JP5324149B2 - 耐食オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
本発明は、耐孔食性および耐すきま腐食性に優れた海水環境での熱交換器用オーステナイト系ステンレス鋼および排煙脱硫装置用オーステナイト系ステンレス鋼に関するものである。
ステンレス鋼は、その良好な耐食性から様々な分野で利用されているが、塩化物イオンが多く存在する環境下、たとえば海水環境や排煙脱硫装置内で用いられる場合には、孔食やすきま腐食など極めて有害な腐食が生じ易く、汎用ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などを使用するには大きな制約があった。
そこで、ＣｒやＭｏ含有量を増加させ、またはＮを添加することで耐食性を向上させる試みがなされてきており、例えば、Ｍｏ含有量が６．０％を超えるオーステナイト系ステンレス鋼等が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、Ｃｒ、Ｍｏの含有量が増加すると、ステンレス鋼の製造過程である鋳造時に、σ相やχ相などの金属間化合物が析出し易くなる。その結果、局所的なＣｒ、Ｍｏの欠乏により耐食性の劣化や熱間加工性の劣化を招くことがあった。
このようなσ相などの金属間化合物の析出を回避するために、オーステナイト相生成元素であるＮｉまたはＮを添加する方法が提案されている。しかしながら、Ｎｉは溶鋼中のＮの溶解度を低下させるため、Ｎｉの必要以上の添加はＣｒ−Ｍｏ系の窒化物の生成を助長させ、σ相やχ相などの金属間化合物と同様に局所的なＣｒ、Ｍｏの欠乏により耐食性の低下を招く。また、Ｎの必要以上の添加は溶鋼中におけるＮの溶解度を超えるため、Ｃｒ−Ｍｏ系窒化物の析出により耐食性の低下を招く。
上記のように、ステンレス鋼の耐食性はＣｒ、Ｍｏ以外にもＮｉ、Ｎまたはその両方により影響されるが、耐食性とＮｉ含有量及びＮ含有量の関係は解明されておらず、塩化物イオンが多く存在する環境下での耐孔食性および耐すきま腐食性の向上が求められている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、σ相などの金属間化合物またはＣｒ−Ｍｏ系の窒化物の析出を抑制し、これにより海水環境等、高濃度の塩化物イオン環境における耐孔食性および耐すきま腐食に優れ、熱交換器用や排煙脱硫装置用に用いることができるオーステナイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
発明者らは、市販の汎用ステンレス鋼、２相ステンレス鋼、高耐食オーステナイトステンレス鋼及び一般的にステンレス鋼より良好な耐食性を有するＮｉ基耐食合金の耐食性と、米国材料試験協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、以下ＡＳＴＭと略称する）により規定されたＧ４８ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄにより評価した臨界すきま腐食発生温度（以下、ＣＣＴと略称する）にはある良好な相関関係があるとの知見を得た。また、海水用あるいは排煙脱硫装置用としての使用に耐え得るには、少なくとも７０℃以上の環境で耐すきま腐食性を有する必要があることが判った。そして、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮは、耐すきま腐食性を向上させる元素であって、耐食性への寄与の程度から各元素がほぼ等価となるように重み付けした総量は「Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ（ただし、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎは各成分元素の含有量（％））」で示され、上記環境で耐食性を有するには、この総量が５６．０以上必要であることを見出した。
但し、前述のように、ＣｒおよびＭｏの含有量が増加すると、金属間化合物の析出が助長され、また、オーステナイト相生成元素であるＮまたはＮｉの含有量が適正でないとＣｒ−Ｍｏ系の窒化物を析出する。そこで、本発明者らはオーステナイト相生成元素のＮｉ、Ｎの両含有量には適正な比率があり、あるＮ含有量には、それに対する適正なＮｉ含有量が存在することを見出した。すなわち、あるＮ含有量に対して適正なＮｉ含有量にしなければ、σ相やχ相の金属間化合物の析出、またはＣｒ−Ｍｏ系窒化物の析出を招き、良好な耐食性が得られない。そして、Ｎ含有量とＮｉ含有量が１５０≦４×Ｎｉ＋１００×Ｎ≦１７０（ただし、Ｎ、Ｎｉは各成分元素の含有量（％））の範囲内にあれば、σ相、χ相、Ｃｒ−Ｍｏ系窒化物の何れも析出が抑制され、良好な耐食性が得られるという新たな知見を得たのである。
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、以上のような知見に基づいてなされたもので、Ｃ：０．０５０％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．００％、Ｍｎ：０．０１〜２．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：２８．００〜３５．００％、Ｃｒ：２３．００〜２７．００％、Ｍｏ：７．００〜９．００％、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｎ：０．３０〜０．５０％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記（１）、（２）式を満足することを特徴としている。
Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ≧５６．０ （１）
１５０≦４×Ｎｉ＋１００×Ｎ≦１７０ （２）
（式中Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎは各成分の質量％での含有量を示す）
Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ≧５６．０ （１）
１５０≦４×Ｎｉ＋１００×Ｎ≦１７０ （２）
（式中Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎは各成分の質量％での含有量を示す）
また、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、Ｗ：０．０１〜１．００％、Ｃｏ：０．０１〜１．００％、Ｖ：０．０１〜１．００％、Ｎｂ：０．０１〜１．００％、Ｔｉ：０．０１〜１．００％のうち、１種または２種以上をさらに含有することを好ましい態様としている。
本発明によれば、σ相などの金属間化合物またはＣｒ−Ｍｏ系の窒化物の析出を抑制し、これにより高濃度の塩化物イオン環境において耐孔食性および耐すきま腐食に優れ、しかも海水熱交換器用や排煙脱硫装置用に使用することのできるオーステナイト系ステンレス鋼を提供することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の基礎となった予備的な実験結果について説明する。
＜予備実験＞
本発明者らはまず、市販の各種ステンレス鋼、及び一般的にステンレス鋼より良好な耐食性を有するＮｉ基耐食合金の、塩化物イオン環境に対する耐すきま腐食性を調査した。供試材は、表１に示した通り、オーステナイトステンレス鋼ではＳＵＳ３１６Ｌ、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３１２５４、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｎ０８３６７、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３１０５３、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３２０５０、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｎ０８３５４の６種類、２相ステンレス鋼にはＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３２２０５、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３２５０６、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３２７５０の３種類、Ｎｉ基耐食合金ではＵＮＳ Ｎｏ．Ｎ０６０２２、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｎ１０２７６の２種類である。なお、ＵＮＳとは、米国規格である金属合金統一番号システム（Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｎｕｍｂｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ Ａｌｌｏｙｓ）の略称である。
まず、本発明の基礎となった予備的な実験結果について説明する。
＜予備実験＞
本発明者らはまず、市販の各種ステンレス鋼、及び一般的にステンレス鋼より良好な耐食性を有するＮｉ基耐食合金の、塩化物イオン環境に対する耐すきま腐食性を調査した。供試材は、表１に示した通り、オーステナイトステンレス鋼ではＳＵＳ３１６Ｌ、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３１２５４、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｎ０８３６７、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３１０５３、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３２０５０、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｎ０８３５４の６種類、２相ステンレス鋼にはＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３２２０５、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３２５０６、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３２７５０の３種類、Ｎｉ基耐食合金ではＵＮＳ Ｎｏ．Ｎ０６０２２、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｎ１０２７６の２種類である。なお、ＵＮＳとは、米国規格である金属合金統一番号システム（Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｎｕｍｂｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ Ａｌｌｏｙｓ）の略称である。
耐すきま腐食性を調査する腐食試験はＡＳＴＭ Ｇ４８ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄに準拠し、供試材は厚さ２または３ｍｍの冷延焼鈍材を２５ｍｍ×５０ｍｍに切断し、更に表面を１２０番の耐水研磨紙で湿式研磨を行い、洗浄後すきま形成治具を付して試験に供した。種々の温度の６％ＦｅＣｌ３＋１％ＨＣｌ水溶液中に７２時間浸漬して、すきま腐食が生じない臨界温度を測定した。その結果を表２及び図１に示す。
塩化物イオン環境下においては、耐食性への寄与の程度から各元素がほぼ等価となるように重み付けした総量「Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ（ただし、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎは各成分元素の含有量（％））」に比例して臨界すきま腐食発生温度が向上することが認められた。前述の通り、海水中や排煙脱硫装置内で良好な耐すきま腐食性を与えるためには、臨界すきま腐食発生温度は７０℃以上であることが求められるが、表２および図１から明らかなように、Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎが５６以上必要であることが判る。
以下、上記数値限定の根拠を本発明の作用とともに説明する。
Ｃ：０．０５０％以下
Ｃは耐食性を低下させる元素であるので少ない方が望ましいが、極端に低減させることは製造コストの増加を招く。Ｃの含有量は０．０５０％までは許容できるのでこの値を上限値とした。ただし、望ましくは０．０３０％以下が良い。
Ｃ：０．０５０％以下
Ｃは耐食性を低下させる元素であるので少ない方が望ましいが、極端に低減させることは製造コストの増加を招く。Ｃの含有量は０．０５０％までは許容できるのでこの値を上限値とした。ただし、望ましくは０．０３０％以下が良い。
Ｓｉ：０．０１〜１．００％
Ｓｉは脱酸のために有効な元素であるので０．０１％以上の添加が必要である。ただし、過剰の添加はその効果が飽和すると共に、σ相やχ相などの金属間化合物の析出を抑制する上で極力低減させる必要があるため、その上限を１．００％とした。望ましくは０．４０％以下、より望ましくは０．２０％以下が良い。
Ｓｉは脱酸のために有効な元素であるので０．０１％以上の添加が必要である。ただし、過剰の添加はその効果が飽和すると共に、σ相やχ相などの金属間化合物の析出を抑制する上で極力低減させる必要があるため、その上限を１．００％とした。望ましくは０．４０％以下、より望ましくは０．２０％以下が良い。
Ｍｎ：０．０１〜２．００％以下
Ｍｎは溶鋼中の窒素の溶解度を増加させるために、少なくとも０．０１％、好ましくは０．７５％、さらに好ましくは０．９５％以上の添加が必要である。しかし、ＭｎもＳｉと同様にσ相やχ相などの金属間化合物の析出を招くため、必要以上の添加は好ましくない。さらに、ＭｎがＭｎＳを形成しない場合であっても耐食性が劣化することが知られている。これらの理由によりＭｎの含有量は最大２．００％とした。好ましくは１．５０％以下、さらに好ましくは０．９５〜１．０５％である。
Ｍｎは溶鋼中の窒素の溶解度を増加させるために、少なくとも０．０１％、好ましくは０．７５％、さらに好ましくは０．９５％以上の添加が必要である。しかし、ＭｎもＳｉと同様にσ相やχ相などの金属間化合物の析出を招くため、必要以上の添加は好ましくない。さらに、ＭｎがＭｎＳを形成しない場合であっても耐食性が劣化することが知られている。これらの理由によりＭｎの含有量は最大２．００％とした。好ましくは１．５０％以下、さらに好ましくは０．９５〜１．０５％である。
Ｐ：０．０４０％以下
Ｐは不純物として不可避的に混入する元素であり、結晶粒界に偏析し易く耐食性及び熱間加工性の観点からは少ない方が望ましい。しかしながら、Ｐの含有量を極端に低減させることは製造コストの増加を招く。Ｐの含有量は０．０４０％までは許容できるのでこの値を上限値とした。ただし、望ましくは０．０３０％以下が良い。
Ｐは不純物として不可避的に混入する元素であり、結晶粒界に偏析し易く耐食性及び熱間加工性の観点からは少ない方が望ましい。しかしながら、Ｐの含有量を極端に低減させることは製造コストの増加を招く。Ｐの含有量は０．０４０％までは許容できるのでこの値を上限値とした。ただし、望ましくは０．０３０％以下が良い。
Ｓ：０．０３０％以下
ＳはＭｎと鋼中介在物ＭｎＳを形成し耐食性を劣化させる。更にはＰと同様に結晶粒界に偏析し易く、熱間加工性を劣化させるので、本発明においては低減させる必要のある元素である。Ｓは０．０３０％を超えて含有するとその有害性が顕著に現れるので、その含有量を０．０３０％以下とした。望ましくは０．０１０％以下、より望ましくは０．００５％以下が良い。
ＳはＭｎと鋼中介在物ＭｎＳを形成し耐食性を劣化させる。更にはＰと同様に結晶粒界に偏析し易く、熱間加工性を劣化させるので、本発明においては低減させる必要のある元素である。Ｓは０．０３０％を超えて含有するとその有害性が顕著に現れるので、その含有量を０．０３０％以下とした。望ましくは０．０１０％以下、より望ましくは０．００５％以下が良い。
Ｎｉ：２５．００〜３５．００％
Ｎｉはオーステナイト相生成元素であり、σ相やχ相などの金属間化合物の析出を抑制する上で有効な元素である。含有量が２５．００％未満ではσ相やχ相などの金属間化合物が著しく析出し、耐食性の劣化を招く。そのため、少なくとも２５．００％以上、さらに望ましくは２８．００％以上が良い。但し、Ｎｉは溶鋼中のNの溶解度を低下させる性質も併せ持つため、Ｃｒ−Ｍｏ系の窒化物の生成を助長させ、耐食性の低下を招く。含有量が３５．００％より上回る場合はＣｒ−Ｍｏ系窒化物が著しく析出するため、最大３５．００％、好ましくは最大３２．００％が良い。以上の理由によりＮｉの範囲は２５．００％〜３５．００％としたが、望ましくは２８．００〜３２．００％である。
Ｎｉはオーステナイト相生成元素であり、σ相やχ相などの金属間化合物の析出を抑制する上で有効な元素である。含有量が２５．００％未満ではσ相やχ相などの金属間化合物が著しく析出し、耐食性の劣化を招く。そのため、少なくとも２５．００％以上、さらに望ましくは２８．００％以上が良い。但し、Ｎｉは溶鋼中のNの溶解度を低下させる性質も併せ持つため、Ｃｒ−Ｍｏ系の窒化物の生成を助長させ、耐食性の低下を招く。含有量が３５．００％より上回る場合はＣｒ−Ｍｏ系窒化物が著しく析出するため、最大３５．００％、好ましくは最大３２．００％が良い。以上の理由によりＮｉの範囲は２５．００％〜３５．００％としたが、望ましくは２８．００〜３２．００％である。
Ｃｒ：２３．００〜２７．００％
Ｃｒは耐食性を向上させる元素であり、その効果を得るためには２３．００％以上含有する必要がある。しかしながら、２７．００％を超えて含有するとσ相やχ相などの金属間化合物の形成を助長し、かえって耐食性を劣化させるので２３．００％〜２７．００％とした。なお、Ｃｒの含有量は２４．００％〜２６．００％であることが好ましい。
Ｃｒは耐食性を向上させる元素であり、その効果を得るためには２３．００％以上含有する必要がある。しかしながら、２７．００％を超えて含有するとσ相やχ相などの金属間化合物の形成を助長し、かえって耐食性を劣化させるので２３．００％〜２７．００％とした。なお、Ｃｒの含有量は２４．００％〜２６．００％であることが好ましい。
Ｍｏ：７．００〜９．００％
Ｍｏも耐食性を向上させるために有効な元素であり、その効果を得るためには７．００％以上含有する必要がある。しかしながら、９．００％を超えて含有すると、Ｃｒと同様にσ相やχ相などの金属間化合物の形成を助長し、かえって耐食性を劣化させるので７．００％〜９．００％とした。なお、Ｍｏの含有量は７．９０％〜８．５０％であることが好ましい。
Ｍｏも耐食性を向上させるために有効な元素であり、その効果を得るためには７．００％以上含有する必要がある。しかしながら、９．００％を超えて含有すると、Ｃｒと同様にσ相やχ相などの金属間化合物の形成を助長し、かえって耐食性を劣化させるので７．００％〜９．００％とした。なお、Ｍｏの含有量は７．９０％〜８．５０％であることが好ましい。
Ａｌ：０．００１〜０．１００％
Ａｌは強力な脱酸材であるため積極的に添加する必要があるが、０．００１％以下ではその効果はなく、また０．１００％を越えて含有させるとその効果が飽和するとともに、鋼板の美観や耐食性に影響を及ぼす巨大介在物の形成を助長し、更にはＮとの化合物であるＡｌＮの析出が顕著になり、耐食性に有効なＮの効果を低減させるので、その範囲を０．００１〜０．１００％とした。
Ａｌは強力な脱酸材であるため積極的に添加する必要があるが、０．００１％以下ではその効果はなく、また０．１００％を越えて含有させるとその効果が飽和するとともに、鋼板の美観や耐食性に影響を及ぼす巨大介在物の形成を助長し、更にはＮとの化合物であるＡｌＮの析出が顕著になり、耐食性に有効なＮの効果を低減させるので、その範囲を０．００１〜０．１００％とした。
Ｎ：０．３０〜０．５０％
Ｎは強力なオーステナイト相生成元素であり、ＣｒやＭｏと同様に耐食性を向上させるとともに、金属間化合物の析出を抑制するのに有効な元素であり、その効果を得るには少なくとも０．３０％以上含有させる必要がある。しかしながら、０．５０％を越えて含有すると、熱間変形抵抗が極めて上昇して熱間加工性を阻害するとともに、Ｃｒ−Ｍｏ系窒化物が析出し、耐食性の低下を招く。これらの理由により、Ｎの範囲は０．３０％〜０．５０％としたが、望ましくは０．３５％〜０．４５％が良く、さらに望ましくは０．３７％〜０．４３％が良い。
Ｎは強力なオーステナイト相生成元素であり、ＣｒやＭｏと同様に耐食性を向上させるとともに、金属間化合物の析出を抑制するのに有効な元素であり、その効果を得るには少なくとも０．３０％以上含有させる必要がある。しかしながら、０．５０％を越えて含有すると、熱間変形抵抗が極めて上昇して熱間加工性を阻害するとともに、Ｃｒ−Ｍｏ系窒化物が析出し、耐食性の低下を招く。これらの理由により、Ｎの範囲は０．３０％〜０．５０％としたが、望ましくは０．３５％〜０．４５％が良く、さらに望ましくは０．３７％〜０．４３％が良い。
Ｃｕ：０．０１〜２．００％
Ｃｕは耐酸性を向上させるために有効な元素であり、その効果を得るためには０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、２．００％を超えて含有すると、熱間加工性を低下させるため０．０１〜２．００％とした。好ましくは０．４５％〜０．６０％である。
Ｃｕは耐酸性を向上させるために有効な元素であり、その効果を得るためには０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、２．００％を超えて含有すると、熱間加工性を低下させるため０．０１〜２．００％とした。好ましくは０．４５％〜０．６０％である。
Ｗ：０．０１〜１．００％
Ｃｏ：０．０１〜１．００％
Ｖ：０．０１〜１．００％
Ｎｂ：０．０１〜１．００％
Ｔｉ：０．０１〜１．００％
本発明では、上記成分に加えて、Ｗ：０．０１〜１．００％、Ｃｏ：０．０１〜１．００％、Ｖ：０．０１〜１．００％、Ｎｂ：０．０１〜１．００％、Ｔｉ：０．０１〜１．００％の１種または２種以上を含有することができる。これら元素は一般的な耐食性の向上に有効であるが、その効果を得るためには０．０１％以上含有させる必要がある。一方、１．００％を超えて含有するとσ相やχ相などの金属間化合物の析出を助長して耐食性が劣化し、また熱間加工性を阻害するので、それぞれの含有量を０．０１〜１．００
％とした。
Ｃｏ：０．０１〜１．００％
Ｖ：０．０１〜１．００％
Ｎｂ：０．０１〜１．００％
Ｔｉ：０．０１〜１．００％
本発明では、上記成分に加えて、Ｗ：０．０１〜１．００％、Ｃｏ：０．０１〜１．００％、Ｖ：０．０１〜１．００％、Ｎｂ：０．０１〜１．００％、Ｔｉ：０．０１〜１．００％の１種または２種以上を含有することができる。これら元素は一般的な耐食性の向上に有効であるが、その効果を得るためには０．０１％以上含有させる必要がある。一方、１．００％を超えて含有するとσ相やχ相などの金属間化合物の析出を助長して耐食性が劣化し、また熱間加工性を阻害するので、それぞれの含有量を０．０１〜１．００
％とした。
次に、以下に示す実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
＜実施例１＞
オーステナイト系ステンレス鋼を構成できる成分範囲の中で、海水環境中の使用に対する耐食性が確保される成分を限定する目的で、表３に示す成分を有するオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を詳細に調査した。この実験では、大気溶解により溶製したインゴットを鍛造後、冷間圧延と熱処理を繰返し、厚さ２ｍｍの冷延焼鈍板を作製し、これを供試した。耐食性を調査する腐食試験はＡＳＴＭ Ｇ４８ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄのすきま腐食試験に準拠して実施し、種々の温度の６％ＦｅＣｌ３＋１％ＨＣｌ水溶液中に７２時間浸漬して、すきま腐食が生じない臨界温度を測定した。
＜実施例１＞
オーステナイト系ステンレス鋼を構成できる成分範囲の中で、海水環境中の使用に対する耐食性が確保される成分を限定する目的で、表３に示す成分を有するオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を詳細に調査した。この実験では、大気溶解により溶製したインゴットを鍛造後、冷間圧延と熱処理を繰返し、厚さ２ｍｍの冷延焼鈍板を作製し、これを供試した。耐食性を調査する腐食試験はＡＳＴＭ Ｇ４８ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄのすきま腐食試験に準拠して実施し、種々の温度の６％ＦｅＣｌ３＋１％ＨＣｌ水溶液中に７２時間浸漬して、すきま腐食が生じない臨界温度を測定した。
この試験で用いた溶液は塩化物イオンが海水の塩化物イオン濃度よりも高く、また、酸化剤としてＦｅ３＋イオンを含むので、溶液の酸化還元電位が著しく上昇し、海水中での電位よりも高くなる。従って、本試験溶液ですきま腐食試験を行って、すきま腐食が発生しなければ、海水中での当該試験温度ですきま腐食は生じないと確認することができる。
表３に供試材である鋼１〜鋼２９の成分組成と臨界すきま腐食発生温度を示した。また、図２には、Ｎ含有量０．２５％（◇の系列）、０．３０％（◆の系列）、０．４０％（○の系列）、０．５０％（●の系列）および０．５５％（■の系列）のそれぞれの場合の臨界すきま腐食発生温度を示した。
これらから明らかな通り、同じＮ含有量の系列内においてＮｉ含有量によって臨界すきま腐食発生温度が変化しており、臨界すきま腐食発生温度が最も高くなるＮｉ含有量が存在している。すなわち、Ｎ含有量に対するＮｉ含有量の適性範囲が存在することが判る。表３中、＊を付した鋼種が本発明鋼であり、表３および図２に示すように、これらの鋼種はいずれも臨界すきま腐食発生温度が７０℃以上であることが分かる。
また、前述の通り、海水中や排煙脱硫装置内で良好な耐すきま腐食性を与えるためには、臨界すきま腐食発生温度は７０℃以上であることが求められるが、図３に横軸にＮｉ含有量、縦軸にＮ含有量をとって、臨界すきま腐食発生温度が７０℃以上である場合と、７０℃未満である場合に峻別して表３の各鋼種をプロットした。Ｎ＜−０．０４×Ｎｉ＋１．５の範囲ではＰＲＥ≧５６．０であるにもかかわらず、臨界すきま腐食発生温度は７０℃未満であった。同様に、Ｎ＞−０．０４×Ｎｉ＋１．７の範囲ではＰＲＥ≧５６．０であるにもかかわらず、臨界すきま腐食発生温度は７０℃未満であった。
このことより、安定して臨界すきま腐食温度が７０℃以上得られるためには、−０．０４×Ｎｉ＋１．５≦Ｎ≦−０．０４×Ｎｉ＋１．７すなわち１５０≦４×Ｎｉ＋１００×Ｎ≦１７０を満足していればよいことが判明した。ただし、Ｎ含有量が０．２５％の時は何れの供試材もＰＲＥ≦５６．０未満であり、また、σ相の析出が認められたため臨界すきま腐食発生温度は７０℃未満であった。さらに、Ｎ含有量が０．５５％の時は何れの供試材もＣｒ−Ｍｏ系窒化物が析出し、臨界すきま腐食発生温度は７０℃未満であった。また、σ相とＣｒ−Ｍｏ系窒化物はそれぞれＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査顕微鏡）、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察した。なお、図２および３においてプロット点に付した添字は鋼の番号を示す。
＜実施例２＞
上述の実施例１と同様な製造方法により作製した表４に示す成分組成を有する発明鋼３０〜３９及び比較鋼４０〜４７の厚さ２ｍｍの供試材を供試した。
上述の実施例１と同様な製造方法により作製した表４に示す成分組成を有する発明鋼３０〜３９及び比較鋼４０〜４７の厚さ２ｍｍの供試材を供試した。
耐すきま腐食性を評価する試験には、予備実験１および実施例１と同様にＡＳＴＭ Ｇ４８ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄを用いた。
表４から明らかなように、本発明鋼は何れも臨界すきま腐食発生温度が７０℃以上を満足しており、σ相やＣｒ−Ｍｏ系窒化物の析出も見られず、海水環境での熱交換器あるいは排煙脱硫装置用としての使用に耐えうることが判る。
本発明は、海水環境での熱交換器用オーステナイト系ステンレス鋼および排煙脱硫装置用オーステナイト系ステンレス鋼として優れた耐食性が得られる。
Claims (2)
- 質量％で、C：０．０５０％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．００％、Ｍｎ：０．０１〜２．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：２８．００〜３５．００％、Ｃｒ：２３．００〜２７．００％、Ｍｏ：７．００〜９．００％、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｎ：０．３０〜０．５０％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％を含有し、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物よりなり、且つ下記（１）式および（２）式を満足することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ≧５６．０ （１）
１５０≦４×Ｎｉ＋１００×Ｎ≦１７０ （２）
（式中Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎは各成分の質量％での含有量を示す） - 質量％で、Ｗ：０．０１〜１．００％、Ｃｏ：０．０１〜１．００％、Ｖ：０．０１〜１．００％、Ｎｂ：０．０１〜１．００％、Ｔｉ：０．０１〜１．００％のうち、１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
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