高温强度和耐蚀性优异的奥氏体不锈钢及其的耐热耐压部件与制法制造技术

一种奥氏体不锈钢，其中，以质量％计，含有Ｃ：０．０３～０．１２％、Ｓｉ：０．１～１％、Ｍｎ：０．１～２％、Ｃｒ：２０％以上小于２８％、Ｎｉ：大于３５％小于５０％、Ｗ：４～１０％、Ｔｉ：０．０１～０．３％、Ｎｂ：０．０１～１％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５～０．０４％、Ｂ：０．０００５～０．０１％，其余为Ｆｅ以及杂质，作为杂质，含有Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｍｏ：小于０．５％、Ｎ：小于０．０２％、Ｏ：０．００５％以下。上述奥氏体不锈钢适合作为蒸汽温度为７００℃以上的超临界压力锅炉等的结构材料。由所述钢构成的耐热耐压部件具有：奥氏体晶粒度序号为６以下，混合晶粒率为１０％以下的粗晶粒组织，在高温区域中的耐热疲劳特性与组织稳定性优异。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适合作为构成发电锅炉或化学工业用加热炉等的钢管、钢板、棒钢、钢锻件等(以下，将这些通称为“耐热耐压部件”)的原材料的奥氏体不锈钢、由该不锈钢构成的具有优异的高温强度和高温耐蚀性的耐热耐压部件及其制造方法。该耐热耐压部件除了具有高的高温强度和优异的高温耐蚀性，还具有优异的耐热疲劳特性和金属组织的稳定性(以下，仅称作组织稳定性)。蒸汽的高温高压化中的高温化将使构成锅炉或化学工业用的加热炉的耐热耐压部件的温度上升，使其温度达到650℃以上。因此，对于这些耐热耐压部件，不仅要求高温强度和高温耐蚀性，而且也要求耐热疲劳特性或经长时间的组织稳定性。奥氏体不锈钢与铁素体钢相比，高温强度和高温耐蚀性优异。因此，从强度和耐蚀性的角度考虑而不能使用铁素体钢的650℃以上的高温区域中，使用奥氏体不锈钢。作为高温高压用的奥氏体不锈钢，广泛地使用SUS347H或SUS316等的18-8系的奥氏体不锈钢，但是这些钢在高温强度和耐蚀性方面有局限性。并且也有耐蚀性得到提高的25Cr系的SUS310，但其600℃以上的高温强度低于SUS316。因此，提出了以耐蚀性大于18-8系钢的20Cr以上的奥氏体不锈钢作为基础的很多高温强度和高温耐蚀性提高的钢。这些钢大致区分为以下3种钢。(1)将Cr量提高到20％以上，同时复合添加作为固溶强化元素的W或Mo等，而实现晶内强化的钢(例如特开昭61-179833号公报以及特开昭61-179835号公报)。(2)除了W、Mo，还积极添加N，而实现由氮化物的析出强化的钢(例如特开昭63-183155号公报)。(3)实现由Ti或Al的金属间化合物的析出强化的钢(例如特开平7-216511号公报)。但是，上述(1)的钢，因为高温区域中的蠕变主体由晶内的转位蠕变，变成晶界滑移蠕变，所以在700℃以上的高温蠕变强度低。(2)和(3)的钢，虽然强度很强，但延展性显著地低，且高温区域中的耐热疲劳特性和组织稳定性差，在700℃以上的蠕变强度和蠕变延展性低。另外，对于(3)的钢来讲，因为Ti或Al的金属间化合物抑制晶粒的生长，所以成为混合晶粒组织，产生晶界滑移蠕变或不均匀的蠕变变形，从而大大损害强度以及韧性。因此，这些以往的钢，不能作为在700℃以上的高温下使用的耐热耐压部件，尤其不能作为组织容易成为显著混合晶粒的厚度为20mm以上的耐热耐压部件。本专利技术课题之2是提供一种，高温强度和耐热疲劳性优异的耐热耐压部件。尤其提供具有在750℃、10,000小时的蠕变断裂强度和拉深率分别为80MPa以上，55％以上的特性的耐热耐压部件。本专利技术课题之3是提供一种，具有上述特性的耐热耐压部件的制造方法。本专利技术的奥氏体不锈钢是下述(1)和(2)中所述的钢。另外，本专利技术的耐热耐压部件是下述(3)中所述的部件。另外，适合得到本专利技术的耐热耐压部件的制造方法是下述(4)中所述的方法。(1)一种奥氏体不锈钢，其特征在于，以质量％计，含有C0.03～0.12％、Si0.1～1％、Mn0.1～2％、Cr20％以上小于28％、Ni大于35％小于50％、W4～10％、Ti0.01～0.3％、Nb0.01～1％、sol.Al0.0005～0.04％、B0.0005～0.01％，其余为Fe以及杂质，作为杂质，含有P0.04％以下、S0.010％以下、Mo小于0.5％、N小于0.02％、O(氧)0.005％以下。(2)一种奥氏体不锈钢，除了上述(1)中所述的成分之外，还含有由下述的第1组至第3组中的至少一组中选择的至少一种成分，其余为Fe以及杂质，作为杂质，含有P0.04％以下、S0.010％以下、Mo小于0.5％、N小于0.02％、O(氧)0.005％以下。第1组以质量％计，0.0005～0.1％的Zr。第2组以质量％计，0.0005～0.05％的Ca以及0.0005～0.01％的Mg。第3组以质量％计，分别为0.0005～0.2％的稀土类元素、Hf以及Pd。所述的稀土类元素是指包括从原始序号57的La到原始序号71的Lu为止的15个元素、包括Y以及Sc的17个元素。(3)一种在高温区域的耐热疲劳特性和组织稳定性优异的耐热耐压部件，其特征在于，由上述(1)或(2)所述的奥氏体不锈钢构成且奥氏体平均晶粒度序号为6以下，混合晶粒率为10％以下。特别是，在750℃、10,000小时的蠕变断裂强度和拉深率分别为80MPa以上，55％以上的耐热耐压部件。所述的奥氏体平均晶粒度序号是指在ASTM(American Society forTesting and Material美国材料试验协会)中规定的晶粒度序号。下面说明混合晶粒率(％)的计算方法。把通过光学显微镜判断上述奥氏体晶粒度序号时观察到的视野数作为N，对于每1个视野计量在其视野中存在的晶粒的个数，由此将奥氏体晶粒度序号用-3(粗晶粒)至+10(细晶粒)中的任意一种晶粒度序号进行判断，得到N个的判断结果，以计算每个晶粒度序号的出现率。并且特定其中的出现率最大的晶粒度序号，求出具有比特定的晶粒度序号G小于3以上的晶粒度序号的视野数n1和具有比特定的晶粒度序号G大于3以上的晶粒度序号的视野数n2。将该视野n1和n2的总数用总视野数N相除后的百分率即100×(n1+n2)/N为混合晶粒率。(4)上述(3)中所述的高温区域的耐热疲劳特性和组织稳定性优异的耐热耐压部件的制造方法，其特征在于，将具有上述(1)或(2)所述的化学组成的钢，依次按照以下的工序①、②以及③进行处理。工序①在最后的热加工或冷加工之前，加热到1100℃以上至少一次。工序②进行断面收缩率10％以上的塑性加工。工序③在1050℃以上进行最后热处理。(a)Mo不仅对在700℃以上高温区域下的高强度化几乎没有效果，反而降低高温耐蚀性，所以即使是作为杂质含有的情况下也有必要将其含量控制在0.5％以下。(b)W与Mo不同，提高在700℃以上高温区域下的强度，而且不会降低高温耐蚀性，所以通过多加入W来补充由不积极地加入Mo而导致的强度不足。(c)在以往技术中为了达到高强度而利用的含有大量Ti的碳氮化物或金属间化合物，如上所述，助长晶界滑移蠕变和不均匀的蠕变变形，显著降低高温区域的强度和延展性，所以尽可能不利用为好。(d)粗晶粒组织比细晶粒组织更难以发生晶界滑移蠕变和不均匀的蠕变变形，特别是奥氏体晶粒度序号为6以下且混合晶粒率为10％以下的粗晶粒组织，理想的是混合晶粒率为0的粗晶粒组织难以发生所述晶界滑移蠕变和不均匀的蠕变变形。(e)奥氏体晶粒序号为6以下且混合晶粒率为10％以下的粗晶粒组织，是通过将钢中的Ti含量被限制在0.01～0.3％，同时N和O(氧)的含量分别被控制在不足0.02％、0.005％以下，且含有适量(0.0005～0.01％)的B的具有上述(1)或(2)的化学组成的钢作为原材料，例如通过上述的工序①～③进行处理而得到。即，把Ti、N、O以及B的含量控制在上述范围之内时，在上述工序①之后钢中不存在稳定的含有Ti和B的未固溶碳氮化物或氧化物，并在工序②中蓄积均匀的变形，在工序③中均匀地进行再结晶，得到奥氏体晶粒度序号为6以下且混合晶粒率为10％以下的粗晶粒组织。(f)实际使用其组织为奥氏体晶粒度序号为6以下且混合晶粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种奥氏体不锈钢，其特征在于，以质量％计，含有Ｃ：０．０３～０．１２％、Ｓｉ：０．１～１％、Ｍｎ：０．１～２％、Ｃｒ：２０％以上且小于２８％、Ｎｉ：大于３５％且小于５０％、Ｗ：４～１０％、Ｔｉ：０．０１～０．３％、Ｎｂ：０．０１～１％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５～０．０４％以及Ｂ：０．０００５～０．０１％，其余为Ｆｅ以及杂质，作为杂质，含有Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｍｏ：小于０．５％、Ｎ：小于０．０２％、Ｏ：０．００５％以下。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊势田敦朗，仙波润之，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]