[發明專利]具有優異的高溫特性和耐氫脆性特性的Fe-Ni基合金及其制造方法

在審

• 申請號: 201380068785.X
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN104884662A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 佐藤慎也;茅野林造;高橋達也;高澤孝一
• 申請（專利權）人: 株式會社日本制鋼所
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;C21D6/00;C21D6/02;C22C30/00;C22C38/50;C22C38/54
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;穆德駿

技術領域

本發明涉及一種Fe-Ni基合金及其制造方法，所述Fe-Ni基合金能夠用于高溫高壓環境或高壓氫氣環境或其中兩者疊加的環境中。

背景技術

作為能夠在諸如600℃以上的高溫高壓環境下使用的結構材料，可以提及的有具有優異高溫強度的Ni基合金和Fe-Ni基合金。Ni基合金具有優異的高溫抗張強度和蠕變特性，并且已經開發了即使在700℃以上的高溫下也能夠使用的合金，并將其用于發電設備和噴氣發動機部件。然而，由于Ni基合金在鑄塊制造期間傾向于導致宏觀偏析，所以據認為難以制造無偏析的大型鑄塊。作為由其可相對容易地制造大型鑄塊的耐熱合金，可以提及的有例如因科鎳(Inconel(商標，下文中同樣適用))合金718、因科鎳合金706、A286等。這些合金在相對大型的鑄塊的制造性方面是優異的，并且已經由約10噸的鑄塊制造了用于發電的燃氣渦輪盤或轉子軸材料。

此外，在高壓氫氣環境下使用的情況下，有必要使用具有低氫脆易感性的材料作為壓力容器的結構材料。因為強度和延展性因氫脆性而顯著降低，所以安全性的降低變成了一個大的問題。通常，具有較高強度的材料顯示增加的氫脆易感性，特別是當存在有害的析出相時，已知氫脆易感性大大增加。作為實現耐氫脆性和高強度兩者的合金，存在例如在專利文獻1和2中提出的那些。在專利文獻1中，據認為通過對JIS?SUH?660鋼(下文中，A286合金)進行冷加工，變得可以獲得高強度而不增加氫脆易感性。在專利文獻2中，據報道通過對NbC在Fe-Ni基合金中的面積比率的上限進行限定，可以降低氫脆易感性。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP-A-2011-68919

專利文獻2：JP-A-2008-144237

發明內容

技術問題

如上所述，由于Ni基合金在鑄塊制造期間傾向于導致宏觀偏析，所以難以制造無偏析的大型鑄塊，并且能夠制造的鑄塊尺寸根據合金組成而受限。因此，在目前的煉鋼技術中難以應用于相對大型的結構部件。

盡管Fe-Ni基合金在短時間高溫特性方面不如Ni基合金，但由于該合金在大型鑄塊的制造性方面是優異的，所以存在可以將Fe-Ni基合金應用于要在高溫下使用的大型結構部件的可能性。另一方面，關于氫脆易感性，該特性在合金中是不同的。對于主要的合金，例如因科鎳合金718在高溫強度方面是優異的，但由于在晶粒邊界上析出δ相，所以其具有高氫脆易感性。由于因科鎳合金706具有高的Nb含量并且在長期時效時析出對氫脆易感性有害的析出相，所以其作為要在高溫下長時間加熱的結構材料的用途是不合適的。由于A286不含有任何對氫脆易感性有害的析出相，所以將其視為具有低氫脆易感性的材料。然而，由于A286在高溫強度方面不如上述合金，所以存在作為結構部件的用途導致重量增加和成本增加的問題。

另外，關于通過如在專利文獻1中提出的冷加工獲得的高強度，由于據認為將其用于高溫環境中的情況下該效果將消失，所以將其使用限定在相對低的溫度下的使用。關于在專利文獻2中提出的方法，在氫氣濃度超過25ppm的情況下和在高溫下使用的情況下，該方法的效果是不清楚的。

已經完成了本發明以解決上述的常規問題中的問題，本發明的目的是提供具有優異的高溫特性和耐氫脆性的Fe-Ni基合金和所述合金的制造方法，所述合金可被用作要在高溫高壓環境下或高壓氫氣環境下、或兩者疊加的環境下使用的大型壓力容器等的結構部件。

技術方案

即，在發明的具有優異的高溫特性和耐氫脆性的Fe-Ni基合金中，發明的第一方面的特征在于，組成按質量％計包含C：0.005％～0.10％，Si：0.01％～0.10％，P：0.015％以下，S：0.003％以下，Ni：23.0％～27.0％，Cr：12.0％～16.0％，Mo：0.01％以下，Nb：0.01％以下，W：2.5％～6.0％，Al：1.5％～2.5％和Ti：1.5％～2.5％，余量為Fe和其它不可避免的雜質。

根據發明的第二方面的具有優異的高溫特性和耐氫脆性的Fe-Ni基合金，在發明的第一方面中，所述合金按質量％計含有P：0.003％～0.015％。

根據發明的第三方面的具有優異的高溫特性和耐氫脆性的Fe-Ni基合金，在發明的第一或第二方面中，所述組成還含有B：0.0020％～0.0050％和Zr：0.02％～0.05％中的一種或兩種。