JP3541458B2 - 高温塩害特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
高温塩害特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は高温塩害特性に優れるフェライト系ステンレス鋼、並びにこれを用いた廃棄物焼却炉の廃棄ダクト材および自動車排気系材料に関する。本発明は、さらに詳しくは、高価なＭｏを含有せず、Ｓｉの低減およびＡｌ含有によるステンレス鋼の耐高温塩害特性の著しい改善および安定化元素添加による靱性改善に基づいて、材料のコスト低減を実現することができる高温塩害特性を有するフェライト系ステンレス鋼、並びにこれを用いた廃棄物焼却炉の廃棄ダクト材および自動車排気系材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フェライト系ステンレス鋼の耐食性を改善する元素として、Ｍｏを添加した鋼種、例えば１８％Ｃｒ−２％Ｍｏ鋼であるＳＵＳ４４４、１８％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼であるＳＵＳ４３６などのように規格化されている。周知のように、Ｍｏは高価な元素であり、１％の添加でも大幅なコストアップとなる。特に、塩素イオンによる腐食が問題となる用途、例えば温水器、給水、給湯用配管等には、前述のＭｏ含有ステンレス鋼を使用せざるをえなかった。これらは、せいぜい１００℃程度の使用環境である。
【０００３】
このようなＭｏの添加効果の知見から、Ｍｏの効果は７００℃のような高温でも有効であるとの類推がなされ、廃棄物焼却炉の廃棄ダクト材への適用が検討され、実用化されている。ところが、廃棄ダクト環境は、塩化物、溶融塩化物等がダクト材に付着し、７００℃、７５０℃のような高温まで加熱される環境であり、いわゆる耐高温塩害特性が要求される部材である。
【０００４】
フェライト系ステンレス鋼にＣｒ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｏ，Ａｌ等を所定量添加し、Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｎ，Ｐ，Ｓについて後に記載する本発明範囲で（１）式が成立する組成の試験片について、高温塩害試験方法として、２６％の食塩水に５分浸漬した後７００℃、７５０℃、または８００℃での２時間加熱および５分間冷却し、これを１サイクルとし、１０サイクル後、腐食生成物を除去し、質量変化を調べた。その結果を図１、２、３に示す。図１、２に示すように、７００、７５０℃の高温塩害特性向上には、Ｍｏの効果は非常に大きいことがわかる。
【０００５】
しかし、近年、燃焼効率向上から、廃棄ダクトの温度が８００℃程度まで上昇し、Ｍｏ含有のフェライト系ステンレス鋼では寿命が著しく短くなってきた。また高価なＭｏを含有していることも産業上非常に不利益である。そこで、Ｍｏを含有せず、かつ高温塩害特性に優れた安価なフェライト系ステンレス鋼の開発が強く求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、特開平６−１３６４８８号公報では、フェライト系ステンレス鋼にＭｏおよびＷを添加し、７００℃の高温塩害特性を改善している。従来技術の項で述べたように、Ｍｏ，Ｗは高価であるとともに、後に実施例で説明する図３に示したように８００℃での耐高温塩害効果は非常に小さい。
さらに、特開昭５９−１７９７５８号公報では、適量のＳｉとともに、Ａｌ，Ｃｕを複合添加することにより５３８℃における高温塩害特性（本文では高温耐食性としてある）の改善が開示されている。図１〜３に示したように、高温塩害特性は、温度によって添加元素の効果が大きく異なることがわかった。このため、特開昭５９−１７９７５８号公報の技術では、７００℃以上の高温環境では十分な特性を示しえない。また、特開平５−１２５４９１号公報では、６５０℃における高温塩害の向上をＳｉ添加によって達成している。しかし、図３に示したように、Ｓｉでは８００℃の高温塩害特性の向上が十分ではなく、現在問題となってきた８００℃以上の高温に対応できる耐高温塩害特性には、不十分である。
【０００７】
本発明の目的は、７００℃以上の環境下で、特に８００℃以上ですぐれた耐高温塩害特性を有し、Ｍｏの含有なしの安価なフェライト系ステレンス鋼において、１８％Ｃｒ−２％Ｍｏ鋼であるＳＵＳ４４４以上の特性に改善したフェライト系ステンレス鋼、並びにこれを用いた廃棄物焼却炉の廃棄ダクト材および自動車排気系材料を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＳｉとＡｌおよび安定化元素の作用を詳細に研究した結果、低Ｓｉにおいてのみ、Ａｌが７００℃以上、特に８００℃における高温塩害特性を著しく改善するとの新規な知見を得て、また安定化元素の適用により、充分実用的な靱性を得て、この発明をなし遂げた。
理由は充分解明できてはいないが、７００℃以上、特に８００℃以上のような塩化物付着環境では、Ｓｉは水溶性の化合物となり溶液中にとけでてしまい高温塩害特性向上の寄与が少ないと考えられる。
【０００９】
一方、本発明鋼のように高Ａｌ含有の場合、Ａｌが高温塩害特性を改善することに関係するものと考えられるが、Ｓｉ添加は高温塩害特性の効果のあるＡｌの効果を低減してしまう。これは、７００℃以上、特に８００℃以上においても塩化物付着環境下において効果の大きなＡｌ皮膜の生成をＳｉ皮膜が抑制するためであろうと考えている。そのため、低ＳｉにおいてＡｌの高温塩害特性に及ぼす効果は大きいのであろう。
【００１０】
本発明鋼は、Ａｌ、Ｓｉ含有量の最適化、安定化元素の添加により、８００℃においては２％Ｍｏを含有するＳＵＳ４４４よりもはるかに優れた耐高温塩害特性、熱延工程で破断の心配のない良好な製造性を有する安価なフェライト系ステンレス鋼の開発に成功した。
【００１１】
即ち、本発明は、
Ｃ ：０．１ｍａｓｓ％以下、 Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１１〜２５ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：０．１〜２ｍａｓｓ％、 Ｎ ：０．１ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：１〜６ｍａｓｓ％、 Ｐ ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ ：０．００５ｍａｓｓ％以下 および、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＶおよびＴａのうち少なくとも１種をＣ，Ｎの含有量に応じて、下式（１）を満たす範囲で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物よりなる高温塩害特性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供するものである。
Ｔｉｍａｓｓ％／４８＋Ｎｂｍａｓｓ％／９３＋Ｚｒｍａｓｓ％／９１＋Ｖｍａｓｓ％／５１＋Ｔａｍａｓｓ％／１８１≧Ｃｍａｓｓ％／１２＋Ｎｍａｓｓ％／１４・・・・・（１）
さらに本発明は、上述の高温塩害特性に優れたフェライト系ステンレス鋼において、さらに、Ａｌ／Ｓｉ（質量比）≧２０であるフェライト系ステンレス鋼を提供するものである。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、下記高温塩害試験時の質量変化が２０１ｍｇ／ｃｍ 2 以下であることが好ましい。
高温塩害試験：冷延焼鈍板試験片を２６％の食塩水に５分浸漬した後８００℃での２時間加熱および５分間冷却し、これを１サイクルとし、１０サイクル後、腐食生成物を除去し、質量変化を調べた。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、塩化物存在下最高温度８００℃以上の高温環境での使用に好ましい。
また、本発明は、このようなフェライト系ステンレス鋼を用いた廃棄ダクト材および自動車排気系材料を提供する。
【００１２】
【作用】
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のステンレス鋼成分は、
Ｃ ：０．１ｍａｓｓ％以下、 Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１１〜２５ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｎ ：０．１ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：１〜６ｍａｓｓ％、 Ｐ ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ ：０．００５ｍａｓｓ％以下 および、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＶおよびＴａのうち少なくとも１種をＣ，Ｎの含有量に応じて、下式（１）を満たす範囲で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物よりなる高温塩害特性に優れたフェライト系ステンレス鋼である。
Ｔｉ％／４８＋Ｎｂ％／９３＋Ｚｒ％／９１＋Ｖ％／５１＋Ｔａ％／１８１≧Ｃ％／１２＋Ｎ％／１４・・・・・（１）
なお、以下の文では特に断らないかぎり％はｍａｓｓ％である。
【００１３】
前述のように、本発明のフェライト系ステンレス鋼は、Ａｌ含有量を多くし、Ｓｉの添加量を小さくすることにより、さらにはＡｌ／Ｓｉ質量比を規制することにより、特に７００℃以上、さらには８００℃以上における高温での塩害特性を向上させ、またＭｏを含有していないために著しく安価である。
【００１４】
次に、本発明による上記組成の限定理由について説明する。
Ｃ：
Ｃは高温塩害特性に大きく影響する元素であり、Ｃ量が低い程好ましい。製造性からも低い程好ましく、０．１％以下にする必要がある。
【００１５】
Ｓｉ：
図１、２、３に示したように、Ｓｉは７００℃、７５０℃での耐高温塩害特性の向上に寄与するものの、８００℃での効果は小さい。この意味から、添加する必要はない。また、図３に示したように、高Ｓｉ添加の場合、８００℃の高温塩害特性に及ぼすＡｌの効果を低減してしまう。この点からＳｉは低い程好ましい。一方、脱酸材としてまた室温での強度を得るため添加する必要があり、上限を１．０％とする。好ましくは、０．３％以下である。さらに好ましくは０．１％以下である。
なお、図１、２、３で高温塩害特性を測定したフェライト系ステンレス鋼の図に示した成分以外の組成は以下のとおりである。
Ｃ；０．００５〜０．０１０ Ｍｎ；０．３〜０．４
Ｎｉ；０．１〜０．３ Ｎ；０．００２〜０．００６
Ｐ；０．０１９〜０．０３０ Ｓ；０．００２
Ｆｅ；残部
【００１６】
Ｍｎ：
Ｍｎは、脱硫作用があるが、多量に添加すると、靱性、加工性が低下するため、上限を２％とする。好ましくは０．５％以下である。さらに好ましくは０．１％以下である。
【００１７】
Ｎｉ：
Ｎｉは特に靱性を向上させたい場合、添加してもよい。２％以上では、その効果も飽和するため、上限を２％とする。０．１％未満では効果がないので下限とした。
【００１８】
Ｃｒ：
１１％未満ではステンレス鋼としての常温耐食性を維持できない。また２５％を越えると、熱間加工性が劣化するため、１１〜２５％とする。高くなると靱性が劣化するので、さらに好ましくは１１〜２０％である。
【００１９】
Ｎ：
Ｎは高温塩害特性に大きく影響する元素であり、Ｎ量が多いと、Ａｌとの結合量が増え、高温塩害特性に有効なＡｌを減少させるため、０．１％以下にする必要がある。
【００２０】
Ｐ：
Ｐは、熱間加工性の点から少ない方が好ましく、０．０４％以下にする必要がある。
【００２１】
Ｓ：
Ｓも、熱間加工性の点から少ない方が好ましく、０．００５％以下にする必要がある。
【００２２】
Ａｌ：
Ａｌは本発明に重要な元素である。図３に示すように、Ａｌは特に低Ｓｉ鋼の場合、８００℃での高温塩害特性を著しく改善する。図３では、１２％Ｃｒ鋼と１８％Ｃｒ鋼の間の耐高温塩害特性の差は小さいこともわかり、この温度では、Ｍｏ，Ｓｉ，Ｃｒの効果はＡｌの効果と比較すると著しく小さいことが注目される。一般にＡｌは耐食性改善効果は小さいとされており、図３に示すような高温時Ａｌの効果は、画期的発見といえる。
このようなＡｌの効果は１％以上の添加で明確に現れる。６％を越えると靱性が劣化するため、１％〜６％に限定する。好ましくは、１〜４％である。さらに好ましくは高靱性のためには添加量は１〜２％である。特に、図４に示したようにＡｌ／Ｓｉ（質量比）≧２０であると耐高温塩害特性がさらに高い。Ａｌ／Ｓｉ＜２０では、８００℃での耐高温塩害特性が若干劣る。Ａｌ／Ｓｉ比は好ましくは３０以上である。
【００２３】
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ：
これらは、Ｃ．Ｎと結合し、Ａｌの炭窒化物生成を回避し、高温塩害特性に有効なＡｌの効果を充分に引き出すため必要である。また靱性を改善し、良好な製造性を得るため１種または２種以上をいずれの場合も０．０１〜１．０％の範囲でかつＣ，Ｎと結合させるため（１）式
Ｔｉ％／４８＋Ｎｂ％／９３＋Ｚｒ％／９１＋ Ｖ％／５１＋Ｔａ％／１８１≧Ｃ％／１２＋Ｎ％／１４・・・・・（１）
を満たす範囲で含有させることが必要であり、この条件の下では、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａの作用効果は均等である。又これらは加工性改善効果もある。
ただし各成分ともに０．０１％未満では、その効果が現れず、また１％を越えると靱性加工性を害するため０．０１〜１％に限定した。好ましくは、０．１％〜０．３％である。
【００２４】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例）
表１に示す所定の化学組成を有するステンレス鋼を真空溶解炉で溶製し、３０ｋｇ鋼塊とした。以下公知の方法により４ｍｍへ熱間圧延、焼きなまし、２ｍｍへ冷間圧延、仕上げ焼きなましを行なった。４ｍｍ仕上げの熱間圧延材をシャルピー衝撃試験に供した。また２ｍｍ仕上げの冷延焼鈍板を８００℃の高温塩害試験に供した。
【００２５】
高温塩害試験方法は、２ｍｍ（厚）×２０ｍｍ（幅）×３０ｍｍ（長）の試験片を２６％の飽和食塩水に５分間浸漬し、７００、７５０、あるいは８００℃で２時間加熱、その後５分間冷却し、これを１サイクルとし１０サイクル後に表面に付着した腐食生成物を除去した後の質量減少量を測定した。
【００２６】
その結果を表２に示す。表より明らかなようにＣ，Ｎを安定化元素で固定し、かつ低ＳｉでありＡｌを複合添加した場合、本発明鋼１〜７、１０〜１４は、比較鋼Ａである２％Ｍｏ添加鋼、ＳＵＳ４４４よりも著しい耐高温塩害特性の向上、また２０℃熱延板の靱性も良好である。しかし、Ｃ，Ｎを安定化していない比較鋼Ｆでは、２０℃熱延板の靱性が悪く、製造時に破断の危険が高い。比較鋼Ｃは、高Ｓｉ材であり、Ａｌによる８００℃耐高温塩害性向上の効果が小さい。本発明鋼８、９に示したように、高Ｃｒ鋼においてもＡｌの効果は著しいことがわかる。
また、Ａｌ／Ｓｉ＜２０の鋼は、２０以上の鋼に比較して８００℃における耐高温塩害特性が若干劣る。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、Ｍｏを含有せずとも、Ａｌ，Ｓｉ，安定化元素のバランスを最適化することにより、１８％Ｃｒ−２％Ｍｏ鋼であるＳＵＳ４４４よりはるかに優れた８００℃の耐高温塩害特性を有し、かつ安価なフェライト系ステンレス鋼が得られる。
本発明鋼は、廃棄ダクト材および冷延焼鈍板に限定されるものではなく、高温において塩害が問題となる部材には冷延板、熱延板、鋳物状態等に限定されず、極めて好適に適用できることはいうまでもない。例えば、自動車排気系材料の場合、塩分を含んだ泥水や凍結防止材を含んだ水等が付着しやすく、高温に加熱され、耐高温塩害特性が重要視されるため、本発明鋼が好適に用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】７００℃における高温塩害特性に及ぼすＳｉ，Ｍｏ，Ａｌの影響を示す図である。
【図２】７５０℃における高温塩害特性に及ぼすＳｉ，Ｍｏ，Ａｌの影響を示す図である。
【図３】８００℃における高温塩害特性に及ぼすＳｉ，Ｍｏ，Ａｌの影響を示す図である。
【図４】８００℃における高温塩害特性に及ぼすＡｌ／Ｓｉの影響を示す図である。
【産業上の利用分野】
本発明は高温塩害特性に優れるフェライト系ステンレス鋼、並びにこれを用いた廃棄物焼却炉の廃棄ダクト材および自動車排気系材料に関する。本発明は、さらに詳しくは、高価なＭｏを含有せず、Ｓｉの低減およびＡｌ含有によるステンレス鋼の耐高温塩害特性の著しい改善および安定化元素添加による靱性改善に基づいて、材料のコスト低減を実現することができる高温塩害特性を有するフェライト系ステンレス鋼、並びにこれを用いた廃棄物焼却炉の廃棄ダクト材および自動車排気系材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フェライト系ステンレス鋼の耐食性を改善する元素として、Ｍｏを添加した鋼種、例えば１８％Ｃｒ−２％Ｍｏ鋼であるＳＵＳ４４４、１８％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼であるＳＵＳ４３６などのように規格化されている。周知のように、Ｍｏは高価な元素であり、１％の添加でも大幅なコストアップとなる。特に、塩素イオンによる腐食が問題となる用途、例えば温水器、給水、給湯用配管等には、前述のＭｏ含有ステンレス鋼を使用せざるをえなかった。これらは、せいぜい１００℃程度の使用環境である。
【０００３】
このようなＭｏの添加効果の知見から、Ｍｏの効果は７００℃のような高温でも有効であるとの類推がなされ、廃棄物焼却炉の廃棄ダクト材への適用が検討され、実用化されている。ところが、廃棄ダクト環境は、塩化物、溶融塩化物等がダクト材に付着し、７００℃、７５０℃のような高温まで加熱される環境であり、いわゆる耐高温塩害特性が要求される部材である。
【０００４】
フェライト系ステンレス鋼にＣｒ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｏ，Ａｌ等を所定量添加し、Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｎ，Ｐ，Ｓについて後に記載する本発明範囲で（１）式が成立する組成の試験片について、高温塩害試験方法として、２６％の食塩水に５分浸漬した後７００℃、７５０℃、または８００℃での２時間加熱および５分間冷却し、これを１サイクルとし、１０サイクル後、腐食生成物を除去し、質量変化を調べた。その結果を図１、２、３に示す。図１、２に示すように、７００、７５０℃の高温塩害特性向上には、Ｍｏの効果は非常に大きいことがわかる。
【０００５】
しかし、近年、燃焼効率向上から、廃棄ダクトの温度が８００℃程度まで上昇し、Ｍｏ含有のフェライト系ステンレス鋼では寿命が著しく短くなってきた。また高価なＭｏを含有していることも産業上非常に不利益である。そこで、Ｍｏを含有せず、かつ高温塩害特性に優れた安価なフェライト系ステンレス鋼の開発が強く求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、特開平６−１３６４８８号公報では、フェライト系ステンレス鋼にＭｏおよびＷを添加し、７００℃の高温塩害特性を改善している。従来技術の項で述べたように、Ｍｏ，Ｗは高価であるとともに、後に実施例で説明する図３に示したように８００℃での耐高温塩害効果は非常に小さい。
さらに、特開昭５９−１７９７５８号公報では、適量のＳｉとともに、Ａｌ，Ｃｕを複合添加することにより５３８℃における高温塩害特性（本文では高温耐食性としてある）の改善が開示されている。図１〜３に示したように、高温塩害特性は、温度によって添加元素の効果が大きく異なることがわかった。このため、特開昭５９−１７９７５８号公報の技術では、７００℃以上の高温環境では十分な特性を示しえない。また、特開平５−１２５４９１号公報では、６５０℃における高温塩害の向上をＳｉ添加によって達成している。しかし、図３に示したように、Ｓｉでは８００℃の高温塩害特性の向上が十分ではなく、現在問題となってきた８００℃以上の高温に対応できる耐高温塩害特性には、不十分である。
【０００７】
本発明の目的は、７００℃以上の環境下で、特に８００℃以上ですぐれた耐高温塩害特性を有し、Ｍｏの含有なしの安価なフェライト系ステレンス鋼において、１８％Ｃｒ−２％Ｍｏ鋼であるＳＵＳ４４４以上の特性に改善したフェライト系ステンレス鋼、並びにこれを用いた廃棄物焼却炉の廃棄ダクト材および自動車排気系材料を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＳｉとＡｌおよび安定化元素の作用を詳細に研究した結果、低Ｓｉにおいてのみ、Ａｌが７００℃以上、特に８００℃における高温塩害特性を著しく改善するとの新規な知見を得て、また安定化元素の適用により、充分実用的な靱性を得て、この発明をなし遂げた。
理由は充分解明できてはいないが、７００℃以上、特に８００℃以上のような塩化物付着環境では、Ｓｉは水溶性の化合物となり溶液中にとけでてしまい高温塩害特性向上の寄与が少ないと考えられる。
【０００９】
一方、本発明鋼のように高Ａｌ含有の場合、Ａｌが高温塩害特性を改善することに関係するものと考えられるが、Ｓｉ添加は高温塩害特性の効果のあるＡｌの効果を低減してしまう。これは、７００℃以上、特に８００℃以上においても塩化物付着環境下において効果の大きなＡｌ皮膜の生成をＳｉ皮膜が抑制するためであろうと考えている。そのため、低ＳｉにおいてＡｌの高温塩害特性に及ぼす効果は大きいのであろう。
【００１０】
本発明鋼は、Ａｌ、Ｓｉ含有量の最適化、安定化元素の添加により、８００℃においては２％Ｍｏを含有するＳＵＳ４４４よりもはるかに優れた耐高温塩害特性、熱延工程で破断の心配のない良好な製造性を有する安価なフェライト系ステンレス鋼の開発に成功した。
【００１１】
即ち、本発明は、
Ｃ ：０．１ｍａｓｓ％以下、 Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１１〜２５ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：０．１〜２ｍａｓｓ％、 Ｎ ：０．１ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：１〜６ｍａｓｓ％、 Ｐ ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ ：０．００５ｍａｓｓ％以下 および、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＶおよびＴａのうち少なくとも１種をＣ，Ｎの含有量に応じて、下式（１）を満たす範囲で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物よりなる高温塩害特性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供するものである。
Ｔｉｍａｓｓ％／４８＋Ｎｂｍａｓｓ％／９３＋Ｚｒｍａｓｓ％／９１＋Ｖｍａｓｓ％／５１＋Ｔａｍａｓｓ％／１８１≧Ｃｍａｓｓ％／１２＋Ｎｍａｓｓ％／１４・・・・・（１）
さらに本発明は、上述の高温塩害特性に優れたフェライト系ステンレス鋼において、さらに、Ａｌ／Ｓｉ（質量比）≧２０であるフェライト系ステンレス鋼を提供するものである。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、下記高温塩害試験時の質量変化が２０１ｍｇ／ｃｍ 2 以下であることが好ましい。
高温塩害試験：冷延焼鈍板試験片を２６％の食塩水に５分浸漬した後８００℃での２時間加熱および５分間冷却し、これを１サイクルとし、１０サイクル後、腐食生成物を除去し、質量変化を調べた。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、塩化物存在下最高温度８００℃以上の高温環境での使用に好ましい。
また、本発明は、このようなフェライト系ステンレス鋼を用いた廃棄ダクト材および自動車排気系材料を提供する。
【００１２】
【作用】
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のステンレス鋼成分は、
Ｃ ：０．１ｍａｓｓ％以下、 Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１１〜２５ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｎ ：０．１ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：１〜６ｍａｓｓ％、 Ｐ ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ ：０．００５ｍａｓｓ％以下 および、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＶおよびＴａのうち少なくとも１種をＣ，Ｎの含有量に応じて、下式（１）を満たす範囲で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物よりなる高温塩害特性に優れたフェライト系ステンレス鋼である。
Ｔｉ％／４８＋Ｎｂ％／９３＋Ｚｒ％／９１＋Ｖ％／５１＋Ｔａ％／１８１≧Ｃ％／１２＋Ｎ％／１４・・・・・（１）
なお、以下の文では特に断らないかぎり％はｍａｓｓ％である。
【００１３】
前述のように、本発明のフェライト系ステンレス鋼は、Ａｌ含有量を多くし、Ｓｉの添加量を小さくすることにより、さらにはＡｌ／Ｓｉ質量比を規制することにより、特に７００℃以上、さらには８００℃以上における高温での塩害特性を向上させ、またＭｏを含有していないために著しく安価である。
【００１４】
次に、本発明による上記組成の限定理由について説明する。
Ｃ：
Ｃは高温塩害特性に大きく影響する元素であり、Ｃ量が低い程好ましい。製造性からも低い程好ましく、０．１％以下にする必要がある。
【００１５】
Ｓｉ：
図１、２、３に示したように、Ｓｉは７００℃、７５０℃での耐高温塩害特性の向上に寄与するものの、８００℃での効果は小さい。この意味から、添加する必要はない。また、図３に示したように、高Ｓｉ添加の場合、８００℃の高温塩害特性に及ぼすＡｌの効果を低減してしまう。この点からＳｉは低い程好ましい。一方、脱酸材としてまた室温での強度を得るため添加する必要があり、上限を１．０％とする。好ましくは、０．３％以下である。さらに好ましくは０．１％以下である。
なお、図１、２、３で高温塩害特性を測定したフェライト系ステンレス鋼の図に示した成分以外の組成は以下のとおりである。
Ｃ；０．００５〜０．０１０ Ｍｎ；０．３〜０．４
Ｎｉ；０．１〜０．３ Ｎ；０．００２〜０．００６
Ｐ；０．０１９〜０．０３０ Ｓ；０．００２
Ｆｅ；残部
【００１６】
Ｍｎ：
Ｍｎは、脱硫作用があるが、多量に添加すると、靱性、加工性が低下するため、上限を２％とする。好ましくは０．５％以下である。さらに好ましくは０．１％以下である。
【００１７】
Ｎｉ：
Ｎｉは特に靱性を向上させたい場合、添加してもよい。２％以上では、その効果も飽和するため、上限を２％とする。０．１％未満では効果がないので下限とした。
【００１８】
Ｃｒ：
１１％未満ではステンレス鋼としての常温耐食性を維持できない。また２５％を越えると、熱間加工性が劣化するため、１１〜２５％とする。高くなると靱性が劣化するので、さらに好ましくは１１〜２０％である。
【００１９】
Ｎ：
Ｎは高温塩害特性に大きく影響する元素であり、Ｎ量が多いと、Ａｌとの結合量が増え、高温塩害特性に有効なＡｌを減少させるため、０．１％以下にする必要がある。
【００２０】
Ｐ：
Ｐは、熱間加工性の点から少ない方が好ましく、０．０４％以下にする必要がある。
【００２１】
Ｓ：
Ｓも、熱間加工性の点から少ない方が好ましく、０．００５％以下にする必要がある。
【００２２】
Ａｌ：
Ａｌは本発明に重要な元素である。図３に示すように、Ａｌは特に低Ｓｉ鋼の場合、８００℃での高温塩害特性を著しく改善する。図３では、１２％Ｃｒ鋼と１８％Ｃｒ鋼の間の耐高温塩害特性の差は小さいこともわかり、この温度では、Ｍｏ，Ｓｉ，Ｃｒの効果はＡｌの効果と比較すると著しく小さいことが注目される。一般にＡｌは耐食性改善効果は小さいとされており、図３に示すような高温時Ａｌの効果は、画期的発見といえる。
このようなＡｌの効果は１％以上の添加で明確に現れる。６％を越えると靱性が劣化するため、１％〜６％に限定する。好ましくは、１〜４％である。さらに好ましくは高靱性のためには添加量は１〜２％である。特に、図４に示したようにＡｌ／Ｓｉ（質量比）≧２０であると耐高温塩害特性がさらに高い。Ａｌ／Ｓｉ＜２０では、８００℃での耐高温塩害特性が若干劣る。Ａｌ／Ｓｉ比は好ましくは３０以上である。
【００２３】
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ：
これらは、Ｃ．Ｎと結合し、Ａｌの炭窒化物生成を回避し、高温塩害特性に有効なＡｌの効果を充分に引き出すため必要である。また靱性を改善し、良好な製造性を得るため１種または２種以上をいずれの場合も０．０１〜１．０％の範囲でかつＣ，Ｎと結合させるため（１）式
Ｔｉ％／４８＋Ｎｂ％／９３＋Ｚｒ％／９１＋ Ｖ％／５１＋Ｔａ％／１８１≧Ｃ％／１２＋Ｎ％／１４・・・・・（１）
を満たす範囲で含有させることが必要であり、この条件の下では、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａの作用効果は均等である。又これらは加工性改善効果もある。
ただし各成分ともに０．０１％未満では、その効果が現れず、また１％を越えると靱性加工性を害するため０．０１〜１％に限定した。好ましくは、０．１％〜０．３％である。
【００２４】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例）
表１に示す所定の化学組成を有するステンレス鋼を真空溶解炉で溶製し、３０ｋｇ鋼塊とした。以下公知の方法により４ｍｍへ熱間圧延、焼きなまし、２ｍｍへ冷間圧延、仕上げ焼きなましを行なった。４ｍｍ仕上げの熱間圧延材をシャルピー衝撃試験に供した。また２ｍｍ仕上げの冷延焼鈍板を８００℃の高温塩害試験に供した。
【００２５】
高温塩害試験方法は、２ｍｍ（厚）×２０ｍｍ（幅）×３０ｍｍ（長）の試験片を２６％の飽和食塩水に５分間浸漬し、７００、７５０、あるいは８００℃で２時間加熱、その後５分間冷却し、これを１サイクルとし１０サイクル後に表面に付着した腐食生成物を除去した後の質量減少量を測定した。
【００２６】
その結果を表２に示す。表より明らかなようにＣ，Ｎを安定化元素で固定し、かつ低ＳｉでありＡｌを複合添加した場合、本発明鋼１〜７、１０〜１４は、比較鋼Ａである２％Ｍｏ添加鋼、ＳＵＳ４４４よりも著しい耐高温塩害特性の向上、また２０℃熱延板の靱性も良好である。しかし、Ｃ，Ｎを安定化していない比較鋼Ｆでは、２０℃熱延板の靱性が悪く、製造時に破断の危険が高い。比較鋼Ｃは、高Ｓｉ材であり、Ａｌによる８００℃耐高温塩害性向上の効果が小さい。本発明鋼８、９に示したように、高Ｃｒ鋼においてもＡｌの効果は著しいことがわかる。
また、Ａｌ／Ｓｉ＜２０の鋼は、２０以上の鋼に比較して８００℃における耐高温塩害特性が若干劣る。
【００２７】
【表１】
【表２】
【表３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、Ｍｏを含有せずとも、Ａｌ，Ｓｉ，安定化元素のバランスを最適化することにより、１８％Ｃｒ−２％Ｍｏ鋼であるＳＵＳ４４４よりはるかに優れた８００℃の耐高温塩害特性を有し、かつ安価なフェライト系ステンレス鋼が得られる。
本発明鋼は、廃棄ダクト材および冷延焼鈍板に限定されるものではなく、高温において塩害が問題となる部材には冷延板、熱延板、鋳物状態等に限定されず、極めて好適に適用できることはいうまでもない。例えば、自動車排気系材料の場合、塩分を含んだ泥水や凍結防止材を含んだ水等が付着しやすく、高温に加熱され、耐高温塩害特性が重要視されるため、本発明鋼が好適に用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】７００℃における高温塩害特性に及ぼすＳｉ，Ｍｏ，Ａｌの影響を示す図である。
【図２】７５０℃における高温塩害特性に及ぼすＳｉ，Ｍｏ，Ａｌの影響を示す図である。
【図３】８００℃における高温塩害特性に及ぼすＳｉ，Ｍｏ，Ａｌの影響を示す図である。
【図４】８００℃における高温塩害特性に及ぼすＡｌ／Ｓｉの影響を示す図である。
Claims (6)
- Ｃ ：０．１ｍａｓｓ％以下、 Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１１〜２５ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：０．１〜２ｍａｓｓ％、 Ｎ ：０．１ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：１〜６ｍａｓｓ％、 Ｐ ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ ：０．００５ｍａｓｓ％以下 および、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＶおよびＴａのうち少なくとも１種をＣ，Ｎの含有量に応じて、下式（１）を満たす範囲で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物よりなり、
下記高温塩害試験時の質量変化が２０１ｍｇ／ｃｍ 2 以下であるフェライト系ステンレス鋼を用いた廃棄物焼却炉の廃棄ダクト材。
Ｔｉｍａｓｓ％／４８＋Ｎｂｍａｓｓ％／９３＋Ｚｒｍａｓｓ％／９１＋Ｖｍａｓｓ％／５１＋Ｔａｍａｓｓ％／１８１≧Ｃｍａｓｓ％／１２＋Ｎｍａｓｓ％／１４・・・・・（１）
高温塩害試験：冷延焼鈍板試験片を２６％の食塩水に５分浸漬した後８００℃での２時間加熱および５分間冷却し、これを１サイクルとし、１０サイクル後、腐食生成物を除去し、質量変化を調べた。 - Ｃ ：０．１ｍａｓｓ％以下、 Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１１〜２５ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：０．１〜２ｍａｓｓ％、 Ｎ ：０．１ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：１〜６ｍａｓｓ％、 Ｐ ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ ：０．００５ｍａｓｓ％以下、および、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＶおよびＴａのうち少なくとも１種を、ＣおよびＮの含有量に応じて、下式（１）を満たす範囲で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物よりなり、下記高温塩害試験時の質量変化が２０１ｍｇ／ｃｍ 2 以下であるフェライト系ステンレス鋼を用いた自動車排気系材料。
Ｔｉｍａｓｓ％／４８＋Ｎｂｍａｓｓ％／９３＋Ｚｒｍａｓｓ％／９１＋ Ｖｍａｓｓ％／５１＋Ｔａｍａｓｓ％／１８１≧Ｃｍａｓｓ％／１２＋Ｎｍａｓｓ％／１４・・・・・（１）
高温塩害試験：冷延焼鈍板試験片を２６％の食塩水に５分浸漬した後８００℃での２時間加熱および５分間冷却し、これを１サイクルとし、１０サイクル後、腐食生成物を除去し、質量変化を調べた。 - Ｃ ：０．１ｍａｓｓ％以下、 Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１１〜２５ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：０．１〜２ｍａｓｓ％、 Ｎ ：０．１ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：１〜６ｍａｓｓ％、 Ｐ ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ ：０．００５ｍａｓｓ％以下、および、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＶおよびＴａのうち少なくとも１種を、ＣおよびＮの含有量に応じて、下式（１）を満たす範囲で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物よりなり、下記高温塩害試験時の質量変化が２０１ｍｇ／ｃｍ 2 以下であることを特徴とする塩化物存在下最高温度８００℃以上の高温環境で使用されるフェライト系ステンレス鋼。
Ｔｉｍａｓｓ％／４８＋Ｎｂｍａｓｓ％／９３＋Ｚｒｍａｓｓ％／９１＋Ｖｍａｓｓ％／５１＋Ｔａｍａｓｓ％／１８１≧Ｃｍａｓｓ％／１２＋Ｎｍａｓｓ％／１４・・・・・（１）
高温塩害試験：冷延焼鈍板試験片を２６％の食塩水に５分浸漬した後８００℃での２時間加熱および５分間冷却し、これを１サイクルとし、１０サイクル後、腐食生成物を除去し、質量変化を調べた。 - Ｃ ：０．１ｍａｓｓ％以下、 Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１１〜２５ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：０．１〜２ｍａｓｓ％、 Ｎ ：０．１ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：１〜６ｍａｓｓ％、 Ｐ ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ ：０．００５ｍａｓｓ％以下 および、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＶおよびＴａのうち少なくとも１種をＣ，Ｎの含有量に応じて、下式（１）を満たす範囲で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、かつＡｌ／Ｓｉ（質量比）≧２０であり、残部はＦｅおよび不可避的不純物よりなり、
下記高温塩害試験時の質量変化が２０１ｍｇ／ｃｍ 2 以下であるフェライト系ステンレス鋼を用いた廃棄物焼却炉の廃棄ダクト材。
Ｔｉｍａｓｓ％／４８＋Ｎｂｍａｓｓ％／９３＋Ｚｒｍａｓｓ％／９１＋Ｖｍａｓｓ％／５１＋Ｔａｍａｓｓ％／１８１≧Ｃｍａｓｓ％／１２＋Ｎｍａｓｓ％／１４・・・・・（１）
高温塩害試験：冷延焼鈍板試験片を２６％の食塩水に５分浸漬した後８００℃での２時間加熱および５分間冷却し、これを１サイクルとし、１０サイクル後、腐食生成物を除去し、質量変化を調べた。 - Ｃ ：０．１ｍａｓｓ％以下、 Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１１〜２５ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：０．１〜２ｍａｓｓ％、 Ｎ ：０．１ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：１〜６ｍａｓｓ％、 Ｐ ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、 および、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＶおよびＴａのうち少なくとも１種を、ＣおよびＮの含有量に応じて、下式（１）を満たす範囲で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、かつＡｌ／Ｓｉ（質量比）≧２０であり、残部はＦｅおよび不可避不純物よりなり、下記高温塩害試験時の質量変化が２０１ｍｇ／ｃｍ 2 以下であるフェライト系ステンレス鋼を用いた自動車排気系材料。
Ｔｉｍａｓｓ％／４８＋Ｎｂｍａｓｓ％／９３＋Ｚｒｍａｓｓ％／９１＋Ｖｍａｓｓ％／５１＋Ｔａｍａｓｓ％／１８１≧Ｃｍａｓｓ％／１２＋Ｎｍａｓｓ％／１４・・・・・（１）
高温塩害試験：冷延焼鈍板試験片を２６％の食塩水に５分浸漬した後８００℃での２時間加熱および５分間冷却し、これを１サイクルとし、１０サイクル後、腐食生成物を除去し、質量変化を調べた。 - Ｃ ：０．１ｍａｓｓ％以下、 Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、 Ｃｒ：１１〜２５ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：０．１〜２ｍａｓｓ％、 Ｎ ：０．１ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：１〜６ｍａｓｓ％、 Ｐ ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、 および、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，ＶおよびＴａのうち少なくとも１種を、ＣおよびＮの含有量に応じて、下式（１）を満たす範囲で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、かつＡｌ／Ｓｉ（質量比）≧２０であり、残部はＦｅおよび不可避不純物よりなり、下記高温塩害試験時の質量変化が２０１ｍｇ／ｃｍ 2 以下であることを特徴とする塩化物存在下最高温度８００℃以上の高温環境で使用されるフェライト系ステンレス鋼。
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