JP2003160844A - アルコール系燃料改質器用フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
アルコール系燃料改質器用フェライト系ステンレス鋼Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｓｉ，Ａｌ添加で耐水蒸気酸化性，耐赤スケ
ール性を改善し、熱疲労特性にも優れたアルコール系燃
料改質器用フェライト系ステンレス鋼を提供する。 【構成】 このフェライト系ステンレス鋼は、Ｃｒ：８
〜２５質量％，Ｃ：０.０３質量％以下，Ｎ：０.０３質
量％以下，Ｓｉ：０.１０〜２.５質量％，Ｍｎ：１.５
質量％以下，Ｓ：０.００８質量％以下，Ａｌ：４.０質
量％以下，必要に応じＹ，ＲＥＭ（希土類元素），Ｃａ
の１種又は２種以上を合計で０.００１〜０.１質量％を
含み、Ａ＝Ｃｒ＋５（Ｓｉ＋Ａｌ）と定義されるＡ値が
１３〜６０の範囲に調整されている。更にＮｂ：０.０
５〜０.８０質量％，Ｔｉ：０.０３〜０.５０質量％，
Ｍｏ：０.１〜４.０質量％，Ｃｕ：０.１〜４.０質量％
の１種又は２種以上を添加しても良い。
ール性を改善し、熱疲労特性にも優れたアルコール系燃
料改質器用フェライト系ステンレス鋼を提供する。 【構成】 このフェライト系ステンレス鋼は、Ｃｒ：８
〜２５質量％，Ｃ：０.０３質量％以下，Ｎ：０.０３質
量％以下，Ｓｉ：０.１０〜２.５質量％，Ｍｎ：１.５
質量％以下，Ｓ：０.００８質量％以下，Ａｌ：４.０質
量％以下，必要に応じＹ，ＲＥＭ（希土類元素），Ｃａ
の１種又は２種以上を合計で０.００１〜０.１質量％を
含み、Ａ＝Ｃｒ＋５（Ｓｉ＋Ａｌ）と定義されるＡ値が
１３〜６０の範囲に調整されている。更にＮｂ：０.０
５〜０.８０質量％，Ｔｉ：０.０３〜０.５０質量％，
Ｍｏ：０.１〜４.０質量％，Ｃｕ：０.１〜４.０質量％
の１種又は２種以上を添加しても良い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルコール系燃料から
水素を製造する改質器に適したフェライト系ステンレス
鋼に関する。
水素を製造する改質器に適したフェライト系ステンレス
鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、水の電気分解と逆の反応経
過を経て電力を発生する装置であり、環境に有害な排ガ
スを発生しないことから自動車等の動力源として有望視
されている。また、小規模なオンサイト発電装置として
も一部ですでに実用化されている。燃料電池の代表的な
燃料として水素が使用されている。水素は、都市ガス
（ＬＮＧ），石油液化ガス（ＬＰＧ），ナフサ，メタノ
ール等の炭化水素系燃料を触媒の存在下で改質反応させ
ることにより製造される。なかでも、メタノール，ジメ
チルエーテル等のアルコール系燃料の改質は、反応温度
が低いため起動に要する時間が比較的短い点が長所であ
る。生成した水素は、Ｓが含まれていないことからも燃
料電池用燃料に適している。
過を経て電力を発生する装置であり、環境に有害な排ガ
スを発生しないことから自動車等の動力源として有望視
されている。また、小規模なオンサイト発電装置として
も一部ですでに実用化されている。燃料電池の代表的な
燃料として水素が使用されている。水素は、都市ガス
（ＬＮＧ），石油液化ガス（ＬＰＧ），ナフサ，メタノ
ール等の炭化水素系燃料を触媒の存在下で改質反応させ
ることにより製造される。なかでも、メタノール，ジメ
チルエーテル等のアルコール系燃料の改質は、反応温度
が低いため起動に要する時間が比較的短い点が長所であ
る。生成した水素は、Ｓが含まれていないことからも燃
料電池用燃料に適している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】メタノールの改質に
は、水蒸気酸化改質方式，部分酸化改質方式及び両者を
組み合わせた併用改質方式（オートサーマル方式）があ
る。水蒸気改質方式では改質器の温度が３００℃程度で
あるため、改質器の構造材として通常のステンレス鋼を
使用しても損傷は軽微であるが、改質に必要な熱量を外
部から供給する必要がある。そのため、起動時は部分酸
化改質やオートサーマル方式で改質し、改質器が昇温し
た段階で水蒸気酸化改質に切り替えるシステムが検討さ
れている。
は、水蒸気酸化改質方式，部分酸化改質方式及び両者を
組み合わせた併用改質方式（オートサーマル方式）があ
る。水蒸気改質方式では改質器の温度が３００℃程度で
あるため、改質器の構造材として通常のステンレス鋼を
使用しても損傷は軽微であるが、改質に必要な熱量を外
部から供給する必要がある。そのため、起動時は部分酸
化改質やオートサーマル方式で改質し、改質器が昇温し
た段階で水蒸気酸化改質に切り替えるシステムが検討さ
れている。
【０００４】部分酸化改質やオートサーマル方式では、
改質器が６００℃程度の高温に上昇することもある。し
かも、多量の水蒸気の他にＣＯ，ＣＯ2等を含む酸化性
雰囲気で改質器が稼動されるため、水蒸気酸化や赤スケ
ールが発生しやすい。したがって、改質器用材料には、
当該温度域で加熱・冷却されても初期の機能を損なうこ
とがない優れた耐高温酸化性，耐赤スケール性が要求さ
れる。更には、改質器を搭載した自動車を想定すると、
自動車の走行に応じて改質器の起動停止が繰り返され、
常温〜高温の幅広い温度域で改質器の構造材が加熱・冷
却される。加熱・冷却によって熱歪が蓄積されると、材
料破断に至る虞もある。この点，熱疲労特性に優れてい
ることも、改質器に要求される特性の一つである。
改質器が６００℃程度の高温に上昇することもある。し
かも、多量の水蒸気の他にＣＯ，ＣＯ2等を含む酸化性
雰囲気で改質器が稼動されるため、水蒸気酸化や赤スケ
ールが発生しやすい。したがって、改質器用材料には、
当該温度域で加熱・冷却されても初期の機能を損なうこ
とがない優れた耐高温酸化性，耐赤スケール性が要求さ
れる。更には、改質器を搭載した自動車を想定すると、
自動車の走行に応じて改質器の起動停止が繰り返され、
常温〜高温の幅広い温度域で改質器の構造材が加熱・冷
却される。加熱・冷却によって熱歪が蓄積されると、材
料破断に至る虞もある。この点，熱疲労特性に優れてい
ることも、改質器に要求される特性の一つである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、高温水蒸気雰囲
気下で起動・停止を繰り返しても水蒸気酸化や赤スケー
ルが発生せず、長期間にわたって安定条件下の改質反応
が継続されるアルコール系燃料改質器用フェライト系ス
テンレス鋼を提供することを目的とする。
題を解消すべく案出されたものであり、高温水蒸気雰囲
気下で起動・停止を繰り返しても水蒸気酸化や赤スケー
ルが発生せず、長期間にわたって安定条件下の改質反応
が継続されるアルコール系燃料改質器用フェライト系ス
テンレス鋼を提供することを目的とする。
【０００６】本発明のアルコール系燃料改質器用フェラ
イト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｃ
ｒ：８〜２５質量％，Ｃ：０.０３質量％以下，Ｎ：０.
０３質量％以下，Ｓｉ：０.１０〜２.５質量％，Ｍｎ：
１.５質量％以下，Ｓ：０.００８質量％以下，Ａｌ：
４.０質量％以下を含み，残部が実質的にＦｅの組成を
もち、Ａ＝Ｃｒ＋５（Ｓｉ＋Ａｌ）と定義されるＡ値が
１３〜６０の範囲に調整されていることを特徴とする。
イト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｃ
ｒ：８〜２５質量％，Ｃ：０.０３質量％以下，Ｎ：０.
０３質量％以下，Ｓｉ：０.１０〜２.５質量％，Ｍｎ：
１.５質量％以下，Ｓ：０.００８質量％以下，Ａｌ：
４.０質量％以下を含み，残部が実質的にＦｅの組成を
もち、Ａ＝Ｃｒ＋５（Ｓｉ＋Ａｌ）と定義されるＡ値が
１３〜６０の範囲に調整されていることを特徴とする。
【０００７】このフェライト系ステンレス鋼は、更に
Ｙ，ＲＥＭ（希土類元素），Ｃａの１種又は２種以上を
合計で０.００１〜０.１質量％含むことができる。熱疲
労特性を改善するため、更にＮｂ：０.０５〜０.８０質
量％，Ｔｉ：０.０３〜０.５０質量％，Ｍｏ：０.１〜
４.０質量％，Ｃｕ：０.１〜４.０質量％の１種又は２
種以上を添加しても良い。
Ｙ，ＲＥＭ（希土類元素），Ｃａの１種又は２種以上を
合計で０.００１〜０.１質量％含むことができる。熱疲
労特性を改善するため、更にＮｂ：０.０５〜０.８０質
量％，Ｔｉ：０.０３〜０.５０質量％，Ｍｏ：０.１〜
４.０質量％，Ｃｕ：０.１〜４.０質量％の１種又は２
種以上を添加しても良い。
【０００８】
【作用】代表的なフェライト系ステンレス鋼であるＳＵ
Ｓ４３０は、通常雰囲気では優れた耐熱・耐食性を呈す
るが、多量の水蒸気及びＣＯ2を含む改質器の高温雰囲
気に曝されると水蒸気酸化，赤スケール化が容易に進行
し、構造材としての機能が損なわれる。ＳＵＳ４３０
は、加熱・冷却の繰返しに起因する熱疲労に対しても十
分な耐性を備えていない。そこで、本発明者等は、水蒸
気酸化，赤スケール及び熱疲労の発生メカニズムを材質
面から検討し、ＳＵＳ４３０をベースとして種々の合金
成分を添加することによって添加合金成分が水蒸気酸化
及び熱疲労に及ぼす影響を調査した。
Ｓ４３０は、通常雰囲気では優れた耐熱・耐食性を呈す
るが、多量の水蒸気及びＣＯ2を含む改質器の高温雰囲
気に曝されると水蒸気酸化，赤スケール化が容易に進行
し、構造材としての機能が損なわれる。ＳＵＳ４３０
は、加熱・冷却の繰返しに起因する熱疲労に対しても十
分な耐性を備えていない。そこで、本発明者等は、水蒸
気酸化，赤スケール及び熱疲労の発生メカニズムを材質
面から検討し、ＳＵＳ４３０をベースとして種々の合金
成分を添加することによって添加合金成分が水蒸気酸化
及び熱疲労に及ぼす影響を調査した。
【０００９】高温雰囲気における水蒸気酸化は大気酸化
よりも損傷が大きい。水蒸気酸化機構は必ずしも明らか
でないが、水蒸気が酸素及び水素に解離して酸化反応を
促進させ、水蒸気が鋼素地に直接到達して酸化を促進さ
せること等によって生じる現象である。また、赤スケー
ルは、Ｃｒ系酸化物よりもＦｅ系酸化物の方が優先的に
生成することにより生じる。水蒸気酸化や赤スケールの
発生によって酸化スケールが剥離すると、改質器構造材
としての機能が損なわれ、改質反応が不安定になる。６
００℃程度の高温雰囲気における耐酸化性はＣｒ：８質
量％以上のＣｒ添加で確保されるが、多量の水蒸気，Ｃ
Ｏ2を含む改質器の雰囲気では水蒸気酸化が進行し、赤
スケールが発生する。本発明においては、所定量のＳｉ
を添加することによって水蒸気酸化や赤スケールを防止
している。
よりも損傷が大きい。水蒸気酸化機構は必ずしも明らか
でないが、水蒸気が酸素及び水素に解離して酸化反応を
促進させ、水蒸気が鋼素地に直接到達して酸化を促進さ
せること等によって生じる現象である。また、赤スケー
ルは、Ｃｒ系酸化物よりもＦｅ系酸化物の方が優先的に
生成することにより生じる。水蒸気酸化や赤スケールの
発生によって酸化スケールが剥離すると、改質器構造材
としての機能が損なわれ、改質反応が不安定になる。６
００℃程度の高温雰囲気における耐酸化性はＣｒ：８質
量％以上のＣｒ添加で確保されるが、多量の水蒸気，Ｃ
Ｏ2を含む改質器の雰囲気では水蒸気酸化が進行し、赤
スケールが発生する。本発明においては、所定量のＳｉ
を添加することによって水蒸気酸化や赤スケールを防止
している。
【００１０】水蒸気酸化や赤スケールがＳｉ添加で抑制
される理由は定かではないが、Ｓｉ添加によって鋼中の
Ｃｒ拡散が促進され、Ｃｒ系酸化物が生成しやすく、結
果として酸化皮膜が強化され、Ｈ2Ｏ，ＣＯ2等の酸化性
成分が酸化皮膜を透過して下地鋼に達することが抑止さ
れるものと推察される。酸化皮膜の強化は、下地鋼から
のＦｅ拡散を抑え、赤スケールの発生防止にも有効であ
る。
される理由は定かではないが、Ｓｉ添加によって鋼中の
Ｃｒ拡散が促進され、Ｃｒ系酸化物が生成しやすく、結
果として酸化皮膜が強化され、Ｈ2Ｏ，ＣＯ2等の酸化性
成分が酸化皮膜を透過して下地鋼に達することが抑止さ
れるものと推察される。酸化皮膜の強化は、下地鋼から
のＦｅ拡散を抑え、赤スケールの発生防止にも有効であ
る。
【００１１】Ｙ，ＲＥＭ，Ｃａ，Ａｌの添加も耐水蒸気
酸化性，耐赤スケール性の改善に有効である。Ｙ，ＲＥ
Ｍ，Ｃａ，Ａｌは、酸化皮膜のＣｒ系酸化物に固溶し、
酸化皮膜を強化することによって酸化性成分の透過を抑
制するものと推察される。Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｕは、
ステンレス鋼の高温強度、ひいては熱疲労特性を改善す
る。そのため、改質器の稼動・停止に伴って常温〜６０
０℃の広範囲で加熱・冷却が繰り返される環境下でも、
熱応力に十分耐え、材料破断を抑制する効果が大きい。
酸化性，耐赤スケール性の改善に有効である。Ｙ，ＲＥ
Ｍ，Ｃａ，Ａｌは、酸化皮膜のＣｒ系酸化物に固溶し、
酸化皮膜を強化することによって酸化性成分の透過を抑
制するものと推察される。Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｕは、
ステンレス鋼の高温強度、ひいては熱疲労特性を改善す
る。そのため、改質器の稼動・停止に伴って常温〜６０
０℃の広範囲で加熱・冷却が繰り返される環境下でも、
熱応力に十分耐え、材料破断を抑制する効果が大きい。
【００１２】以上の観点から、改質器に使用されるフェ
ライト系ステンレス鋼の成分・組成を次のように定め
た。 Ｃｒ：８〜２５質量％ ステンレス鋼に必要な耐食性，耐酸化性を付与する上で
必要な合金成分である。６００℃前後における高温耐酸
化性を確保するためには、８質量％以上のＣｒが必要で
ある。しかし、２５質量％を超える過剰量のＣｒが含ま
れると、フェライト系ステンレス鋼の加工性，低温靭性
を低下させることにもなる。
ライト系ステンレス鋼の成分・組成を次のように定め
た。 Ｃｒ：８〜２５質量％ ステンレス鋼に必要な耐食性，耐酸化性を付与する上で
必要な合金成分である。６００℃前後における高温耐酸
化性を確保するためには、８質量％以上のＣｒが必要で
ある。しかし、２５質量％を超える過剰量のＣｒが含ま
れると、フェライト系ステンレス鋼の加工性，低温靭性
を低下させることにもなる。
【００１３】Ｃ，Ｎ：０.０３質量％以下
本発明の成分系では、Ｃｒ系炭窒化物となって耐水蒸気
酸化性，耐赤スケール性に有効なＣｒ量を消費し、高温
特性に有害なＣｒ欠乏層を生成する。このような欠陥発
生は、Ｃ，Ｎ含有量をそれぞれ０.０３質量％以下に規
制することによって防止できる。Ｃ，Ｎ低減に起因する
鋼材の軟質化は、Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏ等の添加によ
って抑制できる。なかでも、Ｎｂ，Ｔｉは、炭窒化物の
形成により固溶Ｃ，Ｎ量を減少させるため、Ｃ，Ｎ含有
量の上限に関する制約も緩和する。
酸化性，耐赤スケール性に有効なＣｒ量を消費し、高温
特性に有害なＣｒ欠乏層を生成する。このような欠陥発
生は、Ｃ，Ｎ含有量をそれぞれ０.０３質量％以下に規
制することによって防止できる。Ｃ，Ｎ低減に起因する
鋼材の軟質化は、Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏ等の添加によ
って抑制できる。なかでも、Ｎｂ，Ｔｉは、炭窒化物の
形成により固溶Ｃ，Ｎ量を減少させるため、Ｃ，Ｎ含有
量の上限に関する制約も緩和する。
【００１４】Ｓｉ：０.８〜２.５質量％，Ａｌ：４.０
質量％以下 Ｃｒ系酸化物の内層に酸化物層を生成することにより酸
化皮膜を強化する作用を呈し、酸化皮膜の環境遮断機能
を改善する上で有効な合金成分である。０.８質量％以
上のＳｉ又はＡｌ添加によって耐水蒸気酸化性の改善効
果が顕著になる。また、Ａ＝Ｃｒ＋５（Ｓｉ＋Ａｌ）と
定義されるＡ値を１３以上に調整するとき、酸化皮膜中
のＣｒ系酸化物，Ｓｉ系酸化物，Ａｌ系酸化物が多くな
り、赤スケールの発生原因であるＦｅ系酸化物の濃度が
低下する。しかし、２.５質量％を超えるＳｉ添加，４.
０質量％を超えるＡｌ添加や６０を超えるＡ値では、加
工性，低温靭性が劣化しやすくなる。Ａ値は、溶接性を
考慮するとき上限を３０以下（好ましくは、２０以下）
に設定する。
質量％以下 Ｃｒ系酸化物の内層に酸化物層を生成することにより酸
化皮膜を強化する作用を呈し、酸化皮膜の環境遮断機能
を改善する上で有効な合金成分である。０.８質量％以
上のＳｉ又はＡｌ添加によって耐水蒸気酸化性の改善効
果が顕著になる。また、Ａ＝Ｃｒ＋５（Ｓｉ＋Ａｌ）と
定義されるＡ値を１３以上に調整するとき、酸化皮膜中
のＣｒ系酸化物，Ｓｉ系酸化物，Ａｌ系酸化物が多くな
り、赤スケールの発生原因であるＦｅ系酸化物の濃度が
低下する。しかし、２.５質量％を超えるＳｉ添加，４.
０質量％を超えるＡｌ添加や６０を超えるＡ値では、加
工性，低温靭性が劣化しやすくなる。Ａ値は、溶接性を
考慮するとき上限を３０以下（好ましくは、２０以下）
に設定する。
【００１５】Ｍｎ：１.５質量％以下
フェライト系ステンレス鋼の耐スケール剥離性に有効な
合金成分であるが、１.５質量％を超える過剰量のＭｎ
添加は熱間加工性を低下させ，鋼材を硬質化して加工性
にも悪影響を及ぼす。 Ｓ：０.００８質量％以下 鋼材の熱間加工性を低下させ、溶接高温割れ感受性を高
める有害成分である。そのため、Ｓ含有量は低いほど好
ましく、本成分系ではＳ含有量の上限を０.００８質量
％に設定した。
合金成分であるが、１.５質量％を超える過剰量のＭｎ
添加は熱間加工性を低下させ，鋼材を硬質化して加工性
にも悪影響を及ぼす。 Ｓ：０.００８質量％以下 鋼材の熱間加工性を低下させ、溶接高温割れ感受性を高
める有害成分である。そのため、Ｓ含有量は低いほど好
ましく、本成分系ではＳ含有量の上限を０.００８質量
％に設定した。
【００１６】Ｙ，ＲＥＭ，Ｃａの１種又は２種以上：合
計で０.００１〜０.１質量％ 何れも必要に応じて添加される合金成分であり、酸化皮
膜中のＣｒ系酸化物に固溶し、酸化皮膜を強化する作用
を呈する。このような効果は、Ｙ，ＲＥＭ（希土類元
素），Ｃａの１種又は２種以上を合計で０.００１質量
％以上添加するとき顕著になる。しかし、Ｙ，ＲＥＭ
（希土類元素），Ｃａの合計添加量が０.１質量％を超
えると、鋼材が過度に硬質化すると共に、製造時に表面
疵が生じやすくすなり製造コストの上昇を招く。
計で０.００１〜０.１質量％ 何れも必要に応じて添加される合金成分であり、酸化皮
膜中のＣｒ系酸化物に固溶し、酸化皮膜を強化する作用
を呈する。このような効果は、Ｙ，ＲＥＭ（希土類元
素），Ｃａの１種又は２種以上を合計で０.００１質量
％以上添加するとき顕著になる。しかし、Ｙ，ＲＥＭ
（希土類元素），Ｃａの合計添加量が０.１質量％を超
えると、鋼材が過度に硬質化すると共に、製造時に表面
疵が生じやすくすなり製造コストの上昇を招く。
【００１７】
Ｎｂ：０.０５〜０.８０質量％， Ｔｉ：０.０３〜０.５０質量％，
Ｍｏ：０.１〜４.０質量％， Ｃｕ：０.１〜４.０質量％
何れも必要に応じて添加される合金成分であり、Ｍｏ，
Ｃｕは固溶強化、Ｎｂ，Ｔｉは析出硬化によってフェラ
イト系ステンレス鋼の高温強度を更に向上させ、熱疲労
特性を改善する。それぞれＭｏ：０.１質量％以上，Ｃ
ｕ：０.１質量％以上，Ｎｂ：０.０５質量％以上，Ｔ
ｉ：０.０３質量％以上で添加効果が顕著になる。しか
し、過剰量のＣｕが含まれると熱間加工性が低下し、過
剰量のＭｏ，Ｎｂ，Ｔｉが含まれると鋼材が過度に硬質
化するので、それぞれの上限をＭｏ：４.０質量％，Ｃ
ｕ：４.０質量％，Ｎｂ：０.８０質量％，Ｔｉ：０.５
０質量％に設定した。
Ｃｕは固溶強化、Ｎｂ，Ｔｉは析出硬化によってフェラ
イト系ステンレス鋼の高温強度を更に向上させ、熱疲労
特性を改善する。それぞれＭｏ：０.１質量％以上，Ｃ
ｕ：０.１質量％以上，Ｎｂ：０.０５質量％以上，Ｔ
ｉ：０.０３質量％以上で添加効果が顕著になる。しか
し、過剰量のＣｕが含まれると熱間加工性が低下し、過
剰量のＭｏ，Ｎｂ，Ｔｉが含まれると鋼材が過度に硬質
化するので、それぞれの上限をＭｏ：４.０質量％，Ｃ
ｕ：４.０質量％，Ｎｂ：０.８０質量％，Ｔｉ：０.５
０質量％に設定した。
【００１８】その他の成分について本発明では特に規定
するものではないが、一般的な不純物元素でありＰ，Ｏ
等は可能な限り低減することが好ましい。通常はＰ：
０.０４質量％以下，Ｏ：０．０２質量％以下に規制さ
れるが、高レベルの加工性や溶接性を確保するために
Ｐ，Ｏを更に厳格に規制する場合もある。また、耐熱性
の改善に有効なＷ，Ｔａ，Ｖ，Ｚｒや熱間加工性の改善
に有効なＢ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｎｉ等の元素も必要に応じて
添加できる。
するものではないが、一般的な不純物元素でありＰ，Ｏ
等は可能な限り低減することが好ましい。通常はＰ：
０.０４質量％以下，Ｏ：０．０２質量％以下に規制さ
れるが、高レベルの加工性や溶接性を確保するために
Ｐ，Ｏを更に厳格に規制する場合もある。また、耐熱性
の改善に有効なＷ，Ｔａ，Ｖ，Ｚｒや熱間加工性の改善
に有効なＢ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｎｉ等の元素も必要に応じて
添加できる。
【００１９】
【実施例】表１の成分・組成をもつ各種フェライト系ス
テンレス鋼を３０ｋｇ真空溶解炉で溶製し、インゴット
に鋳造した。インゴットを粗圧延した後、熱延，焼鈍酸
洗，冷延，仕上げ焼鈍を経て板厚２.０ｍｍの冷延焼鈍
材を製造した。また、別のインゴットを熱間鍛造，焼鈍
し、外径３０ｍｍの丸棒を製造した。
テンレス鋼を３０ｋｇ真空溶解炉で溶製し、インゴット
に鋳造した。インゴットを粗圧延した後、熱延，焼鈍酸
洗，冷延，仕上げ焼鈍を経て板厚２.０ｍｍの冷延焼鈍
材を製造した。また、別のインゴットを熱間鍛造，焼鈍
し、外径３０ｍｍの丸棒を製造した。
【００２０】
【００２１】得られた各フェライト系ステンレス鋼から
試験片を切り出し、冷延焼鈍板を高温水蒸気酸化試験
に、焼鈍丸棒を熱疲労試験に供した。高温水蒸気酸化試
験では、アルコール系燃料改質器が曝される雰囲気を想
定し、５０体積％Ｈ2Ｏ＋２０体積％ＣＯ2雰囲気を使用
した。当該雰囲気中で試験片を６００℃に昇温して２５
分保持する加熱と室温まで降温して５分保持する冷却を
１サイクルとし、加熱・冷却を５００回繰り返した後で
試験片の重量を測定した。
試験片を切り出し、冷延焼鈍板を高温水蒸気酸化試験
に、焼鈍丸棒を熱疲労試験に供した。高温水蒸気酸化試
験では、アルコール系燃料改質器が曝される雰囲気を想
定し、５０体積％Ｈ2Ｏ＋２０体積％ＣＯ2雰囲気を使用
した。当該雰囲気中で試験片を６００℃に昇温して２５
分保持する加熱と室温まで降温して５分保持する冷却を
１サイクルとし、加熱・冷却を５００回繰り返した後で
試験片の重量を測定した。
【００２２】測定結果を試験前の重量と比較し、重量変
化が２.０ｍｇ／ｃｍ2以下を○，２.０ｍｇ／ｃｍ2を超
える重量変化があったものを×として耐水蒸気酸化性を
評価した。酸化が生じていないものほど、酸化皮膜の環
境遮断機能が強く、耐水蒸気酸化性に優れているといえ
る。また、加熱・冷却後の試験片表面を観察し、赤スケ
ール発生の有無を調査した。熱疲労試験では、自由熱膨
張に相当する歪量を付与（拘束率１００％）しながら２
００〜９００℃の温度域で試験片を繰返し加熱・冷却し
た。初期の最大引張り応力が３／４まで低下したときの
繰返し数を破損繰返し数と定義し、加熱・冷却を１００
０サイクル以上繰り返しても破損しなかった試験片を
○，１０００サイクル未満の加熱・冷却で破損繰返し数
に達した試験片を×として熱疲労特性を評価した。
化が２.０ｍｇ／ｃｍ2以下を○，２.０ｍｇ／ｃｍ2を超
える重量変化があったものを×として耐水蒸気酸化性を
評価した。酸化が生じていないものほど、酸化皮膜の環
境遮断機能が強く、耐水蒸気酸化性に優れているといえ
る。また、加熱・冷却後の試験片表面を観察し、赤スケ
ール発生の有無を調査した。熱疲労試験では、自由熱膨
張に相当する歪量を付与（拘束率１００％）しながら２
００〜９００℃の温度域で試験片を繰返し加熱・冷却し
た。初期の最大引張り応力が３／４まで低下したときの
繰返し数を破損繰返し数と定義し、加熱・冷却を１００
０サイクル以上繰り返しても破損しなかった試験片を
○，１０００サイクル未満の加熱・冷却で破損繰返し数
に達した試験片を×として熱疲労特性を評価した。
【００２３】表２の試験結果にみられるように、本発明
に従った鋼種番号１〜５のフェライト系ステンレス鋼
は、何れも耐水蒸気酸化性，熱疲労特性に優れており、
アルコール系燃料改質器材料としての要求特性を十分に
満足していた。また、試験片の表面に赤スケールが観察
されなかった。他方、鋼種番号６，７のフェライト系ス
テンレス鋼は、高温保持した後での重量変化が多く、水
蒸気酸化，赤スケール発生が進行していた。水蒸気酸
化，赤スケール発生は、Ｓｉ、Ａｌ含有量が不足するた
めに酸化皮膜のＣｒ系酸化物が不安定で、高温保持中に
酸化皮膜を透過したＨ2Ｏ，ＣＯ2，ＳＯ2等が下地鋼を
アタックしたことによるものと推察される。更には、熱
疲労特性も不足していた。
に従った鋼種番号１〜５のフェライト系ステンレス鋼
は、何れも耐水蒸気酸化性，熱疲労特性に優れており、
アルコール系燃料改質器材料としての要求特性を十分に
満足していた。また、試験片の表面に赤スケールが観察
されなかった。他方、鋼種番号６，７のフェライト系ス
テンレス鋼は、高温保持した後での重量変化が多く、水
蒸気酸化，赤スケール発生が進行していた。水蒸気酸
化，赤スケール発生は、Ｓｉ、Ａｌ含有量が不足するた
めに酸化皮膜のＣｒ系酸化物が不安定で、高温保持中に
酸化皮膜を透過したＨ2Ｏ，ＣＯ2，ＳＯ2等が下地鋼を
アタックしたことによるものと推察される。更には、熱
疲労特性も不足していた。
【００２４】
【００２５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のフェラ
イト系ステンレス鋼は、Ｓｉ，Ａｌ添加でＣｒ系酸化物
を安定化させた酸化皮膜が表面に形成され、高温雰囲気
に長時間曝された状態でも酸化皮膜が劣化せずに高い環
境遮断機能を発現するため、水蒸気酸化や赤スケール発
生が抑えられる。Ｓｉ添加は、鋼材の高温強度、ひいて
は熱疲労特性の改善にも有効である。そのため、多量の
Ｈ2Ｏ，ＣＯ2，ＣＯを含む高温雰囲気に曝され、しかも
高温〜常温の広い温度域にわたって加熱・冷却が繰り返
されるアルコール系燃料改質器に好適な材料として使用
される。
イト系ステンレス鋼は、Ｓｉ，Ａｌ添加でＣｒ系酸化物
を安定化させた酸化皮膜が表面に形成され、高温雰囲気
に長時間曝された状態でも酸化皮膜が劣化せずに高い環
境遮断機能を発現するため、水蒸気酸化や赤スケール発
生が抑えられる。Ｓｉ添加は、鋼材の高温強度、ひいて
は熱疲労特性の改善にも有効である。そのため、多量の
Ｈ2Ｏ，ＣＯ2，ＣＯを含む高温雰囲気に曝され、しかも
高温〜常温の広い温度域にわたって加熱・冷却が繰り返
されるアルコール系燃料改質器に好適な材料として使用
される。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 川畑 幸寛
山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製
鋼株式会社ステンレス事業本部内
(72)発明者 名越 敏郎
山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製
鋼株式会社ステンレス事業本部内
Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA06 EB46
5H027 AA02 BA01
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｃｒ：８〜２５質量％，Ｃ：０.０３質
量％以下，Ｎ：０.０３質量％以下，Ｓｉ：０.１０〜
２.５質量％，Ｍｎ：１.５質量％以下，Ｓ：０.００８
質量％以下，Ａｌ：４.０質量％以下を含み，残部が実
質的にＦｅの組成をもち、Ａ＝Ｃｒ＋５（Ｓｉ＋Ａｌ）
と定義されるＡ値が１３〜６０の範囲に調整されている
ことを特徴とするアルコール系燃料改質器用フェライト
系ステンレス鋼。 - 【請求項２】 更にＹ，ＲＥＭ（希土類元素），Ｃａの
１種又は２種以上を合計で０.００１〜０.１質量％含む
請求項１記載のアルコール系燃料改質器用フェライト系
ステンレス鋼。 - 【請求項３】 更にＮｂ：０.０５〜０.８０質量％，Ｔ
ｉ：０.０３〜０.５０質量％，Ｍｏ：０.１〜４.０質量
％，Ｃｕ：０.１〜４.０質量％の１種又は２種以上を含
む請求項１又は２記載のアルコール系燃料改質器用フェ
ライト系ステンレス鋼。
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|---|---|---|---|
| JP2001357424A JP3910419B2 (ja) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | アルコール系燃料改質器用フェライト系ステンレス鋼 |
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| JP2001357424A JP3910419B2 (ja) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | アルコール系燃料改質器用フェライト系ステンレス鋼 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2009007601A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Nisshin Steel Co Ltd | 集熱機器用フェライト系ステンレス鋼材 |
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| CN113322419A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-08-31 | 江苏龙山管件有限公司 | 一种耐高温高强韧不锈钢管件及其制备方法 |
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| EP3176277B1 (en) | 2014-07-29 | 2020-05-06 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation | Ferritic stainless steel material for fuel cell, and method for producing same |
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2001
- 2001-11-22 JP JP2001357424A patent/JP3910419B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2009007601A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Nisshin Steel Co Ltd | 集熱機器用フェライト系ステンレス鋼材 |
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| CN113322419B (zh) * | 2021-04-30 | 2022-03-25 | 江苏龙山管件有限公司 | 一种耐高温高强韧不锈钢管件及其制备方法 |
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