铁素体系耐热钢及其制造方法技术

一种铁素体系耐热钢，其中，作为其构成元素，至少含有以重量计１．０～１３％铬，０．１～８．０％钴，０．０１～０．２０％氮，３．０％以下镍，０．０１～０．５０％的选自钒、铌、钽、钛、铪和锆中至少１种或２种以上的元素作为ＭＸ型析出物形成元素和０．０１％以下的碳，剩余部分实质上由铁和不可避免的杂质组成，在晶界上和晶内界面析出ＭＸ型析出物，在晶界上析出的Ｍ＜ｓｕｂ＞２３＜／ｓｕｂ＞Ｃ＜ｓｕｂ＞６＜／ｓｕｂ＞型析出物在晶界存在率在５０％以下，该耐热钢即使在超过６００℃的高温下也有优良的蠕变特性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。更详细地说，涉及在超过600℃的高温下其蠕变特性也优良的。
技术介绍
以发电用的锅炉及汽轮机为代表的，原子能发电设备、化学工业装置等为了能在高温高压下长时间使用，在高温用部件材料中应用奥氏体系耐热钢或铁素体系耐热钢等。其中，铁素体系耐热钢与奥氏体系耐热钢相比，因为价格便宜、热膨胀率低、耐热疲劳性好，所以多用于使用温度达到600℃附近的高温用部件材料中。另一方面，近年来对火力发电工厂为了提高效率进行了高温高压化的研究，目标是将蒸汽轮机的蒸汽温度从现在最高的593℃提高到600℃、进一步，最终到650℃。迄今为止的铁素体系耐热钢一般是如日本专利第2948324号公报中所述的那样，由在马氏体的晶界上析出的M23C6型碳化物、在晶内分散析出的MX型碳氮化物引起的析出强化和通过添加钨、钼、钴等使铁母相的强化组合而成的钢材。但是这样的铁素体系耐热钢若受到在超过600℃的温度，超过1万小时的长时间蠕变，M23C6型碳化物粗大化，析出强化效果降低，同时，位错的恢复活跃，高温蠕变强度大大降低。作为防止长时间蠕变强度的降低的方法，例如特开昭62-180039号公报中所述的那样，降低添加的碳量，因碳化物使在高温下稳定的不易粗大的氮化物析出，维持析出强化的方法。然而，碳是确保铁素体系耐热钢的淬火性所必要的，若单单减低碳，就不能充分地淬火，由于淬火时导入位错所引起的强度提高效果降低。以上可知，至今还不能提供在超过600℃的高温下长时间蠕变强度大的铁素体系耐热钢。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人为了提高高温长时间蠕化强度，对铁素体系耐热钢进行了强化机理的根本性的改变，立足于减少容易粗化的M23C6型碳化物积极地利用在高温稳定的MX型氮化物，进一步同时确保淬火性这些想法进行了深入探讨。结果发现，为了析出MX型氮化物，减少添加碳元素的量，添加氮元素和MX形成元素，进一步为了确保淬火性，通过积极地添加钴，使晶界上析出的M23C6型析出物减少到50％以下，另一方面，在晶界上和晶内形成MX型析出物析出的金属组织，具有该金属组织的铁素体系耐热钢显示有非常高的高温蠕化强度，以而完成本专利技术。也就是说，本专利技术提供一种铁素体系耐热钢，作为其构成元素，至少含有以重量计的1.0～13％铬，0.1～8.0％钴，0.01～0.20％氮，3.0％以下镍，0.01～0.50％的选自钒、铌、钽、钛、铪和锆中至少1种或2种以上的元素作为MX型析出物形成元素和0.01％以下的碳，剩余部分实质上由铁和不可避免的杂质组成，在晶界上和晶内的界面析出MX型析出物，在晶界上析出M23C6型析出物的晶界存在率在50％以下。另外，本专利技术还提供另一种形式的铁素体系耐热钢，作为构成元素还含有，以重量计的0.001～0.030％的硼、或以重量计的0.1～3.0的钼或0.1～4.0％的钨中的1种或2种。进一步，本专利技术还提供一种铁素体系耐热钢的制造方法，前述的任一种铁素体系耐热钢的制造方法，其特征在于，在原料溶解后成型，然后在1000～1300℃的温度固熔化处理。另外，关于上述铁素体系耐热钢的制造方法是，提供一种固熔化处理后，在500～850℃的温度进行回火处理的实施方式。以下，分别示出实施例，对本专利技术的作详细的说明。附图的简单说明附图说明图1表示后述的No.2的铁素体系耐热钢的金属组织的透射型电子显微镜照片。图2表示后述的No.6的耐热钢的透射型电子显微镜照片。图3表示后述的No.2的铁素体系耐热钢的位错组织的透射型电子显微镜照片。专利技术的具体实施例方式本专利技术的中，为了实现高温蠕变强度高的铁素体系耐热钢，将在晶界上和晶内界面使微细的MX型析出物作为强化机理的根本。为了析出这样的MX型析出物，在固熔化处理时使MX型析出物形成元素在奥氏体中固熔化是必要的，因此，固熔化处理温度必须在1000℃以上。另一方面，固熔化处理温度若超过1300℃，将析出δ-铁素体，导致高温强度降低。因此，本专利技术的铁素体系耐热钢的制造方法中，将固熔化温度设在1000～1300℃的范围。另外，本专利技术的铁素体系耐热钢的制造方法中，可以通过生成微细的碳氮化合物，谋求提高铁素体系耐热钢的高温强度。为了充分析出微细的碳氮化合物，可以在前述固熔化处理后在500℃以上进行回火处理。另一方面，回火处理温度若超过850℃，碳氮化合物就粗大化，高温强度降低，同时，显著地产生位错回复，造成室温强度也降低，因此，回火处理温度在500～850℃的范围较适宜。本专利技术的铁素体系耐热钢的制造方法中，如前所述使用含有特定量的特定构成元素的原料是必要的。规定各构成元素的特征和含量的理由如下。另外，以下，各构成元素的含量全部为重量％。铬为了赋予钢耐氧化性和耐腐蚀性，需要铬在1.0％以上。但是，若超过13％，生成δ-铁素体，高温强度和韧性降低。因此，铬的含量为1.0～13％。钴钴能大大地抑制δ-铁素体的析出。为了提高淬火性，钴必须在0.1％以上，但是若超过8.0％，会引起延展性降低和增大成本，因此，钴的含量为0.1～8.0％。氮氮在提高淬火性的同时，形成MX型析出物，对提高蠕化强度有作用。因此，必须在0.01％以上，但若超过0.20％，钢的延展性降低。因此，氮的含量为0.01～0.20％。镍镍超过3.0％时，会引起蠕变强度显著降低。因此，镍的含量在3.0％以下。MX型析出物形成元素钒钒能形成微细的碳氮化物，抑制蠕变中的位错的回复，显著提高蠕变断裂强度。在添加其他MX型析出物形成元素强化钢的情况下，也可以省略添加。但是，通过添加钒，可得到更高的强度。以上的钒的添加效果在0.01％以上时变得显著，但若超过0.50％，韧性降低，同时生成粗大的氮化物，蠕变强度降低。因此，钒的含量在0.01～0.50％。铌铌与钒同样能形成微细的碳氮化物，抑制蠕变中的位错的回复，显著提高蠕变断裂强度。此外，通过在淬火时析出的其的微细的碳氮化物，使钢的晶粒微细化，所以也提高韧性。为了得到这样的效果，铌必须在0.01％以上，但若超过0.50％，奥氏体中未固熔的铌过多，蠕变断裂强度就降低。因此，铌的含量在0.01～0.50％。钽钽也与铌同样能形成微细的碳氮化物，抑制蠕变中的位错的回复，显著提高蠕变断裂强度。另一方面，与钒同样，在添加其他MX型析出物形成元素强化钢的情况下，也可以省略添加。但是，通过添加钛，能得到更高的强度。以上的钛的添加效果在0.01％以上时变得显著，但若超过0.50％，韧性降低，同时生成粗大的氮化物，蠕变强度降低。因此，钛的含量在0.01～0.50％。钛钛也与铌同样能形成微细的碳氮化物，抑制蠕变中的位错的回复，显著提高蠕变断裂强度。另一方面，与钒同样，在添加其他MX型析出物形成元素强化钢的情况下，也可以省略添加。但是，通过添加钛，能得到更高的强度。以上的钛的添加效果在0.01％以上时变得显著，但若超过0.50％，韧性降低，同时生成粗大的氮化物，蠕变强度降低。因此，钛的含量在0.01～0.50％。铪铪也与铌同样能形成微细的碳氮化物，抑制蠕变中的位错的回复，显著提高蠕变断裂强度。另一方面，与钛同样，在添加其他MX型析出物形成元素强化钢的情况下，也可以省略添加。但是，通过添加铪，能得到更高的强度。以上的铪的添加效果在0.01％以上时变得显著，但若超过0.50本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁素体系耐热钢，其中，作为其构成元素，至少含有以重量计１．０～１３％铬，０．１～８．０％钴，０．０１～０．２０％氮，３．０％以下镍，０．０１～０．５０％选自钒、铌、钽、钛、铪和锆中至少一种或２种以上的元素作为ＭＸ型析出物形成元素和０．０１％以下的碳，剩余部分实质上由铁和不可避免的杂质组成，在晶界上和晶内的界面析出ＭＸ型析出物，在晶界上析出的Ｍ↓［２３］Ｃ↓［６］型析出物的晶界存在率在５０％以下。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：种池正树，阿部富士雄，
申请(专利权)人：独立行政法人物质材料研究机构，三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]