[发明专利]抗循环氧化性能优异的耐热奥氏体系不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及适合作为锅炉等的传热管材料使用的耐热奥氏体系不锈钢，特别是涉及抗循环氧化性能优异的耐热奥氏体系不锈钢。

背景技术

近年来，为了抑制作为温室气体的二氧化碳的排放，用煤进行的火力发电的高效率化被推进。为了使其发电效率提高，锅炉的蒸气温度和压力的上升有效，作为这样的锅炉的传热管材料，适用高温强度、抗氧化性优异的。另外，作为这样的性能优异的材料，一般使用奥氏体系不锈钢。

作为传热管材料所要求的抗氧化性，是抗循环氧化性能。因为锅炉会反复进行起动和停止，所以形成于钢管（传热管）表面的氧化物会被置于交替受到高温环境与低温环境的循环氧化环境下。在这样的环境下，由于与材料基材的热膨胀差而导致氧化物剥离，会有氧化皮剥离导致的氧化进一步进行和钢管的壁厚减少（损耗）造成的强度不足产生这样的问题。在这样的环境下，也要求上述这样的现象难以发生的这种性能（在本发明中，将其称为“抗循环氧化性能”）。

作为包含抗循环氧化性能以外的性能的广义的意思下的抗氧化性优异的耐热材料，已知有25Cr－20Ni奥氏体系不锈钢（SUS310S），但这种不锈钢由于大量含有高价的Ni，所以存在成本高的问题。由此，作为锅炉的传热管材料，重要的要件是，将Ni含量抑制得很低，并且高温强度和耐腐蚀性良好的18Cr－8Ni奥氏体系不锈钢（SUS304）作为基本的成分。

作为接近于18Cr－8Ni奥氏体系不锈钢的成分，已知有添加Ti的SUS321的成分系，另外，作为具有依据SUS321的成分系的火力发电用规格的锅炉用不锈钢，已知有火SUS321J2HTB。作为广义的意思下的抗氧化性的提高技术，有如下：（1）喷丸硬化加工和机械研磨等的表面处理；（2）作为使耐腐蚀性提高的成分的Al、Si，和含有Ce、La的REM（稀土类元素）的添加，（3）结晶粒微细化等，作为与使用Ti化合物作为析出强化机构的奥氏体系不锈钢有关的，例如提出有专利文献1、2这样的技术。

这些技术之中，专利文献1公开，通过添加有助于耐腐蚀性提高的Al，并且通过表面研磨促进Cr₂O₃层的形成，从而使抗氧化性提高。另外还公开，作为获得与表面研磨处理同等效果的替代手段，使Al和Si的合计量增加到4%以上，而且添加Ce、Y、La等的REM或Ca，由此也能够提高抗氧化性。

但是，由于Al、Si的添加和Cr₂O₃层的形成，虽然能够期待使钢管表面所形成的氧化物的生长速度放缓的作用，但是去不能完全防止氧化物的形成本身，另外也不能期待其发挥良好的抗循环氧化性能。此外，在添加Al的钢材中，也有制管时容易发生表面损伤这样的问题。

在专利文献2中公开，为了使抗氧化性能提高而添加Ce、La、Hf，但是与上述技术同样，可以预见抗循环氧化性能低，另外也没有确认到抗循环氧化性能的改善。

作为用于使抗循环氧化性能提高的技术，也提出有专利文献3这样的技术。但是，在该技术中，因为大量含有Al和Si，所以有钢管的表面损伤和长时间热处理后招致脆化这样的问题。另外在该技术中还公开，含有Y并添加La和Ce等的REM，这发挥出使氧化皮的密接性提高的作用，但不具有充分的性能，另外未确认到抗循环氧化性能的改善。

另一方面，作为使锅炉用奥氏体系不锈钢的抗氧化性提高的技术，也提出有专利文献4这样的技术。该技术是为了析出强化和固溶强化而使用了Nb和N的“火SUS304J1HTB”的成分系。该技术也是以氧化物系夹杂物的形成为目的，添加0.002～0.05%左右的Ti，但是在火SUS321J2HTB这样的以Ti化合物的析出作为强化机构而使用的钢材中，如果Ti没有添加0.1～0.25%左右，则可预见不能确保高温强度。另外该技术未确认到抗循环氧化性能的改善，可预见到抗循环氧化性能低。

在专利文献5的技术中，通过REM的添加和喷丸加工，使抗氧化性提高。但是，喷丸加工有招致制造程序增加带来的成本高这一其他问题，另外未确认到抗循环氧化性能的改善，可预想到抗循环氧化性能低。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004－43903号公报

专利文献2：日本特开平9－165655号公报

专利文献3：日本特开平8－337850号公报

专利文献4：日本特开2003－268503号公报

专利文献5：日本特开平6－322489号公报

发明内容