JP2007084841A - 次亜塩素酸塩を使用する装置用二相ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
水道水の殺菌や食品製造設備の消毒、パルプ等の漂白、あるいは着色フィルム等の脱色等に使用される次亜塩素酸塩水溶液を貯蔵、または使用する装置において、高耐食性を要求される装置構成部材に好適な二相ステンレス鋼の提供。
【解決手段】
重量%で、C:0.030%以下、Si:0.01〜1.00%、Mn:4.00%以下、P:0.040%以下、S:0.030%以下、Ni:2.50〜7.50%、Cr:20.00〜30.00%、Mo:1.00〜4.00%、Al:0.001〜0.100%、N:0.08〜0.50%を含有し、残部が実質的にFe及び不可避的不純物よりなり、且つ下記(1)式を満足し、更にはフェライト相含有比率が30〜70%である二相ステンレス鋼。
Description
Cr+3.3×Mo+20×N≧34 (1)
(式中Cr、Mo、Nは各成分の重量%での含有量を示す)
1.重量%で、C:0.030%以下、Si:0.01〜1.00%、Mn:4.00%以下、P:0.040%以下、S:0.030%以下、Ni:2.50〜7.50%、Cr:20.00〜30.00%、Mo:1.00〜4.00%、Al:0.001〜0.100%、N:0.08〜0.50%を含有し、残部が実質的にFe及び不可避的不純物よりなり、且つ下記(1)式を満足し、更にはフェライト相含有比率が30〜70%であることを特徴とする次亜塩素酸塩水溶液を使用する装置用二相ステンレス鋼、及びかかる二相ステンレス鋼を次亜塩素酸塩水溶液と接触する構成材料として適用した装置。
Cr+3.3×Mo+20×N≧34 (1)
(式中Cr、Mo、Nは各成分の重量%での含有量を示す)
2.重量%で、Cu:0.01〜2.00%、W:0.01〜2.00%、Co:0.01〜2.00%、V:0.01〜2.00%、Nb:0.01〜1.00%、Ti:0.01〜1.00%、B:0.0001〜0.0100%のうち、1種または2種以上をさらに含有することを特徴とする1.に記載の二相ステンレス鋼、及びかかる二相ステンレス鋼を次亜塩素酸塩水溶液と接触する構成材料として適用した装置。
本発明者らはまず、市販の各種ステンレス鋼、及び一般的にステンレス鋼より良好な耐食性を有するNi基耐食合金の、種々の濃度及びpH範囲にある次亜塩素酸ナトリウム水溶液に対する耐食性を調査した。この試験の供試材は、表1に示した通り、オーステナイト系ステンレス鋼ではSUS304、SUS316L、SUS836Lの3種類、二相ステンレス鋼ではSUS329J4L、Ni基耐食合金では高Mo含有のNW0276、NW6022の2種類である。なおフェライト系ステンレス鋼は、加工性、溶接性の観点から装置部材として不適当であるため、試験対象として除外した。これらの厚さ2または3mmの冷延焼鈍板を30mm×50mmに切断し、更に表面を220番の耐水研磨紙で湿式研磨を行い、洗浄後試験に供した。また試験液は、pH4〜12、有効塩素濃度0.001〜12%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を温度50℃として用いた。試験片は密閉容器内に試験液に半分だけ浸漬するように設置し、2週間放置して液中部と蒸気に接する気相部の腐食程度を観察した。その結果(耐食性限界範囲)を図1に、代表的な例として有効塩素濃度0.6%及び12%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液中におけるSUS316L、SUS329J4L、SUS836L、NW0276の試験片表面顕微鏡写真(倍率:100倍)を図2に示す。
次に、二相ステンレス鋼を構成できる成分範囲の中で、次亜塩素酸ナトリウム水溶液に対する耐食性が確保される成分を限定する目的で、各種二相ステンレス鋼の耐食性を詳細に調査した。この実験では、表2に示す成分を有する二相ステンレス鋼を大気溶解により溶製し(No.4を除く)、得られたインゴットを鍛造後、冷間圧延と熱処理を繰り返し、厚さ2mmの冷延焼鈍板を作製し、これを供試した。次亜塩素酸ナトリウム水溶液に対する耐食性を調査する腐食試験には、実験1と同様に有効塩素濃度0.6%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液中における2週間の半浸漬試験を実施し、液中部および気相部の腐食程度を観察した。その結果を表2に示す。また、含有成分のうち、耐食性への寄与が大きいCr、Mo、Nについて、その寄与の程度から各元素がほぼ等価となるように重み付けした「Cr+3.3×Mo+20×N」を横軸に、腐食の有無を縦軸として結果を示したものが図3であるが、これから明らかな通り、Cr+3.3×Mo+20×Nが34を下回る場合には、特に液中部で孔食の発生が見られることから、次亜塩素酸ナトリウム水溶液環境で耐食性、特に耐孔食性を有する二相ステンレス鋼として、少なくともCr、Mo、NはCr+3.3×Mo+20×N≧34の関係を維持できる程度の含有量にすることが必要であることがわかった。しかしながら、この関係式を満たしているものであっても、Moが4%を超える場合には気相部で過不動態腐食が認められることから、Mo含有量は4%以下にする必要があることも明らかになった。
Cは特に溶接時に鋭敏化を誘発し耐食性を低下させる元素であるので少ない方が望ましいが、極端に低減させることは製造コストが増加する。Cの含有量は0.030%までは鋭敏化に影響を及ぼさず許容できるのでこの値を上限値とした。
Siは脱酸のために有効な元素であるので0.01%以上の添加が必要であるが、過剰の添加はその効果が飽和すると共に、延性の低下や強度の上昇を招き、更にはσ相やχ相などの金属間化合物の析出を助長して耐食性を劣化させるため、その上限を1.00%とした。望ましくは0.75%以下、より望ましくは0.50%以下が良い。
Mnはオーステナイト生成元素であり、同じオーステナイト生成元素であるが高価なNiの代替となり得るものである。また耐食性を向上させるNの鋼中での含有量を高めるためには有効な元素であるが、極端に含有量を高めると耐食性の劣化を招き、また同様に耐食性を劣化させるσ相やχ相などの金属間化合物の析出を促進するので、4.00%以下にする必要がある。望ましくは2.00%以下、より望ましくは1.50%以下が良い。
Pは不純物として不可避的に混入する元素であり、結晶粒界に偏析し易く耐食性及び熱間加工性の観点からは少ない方が望ましい。しかしながら、Pの含有量を極端に低減させることは製造コストの増加を招く。Pの含有量は0.040%までは許容できるのでこの値を上限値とした。ただし、望ましくは0.030%以下が良い。
SはMnと鋼中介在物MnSを形成し耐食性を劣化させる。更にはPと同様に結晶粒界に偏析し易く、熱間加工性を劣化させるので、本発明においては低減させる必要のある元素である。Sは0.030%を超えて含有するとその有害性が顕著に現れるので、その含有量を0.030%以下とした。望ましくは0.010%以下、より望ましくは0.005%以下が良い。
Niはオーステナイト生成元素であり、フェライト組織とともに二相組織を維持するためには必須の元素である。2.50%以下では二相組織を維持することが困難であり、また10.00%を越えるとオーステナイト組織が過剰になるとともに、過不動態腐食の加速因子となり耐食性が劣化するので、Niの含有量を2.50〜10.00%とした。望ましくは4.50〜7.50%でありより望ましくは4.50〜7.00%である。
Crは耐食性を向上させる元素であり、その効果を得るためには20.00%以上含有する必要があるが、30.00%を超えて含有するとσ相やχ相などの金属間化合物の形成を助長し、かえって耐食性を劣化させる。またCrはフェライト生成元素であるので、二相組織を維持することが困難となるので、Crの含有量を20.00〜30.00%とした。なお、Crの含有量は22.00%以上であることが望ましい。
Moは次亜塩素酸塩水溶液環境での耐孔食性を向上させるのに有効な元素であり、その効果を得るためには1.00%以上含有する必要がある。しかしながら、上述の通り4.00%を超えて含有すると、特に気相中における耐過不動態腐食性を劣化させるとともに、金属間化合物の析出を助長し、同様に耐食性を劣化させてしまうので、その範囲を1.00〜4.00%とした。なお、Moの含有量は2.50〜3.50%であることが望ましく、より望ましくは3.00〜3.50%である。
Alは強力な脱酸材であるため積極的に添加する必要があるが、0.001%以下ではその効果はなく、また0.100%を越えて含有させるとその効果が飽和するとともに、鋼板の美観や耐食性に影響を及ぼす巨大介在物の形成を助長し、更にはNとの化合物であるAlNの析出が顕著になり、耐食性に有効なNの効果を低減させるので、その範囲を0.001〜0.100%とした。
Nは強力なオーステナイト生成元素であり、CrやMoと同様に耐食性を向上させるとともに、金属間化合物の析出を抑制するのに有効な元素であり、その効果を得るには0.08%以上含有させる必要がある。しかしながら、0.50%を越えて含有すると、熱間変形抵抗が極めて上昇して熱間加工性を阻害するとともに、二相組織を維持することが困難になるため、その範囲を0.08〜0.50%とした。なお、Nの含有量は0.10%以上が好ましく、0.15%以上であれば更に好ましい。
W:0.01〜2.00%
Co:0.01〜2.00%
V:0.01〜2.00%
Nb:0.01〜2.00%
Ti:0.01〜2.00%
本発明では、上記成分に加えて、B:0.0001〜0.0100%を含有することができる。Bは熱間加工性の向上に極めて有効であるが、0.0001%以下ではその効果が少なく、0.0100%を上回ると逆に熱間加工性が劣化する。よって、Bの含有量は0.0001〜0.0100%とした。
本発明において、Cr、Mo、Nを次の関係式
Cr+3.3×Mo+20×N≧34 (式中Cr、Mo、Nは各成分の重量%での含有量を示す)
に限定した理由は、実験2の結果から明らかなように、Cr+3.3×Mo+20×Nが34を下回ると、次亜塩素酸塩水溶液環境では孔食が発生しやすくなり、十分な耐食性を有さないためである。
二相ステンレス鋼においては、フェライト相含有比率が30%以下、あるいは70%を超えると何れも耐食性が劣化するので、フェライト相含有比率を30〜70%とした。
Claims (4)
- 重量%で、C:0.030%以下、Si:0.01〜1.00%、Mn:4.00%以下、P:0.040%以下、S:0.030%以下、Ni:2.50〜7.50%、Cr:20.00〜30.00%、Mo:1.00〜4.00%、Al:0.001〜0.100%、N:0.08〜0.50%を含有し、残部が実質的にFe及び不可避的不純物よりなり、且つ下記(1)式を満足し、更にはフェライト相含有比率が30〜70%であることを特徴とする次亜塩素酸塩水溶液を使用する装置用二相ステンレス鋼。
Cr+3.3×Mo+20×N≧34 (1)
(式中Cr、Mo、Nは各成分の重量%での含有量を示す) - 請求項1に記載の二相ステンレス鋼を次亜塩素酸塩水溶液と接触する構成材料としたことを特徴とする装置。
- 重量%で、Cu:0.01〜2.00%、W:0.01〜2.00%、Co:0.01〜2.00%、V:0.01〜2.00%、Nb:0.01〜2.00%、Ti:0.01〜2.00%、B:0.0001〜0.0100%のうち、1種または2種以上をさらに含有することを特徴とする請求項1に記載の次亜塩素酸塩水溶液を使用する装置用二相ステンレス鋼。
- 請求項3に記載の二相ステンレス鋼を次亜塩素酸塩水溶液と接触する構成材料としたことを特徴とする装置。
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