本發(fā)明涉及奧氏體系fe-ni-cr合金，涉及高溫環(huán)境下的耐氧化性優(yōu)異的奧氏體系fe-ni-cr合金。

背景技術：

1、火力發(fā)電鍋爐或化工設備(chemical?plant)、多晶硅精制用反應爐由于在700～900℃的嚴酷的高溫環(huán)境下使用，因此要求用于它們的材料具有優(yōu)異的高溫強度或耐高溫腐蝕性、耐氧化性。特別是關于耐氧化性，作為要求特性之一，可列舉出在上述高溫環(huán)境下形成于材料表面的以cr2o3為主體的保護性的表面氧化皮致密且與材料的密合性高。作為在上述高溫環(huán)境下使用的設備等所使用的材料，fe-cr-ni合金受到關注。其中，sus304或sus316、sus347這樣的18-8系不銹鋼在上述使用環(huán)境中不具有充分的特性，因此通常使用進一步提高了ni或cr的含量的sus310s或ncf800等。

2、作為改善在這樣的嚴酷的使用環(huán)境下使用的材料的高溫諸特性的技術，例如，在專利文獻1中提出了奧氏體系不銹鋼板，其通過在不銹鋼中微量添加rem(rare?earthmetal，稀土金屬)，并且與ni含量、rem添加量相應地規(guī)定mn含量的上限，從而抑制在鋼板表面生成的cr2o3氧化覆膜的生長速度。另外，在專利文獻2中，提出了通過規(guī)定與鋼材中的cr、ni含量相對應的si的含量，提高在鋼材表面生成的cr2o3的密合性的改性器用耐熱鋼材。

3、但是，在上述專利文獻所公開的技術中，均沒有進行關于材料中的rem或能夠與cr形成化合物的s的影響的研究，認為在要求優(yōu)異的耐氧化性的上述高溫環(huán)境下的應用不充分。而且，rem中有各種元素，也沒有提及其中哪一種元素發(fā)揮效果，現(xiàn)實中難以實行。

4、另外，在上述專利文獻的任一個中，也沒有進行關于內(nèi)部氧化物層對耐氧化性的影響的研究，因此認為在上述嚴酷的高溫環(huán)境下應用的技術中不充分。

5、此外，近年來，提出了復合添加ti、al、rem而得到的蠕變強度和耐應力松弛開裂性優(yōu)異的ni-cr-fe合金(例如，參照專利文獻3)。但是，本合金是實驗室中用高頻感應爐調整成分，得到鋼錠，供于熱軋工序的制法，終究不能進行以60噸規(guī)模為代表的大量生產(chǎn)。此外，相對于rem全部有效的敘述，nd的添加是主體，其它僅以一部分合金添加ce、la、y。作為更大的課題，不具有除去s、o的工序，若嚴格選擇原料就無法實現(xiàn)。因此，根據(jù)情況rem會氧化或硫化，是在難以實現(xiàn)原本的目的的工業(yè)上不能消除脆弱性的方案。因此，很難說可迅速且可靠地以工業(yè)規(guī)模提供添加rem而提高蠕變強度的合金。

6、現(xiàn)有技術文獻

7、專利文獻

8、專利文獻1：日本特開2003-171745號公報，

9、專利文獻2：日本特開2002-256398號公報，

10、專利文獻3：日本再表2018-066579號公報。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明所要解決的課題

2、本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的發(fā)明，其目的在于，提出即使在嚴酷的高溫環(huán)境下也具有優(yōu)異的耐氧化性的奧氏體系fe-ni-cr合金。

3、用于解決課題的手段

4、發(fā)明人為了解決上述課題反復進行了深入研究。迄今為止，得到了以下見解，即通過添加rem中的la、ce、y，改善了在高溫環(huán)境下在合金表面生成的表面氧化皮的密合性，但關于通過在由7％o2-16％h2o-10％co2-0.5％co-0.1％no2-bal.n2構成的混合氣體氣氛中反復進行從室溫到700～900℃的循環(huán)試驗評價的對耐氧化性的貢獻，沒有得到充分的見解。因此，詳細調查了la、ce、y與合金中所含的其它含有元素的相關關系。其結果，明確了為了提高耐氧化性，la、ce、y的添加極為有效，作為其它元素，si、ni、cr、al、ti、zr也有效。另一方面，明確了因含有s、mo、b而阻礙上述耐氧化性提高的作用。由此發(fā)現(xiàn)，為了充分地確保添加rem的作用，需要控制si、ni、cr、al、ti、zr、s、mo、b。

5、另外，在高溫環(huán)境下在表面形成的保護性氧化皮的正下方形成由cr、si、mn、al、ti、la、ce、y的氧化物構成的內(nèi)部氧化物層，詳細調查了內(nèi)部氧化物層的形成行為，結果發(fā)現(xiàn)內(nèi)部氧化物層的面積率與高溫氧化試驗中的氧化失重具有良好的相關關系。具體而言，在表面氧化皮正下方的內(nèi)部氧化物層內(nèi)的0.005mm2處，內(nèi)部氧化物的面積率占30％以上時，可看到耐氧化性的提高。對這些內(nèi)部氧化物層的形成行為與合金元素的關系進行了調查，結果明確了la、ce、y、si、cr、al、ti有效，另一方面，s、mn、n的含有阻礙上述內(nèi)部氧化物層的形成行為。由此發(fā)現(xiàn)，為了得到由控制內(nèi)部氧化物層帶來的耐氧化性提高的作用，需要控制la、ce、y、si、cr、al、ti、s、mn、n。

6、此外，發(fā)現(xiàn)了合金元素合金中所含的作為rem的la、ce、y中的任一種或兩種以上的總重量(質量％)除以合金中所含的s的含量(質量％)而得的值與高溫氧化試驗中的氧化失重具有良好的相關關系，明確了由此得到的特性式為3.2≤rem/s。

7、另外，著眼于在高溫環(huán)境下形成的表面氧化皮形態(tài)而反復進行研究，結果在由7％o2-16％h2o-10％co2-0.5％co-0.1％no2-bal.n2構成的混合氣體氣氛中反復進行從室溫到700～900℃的循環(huán)試驗中形成的表面氧化皮的厚度在10～100μm的范圍內(nèi)形成時，表面氧化皮致密地形成，密合性優(yōu)異，試驗后的氧化失重也顯示良好的結果。

8、即，本發(fā)明的奧氏體系fe-ni-cr合金的特征在于，由以下成分組成構成：以質量％計，含有c：0.004～0.13％、si：0.15～1.0％、mn：0.03～2.0％、p：≤0.040％、s：≤0.003％、ni：20.0～38.0％、cr：18.0～28.0％、mo：≤1.0％、cu：≤1.0％、n：≤0.03％、b：≤0.01％、al：0.10～1.0％、ti、zr中的至少一種(ti：0.10～1.0％、zr：0.01～0.6％)、以及o：0.0002～0.0030％、ca：≤0.002％、作為稀土元素(rem)的la、ce、y中的任一種或兩種以上的總重量：0.001～0.010％，余量由fe和不可避免的雜質構成；并且滿足下述的(1)式、(2)式。

9、85≥0.3×si+1.5×ni+1.3×cr+5.8×al+7.7×zr+2.7×ti+2173×rem-3582×s-32.9×mo-2448×b≥47…(1)

10、40≥0.6×si+1.3×cr+23.53×al+5.88×ti+3074×rem-5067×s-0.8×mn-816×n≥0…(2)

11、另外，本發(fā)明的奧氏體系fe-ni-cr合金的特征在于，作為上述稀土元素(rem)的la、ce、y中的任一種或兩種以上滿足下述的(3)式。

12、3.2≤rem(la、ce、y)/s…(3)

13、在本發(fā)明的奧氏體系fe-ni-cr合金中，其特征在于，除了上述成分組成以外，在由7％o2-16％h2o-10％co2-0.5％co-0.1％no2-bal.n2構成的混合氣體氣氛中反復進行從室溫到700～900℃的循環(huán)試驗中形成的表面氧化皮的組成以質量％計含有cr：40％以上、fe：10～20％、ni：0～10％、o：10～40％、rem：0.05～0.5％、余量含有作為不可避免的元素的mn、si、ti，皮厚度具有10～100μm的厚度。

14、此外，其特征在于，在上述表面氧化皮的正下方形成的內(nèi)部氧化物層由含有cr、si、mn、al、ti、rem中的至少一種以上的內(nèi)部氧化物構成，此時的內(nèi)部氧化物層的面積率在表面氧化皮的正下方每0.005mm2中具有30％以上。

15、另外，本發(fā)明還提出了上述奧氏體系fe-ni-cr合金的制造方法。即，合金組成通過在將合金原料熔化后進行精煉來進行調整，在精煉中向熔化后的合金原料(熔融合金)中吹入氧和氬的混合氣體來進行脫碳，將氮濃度控制在0.03％以下后進行cr還原，然后，將鋁、石灰石和螢石添加到熔融合金中，形成cao-sio2-al2o3-mgo-f系熔渣，使熔融合金中的氧濃度為0.0002～0.0030質量％，然后，添加含有l(wèi)a、ce、y中的任一種或兩種以上的原料來調整成分，進行鑄造，得到板坯后通過熱軋工序制造卷材。

16、發(fā)明效果

17、根據(jù)本發(fā)明，在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的耐氧化性，能夠非常有助于產(chǎn)品的高壽命化。