热锻性优异的高强度高耐腐蚀性Ni基合金制造技术

提供一种适合作为石油挖掘用构件的Ni基合金，其为热锻性优异的高强度高耐腐蚀性Ni基合金。适合作为石油挖掘用构件的热锻性优异的高强度高耐腐蚀性Ni基合金以质量％计，含有Cr：42.1～45.5％、Nb：0.5～2.5％、Ti：1.2～2.0％、Mg：0.0001～0.0090％、N：0.001～0.040％、Mn：0.01～0.50％、Si：0.001～0.050％、Fe：0.01～1.00％、Co：0.01％～2.50％、Cu：0.001％以上且低于0.500％、Al：0.001～0.050％、V：0.005％以上且低于0.100％、B：0.0001～0.0100％、Zr：0.001～0.050％，余量由Ni和不可避免的杂质组成，优选还含有Mo：0.1～1.5％、W：0.1～1.5％、Ca：0.001％以上且低于0.050％、Ta：0.001％以上且低于0.050％中的任一者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热锻性优异的高强度高耐腐蚀性Ni基合金
本专利技术涉及热锻性优异的高强度高耐腐蚀性Ni基合金，具体地涉及适合形成较大形状构件的热锻性优异的高强度高耐腐蚀性Ni基合金，该构件为用于挖掘石油、天然气的构件，尤其是在地下数千米的大深度，压力非常高，并且含有硫化氢、氯化物的200℃左右的高温腐蚀环境下，要求高强度和高耐腐蚀性的构件。
技术介绍
以往，用于挖掘石油、天然气的材料主要要求高强度(尤其是0.2％条件屈服强度)。作为用于满足这种需求的材料，最常用的是称为UNSN07718(相当于INCONEL718(注册商标))的Ni合金(参见专利文献1：Age-hardenablenickelalloy))。此处，“UNS”是指SAEHS-1086和ASTMDS-566中规定的“UnifiedNumberingSystem”，N07718是在此注册的合金固有的编号。需要说明的是，下述中“UNS”所示合金也是如此。该合金的标称组成以质量％计为Ni-19Cr-3Mo-5(Nb+Ta)-0.9Ti-0.5Al-19Fe。该合金为经过时效热处理的析出强化合金，通过利用时效热处理进行析出强化，100φ左右的圆棒能够得到最大1140MPa的强度(其中，0.2％条件屈服强度)。另一方面，所述UNSN07718耐腐蚀性差，因此提高了耐腐蚀性的合金为称为UNSN07725(相当于INCONEL725(注册商标))的Ni合金(参见专利文献2：Corrosionresistanthigh-strengthnickel-basealloy)。该合金的标称组成以质量％计为Ni-21Cr-9Mo-3.3Nb-1.5Ti，为经过时效热处理的析出强化合金。所述UNSN07725的耐腐蚀性优于UNSN07718，但另一方面，0.2％条件屈服强度为965MPa，比UNSN07718差。因此，为了进一步提高0.2％条件屈服强度，还进行了通过热处理提高该合金的0.2％条件屈服强度的研究，例如专利文献3提出的方法中，仅通过不进行冷加工的热处理，成功将强度(其中，0.2％条件屈服强度)提高到可以说是与UNSN07718同等水平的最大1186MPa。另外，近年来，开发了一种称为UNSN07022(相当于HASTELLOYC-22HS(注册商标))的高强度耐腐蚀性合金(参见专利文献4)。该合金的标称组成以质量％计为Ni-21Cr-17Mo，为经过时效热处理的析出强化合金。该合金的耐腐蚀性显著提高，优于UNSN07725。另外，通过实施冷加工和时效热处理，能够显著提高0.2％条件屈服强度。利用了该效果的合金为UNSN07022，仅进行时效热处理时，0.2％条件屈服强度为742MPa左右，但通过进行冷加工和时效热处理，0.2％条件屈服强度增强到1370MPa。需要说明的是，专利文献5提出了一种Ni-Cr-Ti-Cu系的Ni基合金，其具有如下成分组成：以质量％计，含有Cr：超过40％～50％、Ti：超过0.8％～4％、Cu：0.5～4％、N：0.001～0.04％、Mn：0.05～0.5％、Mg：0.001～0.05％、Fe：超过0.1％～1.0％、Si：0.01％～低于2.0％、Al：0.01％～低于1.5％，根据需要还含有(a)Nb：0.5～3％和Ta：0.5～3％中的1种或2种、(b)Mo：0.1～1％、W：0.1～1％中的1种或2种、上述(a)～(b)中的1种或2种以上，余量由Ni和不可避免的杂质组成，将作为不可避免的杂质含有的C量调整为0.05％以下。该Ni基合金具有与以往的Ni基合金大致相同的硬度，除此之外，对包含氟化氢、硫化合物的气体的耐腐蚀性优异，因此，将该Ni基合金用作氟树脂、PPS树脂的模具成形材料时，认为由于其具备对包含氟化氢、硫化合物的气体的优异的耐腐蚀性，因此能够抑制模具的消耗。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利第3046108号公报专利文献2：美国专利第4788036号公报专利文献3：美国专利第6315846号公报专利文献4：日本特开第2005-082892号公报专利文献5：日本特开第2009-256718号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题近年来，原油、天然气正在枯竭，在深海且很深的地下寻求新油井的资源开发正在进行。在这种情况下，挖掘构件需要除了耐腐蚀性以外，还具有更高强度，尤其是0.2％条件屈服强度高的合金。关于耐腐蚀性，如果是超过UNSN07718的水平则认为没有问题，不要求超出必要的提高耐腐蚀性，但是要求尤其是对氯化物的耐点蚀性。另外，为了维持与安装在挖掘构件内部的部件之间的间隙，构件主体需要0.2％条件屈服强度高的合金。即使是单纯加入冷加工，通过加工硬化0.2％条件屈服强度也会提高，另外在加工硬化的基础上组合时效热处理，可以大幅提高0.2％条件屈服强度。但是，挖掘构件用的材料需要最大300φ左右的大直径的圆棒，但是对大直径圆棒实施与提高0.2％条件屈服强度相称的程度的冷加工，这在工业上是不现实的。实际上，对被认为耐腐蚀性优异的UNSN07022进行冷加工和时效热处理得到的产品仅限于薄壁管。挖掘构件用的坯料需要赋予复杂的形状，例如通过对300mmφ×3000mm左右的圆棒的内表面进行机械加工，在内侧形成螺纹牙或者进一步倾斜地改变壁厚等，而不是形成简单的孔。因此，坯料的机械加工在通过时效进行硬化前实施。因为由时效引起的0.2％条件屈服强度的增加同时带来硬度增加，在进行了时效的状态下过硬而机械加工变得困难。时效前的状态下，维氏硬度优选不锈钢量级的200HV左右。挖掘构件一旦投入到大深度的油井挖掘，就不允许在油井中发生故障。因为根据故障的程度，有时会带来损害以致放弃挖掘中途的油井。因此，构件外围的坯料的大直径圆棒必须是锻造制品，而不是铸造制品。因为大直径圆棒的铸造制品难以完全消除缩孔等铸造缺陷，且由于偏析等缺乏均匀性，因而缺乏可靠性。如上所述，作为适用于挖掘用构件的材料，需要一种满足如下所述要求的热锻性优异且具备高强度、高耐腐蚀性的Ni基合金。耐腐蚀性超过作为以往材料的UNSN07718，与UNSN07725相当。在不伴随冷加工的情况下仅通过时效热处理，就具有超过UNSN07718的0.2％条件屈服强度。为了供于机械加工，时效热处理前的硬度与不锈钢同等程度。高温下的热锻性优异，能够形成大型构件。但是，所述专利文献1～5所示的以往合金不能充分满足上述要求。即，专利文献1中提出的UNSN07718耐腐蚀性不足，同时0.2％条件屈服强度不充分。专利文献2、3中提出的UNSN07725虽然耐腐蚀性没有问题，但0.2％条件屈服强度不充分。专利文献4中提出的UNSN07022虽然耐腐蚀性没有问题，但仅采用时效热处理时0.2％条件屈服强度不充分。专利文献5中提出的Ni-Cr-Ti-Cu系的Ni基合金虽然具备耐腐蚀性，但0.2％条件屈服强度、热锻性不充分，难以形成大型构件。用于解决问题的方案因此，本专利技术人为了解决相关技术问题，进行了一种兼具与以往相比更优异的热锻性·高强度·耐腐蚀性的Ni基合金的开发研究，其结果，获得了具有如下组成的Ni基合金的热锻性和耐腐蚀性均优异且具有高强度的见解，即以质量％计，含有Cr：42.1～45.5％、Nb：0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热锻性优异的高强度高耐腐蚀性Ni基合金，其具有如下组成：以质量％计，含有Cr：42.1～45.5％、Nb：0.5～2.5％、Ti：1.2～2.0％、Mg：0.0001～0.0090％、N：0.001～0.040％、Mn：0.01～0.50％、Si：0.001～0.050％、Fe：0.01～1.00％、Co：0.01％～2.50％、Cu：0.001％以上且低于0.500％、Al：0.001～0.050％、V：0.005％以上且低于0.100％、B：0.0001～0.0100％、Zr：0.001～0.050％，余量由Ni和不可避免的杂质组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.24 JP 2016-0326601.一种热锻性优异的高强度高耐腐蚀性Ni基合金，其具有如下组成：以质量％计，含有Cr：42.1～45.5％、Nb：0.5～2.5％、Ti：1.2～2.0％、Mg：0.0001～0.0090％、N：0.001～0.040％、Mn：0.01～0.50％、Si：0.001～0.050％、Fe：0.01～1.00％、Co：0.01％～2.50％、Cu：0.001％以上且低于0.500％、Al：0.001～0.050％、V：0.005％以上且低于0.100％、B：0.0001～0.0100％、...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅原克生，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP