[发明专利]具有优异的高温特性和耐氢脆性特性的Fe-Ni基合金及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Fe-Ni基合金及其制造方法，所述Fe-Ni基合金能够用于高温高压环境或高压氢气环境或其中两者叠加的环境中。

背景技术

作为能够在诸如600℃以上的高温高压环境下使用的结构材料，可以提及的有具有优异高温强度的Ni基合金和Fe-Ni基合金。Ni基合金具有优异的高温抗张强度和蠕变特性，并且已经开发了即使在700℃以上的高温下也能够使用的合金，并将其用于发电设备和喷气发动机部件。然而，由于Ni基合金在铸块制造期间倾向于导致宏观偏析，所以据认为难以制造无偏析的大型铸块。作为由其可相对容易地制造大型铸块的耐热合金，可以提及的有例如因科镍(Inconel(商标，下文中同样适用))合金718、因科镍合金706、A286等。这些合金在相对大型的铸块的制造性方面是优异的，并且已经由约10吨的铸块制造了用于发电的燃气涡轮盘或转子轴材料。

此外，在高压氢气环境下使用的情况下，有必要使用具有低氢脆易感性的材料作为压力容器的结构材料。因为强度和延展性因氢脆性而显著降低，所以安全性的降低变成了一个大的问题。通常，具有较高强度的材料显示增加的氢脆易感性，特别是当存在有害的析出相时，已知氢脆易感性大大增加。作为实现耐氢脆性和高强度两者的合金，存在例如在专利文献1和2中提出的那些。在专利文献1中，据认为通过对JIS SUH 660钢(下文中，A286合金)进行冷加工，变得可以获得高强度而不增加氢脆易感性。在专利文献2中，据报道通过对NbC在Fe-Ni基合金中的面积比率的上限进行限定，可以降低氢脆易感性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP-A-2011-68919

专利文献2：JP-A-2008-144237

发明内容

技术问题

如上所述，由于Ni基合金在铸块制造期间倾向于导致宏观偏析，所以难以制造无偏析的大型铸块，并且能够制造的铸块尺寸根据合金组成而受限。因此，在目前的炼钢技术中难以应用于相对大型的结构部件。

尽管Fe-Ni基合金在短时间高温特性方面不如Ni基合金，但由于该合金在大型铸块的制造性方面是优异的，所以存在可以将Fe-Ni基合金应用于要在高温下使用的大型结构部件的可能性。另一方面，关于氢脆易感性，该特性在合金中是不同的。对于主要的合金，例如因科镍合金718在高温强度方面是优异的，但由于在晶粒边界上析出δ相，所以其具有高氢脆易感性。由于因科镍合金706具有高的Nb含量并且在长期时效时析出对氢脆易感性有害的析出相，所以其作为要在高温下长时间加热的结构材料的用途是不合适的。由于A286不含有任何对氢脆易感性有害的析出相，所以将其视为具有低氢脆易感性的材料。然而，由于A286在高温强度方面不如上述合金，所以存在作为结构部件的用途导致重量增加和成本增加的问题。

另外，关于通过如在专利文献1中提出的冷加工获得的高强度，由于据认为将其用于高温环境中的情况下该效果将消失，所以将其使用限定在相对低的温度下的使用。关于在专利文献2中提出的方法，在氢气浓度超过25ppm的情况下和在高温下使用的情况下，该方法的效果是不清楚的。

已经完成了本发明以解决上述的常规问题中的问题，本发明的目的是提供具有优异的高温特性和耐氢脆性的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温高压环境下或高压氢气环境下、或两者叠加的环境下使用的大型压力容器等的结构部件。

技术方案

即，在发明的具有优异的高温特性和耐氢脆性的Fe-Ni基合金中，发明的第一方面的特征在于，组成按质量％计包含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％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。

根据发明的第二方面的具有优异的高温特性和耐氢脆性的Fe-Ni基合金，在发明的第一方面中，所述合金按质量％计含有P：0.003％～0.015％。

根据发明的第三方面的具有优异的高温特性和耐氢脆性的Fe-Ni基合金，在发明的第一或第二方面中，所述组成还含有B：0.0020％～0.0050％和Zr：0.02％～0.05％中的一种或两种。