JP2562740B2 - 耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れたフエライト系ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は, 耐粒界腐食性および造
管性と共に高温強度に優れたフエライト系ステンレス鋼
に関し，特に燃焼ガス流路であって凝縮水による腐食を
受ける部材に好適なステンレス鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より燃焼ガス流路部材に使用されて
いるステンレス鋼には，低Ｃ低ＮのSUS410LやＴi添加の
SUH409に代表される13Ｃr系のステンレス鋼, 或いはSUS
430Lに代表される18Ｃr系ステンレス鋼がある。これら
の材料は，使用中の材料到達温度や燃焼ガス中の凝縮水
等による腐食の程度によって使い分けがされており，成
分的にはいずれもＣやＮを低く抑え，またＴi,Ｎb等の
固定元素を添加しているので粒界腐食に対する或る程度
の抵抗性を有している。

【０００３】しかし，より過酷な条件, 例えば更に高温
の燃焼ガスを対象とする場合には特に13Ｃr系鋼におい
て粒界腐食の問題が生じるようになった。すなわち, こ
れらの材料はパイプに溶接造管されたり,溶接による組
み立てがなされた場合に，溶接による入熱によって, Ｔ
iＣやＭ₂₃Ｃ₆の形で粒内に析出していた炭化物が固溶
し，さらにその後の高温の燃焼ガスによる加熱を受けて
Ｃr炭化物として粒界へ優先的に析出し，これによって
粒界近傍でＣr欠乏層が生成するといった現象が生じ,
粒界腐食が起きる。Ｃr炭化物の粒界への優先的な析出
は鋭敏化現象と呼ばれているが，燃焼ガス温度が300℃
付近であればこの鋭敏化はそれほど進行しない。しか
し，13Ｃr系のフエライト鋼の鋭敏化温度域である500℃
付近にまで材料温度が上昇する場合には，この粒界腐食
の問題が顕在化する。このような粒界腐食は燃焼ガス流
路の下流側における結露環境に曝される部位, 例えば消
音装置などで特に問題となる。

【０００４】一方, ボイラー等の燃焼帯域に近い上流側
部位の材料, 例えばダンパーやブロア等では高温強度特
性がより重要視される。そして，これら上流側部位と下
流側部位の中間の管路では耐粒界腐食性と高温強度の両
特性が要求される。

【０００５】加えて, 燃焼ガス流路部材を製造するには
パイプに加工するための造管性に優れることが必要であ
る。造管の方法としては高周波造管が通常であるが，Ｔ
ＩＧ造管が行われる部材もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の耐粒界腐食性を
向上させるべく，本発明者らはＣrレベルを種々変化さ
せたうえＴi添加量を増加させた材料を溶製し，その特
性を種々調べた結果, 13Ｃr系の材料を溶接後において
鋭敏化温度域で使用する場合には, 18Ｃr系ステンレス
鋼溶接部の粒界腐食防止に対して従来より行われてきた
手法とは異なった成分設計を必要とすることがわかっ
た。また耐粒界腐食性に関してはＴiを十分に添加すれ
ば改善されるが，Ｔiを過剰に添加すると圧延材にスト
リーク状の表面疵が発生する上, 溶接造管するさいにピ
ンホールが発生し，造管できないこともわかった。ピン
ホール発生の原因を種々検討したところ，Ｔi添加量が
0.3％を超えた材料で特にピンホールの発生率が高くな
ることからＴiの酸化物が主な原因と推定された。

【０００７】このようなことから，Ｔiを用いた耐粒界
腐食性の向上では造管性が損なわれるので，耐粒界腐食
性と高周波造管性とを同時に満足する材料開発を新たに
必要とすることが明らかとなった。

【０００８】本発明は，燃焼ガスの流路の構成材料とし
て，より過酷な条件に耐えるステンレス鋼への要求背景
のもとに，高温燃焼ガスでも優れた耐粒界腐食性を示し
且つ優れた造管性と高温強度を同時に兼備する新たなス
テンレス鋼の開発を目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，厳密に
成分設計された次の４種の態様の耐粒界腐食性，造管性
および高温強度が同時に優れたフエライト系ステンレス
鋼を提供する。

【００１０】（１）重量％で，Ｃ：０．０２％以下，Ｓ
ｉ：１．０％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｐ：０．０８
％以下，Ｓ：０．０１％以下，Ｎｉ：０．６％以下，Ｃ
ｒ：１１．０〜１５．０％，Ｎｂ：０．１〜１．０％，
Ｖ：１．０％以下，Ａｌ：０．０５％以下，Ｎ：０．０
３％以下，Ｏ：０．０１％以下を含有し，かつこれらの
成分の間に， ０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式 Ｉ＝Ｎｂ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１２） で定められるＩ値が０．１５以上となる範囲に維持され
る関係が成立しており，残部がＦｅおよび不可避的不純
物からなる耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れ
たフエライト系ステンレス鋼，

【００１１】(2) 重量％で，Ｃ：0.02％以下, Ｓi：1.0
％以下, Ｍn：2.0％以下, Ｐ：0.08％以下, Ｓ：0.01％
以下, Ｎi：0.6％以下, Ｃr：11.0〜15.0％, Ｎb：0.3
〜1.0％, Ｖ：1.0％以下, Ａl：0.05％以下, Ｎ：0.03
％以下, Ｏ：0.01％以下を含有し，かつこれらの成分の
間に, 0.005≦Ｃ＋Ｎ≦0.04％の関係と，次の式 Ｉ＝Ｎb−7(Ｃ＋Ｎ)＋0.01(Ｃr−12) で定められるＩ値が0.30以上となる範囲に維持される関
係が成立しており，残部がＦeおよび不可避的不純物か
らなる耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れたフ
エライト系ステンレス鋼，

【００１２】（３）重量％で，Ｃ：０．０２％以下，Ｓ
ｉ：１．０％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｐ：０．０８
％以下，Ｓ：０．０１％以下，Ｎｉ：０．６％以下，Ｃ
ｒ：１１．０〜１５．０％，Ｎｂ：０．１〜１．０％，
Ｖ：１．０％以下，Ａｌ：０．０５％以下，Ｎ：０．０
３％以下，Ｏ：０．０１％以下を含有し，さらに０．５
％未満のＣｕ，１．５％以下のＭｏ，０．３％以下のＴ
ｉ若しくはＺｒ，１．０％以下のＷの１種以上を含有
し，かつこれらの成分の間に， ０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式 Ｉ＝Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１
２） で定められるＩ値が０．１５以上となる範囲に維持され
る関係が成立し，残部がＦｅおよび不可避的不純物から
なる耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れたフエ
ライト系ステンレス鋼，および

【００１３】（４）重量％で，Ｃ：０．０２％以下，Ｓ
ｉ：１．０％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｐ：０．０８
％以下，Ｓ：０．０１％以下，Ｎｉ：０．６％以下，Ｃ
ｒ：１１．０〜１５．０％，Ｎｂ：０．３〜１．０％，
Ｖ：１．０％以下，Ａｌ：０．０５％以下，Ｎ：０．０
３％以下，Ｏ：０．０１％以下を含有し，さらに，０．
５％未満のＣｕ，１．５％以下のＭｏ，０．３％以下の
Ｔｉ若しくはＺｒ，１．０％以下のＷの１種以上を含有
し，かつこれらの成分の間に， ０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式 Ｉ＝Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１
２） で定められるＩ値が０．３０以上となる範囲に維持され
る関係が成立し，残部がＦｅおよび不可避的不純物から
なる耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れたフエ
ライト系ステンレス鋼である。

【００１４】

【作用】前記の目的を達成すべく，本発明者らはＣとＮ
の固定元素として，Ｔi以外にＺr,Ｎb,Ｖを添加した材
料の耐粒界腐食性および高周波造管性について調べたと
ころ，Ｚr添加鋼はＴi添加鋼と同様にピンホールが発生
し充分な高周波造管性が得られなかったが，Ｎb,Ｖの同
時添加鋼では高周波造管性が良好となること，さらにＣ
量, Ｎ量及びＣr量に応じてＮbを適正量で添加すればよ
り耐粒界腐食性と高周波造管性を兼ね備えた材料が得ら
れることを見出した。またＮb,Ｖの同時添加鋼に0.3％
を超えない範囲でＴiを添加しても特に著しい造管性の
低下はないことがわかった。

【００１５】Ｎb,Ｔi,Ｖ等の固定元素の種類および添加
量と耐粒界腐食性の関係を調査した結果, ＮbとＴiはほ
ぼ同等の粒界腐食防止効果が認められた。Ｖについては
Ｎbあるいは (Ｎb＋Ｔi)と複合で添加した場合に粒界腐
食防止に有効であった。

【００１６】またＮbとＴiの添加量は溶接後に鋭敏化温
度域に曝されることを考慮すると, ＣとＮを固定するの
に必要な量よりも増量して添加しておく必要があること
がわかった。更に, 必要なＮbとＴiの添加量は溶接方法
や材料のＣrレベルによっても異なるが，13Ｃr系の材料
は18Ｃr系の材料よりも多く必要とすることも判明し
た。

【００１７】本発明ではその指標として次式のＩ値を用
いる。 Ｉ＝Ｎb＋Ｔi−7(Ｃ＋Ｎ)＋0.01(Ｃr−12)

【００１８】この式は本発明者らの実験によって設定さ
れたものではあるが，概念的に言えば，7(Ｃ＋Ｎ) の項
はＣとＮの固定のために消費される量を意味し, 0.01
(Ｃ−12) の項は12Ｃr鋼をベースとしてＣrレベルによ
る粒界腐食感受性の違いを示している。その詳細は後記
の実施例によっても示すが，実験の結果, スポット溶接
部の耐粒界腐食性を維持するためにはＩ値は0.15以上必
要である。また，これよりも入熱の大きいＭＡＧ溶接部
の耐粒界腐食性を維持するためにはＩ値は0.30以上必要
である。

【００１９】さらに，この材料のＣ,Ｎ,Ｃr,Ｎb,Ｔi等
を種々変化させて高温強度特性を調べたところ，Ｎb含
有量に伴って高温強度が上昇するが，特にＮb量が0.3な
いし0.4％以上においてその効果が著しいことがわかっ
た。Ｔi単独添加ではＮb単独添加ほどの効果がなく,
Ｃ,Ｎ量についてもＮbが炭窒化物として消費されるの
で，低Ｃ,Ｎの方が高強度となる傾向が認められた。現
段階では, 先の耐粒界腐食性に対するＮb量とＣ,Ｎ量の
ような関係は，高温強度に対しては具体的的には得られ
ていないが，固溶Ｎbが高温での強度上昇に寄与してい
るものと思われる。

【００２０】高温強度をＮbによって向上させた点が原
明細書記載の発明を一層改善したところであり，Ｎb量
の絶対値を前記(1)と(3)の鋼では0.1〜1.0％, (2)と(4)
項の項では0.3〜1.0％としている。また，Ｖについても
原明細書では耐粒界腐食性改善のために添加したが，本
発明では強度向上の面からその上限値を1.0％とし, こ
れらＮb,Ｖの効果を補足する元素としてＷ,Ｚrも添加し
ている。加えてＴＩＧ造管性の面や耐酸化性（スケール
密着性の改善）の点からＭnの添加が好ましいので，原
明細書に比べてＭnの含有量を増量している。しかし，
Ｍn量が2.0 ％を越えて添加してもこれらの効果は飽和
し，耐食性の低下が著しくなるのでその上限を2.0％と
している。

【００２１】ＣuやＭoの添加は母材の耐食性を向上させ
るとともに, 溶接部の耐粒界腐食性を向上させる傾向が
認められた。その理由については明らかではないが，こ
れらの溶質原子が粒界へ偏析してＣr炭化物の粒界析出
を抑制するとも考えられる。Ｃuは耐粒界腐食性だけで
なく造管性も向上させる傾向が認められたので，より厳
しい造管或いはより厳しい環境で使用される材料では添
加することが有効である。Ｍoは耐食性だけでなく高温
強度も向上させるが，価格が高いので燃焼ガス流路の部
位に応じて使い分ける必要がある。

【００２２】Ｔiと同様に強力な酸化物形成元素である
Ａlについてその添加量と造管性に及ぼす影響を調べた
が，Ａl量を0.05％以下にすることによりさらに良好な
造管性が得られた。

【００２３】Ｐの添加量は，JIS G 4304等で規定された
通常のステンレス鋼においては, 加工性, 靭性の面から
0.04％以下に厳しく制限されている。ところが本発明鋼
のように極低Ｃ, Ｎで固定元素を添加した成分系の材料
を4.0mmより薄い板厚で使用する場合にはＰを0.04％を
超えて含有しても靭性は問題とならず，耐食性や機械的
性質を犠牲にすることなく, 安価に材料を供給すること
が可能であるこがわかった。但し, Ｐ含有量が0.08％を
超えた材料では造管時のピンホールを増加させる傾向が
認められた。

【００２４】本発明は，以上のような新たな知見事実に
基づくものであり，これによって高温燃焼ガス用途向け
での耐粒界腐食性，造管性並びに高温強度を同時に達成
したものであるが，各成分の含有量を規制した理由を個
別に概説すると次の通りである。

【００２５】Ｃ：0.02％以下について。Ｃは鋼中に不可
避的に含まれる元素である。Ｃ含有量を低減すると，軟
質になり加工性が向上するとともに炭化物の生成が少な
くなり, 溶接性, 耐粒界腐食性が向上するし，Ｎbの消
費を抑えることにより高温強度の向上，コストの低減を
図ることができる。本発明鋼ではＣ含有量は0.02％まで
は許容され得る。

【００２６】Ｓi：1.0％以下について。Ｓiは脱酸剤と
して製鋼上添加される元素である。Ｓi含有量が高いと
耐酸化性の向上に役立つが, 1.0％を超えて添加される
と固溶強化により硬質になり加工性が低下する。そこで
Ｓi含有量はその上限を1.0％とする。

【００２７】Ｍn：2.0％以下について。ＭnもＳiと同様
に製鋼時の脱酸剤として有効な元素であるとともに，溶
接性を向上させる。さらにスケール密着性の面から耐酸
化性にも寄与するが，過剰に添加するとＭnＳの化合物
を生成し耐食性が低下する。このためにＭn含有量は2.0
％以下にする。

【００２８】Ｐ：0.08％以下について。Ｐは不可避的不
純物として鋼中に含まれる元素であり, 脱Ｐ処理を施す
とコスト高となる。この意味からは低Ｐ鋼としない方が
有利である。本発明鋼の場合には0.08％までのＰ含有量
では靭性, 加工性において問題はない。また造管性にも
問題がない。従ってＰ含有量の上限は，一般のステンレ
ス鋼より高い0.08％とする。

【００２９】Ｓ：0.01％以下について。ＳはＰと同様に
不可避的不純物として鋼中に含まれる元素であるが, Ｓ
含有量が高いと熱間加工性や耐食性が低下する。このた
めにＳ含有量の上限は0.01％とする。

【００３０】Ｎi：0.6％以下について。Ｎiはフエライ
ト系ステンレス鋼の靭性改善に有効な元素であるが多す
ぎるとコスト高になる。本発明鋼も通常のフエライト系
ステンレス鋼で規定されている0.6％以下とする。

【００３１】Ｃｒ：１１．０〜１５．０％について。 Ｃｒはステンレス鋼の耐食性を保持する上で必須の元素
であり，この意味から１１．０％以上は必要である。本
発明鋼の特徴は１２Ｃｒレベルでも十分に発現できる
が，さらに高いＣｒレベルの材料においても同様の効果
が期待できる。ただし，１５．０％を超えてＣｒを含有
するとコスト高となるため，Ｃｒの含有量は１１．０〜
１５．０％とする。

【００３２】Ｃｕ：０．５％未満について。 Ｃｕは耐食性の向上や造管性向上のためには有効な元素
である。しかし，過剰の添加は熱間加工性を低下させる
とともにコスト高となるために添加する場合には０．５
％未満にする。

【００３３】Ｍo：1.5％以下について。ＭoはＣrと同様
に耐食性向上のためには非常に有効な元素であり，高温
強度向上にも大きく寄与する。しかし，多量に添加する
とコスト高となるため添加する場合には1.5％以下とす
る。

【００３４】Ｎb：0.1〜1.0％または0.3〜1.0％につい
て。Ｎbは本発明において重要な添加元素の１つであ
る。すなわちＮb含有量とともに耐粒界腐食性および高
温強度が上昇し, この効果を発現するには0.1％以上,
好ましくは0.3％以上の添加が必要である。ＮbはＴiと
同様にＣとＮの固定元素として耐粒界腐食性の点からも
必要であり，Ｔiとの組み合わせで0.1％以上の添加で効
果を発現する。しかし，高温強度向上の面からは0.3％
以上の添加が好ましく使用部位によって使い分ける必要
がある。またＮbはＴiとは異なり0.3％以上添加しても
造管性が低下しないという特有の性質がある。しかし1.
0％を超えてＮbを添加するとスポット溶接部あるいはＴ
ＩＧ溶接部において高温割れを生じ易くなる。したがっ
てＮb含有量は0.1％以上1.0％以下, 好ましくは0.3％以
上1.0 ％以下とする。

【００３５】Ｔi：0.3％以下について。ＴiはＮbと同様
に, ＣとＮの固定元素として有効であり, Ｎbを一部置
換することができる。しかし過剰の添加はストリーク状
の表面疵を発生させたり, 高周波造管時のピンホールや
ＴＩＧ造管時に酸化物生成による溶接欠陥であるスラグ
スポットを多数発生させるとともに，Ｎb添加による高
温強度上昇の効果を低下させる。このためＴi含有量の
上限は0.3％としなければいけない。

【００３６】Ｖ：1.0％以下について。Ｖは, Ｎb,Ｔiと
同様にＣとＮの固定元素として有効である。特にＮbあ
るいは(Ｎb＋Ｔi)と複合で添加した場合に，Ｎb,Ｔiの
粒界腐食防止効果を補う元素として極めて有効に作用す
る。また，ＶはＮbと同じ第５族の元素であり，高温強
度に対してもＮbと同様の効果を示す。しかし1.0％を超
えて添加してもその効果は飽和しコスト高となるだけで
あるから，含有量は1.0％以下とする。

【００３７】Ｗ：1.0％以下について。ＷはＮbと同様,
高温強度を向上させる元素である。しかし，1.0％を越
えて添加してもその効果は飽和しコスト高となるだけで
あるから，1.0％以下とする。

【００３８】Ｚr：0.3％以下について。Ｚrは，ＮbやＴ
iと同様に強力なＣ,Ｎの固定元素であり，耐粒界腐食性
の向上が図れる。また高温強度に対しても寄与する。し
かし多量に添加すると造管性を低下させるとともに材料
を脆化させる。したがって，Ｚrの含有量は0.3％以下と
する。

【００３９】Ａl：0.05％以下について。ＡlはＳiと同
様に脱酸剤として製鋼上添加される。しかし酸素との反
応性が極めて高いために鋼中に残存したＡlは高周波造
管時にＴiと同様酸化物を形成しピンホール発生の原因
となる。このためＡl含有量の上限は0.05％する。

【００４０】Ｎ：0.03％以下について。ＮはＣと同様に
不可避的不純物として鋼中に含まれてくる。Ｎ含有量が
高いと硬質になり, 加工性が低下するとともに, 窒化物
としてＮb等の固定元素を多量に消費することになる。
本発明鋼ではＮ含有量は0.03％までは許容される。

【００４１】Ｏ：0.01％以下について。ＯもＣやＮと同
様に不可避的不純物として鋼中に含まれてくる。Ｏ含有
量が高いと加工性を著しく阻害するとともに, 造管時に
Ｔi,Ａl等と結びついて酸化物を形成し，ピンホールや
スラグスポット発生の原因となる。このためＯ含有量は
0.01％以下としなければならない。

【００４２】Ｃ＋Ｎ：0.005〜0.04％について。耐粒界
腐食性はＣr炭化物の粒界析出に起因する。したがっ
て，その防止のためにはＣ量の低減が最も重要である。
しかし本発明鋼のように固定元素を添加する場合には固
定元素はＣと同様Ｎとも結合して消費されるのでＣ＋Ｎ
の総和で両元素をコントロールすることが必要となる。
現在の通常の精錬技術ではＣ＋Ｎを0.005％未満にする
ことは不可能に近く, また0.04％を超えると粒界腐食感
受性が増大しまた高温強度の低下が生ずる。従ってＣ＋
Ｎの範囲は0.005〜0.04％とする。

【００４３】Ｉ値：0.15以上または0.30以上について。
Ｉ値は，材料を溶接後，使用中において鋭敏化温度域で
ある500℃付近の熱履歴を受けることを想定して実験的
に設定された粒界腐食感受性の指標である。溶接方法と
してスポット溶接を行った場合の結果に基づいて設定す
ると，耐粒界腐食性確保のためにはＩ値は0.15以上の値
が必要である。またさらに入熱の大きいＭＡＧ溶接の実
験結果に基づいて設定すると0.30以上の値が必要であ
る。したがって, Ｉ値は0.15以上または0.30以上とす
る。これを代表的な実験結果に基づいて以下に説明す
る。

【００４４】図１は, 後記実施例に示した鋼のうち12Ｃ
rベース鋼の粒界腐食試験の結果を(Ｃ＋Ｎ)量と,Ｎb,Ｔ
i,(Ｎb＋Ｔi)量の関係で示したものであり，図中の添字
は表１の供試材No.である。また，Ｎb添加鋼, Ｔi添加
鋼およびＮb,Ｔi添加鋼をそれぞれ○, △および□と異
なった記号で示してある。粒界腐食の有無は記号の黒ぬ
り, 白ぬり, および半黒で区別してある。図１から明ら
かなようにＮb,Ｔi等の固定元素の含有量が多い材料は
粒界腐食を生じておらず, 固定元素の種類による明確な
違いは認められない。耐粒界腐食性を確保するために必
要なＮb,Ｔi量またはＮb＋Ｔiの量はＣ＋Ｎ量によって
異なり, 実験結果からは, スポット溶接材では0.15＋7
(Ｃ＋Ｎ) 以上，ＭＡＧ溶接材では0.30＋7(Ｃ＋Ｎ) 以
上必要であることがわかる。

【００４５】これを数式化すると，スポット溶接材の粒
界腐食防止の条件としては， Ｎb＋Ｔi≧0.15＋7(Ｃ＋Ｎ) すなわち， Ｎb＋Ｔi−7(Ｃ＋Ｎ)≧0.15 が成立することである。

【００４６】またＭＡＧ溶接材の粒界腐食防止の条件と
しては， Ｎb＋Ｔi≧0.30＋7(Ｃ＋Ｎ) すなわち, Ｎb＋Ｔi−7(Ｃ＋Ｎ) ≧0.30 が成立することである。

【００４７】図２は, 図１で得られた関係に基づいて縦
軸をＮb＋Ｔi−7(Ｃ＋Ｎ), 横軸をＣr量として整理した
ものである。図中の数字と記号は図１と同様である。図
２から明らかなように, Ｃrレベルが高い材料ほど耐粒
界腐食性を確保するために必要な有効固定元素量：Ｎb
＋Ｔi−7(Ｃ＋Ｎ) は少なくてすむことがわかる。

【００４８】図１の場合と同様に, 粒界腐食防止の条件
をＣr量を考慮して求めると, スポット溶接材では， Ｎb＋Ｔi−7(Ｃ＋Ｎ)≧0.15−0.01(Ｃr−12) すなわち， Ｎb＋Ｔi−7(Ｃ＋Ｎ)＋0.01(Ｃr−12)≧0.15 ・・・
が成立することである。

【００４９】一方, ＭＡＧ溶接材では， Ｎb＋Ｔi−7(Ｃ＋Ｎ)≧0.30−0.01(Ｃr−12) すなわち, Ｎb＋Ｔi−7(Ｃ＋Ｎ)＋0.01(Ｃr−12)≧0.30 ・・
・ が成立することである。これらと式の左辺がＩ値に
相当するものである。

【００５０】図３は高周波造管性に及ぼすＮb,Ｔi,Ａl
の影響を見たものであり，後記実施例において高周波造
管時に発生したピンホール数をＮb量, Ｔi量およびＡl
量で整理したものである。○はＮb量を, △はＴi量を,
そして◇はＡl量を変化させた場合に対応し，添字は実
施例の供試材No.を示している。図３から明らかなよう
にＴi量が0.3％を超えるとピンホール数が急激に多くな
り，高周波造管できない。Ａlは0.05％を超えた場合に
ピンホールが発生するようになる。これに対しＮb添加
鋼ではその含有量が増加してもピンホールの発生は認め
らない。

【００５１】図４は12％Ｃr鋼の600℃における耐力と引
張強さをＮb量で整理したものである。0.3〜0.4％Ｎb付
近を境に強度の上昇が認められ, 1.0％Ｎb付近において
はその効果は飽和している。また△, ▲印でＴi添加鋼
の値も合わせて示すが，Ｎb添加鋼に比べて強度レベル
は低い。

【００５２】

【実施例】以下に, 実施例を挙げて本発明鋼の作用効果
を具体的に示す。表１に示す化学成分を有するステンレ
ス鋼を溶製し，熱間圧延により板厚3.5mmの熱延板を製
造した。その後, 板厚1.0〜1.2mmにまで冷間圧延し，90
0〜1000℃で仕上焼鈍を施したうえ供試材とした。

【００５３】表１中，Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９（但しＮｏ．
４とＮｏ．５はブランク）は本発明で規定する成分組成
範囲の鋼であり，いずれも固定元素としてＮｂとＶが同
時添加されている。そのうち，Ｎｏ．６とＮｏ．７はＣ
ｕ含有鋼である。Ｎｏ．７は，ＣとＮの固定元素として
さらにＴｉを，Ｎｏ．８はＺｒを添加した鋼である。Ｎ
ｏ．９は高温強度向上のためＷを添加している。

【００５４】No.11〜17は比較鋼であり，これらの製造
履歴は本発明鋼と同じである。そのうちNo.11はSUH409
に, No.12はSUS410Lに相当する鋼である。No.13は本発
明鋼に比べＡl含有量が多く, Ｎb含有量が少ない鋼であ
る。No.14，No.15およびNo.17はSUH409と同様にＴi添加
鋼ではあるが，Ｔi含有量が多くＣrレベルもSUH409の規
格を上回る鋼である。No.16は従来から存在している18
Ｃr系のＮb添加鋼であるが, Ｖを添加していない鋼であ
る。

【００５５】前記のようにして製造した各鋼の供試材を
次の粒界腐食試験および高周波造管性評価試験および高
温引張試験に供した。

【００５６】粒界腐食試験はスポット溶接材とＭＡＧ溶
接材を用いて行った。スポット溶接は板厚１mmの試片を
２枚重ねて，加圧力350kgf,電流6000〜7000Ａ，通電サ
イクル10Hzの条件で行った。ＭＡＧ溶接は直径0.8mmのY
309ワイヤを用いて板厚１mmの板にビードオンプレート
で行った。溶接条件は電圧18Ｖ, 電流80〜90Ａ, 速度10
0cm/minである。溶接後の試片はいずれも500℃×10時間
の加熱保持後にシュトラウス試験に供した。シュトラウ
ス試験はJIS G0575では沸騰で行なうことになっている
が, ここでは母材の腐食をさけるために60℃で行った。
粒界腐食の有無はナゲット部あるいはビード部と熱影響
部の断面組織を顕微鏡観察することによって評価し, 粒
界腐食が認められないものを○印, わずかに粒界腐食し
ているものを△印, 激しい粒界腐食のものを×印とし
て, その結果を表２に示した。

【００５７】高周波造管性は板厚1.2mmの供試材鋼帯を
(a)式で定義されるヒート係数Ｈを2.26に設定して直径4
5mmのパイプに造管し, 得られたパイプを偏平試験に供
し割れの有無およびピンホールの数(個/m) で評価し,
その結果を表２に示した。 Ｈ＝（Ｉ・Ｖ）／（ｖ・ｔ） ・・・(a) ただし，Ｉは電流，Ｖは電圧，ｖは速度，ｔは板厚であ
る。

【００５８】

【表１】

【００５９】

【表２】

【００６０】表２の結果に見られるように，本発明鋼は
スポット溶接材においてはいずれのサンプルにおいても
粒界腐食は生じていない。だが, ＭＡＧ溶接材では，Ｉ
値が0.15〜0.29の範囲にあるNo.1,3,5,8鋼の熱影響部の
表層において，わずかな粒界腐食が認められた。

【００６１】一方，比較鋼では, 固定元素のＴiを0.40
％添加し，Ｉ値が0.26と，0.15を上回るNo.15鋼では,ス
ポット溶接材で粒界腐食が生じなく, ＭＡＧ溶接材にお
ける粒界腐食も軽微であり, 0.54％Ｔi添加のNo.17鋼
(Ｉ値：0.37) ではスポットおよびＭＡＧ溶接材とも粒
界腐食は生じていなかったが，その他のサンプルではス
ポット溶接材, ＭＡＧ溶接材いずれにおいても粒界腐食
が生じていた。特に固定元素を添加していないNo.12鋼
(SUS410L相当鋼) のＭＡＧ溶接材では500℃×10hの熱処
理を施さない溶接ままの状態でも激しい粒界腐食を生じ
ていた。No.16鋼はＩ値が0.16であり，本発明で規定す
る0.15以上を満足しているが, Ｖを添加していないため
スポット溶接材においても粒界腐食が認められた。

【００６２】また高周波造管性について見ると，Ｔi含
有量が多い比較鋼のNo.15とNo.17鋼では割れが生じた。
特に0.54％ＴiのNo.17鋼では粗大な割れが生じた。Ｔi
含有量がNo.15やNo.17に比べれば若干少ないが，Ｔiが
0.3％を超えるNo.14鋼およびＡl含有量が0.05％を超え
るNo.13鋼では割れは生じなかったもののピンホールが
発生した。これに対し, Ｔi,Ａl量を低く抑えたＮb添加
の本発明鋼はいずれも割れおよびピンホールとも生じて
おらず, 良好な高周波造管性を示した。

【００６３】前記のようにして製造した各鋼の供試材を
幅12.5mm平行部長さ95mmの試験片に加工し, JIS G 0576
に準じた方法で高温引張試験を行った。すなわち, 所定
の温度に到達し，15分間保持した後, 耐力までは0.3％/
min, 耐力以降は３mm/minの速度で引張った。

【００６４】本発明鋼および比較鋼の各温度における引
張試験結果を図５に示す。●印で示したNo.２の本発明
鋼は◇印のSUH409相当鋼(No.11) および△印のSUS410L
相当鋼 (No.12)に比べて極めて高い引張強さを示す。特
に, 燃焼ガス流路部材の主な温度域である400℃から800
℃の範囲においてその差は著しく, 600℃では約２倍の
強度を有する。□印で示した18ＣrのNo.16鋼と比較して
も，800℃以下の耐力で若干劣るものの，引張強さでは
上回っている。

【００６５】

【発明の効果】以上のように，本発明によれば耐粒界腐
食性，造管性に優れたうえに高温強度特性にも優れたフ
エライト系ステンレス鋼が得られた。この鋼は溶接部の
耐粒界腐食性に優れているため溶接施工のままで, 腐食
性の環境に使用することが可能である。さらにＴiを多
量に添加した鋼に比べて表面疵も少ないので冷延工程で
の歩留りが高いうえ造管性に優れるので造管工程での歩
留りも高く, 比較的安価に製造することが可能となる。
また高温強度が高いため高温にさらされる部材への適用
に可能である。なお本発明鋼を下地鋼として表面にめっ
き処理を施せば凝縮水での耐食性をさらに向上させるこ
とが可能であり，ブロア，ダンパーなどの高温部位から
ブロアチューブ，消音装置，排気塔などの燃焼ガス凝縮
水による湿食部位まで一貫した材料で製造することが可
能となり，燃焼ガス流路用材として好適な材料が提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例に示した鋼のうち12Ｃrベース鋼の粒
界腐食試験結果を横軸にＣ＋Ｎ量を, 縦軸にＮb,Ｔi,Ｎ
b＋Ｔi量をとって整理した図である。

【図２】 実施例の粒界腐食試験結果について縦軸をＮ
b＋Ｔi−7(Ｃ＋Ｎ),横軸をＣr量として整理した図であ
る。

【図３】 実施例の高周波造管試験結果についてＮb量,
Ｔi量およびＡl量で整理した図である。

【図４】 実施例の高温引張試験結果について横軸にＮ
b(Ti)量，縦軸に引張強さおよび耐力をとって整理した
図である。

【図５】 実施例に示した鋼の高温引張試験結果を横軸
に温度を, 縦軸に引張強さおよび耐力をとって整理した
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−90514（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−232345（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−172516（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−89811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−46352（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で，Ｃ：０．０２％以下，Ｓｉ：
   １．０％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｐ：０．０８％以
   下，Ｓ：０．０１％以下，Ｎｉ：０．６％以下，Ｃｒ：
   １１．０〜１５．０％，Ｎｂ：０．１〜１．０％，Ｖ：
   １．０％以下，Ａｌ：０．０５％以下，Ｎ：０．０３％
   以下，Ｏ：０．０１％以下を含有し，かつこれらの成分
   の間に， ０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式 Ｉ＝Ｎｂ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１２） で定められるＩ値が０．１５以上となる範囲に維持され
   る関係が成立しており，残部がＦｅおよび不可避的不純
   物からなる耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れ
   たフエライト系ステンレス鋼。
2. 【請求項２】 重量％で，Ｃ：０．０２％以下，Ｓｉ：
   １．０％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｐ：０．０８％以
   下，Ｓ：０．０１％以下，Ｎｉ：０．６％以下，Ｃｒ：
   １１．０〜１５．０％，Ｎｂ：０．３〜１．０％，Ｖ：
   １．０％以下，Ａｌ：０．０５％以下，Ｎ：０．０３％
   以下，Ｏ：０．０１％以下を含有し，かつこれらの成分
   の間に， ０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式 Ｉ＝Ｎｂ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１２） で定められるＩ値が０．３０以上となる範囲に維持され
   る関係が成立しており，残部がＦｅおよび不可避的不純
   物からなる耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れ
   たフエライト系ステンレス鋼。
3. 【請求項３】 重量％で，Ｃ：０．０２％以下，Ｓｉ：
   １．０％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｐ：０．０８％以
   下，Ｓ：０．０１％以下，Ｎｉ：０．６％以下，Ｃｒ：
   １１．０〜１５．０％，Ｎｂ：０．１〜１．０％，Ｖ：
   １．０％以下，Ａｌ：０．０５％以下，Ｎ：０．０３％
   以下，Ｏ：０．０１％以下を含有し，さらに０．５％未
   満のＣｕ，１．５％以下のＭｏ，０．３％以下のＴｉ若
   しくはＺｒ，１．０％以下のＷの１種以上を含有し，か
   つこれらの成分の間に ０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４
   ％の関係と，次の式 Ｉ＝Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１
   ２） で定められるＩ値が０．１５以上となる範囲に維持され
   る関係が成立し，残部がＦｅおよび不可避的不純物から
   なる耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れたフエ
   ライト系ステンレス鋼。
4. 【請求項４】 重量％で，Ｃ：０．０２％以下，Ｓｉ：
   １．０％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｐ：０．０８％以
   下，Ｓ：０．０１％以下，Ｎｉ：０．６％以下，Ｃｒ：
   １１．０〜１５．０％，Ｎｂ：０．３〜１．０％，Ｖ：
   １．０％以下，Ａｌ：０．０５％以下，Ｎ：０．０３％
   以下，Ｏ：０．０１％以下を含有し，さらに，０．５％
   未満のＣｕ，１．５％以下のＭｏ，０．３％以下のＴｉ
   若しくはＺｒ，１．０％以下のＷの１種以上を含有し，
   かつこれらの成分の間に ０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式 Ｉ＝Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１
   ２） で定められるＩ値が０．３０以上となる範囲に維持され
   る関係が成立し，残部がＦｅおよび不可避的不純物から
   なる耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れたフエ
   ライト系ステンレス鋼。