JP2009167443A - フェライト系ステンレス鋼及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のフェライト系ステンレス鋼は、Cr:11〜22質量%、C:0.03質量%以下(0質量%を含む)、N:0.03質量%以下(0質量%を含む)、Mn:1.5質量%以下(0質量%を含む)、S:0.008質量%以下(0質量%を含む)、Si:2質量%以下(0質量%を含む)、Al:1.0〜6.0質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼であって、下記式(1)で表される条件を満足するものである。
WCr+1.5×WSi+6×WAl≧30(1)
ここで、式(1)中、WCr、WSi、WAlはそれぞれ、フェライト系ステンレス鋼の総質量に対するCr、Si、Alの含有割合(単位:質量%)を示す。
【選択図】なし
Description
WCr+1.5×WSi+6×WAl≧30 (1)
ここで、式(1)中、WCr、WSi、WAlはそれぞれ、フェライト系ステンレス鋼の総質量に対するCr、Si、Alの含有割合(単位:質量%)を示す。
15.92×t×exp(−5594/T)≧0.005 (2)
ここで、式(2)中、tは時間(単位:時間)、Tは絶対温度(単位:K)を示す。
WCr+1.5×WSi+6×WAl≧30 (1)
ここで、式(1)中、WCr、WSi、WAlはそれぞれ、フェライト系ステンレス鋼の総質量に対するCr、Si、Alの含有割合(単位:質量%)を示す。
Cr2O3(固体)+2H2O+1.5O2 → 2CrO2(OH)2(気体) (3)
WCr+1.5×WSi+6×WAl≧30 (1)
ここで、式(1)中、WCr、WSi、WAlはそれぞれ、上記フェライト系ステンレス鋼の総質量に対するCr、Si、Alの含有割合(単位:質量%)を示す。
15.92×t×exp(−5594/T)≧0.004 (2a)
15.92×t×exp(−5594/T)≧0.005 (2)
15.92×t×exp(−5594/T)≧0.007 (2b)
ここで、式(2a)、(2)及び(2b)中、tは時間(単位:時間)、Tは絶対温度(単位:K)を示す。
<フェライト系ステンレス鋼試験片の作製>
表1に示す組成を有する3種類のステンレス鋼(鋼No.A、B、C)を30kg真空溶解炉で溶製してインゴットに鋳造した。得られたインゴットを粗圧延した後、熱延、焼鈍酸洗、冷延、仕上げ焼鈍の各工程を経て形成されたものに、JISG4305で規定される#400の研磨仕上げを施して、板厚1.0mmの冷延焼鈍材であるフェライト系ステンレス鋼板を得た。得られた鋼板を、厚さ1.0mm、25mm×35mmの矩形に切削加工し、フェライト系ステンレス鋼試験片とした。なお、表1中、「α」は上記式(1)の左辺から算出した数値を示し、各成分元素の含有割合が検出限界以下の場合(表中、「…未満」と表記した場合、又は「−−−」と表記した場合。以下同様。)は「0質量%」として算出した。
まず、1種類当たり2枚の上記試験片の質量を測定した。次いで、水蒸気と空気との混合ガス(水蒸気濃度:50体積%)が300mL/分の流量で流通する容器内に、上述の試験片を静置し、800℃の温度で100時間保持した。上記容器、その容器に混合ガスを供給する流路、その容器から混合ガスを排出する流路としては、石英、パイレックス(登録商標)及び/又はテフロン(登録商標)製のものを用いた。また、容器内を流通した混合ガスを排出する前に、その混合ガスを冷却して凝縮水を採取した。定量下限0.01mg/LのICP発光分光分析装置を用いて、採取した凝縮水中の6価Cr濃度を測定した。試験終了後、容器から試験片を取り出し、再び質量を測定した。測定した試験片の質量に基づいて、試験片の単位面積当たりの増量を算出した。この増量は試験片の酸化によるものである。結果を表2に示す。
<フェライト系ステンレス鋼試験片の作製>
表3に示す組成を有する18種類のフェライト系ステンレス鋼(鋼No.1〜18)の試験片を実施例1と同様にして作製した。
得られた各試験片について、実施例1と同様にして高温水蒸気酸化試験を行った。試験後、実施例1と同様にして、採取した凝縮水中の6価Cr濃度を測定した。6価Crが検出されたものを「×」、検出限界以下で検出されなかったものを「○」と評価した。また、試験後の試験片について、WDS(日本電子株式会社製、商品名「JXA−8900RL」)を用いて、上記[0014]にて説明した方法でCrの定量分析を行った。なお、定量を行う際の元素は、Crの他、Fe、Al、Si、Mn、O、必要に応じ、Mo、Cu、W、Zr、Ni、Nb、Ti、Vとした。Crの含有割合が5質量%以下のものを「○」、5質量%を超えるものを「×」と評価した。なお、分析条件は、加速電圧15kV、プローブ電流2×10-8Aに設定した。実施例1における鋼Bも含めた結果を表4に示す。
<フェライト系ステンレス鋼試験片の作製>
鋼No.A、B、2、6、9、11の試験片を用い、最表層への予備的な酸化の効果を確認した。まず、上述と同様にして各試験片を作製した。次いで、露点を20℃に調整した空気(水蒸気濃度2.3%)と、純度99.9%の二酸化炭素とを95:5の体積割合で混合した混合ガスが流通する容器内に上述の試験片を静置した。そして、800℃又は1100℃の温度でその状態を1分間、5分間又は10分間保持して予備的な酸化処理を行って、酸化処理後の試験片を得た。
次に、酸化処理後の試験片について、上述のWDSを用い上記と同様の分析条件でCrの定量分析を行った。WDS分析の結果、Crの含有割合が5質量%以下のものを「○」、5質量%を超えるものを「×」と評価した。結果を表5に示す。なお、表5中、「W」は上記式(2)の左辺から算出した数値を示す。
スケール剥離やエロージョン又はその他の何らかの理由により、フェライト系ステンレス鋼の酸化物層が除去された場合の影響を調べた。まず、上記酸化処理後の各試験片を50℃の3質量%HF−15質量%HNO3水溶液中に浸漬する酸洗処理を、目視で酸化層の残量が30〜50%程度になった時点まで行った。次いで、酸洗処理後の試験片をアセトン溶液中で十分に超音波洗浄した。超音波洗浄後の試験片について、800℃の温度で100時間保持することに代えて、700℃の温度で100時間保持した以外は実施例1と同様にして、高温水蒸気酸化試験を行った。試験後、実施例1と同様にして、採取した凝縮水中の6価Cr濃度を測定した。6価Crが検出されたものを「×」、検出限界以下で検出されなかったものを「○」と評価した。結果を表5に示す。
Claims (9)
- Cr:11〜22質量%、C:0.03質量%以下(0質量%を含む)、N:0.03質量%以下(0質量%を含む)、Mn:1.5質量%以下(0質量%を含む)、S:0.008質量%以下(0質量%を含む)、Si:2質量%以下(0質量%を含む)、Al:1.0〜6.0質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼であって、
下記式(1)で表される条件を満足する、フェライト系ステンレス鋼。
WCr+1.5×WSi+6×WAl≧30 (1)
(式(1)中、WCr、WSi、WAlはそれぞれ、前記フェライト系ステンレス鋼の総質量に対するCr、Si、Alの含有割合(単位:質量%)を示す。) - Ti:0.005〜0.50質量%を更に含有する、請求項1記載のフェライト系ステンレス鋼。
- Nb:0.001〜0.70質量%、V:0.001〜0.50質量%、Sn:0.001〜1.0質量%からなる群より選ばれる1種以上の元素を更に含有する、請求項2記載のフェライト系ステンレス鋼。
- Y:0.0005〜0.1質量%、希土類元素:0.0005〜0.1質量%、Ca:0.0005〜0.01質量%、Zr:0.03〜0.5質量%からなる群より選ばれる1種以上の元素を更に含有する、請求項2又は3に記載のフェライト系ステンレス鋼。
- Mo:0.1〜4.0質量%、Cu:0.1〜2.0質量%、W:0.1〜4.0質量%からなる群より選ばれる1種以上の元素を更に含有する、請求項2〜4のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼。
- 最表層として酸化物層を備え、前記酸化物層中のCr含有割合が5質量%以下(0質量%を含む)である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼。
- 前記酸化物層の深層側にAl欠乏層を備え、前記フェライト系ステンレス鋼の深さ方向におけるAl含有割合の分布において、前記Al欠乏層でのAl含有割合の最小値が、前記フェライト系ステンレス鋼全体におけるAl含有割合の90%以上である、請求項6記載のフェライト系ステンレス鋼。
- 前記酸化物層の深層側にAl欠乏層を備えていない、請求項6記載のフェライト系ステンレス鋼。
- 請求項7又は8に記載のフェライト系ステンレス鋼の製造方法であって、
10〜25体積%の酸素と、2体積%以下(0体積%を含む)の水蒸気と、5体積%以下(0体積%を含む)の二酸化炭素とを含有し、残部が不活性ガス及び不可避的不純物からなる雰囲気中、請求項1〜5のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼を、700〜1200℃の雰囲気温度で下記式(2)で表される条件を満足する時間t以上加熱する工程を有する、フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
15.92×t×exp(−5594/T)≧0.005 (2)
(式(2)中、tは時間(単位:時間)、Tは絶対温度(単位:K)を示す。)
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