[发明专利]奥氏体系不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种奥氏体系不锈钢。

背景技术

在专利文献1中公开了已有的燃烧煤炭等的火力发电锅炉等所使用的、高温强度和耐腐蚀性优异的奥氏体系不锈钢钢管。

在专利文献2中公开了如下所述的方法：规定对管内表面施加喷丸硬化(shot peening)等冷加工所得到的材料的表面状态和硬度，来防止受到由重复加热和重复冷却引发的热应力的环境下的、由水蒸气氧化引发的氧化皮层的剥离。

在专利文献3中公开了如下所述的发明：管内表面的被喷丸硬化的面积以可视覆盖率(visual coverage)计为70％以上、使耐水蒸气氧化性提高。

在专利文献4中公开了利用喷丸硬化将管内面表层部的硬度及内部的硬度设在指定的范围内、使耐水蒸气氧化性提高的发明。

专利文献1：日本特开2003-268503号公报

专利文献2：日本特开2006-307313号公报

专利文献3：国际公开第2007/099949号公报

专利文献4：日本特开2009-68079号

最近，在被实用化的燃气涡轮联合发电中，使用用于回收燃气涡轮的排气的热而供500℃以上的蒸气流通的排热回收锅炉(Heat Recovery Steam Generator。以下称“HRSG”。)。另外，其所使用的换热器管受到水蒸气氧化的腐蚀，并且受到在以往没有的较大的温度幅度下的重复热疲劳。另外，在新一代太阳能发电的换热器构件(管、板、锻造品)中，由于依赖于天气而聚光热较大地变动，因此其所使用的材料也受到大气氧化等过度的腐蚀，并且受到较大的重复热疲劳。

这样，HRSG或新一代太阳能发电的换热器构件的使用环境与以往的火力发电锅炉差别较大，由严格的温度变动引发的热膨胀、热收缩与高温腐蚀重叠，热疲劳裂纹(以下，称其为“高温腐蚀热疲劳裂纹”)成为较大的瓶颈。

该理由取决于如下情况：以往的高强度奥氏体系不锈钢的热膨胀与碳钢或9Cr钢的热膨胀相比大到1.3倍以上，并在以往以上的高温下被使用。即，伴随着蒸气的高温化，使用环境中的温度差增大，当产生在构件上的热膨胀差较大时，由此产生的热疲劳也增大。另外，当在高温中产生换热管的腐蚀时，存在有由热膨胀差引发的热疲劳裂纹被加速地促进的情况。该裂纹在以往型的发电锅炉中完全不是问题，是完全不用考虑的现象。

在广泛的一般情况中，作为由疲劳引发的裂纹的抑制防止技术，存在利用喷丸硬化等表面冷加工在材料的表面层施加压缩残余应力的技术。但是，该方法是施加轻度的压缩残余应力(残余压缩应变)的技术，在上述的500℃以上的高温中，易于使轻度的压缩残余应力的效果消失而经不起使用。

专利文献1的发明虽然考虑了高温强度及耐腐蚀性(包括耐水蒸气氧化性)，但是对本发明所需要的高温腐蚀重叠而成的热疲劳裂纹完全没有考虑。即使高温强度及耐腐蚀性较高，只是这样对于高温腐蚀重叠而产生的热疲劳裂纹却没有效果。

专利文献2的发明以抑制氧化皮层的剥离为目的，由此形成的只是能够识别晶界和晶粒那样程度的加工层。根据专利文献3及4的发明获得的加工层也是相同的。在这样的较低的能量密度的加工层中，无法防止由高温腐蚀热疲劳引发的裂纹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够防止在500℃以上的高温腐蚀环境(氧化等)和伴随常温～高温的重复热疲劳的环境下被使用的钢中成为问题的高温腐蚀热疲劳的裂纹的奥氏体系不锈钢及钢管。

本发明人为了开发一种防止在HRSG或新一代太阳能发电等新型锅炉中产生的、高温腐蚀热疲劳的裂纹的革新的技术，详细地分析了伴随高温腐蚀的热疲劳裂纹，结果明确了以下的新的见解。

1)伴随高温腐蚀的热疲劳裂纹产生于晶界。其原因在于，在晶粒内和晶界中，由于变形的容易度上存在区别，因此在应变和应力集中的晶界上产生有裂纹(微小裂纹)。

2)裂纹(龟裂)的扩展不是由单纯的热疲劳引发的，而是在裂纹顶端处由一边伴随氧化等腐蚀一边重复温度变动引发的热应力和应变所引发的。

3)该腐蚀热疲劳裂纹的产生及龟裂的扩展利用上述的以往技术的喷丸加工无论如何也无法阻止。

本发明人将上述见解作为基础反复研究，获得了下述的见解。

4)需要具有能够使Cr(铬)氧化物皮膜生成在产生于晶界的裂纹(微小裂纹)的顶端的化学组成的钢材。另外，钢材的组织作为微粒组织是有效的。