[发明专利]Ni基耐热合金

说明书

技术领域

本发明涉及Ni基耐热合金。更具体地涉及在发电用锅炉、化工用设备等中用作管材、耐热耐压部件的厚板、棒材、锻造品等的、热加工性和长时间使用后的韧性和延性优异的高强度Ni基耐热合金。

背景技术

近年来，为了实现高效率化，提高了蒸气的温度和压力的超临界压力锅炉的新建在全世界得到了推行。

具体而言，计划将迄今600℃左右的蒸气温度提高到650℃以上，进一步提高到700℃以上。这是基于，节能与资源的有效利用以及为了保护环境而削减CO₂气体排出量成为解决能源问题的手段之一，并且成为重要的产业政策。而且因为，在燃烧化石燃料的发电用锅炉和化工用的反应炉等情况下，效率高的超临界压力锅炉和反应炉是有利的。

蒸气的高温高压化是使锅炉的过热器管和化工用的反应炉管以及作为耐热耐压部件的厚板和锻造品等实际运转时的温度上升到700℃以上。因此，对在这种严酷的环境下长期使用的合金不仅要求高温强度和高温耐蚀性，而且要求金相组织的长期稳定性、蠕变断裂延性和耐蠕变疲劳特性良好。

此外，在长期使用后的修补等维护中，需要对老化的材料进行切断、加工、焊接等作业，最近不仅对作为新材料的特性，而且对老旧材料的健全性也有很强的要求。

对于上述严格要求而言，奥氏体不锈钢等Fe基合金的蠕变断裂强度不足。因此，不可避免要使用利用γ’相等的析出的Ni基合金。

因此，专利文献1～8中公开了在上述严酷的高温环境下使用的Ni基合金，其通过含有Mo和/或W而实现固溶强化，并且通过含有Al和Ti而有效利用作为金属间化合物的γ’相、具体而言Ni₃(Al、Ni)的析出强化。

上述之中，专利文献4～6的合金由于含有28%以上的Cr，因此具有bcc结构的α-Cr相也大量析出而有助于强化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭51-84726号公报

专利文献2：日本特开昭51-84727号公报

专利文献3：日本特开平7-150277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8-127848号公报

专利文献6：日本特开平8-218140号公报

专利文献7：日本特开平9-157779号公报

专利文献8：日本特表2002-518599号公报

发明内容

发明要解决的问题

上述专利文献1～8中公开的Ni基合金由于γ’相析出、或者γ’相和α-Cr相析出，因此延性比现有的奥氏体钢等低，尤其是长期使用时，发生老化使延性和韧性与新材料相比大大降低。

另外，在长期使用后的定期检查、因使用中的事故和故障而进行的维护作业中，必须切下有故障的一部分材料并更换为新材料，该情况下必须与继续使用的老旧材料焊接。另外，根据状况还需要进行部分弯曲加工等。

然而，专利文献1～8中，在抑制上述长期经年使用所伴有的材料的劣化方面没有公开任何对策。即，专利文献1～8中，对于处在过去设备所未曾经受的高温和高压环境下的现有大型设备如何抑制老化、保证材料安全且可靠这方面完全没有进行研究。

本发明是鉴于上述现状而做出的，其目的是提供一种Ni基耐热合金，其是通过固溶强化和γ’相的析出强化而提高蠕变断裂强度的Ni基合金，实现了高温长期使用后的延性的飞跃性提高，可以避免在补焊等中成为问题的SR裂纹（SR crack，消除内应力退火裂纹）等。

用于解决问题的方案

本发明人等针对利用γ’相的析出强化的Ni基合金（以下称为“γ’强化型Ni基合金”）的高温长期使用后的延性提高和防止SR裂纹进行了调查。结果获得了下述(a)的重要见解。

(a)为了实现γ’强化型Ni基合金的高温长期使用后的延性提高和防止SR裂纹，含有Nd是有效的。

由此进一步进行了各种调查，结果获得了下述(b)～(e)的见解。

(b)平均晶体粒径和晶粒内的强化程度也是提高延性和防止SR裂纹的重要指标。

(c)晶粒内的强化程度可以由与Ni一起构成γ’相的γ’相稳定化元素Al、Ti和Nb的量来定量化。

(d)为了提高延性和防止SR裂纹而应含有的必要最小限度的Nd量根据平均晶体粒径和晶粒内的强化程度而发生变化。