專利名稱：Ni基耐熱合金的制作方法
N=基耐熱合金技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及Ni基耐熱合金。具體涉及熱加工性和長時間使用后的延展性和韌性優(yōu)異的高強度的Ni基耐熱合金，所述Ni基耐熱合金在發(fā)電用鍋爐1化學工業(yè)用設(shè)備等中可用作管材1耐熱耐壓部件的厚板1棒材1鍛造品等。
背景技術(shù)：
近年來，世界上正在新建提高了蒸氣的溫度和壓力以提高效率的超超臨界壓鍋爐。具體而言，正計劃將迄今為止為600℃前后的蒸氣溫度提高至650℃以上1進而．700℃以上。這基于如下因素節(jié)能和資源的有效利用1以及用于環(huán)境保全的C。，氣體排出量削減成為能源問題的待解決課題之一，成為重要的產(chǎn)業(yè)政策。而且這是由于，在燃燒化石燃料的發(fā)電用鍋爐1化學工業(yè)用的反應(yīng)爐等的情況下，效率高的超超臨界壓鍋爐1反應(yīng)爐是有利的。
就蒸氣的高溫高壓化而言，將鍋爐的過熱器管及化學工業(yè)用的反應(yīng)爐管1以及作為耐熱耐壓部件的厚板及鍛造品等在實際運作時的溫度提高至700℃以上。因此，對于在這樣嚴酷的環(huán)境中長期使用的材料，不僅要求高溫強度以及高溫耐蝕性良好，而且要求金屬織構(gòu)長期穩(wěn)定1蠕變斷裂延展性和耐蠕變疲勞特性良好。
進一步，在長期使用后的補修等維修方面，需要對長期經(jīng)年變化了的材料進行切斷1加工1焊接等作業(yè)，最近不僅要求作為新材料的特性，而且強烈要求作為舊材料的健全性。另外，作為實用材料也強烈要求熱加工性的改善。
對于上述的嚴酷的要求，奧氏體不銹鋼等Fe基合金的蠕變斷裂強度不足。因此，活用了Y’相等的析出的Ni基合金的使用便不可避免。
因此，專利文獻l一8中公開了如下Ni基合金，其含有M。和／或w而謀求固溶強化，并且通過含有Al及Ti而活用作為金屬間化合物的Y’相(具體而言為Ni，(Al1Ti))的析出強化，從而在上述那樣的嚴酷的高溫環(huán)境下使用。進一步，在專利文獻4—6中，由于含有28％以上的Cr，因此具有bCC結(jié)構(gòu)的。一Cr相也大量地析出。
現(xiàn)直拄丞文獻
左王0文獻
專利文獻l日本特開昭5卜84726號公報
專利文獻2日本特開昭5卜84727號公報
專利文獻3日本特開平7一150277號公報
專利文獻4日本特開平7—216511號公報
專利文獻5日本特開平8一127848號公報
專利文獻6日本特開平8—218140號公報
專利文獻7日本特開平9一157779號公報
專利文獻8日本特表2002—518599號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題就前述的專利文獻1 8公開的Ni基合金而言，由于Y，相、α -Cr相析出，因此延展性比以往的奧氏體鋼等低，特別是，在長期使用的情況下，產(chǎn)生經(jīng)年變化，因而延展性和韌性相比于新材料而言便大大地降低。另外，在因長期使用后的定期檢查、使用中的事故以及不良現(xiàn)象而進行的維修作業(yè)方面，必須切出具有不良現(xiàn)象的一部分材料而更換為新材料，在此情況下，必須與繼續(xù)使用的舊材料焊接。另外，根據(jù)狀況，也需要部分性地進行彎曲加工等。此時，延展性和韌性已經(jīng)降低的經(jīng)年使用材料產(chǎn)生焊接裂紋、加工裂紋，不但產(chǎn)生施工上的不良現(xiàn)象，而且如果重新繼續(xù)使用，那么在設(shè)備的運轉(zhuǎn)中可能發(fā)生破裂等重大的事故。然而，專利文獻1 8中，對于抑制上述的長期經(jīng)年使用所伴隨的材料的劣化沒有公開任何的對策。即，專利文獻1 8中，針對處于過去的設(shè)備中遇不到的高溫 高壓的環(huán)境下的近來的大型設(shè)備，關(guān)于如何抑制長期經(jīng)年劣化、保證安全且具有可靠性的材料，完全沒有研究。而且，近年來，為了通過提高加熱溫度而使得變形阻力高的Ni基合金容易熱加工，即便提高得很少；進而，為了抑制由于利用熱擠出法進行制管時的加工放熱導(dǎo)致材料的內(nèi)部溫度高于加熱溫度而引起的分層裂紋、斑痕缺陷這樣的缺陷的產(chǎn)生，要求進一步改善 Ni基的耐熱合金的零延展性溫度及熱加工性。然而，專利文獻1 8中公開的技術(shù)，對于這樣的要求也無法充分應(yīng)對。本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而進行的，目的在于提供一種Ni基耐熱合金，其為通過固溶強化以及Y ’相的析出強化而提高蠕變斷裂強度的合金，就所述合金而言，謀求進一步的高強度化和在高溫下長期使用后的延展性和韌性的飛躍性提高，并且亦改善了熱加工性。用于解決問題的方案本發(fā)明人等為了解決前述的課題，首先，使用以各種量含有Al及Ti而能活用Y， 相的析出強化的各種M基合金，對蠕變斷裂強度和斷裂延展性、熱加工性等進行了調(diào)查。 其結(jié)果，獲得了下述(a) (d)的認識。(a)以往，如專利文獻1、專利文獻7中公開的那樣，在Ni基合金中，含有Mo和/ 或W作為固溶強化元素，根據(jù)兩者的原子量，認為以質(zhì)量％計以[Mo = 0.5XW]的比例關(guān)系可獲得大致同等的效果，以[MO+0.5XW]式所示的所謂“Mo當量”進行成分調(diào)整。然而，即使是相同Mo當量，對于1150°C左右以上的所謂“高溫側(cè)”的熱加工性和零延展性溫度而言， 含有W也可獲得良好的特性。因此，從高溫側(cè)的熱加工性的觀點考慮，含有W是有利的。(b) Mo及W也固溶于通過含有Al及Ti而析出的Y，相中，但是即使是相同Mo當量，W也較多地固溶于γ ’相中，從而抑制長時間使用中的Y ’相的粗大化。因此，從在高溫長時間側(cè)穩(wěn)定地確保高的蠕變斷裂強度這樣的觀點考慮，含有W也是有利的。(c)雖然是在專利文獻1、專利文獻7中被認為[Mo = 0. 5XW]時可獲得大致同等的效果的兩元素，但是從上述(a)、(b)的觀點考慮，通過含有以質(zhì)量％計超過5%的量的W 作為必需元素，可同時提高高溫側(cè)的熱加工性和蠕變斷裂強度。(d)如果將具有氧化皮膜的密接性提高效果以及熱加工性的改善效果的Nd與具有晶界強化作用的B進行復(fù)合而含有，并將[Nd+13.4XB]式所示的值控制在特定的范圍， 則可飛躍性地提高蠕變斷裂強度和斷裂延展性、以及在1000°C左右以下的所謂“低溫側(cè)”的熱加工性。因此接著，本發(fā)明人等使用溫度為700°C以上且1萬小時以上的長時間蠕變斷裂試驗材料以及進行了同樣的長時間時效試驗的各種材料，對M基耐熱合金的長期經(jīng)年使用所伴隨的劣化進行了詳細研究。其結(jié)果，獲得了下述(e)和(f)的重要的認識。(e)在熔化工序中混入的雜質(zhì)(具體而言是Sn、Pb、Sb、Zn以及As)對高溫長時間加熱后的延展性和韌性、即長期舊材料的加工性造成重要的影響。因此，為了抑制長期經(jīng)年劣化，將上述各元素的含量限制在特定的范圍是有效的。(f)為了飛躍性地提高高溫長時間加熱后的延展性和韌性，必要條件是將上述 (e)的各元素含量限制在特定的范圍，并且將Sn和1 的含量之和設(shè)為0. 025%以下，而且將釙、Zn以及As的含量之和設(shè)為0.010%以下。本發(fā)明是基于完全沒有在專利文獻1 8中示出的上述的新認識而完成的，其要旨在于下述⑴ ⑶所示的Ni基耐熱合金。(1) 一種Ni基耐熱合金，其特征在于，以質(zhì)量％計，包含C :0. 以下、Si 以下、Mn 以下、Cr 以上且不足沘％、佝15%以下、W 超過5%并在20%以下、Al 超過0. 5%并在2%以下、Ti 超過0. 5%并在2%以下、Nd :0. 001 0. 1%、B :0. 0005 0. 01% ；余量由Ni及雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P、S、Sn、Pb、Sb、Zn以及As分別為，P :0. 03%以下、S 0. 01% 以下、Sn 0. 020% 以下、Pb :0. 010% 以下、Sb :0. 005% 以下、Zn :0. 005% 以下、 As 0. 005%以下；進而滿足下述⑴ (3)式。0. 015 ^ Nd+13. 4XB ^ 0. 13 (1)Sn+Pb 彡 0. 025(2)Sb+Zn+As ^ 0. 010(3)另外，各式中的元素符號表示該元素的以質(zhì)量％計的含量。(2)根據(jù)上述(1)所述的Ni基耐熱合金，其特征在于，以質(zhì)量％計，進一步含有 15%以下且滿足下述(4)式的Mo以及20%以下的Co中的1種以上。Mo+0. 5Xff ^ 18(4)另外，式中的元素符號表示該元素的以質(zhì)量％計的含量。(3)根據(jù)上述⑴或(2)所述的Ni基耐熱合金，其特征在于，以質(zhì)量％計，進一步含有屬于選自下述<1> <3>的組中的1個以上組的1種以上元素。<l>Nb :1. 0% 以下、V :1. 5% 以下、& :0. 2% 以下以及 Hf 以下<2>Mg :0. 05% 以下、Ca :0. 05% 以下、Y :0. 5% 以下、La :0. 5% 以下以及 Ce :0. 5% 以下<3>Ta 以下以及 Re 以下另外，作為余量的“Ni及雜質(zhì)”中的“雜質(zhì)”是指，在工業(yè)上制造Ni基耐熱合金時， 從作為原料的礦石、廢料或者環(huán)境等混入的物質(zhì)。發(fā)明效果本發(fā)明的Ni基耐熱合金為如下合金可實現(xiàn)比以往的Ni基耐熱合金進一步的高強度化，并且在高溫下長期使用后的延展性和韌性得到飛躍性提高，進而，進一步改善了零延展性溫度及熱加工性。因此，在發(fā)電用鍋爐、化學工業(yè)用設(shè)備等中可優(yōu)選用作管材、耐熱耐壓部件的厚板、棒材、鍛造品等。
具體實施例方式以下，對本發(fā)明的各技術(shù)特征進行詳細說明。另外，以下的說明中的各元素的含量的“％”是指“質(zhì)量％”。C :0.1% 以下C是對于形成碳化物而確保在高溫環(huán)境下使用時所必需的拉伸強度以及蠕變強度有效的元素，在本發(fā)明中適宜含有。然而，如果C的含量超過0. 1%，那么熔體化狀態(tài)下的未固溶碳化物量增加，從而不僅無助于高溫強度的提高，而且使韌性等機械性質(zhì)及焊接性劣化。因此，C的含量設(shè)為0. 以下。優(yōu)選為0.08%以下。另外，為了確實地獲得C的高溫強度提高效果，優(yōu)選C含量的下限設(shè)為0.005%，更優(yōu)選設(shè)為超過0.015%。更進一步優(yōu)選設(shè)為超過0. 025 %。Si:l% 以下Si作為脫氧元素而添加，但是如果其含量多、特別是超過1%，那么焊接性和熱加工性降低。進一步，由于促進ο相等金屬間化合物相的生成，因而高溫下的織構(gòu)的穩(wěn)定性劣化并且導(dǎo)致韌性和延展性的降低。因此，Si的含量為以下。優(yōu)選為0.8%以下，進一步優(yōu)選為0. 5%以下。在通過其它的元素而充分確保著脫氧作用的情況下，不需要特別地對 Si的含量設(shè)定下限。Mn:l% 以下就Mn而言，與Si同樣地具有脫氧作用，并且具有將合金中不可避免地含有的S固定為硫化物而改善熱加工性的作用。然而，如果Mn的含量多，那么促進尖晶石型氧化皮膜的形成，使高溫下的耐氧化性劣化。因此，Mn的含量設(shè)為以下。優(yōu)選為0.8%以下，進一步優(yōu)選為0.5%以下。Cr 15%以上且不足28%Cr是在耐氧化性、耐水蒸汽氧化性、耐高溫腐蝕性等耐蝕性改善方面發(fā)揮優(yōu)異的作用的重要元素。然而，如果其含量不足15%，那么無法獲得這些所希望的效果。另一方面，在本發(fā)明中，雖然通過含有Al及Ti而活用著金屬間化合物即Y’相的析出強化，但是 Cr的含量為以上時，如專利文獻4 6中那樣，α -Cr相析出，有可能會因過剩的析出物而導(dǎo)致長時間使用后的延展性、韌性的降低，進而熱加工性也劣化。因此，Cr的含量設(shè)為 15%以上且不足觀％。另外，Cr含量的優(yōu)選的下限為18%。另外，Cr含量優(yōu)選為27%以下，進一步優(yōu)選設(shè)為以下。Fe: 15% 以下Fe由于具有改善Ni基合金的熱加工性的作用，因此在本發(fā)明中適宜含有。然而， 如果狗的含量超過15%，那么耐氧化性、織構(gòu)穩(wěn)定性劣化。因此Je的含量設(shè)為15%以下。 重視耐氧化性的情況下的狗的含量優(yōu)選設(shè)為10%以下。W:超過5%且20%以下W是賦予本發(fā)明以特征的重要元素之一。即，W為固溶于基體且作為固溶強化元素而有助于提高蠕變斷裂強度的元素。W固溶于Y’相中，抑制高溫長時間蠕變中的Y’相的生長、粗大化，從而也具有體現(xiàn)穩(wěn)定的長時間蠕變斷裂強度的作用。進一步，就W而言，即使是相同Mo當量，相比于Mo而言，也具有如下特征[1]零延展性溫度高，特別是可確保1150°C左右以上的所謂“高溫側(cè)”的良好的熱加工性。[2]較多地固溶于Y，相中，能夠抑制長時間使用中的Y，相的粗大化，確保高溫長時間側(cè)的穩(wěn)定的高的蠕變斷裂強度。為了獲得上述的各效果，需要含有超過5%的量的W。然而，如果W的含量多、特別是超過20%，那么織構(gòu)穩(wěn)定性和熱加工性劣化。因此，W的含量設(shè)為超過5%并在20%以下。為了確實地獲得上述的W的效果，優(yōu)選含有超過6%的量的W。另外，W含量的上限優(yōu)選設(shè)為15%，更優(yōu)選設(shè)為12%。另外，在謀求進一步的固溶強化的情況下，或在重視1000°C左右以下的所謂“低溫側(cè)”的織構(gòu)穩(wěn)定性的情況下，也可在上述范圍的W的基礎(chǔ)上，一邊確認與熱加工性的平衡一邊結(jié)合考慮后述的量的Mo而含有W。在也含有Mo的情況下，就W的含量而言，在限制為上述的“超過5 %并在20 %以下”的范圍的基礎(chǔ)上，需要滿足Mo含量與W的含量的一半之和、亦即[MO+0.5XW]式所示的值為18%以下。Al 超過0.5%并在2 %以下Al在Ni基合金中，作為金屬間化合物即、，相而析出，具體而言作為Ni3Al而析出，是顯著提高蠕變斷裂強度的重要元素。為了獲得此效果，需要含有超過0.5%的量的 Al。然而，如果Al的含量超過2%那么熱加工性降低，熱鍛造、熱制管等加工變難。因此， Al的含量設(shè)為超過0.5%并在2%以下。另外，Al含量的下限優(yōu)選設(shè)為0. 8%，更優(yōu)選設(shè)為0. 9%。另外，Al含量的上限優(yōu)選設(shè)為1.8%，更優(yōu)選設(shè)為1.7%。Ti 超過0.5%并在2 %以下Ti在Ni基合金中，與Al —同形成作為金屬間化合物的Y’相，具體而言形成 Ni3(Al, Ti)，是顯著提高蠕變斷裂強度的重要的元素。為了獲得此效果，需要含有超過 0. 5%的量的Ti。然而，如果Ti的含量多而超過2%，那么熱加工性降低，熱鍛造、熱制管等加工變難。因此，Ti的含量設(shè)為超過0.5%并在2%以下。另外，Ti含量的下限優(yōu)選設(shè)為0. 8%，更優(yōu)選設(shè)為1. 1%。另外，Ti含量的上限優(yōu)選設(shè)為1.8%，如果設(shè)為1.7%那么更優(yōu)選。Nd :0. 001 0.Nd是與后述的B—同賦予本發(fā)明以特征的重要元素。S卩，Nd是具有氧化皮膜的密接性提高效果以及熱加工性的改善效果的元素，如果在與B復(fù)合含有的基礎(chǔ)上，滿足后述的(1)式，則具有飛躍性地提高本發(fā)明的Ni基耐熱合金的蠕變斷裂強度和斷裂延展性以及在1000°C左右以下的所謂“低溫側(cè)”的熱加工性的效果。為了發(fā)揮上述的效果，需要 0.001%以上的Nd含量。另一方面，如果Nd的含量變?yōu)檫^剩、特別是超過0. 1%，那么反而熱加工性劣化。因此，Nd的含量設(shè)為0. 001 0. 1 %。另外，Nd含量的下限優(yōu)選設(shè)為0.003%，更優(yōu)選設(shè)為0.005%。另外，Nd含量的上限優(yōu)選設(shè)為0. 08 %，更優(yōu)選設(shè)為0. 06 %。
B :0· 0005 0. 01%B是與前面所述的Nd —同賦予本發(fā)明以特征的重要元素。即，B是具有晶界強化作用的元素，如果在與Nd復(fù)合含有的基礎(chǔ)上，滿足后述的(1)式，則具有飛躍性地提高本發(fā)明的Ni基耐熱合金的蠕變斷裂強度和斷裂延展性以及在1000°C左右以下的所謂“低溫側(cè)” 的熱加工性的效果。為了發(fā)揮上述的效果，需要0.0005%以上的B含量。另一方面，如果B 的含量變?yōu)檫^剩、特別是超過0.01%，那么焊接性劣化，而且熱加工性也反而劣化。因此，B 的含量設(shè)為0. 0005 0. 01 %。另外，B含量的下限優(yōu)選設(shè)為0.001%，更優(yōu)選設(shè)為0.002%。另外，B含量的上限優(yōu)選設(shè)為0. 008 %，更優(yōu)選設(shè)為0. 006 %。[Nd+13. 4XB]式所示的值0. 015 0. 13就本發(fā)明的Ni基耐熱合金而言，Nd以及B的含量需要分別處于上述的范圍，并且滿足下式。0. 015 ^ Nd+13. 4XB ^ 0. 13(1)這是因為，即使Nd及B的含量處于已經(jīng)敘述的范圍，但如果[Nd+13. 4XB]式所示的值低于0. 015，那么也無法確保飛躍性地提高本發(fā)明的Ni基耐熱合金的蠕變斷裂強度和斷裂延展性以及在1000°C左右以下的所謂“低溫側(cè)”的熱加工性的效果。另一方面是由于， [Nd+13. 4XB]式所示的值如果超過0. 13，那么“低溫側(cè)”、“高溫側(cè)”的熱加工性皆反而劣化， 有時焊接性也劣化。另外，[Nd+13. 4XB]式所示的值的下限優(yōu)選設(shè)為0. 020，更優(yōu)選設(shè)為0. 025。另外， 上述式所示的值的上限優(yōu)選設(shè)為0.11，更優(yōu)選設(shè)為0. 10。本發(fā)明的Ni基耐熱合金之一，是具有除上述元素之外余量由Ni和雜質(zhì)構(gòu)成的化學組成的Ni基耐熱合金。另外，必須如下述那樣限制雜質(zhì)中的P、S、Sn、Pb、Sb、Zn以及As 的含量。以下，首先，對P及S進行說明。P :0.03% 以下P作為雜質(zhì)而不可避免地混入于合金中，顯著降低焊接性和熱加工性。特別地，如果P的含量超過0. 03%，那么焊接性和熱加工性的降低變顯著。因此，P的含量設(shè)為0. 03% 以下。另外，優(yōu)選極力降低P的含量，優(yōu)選為0. 02%以下，進一步優(yōu)選為0. 015%以下。S :0.01% 以下S與P同樣地作為雜質(zhì)而不可避免地混入于合金中，顯著降低焊接性和熱加工性。 特別是，如果S的含量超過0.01%，那么焊接性和熱加工性的降低變顯著。因此，S的含量設(shè)為0.01%以下。另外，重視熱加工性的情況下，S含量優(yōu)選設(shè)為0. 005 %以下，進一步優(yōu)選設(shè)為 0. 003% 以下。接著，對Sn、Pb、Sb、Zn以及As進行說明。Sn :0.020% 以下Pb :0.010% 以下Sb :0.005% 以下Zn :0.005% 以下
As :0.005% 以下就Sn、Pb、Sb, Zn以及As而言，均是在熔化工序中混入的雜質(zhì)元素，引起高溫長時間加熱(溫度為700°C以上且1萬小時以上)后的延展性和韌性的顯著降低。因此，為了確保長期舊材料的彎曲加工、焊接性等良好的加工性，首先，需要將這些元素的含量分別限制為，Sn :0. 020% 以下、Pb :0. 010% 以下、Sb :0. 005% 以下、Zn :0. 005% 以下以及 As 0. 005% 以下。[Sn+Pb]式所示的值0· 025以下[Sb+Zn+As]式所示的值0. 010 以下就本發(fā)明的Ni基耐熱合金而言，Sn、Pb、Sb、Zn以及As的含量需要分別處于上述的范圍，并且滿足如下2個式子。Sn+Pb 彡 0.025 (2)Sb+Zn+As ^ 0. 010 (3)這是因為，即使Sn及1 的含量處于已經(jīng)敘述的范圍，但如果[Sn+Pb]式所示的值超過0. 025，那么無法抑制高溫長時間加熱后的延展性和韌性的顯著降低。同樣地，這是因為如果[Sb+Si+As]式所示的值超過0.010，那么無法抑制高溫長時間加熱后的延展性和韌性的顯著降低。另外，上述的兩個式子所示的值都是越小越優(yōu)選。以下，對本發(fā)明的Ni基耐熱合金的余量的Ni進行說明。Ni是使奧氏體織構(gòu)穩(wěn)定的元素，在本發(fā)明的M基耐熱合金中，也是確保耐蝕性的重要元素。另外，在本發(fā)明中，關(guān)于M的含量，不需特別規(guī)定，設(shè)為余量之中除了雜質(zhì)含量以外的量。然而，優(yōu)選余量中的Ni的含量超過50%，更優(yōu)選超過60%。本發(fā)明的Ni基耐熱合金之另一，是除了上述元素以外進一步含有選自Mo、Co、Nb、 V、Zr、Hf、Mg、Ca、Y、La、Ce、Ta及Re中的1種以上元素的Ni基耐熱合金。以下，對這些任意元素的作用效果和含量的限定理由進行說明。Mo 及 CoMo及Co中的任一個均具有固溶強化作用。因此，在想確保更大的固溶強化效果的情況下，可積極地添加，并以以下的范圍來含有。Mo:15% 以下Mo具有固溶強化作用。Mo也具有提高在1000°C左右以下的所謂“低溫側(cè)”的織構(gòu)穩(wěn)定性的作用。因此，在謀求進一步的固溶強化的情況下，或在重視“低溫側(cè)”的織構(gòu)穩(wěn)定性的情況下，也可含有Mo。然而，如果Mo的含量變多而超過15%，那么熱加工性顯著降低。 因此，添加的情況下的Mo的含量設(shè)為15%以下。另外，添加的情況下的Mo的含量優(yōu)選設(shè)為 12%以下，更優(yōu)選設(shè)為11%以下。另一方面，為了確實地獲得前述的Mo的效果，Mo含量的下限優(yōu)選設(shè)為3%，更優(yōu)選設(shè)為5%。[Mo+0. 5XW]式所示的值18以下添加、含有Mo的情況下，就本發(fā)明的Ni基耐熱合金而言，Mo的含量需要處于上述的范圍，并且滿足下式。Mo+0. 5Xff ^ 18 (4)
這是因為，即使W及Mo的含量處于已經(jīng)敘述的范圍，但如果[Mo+0. 5XW]式所示的值超過18，那么熱加工性也顯著降低。另外，[Mo+0. 5XW]式所示的值的上限優(yōu)選設(shè)為15，更優(yōu)選設(shè)為13。另外，W的含量為接近5%的值的情況下，上述式所示的值的下限為接近2. 5的值。Co:20% 以下Co由于具有固溶強化作用，具有固溶于基體而提高蠕變斷裂強度的作用，因而為了獲得這樣的效果而可含有Co。然而，如果Co的含量多而超過20%，那么熱加工性降低。 因此，添加的情況下的Co的含量設(shè)為20%以下。另外，Co的含量優(yōu)選為15%以下，更加優(yōu)選為13%以下。另一方面，為了確實地獲得前述的Co的效果，優(yōu)選含有超過5%的量的Co，更優(yōu)選含有7%以上的Co。另外，就上述的Mo及Co而言，可僅含有其中的任1種，或以2種的復(fù)合而含有。優(yōu)選這些元素的總計含量為27%以下。<l>Nb :1. 0% 以下、V :1. 5% 以下、& :0. 2% 以下以及 Hf 以下作為<1>組的元素的Nb、V、Zr以及Hf均具有提高蠕變斷裂強度的作用。因此，在想獲得更大的蠕變斷裂強度的情況下，可積極地添加，并以以下的范圍來含有。Nb :1.0% 以下Nb具有與Al及Ti 一同形成Y’相而提高蠕變斷裂強度的作用。因此，可為了獲得此效果而含有Nb。然而，如果Nb的含量超過1.0%，那么熱加工性和韌性降低。因此，添加的情況下的Nb的含量設(shè)為1. 0%以下。另外，Nb的含量優(yōu)選為0. 9%以下。另一方面，為了確實地獲得前述的Nb的效果，Nb含量的下限優(yōu)選設(shè)為0.05%，更優(yōu)選設(shè)為0.1%。V :1. 5% 以下V具有形成碳氮化物而提高蠕變斷裂強度的作用。因此，為了獲得此效果，也可含有V。然而，如果V的含量超過1.5%，那么起因于高溫腐蝕的產(chǎn)生和脆化相的析出，導(dǎo)致延展性和韌性劣化。因此，添加的情況下的V的含量設(shè)為1.5%以下。另外，優(yōu)選V的含量為以下。另一方面，為了確實地獲得前述的V的效果，V的含量優(yōu)選設(shè)為0. 02%以上，更優(yōu)選設(shè)為0. 04%以上。Zr :0. 2% 以下^ 為晶界強化元素，具有提高蠕變斷裂強度的作用。Ir也具有提高蠕變斷裂延展性的作用。因此，為了獲得這樣的效果，也可含有&。然而，如果^ 的含量超過0.2%，那么熱加工性降低。因此，添加的情況下的^ 的含量設(shè)為0.2%以下。另外，^ 的含量優(yōu)選設(shè)為ο. 以下，更優(yōu)選設(shè)為0. 05%以下。另一方面，為了確實地獲得前述的ττ的效果，&的含量優(yōu)選設(shè)為0. 005%以上，更優(yōu)選設(shè)為0.01%以上。Hf:l% 以下Hf由于主要具有通過有助于晶界強化而提高蠕變斷裂強度的作用，因而可為了獲得此效果而含有Hf。然而，如果Hf的含量超過1%，那么損害加工性和焊接性。因此，添加的情況下的Hf的含量設(shè)為以下。另外，Hf含量的上限優(yōu)選設(shè)為0.8%，更優(yōu)選設(shè)為 0. 5%。另一方面，為了確實地獲得前述的Hf的效果，Hf的含量優(yōu)選設(shè)為0.005%以上，更優(yōu)選設(shè)為0.01%以上。另外，上述的Nb、V、Zr以及Hf，可僅含有其中的任一種，或以2種以上的復(fù)合而含有。這些元素的總計含量優(yōu)選為2. 8%以下。<2>Mg :0. 05% 以下、Ca :0. 05% 以下、Y :0. 5% 以下、La :0. 5% 以下以及 Ce :0. 5% 以下作為<2>組的元素的Mg、Ca、Y、La以及Ce均具有將S固定為硫化物而提高熱加工性的作用。因此，在想獲得更良好的熱加工性的情況下，可積極地添加，并以以下的范圍來含有。Mg :0. 05% 以下Mg由于具有將有損熱加工性的S固定為硫化物而改善熱加工性的作用，因而可為了獲得此效果而含有Mg。然而，如果Mg的含量超過0.05%，那么清凈性降低，反而損害熱加工性和延展性。因此，添加的情況下的Mg的含量設(shè)為0.05%以下。另外，Mg含量的上限優(yōu)選設(shè)為0.02%，更優(yōu)選設(shè)為0.01%。另一方面，為了確實地獲得前述的Mg的效果，Mg含量的下限優(yōu)選設(shè)為0. 0005%, 更優(yōu)選設(shè)為0.001%。Ca :0. 05% 以下Ca由于具有將有損熱加工性的S固定為硫化物而改善熱加工性的作用，因而可為了獲得此效果而含有Ca。然而，如果Ca的含量超過0. 05%，那么清凈性降低，反而損害熱加工性和延展性。因此，添加的情況下的Ca的含量設(shè)為0.05%以下。另外，Ca含量的上限優(yōu)選設(shè)為0.02%，進一步優(yōu)選設(shè)為0.01%。另一方面，為了確實地獲得前述的Ca的效果，Ca含量優(yōu)選設(shè)為0. 0005%以上，更優(yōu)選設(shè)為0.001%以上。Y :0. 5% 以下Y具有將S固定為硫化物而改善熱加工性的作用。另外，Y具有改善合金表面的 Cr2O3保護皮膜的密接性、特別是改善反復(fù)氧化時的耐氧化性的作用，進一步也具有通過有助于晶界強化而提高蠕變斷裂強度以及蠕變斷裂延展性的作用。因此，可為了獲得這樣的效果而含有Y。然而，如果Y的含量超過0.5%，那么氧化物等夾雜物變多并損害加工性和焊接性。因此，添加的情況下的Y的含量設(shè)為0.5%以下。另外，Y含量的上限優(yōu)選設(shè)為0.3%， 更優(yōu)選設(shè)為0. 15%。另一方面，為了確實地獲得前述的Y的效果，其含量的下限優(yōu)選設(shè)為0. 0005%。Y 含量的更優(yōu)選的下限為0. 001%，進一步優(yōu)選的下限為0. 002%。La :0. 5% 以下La具有將S固定為硫化物而改善熱加工性的作用。另外，La具有改善合金表面的 Cr2O3保護皮膜的密接性、特別是改善反復(fù)氧化時的耐氧化性的作用，進一步具有通過有助于晶界強化而提高蠕變斷裂強度以及蠕變斷裂延展性的作用。因此，可為了獲得這樣的效果而含有La。然而，如果La的含量超過0.5%，那么氧化物等夾雜物變多并損害加工性和焊接性。因此，添加的情況下的La的含量設(shè)為0.5%以下。另外，La含量的上限優(yōu)選設(shè)為 0. 3%，進一步優(yōu)選設(shè)為0. 15%。另一方面，為了確實地獲得前述的La的效果，其含量的下限優(yōu)選設(shè)為0.0005%。 La含量的更優(yōu)選的下限為0. 001 %，進一步優(yōu)選的下限為0. 002%。Ce :0. 5% 以下Ce亦具有將S固定為硫化物而改善熱加工性的作用。另外，Ce具有改善合金表面的Cr2O3保護皮膜的密接性、特別是改善反復(fù)氧化時的耐氧化性的作用，進一步也具有通過有助于晶界強化而提高蠕變斷裂強度以及蠕變斷裂延展性的作用。因此，可為了獲得這樣的效果而含有Ce。然而，如果Ce的含量超過0. 5%，那么氧化物等夾雜物變多并損害加工性和焊接性。因此，添加的情況下的Ce的含量設(shè)為0.5%以下。另外，Ce含量的上限優(yōu)選設(shè)為0.3%，更優(yōu)選設(shè)為0. 15%。另一方面，為了確實地獲得前述的Ce的效果，其含量的下限優(yōu)選設(shè)為0.0005%。 Ce含量的更優(yōu)選的下限為0. 001%，進一步優(yōu)選的下限為0. 002%。另外，上述的Mg、Ca、Y、La以及Ce，可僅含有其中的任一種，或以2種以上的復(fù)合而含有。優(yōu)選這些元素的總計含量為0. 94%以下。作為<3>組的元素的Ta及Re均作為固溶強化元素，具有提高蠕變斷裂強度的作用。因此，在想獲得更加高的蠕變斷裂強度的情況下，可積極地添加，并以以下的范圍來含有。Ta:8% 以下Ta具有形成碳氮化物并且作為固溶強化元素而提高蠕變斷裂強度的作用。因此， 可為了獲得此效果而含有Ta。然而，如果Ta的含量超過8%，那么損害加工性和機械性質(zhì)。 因此，添加的情況下的Ta的含量設(shè)為8%以下。另外，Ta含量的上限優(yōu)選設(shè)為7%，更優(yōu)選設(shè)為6%。另一方面，為了確實地獲得Ta的前述的效果，Ta含量的下限優(yōu)選設(shè)為0.01%。Ta 含量的更優(yōu)選的下限設(shè)為0. 1%，進一步優(yōu)選的下限設(shè)為0. 5%。Re:8% 以下Re具有作為固溶強化元素而提高蠕變斷裂強度的作用。因此，可為了獲得此效果而含有Re。然而，如果Re的含量超過8%，那么損害加工性和機械性質(zhì)。因此，添加的情況下的Re的含量設(shè)為8%以下。另外，Re含量的上限優(yōu)選設(shè)為7%，進一步優(yōu)選設(shè)為6%。另一方面，為了確實地獲得Re的前述的效果，Re含量的下限優(yōu)選設(shè)為0.01%。Re 含量的更優(yōu)選的下限為0. 1%，進一步優(yōu)選的下限為0. 5%。另外，上述的Ta及Re，可僅含有其中的任1種，或以2種的復(fù)合而含有。這些元素的總計含量優(yōu)選為14%以下。就本發(fā)明的M基耐熱合金而言，對熔化中使用的原料實施縝密詳細的分析，特別是選擇了如下原料之后，使用電爐、AOD爐、VOD爐等進行熔煉，可以制造本發(fā)明的M基耐熱合金；就所述原料而言，雜質(zhì)中的Sn、Pb、Sb、Zn以及As的含量分別為前述的Sn :0. 020% 以下、Pb 0. 010%以下、Sb 0. 005%以下、Zn :0. 005%以下以及As :0. 005%以下；且滿足前述的⑵式及⑶式。以下，通過實施例來更具體說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不受限于這些實施例。
實施例使用高頻真空熔化爐來熔煉具有表1及表2所示的化學組成的奧氏體系的合金 1 15以及A N，獲得了 30kg的鑄錠。表1及表2中的合金1 15為化學組成處于本發(fā)明所規(guī)定的范圍內(nèi)的合金。另一方面，合金A N為化學組成偏離了本發(fā)明所規(guī)定的條件的比較例的合金。另外，合金F 和合金G都是Nd及B的各自含量處于本發(fā)明所規(guī)定的范圍內(nèi)但是[Nd+13.4XB]的值不滿足前述(1)式的合金。另外，合金M為Sn以及1 的各自含量處于本發(fā)明所規(guī)定的范圍內(nèi)但[Sn+Pb]的值不滿足前述( 式的合金。合金N為Sb、Zn以及As的各自含量處于本發(fā)明所規(guī)定的范圍內(nèi)但[Sb+Si+As]的值不滿足前述(3)式的合金。表1表權(quán)利要求
1.一種Ni基耐熱合金，其特征在于，以質(zhì)量％計，包含C :0. 以下、Si 以下、 Mn 以下、Cr 以上且不足沘％、佝15%以下、W 超過5%并在20%以下、Al 超過 0. 5%并在 2% 以下、Ti 超過 0. 5%并在 2% 以下、Nd :0. 001 0. 1%、B :0. 0005 0. 01%; 余量由Ni及雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P、S、Sn、Pb、Sb、Zn以及As分別為，P :0. 03%以下、S 0. 01% 以下、Sn 0. 020% 以下、Pb :0. 010% 以下、Sb :0. 005% 以下、Zn :0. 005% 以下、As 0.005%以下，進而滿足下述(1) (3)式，0. 015 ≤ Nd+13. 4XB ≤ 0. 13 (1)Sn+Pb ≤ 0. 025(2)Sb+Zn+As ≤ 0. 010(3)另外，各式中的元素符號表示該元素的以質(zhì)量％計的含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni基耐熱合金，其特征在于，以質(zhì)量％計，進一步含有15% 以下且滿足下述⑷式的Mo以及20%以下的Co中的1種以上，Mo+0. 5Xff ≤ 18(4)另外，式中的元素符號表示該元素的以質(zhì)量％計的含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的M基耐熱合金，其特征在于，以質(zhì)量％計，進一步含有屬于選自下述<1> <3>的組中的1個以上組的1種以上元素，<l>Nb :1. 0%以下、V :1. 5%以下、& 0. 2%以下以及Hf 以下<2>Mg :0. 05% 以下、Ca :0. 05% 以下、Y :0. 5% 以下、La :0. 5% 以下以及 Ce :0. 5% 以下<3>Ta 以下以及Re 以下。
全文摘要
一種Ni基耐熱合金，其包含C≤0.1％、Si≤1％、Mn≤1％、Cr15％以上且不足28％、Fe≤15％、W超過5％～20％、Al超過0.5％～2％、Ti超過0.5％～2％、Nd0.001～0.1％、B0.0005～0.01％，余量由Ni和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P、S、Sn、Pb、Sb、Zn以及As為P≤0.03％，S≤0.01％，Sn≤0.020％，Pb≤0.010％，Sb≤0.005％，Zn≤0.005％，As≤0.005％，進而滿足
、[Sn+Pb≤0.025]以及[Sb+Zn+As≤0.010]這3個式子；所述Ni基耐熱合金相比于以往的Ni基耐熱合金而言，可實現(xiàn)進一步的高強度化，并且在高溫下長期使用后的延展性和韌性得到飛躍性提高，還進一步改善了零延展性溫度及熱加工性，因此，在發(fā)電用鍋爐、化學工業(yè)用設(shè)備等中可優(yōu)選用作管材、耐熱耐壓部件的厚板、棒材、鍛造品等。該合金中也可含有特定量的Mo、Co、Nb、V、Zr、Hf、Mg、Ca、Y、La、Ce、Ta、Re中的1種以上。
文檔編號C22C19/05GK102171373SQ200980139130
公開日2011年8月31日 申請日期2009年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月2日
發(fā)明者五十嵐正晃, 仙波潤之, 伊勢田敦朗, 宮原整, 平田弘征, 河野佳織 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社