奧氏體系不銹鋼的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2008年10月2日、申請?zhí)枮?00880109886. 6、發(fā)明名稱為"奧 氏體系不銹鋼"的中國專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種奧氏體系不銹鋼，詳細而言涉及一種含有C固定化元素的奧氏體 系不銹鋼，更詳細而言涉及一種用在發(fā)電鍋爐、煉油、石油化學(xué)工業(yè)用設(shè)備的加熱爐爐管等 中的含有C固定化元素的奧氏體系不銹鋼。更詳細而言，涉及一種含有C固定化元素、且在 焊接部具有優(yōu)異的耐液化裂紋性和耐脆化裂紋性并且具有較高的耐腐蝕性、尤其對連多硫 酸應(yīng)力腐蝕裂紋性具有較高抵抗力的奧氏體系不銹鋼。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年來，迫于對能源的需求，所以一直都在新設(shè)發(fā)電鍋爐、煉油、石油化學(xué)工業(yè)用 設(shè)備，用在這些設(shè)備中的加熱爐爐管等中的奧氏體系不銹鋼自不必說需要具有優(yōu)異的耐腐 蝕性，而且還要求具有優(yōu)異的高溫強度。
[0004] 在上述那樣的技術(shù)背景的基礎(chǔ)之上，例如在非專利文獻1中提出了如下耐腐蝕性 較高的奧氏體系不銹鋼，該奧氏體系不銹鋼減少了 C含量，并含有特定量的N，且含有特定 量的Nb作為C固定化元素，從而具有優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性和高溫強度，即使在焊接后 未進行后補加熱處理并經(jīng)歷了長時間的時效后，也不會敏化。
[0005] 另外，在非專利文獻2中提出了如下報告，S卩、關(guān)于含有C固定化元素的奧氏體系 不銹鋼在焊接后在焊接熱影響部（以下稱作"HAZ"）產(chǎn)生的裂紋，因為進行焊接熱循環(huán)而使 碳化物固溶、以及在后一循環(huán)中再次將該不銹鋼加熱到M 23C6的析出溫度，由此形成敏化區(qū) 域，產(chǎn)生被稱作"刀狀腐蝕（knife line attack)"的晶界腐蝕裂紋。
[0006] 另外，在非專利文獻3以及非專利文獻4中提出了如下報告，S卩、使用含有高濃度 的Nb和C的奧氏體系不銹鋼詳細調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，由于在晶界中析出的NbC、Laves相這樣的低 熔點化合物熔融從而產(chǎn)生HAZ上的液化裂紋，因而為了防止在HAZ上出現(xiàn)液化裂紋，可以抑 制上述低熔點化合物在晶界中析出。
[0007] 另一方面，非專利文獻5指出長時間的加熱使18% Cr-8% Ni系的奧氏體系不銹 耐熱鋼的焊接部的HAZ上產(chǎn)生晶界裂紋。
[0008] 另外，在專利文獻1中公開了一種充分利用C固定化元素而形成的不銹鋼，具體而 言是一種由特定的化學(xué)成分構(gòu)成、Nb/C多4且N/C多5的"具有較強的耐晶界腐蝕性和耐 晶界應(yīng)力腐蝕裂紋的不銹鋼"。另外，在下述的說明中，將"應(yīng)力腐蝕裂紋"稱作"SCC"。
[0009] 另外，在專利文獻2中公開了一種"高溫用含N奧氏體系不銹鋼"，具體而言，是一 種因被尚Cr化而在尚溫尚壓的狀態(tài)下具有耐硫化性、利用尚Cr化、尚Ni化、低C化的復(fù)合 效果提高了耐氯化物SCC性、并且利用低C化且依據(jù)需要含有Nb而提高了耐連多硫酸SCC 性的"能在Cl一、S共存的350°C以上的高溫環(huán)境中使用的具有優(yōu)異的耐硫化性、耐SCC性 的高溫用含N奧氏體系不銹鋼"。
[0010] 專利文獻I :日本特開昭50-67215號公報
[0011] 專利文獻2 :日本特開昭60-224764號公報
[0012] 非專利文獻1 :工藤赳夫等：住友金屬、38 (1986)、P. 190
[0013] 非專利文獻2 :西本和俊等：只亍> U只鋼?溶接（2000)、ρ· 114[產(chǎn)報出版]
[0014] 非專利文獻3 :中尾嘉邦等：溶接學(xué)會誌、第51卷（1982)第1號、ρ. 64
[0015] 非專利文獻4 :中尾嘉邦等：溶接學(xué)會誌、第51卷（1982)第12號、ρ. 989
[0016] 非專利文獻 5 :R. Ν. Younger 等：Journal of The Iron and Steel Institute、 October(1960)、p.188

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 發(fā)明要解決的問題
[0018] 由于上述非專利文獻1所公開的技術(shù)不但將C量抑制到較低而且降低了用于穩(wěn)定 C所需要的Nb的含量，因此能夠有效降低焊接金屬的凝固裂紋敏感性。但是，完全沒有考慮 到在HAZ上產(chǎn)生液化裂紋以及在長時間使用時產(chǎn)生脆化裂紋。因此，雖然非專利文獻1所 述的含有C固定化元素的奧氏體系不銹鋼自不必說確實具有優(yōu)異的耐腐蝕性、而且還具有 優(yōu)異的高溫強度，但通過大的線能量利用TIG (鎢極惰性氣體保護）焊接方法組裝該奧氏體 系不銹鋼后不久、以及在高溫環(huán)境中長時間使用了該奧氏體系不銹鋼的情況下，都無法避 免在HAZ上產(chǎn)生上述2種不同的裂紋。
[0019] 非專利文獻2所報告的晶界腐蝕裂紋與在暴露于腐蝕環(huán)境中之前的焊接施工階 段產(chǎn)生的HAZ晶界的液化裂紋完全不同。
[0020] 非專利文獻3以及非專利文獻4所提出的技術(shù)中的HAZ上的裂紋敏感性的降低效 果在C含量大于0. 1 %的高C區(qū)域、且Nb含量也大于1 %的高Nb區(qū)域是有效的。但是，在 為了提高耐腐蝕性而將C含量較低地抑制為小于0. 05%、且將Nb含量降低到0. 5%以下的 區(qū)域中，使用上述技術(shù)仍然不能避免在HAZ上產(chǎn)生液化裂紋。而且，在將非專利文獻3以及 非專利文獻4所公開的奧氏體系不銹鋼用于耐腐蝕用途中時，由于C含量較高，因此也不能 避免在HAZ上產(chǎn)生敏化腐蝕。
[0021] 在上述非專利文獻5中，作為使HAZ產(chǎn)生裂紋的要因，提出了 M23C6、NbC這樣的碳 化物，但并未明確說明其機理。而且，非專利文獻5所公開的技術(shù)只能用于防止在長時間加 熱后的HAZ上產(chǎn)生脆化裂紋，未必一定能夠應(yīng)用于防止在剛焊接后的HAZ上產(chǎn)生液化裂紋。
[0022] 專利文獻1所提出的鋼通過實現(xiàn)低C化和高N化而提高了對連多硫酸SCC的抵抗 力，但只實施上述對策并不能達到在嚴酷條件下也能抑制連多硫酸SCC的效果。另外，只是 通過實現(xiàn)低C化以及高N化并不能一并提高焊接部的耐液化裂紋性和耐脆化裂紋性。
[0023] 專利文獻2所提出的鋼同樣也是只提高了耐硫化性和耐SCC性而不能一并提高焊 接部的耐液化裂紋性和耐脆化裂紋性。另外，在更加嚴酷的條件下，該鋼不能抑制SCC尤其 不能抑制連多硫酸SCC。
[0024] 如上所述，從以前就知道，在充分利用了 C固定化元素的高耐腐蝕奧氏體系不銹 鋼上會出現(xiàn)在HAZ上產(chǎn)生液化裂紋以及在長時間的使用過程中在HAZ上產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象， 但是關(guān)于在HAZ上產(chǎn)生液化裂紋的這一現(xiàn)象，還未確定在C含量較低且C固定化元素的含 量也較低的區(qū)域中的液化裂紋的產(chǎn)生機制以及用于抑制其產(chǎn)生的對策。另外，關(guān)于在長時 間的使用過程中在HAZ上產(chǎn)生裂紋的這一現(xiàn)象，也沒有完全弄清楚該裂紋的產(chǎn)生機制，并 且還未確立用于抑制其產(chǎn)生的對策、特別是從材料方面考慮得到的對策。
[0025] 本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而做成的，目的在于提供一種奧氏體系不銹鋼，其含有C 固定化元素，能夠抑制焊接時在HAZ上產(chǎn)生的液化裂紋，并且還具有優(yōu)異的在高溫且長時 間使用的情況下的HAZ上的耐脆化裂紋性，而且具有較高的耐腐蝕性尤其是對于連多硫酸 SCC具有較高抵抗力。
[0026] 用于解決問題的方案
[0027] 本發(fā)明人等為提供如下這種含C固定化元素的奧氏體系不銹鋼而對液化裂紋、脆 化裂紋以及連多硫酸SCC的產(chǎn)生機制進行了仔細調(diào)查、研宄，該含C固定化元素的奧氏體系 不銹鋼能夠抑制在焊接后的HAZ上產(chǎn)生液化裂紋（以下也將"焊接后的HAZ上的液化裂紋" 簡稱為"液化裂紋")，并且還能抑制在高溫環(huán)境中長時間使用時的HAZ上產(chǎn)生脆化裂紋（以 下也將"在高溫環(huán)境中長時間使用時的HAZ上的脆化裂紋"簡稱為"脆化裂紋"），且具有較 高的耐腐蝕性尤其是對于連多硫酸SCC具有較高抵抗力。
[0028] 結(jié)果，首先發(fā)現(xiàn)了與液化裂紋的產(chǎn)生相關(guān)的下述事項（a)以及（b)。
[0029] (a)在C含量為小于0. 05%、特別是小于0. 04%的較低量而且C固定化元素的含 量也較低的奧氏體系不銹鋼中，由于上述C固定化元素與C結(jié)合而成的碳化物的析出溫度 很低，因此在晶界中析出Cr碳氮化物。并且，在晶粒內(nèi)析出C固定化元素的碳化物。
[0030] (b)由上述（a)得知，液化裂紋的產(chǎn)生機制與上述非專利文獻3以及非專利文獻4 中提到的機制、即在晶界中析出的NbC、Laves相這樣的低熔點化合物的熔融這一產(chǎn)生機制 根本不同。
[0031] 因此，進一步進行了調(diào)查、研宄，結(jié)果得到下述見解（c)?（h)。
[0032] (c)利用焊接熱循環(huán)將具有通過在晶界中析出Cr碳氮化物、且在晶粒內(nèi)析出C固 定化元素的碳化物而形成的組織的、上述的C含量為小于0. 05%、特別是小于0. 04%的較 低量而且C固定化元素的含量也較低的奧氏體系不銹鋼加熱到高溫，從而使在晶粒內(nèi)優(yōu)先 析出的NbC等C固定化元素的碳化物固溶。因此，由析出物產(chǎn)生的晶粒成長的釘扎效應(yīng)消 失，從而在被加熱到接近熔點溫度的HAZ上的晶粒變得極其粗大，因此晶界的表面積顯著 減少。
[0033] (d)固溶于晶粒內(nèi)的C固定化元素以及C被高溫加熱而在晶粒內(nèi)擴散，向晶界偏 析。而且，在被加熱到接近熔點的部位上，由于因晶粒變得粗大而使晶界表面積顯著減少， 因此能夠設(shè)想到在晶界中相比其他位置、該部位的偏析程度變大。
[0034] (e)因此，在被加熱到接近熔點的HAZ上，晶粒變得極其粗大而導(dǎo)致晶界表面積減 少，由此相比被低溫加熱的其他部位，在該HAZ上的C固定化元素、C在晶界中變濃，從而使 晶界的熔點本身下降。
[0035] (f)母材所含有的P、S這樣的向晶界的偏析傾向較顯著的元素也同樣在HAZ晶界 偏析，因此粗粒的HAZ上的晶界熔點顯著下降。
[0036] (g)由于第2個循環(huán)（pass)之后的焊接熱循環(huán)的加熱，而使上述低熔點的結(jié)晶晶 界熔融，因此晶界液化而產(chǎn)生裂紋。
[0037] (h)為了抑制上述液化裂紋，認為有效方法是通過增加 C固定化元素的含量而使 碳化物穩(wěn)定直到被加熱到高溫。另一方面，在含有過量的C固定化元素的情況下，擔(dān)心由于 增大了 Cr敏化區(qū)域而使耐腐蝕性變差。因此，為了在維持較高的耐腐蝕性的同時抑制在 HAZ上產(chǎn)生液化裂紋，有效方法是減少鋼中的P、S這樣的雜質(zhì)元素的量，并相應(yīng)地將C固定 化元素的含量調(diào)到最佳。
[0038] 另外，關(guān)于上述脆化裂紋，清楚了下述事項（i)?（k)。
[0039] (i)脆化裂紋產(chǎn)生在因為進行焊接而被暴露在高溫環(huán)境中的所謂"粗粒HAZ"的結(jié) 晶晶界中。
[0040] (j)產(chǎn)生脆化裂紋的斷面缺乏延展性，P、s、Sn等使晶界變脆的元素在斷面上較 濃。
[0041] (k)在裂紋部附近的顯微組織上看到在晶粒內(nèi)析出的大量碳化物、氮化物。
[0042] 根據(jù)上述明確的事項（i)?