Cr基二相合金及其制造物制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种二相合金，其将便宜的Cr作为主要成分，即使在油井等高腐蚀环境下，与以往相比耐腐蚀性、包含韧性在内的强度特性和耐磨耗性也优异。本发明专利技术为铁氧体相和奥氏体相的二相混合存在的Cr基二相合金，其特征在于，上述Cr基二相合金的化学组成包含主要成分、副成分、杂质、第一任意副成分以及第二任意副成分，上述主要成分包含：33质量％以上65质量％以下的Cr、18质量％以上40质量％以下的Ni以及10质量％以上33质量％以下的Fe。

Cr-based Biphasic Alloys and Their Manufactures

The object of the present invention is to provide a two-phase alloy, which takes cheap Cr as the main component and has excellent corrosion resistance, strength characteristics including toughness and wear resistance even in high corrosion environment such as oil wells. The present invention is a Cr-based two-phase alloy which exists in the mixture of ferrite phase and austenite phase. It is characterized by that the chemical composition of the above-mentioned Cr-based two-phase alloy includes main components, by-components, impurities, first and second arbitrary by-components. The above-mentioned main components include: Cr with a mass of 33% or more and a mass of 65% or less. Ni with 18% or less than 40% mass and Fe with 10% or more than 33% mass.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Cr基二相合金及其制造物
本专利技术涉及含有Cr基的二相合金。
技术介绍
石油、天然气井用的设备材料经常暴露于包含有氯化物离子的、此外还包含腐蚀性气体的二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)的经酸性化的非常严酷的腐蚀环境下。暴露于这样的严苛腐蚀环境下的材料例如也在废弃物工厂、化学工厂、原子能工厂和原子能再处理设施等构成设备的材料中被发现。作为这些设备材料所要求的特性，一般而言有良好的耐腐蚀性和强度。此外对于制品的滑动部材料，还追加地要求耐磨耗性。作为具有这样性能的设备材料，以往根据腐蚀环境的严酷性而使用了低合金钢、不锈钢、Ni基合金等。在材料选择方面，除了更高的耐腐蚀性以外进一步要求良好的强度特性(确保高耐力、韧性)和成本优势性时，不锈钢变得更有优势。Ni基合金将昂贵的Ni作为主体，从而成本优势性差。在要求耐磨耗性的情况下，使用了在耐腐蚀性母相中析出了硬质相的合金，例如，作为堆焊材，广泛使用Co基合金的钨铬钴合金等。不锈钢中，在耐腐蚀性和强度特性的平衡方面，二相不锈钢变得有优势。一般而言，二相不锈钢含有Cr、Ni、Mo、N而确保了耐腐蚀性，但为了进一步改善其耐腐蚀性，公开了含有Cu的二相不锈钢(例如参照专利文献1、2)。但是，在更严酷的腐蚀环境下，从结构材料的进一步长寿命化、可靠性的确保方面出发考虑其适用的情况下，需要二相不锈钢所具有的耐腐蚀性、强度的进一步提高、改善。此外，作为在腐蚀环境下使用的滑动构件，并不能充分期待二相不锈钢的耐磨耗性。另一方面，为了提高耐腐蚀性、耐热性，公开了包含超过60质量％的Cr且晶体结构为体心立方结构的铁氧体单相的Cr基合金(参照专利文献3、4和5)，这些Cr基合金可以期待耐腐蚀性和耐磨耗性，但强度上没有延展性，脆性方面非常脆。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平4-72013号公报专利文献2：WO2013/058274A1专利文献3：日本特开平04-301048号公报专利文献4：日本特开平04-301049号公报专利文献5：日本特开平08-291355号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在以往的Fe基的二相不锈钢(例如，参照专利文献1～2)和铁氧体单相的Cr基合金(例如，参照专利文献3～5)中，具有针对严酷的腐蚀环境而改善这些材料的耐腐蚀性、强度、进一步耐磨耗性的需求、课题。此外，满足这些特性且将价格方面也比Ni基合金便宜的Cr作为主要成分的合金尚未发现。因此，本专利技术的课题在于提供一种铁氧体相与奥氏体相的二相合金，其通过将便宜的Cr作为主要成分，并添加进一步有效地提高由该高Cr化带来的高耐腐蚀化的Cu等元素，从而即使在严酷的腐蚀环境下，与二相不锈钢、Cr基单相合金的以往材料相比，耐腐蚀性、耐力、韧性等强度特性和耐磨耗性也优异。用于解决课题的方法本专利技术人等使用不同的制造工艺来制作在包含33质量％以上Cr的主要的Cr-Ni-Fe组成中含有Cu等的Cr基二相合金。即，将由熔化-铸造的工序制作的铸锭作为主铸锭(masteringot)，通过下述工序，制作包含Cu的铁氧体和奥氏体的二相组织的合金，所述工序为：1)之后包含该主铸锭的热锻-固溶的热处理的工序，2)将该主铸锭再熔化-铸造的工序，以及3)将该主铸锭再熔化-气雾化的工序；并且实施它们的耐腐蚀性、机械性质和耐磨耗性的评价，从而实现本专利技术。本专利技术为铁氧体相和奥氏体相的二相混合存在的Cr基二相合金，其特征在于，上述Cr基二相合金的化学组成包含主要成分、副成分、杂质、第一任意副成分以及第二任意副成分，上述主要成分包含33质量％以上65质量％以下的Cr、18质量％以上40质量％以下的Ni以及10质量％以上33质量％以下的Fe，上述副成分包含0.1质量％以上2质量％以下的Mn、0.1质量％以上1.0质量％以下的Si、0.005质量％以上0.05质量％以下的Al以及0.1质量％以上5.0质量％以下的Cu，上述杂质包含超过0质量％且0.04质量％以下的P、超过0质量％且0.01质量％以下的S、超过0质量％且0.03质量％以下的C、超过0质量％且0.02质量％以下的N以及超过0质量％且0.03质量％以下的O。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供一种二相合金，其将便宜的Cr作为主要成分，即使在高腐蚀环境下，与以往相比，耐腐蚀性、韧性等强度特性、进一步耐磨耗性也优异。附图说明图1为用于说明本专利技术的实施方式涉及的二相合金的制造方法中的热加工的工序图。图2为用于说明本专利技术的实施方式涉及的二相合金的制造方法中的铸造的工序图。图3为用于说明本专利技术的实施方式涉及的二相合金的制造方法中的粉末化的工序图。图4为通过热加工所制造的二相合金的光学显微镜照片。图5为通过铸造所制造的二相合金的光学显微镜照片。图6为进行了粉末堆焊焊接的二相合金的光学显微镜照片。具体实施方式接下来，对于本专利技术的实施方式的二相合金进行详细地说明。＜二相合金＞本专利技术的实施方式的二相合金是在将Cr作为主要成分的Cr-Ni-Fe的组成中含有进一步提高耐腐蚀性的Cu等元素的二相合金。该二相合金由作为主要相组织的铁氧体相和奥氏体相的二相形成，且含有预定量的Ni、Fe、Mn、Si、Al、Cu、Mo等，剩余部分包含Cr和不可避免的杂质。此外，为了控制对强度、耐腐蚀性造成影响的C、N、O，添加V、Nb、Ta和Ti中的至少一种。以下，对于该二相合金的各构成进行说明。＜材料组织＞本实施方式的二相合金中的材料组织为铁氧体相和奥氏体相的二相组织。该二相组织经由后述的不同的制造方法，即主铸锭的热加工、铸造或气雾化的工序来形成。另外，热加工物的材料组织与使用了铸造物或气雾化粉末的堆焊材的材料组织不同。前者时，基本上可促进成分偏析的充分消除和组织的微细化，但后者是将容许成分偏析的凝固组织作为基础。一般而言，在晶体结构方面，体心立方结构的铁氧体单相的Cr基合金为更高强度，此外耐磨耗性也有优势，但韧性差。特别是如果C、N和O的含量增加，则具有塑性变形能力灵敏地降低的特征。面心立方结构的奥氏体单相的Ni基合金具有延展性，韧性优异，但成本高。与此相对，本实施方式的二相合金将Cr作为主要成分并且包含铁氧体相和奥氏体相，具有由高Cr浓度和Cu的添加带来的高耐腐蚀性，包含韧性在内的强度和耐磨耗性优异，另外经济性也优异。可以分别设定本实施方式的二相合金中的铁氧体相的占有率(以下，简称为“铁氧体率”)为10％以上95％以下，与此相对应，奥氏体相的占有率为5％以上90％以下的范围。为了保有奥氏体相而使铁氧体率为95％以下是为了确保韧性。铁氧体率更高的组织中，作为组成的Cr浓度更高，而且在像例如堆焊焊接的情况那样经骤冷凝固的组织中可观察到。以能够实现该经设定的相分率的范围的方式，确定本实施方式的二相合金的化学组成范围。该化学组成范围特别是在作为主成分的Cr和Ni的含量之间进行调整。这里，在由热加工工序制造的该二相合金中，固溶温度为1100℃以上且铁氧体率超过95％的情况下，可以在800～1000℃的范围内实施相比调整的热处理，将铁氧体率维持于95％以下。另一方面，由铸造或气雾化的工序制造的该二相合金的组织成为受到在1100℃以上的更高温所形成的组织的影响的凝固组织，因此在高Cr含量的二相合金中，铁氧体率进一步增加。因此，为了将上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Cr基二相合金，其是铁氧体相和奥氏体相的二相混合存在的Cr基二相合金，其特征在于，所述Cr基二相合金的化学组成包含主要成分、副成分、杂质、第一任意副成分以及第二任意副成分，所述主要成分包含33质量％以上65质量％以下的Cr、18质量％以上40质量％以下的Ni以及10质量％以上33质量％以下的Fe，所述副成分包含0.1质量％以上2质量％以下的Mn、0.1质量％以上1.0质量％以下的Si、0.005质量％以上0.05质量％以下的Al以及0.1质量％以上5.0质量％以下的Cu，所述杂质包含超过0质量％且0.04质量％以下的P、超过0质量％且0.01质量％以下的S、超过0质量％且0.03质量％以下的C、超过0质量％且0.02质量％以下的N以及超过0质量％且0.03质量％以下的O。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.30 JP 2016-0670321.一种Cr基二相合金，其是铁氧体相和奥氏体相的二相混合存在的Cr基二相合金，其特征在于，所述Cr基二相合金的化学组成包含主要成分、副成分、杂质、第一任意副成分以及第二任意副成分，所述主要成分包含33质量％以上65质量％以下的Cr、18质量％以上40质量％以下的Ni以及10质量％以上33质量％以下的Fe，所述副成分包含0.1质量％以上2质量％以下的Mn、0.1质量％以上1.0质量％以下的Si、0.005质量％以上0.05质量％以下的Al以及0.1质量％以上5.0质量％以下的Cu，所述杂质包含超过0质量％且0.04质量％以下的P、超过0质量％且0.01质量％以下的S、超过0质量％且0.03质量％以下的C、超过0质量％且0.02质量％以下的N以及超过0质量％且0.03质量％以下的O。2.根据权利要求1所述的Cr基二相合金，其特征在于，所述第一任意副成分为0.1质量％以上3.0质量％以下的Mo。3.根据权利要求1或2所述的Cr基二相合金，其特征在于，所述第二任意副成分包含V、Nb、Ta和Ti中的至少一种，所述V、Nb、Ta和Ti的合计原子含有率在所述C、N和O的合计原子含有率的0.8倍以上2倍以下的范围内。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：木村友则，能岛雅史，青野泰久，绪方真，床尾尚也，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP