奥氏体系耐热钢制造技术

一种奥氏体系耐热钢，其以质量％计含有C：0.05～0.16％、Si：0.1～1％、Mn：0.1～2.5％、P：0.01～0.05％、S：0.005％以下、Ni：7～12％、Cr：16～20％、Cu：2～4％、Mo：0.1～0.8％、Nb：0.1～0.6％、Ti：0.1～0.6％、B：0.0005～0.005％、N：0.001～0.15％，且含有Mg：0.005％以下及Ca：0.005％以下中的至少一种，前述Nb和前述Ti的含量的合计为0.3％以上，余量由Fe及不可避免的杂质构成，析出粒径超过0nm且100nm的析出物的累积数密度为0.1～2.0个/μm2，累积数密度和析出粒径的分布中与累积数密度一半的值相当的析出粒径为70nm以下，平均硬度为160Hv以下，结晶粒度号为7.5以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及奥氏体系耐热钢。
技术介绍
通常，锅炉、反应容器等能量相关设备中使用的是数百度以上的高温工艺，因此需要在高温环境也具有优异的蠕变强度的耐热材料。就该耐热材料而言，为了在高温环境中获得优异的蠕变强度，具有以下方法：添加高温环境中可在钢中固溶的元素而获得固溶强化作用的方法、添加在高温环境析出的元素而形成高温环境析出物以获得析出强化作用的方法、使晶粒粗大化而抑制晶界滑动的方法等。其中，使晶粒粗大化的方法中，由于抑制了Cr2O3保护膜的形成，因此有耐水蒸汽氧化性降低的担忧。另外，为了发挥固溶强化作用，需要增加元素添加量。在增加元素添加量时，有给蠕变强度以外的各基本特性带来不良影响的担忧。另外，在增加元素添加量时，原料费增加，还可能损害经济性。因此，在耐热材料中获得固溶强化作用的方法并不能称为理想的获得期望强度的方法。另一方面，获得析出强化作用的方法能够强烈抑制与变形相伴随的位错的移动，大幅改善蠕变强度，这是已知的。这里，耐热部件大多是按照软化热处理、冷加工、最终热处理的顺序来制造。这些处理会导致在实际使用的高温环境中或蠕变试验中产生大量析出，因此在最终热处理中必须进行加热至高温、和其后续的急冷处理，以将在实际使用环境中、蠕变试验中析出的元素预先固溶。为了使析出成分更多地固溶，需要使这样的最终热处理在尽可能高的温度进行，但有导致晶粒粗大化的担忧，结果可能导致耐水蒸汽氧化性降低。在这样的状况下，专利文献1公开了一种奥氏体系不锈钢的制造方法，其在含有Ti：0.15～0.5质量％及Nb：0.3～1.5质量％中的1种或2种的奥氏体系不锈钢的冷加工工序中，将最终软化温度设为超过1200℃且为1350℃以下并加热，在以500℃/hr以上的冷却速度冷却后，施加20～90％的冷加工，进而此后加热到1070～1300℃且比最终软化温度低30℃以上的温度，以空冷以上的冷却速度冷却，从而实施最终热处理，由此蠕变强度高，微细晶粒组织的耐腐蚀性良好。该专利文献1公开的方法是通过前述最终热处理阶段使在实际使用环境中、蠕变试验中析出的元素的一部分尽量少析出、利用由析出物带来的晶界钉扎效果来抑制晶粒的粗大化。也即，专利文献1公开的方法通过将冷加工前的软化热处理温度相对于最终热处理提高到一定温度以上，从而使与该温度差相应的固溶量的差值析出。从而，通过对2种热处理温度进行研究，兼顾高温热处理带来的蠕变强度改善和含有较多细粒的组织(微细晶粒组织)的形成。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特公平5－69885号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，实际生产中使用的制造设备存在上限温度。在将软化热处理温度提高到设备上限温度时，为了如专利文献1公开的方法那样在2种热处理温度间设置差值，必须将最终热处理温度设为低于设备上限温度的温度。但是，最终热处理温度的降低会引起在实际使用环境中、蠕变试验中形成的析出量的减少，因此其结果是存在不能充分提高蠕变强度的可能性。特别是，专利文献1公开的专利技术是通过形成微细晶粒组织而获得优异的耐水蒸汽氧化性，且通过使少量的析出物析出而获得晶界的钉扎效果，而能够具有优异的蠕变强度。但是，如前所述，降低最终热处理温度以获得钉扎效果是先行使用了应该在实际使用环境中、蠕变试验中形成的析出物，存在析出物的牺牲。特别是，在使用Ti作为析出元素的火SUS321J1HTB钢、火SUS321J2HTB钢等钢材的情况下，Ti碳化物的微细析出是否存在极大地左右着高温强度。另外，就这些钢材而言，Ti的固溶温度区域本来就是高温下，因此软化热处理温度由于设备的制约而达到上限的情况较普遍。因此，为了在软化热处理的温度和最终热处理温度之间设置温度差而不得不降低最终热处理温度，存在无法确保在实际使用环境中、蠕变试验中析出的Ti的固溶量的情况。从而，从原理上考虑时，推测现有技术并未能充分活用可由钢材成分获得的析出强化。需要说明的是，就多数的耐热部件而言，蠕变强度是决定部件厚度的制约因子，因此若提供蠕变强度则能够使厚度变薄，能够降低成本。但是，目前，还不能说奥氏体系耐热钢获得了充分的蠕变强度，可以说处于尚未达到能低成本化的状况。另外，为了维持耐水蒸汽氧化性，在使奥氏体系耐热钢的组织形成微细晶粒组织的前提下应用专利文献1公开的方法时，必须降低最终热处理温度。如前所述，在降低最终热处理温度时，析出元素的固溶量会降低。因此，不能最大限度地活用析出强化，还不能说提高蠕变强度的效果已充分显现。本专利技术是鉴于这样的状况而作出的，课题在于，提供一种保持微细晶粒组织且具有优异的蠕变强度的奥氏体系耐热钢。用于解决课题的手段此前一直是着眼于依赖热处理温度的析出元素的固溶量，来调整蠕变强度。因此，一般认为，降低最终热处理温度时，析出元素的固溶量减少，在实际使用环境中、蠕变试验中新析出的微细的析出物的量减少，蠕变强度降低。如上所述，专利文献1公开的方法中，通过将软化热处理及最终热处理的温度差设为30℃以上，在最终热处理中析出一部分析出元素，从而抑制晶粒的粗大化。但是，如前所述，通过该操作而析出的析出物原本是应该在实际使用环境中、蠕变试验中析出，并有助于提高蠕变强度的析出物。即，利用专利文献1公开的方法制造的奥氏体系不锈钢，为了抑制晶粒的粗大化而使一定量的析出元素析出，相应地不能充分提高蠕变强度的可能性变高。本专利技术人等对通过该最终热处理而形成的析出物是否能够直接作用于蠕变强度的提高进行了深入研究。其结果是，本专利技术人等发现，通过使析出元素的添加量及固溶量保持在一定范围、且使钢中含有的析出粒径及析出量在一定范围内，在特定热处理条件(具体而言，低于以往的温度下进行最终热处理)下进行最终热处理，所获得的析出物能够提高蠕变强度。也即，本专利技术人等发现，在特定热处理条件下进行最终热处理而形成的析出物直接作为微细析出物而有助于蠕变强度的提高。与高温下进行热处理而获得的以往析出物相比，蠕变强度更优异，该见解超出了现有技术的观点。另外发现，由于是在前述特定热处理条件(低于以往的温度下)进行最终热处理，因此能够保持微细晶粒组织，能够维持耐水蒸汽氧化性。需要说明的是，我们认为，即使是在特定热处理条件下进行最终热处理时(即使在低于以往的温度下进行最终热处理)也能够获得良好的蠕变强度的理由如下。此次，本专利技术人等发现，奥氏体系耐热钢中通过最终热处理形成的析出物比蠕变试验中形成的析出物对蠕变变形的抑制更有效。通常，针对奥氏体系耐热钢的蠕变试验中形成的析出物是沿着与变形一起导入的位错而形成的。位错集中在晶界附近，因此析出物的分布也变得不均匀。与此相对地，在制造奥氏体系耐热钢时的最终热处理中形成的析出物是在晶粒内均匀地形成的。因此，通过该最终热处理而形成的析出物从变形初期开始在整个晶粒内高效地抑制与蠕变变形相伴随的位错运动。基于这样的理由，我们推测在前述特定热处理条件下进行最终热处理时，能够获得良好的蠕变强度。该见解超出了以往的依赖热处理温度的析出元素的固溶量的观点。基于以上的见解而作出的、解决了前述课题的本专利技术奥氏体系耐热钢，其含有C：0.05～0.16质量％、Si：0.1～1质量％、Mn：0.1～2.5质量％、P：0.01～0.05质量％、S：0.005质量％以下(不包括0质量％)、Ni：7～12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种奥氏体系耐热钢，其特征在于，含有：C：0.05～0.16质量％、Si：0.1～1质量％、Mn：0.1～2.5质量％、P：0.01～0.05质量％、S：0.005质量％以下且不包括0质量％、Ni：7～12质量％、Cr：16～20质量％、Cu：2～4质量％、Mo：0.1～0.8质量％、Nb：0.1～0.6质量％、Ti：0.1～0.6质量％、B：0.0005～0.005质量％、N：0.001～0.15质量％，并且含有Mg：0.005质量％以下且不包括0质量％及Ca：0.005质量％以下且不包括0质量％中的至少一种，所述Nb的含量和所述Ti的含量的合计为0.3质量％以上，余量由Fe及不可避免的杂质构成，析出粒径在超过0nm且为100nm以下的范围内的析出物的累积数密度为0.1～2.0个/μm2，在累积数密度和析出粒径的分布中，与所述累积数密度一半的值相当的析出粒径为70nm以下，平均硬度为160Hv以下，且结晶粒度号为7.5以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.05 JP 2014-0428891.一种奥氏体系耐热钢，其特征在于，含有：C：0.05～0.16质量％、Si：0.1～1质量％、Mn：0.1～2.5质量％、P：0.01～0.05质量％、S：0.005质量％以下且不包括0质量％、Ni：7～12质量％、Cr：16～20质量％、Cu：2～4质量％、Mo：0.1～0.8质量％、Nb：0.1～0.6质量％、Ti：0.1～0.6质量％、B：0.0005～0.005质量％、N：0.001～0.15质量％，并且含有Mg：0.005质量％以下且不包括0质量％及C...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫村刚夫，难波茂信，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：日本;JP