本发明专利技术涉及一种奥氏体系耐热合金，其含有C≤0.15%、Si≤2%、Mn≤3%、Ni：40~60%、Co：0.03~25%和Cr：15~低于28%；Mo≤12%和W<4%中的一种或者二者合计为0.1~12%；Nd：0.001~0.1%、B：0.0005~0.006%、N≤0.03%和O≤0.03%；以及Al≤3%、Ti≤3%和Nb≤3%中的一种以上，剩余部分由Fe和杂质构成，杂质中的P≤0.03%且S≤0.01%，且1≤4×Al+2×Ti+Nb≤12，此外P+0.2×Cr×B<0.035，该奥氏体系耐热合金的HAZ的耐焊接裂纹性和韧性两者均优异，此外，高温下的蠕变强度也优异。因此，可适合地用作发电用锅炉、化学工业成套设备等高温设备的材料。上述奥氏体耐热合金还可以含有特定量的Ca、Mg、La、Ce、Ta、Hf、Zr中的一种以上的元素。
【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合金。详细而言，涉及用于发电用锅炉、化学工业成套设备等高温设备的奥氏体系耐热合金，所述奥氏体系耐热合金耐焊接裂纹性和长时间使用后的HAZ的韧性两者均优异，此外高温下的蠕变强度也优异。
技术介绍
近年来，为了实现高效率化，全世界正在新建提高·蒸气的温度和压力的超临界压力锅炉。具体而言，还计划将迄今为止600°C左右的蒸气温度提高到650°C以上，进一步提高到700°C以上。这是基于，节能和资源的有效利用以及用于保护环境的降低CO2气体排放量已成为能源问题的解决课题之一，已成为重要的产业政策。并且也是由于，在燃烧化石燃料的发电用锅炉、化学工业用的反应炉等的情况下，效率高的超临界压力锅炉或反应炉是有利的。蒸气的高温高压化使由锅炉的过热器管和化学工业用的反应炉管以及作为耐热耐压部件的厚板和锻造品等形成的高温设备在实际操作时的温度上升至700°C以上。因此，要求在这种严苛环境下长期使用的材料不仅具有高温强度和高温耐腐蚀性，还要求其金属组织的长期稳定性、蠕变特性良好。因此，专利文献广3中公开了一种耐热合金，其提高了 Cr和Ni的含量，并且含有Mo和W的一种以上，以谋求提高作为高温强度的蠕变断裂强度。此外，针对对高温强度特性日益严格的要求，尤其对蠕变断裂强度的要求，专利文献4 7中公开了一种耐热合金，其按质量％计含有28 38%的Cr、35 60%的Ni，利用以Cr为主体的体心立方结构的α -Cr相的析出，以谋求进一步改善蠕变断裂强度。另一方面，专利文献8 11中公开了一种Ni基合金，其含有Mo和/或W以实现固溶强化，并含有Al和Ti,以利用属于金属间化合物的Y ’相、具体而言为Ni3(Al、Ti)的析出强化，从而在上述那样的严苛的高温环境下使用。另外，专利文献12中提出了一种高Ni奥氏体系耐热合金，其调整了 Al和Ti的添加范围，并使Y ’相析出，从而改善了蠕变强度。此外，专利文献13 16中公开了除了 Cr和Mo以外为了进一步实现高强度化而含有Co的Ni基合金。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开昭60-100640号公报专利文献2 :日本特开昭64-55352号公报专利文献3 :日本特开平2-200756号公报专利文献4 :日本特开平7-216511号公报专利文献5 :日本特开平7-331390号公报专利文献6 :日本特开平8-127848号公报专利文献7 :日本特开平8-218140号公报专利文献8 :日本特开昭51-84726号公报专利文献9 :日本特开昭51-84727号公报专利文献10 日本特开平7-150277号公报专利文献11 :日本特表2002-518599号公报 专利文献12 日本特开平9-157779号公报专利文献13 :日本特开昭60-110856号公报专利文献14 日本特开平2-107736号公报专利文献15 日本特开昭63-76840号公报专利文献16 :日本特开2001-107196号公报非专利文献非专利文献I :焊接学会编焊接/接合便览第2版(2003年，丸善株式会社)第948 950页
技术实现思路
专利技术要解决的问题前述专利文献f 14中公开了蠕变断裂强度得到改善的奥氏体系耐热合金，但没有从作为结构部件而进行组装时的“焊接性”的观点进行研究。例如在非专利文献I (焊接学会编焊接/接合便览第2版(2003年，丸善株式会社)第948、50页)中报告了 奥氏体系耐热合金一般通过焊接而组装在各种结构物上，在高温下使用，但若增加合金元素量，则存在焊接施工时在焊接热影响部(以下称为“HAZ”)、尤其是在与熔融边界邻接的HAZ处产生裂纹的问题。需要说明的是，关于上述与熔融边界邻接的HAZ处产生裂纹的原因，虽然提出了起因于晶界析出相或起因于晶界偏析等各种观点，但其机理尚未完全明确。像这样，在奥氏体系耐热合金中，虽然很早以前就认识到焊接时的HAZ的裂纹成为问题这一问题，但由于机理尚未充分阐明，因此，尚未确立其对策，尤其是尚未确立从材料方面考虑的对策。尤其是，在所提出的众多奥氏体系耐热合金中研究了 随着高强度化而含有多种合金元素，并且，在近年来计划的高效率锅炉中，在以主蒸气管为代表的厚壁部件和以水冷壁管为代表的形状复杂的部件等力学要求严格的部位使用这些奥氏体系耐热合金，存在HAZ处产生的裂纹变得更明显化的倾向。此外，在考虑适用于这种厚壁大直径部件的情况下，要求在停机时HAZ也具有充分的低温韧性。HAZ的韧性随着合金元素量的增加而降低，尤其是在添加了 Al、Ti和Nb的材料中，长时间使用后HAZ的韧性显著降低。另一方面，前述的专利文献15中虽然提及了 HAZ的裂纹，但如上所述，对于在力学要求严格的部位上的适用仍留有不安。此外，虽然描述了焊接金属的韧性，但没有考虑到HAZ的韧性。因此，尤其是适用于主蒸气管等厚壁部件时的HAZ性能仍留有问题。另外，专利文献16中虽然提及了焊接金属中发生的再热裂纹和焊接金属的韧性，但完全没有提到HAZ的性能。本专利技术是鉴于上述现状而进行的，其目的在于提供高温下使用的设备中使用的、HAZ的耐焊接裂纹性和韧性两者均优异、且高温下的蠕变强度也优异的奥氏体系耐热合金。需要说明的是，“耐焊接裂纹性优异”具体是指对HAZ的液化裂纹的抵抗性优异。用于解决问题的方案本专利技术人等为了解决前述问题，对HAZ处产生的裂纹和韧性降低的原因进行了详细调查。结果可知，特别是如本专利技术那样，在含有B作为必需元素来确保蠕变强度的合金中，为了防止焊接时的HAZ裂纹且减轻长时间使用后的HAZ的韧性降低，采用以下手段是有效的··(I)根据Cr的含量将P和B的含量限制在规定的范围内，(2)含有可有效地除去P的危害的Nd。进而，本专利技术人等对焊接中的HAZ处产生的裂纹部进行了详细调查。结果确认了下述[I] [3]的事项[I]裂纹在与熔融边界接近的HAZ的晶界上发生。[2]在HAZ处产生的裂纹断裂面发现了熔融痕迹，断裂面上发生了 P和B的浓集，尤其是B的显著浓集。另外，根据以上所述，以下，有时将焊接中发生的HAZ的裂纹称为“HAZ的液化裂纹”。[3]B对HAZ的液化裂纹的影响程度受合金中含有的Cr的量的影响，Cr含量越多，则B的不良影响变得越显著。另一方面，本专利技术人等对长时间时效后的HAZ部的韧性也进行了详细调查。结果确认了下述[4] [7]的事项。[4]在与熔融边界邻接的HAZ处韧性的降低显著。[5]冲击试验后的断裂面中观察到了许多晶界破坏的部分。[6]在晶界断裂面上发现了 P和B的浓集，在韧性降低显著的HAZ中，P的浓集显著，与此相对，在韧性降低缓慢的HAZ中，B的浓集显著。[7]在P和B的含量基本相等时，长时间加热后的韧性的降低程度轻微，但存在Cr含量越少该韧性的降低越大的倾向。从上述[I] [7]的事项可以判明，焊接中HAZ处产生的裂纹和长时间使用后的韧性的降低与晶界中存在的P和B紧密相关。而且，还暗示了 Cr对上述的裂纹和韧性的降低有间接影响。本专利技术人等推测，上述现象是基于以下的机理而发生的。g卩，P和B通过焊接中的热周期而向熔融边界附近的HAZ的晶界偏析。由于向晶界偏析的P和B均是使晶界的熔点降低的元素，因此，焊接中，晶界局部性地熔融，该熔融部位由于焊接热应力而开口，从而发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.10 JP 2009-2799821.一种奥氏体系耐热合金，其特征在于，其按质量％计含有 C 0. 15% 以下、Si 2% 以下、Mn 3% 以下、Ni :40^60%,Co 0. 03 25% 和 Cr 15% 以上且低于28%，以及 Mo 12%以下和W :低于4%中的一种或者二者合计为O. I 12%，以及 Nd :0. 001 O. 1%、B :0. 0005 O. 006%、N :0. 03% 以下和 O :0. 03% 以下，以及 Al 3%以下、Ti 3%以下和Nb 3%以下中的ー种以上， 剩余部分由Fe和杂质构成，杂质中的P和...
【专利技术属性】
技术研发人员：平田弘征，冈田浩一，仙波润之，小川和博，伊势田敦朗，吉泽满，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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