JP3294282B2

JP3294282B2 - 耐硫酸腐食性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JP3294282B2
Application number: JP51300599A
Authority: JP
Inventors: 雅之相良; 茂樹東; 治彦梶村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2002-06-24
Anticipated expiration: 2018-08-10

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、硫酸腐食に対して優れた抵抗性を有すると
ともに加工性にも優れたオーステナイト系ステンレス鋼
に関する。より詳しくは、火力発電や産業用ボイラで使
用される熱交換器、煙道及び煙突、並びに各種産業で使
用される排煙脱硫装置用部材や硫酸環境で使用される設
備に用いられる構造部材など各種の部材で問題となる硫
酸露点腐食に対して優れた抵抗性を有するとともに、特
に、熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼
に関する。

〔背景技術〕

火力発電用や産業用のボイラ燃料として使用される石
油や石炭といった所謂「化石燃料」には硫黄（Ｓ）が含
まれている。このため、化石燃料が燃焼すると排ガス中
に硫黄酸化物（SO_x）が生成する。排ガスの温度が低下
すると、SO_xはガス中の水分と反応して硫酸となり、露
点温度以下にある低温の部材表面で結露し、これによっ
て硫酸露点腐食が生ずる。同様に、各種産業で使用され
る排煙脱硫装置においても、SO_xを含むガスが流れる場
合、その温度が低下すると硫酸露点腐食が生じてしま
う。以下本明細書においては、簡単のためにSO_xを含む
ガスを排ガスと記して説明する。

上記の現象が生ずるため、排ガス系に使用される熱交
換器などにおいては、部材表面で硫酸が露を結ばないよ
うに排ガス温度を150℃以上の高い温度に保持してい
た。

ところが、近年のエネルギー需要の増大とエネルギー
有効利用の観点から、熱エネルギーをできるだけ有効に
回収するため、例えば熱交換器からの排ガス温度を硫酸
の露点以下まで低くする動きがあり、硫酸に対して抵抗
性を有する材料が求められるようになった。

排ガス温度を150℃以上に保持しない場合、一般的な
組成の排ガスからは140℃程度の温度域で、80％程度の
高濃度の硫酸が部材表面で結露する。このような環境に
対しては、所謂「低合金鋼」が各種部材用鋼として用い
られてきた。これは、前記のような高温高濃度の硫酸に
対しては汎用のステンレス鋼よりも低合金鋼の方が耐食
性が大きいためである。

一方、防食技術（vol.26（1977年）731〜740ページ）
に述べられているように、硫酸の露点よりも20〜60℃温
度が下がった領域で硫酸による腐食が大きくなる。これ
は前記の温度領域で結露する硫酸の量が最も多くなるた
めである。このため、排ガス温度を150℃以上に保持し
ない場合には、一般に、温度的には100℃近傍が最も耐
食性を要求される領域となり、ここでは硫酸の濃度は約
70％となる。しかし、この領域では汎用のステンレス鋼
はもちろん低合金鋼でも腐食量が大きく使用できない。

硫酸環境中にある部材に対しては、特定の耐食材料を
用いれば良いことが、例えば特開昭56−93860号公報、
特開平２−170946号公報、特開平４−346638号公報や特
開平５−156410号公報で提案されている。

特開平６−128699号公報には、硫酸イオン、ハロゲン
化物イオン、酸化性金属イオンを同時に含む環境中で優
れた耐食性を有する高合金オーステナイト系ステンレス
鋼が開示されている。特開昭64−21038号公報には、耐
孔食性、耐隙間腐食性、耐応力腐食割れ性と耐酸性に優
れたオーステナイトステンレス鋼が提案されている。更
に、特開昭58−52463号公報には、硫化水素を含有する
環境下での腐食に耐え、しかも機械的性質に優れたステ
ンレス鋼が開示されている。

〔発明の開示〕

耐硫酸腐食性材料として提案された技術のうち、特開
昭56−93860号公報に開示された「耐硫酸腐食性合金」
は、温度が100℃前後で濃度が95％以上の硫酸環境中で
優れた耐食性を有するものである。しかし、この公報で
提案された合金は、Cu含有量が0.5〜3.0％と低いので、
例えば前記した100℃近傍で硫酸の濃度が約70％となる
環境下での耐食性が低い。一方、上記の合金は、前記し
た硫酸環境中（温度が100℃前後で、濃度が95％以上）
での耐食性を高めるために、1.5％以上の高い量のSiを
含有させたものである。このため、本発明が目指す環境
下（例えば100℃近傍で硫酸の濃度が約70％となる環境
下）での耐食性を高めることを目的に、上記の合金をベ
ースにこれに多量のCuを含有させただけでは、熱間加工
性が著しく低下してしまう。

特開平２−170946号公報に開示された「耐食性の優れ
た煙突・煙道及び脱硫装置用高合金ステンレス鋼」は、
確かに50％濃度の硫酸に1000ppmのFe³⁺と1000ppmのCl^-
とを添加した環境下で耐食性には優れている。しかし、
この公報で提案されたステンレス鋼も、Cu含有量が0.5
〜2.0重量％と低いため、例えば、既に述べた100℃近傍
で硫酸の濃度が約70％となるような環境下での耐食性が
低い。

特開平４−346638号公報に開示された「熱間加工性に
優れた耐硫酸露点腐食ステンレス鋼」は、0.05重量％以
上のＮ（窒素）を含有させてオーステナイト組織の安定
化と耐食性の確保を図ろうとするものである。しかし、
本発明者らの検討の結果、Ｎを0.05重量％以上含有させ
た場合には、Cu、Cr及びMoを複合添加したオーステナイ
ト系ステンレス鋼の耐硫酸腐食性が却って低下してしま
うことが明らかになった。更に、Ｎ含有量が0.05重量％
以上の場合には、耐硫酸腐食性を高めるためにCu含有量
を増やして行くと、1000℃を下回る温度域での熱間加工
性の低下が著しくなることもわかった。

特開平５−156410号公報で提案された「高温・高濃度
硫酸用ステンレス鋼」は、Cuを含有していないので、例
えば前記した100℃近傍で硫酸の濃度が約70％となる環
境下での耐食性が低い。

一方、特開平６−128699号公報に開示された「熱間加
工性と耐局部腐食性に優れた高合金オーステナイト系ス
テンレス鋼」は、都市ゴミなどの焼却系の洗煙設備に対
して、耐食性、なかでも、耐局部腐食性を確保させるこ
とを目的に提案されたものである。このため、硫酸イオ
ン、ハロゲン化物イオン、酸化性金属イオンを同時に含
む環境中では優れた耐局部腐食性を有する。しかし、前
記の100℃近傍で硫酸の濃度が約70％となるような環境
下では必ずしも充分な耐食性が得られない場合がある。
これは、「局部腐食」が塩化物イオン（Cl^-）による孔
食、隙間腐食や応力腐食割れであるのに対し、「硫酸露
点腐食」は硫酸によって鋼が活性溶解、つまり均一に溶
解減肉する現象であり、「局部腐食」とはその腐食の原
理が異なるためである。なお、この公報で提案されたス
テンレス鋼の場合、Cr含有量の下限が20重量％で、Cu含
有量の上限が４重量％であるため、良好な熱間加工性と
前記した硫酸環境の下での優れた耐食性とを同時に確保
することが難しい場合がある。

特開昭64−21038号公報に開示された「熱間加工性に
優れる高耐食性オーステナイトステンレス鋼」は、Ｎ含
有量を0.4％以下としているものの、その実体は実施例
中の第１表における発明鋼の記載や、成分元素の限定に
おけるＮの項の記載からも明らかなように、オーステナ
イト安定化元素であり、しかも、耐孔食性と強度の確保
に有効なＮを0.1％以上含有させるものである。しか
し、既に述べたように、Ｎを0.05％以上含有させた場合
には、Cu、Cr及びMoを複合添加したオーステナイト系ス
テンレス鋼の耐硫酸腐食性が却って低下してしまう。更
に、Ｎ含有量が0.05％以上の場合には、耐硫酸腐食性を
高めるためにCu含有量を増やして行くと、1000℃を下回
る温度域での熱間加工性の低下が著しくなる。

特開昭58−52463号公報に開示された「耐食性および
機械的性質にすぐれたステンレス鋼」は、硫化水素及び
塩化物イオンを含有する環境下での耐食性に優れた、フ
ェライト相とオーステナイト相からなる２相ステンレス
鋼である。上記の硫化水素及び塩化物イオンを含有する
環境で問題となるのは「局部腐食」としての孔食であ
り、既に述べたように「硫酸露点腐食」とはその腐食の
原理が異なる。このため、この公報で提案されたステン
レス鋼は硫酸露点腐食環境下での耐食性は低く、例えば
前記した100℃近傍で硫酸の濃度が約70％となる環境下
での耐食性は全く有さない。

一方、特開平９−176800号公報には、Cu含有量を高め
た「抗菌性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼」が
開示されている。しかし、この公報で提案されたオース
テナイト系ステンレス鋼は、単に「抗菌性」を対象とす
るものであり、多量のCuを含んではいるものの、熱間圧
延後から最終製品になるまでに施される時効処理によっ
てCuはそれを主体とする第２相として析出する。したが
って、基地に固溶するCuの量は低くなり、前記した100
℃近傍で硫酸の濃度が約70％となる環境下での耐食性は
低いものである。なお、このステンレス鋼におけるMo含
有量が少ない場合には、前記した100℃近傍で硫酸の濃
度が約70％となる環境下での耐食性は大きく劣ってしま
う。更に、Ni含有量が比較的低いので、前記した100℃
近傍で硫酸の濃度が約70％となる環境下での耐食性が充
分でない場合もある。

本発明は、上記現状に鑑みなされたもので、その目的
は、高濃度の硫酸が凝結する環境（硫酸露点環境）での
耐食性に優れるとともに良好な熱間加工性を有し、火力
発電用ボイラや産業用ボイラなどの排ガス系部材（例え
ば、熱交換器、煙道及び煙突）、更には、各種産業で使
用される排煙脱硫装置や硫酸環境用構造部材などの各種
部材に使用可能なオーステナイト系ステンレス鋼を提供
することである。

本明細書の以下の記載において、「高濃度の硫酸が凝
結する環境」とは「50〜100℃」の温度で「40〜70％」
の濃度の硫酸が結露する環境をいう。なお、硫酸による
腐食は既に述べたように、硫酸の露点よりも20〜60℃低
い温度域で最も大きくなる。このため、本発明における
耐食性に関しては、特に、上記環境で最も耐食性が高い
100℃近傍で濃度が70％程度の硫酸環境中での耐食性を
高めることとした。

なお、ステンレス鋼を鋼管、鋼板や鍛造成形品など各
種部材に支障なく熱間加工できるように、本発明におけ
る熱間加工性の具体的目標は、後述の実施例におけるグ
リーブル試験機を用いた高温引張試験を行った際に、50
％以上の絞りを有することとした。

本発明の要旨は以下のとおりである。

すなわち、「重量％で、C:0.05％以下、Si:1.0％以
下、Mn:2.0％以下、P:0.04％以下、S:0.01％以下、Ni:1
2〜27％、Cr:15％以上20％未満、Cu:3.0％を超えて8.0
％以下（但し、3.5％以下を除く）、Mo:2.0％を超えて
5.0％以下、Nb:0〜1.0％、Ti:0〜0.5％、W:0〜5.0％、Z
r:0〜1.0％、Al:0〜0.5％、N:0.05％未満、Ca:0〜0.01
％、B:0〜0.01％、希土類元素：合計で０〜0.01％を含
み、残部はFe及び不可避不純物からなる耐硫酸腐食性と
加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼」であ
る。

〔発明を実施するための最良の形態〕

本発明者らは、Ni−Crオーステナイト系ステンレス鋼
に「高濃度の硫酸が凝結する環境」で良好な耐食性を確
保させるために、広範囲の濃度の硫酸に対して耐食性試
験を行って合金元素の影響を詳細に検討した。その結
果、下記の事項を知見した。

（ａ）硫酸濃度が増加するにしたがってオーステナイト
系ステンレス鋼の腐食は著しく大きくなる傾向がある。
そして、実際の硫酸露点腐食環境では、腐食は硫酸の結
露量とも関係し、温度が上がるにつれて結露する硫酸量
は少なくなるため、最も腐食が大きくなるのは硫酸濃度
が70％、温度が100℃の環境である。この環境におい
て、オーステナイト系ステンレス鋼に良好な耐食性を付
与するためには、電気化学的にアノード活性溶解を抑え
るとともに、カソード反応である水素発生を抑制する作
用を有するCuを重量％で3.0％を超えて含有させること
が必須である。

（ｂ）温度が140℃、硫酸濃度が80％という極めて高濃
度の環境下では、Moの含有量が2.0％を超えると耐食性
が劣化する傾向にある。しかし、上記（ａ）の量のCuを
重量％で２％を超えるMoと複合して含有させ、更に、適
正量のCrを同時に含有させるとともにＮの含有量を低く
抑えれば、重量％で2.0％を超えるMoを含有する場合で
も、前記した「高濃度の硫酸が凝結する環境」でオース
テナイト系ステンレス鋼に良好な耐食性を付与すること
ができる。

（ｃ）前記（ａ）、（ｂ）の量のCuとMoとを含有させ、
Ｎの含有量を低く抑え、しかもCu、Mo及びＮ含有量の関
係を適正化することで、オーステナイト系ステンレス鋼
に、良好な熱間加工性とともに「高濃度の硫酸が凝結す
る環境」下での一層良好な耐食性を確保させることがで
きる。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであ
る。

以下、本発明について詳しく説明する。なお、化学成
分の含有量の「％」は「重量％」を意味する。

C:0.05％以下Ｃは、強度を高める作用を有するが、Crと結合して粒
界にCr炭化物を形成し、耐粒界腐食性を低下させてしま
うので0.05％以下とする。強度を高める必要がある場合
には0.03％を超えて0.05％までを含有させても良い。し
かし、耐食性の確保が優先される場合には、Ｃの含有量
は低い方が良く、0.03％以下とすることが望ましい。

Si:1.0％以下 Siは添加しなくても良い。添加すれば脱酸作用を有す
る。この効果を確実に得るには、Siは0.05％以上の含有
量とすることが好ましい。しかし、その含有量が1.0％
を超えると熱間加工性の低下を助長し、Cu添加量の増加
と相俟って、工業的規模での製品への加工が極めて難し
くなる。したがって、Si含有量を1.0％以下とした。な
お、熱間加工性を高める目的からAl含有量を極めて低く
した場合には、0.1％以上のSiを含有させて脱酸作用を
充分に行わせることが好ましい。

Mn:2.0％以下 Mnは添加しなくても良い。添加すれば、Ｓを固定して
熱間加工性を高めるとともに、オーステナイト相を安定
化させる作用を有する。この効果を確実に得るには、Mn
は0.1％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、
2.0％を超えて含有させてもその効果は飽和し、コスト
が嵩むばかりである。したがって、Mnの含有量を2.0％
以下とした。

P:0.04％以下Ｐは、熱間加工性及び耐食性を劣化させるのでその含
有量は低いほど良く、特に、0.04％を超えると「高濃度
の硫酸が凝結する環境」における耐食性の劣化が著し
い。したがって、Ｐの含有量を0.04％以下とした。

S:0.01％以下Ｓは、熱間加工性を劣化させる元素であり、その含有
量はできるだけ少ない方が良い。特に、0.01％を超える
と熱間加工性の著しい劣化を招く。したがって、Ｓの含
有量を0.01％とした。

Ni:12〜27％ Niは、オーステナイト相を安定化させる作用を有する
とともに、前記した「高濃度の硫酸が凝結する環境」中
での耐食性を高める作用もある。こうした効果を充分確
保するためには、12％以上の量のNiを含有させることが
必要である。しかし、27％を超えて含有させてもその効
果は飽和する。更に、Niは高価な元素であるため、コス
トが極めて高くなって経済性に欠ける。したがって、Ni
の含有量を12〜27％とした。なお、「高濃度の硫酸が凝
結する環境」中で充分な耐食性を確保するためには15％
を超える量のNiを含有させることが好ましく、20％を超
える量のNiを含有させれば一層好ましい。

Cr:15％以上20％未満％ Crはオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を確保す
るのに有効な元素である。特に、Ｎを後述の含有量に規
制したオーステナイト系ステンレス鋼において、15％以
上のCr、好ましくは16％以上のCrを後述する量のCu及び
Moとともに含有させると、既に述べた「高濃度の硫酸が
凝結する環境」で良好な耐食性を確保することができ
る。しかし、Crを多量に含有させると、Ｎ含有量を低く
し、CuとMoとを複合添加したオーステナイト系ステンレ
ス鋼の場合であっても、前記の環境中における耐食性が
却って劣化するし加工性の低下も生ずる。特に、Cr含有
量が26％を超えると前記環境中におけるオーステナイト
系ステンレス鋼の耐食性劣化が著しくなる。また、Cuと
Moとを複合添加したオーステナイト系ステンレス鋼の熱
間加工性を高めて、工業的規模での製品加工を容易にす
るには、Crの含有量を20％未満にすることが好ましいの
で、Crの含有量を15％以上20％未満とした。

Cu:3.0％を超えて8.0％以下（但し、3.5％以下を除
く） Cuは、硫酸環境中での耐食性を確保するのに必須の元
素である。3.0％を超えるCuを前述の量のCr及び後述す
る量のMoとともに含有させることで「高濃度の硫酸が凝
結する環境」において、Ｎを後述の含有量にしたオース
テナイト系ステンレス鋼に良好な耐食性を付与すること
ができる。Cu及びMoと複合添加するCuの含有量が多いほ
ど耐食性向上効果が大きいので、Cuは4.0％を超える含
有量とすることが好ましく、5.0％を超える含有量とす
れば一層好ましい。なお、Cuの含有量を増やすことによ
り前記環境中での耐食性は向上するが熱間加工性が低下
し、特に、Cuの含有量が8.0％を超えると、Ｎを後述の
含有量にしても熱間加工性の著しい劣化を生ずる。した
がって、Cuの含有量を3.0％を超えて8.0％以下とした。

Mo:2.0％を超えて5.0％以下 Moはオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を確保す
るのに有効な元素である。特に2.0％を超える量のMoを
前述した量のCr及びCuとともに含有させると、既に述べ
た「高濃度の硫酸が凝結する環境」において、Ｎを後述
の含有量にしたオーステナイト系ステンレス鋼に良好な
耐食性を付与することができる。しかし、Moを多量に含
有させると熱間加工性が低下し、特に、Moの含有量が5.
0％を超えると、Ｎを後述の含有量にしても熱間加工性
の著しい劣化を生ずる。したがって、Moの含有量を2.0
％を超えて5.0％以下とした。なお、「高濃度の硫酸が
凝結する環境」中で充分な耐食性を確保するためには３
％を超える量のMoを含有させることが好ましい。

Nb:0〜1.0％ Nbは添加しなくても良い。添加すれば、Ｃを固定して
耐食性、なかでも耐粒界腐食性を高める作用を有する。
この効果を確実に得るには、Nbは0.02％以上の含有量と
することが好ましい。しかし、その含有量が1.0％を超
えると、Ｎを後述の含有量にした場合でも窒化物が生成
して却って耐食性が低下するし、熱間加工性の劣化も招
く。したがって、Nbの含有量を1.0％以下とした。

Ti:0〜0.5％ Tiは添加しなくても良い。添加すれば、Nbと同様にＣ
を固定して耐食性、なかでも耐粒界腐食性を高める作用
を有する。この効果を確実を得るには、Tiは0.01％以上
の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が
0.5％を超えると、Ｎを後述の含有量にした場合でも窒
化物が生成して却って耐食性が低下するし、熱間加工性
の劣化も招く。したがって、Tiの含有量を0.5％以下と
した。

W:0〜5.0％Ｗは添加しなくても良い。添加すれば、「高濃度の硫
酸が凝結する環境」における耐食性を高める作用があ
る。この効果を確実に得るには、Ｗは0.1％以上の含有
量とすることが好ましい。しかし、Ｗを5.0％を超えて
含有させてもその効果は飽和し、コストが嵩むばかりで
ある。したがって、Ｗの含有量を5.0％以下とした。

Zr:0〜1.0％ Zrは添加しなくても良い。添加すれば、「高濃度の硫
酸が凝結する環境」における耐食性を高める作用を有す
る。この効果を確実に得るには、Zrは0.02％以上の含有
量とすることが好ましい。しかし、Zrを1.0％を超えて
含有させてもその効果は飽和し、コストが嵩むばかりで
ある。したがって、Zrの含有量を1.0％以下とした。

Al:0〜0.5％ Alの含有量が0.5％を超えると、Ｎを後述の含有量に
したオーステナイト系ステンレス鋼であっても熱間加工
性が低下してしまう。したがって、Al含有量を0.5％以
下とした。Al含有量の下限は不可避不純物の範囲であっ
ても良い。但し、Alは脱酸作用を有するため、前記した
Siの含有量を極めて低く抑えた場合には、積極的に添加
して0.02％以上を含有させて脱酸作用を充分に行わせる
ことが好ましい。なお、0.05％以上のSiを含有させた場
合でも、脱酸作用を充分に発揮させるためにはAlの含有
量を0.01％以上とすることが好ましい。

N:0.05％未満Ｎは、本発明鋼において重要な意味を持つ元素であ
る。従来、Ｎはオーステナイト組織の安定化、孔食や隙
間腐食などの「局部腐食」に対する抵抗性を高める目的
から積極的に添加されてきた。しかし、本発明が対象と
する「高濃度の硫酸が凝結する環境」においては、Ｎの
含有量が0.05％以上になると、3.0％を超えるCu、2.0％
を超えるMo及び15〜26％のCrを含有させたオーステナイ
ト系ステンレス鋼の耐食性が却って低下してしまう。更
に、CuとMoの含有量の上限をそれぞれ8.0％、5.0％にし
た場合であっても、Ｎの含有量が0.05％以上になると熱
間加工性が低下してしまう。このため、「高濃度の硫酸
が凝結する環境」における耐食性と熱間加工性とをオー
ステナイト系ステンレス鋼に付与させるために、Ｎの含
有量を0.05％未満とした。なお、Ｎ含有量は低ければ低
いほど良い。

Ca:0〜0.01％ Caは添加しなくても良い。添加すれば、Ｓと結合して
熱間加工性の低下を抑える効果を有する。この効果を確
実に得るには、Caは0.0005％以上の含有量とすることが
好ましい。より好ましいCaの含有量の下限は0.001％で
ある。しかし、その含有量が0.01％を超えると鋼の清浄
度が低下して、熱間での製造時に疵が発生する原因とな
る。したがって、Caの含有量を0.01％以下とした。

B:0〜0.01％Ｂは添加しなくても良い。添加すれば、熱間加工性を
改善する効果を有する。この効果を確実に得るには、Ｂ
は0.0005％以上の含有量とすることが好ましい。より好
ましいＢの含有量の下限は0.001％である。しかし、Ｂ
の多量の添加は粒界へのCr−Ｂ化合物の析出を促し、耐
食性の劣化を招く。特に、Ｂの含有量が0.01％を超える
と著しい耐食性の劣化をきたす。したがって、Ｂの含有
量を0.01％以下とした。

希土類元素：合計で０〜0.01％希土類元素も添加しなくても良い。添加すれば、熱間
加工性を高める作用を有する。この効果を確実に得るに
は、希土類元素の含有量を合計で0.0005％以上とするこ
とが好ましい。しかし、その含有量が合計で0.01％を超
えると鋼の清浄度が低下し、熱間での製造時に疵が発生
する原因となる。したがって、希土類元素の含有量を合
計で0.01％以下とした。

後述する実施例の項でも詳しく述べるが、Cu、Mo及び
Ｎの含有量が前記した範囲にあり、しかも、式中の元素
記号をその元素の重量％での含有量として、下記式で
表されるfn1が23.0％以下、下記式で表されるfn2の値
が2.0以下であれば、オーステナイト系ステンレス鋼
に、良好な熱間加工性とともに前記した「高濃度の硫酸
が凝結する環境」下で、一層良好な耐食性を確保させる
ことができる。

ここで、 fn1＝2Cu＋0.5Mo＋300N ・・・・ fn2＝｛10/（Cu＋0.2）^2.3｝＋｛5/（Mo＋0.1）^２｝＋300N² ・・・である。

なお、熱間加工性を一層高めるためには、前記式で
表されるfn1を22.6％以下とすれば良い。fn1の下限値は
特に規定されるものではない。Cu、Mo及びＮがそれぞれ
規定の下限の含有量である場合の７％に近い値であれば
熱間加工性は極めて良好になる（後述の図１参照）。

又、前記式で表されるfn2の下限値も特に規定され
るものではなく、Cu及びMoの含有量がそれぞれ規定の上
限、Ｎの含有量が規定の下限の場合の0.27に近い値であ
っても良い（後述の図２参照）。

〔実施例〕

次に実施例によって本発明をより具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

（実施例１）表１及び表２に示す化学組成を有するオーステナイト
系ステンレス鋼を20Kg高周波真空溶解炉を用いて溶製し
た。表１における鋼１〜13は化学組成が本発明で規定す
る含有量の範囲内にある本発明例、表２における鋼14〜
25は成分のいずれかが本発明で規定する含有量の範囲か
ら外れた比較例である。なお、表１、表２には前記した
式で表されるfn1及び式で表されるfn2の値も併記し
た。

上記の各鋼の鋼塊表面部から平行部の直径が10mmで長
さが110mmの試験片を切り出し、グリーブル試験機を用
いて1280℃又は950℃に加熱後、１秒^-1の歪速度で高温
引張り試験を行い、熱間加工性を調査した。

熱間加工性は上記の高温引張り試験における絞り
（％）で評価した。なお、この値が50％以上であれば、
製品の製造に支障のない熱間加工性を有することが経験
的に判明している。

次いで、鋼塊の残りの部分に通常の方法による熱間鍛
造と熱間圧延を施して、厚さ8mmの鋼板に仕上げた。こ
のようにして得た鋼板を鋼の化学組成に応じて1050〜11
50℃に加熱して固溶化熱処理し、次いで、厚さ3mm×幅1
0mm×長さ40mmの腐食試験片を機械加工によって作製
し、硫酸環境中での腐食試験に供した。なお、Cuを8.6
％含有させた鋼20は、後述するように熱間加工性が極め
て低く、熱間での鍛造時に割れを生じて鋼板の製造がで
きなかった。

上記の硫酸環境中での腐食試験は、温度が100℃で硫
酸濃度が70％の溶液に浸漬することで行った。８時間浸
漬した後の腐食減量を測定し、単位面積当たりの腐食速
度を算出して耐硫酸腐食性を評価した。なお、耐硫酸腐
食性の目標値は2.0g/（m²・ｈ）以下とした。

表３に、熱間加工性と耐硫酸腐食性の調査結果を示
す。

表３から、Cu含有量が本発明で規定する上限を超える
鋼20は、1280℃での絞りが０％で、更に950℃における
絞りも５％と低く熱間加工性が極めて劣ることが明らか
である。既に述べたように、この鋼20は熱間での鍛造時
に割れを生じて鋼板の製造ができなかった。

又、Mo含有量が高めに外れた鋼19、Al含有量が高めに
外れた鋼21及びＮ含有量が高めに外れた鋼18、鋼24及び
鋼25では950℃での絞りが50％に達せず熱間加工性に劣
ることがわかる。

図１に、950℃における熱間加工性の調査結果を前記
した式で表されるfn1で整理して示す。図１から、成
分の含有量（化学組成）が本発明で規定する範囲にあっ
て、しかも式で表されるfn1の値が23.0％以下である
鋼は、絞りが大きく熱間加工性が良好であることがわか
る。fn1の値が22.6％以下の鋼の場合には、熱間加工性
が更に良好になることも明らかである。

一方、表３から、Cu含有量の増加に伴い耐硫酸腐食性
が向上し、3.0％を超えるCuを本発明で規定する範囲のC
r及びMoとともに含有させ、しかもＮの含有量を本発明
で規定するように低くした場合に目標の2.0g/（m²・
ｈ）以下の腐食速度が達せられることが明らかである。

Cuの含有量が４％を超えると耐硫酸腐食性は更に向上
し、Cuの含有量が５％を超えると極めて良好な耐硫酸腐
食性が得られることもわかる。

又、Mo含有量の増加に伴い耐硫酸腐食性が向上し、2.
0％を超えるMoを本発明で規定する範囲のCu及びCrとと
もに含有させ、しかもＮを本発明で規定する含有量に規
制した場合に目標が達せられることが明らかである。

更に、オーステナイト系ステンレス鋼に良好な耐硫酸
腐食性を確保させるためには、Ｎ含有量を0.05％未満に
すれば良いこともわかる。

Niの含有量が低い鋼14やCr含有量が低い鋼15の耐硫酸
腐食性が低いことも明らかである。

図２に、耐硫酸腐食性（腐食速度）を式で表される
fn2で整理して示す。図２から、成分（化学組成）が本
発明で規定する含有量の範囲にあって、しかも式で表
されるfn2の値が2.0以下である鋼は、腐食速度が小さく
耐硫酸腐食性に一層優れていることが明らかである。

（実施例２）表４に示す化学組成を有するオーステナイト系ステン
レス鋼を20Kg高周波真空溶解炉を用いて溶製した。表４
における鋼26〜31は化学組成が本発明で規定する含有量
の範囲内にある本発明例、鋼32〜35は成分のいずれかが
本発明で規定する含有量の範囲から外れた比較例であ
る。なお、表４には前記した式で表されるfn1及び
式で表されるfn2の値も併記した。

上記の各鋼の鋼塊表面部から平行部の直径が10mmで長
さが110mmの試験片を切り出し、実施例１の場合と同様
にグリーブル試験機を用いて、1280℃又は950℃に加熱
後、１秒^-1の歪速度で高温引張り試験を行い、絞り
（％）を測定して熱間加工性を調査した。

次いで、鋼塊の残りの部分に通常の方法による熱間鍛
造と熱間圧延を施して、厚さ8mmの鋼板に仕上げた。こ
の鋼板を鋼の化学組成に応じて1050〜1150℃し、次い
で、厚さ3mm×幅10mm×長さ40mmの腐食試験片を機械加
工によって作製し、実施例１と同じ条件で硫酸環境中で
の腐食試験に供した。なお、Cuを8.1％含有させた鋼34
は、後述するように熱間加工性が極めて低く、熱間での
鍛造時に割れを生じて鋼板の製造ができなかった。

なお、実施例１の場合と同じく、熱間加工性の目標は
絞りで50％以上、耐硫酸腐食性の目標値は2.0g/（m²・
ｈ）以下とした。

表５に、熱間加工性と耐硫酸腐食性の調査結果を示
す。

表５から、Cu含有量が高い鋼34は、1280℃での絞りが
０％で、更に950℃における絞りも10％と低く熱間加工
性が極めて劣ることが明らかである。既に述べたよう
に、この鋼34は熱間での鍛造時に割れを生じて鋼板の製
造ができなかった。

Ｎ含有量が高めに外れた鋼33では950℃での絞りが50
％に達せず熱間加工性に劣ることも明らかである。

表５から、Cuの含有量が低い鋼32と鋼35の耐硫酸腐食
性が低いことも明らかである。

更に、成分の含有量（化学組成）が本発明で規定する
範囲にあって、しかも式で表されるfn1の値が23.0％
以下である鋼は、絞りが大きく熱間加工性が良好である
ことも明らかである。

成分（化学組成）が本発明で規定する含有量の範囲に
あって、しかも式で表されるfn2の値が2.0以下である
鋼は、腐食速度が小さく耐硫酸腐食性に一層優れている
ことも明らかである。

〔産業上の利用可能性〕

本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、高濃度の
硫酸が凝結する環境での耐食性に優れるとともに良好な
熱間加工性を有する。このため、火力発電用ボイラや産
業用ボイラなどの排ガス系部材（例えば、熱交換器、煙
道及び煙突）、更には、各種産業で使用される排煙脱硫
装置用部材や硫酸環境で使用される構造部材など各種部
材に使用することができる。

図面の簡単な説明図１は、実施例で用いた鋼の950℃における熱間加工
性と後述の式で表されるfn1との関係を示す図であ
る。

図２は、実施例で用いた鋼の温度が100℃で硫酸濃度
が70％の溶液中での腐食速度と後述の式で表されるfn
2との関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭49−15615（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−124411（ＪＰ，Ａ) 特開平２−170946（ＪＰ，Ａ) 特開平４−346638（ＪＰ，Ａ) 特開平６−128699（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、C:0.05％以下、Si:1.0％以下、
Mn:2.0％以下、P:0.04％以下、S:0.01％以下、Ni:12〜2
7％、Cr:15％以上20％未満、Cu:3.0％を超えて8.0％以
下（但し、3.5％以下を除く）、Mo:2.0％を超えて5.0％
以下、Nb:0〜1.0％、Ti:0〜0.5％、W:0〜5.0％、Zr:0〜
1.0％、Al:0〜0.5％、N:0.05％未満、Ca:0〜0.01％、B:
0〜0.01％、希土類元素：合計で０〜0.01％を含み、残
部はFe及び不可避不純物からなる耐硫酸腐食性と加工性
に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項２】重量％で、C:0.05％以下、Si:0.05〜1.0
％、Mn:0.1〜2.0％、P:0.04％以下、S:0.01％以下、Ni:
12〜27％、Cr:16％以上20％未満、Cu:3.0％を超えて8.0
％以下（但し、3.5％以下を除く）、Mo:2.0％を超えて
5.0％以下、Al:0〜0.5％、N:0.05％未満、Ca:0〜0.01
％、B:0〜0.01％、希土類元素：合計で０〜0.01％を含
み、残部はFe及び不可避不純物からなる耐硫酸腐食性と
加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】Niの含有量が15％を超えて27％以下、且
つ、Cuの含有量が5.0％を超えて8.0％以下である請求の
範囲１に記載の耐硫酸腐食性と加工性に優れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】Niの含有量が15％を超えて27％以下、且
つ、Moの含有量が3.0％を超えて5.0％以下である請求の
範囲１に記載の耐硫酸腐食性と加工性に優れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼。
【請求項５】式中の元素記号をその元素の重量％での含
有量として、下記式で表されるfn1が23.0％以下であ
る請求の範囲１から４までのいすれかに記載の耐硫酸腐
食性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。 fn1＝2Cu＋0.5Mo＋300N ・・・
【請求項６】式中の元素記号をその元素の重量％での含
有量として、下記式で表されるfn2が2.0以下である請
求の範囲１から４までのいすれかに記載の耐硫酸腐食性
と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。 fn2＝{10/(Cu＋0.2)^2.3}＋{5/(Mo＋0.1)^２}＋300N²・・
・
【請求項７】式中の元素記号をその元素の重量％での含
有量として、下記式で表されるfn1が23.0％以下、且
つ、下記式で表されるfn2が2.0以下である請求の範囲
１から４までのいすれかに記載の耐硫酸腐食性と加工性
に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。 fn1＝2Cu＋0.5Mo＋300N ・・・ fn2＝{10/(Cu＋0.2)^2.3}＋{5/(Mo＋0.1)^２}＋300N²・・
・
【請求項８】fn1が22.6％以下である請求の範囲５又は
７に記載の耐硫酸腐食性と加工性に優れたオーステナイ
ト系ステンレス鋼。
【請求項９】素材が請求の範囲１から８までのいすれか
に記載の耐硫酸腐食性と加工性に優れたオーステナイト
系ステンレス鋼である火力発電用ボイラや産業用ボイラ
などの排ガス系部材。
【請求項１０】素材が請求の範囲１から８までのいすれ
かに記載の耐硫酸腐食性と加工性に優れたオーステナイ
ト系ステンレス鋼である排煙脱硫装置用部材。
【請求項１１】素材が請求の範囲１から８までのいすれ
かに記載の耐硫酸腐食性と加工性に優れたオーステナイ
ト系ステンレス鋼である硫酸環境で使用される構造部
材。