JP2774709B2 - 熱間加工性に優れた耐硫酸露点腐食ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、重油専焼ボイラーの熱
交換器、煙道、煙突などの硫酸酸性液による腐食が問題
となる部分に用いるための優れた耐硫酸露点腐食ステン
レス鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の耐硫酸露点腐食ステンレ
ス鋼としては、特開平２−170946号公報に開示されてい
る耐食性の優れた煙突、煙道および脱硫装置用高合金ス
テンレス鋼が既知である。この高合金ステンレス鋼は、
重量で、Ｃ：0.004 〜0.05％、Si：５％以下、Mn：２％
以下、Cr：18〜25％、Ni：14〜24％、Mo：１〜4.5 ％、
Cu：0.5 〜2.0 ％、Al：0.05％以下、Ｎ：0.01〜0.3 ％
を含み、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：100ppm以下、Ｏ：50ppm
以下で、残部が実質的にFeと不可避的不純物からなる合
金において、次式の各成分の複合添加を基本に煙突、煙
道および脱硫装置環境での耐全面腐食性と耐隙間腐食性
の二つの特性を同時に確保するため重量パーセントで表
示したG.I.値 (General Corrosion lndex ; 耐全面腐食
性指数) ＝−Cr＋3.6Ni ＋4.7Mo ＋11.5Cuが60≦G.I.≦
90でかつ、C.I.値 (Crevice Corrosion lndex ; 耐隙間
腐食性指数）＝Cr＋0.4Ni ＋2.7Mo ＋Cu＋18.7N が35≦
C.I.≦50であることを特徴としており、特に、耐酸性に
有効なCuを0.5 〜2.0 wt％含有しており、このCu量が２
wt％を超えると熱間加工性が劣化するとの理由でCu量の
上限を２wt％としている。しかしながら、重油燃焼装置
等では硫酸の濃度および温度が極めて広い範囲にわたっ
て変化するため、Cu含有量が２wt％以下では十分な耐硫
酸露点腐食性が得られないという問題がある。

【０００３】また、特開平１−259143号公報には、重量
で、Cr：11〜40％、Ni：５〜70％、Si：0.05〜2.0 ％、
Mn≦7.0 ％、Ｃ≦0.2 ％、Ｎ≦0.4 ％を含有し、凝固時
の平衡分配係数が小さく特に偏析し易いＳ，Ｂ，Ｐ，Ｏ
に関してはＳ≦0.006 ％、Ｂ≦0.0015％、Ｐ≦0.035
％、Ｏ≦0.015 ％であり、しかも合金中のNi＋30×Ｎ量
とΔＳとの関係（但しΔＳ＝Ｓ−0.8 ×Ca−0.5×Ｙ−
0.3 ×Mg−0.3 ×Ce) が特定範囲内にあり、かつNi＋30
×Ｎ量とＰ量との関係が特定の範囲内にある鋳造過程或
いはその後の熱間圧延過程で割れを起こし難いCr−Ni系
ステンレス鋼が開示されている。このステンレス鋼は熱
間加工性を必要としないステンレス鋼帯を直接に製造す
るために開発されたもので、従って、熱間加工性に有効
なＢ含有量を0.0015％以下に抑えており、熱間加工性に
ついて特に考慮されていない。

【０００４】さらに、特開昭54−13412 号公報には、重
量で、Ｃ：0.035 ％以下、Si：0.1〜2.0 ％、Mn：0.1
〜2.0 ％、Ｐ：0.040 ％以下、Ｓ：0.006 ％以下、Cr：
23.0〜27.0％、Ni：13.0〜20.0％、Mo：1.5 〜6.0 ％、
Cu：0.7 〜4.0 ％、Ｎ：0.28〜0.40％、Al：0.03〜0.10
％、Ca：0.003 〜0.015 ％を含有し、Mo＋Cu＋Ｎ：2.50
〜10.40 ％で残部鉄および不可避的不純物からなること
を特徴とする、特に耐隙間腐食特性に優れ、かつ熱間加
工性の良好な高腐食オーステナイト系ステンレス鋼が開
示されている。このステンレス鋼は耐隙間腐食性の他
に、耐孔食性、耐酸性に優れているとともにＢ添加など
によって熱間加工性も改善されているが、充分とは言え
ない。さらに、この公報には熱間加工性に有効なＢの作
用に影響の大きいＯについて全く記述されていない。

【０００５】上述したように、従来既知のこの種のステ
ンレス鋼は耐硫酸露点用部材として耐食性が不足するか
熱間加工性が不充分である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐硫酸露点
用部材として要求される極めて高い耐食性を得るために
特に不可欠なCuの多量添加による高合金化の結果として
生じる熱間加工性の問題、とりわけ、プラネタリーミル
におけるような１パスで90％以上の熱間加工率の要求を
満足させ得る優れた熱間加工性を有する耐硫酸露点腐食
ステンレス鋼を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、重量
で、Ｃ：0.050 ％以下、Si：1.00％以下、Mn：2.00％以
下、Ｐ：0.050 ％以下、Ｓ：0.0050％以下、Ni：8.0 〜
30％、Cr：15〜28％、Mo：３％を超え７％以下、Cu：２
％を超え５％以下、Ｎ：0.05〜0.35％、Ｂ：0.0015％を
超え0.010 ％以下を含有し、Ｏが60ppm 以下で、しか
も、合金中のCu, Mo, ＢおよびＯの含有量が10000 ×Ｂ
／ (Mo＋Cu＋1000×Ｏ）＝1.5 〜10.0の関係を有するこ
とを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によるステンレス鋼は、種々の実験およ
び検討を重ねた結果、耐酸性に対してMo, Cuの複合添加
が有効であり、特に、Cuの添加量が２％を超えると硫酸
の濃度および温度の上昇に伴って、耐酸性に対する効果
が著しく高くなるという知見に基づくもので、通常Cuが
高くなると、熱間加工性が低下し、製造コストが高くな
るという欠点があるが、Ｂを0.0015％を超えて添加し、
酸素含有量を低く抑えることによって製造上最も重要な
熱間加工性を著しく高めることを可能とした。

【０００９】特に、プラネタリーミルのように、１パス
での加工率が極めて高い熱間圧延機で、耳割れ等なく圧
延するためには、極めて優れた熱間加工性が要求される
が、上述したように酸素含有量を低く抑えることによっ
てＢの熱間加工性改善効果を著しく高めることができ、
プラネタリーミルでの熱間圧延を可能としている。

【００１０】次に、各成分の限定理由を述べる。Ｃは、
耐食性の点から低いほど良く、0.050 wt％を超えると粒
界に炭化物を析出し、耐食性を劣化するので、0.050 wt
％を上限とした。Siは、σ相などの金属間化合物を析出
し、耐食性、機械的性質を劣化するので低いほど良く、
特に1.00wt％を超えるとその有害性が著しくなるので上
限を1.00wt％とした。Mnは、耐食性に有害であり、また
σ相析出を促進する作用があるので2.00wt％を上限とし
た。Ｐは熱間加工性、溶接性に有害であり、低いほど良
く、0.050 wt％を超えると、特に溶接性が著しく劣化す
るので、0.050 wt％を上限とした。Ｓは耐食性、熱間加
工性を劣化するので、低いほど良く、0.0050wt％を超え
ると、特に熱間加工性の劣化するので、0.0050wt％を上
限とした。好ましくは、0.0010wt％以下が良い。Niは、
耐食性、特に耐硫酸性に有効であり、また、本発明ステ
ンレス鋼はオーステナイト組織であり、この組織を安定
させるには少なくとも8.0 wt％以上が必要である。ま
た、耐食性の観点からも多いほど良いが、コスト高とな
るため、30wt％以下とした。Crは、耐食性に不可欠の合
金成分であり、15wt％を下回ると、耐食性が著しく劣化
し、28wt％を超えるとσ相などの金属間化合物の析出を
促進するので、上限を28wt％とした。Moは、耐食性、特
に本発明ステンレス鋼の目的とする耐硫酸性に対して不
可欠の成分である。図１に示すように、Cuとの複合添加
によって耐食性を著しく向上し得るので、少なくとも３
wt％を超える含有量が必要である。しかし、７wt％を超
えるとσ相などの金属間化合物の析出が著しくなり、耐
食性を著しく劣化し、また、凝固偏析が大となり熱間加
工性を悪化させるので、上限を７wt％とした。

【００１１】Cuは、Moと同様、耐酸性に不可欠の成分で
あり、２wt％を超えて添加すると著しく耐食性が向上
し、特に、Moとの複合添加によりその効果が大きい。し
かしながら、５wt％を超えると熱間加工性を劣化させ、
製造性が劣化するので、上限を５wt％以上とした。Ｎ
は、オーステナイト組織安定化および耐食性に有効であ
り、その効果を発揮するには、少なくとも0.05wt％必要
である。しかし、0.35wt％を超えると熱間強度が著しく
高くなり、加工性も劣化するので、0.05wt％〜0.35wt％
とした。Ｂは、熱間加工性向上に有効である。その効果
は0.0015％以下では発揮されず、また鋼中の酸素含有量
が多いと効果も減少する。図２に示すごとく、〔Ｏ〕が
60ppm 以下で特にＢの加工性改善効果が著しい。しか
し、0.010 wt％を超えると、逆に加工性が劣化するの
で、0.0015〜0.010 wt％とした。Ｏは、熱間加工性に有
効なＢの効果を発揮させるために、60ppm 以下に抑える
必要があるので、60ppm 以下とした。Ｗ，Ｖは、ともに
耐食性に有効であるが、多いとσ相析出やコストアップ
につながるので、上限は2.00wt％以下とした。Mgは、Ｂ
とともに添加することで加工性を向上させ得るが、含有
量が0.05wt％を超えると加工性が逆に低下するので、上
限を0.05wt％とした。10000 ×Ｂ／ (Mo＋Cu＋1000×
Ｏ）を1.5 〜10.0とする理由は、Ｂの効果がＯとの関
係、さらに凝固偏析しやすいMo, Cuとの関係によって大
きく影響され、関係式の値が1.5 未満ではＢが有効に作
用せず、また10.0を超えると、かえってＢの熱間加工性
を劣化させる方向に作用するので、1.5 〜10.0とする必
要がある。

【００１２】

【実施例】実験室の大気中で誘導炉により10kgの鋼塊を
造り、それを半切して、鋳造したままで切り出した試験
片について、引張り試験後の絞りを調べ、熱間加工性を
評価した。また、耐食性を評価するため、熱間鍛造およ
び冷間圧延後1100℃×２分の固溶化熱処理を施した厚さ
２mmの板を用いた。表１に実施例を示す。

【００１３】本発明合金は、いずれも比較合金に比べて
耐食性は優れ、かつ熱間加工性も優れていることが判
る。耐食性に対しては、図１に示すように、Mo, Cuの複
合添加が有効であり、Moが３wt％以下で、Cuが２wt％を
超える範囲で耐食性は良好となる。また、図２に示すよ
うに、熱間加工性に対して、Ｂが有効であるが、その効
果を発揮するには〔Ｏ〕を60ppm 以下に抑える必要があ
る。特に、プラネタリーミルのように、１パス圧延で90
％以上の加工を加える場合は、極めて優れた加工性が必
要であり、1000℃〜1250℃での絞りが70％以上必要であ
る。そのためには〔Ｏ〕を60ppm 以下の範囲で、Ｂは0.
0015wt％を超える必要がある。さらに、10000 ×Ｂ／
(Mo＋Cu＋1000×Ｏ）を1.5 〜10.0とすることが熱間加
工性の点より必要である。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、重油専焼ボイラーの熱
交換器、煙道、煙突用部材として極めて優れた耐食性を
有するステンレス鋼を提供することができ、しかも、熱
間加工性の改善によってプラネタリーミルのような極め
て高い加工率を有する圧延機での加工を歩留り良く行な
うことが可能で、その製造費を安価になし得る利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】CuとMoと複合添加による耐食性の向上を示すグ
ラフである。

【図２】Ｂの添加による熱間加工性の向上に対する鋼中
の酸素含有量の影響を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 裕 神奈川県川崎市川崎区小島町４番２号 日本冶金工業株式会社 研究開発本部技 術研究所内 (56)参考文献 特開 平２−170946（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−21038（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−297443（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−13412（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量で、Ｃ：0.050 ％以下、Si：1.00％
   以下、Mn：2.00％以下、 Ｐ：0.050 ％以下、Ｓ：0.0050％以下、Ni：8.0 〜30
   ％、Cr：15〜28％、Mo：３％を超え７％以下、Cu：２％
   を超え５％以下、Ｎ：0.05〜0.35％、Ｂ：0.0015％を超
   え0.010 ％以下を含有し、Ｏが60ppm 以下で、しかも、
   合金中のCu, Mo, ＢおよびＯの含有量が10000 ×Ｂ／
   (Mo＋Cu＋1000×Ｏ）＝1.5 〜10.0の関係を有すること
   を特徴とする熱間加工性に優れた耐硫酸露点腐食ステン
   レス鋼。
2. 【請求項２】 重量で、Ｗ：2.00％以下、Ｖ：2.00％以
   下、Mg：0.05％のいずれか１種以上を含有する請求項１
   記載のステンレス鋼。