奥氏体系耐热合金及焊接结构件制造技术

本发明专利技术提供能够稳定地获得优异的抗裂性及高温强度的奥氏体系耐热合金。奥氏体系耐热合金的化学组成以质量％计为：C：0.04～0.14％、Si：0.05～1％、Mn：0.5～2.5％、P：0.03％以下、S：小于0.001％、Ni：23～32％、Cr：20～25％、W：1～5％、Nb：0.1～0.6％、V：0.1～0.6％、N：0.1～0.3％、B：0.0005～0.01％、Sn：0.001～0.02％、Al：0.03％以下、O：0.02％以下、Ti：0～0.5％、Co：0～2％、Cu：0～4％、Mo：0～4％、Ca：0～0.02％、Mg：0～0.02％、REM：0～0.2％、余量：Fe及杂质，所述奥氏体系耐热合金具有晶体粒径按照ASTM E112所规定的晶粒度编号计为2.0号以上且小于7.0号的组织。

Austenite system heat-resistant alloy and welding structure

The present invention provides an austenite system heat-resistant alloy with excellent crack resistance and high temperature strength. The chemical composition of austenitic heat-resistant alloy with quality%: C:0.04 ~ 0.14%, Si:0.05 ~ 1%, Mn:0.5 ~ 2.5%, P:0.03%, S, Ni:23: less than 0.001% ~ 32%, Cr:20 ~ 25%, W:1 ~ 5%, Nb:0.1 ~ 0.6%, V:0.1 ~ 0.6%, N:0.1 ~ 0.3%, B:0.0005 ~ 0.01%, Sn:0.001 ~ 0.02%, Al:0.03%, O:0.02%, Ti:0 the following below ~ 0.5%, Co:0 ~ 2%, Cu:0 ~ 4%, Mo:0 ~ 4%, Ca:0 ~ 0.02%, Mg:0 ~ 0.02%, REM:0 ~ 0.2%, Fe margin and impurities, the grain size of crystal particle size according to the number of ASTM required by E112 meter is more than 2 and less than 7 the organization of the austenitic heat-resistant alloy has.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】奥氏体系耐热合金及焊接结构件
本专利技术涉及奥氏体系耐热合金、及具备该合金的焊接结构件。
技术介绍
近年来，从降低环境负荷的观点出发，正在全世界规模地推进发电用锅炉等的运转条件的高温·高压化。对于过热器管、再热器管中使用的材料，要求更优异的高温强度、耐腐蚀性。作为满足这样的要求的材料，公开了含有大量的氮的各种奥氏体系耐热合金。例如，日本特开2004-250783号公报中提出了一种将N设为0.1～0.35％、将Cr设为超过22％且小于30％、并且限定了金属组织的高温强度和耐腐蚀性优异的奥氏体系不锈钢。日本特开2009-084606号公报中提出了一种将N设为0.1～0.35％、将Cr设为超过22％且小于30％、并且限定了杂质元素的高温强度、耐腐蚀性优异的奥氏体系不锈钢。日本特开2012-1749号公报中公开了一种包含0.09～0.30％的N、复合添加了大量Mo和W的高温强度及热加工性优异的奥氏体系耐热钢。国际公开第2009/044796号中公开了一种包含0.03～0.35％的N、以及Nb、V、及Ti中的1种或2种以上的高强度的奥氏体系不锈钢。
技术实现思路
这些奥氏体系耐热合金通常通过焊接组装之后，供于高温下使用。但是，在高温下长时间使用利用含有高N的奥氏体系耐热合金的焊接结构件时，有时会在焊接热影响部产生被称为SIPH(StrainInducedPrecipitationHardening：应变诱导析出硬化)裂纹的裂纹。上述国际公开第2009/044796号中记载了通过将使晶界脆化的元素和使晶内强化的元素限定在规定的范围，能够防止长时间使用时产生的裂纹。在特定的条件下，利用这些材料确实能够防止裂纹。但是，近年来，正在使用添加大量的W、Mo等来谋求高温强度等性能的进一步提高的奥氏体系耐热合金。在这些奥氏体系耐热合金中，根据焊接的条件、结构件的形状、尺寸等的不同有时不能稳定地防止裂纹。具体而言，在增大焊接线能量、增加板厚、或在超过650℃这样的高温下使用时，有时不能稳定地防止裂纹。本专利技术的目的在于，提供一种能够稳定地获得优异的抗裂性及高温强度的奥氏体系耐热合金。本专利技术的一个实施方式的奥氏体系耐热合金的化学组成以质量％计为C：0.04～0.14％、Si：0.05～1％、Mn：0.5～2.5％、P：0.03％以下、S：小于0.001％、Ni：23～32％、Cr：20～25％、W：1～5％、Nb：0.1～0.6％、V：0.1～0.6％、N：0.1～0.3％、B：0.0005～0.01％、Sn：0.001～0.02％、Al：0.03％以下、O：0.02％以下、Ti：0～0.5％、Co：0～2％、Cu：0～4％、Mo：0～4％、Ca：0～0.02％、Mg：0～0.02％、REM：0～0.2％、余量：Fe及杂质，所述奥氏体系耐热合金具有晶体粒径按照ASTME112所规定的晶粒度编号计为2.0号以上且小于7.0号的组织。根据本专利技术，可以得到能稳定地获得优异的抗裂性及高温强度的奥氏体系耐热合金。附图说明图1是表示实施例中制作的板的坡口的形状的截面图。具体实施方式本专利技术人等为了解决上述课题进行了详细的调查。其结果，明确了以下所述的见解。在使用含有高N的奥氏体系耐热合金的焊接接头中，对使用中产生的SIPH裂纹进行了详细研究。其结果得知，(1)裂纹在熔合线附近的粗晶粒的焊接热影响部的晶界处产生；(2)在该裂纹的破裂面上检测到S的明显富集；进而(3)在裂纹附近的晶内氮化物、碳氮化物大量析出，尤其是在含有大量Nb时更明显；并且，(4)所使用的奥氏体系耐热合金的初始晶体粒径越大，焊接热影响部的晶体粒径也变得越大，变得越容易产生裂纹。基于上述发现，我们认为，SIPH裂纹起因于在高温下的使用中在晶内析出大量的氮化物、碳氮化物，由于晶内变得难以发生变形，从而蠕变变形集中在晶界处，结果导致开口。S在焊接中或使用中向晶界偏析，使晶界的结合力降低。此外，晶体粒径越大，每单位体积的晶界的面积越小。晶界作为氮化物、碳氮化物的核生成位点起作用。因此，晶界减少时，氮化物、碳氮化物容易更大量地在晶内析出。进而，因使用中受到的外力例如焊接残留应力等而产生的蠕变变形更容易集中在特定的晶界面。因此认为，母材的初始晶体粒径越大，越容易产生裂纹。尤其是在超过650℃的高温下，不仅析出物在短时间内析出，而且晶界偏析也在早期产生，因此，问题更容易显现。为了防止该裂纹，通过析出强化、固溶强化而减少提高晶内的变形阻力的元素是有效的。但是，这些元素从确保高温下的蠕变强度的观点来看是必需的元素。因此，裂纹的防止和高温的蠕变强度确保为互悖的关系，难以兼顾二者。经过深入研究后明确，在包含C：0.04～0.14％、Si：0.05～1％、Mn：0.5～2.5％、P：0.03％以下、Ni：23～32％、Cr：20～25％、W：1～5％、N：0.1～0.3％、B：0.0005～0.01％、Al：0.03％以下、及O：0.02％以下的奥氏体系耐热合金中，为了防止SIPH裂纹，将Nb及S含量分别严格控制在0.1～0.6％及小于0.001％、并且使母材的初始粒径为ASTM(AmericanSocietyforTestingandMaterial：美国材料试验协会)规定的晶粒度编号的2.0号以上是有效的。但是，如果在使晶体粒径细至所需以上的同时限定Nb含量，则母材的蠕变强度变得不能满足规定的值。因此可知，晶体粒径按照晶粒度编号计需要设定为小于7.0号。并且判明了为了满足规定的蠕变强度而不有损耐SIPH裂纹性，需要含有0.1～0.6％的析出强化能力比Nb低的V。虽然可确认通过上述对策能够可靠地防止SIPH裂纹，但是，在继续研究时发现还存在产生其它问题的可能。如前所述，奥氏体系耐热合金常通过焊接来组装。在将它们焊接时，通常使用填充金属(fillermetel)。但是，在小型的薄壁部件、甚至厚壁部件的根部焊、点焊中，有时进行气体保护弧焊而不使用填充金属。这时，如果熔深(penetrationdepth)不充分，则未熔融的对接面作为缺陷而残留，在焊接接头中得不到所需强度。S在使耐SIPH裂纹性降低的另一方面，具有增大熔深的效果。因此可知，从耐SIPH裂纹性的观点出发将S量严格控制在小于0.001％时，熔深不足的问题更容易显现。为了防止熔深不足，单纯地增大焊接线能量即可。但是，如果增大焊接线能量，则会助长焊接热影响部的粗大化，变得即使使母材的初始粒径按照晶粒度编号计为2.0号以上也无法防止SIPH裂纹。进行研究的结果发现，想要稳定地防止熔深不足时，以0.001～0.02％的范围含有Sn是有效的。认为这是由于，Sn容易从焊接中的熔融池表面蒸发，在电弧中离子化，从而有助于形成导电路径而提高电弧的电流密度。基于以上见解完成了本专利技术。以下对本专利技术的一个实施方式的奥氏体系耐热合金进行详细说明。[化学组成]本实施方式的奥氏体系耐热合金具有以下说明的化学组成。在以下的说明中，元素的含量的“％”是指质量％。C：0.04～0.14％碳(C)在使奥氏体组织稳定的同时形成微细的碳化物而使高温使用中的蠕变强度提高。为了充分得到该效果，需要含有0.04％以上。但是，过量含有C时，碳化物大量析出，耐SIPH裂纹性降低。因此，上限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种奥氏体系耐热合金，其化学组成以质量％计为C：0.04～0.14％、Si：0.05～1％、Mn：0.5～2.5％、P：0.03％以下、S：小于0.001％、Ni：23～32％、Cr：20～25％、W：1～5％、Nb：0.1～0.6％、V：0.1～0.6％、N：0.1～0.3％、B：0.0005～0.01％、Sn：0.001～0.02％、Al：0.03％以下、O：0.02％以下、Ti：0～0.5％、Co：0～2％、Cu：0～4％、Mo：0～4％、Ca：0～0.02％、Mg：0～0.02％、REM：0～0.2％、余量：Fe及杂质，所述奥氏体系耐热合金具有晶体粒径按照ASTM E112所规定的晶粒度编号计为2.0号以上且小于7.0号的组织。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.01 JP 2015-1325521.一种奥氏体系耐热合金，其化学组成以质量％计为C：0.04～0.14％、Si：0.05～1％、Mn：0.5～2.5％、P：0.03％以下、S：小于0.001％、Ni：23～32％、Cr：20～25％、W：1～5％、Nb：0.1～0.6％、V：0.1～0.6％、N：0.1～0.3％、B：0.0005～0.01％、Sn：0.001～0.02％、Al：0.03％以下、O：0.02％以下、Ti：0～0.5％、Co：0～2％、Cu：0～4％、Mo：0～4％、Ca：0～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：平田弘征，仙波润之，净德佳奈，伊势田敦朗，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