[发明专利]奥氏体系不锈钢

说明书

本发明提供即使在高温渗碳环境下也具有优异的耐渗碳性、进而具有制造时的优异的热加工性的奥氏体系不锈钢。本实施方式的奥氏体系不锈钢具有如下化学组成：以质量％计含有C：0.03％以上且小于0.25％、Si：0.01～2.0％、Mn：2.0％以下，Cr：10％以上且小于22％、Ni：大于30.0％且为40.0％以下、Al：大于2.5％且小于4.5％、Nb：0.01～3.5％、Ca：0.0005～0.05％、Mg：0.0005～0.05％、N：0.03％以下，余量为Fe和杂质。奥氏体系不锈钢的表层的Cr浓度C_Cr′和表层的Al浓度C_Al′相对于除表层以外的Cr浓度C_Cr和除表层以外的Al浓度C_Al满足式(1)。0.40≤(C_Cr′/C_Al′)/(C_Cr/C_Al)≤0.80(1)。

技术领域

本发明涉及不锈钢，更详细而言，涉及奥氏体系不锈钢。

背景技术

以往，在高温渗碳环境下使用的火力发电锅炉和化学工厂等的设备中，作为耐热钢，使用提高了Cr含量和Ni含量的奥氏体系不锈钢、或提高了Cr含量的Ni基合金。这些耐热钢为含有20～30质量％左右的Cr和20～70质量％左右的Ni的奥氏体系不锈钢或Ni基合金。

火力发电锅炉和化学工厂等设备的配管由钢管坯制造。钢管坯如下制造：将上述奥氏体系不锈钢或Ni基合金熔炼后，进行热加工而制造。因此，对耐热钢要求高的热加工性。然而，奥氏体系不锈钢一般高温下的变形阻力高，延性低。因此，寻求具有优异的热加工性的奥氏体系不锈钢。

但是，最近，由于所谓的页岩气革命，廉价的页岩气得以生产。在化学工厂等的设备中，在使用页岩气作为原料气体的情况下，与石脑油等以往的原料相比，会由于源自原料气体的碳(C)而导致容易产生化学工厂等的设备中使用的金属管(例如反应管)的腐蚀现象、即渗碳。因此，对化学工厂等的设备所使用的钢要求优异的耐渗碳性。

提高了耐渗碳性和耐焦化性的不锈钢例如在日本特开2005-48284号公报(专利文献1)中提出。

专利文献1中公开的不锈钢包含具有如下化学组成的母材：以质量％计，C：0.01～0.6％、Si：0.1～5％、Mn：0.1～10％、P：0.08％以下、S：0.05％以下、Cr：20～55％、Ni：10～70％、N：0.001～0.25％、O(氧)：0.02％以下，余量由Fe和不可避免的杂质组成。该不锈钢在表层部具备Cr缺乏层，该Cr缺乏层中的Cr浓度为10％以上且低于母材的Cr浓度，且该Cr缺乏层的厚度为20μm以内。专利文献1中记载了如下内容：通过形成以Cr₂O₃覆膜为主体的保护覆膜，会提高耐渗碳性和耐焦化性。

然而，对于专利文献1的不锈钢，保护覆膜的主体为Cr₂O₃覆膜。因此，特别是在高温渗碳环境下，防止来自外部气氛的氧、碳的侵入的功能不充分。其结果，有时会在材料中产生内部氧化、渗碳。

因此，国际公开第2010/113830号(专利文献2)、国际公开第2004/067788号(专利文献3)和日本特开平10-140296号公报(专利文献4)公开了涉及代替Cr₂O₃覆膜的保护覆膜的技术。具体而言，这些文献中，作为代替Cr₂O₃覆膜的保护覆膜，在耐热钢的表面形成以热力学稳定的Al₂O₃为主体的保护覆膜。