双相不锈钢及使用它的双相不锈钢制结构物、海洋结构物、石油/气体环境结构物、泵叶轮 ...的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及双相不锈钢及使用它的结构物。
【背景技术】
[0002] 主要由铁氧体相(α相）和奥氏体相（γ相）的2相的金属组织构成的双相不锈钢具 有高的强度，并且氯化物/硫化物环境下的耐孔蚀性、及耐隙间腐蚀特性优异。利用该特性， 作为海洋结构物或石油化学工业等的材料被广泛利用。但是，在根据制造条件或使用条件 而暴露于高温的情况下，已知有形成以Cr、Mo等为主成分的硬而脆的金属间化合物( 〇相、X 相、Laves相)或氮化物/碳化物的脆化相，韧性降低。
[0003] 在双相不锈钢中，下述式表示的耐孔蚀指数(PREW)越高，耐腐蚀性越提高。
[0004] (PREW) = %Cr+3.3 X ( %M〇+0.5 X %ff)+30 X %N
[0005] (式中，％0、％1〇、％1及^^为用质量％表示的各组成的值。）
[0006] 但是，Cr、Mo及W的含量越高，金属间化合物越容易析出。另外，N越高，氮化物越容 易析出，添加量为过剩时，在制造时产生由气泡发生导致的缺陷。
[0007] 在双相不锈钢的制造工序中，为了将铁氧体相和奥氏体相的相比适当化，在950°C ~1200°C进行溶体化热处理之后，为了避免上述的脆化相的析出或475°C脆化，从溶体化热 处理温度至室温实施水冷等引起的骤冷处理。此时，对薄板或配管等薄壁材料没有成为很 大的问题，但在大型的结构品中，特别是通过铸造或锻造而制作的厚壁的结构物中，起因于 表面和内部的冷却速度之差，在材料内部脆化相析出，因此，存在稳定的制造困难的课题。
[0008] 另外，在受到焊接导致的热影响的场所、或以残留应力除去等为目的的退火中，也 存在上述的脆化相析出引起的韧性降低的课题。
[0009] 迄今为止，着眼于材料组成，提出了抑制制造时或使用时的脆化相的方法。
[0010] 在专利文献1中，以抑制使耐腐蚀性及机械性质劣化的金属间化合物、例如西格玛 (σ)相及开(X)相的形成为目的，公开了含有以重量％计为Cr:21.0%~38.0%、Ni:3.0%~ 12.0%、Mo :1.5%~6.5%、W:0~6.5%、Si:3.0%WT、Al:1.0%WT、Mn :8.0%WT、N: 0.2%~0.7%、C:0.1 %以下；及B:0.1 %以下、Cu:3.0%以下、Co:3.0%以下的至少一种的 超双相不锈钢。也记载了该超双相不锈钢进一步优选含有选自由Ca: 0.5 %以下、Mg: 0.5 % 以下、Ta :0.5 % 以下、Nb :0.5 % 以下、Ti :1.5 % 以下、Zr: 1.0 % 以下、Sn: 1.0 % 以下及 In: 1.0%以下构成的组中的一种以上的元素。
[0011] 现有技术文献 [0012]专利文献
[0013] 专利文献1:特开2011-174183号公报
【发明内容】
[0014] 发明所要解决的课题
[0015] 专利文献1的情况下，由于氮的含量多，因此，容易形成氮化物，添加元素有在合金 中不适当地固溶而进行脆化的担心。
[0016] 本发明的目的在于，在双相不锈钢中抑制金属间化合物(σ相、X相、Laves相)及氮 化物的形成，提高耐腐蚀性、耐脆化性、制造性、焊接性及热处理性。
[0017] 用于解决课题的手段
[0018] 本发明的双相不锈钢的特征在于，含有以质量％计为N:0.3%以下、C:0.1%以下、 Ρ:0·1% 以下、Si:3.0%WT、Mn:8.0%WT、Ni:3.0~12.0%、Cr:20.0~40.0%、Mo:7.0% 以下、W:6.5%以下、Ta:0.05~1.0%;余量为Fe及不可避免的杂质。
[0019]发明效果
[0020] 根据本发明，由于含有钽的双相不锈钢中所含的氮的量少，因此，能够抑制氮化物 的形成。进而，由此，不成为氮化物的金属钽阻碍金属间化合物形成元素的扩散，因此，能够 提高双相不锈钢的耐腐蚀性、耐脆化性、制造性、焊接性及热处理性。
【附图说明】
[0021] 图1A是表示现有的双相不锈现钢中的脆化相形成机制的概念图。
[0022] 图1B是表示本发明的双相不锈现钢中的脆化相形成抑制机制的概念图。
[0023] 图2A是锻造的制造材料A的外观照片。
[0024] 图2B是锻造的制造材料B的外观照片。
[0025] 图2C是锻造的制造材料C的外观照片。
[0026] 图3A是制造材料A的金相观察结果。
[0027]图3B是制造材料B的金相观察结果。
[0028]图3C是制造材料C的金相观察结果。
[0029]图4是表示800°C的热处理时间和残存铁氧体量的关系的坐标图。
[0030]图5A是实施800°C、30分钟的热处理之后的制造材料A的金相观察照片。
[00311图5B是实施800°C、30分钟的热处理之后的制造材料B的金相观察照片。
[0032]图5C是实施800°C、30分钟的热处理之后的制造材料C的金相观察照片。
[0033]图6是表示照原样溶体化及800°C、5分钟的热处理后的夏氏冲击值的测定结果的 坐标图。
[0034] 图7A是作为比较材料的制造材料A的电子显微镜照片。
[0035] 图7B是表示测定了图7A的分析位置(线段)上的箭头方向的各元素的浓度分布的 结果的坐标图。
[0036] 图7C是作为发明材料的制造材料C的电子显微镜照片。
[0037] 图7D是表示测定了图7C的分析位置(线段)上的箭头方向的各元素的浓度分布的 结果的坐标图。
[0038]图8是表示比较了热处理前后的残留应力的结果的坐标图。
[0039] 图9是表示比较了热处理前后的夏氏冲击试验的结果的结果的坐标图。
[0040] 图10是将发明材料和比较材料的孔蚀产生电位进行比较而表示的坐标图。
[0041] 图11是表示使用发明材料制作的立轴斜流海水栗的剖面图。
[0042]图12是表示使用发明材料制作的流量调节阀的剖面图。
【具体实施方式】
[0043] 本发明涉及双相不锈钢及使用它的结构物，更详细而言，涉及通过抑制在高耐腐 蚀性双相不锈钢的制造时(铸造、锻造、热乳或焊接之时）、焊接时及热处理时生成的脆化相 (氮化物、碳化物等析出物、西格玛(σ)相、开(X)相等的金属间化合物）的形成，一边维持高 耐腐蚀性，一边实现更优异的耐脆化性及制造性的双相不锈钢及使用它的制品。
[0044] 本申请包含多个解决上述课题的手段，作为其一例，其特征在于，为了抑制双相不 锈钢中的金属间化合物形成，积极添加阻碍金属间化合物形成元素的扩散的Ta。
[0045] 即，为一种不锈钢，其特征在于，添加以质量％计为N:0.7%以下、C:0.1%以下、P: 0.1%以下、31:3.0%以下、]?11 :8.0%以下、附：3.0~12.0%、0:20.0~40.0%、]\1〇 :7%以 下、W:6.5%以下、Ta:0.05~1.0%。关于N，进一步优选为0.3%以下。
[0046] 更优选为了不损害Ta添加引起的效果，优选设为N :0.05~0.25 %、C:0.02%以下， 抑制氮化物及碳化物的形成。N特别优选0.05~0.19%。
[0047] 另外，促进金属间化合物的形成的Si不能期待Ta引起的扩散阻碍，因此，优选减少 至0.5%以下。另外，从耐腐蚀性的观点出发，优选限制起因于耐腐蚀性的元素的范围，满足 用下述式定义的耐孔蚀指数(PREW)为40以上。
[0048] (PREW) = %Cr+3.3 X ( %M〇+0.5 X %ff)+30 X %N
[0049] (式中，％0、％1〇、％1及^^为用质量％表示的各组成的值。）
[0050] 即，为一种超双相不锈钢，其在以质量％计为N: 0.05~0.25%、C: 0.02%以下、P: 0.02% 以下、Si :0.5% 以下Μη: 1.2% 以下、Ni :6.0~8.0%、Cr :24.0~26.0%、Mo :3.0~ 5.0%、W:4.0%以下、Ta:0.2~0.5%的范围，满足耐孔蚀指数(PREW)为40以上。
[0051] 用上述成分的合金通过锻造或铸造制作之后，在950°C~1200°C的温度实施30分 钟~2小时的溶体化热处理而将奥氏体/铁氧体相比设为0.2~0.8的双相不锈钢制结构物， 能够提供抑制特别结构物的内部的脆化相形成、具有良好的韧性的制品。
[0052] 作为上述成分的合金的结构物特别有用之物为海洋结构物或石油/气体环境结构 物、化学工厂结构物中使用的栗叶轮、栗壳及流量调节阀。
[0053]以下，对本发明的实施方式使用附图进行说明。
[0054] 本发明人为了保持尚的耐腐蚀性的原样、提尚厚壁的铸造制品、锻造制品及热加 工品的制造性及耐脆化性，对金属间化合物及碳氮化物引起的脆化相析出抑制技术进行了 研究，结果发现如下所述的事实。
[0055] 首先，对不含有Ta的现有例的脆化相形成机制进行说明。
[0056] 图1A是表示现有的双相不锈现钢中的脆化相形成机制的概念图。
[0057] 本图中，双相不锈钢包含:铁氧体相1、奥氏体相2、形成于它们之间的粒界3。在铁 氧体相1中，作为形成金属间化合物的元素（金属间化合物形成元素5)的Cr、Mo、W等经由空 孔4而扩散，向粒界3移动。
[0058] 在包含粒界3的粒界区域中，产生金属间化合物6及碳/氮化物7(碳化物及氮化 物）。这些也被称为脆化相。该脆化相多的情况下，存在材料变糙、耐腐蚀性、耐脆化性、制造 性、焊接性及热处理性降低的倾向。
[0059] 接着，对含有Ta的本发明的不锈现钢中的