(57)【要約】【課題】原料ナフサを熱分解してエチレン等を製造するための反応管に用いた場合において、コーキング，浸炭による劣化を良好に抑制することのできる金属複合管を提供する。【解決手段】重量％でＣｒ：２０〜４９％，Ｎｉ：３５〜８０％を主成分とし、更にＡｌ，Ｓｉの１種又は２種をＡｌ＋Ｓｉ：１．５〜５％となるように含んで成る合金の肉盛溶接層を基材金属管の内面又は外面に積層形成して複合化し、耐コーキング性，耐浸炭性に優れた金属複合管を構成する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で
Ｃｒ：２０〜４９％
Ｎｉ：３５〜８０％
を主成分とし、更にＡｌ，Ｓｉの１種又は２種を
Ａｌ＋Ｓｉ：１．５〜５％
となるように含んで成る合金の肉盛溶接層を基材金属管の内面又は外面に積層形成して複合化したことを特徴とする耐浸炭性に優れた金属複合管。
【請求項２】
請求項１において、前記Ｎｉの一部若しくは全体をＣｏで置き換えてなることを特徴とする耐浸炭性に優れた金属複合管。
【請求項３】
請求項１，２の何れかにおいて、前記肉盛金属層に含まれる不純物としてのＣ，Ｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｐ＋Ｓ，Ｏのそれぞれを
Ｃ  ：≦０．１％
Ｎ  ：≦０．３％
Ｍｎ：≦１．５％
Ｆｅ：≦１０％
Ｐ＋Ｓ：≦０．０２％
Ｏ  ：≦０．３％
にそれぞれ規制したことを特徴とする耐浸炭性に優れた金属複合管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は化学プラント用配管、例えばナフサをクラッキングしてエチレン，塩化ビニル，エタン等の化学製品素材を製造する装置の反応管に用いて好適な耐浸炭性に優れた金属複合管に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
エチレン，塩化ビニル，エタン等の化学製品素材は、外側からバーナーで高温に加熱した反応管の内部に原料ナフサを蒸気の形で通してこれを熱分解させることにより製造している。
この場合、反応管には耐熱性と耐コーキング性，耐浸炭性が要求される。
【０００３】
ここでコーキングは、炭化水素の熱分解により炭素が生成して金属の表面、即ち反応管の表面に析出し堆積する現象であり、そしてこのようなコーキングによって炭素が金属表面から内部に拡散浸透して浸炭現象を生ずる。
而してこのような浸炭現象が生ずると金属管、即ち反応管の脆化がもたらされたり耐食性が低下して腐食が進行するなど反応管の劣化が促進されてしまう。
【０００４】
この耐熱性と耐コーキング性，耐浸炭性とを、従来反応管等として用いられている金属単管でともに具備することは難しく、そこで下記特許文献１では、金属単管にＣｒ−Ｎｉ−Ｍｏ系合金の肉盛溶接層を積層し複合化することによってそれら耐コーキング性，耐浸炭性をもたせる点が開示されている。
しかしながらこの特許文献１に開示の金属複合管は耐浸炭性の点で必ずしも十分でなく、未だ改善の余地のあるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１１３３８９号公報
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の耐浸炭性に優れた金属複合管はこのような課題を解決するために創案されたものである。
而して請求項１のものは、重量％でＣｒ：２０〜４９％，Ｎｉ：３５〜８０％を主成分とし、更にＡｌ，Ｓｉの１種又は２種をＡｌ＋Ｓｉ：１．５〜５％となるように含んで成る合金の肉盛溶接層を基材金属管の内面又は外面に積層形成して複合化したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２のものは、請求項１において、前記Ｎｉの一部若しくは全体をＣｏで置き換えて成ることを特徴とする。
【０００８】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記肉盛金属層に含まれる不純物としてのＣ，Ｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｐ＋Ｓ，ＯのそれぞれをＣ  ：≦０．１％，Ｎ  ：≦０．３％，Ｍｎ：≦１．５％，Ｆｅ：≦１０％，Ｐ＋Ｓ：≦０．０２％，Ｏ  ：≦０．３％にそれぞれ規制したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
以上に示すように本発明は、金属複合管における肉盛溶接層の成分として、Ｃｒ，Ｎｉの主成分に加えてＡｌ，Ｓｉの１種又は２種をＡｌ＋Ｓｉ：１．５〜５％となるように含有させた点を骨子とするものである。
【００１０】
ここでＡｌ，Ｓｉはそれぞれ酸素と結合して酸化膜を形成し、炭素の拡散浸透、即ち浸炭を抑制するように働く。
また併せて粒界において炭素の移動を抑制してその拡散浸透を抑える。
【００１１】
本発明においてはＮｉの一部若しくは全体をＣｏで置き換えることができる（請求項２）。
このようにＮｉをＣｏで置き換えた場合にも同様の効果か或いはそれよりも高い効果を得ることができる。
【００１２】
本発明においてはまた、耐コーキング性，耐浸炭性を高めるためにＣ，Ｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｐ＋Ｓ，Ｏ等の不純物成分を請求項３に従って一定以下に規制することが望ましい。
【００１３】
次に本発明の肉盛金属層に含有される各化学成分の限定理由を以下に詳述する。
Ｃｒ：２０〜４９％
耐酸化性を高める上で必要であるとともに、本発明で意図する耐コーキング性の実現に重要な元素である。
こうした効果を得るためには、通常Ｃｒ２０％以上の添加が必要である。どちらの効果もＣｒ量を高くすれば高まるが４９％を超えるとオーステナイト組織が不安定化になり、加工性が低くなって曲げ加工などが困難になるから、合金としての実用性が低くなる。
耐コーキング性が充分高く、且つ加工性も悪くない特に好ましい範囲はＣｒ：４０〜４７％である。
【００１４】
Ｎｉ：３５〜８０％
エチレン製造用の反応管のような高温の使用環境で組織を安定に維持し、且つ意図する耐コーキング性を得るためには、多くの場合、少なくとも３５％のＮｉの存在を必要とする。Ｎｉ量が増大すれば、それに伴って効果も増すが、あまり多くしてもそれに対応するわけではなく不経済になるので、８０％が実用上の上限である。
【００１５】
Ａｌ＋Ｓｉ：１．５〜５％
１．５％以下では粒界における炭素の移動の抑制の効果が少ない。一方５％超では延性が低下し、肉盛溶接時に割れが発生する。そこで本発明はＡｌ＋Ｓｉを１．５〜５％とする。
【００１６】
Ｃｏ
Ｎｉはその一部若しくは全体をＣｏで置き換えることができ、置き換えても効果は変わらないか、場合によっては耐コーキング性の一層の向上を得ることができる。もっともＣｏは材料としてはＮｉより高価であり、置き換えの意義はそれほど高くないから多量に置き換えることは得策とは限らない。通常はＮｉ量の１０％、高々５０％止まりの置き換えが有利である。
【００１７】
Ｃ  ：≦０．１％
通常、耐熱鋼においては引張強度及びクリープ破断強度を確保するため、ある程度のＣの存在を必要とする。ところがＣは耐食性及び耐コーキング性にとっては有害である。本発明の金属複合管では強度は基材金属管の方で担うことができるから、肉盛溶接層の方は強度が高いことを特に必要としない。それゆえ肉盛溶接層中のＣは低含有量とする。０．１％までが許容できる範囲である。
【００１８】
Ｎ  ：≦０．３％
多量のＮの存在は肉盛溶接層の硬質化・脆化をもたらすので０．３％以下とする。
【００１９】
Ｍｎ：≦１．５％、好ましくは１．０％以下
これも脱酸剤であるから不可避的に含まれる成分であるが、耐コーキング性を高く保つために１．５％以下に規制するのが望ましい。より望ましいのは１．０％以下である。
【００２０】
Ｆｅ：≦１０％
Ｆｅはコーキングを引き起こす成分であるため１０％以下に規制するのが望ましい。
【００２１】
Ｐ＋Ｓ：≦０．０２％
Ｐ，Ｓともに溶接性を低くする（特に割れ感受性を高めて）元素であるため合計で０．０２％以下に規制する。
【００２２】
Ｏ  ：≦０．３％
Ｏが多量にあると溶着金属内にブローホールが発生し、肉盛溶接層が多孔質になる危険があるため０．３％以下に規制するのが望ましい。
【００２３】
本発明においては、Ｍｏ，Ｂ，Ｚｒ，ＲＥＭを肉盛金属層に含有させることで溶接性（耐割れ性）が向上することから、これら成分を含有させておくことが望ましい。これら成分の含有量についてはそれぞれ以下の含有量とすることができる。
【００２４】
Ｍｏ：０．５〜５％
Ｂ  ：０．００１〜０．０１５％
Ｚｒ：０．００１〜０．０１５％
ＲＥＭ：０．０００１〜０．００２％
【００２５】
本発明の金属複合管における基材金属管としては以下のものを例示することができる。
・８％以上のＣｒを含有する鉄基合金、代表的な鋼種は、ＳＵＳ４０３，ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６，ＳＵＨ３及びＳＵＨ４
・耐熱鋳鋼、代表的にはＳＣＨ１５及びＳＣＨ１６
・ＨＫ材、特にＨＫ−４０材（２５Ｃｒ−２０Ｎｉ−０．４Ｃ）
・ＨＰ材、特にＨＰ−４０材（２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−０．４Ｃ）
・ＨＰ調整材（２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−０．４Ｃ−Ｎｂ／Ｗ）
【００２６】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に詳述する。
肉盛溶接用の合金粉末として、表１に示すような合金組成を与える各種合金４２種を溶製及びガス噴霧−ガス冷却法で粉末化し、篩い分けて＋６０〜−２５０メッシュの範囲を集めた。
【００２７】
次に外径１０ｍｍ，内径４ｍｍ，長さ１．５ｍのＳＵＳ３４７製パイプの外周全面に上記の合金粉末を、粉末プラズマ溶接法（ＰＰＷ法：プラズマパウダーウェルディング）手法により厚さ５ｍｍで肉盛溶接した。
続いて中心孔削孔機械（ＢＴＡ）を用いて、肉盛溶接をしたパイプの中心に径１４ｍｍの孔を空けることにより、基材金属管としてのＳＵＳ３４７製パイプ全体とその外側の肉盛溶接層の一部を削り取り、外径２０ｍｍ，内径１４ｍｍ，長さ１．５ｍの肉盛溶接単層の管を製造した。
【００２８】
また肉盛溶接単層の内面を研磨して表面粗さ（最大粗さ）が３μｍ以下の平滑面とした。
そしてこのようにして得た管に対し、耐コーキング試験及び耐浸炭性試験を行った。
【００２９】
ここで耐コーキング試験は次のようにして行った。
即ち各管をエチレン製造用の実験炉に入れ、温度１１００℃に加熱した状態で管内にナフサを気化させて得た蒸気を流速０．５ｍ／秒で通過させる試験を１００時間続けた。
そして上記の流通試験が終わった後、管を冷却してその重量を測定し、そこから管自体の重量を差し引いて堆積した炭素量を求めた。
【００３０】
一方耐浸炭性試験は次のようにして行った。
即ち上記の管を固形浸炭剤「ＫＧ１３」（デグサ社製）とともに加熱炉に入れ、温度１１００℃に２００時間加熱した。取り出して、浸炭層（Ｃ量が２％以上増加した部分）の深さを測定した。
【００３１】
これら耐浸炭性試験，コーキング試験とともに溶接試験も併せて行った。
具体的には、上記で得た管を互いに直角をなす２方向で縦断（４方向切断）して、この後切断面について浸透探傷試験，ミクロ組織観察により欠陥（割れ，ブローホール）の有無を調査した。
これらの結果が表２に示してある。
【００３２】
【表１】
2004149856.tif 000002
【００３３】
【表２】
2004149856.tif 000003
【００３４】
表２の結果に見られるように、肉盛溶接層に主成分たるＣｒ，Ｎｉに加えてＡｌ，Ｓｉを添加して成る本発明の実施例のものは、耐コーキング性，耐浸炭性及び溶接性ともに良好となっている。
【００３５】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、耐コーキング性，耐浸炭性に優れ、浸炭現象によって管の劣化を良好に抑制することのできる金属複合管を提供することができる。