铁素体类耐热钢材制造技术

本发明专利技术提供铁素体类耐热钢材，以质量％计，含有Ｃ：０．０４～０．１６％、Ｓｉ：超过０．１％且为１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｏ：１～８％、Ｃｒ：７～１３％、Ｖ：０．０５～０．４０％、Ｎｂ：０．０１～０．０９％、Ｍｏ及Ｗ的一种或两种合计为０．５～４％、Ｂ：０．００５～０．０２５％、Ａｌ：０．０３％以下及Ｎ：０．００３～０．０６％，其余为Ｆｅ及杂质，Ｏ、Ｐ及Ｓ为Ｏ：０．０２％以下、Ｐ：０．０３％以下及Ｓ：０．０２％以下，Ｃ含有量相应于焊接线能量Ｑ满足下述（１）式或（２）式。也可以含有Ｎｄ、Ｔａ、Ｃａ及Ｍｇ中的一种以上。Ｑ＜１．８ｋＪ／ｍｍ时，Ｃ≤－０．１２×Ｑ＋０．３１　（１），Ｑ≥１．８ｋＪ／ｍｍ时，Ｃ≤０．０９４　（２），Ｑ表示焊接线能量ｋＪ／ｍｍ，Ｃ表示Ｃ含有量即质量％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用在火力发电锅炉等高温下使用的构件上的焊 接热影响区的耐焊接裂紋'性优良且高温强度及韧性优良的铁素 H ^j"《4 ^冈才才。
技术介绍
近年来，在火力发电中为了提高热效率而使蒸气条件逐渐高温高压化，计划将来在650。C、 350气压这样的超临界压力条 件下进行运转。铁素体类耐热钢材比奥氏体类不锈钢钢材廉价， 且具有热膨胀系数较小这样的作为耐热钢材的优点，因此被广 泛应用。对于铁素体类耐热钢材，为了应对将来的蒸气条件的苛刻 化而正在谋求其高强度化。例如，在专利文献l、专利文献2中 提出了 一种使W和Mo的含有量最适宜化且含有Co及B的钢材。 另外，在专利文献3中提出 一种通过含有W及Mo而谋求利用微 细的金属间化合物相进行强化的钢材。另外，在专利文献4中 提出 一种通过有效地利用在马氏体寺反条(Martensite Lath) 界面析出的M23C6碳化物、金属间化合物相来谋求高强度化的 钢材。但是，在将铁素体类耐热钢材用作焊接结构物的情况下， {列^口 ， ^口 所示，在承受焊接热循环的焊 接热影响区(以下称作"HAZ")中，有时蠕变强度(Creep strength)大幅降低。因此，存在不能充分地有效利用i某求了 高强度化的钢材的优点的问题。因此，也提出一种以不仅提高母材的强度，也要提高HAZ的蠕变强度为目的的钢材。例如，在专利文献5中公开了 一种通过生成相对于焊接线 能量稳定的Ti、 Zr或Hf类的氮化物来改善焊接接头部的长时间 蠕变强度的钢，在专利文献6中公开了 一种通过含有W且微细地 析出(Nb、 Ta)碳氮化物来改善焊接接头部的长时间蠕变强度 的钢，在专利文献7及专利文献8中公开了 一种通过抑制生成Cr 碳化物并提高微细的V 、 N b等的碳氮化物的长时间稳定性来改 善焊接接头部的长时间蠕变强度的钢。虽然提出了很多种这样 有效利用了碳氮化物的HAZ的强度改善方法，但从实用方面考 虑优选进一步提高HAZ强度。另外，在专利文献9中提出了 一种通过含有0.003%~0.03% 的B并抑制H AZ的细粒化来改善H AZ的蠕变强度这样的方法。曰本净争开平4一371551号7^才艮 曰本特开平4—371552号公报 曰本净争开2001—152293号7^才艮 曰本净争开2002—241903号乂^才艮 曰本特开平8—85848号公报 日本特开平9一71845号公报 曰本净争开2001_279391号7>才艮 曰本净争开2002_69588号^^才艮 曰本净争开2004_300532号/>才艮 由于铁素体类耐热钢材除了廉价之外还具有热膨胀系数较 小这样的优点，因此，期待将其在上述条件的逐渐高温高压化 的火力发电锅炉等中用作焊接结构物。并且，如上所述，为了在更高温高压条件下也能使用，提 出了各种用于进一步高强度化且进一步改善焊接接头的HAZ 的蠕变强度的方案。专利文献1 专利文献2 专利文献3 专利文献4 专利文献5 专利文献6 专利文献7 专利文献8 专利文献9但是，例如关于含有B的钢材，如在上述专利文献9中公开的那样， 一 方面公知B是具有改善HAZ的蠕变强度的效果的元 素，另 一方面也广泛地公知B是在焊接时提高焊接金属的凝固 裂紋、HAZ的液化裂紋敏感性的元素。因此，在用作锅炉用主 蒸气管、压力容器等厚壁构件的情况下，存在无法得到充分的 焊接性(耐焊接裂紋性)这样的问题。而且，在将铁素体类耐 热钢材用作厚壁构件时，在实用上也要求具有充分的韧性。这样，不仅存在HAZ的高强度化还不充分的问题，还存在 无法获得焊接时的充分的耐焊接裂紋性、韧性的问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种 HAZ的耐焊接裂紋性优良且蠕变强度及韧性也优良的铁素体 类耐热钢材。如上所述，为了提高HAZ的蠕变强度，将Cr、 Co、 V及Nb 限制在规定的范围内且含有B是有效的，但显而易见的是在含 有使H A Z高强度化所需的量的B的情况下，H A Z及焊接金属的 裂紋敏感性增大，在焊接裂紋性方面存在问题。另外，也明显 可知会增大焊接线能量且提高其敏感性。本专利技术人以使HAZ的蠕变强度达到断裂时间为通用钢的 断裂时间的3倍以上为目标，对铁素体类耐热钢材进行了各种 研究，结果发现，为了同时实现改善HAZ的蠕变强度降低且获 得优良的焊接性，通过规定C及B的含有量且使焊接线能量最适 宜化能够谋求解决问题。另夕卜，在具有Cr: 7~13%、 Co: 1 8%、 V: 0.05~0.40% 及Nb: 0.01~0.09%的组成范围的铁素体类耐热钢材中，在含 有B的情况下，确认了HAZ被高强度化。HAZ的蠕变强度低于母材的一个原因是，由于焊接热循环 使HAZ被加热到Aci相变点至Ac3相变点之间的温度而导致细 粒化，细粒化是通过在原来的组织即铁素体相(回火马氏体相) 被加热到该温度区域时，在晶界重新生成奥氏体核且该奥氏体 相成长而产生。B是易于在晶界偏析的元素，在被加热到该温 度区域时，在原来的铁素体相的晶界偏析出而降低晶界的能量， 抑制并延迟奥氏体核生成，从而抑制细粒化。结果，认为改善 了 HAZ的蠕变强度。但是，在含有能获得减轻蠕变强度降低的效果的需要量以 上的B的情况下，焊接金属的凝固裂紋及HAZ的液化裂紋敏感 性增大。这是由于，B是易于在晶界偏析的元素，同时也是使熔点 降低较大的元素。而且，S及P都与B同样是易于在晶界偏析且 使熔点降低较大的元素。因此，在固相线附近的HAZ处，B的 晶界偏析与P及S的晶界偏析重叠，产生晶界熔化，热应力或外 部应力导致晶界开口，产生液化裂紋。特别是在焊接线能量较 大的情况下，由于被加热到高温的区域扩展，因此由上述元素 的晶界偏析引起的晶界熔化在更宽的范围内产生，以及由于容 易产生热应力而更容易产生液化裂紋。焊接金属的凝固裂紋能通过调整焊接材料的成分来防止。 另 一方面，HAZ的液化裂紋是涉及所使用的钢的成分的课题， 在实用化时受到很大的制约。根据这样的问题点，专心调查了 能防止HAZ的液化裂紋且能抑制HAZ的蠕变强度降低的必要 条件。反复研究的结果得到了新的见解仅将C的含有量限定在 规定的范围内，就能防止液化裂紋。并且，其理由考虑如下。 即，C与B同样作为熔点降低元素发挥作用，且与上述B的熔点降低作用重叠，提高了 HAZ的液化裂紋敏感性。因此，通 过降低C的含有量，能减轻熔点的降低。另外，在考虑到实际 焊接时发现能防止液化裂紋的C的含有量的上限依存于焊接线能量。而且，C通过其相互作用而给生成^U匕物、磷化物的自由 能量带来影响。即，在高温下，C含有量增加，且Cr、 Nd等的 磷化物或硫化物的溶解度降低，当C量超过特定的含有量时， 上述溶解度具有再次增加的倾向。在硫化物、磷化物的溶解度 增加时，由于焊接等的热影响在晶界偏析出的S、 P的量增加， 提高了液化裂紋敏感性。因此，在减少了C含有量的本专利技术范 围的C含有量的情况下，硫化物、磷化物的溶解度变小，形成 稳定的化合物。随之，通过与晶界中的S及P减少而抑制熔点降 低的协同作用，能防止HAZ的液化裂紋。但是，在提高B的含有量的基础上减少C的含有量的情况 下，HAZ的韧性显著受损。这是由于下述原因引起的由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁素体类耐热钢材，以质量％计，含有Ｃ：０．０４～０．１６％、Ｓｉ：超过０．１％且为１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｏ：１～８％、Ｃｒ：７～１３％、Ｖ：０．０５～０．４０％、Ｎｂ：０．０１～０．０９％、Ｍｏ及Ｗ的一方或两方合计为０．５～４％、Ｂ：０．００５～０．０２５％、Ａｌ：０．０３％以下以及Ｎ：０．００３～０．０６％，其余由Ｆｅ及杂质构成，作为杂质的Ｏ、Ｐ及Ｓ分别为Ｏ：０．０２％以下、Ｐ：０．０３％以下及Ｓ：０．０２％以下，其特征在于，上述Ｃ含有量相应于焊接线能量Ｑ还满足下述（１）式或（２）式；　Ｑ＜１．８ｋＪ／ｍｍ时，Ｃ≤－０．１２×Ｑ＋０．３１　…（１）　Ｑ≥１．８ｋＪ／ｍｍ时，Ｃ≤０．０９４　…（２）　在此，Ｑ表示焊接线能量ｋＪ／ｍｍ，Ｃ表示Ｃ含有量、即质量％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：平田弘征，小川和博，吉泽满，五十岚正晃，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]