奥氏体系耐热合金及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种即使在高温环境下也具有高蠕变强度和高韧性的奥氏体系耐热合金。本实施方式的奥氏体系耐热合金具有以下的化学组成：以质量％计含有C：0.03％～小于0.25％、Si：0.01～2.0％、Mn：2.0％以下、Cr：10％～小于30％、Ni：超过25％且为45％以下、Al：超过2.5％且小于4.5％、Nb：0.2～3.5％、N：0.025％以下，余量为Fe和杂质，杂质中的P和S分别为P：0.04％以下以及S：0.01％以下。组织中的6μm以上的析出物的总体积率为5％以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】奥氏体系耐热合金及其制造方法
本专利技术涉及耐热合金及其制造方法，更详细而言，涉及奥氏体系耐热合金及其制造方法。
技术介绍
以往，在高温环境下使用的锅炉、化学设备等设备中，使用18-8不锈钢作为耐热钢。18-8不锈钢为含有18％左右的Cr和8％左右的Ni的奥氏体系不锈钢，例如为JIS标准中的SUS304H、SUS316H、SUS321H、以及SUS347H等。近年来，高温环境下的设备的使用条件明显变得过于严格，要求比18-8不锈钢更高的蠕变强度。最近，还正在推进于火力发电用锅炉中将以往的600℃左右的蒸汽温度提高到700℃以上的先进的超超临界压力发电计划。另外，对于化学设备，为了提高操作效率，也计划提高操作温度。对于这些在高温环境下使用的钢材，在要求高蠕变强度的同时，还要求优异的耐腐蚀性。提高耐腐蚀性的耐热材料在例如日本特开平02-115348号公报(专利文献1)和日本特开平07-316751号公报(专利文献2)中提出。这些耐热合金中Al含量高，因此在使用过程中，在高温区域表面会形成Al2O3覆膜。通过该覆膜，能够得到高耐腐蚀性。但是，上述专利文献1和2中公开的耐热合金存在于700℃的高温环境下蠕变强度低的情况。作为在700℃的高温环境下具有高蠕变强度的耐热材料，开发出了一种含有Ni和Co，并且含有γ’相(Ni3Al)作为强化相的耐热合金。这样的耐热合金为例如Ni基合金的Alloy617、263及740等。但是，这些耐热合金的合金原料价格高。进而加工性低，因此制造成本也变高。因此，日本特开2014-43621号公报(专利文献3)和日本特开2013-227644号公报(专利文献4)中提出了比上述Ni基合金更低价且蠕变强度优异的耐热合金。专利文献3公开的奥氏体系耐热合金具有如下化学组成：以质量％计含有C：小于0.02％、Si：2％以下、Mn：2％以下、Cr：15～26％、Ni：20～35％、Al：0.3％以下、P：0.04％以下、S：0.01％以下及N：0.05％以下，同时含有选自Ti：3.0％以下(包括0％)、V：3.0％以下(包括0％)、Nb：小于2.3％(包括0％)及Ta：2.0％以下(包括0％)中的一种以上，并且满足由f1＝2Ti+2V+Nb+(1/2)Ta表示的f1为1.5～6.0，余量为Fe和杂质。专利文献3中记载了上述奥氏体系耐热合金基于拉夫斯相和γ’相的析出强化而具有优异的高温强度和韧性。专利文献4中公开的奥氏体系耐热合金具有如下化学组成：以质量％计含有C：小于0.02％、Si：0.01～2％、Mn：2％以下、Cr：20％以上且小于28％、Ni：超过35％且为50％以下、W：2.0～7.0％、Mo：小于2.5％(包括0％)、Nb：小于2.5％(包括0％)、Ti：小于3.0％(包括0％)、Al：0.3％以下、P：0.04％以下、S：0.01％以下及N：0.05％以下，余量为Fe和杂质，进而，由f1＝1/2W+Mo表示的f1为1.0～5.0，由f2＝1/2W+Mo+Nb+2Ti表示的f2为2.0～8.0，且由f3＝Nb+2Ti表示的f3为0.5～5.0。专利文献4中记载了上述奥氏体系耐热合金基于拉夫斯相和γ’相的析出强化而具有优异的高温强度和韧性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平02-115348号公报专利文献2：日本特开平07-316751号公报专利文献3：日本特开2014-43621号公报专利文献4：日本特开2013-227644号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题但是，在专利文献3和4的耐热合金这种利用了拉夫斯相和γ'相的强化机理的合金的情况下，存在长时间时效后的蠕变强度和韧性降低的情形。本专利技术的目的在于提供一种即使在高温环境下也具有高蠕变强度和高韧性的奥氏体系耐热合金。用于解决问题的方案本实施方式的奥氏体系耐热合金具有以下的化学组成：以质量％计含有C：0.03％～小于0.25％、Si：0.01～2.0％、Mn：2.0％以下、Cr：10％～小于30％、Ni：超过25％且为45％以下、Al：超过2.5％且小于4.5％、Nb：0.2～3.5％、N：0.025％以下、Ti：0～小于0.2％、W：0～6％、Mo：0～4％、Zr：0～0.1％、B：0～0.01％、Cu：0～5％、稀土元素：0～0.1％、Ca：0～0.05％、以及Mg：0～0.05％，余量为Fe和杂质，杂质中的P和S分别为P：0.04％以下以及S：0.01％以下。组织中，圆当量直径为6μm以上的析出物的总体积率为5％以下。此处，析出物是指例如碳化物、氮化物、NiAl及α-Cr。专利技术的效果本实施方式的奥氏体系耐热合金即使在高温环境下也具有长时间的高温强度和优异的韧性。具体实施方式本专利技术人等对700℃以上的高温环境(以下简称为高温环境)下的奥氏体系耐热合金的蠕变强度和韧性进行了调查和研究，得到了如下见解。如上所述，含有拉夫斯相、Ni3Al等γ’相的耐热合金在高温环境下具有高蠕变强度。但是，这些析出相在高温环境下长时间使用时会粗大化，因此，耐热合金的蠕变强度和韧性降低。另一方面，在高温环境下使用耐热合金的过程中，如果可以使碳化物、氮化物、NiAl、α-Cr等析出物微细地分散析出，则即使长时间使用也能够维持高蠕变强度和高韧性。这些析出物通过覆盖晶界来提高晶界强度。进而，若这些析出物在晶粒内析出，则耐热合金的变形阻力提高，蠕变强度增大。为了利用上述微细的析出物提高蠕变强度和韧性，如下述那样对使用前的耐热合金的组织进行控制。[圆当量直径为6μm以上的析出物的量的限制]铸造耐热合金后的凝固组织中存在碳化物、氮化物、NiAl、α-Cr等析出物(以下简称为析出物)。这些析出物生成于枝晶间存在的溶质元素富集而成的液相中。这些析出物通常具有粗大的形状，不均匀地分散在组织中。因此，耐热合金的韧性降低。进而，即使实施固溶热处理，这些析出物也难以固溶，容易以粗大的状态残留。如果这些析出物粗大地残留在耐热合金中，则在高温环境下的使用中难以形成微细的析出物。因此，优选耐热合金中的粗大的析出物的总体积率尽可能低。耐热合金的组织中，若圆当量直径为6μm以上的析出物(以下称为粗大析出物)的总体积率为5％以下，则在高温环境下使用耐热合金时，也能够析出充分的量的微细析出物，得到高的蠕变强度和韧性。为了使组织中的粗大析出物的总体积率为5％以下，使耐热合金中的C含量小于0.25％。进而，使热锻时的截面减少率为30％以上。此时，粗大析出物会通过热锻均匀地分散。因此，在后续工序中的固溶热处理时，可以使析出物固溶，粗大析出物的总体积率变为5％以下。基于以上见解而完成的本实施方式的奥氏体系耐热合金具有以下的化学组成：以质量％计含有C：0.03％～小于0.25％、Si：0.01～2.0％、Mn：2.0％以下、Cr：10％～小于30％、Ni：超过25％且为45％以下、Al：超过2.5％且小于4.5％、Nb：0.2～3.5％、N：0.025％以下、Ti：0～小于0.2％、W：0～6％、Mo：0～4％、Zr：0～0.1％、B：0～0.01％、Cu：0～5％、稀土元素：0～0.1％、Ca：0～0.05％、以及Mg：0～0.05％，余量为Fe和杂质，杂质中的P和S分别为P：0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种奥氏体系耐热合金，其特征在于，具有以下的化学组成：以质量％计含有C：0.03％～小于0.25％、Si：0.01～2.0％、Mn：2.0％以下、Cr：10％～小于30％、Ni：超过25％且为45％以下、Al：超过2.5％且小于4.5％、Nb：0.2～3.5％、N：0.025％以下、Ti：0～小于0.2％、W：0～6％、Mo：0～4％、Zr：0～0.1％、B：0～0.01％、Cu：0～5％、稀土元素：0～0.1％、Ca：0～0.05％、以及Mg：0～0.05％，余量为Fe和杂质，杂质中的P和S分别为P：0.04％以下、以及S：0.01％以下，组织中，圆当量直径为6μm以上的析出物的总体积率为5％以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.05 JP 2016-0003751.一种奥氏体系耐热合金，其特征在于，具有以下的化学组成：以质量％计含有C：0.03％～小于0.25％、Si：0.01～2.0％、Mn：2.0％以下、Cr：10％～小于30％、Ni：超过25％且为45％以下、Al：超过2.5％且小于4.5％、Nb：0.2～3.5％、N：0.025％以下、Ti：0～小于0.2％、W：0～6％、Mo：0～4％、Zr：0～0.1％、B：0～0.01％、Cu：0～5％、稀土元素：0～0.1％、Ca：0～0.05％、以及Mg：0～0.05％，余量为Fe和杂质，杂质中的P和S分别为P：0.04％以下、以及S：0.01％以下，组织中，圆当量直径为6μm以上的析出物的总体积率为5％以下。2.根据权利要求1所述的奥氏体系耐热合金，其特征在于，所述化学组成含有选...

【专利技术属性】
技术研发人员：河内礼文，真木纯，西山佳孝，
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