CN101218365A

CN101218365A - 奥氏体不锈钢

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Publication number: CN101218365A
Application number: CNA2006800183434A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·M·雷科夫斯基; 查尔斯·P·斯廷纳
Original assignee: ATI Properties LLC
Current assignee: ATI Properties LLC
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: CN101218365B; CA2603526A1; UA92748C2; CA2603526C

Abstract

一种奥氏体不锈钢的实施方案，基于所述钢总重以重量％计，其包含：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；大于1.5～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；铁；和偶存的杂质。奥氏体不锈钢的一些其它实施方案，基于所述钢的总重以重量％计，其包含：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；最高达4.0的锰；0.20～0.75的铌；不大于0.1的钛和不大于0.1的铝中的至少一种；铁；和偶存的杂质。

Description

奥氏体不锈钢

有关联邦政府资助的研究或开发的陈述

本文部分是由美国能源部提供资金，合同号为DE-FCO2-00CH11062。

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢。更详细地说，本发明涉及在经受高温环境时具有改进的抗蠕变性和/或改进的抗腐蚀性的奥氏体不锈钢。

背景技术

高温大气能导致特殊的腐蚀性环境。假若有明显的水蒸汽存在时，就会出现更强的腐蚀性条件。

高温大气和明显的水蒸汽的组合，在生产能量的设备中，例如，在燃气轮机、蒸汽涡轮机和燃料电池中，以及在处理通过这种能量生产设备所使用的或生产的气体蒸汽的热交换器与蓄热器中，以及高温下用于处理、加工、或提取化学品或矿物的装置中是普通的。因此，经受这些条件的所述装置的部件由各种奥氏体不锈钢制造。

为了提高耐腐蚀性，奥氏体不锈钢包含铬、镍、锰及其它合金添加剂的各种组合。尽管如此，不锈钢和一些其它含铬的耐热合金，对在高温大气和在含水蒸汽的高温大气中侵蚀是敏感的。这种侵蚀有两种不同的形式。低合金含量的不锈钢，例如，AISI型304(标称为18重量％的铬和8重量％的镍，其余部分是铁)，在水蒸汽存在下经受加速的氧化作用。缓慢生长的氧化铬膜被快速生长的混合铁和铬氧化物组成的厚氧化皮所代替。结果是，由于转化成氧化物而造成金属的快速损失。高合金含量的材料，例如，优质铁素体的铁-铬不锈钢和镍-铬超级合金，似乎是对这种侵蚀形式不敏感，然而，已观察到在暴露于水蒸汽的过程中遭受重量损失。在一些高合金含量的材料中形成的氧化物是非常纯的氧化铬，并且，由于形成挥发性的铬羟基氧化物，对蒸发是敏感的。铬这种蒸发至大气中的损失，结果是金属基质中异常的高含量铬的耗尽，这一点可导致高温抗氧化性的下降。对于一些合金中所提到的两种状态，前述的腐蚀状态间的转换是比较复杂的。

除了腐蚀以外，高温环境下的制品和部件可遭受蠕变。蠕变是合金在低于正常屈服强度的应力下长期保持时不希望有的塑性变形。因此，蠕变可影响一些例如，在能量生产设备和相关设备中，以及在用于高温加工、处理或提取化学品或矿物或用于高温处理或加工合金的装置和部件中的经受高应力和高温的结构部件和其它部件。在这些应用中，理想的是，部件是由在高温环境下具有显著抗腐蚀性的材料制成，并且还具有显著的抗蠕变性。

已证实，合金元素锰起到减少铬氧化物挥发效果的作用。许多不锈钢的说明书都包括限制在2重量％下或更低浓度的锰，无需最低浓度。在这些钢中的锰不是有意添加的合金添加剂，而是把作为来自碎屑原料的偶存组分而含于钢中。一种适于高温下、高水蒸汽含量环境中使用的含有适当允许量的偶存锰的奥氏体不锈钢，是NF 709合金。NF 709合金可从NipponSteel Corporation获得，其以包括用于锅炉的无缝钢管形式。NF 709合金的组成，其由Nippon Steel出版物“Quality and properties of NF709 AusteniticStainless Steel for Boiler Tubing Applications”提供，示于表1中。公布的组成说明，锰的极限是1.5重量％，没有具体的最低值。按照对这种合金研究的各种公开的说明，典型的工业用锰含量约1重量％。一些其它的奥氏体不锈钢也列于表1中。本发明整个说明书中的元素浓度都是基于总合金重量的重量％，除非另有指示。表1中的“NS”表明，特定的UNS说明书中没有详细说明元素的浓度。

表1

参照表1，基本AISI 201型不锈钢类似于标准18铬-8镍不锈钢，但是用锰替代部分镍以降低合金成本。通常201型合金，在高温下使用不具有足够的抗蠕变性和抗氧化性。较高合金材料，如合金的NITRONIC族、Esshete 1250合金和21-6-9合金(UNS S2 1900)，含有低镍含量(最大约11重量％)和明显的锰含量(5～10重量％)，通常定为高抗蠕变强度和中等耐环境性。市售可获得的耐热不锈钢，如AISI 309S型和310S型通常包括锰含量最高达约2重量％。这些合金的冶金稳定性方面有些欠缺，这可能限制于其基本组成因为对这两种合金的镍-铬比将导致在通常的使用温度下，形成明显量的脆性相。

有利地提供，在高温大气中和/或含适当水蒸汽量的高温大气中，具有改进的抗高温蠕变性和/或抗腐蚀浸蚀性的奥氏体不锈钢。例如，在含水蒸汽的高温大气中，具有显著抗腐蚀性的不锈钢可有利地用于例如，能量生产设备的部件，例如，包括燃气轮机、蒸汽涡轮机和燃料电池，它们都要经受强腐蚀性的高温-高水蒸汽含量的环境。这些部件包括热交换器、同流换热器、管材、管道以及一些结构部件。在高温大气下，具有强抗腐蚀性的合金也有利地用于在高温的加工、处理、或提取化学品或矿物、或适合高温加工或处理合金的一些装置中。既具有明显高温抗蠕变性又具有显著抗腐蚀性的不锈钢，有利于在前述经受高应力的装置的部件中使用。

发明内容

按照本发明，提供一种在暴露于高温大气环境中时具有改进的抗高温蠕变性和/或改进的抗腐蚀性的奥氏体不锈钢。当用于本发明中时，“高温”指的是超过约100(约37.8℃)的温度。按照本发明的一个方面，提供的一种奥氏体不锈钢包含：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；大于1.5～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；铁；和偶存的杂质。在一些非限制性实施方案中，钢的锰含量至少为1.6至最高达4.0重量％。另外，在一些非限制性实施方案中，奥氏体不锈钢进一步包含一种或多种下列元素：大于0～0.50的硅；大于0～0.30的铝；大于0～0.02的硫；大于0～0.05的磷；大于0～0.1的锆；和大于0～0.1的钒。按照一些非限制性实施方案，钢的钛和/或铝含量不大于0.1重量％。

当用于本发明中时，“最高达”的使用，当不涉及下限时，包括所述元素不存在的情况。另外，当用于本发明中时，涉及钛和铝的含量的“不大于”，包括没有这些元素的情况。

按照本发明的另外一个方面，提供的奥氏体不锈钢含有：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；大于1.5～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；最高达0.50的硅；最高达0.30的铝；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；以及偶存的杂质。在一些非限制性实施方案中，钢的锰含量至少为1.6至最高达4.0重量％。还有，按照一些非限制性实施方案，钢中的钛和/或铝含量不大于0.1重量％。

按照本发明的又一个方面，提供的奥氏体不锈钢基本上由以下组成：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；大于1.5～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；最高达0.50的硅；最高达0.30的铝；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；以及偶存的杂质。按照一些非限制性实施方案，钢中锰的含量至少为1.6至最高达4.0重量％。

按照本发明的再一方面，提供的奥氏体不锈钢由以下组成：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；大于1.5～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；最高达0.50的硅；最高达0.30的铝；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；以及偶存的杂质。在一些非限制性实施方案中，钢中的锰含量至少为1.6～最高达4.0重量％。

本发明另外一个方面的目的在于奥氏体不锈钢其包括，基于钢总重计的重量％：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；最高达4.0的锰；0.20～0.75的铌；至少一种不大于0.1的钛和不大于0.1的铝；铁；和偶存的杂质。

本发明另一方面的目的在于奥氏体不锈钢，其基本上由以下组成，以基于钢的总重计的重量％：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；最高达4.0的锰；0.20～0.75的铌；至少一种不大于0.1的钛和不大于0.1的铝；最高达0.50的硅；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。在一些非限制性实施方案中，钢包含至少1.5至最高达4.0重量％的锰，而在另一实施方案中，钢包含1.6至最高达4.0重量％的锰。

本发明进一步方面的目的在于奥氏体不锈钢，其由以下组成，以基于钢的总重计的重量％：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；最高达4.0的锰；0.20～0.75的铌；至少一种不大于0.1的钛和不大于0.1的铝；最高达0.50的硅；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。在一些非限制性实施方案中，钢含有至少1.5至最高达4.0重量％的锰，而在其它的实施方案中，钢含有1.6至最高达4.0重量％的锰。

按照本发明又一方面，提供一种制品，其包含，具有本发明组成的奥氏体不锈钢。制品的非限制性实施方案包括，例如，能量生产装置和这种装置的部件。例如，制品可选自燃气轮机、蒸汽涡轮机、燃料电池、热交换器、同流换热器、管材、管道、结构部件、以及用于这些装置的任何其它部件。产品的其它例子包括，高温加工、处理、或提取化学品和矿物用，或高温加工或处理合金用的设备或管道、管材以及其它的部件。

读者依据对本发明范围内的一些非限制性实施方案的下列详细说明的考虑将会明了上述的细节，以及其它。读者还可依据评价或使用本发明范围内的合金和制品领悟附加的优点和细节。

附图说明

通过参考附图可以更好地理解本发明所说明的合金和制品的特点和优点，其中：

图1是暴露于含10％水蒸汽的1300(704℃)大气中的合金样品随时间的重量变化的曲线图；

图2是暴露于含7％水蒸汽的1400(760℃)大气中的合金样品随时间的重量变化的曲线图；

图3是暴露于含7％水蒸汽的1500(815℃)大气中的合金样品随时间的重量变化的曲线图；

图4(a)和图4(b)是在暴露于含水蒸汽的高温环境中的合金样品上形成的氧化皮的显微照片；

图5是对经受含水蒸汽的高温环境的若干合金的按MnO对Cr₂O₃的摩尔比测定氧化物组成的图；

图6是两种合金样品的铬含量作为进入样品的深度的函数曲线图；

图7是两种合金样品的铬含量作为进入样品深度的函数曲线图；

图8是对经受包含7％水蒸汽的高温环境处理的、高锰和低锰样品按MnO与Cr₂O₃摩尔比测定的的氧化物组成图；和

图9是暴露于含10％水蒸汽的1400(760℃)大气中的合金样品随时间的重量变化的曲线图。

实施方案

除了操作的实施例外，或另有指示，所有表达本说明书和权利要求书中使用的组分、加工条件等数量的数字，将理解为通过术语“约”而在所有实例中进行修饰。因此，除非有相反的指示，在下列说明书和附带权利要求书中所示的任何数字参数都是近似值，该值依赖于想要的为获得在本发明的合金和制品中的性能而变化。最低限度，其不作为限制等效原则用于权利要求书范围的企图，各数字参数是以有效数字的数目范围和通过使用普通的约数报道的。

尽管本发明列出很宽范围的数字范围和参数是近似值，但是在本发明中的任意具体的实施例中报道的数值是尽可能地精确。然而，任何数值固有地包含一些误差，例如，装置和/或操作者的误差，必然在其相应试验测量值中由标准偏差得出。另外，应当理解本发明列举的任何数字范围都包含范围的边界和列入本发明所有次级-范围。例如，“1～10”的范围包含列举的最小值1和列举的最大值10之间(和包括)所有的附属范围，也就是说，最小值等于或大于1而最大值等于或小于10。

一般认为于此处作为参考引入的任何专利、出版物、或其它公开的资料，全部或部分引入本发明的只是引入的资料不与现在的定义、陈述或本发明中列出的其它公开资料相矛盾。因而，为达到必要的程度，本文陈述的公开替代了此处作为参考引入的任何抵触资料。一般认为于此处作为参考引入的，但与现在的定义、阐述、或者于此处陈述有矛盾的其它公开资料的任何资料，或其部分，仅引入能达到在引入的资料和现在公开的资料间没有矛盾的程度。

如上所述，一些奥氏体不锈钢已被用于暴露于高温大气或含相当量水蒸汽的高温大气下的制品和部件中。经历过这些条件的部件包括，例如，能量生产设备起作用的部件，如燃气轮机、蒸汽涡轮机、燃料电池、以及热交换器和同流换热器，以及适于高温加工、处理、或提取化学品或矿物，或高温加工或处理合金的设备和部件。但是，当这些钢超时经受这样的条件时，仍然遭受一定程度的腐蚀侵袭。因此，本发明人试图确定是否有某些改性的奥氏体不锈钢化学成分可在高温环境下进一步改进抗腐蚀性。按如下的进一步说明，发明人确定了含1.5重量％或以下的锰的合金经受氧化皮的蒸发而随后在含水蒸汽的大气中降解。发明人的部分工作，集中在一些伴随有合适含量的铬和镍一起，还含有大于1.5重量％锰的新的奥氏体不锈钢化学品。作为其工作的结果，本发明人得出的结论是具有广泛组成，更优选的是，具有表2所列的标称组成的奥氏体不锈钢在高温大气环境下和含水蒸汽的高温大气环境下具有显著的抗铬氧化皮蒸发(evaporation)的特性。建议控制合金的锰含量在最小含量，发现这能显著改善抗高温腐蚀的侵袭。

表2

表3示出在试验过程中评价的一些合金的信息。所有的钢水(heat)都被熔化并接着轧制成箔材规格(foil gauge)。钢水1和3是实验室钢水，钢水2是按试验带材卷(pilot coil)制备的，而钢水4是按生产带材卷(production coil)制备的工厂钢水(plant heat)。钢水1、3和4是含1.0重量％锰制备的，而钢水2是含1.6重量％锰制备的。

表3

把分别列于表3中的钢水2和4的1.6和1.0重量％的锰(标称)变体进行比较，表明低锰型在潮湿的大气中，特别是在高温中，氧化皮的蒸发更敏感。这一点导致，随着时间有明显的环境侵蚀。检验按下法进行。

使样品暴露于温度范围在1300～1500(704～815℃)下的湿大气中。如图1所示，高锰样品(约1.6重量％的锰，钢水2)和低锰样品(约1.0重量％的锰，钢水3)两种样品，当暴露于含10％水蒸汽的1300(704℃)大气中时，就随着时间的重量变化(mg/cm²)而言显示相似的氧化动力学。低锰样品通常以一些不规则的行为显示稍低的重量增益。

图2表示，当样品暴露于含7％水蒸汽的1400(760℃)大气中时，高锰(钢水2)和低锰(钢水4)合金样品的重量变化与时间的关系。在这些条件下，样品显示的氧化动力学显著不同。高锰样品在试验开始部分，重量增益迅速，而之后重量增益显著缓慢。在完成5000小时的试验后，两种样品显示基本相同的重量增加。

图3表示，当样品暴露于含7％水蒸汽的1500(815℃)大气中时，高锰(钢水2)和低锰(钢水4)合金样品的重量变化与时间的关系。曲线表示低锰样品在试验期间中，显示显著的氧化皮蒸发。高锰合金在有限的试验暴露过程中未显示出同样的重量变化。

把在上述1300(704℃)和1400(760℃)条件下，总暴露5000小时的样品进行安装、抛光和检验。高锰样品上形成的氧化皮呈现薄、致密且基本上没有特色。低锰变体在1300(704℃)潮湿大气中暴露后，显示形成内部氧化物孔隙。在这些孔隙上的氧化皮，如图4a所示，比在别处的氧化皮稍微厚些。在暴露于1400(760℃)的潮湿大气中，低锰样品上呈现散布有氧化物球结。球结实例示于图4b中。许多小的“突现”球结，似乎是在破裂氧化皮的过程中出现。

另外，样品暴露于含水蒸汽的1500(815℃)大气中后，可以在放大下检查。据观察，在约3000小时后，低锰(约1.0重量％的锰，钢水4)样品上的氧化皮中，形成混合氧化物的小球结。在约8000小时暴露后，在放大下再检查低锰样品，并且发现氧化物球结的尺寸显著生长。在约3500小时时，检查高锰(约1.6重量％的锰，钢水2)样品，并且观察到氧化皮中没有球结。

使用扫描电子显微镜(SEM)进行显微分析，研究氧化皮的一般组成。氧化皮比较薄(2～3微米)，难以提取其详细的组成断面。通常测量值限于在靠近氧化皮/合金的界面和靠近氧化皮/气体界面的部位。现已观察到高锰合金(钢水2)从合金至氧化皮明显显示偏析更多的锰。见图5，该图5示出按MnO与Cr₂O₃的摩尔比测量的氧化物的组成，使用SEM(半定量)中的X-射线能分散谱仪(XEDS)测量若干样品的氧化皮/合金界面和氧化皮/气体界面。低锰材料在1300(704℃)时，氧化皮/气体界面上未显示锰的饱和(即，MnO/Cr₂O₃比为1.0)，而且在1400(760℃)下是边界饱和的。认为，在尖晶石中达到锰饱和，对提供抗蒸发性是重要的。

使用同样的技术(SEM中的XEDS，使用无标准和基于标准的方法定量)以确定在暴露于含水蒸汽的高温大气后，底层金属中铬贫化的水平和程度。图6是对分别来自钢水2和4的高锰和低锰样品，铬浓度作为进入样品表面深度的函数的点图，该样品于含10％水蒸汽的1300(704℃)大气中暴露5000小时。就紧接氧化皮/金属界面的铬浓度而言，低锰样品观察到的贫化显著较大。样品间的贫化深度没有明显地不同。由各样品产生的铬断面图似乎特别尖锐，表明铬没有从样品的内部迅速扩散至氧化皮/合金的界面。

图7是对分别为钢水2和4的高锰和低锰样品，其暴露于含7％水蒸汽的1400(760℃)的大气中5000小时，铬浓度作为进入样品表面深度的函数的点图。如同图6的情况一样，低锰样品的铬贫化在氧化皮/金属界面处显著高于高锰样品。业已观察到，铬在1400(760℃)下的贫化作用，相对于图6所示，氧化皮/合金界面处的最终铬含量明显不大，但图7所示梯度进入基质更深。这是因为，在1400(760℃)下，铬在金属中的扩散迅速，足以使因氧化作用的铬的贫化效应不受位置限制。

图8是表示按MnO与Cr₂O₃摩尔比测定的氧化物组成的图表，对于分别由钢水2和4制成的并经受过含7％水蒸汽的高温大气处理的高锰和低锰样品使用SEM(半-定量)的XEDS。该测量是在氧化皮/合金界面和氧化皮/气体界面处进行。暴露于1300(704℃)和1400(760℃)大气下约5000小时后进行评价。那些在1500(815℃)下的评价是在暴露约3000小时后进行。低锰材料在1300(704℃)下和1500(815℃)下，在氧化皮/气体界面处未显示锰饱和(即，MnO/Cr₂O₃的比为1.0)，而在1400(760℃)下为边界饱和。

制备一系列高锰合金钢水，以评价抗氧化性如何与进一步提高的锰含量相对应。表4说明另外的称作钢水5和6的化学组成。

表4

图9是对暴露于含7％水蒸汽的1400(760℃)大气中的钢水2(1.61重量％的锰)、钢水5(2.04重量％的锰)、和钢水6(3.82重量％的锰)合金样品的样品重量变化随时间的点图。结果表明，锰含量越高通过氧化皮的形成产生的起始重量增益也越高。尽管示于图9中的重量增益似乎不成问题，但可以认为，高于约4重量％较高的锰含量，将进一步导致氧化皮的形成和重量增益，并且必然形成不希望有的材料剥落结果。

制备表5中的另外的钢水7～11。这些钢水包含低于0.1重量％的钛。钢水7、8和11还包含低于0.1重量％的铝。

表5

如上所述，经受高温下长时间的应力作用的奥氏体不锈钢可经受蠕变。大多数的奥氏体不锈钢，都含有较低含量的钛和铝，以促进熔融金属在熔化和浇铸过程中的脱氧。这些元素还可作为氮化物沉淀，且有可能形成固态的金属间相沉淀。在加工过程中，这些沉淀相溶解是非常困难的或者是不可实践的。过量的形成氮化物，将具有使固溶体中的氮含量下降的作用，从而降低合金的蠕变强度。氮化物和金属间相还可使加工，尤其是钢通过弯曲或冲压成部件形状时更为困难。

因此，为了改进合金在弯曲、冲压、以及类似的机械加工步骤过程中的蠕变强度和可成形性，本发明的奥氏体不锈钢的优选化学成份包含不大于0.1重量％的钛和不大于0.1重量％的铝中的至少一种。更为优选的是，为了更好地提高抗蠕变强度和可成形性，本发明的奥氏体不锈钢包含不大于0.1重量％的钛和不大于约0.1重量％的铝。

基于上述，具有所研究的化学成分并包含锰含量大于1.5重量％和最高达约4重量％的奥氏体不锈钢，应显示良好的抗大气高温侵袭，大气可含有显著的水蒸汽，并且不会遭受过量的氧化皮的形成和剥离。更具体地说，提出示于表2中的宽广和标称的合金组成，可作为具有显著抗高温大气和含水蒸汽的高温大气的腐蚀侵袭的奥氏体不锈钢。优选的锰含量至少在1.6至最高达约4重量％，更优选的锰含量至少在1.6至最高达约2.0重量％的锰。

另外，提出一种具有改进抗蠕变性和改进可成形性的合金化学组成，其具有示于表2的普通的化学成分，但包含不大于0.1重量％的钛和/或不大于0.1重量％的铝。根据通过控制锰含量到大于1.5重量％至最高达约4重量％的范围内，提供改进的抗高温腐蚀性，没有必要因钛和/或铝含量的限制而导致所期望的耐蠕变性的改进。换言之，本发明提出的具有改进抗蠕变性和可成形性的合金锰含量，可以是最高达约4.0重量％的任意含量。因此，下列表6中的合金应显示有利的抗蠕变性和可成形性的性能，并且优选化学成分包括不大于0.1重量％的钛和不大于0.1重量％的铝。

表6

*至少Ti和Al中之一不大于0.1

显示有利的抗高温蠕变性、改进的可成形性、以及有利的在含水蒸汽高温大气中抗腐蚀侵袭性的合金，具有表6中所示的组成，并且，其中进一步控制所述组成以使锰含量大于1.5至最高达约4.0重量％，优选至少为1.6至最高达约4.0重量％，更优选至少是1.6至最高达约2.0重量％。这种合金可有利地用于制造，例如，先前提到的能量生产设备，以及加工、处理或提取装置中的结构部件和其它的部件，这两种都经受应力并暴露于含水蒸汽的高温大气中。

为了更好地保证显著的抗蠕变性，本文对奥氏体不锈钢化学成分方面提出一种任选性限制，也就是说合金中的铌与碳之比应满足下列通式：

0.7＜0.13(铌/碳)≤1.0，

其中，式中的铌和碳的含量用原子百分比表示。

本文公开的新型耐腐蚀的奥氏体不锈钢的钢水，可以通过常规方法制造，如通过真空融化废钢以及其它原料的常规技术。通过常规技术加工所得到的钢水成为坯料、扁坯、板材、盘条、薄板以及其它的中间制品，之后进一步加工成最终的产品。本发明范围内的具有提高成形性的合金实施方案含有不大于0.1重量％的钛和/或不大于0.1重量％的铝，可以由合金制成扁平的轧制产品(如带材、薄板、板材、盘条等)，进一步加工成具有较复杂形状的制品。合金的这种特征相对于NF709合金具有优点，NF709具有更加有限的可成形性并通常仅可以通过挤压加工成无缝管。

按照本发明的新型奥氏体不绣钢，可以用于任何合适的场合和环境，然而，合金特别适用于长期经受高温，或高温和明显水蒸汽两种情况下的装置和部件中。例如，本文公开的合金的抗蠕变性和/或抗高温腐蚀性能使其特别适合用于：用于化学品或矿物的高温加工、处理、或提取、或合金的高温加工、处理用的管材、管道、结构部件、以及设备的其它部件；能量生产设备，例如，燃气轮机、蒸汽涡轮机、和燃料电池的管材、管道、结构部件和其它部件；以及热交换器、同流换热器、和处理通过能量生产设备所使用或产生的气体蒸汽的其它装置。对于本文公开的合金的其它用途，考虑到合金的本发明说明对所属领域的技术人员来说是明显的。

尽管前述说明有必要提出本发明有限量的实施方案，但相关技术领域的普通技术人员将理解，为解释本发明性质的本文描述和举例说明的实施例由本领域的熟练技术人员可进行组成和其它细节方面的各种变化，并且所有这种改进都将保留在本文所示的以及所附的权利要求书的本发明原理和范围中。本领域的熟练技术人员还应理解，变更方案可对上述实施方案进行变更但不偏离本发明的宽广的发明概念。因此，应当理解，本发明不限于说明的特定的实施方案，而是如权利要求书所限定的其可以覆盖在本发明原理和范围内的修饰。

Claims

1.一种奥氏体不锈钢，基于钢的总重以重量％计，包含：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；大于1.5～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；铁；和偶存的杂质。

2.按照权利要求1中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重所述钢包含1.6～4.0重量％的锰。

3.按照权利要求1所述的奥氏体不锈钢，基于钢的总重以重量％计，其进一步含有下列的至少一种：大于0～0.50的硅；大于0～0.30的铝；大于0～0.02的硫；大于0～0.05的磷；大于0～0.1的锆；和大于0～0.1的钒。

4.按照权利要求1中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重钛和铝中的至少一种限于不大于0.1重量％。

5.按照权利要求1中所述的奥氏体不锈钢，其中所述钢中的铌与碳的比满足通式：

0.7＜0.13(铌/碳)≤1.0，

其中通式中的铌和碳的含量以原子百分比表示。

6.按照权利要求1中所述的奥氏体不锈钢，基于钢的总重以重量％计，其包含：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；大于1.5～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；最高达0.50的硅；最高达0.30的铝；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。

7.按照权利要求6中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重所述钢含有1.6～4.0重量％的锰。

8.按照权利要求6中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重，钛和铝中的至少一种限于不大于0.1重量％。

9.按照权利要求1中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重以重量％计，所述钢基本上由以下组成：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的的镍；1～2的钼；大于1.5～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；最高达0.50的硅；最高达0.30的铝；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。

10.按照权利要求9中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重以重量％计，所述钢基本上由以下组成：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的的镍；1～2的钼；1.6～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；最高达0.50的硅；最高达0.30的铝；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。

11.按权利要求10中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重，钛和铝中的至少一种限于不大于0.1重量％。

12.按权利要求1中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重以重量％计，所述钢由以下组成：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；大于1.5～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；最高达0.50的硅；最高达0.30的铝；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。

13.按权利要求12中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重以重量％计，所述钢由以下组成：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的的镍；1～2的钼；1.6～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；最高达0.50的硅；最高达0.30的铝；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。

14.按权利要求12中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重，钛和铝中的至少一种限于不大于0.1重量％。

15.一种包括奥氏体不锈钢的制品，基于钢的总重以重量％计，所述钢含有：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；大于1.5～4.0的锰；0.20～0.75的铌；最高达0.1的钛；铁；和偶存的杂质。

16.按权利要求15中所述的制品，其中基于钢的总重所述奥氏体不锈钢含有1.6～4.0重量％的锰。

17.按权利要求15中所述的制品，其中基于钢的总重以重量％计，所述奥氏体不锈钢进一步含有下列中的至少一种：大于0～0.50的硅；大于0～0.30的铝；大于0～0.02的硫；大于0～0.05的磷；大于0～0.1的锆；和大于0～0.1的钒。

18.一种制品，其中基于钢的总重，奥氏体不锈钢中的钛和铝中的至少一种限于不大于0.1重量％。

19.按权利要求15中所述的制品，其中所述制品是能量生产设备和用于加工或处理化学品、矿物或合金中至少一种的设备之一。

20.按权利要求15中所述的制品，其中所述制品选自燃气轮机、蒸汽涡轮机、燃料电池、以及适用于这些制品中任何一种的部件。

21.按权利要求15中所述的制品，其中所述制品是接收能量生产设备使用或生产的气体的设备或部件。

22.按权利要求15中所述的制品，其中所述制品是热交换器、热交换器部件、同流换热器、和同流换热器部件中的一种。

23.按权利要求15中所述的制品，其中所述制品是适于下列至少一种的设备的部件：

在高温下加工化学品、矿物、和合金中的至少一种；

在高温下处理化学品、矿物、和合金中的至少一种；或在高温下提取化学品和矿物中的至少一种。

24.一种奥氏体不锈钢，基于钢的总重以重量％计，其包含：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；最高达4.0的锰；0.20～0.75的铌；不大于0.1的钛和不大于0.1的铝中的至少一种；铁；和偶存的杂质。

25.按权利要求24中所述的奥氏体不锈钢，其中所述钢基于钢的总重含有1.6～4.0重量％的锰。

26.按权利要求24中所述的奥氏体不锈钢，基于钢的总重以重量％计，其还含有下列的至少一种：大于0～0.50的硅；大于0～0.02的硫；大于0～0.05的磷；大于0～0.1的锆；和大于0～0.1的钒。

27.按权利要求24中所述的奥氏体不锈钢，其中所述钢中铌与碳的比满足通式：

0.7＜0.13(铌/碳)≤1.0，

其中通式中铌与碳的含量以原子百分比表示。

28.按权利要求24中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重以重量％计，所述钢基本上由以下组成：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；最高达4.0的锰；0.20～0.75的铌；不大于0.1的钛和不大于0.1的铝中的至少一种；最高达0.50的硅；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。

29.按权利要求24中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重以重量％计，所述钢基本上由以下组成：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；1.6～4.0的锰；0.20～0.75的铌；不大于0.1的钛和不大于0.1的铝中的至少一种；最高达0.50的硅；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。

30.按权利要求24中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重以重量％计，所述钢由以下组成：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；最高达4.0的锰；0.20～0.75的铌；不大于0.1的钛和不大于0.1的铝中的至少一种；最高达0.50的硅；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。

31.按权利要求30中所述的奥氏体不锈钢，其中基于钢的总重以重量％计，所述钢由以下组成：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；1.6～4.0的锰；0.20～0.75的铌；不大于0.1的钛和不大于0.1的铝中的至少一种；最高达0.50的硅；最高达0.02的硫；最高达0.05的磷；最高达0.1的锆；最高达0.1的钒；铁；和偶存的杂质。

32.一种包含奥氏体不锈钢的制品，基于钢的总重以重量％计，所述钢包含：0.05～0.2的碳；0.08～0.2的氮；20～23的铬；25～27的镍；1～2的钼；最高达4.0的锰；0.20～0.75的铌；不大于0.1的钛和不大于0.1的铝中的至少一种；铁；和偶存的杂质。

33.按权利要求32中所述的制品，其中基于钢的总重所述奥氏体不锈钢包含1.6～4.0重量％的锰。

34.按权利要求32中所述的制品，其中基于钢的总重以重量％计，所述奥氏体不锈钢进一步包含下列的至少一种：大于0～0.50的硅；大于0～0.02的硫；大于0～0.05的磷；大于0～0.1的锆；和大于0～0.1的钒。

35.按权利要求32中所述的制品，其中所述制品是能量生产设备和用于加工或处理化学品、矿物或合金中的至少一种的设备之一。

36.按权利要求32中所述的制品，其中所述制品选自燃气轮机、蒸汽涡轮机、燃料电池、和适用于这些制品的任何一种的部件。

37.按权利要求32中所述的制品，其中所述制品是一种接收由能量生产设备使用或生产的气体蒸汽的设备或部件。

38.按权利要求37中所述的制品，其中所述制品是热交换器、热交换器部件、同流换热器、和同流换热器部件中的一种。

39.按权利要求32中所述的制品，其中所述制品是适用于下列至少一种的设备或设备的部件：

在高温下加工化学品、矿物、和合金中的至少一种；

在高温下处理化学品、矿物、和合金中的至少一种；或

在高温下提取化学品和矿物中的至少一种。