沉淀硬化型马氏体不锈钢和使用其的汽轮机长叶片制造技术

本发明专利技术提供具备优异的机械特性和耐腐蚀性的沉淀硬化型马氏体不锈钢和使用其的汽轮机长叶片。沉淀硬化型马氏体不锈钢的特征在于，以质量比计，含有0.1%以下的C、0.1%以下的N、10～15%的Cr、10～15%的Ni、0.5～2.5%的Mo、1.0～3.0%的Al、1.0%以下的Si和1.0%以下的Mn，其余部分为Fe和不可避免的杂质。汽轮机长叶片由该沉淀硬化型马氏体不锈钢构成。

【技术实现步骤摘要】
沉淀硬化型马氏体不锈钢和使用其的汽轮机长叶片
本专利技术涉及具备优异的组织稳定性、机械特性和耐腐蚀性的沉淀硬化型马氏体不锈钢和使用其的汽轮机长叶片。
技术介绍
近年来，从节能（例如，节约化石燃料）和防止全球气候变暖（例如，抑制CO2气体的产生量）的观点出发，希望提高火力发电站的效率（例如，提高汽轮机的效率）。作为使汽轮机的效率提高的有效手段之一，可以使汽轮机长叶片变长变大。另外，汽轮机长叶片变长变大，还能够期待由汽缸数减少带来的设备建设期间缩短和由此带来的成本削减的次要的效果。为了提高汽轮机的可靠性，要求机械性质和耐腐蚀性两方面优异的长叶片材料。沉淀硬化型马氏体不锈钢，Cr添加量多，C添加量少，因此耐腐蚀性优异，但是强度与韧性的平衡差（例如，参照专利文献1）。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2005-194626号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供具备优异的机械特性和耐腐蚀性的沉淀硬化型马氏体不锈钢。用于解决技术问题的手段沉淀硬化型马氏体不锈钢的特征在于，以质量比计，含有0.1%以下的C、0.1%以下的N、10～15%的Cr、10～15%的Ni、0.5～2.5%的Mo、1.0～3.0%的Al、1.0%以下的Si和1.0%以下的Mn，其余部分为Fe和不可避免的杂质。专利技术效果根据本专利技术，能提供具备优异的组织稳定性、机械特性和耐腐蚀性的沉淀硬化型马氏体不锈钢。附图说明图1为表示本专利技术的汽轮机长叶片的一个例子的立体示意图。图2为表示本专利技术的低压级转子的一个例子的示意图。图3为表示本专利技术的低压级汽轮机的一个例子的示意图。图4为表示本专利技术的发电站的一个例子的示意图。具体实施方式以下，对本专利技术的沉淀硬化型马氏体不锈钢中含有的成分元素的作用和添加量的规定进行说明。在以下的说明中，成分元素的添加量以质量比（%）表示。碳（C）形成铬碳化物，存在由碳化物的过量沉淀引起的韧性降低、由晶界附近的Cr浓度降低引起的耐腐蚀性恶化等问题。另外，C使马氏体相变结束温度点显著降低。因此，C的量需要抑制，优选为0.1%以下，更优选为0.05%以下。氮（N）形成TiN和/或AlN使疲劳强度降低，对韧性也会造成不良影响。因此，N的量需要抑制，优选为0.1%以下，更优选为0.05%以下。铬（Cr）为在表面形成钝化膜而有助于提高耐腐蚀性的元素。通过使添加的下限为10.0%，能够充分确保耐腐蚀性。另一方面，当过量添加Cr时，有害相沉淀，使机械性质显著恶化，因此，使上限为15.0%。由以上可知，Cr的添加量需要为10.0～15.0%。优选为11.0～14.0%，特别优选为12.0～13.0%。镍（Ni）为抑制δ铁素体的形成，并且通过Ni-Al化合物的沉淀硬化有助于提高强度的元素。另外，也改善淬硬性、韧性。为了充分得到上述的效果，需要使添加的下限为10.0%。另一方面，当添加量超过15.0%时，有害相沉淀，得不到作为目标的机械特性。从以上方面出发，Ni的添加量需要为10.0～15.0%。更优选为11.0～14.0%，特别优选为12.0～13.0%。钼（Mo）为提高耐腐蚀性的元素。为了得到目标的耐腐蚀性，至少需要添加0.5%，另一方面，当添加量超过2.5%时，助长有害相的形成，反而使特性恶化。从以上方面出发，Mo的添加量需要为0.5～2.5%，更优选为1.0～2.0%，特别优选为1.25～1.75%。铝（Al）为形成Ni-Al化合物有助于沉淀硬化的元素。为了充分显现出沉淀硬化，至少需要添加1.0%以上。当添加量超过3.0%时，由于Ni-Al化合物的过量沉淀和有害相的形成，引起机械性质降低。从以上方面出发，Al的添加量需要为1.0～3.0%。更优选为1.5～2.5%，特别优选为1.75～2.25%。硅（Si）为脱氧材料，优选为1.0%以下。这是因为：当超过1.0%时，δ铁素体的沉淀成为问题。更优选为0.5%以下，特别优选为0.25%以下。当应用真空碳脱氧法和电渣重熔法时，能够将Si的添加省去，在该情况下，优选不添加Si。锰（Mn）作为脱氧剂和脱硫剂添加，但是，当超过1.0%时，有害相过量地生成，不能得到需要的强度，因此，需要为1.0%以下。在利用真空感应熔解（VIM）、真空电弧重熔（VAR）的方法熔解的情况下，不需要添加Mn，更优选为0.5%以下，特别优选为0.25%以下。作为其他元素，钨（W）与Mo同样具有提高耐腐蚀性的效果。W通过与Mo的复合添加能够使该效果进一步提高。在该情况下，Mo与W的添加量的合计，为了防止有害相的沉淀，需要为与单独添加Mo相同的量。另外，铌（Nb）形成碳化物有助于提高强度，但是使制造性恶化。因此，在添加Nb的情况下，Nb的添加量需要为1.0%以下。另外，也能够将Nb置换为钒（V）。在复合添加Nb、V的情况下，添加量的合计需要为与单独添加Nb相同的量。这些元素的添加不是必须的，但是会使沉淀硬化更显著。本专利技术中的不可避免的杂质，是指：原料中本来含有的、或者由于在制造过程中混入等而包含在本专利技术中的成分，不是有意添加的成分。作为不可避免的杂质，有P、S、Sb、Sn和As，本专利技术中含有其中的至少一种。另外，P和S的降低，能够不损害拉伸特性而提高韧性，因此优选尽可能降低。从提高韧性的观点出发，优选P：0.5%以下、S：0.5%以下。特别优选P：0.1%以下、S：0.1%以下。通过降低As、Sb和Sn能够改善韧性。因此，优选使上述元素尽可能降低，优选As：0.1%以下、Sb：0.1%以下、Sn：0.1%以下。特别优选As：0.05%以下、Sb：0.05%以下、Sn：0.05%以下。接着，对本专利技术的热处理进行说明。在本专利技术中，需要进行在800～1050℃、优选850～1000℃加热保持后骤冷的固溶处理。本专利技术中的固溶处理，是指用于在将与沉淀物的形成相关的Al、Ti等成分熔入组织中的同时得到马氏体组织的热处理。马氏体组织为钢铁的基质的一种，为强度与韧性的平衡优异的组织。在固溶处理之后，需要进行在450～650℃加热保持后缓慢冷却的时效处理。本专利技术中的时效处理，是指在实施固溶处理之后进行的用于使Ni-Al化合物等在组织中微细沉淀而得到优异的强度的热处理。另外，在想要使残留奥氏体减少的情况下，可以进行冷处理（subzerotreatment）。冷处理需要使用干冰和异戊烷等有机溶剂，在-70℃以下至少保持4小时以上，在大气中升温至室温。对将本专利技术应用于汽轮机长叶片进行说明。成形加工、矫正的作业也能够在时效处理后进行，但是，当在Ni-Al化合物等没有沉淀的紧接着固溶处理之后进行这些作业时，加工性良好，因此能够期待高的作业效率。应用本专利技术的汽轮机长叶片，能够通过TIG焊接在叶片前端部接合Co基合金的钨铬钴合金。这是用于保护汽轮机长叶片不受腐蚀的手段，该腐蚀是由于结露的高速的蒸汽碰撞而导致叶片损伤的腐蚀。作为钨铬钴合金的其他安装手段，有银焊、利用等离子体转移电弧、激光进行的堆焊等。作为用于保护汽轮机长叶片不受腐蚀的其他手段，也能够利用氮化钛涂层等进行表面改性。另外，也能够反复进行多次将叶片前端部表面加热到Ac3相变点以上并利用空冷降低至室温的热处理，使结晶粒度6更微细，在其后的叶片整体的时效处理中仅使叶片前端部表面为高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉淀硬化型马氏体不锈钢，其特征在于：以质量比计，含有0.1%以下的C、0.1%以下的N、10～15%的Cr、10～15%的Ni、0.5～2.5%的Mo、1.0～3.0%的Al、1.0%以下的Si和1.0%以下的Mn，其余部分为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
2012.10.17 JP 2012-2294081.一种沉淀硬化型马氏体不锈钢，其特征在于：以质量比计，含有0.1％以下的C、0.1％以下的N、10～15％的Cr、11.0～14.0％的Ni、0.5～2.5％的Mo、1.0～3.0％的Al、1.0％以下的Si和1.0％以下的Mn，其余部分为Fe和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的沉淀硬化型马氏体不锈钢，其特征在于：以质量比计，还含有1.0％以下的Nb和V中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的沉淀硬化型马氏体不锈钢，其特征在于：还含有W，Mo与W的合计量为与...

【专利技术属性】
技术研发人员：及川慎司，依田秀夫，新井将彦，土井裕之，
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