[发明专利]奥氏体系耐热合金及其制造方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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