CN112154043A

CN112154043A - 奥氏体镍基合金

Info

Publication number: CN112154043A
Application number: CN201980034152.4A
Authority: CN
Inventors: 彼得·斯滕瓦尔; 乌尔夫·基维塞克
Original assignee: Sandvik Materials Technology AB
Current assignee: Alleima AB
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-12-29
Also published as: WO2019224290A1; EP3797013B1; EP3797013A1; ES2909528T3

Abstract

本发明涉及一种具有高含量的Ni、Mo和Cr的奥氏体镍基合金，其适合用作焊接金属。含有本奥氏体镍基合金的焊接金属将具有高度的抗热裂纹形成性。本发明还涉及包含所述奥氏体镍基合金的物体以及包含所述奥氏体镍基合金的焊接金属。此外，本发明还涉及本奥氏体镍基合金的用途。

Description

奥氏体镍基合金

技术领域

背景技术

用作腐蚀性应用中的焊接金属的许多镍基合金的抗热裂性不足。热裂纹的存在将导致焊接部分的强度和延展性差。如果裂纹是表面破裂性的，则将显著削弱耐腐蚀性。

因此，需要一种镍基合金，其可以用作焊接金属，并且具有高度的抗热裂纹形成性，并还具有良好的耐腐蚀性。

发明内容

本发明的方面之一是解决或至少减少上述问题。

因此，本发明提供了一种奥氏体镍基合金，其以重量％(wt％)计包含以下元素：

并且通过可变拘束抗热裂试验(varestraint test)(ISO/TR 17641-3)测量，在2.9％的应变(ε)下总裂纹长度小于2.5mm。

因此，本奥氏体镍基合金将提供抗热裂纹形成性，并还将具有良好的耐腐蚀性。

另外，包含这种合金的焊接金属将具有良好的延展性。

附图说明

图1公开了可变拘束抗热裂试验设备(图出自ISO/TR 17641-3)的示例，尺寸以毫米计；

图2公开了相对于铬含量绘制的总裂纹长度(TCL)。

具体实施方式

本发明涉及一种奥氏体镍基合金，其以重量％计具有以下元素：

通过可变拘束抗热裂试验(ISO/TR 17641-3)测量，所述奥氏体镍基合金在2.9％的应变(ε)下总裂纹长度小于2.5mm。

合金可焊性的重要性质是焊接期间在合金表面内和表面上形成热裂纹的容易程度。热裂纹是在具有奥氏体凝固的不锈合金中发生的现象，并且由于在焊接过程中形成大的内部张力而可能非常麻烦。可以使用可变拘束抗热裂试验，例如ISO/TR 17641-3中描述的，来测量对热裂纹形成的敏感性。关于可变拘束抗热裂试验，通过在焊接期间弯曲合金试样，以受控的方式在焊接期间引起合金形成热裂纹。进行弯曲是为了在试样的表面区域内获得指定的应变，参见图1。形成热裂纹后，测量总裂纹长度(TCL)。TCL是合金对热裂敏感性的量度。

本发明还涉及包含如上文或下文所限定的奥氏体镍基合金的焊接金属。所述焊接金属可以是熔融焊接填充材料或熔融母体材料或其组合。所述母体材料可以选自管(tube)、管材(pipe)、条、板或片。所述焊接填充材料可以选自线、杆、条或包覆焊条。

本发明还涉及包含如上文或下文所限定的奥氏体镍基合金的物体。所述物体可以选自，例如但不限于，管、管材、棒、中空体、小方坯(billet)、大方坯(bloom)、条、线、板或片。

此外，本发明还涉及如上文或下文所限定的奥氏体镍基合金在焊接应用中的用途。焊接应用是指例如将两个或更多个物体焊接在一起或将一个物体进行堆焊，例如要将一个或多个组件、例如管焊接在一起。如上文或下文所限定的奥氏体镍基合金可以在这些应用中用于物体本身中和/或用于焊接填充材料中。

以下，讨论如上文或下文所限定的奥氏体镍基合金的合金元素：

碳(C)：≤0.03wt％

C是奥氏体合金中含有的杂质。当C的含量超过0.03wt％时，由于碳化铬在晶界中的析出而使耐腐蚀性降低。因此，C的含量≤0.03wt％，例如≤0.02wt％。

硅(Si)：≤1.0wt％

Si是可以被添加用来脱氧的元素。然而，Si将促进金属间相例如σ相的析出，因此所含Si的含量≤1.0wt％，例如≤0.5wt％，例如≤0.3wt％。根据一个实施方式，Si的下限为0.01wt％。

锰(Mn)：≤1.5wt％

Mn经常用于通过形成MnS来结合硫，从而增加奥氏体合金的热延展性。Mn还将改善奥氏体合金在冷加工期间的变形硬化。然而，Mn含量过高将降低奥氏体合金的强度。因此，Mn的含量被设定为≤1.5wt％，例如≤1.2wt％。根据一个实施方式，Mn的下限为0.01wt％。

磷(P)：≤0.03wt％

P是奥氏体合金中所含的杂质，并且众所周知对热加工性和抗热裂性具有负面效果。因此，P的含量≤0.03wt％，例如≤0.02wt％。

硫(S)：≤0.03wt％

S是奥氏体合金中所含的杂质，它将劣化热加工性。因此，S的允许含量≤0.03wt％，例如≤0.02wt％。

铜(Cu)：≤0.4wt％

铜可以降低在硫酸中的腐蚀速率。然而，Cu与Mn一起将降低热加工性，因此Cu的最大含量≤0.4wt％，例如≤0.25wt％。根据一个实施方式，Cu的下限为0.01wt％。

镍(Ni)：42.0至52.0wt％

Ni是奥氏体稳定元素，因为它将与Cr和Mo相结合使奥氏体微观结构稳定。此外，镍还将有助于在氯化物和硫化氢这两种环境中的抗应力腐蚀开裂性。因此，要求Ni的含量为42.0wt％或更多。然而，Ni含量增加将减少N的溶解性，因此Ni的最大含量为52.0wt％。根据本奥氏体合金的一个实施方式，Ni的含量为42.0wt％至51.0wt％。

铬(Cr)：25.0wt％至29.0wt％

Cr是一种将会改善抗应力腐蚀开裂性的合金元素。此外，Cr的添加将增加N的溶解性。当Cr的含量小于25.0wt％时，Cr的效果不足以耐腐蚀。发明人意外地发现，合金的铬含量对于抗热裂性是重要的。从图2可以看出，为了使总裂纹长度为2.5mm，Cr的含量必须小于29.0wt％。总裂纹长度小于2.5mm意味着该合金将具有高的抗热裂性。因此，Cr的含量为25.0wt％至29.0wt％，例如25.0wt％至28.0wt％，例如25.0wt％至27.0wt％，例如25.0wt％至26.0wt％。

钼(Mo)：6.0wt％至9.0wt％

Mo是一种合金元素，其有效地稳定在奥氏体合金的表面上形成的钝化膜。此外，Mo有效改善抗应力腐蚀开裂性，尤其是在H₂S环境中。当Mo的含量小于6.0wt％时，在H₂S环境中的抗应力腐蚀开裂性不足，而当Mo的含量大于9.0wt％时，热加工性劣化。因此，Mo的含量为6.0wt％至9.0wt％，例如6.1wt％至9.0wt％。

氮(N)：0.07wt％至0.11wt％

N是一种通过利用固溶硬化来增加奥氏体合金强度的有效合金元素，它对于改善结构稳定性也是有益的。N的添加还将改善冷加工期间的变形硬化。然而，当N的含量大于0.11wt％时，流动应力对于有效的热加工而言将会过高，并且抗应力腐蚀开裂性也将降低。因此，N的含量为0.07wt％至0.11wt％，例如0.07wt％至0.10wt％。

如上文或下文所限定的奥氏体镍基合金可任选包含以下元素Al、Mg、Ca、Ce和B中的一种或多种。这些元素可以在制造过程期间添加以提高例如脱氧、耐腐蚀性、热延展性或切削性。然而，如本领域中已知的，这些元素的添加及其量将取决于合金中存在哪些合金元素以及期望哪些效果。如果添加的话，这些元素的总含量≤1.0wt％，例如≤0.5wt％。

根据一个实施方式，所述奥氏体合金由在上文或下文提及的范围内的上文或下文提及的所有合金元素组成。

如本文中涉及的术语“杂质”是指在工业生产奥氏体合金时由于原材料例如矿石和废料以及由于生产过程中的各种其它因素将会污染奥氏体合金并且在不会不利影响如上文或下文所限定的奥氏体合金的性质的范围内允许污染的物质。

如上文或下文所限定的合金可以通过使用常规的冶金制造方法、例如包括诸如热加工和/或冷加工的步骤的方法来制造。所述制造方法可任选包括热处理步骤和/或老化步骤。热加工过程的例子是热轧、锻造和挤出。冷加工过程的例子是皮尔格式轧制(pilgering)、拉制和冷轧。热处理过程的例子是均热和退火，例如固溶退火或淬火退火。

本发明还涉及包含如上文或下午所限定的奥氏体镍基合金的物体，例如管、管材、棒、中空体、小方坯、大方坯、条、线、板和片。

以下非限制性实施例进一步说明本发明。

实施例

实施例1

表1的合金是通过在270kg的HF(高频)感应炉中熔化而制造的，然后将其通过浇铸到9"模具中制成铸锭。浇铸后，除去模具，并将铸锭在水中淬火。将铸锭锻造成扁条，并热轧成厚度为10mm的板。在1200℃淬火退火15分钟继以水淬火后，将所述板机械加工成8×40×250mm的试件。表1出了实验性炉料(experimental heats)的组成。

表1.实验性炉料的化学分析，以重量％计。剩余物为Fe和不可避免的杂质。标有“*”的合金在本发明内

样品	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	N	Cu
											1*	0.006	0.25	1.03	0.007	<0.0005	25.14	42.37	6.45	0.09	0.19
2*	0.009	0.23	1.04	0.006	0.001	25.07	49.61	6.47	0.09	0.18
											3	0.006	0.21	1.07	0.006	0.001	29.12	42.48	6.44	0.08	0.20
4	0.006	0.25	1.08	0.006	0.001	30.19	50.24	6.50	0.10	0.21
											5	0.01	0.21	1.04	0.006	0.001	34.78	43.03	6.55	0.12	0.19
6	0.008	0.22	1.03	0.006	<0.0005	34.76	49.56	6.48	0.12	0.18
											7*	0.006	0.25	1.03	0.006	<0.0005	25.21	50.24	8.85	0.09	0.18

对试件进行可变拘束抗热裂试验。在2.9％的应变(ε)下，在样品上形成热裂纹，并根据IS/TR 17641-3测量总裂纹长度，并相对于铬含量作图，如图2所示。从该图可以看出，在铬含量低于29wt％时，TCL低于2.5mm。

表2可变拘束抗热裂试验结果

样品	TCL小于2.5mm
		1	是
2	是
		3	否
4	否
		5	否
6	否
		7	是

Claims

1.一种奥氏体镍基合金，所述奥氏体镍基合金以重量％计包含以下合金元素：

剩余物为Fe和不可避免的杂质；

通过可变拘束抗热裂试验(ISO/TR 17641-3)测量，所述奥氏体镍基合金在2.9％的应变(ε)下的总裂纹长度小于2.5mm。

2.根据权利要求1所述的奥氏体镍基合金，其中Cr含量为25.0重量％至28.0重量％。

3.根据权利要求1所述的奥氏体镍基材料，其中Cr含量为25.0重量％至27.0重量％。

4.根据权利要求1所述的奥氏体镍基，其中Cr含量为25.0重量％至26.0重量％。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的奥氏体镍基合金，其中Mn含量≤1.2重量％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的奥氏体镍基合金，其中Si含量≤0.5重量％，例如≤0.3重量％。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的奥氏体镍基合金，其中Mo含量在6.1重量％至9.0重量％之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的奥氏体镍基合金，其中Ni含量在42.0重量％至51.0重量％之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的构成焊接金属的奥氏体镍基合金，其中N含量为0.07重量％至0.10重量％。

10.一种焊接金属，其包含根据权利要求1至9中任一项所述的奥氏体镍基合金。

11.根据权利要求10所述的焊接金属，其中所述焊接金属是熔融焊接填充材料或熔融母体材料或其组合。

12.根据权利要求10所述的焊接金属，其中所述母体材料可以选自管、管材、条、板或片，并且所述焊接填充材料可以选自线、杆、条或包覆焊条。

13.一种包含根据权利要求1至9中任一项所述的奥氏体镍基合金的物体，其中所述物体是管、管材、棒、中空体、小方坯、大方坯、条、线、杆、板或片。

14.根据权利要求1至9中任一项所述的奥氏体镍基合金在焊接应用中的用途。