镍材及镍材的制造方法技术

本发明专利技术提供具有优异的耐腐蚀性和高强度的镍材及其制造方法。本实施方式的镍材具有以下的化学组成：以质量％计含有C：0.001～0.20％、Si：0.15％以下、Mn：0.50％以下、P：0.030％以下、S：0.010％以下、Cu：0.10％以下、Mg：0.15％以下、Ti：0.005～1.0％、Nb：0.040～1.0％、Fe：0.40％以下、sol.Al：0.01～0.10％、和N：0.0010～0.080％，余量由Ni和杂质组成，且满足式(1)和式(2)。0.030≤(45/48)Ti+(5/93)Nb‑(1/14)N

Manufacturing Method of Nickel Material and Nickel Material

The invention provides a nickel material with excellent corrosion resistance and high strength and a manufacturing method thereof. The nickel material of this method has the following chemical compositions: C:0.001-0.20%, Si:0.15%, Mn:0.50%, P:0.030%, S:0.010%, Cu:0.10%, Mg:0.15%, Ti:0.005-1.0%, Nb:0.040-1.0%, Fe:0.40%, sol.Al:0.01-0.10%, and N:0.0010-0%, respectively. It is composed of Ni and impurities and satisfies formula (1) and formula (2). 0.030 <(45/48)Ti+(5/93)Nb(1/14)N

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】镍材及镍材的制造方法
本专利技术涉及镍材及镍材的制造方法，更详细而言，涉及化学工厂用镍材和化学工厂用镍材的制造方法。
技术介绍
镍在碱中的耐腐蚀性优异，进而在高浓度的氯化物环境下的耐腐蚀性优异。因此，镍材作为苛性钠、氯乙烯的制造设备等各种化学工厂中的构件(无缝管、焊接管、板材等)而被利用。这些设备中，镍材大多进行焊接而被利用。镍材中以杂质元素的形式含有碳(C)。然而，镍中的C的固溶极限低。因此，如果在高温下长时间使用镍材，则C会在晶界中析出。另外，对镍材实施焊接的情况下，有时会由于焊接时的热影响而导致C在晶界析出。这些情况下，有时镍材会发生脆化、耐腐蚀性降低。ASTMB161“StandardSpecificationforNickelSeamlessPipeandTube”和ASTMB163“StandardSpecificationforSeamlessNickelandNickelAlloyCondenserandHeat-ExchangerTubes”中，将通常的镍材中的C含量限定为0.15％以下。通常的镍材例如为上述ASTM标准中的UNS编号：N02200。与之相对，在高温下长时间使用的用途中，进一步降低了C含量的镍材被实用化。进一步降低了C含量的镍材例如为上述ASTM标准中的UNS编号：N02201。N02201的C含量为0.02％以下。然而，即使是N02201那样的低C含量的镍材，在高温下长时间使用的过程中，以杂质的形式包含的C也会在晶界中析出(晶界析出)，耐腐蚀性有时降低。国际公开第2008/047869号(专利文献1)公开了在镍材中抑制高温下的C的晶界析出的技术。专利文献1中公开的镍材以质量％计含有C：0.003～0.20％、并且以满足(12/48)Ti+(12/93)Nb+(12/51)V+(12/181)Ta-C≥0的量含有总量低于1.0％的Ti、Nb、V和Ta中的1种或2种以上，余量为Ni和杂质。专利文献1中，使镍材中含有Ti、Nb、V和Ta等，将C以碳化物的形式固定于晶粒内。专利文献1中记载了由此高温下的C的晶界析出被抑制。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2008/047869号非专利文献非专利文献1：ASMINTERNATIONAL、BinaryAlloyPhaseDiagrams、2ndEdition、第2卷非专利文献2：大野悟他著、研究论文“氢、氮对镍焊接金属的孔隙生成的影响”、焊接学会志、1979年、第48卷、第4号、第223页～第229页
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，专利文献1中公开的材料强度有时不充分。上述情况下，制造、施工时变得容易使镍材带有缺陷。因此，对于上述这样的高温环境下使用的镍材要求优异的耐腐蚀性和高强度。本专利技术的目的在于，提供具有优异的耐腐蚀性和高强度的镍材及其制造方法。用于解决问题的方案本实施方式的镍材具有以下的化学组成：以质量％计含有C：0.001～0.20％、Si：0.15％以下、Mn：0.50％以下、P：0.030％以下、S：0.010％以下、Cu：0.10％以下、Mg：0.15％以下、Ti：0.005～1.0％、Nb：0.040～1.0％、Fe：0.40％以下、sol.Al：0.01～0.10％、和N：0.0010～0.080％，余量由Ni和杂质组成，且满足式(1)和式(2)。0.030≤(45/48)Ti+(5/93)Nb-(1/14)N<0.25(1)0.030<(3/48)Ti+(88/93)Nb-(1/12)C(2)此处，在式(1)和式(2)中的各元素符号处代入对应的元素的含量(质量％)。优选的是，本实施方式的镍材的制造方法具备如下工序：添加C、Si、Mn、P、S、Cu、Mg、Nb、Fe和Al制造熔液，使熔液中的sol.Al含量为0.01％以上的工序；对sol.Al含量为0.01％以上的熔液添加Ti使其固溶，然后添加N，在熔液中形成Ti氮化物的工序；以及，使用形成有Ti氮化物的熔液，制造具有上述化学组成的镍材的工序。专利技术的效果本专利技术的镍材具有优异的耐腐蚀性和高强度。附图说明图1为示出N对Ni的固溶极限的状态图。图1记载在ASMINTERNATIONAL、BinaryAlloyPhaseDiagrams、2ndEdition、第2卷(非专利文献1)的第1651页。具体实施方式以下，对本专利技术的实施方式进行详细说明。以下，关于元素的％是指“质量％”。本专利技术人等对镍材的耐腐蚀性和强度进行了调查。其结果，本专利技术人等获得了以下见解。(A)Ti与N的亲和力强，因此，凝固时以氮化物的形式析出。Ti氮化物在热加工中也稳定地存在，加工工序中使镍材的晶粒细粒化。由此，镍材的强度提高。需要说明的是，Ti只要能确保后述的基于Nb的碳化物形成即可，Ti的全部量均有利于氮化物形成亦可。Nb在凝固时不会积极地以氮化物的形式析出。但是，Nb会被纳入至Ti氮化物中，以Ti和Nb的复合氮化物的形式析出。与Ti氮化物同样地，Ti和Nb的复合氮化物在热加工中也稳定地存在，在加工工序中使镍材的晶体细粒化。由此，镍材的强度提高。因此，以氮化物的形式析出的Nb为总Nb含量的1/20左右，为Ti和Nb的复合氮化物。基于以上的见解，本专利技术人等导出了如下的式(1)。0.030≤(45/48)Ti+(5/93)Nb-(1/14)N<0.25(1)在式(1)中的各元素符号处代入对应的元素的含量(质量％)。式(1)为涉及氮化物(Ti氮化物和Ti与Nb的复合氮化物)的生成量的式子。镍材中的Ti含量、Nb含量和N含量如果满足式(1)，则形成充分的量的氮化物，晶粒被充分微细化。其结果，可以提高镍材的强度。(B)Ti和Nb还是形成热力学上稳定的碳化物的元素。因此，在上述的氮化物形成中剩余的Ti和Nb会以碳化物的形式析出。这些碳化物在晶粒内析出，从而固溶于镍材中的C(以下，也称为固溶C)的量减少。其结果，可以降低由于高温下的长时间使用、焊接时的热影响等而在晶界中析出的C的量。以下，也将由于碳化物析出而降低C向晶界中的析出量的情况称为C的晶粒内固定化。C如果发生晶粒内固定化，则耐腐蚀性提高。如上所述，Ti和Nb的一部分以氮化物的形式被消耗。因此，为了稳定地使C发生晶粒内固定化，需要用于在形成氮化物后也使碳化物析出的、剩余的Ti和Nb。基于以上的见解，本专利技术人等导出了如下的式(2)。0.030<(3/48)Ti+(88/93)Nb-(1/12)C(2)在式(2)中的各元素符号处代入对应的元素的含量(质量％)。式(2)为涉及碳化物的生成量的式子。Ti含量、Nb含量和C含量如果满足式(2)，则碳化物析出，可以实现C的充分的晶粒内固定化。其结果，镍材的耐腐蚀性提高。(C)上述镍材的制造方法的一例如下所述。Ti是容易被氧化的元素。因此，优选的是，在镍材的制造工序中，使除Ti和N之外的成分首先熔解，利用Al脱氧，预先降低镍材中的氧。接着，在sol.Al含量为0.01％以上的熔液中添加Ti使其固溶，然后添加N。由此，Ti与N结合，变得容易更多地形成Ti氮化物。因此，如果利用该熔液来制造具有上述化学组成的镍材，则晶粒会被进一步微细化。其结果，镍材的强度进一步提高。(D)如上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍材，其具有以下的化学组成：以质量％计含有C：0.001～0.20％、Si：0.15％以下、Mn：0.50％以下、P：0.030％以下、S：0.010％以下、Cu：0.10％以下、Mg：0.15％以下、Ti：0.005～1.0％、Nb：0.040～1.0％、Fe：0.40％以下、sol.Al：0.01～0.10％、和N：0.0010～0.080％，余量由Ni和杂质组成，且满足式(1)和式(2)，0.030≤(45/48)Ti+(5/93)Nb‑(1/14)N<0.25(1)0.030<(3/48)Ti+(88/93)Nb‑(1/12)C(2)此处，在式(1)和式(2)中的各元素符号处代入对应的元素的质量％含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.07 JP 2016-1987961.一种镍材，其具有以下的化学组成：以质量％计含有C：0.001～0.20％、Si：0.15％以下、Mn：0.50％以下、P：0.030％以下、S：0.010％以下、Cu：0.10％以下、Mg：0.15％以下、Ti：0.005～1.0％、Nb：0.040～1.0％、Fe：0.40％以下、sol.Al：0.01～0.10％、和N：0.0010～0.080％，余量由Ni和杂质组成，且满足式(1)和式(2)，0.030≤(45/48)Ti+(5/93)Nb-(1/1...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹田贵代子，照沼正明，
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