奥氏体系耐热合金管的制造方法以及利用该制造方法制造的奥氏体系耐热合金管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及奥氏体系耐热合金管的制造方法以及利用该制造方法制造的奥氏体 系耐热合金管。详细而言，本发明涉及在发电用锅炉、化学工业用设备等中作为管材使用的 奥氏体系耐热合金管的制造方法以及利用该制造方法制造的奥氏体系耐热合金管。
【背景技术】
[0002] 现今，煤火力发电在国内的电力供给中占据非常重要的位置。煤与石油等能源不 同，世界中产出平均，价格也比较稳定，因此预计今后在世界上也广泛地用作基础能源。然 而，煤火力发电的每单位发电量的〇) 2气体排出量与其它的发电系统相比多。因此，重要的 是进一步提高发电效率，不使能源浪费，施行CO2排出量的抑制。为了提高发电效率，需要 将用于发电的蒸汽的温度/压力高温/高压化。例如，通常在蒸汽温度：约600°c、压力：约 25MPa的条件下进行，其发电效率止于约42%。最近，进行将该蒸汽温度提高至约700°C，使 发电效率提高至约46~48%的超高效率的煤火力发电设备的开发。
[0003] 随着蒸汽条件的高温化，煤火力发电设备中的过热器管、蒸汽配管之类的高温部 所采用的材料的使用环境变得非常严苛。因此，特别是在温度变高的过热器管中，SUS304H、 SUS316H、SUS347H等通常的奥氏体系耐热合金的高温强度不足。申请人在专利文献1中公 开了将a-Cr相、碳化物作为强化相的Ni基合金。该合金的高温下的蠕变强度优异，并且 加工性也优异。申请人还在专利文献2中公开了高温强度和耐腐蚀性优异的奥氏体系不锈 钢。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :国际公开第2009/154161号
[0007] 专利文献2 :日本特开2004-3000号公报
【发明内容】
[0008] 发明耍解决的问题
[0009] 对于锅炉过热器管中使用的小直径管，在弯曲加工、扩管加工等施工时实施热加 工或冷加工。专利文献1以及2中未言及这样的施工时的加工。然而，这样的加工量成为 某种程度以上时，需要再次的熔体化处理（以下，称为"后热处理"）。后热处理使在冷弯曲 加工时晶粒变形而位错密度变高的显微组织再结晶化，恢复至与制品热处理后几乎同样的 显微组织。不进行后热处理的情况下，在合金管的使用环境中，产生以下那样的问题。
[0010] ?在晶粒内的位错上析出微细的析出物，在应力缓和过程中，晶粒内不易产生变 形，而在晶界产生裂纹。
[0011] ?由于位错密度高，因此显著促进蠕变变形中的恢复/再结晶，高温强度降低，提 早断裂。
[0012] 后热处理受到加热处理装置的制约而多在比制品热处理温度低的温度下进行。因 此，存在由母材中析出碳化物或金属间化合物的情况。在这样的温度域下析出的碳化物以 及金属间化合物与在实际的使用温度（例如700°c )下析出的碳化物以及金属间化合物相 比粗大，此外，析出密度也低。因此，无助于高温下的析出强化。此外，使强化元素在母相中 的固溶量减少，700°C下析出的碳化物、金属间化合物量也减少，因此析出强化能力降低。
[0013] 因此，进行制品热处理后的弯曲、扩管等的施工中的热加工或冷加工时，加工部不 同于非加工部、应变被导入。采用与熔体化时同样的热处理温度范围、时间范围对该加工部 进行后热处理时，应变残存或者在晶界/粒内大量析出碳化物、金属间化合物，因此产生导 致实际使用温度下的强度降低的情况。因此，与熔体化材料相比，需要在高温度下进行后热 处理、或在相同温度下进行长时间的后热处理。需要说明的是，后热处理温度根据合金元素 的含量而变化。推测这是由于合金元素的含有导致扩散速度以及析出物的析出速度变化。
[0014] 本发明是为了解决上述的问题而成的，其目的在于提供对具有利用制品热处理后 的热加工或冷加工而形成的加工部（以下，称为"该加工部"）的奥氏体系耐热合金管实施 后热处理时，在该加工部具有优异的蠕变强度的奥氏体系耐热合金管及其制造方法。
[0015] 用于解决问题的方案
[0016] 本发明人等对具有该加工部的合金管进行后热处理，进行其显微组织观察以及蠕 变试验，结果得到以下的见解。
[0017] (a)后热处理温度与制品热处理温度相同时，在显微组织中少量确认到与熔体化 材料同样粗大的碳化物、金属间化合物。此外，蠕变强度也几乎与制品热处理材相同程度。
[0018] (b)后热处理温度即便为制品热处理温度以下，在较高温的情况下，显微组织、蠕 变强度也与熔体化状态的材料大致同等，而后热处理温度较低时，碳化物、金属间化合物在 晶粒内大量析出、或在晶界上析出。这些析出物与在使用合金管时的温度（大约700°C以 下）下析出的碳化物、金属间化合物相比粗大，因此对于蠕变强度的贡献小。因此，蠕变强 度降低。
[0019] 本发明人等对后热处理温度较低的情况进行进一步研宄，得到下述的见解。
[0020] (c)由制品热处理后的热加工或冷加工导入的位错在组织中残存，在滑移线上确 认到列状地排列的粗大的析出物。
[0021] (d)虽然晶界处也析出析出物，但非常粗大，无助于强化。需要说明的是，对于晶 界覆盖率P，将利用SEM观察到的各析出物的长度设为Ip 12、I3 ·· ?、将晶界长度设为L 时，用以下的式子定义。
[0022] p = (li+l2+l3+* * *)/L
[0023] (e)构成析出物的析出强化元素包含于后热处理时析出的粗大的碳化物或金属间 化合物中，因此母相中的固溶量降低、在使用温度下析出的碳化物以及金属间化合物的体 积率减少。
[0024] (f)在使用温度下析出的微细的析出物的体积率减少、以及析出物在晶界的析出 量减少、晶界覆盖率未上升，因此晶界附近的局部变形加速、蠕变强度降低。
[0025] (g)若后热处理温度足够高，则可以抑制后热处理中产生的碳化物、金属间化合物 的析出，抑制使用温度下的蠕变强度降低。上述的现象不发生在非加工部，而是导入应变的 该加工部所特有的。因此，与熔体化的温度以及时间的条件相比，需要更严密地控制后热处 理的条件。析出的碳化物以及金属间化合物的体积率由合金组成来决定，因此抑制强度降 低所需要的温度以及时间的条件由合金中含有的C和金属间化合物形成元素来决定。
[0026] 本发明基于这样的见解而完成，以下述的奥氏体系耐热合金管的制造方法以及利 用该方法制造的奥氏体系耐热合金管为主旨。
[0027] (1) 一种奥氏体系耐热合金管的制造方法，对化学组成以质量％计为
[0028] C :0· 02 ~0· 13%、
[0029] Si :1% 以下、
[0030] Mn :2% 以下、
[0031] P :0.03% 以下、
[0032] S :0.01 % 以下、
[0033] Cr: 25 ~36%、
[0034] Ni:40 ~60%、
[0035] Al :0.3% 以下、
[0036] W:2. 0 ~10. 0%、
[0037] Ti :0· 05 ~L 5%、
[0038] Zr :0· 002 ~0· 3%、
[0039] N :0.05% 以下、
[0040] O :0.01 % 以下、
[0041] Mo:0 ~3%、
[0042] Nb :0 ~1.5%、
[0043] Co:0 ~15%、
[0044] Ca :0 ~0.05%、
[0045] Mg :0 ~0.05%、
[0046] 稀土元素 ：0 ~0.2%、
[0047] Hf :0 ~0.2%、
[0048] B :0 ~0.02%、
[0049] V:0~L5%、
[0050] Ta :0 ~2.0%、
[0051] Re :0 ~3.0%、
[0052] 余量：Fe以及杂质
[0053] 的合金管进行制品热处理后的热加工或冷加工而形成加工部，然后以使该加工部 的金相组织中的晶界被碳化物以及金属间化合物覆盖的覆盖率为50%以下的条件进行后 热处理。
[0054] (2)根据上述（1)的奥氏体系耐热合金管的制造方法，其中，以使所述加工部的金 相组织中析出的碳化物以及金属间化合物占金相组织整体的面积率为13%以下的条件进 行所述后热处理。
[0055] (3)根据上述（1)或（2)的奥氏体系耐热合金管的制造方法，其中，所述的化学组 成以质量％计含有选自（A)~（E)所述的元素中的1种以上，
[0056] (A)Mo :0· 5 ~3% 以及 Nb :0· 1 ~1. 5% ;
[0057] (B)Co :0· 5 ~15% ;
[0058] (C)Ca :0· 01 ~0· 05%、Mg :0· 0005 ~0· 05% 以及稀土元素：0· 0005 ~0· 2% ;
[0059] (D) Hf :0· 0005 ~0· 2 % 以及 B :0· 0005 ~0· 02 % ;
[0060] (E)V :0· 02 ~I. 5%、Ta :0· 1 ~2. 0% 以及 Re :0· 1 ~3. 0%。
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