[发明专利]奥氏体系耐热合金以及由该合金构成的耐热耐压构件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种与以往的耐热合金相比具有非常高的高温强度而且在长时间使用后韧性优良，并且热加工性也优良的奥氏体系耐热合金以及由该合金构成的耐热耐压构件及其制造方法。具体而言，涉及一种在发电用锅炉、化学工业用设备(plant)等中作为管材、耐热耐压构件的板材、棒材、锻造品等所使用的高温强度、特别是蠕变断裂强度优良且由于具有高组织稳定性而在长时间使用后韧性优良，并且热加工性、特别是在1150℃以上的条件下的高温延展性被显著改善了的含有28～38质量％的Cr的奥氏体系耐热合金以及由该合金构成的耐热耐压构件及其制造方法。

背景技术

以往，对于在高温环境下所使用的锅炉、化学设备等，一直使用SUS304H、SUS316H、SUS321H、SUS347H等所谓的“18-8系奥氏体不锈钢”来作为装置用材料。

但是，近年来，高温环境下的装置的使用条件明显变得过于严格，与之相应地对使用材料的性能要求变严格，而形成采用以往一直所使用的上述18-8系奥氏体不锈钢时高温强度、其中也包括蠕变断裂强度明显不足的状况。因此，开发出通过含有适量的各种元素而改善了蠕变断裂强度的奥氏体系不锈钢。

另一方面，最近，例如在火力发电用锅炉的领域，推行出将以往最高也就600℃左右的蒸汽温度提高到700℃以上的计划。而且，在该情况下，由于所使用的构件的温度远远超出700℃，因此即使采用上述新开发出的奥氏体系不锈钢，蠕变断裂强度和耐腐蚀性也不够。

通常，提高钢中的Cr含有量对改善耐腐蚀性有效。但是，提高Cr含有量的情况下，例如含有25质量％左右的Cr的SUS 310S所表现出的那样，600～800℃的蠕变断裂强度甚至比18-8系不锈钢还低而且还产生由于δ相析出而引起韧性变差。而且，即使提高Cr含有量，25质量％左右还无法在严酷的腐蚀环境下确保足够的耐腐蚀性。

因此，在专利文献1～7中公开了提高Cr和Ni的含有量且含有Mo和W中的一种以上，而谋求了提高作为高温强度的蠕变断裂强度的耐热合金。

而且，对于对高温强度特性的越来越高的要求、特别是对蠕变断裂强度的要求，在专利文献8中公开了以质量％计含有28％～38％的Cr、30％～50％的Ni的耐热合金，另外，在专利文献9～14中公开了以质量％计含有28％～38％的Cr、35％～60％的Ni的耐热合金。在上述专利文献8～14中提出的耐热合金都是活用以Cr为主体的体心立方结构的α-Cr相析出，而实现了进一步改善蠕变断裂强度的耐热合金。

专利文献1：日本特开昭60-100640号公报

专利文献2：日本特开昭61-174350号公报

专利文献3：日本特开昭61-276948号公报

专利文献4：日本特开昭62-63654号公报

专利文献5：日本特开昭64-55352号公报

专利文献6：日本特开平2-200756号公报

专利文献7：日本特开平3-264641号公报

专利文献8：日本特开平7-34166号公报

专利文献9：日本特开平7-70681号公报

专利文献10：日本特开平7-216511号公报

专利文献11：日本特开平7-331390号公报

专利文献12：日本特开平8-127848号公报

专利文献13：日本特开平8-218140号公报

专利文献14：日本特开平10-96038号公报

在上述专利文献1～7中所公开的耐热合金在蒸汽温度竟达到700℃以上的严酷环境下未必能够得到足够高的蠕变断裂强度。

另外，即使有了在专利文献8～14中所公开的耐热合金，也是不能说足够应对近年来所要求的高蠕变断裂强度的状况。而且，对于在专利文献8～14中所公开的耐热合金，根据其合金组成，往往会存在长时间使用后韧性不够的问题。而且，对于这些耐热合金，人们还期望进一步改善它们的热加工性、特别是1150℃以上高温条件下的热加工性。这是因为在使用热加工性差的材料制造无缝钢管时，多采用热挤压法来制管，但是若1150℃以上高温条件下的热加工性不足，则会因加工发热而引起材料内部温度比加热温度高，因此产生层裂(lamination)、破碎缺陷(fracture flaw)这样的缺陷。另外，若1150℃以上高温条件下的热加工性不足，则在利用曼内斯曼芯棒式无缝管轧机方式等穿轧机进行穿孔工序时也同样地会产生上述缺陷。

发明内容