Ni基耐热合金焊接接头的制造方法及Ni基耐热合金焊接接头的制作方法_4

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于基体或形成微细的金属间化合物相,而较大地有 助于高温时的蠕变强度、拉伸强度的提高的元素。为了充分发挥这种效果,焊接材料中需要 含有Mo和W中的一种以上总计6 %以上。然而,即使过量含有这些元素、效果也饱和,反而 有可能降低蠕变强度。进而,由于Mo和W均为价格昂贵的元素,因此过量的含有导致成本 的增大。因此,设置上限,Mo和W中的一种以上的总含量设为6~13%。焊接材料中的Mo 和W中的一种以上的总含量的优选下限为6. 5%,进一步优选的下限为6%。另外,Mo和W 中的一种以上的总含量的优选上限为12. 5%,进一步优选的上限为12%。
[0150] 需要说明的是,Mo和W无需复合来含有。单独含有Mo的情况下,Mo含量为6~ 13%即可,单独含有W的情况下,W含量为6~13%即可。
[0151] Ti :0.05 ~1.5%
[0152] Ti在焊接金属中以微细的碳氮化物形式、进而以与Ni的金属间化合物形式在晶 粒内析出,有助于高温时的蠕变强度、拉伸强度的提高。为了充分得到这种效果,焊接材料 中需要含有0.05%以上的Ti。然而,Ti含量过量时,以碳氮化物形式大量析出,反而导致 蠕变延展性和韧性的降低。因此,焊接材料的Ti含量设置上限,设为0.05~1.5%。Ti含 量的优选下限为〇. 06%,进一步优选的下限为0. 07%。另外,Ti含量的优选上限为1. 3%, 进一步优选的上限为1.1%。
[0153] Co:0 ~15%
[0154] Co与Ni同样地使焊接金属的奥氏体组织稳定,有助于蠕变强度的提高。因此,也 可以含有Co。然而,由于Co为价格极其昂贵的元素,因此即使是焊接材料,过量含有也导致 成本大幅增大。因此,含有Co时的Co量的上限设为15%。Co含量的上限优选为14%,进 一步优选为13%。
[0155] 另一方面,为了稳定地得到前述Co的效果,Co含量优选为0.01 %以上,进一步优 选为0.03%以上。
[0156] Nb :0 ~0.5%
[0157] Nb在焊接金属中与C、N结合而以微细的碳化物、碳氮化物形式在晶粒内析出,有 助于高温时的蠕变强度。因此,也可以含有Nb。然而,Nb含量过量时以碳化物、碳氮化物形 式大量析出,导致蠕变延展性和韧性的降低。因此,焊接材料中含有Nb时的Nb量的上限设 为0. 5 %。Nb含量的上限优选为0. 48 %,进一步优选为0. 45 %。
[0158] 另一方面,为了稳定地得到前述Nb的效果,Nb含量优选为0.01 %以上,进一步优 选为0.03%以上。
[0159] Al :1.5% 以下
[0160] Al是对于焊接材料制造时的脱氧有效的元素。进而,Al在焊接金属中形成微细的 金属间化合物而还有助于蠕变强度的提高。然而,Al含量过量时合金的清净性显著劣化, 而焊接材料的热加工性和延展性降低,制造性降低。并且,在焊接金属中生成大量的金属 间化合物相,长时间使用时的应力松弛裂纹敏感性显著提高。因此,Al含量设置上限,设为 1.5%。Al含量优选为1.4%以下,进一步优选为1.3%以下。
[0161] 需要说明的是,对Al含量无需特别设置下限,但是极端降低时,不能充分得到 脱氧效果,合金的清净性反而劣化,并且导致制造成本的升高。因此,Al含量优选设为 0.0005%以上。为了稳定地得到Al的脱氧效果、使合金确保良好的清净性,Al含量的下限 更优选为0.001 %。
[0162] B :0.005% 以下
[0163] B是在焊接金属中对于蠕变强度的提高有效的元素。然而,B含量过量时,焊接中 的结晶裂纹敏感性显著提高。因此,B含量设置上限,设为0.005%以下。B含量的优选上限 为0. 004%,进一步优选的上限为0. 003%。需要说明的是,B含量的优选下限为0. 0001 %, 进一步优选为0.0005%。
[0164] N :0.18 % 以下
[0165] N在焊接金属中提高相稳定性,对于蠕变强度的提高有效,并且固溶而还有助于拉 伸强度的确保。然而,过量含有时在高温时的使用中大量的微细氮化物在晶粒内析出而导 致蠕变延展性和韧性的降低。因此,N含量设置上限,设为0. 18%以下。N含量优选为0. 16% 以下,进一步优选为〇. 14%以下。
[0166] 需要说明的是,对N含量无需特别设置下限,但是极端的降低时,难以得到相稳定 性提高的效果,制造成本也大幅升高。因此,N含量的优选下限为0.0005%,进一步优选的 下限为0.0008%。
[0167] O :0.01% 以下
[0168] 0(氧)作为杂质含有于焊接材料中,其含量过量时热加工性降低,导致制造性的 劣化。因此,O含量设置上限,设为0.01%以下。O含量优选为0.008%以下,进一步优选为 0· 005% 以下。
[0169] 需要说明的是,对O含量无需特别设置下限,但是极端的降低导致制造成本升高。 因此,O含量的优选下限为0. 0005%,进一步优选的下限为0. 0008%。
[0170] 本发明中使用的焊接材料的化学组成为:上述元素,以及剩余部分为Fe和杂质。 需要说明的是,"杂质"指的是工业上制造上述焊接材料时,从作为原料的矿石、废料或制造 环境等混入的成分。
[0171] (C)焊接后热处理条件:
[0172] 为了得到本发明的Ni基耐热合金焊接接头,用化学组成如(B)项所述的焊接材料 将化学组成如(A)项所述的合金母材焊接后,
[0173] 需要实施保持温度Tl (°C )、保持时间tl (分钟)以及保持温度Tl (°C )至500°C 的平均降温速度RCCC /小时)满足下述〈1>~〈3>式的焊接后热处理。
[0174] 900 彡 Tl 彡 1275 · · ·〈1>
[0175] -0. 2XT1+260 ^ tl ^-0. 6XT1+870 · · · <2>
[0176] 0· 05XT1-10 彡 RC · · ·〈3>
[0177] 以下对此进行详细说明。
[0178] (C-I)保持温度 Tl (°C ):
[0179] 为了减轻使用具有(B)中记载的化学组成的焊接材料,将具有前述(A)项中记载 的化学组成的Ni基耐热合金母材焊接后,进行焊接后热处理而得到的焊接接头的长时间 使用中的蠕变强度降低,
[0180] (a)焊接后热处理过程中的粗大的M23C6碳化物的生成的抑制以及
[0181] (b)提高M23C6碳化物中的Cr含量
[0182] 是重要的。
[0183] 为了达成上述(a)和(b),首先焊接后热处理的保持温度TlCC )需要满足上述 〈1> 式。
[0184] 即,需要降低焊接后热处理温度,并且实施中的焊接后热处理中,设备的限制上, 对各种焊接部实施高温的后热处理是困难的,因此,焊接后热处理的保持温度Tl CC )设置 上限,设为1275°c以下。然而,上述焊接后热处理的保持温度Tirc )过低时焊接残余应力 不能充分松弛,导致长时间使用中的应力松弛裂纹敏感性的增大。因此,焊接后热处理的保 持温度1'1(°〇设为9001以上。焊接后热处理的保持温度1'1(°〇的优选下限为1050°〇, 进一步优选的下限为ll〇〇°C。另外,上述保持温度TlCC )的优选上限为1250°C,进一步优 选的上限为1200°C。
[0185] 需要说明的是,焊接后热处理的保持温度TlCC )需要同时满足上述〈2>式和〈3> 式。
[0186] (C-2)保持时间tl (分钟):
[0187] 焊接后热处理的保持温度Tl (°C )和保持时间tl (分钟)需要满足上述〈2>式。
[0188] 如前文所述,为了减轻进行焊接后热处理而得到的焊接接头的长时间使用中的蠕 变强度降低,抑制焊接后热处理过程中的粗大的仏3(:6碳化物的生成是重要的。为此,需要 根据保持温度Tl (°C)管理保持时间tl (分钟)的上限。即,即使焊接后热处理的保持温度 Tl (°C )满足上述〈1>式,保持时间tl (分钟)长的情况下,也有可能不能抑制粗大的M23C6碳化物的生成,因此,为了抑制焊接后热处理过程中的粗大的M23C6碳化物生成,根据保持温 度T1(°C),保持时间tl(分钟)设置上限,设为[-0.6XT1+870]以下。
[0189] 然而,焊接后热处理的保持时间tl (分钟)过短时,焊接残余应力不能充分松弛, 有可能导致长时间使用中的应力松弛裂纹敏感性的增大。因此,根据保持温度Tl CC ),保 持时间tl (分钟)设置下限,设为[-0.2XT1+260]以上。
[0190] (C-3)保持温度Tl (°C )至500°C的平均降温速度RC (°C /小时):
[0191] 焊接后热处理的保持温度T1(°C)和该保持温度T1(°C)至500°C的平均降温速度 RC(°C /小时)需要满足上述〈3>式。
[0192] 如前文所述,为了减轻进行焊接后热处理而得到的焊接接头的长时间使用中的蠕 变强度降低,抑制焊接后热处理过程中的粗大的仏3(:6碳化物的生成是重要的。然而,即使 根据保持温度T1(°C),保持时间tl(分钟)设置上限,设为[-0.6XT1+870]以下,焊接后 热处理中的平均降温速度慢的情况下,也有可能不能抑制M23C6碳化物的生成?生长。因 此,M23Cf^化物容易生成?生长的温度区域、也就是说焊接后热处理的保持温度TlCC )至 500°C的温度区域中的平均降温速度RCCC/小时)设置上限,设为[0.05XT1-10]以下。
[0193] 对上述平均降温速度RCCC /小时)无需设置上限,可以为实施中的焊接后热处理 环境中的最高的平均降温速度。
[0194] 需要说明的是,实施了满足上述(C-I)~(C-3)的焊接后热处理之后,进一步实施 保持温度T2 CC )以及保持时间t2 (分钟)满足下述〈4>式和〈5>式的焊接后热处理时, Cr含量高的M23C6碳化物微细地析出,因此通过上述处理,可以进一步稳定地减轻焊接接头 的长时间使用中的蠕变强度降低。
[0195] 500 彡 T2 彡 650 · · ·〈4>
[0196] 5 彡 t2 彡 180 · · ·〈5>。
[0197] 以下通过实施例对本发明进行更具体的说明,但是本发明不被这些实施例所限 定。
[0198] [实施例]
[0199] 将具有表1所示化学组成的符号A~D的合金实验室熔解、浇铸得到钢锭,由该 钢锭,通过热锻和固溶热处理,
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