奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法及使用其得到的焊接接头技术

一种奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法，其对具有如下的化学组成且在使用时的加热保持温度TA(℃)及使用时的加热保持时间tA(小时)满足[600≤TA≤850]及[2100≤TA×(1.0+logtA)]的条件下使用过的合金母材以热处理保持温度TP(℃)及热处理保持时间tP(小时)满足[1050≤TP≤1300]以及[‑0.1×(TP/50‑30)≤tP≤‑0.1×(TP/10‑145)]的条件实施热处理后进行焊接，所述化学组成以质量％计为：C：0.04～0.12％、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Ni：42.0～54.0％、Cr：20.0～33.0％、W：3.0～10.0％、Ti：0.05～1.0％、Al：0.3％以下、B：0.0001～0.01％、N：0.02％以下、O：0.01％以下、Ca：0～0.05％、Mg：0～0.05％、REM：0～0.5％、Co：0～1.0％、Cu：0～4.0％、Mo：0～1.0％、V：0～0.5％、Nb：0～0.5％、Zr：0～0.05％、余量：Fe以及杂质。

Manufacturing method of austenitic system heat-resistant alloy welding joint and welding joint obtained by using it

A method for manufacturing joint of austenitic heat-resistant alloy welding, it has the following on the chemical composition and the use of the heating temperature of TA (c) heating and use the time to maintain the tA (hours) to meet the [600 = TA = 850] and [2100 = TA * (1.0+logtA) of the alloy base material used TP to maintain the temperature of heat treatment] under the condition of (c) and heat treatment time tP (hours) to meet the [1050 = TP = 1300] and (TP/50 [0.1 * 30) = tP = 0.1 * (TP/10 145) the implementation of heat treatment after welding] conditions, the chemical composition of the quality: C:0.04% ~ 0.12%, Si:1.0%, Mn:2.0%, P:0.03%, S:0.01% the following, Ni:42.0 ~ 54%, Cr:20.0 ~ 33%, W:3.0 ~ 10%, Ti:0.05 ~ 1%, Al:0.3%, B:0.0001, N:0.02%, O:0.01 ~ 0.01% % and Ca:0 ~ 0.05%, Mg:0 ~ 0.05%, REM:0 ~ 0.5%, Co:0 ~ 1%, Cu:0 ~ 4%, Mo:0 ~ 1%, V:0 ~ 0.5%, Nb:0 ~ 0.5%, Zr:0 ~ 0.05%, Fe margin and impurities.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法及使用其得到的焊接接头
本专利技术涉及使用了作为火力发电用锅炉的主蒸汽管或再热蒸汽管等高温构件而被长期使用过的奥氏体系耐热合金的焊接接头的制造方法及使用其得到的焊接接头。
技术介绍
近年来，从减少环境负荷的观点出发，对于发电用锅炉等，以全球规模推进运转条件的高温和高压化，要求作为过热器管或再热器管的材料使用的奥氏体系耐热合金或Ni基耐热合金具有更优异的高温强度和耐腐蚀性。另外，以往，对包括使用了铁氧体系耐热钢的、主蒸汽管或再热蒸汽管等厚壁构件的各种构件也要求高强度化，研究了高强度奥氏体系耐热合金或Ni基耐热合金的应用。在这种技术背景下，例如专利文献1中公开了通过有效利用W来提高高温强度且规定有效B量，从而改善了热加工性的Ni基合金制品。另外，专利文献2中公开了通过有效利用Cr、Ti和Zr从而蠕变断裂强度得到提高的奥氏体系耐热合金。专利文献3中公开了含有大量的W且有效利用Al和Ti，通过固溶强化和利用γ’相实现的析出强化，从而蠕变断裂强度得到提高的Ni基耐热合金。将这些奥氏体系耐热合金或Ni基耐热合金以结构物的形式使用时，通常通过焊接而被组装。此时，对于焊接部，已知容易产生主要起因于冶金因素的各种裂纹。特别是在高温环境下长时间使用时，产生所谓应力松弛裂纹，这成为问题。应力松弛裂纹是指在由于焊接而产生的残余应力逐渐松弛的过程中产生的裂纹。因此，专利文献4中公开了在有效利用Al、Ti和Nb来提高蠕变强度的同时，通过P和B的含量管理以及含有Nd，从而提高了耐液化裂纹性的奥氏体系耐热合金。另外，专利文献5中公开了有效利用Mo和W来提高蠕变强度，并且规定杂质元素以及Ti和Al的含量，从而改善了焊接时的耐液化裂纹和使用时的耐应力松弛裂纹性的奥氏体系耐热合金。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第4631986号公报专利文献2：国际公开第2009/154161号专利文献3：国际公开第2010/038826号专利文献4：国际公报第2011/071054号专利文献5：日本特开2010-150593号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题将专利文献4和5中公开的奥氏体系耐热合金应用于主蒸汽管或再热蒸汽管等厚壁构件并利用焊接进行安装时，确实可以防止焊接时的液化裂纹以及使用时的应力松弛裂纹。然而，这些在高温下使用的奥氏体系耐热合金的结构物由于伴随经年劣化的局部性损伤，有时需要焊接修补结构物的一部分。而且，新发现：使用这些在高温下使用过的奥氏体系耐热合金进行焊接时，有时在焊接热影响部会产生裂纹。本专利技术是鉴于上述现状而作出的，其目的在于，提供使用作为火力发电用锅炉的主蒸汽管或再热蒸汽管等高温构件而被长期使用过的奥氏体系耐热合金来制造奥氏体系耐热合金焊接接头的方法以及使用其得到的焊接接头。用于解决问题的方案本专利技术人等为了解决上述课题，首先针对使用了在高温下长时间暴露过的奥氏体系耐热合金的焊接接头的焊接热影响部的裂纹产生现象进行了详细的调查。其结果，确认了下述〈1〉～〈3〉。〈1〉知晓了，焊接热影响部的裂纹有随着高温下使用时的温度和时间的增大而变得容易产生、超过一定条件则容易产生的倾向。具体而言，知晓了，使用时的加热保持温度TA为600～850℃的情况下，取决于使用时的加热保持温度TA和加热保持时间tA的参数(以下，也称为PA。)为2100以上时，有容易产生焊接热影响部的裂纹的倾向。其中，PA＝TA×(1.0+logtA)。〈2〉焊接热影响部的裂纹在距熔融边界几百μm的位置处产生。而且，观察其裂纹断口，结果没有发现熔融痕，呈现出缺乏延性的断口。进而，在裂纹断口上检测到富集的S和P。〈3〉进而，对焊接热影响部的组织进行观察，结果与熔融线附近的焊接热影响部相比，在产生了裂纹的距熔融边界数百μm的焊接热影响部的晶粒内观察到大量微细的析出物。由这些结果可以推定，使用在高温下长期使用过的奥氏体系耐热合金进行焊接时，在焊接热影响部产生的裂纹是由如下机理产生的。即，随着高温下的长期使用，在奥氏体系耐热合金的晶粒内微细地析出析出物，使用温度越高则在越短的时间内析出，使用时间变得越长其量越增大。进而，使用中还会一并发生作为杂质元素的S和P的晶界偏析。如此，对晶粒内存在析出相且杂质发生了晶界偏析的奥氏体系耐热合金进行焊接时，在熔融边界附近的焊接热影响部，由于最高到达温度高，因此晶粒内析出物再次固溶于母相中，并且消除晶界偏析。然而，在稍稍偏离熔融边界的焊接热影响部，由于最高到达温度低，因此不发生晶粒内析出物的再固溶和晶界偏析的消除。此处，焊接时，由于伴随焊接的膨胀收缩，在焊接热影响部产生热应力。因此，在晶粒内大量地存在析出相的区域、即稍稍偏离熔融边界的焊接热影响部，晶粒内的变形阻力高，晶粒内不能变形，热应力引起的变形集中于晶界。此外，S和P等杂质元素也在晶界大量地偏析，发生脆化。可以认为，其结果，难以承受变形、晶界开口，以至产生裂纹。而且，反复进行深入研究，结果明确了，为了防止上述情况，以下方法是有效的。即，知晓了，为了防止焊接时的裂纹，在高温下的使用中在晶粒内过量地发生了析出的情况下，使其析出物再固溶，并且减少杂质的晶界偏析是有效的。具体而言，知晓了下述〔1〕和〔2〕所示的情况。〔1〕奥氏体系耐热合金中，使用时的加热保持温度TA为600～850℃，且取决于使用时的加热保持温度TA和加热保持时间tA的参数(以下，也称为PA。)为2100以上时，在焊接前实施热处理是有效的。其中，PA＝TA×(1.0+logtA)。〔2〕对于在焊接前实施的热处理，热处理保持温度TP为1050～1300℃，热处理保持时间tP为[-0.1×(TP/50-30)]以上是有效的。其中，热处理保持时间tP超过[-0.1×(TP/10-145)]时，不仅没有效果，反而会带来不良影响。本专利技术是基于上述见解作出的，其主旨在于下述奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法及使用其得到的焊接接头。(1)一种奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法，其对在满足下述(i)式和(ii)式的条件下使用过的合金母材以满足下述(iii)式和(iv)式的条件实施热处理，然后进行焊接，600≤TA≤850…(i)、2100≤TA×(1.0+logtA)…(ii)、1050≤TP≤1300…(iii)、-0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145)…(iv)；其中，上式中的各符号的含义如下：TA：使用时的加热保持温度(℃)；tA：使用时的加热保持时间(小时)；TP：热处理保持温度(℃)；tP：热处理保持时间(小时)。(2)根据上述(1)所述的奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法，其中，前述合金母材的化学组成以质量％计为：C：0.04～0.12％、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Ni：42.0～54.0％、Cr：20.0～33.0％、W：3.0～10.0％、Ti：0.05～1.0％、Al：0.3％以下、B：0.0001～0.01％、N：0.02％以下、O：0.01％以下、Ca：0～0.05％、Mg：0～0.05％、REM：0～0.5％、Co：0～1.0％、Cu：0～4.0％、Mo：0～1.0％、V：0～0.5％、Nb：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法，其对在满足下述(i)式和(ii)式的条件下使用过的合金母材以满足下述(iii)式和(iv)式的条件实施热处理，然后进行焊接，600≤TA≤850…(i)、2100≤TA×(1.0+logtA)…(ii)、1050≤TP≤1300…(iii)、‑0.1×(TP/50‑30)≤tP≤‑0.1×(TP/10‑145)…(iv)；其中，上式中的各符号的含义如下：TA：使用时的加热保持温度，单位为℃；tA：使用时的加热保持时间，单位为小时；TP：热处理保持温度，单位为℃；tP：热处理保持时间，单位为小时。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.12 JP 2015-025548;2015.02.12 JP 2015-025551.一种奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法，其对在满足下述(i)式和(ii)式的条件下使用过的合金母材以满足下述(iii)式和(iv)式的条件实施热处理，然后进行焊接，600≤TA≤850…(i)、2100≤TA×(1.0+logtA)…(ii)、1050≤TP≤1300…(iii)、-0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145)…(iv)；其中，上式中的各符号的含义如下：TA：使用时的加热保持温度，单位为℃；tA：使用时的加热保持时间，单位为小时；TP：热处理保持温度，单位为℃；tP：热处理保持时间，单位为小时。2.根据权利要求1所述的奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法，其中，所述合金母材的化学组成以质量％计为：C：0.04～0.12％、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Ni：42.0～54.0％、Cr：20.0～33.0％、W：3.0～10.0％、Ti：0.05～1.0％、Al：0.3％以下、B：0.0001～0.01％、N：0.02％以下、O：0.01％以下、Ca：0～0.05％、Mg：0～0.05％、REM：0～0.5％、Co：0～1.0％、Cu：0～4.0％、Mo：0～1.0％、V：0～0.5％、Nb：0～0.5％、Zr：0～0.05％、余量：Fe和杂质。3.一种奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法，其对具有如下的化学组成且在满足下述(i)式和(ii)式的条件下使用过的合金母材以满足下述(iii)式和(iv)式的条件实施热处理，然后进行焊接，所述化学组成以质量％计为：C：0.04～0.12％、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Ni：42.0～48.0％、Cr：20.0～26.0％、W：4.0～10.0％、Ti：0.05～0.15％、Nb：0.1～0.4％、Al：0.3％以下、B：0.0001～0.01％、N：0.02％以下、O：0.01％以下、Ca：0～0.05％、Mg：0～0.05％、REM：0～0.1％、Co：0～1.0％、Cu：0～4.0％、Mo：0～1.0％、V：0～0.5％、余量：Fe和杂质；600≤TA≤850…(i)、2800≤TA×(1.0+logtA)…(ii)、1050≤TP≤1300…(iii)、-0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145)…(iv)；其中，上式中的各符号的含义如下：TA：使用时的加热保持温度，单位为℃；tA：使用时的加热保持时间，单位为小时；TP：热处理保持温度，单位为℃；tP：热处理保持时间，单位为小时。4.根据权利要求2或权利要求3所述的奥氏体系耐热合金焊接接头的制造方法，其中，所述合金母材的化学组成以质量％计含有选自Ca：0.0001～0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：平田弘征，净德佳奈，小川英范，小野敏秀，田中克树，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP