奥氏体系不锈钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及奥氏体系不锈钢，特别是涉及在火力发电用的锅炉管等高温·氧化性 环境中使用的奥氏体系不锈钢。
【背景技术】
[0002] 以维持稳定的电力供给为目的，太阳光等可再生能源受到注目，但如果从世界范 围看，则火力发电仍是主要的发电方法并未改变。特别是燃煤火力发电被认为以丰富的资 源?廉价的原料成本为背景，以新兴国家为中心在扩大。然而，燃煤火力发电其单位发电电 能的〇) 2排放量大，因此，通过使发电锅炉的蒸气高温?高压化而进行发电效率的改善。这 样的状况之下，锅炉的热交换部所使用的锅炉管材料所要求的耐热性逐年来越发严格。
[0003] 火力发电用锅炉管使用的是高温强度、耐氧化性优异的奥氏体系不锈钢。特别是 在温度环境高，腐蚀性严重的部分使用SUS310所代表的25Cr系的不锈钢。这些锅炉管不 仅曝露在500~700°C的高温环境，而且要在钢管内部通过高压的水蒸气，因此需要优异的 蠕变特性。在现有的认知中，通过各种各样的方法实现蠕变强度的提高。
[0004] 例如，在专利文献1中，公开有一种使Ti量、Nb量、Zr量、Ta量和C量达到适当的 比率的技术。在专利文献2中，公开有一种通过含有微量的氧和Ti来抑制晶粒的粗细晶混 存的技术。在专利文献3中，公开有一种在添加有Cu、Nb、N的钢材中控制P量、Al量、V量 等的技术。在专利文献4中，公开有一种调节Mo量、W量和N量的技术。
[0005] 另一方面，在锅炉管中，也有使韧性提高这一课题。这是由于在韧性低时，由于运 转时·检修时所负荷的冲击，导致锅炉管容易发生龟裂和裂纹，锅炉爆管（原文：噴破）的 可能性尚。
[0006] 一直以来，为了提高韧性，减少不锈钢中所含的Si、Al、S(硫）和0(氧）被认为是 有效的。在现有的火力发电用的锅炉管材料中，通过在能够取得脱氧效果的范围减少Si、 A1，以抑制σ相等的脆化相的形成，通过添加 Mn、Ca和Mg，减小S的影响（例如，参照专利 文献5、6)。
[0007] 另外，作为可以在25Cr_20Ni系等的耐热不锈钢中添加的元素，有Ta(钽）。在专 利文献7~11中记述的要旨是，通过含有Ta，从Ti、Nb、V、Mo、W、Re等中选择性地使其添 加，以实现利用碳的固定化带来的耐腐蚀性的提高、热加工性的提高和高温强度的提高。
[0008] 【现有技术文献】
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本国特开昭59-23855号公报
[0011] 专利文献2 :日本国特开2004-250783号公报
[0012] 专利文献3 :日本国特开2004-323937号公报
[0013] 专利文献4 :日本国特开2012-1749号公报
[0014] 专利文献5 :日本国特开平7-278757号公报
[0015] 专利文献6 :日本国特开平4-358043号公报
[0016] 专利文献7 :日本国特开2004-156126号公报
[0017] 专利文献8 :日本国特开2002-69591号公报
[0018] 专利文献9 :日本国特开2006-291290号公报
[0019] 专利文献10 :国际公开第2009/044802号
[0020] 专利文献11 :国际公开第2009/044796号
[0021] 然而，以专利文献1、2的方法得不到充分的蠕变强度，在专利文献3、4中，以数质 量％添加 W、Mo、Cu等的高价的金属，存在无法避免成本增加这样的问题。另外，在作为现有 锅炉材料的火SUS310J1HTB这样的JIS规格钢中，因为高浓度含有N，所以不能适用专利文 献4这样的利用N与其他元素的协同效应带来的蠕变强度提高。
[0022] 另外，根据专利文献5~11所述的技术，即使是长期曝露在高温环境（例如， 500~700°C)时，仍可以高达一定程度地维持韧性。但是，如前述，正在面临的状况是，对 于满足逐年越发严格的耐热性的要求来说仍说不上充分。
【发明内容】
[0023] 本发明鉴于这样的状况而形成，其课题之一在于，提供一种奥氏体系不锈钢，其不 用大量添加 w、Mo、Cu等的高价金属，就能够在高温环境下长期表现出优异的蠕变强度。另 外，还有一个课题在于，提供一种即使长期曝露在高温环境后，仍能够维持优异的韧性的奥 氏体系不锈钢。
[0024] 本发明者们锐意研宄开发的结果发现，通过使奥氏体系不锈钢在特定的数值范围 含有Ta，能够使模拟锅炉等的使用环境，即，长期曝露在高温环境下的这种环境的时效热处 理后的韧性优异。另外还发现，除了在特定的浓度范围含有Ta以外，通过使Nb和Ta的含 量以特定比率含有，则蠕变强度提高。
[0025] 将以上的认识作为基础完成的本发明的奥氏体系不锈钢，其特征在于，含有C : 0· 01 ~0· 15 质量％、Si :0· 10 ~L 00 质量％、Mn :0· 10 ~2. 50 质量％、Ni :15. 0 ~25. 0 质量 ％、Cr :20. 0 ~30. 0 质量 ％、Nb :0· 10 ~0· 80 质量 ％、Ta :0· 20 ~L 00 质量 ％、B : 0· 0005~0· 0050质量％、N :0· 10~0· 35质量％、S :0· 0050质量％以下（不含0质量％ ) 和P :0. 050质量％以下（不含0质量％ )，余量由铁和不可避免的杂质构成。
[0026] 在此，上述本发明的奥氏体系不锈钢中，若使Ta含量为0. 25~0. 8质量％，则可 发挥特别优异的时效后韧性。
[0027] 另外，在上述本发明的奥氏体系不锈钢中，若使Nb含量为0. 10~0. 60质量％，并 且，使Ta/Nb的比率为0. 8~4. 0,则可发挥特别优异的蠕变强度。
[0028] 此外，若还含有下述（a)、（b)群中的至少1群，则对应所含有的元素，能够使高温 强度和耐氧化性提高，本发明更为优选。
[0029] (a)由W :4质量％以下、Mo :4质量％以下、Cu :4质量％以下、稀土类元素：0. 15质 量％以下、Ca :0. 005质量％以下、和Mg :0. 005质量％以下构成群之中的任意一种以上，
[0030] (b)由V :0· 2质量％以下、Ti :0· 2质量％以下、Zr :0· 2质量％以下、Hf :0· 2质 量％以下构成群之中的任意一种以上，并且，其含量的合计为〇. 4质量％以下。
[0031] 本发明的奥氏体系不锈钢即使长期曝露在高温环境后，也能够维持优异的韧性。 或者，不用大量添加 Mo、Cu等的高价的金属，而能够在高温环境下长期表现出优异的蠕变 强度。
【具体实施方式】
[0032] 接下来，就用于实施本发明的方式（实施方式）详细地加以说明。
[0033] 本发明的一个实施方式的奥氏体系不锈钢，含有C :0.01~0. 15质量％、Si : 0· 10 ~L 00 质量％、Mn :0· 10 ~2. 50 质量％、Ni :15. 0 ~25. 0 质量％、Cr :20. 0 ~30. 0 质量％、Nb :0· 10 ~0· 80 质量％、Ta :0· 20 ~L 00 质量％、B :0· 0005 ~0· 0050 质量％、N : 0· 10~0.35质量％、S :0.0050质量％以下（不含0质量％ )和P :0.050质量％以下（不 含〇质量％ )，余量由铁和不可避免的杂质构成。
[0034] 本发明的上述奥氏体系不锈钢，具有的特征在于，有着Ni和Cr的含量与 25Cr-20Ni奥氏体系不锈钢同等的化学成分组成，但具有以下所示这样的特定的化学成分 组成（C、Si、Mn、Ni、Cr、Nb、Ta、B、N、S、P)。这些成分的作用和范围设定理由如下述。
[0035] [C :0· 01 ~0· 15 质量％ ]
[0036] C在高温的使用环境下形成碳化物，是具有使作为传热管所需要的高温强度和蠕 变强度提高这一作用的元素。为了确保作为强化机构的碳化物的析出量，需要使C含有 0. 01质量％以上。但是，若C含量过剩而高于0. 15质量％，则形成粗大的碳化物，得不到进 一步的强化。C含量优选为0.03质量％以上，更优选为0.05质量％以上。另外，C含量优 选为〇. 10质量％以下，更优选为〇. 07质量％以下。
[0037]