特開 2024-86308 オーステナイト系合金材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024086308

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】オーステナイト系合金材

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20240620BHJP

   C22C 38/48 20060101ALI20240620BHJP

   C22C 38/54 20060101ALI20240620BHJP

   C22C 19/05 20060101ALI20240620BHJP

   B21B 45/04 20060101ALI20240620BHJP

   C21D 8/00 20060101ALN20240620BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 302Z

C22C38/48

C22C38/54

C22C19/05 G

B21B45/04

C21D8/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022201372

(22)【出願日】2022-12-16

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】井澤 貴央

(72)【発明者】

【氏名】増野 陽太

(72)【発明者】

【氏名】河内 礼文

【テーマコード（参考）】

4K032

【Ｆターム（参考）】

4K032AA01

4K032AA02

4K032AA04

4K032AA05

4K032AA08

4K032AA09

4K032AA13

4K032AA14

4K032AA16

4K032AA19

4K032AA21

4K032AA22

4K032AA25

4K032AA27

4K032AA29

4K032AA31

4K032AA35

4K032AA36

4K032AA37

4K032AA39

4K032AA40

4K032BA01

4K032BA02

4K032BA03

4K032CA02

4K032CA03

4K032CB00

4K032CG00

4K032CK03

(57)【要約】

【課題】高温浸炭環境において優れた耐浸炭性を有するオーステナイト系合金材を提供する。
【解決手段】本実施形態によるオーステナイト系合金材は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５０％以下、Ｓｉ：０．０１～１．００％、Ｍｎ：０．０１～１．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ｃｒ：１０．００～２５．００％、Ｎｉ：２５．００～５０．００％、ｓｏｌ．Ａｌ：２．５０～３．５０％、Ｎｂ：０．５０～２．００％、Ｎ：０．００５０～０．０３００％、Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物を含有し、表面の算術平均粗さをＲａ（μｍ）と定義し、平均長さをＲＳｍ（ｍｍ）と定義したとき、式（１）で定義されるＳｒが３００．０μｍ以下である。
Ｓｒ＝２［（２Ｒａ）^２＋（５００ＲＳｍ）^２］^０．５ （１）
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

オーステナイト系合金材であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５０％以下、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：１０．００～２５．００％、
Ｎｉ：２５．００～５０．００％、
ｓｏｌ．Ａｌ：２．５０～３．５０％、
Ｎｂ：０．５０～２．００％、
Ｎ：０．００５０～０．０３００％、及び、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記オーステナイト系合金材の表面の算術平均粗さをＲａ（μｍ）と定義し、平均長さをＲＳｍ（ｍｍ）と定義したとき、式（１）で定義されるＳｒが３００．０μｍ以下である、
オーステナイト系合金材。
Ｓｒ＝２［（２Ｒａ）^２＋（５００ＲＳｍ）^２］^０．５ （１）

【請求項2】

オーステナイト系合金材であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５０％以下、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：１０．００～２５．００％、
Ｎｉ：２５．００～５０．００％、
ｓｏｌ．Ａｌ：２．５０～３．５０％、
Ｎｂ：０．５０～２．００％、
Ｎ：０．００５０～０．０３００％、及び、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、を含有し、
前記化学組成はさらに、第１群～第３群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記オーステナイト系合金材の表面の算術平均粗さをＲａ（μｍ）と定義し、平均長さをＲＳｍ（ｍｍ）と定義したとき、式（１）で定義されるＳｒが３００．０μｍ以下である、
オーステナイト系合金材。
Ｓｒ＝２［（２Ｒａ）^２＋（５００ＲＳｍ）^２］^０．５ （１）
［第１群］
Ｗ：５．００％以下、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｃｕ：０．１０％以下、
Ｃｏ：０．１０％以下、
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、及び、
Ｖ：０．２０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｚｒ：０．２０％以下、
Ｈｆ：０．１０％以下、
Ａｓ：０．１０％以下、及び、
Ｓｎ：０．０５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｍｇ：０．０１０％以下、及び、
希土類元素：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上

【請求項3】

請求項２に記載のオーステナイト系合金材であって、
前記化学組成は、第１群を含有する、
オーステナイト系合金材。

【請求項4】

請求項２に記載のオーステナイト系合金材であって、
前記化学組成は、第２群を含有する、
オーステナイト系合金材。

【請求項5】

請求項２に記載のオーステナイト系合金材であって、
前記化学組成は、第３群を含有する、
オーステナイト系合金材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、合金材に関し、さらに詳しくは、オーステナイト系合金材に関する。

【背景技術】

【0002】

エチレン分解炉に代表される化学プラント設備では、炭化水素類を熱分解してエチレンに代表されるオレフィンを製造する。具体的には、化学プラント設備の反応炉は、合金管に代表される合金材で構成される。合金管内部には、炭化水素類及び水蒸気が供給され、合金管外部から熱が付与される。このとき、合金管内部で炭化水素類が熱分解されて、オレフィンが生成する。

【0003】

上述の化学プラント設備では、合金材が８００～１０００℃の高温の浸炭性雰囲気の環境に曝される。このような高温の浸炭性雰囲気の環境を、本明細書では、高温浸炭環境という。このような高温浸炭環境で使用される部材には、高いクリープ強度が求められる。

【0004】

このような高温浸炭環境では、オーステナイト系合金材が用いられる。オーステナイト系合金材では、８００～１０００℃の高温浸炭環境において、内部に、炭化物やラーベス相が生成する。これらの析出物による析出強化により、クリープ強度を高めることができる。

【0005】

上述の高温浸炭環境ではさらに、合金材の表面にコーキングが発生する。コーキングとは、合金材の表面に固体炭素が析出する現象である。コーキングが発生すると合金材に炭素が固溶する浸炭現象が生じる。このような浸炭現象は、合金材の寿命を低下する。そこで、高温浸炭環境に用いられる合金材ではさらに、耐浸炭性が求められる。

【0006】

高温浸炭環境に用いられるオーステナイト系合金材の耐浸炭性を高める技術が、国際公開第２０１８／００３８２３号（特許文献１）に提案されている。特許文献１に開示されたオーステナイト系合金材では、Ａｌを２．５０％超以上含有する。さらに、表層のＣｒ濃度のＡｌ濃度に対する比を、表層以外のＣｒ濃度のＡｌ濃度に対する比よりも適度に小さくする。これにより、高温浸炭環境での使用中に、合金材の表面にアルミナ被膜が生成する。アルミナ被膜はクロミア被膜と比較して緻密である。アルミナ被膜により、炭素が合金材の内部に侵入するのを抑制できる。その結果、耐浸炭性を高めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２０１８／００３８２３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１以外の他の手段によって、高温浸炭環境において耐浸炭性を高めることができてもよい。

【0009】

本発明の目的は、高温浸炭環境において優れた耐浸炭性を有するオーステナイト系合金材を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示によるオーステナイト系合金材は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５０％以下、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：１０．００～２５．００％、
Ｎｉ：２５．００～５０．００％、
ｓｏｌ．Ａｌ：２．５０～３．５０％、
Ｎｂ：０．５０～２．００％、
Ｎ：０．００５０～０．０３００％、及び、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記オーステナイト系合金材の表面の算術平均粗さをＲａ（μｍ）と定義し、平均長さをＲＳｍ（ｍｍ）と定義したとき、式（１）で定義されるＳｒが３００．０μｍ以下である。
Ｓｒ＝２［（２Ｒａ）^２＋（５００ＲＳｍ）^２］^０．５ （１）

【0011】

本開示によるオーステナイト系合金材は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５０％以下、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：１０．００～２５．００％、
Ｎｉ：２５．００～５０．００％、
ｓｏｌ．Ａｌ：２．５０～３．５０％、
Ｎｂ：０．５０～２．００％、
Ｎ：０．００５０～０．０３００％、及び、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、を含有し、
前記化学組成はさらに、第１群～第３群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記オーステナイト系合金材の表面の算術平均粗さをＲａ（μｍ）と定義し、平均長さをＲＳｍ（ｍｍ）と定義したとき、式（１）で定義されるＳｒが３００．０μｍ以下である。
Ｓｒ＝２［（２Ｒａ）^２＋（５００ＲＳｍ）^２］^０．５ （１）
［第１群］
Ｗ：５．００％以下、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｃｕ：０．１０％以下、
Ｃｏ：０．１０％以下、
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、及び、
Ｖ：０．２０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｚｒ：０．２０％以下、
Ｈｆ：０．１０％以下、
Ａｓ：０．１０％以下、及び、
Ｓｎ：０．０５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｍｇ：０．０１０％以下、及び、
希土類元素：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上

【発明の効果】

【0012】

本開示によるオーステナイト系合金材は、高温浸炭環境において優れた耐浸炭性を有する。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明者らは、高温浸炭環境において優れた耐浸炭性を有するオーステナイト系合金材について、初めに、化学組成の観点から検討を行った。その結果、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．１５０％以下、Ｓｉ：０．０１～１．００％、Ｍｎ：０．０１～１．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ｃｒ：１０．００～２５．００％、Ｎｉ：２５．００～５０．００％、ｓｏｌ．Ａｌ：２．５０～３．５０％、Ｎｂ：０．５０～２．００％、Ｎ：０．００５０～０．０３００％、Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、さらに任意元素を含有する場合、任意元素として、Ｆｅの一部に代えて、上述の第１群～第３群からなる群から選択される１種以上からなる化学組成を有するオーステナイト系合金材であれば、高温浸炭環境において合金材の表面にアルミナ被膜が形成され、優れた耐浸炭性が得られると考えた。

【0014】

しかしながら、上述の化学組成を有するオーステナイト系合金材を高温浸炭環境で使用した場合、十分な耐浸炭性が得られない場合があった。そこで、本発明者らは、上述の化学組成を有するオーステナイト系合金材でさらに耐浸炭性を高める手段について、検討を行った。

【0015】

ここで、本発明者らは、オーステナイト系合金材の表面の粗さに注目した。本発明者らははじめに、表面粗さの指標として算術平均粗さＲａを用いて、算術平均粗さＲａと耐浸炭性との関係を調査した。しかしながら、算術平均粗さＲａだけでは、耐浸炭性と必ずしも相関しない場合があった。そこで、本発明者らは次のとおり考えた。

【0016】

アルミナ被膜を緻密に形成するためには、オーステナイト系合金材の表面の微視的な凹凸を極めて微小に抑えることが有効である。つまり、表面の高さ方向の微視的凹凸を抑えるだけでなく、微視的凹凸の間隔も狭めることが有効である。そこで、本発明者らは、表面の高さ方向の微視的凹凸の指標である算術平均粗さＲａだけでなく、微視的凹凸の間隔の指標である、平均長さＲＳｍも考慮して、合金材の表面の微視的な凹凸とアルミナ被膜の形成との関係をさらに調査した。

【0017】

その結果、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、かつ、表面の微視的な凹凸の指標である式（１）に定義するＳｒが３００．０μｍ以下であれば、表面の微視的な凹凸が十分に抑制されており、アルミナ被膜が緻密に形成され、その結果、高温浸炭環境において優れた耐浸炭性が得られることを知見した。
Ｓｒ＝２［（２Ｒａ）^２＋（５００ＲＳｍ）^２］^０．５ （１）

【0018】

以上の知見に基づいて完成した本実施形態によるオーステナイト系合金材は、次の構成を有する。

【0019】

［１］
オーステナイト系合金材であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５０％以下、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：１０．００～２５．００％、
Ｎｉ：２５．００～５０．００％、
ｓｏｌ．Ａｌ：２．５０～３．５０％、
Ｎｂ：０．５０～２．００％、
Ｎ：０．００５０～０．０３００％、及び、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記オーステナイト系合金材の表面の算術平均粗さをＲａ（μｍ）と定義し、平均長さをＲＳｍ（ｍｍ）と定義したとき、式（１）で定義されるＳｒが３００．０μｍ以下である、
オーステナイト系合金材。
Ｓｒ＝２［（２Ｒａ）^２＋（５００ＲＳｍ）^２］^０．５ （１）

【0020】

［２］
オーステナイト系合金材であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５０％以下、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：１０．００～２５．００％、
Ｎｉ：２５．００～５０．００％、
ｓｏｌ．Ａｌ：２．５０～３．５０％、
Ｎｂ：０．５０～２．００％、
Ｎ：０．００５０～０．０３００％、及び、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、を含有し、
前記化学組成はさらに、第１群～第３群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記オーステナイト系合金材の表面の算術平均粗さをＲａ（μｍ）と定義し、平均長さをＲＳｍ（ｍｍ）と定義したとき、式（１）で定義されるＳｒが３００．０μｍ以下である、
オーステナイト系合金材。
Ｓｒ＝２［（２Ｒａ）^２＋（５００ＲＳｍ）^２］^０．５ （１）
［第１群］
Ｗ：５．００％以下、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｃｕ：０．１０％以下、
Ｃｏ：０．１０％以下、
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、及び、
Ｖ：０．２０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｚｒ：０．２０％以下、
Ｈｆ：０．１０％以下、
Ａｓ：０．１０％以下、及び、
Ｓｎ：０．０５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｍｇ：０．０１０％以下、及び、
希土類元素：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上

【0021】

［３］
［２］に記載のオーステナイト系合金材であって、
前記化学組成は、第１群を含有する、
オーステナイト系合金材。

【0022】

［４］
［２］又は［３］に記載のオーステナイト系合金材であって、
前記化学組成は、第２群を含有する、
オーステナイト系合金材。

【0023】

［５］
［２］～［４］のいずれか１項に記載のオーステナイト系合金材であって、
前記化学組成は、第３群を含有する、
オーステナイト系合金材。

【0024】

以下、本実施形態によるオーステナイト系合金材について詳述する。
なお、元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。

【0025】

［本実施形態のオーステナイト系合金材の特徴］
本実施形態のオーステナイト系合金材は、次の特徴を満たす。
（特徴１）
化学組成中の各元素含有量が本実施形態に示すとおりである。
（特徴２）
オーステナイト系合金材の表面の算術平均粗さをＲａ（μｍ）と定義し、平均長さをＲＳｍ（ｍｍ）と定義したとき、式（１）で定義されるＳｒが３００．０μｍ以下である。
Ｓｒ＝２［（２Ｒａ）^２＋（５００ＲＳｍ）^２］^０．５ （１）
以下、各特徴について説明する。

【0026】

［（特徴１）化学組成について］
本実施形態によるオーステナイト系合金材の化学組成は、次の元素を含有する。

【0027】

Ｃ：０．１５０％以下
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。Ｃは炭化物を生成し、高温浸炭環境での合金材のクリープ強度を高める。Ｃ含有量が少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
一方、Ｃ含有量が０．１５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の鋳造後の凝固組織中に粗大な共晶炭化物が生成する。粗大な共晶炭化物は、合金材の靱性を低下する。
したがって、Ｃ含有量は０．１５０％以下である。
Ｃ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
Ｃ含有量の好ましい上限は０．１４０％であり、さらに好ましくは０．１３０％であり、さらに好ましくは０．１２０％である。

【0028】

Ｓｉ：０．０１～１．００％
シリコン（Ｓｉ）は、製鋼工程において、合金材を脱酸する。Ｓｉ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｓｉ含有量が１．００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｉ含有量は０．０１～１．００％である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。

【0029】

Ｍｎ：０．０１～１．００％
マンガン（Ｍｎ）は、合金材中のＳと結合してＭｎＳを形成し、合金材の熱間加工性を高める。Ｍｎ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｍｎ含有量が１．００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の硬さが過剰に高くなる。この場合、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｍｎ含有量は０．０１～１．００％である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。

【0030】

Ｐ：０．０４０％以下
リン（Ｐ）は不純物である。Ｐ含有量が０．０４０％を超えれば、Ｐが合金材の粒界に過剰に偏析する。そのため、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の熱間加工性及び溶接性が低下する。
したがって、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。
Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐ含有量の過剰な低減は、合金材の製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、Ｐ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１８％である。

【0031】

Ｓ：０．００５０％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓ含有量が０．００５０％を超えれば、Ｓが合金材の粒界に過剰に偏析する。そのため、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の熱間加工性及び溶接性が低下する。
したがって、Ｓ含有量は０．００５０％以下である。
Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｓ含有量の過剰な低減は、合金材の製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、Ｓ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ｓ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。

【0032】

Ｃｒ：１０．００～２５．００％
クロム（Ｃｒ）は、高温浸炭環境での使用時において、アルミナ被膜の形成を促進する。Ｃｒはさらに、合金材中のＣと結合して炭化物を形成し、析出強化により、合金材のクリープ強度を高める。Ｃｒ含有量が１０．００％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃｒ含有量が２５．００％を超えれば、高温浸炭環境において、Ｃｒは雰囲気ガス（炭化水素ガス）由来のＣと結合して、合金表面にＣｒ炭化物を過剰に形成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、高温浸炭環境において、アルミナ被膜が十分に形成されない。
したがって、Ｃｒ含有量は１０．００～２５．００％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は１０．５０％であり、さらに好ましくは１１．００％であり、さらに好ましくは１１．５０％であり、さらに好ましくは１２．００％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は２４．００％であり、さらに好ましくは２３．５０％であり、さらに好ましくは２３．００％であり、さらに好ましくは２２．５０％であり、さらに好ましくは２２．００％である。

【0033】

Ｎｉ：２５．００～５０．００％
ニッケル（Ｎｉ）はオーステナイトを安定化して、高温浸炭環境での合金材のクリープ強度を高める。Ｎｉはさらに、高温浸炭環境において、合金材の耐浸炭性を高める。Ｎｉ含有量が２５．００％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｎｉ含有量が５０．００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｎｉ含有量は２５．００～５０．００％である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は、２７．００％であり、さらに好ましくは２９．００％であり、さらに好ましくは３１．００％である。
Ｎｉ含有量の好ましい上限は４５．００％であり、さらに好ましくは４０．００％であり、さらに好ましくは３８．００％であり、さらに好ましくは３６．００％である。

【0034】

ｓｏｌ．Ａｌ：２．５０～３．５０％
アルミニウム（Ａｌ）は、高温浸炭環境で合金材を使用しているときに、合金材の表面にアルミナ被膜を形成する。高温浸炭環境において、アルミナ被膜は、クロミア被膜と比較して、熱力学的に安定である。そのため、Ａｌは、高温浸炭環境での合金材の耐浸炭性を高める。ｓｏｌ．Ａｌ含有量が２．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、ｓｏｌ．Ａｌ含有量が３．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、製造工程中において、γ’相（Ｎｉ_３Ａｌ）に代表される粗大な金属間化合物が生成する。この場合、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は２．５０～３．５０％である。
ｓｏｌ．Ａｌ含有量の好ましい下限は２．５５％であり、さらに好ましくは２．６０％であり、さらに好ましくは２．６５％である。
ｓｏｌ．Ａｌ含有量の好ましい上限は３．４５％であり、さらに好ましくは３．４０％であり、さらに好ましくは３．３５％であり、さらに好ましくは３．３０％であり、さらに好ましくは３．２５％である。
ここで、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は、酸可溶Ａｌの含有量を意味する。

【0035】

Ｎｂ：０．５０～２．００％
ニオブ（Ｎｂ）は、高温浸炭環境での合金材の使用中において、析出強化相である金属間化合物（ラーベス相及びＮｉ_３Ｎｂ相）を形成する。これらの金属間化合物は、合金材の結晶粒界及び結晶粒内を析出強化して、合金材のクリープ強度を高める。Ｎｂ含有量が０．５０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｎｂ含有量が２．００％を超えれば、上述の金属間化合物が過剰に生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の靱性が低下する。
したがって、Ｎｂ含有量は０．５０～２．００％である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．６０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は１．８０％であり、さらに好ましくは１．６０％であり、さらに好ましくは１．４０％であり、さらに好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは１．１０％である。

【0036】

Ｎ：０．００５０～０．０３００％
窒素（Ｎ）はマトリクス（母相）に固溶してオーステナイトを安定化し、高温浸炭環境での合金材のクリープ強度を高める。Ｎ含有量が０．００５０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｎ含有量が０．０３００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な窒化物及び／又は粗大な炭窒化物が生成する。粗大な窒化物及び／又は粗大な炭窒化物は、合金材の靱性を低下する。
したがって、Ｎ含有量は０．００５０～０．０３００％である。
Ｎ含有量の好ましい下限は０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００８０％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．０２５０％であり、さらに好ましくは０．０２００％であり、さらに好ましくは０．０１８０％であり、さらに好ましくは０．０１６０％である。

【0037】

Ｃａ：０．０００２～０．０１００％
カルシウム（Ｃａ）は、Ｓと結合して硫化物を形成し、Ｓを固定する。これにより、合金材の熱間加工性が高まる。Ｃａ含有量が０．０００２％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃａ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成し、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｃａ含有量は０．０００２～０．０１００％である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００４％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５５％である。

【0038】

本実施形態によるオーステナイト系合金材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、化学組成における不純物とは、オーステナイト系合金材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態によるオーステナイト系合金材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

【0039】

［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）］
本実施形態のオーステナイト系合金材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第１群～第３群からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
［第１群］
Ｗ：５．００％以下、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｃｕ：０．１０％以下、
Ｃｏ：０．１０％以下、
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、及び、
Ｖ：０．２０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｚｒ：０．２０％以下、
Ｈｆ：０．１０％以下、
Ａｓ：０．１０％以下、及び、
Ｓｎ：０．０５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｍｇ：０．０１０％以下、及び、
希土類元素：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
以下、任意元素について説明する。

【0040】

［第１群：Ｗ、Ｂ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔｉ及びＶ］
実施形態の合金材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、上述の第１群を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、高温浸炭環境下での合金材のクリープ強度を高める。以下、各元素について説明する。

【0041】

Ｗ：５．００％以下
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｗは０％であってもよい。
含有される場合、Ｗはオーステナイトに固溶して固溶強化により合金材のクリープ強度を高める。Ｗはさらに、高温浸炭環境での合金材の使用中において、合金材中にラーベス相を形成し、析出強化により、合金材のクリープ強度を高める。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｗ含有量が５．００％を超えれば、ラーベス相が過剰に生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の熱間加工性及び靱性が低下する。
したがって、Ｗ含有量は０～５．００％であり、含有される場合、５．００％以下である。
Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％である。Ｃ含有量が０．０７０％未満である場合、Ｗ含有量の好ましい下限は２．００％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
Ｗ含有量の好ましい上限は４．９０％であり、さらに好ましくは４．８０％であり、さらに好ましくは４．５０％であり、さらに好ましくは４．００％である。

【0042】

Ｂ：０．０１００％以下
ボロン（Ｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ｂは粒径に偏析して、粒界での金属間化合物の生成を促進する。これにより、Ｂは、高温浸炭環境での合金材のクリープ強度を高める。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｂ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の溶接性及び熱間加工性が低下する。
したがって、Ｂ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。
Ｂ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２５％である。

【0043】

Ｃｕ：０．１０％以下
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｕは０％であってもよい。
含有される場合、Ｃｕは、析出強化により、合金材のクリープ強度を高める。Ｃｕが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｃｕが０．１０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｃｕ含有量は０～０．１０％であり、含有される場合、０．１０％以下である。
Ｃｕ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。
Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％である。

【0044】

Ｃｏ：０．１０％以下
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ｃｏは、オーステナイトを安定化して、４００～７００℃の平均操業温度での合金材の高温強度を高める。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｃｏ含有量が０．１０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｃｏ含有量は０～０．１０％であり、含有される場合、０．１０％以下である。
Ｃｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％である。
Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％であ。

【0045】

Ｍｏ：０．１０％以下
モリブデン（Ｍｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｏ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ｍｏは、オーステナイトに固溶して固溶強化により合金材のクリープ強度を高める。Ｍｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｍｏ含有量が０．１０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｍｏ含有量は０～０．１０％であり、含有される場合、０．１０％以下である。
Ｍｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。
Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％である。

【0046】

Ｔｉ：０．１００％以下
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ｔｉは、析出強化相となる金属間化合物（ラーベス相及びＮｉ_３Ｔｉ）を形成して、析出強化により合金材のクリープ強度を高める。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｔｉ含有量が０．１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上述の金属間化合物が過剰に生成して、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｔｉ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合、０．１００％以下である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。

【0047】

Ｖ：０．２０％以下
バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｖ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ｖは、Ｔｉと同様に、析出強化相となる金属間化合物を形成して、析出強化により合金材のクリープ強度を高める。Ｖが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｖ含有量が０．２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上述の金属間化合物が過剰に生成して、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｖ含有量は０～０．２０％であり、含有される場合、０．２０％以下である。
Ｖ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。
Ｖ含有量の好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１６％であり、さらに好ましくは０．１４％であり、さらに好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１０％である。

【0048】

［第２群：Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｓ及びＳｎ］
実施形態の合金材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、上述の第２群を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、高温浸炭環境において、合金材の表面でのアルミナ被膜の形成を促進する。以下、各元素について説明する。

【0049】

Ｚｒ：０．２０％以下
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ｚｒは、高温浸炭環境での合金材の使用中において、合金材の表面でのアルミナ被膜の形成を促進する。Ｚｒが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｚｒ含有量が０．２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の製造工程中に、金属間化合物が生成する。この場合、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｚｒ含有量は０～０．２０％以下であり、含有される場合、０．２０％以下である。
Ｚｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．０８％である。

【0050】

Ｈｆ：０．１０％以下
ハフニウム（Ｈｆ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｈｆ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ｈｆは、高温浸炭環境での合金材の使用中において、合金材の表面でのアルミナ被膜の形成を促進する。Ｈｆが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｈｆ含有量が０．１０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の製造工程中に、金属間化合物が生成する。この場合、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｈｆ含有量は０～０．１０％以下であり、含有される場合、０．１０％以下である。
Ｈｆ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
Ｈｆ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％である。

【0051】

Ａｓ：０．１０％以下
砒素（Ａｓ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ａｓ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ａｓは、高温浸炭環境での合金材の使用中において、合金材の表面でのアルミナ被膜の形成を促進する。Ａｓが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ａｓ含有量が０．１０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の製造工程中に、金属間化合物が生成する。この場合、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ａｓ含有量は０～０．１０％以下であり、含有される場合、０．１０％以下である。
Ａｓ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
Ａｓ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％である。

【0052】

Ｓｎ：０．０５０％以下
錫（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ｓｎは、高温浸炭環境での合金材の使用中において、合金材の表面でのアルミナ被膜の形成を促進する。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｓｎ含有量が０．０５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の製造工程中に、金属間化合物が生成する。この場合、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｎ含有量は０～０．０５０％であり、含有される場合、０．０５０％以下である。
Ｓｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。

【0053】

［第３群：Ｍｇ及び希土類元素（ＲＥＭ）］
実施形態の合金材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて上述の第３群を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、高温浸炭環境下での合金材のクリープ強度を高める。以下、各元素について説明する。

【0054】

Ｍｇ：０．０１０％以下
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ｍｇは、Ｓと結合して硫化物を形成し、Ｓを固定する。これにより、合金材の熱間加工性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｍｇ含有量が０．０１０％超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、合金材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１０％であり、含有される場合、０．０１０％以下である。
Ｍｇ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．００７％である。

【0055】

希土類元素：０．５０％以下
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、ＲＥＭは、Ｓと結合して硫化物を形成し、Ｓを固定する。これにより、合金材の熱間加工性を高める。ＲＥＭが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、ＲＥＭ含有量が０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、酸化物等の介在物が過剰に多くなる。この場合、合金材の溶接性及び熱間が低下する。
したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．５０％であり、含有される場合、０．５０％以下である。
ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。

【0056】

なお、本明細書におけるＲＥＭとは、原子番号２１番のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９番のイットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイドである原子番号５７番のランタン（Ｌａ）～原子番号７１番のルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選択される１種以上の元素である。また、本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これら元素の合計含有量である。

【0057】

なお、上述の各元素含有量は、本実施形態で規定された有効数字に基づいて、測定された数値の端数を四捨五入して、本実施形態で規定された各元素含有量の最小桁までの数値とする。例えば、本実施形態のオーステナイト系合金材のＣ含有量は小数第三位までの数値で規定される。したがって、Ｃ含有量は、測定された数値の小数第四位を四捨五入して得られた小数第三位までの数値とする。

【0058】

本実施形態のオーステナイト系合金材のＣ含有量以外の他の元素含有量も同様に、測定された値に対して、本実施形態で規定された最小桁までの数値の端数を四捨五入して得られた値を、当該元素含有量とする。なお、四捨五入とは、端数が５未満であれば切り捨て、端数が５以上であれば切り上げることを意味する。

【0059】

［（特徴２）式（１）で定義されるＳｒについて］
本実施形態のオーステナイト系合金材はさらに、オーステナイト系合金材の表面の算術平均粗さをＲａ（μｍ）と定義し、平均長さをＲＳｍ（ｍｍ）と定義したとき、式（１）で定義されるＳｒが３００．０μｍ以下である。
Ｓｒ＝２［（２Ｒａ）^２＋（５００ＲＳｍ）^２］^０．５ （１）

【0060】

Ｓｒは、オーステナイト系合金材の表面性状を表す指標である。算術平均粗さＲａは表面の微視的凹凸の高さ方向の変位の示し、平均長さＲＳｍは微視的凹凸の横方向（凹凸の高さに垂直な方向）の大きさ、つまり、微視的凹凸のピッチを示す。Ｓｒは微視的凹凸の凸部（山部）の傾斜の程度を指し、換言すれば、表面の滑らかさを意味する。

【0061】

Ｓｒが大きい場合、微視的凹凸の変位が大きい。この場合、表面積が大きくなる。そのため、単位表面積当たりに存在するＡｌ濃度が低下する。そのため、高温浸炭環境で合金材を使用中に表面に形成されるアルミナ被膜が薄くなりやすい。その結果、オーステナイト系合金材の耐浸炭性が低下する。

【0062】

Ｓｒが３００．０μｍ以下であれば、オーステナイト系合金材の表面の微視的凹凸の変位が十分に小さく、表面が滑らかである。この場合、表面積が小さくなる。そのため、オーステナイト系合金材が特徴１の化学組成を満たせば、単位表面積当たりのＡｌ濃度が十分となる。高温浸炭環境で合金材を使用中において、表面にアルミナ被膜が十分に厚く形成される。その結果、高温浸炭環境において、十分な耐浸炭性が得られる。

【0063】

Ｓｒの好ましい上限は２９０．０μｍであり、さらに好ましくは２８５．０μｍであり、さらに好ましくは２８０．０μｍである。Ｓｒの下限は低いほど好ましい。しかしながら、Ｓｒを０μｍとすることは極めて困難である。したがって、Ｓｒの好ましい下限は１０．０μｍであり、さらに好ましくは０．５０μｍである。

【0064】

［Ｓｒの測定方法］
本実施形態のオーステナイト系合金材のＳｒは、次の方法で測定できる。
初めに、オーステナイト系合金材の表面の圧延方向（Ｌ方向）、及び、Ｌ方向に垂直な方向（Ｔ方向）から、線粗さ解析を実施して、粗さ曲線をそれぞれ得る。オーステナイト系合金材が合金管である場合、合金管の内面のＬ方向及びＴ方向から、線粗さ解析を実施して、粗さ曲線をそれぞれ得る。

【0065】

粗さ曲線を得るための断面曲線は、ＪＩＳ Ｂ ０６３３：２００１に準拠した方法を用いて求める。具体的には、本実施形態によるオーステナイト系合金材の表面のＬ方向及びＴ方向に対して、表面粗さ測定機を用いて線粗さ測定を実施する。表面粗さ測定機は、特に限定されないが、例えば、株式会社ミツトヨ製の商品名：ＳＵＲＦＴＥＳＴ ＳＶ－３１００を用いることができる。

【0066】

Ｌ方向の線粗さ測定では、倍率を１０００～３０００倍とする。Ｔ方向の線粗さ測定では、倍率を１０～１００倍とする。評価長さは後述する基準長さの５倍以上とする。評価長さは例えば、４．０ｍｍである。線粗さ測定の結果から、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠して、Ｌ方向の断面曲線及びＴ方向の断面曲線を得る。得られたそれぞれの断面曲線に対して、基準長さを０．８ｍｍとするフィルタを適用して、粗さ曲線を得る。

【0067】

得られたＬ方向の粗さ曲線について、ＪＩＳ Ｂ ０６３３：２００１に準拠して、平均線からの変位の平均を求めて、Ｌ方向の算術平均粗さＲａＬ（μｍ）とする。同様に、得られたＴ方向の粗さ曲線について、平均線からの変位の平均を求めて、Ｔ方向の算術平均粗さＲａＴ（μｍ）とする。得られたＬ方向の算術平均粗さＲａＬ及びＴ方向の算術平均粗さＲａＴの算術平均値を、オーステナイト系合金材の表面の算術平均粗さＲａ（μｍ）と定義する。

【0068】

さらに、得られたＬ方向の粗さ曲線について、ＪＩＳ Ｂ ０６３３：２００１に準拠して、輪郭曲線要素の長さの平均を求めて、Ｌ方向の平均長さＲＳｍＬ（ｍｍ）とする。同様に、得られたＴ方向の粗さ曲線について、輪郭曲線要素の長さの平均を求めて、Ｔ方向の平均長さＲＳｍＴ（ｍｍ）とする。得られたＬ方向の平均長さＲＳｍＬ及びＴ方向の平均長さＲＳｍＴの算術平均値を、オーステナイト系合金材の表面の平均長さＲＳｍ（ｍｍ）と定義する。得られた平均粗さＲａ（μｍ）及び平均長さＲＳｍ（ｍｍ）を用いて、式（１）により、Ｓｒを求める。

【0069】

［オーステナイト系合金材の効果］
本実施形態のオーステナイト系合金材は、上述の特徴１及び特徴２を満たす。そのため、本実施形態のオーステナイト系合金材では、高温浸炭環境において、十分な耐浸炭性が得られる。

【0070】

［オーステナイト系合金材の形状］
本実施形態のオーステナイト系合金材の形状は特に限定されない。オーステナイト系合金材は合金管であってもよいし、オーステナイト系合金板であってもよい。オーステナイト系合金材は棒材であってもよい。好ましくは、本実施形態のオーステナイト系合金材は、合金管である。

【0071】

［オーステナイト系合金材の製造方法］
本実施形態のオーステナイト系合金材の製造方法の一例を説明する。以降に説明するオーステナイト系合金材の製造方法は、本実施形態のオーステナイト系合金材を製造するための一例である。したがって、上述の特徴１及び特徴２を有するオーステナイト系合金材は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態のオーステナイト系合金材の製造方法の好ましい一例である。

【0072】

本実施形態のオーステナイト系合金材の製造方法の一例は、次の工程を含む。
（工程１）素材準備工程
（工程２）熱間加工工程
（工程３）冷間加工工程
（工程４）溶体化処理工程
（工程５）酸洗工程（スケール除去工程）
以下、各工程について説明する。

【0073】

［（工程１）素材準備工程］
準備工程では、上述の特徴１の化学組成を有する素材を準備する。素材は第三者から供給されてもよいし、製造してもよい。素材はインゴットであってもよいし、スラブ、ブルーム、ビレットであってもよい。

【0074】

素材を製造する場合、次の方法により、素材を製造する。上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。製造された溶鋼を用いて、造塊法によりインゴットを製造する。製造された溶鋼を用いて、連続鋳造法によりスラブ、ブルーム、ビレットを製造してもよい。製造されたインゴット、スラブ、ブルームに対して熱間加工を実施して、ビレットを製造してもよい。例えば、インゴットに対して熱間鍛造を実施して、円柱状のビレットを製造し、このビレットを素材としてもよい。この場合、熱間鍛造開始直前の素材の温度は特に限定されないが、例えば、１０００～１３００℃である。熱間鍛造後の素材の冷却方法は特に限定されない。

【0075】

［（工程２）熱間加工工程］
熱間加工工程では、準備工程において準備された素材に対して熱間加工を実施して、中間合金材を製造する。中間合金材は例えば、合金管であってもよいし、合金板であってもよいし、合金棒材であってもよい。

【0076】

中間合金材が合金管である場合、熱間加工工程では、次の加工を実施する。初めに、円柱素材を準備する。機械加工により、円柱素材の中心軸に沿った貫通孔を形成する。貫通孔が形成された円柱素材を加熱する。加熱された円柱素材に対して、ユジーンセジュルネ法に代表される熱間押出を実施して、中間合金材（鋼管）を製造する。熱間押出法に代えて、熱間押抜き製管法を実施してもよい。

【0077】

また、熱間押出に代えて、マンネスマン法による穿孔圧延を実施して、鋼管を製造してもよい。この場合、円柱素材を加熱する。加熱された円柱素材に対して、穿孔機による穿孔圧延を実施する。穿孔圧延する場合、穿孔比は特に限定されないが、例えば、１．０～４．０である。穿孔圧延された円柱素材をさらに、マンドレルミル、レデューサ、サイジングミル等により熱間圧延して中空素管（合金管）にする。熱間加工工程での累積の減面率は特に限定されないが、例えば、２０～８０％である。

【0078】

中間合金材が合金板である場合、熱間加工工程は例えば、１又は複数の圧延機を用いる。圧延機は、一対のワークロールを備える。スラブ等の素材に対して圧延機を用いて熱間圧延を実施して、中間合金材（合金板）を製造する。熱間圧延直前の素材の温度は例えば、９００～１３００℃である。

【0079】

中間材が合金棒材である場合、熱間加工工程は例えば、粗圧延工程と、仕上げ圧延工程とを含む。粗圧延工程では、素材を熱間加工してビレットを製造する。粗圧延工程は例えば、分塊圧延機を用いる。分塊圧延機により素材に対して分塊圧延を実施して、ビレットを製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が設置されている場合、分塊圧延後のビレットに対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、さらにサイズの小さいビレットを製造してもよい。粗圧延工程では、ブルーム等の素材をビレットに製造する。粗圧延工程直前の素材温度は特に限定されないが、例えば、９００～１３００℃である。仕上げ圧延工程では、初めに、粗圧延工程で製造されたビレットを加熱する。加熱後のビレットに対して、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、中間合金材（棒材）を製造する。仕上げ圧延工程での加熱炉での加熱温度は特に限定されないが、例えば、９００～１３００℃である。

【0080】

［（工程３）冷間加工工程］
冷間加工工程では、中間合金材に対して、周知の酸洗処理を実施した後、冷間加工を実施する。中間合金材が合金管又は合金棒材である場合、冷間加工は例えば、冷間抽伸又はピルガー圧延に代表される冷間圧延である。中間合金材が合金板である場合、冷間加工は例えば、冷間圧延である。冷間加工工程を実施することにより、次工程の溶体化処理工程で再結晶を発現させ、金属組織を整粒組織にする。冷間加工工程での減面率は特に限定されないが、例えば、１０～９０％である。

【0081】

［（工程４）溶体化処理工程］
溶体化処理工程では、冷間加工工程後の中間合金材に対して、溶体化処理を実施する。溶体化処理により、中間合金材中の析出物を固溶する。さらに、再結晶を発現させて、金属組織を整粒組織にする。

【0082】

溶体化処理は、次の方法で実施する。炉内雰囲気が大気雰囲気である熱処理炉内に、中間合金材を装入して溶体化温度に加熱保持する。溶体化温度は１１５０～１３００℃とする。溶体化温度での保持時間は２～３０分とする。

【0083】

［（工程５）酸洗工程］
酸洗工程では、溶体化処理後の中間合金材に対して、硝酸と弗酸との混酸による酸洗処理を実施する。具体的には、処理溶液を貯留する処理槽を準備する。処理溶液は、硝酸及び弗酸を含有する。処理溶液の硝酸濃度は例えば、５．０～１５．０質量％である。処理溶液の弗酸濃度は例えば、２．０～７．０質量％である。処理溶液は、硝酸及び弗酸を含む水溶液である。

【0084】

処理槽内の処理溶液に中間合金材を浸漬して、酸洗処理を実施する。酸洗処理中の処理溶液の温度を２０～６０℃に調整する。さらに、酸洗時間（処理溶液への浸漬時間）を２．５～５．０時間とする。

【0085】

酸洗時間が２．５時間未満であれば、酸洗時間が短すぎる。この場合、中間合金材の表面の微視的凹凸が十分に平滑化されない。そのため、酸洗処理後のオーステナイト系合金材のＳｒが３００．０μｍを超えてしまう。一方、酸洗時間が５．０時間を超えれば、酸洗時間が長すぎる。この場合、中間合金材の表面の溶解が過剰に進行してしまい、微視的凹凸の変位がかえって大きくなる。そのため、酸洗処理後のオーステナイト系合金材のＳｒが３００．０μｍを超えてしまう。

【0086】

酸洗時間が２．５～５．０時間であれば、中間合金材の表面の微視的凹凸が適切に平滑化される。その結果、酸洗処理後のオーステナイト系合金材のＳｒが３００．０μｍ以下となる。

【0087】

以上の製造工程により、特徴１及び特徴２を満たすオーステナイト系合金材を製造できる。

【実施例0088】

実施例により本実施形態のオーステナイト系合金材の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態のオーステナイト系合金材の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態のオーステナイト系合金材はこの一条件例に限定されない。

【0089】

［素材準備工程］
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有するオーステナイト系合金材を製造した。

【0090】

【表1-1】

【0091】

【表1-2】

【0092】

表１中、表１－２中の「－」は、対応する元素の含有量が、実施形態に規定の有効数字（最小桁までの数値）において、０％であることを意味する。換言すれば、対応する元素含有量において、上述の実施形態で規定の有効数字（最小桁までの数値）での端数を四捨五入した場合に０％であることを意味する。例えば、本実施形態で規定されたＷ含有量は小数第二位までの数値で規定されている。したがって、表１中の試験番号１では、測定されたＷ含有量が、小数第三位で四捨五入した場合に、０％であったことを意味する。

【0093】

具体的には、溶湯を用いて、外径２５０ｍｍの円柱状のインゴット（１８０ｋｇ）を製造した。製造されたインゴットを用いて、熱間鍛造及び熱間押出を実施して、中間合金材（合金管）を製造した。熱間押出での加熱温度は１０００～１３００℃であった。製造された中間合金材に対して冷間圧延を実施して、肉厚を８ｍｍとした。冷間圧延後の中間合金材に対して、溶体化処理を実施した。いずれの試験番号においても、溶体化温度を１２８０℃とし、溶体化温度での保持時間を５分とした。

【0094】

溶体化処理後の中間合金材に対して、表面処理を実施した。具体的には、試験番号１～２３、２８～３４では、酸洗処理を実施した。酸洗処理の処理液の硝酸濃度を１０．０質量％、弗酸濃度を５．０質量％とした。酸洗処理中の処理液の温度を５０℃に保持した。また、酸洗時間（時間）は表２に示すとおりとした。

【0095】

【表2】

【0096】

試験番号２４及び２５では、表面処理として、酸洗処理に代えて、ショットブラストを実施した。試験番号２６及び２７では、表面処理として、酸洗処理に代えて、サンドブラストを実施した。以上の製造工程により、各試験番号のオーステナイト系合金材（合金管）を製造した。各試験番号のオーステナイト系合金材（合金材）の外径は５５～６５ｍｍであった。

【0097】

［評価試験について］
製造された各試験番号の合金材に対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）Ｓｒ測定試験
（試験２）耐浸炭性評価試験
以下、各評価試験について説明する。

【0098】

［（試験１）Ｓｒ測定試験］
上述の［Ｓｒの測定方法］に準拠して、各試験番号のオーステナイト系合金材のＬ方向の算術平均粗さＲａＬ（μｍ）、Ｔ方向の算術平均粗さＲａＴ（μｍ）、Ｌ方向の平均長さＲＳｍＬ（ｍｍ）及びＴ方向の平均長さＲＳｍＴ（ｍｍ）を求めた。そして、これらのデータを用いて、式（１）に基づいて、Ｓｒを求めた。ＲａＬ、ＲａＴ、Ｒａ、ＲＳｍＬ、ＲＳｍＴ、ＲＳｍ、及び、Ｓｒを表２に示す。なお、測定時において、評価長さを４．０ｍｍ、基準長さを０．８ｍｍとした。

【0099】

［（試験２）耐浸炭性評価試験］
各試験番号のオーステナイト系合金材（合金管）から、合金管の表面（内面及び外面）を含む試験片を採取した。試験片のサイズは、周方向長さ２０ｍｍ×管軸方向長さ７０ｍｍ×肉厚であった。

【0100】

試験片に対して、高温浸炭試験を実施した。具体的には、６７体積％のＨ_２ガスと、３０体積％のＣＨ_４ガスと、３体積％のＣＯ_２ガスとを含有する高温浸炭ガス雰囲気を有し、１１００℃の熱処理炉に、試験片を装入した。熱処理炉で試験片を１１００℃で９６時間保持した。その後、熱処理炉の炉内温度を常温まで低下した。炉内温度を常温まで低下した後、試験片を熱処理炉から抽出した。以上の高温浸炭試験を実施した後の試験片の酸化皮膜に対して、＃６００番の研磨紙で乾式研磨を実施して、酸化皮膜を除去した。

【0101】

酸化皮膜を除去した後の試験片の表面（合金管の内面に相当する表面）から、深さ０．５ｍｍピッチで４層分（つまり、表面から深さ２．０ｍｍ分）の分析用切粉を採取した。各層の分析用切粉を用いて、ＪＩＳ Ｇ１２１１－３（２０１８）に準拠した高周波燃焼赤外吸収法を実施して、各層のＣ含有量（質量％）を求めた。また、高温浸炭試験前の試験片のＣ含有量（以下、母材Ｃ含有量という）を、予め、ＪＩＳ Ｇ１２１１－３（２０１８）に準拠した高周波燃焼赤外吸収法により測定した。高温浸炭試験後の各層でのＣ含有量と、母材Ｃ含有量との差分値を、各層の侵入Ｃ量と定義した。得られた４つの侵入Ｃ量の算術平均値を、平均侵入Ｃ量（質量％）と定義した。得られた平均侵入Ｃ量を表２の「侵入Ｃ量（質量％）」に示す。

【0102】

［試験結果］
表２に試験結果を示す。

【0103】

表１－１、表１－２及び表２を参照して、試験番号１～２３では、合金材が特徴１及び特徴２を満たした。そのため、Ｓｒが３００．０μｍ以下であった。そのため、耐浸炭性評価試験において、平均侵入Ｃ量が３．００質量％以下であり、高温浸炭環境において、十分な耐浸炭性が得られた。

【0104】

一方、試験番号２４～２７では、表面処理として、酸洗処理ではなく、ショットブラスト又はサンドブラストを実施した。そのため、Ｓｒが３００．０を超えた。そのため、本発明例と比較して、侵入Ｃ量が多く、耐浸炭性が低かった。

【0105】

試験番号２８～３１では、化学組成中の各元素含有量が適切であったものの、酸洗時間が短すぎた。そのため、Ｓｒが３００．０を超えた。そのため、本発明例と比較して、平均侵入Ｃ量が多く、耐浸炭性が低かった。

【0106】

試験番号３２～３４では、化学組成中の各元素含有量が適切であったものの、酸洗時間が長すぎた。そのため、Ｓｒが３００．０を超えた。そのため、本発明例と比較して、平均侵入Ｃ量が多く、耐浸炭性が低かった。

【0107】

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。