奥氏体系不锈钢钢材和焊接接头制造技术

在大线能量焊接后在400～700℃的平均工作温度下长时间使用后也具有优异抗敏化特性的奥氏体系不锈钢钢材和焊接接头。钢材化学组成以质量％计含有C：0.020％以下、Si：1.50％以下、Mn：2.00％以下、P：0.045％以下、S：0.0300％以下、Cr：15.00～25.00％、Ni：9.00～20.00％、N：0.05～0.15％、Nb：0.1～0.8％、Mo：2.50～4.50％、W：0.01～1.00％，满足式(1)～(3)，通过提取残渣法得到的残渣中的Nb含量以质量％计为0.065～0.245％，残渣中的Cr含量以质量％计为0.104％以下。21.9Mo+5.9W

【技术实现步骤摘要】
奥氏体系不锈钢钢材和焊接接头
[0001]本申请是申请日为2020年7月22日、申请号为202080053114.6，专利技术名称为“奥氏体系不锈钢钢材和焊接接头”的申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及钢材，更具体而言，涉及奥氏体系不锈钢钢材、和使用该奥氏体系不锈钢钢材的焊接接头。

技术介绍

[0003]用于石油精炼厂、石油化工厂等化工厂设备中的钢材需要高温强度。奥氏体系不锈钢钢材被用作这种化工厂设备用钢材。
[0004]化工厂设备包括多个装置。化工厂设备的各装置例如为常压蒸馏装置、减压蒸馏装置、直接脱硫装置、催化重整装置等。这些装置包括加热炉管、反应塔、槽、热交换器、管道等。这些装置为焊接钢材而形成的焊接结构。
[0005]各装置工作时的平均温度不同。以下，将工作时的平均温度称为“平均工作温度”。例如，减压蒸馏装置在400～450℃下工作。直接脱硫装置在400～450℃下工作。催化重整装置在420～700℃下工作。因此，用于这些装置的加热炉管、反应塔、槽、热交换器、管道等中的钢材在装置工作时，有时需要在400～700℃左右的平均工作温度下长时间保持。另外，在化工厂设备的装置中，也有一些设备在大于700℃的温度下运行。
[0006]此外，在新装化工厂设备或修理化工厂设备时，用于化工厂设备内的装置的钢材会在化工厂的拟建设场地或化工厂所在地进行焊接。最近的焊接施工中，为了减少焊接的道数，多采用增大了输入热量的大线能量焊接。
[0007]另外，已知在奥氏体系不锈钢钢材焊接时，在焊接热影响部(以下，也称为HAZ(Heat Affected Zone))中，会发生由Cr碳化物引起的敏化。发生敏化时，固溶Cr在晶界处不足。将这种固溶Cr不足的区域称为“Cr不足区域”。晶界附近的Cr不足区域会导致晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。
[0008]为了抑制奥氏体系不锈钢钢材在HAZ中的敏化，已经开发了稳定化奥氏体系不锈钢钢材。稳定化奥氏体系不锈钢钢材含有Nb或Ti。在与C的亲和力方面，Nb和Ti高于Cr。因此，在稳定化奥氏体系不锈钢钢材中，通过Nb和Ti生成Nb碳化物和Ti碳化物，抑制Cr碳化物的生成。由此，可以抑制晶界附近的Cr不足区域的生成。其结果，在稳定化奥氏体系不锈钢钢材中，可以抑制HAZ的敏化。
[0009]但是，在稳定化奥氏体系不锈钢钢材中实施大线能量焊接时，可能会发生刀状腐蚀。刀状腐蚀是指下述现象。即，实施大线能量焊接时，在稳定化奥氏体系不锈钢钢材中，焊接金属附近的部分(相当于HAZ的部分)的温度会上升至熔点附近。具体而言，上述焊接金属附近的部分的温度会上升至1200℃左右。此时，在钢材中固定C的Nb碳化物和Ti碳化物会熔化。在焊接金属的凝固阶段(冷却阶段)，Nb和Ti会试图再次与C结合。但是，在凝固阶段，上述附近部分的冷却速度快。因此，在凝固阶段，在Nb和Ti未充分与C结合的情况下，上述附近
部分的温度降低至Cr碳化物的生成温度范围800～500℃。此时，Nb和Ti无法与C结合，而是Cr与C结合，生成Cr碳化物。其结果，在HAZ中靠近焊接金属边界的部分会产生尖锐的裂纹。将这种现象称为刀状腐蚀。刀状腐蚀是敏化的一种。因此，期望实施大线能量焊接时，也可以抑制敏化的发生。
[0010]进一步地，对于在上述化工厂设备中，在平均工作温度为400～700℃的装置中使用的钢材，优选在装置的运行期间也可以抑制敏化。在以往的研究中，针对用于平均工作温度为400～700℃左右的装置的钢材，研究了在550℃的温度范围内保持1000小时，是否会发生敏化。但是，考虑到化工厂的运行周期，在550℃下保持1000小时还是太短。因此，优选在比550℃下保持1000小时长的多的550℃下保持10000小时后，也可以抑制钢材的敏化。
[0011]专利文献1提出了一种在高温下长时间使用时HAZ的耐脆化裂纹性优异的奥氏体系不锈钢。专利文献1公开的奥氏体系不锈钢以质量％计含有C：小于0.04％、Si：1.5％以下、Mn：2％以下、Cr：15～25％、Ni：6～30％、N：0.02～0.35％、sol.Al：0.03％以下，同时还含有Nb：0.5％以下、Ti：0.4％以下、V：0.4％以下、Ta：0.2％以下、Hf：0.2％以下和Zr：0.2％以下中的1种或2种以上，余量为Fe和杂质，杂质中的P、S、Sn、As、Zn、Pb和Sb分别为P：0.04％以下、S：0.03％以下、Sn：0.1％以下、As：0.01％以下、Zn：0.01％以下、Pb：0.01％以下和Sb：0.01％以下，且下述式(1)和式(2)中所示的F1和F2的值分别满足F1≤0.075和0.05≤F2≤1.7
‑9×
F1。
[0012]F1＝S+{(P+Sn)/2}+{(As+Zn+Pb+Sb)/5}
ꢀꢀꢀ
式(1)
[0013]F2＝Nb+Ta+Zr+Hf+2Ti+(V/10)
ꢀꢀꢀ
式(2)
[0014]现有技术文献
[0015]专利文献
[0016]专利文献1:国际公开公报第2009/044802号

技术实现思路

[0017]专利技术要解决的问题
[0018]专利文献1中提出的奥氏体系不锈钢可以提高在高温下长时间使用时的HAZ的耐脆化裂纹性。但是，专利文献1中未设想大线能量焊接。因此，专利文献1中，未针对在大线能量焊接后在400～700℃的平均工作温度下长时间使用后的抗敏化特性进行研究。
[0019]本专利技术的目的在于提供一种奥氏体系不锈钢钢材，其即使在大线能量焊接后在400～700℃的平均工作温度下长时间使用后，也具有优异的抗敏化特性。
[0020]用于解决问题的方案
[0021]根据本专利技术的奥氏体系不锈钢钢材，其化学组成以质量％计为
[0022]C：0.020％以下、
[0023]Si：1.50％以下、
[0024]Mn：2.00％以下、
[0025]P：0.045％以下、
[0026]S：0.0300％以下、
[0027]Cr：15.00～25.00％、
[0028]Ni：9.00～20.00％、
[0029]N：0.05～0.15％、
[0030]Nb：0.1～0.8％、
[0031]Mo：0.10～4.50％、
[0032]W：0.01～1.00％、
[0033]Ti：0～0.50％、
[0034]Ta：0～0.50％、
[0035]V：0～1.00％、
[0036]Zr：0～0.10％、
[0037]Hf：0～0.10％、
[0038]Cu：0～2.00％、
[0039]Co：0～1.00％、
[0040]sol.Al：0～0.030％、
[0041]B：0～0.0100％、
[0042]Ca：0～0.0200％、
[0043]Mg：0～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种奥氏体系不锈钢钢材，其化学组成以质量％计为C：0.020％以下、Si：1.50％以下、Mn：2.00％以下、P：0.045％以下、S：0.0300％以下、Cr：15.00～25.00％、Ni：9.00～20.00％、N：0.05～0.15％、Nb：0.1～0.8％、Mo：2.50～4.50％、W：0.01～1.00％、Ti：0～0.50％、Ta：0～0.50％、V：0～1.00％、Zr：0～0.10％、Hf：0～0.10％、Cu：0～2.00％、Co：0.01～1.00％、sol.Al：0～0.030％、B：0～0.0100％、Ca：0～0.0200％、Mg：0～0.0200％、稀土元素：0～0.100％、Sn：0～0.010％、As：0～0.010％、Zn：0～0.010％、Pb：0～0.010％、Sb：0～0.010％、以及余量：Fe和杂质，且满足式(1)～(3)，所述奥氏体系不锈钢钢材通过提取残渣法得到的残渣中的Nb含量以质量％计为0.065～0.245％，且所述残渣中的Cr含量以质量％计为0.104％以下，21.9Mo+5.9W
‑
5.0≥0 (1)2≤73W+5Co≤60 (2)0.20≤Nb+0.1W≤0.58 (3)其中，式(1)～(...

【专利技术属性】
技术研发人员：小薄孝裕，铃木悠平，青田翔伍，冈田浩一，瀬户雅浩，
申请(专利权)人：日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：