CN117460856A - 奥氏体系不锈钢和钢管 - Google Patents

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Abstract

一种奥氏体系不锈钢，其中，其化学组成以质量％计为C：0.002～0.020％、Si：0.10～0.60％、Mn：0.2～2.0％、P：0.035％以下、S：0.010％以下、Cu：2.50～4.50％、Ni：9.00～16.00％、Cr：15.00～20.00％、Mo：0.20～1.50％、Nb：0.15～0.60％、N：0.05～0.15％、B：0.0010～0.0060％、任意元素、余量：Fe和杂质，且满足[0.010≤VER+TiER+NbER]、[27.0≤1.13(Ni‑NiER)+(Cr‑CrER)+1.85(Mo‑MoER)+1.79(Nb‑NbER)＜40.5]和[NbER＜0.052]。

Description

奥氏体系不锈钢和钢管
技术领域
本发明涉及奥氏体系不锈钢和钢管。
背景技术
设于火力发电厂、化工厂等工厂中的锅炉暴露于较高的温度中。因此，对于锅炉所使用的传热管(以下，仅记载为“锅炉用传热管”。)，要求良好的高温强度，具体而言要求良好的蠕变强度。
并且，对于锅炉用传热管，从耐腐蚀性的观点出发，有时使用奥氏体系不锈钢。例如，在专利文献1和专利文献2中，公开了具有良好的蠕变强度的奥氏体系不锈钢。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-268503号公报
专利文献2：日本特开2021-21093号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，近年来，在工厂内使用锅炉用传热管时的环境变得更严酷，有时产生应力腐蚀开裂(以下，记载为“SCC”。)。因此，对于锅炉用传热管的原材料，除了良好的蠕变强度以外，还要求能够抑制SCC。然而，在专利文献1和专利文献2中，未对SCC进行研究。因而，在上述文献中公开的奥氏体系不锈钢关于耐SCC性还有改善的余地。
基于此，本发明的目的在于，解决上述问题，提供具有良好的蠕变强度和耐SCC性的奥氏体系不锈钢。
用于解决问题的方案
本发明为了解决上述课题而做出的，主旨在于下述奥氏体系不锈钢和钢管。
(1)一种奥氏体系不锈钢，其中，其化学组成以质量％计为
C：0.002～0.020％、
Si：0.10～0.60％、
Mn：0.2～2.0％、
P：0.035％以下、
S：0.010％以下、
Cu：2.50～4.50％、
Ni：9.00～16.00％、
Cr：15.00～20.00％、
Mo：0.20～1.50％、
Nb：0.15～0.60％、
N：0.05～0.15％、
B：0.0010～0.0060％、
V：0～0.50％、
Ti：0～0.500％、
Co：0～1.00％、
W：0～1.00％、
Ta：0～0.40％、
Sn：0～0.0300％、
Ca：0～0.0100％、
Mg：0～0.0100％、
REM：0～0.0800％、
余量：Fe和杂质，
且满足下述(i)～(iii)式，
0.010≤VER+TiER+NbER···(i)
27.0≤1.13(Ni-NiER)+(Cr-CrER)+1.85(Mo-MoER)+1.79(Nb-NbER)＜40.5···(ii)
NbER＜0.052···(iii)
其中，上述式中的各符号被如下那样定义，上述式中的各元素符号表示钢中所包含的各元素的含量(质量％)，在不含有的情况下设为零，
VER：通过提取残渣分析得到的析出物中的V含量(质量％)
TiER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Ti含量(质量％)
NbER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Nb含量(质量％)
NiER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Ni含量(质量％)
CrER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Cr含量(质量％)
MoER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Mo含量(质量％)。
(2)根据上述(1)所述的奥氏体系不锈钢，其中，化学组成以质量％计含有选自以下元素中的一种以上的元素，
V：0.01～0.50％、
Ti：0.001～0.500％。
(3)根据上述(1)或(2)所述的奥氏体系不锈钢，其中，所述化学组成以质量％计含有选自以下元素中的一种以上的元素，
Co：0.02～1.00％、
W：0.01～1.00％、
Ta：0.01～0.40％、
Sn：0.0010～0.0300％、
Ca：0.0010～0.0100％、
Mg：0.0002～0.0100％、
REM：0.0010～0.0800％。
(4)一种钢管，其中，该钢管具备上述(1)～(3)中任一项所述的奥氏体系不锈钢。
发明的效果
根据本发明，能够获得具有良好的蠕变强度和耐SCC性的奥氏体系不锈钢。
附图说明
图1是观察Nb化合物而得到的组织照片。
具体实施方式
本发明人对改善奥氏体系不锈钢的蠕变强度和耐SCC性的方法进行研究，得到了以下的(a)～(c)的见解。
(a)C具有提高蠕变强度的效果。因此，专利文献1所公开的奥氏体系不锈钢含有0.03％以上的C。然而，在奥氏体系不锈钢中，C有时会导致产生SCC。例如，当奥氏体系不锈钢被加热至600～700℃左右时，钢中的Cr与C结合而形成Cr碳化物。其结果是，产生贫铬(Cr)层，这会导致在存在氯化物等的腐蚀环境下产生SCC。因而，从抑制SCC的观点出发，需要降低C含量。
(b)另外，为了抑制SCC，不仅仅是降低C含量，将固溶于母相的C(以下，记载为“固溶C”。)的量控制在适当的范围内的做法也是有效的。固溶C在使用环境等中被加热时，会脱离固溶状态，与Cr结合而形成Cr碳化物。该Cr碳化物使耐SCC性降低。因而，期望的是，在使用前的阶段中，通过预先使C与V、Ti、Nb这样的元素结合而进行预先析出，从而降低固溶C。
(c)另一方面，在降低了C含量的情况下，难以确保蠕变强度。因此，为了提高蠕变强度，含有Ni、Cr、Mo、Nb这样的元素是有效的。通过使这些元素在暴露于高温的使用环境中形成析出物，从而提高蠕变强度。然而，在高温下使用之前上述元素形成了析出物那样的情况下，无法充分地提高蠕变强度。因而，为了得到良好的蠕变强度，期望的是，在使用前的阶段，使这些元素尽量固溶于母相，并在使用环境中使这些元素形成析出物。因此，在使用前的阶段中，需要预先将上述元素的固溶量调整至适当的范围内。
鉴于上述情况，期望的是，通过适当地控制化学组成、制造条件来调整钢中的各元素的固溶和析出的平衡。
本发明是基于上述见解做出的。以下，详细地说明本实施方式的各要件。
1.化学组成
各元素的限定理由如下述。此外，以下的说明中，关于含量的“％”是指“质量％”。
C：0.002～0.020％
C是确保高温强度，特别是蠕变强度所需的元素。因此，使C含量为0.002％以上。C含量优选为0.003％以上，更优选为0.004％以上。然而，当过量地含有C时，耐SCC性降低。因此，使C含量为0.020％以下。C含量优选为0.015％以下，更优选为0.010％以下。
Si：0.10～0.60％
Si是具有脱氧效果的元素。因此，使Si含量为0.10％以上。Si含量优选为0.12％以上，Si含量优选为0.14％以上。然而，当过量地含有Si时，加工性降低。因此，使Si含量为0.60％以下。Si含量优选为0.50％以下，更优选为0.40％以下。
Mn：0.2～2.0％
Mn与钢中所包含的杂质的S结合而形成MnS，具有提高热加工性的效果。因此，使Mn含量为0.2％以上。Mn含量优选为0.4％以上，更优选为0.6％以上。然而，当过量地含有Mn时，钢会变硬变脆，反而使加工性和焊接性降低。因此，使Mn含量为2.0％以下。Mn含量优选为1.5％以下，更优选为1.3％以下。
P：0.035％以下
P是作为杂质包含在钢中的元素，其使耐SCC性降低。另外，P使钢的热加工性和靭性降低。因此，使P含量为0.035％以下。P含量优选为0.030％以下，更优选为0.025％以下。P含量优选尽可能降低，但当其含量过量地降低时，制造成本会增加。因此，P含量优选为0.010％以上。
S：0.010％以下
S是作为杂质包含在钢中的元素，其使耐SCC性降低。另外，S使钢的热加工性和蠕变延展性降低。因此，使S含量为0.010％以下。S含量优选为0.009％以下，更优选为0.008％以下。S含量优选尽可能降低，但当其含量过量地降低时，制造成本会增加。因此，S含量优选为0.0001％以上。
Cu：2.50～4.50％
Cu在晶粒内作为Cu相析出，通过析出强化提高钢的蠕变强度和蠕变延展性。因此，使Cu含量为2.50％以上。Cu含量优选为2.70％以上，更优选为2.90％以上。然而，当过量地含有Cu时，热加工性和焊接性会降低。因此，使Cu含量为4.50％以下。Cu含量优选为4.00％以下，更优选为3.50％以下。
Ni：9.00～16.00％
Ni是使奥氏体组织稳定的元素，具有提高耐SCC性和耐腐蚀性的效果。另外，Ni还具有提高蠕变强度的效果。因此，使Ni含量为9.00％以上。Ni含量优选为10.00％以上，更优选为10.50％以上。然而，当过量地含有Ni时，制造成本会增加。另外，反而使蠕变强度降低。因此，使Ni含量为16.00％以下。Ni含量优选为15.00％以下，更优选为14.00％以下。
Cr：15.00～20.00％
Cr是确保耐腐蚀性所需的元素。另外，Cr具有提高蠕变强度的效果。因此，使Cr含量为15.00％以上。Cr含量优选为15.50％以上，更优选为16.00％以上。然而，当过量地含有Cr时，奥氏体组织的稳定性会降低，焊接性也降低。因此，使Cr含量为20.00％以下。Cr含量优选为19.75％以下，更优选为19.50％以下。
Mo：0.20～1.50％
Mo具有提高蠕变强度的效果。因此，使Mo含量为0.20％以上。Mo含量优选为0.35％以上，更优选为0.50％以上。然而，当过量地含有Mo时，奥氏体组织的稳定性会降低。因而，使Mo含量为1.50％以下。Mo含量优选为1.25％以下，更优选为1.00％以下。
Nb：0.15～0.60％
Nb具有提高蠕变强度和耐SCC性的效果。因此，使Nb含量为0.15％以上。Nb含量优选为0.20％以上，更优选为0.25％以上。然而，当过量地含有Nb时，显著生成粗大的析出物，反而使蠕变强度降低。因此，使Nb含量为0.60％以下。Nb含量优选为0.55％以下，更优选为0.50％以下。
N：0.05～0.15％
N具有通过固溶强化和基于Nb碳氮化物的析出强化来提高强度的效果。因此，使N含量为0.05％以上。N含量优选为0.06％以上，更优选为0.07％以上。然而，当过量地含有N时，会生成块状的氮化物而使钢质降低。其结果是，存在强度降低的情况。因此，使N含量为0.15％以下。N含量优选为0.13％以下，更优选为0.12％以下。
B：0.0010～0.0060％
B具有提高蠕变延展性的效果。因此，使B含量为0.0010％以上。B含量优选为0.0015％以上，更优选为0.0020％以上。然而，当过量地含有B时，焊接性和高温下的热加工性会降低。因此，使B含量为0.0060％以下。B含量优选为0.0050％以下，更优选为0.0045％以下。
在本实施方式的奥氏体系不锈钢的化学组成中，除上述元素之外，也可以在以下所示的范围内进一步含有选自V和Ti中的一种以上的元素。说明各元素的限定理由。
V：0～0.50％
V具有降低固溶C而提高耐SCC性的效果。另外，V还具有提高蠕变强度的效果。因此，也可以根据需要含有V。然而，当过量地含有V时，会生成δ铁素体，钢的蠕变强度、靭性和焊接性会降低。因此，使V含量为0.50％以下。V含量优选为0.40％以下，更优选为0.30％以下。另一方面，为了得到上述效果，V含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
Ti：0～0.500％
与V同样地，Ti具有降低固溶C而提高耐SCC性的效果。另外，Ti还具有提高蠕变强度的效果。因此，也可以根据需要含有Ti。然而，当过量地含有Ti时，反而使蠕变强度降低。因此，使Ti含量为0.500％以下。Ti含量优选为0.400％以下，更优选为0.100％以下，进一步优选为0.050％以下。另一方面，为了得到上述效果，Ti含量优选为0.001％以上，更优选为0.002％以上。
在本实施方式的钢的化学组成中，除上述元素之外，也可以在以下所示的范围内进一步含有选自Co、W、Ta、Sn、Ca、Mg和REM中的一种以上的元素。说明各元素的限定理由。
Co：0～1.00％
Co具有使奥氏体组织稳定化而提高蠕变强度的效果。因此，也可以根据需要含有Co。然而，当过量地含有Co时，制造成本会增加。因此，使Co含量为1.00％以下。Co含量优选为0.50％以下，更优选为0.30％以下。另一方面，为了得到上述效果，Co含量优选为0.02％以上。
W：0～1.00％
W具有固溶于母相而提高钢的蠕变强度的效果。因此，也可以根据需要含有W。然而，当过量地含有W时，奥氏体相的稳定性会降低，反而使蠕变强度和靭性降低。因此，使W含量为1.00％以下。W含量优选为0.50％以下，更优选为0.30％以下。另一方面，为了得到上述效果，W含量优选为0.01％以上。
Ta：0～0.40％
Ta与C结合而生成碳氮化物，使固溶C降低。其结果是，Ta具有提高耐SCC性的效果。另外，Ta还具有提高蠕变强度的效果。因此，也可以根据需要含有Ta。然而，当过量地含有Ta时，会生成δ铁素体，钢的蠕变强度、靭性和焊接性会降低。因此，使Ta含量为0.40％以下。Ta含量优选为0.30％以下，更优选为0.10％以下。另一方面，为了得到上述效果，Ta含量优选为0.01％以上。
Sn：0～0.0300％
Sn具有提高耐腐蚀性和高温特性的效果。因此，也可以根据需要含有Sn。然而，当过量地含有Sn时，焊接性和制造性降低。因此，使Sn含量为0.0300％以下。Sn含量优选为0.0200％以下，更优选为0.0100％以下。另一方面，为了得到上述效果，Sn含量优选为0.0010％以上。
Ca：0～0.0100％
Ca具有将S和O作为夹杂物固定而提高钢的热加工性和蠕变延展性的效果。因此，也可以根据需要含有Ca。然而，当过量地含有Ca时，反而使热加工性和蠕变延展性降低。因此，使Ca含量为0.0100％以下。Ca含量优选为0.0050％以下，更优选为0.0030％以下。另一方面，为了得到上述效果，Ca含量优选为0.0010％以上。
Mg：0～0.0100％
与Ca同样地，Mg具有将S和O作为夹杂物固定而提高钢的热加工性和蠕变延展性的效果。因此，也可以根据需要含有Mg。然而，当过量地含有Mg时，反而使热加工性和长时间蠕变延展性降低。因此，使Mg含量为0.0100％以下。Mg含量优选为0.0050％以下，更优选为0.0030％以下。另一方面，为了得到上述效果，Mg含量优选为0.0002％以上。
REM：0～0.0800％
与Ca和Mg同样地，REM具有将S和O作为夹杂物固定而提高钢的热加工性和蠕变延展性的效果。因此，也可以根据需要含有REM。然而，当过量地含有REM时，反而使热加工性和长时间蠕变延展性降低。因此，使REM含量为0.0800％以下。REM含量优选为0.0600％以下，更优选为0.0400％以下。另一方面，为了得到上述效果，REM含量优选为0.0010％以上。
此外，REM是指Sc、Y和镧系元素，总共17种元素，上述REM含量是指这些元素的总含量。在工业上，REM大多以混合稀土的形式添加。
在本实施方式的奥氏体系不锈钢的化学组成中，余量是Fe和杂质。在此，“杂质”是指工业上制造钢时，从矿石、废料等原料、因制造工序的各种因素而混入的成分，且是指在不对奥氏体系不锈钢的特性产生不良影响的范围内允许的物质。
2.(i)式
如上述那样，固溶C在暴露于高温的使用环境中与Cr结合而形成Cr碳化物。其结果是，耐SCC性降低。因此，期望的是，在将奥氏体系不锈钢用作锅炉用传热管之前，预先降低固溶C的量。具体而言，较佳的是利用V、Ti、Nb将C作为析出物(化合物)预先固定。因而，对与C结合而作为析出物存在的V、Ti、Nb的量，即(i)式右边值的值进行控制。
0.010≤VER+TiER+NbER···(i)
其中，上述式中的各符号被如下那样定义。
VER：通过提取残渣分析得到的析出物中的V含量(质量％)
TiER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Ti含量(质量％)
NbER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Nb含量(质量％)
当(i)式右边值小于0.010时，固溶C变多，在使用环境中，固溶C和Cr结合而形成Cr碳化物。其结果是，产生贫铬(Cr)层，耐SCC性降低。因此，使(i)式右边值为0.010以上。(i)式右边值优选为0.012以上，更优选为0.015以上，进一步优选为0.020以上。
此外，从焊接性的观点出发，(i)式右边值优选为0.120以下。另外，从过量地固定N而导致强度降低的观点出发，(i)式右边值优选为0.100以下。
3.(ii)式
在本实施方式的奥氏体系不锈钢中，对Ni、Cr、Mo和Nb固溶于母相的固溶量进行控制。其原因在于，在降低对蠕变强度有效的C的同时，通过确保上述元素的固溶量，能够实现蠕变强度的提高。固溶于母相的固溶量能够通过各元素的含量(质量％)与通过提取残渣分析得到的析出物中的各元素的含量(质量％)之间的差来算出。并且，本实施方式的奥氏体系不锈钢需要满足(ii)式。
27.0≤1.13(Ni-NiER)+(Cr-CrER)+1.85(Mo-MoER)+1.79(Nb-NbER)＜40.5···(ii)
其中，上述式中的各符号被如下那样定义，上述式中的各元素符号表示钢中所包含的各元素的含量(质量％)，在不含有的情况下设为零。
NbER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Nb含量(质量％)
NiER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Ni含量(质量％)
CrER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Cr含量(质量％)
MoER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Mo含量(质量％)
当(ii)式中边值小于27.0时，Ni、Cr、Mo和Nb未充分固溶，无法提高蠕变强度。因此，使(ii)式中边值为27.0以上。(ii)式中边值优选为29.0以上，更优选为31.0以上。
另一方面，当(ii)式中边值为40.5以上时，存在如下情况：在上述元素中，Nb过于固溶，从而无法充分地确保与固溶C结合而形成析出物的Nb的量，无法满足(i)式。因此，使(ii)式中边值小于40.5。(ii)式中边值优选为39.0以下，更优选为37.0以下，进一步优选为35.0以下。
4.(iii)式
NbER＜0.052···(iii)
其中，上述式中的各符号被如下那样定义。
NbER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Nb含量(质量％)
对于本实施方式的奥氏体系不锈钢，如上述那样，在使用前的阶段，预先通过使C与V、Ti、Nb这样的元素结合而作为析出物预先析出。特别是，优选使Nb作为包含Ti的Nb碳氮化物析出。图1是从对本实施方式的奥氏体系不锈钢进行提取残渣分析而得到的析出物中采集Nb化合物，并进行观察而得到的组织照片。对该组织照片进行分析，其结果是，上述Nb化合物为包含Ti的Nb碳氮化物。
在此，Nb例如有时与钢中的N、Cr等结合而形成微细的NbCr氮化物。当形成该微细的NbCr氮化物时，NbER的值变大，并且Cr固溶量降低。其结果是，奥氏体系不锈钢难以满足(ii)式。因此，要进行控制，使得Nb不成为NbCr氮化物，而成为上述Nb碳氮化物。
鉴于上述情况，本实施方式的奥氏体系不锈钢满足(iii)式。其原因在于，奥氏体系不锈钢不满足(iii)式，即，当NbER为0.052以上时，会形成NbCr氮化物，难以形成期望的Nb碳氮化物。NbER优选为0.050以下，更优选为0.045以下，进一步优选为0.040以下，最优选为0.035以下。
此外，上述项目2～4记载的、通过提取残渣分析得到的析出物中的各元素的含量(质量％)能够利用以下的步骤进行测量。具体而言，使用10％乙酰丙酮-1％氯化四甲铵/甲醇，以20mA/cm2的电流值电解约0.4g试样。之后，将该经电解的试样的溶液用0.2μm的过滤器过滤后，对残渣进行酸分解。然后，用ICP发射分光分析装置来算出上述元素中的被作为电解提取残渣进行分析的量(质量％)。
5.厚度
对于本实施方式的奥氏体系不锈钢的厚度，考虑其用途，优选设为2～100mm的范围内。此外，在奥氏体系不锈钢为管的形状的情况下，优选使壁厚在2～95mm的范围内。另外，在奥氏体系不锈钢为钢板的形状的情况下，优选使板厚在2～35mm的范围内。
6.制造方法
说明本实施方式的奥氏体系不锈钢的制造方法。作为迄今为止的研究结果，本发明人确认了能够通过以下的方法制造本实施方式的奥氏体系不锈钢。
6-1.熔炼
将具有上述化学组成的钢进行熔炼，通过连续铸造等来制造铸块，对制造出的铸块进行初轧，由此制造钢坯。钢坯的制造中的各种条件只要符合常用方法即可。
6-2.热加工
接着，对得到的钢坯进行热加工。热加工条件无特别限定，但为了不在制管时产生有害的缺陷，例如，在热加工前加热至900～1300℃的范围内。另外，对于热加工的种类，未特别设置限制。在制造钢板时，能够采用热轧。另外，在制造钢管时，能够通过热挤压来制成管的形状。
在此，在进行了热加工之后，按以下那样的条件对钢进行骤冷。
从热加工结束到骤冷开始的时间：5.0分钟以下
骤冷开始时的钢的温度：700℃以上
从热加工结束到骤冷开始的冷却速度：15℃/分钟以上
将从热加工结束到骤冷开始的时间(分钟)称作“放置时间”。在热加工后，在对钢进行骤冷的情况下，通常，通过水冷装置对钢进行骤冷(水冷)。换言之，该“放置时间”是指从热加工完成后起到输送至水冷装置并开始水冷为止的时间。在放置时间超过5分钟时，会生成粗大的析出物。另外，容易形成NbCr氮化物，而不是期望的Nb碳氮化物。
并且，在后述的软化处理中也无法使析出物溶解。由此，粗大地生成氮化物、Cr碳化物、NbCr氮化物这样的析出物，(ii)式中边值小于左边值。其结果是，蠕变强度降低。因此，使放置时间为5.0分钟以下。放置时间优选为4.5分钟以下，更优选为4.0分钟以下，进一步优选为3.5分钟以下。
将骤冷开始时的钢的温度(℃)称作“骤冷开始温度”。当骤冷开始温度小于700℃时，会粗大地生成Cr碳化物等析出物。另外，容易形成NbCr氮化物，而不是期望的Nb碳氮化物。并且，即使进行软化处理，也无法使析出物固溶于母相，(ii)式中边值小于左边值。其结果是，蠕变强度降低。因此，使骤冷开始温度为700℃以上。骤冷开始温度优选为750℃以上，更优选为780℃以上，进一步优选为超过790℃，尤其优选为800℃以上。
当从热加工结束到骤冷开始的冷却速度(℃/分钟)小于15℃/分钟时，会粗大地生成氮化物、Cr碳化物这样的析出物。并且，(ii)式中边值小于左边值。其结果是，蠕变强度(或耐SCC性)降低。因此，使从热加工结束到骤冷开始的冷却速度为15℃/分钟以上，优选为18℃/分钟以上，更优选为20℃/分钟以上。此外，上述冷却速度是将热加工刚结束后的钢的表面温度与即将开始骤冷之前的钢的表面温度之间的差除以放置时间而得到的值。
6-3.软化处理
通过进行软化处理来降低在热加工中产生的长度方向和壁厚方向上的钢质的偏差。在未进行软化处理的情况下，在热加工中生成的粗大的析出物不会充分固溶于母相。并且，在后述的固溶热处理中，会产生Ti、V、Nb未充分地析出的部分。其结果是，存在如下情况：(i)式右边值小于左边值，耐SCC性降低。因此，作为热加工后的工序而进行软化处理，使钢质均质化。只要软化处理中的保持温度(以下，记载为“软化处理温度T1”。)为再结晶温度以上且为晶界熔融温度以下即可。在软化处理中，以1040～1300℃进行均热保持为宜。
当软化处理温度T1小于1040℃时，不再满足(i)式，耐SCC性降低。因此，使软化处理温度T1为1040℃以上。软化处理温度T1优选为1100℃以上，更优选为1150℃以上。另一方面，在软化处理温度T1超过1300℃时，晶粒容易变得粗大。因此，使软化处理温度T1为1300℃以下。软化处理温度T1优选为1290℃以下，更优选为1280℃以下。
此外，软化处理的时间无特别限定，但从壁厚方向的再结晶化和制造成本的观点出发，期望为1～10分钟。
6-4.第一冷却
在软化处理之后，将钢冷却。将该冷却称作第一冷却。在第一冷却中，以水冷或与水冷同等以上的冷却速度对钢进行冷却。在未以水冷或与水冷同等以上的冷却速度进行冷却的情况下，会因析出物的生成、生长而形成不均匀组织。其结果是，在之后的冷加工、固溶热处理中，也会存在不均匀性继续存在、产品品质不一致的情况。因此，在第一冷却中，以水冷或与水冷同等以上的冷却速度进行冷却。该冷却通常进行到700℃以下。此外，水冷中的冷却速度通常为2～8℃/s。
6-5.冷加工
在第一冷却之后，对钢进行冷加工。冷加工是为了精加工成规格中的尺寸精度所需的加工。与热加工同样地，对于加工的种类，未特别地设置限制。与加工伴随的钢的截面减少率未被特别规定，但在通常的加工中，截面减少率约为90％以下。
此外，在制造钢管的情况下，例如，只要将冷加工设为拉拔加工并制成预定的钢管形状即可。
6-6.固溶热处理
在上述冷加工之后，以1100～1200℃对钢进行固溶热处理。在以下的说明中，将固溶热处理中的均热保持温度记载为固溶温度T2。其原因在于，在固溶温度T2小于1100℃时，对提高蠕变强度有效的元素的固溶变得不充分，不满足(ii)式，蠕变强度降低。另外，当固溶温度T2超过1200℃时，欲析出的元素会过量地固溶，因此存在不满足(i)式和/或(ii)式的情况。
进行调整，使得当对软化处理温度T1和固溶温度T2进行比较时软化处理温度T1高于固溶温度T2。即，进行控制以满足以下的(a)式。其原因在于，当固溶温度T2高于软化处理温度T1时，难以充分地提高耐SCC性。
T1＞T2···(a)
其中，上述(a)式的各符号被如下那样定义。
T1：软化处理温度
T2：固溶温度
6-7.第二冷却
在固溶热处理之后，冷却钢。将该冷却称作第二冷却。在第二冷却中，与第一冷却同样地，以水冷或与水冷同等以上的冷却速度对钢进行冷却。其原因在于，在未以水冷或与水冷同等以上的冷却速度进行冷却时，除了因析出物的生成和生长而使蠕变强度降低之外，还存在产品品质也不一致的情况。此外，通常，该冷却优选进行到600℃以下。
以下，通过实施例更具体地说明本实施方式，但本实施方式并不限定于这些实施例。
实施例
将具有表1所示的化学组成的钢熔炼，并进行初轧，制成中空钢坯。对该钢坯进行热加工，制成大小(外径56mm×壁厚10.5mm×长度6684mm)的管形状，并在表2所示的条件下进行了骤冷。之后，以表2所示的条件进行了3分钟的均热保持的软化处理，之后进行水冷，以35.7％的截面减少率进行了冷加工。即，进行了冷加工以使壁厚成为8.35mm。软化处理温度T1均为再结晶温度以上且晶界熔融温度以下。接着，以表2所示的条件进行了保持2分钟的固溶热处理，之后进行水冷而得到了钢管。
[表1]
[表2]
表2
＊是指在本发明限定的范围之外
下划线：是指在本实施方式的优选的制造条件之外(以下的双下划线的例子除外)
双下划线：是指虽然满足热处理的优选的温度范围，但不满足T1>T2的条件，在本实施方式的优选的制造条件之外。
对于得到的钢管，按以下记载的步骤进行了电解提取残渣的测量、SCC试验和蠕变试验。
(电解提取残渣)
对于V、Ti、Nb、Ni、Cr和Mo，按以下的步骤算出通过提取残渣分析得到的析出物中的各元素的含量(质量％)，并算出(i)式右边值、(ii)式中边值和(iii)式左边值。
具体而言，使用10％乙酰丙酮-1％氯化四甲铵/甲醇，以20mA/cm2的电流值电解约0.4g试样。之后，将该经电解的试样的溶液用0.2μm的过滤器过滤后，将残渣用硫酸+磷酸+硝酸+高氯酸的混酸进行酸分解。然后，用ICP发射分光分析装置来算出上述元素中的被作为电解提取残渣进行分析的量(质量％)。
(SCC试验)
基于ASTM A262 Method E进行SCC试验，从而评价了耐SCC性。具体而言，从得到的奥氏体系不锈钢的一端采集15mm×2mm×70mm的试验片。对该试验片进行了700℃×30分钟的敏化热处理，之后，向在上述规格中规定的硫酸/硫酸铜水溶液中加入大约70g铜切屑，将试验片浸渍于其沸腾溶液中24h，进行了弯曲试验。
(蠕变试验)
为了评价蠕变强度而进行了蠕变试验。具体而言，采集圆棒状蠕变试验片，进行了蠕变断裂试验。在评价中，将在进行了600℃、10000h的蠕变试验的情况下试验片的断裂强度为210MPa以上，且在进行了650℃、10000h的蠕变试验的情况下试验片的断裂强度为150MPa以上的情况评价为“优”。
另外，除了评价为上述“优”的试验片，将仅满足进行了600℃、10000h的蠕变试验而试验片的断裂强度为210MPa以上和进行了650℃、10000h的蠕变试验而试验片的断裂强度为150MPa以上中的任一者的情况评价为“良”。另外，在除了上述“优”和“良”以外的例子中，将蠕变特性不良的情况记载为“劣”。以下，将结果汇总示于表3。
[表3]
表3
＊是指在本实施方式限定的范围之外
0.010≤VER+TiER+NbER…(i)
27.0≤1.13(Ni-NiER)+(Cr-CrER)+1.85(Mo-MoER)+1.79(Nb-NbER)＜40.5…(ii)
NbER＜0.052…(iii)
满足本发明的要件的试验No.1～17的耐SCC性和蠕变强度均良好。另一方面，不满足本发明的要件的试验No.18～29的结果是，蠕变强度和耐SCC性都较差或其中一者较差。
试验No.1～18、23、25～27在耐SCC试验中未产生开裂。由于这些例子满足(i)式，因此认为，在敏化热处理后，C也会因V、Ti和Nb的析出而被固定，抑制了晶界Cr碳化物的形成，能够预防开裂。
另一方面，试验No.19～22、24、28、29在耐SCC试验中产生了开裂。由于这些例子不满足(i)式，因此认为，V、Ti和Nb未充分地析出，在敏化热处理后，在晶界形成Cr碳化物，在其周边产生了贫铬(Cr)层，故此在耐SCC试验中产生了开裂。作为其原因，认为化学组成、软化处理温度或固溶温度在优选范围之外。
试验No.1、3、8、10、12～17、19～21在蠕变试验中评价为“优”。由于这些例子的(ii)式中边值为更优选的下限值以上，因此认为蠕变强度优异。另外，试验No.2、4～7、9、11、22、24、28、29在蠕变试验中评价为“良”。虽然这些例子的(ii)式中边值不为更优选的下限值以上，但满足(ii)式，因此认为，有助于蠕变强度的元素充分地固溶，得到了能够适用于本发明的良好的蠕变强度。
另一方面，试验No.18、23、25～27在蠕变试验中被评价为“劣”。在这些例子中，(ii)式中边值小于27.0，提高蠕变强度的Ni、Cr、Mo和Nb未充分地固溶，因此认为无法得到充分的蠕变强度。此外，其中，由于No.23、25、26不满足(iii)式，因此认为形成了NbCr氮化物，蠕变强度降低。

Claims (5)

1.一种奥氏体系不锈钢，其中，其化学组成以质量％计为C：0.002～0.020％、
Si：0.10～0.60％、
Mn：0.2～2.0％、
P：0.035％以下、
S：0.010％以下、
Cu：2.50～4.50％、
Ni：9.00～16.00％、
Cr：15.00～20.00％、
Mo：0.20～1.50％、
Nb：0.15～0.60％、
N：0.05～0.15％、
B：0.0010～0.0060％、
V：0～0.50％、
Ti：0～0.500％、
Co：0～1.00％、
W：0～1.00％、
Ta：0～0.40％、
Sn：0～0.0300％、
Ca：0～0.0100％、
Mg：0～0.0100％、
REM：0～0.0800％、
余量：Fe和杂质，
且满足下述(i)～(iii)式，
0.010≤VER+TiER+NbER···(i)
27.0≤1.13(Ni-NiER)+(Cr-CrER)+1.85(Mo-MoER)+1.79(Nb-NbER)＜40.5···(ii)
NbER＜0.052···(iii)
其中，上述式中的各符号被如下那样定义，上述式中的各元素符号表示钢中所包含的各元素的含量，在不含有的情况下设为零，所述各元素的含量的单位是质量％，
VER：通过提取残渣分析得到的析出物中的V含量
TiER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Ti含量
NbER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Nb含量
NiER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Ni含量
CrER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Cr含量
MoER：通过提取残渣分析得到的析出物中的Mo含量
所述V含量、所述Ti含量、所述Nb含量、所述Ni含量、所述Cr含量、所述Mo含量的单位是质量％。
2.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢，其中，化学组成以质量％计含有选自以下元素中的一种以上的元素，
V：0.01～0.50％、
Ti：0.001～0.500％。
3.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢，其中，
所述化学组成以质量％计含有选自以下元素中的一种以上的元素，
Co：0.02～1.00％、
W：0.01～1.00％、
Ta：0.01～0.40％、
Sn：0.0010～0.0300％、
Ca：0.0010～0.0100％、
Mg：0.0002～0.0100％、
REM：0.0010～0.0800％。
4.根据权利要求2所述的奥氏体系不锈钢，其中，
所述化学组成以质量％计含有选自以下元素中的一种以上的元素，Co：0.02～1.00％、
W：0.01～1.00％、
Ta：0.01～0.40％、
Sn：0.0010～0.0300％、
Ca：0.0010～0.0100％、
Mg：0.0002～0.0100％、
REM：0.0010～0.0800％。
5.一种钢管，其中，
该钢管具备权利要求1至4中任一项所述的奥氏体系不锈钢。
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