優異、特別是可在含有烴氣體或CO氣體等的 滲碳性氣體氛圍下使用的金屬材料，尤其涉及作為石油精製或石油化學設備等中的裂解 爐、重整爐、加熱爐或換熱器等的原材料而優選的焊接性及耐金屬塵化性(metal dusting resistance)優異的金屬材料。
背景技術：
氫氣、甲醇、液體燃料(GTL :Gas to Liquids)、二甲醚(DME)等清潔能源燃料，預 計今後需求會大幅地增加。因此，用於製造此種合成氣體的重整裝置，需要大型化、熱效率 進一步提高、適於批量生產的裝置。此外，在以往的石油精製或石油化學設備等中的重整裝 置、或者以石油等為原料的氨氣製造裝置、氫氣製造裝置等中，為了進一步提高能源效率， 越來越多地使用用於排熱回收的熱交換。為了有效利用此種高溫氣體的熱，在比以往對象更低的、400 800°C的溫度域中 的熱交換越發變得重要，在該溫度域中存在伴隨反應管、換熱器等中使用的高Cr-高M-Fe 合金系金屬材料的滲碳現象而出現腐蝕的問題。通常，通過上述那樣的反應裝置製造的合成氣體，即含有H2、CO、CO2, H2O及甲烷等 烴的氣體，在1000°c前後或其以上的溫度下與反應管等的金屬材料接觸。該溫度域中，金屬 材料的表面被比Fe、M等氧化傾向大的Cr、Si等元素選擇性地氧化，形成氧化Cr、氧化Si 等的緻密皮膜，從而抑制腐蝕的發生。但是，在熱交換部分等溫度相對低的部分中，金屬材 料自內部向表面的元素擴散變得不充分，因而具有抑制腐蝕效果的氧化皮膜的形成遲緩， 進而，這種組成中含有烴的氣體，向滲碳性變化，從而C從金屬材料表面滲入，逐漸形成滲 碳。乙烯裂解爐管等中，滲碳不斷進行而形成由Cr、Fe等的碳化物構成的滲碳層，該 部分的體積膨脹。其結果，容易產生微細的裂紋，最壞的情況下導致使用中的管斷裂。此外， 當金屬表面暴露時，在表面上發生以金屬為催化劑的碳析出(積炭)，並伴有管內流路面積 的減少、傳熱特性的降低。在提高通過原油蒸餾得到的石腦油的辛烷值的催化裂解爐的加熱爐管等中，也會 形成由烴和氫氣構成的滲碳性嚴重的環境，發生滲碳或金屬塵化。另一方面，在重整爐管、換熱器等中的氣體的滲碳性更嚴重的環境下，碳化物變得 過飽和，其後直接析出石墨，因而母材金屬剝離脫落，母材流失，即稱之為金屬塵化的腐蝕 消耗在不斷進行。進而，剝離的金屬粉末成為催化劑，促使其發生積炭。這樣的龜裂、損耗、管內閉塞擴大時，將發生裝置故障等，其結果，可能導致操作中 斷，需要充分考慮作為裝置構件的材料選定。為了防止這種由滲碳、金屬塵化帶來的腐蝕，一直以來，探討研究了各種對策。例如，專利文獻1中，有關在含有H2、CO、CO2, H2O的400 700°C的環境氣體中的 耐金屬塵化性，提出了含有11 60% (質量％，以下同樣。)的Cr的Fe基合金或Ni基合金。具體而言，公開了含24 %以上的Cr和35 %以上的Ni的Fe基合金、含20 %以上的Cr 和60%以上的Ni的Ni基合金、以及在這些合金中進一步添加了 Nb的合金材料的發明是 優異的。但是，僅增加Fe基合金或M基合金的Cr、M的含量，無法獲得充分的滲碳抑制效 果，需要具有更好的耐金屬塵化性的金屬材料。此外，專利文獻2中公開的方法為對於含鐵、鎳及鉻的高溫合金的金屬塵化帶 來的腐蝕，可採用通常的物理或化學方法使表面附著元素周期表的第VIII族、第IB族、第 IV族及第V族中的一種以上的金屬及它們的混合物，在惰性環境中退火，使其形成厚度為 0. 01 IOym的薄層，從而保護合金表面。此時，Sn、Pb、Bi等特別有效。但是，該方法雖 然在初期具有效果，但經過長期使用後薄層剝離，效果可能會消失。專利文獻3中公開如下有關含有H2、C0、C02、H20的400 700°C的環境氣體中的 金屬材料的耐金屬塵化性，從鐵中的溶質元素的觀點出發，對與C的相互作用進行了調查， 其結果為除了提高氧化皮膜的保護性之外，Ti、Nb、V、Mo等在金屬材料中形成穩定的碳化 物的元素的添加或Si、Al、Ni、Cu、Co等相互作用輔助係數(interaction co-factor) Ω為 正值的合金元素，對抑制金屬塵化有效。但是，Si、Al等的增加有時引起熱加工性、焊接性 的降低，考慮製造穩定性或設備施工方面，尚有改善的餘地。其次，還公開如下為了阻斷滲碳性氣體與金屬表面的接觸，預先對金屬材料實施 氧化處理的方法或進行表面處理的方法。例如，專利文獻4及專利文獻5中，公開了將低Si系25Cr-20Ni (HK40)耐熱鋼、低 Si系25Cr-35Ni耐熱鋼在1000°C左右的溫度、100小時以上的條件下，在大氣中進行預氧化 的方法，而且，專利文獻6中公開了對含有20 35% Cr的奧氏體類耐熱鋼在大氣中進行預 備氧化的方法。此外，專利文獻7中提出了真空中加熱高Ni-Cr合金使其生成氧化皮的皮 膜從而提高抗滲碳性的方法。專利文獻8中提出一種奧氏體類合金，其通過使Si、Cr及Ni的含量滿足Si < (Cr+0. 15Ni-18)/10，從而即使在受到加熱·冷卻循環的環境下也可使其形成密合性高 的Cr系氧化皮膜，即使在高溫下暴露於腐蝕性的氣體中的環境下，抗滲碳性也優異。專利 文獻9中提出了一種奧氏體類不鏽鋼，其通過含有Cu或稀土元素(Y及Ln族)，使其形成 皮膜中的Cr濃度高且均勻的氧化皮膜，即使在受到加熱·冷卻循環的環境下，氧化皮的耐 剝離性也優異。此外，專利文獻10中提出了通過表面處理使其形成Si、Cr的濃化層從而提 高抗滲碳性的方法。然而，這些現有技術，均需要特殊的熱處理或表面處理，經濟性差。此 外，由於未考慮到預氧化氧化皮或表面處理層剝離後的氧化皮的修復(氧化皮再生)，因而 一旦發生損傷，則無法期待其以後的效果。專利文獻11中提出了一種Cr含量為20 55%的抗滲碳性優異的不鏽鋼管，其在 鋼管表面形成Cr濃度為10%以上的、與母材的Cr濃度相比濃度低的Cr缺乏層而成。但 是，並沒有對含Cu鋼中構成問題的焊接性的改善作出研究。此外，還考慮了在環境氣體中添加H2S的方法，但H2S可能會顯著降低重整中使用 的催化劑的活性，因此，其適用受到了限制。專利文獻12及專利文獻13中提出了通過適量含有P、S、Sb及Bi中的1種或2種 以上，抑制氣體解離性吸附(氣體/金屬表面反應)的技術方案。由於這些元素在金屬表 面上發生偏析，因此即使不過量地添加，也可以大幅地抑制滲碳或金屬塵化腐蝕。然而，這些元素不僅在金屬表面上發生偏析，還在金屬晶粒的晶界上也發生偏析，因而在熱加工性、 焊接性上尚有改善的餘地。此外，還提出了通過添加Cu來提高耐腐蝕性或耐縫隙腐蝕性(crevice corrosion resistance)。專利文獻14中記載了通過使其含有Cu來提高耐腐蝕性，並且 通過極力降低S和0，提高由B帶來的熱加工性改善效果，專利文獻15中記載了，通過使 「-Cr+3. 6Ni+4. 7Mo+ll. 5Cu」 所示的 G. I.值(General Corrosion Index 耐全面腐蝕性指 數)為 60 90，並且使「Cr+Ο. 4Ν +2. 7Mo+Cu+18. 7N」所示的 C. I.值(Crevice Corrosion Index ；耐縫隙腐蝕性指數)為35 50，來提高在硫酸和硫酸鹽環境下的優異的耐腐蝕性 和耐縫隙腐蝕性。專利文獻16中，通過提高Cu含量、並且添加超過0. 0015%的B，控制氧 含量至較低，從而改善熱加工性。它們均是為了避免耐腐蝕性的降低而將C含量的上限限 製得較低。因此，無法期待C的固溶強化，不能得到充分的高溫強度。從而不適合作為在高 溫下使用的金屬材料。專利文獻1 日本特開平9-78204號公報專利文獻2 日本特開平11-172473號公報專利文獻3 日本特開2003-73763號公報專利文獻4 日本特開昭53-66832號公報專利文獻5 日本特開昭53-66835號公報專利文獻6 日本特開昭57-43989號公報專利文獻7 日本特開平11-29776號公報專利文獻8 日本特開2002-256398號公報專利文獻9 日本特開2006-291290號公報專利文獻10 日本特表2000-509105號公報專利文獻11 日本特開2005-48284號公報專利文獻12 日本特開2007-186727號公報專利文獻13 日本特開2007-186728號公報專利文獻14 日本特開平1-21038號公報專利文獻15 日本特開平2-170946號公報專利文獻16 日本特開平4-346638號公報

發明內容
發明要解決的問題為此，一直以來提出了各種提高金屬材料的耐金屬塵化性、抗滲碳性和抗積炭性 的技術，這些技術均需要特殊的熱處理或表面處理，需要花費成本和費時費力。此外，由於 不具有預氧化氧化皮或表面處理層剝離後的氧化皮的修復(氧化皮再生)功能，因此一旦 發生損傷則無法抑制其後的金屬塵化。此外，在金屬材料的焊接性上還存在問題。此外，還有不改善金屬材料本身，而是像前述那樣，在合成氣體的重整裝置、製造 裝置的管內的環境氣體中添加H2S來抑制金屬塵化的方法，由於H2S可能會使在烴的重整中 使用的催化劑的活性顯著降低，因此通過調整環境氣體的成分來抑制金屬塵化的技術，只 能被有限制地使用。
本發明是鑑於上述現狀而作出的，其目的在於，通過在乙烯設備用裂解爐管、催化 重整爐的加熱爐管或合成氣體的重整爐管等中抑制滲碳性氣體與金屬的表面反應，從而提 供具有耐金屬塵化性、抗滲碳性及抗積炭性並改善了焊接性的金屬材料。用於解決問題的方案本發明人等在分子狀態下解析了 C滲入金屬中的現象，其結果判明該現象按包括 以下(a) (c)的基本過程來進行。(a)烴、CO等由C化合物構成的氣體分子向金屬表面靠近。(b)靠近後的氣體分子解離吸附在金屬表面上。(c)解離後的原子狀C滲入金屬中，並擴散。而且，對抑制上述現象的方法進行了各種研究，結果發現，以下的方法(d)和(e) 較為有效。(d)通過在金屬材料的使用中使金屬表面積極地形成氧化皮，從而阻斷由C化合 物構成的氣體分子與金屬的接觸。(e)在金屬表面，抑制由C化合物構成的氣體分子的解離性吸附。並且，對(d)的具有阻斷效果的氧化皮進行了研究，其結果可明確為包含Cr和Si 的氧化皮有效地發揮作用。尤其，在乙烯設備用裂解爐管、催化重整爐的加熱爐管、合成氣 體的重整爐管等之類的滲碳性的氣體環境中，由於氣體中的氧氣分壓低，通過含有適量的 Cr和Si，可以在氣體側形成以Cr為主體的氧化皮，而且，可以在金屬側形成以Si為主體的 氧化皮。另一方面，還從(e)的解離性吸附的觀點出發進行了研究，其結果可明確為當添 加適量的Cu、Ag及Pt等貴金屬元素或元素周期表的第VA族和VIA族的元素時，可發揮抑 制由C化合物構成的氣體分子的解離性吸附的效果。尤其是，Cu除了是貴金屬元素中廉價 的元素以外，使其在Fe-Ni-Cr系的金屬材料中含有時熔煉上或凝固上的問題也較少。因 此，優選使用Cu。而且，根據這些方法(d)和(e)，可知在上述基本過程(a) (c)中，可分別有效 地抑制C向金屬中滲入，通過同時使用這些方法(d)和(e)，發現可以顯著地提高耐金屬塵 化性、抗滲碳性和抗積炭性。但是，當添加Si、Cu等元素時，雖然可提高上述耐腐蝕性，但另一面，會使焊接性 劣化。尤其，在受到由焊接導致的急熱/急冷的熱循環影響的區域、即焊接熱影響部(以 下，稱作「HAZ」。)容易產生因晶界熔融而導致的裂紋。這就是說，在母材晶界上偏析Si、 Cu等時，晶界低熔點化，此時，被賦予焊接熱循環而加熱到略低於熔點時，晶界熔融，被焊接 時的熱應力劃裂而產生裂紋。即發生HAZ裂紋(Heat-affected Zone Cracking，熱影響區 裂紋)。因此，在作為焊接結構體使用時，需要抑制此種焊接裂紋。為此，本發明人等，對即使添加相當量的Si、Cu而使耐腐蝕性提高，也能夠抑制焊 接時的HAZ裂紋的方法進行了各種研究。其結果，達成了如下見解通過以下(f)和(g)的 方法能夠抑制HAZ裂紋。通過(f)提高C的含量，使母材晶界上析出Cr系碳化物，因而使晶界的熔點上升。通過(g)使高熔點的Cr碳化物析出來抑制在賦予焊接熱循環時的HAZ部的晶粒 粗大化，從而使晶界表面積增加，因而使Si、Cu等在晶界上的偏析減少。
基於上述見解，在含有18 30%或22 30%的Cr的金屬材料中，通過對C、Si 及Cu的含量進行多種改變，對HAZ裂紋靈敏性進行了研究，其結果可明確為能夠防止HAZ 裂紋的C含量的下限根據Si、Cu及Cr的含量而改變。具體而言，引起晶界的低熔點化的Si 及Cu的含量越多，則C含量的允許下限越高，構成能夠提高晶界的熔點的碳化物的Cr的含 量越多，則C含量的允許下限越低。而且，根據對各成分進行多種改變的系統性實驗結果，試驗性地估計了可防止HAZ 裂紋的C含量和Si、Cu及Cr的各含量的關係式。其結果可獲得如下見解通過滿足下述式 (1)，可獲得優異的耐金屬塵化性以及優異的耐HAZ裂紋靈敏性。C 彡 0. 062 X Si+0. 033 X Cu-O. 004X Cr+0. 043··· (1)其中，式(1)中的元素符號表示該元素以質量％計的含量。本發明是基於這些見解而完成的，其要旨如以下(1) (3)所示。以下，分別稱作 本發明(1) 本發明(3)。統稱為本發明。(1) 一種抗滲碳性金屬材料，其特徵在於，以質量％計，含有C :0. 08 0.4%、Si 0. 6 2. 0%,Μη 0. 05 2. 5%、Ρ :0· 04% 以下、S :0· 015% 以下、Cr :22 30%、Ni :20% 以 上且不足 30%、Cu :0· 5 10. 0%,Α1 :0· 01 l%、Ti :0· 01 1%、Ν :0· 15% 以下、0(氧) 0. 02%以下，其餘部分由Fe及雜質構成，並且滿足下述式(1)。 C^O. 062 X Si+0. 033 X Cu-O. 004X Cr+0. 043... (1)其中，式(1)中的元素符號表示該元素以質量％計的含量。(2) 一種抗滲碳性金屬材料，其特徵在於，以質量％計，含有C :0. 08 0.4%、Si 0. 6 2. 0%,Μη 0. 05 2. 5%、P 0. 04% 以下、S 0. 015% 以下、Cr :18 30%、Ni :20% 以 上且不足 30%、Cu :0· 5 10. 0%,Α1 :0· 01 l%、Ti :0· 01 1%、Ν :0· 15% 以下、0(氧) 0. 02%以下，其餘部分由Fe及雜質構成，並且滿足下述式(1)。C 彡 0. 062 X Si+0. 033 X Cu-O. 004X Cr+0. 043... (1)其中，式(1)中的元素符號表示該元素以質量％計的含量。(3)根據上述(1)或(2)所述的抗滲碳性金屬材料，其特徵在於，該抗滲碳性金屬 材料進一步含有選自以下所示第1組 第5組中的至少1組中的成分中的至少1種第1組以質量％計，Co:10%以下；第2組以質量％計，Mo 2. 5%以下及W 以下；第3組以質量％計，B 0. 以下、V :0. 5%以下、& 0. 以下、Nb 以下及 Hf 0. 5% 以下；第4組以質量％計，Mg 0. 以下及Ca 0. 以下；第5組以質量％計，Y 0. 15%以下、La 0. 15%以下、Ce 0. 15%以下及Nd 0. 15%以下。發明的效果本發明的金屬材料具有抑制滲碳性氣體與金屬的表面反應的效果，其耐金屬塵化 性、抗滲碳性和抗積炭性優異。此外，由於改善了焊接性，因此可在石油精製或石油化學設 備等中的裂解爐、重整爐、加熱爐、換熱器等焊接構造構件中使用，可大幅地提高裝置的耐 久性和操作效率。尤其，優選作為在用於比以往對象更低的溫度域(400 800°C )中的熱交換中的反應管或換熱器中使用的金屬材料，從而能夠抑制該溫度域中構成問題的金屬塵化。
具體實施例方式本發明中，限定金屬材料的組成範圍的理由如下所述。另外，以下的說明中，各元 素的含量的「 ％，，表示「質量％ 」。C :0· 08 0.4%C，為本發明中的重要元素之一。除了可提高高溫下的強度以外，通過與Cr等結合 形成碳化物，發揮出改善焊接性的效果。尤其，在提高Si和Cu的含量而成的、本發明的金屬 材料中該效果顯著。為了充分發揮該效果，需要含有0.08%的C。其中，由於當超過0.4% 時合金的韌性極端地變差，因此上限為0.4%。優選的範圍為超過0. 且0.35%以下，更 優選的範圍為超過0. 15%且0. 25%以下。Si :0· 6 2.0%Si，為本發明中的重要元素之一。由於與氧的親和力強，因此在Cr2O3等保護性氧 化皮層的下層形成Si系氧化皮，阻斷滲碳性氣體。該作用通過含有0. 6%以上的Si而得以 發揮。其中，由於當超過2. 0%時焊接性顯著降低，因此上限為2. 0%。優選的範圍為0. 7 2.0%，更優選的範圍為0.8 1.5%。Mn: 0.05 2. 5%Mn，除了具有脫氧能力以外，還可改善加工性和焊接性，因此添加0.05%以上。此 外，由於Mn為奧氏體生成元素，因此還可用Mn置換Ni的一部分。其中，由於過量的添加會 有損保護性氧化皮層對滲碳性氣體的阻斷性能，因此Mn的含量上限為2. 5%。優選的範圍 為0.1 2.0%。更優選的範圍為0.7 1.6%。Ρ:0·04% 以下P，由於可使熱加工性和焊接性降低，因此P的上限為0. 04%。尤其在Si或Cu的 含量高時該效果變得較為重要。P的優選的上限為0. 03%，進一步優選的上限為0. 025%。 其中，由於其具有抑制滲碳性氣體在金屬表面上的解離性吸附反應的作用，因此在可允許 焊接性的降低時可含有P。S :0· 015% 以下S，與P同樣，由於可使熱加工性或焊接性降低，因此S的上限為0. 015%。尤其在 Si或Cu的含量高時，該效果變得較為重要。S的優選上限為0. 01%，進一步優選的上限為 0.003%。其中，與P同樣，由於其具有抑制滲碳性氣體在金屬表面上的解離性吸附反應的 作用，因此在可允許焊接性的降低時可含有S。Cr :18 30%或 22 30%Cr,由於穩定地形成Cr2O3等氧化皮而具有阻斷滲碳性氣體的效果，因此尤其在嚴 酷的滲碳性氣體環境中也能夠賦予充分的抗滲碳性、耐金屬塵化性和抗積炭性。此外，通過 與C結合形成碳化物而改善焊接性。尤其當Si、Cu的含量高時，其效果變得較為重要。為 了充分發揮該效果，需要含有18%以上的Cr。然而，由於過量的添加會使加工性和組織穩 定性劣化，因此Cr的上限為30%。Cr含量的優選的下限為19%，更優選22%，進一步優選 23 %。此外，Cr含量的優選的上限為28 %，更優選為27 %。Ni :20%以上且不足30%
Ni，是為了獲得相應於Cr含量的穩定的奧氏體組織而必須的元素，其含量需要 為20%以上。此外，當C滲入金屬材料中時，具有降低滲入速度的功能。此外，具有確保金 屬組織的高溫強度的作用。然而，含有量超過需要時，除了會招致成本高和製造困難以外， 尤其在含有烴的氣體環境下還會促進積炭、金屬塵化，因此將Ni的含量的上限限制在低於 30%。優選的範圍為22. 5% 不足30%，更優選的範圍為超過25%且在29. 5%以下。Cu:0.5 10.0%Cu，為本發明中的重要元素之一。Cu抑制滲碳性氣體與金屬的表面反應，可大幅 地提高耐金屬塵化性等。此外，由於其為奧氏體生成元素因此還可用Cu置換Ni的一部分。 為了發揮提高耐金屬塵化性的效果，需要含有0.5%以上的Cu。其中，當含有超過10.0%的 Cu時會使焊接性降低，因此含量的上限為10.0%。優選的含量為1.0 6.0%。更優選的 含量為2. 1 4.0%。Al:0.01 l%A1，是在提高高溫強度方面有效的元素。此外，由於其與氧的親和力高，因此除了 具有作為脫氧劑的效果以外，還成為氧化皮的構成元素的一部分，可提高氣體的阻斷性。尤 其，在滲碳性強的本環境下，可期待該效果。為了發揮該效果，含有0.01%以上的A1較為有 效。另一方面，當超過時，有損焊接性。因此，A1的含量為0.01 1%。優選的範圍為 0.12 0.8%。更優選的範圍為0.2 0.6%。Ti:0.01 l%Ti，是在提高高溫強度方面有效的元素。此外，由於其具有與氧的親和力，因此成 為氧化皮的構成元素的一部分，可提高氣體的阻斷性。尤其，在滲碳性強的本環境中，可期 待該效果。因此要積極地含有該元素。為了發揮該效果，含有0.01%以上的Ti是有效的。 然而，由於當過量地含有Ti時，加工性或焊接性降低，因此其上限為1%。優選的範圍為 0.12 0.8%。更優選的範圍為0.2 0.6%。N:0. 15% 以下可以不含有N。當含有N時，具有提高金屬材料的高溫強度的作用。然而，當其含 量超過0. 15%時，有損加工性。因此，N的含量以0. 15%為上限。優選的上限為0.05%。 另外，為了獲得提高金屬材料的高溫強度的效果，優選含有0. 0005%以上的N，更優選含有 0. 001%以上的N。0(氧)0.02% 以下0(氧)，為熔鍊金屬材料時從原料等中混入進來的雜質元素。當0(氧)的含量超 過0. 02%時，在金屬材料中大量存在氧化物系夾雜物，除了會降低加工性外，還成為金屬材 料表面的瑕疵的原因。因此，0(氧)的上限為0.02%。接著，除了該本發明(1)或本發明(2)的方法外，還對改善強度、延展性、韌性而成 的金屬材料即本發明(3)進行說明。本發明(3)提供的抗滲碳性金屬材料，其特徵在於，在本發明(1)或(2)中規定的 金屬材料中，進一步含有選自以下所示第1組 第5組中的至少1組中的成分中的至少1 種。第1組以質量％計，Co:10%以下；第2組以質量％計，Mo 2. 5%以下及W 以下；
第3組以質量％計，B 0. 以下、V :0. 5%以下、Zr 0. 以下、Nb 以下及 Hf 0. 5% 以下；第4組以質量％計，Mg 0. 以下及Ca 0. 以下；第5組以質量％計，Y 0. 15%以下、La 0. 15%以下、Ce 0. 15%以下及Nd 0. 15%以下。以下，對於這些任意添加元素，依次進行說明。第1組(以質量％計，Co 以下)Co，由於具有穩定奧氏體相的作用，因而可置換Ni成分的一部分，從而可根據需 要含有該元素。其中，當含量超過10%時可降低熱加工性，因此當含有Co時，其含量為10% 以下。從熱加工性的觀點出發，優選的範圍為0. 01 5%，更優選的範圍為0. 01 3%。第2組(以質量％計，Mo :2.5%以下，以下)由於Mo和W均為固溶強化元素，因而可根據需要含有它們中的任一者或兩者。其 中，在含有Mo的情況下，當含量超過2. 5%時會使加工性降低且有損組織穩定性，因此含有 Mo的情況下，其含量為2. 5%以下。Mo含量優選為0.01 2.3%。此外，在含有W的情況 下，當其含量超過5%時會使加工性降低且有損組織穩定性，因此，含有W的情況下，其含量 為5%以下。W含量優選為0.01 2.3%。第3組(以質量％計，B 0. 以下、V:0. 5%以下、& 0. 以下、Nb 以下、 Hf 0. 5% 以下)由於B、V、Zr、Nb和Hf均為對改善高溫強度特性有效的元素，因此根據需要可含 有它們中的1種或2種以上。其中，在含有B的情況下，當其含量超過0. 時會使焊接性 降低，因此含有B的情況下，其含量為0.1%以下。B含量優選為0.001 0.05%。含有V 的情況下，當其含量超過0. 5%時會使焊接性降低，因此含有V的情況下，其含量為0. 5%以 下。V含量優選為0.001 0. 1%。在含有&的情況下，當其含量超過0. 時會使焊接性 降低，因此，含有&時，其含量為0. 以下。&含量優選為0.001 0.05%。在含有Nb 的情況下，當其含量超過2%時會使焊接性降低，因此，含有Nb時，其含量為2%以下。Nb含 量優選為0. 001 0. 1%。此外，在含有Hf的情況下，當其含量超過0. 5%時會使焊接性降 低，因此，含有Hf時，其含量為0. 5%以下。Hf含量優選為0. 001 0. 1 %。第4組(以質量％計，Mg:0. 以下、Ca:0. 以下)由於Mg和Ca均具有提高熱加工性的作用，因此根據需要可含有它們中的1種或2 種以上。其中，在含有Mg的情況下，當其含量超過0. 時會使焊接性降低，因此，含有Mg 時，其含量為0. 以下。Mg含量優選為0.0005 0. 1%。此外，在含有Ca的情況下，當其 含量超過0. 1 %時會使焊接性降低，因此，含有Ca時，其含量為0. 1 %以下。Ca含量優選為 0. 0005 0. 1%。第5組(以質量％計，Y 0. 15%以下、La 0. 15%以下、Ce 0. 15%以下及Nd 0. 15%以下)由於Y、La、Ce和Nd均具有提高耐氧化性的作用，因此根據需要可含有它們中的1 種或2種以上。其中，在含有這些元素的情況下，當各自的含量超過0. 15%時會使加工性降 低，因此在含有各元素時，其含量為0. 15%以下。優選為0.0005 0. 15%。本發明的具有抑制滲碳性氣體與金屬的表面反應的功能的金屬材料，由於在金屬塵化、滲碳和積炭方面存在問題，因此金屬材料只要滿足前述的(f)、(g)中規定的要求即可。該發明涉及的金屬材料，利用熔解、鑄造、熱加工、冷加工、焊接等方法，可以成形 為厚板、薄板、無縫管、焊接管、鍛造品、線材等所需要的形狀。此外，還可利用粉末冶金、離 心鑄造等方法成形為所需要的形狀。對實施了最終熱處理後的金屬材料表面，可以實施酸 洗、噴丸、噴丸強化、機械切削、研磨機研磨及電解研磨等表面加工處理。此外，本發明的金 屬材料的表面可成形為具有1 2個以上突起的形狀等不規則形狀。此外，本發明的金屬 材料，與各種炭素鋼、不鏽鋼、Ni基合金、Co基合金、Cu合金等組合，可以成形為所需要的形 狀。此時，對本發明的金屬材料與各種鋼或合金的接合法沒有限制，例如能夠形成實施了壓 接或「鉚接」等的機械性接合、焊接、擴散處理等的熱接合等而成的形狀。以下通過實施例對本發明進行更具體地說明，但本發明不受這些實施例的限制。實施例1將表1所示的化學組成的金屬材料，使用高頻加熱真空爐進行熔煉，並進行熱鍛 及熱軋，製作板厚6mm的金屬板。金屬板在1160 1230°C X 5分鐘的條件下進行固溶化熱 處理，切割金屬板的一部分，製作試驗片。從表1所記載的金屬材料中切割寬15mmX長20mm的試驗片。將該試驗片放置於 以體積比計為45% C0-42. 5% H2-6. 5% C02-6% H20的氣體氛圍中，在650°C下等溫保持， 經過200小時後取出，從目視和光學顯微鏡觀察兩方面判斷在試驗片表面是否產生凹坑 (Pit)。將其結果歸納示於表2中。
權利要求
一種抗滲碳性金屬材料，其特徵在於，該抗滲碳性金屬材料，以質量％計，含有C0.08～0.4％、Si0.6～2.0％、Mn0.05～2.5％、P0.04％以下、S0.015％以下、Cr22～30％、Ni20％以上且不足30％、Cu0.5～10.0％、Al0.01～1％、Ti0.01～1％、N0.15％以下、O(氧)0.02％以下，其餘部分由Fe及雜質構成，並且，滿足下述式(1)；C≥0.062×Si+0.033×Cu 0.004×Cr+0.043…(1)其中，式(1)中的元素符號表示該元素以質量％計的含量。
2.一種抗滲碳性金屬材料，其特徵在於，該抗滲碳性金屬材料，以質量％計，含有C: 0. 08 0. 4%, Si 0. 6 2. 0%, Mn 0. 05 2. 5%, P 0. 04% 以下、S 0. 015% 以下、Cr 18 30%、Ni :20% 以上且不足 30%,Cu 0. 5 10. 0%,A1 0. 01 l%、Ti 0. 01 1%、 N:0. 15%以下、0(氧)0. 02%以下，其餘部分由Fe及雜質構成，並且滿足下述式(1)；C 彡 0. 062XSi+0. 033 X Cu-0. 004XCr+0. 043…(1)其中，式(1)中的元素符號表示該元素以質量％計的含量。
3.根據權利要求1或2所述的抗滲碳性金屬材料，其特徵在於，該抗滲碳性金屬材料進 一步含有選自以下所示第1組 第5組中的至少1組中的成分中的至少1種第1組以質量％計，Co 以下；第2組以質量％計，Mo :2. 5%以下及以下，第3組以質量％計，B 0. 以下、V :0. 5%以下、& 0. 以下、Nb 以下及Hf 0. 5%以下；第4組以質量％計，Mg:0. 以下及Ca:0. 以下；第5組以質量％計，Y 0. 15%以下、La 0. 15%以下、Ce 0. 15%以下及Nd 0. 15%以
全文摘要
本發明提供作為石油精製或石油化學設備等中的裂解爐、重整爐、加熱爐或換熱器等的原材料而優選的、加工性及耐金屬塵化性優異的金屬材料。一種抗滲碳性金屬材料，其特徵在於，該抗滲碳性金屬材料，以質量％計，含有C0.08～0.4％、Si0.6～2.0％、Mn0.05～2.5％、P0.04％以下、S0.015％以下、Cr18～30％、Ni20％以上且不足30％、Cu0.5～10.0％、Al0.01～1％、Ti0.01～1％、N0.15％以下、O(氧)0.02％以下，其餘部分由Fe及雜質構成，並且滿足下述式(1)。此外，可以含有Co、Mo、W、B、V、Zr、Nb、Hf、Mg、Ca、Y、La、Ce及Nd中的1種或2種以上。C≥0.062×Si+0.033×Cu-0.004×Cr+0.043…(1)，其中，式(1)中的元素符號表示該元素以質量％計的含量。
文檔編號C22C38/00GK101946016SQ20098010544
公開日2011年1月12日 申請日期2009年2月23日 優先權日2008年2月27日
發明者小薄孝裕, 松本聰, 西山佳孝 申請人:住友金屬工業株式會社