CN109415787A - 铁素体系耐热钢及铁素体系传热构件 - Google Patents

铁素体系耐热钢及铁素体系传热构件 Download PDF

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Abstract

提供传热特性和耐水蒸气氧化性优异的铁素体系传热构件(4)、和能实现其的铁素体系耐热钢(1)。铁素体系耐热钢(1)具备：基材(2)；和，位于基材(2)的表面的氧化层(A)。基材(2)具有如下化学组成：以质量％计含有C：0.01～0.3％、Si：0.01～2.0％、Mn：0.01～2.0％、Cr：7.0～14.0％、N：0.005～0.15％、sol.Al：0.001～0.3％、和选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上：总计为0.5～7.0％，余量由Fe和杂质组成。氧化层(A)包含如下化学组成：以质量％计含有Cr和Mn总计为20～45％、和选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上总计为0.5～10％。

Description

铁素体系耐热钢及铁素体系传热构件
技术领域
本发明涉及耐热钢和传热构件，更详细而言，涉及在高温的水蒸气氧化环境下等中使用的铁素体系耐热钢及铁素体系传热构件。
背景技术
火力发电站中，从抑制CO2气体的排出和经济性的观点出发，要求提高发电效率。因此，正在推进涡轮蒸气压力的高温化和高压化。火力发电站中使用的传热构件被长时间暴露于高温高压的水蒸气中。传热构件例如为锅炉用的配管。如果被长时间暴露于高温的水蒸气中，则在传热构件的表面会生成氧化皮。在传热构件的耐水蒸气氧化性不充分的情况下，在传热构件的表面会生成大量的氧化皮。由于锅炉的起动和停止会导致传热构件发生热膨胀和收缩。因此，如果生成大量的氧化皮，则氧化皮会剥离成为配管堵塞的原因。在大量生成氧化皮的情况下，还会由于氧化皮而导致从配管外部向配管内部的热传导受阻。因此，为了将配管内的温度维持为较高，需要从外部施加更多的热。配管的温度上升会引起蠕变强度的降低。因此，对于火力发电用锅炉、涡轮和蒸气管等设备中使用的传热构件，要求高的耐水蒸气氧化性。
作为满足这样的特性的材料，例如逐渐开发了奥氏体系耐热钢和铁素体系耐热钢。奥氏体系耐热钢例如是Cr含量为18～25质量％的奥氏体系耐热钢。铁素体系耐热钢例如是Cr含量为8～13质量％的铁素体系耐热钢。铁素体系耐热钢比奥氏体系耐热钢廉价。铁素体系耐热钢还具有低于奥氏体系耐热钢的热膨胀率、和高的热导率。因此，铁素体系耐热钢适合作为火力发电站的配管材料。然而，铁素体系耐热钢的Cr含量低于奥氏体系耐热钢的Cr含量。因此，铁素体系耐热钢的耐水蒸气氧化性低于奥氏体系耐热钢的耐水蒸气氧化性。因此，寻求耐水蒸气氧化性优异的铁素体系耐热钢。
抑制了氧化皮的脱落的铁素体系耐热钢例如被日本特开平11-92880号公报(专利文献1)公开。专利文献1中记载的铁素体系耐热钢为在使用中在表面生成氧化覆膜的高含Cr铁素体系耐热钢，在与氧化覆膜的界面或其附近形成有1微米以下的直径的极微细的氧化物。专利文献1中记载了因此氧化覆膜与母材的密合性提高。
通过提高铁素体系耐热钢的表面的Cr浓度来改善耐水蒸气氧化性的方法例如被日本特开2007-39745号公报(专利文献2)公开。专利文献2中，使包含Cr的粉末颗粒负载于含有Cr的铁素体系耐热钢的表面，在高温下，在铁素体钢表面生成Cr浓度高的Cr氧化物层。专利文献2中记载了通过该方法，可以容易且经济地改善含有Cr的铁素体钢的耐(水蒸气)氧化性。
通过在铁素体系耐热钢的表面形成Cr氧化覆膜而改善耐氧化性的方法例如被日本特开2013-127103号公报(专利文献3)公开。专利文献3中记载的铁素体系耐热钢的耐氧化处理方法的特征在于，在由二氧化碳气体与非活性气体的混合气体构成的低氧分压的气体气氛中，对含有铬的铁素体系耐热钢进行热处理，在该耐热钢的表面形成含有铬的氧化覆膜。专利文献3中记载了通过该方法，使氧化皮中的Cr浓度增加，可以容易且经济地改善铁素体系耐热钢的耐氧化特性。
通过在铁素体系耐热钢的表面附着Cr来改善耐水蒸气氧化性的铁素体系耐热钢例如被日本特开2009-179884号公报(专利文献4)公开。专利文献4中记载的铁素体系耐热钢的特征在于，其为在高温高压水蒸气环境下使用的铁素体系耐热钢，在基材表面具有Cr氧化物覆膜，所述Cr氧化物覆膜是对通过粉末Cr喷射材料的喷射喷砂处理而附着的Cr进行预氧化处理而成的。专利文献4中记载了该铁素体系耐热钢在氧化环境中使用之前在耐热钢上形成耐氧化性的氧化物的保护覆膜，因此，耐水蒸气氧化性提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-92880号公报
专利文献2：日本特开2007-39745号公报
专利文献3：日本特开2013-127103号公报
专利文献4：日本特开2009-179884号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，即使利用上述技术，有时也无法充分提高传热构件的传热特性和耐水蒸气氧化性。如上所述，对通过在传热构件的表面形成Cr氧化物而抑制氧化皮的生成的方法已经进行了各种研究。然而，Cr氧化物的热导率低。因此，形成Cr氧化物时，虽然传热构件的耐水蒸气氧化性提高，但是传热特性降低。
本发明的目的在于，提供：传热特性和耐水蒸气氧化性优异的铁素体系传热构件、和能实现其的铁素体系耐热钢。
用于解决问题的方案
本实施方式的铁素体系耐热钢具备：基材；和，位于基材的表面的氧化层A。基材具有如下化学组成：以质量％计含有C：0.01～0.3％、Si：0.01～2.0％、Mn：0.01～2.0％、P：0.10％以下、S：0.03％以下、Cr：7.0～14.0％、N：0.005～0.15％、sol.Al：0.001～0.3％、选自由Mo：0～5.0％、Ta：0～5.0％、W：0～5.0％、和Re：0～5.0％组成的组中的1种或2种以上：总计为0.5～7.0％、Cu：0～5.0％、Ni：0～5.0％、Co：0～5.0％、Ti：0～1.0％、V：0～1.0％、Nb：0～1.0％、Hf：0～1.0％、Ca：0～0.1％、Mg：0～0.1％、Zr：0～0.1％、B：0～0.1％、和稀土元素：0～0.1％，余量由Fe和杂质组成。氧化层A包含如下化学组成：以质量％计含有Cr和Mn总计为20～45％。氧化层A包含如下化学组成：以质量％计含有总计为0.5～10％的选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上。
本实施方式的铁素体系传热构件具备：基材；和，位于基材的表面的氧化覆膜。基材具有上述化学组成。氧化覆膜包含氧化层B和氧化层C。氧化层B含有以体积％计总计为80％以上的Fe3O4和Fe2O3。氧化层C配置于氧化层B与基材之间。氧化层C的化学组成以质量％计含有Cr和Mn：总计大于5％且为30％以下、和选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上：总计为1～15％。
发明的效果
本实施方式的铁素体系耐热钢和铁素体系传热构件的传热特性和耐水蒸气氧化性优异。
附图说明
图1为本实施方式的铁素体系耐热钢的截面图。
图2为本实施方式的铁素体系传热构件的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式详细进行说明。对于图中相同或相对应的部分标注同一附图标记，不重复其说明。
本发明人等对于铁素体系耐热钢和铁素体系传热构件进行了各种研究。其结果，获得以下的见解。
(1)本实施方式的铁素体系耐热钢可以作为锅炉配管等传热构件利用。锅炉配管等传热构件会与高温的水蒸气接触。如果被长时间暴露于高温的水蒸气当中，则会在传热构件的表面生成氧化皮。氧化皮由各种氧化物和杂质形成。氧化物例如为Fe3O4、Fe2O3和Cr2O3等。氧化皮在传热构件的表面形成氧化覆膜。
(2)如果氧化覆膜的热导率低，则从传热构件的外部向传热构件的内部的传热特性降低。因此，为了将传热构件的内部维持为高温，需要从传热构件的外部施加大量的热，锅炉的传热特性降低。从传热构件的外部施加大量的热的情况下，还存在传热构件的蠕变强度降低的情况。因此，氧化覆膜的热导率优选高。然而，在氧化覆膜的热导率过高的情况下，高温水蒸气的热会传导至传热构件的内表面。传导的热会促进传热构件的内表面的氧化反应，因此，会在传热构件的内表面产生大量的氧化皮。大量的氧化皮会从传热构件的内表面剥离。在传热构件为配管的情况下，剥离了的氧化皮成为配管堵塞的原因。因此，氧化覆膜的热导率需要控制在一定的范围内。
(3)氧化皮的厚度过厚的情况下，从传热构件的外部向传热构件的内部的热传导会受到阻碍。因此，锅炉的传热特性降低。因此，氧化覆膜的厚度优选尽量薄。
(4)上述氧化物中，Fe3O4和Fe2O3在高温的水蒸气氧化环境下(以下，也称为高温蒸气环境)热力学稳定地形成。进而，Fe3O4和Fe2O3的热导率高。因此，如果在与高温的水蒸气接触的传热构件的表面形成大量含有Fe3O4和Fe2O3的氧化覆膜，则锅炉的热效率提高。然而，大量含有Fe3O4和Fe2O3的氧化覆膜的热导率过高。因此，仅凭借该氧化覆膜，如上所述，会在传热构件的内表面产生大量的氧化皮。
(5)一般而言，对于锅炉配管等传热构件，大多会提高配管内表面的Cr浓度，在传热构件的内表面形成大量含有Cr2O3的氧化覆膜。由此，大量的氧化皮的生成被抑制，传热构件的耐水蒸气氧化性得到提高。然而，大量含有Cr2O3的氧化覆膜的热导率低。因此，传热构件的传热特性会降低。因此，仅凭借该氧化覆膜，无法提高锅炉的传热特性。
(6)因此，在高温蒸气环境下，在传热构件的内表面形成包含传热特性优异的氧化层、和实现兼顾耐水蒸气氧化性与传热特性的氧化层这2层的氧化覆膜。由此，可以兼顾优异的传热特性和优异的耐水蒸气氧化性。
(7)含有以体积率计总计为80％以上的Fe3O4和Fe2O3的情况下，氧化层的热导率高。因此，可以提高锅炉的传热特性。因此，在与高温的水蒸气接触的传热构件的表面形成含有以体积率计总计为80％以上的Fe3O4和Fe2O3的氧化层B。
(8)另一方面，作为实现了兼顾耐水蒸气氧化性与传热特性的氧化层，在氧化层B与基材之间形成氧化层C。氧化层C含有：总计大于5％且为30质量％以下的Cr和Mn、和总计为1～15质量％的选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上。
Cr氧化物和Mn氧化物会提高基材的耐水蒸气氧化性。然而，Cr含量过高的情况下，氧化覆膜的传热特性降低。Mn含量过高的情况下，基材的蠕变强度降低。因此，氧化层C含有总计大于5％且为30质量％以下的Cr和Mn。
氧化层C中含有Mo、Ta、W和Re的情况下，氧化层C的热导率提高。然而，这些元素的含量过高的情况下，氧化层C的耐水蒸气氧化性有时会降低。因此，氧化层C含有总计为1～15质量％的选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上。
基于以上理由，氧化层C具有优异的传热特性和优异的耐水蒸气氧化性。
(9)为了在高温蒸气环境下形成氧化层B和氧化层C，必须事先在基材上形成氧化层A。氧化层A的化学组成以质量％计含有总计为20～45％的Cr和Mn。氧化层A的化学组成以质量％计含有总计为0.5～10％的选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上。如果在高温蒸气环境下使用，则氧化层A会变化为包含氧化层B和氧化层C的氧化覆膜。高温例如是指500～650℃。
基于以上的见解而完成的本实施方式的铁素体系耐热钢具备：基材；和，位于基材的表面的氧化层A。基材具有如下化学组成：以质量％计含有C：0.01～0.3％、Si：0.01～2.0％、Mn：0.01～2.0％、P：0.10％以下、S：0.03％以下、Cr：7.0～14.0％、N：0.005～0.15％、sol.Al：0.001～0.3％、选自由Mo：0～5.0％、Ta：0～5.0％、W：0～5.0％和Re：0～5.0％组成的组中的1种或2种以上：总计为0.5～7.0％、Cu：0～5.0％、Ni：0～5.0％、Co：0～5.0％、Ti：0～1.0％、V：0～1.0％、Nb：0～1.0％、Hf：0～1.0％、Ca：0～0.1％、Mg：0～0.1％、Zr：0～0.1％、B：0～0.1％、和稀土元素：0～0.1％，余量由Fe和杂质组成。氧化层A包含如下化学组成：以质量％计含有总计为20～45％的Cr和Mn。氧化层A包含如下化学组成：以质量％计含有总计为0.5～10％的选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上。
本实施方式的铁素体系耐热钢的传热特性和耐水蒸气氧化性优异。
上述铁素体系耐热钢的基材的化学组成可以含有选自由Cu：0.005～5.0％、Ni：0.005～5.0％、和Co：0.005～5.0％组成的组中的1种或2种以上。
上述基材的化学组成可以含有选自由Ti：0.01～1.0％、V：0.01～1.0％、Nb：0.01～1.0％、和Hf：0.01～1.0％组成的组中的1种或2种以上。
上述基材的化学组成可以含有选自由Ca：0.0015～0.1％、Mg：0.0015～0.1％、Zr：0.0015～0.1％、B：0.0015～0.1％、和稀土元素：0.0015～0.1％组成的组中的1种或2种以上。
本实施方式的铁素体系传热构件具备：基材；和，位于基材的表面的氧化覆膜。基材具有上述化学组成。氧化覆膜包含氧化层B和氧化层C。氧化层B含有以体积％计总计为80％以上的Fe3O4和Fe2O3。氧化层C配置于氧化层B与基材之间。氧化层C的化学组成含有总计大于5％且为30质量％以下的Cr和Mn、和总计为1～15质量％的选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上。
本实施方式的铁素体系传热构件的传热特性和耐水蒸气氧化性优异。
优选氧化层B含有总计为5质量％以下的Cr和Mn。
优选氧化层C含有5体积％以下的Cr2O3。
上述情况下，通过抑制热导率低的Cr2O3的析出量，氧化覆膜的热导率得到提高。因此，可以提高锅炉的传热特性。
以下，对本实施方式的铁素体系耐热钢和铁素体系传热构件进行详述。关于元素的“％”只要没有特别限定就是指质量％。
[铁素体系耐热钢]
本实施方式的铁素体系耐热钢的形状没有特别限定。铁素体系耐热钢例如为钢管、棒钢和钢板。优选铁素体系耐热钢为铁素体系耐热钢管。对本实施方式的铁素体系耐热钢的基材进行氧化处理。通过氧化处理，在铁素体系耐热钢的基材的表面形成氧化层A。
图1为本实施方式的铁素体系耐热钢的截面图。参照图1，铁素体系耐热钢1具备基材2和氧化层A。具备基材2和氧化层A的铁素体系耐热钢1作为传热构件在高温蒸气环境下使用。由此，氧化层A变化为包含氧化层B和氧化层C的氧化覆膜3。
[基材2的化学组成]
基材2具有以下的化学组成。
C：0.01～0.3％
碳(C)使奥氏体稳定化。C进而通过固溶强化来提高基材的蠕变强度。然而，基材2的C含量过高的情况下，碳化物过量地析出，基材2的加工性和焊接性降低。因此，C含量为0.01～0.3％。C含量的优选下限为0.03％、C含量的优选上限为0.15％。
Si：0.01～2.0％
硅(Si)使钢脱氧。Si进而提高基材2的耐水蒸气氧化性。然而，Si含量过高的情况下，基材2的韧性降低。因此，Si含量为0.01～2.0％。Si含量的优选下限为0.05％、进一步优选为0.1％。Si含量的优选上限为1.0％、进一步优选为0.5％。
Mn：0.01～2.0％
锰(Mn)使钢脱氧。Mn进而与基材2中的S结合形成MnS，抑制S的晶界偏析。由此，基材2的热加工性提高。然而，Mn含量过高的情况下，基材2变脆，进而，基材2的蠕变强度降低。因此，Mn含量为0.01～2.0％。Mn含量的优选下限为0.05％、进一步优选为0.1％。Mn含量的优选上限为1.0％、进一步优选为0.8％。
P：0.10％以下，
磷(P)为杂质。P在基材2的晶界中发生偏析，使基材2的热加工性降低。P进而在氧化覆膜3与基材2的界面富集，使氧化覆膜3相对于基材2的密合性降低。因此，P含量优选尽量低。P含量为0.10％以下、优选0.03％以下。P含量的下限例如为0.005％。
S：0.03％以下
硫(S)为杂质。S在基材2的晶界中发生偏析，使基材2的热加工性降低。S进而在氧化覆膜3与基材2的界面富集，使氧化覆膜3相对于基材2的密合性降低。因此，S含量优选尽量低。S含量为0.03％以下、优选为0.015％以下。S含量的下限例如为0.0001％。
Cr：7.0～14.0％
铬(Cr)提高基材2的耐水蒸气氧化性。Cr进而以Cr2O3和由(Fe、Cr)3O4定义的氧化物的形式包含于氧化覆膜3中。Cr氧化物提高基材2的耐水蒸气氧化性。Cr氧化物进而提高氧化覆膜3相对于基材2的密合性。然而，Cr含量过高的情况下，氧化覆膜3中的Cr2O3的浓度变高，氧化覆膜3的传热特性降低。因此，Cr含量为7.0～14.0％。Cr含量的优选下限为7.5％、进一步优选为8.0％。Cr含量的优选上限为12.0％、进一步优选为11.0％。
N：0.005～0.15％
氮(N)在基材2中固溶，提高基材2的强度。N进而与基材2中的合金成分形成氮化物而在基材2中析出，提高基材2的强度。然而，N含量过高的情况下，氮化物粗大化，基材2的韧性降低。因此，N含量为0.005～0.15％。N含量的优选下限为0.01％。N含量的优选上限为0.10％。
sol.Al：0.001～0.3％
铝(Al)使钢脱氧。然而，Al含量过高的情况下，基材2的热加工性降低。因此，Al含量为0.001～0.3％。Al含量的优选下限为0.005％、Al含量的优选上限为0.1％。本实施方式中，Al含量是指酸可溶性Al(sol.Al)。
选自由Mo：0～5.0％、
Ta：0～5.0％、
W：0～5.0％、和
Re：0～5.0％组成的组中的1种或2种以上：总计为0.5～7.0％
含有选自由钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)和铼(Re)组成的组中的1种或2种以上。以下将这些元素也称为特定氧化层形成元素。特定氧化层形成元素在基材2的表面形成氧化层A。特定氧化层形成元素进而在500～650℃的高温蒸气环境下形成包含氧化层B和氧化层C的氧化覆膜3。只要含有这些元素中的1种就可以得到该效果。然而，特定氧化层形成元素的含量过高的情况下，基材2的韧性、延性和加工性降低。因此，Mo含量为0～5.0％、Ta含量为0～5.0％、W含量为0～5.0％、Re含量为0～5.0％。Mo含量的优选下限为0.01％、进一步优选为0.1％。Ta含量的优选下限为0.01％、进一步优选为0.1％。W含量的优选下限为0.01％、进一步优选为0.1％。Re含量的优选下限为0.01％、进一步优选为0.1％。Mo含量的优选上限为4.0％、进一步优选为3.0％。Ta含量的优选上限为4.0％、进一步优选为3.0％。W含量的优选上限为4.0％、进一步优选为3.0％。Re含量的优选上限为4.0％、进一步优选为3.0％。特定氧化层形成元素的总计含量为0.5～7.0％。特定氧化层形成元素的总计含量的优选下限为0.6％、进一步优选为1.0％。特定氧化层形成元素的总计含量的优选上限为6.5％、进一步优选为6.0％。
本实施方式的铁素体系耐热钢的基材2的余量为Fe和杂质。本实施方式中，杂质是指：由作为钢的原料利用的矿石、废料、或制造过程的环境等混入的元素，且为在不对本实施方式的传热构件4造成不良影响的范围内含有的物质。杂质例如为氧(O)、砷(As)、锑(Sb)、铊(Tl)、铅(Pb)、铋(Bi)等。
本实施方式的铁素体系耐热钢的基材2可以进一步含有以下的元素来代替Fe的一部分。
Cu：0～5.0％
Ni：0～5.0％
Co：0～5.0％
铜(Cu)、镍(Ni)和钴(Co)为任意元素，也可以不含有。含有的情况下，这些元素使奥氏体稳定化。由此，降低基材2的耐冲击性的δ铁素体的残留被抑制。只要含有这些元素中的1种就可以得到该效果。然而，这些元素的含量过高的情况下，基材2的长时间蠕变强度降低。因此，Cu含量为0～5.0％、Ni含量为0～5.0％、Co含量为0～5.0％。Cu含量的优选上限为3.0％、进一步优选为2.0％。Ni含量的优选上限为3.0％、进一步优选为2.0％。Co含量的优选上限为3.0％、进一步优选为2.0％。这些元素的含量的优选下限分别为0.005％。
Ti：0～1.0％
V：0～1.0％
Nb：0～1.0％
Hf：0～1.0％
钛(Ti)、钒(V)、铌(Nb)和铪(Hf)为任意元素，也可以不含有。含有的情况下，这些元素与碳和氮结合形成碳化物、氮化物或碳氮化物。这些碳化物、氮化物和碳氮化物使基材2析出强化。只要含有这些元素中的1种就可以得到该效果。然而，这些元素的含量过高的情况下，基材2的加工性降低。因此，Ti含量为0～1.0％、V含量为0～1.0％、Nb含量为0～1.0％、Hf含量为0～1.0％。Ti含量的优选上限为0.8％、进一步优选为0.4％。V含量的优选上限为0.8％、进一步优选为0.4％。Nb含量的优选上限为0.8％、进一步优选为0.4％。Hf含量的优选上限为0.8％、进一步优选为0.4％。这些元素的含量的优选下限分别为0.01％。
Ca：0～0.1％
Mg：0～0.1％
Zr：0～0.1％
B：0～0.1％
稀土元素：0～0.1％
钙(Ca)、镁(Mg)、锆(Zr)、硼(B)和稀土元素(REM)为任意元素，也可以不含有。含有的情况下，这些元素提高基材2的强度、加工性和耐氧化性。只要含有这些元素中的1种就可以得到该效果。然而，这些元素的含量过高的情况下，基材2的韧性和焊接性降低。因此，Ca含量为0～0.1％、Mg含量为0～0.1％、Zr含量为0～0.1％、B含量为0～0.1％、REM含量为0～0.1％。Ca含量的优选上限为0.05％。Mg含量的优选上限为0.05％。Zr含量的优选上限为0.05％。B含量的优选上限为0.05％。REM含量的优选上限为0.05％。这些元素的含量的优选下限分别为0.0015％。此处，REM是指：选自由原子序数39号的钇(Y)、作为镧系元素的原子序数57号的镧(La)～原子序数71号的镏(Lu)和作为锕系元素的原子序数89号的锕(Ac)～103号的铹(Lr)组成的组中的1种或2种以上的元素。
[氧化层A]
对于具有上述化学组成的基材2进行氧化处理。通过氧化处理，在基材2的表面形成氧化层A。具备基材2以及基材2的表面的氧化层A的铁素体系耐热钢1在高温蒸气环境下使用。在高温蒸气环境下，氧化层A在保持耐水蒸气氧化特性不变的情况下变化为传热特性优异的氧化覆膜3。即，氧化层A成为用于形成包含氧化层B和氧化层C的氧化覆膜3的原材料。氧化层A变化为氧化覆膜3的原理尚不清楚，但推测氧化层A主要有利于氧化层C的形成。
氧化层A的厚度没有特别限定。只要稍许地形成氧化层A就可以形成氧化覆膜3。氧化层A的厚度优选为0.2μm以上。上述情况下，在高温蒸气环境下，可以稳定地在基材2的表面均匀地形成氧化覆膜3。因此，变得容易用氧化覆膜3完全覆盖基材2。其结果，铁素体系传热构件4的表面的热导率提高。进一步优选氧化层A的厚度为1.0μm以上。氧化层A的厚度的上限为没有特别限定，如果考虑批量生产性，则优选为20μm以下。
氧化层A的厚度通过如下方法求出。相对于表面垂直地切断实施了后述的氧化处理的铁素体系耐热钢1。在铁素体系耐热钢1为钢管的情况下，与钢管的轴向垂直地切断铁素体系耐热钢1。对于包含铁素体系耐热钢1的表面的截面，用JEOL(日本电子株式会社)制扫描型电子显微镜(SEM)进行观察。在铁素体系耐热钢1为钢管的情况下，对于包含钢管的内表面的截面进行SEM观察。观察倍率为2000倍。在观察视野中，测定铁素体系耐热钢1的表面(在铁素体系耐热钢1为钢管的情况下为内表面)上的氧化层的厚度。测定对铁素体系耐热钢1的4个不同的截面进行。在铁素体系耐热钢1为钢管的情况下，以45°的间距在4处进行测定。将测定结果的平均值作为氧化层A的厚度。
氧化层A的化学组成含有总计为20～45％的Cr和Mn。氧化层A的Cr和Mn的总计含量如果低于20％，则在高温蒸气环境下，氧化层C的Cr和Mn的总计含量会变为5％以下。上述情况下，氧化层C的热导率变得过高。上述情况下，铁素体系传热构件4的耐水蒸气氧化性降低。另一方面，氧化层A的Cr和Mn的总计含量如果超过45％，则在高温蒸气环境下，氧化层C的Cr和Mn的总计含量会超过30％。上述情况下，氧化层C的热导率变得过低。其结果，铁素体系传热构件4的传热特性降低。因此，氧化层A的化学组成含有总计为20～45％的Cr和Mn。氧化层A的Cr和Mn的总计含量的优选下限为22％。氧化层A的Cr和Mn的总计含量的优选上限为40％。
氧化层A的化学组成进一步含有总计为0.5～10％的选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上(特定氧化层形成元素)。氧化层A的特定氧化层形成元素的总计含量如果低于0.5％，则在高温蒸气环境下，氧化层C的特定氧化层形成元素的总计含量变得低于1％。上述情况下，氧化层C的热导率变得过低。其结果，铁素体系传热构件4的传热特性降低。另一方面，氧化层A的特定氧化层形成元素的总计含量如果超过10％，则在高温蒸气环境下，氧化层C的特定氧化层形成元素的总计含量会超过15％。上述情况下，氧化层C的热导率变得过高。其结果，铁素体系传热构件4的耐水蒸气氧化性降低。因此，氧化层A的化学组成含有总计为0.5～10％的特定氧化层形成元素。特定氧化层形成元素的总计含量的优选下限为1％。特定氧化层形成元素的总计含量的优选上限为8％。
氧化层A中的Cr和Mn、和特定氧化层形成元素(Mo、Ta、W和Re)的总计含量通过如下方法算出。相对于表面垂直地切断实施了后述的氧化处理的铁素体系耐热钢1。在铁素体系耐热钢1为钢管的情况下，与钢管的轴向垂直地切断铁素体系耐热钢1。对于包含铁素体系耐热钢1的表面的截面，使用JEOL(日本电子株式会社)制扫描型电子显微镜(SEM)进行观察。确定铁素体系耐热钢1的表面(在铁素体系耐热钢1为钢管的情况下为内表面)的以较白的对比度显现的氧化层A。在氧化层A的厚度中央，用JEOL(日本电子株式会社)制场发射电子探针微分析仪装置(FE-EPMA)进行元素分析。元素分析的条件为检测器：30mm2SD、加速电压：15KV、测定时间：60秒。元素分析对铁素体系耐热钢1的4个不同的截面进行。在铁素体系耐热钢1为钢管的情况下，以45°间距在4处进行元素分析。将所得各元素的组成中、除氧(O)和碳(C)的量之外的组成设为100％。算出Cr和Mn的总量的比率(质量％)。算出特定氧化层形成元素(Mo、Ta、W和Re)的总计含量的比率(质量％)。将4处的元素分析值的平均值作为氧化层A的Cr和Mn的总计含量(质量％)和氧化层A的特定氧化层形成元素(Mo、Ta、W和Re)的总计含量(质量％)。
[铁素体系耐热钢1的制造方法]
本实施方式的铁素体系耐热钢1的制造方法包括准备工序和氧化处理工序。准备工序中，准备具有上述化学组成的基材2。基材2由具有上述化学组成的坯料制造。坯料可以为通过连续铸造法制造的板坯、大钢坯和钢坯。坯料也可以为通过铸锭法制造的钢坯。制造坯料时的加热温度例如为850～1200℃。
例如在制造钢管的情况下，将准备好的坯料装入加热炉或均热炉并加热。对经加热的坯料进行热加工来制造基材2。热加工例如为曼内斯曼法。曼内斯曼法为如下方法：使用穿轧机对坯料进行穿轧形成管坯。接着，使用芯棒式无缝管轧机和定径机，对坯料进行拉伸轧制和定形轧制。热加工的温度例如为850～1200℃。由此，制造作为无缝钢管的基材2。基材2的制造法不限定于曼内斯曼法，也可以通过热挤出或热锻来制造坯料。进而，对于通过热加工制造的基材2，可以实施热处理，也可以实施冷加工。基材2也可以为钢板。使基材2为钢板的情况下，对坯料进行热加工而以钢板的形式制造基材2。还可以通过焊接将钢板加工成钢管来制造作为焊接钢管的基材2。
[氧化处理工序]
对于上述基材2进行氧化处理。氧化处理通过在包含CO、CO2和N2的气体气氛中对基材2进行加热而进行。氧化处理中使用的气体的CO/CO2比以体积比计设为0.6以上。通过使CO/CO2比为0.6以上，可以抑制Fe的优先氧化。其结果，在基材2的表面形成含有总计为20质量％以上的Cr和Mn、进而含有总计为0.5质量％以上的特定氧化层形成元素的氧化层A。氧化层A在后述的水蒸气氧化处理后变化为氧化覆膜3。CO/CO2比不特别设定上限，但考虑操作上的实用性，优选为2.0。
另一方面，本实施方式中，将氧化处理中使用的气体的(CO+CO2)/N2比设为以体积比计1.0以下。(CO+CO2)/N2比超过1.0时，基材2发生渗碳。由此，氧化层A中的Cr和Mn会形成碳化物。其结果，氧化层A中的Cr和Mn的总计含量变得低于20％。(CO+CO2)/N2比不特别设置下限，但考虑操作上的实用性，优选为0.1。
氧化处理的温度为900～1130℃。氧化处理温度如果低于900℃，则基材2的特定元素的外扩散慢，由此，氧化层A的特定氧化层形成元素的总计含量变得过低。上述情况下，在高温蒸气环境下，氧化层C中的特定氧化层形成元素的总计含量会变得过低。其结果，氧化层C的热导率变得过低。其结果，铁素体系传热构件4的表面的热导率降低。因此，铁素体系传热构件4的传热特性降低。氧化处理温度如果超过1130℃，则Cr和Mn的扩散快，由此，氧化层A的Cr和Mn的总计含量超过45％。其结果，在高温蒸气环境下，氧化层C的Cr和Mn的总计含量超过30％。上述情况下，氧化层C的热导率会变得过低。其结果，铁素体系传热构件4的传热特性降低。因此，氧化处理温度为900～1130℃。氧化处理温度的优选下限为920℃、进一步优选为950℃。氧化处理温度的优选上限为1120℃。
氧化处理时间为1分钟～1小时。氧化处理时间如果过短，则会引起特定氧化层形成元素的浓缩，由此，氧化层A的特定氧化层形成元素的总计含量超过10％。因此，在高温蒸气环境下，氧化层C的特定氧化层形成元素的总计含量超过15％。其结果，铁素体系传热构件4的表面的热导率会变得过高。另一方面，氧化处理时间如果过长，则生产率降低。如果考虑生产率，则优选氧化处理时间短。氧化处理时间如果过长，则还会使Fe优先氧化，由此，氧化层A的Cr和Mn的总计含量变得低于20％。因此，氧化处理时间为1分钟～1小时。优选氧化处理时间的上限为30分钟，进一步优选为20分钟。优选氧化处理时间的下限为3分钟。
在氧化处理后，可以实施回火处理(低温退火)。进而，氧化处理可以对基材2的整体进行，也可仅对基材2与高温的水蒸气接触的面(例如钢管的内表面)进行。
氧化处理可以实施1次，也可以实施多次。在氧化处理后，为了去除附着于基材2的表面的污渍、油分，可以实施脱脂、清洗等。即使实施脱脂、清洗等，也不会对氧化层A造成影响。即使实施脱脂、清洗等，也不会对之后的氧化覆膜3的形成造成影响。
通过以上的制造方法可以制造本实施方式的铁素体系耐热钢1。
[铁素体系传热构件4]
本实施方式的铁素体系传热构件4具备基材2和氧化覆膜3。铁素体系传热构件4的基材2与上述铁素体系耐热钢1的基材相同。因此，铁素体系传热构件4的基材2的化学组成与上述铁素体系耐热钢1的基材2的化学组成相同。本实施方式的铁素体系传热构件4的形状没有特别限定。铁素体系传热构件4例如为管、棒或板材。在具有管状的形状的情况下，铁素体系传热构件4例如作为锅炉用配管等使用。因此，优选铁素体系传热构件4为铁素体系传热管。
图2为本实施方式的铁素体系传热构件4的截面图。参照图2，铁素体系传热构件4具备基材2和氧化覆膜3。氧化覆膜3包含氧化层B和氧化层C。
[氧化覆膜3]
对于具备基材2和氧化层A的铁素体系耐热钢1进行水蒸气氧化处理，从而在基材2的表面形成氧化覆膜3。参照图2，氧化覆膜3为包含氧化层B和氧化层C这2层的氧化覆膜。氧化覆膜3包含氧化层B。因此，氧化覆膜3的传热特性优异。氧化覆膜3包含氧化层C。因此，氧化覆膜3的耐水蒸气氧化性和传热特性这两者优异。亦即，氧化覆膜3不仅耐水蒸气氧化性优异，传热特性也优异。氧化层B形成于铁素体系传热构件4的最上层。氧化层C配置于氧化层B与基材2之间。在铁素体系传热构件4为锅炉用配管的情况下，氧化层B相当于锅炉用配管的内表面侧，基材2相当于锅炉用配管的外表面侧。上述情况下，氧化层B与高温的水蒸气接触。
[氧化层B]
氧化层B含有以体积％计总计为80％以上的Fe3O4和Fe2O3。Fe3O4和Fe2O3的热导率高。因此，氧化层B的热导率高，可以使从铁素体系传热构件4的外部提供的热不大幅减少地向铁素体系传热构件4的内部传导。因此，可以提高锅炉的传热特性。优选氧化层B含有以体积％计总计为90％以上的Fe3O4和Fe2O3。优选氧化层B的Fe2O3含量为低于20体积％。进一步优选氧化层B由Fe3O4形成。
氧化层B中，有时基材2中所含的Cr和Mn的一部分会成为氧化物而被含有。Cr2O3尤其是热导率小。因此，氧化层B的Cr2O3含量优选低。因此，优选氧化层B的化学组成含有以质量％计总计为5％以下的Cr和Mn。进一步优选氧化层B的化学组成含有以质量％计总计为3％以下的Cr和Mn。
氧化层B的优选厚度为10～400μm。
[氧化层C]
氧化层C配置于氧化层B与基材2之间，与基材2接触。
氧化层C的化学组成含有总计大于5％且为30％以下的Cr和Mn。氧化层C中，Cr和Mn以(Fe、M)3O4的化学式所示的氧化物的形式存在。式中，M中代入Cr和Mn。(Fe、M)3O4的化学式所示的氧化物是指：具有与Fe3O4相同的所谓尖晶石型晶体结构、且Fe的一部分被置换为Cr和Mn的氧化物。氧化层C中含有的Cr和Mn的总量为5％以下的情况下，无法抑制氧化层C中的Fe3O4和Fe2O3的比率。上述情况下，氧化层C的热导率变得过高。因此，在铁素体系传热构件4的内表面会产生大量的氧化皮。另一方面，氧化层C中含有的Cr和Mn的总量大于30％的情况下，氧化层C的热导率变得过低。上述情况下，锅炉的传热特性降低。因此，氧化层C中的Cr和Mn的含量总计大于5％且为30％以下。由此，可以在保持耐水蒸气氧化特性不变的情况下，将氧化层C的热导率控制为适当的范围。氧化层C中的Cr和Mn的总计含量的优选下限为10％、进一步优选为13％。氧化层C中的Cr和Mn的总计含量的优选上限为28％、进一步优选为25％。
氧化层C含有总计为1～15％的选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上。氧化层C的特定氧化层形成元素(Mo、Ta、W和Re)的总计含量如果低于1％，则氧化层C的热导率变得过低。另一方面，氧化层C的特定氧化层形成元素的总计含量超过15％的情况下，氧化层C的热导率变得过高。上述情况下，铁素体系传热构件4的耐水蒸气氧化性降低。因此，氧化层C的特定氧化层形成元素的总计含量为1～15％。氧化层C中的特定氧化层形成元素(Mo、Ta、W和Re)的总计含量的优选上限为10％、进一步优选为9％。氧化层C中的特定氧化层形成元素(Mo、Ta、W和Re)的总计含量的优选下限为1.5％。
氧化层C进一步优选其大部分为具有上述的尖晶石型晶体结构的氧化物，Cr2O3为5体积％以下。通过将热导率低的Cr2O3的生成抑制为5体积％以下，会生成具有尖晶石型晶体结构的氧化物，从而可以将氧化层C的热导率控制为适当的范围。氧化层C中的Cr2O3的含量优选为5体积％以下、进一步优选为3体积％以下。
氧化层C的热导率优选控制为1.2～3.0W·m-1·K-1的范围。氧化层C的热导率如果为1.2W·m-1·K-1以上，则不会阻碍从铁素体系传热构件4的外部向铁素体系传热构件4的内部的热传导，锅炉的传热特性稳定地提高。另一方面，氧化层C的热导率如果为3.0W·m-1·K-1以下，则可以稳定地控制向基材2的表面传导的高温水蒸气的热。由此，基材2的表面的过量的加热被抑制，基材2的表面的氧化反应被抑制。因此，可以稳定地抑制基材2表面的大量的氧化皮的生成。其结果，铁素体系传热构件4的耐水蒸气氧化性稳定地提高。因此，氧化层C的热导率优选控制为1.2～3.0W·m-1·K-1的范围。上述情况下，容易不有损传热特性地提高铁素体系传热构件4的耐水蒸气氧化性。氧化层C中的、进一步优选的热导率的下限为1.3W·m-1·K-1、进一步优选为1.4W·m-1·K-1。氧化层C中的、进一步优选的热导率的上限为2.8W·m-1·K-1、进一步优选为2.5W·m-1·K-1。
氧化层B的Fe3O4和Fe2O3的体积率通过如下方法测定。相对于表面垂直地切断实施了后述的水蒸气氧化处理后的铁素体系传热构件4。在铁素体系传热构件4为管的情况下，与管的轴向垂直地切断铁素体系传热构件4。对于包含氧化层B的截面(观察面)，用JEOL(日本电子株式会社)制场发射电子探针微分析仪装置(FE-EPMA)进行氧化层B的组成分析。组成分析的条件为检测器：30mm2SD、加速电压：15KV、测定时间：60秒。通过组成分析，确定检测到Fe和O(氧)、且未检测到Cr的区域。接着，利用组成分析确认所特定的区域全部具有Fe3O4或Fe2O3。接着，在观察面的氧化层B中，对Fe的强度进行二值化处理。此时，灰度的提取对象设为最大强度的1/10以上。确认二值化后的黑色区域中包含所特定的区域(确认了具有Fe3O4和Fe2O3的区域)以外的全部区域。求出二值化处理后的观察面的氧化层B中的黑色区域的面积率，从100％中减去。将所得面积率作为氧化层B中的Fe3O4和Fe2O3的体积率。
氧化层C的Cr2O3的体积率通过如下方法测定。相对于表面垂直地切断实施了后述的水蒸气氧化处理后的铁素体系传热构件4。在铁素体系传热构件4为管的情况下，与管的轴向垂直地切断铁素体系传热构件4。对于包含氧化层B和氧化层C的截面(观察面)，进行SEM观察，特定氧化层C。在SEM观察中，通过由SEM的背散射电子图像(BSE)得到的对比度差对氧化层B和氧化层C进行区分。氧化层B与氧化层C相比对比度明亮。对于氧化层C，通过与求出氧化层B的Fe3O4和Fe2O3的体积率的方法同样的方法，求出Cr2O3的体积率。亦即，对于包含氧化层C的截面(观察面)，用JEOL(日本电子株式会社)制场发射电子探针微分析仪装置(FE-EPMA)进行组成分析。组成分析的条件为检测器：30mm2SD、加速电压：15KV、测定时间：60秒。通过组成分析，特定检测到Cr和O(氧)、且未检测到Fe的区域。接着，利用组成分析确认所特定的区域全部具有Cr2O3。接着，在观察面的氧化层C中，对Cr的强度进行二值化处理。此时，灰度的提取对象设为最大强度的1/10以上。确认二值化后的黑色区域中包含所特定的区域(确认了具有Cr2O的区域)以外的全部区域。求出观察面的二值化处理后的黑色区域的面积率，从100％中减去。将所得面积率作为氧化层C中的Cr2O3的体积率。
关于氧化层B和氧化层C中的Cr和Mn的总计含量以及特定氧化层形成元素(Mo、Ta、W和Re)的总计含量，通过与针对氧化层A的方法同样的方法求出。SEM观察中，通过由SEM的背散射电子图像(BSE)得到的对比度差对氧化层B和氧化层C进行来区分。氧化层B与氧化层C相比对比度明亮。在与氧化层A的情况同样的条件下，在氧化层B的厚度中央以及氧化层C的厚度中央进行元素分析。由所得各元素的组成，与氧化层A的情况同样地求出Cr和Mn的总计含量(质量％)以及特定氧化层形成元素(Mo、Ta、W和Re)的总计含量(质量％)。
氧化层C的热导率通过如下方法求出。将铁素体系传热构件4的氧化层B以机械的方式去除后，测定包含基材2的氧化层C的体积密度、比热和热扩散率。接着，将氧化层C以机械的方式去除后，对于基材2也同样地测定体积密度、比热和热扩散率。将各测定值的差换算为氧化层C的测定值，代入下式，从而可以求出热导率κ。
κ＝ρ×Cp×D
此处，ρ中代入体积密度、Cp中代入比热、D中代入热扩散率。
氧化层C的厚度的优选下限为10μm。
[氧化覆膜3的厚度]
氧化覆膜3的厚度没有特别限定，优选薄。氧化覆膜3如果薄，则铁素体系传热构件4的传热特性提高。因此，可以提高锅炉的传热特性。铁素体系传热构件4如果长时间使用，则氧化覆膜3变厚。在铁素体系传热构件4的水蒸气氧化处理的温度高的情况下，氧化覆膜3也会变厚。如果进行后述的氧化处理和水蒸气氧化处理，则氧化层B和氧化层C以基本相同厚度形成。因此，氧化层C薄的情况下，氧化覆膜3也变薄。
氧化层B和氧化层C的厚度通过与求出氧化层A的厚度的方法同样的方法求出。准备实施了后述的水蒸气氧化处理后的铁素体系传热构件4。对于准备好的铁素体系传热构件4，通过与求出氧化层A的厚度的方法同样的方法进行SEM观察。通过由SEM的反射电子像得到的对比度差对氧化层B和氧化层C进行区分。氧化层B与氧化层C相比对比度暗。通过与求出氧化层A的厚度的方法同样的方法求出氧化层B和氧化层C的厚度。
[铁素体系传热构件4的制造方法]
本实施方式的铁素体系传热构件4的制造方法包括水蒸气氧化处理工序。
[水蒸气氧化处理工序]
对于实施了上述氧化处理的铁素体系耐热钢进行水蒸气氧化处理。水蒸气氧化处理通过将铁素体系耐热钢暴露于500～650℃的水蒸气中而进行。水蒸气氧化处理如果为100小时以上，则处理时间的上限没有特别限定。通过水蒸气氧化处理，氧化层A变化为包含氧化层B和氧化层C的氧化覆膜3。由此，在基材2上形成包含氧化层B和氧化层C的氧化覆膜3。
通过以上的工序，可以制造本实施方式的铁素体系传热构件4。通过将本实施方式的铁素体系耐热钢1暴露于高温蒸气环境下，可以得到与实施了水蒸气氧化处理的情况同样的效果。亦即，如果将本实施方式的铁素体系耐热钢1暴露于高温蒸气环境下100小时以上，则即使不实施水蒸气氧化处理，也可以制造铁素体系传热构件4。
实施例
制造具有表1所示的化学组成的各钢片，在表2所示的条件下进行氧化处理和水蒸气氧化处理。具体而言，将具有表1所示的化学组成的铸锭熔炼。对于所得的各铸锭，实施热轧和冷轧而制造钢板作为基材。由所得各基材制成试验片，对于各试验片，在表2所示的条件下进行氧化处理。
[表1]
[表2]
[氧化层A的厚度测定试验]
以上述方法求出各试验片的氧化层A的厚度。将结果示于表2。
[氧化层A的金属元素的含量测定试验]
对于各试验片的截面，以上述方法求出各金属元素的含量。对于氧化层A，求出Cr和Mn的总计含量(质量％)、和Mo、Ta、W和Re的总计含量(质量％)。将结果示于表2。
对于各试验片，在表2所示的条件下进行水蒸气氧化处理。对于所得的各试验片，进行以下的测定试验。
[氧化层B的Fe3O4和Fe2O3的体积率以及氧化层C的Cr2O3的体积率的测定试验]
对于各试验片的截面(亦即，氧化层B的截面)，通过上述方法求出Fe3O4和Fe2O3的总计体积率。进而，对于氧化层C的截面，求出Cr2O3的体积率。将结果示于表2。
[金属元素的含量测定试验]
对于各试验片的截面，以上述方法求出各金属元素的含量。对于氧化层B，求出Cr和Mn的总计含量(质量％)。将结果示于表2。对于氧化层C，求出Cr和Mn的总计含量(质量％)、和Mo、Ta、W和Re的总计含量(质量％)。将结果示于表2。
[氧化层C的热导率测定试验]
通过上述方法求出各试验片的氧化层C的热导率。将结果示于表2。
[氧化层C的厚度测定试验]
通过上述方法求出各试验片的氧化层C的厚度。将结果示于表2。
[评价结果]
参照表1和表2，试验编号1、3、6、9～15和17的钢的化学组成和制造条件是适当的。因此，这些试验编号的氧化层A含有：总计为20～45％的Cr和Mn、和总计为0.5～10％的选自由Mo、Ta、W、和Re组成的组中的1种或2种以上。由此，水蒸气氧化处理后形成于基材的氧化层B含有：以体积％计总计为80％以上的Fe3O4和Fe2O3。进而，氧化层C的Cr+Mn总计含量大于5％且为30％以下，特定氧化层形成元素的总计含量为1～15％。其结果，氧化层C的热导率成为1.2～3.0W·m-1·K-1的范围内，表现出优异的热导率。进而，氧化层C的厚度成为60μm以下，表现出优异的耐水蒸气氧化性。
另一方面，对于试验编号2，化学组成是适当的，但是氧化处理温度过高，因此，氧化层A的Cr和Mn的总量超过45％。因此，氧化层C的Cr+Mn的量超过30％，热导率变得低于1.2W·m-1·K-1。
对于试验编号4，化学组成是适当的，但是未进行氧化处理，未形成氧化层A。因此，氧化层C的热导率变得低于1.2W·m-1·K-1。认为由于氧化层C的特定氧化层形成元素的总量为低于1％，因此，使热导率降低。
对于试验编号5，化学组成是适当的，但是氧化处理温度过低，因此，氧化层A的特定氧化层形成元素的总量为0.4％，过低。因此，氧化层C的特定氧化层形成元素的总量变得低于1.0％。其结果，氧化层C的热导率为1.0W·m-1·K-1，过低。
对于试验编号7，化学组成是适当的，但是氧化处理中的CO/CO2比低于0.6。因此，氧化层A的Cr和Mn的总计含量低于20％。因此，氧化层C的Cr和Mn的总计含量成为5％以下，氧化层C的热导率超过3.0W·m-1·K-1。另外，氧化层B中的Fe3O4体积率低于80％，因此，氧的内部通量(inside flux)变大，氧化层C的成长得到促进，氧化层C的厚度超过60μm。
对于试验编号8，化学组成是适当的，但是氧化处理时间过长。因此，氧化层A的Cr和Mn的总计含量为6.5％，过低。因此，氧化层C的Cr和Mn的总计含量为3.2％，过低。其结果，氧化层C的热导率成为3.2W·m-1·K-1，过高。对于试验编号8，氧化层C的厚度还超过60μm。认为这是由于氧化层C的热导率过高。
对于试验编号16，化学组成是适当的，但是氧化处理时间过短。因此，氧化层A的特定氧化层形成元素的总计含量为12.9％，过高。因此，氧化层C的特定氧化层形成元素的总计含量为17.2％，过高。其结果，氧化层C的热导率为3.5W·m-1·K-1，过高。对于试验编号16，进而，氧化层C的厚度超过60μm。认为这是由于氧化层C的热导率过高。
对于试验编号18，不含有任何特定氧化层形成元素。因此，虽然制造方法是适当的，但是氧化层A的特定氧化层形成元素的总计含量低于0.1％，过低。因此，氧化层C的特定氧化层形成元素的总计含量低于0.1％，过低。其结果，氧化层C的热导率为1.1W·m-1·K-1，过低。
对于试验编号19，Cr含量过高。因此，虽然制造方法是适当的，但是氧化层A的Cr和Mn的总计含量为47.6％，过高。因此，氧化层C的Cr和Mn的总计含量为56.7％，过高。其结果，氧化层C的热导率成为0.8W·m-1·K-1，过低。
对于试验编号20，Cr含量过低。因此，虽然制造方法是适当的，但是氧化层A的Cr和Mn的总计含量为16.3％，过低。因此，氧化层C的Cr和Mn的总计含量为1.3％，过低。其结果，氧化层C的热导率为3.3W·m-1·K-1，过高。对于试验编号20，氧化层C的厚度还超过60μm。认为这是由于氧化层C的热导率过高。
对于试验编号21，特定氧化层形成元素的含量过高。因此，氧化层A的特定氧化层形成元素的总计含量为13.9％，过高。因此，氧化层C的特定氧化层形成元素的总计含量为18.6％，过高。其结果，氧化层C的热导率为3.8W·m-1·K-1，过高。对于试验编号21，氧化层C的厚度还超过60μm。认为这是由于氧化层C的热导率过高。
对于试验编号22，化学组成是适当的，但是(CO+CO2)/N2比超过1.0。因此，氧化层A的Cr和Mn的总计含量为10.6％，过低。因此，氧化层C的Cr和Mn的总计含量为4.6％，过低。其结果，氧化层C的热导率为3.4W·m-1·K-1，过高。对于试验编号22，氧化层C的厚度还超过60μm。认为这是由于氧化层C的热导率过高。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。然而，上述实施方式只不过是用于实施本发明的示例。因此，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以对上述实施方式适宜变更而实施。
附图标记说明
1 铁素体系耐热钢
2 基材
3 氧化覆膜
4 铁素体系传热构件
A 氧化层A
B 氧化层B
C 氧化层C

Claims (7)

1.一种铁素体系耐热钢，其具备：
基材；和，
位于所述基材的表面的氧化层A，
所述基材具有如下化学组成：
以质量％计含有
C：0.01～0.3％、
Si：0.01～2.0％、
Mn：0.01～2.0％、
P：0.10％以下、
S：0.03％以下、
Cr：7.0～14.0％、
N：0.005～0.15％、
sol.Al：0.001～0.3％、
选自由Mo：0～5.0％、Ta：0～5.0％、W：0～5.0％和Re：0～5.0％组成的组中的1种或2种以上：总计为0.5～7.0％、
Cu：0～5.0％、
Ni：0～5.0％、
Co：0～5.0％、
Ti：0～1.0％、
V：0～1.0％、
Nb：0～1.0％、
Hf：0～1.0％、
Ca：0～0.1％、
Mg：0～0.1％、
Zr：0～0.1％、
B：0～0.1％、和
稀土元素：0～0.1％，余量由Fe和杂质组成，
所述氧化层A包含如下化学组成：
以质量％计含有
Cr和Mn：总计为20～45％、和
选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上：总计为0.5～10％。
2.根据权利要求1所述的铁素体系耐热钢，其中，
所述基材的化学组成含有
选自由Cu：0.005～5.0％、
Ni：0.005～5.0％、和
Co：0.005～5.0％组成的组中的1种或2种以上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的铁素体系耐热钢，其中，
所述基材的化学组成含有
选自由Ti：0.01～1.0％、
V：0.01～1.0％、
Nb：0.01～1.0％、和
Hf：0.01～1.0％组成的组中的1种或2种以上。
4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的铁素体系耐热钢，其中，所述基材的化学组成含有
选自由Ca：0.0015～0.1％、
Mg：0.0015～0.1％、
Zr：0.0015～0.1％、
B：0.0015～0.1％、和
稀土元素：0.0015～0.1％组成的组中的1种或2种以上。
5.一种铁素体系传热构件，其具备：
具有权利要求1～权利要求4中任一项所述的化学组成的基材；和，
位于所述基材的表面的氧化覆膜，
所述氧化覆膜包含：
氧化层B，其含有以体积％计总计为80％以上的Fe3O4和Fe2O3；和，氧化层C，其配置于所述氧化层B与所述基材之间，
所述氧化层C的化学组成以质量％计含有
Cr和Mn：总计大于5％且为30％以下、和
选自由Mo、Ta、W和Re组成的组中的1种或2种以上：总计为1～15％。
6.根据权利要求5所述的铁素体系传热构件，其中，
所述氧化层B的化学组成以质量％计含有
Cr和Mn：总计为5％以下。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的铁素体系传热构件，其中，
所述氧化层C含有以体积％计为5％以下的Cr2O3。
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