JP6298881B2 - Ferritic stainless steel and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、常温の水及び温水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼とその製造方法に関する。
本願は、2014年3月26日に出願された国際特許出願PCT/JP2014/058541に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to ferritic stainless steel excellent in crevice corrosion resistance in normal temperature water and warm water, and a method for producing the same.
This application claims priority based on international patent application PCT / JP2014 / 058541 filed on March 26, 2014, the contents of which are incorporated herein by reference.

ステンレス鋼は、優れた耐食性や強度の特性を有するため、水やお湯を溜めるタンク用材料として用いられている。特に、オーステナイト系ステンレス鋼に比較して、フェライト系ステンレス鋼は、熱膨張係数が小さいことや、耐応力腐食割れ性に優れる等の特徴を有する。さらに近年、レアメタルであるNi原料の価格の乱高下から回避するために、フェライト系ステンレス鋼の適用が広まってきている。特に溶接後の耐食性に優れる高純度フェライト系ステンレス鋼であるSUS430J1L(18Cr−Cu)やSUS444(19Cr−2Mo)は、フェライト系ステンレス鋼の代表的な鋼種である。   Stainless steel has excellent corrosion resistance and strength characteristics, and is therefore used as a tank material for storing water and hot water. In particular, compared to austenitic stainless steel, ferritic stainless steel has features such as a low thermal expansion coefficient and excellent resistance to stress corrosion cracking. Further, in recent years, the application of ferritic stainless steel has become widespread in order to avoid the price fluctuations of Ni raw materials that are rare metals. In particular, SUS430J1L (18Cr-Cu) and SUS444 (19Cr-2Mo), which are high-purity ferritic stainless steels having excellent corrosion resistance after welding, are typical steel types of ferritic stainless steels.

この高純度フェライト系ステンレス鋼は、上記の特性を活かして、各種の水回り環境の機器やタンク用材料として用いられている。特にタンク用材料としては、高純度フェライト系ステンレス鋼は、常温では貯水槽や氷蓄熱槽等に用いられ、温水では電気温水器やエコキュート(登録商標)等の家庭用給湯設備の貯湯タンクとして広く用いられている。このようなステンレス鋼製のタンクのうち、電気温水器やエコキュート(登録商標)等の家庭用給湯設備に設置されるタンクは、一般に水道配管の元圧に耐えられるように、筒状の胴部の上下にお椀状の鏡板部がかぶせられたカプセル型の構造を有する。工業的な量産工程では、一般にこの胴部と鏡板部は重ねて溶接されるため、構造上すきまが形成される。この溶接すきま部では、ステンレス鋼の局部腐食の原因であるすきま腐食が誘発されやすい。前述のSUS444やSUS445J1(22Cr−1.2Mo)等でも、水質の悪い地域で使用される場合や溶接条件やすきま構造が不適な場合には、すきま腐食による水漏れが生じることがある。なお、貯水タンクでは、溶接によるすきまが存在しない構造もあるが、この場合、貯水タンクは、パネル状のステンレス鋼板同士が樹脂パッキンを挟んでボルト止め接合された構造を有する。この場合、ステンレス鋼とパッキンとの間にすきま部が存在し、水質が悪い場合には、この部位も腐食の懸念部位となる。また常温の水を溜める水槽やタンクでも、上記の温水を貯めるタンクと同様の構造を有するものが多いが、水温が低い分だけ腐食環境はマイルドとなる。そのためSUS444よりも、低Cr、省Moの(Cr量が少なく、かつMo量が低減された)高純度フェライト系ステンレス鋼が用いられることもあるが、大型の貯水槽等では耐食性上の懸念からSUS444が用いられることが多い。また、前述のカプセル状のタンクにおける溶接すきま部には、構造上、応力が集中しやすく、給湯・給水時の水道圧の変化により、破壊する懸念がある。このためタンク製造時の試験として、タンク内の水圧を変化させる耐久試験が実施される。溶接構造や溶接条件が不適な場合には、この部分(溶接すきま部)で割れが生じるため、溶接すきま部の強度を上げる必要がある。材料の強度を上げるには、固溶強化元素を加える方法があるが、その中には材料の靭性を低下させるものがある。靭性が低下した場合、製造時において鋼板に割れが生じる等の問題が生じる場合がある。   This high-purity ferritic stainless steel is used as a material for various water-based equipment and tanks by taking advantage of the above characteristics. In particular, as a material for tanks, high-purity ferritic stainless steel is used for water storage tanks and ice heat storage tanks at room temperature. It is used. Among these stainless steel tanks, tanks installed in household water heaters such as electric water heaters and Ecocute (registered trademark) generally have a cylindrical body so that they can withstand the source pressure of water pipes. It has a capsule-type structure in which a bowl-shaped end plate portion is placed on the top and bottom of each. In an industrial mass production process, since the body part and the end plate part are generally overlapped and welded, a clearance is formed on the structure. In this weld gap, crevice corrosion, which is a cause of local corrosion of stainless steel, is likely to be induced. Even in the case of SUS444 or SUS445J1 (22Cr-1.2Mo) described above, water leakage due to crevice corrosion may occur when used in an area with poor water quality or when the welding condition or gap structure is inappropriate. Some water storage tanks have a structure in which there is no clearance due to welding. In this case, the water storage tank has a structure in which panel-shaped stainless steel plates are joined by bolting with resin packing interposed therebetween. In this case, there is a gap between the stainless steel and the packing, and if the water quality is poor, this site is also a site of concern for corrosion. Many tanks and tanks for storing water at room temperature have the same structure as the tank for storing warm water, but the corrosive environment becomes milder as the water temperature is lower. For this reason, high-purity ferritic stainless steel with lower Cr and less Mo than SUS444 (Cr content is low and Mo content is reduced) may be used. SUS444 is often used. In addition, due to the structure, stress is likely to concentrate in the weld gap in the above-described capsule-shaped tank, and there is a concern that it may be broken due to changes in water pressure during hot water supply or water supply. For this reason, a durability test for changing the water pressure in the tank is performed as a test at the time of manufacturing the tank. If the welded structure or welding conditions are inappropriate, cracks occur in this part (weld gap), so the strength of the weld gap needs to be increased. In order to increase the strength of the material, there is a method of adding a solid solution strengthening element, and some of them reduce the toughness of the material. When toughness falls, problems, such as a crack arising in a steel plate at the time of manufacture, may arise.

溶接すきま部の耐食性については、高CrMo鋼(Cr量及びMo量が多い鋼)に、TiとAlを添加することで耐食性を向上させる方法が、特許文献1に開示されている。また、耐すきま腐食性を向上させるには、前述の様にステンレス鋼の主要元素であるCrやMoを添加することが知られる。ただし、これらCr、Moはレアメタルであり、その使用量の削減が世界的にも望まれている。また特にMoは、投機的な価格の乱高下が生じるため、その削減が望まれている。   Regarding the corrosion resistance of the weld gap, Patent Document 1 discloses a method of improving corrosion resistance by adding Ti and Al to high CrMo steel (steel having a large amount of Cr and Mo). In order to improve crevice corrosion resistance, it is known to add Cr and Mo, which are main elements of stainless steel, as described above. However, these Cr and Mo are rare metals, and reduction of the amount of use is also desired worldwide. In particular, Mo is subject to speculative price fluctuations, and its reduction is desired.

このような観点から、ステンレス鋼の主要元素であるCr、Moの量を低減しても優れた耐すきま腐食性を発揮させる技術として、表層にSi濃縮層を形成する技術が知られている。例えば、特許文献4には、BA(光輝焼鈍)という水素を用いた還元炉での製造方法を用いて表面にSi濃縮層が形成でき、そのSi濃縮層が耐食性を向上させることを開示している。   From this point of view, a technique for forming a Si-enriched layer on the surface layer is known as a technique for exerting excellent crevice corrosion resistance even when the amount of Cr and Mo, which are main elements of stainless steel, is reduced. For example, Patent Document 4 discloses that a Si enriched layer can be formed on the surface using a production method in a reduction furnace using hydrogen called BA (bright annealing), and the Si enriched layer improves corrosion resistance. Yes.

また、上述したように、一般に貯湯・貯水タンクでは、水道圧の変化に対して優れた繰り返し疲労強度が必要とされる。ただし、給水時及び止水時に水道圧による強い衝撃が溶接部に加わるため、溶接部の強度は高い方が望ましい。フェライト系ステンレス鋼の溶接部の強度を向上させる方法については、材料自身にSiを添加し、かつNbCを析出させる方法が特許文献2に開示され、さらにNiを添加する方法が特許文献3に開示されている。   Further, as described above, generally, hot water storage / storage tanks require excellent repeated fatigue strength against changes in water pressure. However, it is desirable that the strength of the welded portion is high because a strong impact due to water pressure is applied to the welded portion at the time of water supply and water stoppage. Regarding the method of improving the strength of the welded portion of ferritic stainless steel, Patent Document 2 discloses a method of adding Si to the material itself and precipitating NbC, and further discloses a method of adding Ni to Patent Document 3. Has been.

しかし、これらの先行技術について、本発明者らが検討を行ったところ、更なる改善が必要であることが分かった。つまり、上述した先行技術においては、何れも多量のSiを鋼に添加するものである。しかし、本発明者らの検討の結果、これらの添加は引張強度を向上させるが、熱延板の靭性を低下させ、製造工程上問題となる可能性が大きいことが分かった。そのため、先行技術において靭性も向上させるためには、これら先行技術が多量に添加する必要があるとしているSi等の成分を抑制する必要があった。   However, when the present inventors examined these prior arts, it was found that further improvements were necessary. That is, in the above-described prior art, a large amount of Si is added to steel. However, as a result of the study by the present inventors, it has been found that these additions improve the tensile strength, but reduce the toughness of the hot-rolled sheet, which is likely to cause a problem in the manufacturing process. Therefore, in order to improve toughness in the prior art, it is necessary to suppress components such as Si, which these prior arts need to add in a large amount.

また、表面のSiを除去する電解法については、硫酸と硝酸を組み合わせてデスケール性を向上させる方法が特許文献5に開示されている。また、硝酸に硫酸イオンやナトリウムイオンが混合された溶液中でデスケールする方法が特許文献6に開示されている。
これらは何れも、基本的にSiを含む酸化スケールを表面から除去することを目的としており、本発明の様に、Siのみを積極的に残存させることを目的としていない。
As for the electrolytic method for removing Si on the surface, Patent Document 5 discloses a method for improving descalability by combining sulfuric acid and nitric acid. Further, Patent Document 6 discloses a method of descaling in a solution in which sulfate ions or sodium ions are mixed with nitric acid.
All of these are basically intended to remove oxide scale containing Si from the surface, and are not intended to actively leave only Si as in the present invention.

特開平5−70899号公報JP-A-5-70899 特開2008−291303号公報JP 2008-291303 A 特開2011−184732号公報JP 2011-184732 A 特開平6−279950号公報JP-A-6-279950 特開平11−61500号公報JP 11-61500 A 特開2005−232546号公報JP 2005-232546 A

本発明は、貯水タンクおよび貯湯タンクにおけるすきま腐食による水漏れと、給水及び止水時の水圧変動等による溶接部の破壊の両者を抑制できるフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
本発明では、レアメタルとして削減が求められているNiと共にCrとMoの添加量を必要最小限にしつつ、また、溶接部の靭性を低下させるSiやTiを必要量以上に添加しないことにより、上記のすきま腐食による水漏れと、水圧変動等による溶接部の破壊を同時に改善することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a ferritic stainless steel that can suppress both water leakage due to crevice corrosion in a water storage tank and a hot water storage tank and fracture of a weld due to fluctuations in water pressure during water supply and water stoppage.
In the present invention, while reducing the addition amount of Cr and Mo together with Ni, which is required to be reduced as a rare metal, and by not adding more than the necessary amount of Si and Ti that reduce the toughness of the welded portion, The purpose is to simultaneously improve water leakage due to crevice corrosion and fracture of the weld due to fluctuations in water pressure.

本発明者らが、上記課題を解決する方法を鋭意検討した結果、Siを表面にのみ積極的に残存させ、素材(母材)へのSiの添加は必要最小限にとどめれば良いことを突き止めた。また、この表面にのみSiを残存させる方法として、鋼板の製造時の焼鈍酸洗工程において、電解デスケール条件を適正化させることが重要であることを明らかにした。
すなわち、実際のステンレス鋼板の製造工程のうち、電解デスケール工程では、間接通電により鋼板に電流を供給する。これは、電解液中に浸漬された鋼板より離して電極を一対以上設置し、この電極に電流を流すことで実施される。このとき電極のプラス極に対向する鋼板はマイナス極(カソード)となり、電極のマイナス極に対向する鋼板はプラス極(アノード)となり、電解液を介して電極と鋼板は閉回路を形成する。このとき、鋼板のアノード側表面では、酸化反応が促進され、主にCrの酸化物が溶解される。一方、鋼板のカソード側表面では、主にFeの酸化物が溶解される。
Siの酸化物は電解法では除去されにくいことが知られているが、後述するように電解液と電流密度を制御することにより、Siの酸化物が適正に表面に残存することを知見した。この鋼板をアノードとして電解する場合の条件と、鋼板をカソードとして電解する場合の条件を制御することによって、適正なデスケールが実施される。
ここで、マイナス極(鋼板側はアノード)とプラス極(鋼板側はカソード)から供給される総電気量(=電流値×時間)は一定となる。このとき電極の面積が同一であれば、アノードとカソードの電流密度は一定となるが、一方の電極面積が大きくなると、その電解時間が長くなるが、その電流密度は小さくなる。このように電解の時間及び電流値(鋼板の単位面積当たりでは電流密度)を適正に低減することによって、表面におけるCr及びFeを主体とする酸化物は溶解除去される。
種々の実験により、電解の電流密度と時間を制御することで、鋼へのSi添加量が必要最小限の場合であっても、適度なSi酸化物を残存させることが可能となることを知見した。さらに、カソード側では、高電流密度で短時間とした方が、Fe酸化物を主体とする酸化物スケールの還元溶解の効率が向上し、かつ還元による金属析出も抑制できることも明らかにした。そのために電解時のアノード/カソードの電解時間の比率は1.0超とすることが望ましい。これによりSi酸化物が適度に鋼表層を被覆し、母材に含まれるCrとMoの含有量から期待される耐食性以上の耐食性を担保させることが可能となった。この理由は、以下のように考えられる。表層のSi酸化物自体が保護被膜として機能し、耐食性の向上に作用することはもちろんのことである。さらに本実施形態のSi酸化物の被覆率では、鋼板を温水タンクや貯水タンクとして使用中に、水道水に含まれるカルキ成分と呼ばれるAlやCa、Siを表層に析出させやすい。このため、表層に、より安定な酸化物被膜が形成されることで、耐食性がより一層向上することを知見した。
本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、以下の要件を有する。
As a result of intensive studies by the present inventors on the method for solving the above-mentioned problems, it is necessary to actively leave Si only on the surface and to add Si to the material (base material) to the minimum necessary. I found it. In addition, as a method of leaving Si only on this surface, it has been clarified that it is important to optimize the electrolytic descale conditions in the annealing pickling process at the time of manufacturing the steel sheet.
That is, in the actual stainless steel sheet manufacturing process, in the electrolytic descale process, current is supplied to the steel sheet by indirect energization. This is carried out by placing a pair of electrodes apart from the steel sheet immersed in the electrolytic solution and passing a current through the electrodes. At this time, the steel plate facing the positive electrode of the electrode becomes a negative electrode (cathode), the steel plate facing the negative electrode of the electrode becomes a positive electrode (anode), and the electrode and the steel plate form a closed circuit through the electrolytic solution. At this time, the oxidation reaction is promoted on the anode side surface of the steel sheet, and mainly the oxide of Cr is dissolved. On the other hand, the Fe oxide is mainly dissolved on the cathode side surface of the steel plate.
Although it is known that Si oxides are difficult to remove by the electrolytic method, it has been found that Si oxides remain on the surface appropriately by controlling the electrolyte and current density as described later. Appropriate descaling is performed by controlling the conditions in the case of electrolysis using this steel plate as an anode and the conditions in the case of electrolysis using a steel plate as a cathode.
Here, the total amount of electricity (= current value × time) supplied from the negative electrode (the steel plate side is the anode) and the positive electrode (the steel plate side is the cathode) is constant. At this time, if the electrode area is the same, the current density of the anode and the cathode is constant, but if one electrode area is increased, the electrolysis time is increased, but the current density is decreased. Thus, by appropriately reducing the electrolysis time and current value (current density per unit area of the steel sheet), oxides mainly composed of Cr and Fe on the surface are dissolved and removed.
Through various experiments, it has been found that by controlling the current density and time of electrolysis, it is possible to leave an appropriate amount of Si oxide even if the amount of Si added to the steel is minimal. did. Furthermore, on the cathode side, it was also clarified that the reduction and dissolution efficiency of the oxide scale mainly composed of Fe oxide can be improved and the metal precipitation due to the reduction can be suppressed by shortening the current with a high current density. Therefore, the anode / cathode electrolysis time ratio during electrolysis is preferably more than 1.0. Thereby, it became possible for Si oxide to cover a steel surface layer moderately, and to ensure the corrosion resistance more than the corrosion resistance expected from content of Cr and Mo contained in a base material. The reason is considered as follows. Of course, the Si oxide of the surface layer itself functions as a protective film and acts to improve the corrosion resistance. Furthermore, with the Si oxide coverage of the present embodiment, Al, Ca, and Si, which are referred to as a calcium component contained in tap water, are likely to be deposited on the surface layer while the steel plate is used as a hot water tank or a water storage tank. For this reason, it discovered that corrosion resistance improved further by forming a more stable oxide film in the surface layer.
This invention is made | formed based on the said knowledge, and has the following requirements.

(1)質量%で、C:0.020%以下、N:0.025%以下、Si:0.08〜0.50%、Mn:0.01〜1.0%、P:0.035%以下、S:0.01%以下、Cr:13.0〜25.0%、Al:0.005〜0.300%、及びNb:0.01〜0.60%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、下記の式(1)を満たし、かつ表層のSi酸化物の表面被覆率が10〜50%であることを特徴とする、45℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
≧−0.45Cr+28 (1)
=3Sisur+Crsur (A)
但し、式(1)中のCrは、フェライト系ステンレス鋼中のCr含有量(質量%)を示し、Cは、式(A)から算出される値であり、式(A)中のSisurは、表層におけるSi濃度比(原子%)を示し、Crsurは、表層におけるCr濃度比(原子%)を示す。
(2)さらに、質量%で、Ti:0.03〜0.30%を含み、かつ下記の式(3)を満たすことを特徴とする、(1)に記載の、45℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
Nb/Ti>1.0 (3)
但し、式(3)中のNb,Tiは、フェライト系ステンレス鋼中のNb含有量(質量%),Ti含有量(質量%)をそれぞれ示す。
(3)さらに、質量%で、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Sn:0.50%以下、Sb:0.50%以下、V:0.50%以下、Zr:0.50%以下、B:0.0050%以下、Ta:0.10%以下、Ca:0.010%以下、Mg:0.0050%以下、Ga:0.010%以下、及びREM:0.100%以下から選択される一種以上を含むことを特徴とする(1)または(2)に記載の、45℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
(4)質量%で、C:0.020%以下、N:0.025%以下、Si:0.08〜0.50%、Mn:0.01〜1.0%、P:0.035%以下、S:0.01%以下、Cr:13.0〜25.0%、Al:0.005〜0.300%、Nb:0.01〜0.60%、及びMo:0.03〜3.0%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、下記の式(1’)および式(2)を満たし、かつ表層のSi酸化物の表面被覆率が10〜50%であることを特徴とする、85℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
≧−0.45(Cr+3Mo)+34 (1’)
=3Sisur+Crsur (A)
Cr+3Mo:18〜30 (2)
但し、式(1’),式(2)内のCr,Moは、フェライト系ステンレス鋼中のCr含有量(質量%),Mo含有量(質量%)をそれぞれ示し、Cは、式(A)から算出される値であり、式(A)中のSisurは、表層におけるSi濃度比(原子%)を示し、Crsurは、表層におけるCr濃度比(原子%)を示す。
(5)さらに、質量%で、Ti:0.03〜0.30%を含み、かつ下記の式(3)を満たすことを特徴とする、(4)に記載の、85℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
Nb/Ti>1.0 (3)
但し、式(3)中のNb,Tiは、フェライト系ステンレス鋼中のNb含有量(質量%),Ti含有量(質量%)をそれぞれ示す。
(6)さらに、質量%で、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Sn:0.50%以下、Sb:0.50%以下、V:0.50%以下、Zr:0.50%以下、B:0.0050%以下、Ta:0.10%以下、Ca:0.010%以下、Mg:0.0050%以下、Ga:0.010%以下、及びREM:0.100%以下から選択される一種以上を含むことを特徴とする(4)または(5)に記載の、85℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
(7)貯水タンク用である(1)〜(3)の何れか1項に記載の、45℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
(8)貯湯タンク用である(4)〜(6)の何れか1項に記載の、85℃の水中での耐隙間腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
(9)(1)〜(6)のいずれか一項に記載の化学組成を有する熱処理材に対して、デスケール処理を施す工程を有し、前記デスケール処理において、プラス極とマイナス極の電極で前記熱処理材を間接的に挟み、前記熱処理材及び前記電極を電解液に浸漬して、交番電解を行い、前記電解液として、50〜300g/Lの硫酸ナトリウムと50g/L以上の硝酸イオンを含有する水溶液を用い、前記交番電解におけるアノード/カソードの電解時間の比率を1.0超、6.0以下とすることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか一項に記載の、45℃または85℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
(1) By mass%, C: 0.020% or less, N: 0.025% or less, Si: 0.08 to 0.50%, Mn: 0.01 to 1.0%, P: 0.035 %: S: 0.01% or less, Cr: 13.0 to 25.0%, Al: 0.005 to 0.300%, and Nb: 0.01 to 0.60%, the balance being Crevice corrosion resistance in water at 45 ° C., comprising Fe and inevitable impurities, satisfying the following formula (1), and having a surface coverage of the surface Si oxide of 10 to 50% Ferritic stainless steel with excellent resistance.
C s ≧ −0.45Cr + 28 (1)
C s = 3Si sur + Cr sur (A)
However, equation (1) Cr in represents the Cr content of the ferritic stainless steel (mass%), C s is the value calculated from the equation (A), Si in the formula (A) sur represents the Si concentration ratio (atomic%) in the surface layer, and Cr sur represents the Cr concentration ratio (atomic%) in the surface layer.
(2) Further, in mass%, including Ti: 0.03 to 0.30%, and satisfying the following formula (3), according to (1), in water at 45 ° C. Ferritic stainless steel with excellent crevice corrosion resistance.
Nb / Ti> 1.0 (3)
However, Nb and Ti in Formula (3) show Nb content (mass%) and Ti content (mass%) in ferritic stainless steel, respectively.
(3) Further, in mass%, Cu: 2.0% or less, Ni: 2.0% or less, Sn: 0.50% or less, Sb: 0.50% or less, V: 0.50% or less, Zr : 0.50% or less, B: 0.0050% or less, Ta: 0.10% or less, Ca: 0.010% or less, Mg: 0.0050% or less, Ga: 0.010% or less, and REM: The ferritic stainless steel having excellent crevice corrosion resistance in water at 45 ° C. according to (1) or (2), comprising at least one selected from 0.100% or less.
(4) By mass%, C: 0.020% or less, N: 0.025% or less, Si: 0.08 to 0.50%, Mn: 0.01 to 1.0%, P: 0.035 %: S: 0.01% or less, Cr: 13.0 to 25.0%, Al: 0.005 to 0.300%, Nb: 0.01 to 0.60%, and Mo: 0.03 -3.0%, the balance consists of Fe and inevitable impurities, satisfies the following formula (1 ') and formula (2), and the surface coverage of the surface Si oxide is 10-50% you wherein there, ferritic stainless steel with excellent crevice corrosion resistance in a 85 ° C. water.
C s ≧ −0.45 (Cr + 3Mo) +34 (1 ′)
C s = 3Si sur + Cr sur (A)
Cr + 3Mo: 18-30 (2)
However, the formula (1 '), Cr in the formula (2), Mo is, Cr content of the ferritic stainless steel (mass%), shows the Mo content (mass%), respectively, C s has the formula ( It is a value calculated from A), Si sur in formula (A) indicates the Si concentration ratio (atomic%) in the surface layer, and Cr sur indicates the Cr concentration ratio (atomic%) in the surface layer.
(5) In addition, by mass% Ti: it comprises from 0.03 to 0.30%, and characterized by satisfying the following equation (3), according to (4), in 85 ° C. water Ferritic stainless steel with excellent crevice corrosion resistance.
Nb / Ti> 1.0 (3)
However, Nb and Ti in Formula (3) show Nb content (mass%) and Ti content (mass%) in ferritic stainless steel, respectively.
(6) Further, in mass%, Cu: 2.0% or less, Ni: 2.0% or less, Sn: 0.50% or less, Sb: 0.50% or less, V: 0.50% or less, Zr : 0.50% or less, B: 0.0050% or less, Ta: 0.10% or less, Ca: 0.010% or less, Mg: 0.0050% or less, Ga: 0.010% or less, and REM: characterized in that it comprises one or more selected 0.100% or less (4) or (5) described in, ferritic stainless steel excellent in crevice corrosion resistance in a 85 ° C. water.
(7) Ferritic stainless steel excellent in crevice corrosion resistance in water at 45 ° C. according to any one of (1) to (3), which is used for a water storage tank.
(8) which is used for the hot water storage tank (4) to according to any one of (6), ferritic stainless steel excellent in crevice corrosion resistance in a 85 ° C. water.
(9) A step of performing a descaling process on the heat treatment material having the chemical composition according to any one of (1) to (6), wherein in the descaling process, a positive electrode and a negative electrode are used. The heat treatment material is indirectly sandwiched, and the heat treatment material and the electrode are immersed in an electrolytic solution to perform alternating electrolysis, and 50 to 300 g / L of sodium sulfate and 50 g / L or more of nitrate ions are used as the electrolytic solution. The ratio of the electrolysis time of the anode / cathode in the alternating electrolysis is set to more than 1.0 and 6.0 or less using the aqueous solution that is contained. A method for producing ferritic stainless steel having excellent crevice corrosion resistance in water at 45 ° C or 85 ° C.

本発明の一態様に係るフェライト系ステンレス鋼では、CrやMo等の高価な元素の含有量が抑制され、かつ溶接部の優れた耐すきま腐食性と優れた靭性とを両立させることができる。そのため、従来存在しなかった貯水および貯湯タンク用として必要な特性を満足するフェライト系ステンレス鋼を、安価に提供することができる。   In the ferritic stainless steel according to one embodiment of the present invention, the content of expensive elements such as Cr and Mo is suppressed, and both excellent crevice corrosion resistance and excellent toughness of the welded portion can be achieved. Therefore, ferritic stainless steel that satisfies the characteristics required for water storage and hot water storage tanks that did not exist conventionally can be provided at low cost.

図1は、45℃の水中でのすきま部の腐食試験の結果について、母材のCr量(質量%)と3Sisur+Crsurの値(原子%)との関係を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the relationship between the amount of Cr (mass%) of the base material and the value of 3Si sur + Cr sur (atomic%) regarding the result of the corrosion test of the crevice in water at 45 ° C. 図2は、85℃の水中でのすきま部の腐食試験の結果について、母材のCr+3Moの値(質量%)と3Sisur+Crsurの値(原子%)との関係を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship between the value of Cr + 3Mo (mass%) of the base metal and the value of 3Si sur + Cr sur (atomic%) regarding the results of the crevice corrosion test in 85 ° C. water.

本発明者らが行った実験及び実験結果から得られた知見を以下に示す。
以下のように供試材を製造した。真空溶解炉によりフェライト系ステンレス鋼を溶解した。表1のNo.1およびNo.18の組成となるように鋼成分を調整し、常温の水に対する腐食試験用の鋼材を得た。表5のNo.21およびNo.38の組成となるように鋼成分を調整し、温水に対する腐食試験用の鋼材を得た。
これら鋼材に対して熱間圧延を施し、厚さ5mmの熱延板を製造した。熱延鋼板に対して、スケール除去、冷間圧延、及び熱処理を施し、厚さ0.8mmの冷延板を製造した。工程の途中における熱延板の一部を、後述する靭性評価に用いた。冷延板に対して、LNG燃焼排ガスを模擬した雰囲気(ガス組成:3%O−12%CO−残部N、露点40℃)中において980℃で1分間の均熱処理(仕上げ焼鈍)を実施し、熱処理材を得た。この熱処理材に対して、以下のデスケール処理(電解処理)を施した。
The knowledge obtained from the experiments conducted by the present inventors and the experimental results are shown below.
Test materials were manufactured as follows. Ferritic stainless steel was melted in a vacuum melting furnace. No. in Table 1 1 and no. The steel components were adjusted to a composition of 18 to obtain a steel material for a corrosion test against normal temperature water. No. in Table 5 21 and no. The steel components were adjusted to a composition of 38, and a steel material for a corrosion test against warm water was obtained.
These steel materials were hot-rolled to produce hot-rolled sheets having a thickness of 5 mm. The hot rolled steel sheet was subjected to scale removal, cold rolling, and heat treatment to produce a cold rolled sheet having a thickness of 0.8 mm. A part of the hot-rolled sheet in the middle of the process was used for toughness evaluation described later. Soaking process (finish annealing) for 1 minute at 980 ° C. in an atmosphere simulating LNG combustion exhaust gas (gas composition: 3% O 2 -12% CO 2 -balance N 2 , dew point 40 ° C.) To obtain a heat-treated material. The heat treatment material was subjected to the following descaling treatment (electrolytic treatment).

デスケール処理では、一部の熱処理材に対して、ソルト法、中性塩電解法に従って前処理を実施した。
ソルト法による前処理では、NaOHを主成分とした市販のデスケール用アルカリソルトを450℃に保持し、このアルカリソルト中に鋼板を10秒間浸漬した。
中性塩電解法による前処理では、市販の硫酸ナトリウム試薬を用いて濃度150g/Lの硫酸ナトリウム水溶液を作製し、この水溶液を電解液として用いた。試験片を試料極とし、その両側にSUS304ステンレス鋼板二枚を10mmずつ離して平行に設置し対極とした。電流密度および電解時間は、実機の間接通電による交番電解を模擬し、以下のように設定した。鋼板の電流密度−100mA/cm及び+100mA/cmのそれぞれで1秒間通電し、この通電を10回行い、合計20秒間電解を実施した。アノード時間及びカソード時間はそれぞれ1秒間であるため、この場合のアノード/カソード時間比は1.0となる。またこの電気量は10kQ/mとなる。上記電解条件は関数発生器とポテンシオスタットを用いて制御した。
In the descaling treatment, pretreatment was performed on some heat-treated materials according to the salt method and the neutral salt electrolysis method.
In the pretreatment by the salt method, a commercial descaling alkaline salt mainly composed of NaOH was maintained at 450 ° C., and the steel sheet was immersed in this alkaline salt for 10 seconds.
In the pretreatment by the neutral salt electrolysis method, an aqueous sodium sulfate solution having a concentration of 150 g / L was prepared using a commercially available sodium sulfate reagent, and this aqueous solution was used as an electrolytic solution. The test piece was used as a sample electrode, and two SUS304 stainless steel plates were placed in parallel at 10 mm intervals on both sides of the test piece as a counter electrode. The current density and electrolysis time were set as follows, simulating alternating electrolysis by indirect energization of the actual machine. The steel plate was energized for 1 second at each of the current densities of −100 mA / cm 2 and +100 mA / cm 2 , this energization was performed 10 times, and electrolysis was performed for a total of 20 seconds. Since the anode time and the cathode time are each 1 second, the anode / cathode time ratio in this case is 1.0. The amount of electricity is 10 kQ / m 2 . The electrolysis conditions were controlled using a function generator and a potentiostat.

次に熱処理材に対して電解処理を施した。市販の硝酸イオンを含む試薬及びNaSOを用いて表3,7に示す濃度の水溶液を作製し、この水溶液を電解液として用いた。硝酸イオンを含む試薬としては、特級の硝酸水溶液を用いたが、その他の条件を満たせば、硝酸ナトリウムやその他硝酸イオンを含む試薬でも可能である。電解方法は、上述の中性塩電解法による前処理と同様とした。アノード時間とカソード時間の比が1.0〜8.0となるように電解時間を変化させた。その際の総電気量は、上述の中性塩電解法による前処理と同じ10kQ/mで一定とした。なお、実際の単位面積当たりの電気量は、通板速度や電解液中における電解効率(溶液伝導度の影響)等の影響により変化するが、およそ1〜30kQ/mの範囲であれば本実施形態の目的は達成される。
条件によっては、電解後に、熱処理材を硝ふっ酸水溶液に浸漬した。酸の濃度は各々の試薬を用いて、硝酸60g/L、ふっ酸15g/Lに調整した。温度は40℃であり、浸漬時間は10〜20秒とした。
以上により、供試材を製造した。
Next, the heat treatment material was subjected to electrolytic treatment. Using commercially available reagents containing nitrate ions and Na 2 SO 4 , aqueous solutions having concentrations shown in Tables 3 and 7 were prepared, and this aqueous solution was used as an electrolytic solution. As a reagent containing nitrate ions, a special grade nitric acid aqueous solution was used. However, a reagent containing sodium nitrate or other nitrate ions can be used as long as other conditions are satisfied. The electrolysis method was the same as the pretreatment by the neutral salt electrolysis method described above. The electrolysis time was changed so that the ratio of the anode time to the cathode time was 1.0 to 8.0. The total amount of electricity at that time was fixed at 10 kQ / m 2 which was the same as the pretreatment by the neutral salt electrolysis method described above. The actual amount of electricity per unit area varies depending on the effect of the plate passing speed and the electrolysis efficiency in the electrolyte (effect of solution conductivity), etc., but if it is in the range of about 1 to 30 kQ / m 2 , The purpose of the embodiment is achieved.
Depending on conditions, the heat treatment material was immersed in an aqueous solution of nitric hydrofluoric acid after electrolysis. The acid concentration was adjusted to 60 g / L nitric acid and 15 g / L hydrofluoric acid using each reagent. The temperature was 40 ° C. and the immersion time was 10 to 20 seconds.
The test material was manufactured by the above.

電解後(一部の例では、電解及び硝ふっ酸処理を施した後)の供試材の評価は、以下のように行った。
デスケール性は、以下のように評価した。目視および10倍のルーペで供試材を観察した。スケールが観察されない場合、またはスケールの数が一視野に1つの場合は、デスケールが完了し、デスケール性が良好(B)であると判断した。一視野に2つ以上のスケールが残存している場合は、デスケールが完了しておらず、デスケール性が悪い(C)と判断した。
表面のSi被覆率は、以下のように測定した。まず、測定位置によるばらつきを低減するために、測定試料から任意に5箇所を選択した。その後、それぞれの箇所について、電界放射型オージェ電子分光装置(FE−AES)を用い、加速電圧が10keVで、ビーム電流値が10nAである条件で、1000倍で観察された視野内における最表層のSiの分布図(マッピング画像)を求めた。5箇所それぞれについて、得られた分布図の画像を二値化してSiが存在する箇所の面積率を求め、その平均値をSi被覆率(表層のSi酸化物の表面被覆率)とした。
表面(表層)のCr濃度(Cr濃度比、原子%):Crsur、および表面(表層)のSi濃度(Si濃度比、原子%):Sisurを以下のように測定した。走査型FEオージェ電子分光装置(FE−SAM)を用い、1000倍で観察された視野について、Arスパッタ速度が15nm/minの条件で深さ方向の濃度プロファイルを測定した。測定する元素はO,Fe,Cr,Si,Alとした。
ここで表層とは、酸素Oの濃度プロファイルにおいて、酸素O濃度がその最大濃度の1/2である位置、いわゆる酸素O濃度が半価値である位置から最表面までの部分であると定義した。この酸素Oは、熱処理により酸化物を生成させるために表面に濃化するため、酸素Oが濃化した部分を表層とした。
次に、その表層におけるCr,Siの最大濃度は以下の様に定義した。すなわち、上記測定元素からOを除いたカチオン元素だけの元素濃度プロファイルにおいて、Crの最大濃度を表層のCr濃度(原子%):Crsur、とし、Siの最大濃度を表層のSi濃度(原子%):Sisurとした。詳細には、測定位置によるばらつきを低減するために任意の5箇所においてCrの最大濃度及びSiの最大濃度を測定し、それぞれの平均値をCrsur及びSisurとした。ここで、成分や熱処理およびデスケール条件によっては、上記元素が表層に濃化せずに、母材中の濃度よりも表層中の濃度が低い場合がある。その場合の最大値は、表層と母材との境界付近での濃度となり、この濃度は母材の分析値とほぼ等しくなる。
The evaluation of the test material after electrolysis (in some cases, after electrolysis and nitric hydrofluoric acid treatment) was performed as follows.
Descalability was evaluated as follows. The specimen was observed visually and with a 10-fold magnifier. When no scale was observed, or when the number of scales was one per field, it was judged that the descaling was completed and the descaleability was good (B). When two or more scales remained in one field of view, it was judged that the descaling was not completed and the descalability was poor (C).
The Si coverage on the surface was measured as follows. First, in order to reduce the dispersion | variation by a measurement position, five places were selected arbitrarily from the measurement sample. Then, for each location, using a field emission Auger electron spectrometer (FE-AES), the condition of the outermost layer in the field of view observed at 1000 times under the condition that the acceleration voltage is 10 keV and the beam current value is 10 nA. Si distribution map (mapping image) was obtained. The image of the obtained distribution map was binarized for each of the five locations to determine the area ratio of the locations where Si was present, and the average value was taken as the Si coverage (surface coverage of the surface Si oxide).
Surface (surface layer) Cr concentration (Cr concentration ratio, atomic%): Cr sur and surface (surface layer) Si concentration (Si concentration ratio, atomic%): Si sur were measured as follows. Using a scanning FE Auger electron spectrometer (FE-SAM), a concentration profile in the depth direction was measured under the condition that the Ar sputtering rate was 15 nm / min for the field of view observed at 1000 times. The elements to be measured were O, Fe, Cr, Si, and Al.
Here, the surface layer is defined as a portion from the position where the oxygen O concentration is ½ of the maximum concentration in the oxygen O concentration profile, that is, the position from the position where the oxygen O concentration is half-value to the outermost surface. Since the oxygen O is concentrated on the surface in order to generate an oxide by heat treatment, the portion where the oxygen O is concentrated is used as a surface layer.
Next, the maximum concentration of Cr and Si in the surface layer was defined as follows. That is, in the element concentration profile of only the cation element excluding O from the measurement element, the maximum concentration of Cr is the Cr concentration of the surface layer (atomic%): Cr sur , and the maximum concentration of Si is the Si concentration of the surface layer (atomic%) ): Si sur . In detail, in order to reduce the variation due to the measurement position, the maximum concentration of Cr and the maximum concentration of Si were measured at arbitrary five locations, and the average values thereof were defined as Cr sur and Si sur . Here, depending on the components, heat treatment, and descaling conditions, the above elements may not be concentrated in the surface layer, and the concentration in the surface layer may be lower than the concentration in the base material. In this case, the maximum value is the concentration near the boundary between the surface layer and the base material, and this concentration is almost equal to the analysis value of the base material.

腐食試験に供するサンプルは、供試材を用いて以下のように作製した。厚さ0.8mm×幅50mm×長さ300mmの第1の試験板と、第1の試験板と同じ大きさを有し、かつ幅50mmのうち端部から10mmの位置で10°に折り曲げた第2の試験板を用意した。第2の試験板の折り曲げた部分が第1の試験片と10°の角度で接触するように第1,2の試験板を重ねた。10°で接触させるために、第1,2の試験片の距離を約0.28mmで保つ必要があるため、第1,2の試験片の間に、その間隔よりやや薄い板厚0.27mmの別のステンレス鋼板を挟んだ。この二枚の接触部を重ねたままTIG溶接して溶接材を得た。TIG溶接は、裏ビードが形成されるように電流値を100〜150Aの範囲で調整し、50cpmの速度で実施した。溶接の際には、Arガスによるシールドを裏側及び表側の両方で実施し、溶接熱による酸化物の生成を極力抑制した。この溶接材を長手方向に25mmに切断し、幅方向には溶接線中央に沿って切断し、幅30mm×長さ25mmの溶接すきま試験片を得た。なお、全ての切断端面は鏡面研磨仕上げとし、端面形態によって試験結果が影響されないようにした。   A sample to be subjected to the corrosion test was prepared as follows using the test material. A first test plate having a thickness of 0.8 mm × width 50 mm × length 300 mm, and the same size as the first test plate, and was bent to 10 ° at a position 10 mm from the end of the width 50 mm. A second test plate was prepared. The first and second test plates were stacked such that the bent portion of the second test plate was in contact with the first test piece at an angle of 10 °. In order to make contact at 10 °, it is necessary to keep the distance between the first and second test pieces at about 0.28 mm, so the thickness between the first and second test pieces is 0.27 mm, which is slightly thinner than the interval. Of another stainless steel plate. TIG welding was performed while the two contact portions were stacked to obtain a welding material. TIG welding was performed at a speed of 50 cpm with the current value adjusted in the range of 100 to 150 A so that the back bead was formed. During welding, shielding with Ar gas was carried out on both the back side and the front side to suppress oxide generation due to welding heat as much as possible. The welded material was cut to 25 mm in the longitudinal direction and cut along the center of the weld line in the width direction to obtain a weld clearance test piece having a width of 30 mm × length of 25 mm. All cut end faces were mirror-polished and the test results were not affected by the end face form.

腐食試験は、以下のように実施した。
まず常温の水に対する腐食試験(耐食性の評価)では、Cl量が2000ppm、Cu2+量が1ppmとなるように、山口県光市の水道水にNaCl及び硫酸銅の試薬を添加して試験溶液を作製した。水道水は、浄水装置等のフィルターを介さずに採取した。なお、Cu2+は、実環境の電位に近づけ、腐食を加速させるために添加した。試験溶液を大型の蓋付きフラスコに満たし、温度を45℃に保持した。この試験溶液にサンプルを浸漬し、試験溶液に0.1L/minの量の空気を吹き込んだ状態でサンプルを6ヶ月間保持した。1週間毎に試験液の全量を新しい試験液に置換した。試験後にサンプルを取り出し、すきまを開放して腐食の有無と腐食の深さを評価した。腐食深さは、光学顕微鏡を用いた焦点深度法により1ミクロン単位で測定し、サンプルにおいて、最も深い腐食深さを、そのサンプルの腐食深さとして採用した。腐食深さの値が100ミクロン以下の場合を合格とした。詳細には、腐食深さが100ミクロンを超える供試材をC(bad)と評価した。腐食深さが40ミクロン以上100ミクロン以下の供試材をB(good)と評価した。腐食深さが40ミクロン未満の供試材をA(excellent)と評価した。
温水に対する腐食試験(耐食性の評価)では、試験溶液、実験方法、試験期間は前述の常温の水に対する腐食試験と同様にし、液温のみを85℃とした。評価方法も常温の水に対する腐食試験と同様とした。
The corrosion test was performed as follows.
First, in a corrosion test for water at room temperature (evaluation of corrosion resistance), a test solution was prepared by adding NaCl and copper sulfate reagents to tap water in Hikari-shi, Yamaguchi Prefecture so that the Cl amount was 2000 ppm and the Cu 2+ amount was 1 ppm. Was made. Tap water was collected without passing through a filter such as a water purifier. Cu 2+ was added in order to bring the potential close to the actual environment and accelerate corrosion. The test solution was filled into a large lidded flask and the temperature was maintained at 45 ° C. The sample was immersed in this test solution, and the sample was held for 6 months in a state where air of 0.1 L / min was blown into the test solution. Every week, the whole amount of the test solution was replaced with a new test solution. After the test, a sample was taken out and the clearance was opened to evaluate the presence or absence of corrosion and the depth of corrosion. The corrosion depth was measured in units of 1 micron by a depth of focus method using an optical microscope, and the deepest corrosion depth in the sample was adopted as the corrosion depth of the sample. The case where the value of the corrosion depth was 100 microns or less was regarded as acceptable. Specifically, a test material having a corrosion depth exceeding 100 microns was evaluated as C (bad). A specimen having a corrosion depth of 40 to 100 microns was evaluated as B (good). A specimen having a corrosion depth of less than 40 microns was evaluated as A (excellent).
In the corrosion test for hot water (corrosion resistance evaluation), the test solution, the experiment method, and the test period were the same as the above-described corrosion test for water at room temperature, and only the liquid temperature was 85 ° C. The evaluation method was the same as the corrosion test for water at room temperature.

まず常温での評価試験(常温の水に対する耐すきま腐食性の評価)の結果について述べる。
本発明例のNo.1の鋼材と比較例のNo.13の鋼材を用いた結果を表3,4に示す。
No.1の鋼材に対して本実施形態の電解法を施しても、アノード/カソードの電解時間の比率が1.0以下である場合には、表面のSi被覆率が10%未満となり、腐食試験で100ミクロンを超える腐食深さを示した。
従来の一般的なソルト法や中性塩電解法、および硝ふっ酸浸漬を組み合わせた場合でも、同じ傾向が得られた。
一方、本実施形態の組成を有する電解液を用いて本実施形態の電解条件でデスケール処理(電解処理)を実施した場合(電解材)、表面にSiが10%〜50%の割合で残存し、腐食深さは100ミクロン以下となった。
なお、本実施形態の電解法においても、アノード/カソードの電解時間の比率が6.0を超えた場合、スケールが十分除去されずにデスケールが完了していなかった。また腐食試験でもその腐食深さが100ミクロンを超えた。
No.1の鋼材に対して光輝焼鈍(bright annealing:BA処理)を施した場合(BA処理材)は、表面にSiは残存するもののSi被覆率が約90%と大きく、腐食試験での腐食深さも100ミクロンを超える結果となった。
First, the results of an evaluation test at normal temperature (evaluation of crevice corrosion resistance against water at normal temperature) will be described.
No. of the example of the present invention. No. 1 steel and the comparative example No. 1. The results using 13 steel materials are shown in Tables 3 and 4.
No. Even when the electrolytic method of this embodiment is applied to the steel material No. 1 and the ratio of the electrolysis time of the anode / cathode is 1.0 or less, the Si coverage on the surface is less than 10%, It showed a corrosion depth of over 100 microns.
The same tendency was obtained when the conventional general salt method, neutral salt electrolysis method, and nitric acid hydrofluoric acid immersion were combined.
On the other hand, when a descaling treatment (electrolytic treatment) is performed under the electrolysis conditions of the present embodiment using the electrolytic solution having the composition of the present embodiment (electrolytic material), Si remains on the surface at a ratio of 10% to 50%. The corrosion depth was 100 microns or less.
Also in the electrolysis method of the present embodiment, when the ratio of the anode / cathode electrolysis time exceeded 6.0, the scale was not sufficiently removed and the descale was not completed. In the corrosion test, the corrosion depth exceeded 100 microns.
No. When bright annealing (BA treatment) was applied to steel No. 1 (BA treatment material), although Si remained on the surface, the Si coverage was large at about 90%, and the corrosion depth in the corrosion test was also high. The result exceeded 100 microns.

腐食試験後に溶接材を取り出し、外観の観察を行った。その結果、腐食のない平面部に関して、BA処理材では、試験前と同様の金属光沢を保っていた。これに対して、本発明例の電解材では、やや薄く曇った様な表面に変質していた。この平面部の表面をGDS(高周波グロー放電分光分析法)で調査すると、BA処理材では、表面に酸素とCrが僅かに濃化していた。これに対して、本発明例の電解材では、酸素の他にAlやSi、Caが表面に濃化していた。また上述した方法でSi被覆率についても評価した。その結果、BA処理材では、Siが表面に一様に存在していた。これに対して、本発明例の電解材では、鋼表面に面積率で10〜50%の割合でSiが存在していることが判った。
この結果より、鋼表面にSi酸化物が10〜50%の量で存在していた場合、常温の水道水に対する長期の耐食性が向上することが明らかとなった。この理由は、前述の通り、水道水中に含まれる一般にカルキ分と呼ばれるAlやSi、Caが表面に析出しやすくなり、これが表面の保護皮膜として機能するためであると推定される。BA処理材の場合は、Si酸化物が表面に平滑に一様に存在していたため、カルキ分が析出し難かったものと思われる。また表3,4の比較例のNo.18の鋼材では、本実施形態の条件で電解処理しても、表面に残存するSi量が少なくSi被覆率は低かった。このため、腐食試験においても腐食深さが100ミクロンを超える結果となった。これは、母材(鋼材)のCr及びMoの量だけではなく、表面のSi量が耐食性に影響することを示している。なお、今回は溶接時に十分なArガスシールドが施された母材のすきま部で評価した。溶接時にガスシールドを省略した場合、熱による酸化スケールが生成するが、この場合、溶接前の表面にSiが濃化していると、熱による酸化スケールも抑制される。またそのスケールもAl,Si、Ca等が析出しやすい組成を有するために、同様の効果を発揮し、優れた耐食性が得られる。
After the corrosion test, the welding material was taken out and the appearance was observed. As a result, regarding the flat part without corrosion, the BA treated material maintained the same metallic luster as before the test. On the other hand, in the electrolytic material of the present invention example, the surface was slightly thin and hazy. When the surface of the flat portion was examined by GDS (High Frequency Glow Discharge Spectroscopy), oxygen and Cr were slightly concentrated on the surface of the BA-treated material. On the other hand, in the electrolytic material of the example of the present invention, Al, Si, and Ca were concentrated on the surface in addition to oxygen. The Si coverage was also evaluated by the method described above. As a result, in the BA-treated material, Si was uniformly present on the surface. On the other hand, in the electrolytic material of the present invention example, it was found that Si was present on the steel surface at a ratio of 10 to 50% in terms of area ratio.
From this result, it has been clarified that when Si oxide is present on the steel surface in an amount of 10 to 50%, long-term corrosion resistance to tap water at room temperature is improved. The reason for this is presumed to be that Al, Si, and Ca, which are generally referred to as calcite, are easily deposited on the surface as described above, and this functions as a protective film on the surface. In the case of the BA-treated material, the Si oxide was present smoothly and uniformly on the surface, so that it is considered that the chalk component was difficult to precipitate. In Tables 3 and 4, the comparative example No. In 18 steel materials, even when electrolytic treatment was performed under the conditions of this embodiment, the amount of Si remaining on the surface was small and the Si coverage was low. For this reason, in the corrosion test, the corrosion depth exceeded 100 microns. This indicates that not only the amount of Cr and Mo in the base material (steel material) but also the amount of Si on the surface affects the corrosion resistance. In addition, this time, it evaluated in the clearance part of the base material to which sufficient Ar gas shielding was given at the time of welding. When the gas shield is omitted at the time of welding, an oxide scale due to heat is generated. In this case, if Si is concentrated on the surface before welding, the oxide scale due to heat is also suppressed. Moreover, since the scale has a composition in which Al, Si, Ca, etc. are likely to precipitate, the same effect is exhibited and excellent corrosion resistance is obtained.

続いて、母材(鋼材)のCr量と、表面のCr及びSiの量との関係を調査した。前述のNo.1の鋼材とNo.18の鋼材と共に、表1のNo.2の鋼材、No.3の鋼材に対して本実施形態の条件でデスケール処理(電解処理)を施し、供試材を製造した。詳細には、アノード/カソードの電解時間の比率を4.0とした。総電気量は、表3の条件と同一の10kQ/mで一定とした。
腐食試験に供するサンプルの形状および腐食試験の条件も、前述の表3,4の試験と同一とした。腐食試験で測定された腐食深さが100ミクロンを超える供試材をC(bad)と評価した。腐食深さが100ミクロン以下40ミクロン以上の供試材をB(good)と評価した。腐食深さが40ミクロン未満の供試材をA(excellent)と評価した。その結果を図1に示す。図1では、Cr量をx軸とし、後述するCの値をy軸として、評価結果をプロットした。詳細には、C(bad)と評価された供試材のデータをバツ印(cross mark)でプロットした。B(good)と評価された供試材のデータを白丸でプロットした。A(excellent)と評価された供試材のデータを二重丸でプロットした。また、図1中に、y=−0.45x+28(C=−0.45Cr+28)で表される線分を引いた。
Subsequently, the relationship between the amount of Cr in the base material (steel material) and the amount of Cr and Si on the surface was investigated. The aforementioned No. No. 1 steel and No. 1 steel. Along with No. 18 steel, No. 1 in Table 1. No. 2 steel, No. 2 The steel material of No. 3 was subjected to a descaling process (electrolytic process) under the conditions of this embodiment, and a test material was manufactured. Specifically, the anode / cathode electrolysis time ratio was 4.0. The total amount of electricity was constant at 10 kQ / m 2 which was the same as the conditions in Table 3.
The shape of the sample to be subjected to the corrosion test and the conditions of the corrosion test were also the same as those in Tables 3 and 4 described above. A specimen having a corrosion depth measured in the corrosion test exceeding 100 microns was evaluated as C (bad). A specimen having a corrosion depth of 100 microns or less and 40 microns or more was evaluated as B (good). A specimen having a corrosion depth of less than 40 microns was evaluated as A (excellent). The result is shown in FIG. In Figure 1, the Cr content is x-axis and y-axis values of C s to be described later, were plotted evaluation results. Specifically, the data of the test material evaluated as C (bad) was plotted with a cross mark. The data of the test material evaluated as B (good) was plotted with white circles. Data of the specimen evaluated as A (excellent) was plotted with double circles. Further, a line segment represented by y = −0.45x + 28 (C s = −0.45Cr + 28) is drawn in FIG.

本実施形態において、Cr+3Mo、C=3Sisur+Crsurを指標として用いる理由について説明する。
一般的に、耐食性を向上させる元素としてCrとMoは知られている。また本発明者等は、表層にSi酸化物を残存させることが、すき間部の耐食性、特に溶接すきま部の耐食性に対して、Cr,Moと同様の効果を有することを知見した。すなわち母材(鋼材)のCr濃度(質量%)と、表面(表層)のCrとSiの濃度から算出される値(原子%);C=3Sisur+Crsurとが以下の式(1)を満たすとき、優れた耐すきま腐食性が得られることが確認された。
≧−0.45Cr+28 (1)
また、C=3Sisur+Crsurの値が高いほど、母材のCr濃度の値が低くても耐食性が向上することが確認された。この係数は、その他の図示していない結果から回帰することで求めた。なお、図には載せていないが、母材のCr濃度が13%未満の場合、C=3Sisur+Crsurの値が高くても、耐食性は悪い結果となった。これは、表面皮膜で耐食性を担保するにも、最低限の量でCrを鋼材に添加する必要があるためであると考えられる。この結果より、母材のCr濃度の下限を13.0%と定めた。一方、Cr濃度が25.0%を超えると、加工性が低下し、かつコストも高騰するため、25.0%をCr濃度の上限とした。Cr濃度は、好ましくは15.0〜24.0%であり、より好ましくは17.0〜23.0%である。
なお、靭性は、前述した供試材の製造過程で得られた厚さ5mmの熱延板を用いて評価した。この熱延板より、切断および研削により厚さ3mm、長さ55mm、幅10mmの試験片を切り出し、この試験片に対して長手方向の中央に2mmのVノッチを加工してシャルピー試験に供した。シャルピー試験は0℃で行い、吸収エネルギーが50J/cm以上であれば合格とした。靭性の評価結果は、実施例において詳述するが、SiやTi、Crの量が本実施形態の範囲よりも多い場合に、割れが発生した。これは、溶接部の結晶粒が粗大化したこと、及びSiやTi、Cr等の靭性を低下させる元素を多量に含んだため、溶接部においてその傾向が顕著になったためと判断される。
In the present embodiment, it will be described the reason for using Cr + 3Mo, a C s = 3Si sur + Cr sur as an index.
Generally, Cr and Mo are known as elements that improve corrosion resistance. The present inventors have also found that leaving Si oxide on the surface layer has the same effect as Cr and Mo on the corrosion resistance of the gap, particularly the corrosion resistance of the weld gap. That is, the Cr concentration (mass%) of the base material (steel material) and the value (atomic%) calculated from the concentration of Cr and Si on the surface (surface layer); C s = 3Si sur + Cr sur is the following formula (1) It was confirmed that excellent crevice corrosion resistance can be obtained when the above condition is satisfied.
C s ≧ −0.45Cr + 28 (1)
It was also confirmed that the higher the value of C s = 3Si sur + Cr sur , the better the corrosion resistance even if the value of the Cr concentration of the base material is low. This coefficient was obtained by regression from other results not shown. Although not shown in the figure, when the Cr concentration of the base material was less than 13%, the corrosion resistance was poor even if the value of C s = 3Si sur + Cr sur was high. This is considered to be because it is necessary to add Cr to the steel material in a minimum amount in order to ensure the corrosion resistance with the surface film. From this result, the lower limit of the Cr concentration of the base material was set to 13.0%. On the other hand, if the Cr concentration exceeds 25.0%, the workability deteriorates and the cost increases, so 25.0% was made the upper limit of the Cr concentration. The Cr concentration is preferably 15.0 to 24.0%, more preferably 17.0 to 23.0%.
In addition, toughness was evaluated using a hot-rolled sheet having a thickness of 5 mm obtained in the above-described production process of the test material. A test piece having a thickness of 3 mm, a length of 55 mm, and a width of 10 mm was cut out from the hot-rolled sheet by cutting and grinding, and a 2 mm V-notch was machined in the center in the longitudinal direction of the test piece and subjected to a Charpy test. . The Charpy test was conducted at 0 ° C., and if the absorbed energy was 50 J / cm 2 or more, the Charpy test was accepted. The evaluation results of toughness will be described in detail in Examples, but cracking occurred when the amount of Si, Ti, or Cr was larger than the range of the present embodiment. This is considered to be due to the fact that the crystal grains in the welded portion are coarsened and that the elements such as Si, Ti, Cr, and the like have a large amount of elements that lower the toughness, so that the tendency is prominent in the welded portion.

次に、温水環境での耐食性(温水に対する耐すきま腐食性)を評価した。
本発明例のNo.21の鋼材と比較例のNo.38の鋼材を用いた結果を表7,8に示す。常温での試験と同様に、No.21の鋼材を本実施形態の条件内で処理した場合には、表面にCrおよびSiが濃化し、かつデスケールも完了していた。また、温水環境での耐食性も良好であった。一方、No.38の鋼材やNo.21の鋼材でも、本実施形態の条件を満たさない場合には、デスケールの不良や温水環境での耐食性に劣る結果となった。
Next, the corrosion resistance in a warm water environment (crevice corrosion resistance against warm water) was evaluated.
No. of the example of the present invention. No. 21 steel and comparative example No. 21. The results using 38 steel materials are shown in Tables 7 and 8. Similar to the test at room temperature, No. When 21 steel materials were processed within the conditions of this embodiment, Cr and Si were concentrated on the surface, and descaling was completed. Moreover, the corrosion resistance in a warm water environment was also favorable. On the other hand, no. No. 38 steel and No. 38 steel. Even in the case of 21 steel materials, when the conditions of this embodiment were not satisfied, the result was inferior in descaling and inferior in corrosion resistance in a hot water environment.

次に、母材のCr及びMoの量と、表面のCr及びSiの量との関係を調査した。前述のNo.21の鋼材とNo.38の鋼材と共に、表5のNo.22の鋼材、No.23の鋼材に対して本実施形態の条件でデスケール処理(電解処理)を施し、供試材を製造した。詳細には、アノード/カソードの電解時間の比率を4.0とした。総電気量は、表3の条件と同一の10kQ/mで一定とした。その他の条件や判定基準は、前述の常温での試験と同様とした。
得られた結果を図2に示す。図2では、Cr+3Moの値をx軸とし、Cの値をy軸として、評価結果をプロットした。図1と同様に、C(bad)と評価された供試材のデータをバツ印(cross mark)でプロットした。B(good)と評価された供試材のデータを白丸でプロットした。A(excellent)と評価された供試材のデータを二重丸でプロットした。また、図2中に、y=−0.45x+34(C=−0.45(Cr+3Mo)+34)で表される線分を引いた。
母材のCr+3Moの値(質量%)と表面(表層)のCrとSiの濃度から算出される値(原子%);C=3Sisur+Crsurとが以下の式(1’)を満たすとき、優れた耐すきま腐食性が得られることが確認された。
≧−0.45(Cr+3Mo)+34 (1’)
またC=3Sisur+Crsurの値が高いほど、母材のCr+3Moの値が低くても、耐食性が向上することが確認された。なお、図には載せていないが、母材のCr+3Moの値が18%未満の場合は、C=3Sisur+Crsurの値が高くても、耐食性は悪い結果となった。この結果より、Cr+3Moの値の下限を18%と定めた。一方、Cr+3Moの値が30%を超えると、加工性が低下し、かつコストも高騰する。このため、30%をCr+3Moの値の上限とした。Cr+3Moの値は、好ましくは、19〜27%であり、より好ましくは20〜26%である。
もちろん、温水に対して優れた耐すきま腐食性を有するこれらの材料は、より温度の低い常温の水に対しても十分な耐すきま腐食性を有しており、常温での適用が可能である。
Next, the relationship between the amount of Cr and Mo in the base material and the amount of Cr and Si on the surface was investigated. The aforementioned No. No. 21 steel and no. Along with No. 38 steel material, No. No. 22 steel, no. 23 steel materials were subjected to a descaling treatment (electrolytic treatment) under the conditions of the present embodiment to produce test materials. Specifically, the anode / cathode electrolysis time ratio was 4.0. The total amount of electricity was constant at 10 kQ / m 2 which was the same as the conditions in Table 3. Other conditions and criteria were the same as those at the room temperature test described above.
The obtained results are shown in FIG. In Figure 2, the value of Cr + 3Mo the x-axis, the values of C s as y-axis, were plotted evaluation results. As in FIG. 1, the data of the specimen evaluated as C (bad) was plotted with a cross mark. The data of the test material evaluated as B (good) was plotted with white circles. Data of the specimen evaluated as A (excellent) was plotted with double circles. In FIG. 2, a line segment represented by y = −0.45x + 34 (C s = −0.45 (Cr + 3Mo) +34) is drawn.
When the value of Cr + 3Mo (mass%) of the base material and the value (atomic%) calculated from the concentration of Cr and Si on the surface (surface layer); C s = 3Si sur + Cr sur satisfies the following formula (1 ′) It was confirmed that excellent crevice corrosion resistance was obtained.
C s ≧ −0.45 (Cr + 3Mo) +34 (1 ′)
Further, it was confirmed that the higher the value of C s = 3Si sur + Cr sur , the better the corrosion resistance even if the value of Cr + 3Mo of the base material is low. Although not shown in the figure, when the value of Cr + 3Mo of the base material is less than 18%, even if the value of C s = 3Si sur + Cr sur is high, the corrosion resistance is poor. From this result, the lower limit of the value of Cr + 3Mo was set to 18%. On the other hand, when the value of Cr + 3Mo exceeds 30%, the workability is lowered and the cost is also increased. For this reason, 30% was made the upper limit of the value of Cr + 3Mo. The value of Cr + 3Mo is preferably 19 to 27%, more preferably 20 to 26%.
Of course, these materials, which have excellent crevice corrosion resistance against hot water, have sufficient crevice corrosion resistance even at lower temperature room temperature water and can be applied at room temperature. .

本発明のフェライト系ステンレス鋼は、上記した実験結果から得られた知見に基づいてなされた。以下に実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼について詳細に説明する。   The ferritic stainless steel of the present invention was made based on the knowledge obtained from the above experimental results. The ferritic stainless steel according to the embodiment will be described in detail below.

(第1の実施形態)
本実施形態の元素の含有量の範囲について以下に説明する。なお、元素の含有量を示す単位“%”は、質量%を意味する。
Crは、ステンレス鋼の耐食性を確保する上で最も重要な元素であり、フェライト組織を安定化する。このため、少なくとも13.0%のCrは必要である。Cr量を増加させると、耐食性も向上する。しかし、Crはレアメタルであるため、その使用抑制が望まれているだけでなく、過剰な量のCrの添加は、加工性や、製造時に問題となる靭性も低下させる。このため、Cr量の上限を25.0%とする。Cr量は、望ましくは16.0〜24.0%であり、より望ましくは18.0〜23.0%である。
(First embodiment)
The range of the element content of this embodiment will be described below. The unit “%” indicating the element content means mass%.
Cr is the most important element for securing the corrosion resistance of stainless steel, and stabilizes the ferrite structure. For this reason, at least 13.0% Cr is necessary. Increasing the Cr content also improves the corrosion resistance. However, since Cr is a rare metal, not only suppression of its use is desired, but addition of an excessive amount of Cr also deteriorates workability and toughness that becomes a problem during production. For this reason, the upper limit of the Cr amount is set to 25.0%. The amount of Cr is desirably 16.0 to 24.0%, and more desirably 18.0 to 23.0%.

Siは、脱酸元素として重要な元素であり、耐食性、耐酸化性にも有効である。本実施形態においては、Siは、表面へ濃化して耐食性を高める主要な元素である。ただし、過度な量のSiの添加は、母材の靭性を低下させるだけでなく、強度を向上させすぎる。これにより、加工性、製造性が低下する。そのため母材中のSi量を0.08%〜0.50%とし、表層へのSiの濃縮を促進することで各種特性を向上させる。Si量は、望ましくは0.10〜0.35%であり、より望ましくは0.12〜0.29%である。   Si is an important element as a deoxidizing element, and is also effective for corrosion resistance and oxidation resistance. In the present embodiment, Si is a main element that concentrates on the surface and improves the corrosion resistance. However, the addition of an excessive amount of Si not only decreases the toughness of the base material but also increases the strength. Thereby, workability and manufacturability are lowered. Therefore, the Si amount in the base material is set to 0.08% to 0.50%, and various characteristics are improved by promoting the concentration of Si to the surface layer. The amount of Si is desirably 0.10 to 0.35%, and more desirably 0.12 to 0.29%.

Cは、耐粒界腐食性、加工性を低下させるため、その含有量を低減させる必要がある。このため、C量の上限を0.02%以下とする。C量を過度に低減させることは精錬コストを悪化させるため、C量は、より望ましくは0.002〜0.015%である。   Since C reduces intergranular corrosion resistance and workability, it is necessary to reduce the content thereof. For this reason, the upper limit of the C amount is set to 0.02% or less. Since excessively reducing the amount of C worsens the refining cost, the amount of C is more preferably 0.002 to 0.015%.

Nは、Cと同様に、耐粒界腐食性、加工性を低下させるため、N含有量を低減させる必要がある。このため、N量の上限を0.025%以下とする。ただし、過度にN量を低減させることは精錬コストを悪化させるため、N量は、より望ましくは、0.002〜0.015%である。   N, like C, lowers the intergranular corrosion resistance and workability, so it is necessary to reduce the N content. For this reason, the upper limit of the N amount is set to 0.025% or less. However, since excessively reducing the amount of N worsens the refining cost, the amount of N is more preferably 0.002 to 0.015%.

Mnは、脱酸元素として重要な元素であるが、過剰量のMnを添加すると、腐食の起点となるMnSを生成しやすくなる。また過剰量のMnはフェライト組織を不安定化させる。このため、Mn含有量を0.01〜1.00%以下とする。Mn量は、より望ましくは、0.05〜0.50%である。   Mn is an important element as a deoxidizing element. However, when an excessive amount of Mn is added, MnS that becomes a starting point of corrosion is easily generated. An excessive amount of Mn destabilizes the ferrite structure. For this reason, Mn content shall be 0.01-1.00% or less. The amount of Mn is more desirably 0.05 to 0.50%.

Pは、溶接性、加工性を低下させるだけでなく、粒界腐食を生じやすくもするため、P量を低く抑える必要がある。そのためP量を0.035%以下とする。P量は、より望ましくは0.001〜0.025%である。   P not only lowers weldability and workability, but also easily causes intergranular corrosion, so the amount of P needs to be kept low. Therefore, the P content is 0.035% or less. The amount of P is more preferably 0.001 to 0.025%.

Sは、CaSやMnS等の腐食の起点となる水溶性介在物を生成させるため、S量を低減させる必要がある。そのためS量を0.010%以下とする。ただし過度のS量の低減はコストの悪化を招くため、S量は、より望ましくは0.0002〜0.0500%以下である。   Since S produces water-soluble inclusions that are the starting points of corrosion such as CaS and MnS, it is necessary to reduce the amount of S. Therefore, the S amount is set to 0.010% or less. However, since excessive reduction of the amount of S causes cost deterioration, the amount of S is more desirably 0.0002 to 0.0500% or less.

Alは脱酸元素として重要であり、また非金属介在物の組成を制御し組織を微細化する効果もある。しかし過剰な量のAlの添加は、非金属介在物の粗大化を招き、製品の疵発生の起点になる恐れもある。そのため、Al量の下限値を0.005%とし、Al量の上限値を0.300%とする。Al量は、望ましくは0.007%〜0.15%であり、より望ましくは0.010〜0.10%である。   Al is important as a deoxidizing element, and also has an effect of controlling the composition of nonmetallic inclusions and refining the structure. However, the addition of an excessive amount of Al leads to coarsening of non-metallic inclusions, which may be a starting point for product wrinkles. Therefore, the lower limit value of the Al amount is set to 0.005%, and the upper limit value of the Al amount is set to 0.300%. The amount of Al is desirably 0.007% to 0.15%, and more desirably 0.010 to 0.10%.

Nbは、C、Nを固定し、フェライト系ステンレス鋼において母材や溶接部の粒界腐食を抑制させる上で非常に重要な元素である。ただし過剰な量のNbの添加は、加工性を低下させるため、Nb量の範囲を0.01〜0.60%とする。Nb量は、望ましくは0.05〜0.50%であり、更に望ましくは0.10〜0.40%である。   Nb is an extremely important element for fixing C and N and suppressing intergranular corrosion of the base metal and the welded portion in the ferritic stainless steel. However, the addition of an excessive amount of Nb decreases the workability, so the range of the Nb amount is 0.01 to 0.60%. The amount of Nb is desirably 0.05 to 0.50%, and more desirably 0.10 to 0.40%.

更に、必要に応じて以下の元素を含有してもよい。
Tiは、Nbと同様に、C、Nを固定し、溶接部の粒界腐食を抑制し、かつ加工性を向上させる上で非常に重要な元素であり、必要により添加される。しかしながら過剰な量のTiの添加は、素材の靭性を低下させる。さらに硬質なTi系非金属介在物が多く生成され、製造時の表面疵の原因となる。このため、Ti量の範囲を0.03〜0.30%とする。Ti量は、望ましくは0.05〜0.27%であり、より望ましくは0.07〜0.20%とする。
なおTiを添加させる際は、C、Nを安定化させ、かつ靭性低下を抑制させるために、Ti量とNb量とのバランスが重要となる。このため、Nb/Tiが1.0を超えるように、Ti,Nbを添加することが必要となる。Nb/Tiは、好ましくは1.2〜6.0であり、さらに好ましくは1.4〜4.0である。
Furthermore, you may contain the following elements as needed.
Ti, like Nb, is a very important element for fixing C and N, suppressing intergranular corrosion of the weld, and improving workability, and is added as necessary. However, the addition of an excessive amount of Ti reduces the toughness of the material. Further, a lot of hard Ti-based nonmetallic inclusions are generated, which causes surface defects during production. For this reason, the range of Ti amount is 0.03 to 0.30%. The amount of Ti is desirably 0.05 to 0.27%, and more desirably 0.07 to 0.20%.
In addition, when adding Ti, in order to stabilize C and N and to suppress a toughness fall, the balance of Ti amount and Nb amount becomes important. For this reason, it is necessary to add Ti and Nb so that Nb / Ti exceeds 1.0. Nb / Ti is preferably 1.2 to 6.0, and more preferably 1.4 to 4.0.

Cuは、腐食が発生した際の活性溶解速度を低下させる効果を有する。しかし過剰な量のCuの添加は、加工性を低下させ、場合によっては、溶出したCuイオンが腐食を加速させる場合がある。このため、Cuを添加する場合は、Cu量の範囲を2.0%以下とする。Cu量は、望ましくは、0.20〜1.5%であり、更に望ましくは0.25〜1.1%である。   Cu has the effect of reducing the active dissolution rate when corrosion occurs. However, the addition of an excessive amount of Cu reduces workability, and in some cases, the eluted Cu ions may accelerate corrosion. For this reason, when adding Cu, the range of Cu amount shall be 2.0% or less. The amount of Cu is desirably 0.20 to 1.5%, and more desirably 0.25 to 1.1%.

Niは、活性溶解速度を抑制させ、また水素過電圧が小さいために再不働態化特性に優れる。ただし過剰な量のNiの添加は、加工性を低下させ、フェライト組織を不安定にするため、Ni量の上限を2.0%とする。Ni量は、望ましくは0.10〜1.2%であり、より望ましくは0.20〜1.1%である。   Ni suppresses the active dissolution rate and has excellent repassivation characteristics due to a small hydrogen overvoltage. However, the addition of an excessive amount of Ni lowers the workability and makes the ferrite structure unstable, so the upper limit of the Ni amount is set to 2.0%. The amount of Ni is desirably 0.10 to 1.2%, and more desirably 0.20 to 1.1%.

Snを添加すると、活性溶解速度が低下し耐食性が向上する。特に微量のSnの添加で、その効果が得られる。しかし過剰な量のSnの添加は、加工性を低下させる。このため、Snを添加する場合は、Sn量の範囲を0.50%以下とする。Sn量は、望ましくは、0.01〜0.40%であり、更に望ましくは0.03〜0.30%である。   When Sn is added, the active dissolution rate is lowered and the corrosion resistance is improved. In particular, the effect can be obtained by adding a small amount of Sn. However, the addition of an excessive amount of Sn reduces workability. For this reason, when adding Sn, the range of Sn content shall be 0.50% or less. The amount of Sn is desirably 0.01 to 0.40%, and more desirably 0.03 to 0.30%.

Sbも、Snと同様の効果を有する。そのためSnを添加する場合には、Sn量の範囲を0.50%以下とする。Sn量は、望ましくは、0.01〜0.40%であり、更に望ましくは0.03〜0.30%である。   Sb has the same effect as Sn. Therefore, when adding Sn, the range of Sn content shall be 0.50% or less. The amount of Sn is desirably 0.01 to 0.40%, and more desirably 0.03 to 0.30%.

VおよびZrは、耐銹性や耐すきま腐食性を改善する効果を有する。Cr、Moの量を抑えて、Vを添加すれば、優れた加工性も担保することができる。ただし過度の量のV、Zrの添加は、加工性を低下させ、かつ耐食性を向上させる効果も飽和する。このため、V量とZr量の下限をそれぞれ0.03%とし、V量とZr量の上限をそれぞれ0.50%とする。V量とZr量のそれぞれは、より望ましくは0.05〜0.30%である。   V and Zr have the effect of improving weather resistance and crevice corrosion resistance. If V is added while suppressing the amount of Cr and Mo, excellent workability can be secured. However, the addition of excessive amounts of V and Zr saturates the effect of reducing workability and improving corrosion resistance. For this reason, the lower limits of the V amount and the Zr amount are each 0.03%, and the upper limits of the V amount and the Zr amount are each 0.50%. Each of the V amount and the Zr amount is more preferably 0.05 to 0.30%.

Bは、二次加工脆性を改善するために有効な粒界強化元素である。しかし、過度の量のBの添加は、フェライトを固溶強化して延性を低下させる原因になる。このためB量の上限を0.0050%とする。B量は、より望ましくは0.0002〜0.0020%である。   B is an effective grain boundary strengthening element for improving secondary work brittleness. However, the addition of an excessive amount of B causes a solid solution strengthening of ferrite and decreases ductility. For this reason, the upper limit of the B amount is set to 0.0050%. The amount of B is more desirably 0.0002 to 0.0020%.

Taは、耐食性、特に耐酸性を改善する元素である。ただし過度の量のTaの添加は、加工性を低下させ、かつ耐食性を向上させる効果も飽和する。このため、Taを添加する場合は、Ta量の上限を0.10%とする。Ta量は、より望ましくは0.00010〜0.0050%である。   Ta is an element that improves corrosion resistance, particularly acid resistance. However, the addition of an excessive amount of Ta reduces the workability and also saturates the effect of improving the corrosion resistance. For this reason, when adding Ta, the upper limit of Ta amount is made 0.10%. The amount of Ta is more desirably 0.00010 to 0.0050%.

Caは、脱酸元素として、ステンレス鋼の製造工程に用いられる元素である。ただし過剰な量のCa添加は、Ca系の非金属介在物を多量に生成させ、腐食の起点になる恐れがある。そのためCaを添加する場合は、Ca量を0.010%以下とする。Ca量は、より望ましくは0.0001〜0.0050%とする。   Ca is an element used in the production process of stainless steel as a deoxidizing element. However, when an excessive amount of Ca is added, a large amount of Ca-based nonmetallic inclusions may be generated, which may become a starting point of corrosion. Therefore, when adding Ca, the amount of Ca is made 0.010% or less. The amount of Ca is more desirably 0.0001 to 0.0050%.

Mgは、溶鋼中でAlとともにMg酸化物を形成し脱酸剤として作用する。またMgは、TiNの晶出核として作用する。TiNは、凝固過程において、フェライト相の凝固核となり、TiNの晶出を促進させる。これにより、凝固時にフェライト相を微細生成させることができる。凝固組織を微細化させることにより、製品のリジングやロ−ピングなどの粗大凝固組織に起因した表面欠陥の発生を防止できる。さらに加工性の向上をもたらす。このため、必要に応じてMgを添加する。Mgを添加する場合は、これら効果を発現するためにMg量を0.0001%以上とする。但し、Mg量が0.0050%を超えると、製造性が劣化するため、Mg量の上限を0.0050%とする。好ましくは、製造性を考慮してMg量を0.0003〜0.0020%とする。   Mg forms Mg oxide together with Al in molten steel and acts as a deoxidizer. Mg acts as a crystallization nucleus of TiN. TiN becomes a solidification nucleus of the ferrite phase in the solidification process and promotes crystallization of TiN. Thereby, the ferrite phase can be finely generated during solidification. By miniaturizing the solidified structure, it is possible to prevent the occurrence of surface defects due to coarse solidified structures such as ridging and roping of the product. Furthermore, workability is improved. For this reason, Mg is added as needed. When adding Mg, in order to express these effects, the amount of Mg is made 0.0001% or more. However, if the Mg content exceeds 0.0050%, manufacturability deteriorates, so the upper limit of the Mg content is 0.0050%. Preferably, considering the manufacturability, the Mg amount is set to 0.0003 to 0.0020%.

REM(希土類金属元素)は、熱間加工性や鋼の清浄度を向上させ、本実施形態の耐食性の向上に有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。添加する場合は、それぞれその効果が発現するためにREM量(希土類金属元素の総量)を0.001%以上とする。しかし、過度の量のREMの添加は、合金コストの上昇と製造性の低下に繋がるため、REM量の上限を0.100%とする。好ましくは、効果と経済性および製造性を考慮して、REM量を0.001〜0.050%とする。なお、REMは、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)の2元素と、ランタン(La)からルテチウム(Lu)までの15元素(ランタノイド)の総称を指し、例えば、La、Ce、Ndを例示できる。   REM (rare earth metal element) is an element that improves the hot workability and the cleanliness of steel and is effective in improving the corrosion resistance of the present embodiment, and may be added as necessary. When added, the REM amount (total amount of rare earth metal elements) is set to 0.001% or more in order to exhibit the effect. However, the addition of an excessive amount of REM leads to an increase in alloy cost and a decrease in manufacturability, so the upper limit of the REM amount is set to 0.100%. Preferably, considering the effect, economy and manufacturability, the REM amount is 0.001 to 0.050%. REM refers to a generic name of two elements of scandium (Sc) and yttrium (Y) and 15 elements (lanthanoid) from lanthanum (La) to lutetium (Lu), and examples thereof include La, Ce, and Nd. .

Gaは、ステンレス鋼の靱性を向上させる効果を有する元素である。ただし過剰な量のGaの添加は、製造性を悪化させ、かつコストを増大させる。このため、Gaを添加する場合は、Ga量を0.010%以下とする。Ga量は、より望ましくは0.0001〜0.005%である。   Ga is an element having an effect of improving the toughness of stainless steel. However, addition of an excessive amount of Ga deteriorates manufacturability and increases costs. For this reason, when adding Ga, the amount of Ga shall be 0.010% or less. The Ga content is more preferably 0.0001 to 0.005%.

次に、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼の表層について説明する。
表層のSi酸化物の表面被覆率は、10〜50%であり、好ましくは15〜45%であり、より好ましくは20〜40%である。これにより、水道水中に含まれる一般にカルキ分と呼ばれるAlやSi、Caが表面に析出しやすくなる。表面に析出したカルキ分は表面の保護皮膜として機能する。このため、常温での水道水に対して優れた耐すきま腐食性が長期間得られる。
表層のSi酸化物の表面被覆率は、上述の方法により測定される。
Next, the surface layer of the ferritic stainless steel of this embodiment will be described.
The surface coverage of the surface Si oxide is 10 to 50%, preferably 15 to 45%, and more preferably 20 to 40%. As a result, Al, Si, and Ca, which are generally referred to as “calcium”, contained in tap water are likely to precipitate on the surface. The chlorine component deposited on the surface functions as a protective film on the surface. For this reason, the crevice corrosion resistance excellent with respect to the tap water at normal temperature is obtained for a long time.
The surface coverage of the surface Si oxide is measured by the method described above.

以下の式(1)を満たす。
≧−0.45Cr+28 (1)
式(1)中のCrは、フェライト系ステンレス鋼(母材)中のCr含有量(質量%)を示す。Cは、以下の式(A)から算出される値である。
=3Sisur+Crsur (A)
式(A)中のSisurは、表層におけるSi濃度比(原子%)を示し、Crsurは、表層におけるCr濃度比(原子%)を示す。
表層のCr濃度(Cr濃度比、原子%):Crsur、および表層のSi濃度(Si濃度比、原子%):Sisurは上述のように測定される。
図1の結果より、式(1)を満たすことによって、常温(45℃)の水道水に対して優れた耐すきま腐食性が長期間得られる。
The following formula (1) is satisfied.
C s ≧ −0.45Cr + 28 (1)
Cr in Formula (1) shows Cr content (mass%) in ferritic stainless steel (base material). C s is a value calculated from the following equation (A).
C s = 3Si sur + Cr sur (A)
In the formula (A), Si sur represents the Si concentration ratio (atomic%) in the surface layer, and Cr sur represents the Cr concentration ratio (atomic%) in the surface layer.
Surface Cr concentration (Cr concentration ratio, atomic%): Cr sur and surface Si concentration (Si concentration ratio, atomic%): Si sur are measured as described above.
From the result of FIG. 1, by satisfying the formula (1), excellent crevice corrosion resistance can be obtained for a long period of time with respect to room temperature (45 ° C.) tap water.

(第2の実施形態)
第2の実施形態のフェライト系ステンレス鋼は、常温の水及び温水に対して優れた耐すきま腐食性を有する。
第2の実施形態のフェライト系ステンレス鋼の化学組成は、Mo:0.03〜3.0%を含有する点が、第1の実施形態のフェライト系ステンレス鋼の化学組成と異なる。Mo以外の成分及びその作用効果は、第1の実施形態と同一である。このため、Mo以外の成分に関する説明を省略する。
(Second Embodiment)
The ferritic stainless steel of the second embodiment has excellent crevice corrosion resistance against water at normal temperature and warm water.
The chemical composition of the ferritic stainless steel of the second embodiment is different from the chemical composition of the ferritic stainless steel of the first embodiment in that it contains Mo: 0.03 to 3.0%. Components other than Mo and the operation and effects thereof are the same as those in the first embodiment. For this reason, description regarding components other than Mo is omitted.

Moは、不働態皮膜の補修に効果があり、耐食性を向上させるのに非常に有効な元素である。さらにMoとCrとを組み合わせると、耐孔食性を向上させる効果が得られる。Mo量を増加させると、耐食性は向上するが、加工性、靭性が低下し、またコストが高くなる。このため、Mo量の上限を3.0%とする。これら特性を発揮させる場合には、Moは少なくとも0.03%の量で含有させることが必要である。Mo量は、望ましくは、0.30〜2.0%であり、より望ましくは0.45〜2.0%である。   Mo is effective in repairing the passive film and is an extremely effective element for improving the corrosion resistance. Furthermore, when Mo and Cr are combined, the effect of improving pitting corrosion resistance is obtained. When the amount of Mo is increased, the corrosion resistance is improved, but the workability and toughness are lowered, and the cost is increased. For this reason, the upper limit of the Mo amount is set to 3.0%. In order to exhibit these characteristics, it is necessary to contain Mo in an amount of at least 0.03%. The amount of Mo is desirably 0.30 to 2.0%, and more desirably 0.45 to 2.0%.

本実施形態のフェライト系ステンレス鋼の表層について説明する。
表層のSi酸化物の表面被覆率は、10〜50%であり、好ましくは15〜45%であり、より好ましくは20〜40%である。表層のSi酸化物の表面被覆率の測定方法や作用効果は、第1の実施形態と同一であるので説明を省略する。
以下の式(1’)を満たす。
≧−0.45(Cr+3Mo)+34 (1’)
式(1’)中のCr,Moは、フェライト系ステンレス鋼(母材)中のCr含有量(質量%),Mo含有量(質量%)をそれぞれ示す。Cは、以下の式(A)から算出される値である。
=3Sisur+Crsur (A)
式(A)中のSisurは、表層におけるSi濃度比(原子%)を示し、Crsurは、表層におけるCr濃度比(原子%)を示す。SisurとCrsurの測定方法は、第1の実施形態と同一である。
更に、以下の式(2)も満たす。
Cr+3Mo:18〜30 (2)
式(2)中のCr,Moは、フェライト系ステンレス鋼中のCr含有量(質量%),Mo含有量(質量%)をそれぞれ示す。
The surface layer of the ferritic stainless steel of this embodiment will be described.
The surface coverage of the surface Si oxide is 10 to 50%, preferably 15 to 45%, and more preferably 20 to 40%. Since the method for measuring the surface coverage of the surface Si oxide and the effects thereof are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
The following expression (1 ′) is satisfied.
C s ≧ −0.45 (Cr + 3Mo) +34 (1 ′)
Cr and Mo in the formula (1 ′) indicate the Cr content (mass%) and the Mo content (mass%) in the ferritic stainless steel (base material), respectively. C s is a value calculated from the following equation (A).
C s = 3Si sur + Cr sur (A)
In the formula (A), Si sur represents the Si concentration ratio (atomic%) in the surface layer, and Cr sur represents the Cr concentration ratio (atomic%) in the surface layer. The measurement method of Si sur and Cr sur is the same as that of the first embodiment.
Furthermore, the following expression (2) is also satisfied.
Cr + 3Mo: 18-30 (2)
Cr and Mo in the formula (2) indicate the Cr content (mass%) and the Mo content (mass%) in the ferritic stainless steel, respectively.

図2の結果より、式(1’)及び式(2)を満たすことによって、85℃の水道水(温水)に対して優れた耐すきま腐食性が長期間得られる。より温度の低い常温の水に対しても十分な耐すきま腐食性を有している。
式(2)のCr+3Moの値は、好ましくは、19〜27%であり、より好ましくは20〜25%である。
From the results of FIG. 2, by satisfying the formula (1 ′) and the formula (2), excellent crevice corrosion resistance with respect to 85 ° C. tap water (hot water) can be obtained for a long time. It has sufficient crevice corrosion resistance even to cold water at room temperature.
The value of Cr + 3Mo in the formula (2) is preferably 19 to 27%, more preferably 20 to 25%.

(第3の実施形態)
本実施形態は、第1,2の実施形態のフェライト系ステンレス鋼を製造する方法に係る。
第1,2の実施形態に記載の化学組成を有するように鋼成分を調整して、鋼材を得る。次いで、鋼材に対して、熱間圧延、スケール除去、冷間圧延、及び熱処理を施し、冷延板を製造する。冷延板に対して仕上げ焼鈍を施し、熱処理材を得る。
以上の工程には、公知のフェライト系ステンレス鋼の製造方法の条件が適用される。
(Third embodiment)
The present embodiment relates to a method for manufacturing the ferritic stainless steel of the first and second embodiments.
Steel components are obtained by adjusting the steel components so as to have the chemical composition described in the first and second embodiments. Next, the steel material is subjected to hot rolling, scale removal, cold rolling, and heat treatment to produce a cold rolled sheet. Finish annealing is applied to the cold-rolled sheet to obtain a heat treatment material.
The conditions of the manufacturing method of well-known ferritic stainless steel are applied to the above process.

熱処理材に対して、以下のデスケール処理(電解処理)を施す。
必要に応じて、ソルト法又は中性塩電解法に従って前処理を実施する。前処理の条件は、特に限定されず、公知の条件が適用される。
次に電解処理を行う。
電解液として、50〜300g/Lの硫酸ナトリウムと50g/L以上の硝酸イオンを含有する水溶液を用いる。硝酸イオンとしては、硝酸や硝酸ナトリウム等の硝酸イオンを含む各種の化合物が挙げられる。電解液中の硝酸の量は、70〜300g/Lが好ましく、80〜150g/Lがより好ましい。電解液中の硫酸ナトリウム(NaSO)の量は、50〜300g/Lであり、70〜200g/Lが好ましく、90〜180g/Lがより好ましい。また、電解液のpHは、特に限定されないが、低い方が好ましく、具体的には、電解液のpHは、−1〜6が好ましく、0超〜3未満がより好ましい。
プラス極とマイナス極の電極で熱処理材を間接的に(熱処理材と接触しない状態で)挟み、熱処理材及び電極を電解液に浸漬する。この状態で熱処理材へ電流を供給し、交番電解を行う。
The heat treatment material is subjected to the following descaling treatment (electrolytic treatment).
If necessary, a pretreatment is performed according to a salt method or a neutral salt electrolysis method. The pretreatment conditions are not particularly limited, and known conditions are applied.
Next, electrolytic treatment is performed.
An aqueous solution containing 50 to 300 g / L sodium sulfate and 50 g / L or more nitrate ions is used as the electrolytic solution. Examples of nitrate ions include various compounds containing nitrate ions such as nitric acid and sodium nitrate. The amount of nitric acid in the electrolytic solution is preferably 70 to 300 g / L, and more preferably 80 to 150 g / L. The amount of sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) in the electrolytic solution is 50 to 300 g / L, preferably 70 to 200 g / L, and more preferably 90 to 180 g / L. Further, the pH of the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably lower. Specifically, the pH of the electrolytic solution is preferably −1 to 6, and more preferably more than 0 to less than 3.
The heat treatment material is sandwiched indirectly (without contact with the heat treatment material) between the positive electrode and the negative electrode, and the heat treatment material and the electrode are immersed in the electrolytic solution. In this state, current is supplied to the heat treatment material to perform alternating electrolysis.

マイナス極と熱処理材との間で電解が行われる際(アノード電解)には、熱処理材はアノードとなり、熱処理材の表面は酸化溶解される。詳細には、熱処理材の表面から、Crを主体とする酸化物が溶解除去される。
プラス極と熱処理材との間で電解が行われる際(カソード電解)には、熱処理材はカソードとなり、Fe酸化物を主体とする酸化物スケールが還元溶解される。
マイナス極と熱処理材との間で電解を行う時間をアノード電解時間とし、プラス極と熱処理材との間で電解を行う時間をカソード電解時間とする。
アノード/カソードの電解時間の比率を1.0超、6.0以下とする。アノード/カソードの電解時間の比率は、好ましくは1.5〜5.5であり、より好ましくは2.0超〜5.0である。
詳細には、マイナス極と熱処理材との間で電解を行う際には、アノード電解時間を長くして、アノードの電流値(熱処理材の単位面積当たりでは電流密度)を低くする。これにより、熱処理材(鋼板)の表面から、Cr及びFeを主体とする酸化物を溶解除去し、適度な量のSi酸化物を残存させる。
プラス極と熱処理材との間で電解を行う際には、カソード電解時間を短くして、カソードの電流値(熱処理材の単位面積当たりでは電流密度)を大きくする。これにより、Fe酸化物を主体とする酸化物スケールの還元溶解の効率が向上し、かつ還元による金属析出も抑制できる。
これにより、Si酸化物が適度に鋼表層を被覆し、母材の化学組成から期待される耐食性以上の耐食性を得ることができる。
When electrolysis is performed between the negative electrode and the heat treatment material (anode electrolysis), the heat treatment material becomes an anode, and the surface of the heat treatment material is oxidized and dissolved. Specifically, the oxide mainly composed of Cr is dissolved and removed from the surface of the heat treatment material.
When electrolysis is performed between the positive electrode and the heat treatment material (cathode electrolysis), the heat treatment material becomes a cathode, and oxide scale mainly composed of Fe oxide is reduced and dissolved.
The time during which electrolysis is performed between the negative electrode and the heat treatment material is referred to as anode electrolysis time, and the time during which electrolysis is performed between the positive electrode and the heat treatment material is referred to as cathode electrolysis time.
The ratio of anode / cathode electrolysis time is more than 1.0 and 6.0 or less. The ratio of anode / cathode electrolysis time is preferably 1.5 to 5.5, more preferably more than 2.0 to 5.0.
Specifically, when electrolysis is performed between the negative electrode and the heat treatment material, the anode electrolysis time is lengthened to lower the anode current value (current density per unit area of the heat treatment material). Thereby, from the surface of the heat treatment material (steel plate), an oxide mainly composed of Cr and Fe is dissolved and removed, and an appropriate amount of Si oxide is left.
When electrolysis is performed between the positive electrode and the heat treatment material, the cathode electrolysis time is shortened to increase the cathode current value (current density per unit area of the heat treatment material). Thereby, the efficiency of reduction and dissolution of oxide scale mainly composed of Fe oxide is improved, and metal precipitation due to reduction can be suppressed.
Thereby, Si oxide can coat | cover a steel surface layer moderately, and can obtain corrosion resistance more than the corrosion resistance expected from the chemical composition of a base material.

(実施例1)
表1に示す化学組成を有する鋼材を、通常の高純度フェライト系ステンレス鋼の製造方法で製造した。鋼材に対してデスケール処理を施して供試材を製造する方法及び試験に供するサンプルの作製方法は、前述の実施形態と同一である。
詳細には、鋼材に対して圧延、熱処理を施して、厚さ0.8mmの冷延板を製造した。冷延板に対して、LNG燃焼排ガスを模擬した雰囲気(ガス組成:3%O−12%CO−残部N、露点40℃)中で1分間の均熱処理(仕上げ焼鈍)を施し、熱処理材を得た。仕上げ焼鈍の温度は、各材料の再結晶温度に基づき、900〜980℃の範囲で設定した。
Example 1
Steel materials having the chemical composition shown in Table 1 were manufactured by a normal high purity ferritic stainless steel manufacturing method. A method for producing a test material by performing a descaling process on a steel material and a method for producing a sample used for the test are the same as those in the above-described embodiment.
Specifically, the steel material was rolled and heat-treated to produce a cold-rolled plate having a thickness of 0.8 mm. The cold-rolled plate is subjected to a soaking treatment (finish annealing) for 1 minute in an atmosphere simulating LNG combustion exhaust gas (gas composition: 3% O 2 -12% CO 2 -balance N 2 , dew point 40 ° C), A heat-treated material was obtained. The temperature of finish annealing was set in the range of 900 to 980 ° C. based on the recrystallization temperature of each material.

この熱処理材に対して、前述の実施形態と同一の条件でデスケール処理を実施した。市販の硝酸試薬を用いて硝酸イオン濃度が80〜150g/Lであり、かつNaSOの濃度が70〜200g/Lの電解液を作製した。試験片を試料極とし、その両側にSUS304ステンレス鋼板二枚を10mmずつ離して設置し対極とした。電流密度および電解時間は、実機の間接通電による交番電解を模擬するため、ポテンシオスタットを用いて制御した。電解時間に関して、一回のアノード時間とカソード時間の合計(1サイクルに係る時間)を5秒間とし、アノード/カソードの電解時間の比率を1.0〜8.0で変化させた。このサイクルを4回繰り返すことで総電解時間を20秒で一定とした。その際の総電気量は、10kQ/mで一定となるように、電解時間にあわせて、アノード電解とカソード電解の各々の電流密度を変化させた。
以上により、供試材を製造した。
The heat treatment material was subjected to a descaling process under the same conditions as in the previous embodiment. An electrolytic solution having a nitrate ion concentration of 80 to 150 g / L and a Na 2 SO 4 concentration of 70 to 200 g / L was prepared using a commercially available nitric acid reagent. The test piece was used as a sample electrode, and two SUS304 stainless steel plates were placed 10 mm apart on both sides to form a counter electrode. The current density and electrolysis time were controlled using a potentiostat to simulate alternating electrolysis by indirect energization of the actual machine. Regarding the electrolysis time, the total of one anode time and cathode time (time for one cycle) was set to 5 seconds, and the ratio of the electrolysis time of the anode / cathode was changed from 1.0 to 8.0. By repeating this cycle four times, the total electrolysis time was kept constant at 20 seconds. In this case, the current density of each of the anode electrolysis and the cathode electrolysis was changed in accordance with the electrolysis time so that the total amount of electricity was constant at 10 kQ / m 2 .
The test material was manufactured by the above.

電解後のデスケール性、表面のSi被覆率、及び、表面(表層)のCr濃度(Cr濃度比、原子%):Crsur、および表面(表層)のSi濃度(Si濃度比、原子%):Sisurは、何れも実施形態に記載の方法により測定した。Descaleability after electrolysis, surface Si coverage, and surface (surface layer) Cr concentration (Cr concentration ratio, atomic%): Cr sur and surface (surface layer) Si concentration (Si concentration ratio, atomic%): Si sur was measured by the method described in the embodiment.

実施形態に記載の方法により、すきま角10°を有する30mm幅×25mm長さの溶接すきま試験片を作製した。
実施形態に記載の方法により、常温での腐食試験(常温の水に対する耐すきま腐食性の評価)を行った。すきま内の腐食深さが100ミクロンを超える供試材をC(bad)と評価した。腐食深さが40ミクロン以上100ミクロン以下の供試材をB(good)と評価した。腐食深さが40ミクロン未満の供試材をA(excellent)と評価した。
By the method described in the embodiment, a weld clearance test piece having a clearance angle of 10 ° and a width of 30 mm × 25 mm was produced.
A corrosion test at normal temperature (evaluation of crevice corrosion resistance against water at normal temperature) was performed by the method described in the embodiment. A specimen having a corrosion depth in the gap exceeding 100 microns was evaluated as C (bad). A specimen having a corrosion depth of 40 to 100 microns was evaluated as B (good). A specimen having a corrosion depth of less than 40 microns was evaluated as A (excellent).

実施形態に記載の方法により、靭性を評価した。詳細には、供試材の製造過程で得られた5mm厚の熱延板から、厚さ3mm、長さ55mm、幅10mmのサンプルを切り出した。サンプルの長手方向の中央に2mmのVノッチを加工してシャルピー試験に供した。シャルピー試験は0℃で行い、吸収エネルギーが50J/cm以上の供試材を合格(B)と評価した。吸収エネルギーが50J/cm未満の供試材を不合格(C)と評価した。
得られた結果を表2〜4に示す。
Toughness was evaluated by the method described in the embodiment. Specifically, a sample having a thickness of 3 mm, a length of 55 mm, and a width of 10 mm was cut out from a hot-rolled sheet having a thickness of 5 mm obtained in the course of manufacturing the test material. A 2 mm V-notch was machined at the center in the longitudinal direction of the sample and subjected to a Charpy test. The Charpy test was performed at 0 ° C., and the test material having an absorption energy of 50 J / cm 2 or more was evaluated as acceptable (B). A specimen having an absorbed energy of less than 50 J / cm 2 was evaluated as rejected (C).
The obtained results are shown in Tables 2-4.

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供試材No.1〜16は、第1の実施形態の範囲内の化学組成を有し、かつ第3の実施形態の条件でデスケール処理(電解)が施されて製造された。供試材No.1〜16では、表層のSi被覆率が10〜50%であった。また常温での腐食試験で測定された腐食深さは基準値(100ミクロン)以下であり、優れた耐すきま腐食性を示した。
一方、供試材No.17〜20は、第1の実施形態の範囲を外れる化学組成を有する。このため、第3の実施形態の条件でデスケール処理(電解)が施されていても、表層のSi被覆率が10%未満と低いか、またはSi被覆率が多くデスケールが完了していなかった(Cの評価)。このため、常温での腐食試験で測定された腐食深さは、基準値(100ミクロン)超となった。また、供試材No.19では、Si量が第1の実施形態の範囲よりも多く、熱延板の靭性試験で割れが生じた。
Specimen No. 1 to 16 were produced by having a chemical composition within the range of the first embodiment and being subjected to descaling (electrolysis) under the conditions of the third embodiment. Specimen No. In 1-16, Si coverage of the surface layer was 10-50%. Moreover, the corrosion depth measured by the corrosion test at normal temperature was below the standard value (100 microns), and showed excellent crevice corrosion resistance.
On the other hand, the test material No. 17-20 have a chemical composition outside the range of the first embodiment. For this reason, even if the descaling treatment (electrolysis) is performed under the conditions of the third embodiment, the Si coverage of the surface layer is as low as less than 10%, or the Si coverage is large and the descaling has not been completed ( Evaluation of C). For this reason, the corrosion depth measured in the corrosion test at room temperature exceeded the reference value (100 microns). In addition, specimen No. In No. 19, the amount of Si was larger than the range of the first embodiment, and cracking occurred in the toughness test of the hot-rolled sheet.

(実施例2)
表5に示す化学組成を有する鋼材を用いた以外は、実施例1と同様の条件で、供試材を製造した。実施例1と同様にして、溶接すきま試験片を作製した。
液温を85℃とする以外は、常温での腐食試験と同様にして、温水環境での腐食試験(温水に対する耐すきま腐食性の評価)を行った。
実施例1と同様にして各種特性の評価を行った。
得られた結果を表5〜8に示す。
(Example 2)
Sample materials were manufactured under the same conditions as in Example 1 except that steel materials having chemical compositions shown in Table 5 were used. In the same manner as in Example 1, a weld gap test piece was produced.
A corrosion test in a warm water environment (evaluation of crevice corrosion resistance against warm water) was performed in the same manner as the corrosion test at normal temperature except that the liquid temperature was 85 ° C.
Various characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1.
The obtained results are shown in Tables 5-8.

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供試材No.21〜36は、第2の実施形態の範囲内の化学組成を有し、かつ第3の実施形態の条件でデスケール処理(電解)が施されて製造された。供試材No.21〜36では、表層のSi被覆率が10〜50%であった。温水での腐食試験で測定された腐食深さは基準値(100ミクロン)以下であり、優れた耐食性を示した。
一方、供試材No.37〜40は、第2の実施形態の範囲を外れる化学組成を有する。このため、第3の実施形態の条件でデスケール処理(電解)が施されていても、表層のSi被覆率が10%未満と低いか、またはSi被覆率が多くデスケールが完了していなかった(Cの評価)。このため、温水での腐食試験で測定された腐食深さは基準値(100ミクロン)超となった。また、供試材No.39では、Si量が第2の実施形態の範囲よりも多く、熱延板の靭性試験で割れが生じた。
Specimen No. 21 to 36 had a chemical composition within the range of the second embodiment, and were manufactured by being descaled (electrolyzed) under the conditions of the third embodiment. Specimen No. In 21-36, Si coverage of the surface layer was 10-50%. The corrosion depth measured in the hot water corrosion test was below the standard value (100 microns), indicating excellent corrosion resistance.
On the other hand, the test material No. 37 to 40 have a chemical composition outside the range of the second embodiment. For this reason, even if the descaling treatment (electrolysis) is performed under the conditions of the third embodiment, the Si coverage of the surface layer is as low as less than 10%, or the Si coverage is large and the descaling has not been completed ( Evaluation of C). For this reason, the corrosion depth measured in the corrosion test with warm water exceeded the reference value (100 microns). In addition, specimen No. In No. 39, the amount of Si was larger than the range of the second embodiment, and cracking occurred in the toughness test of the hot-rolled sheet.

以上の結果から、第1,2の実施形態の範囲内の化学組成を有し、かつ第3の実施形態の条件でデスケール処理が施されて製造された供試材は、優れた耐すきま腐食性を有し、製造性にも優れることが明らかとなった。   From the above results, the test material having a chemical composition within the range of the first and second embodiments and subjected to the descaling treatment under the conditions of the third embodiment is excellent in crevice corrosion resistance. It has become clear that it has excellent properties and manufacturability.

本実施形態のフェライト系ステンレス鋼は、常温の水や温水に対して優れた耐すきま腐食性を有する。このため、水やお湯をためる各種容器・タンクであればその構造によらず、その優れた効果が発揮される。タンク以外でも、例えば浴槽、厨房機器などのように、水道水を使用する設備においても同様の効果が発揮される。また、その他にも、例えば潜熱回収型ガス給湯器のドレン水の回収器及びその熱交換器などの熱交換機器で凝縮水と接する構造体や、自動車の排気系材料や外装材、各種の電池材料や溶接パイプ等の耐食性が必要となる部位においても、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼は広く適用可能である。また前述の通り、母材のみでなくTIG溶接された状態のままで使用される構造体であり、かつ耐食性が要求される用途においても本実施形態のフェライト系ステンレス鋼は好ましく適用できる。   The ferritic stainless steel of the present embodiment has excellent crevice corrosion resistance against water at normal temperature and warm water. For this reason, if it is various containers and tanks which store water and hot water, the outstanding effect is exhibited irrespective of the structure. In addition to the tank, the same effect is exhibited in facilities that use tap water, such as a bathtub and kitchen equipment. In addition, for example, a drain water collector of a latent heat recovery type gas water heater and a structure that comes into contact with condensed water in a heat exchange device such as the heat exchanger, an automobile exhaust system material or exterior material, various batteries The ferritic stainless steel of the present embodiment can be widely applied even in parts that require corrosion resistance such as materials and welded pipes. In addition, as described above, the ferritic stainless steel of the present embodiment can be preferably applied not only to the base material but also to a structure that is used in a TIG welded state and requires corrosion resistance.

Claims (9)

質量%で、
C:0.020%以下、
N:0.025%以下、
Si:0.08〜0.50%、
Mn:0.01〜1.0%、
P:0.035%以下、
S:0.01%以下、
Cr:13.0〜25.0%、
Al:0.005〜0.300%、及び
Nb:0.01〜0.60%を含有し、
残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
下記の式(1)を満たし、かつ表層のSi酸化物の表面被覆率が10〜50%であることを特徴とする、45℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
≧−0.45Cr+28 (1)
=3Sisur+Crsur (A)
但し、式(1)中のCrは、フェライト系ステンレス鋼中のCr含有量(質量%)を示し、Cは、式(A)から算出される値であり、式(A)中のSisurは、表層におけるSi濃度比(原子%)を示し、Crsurは、表層におけるCr濃度比(原子%)を示す。
% By mass
C: 0.020% or less,
N: 0.025% or less,
Si: 0.08 to 0.50%,
Mn: 0.01 to 1.0%
P: 0.035% or less,
S: 0.01% or less,
Cr: 13.0-25.0%,
Al: 0.005 to 0.300%, and Nb: 0.01 to 0.60%,
The balance consists of Fe and inevitable impurities,
A ferritic stainless steel excellent in crevice corrosion resistance in water at 45 ° C., characterized by satisfying the following formula (1) and having a surface coverage of a surface Si oxide of 10 to 50%.
C s ≧ −0.45Cr + 28 (1)
C s = 3Si sur + Cr sur (A)
However, equation (1) Cr in represents the Cr content of the ferritic stainless steel (mass%), C s is the value calculated from the equation (A), Si in the formula (A) sur represents the Si concentration ratio (atomic%) in the surface layer, and Cr sur represents the Cr concentration ratio (atomic%) in the surface layer.
さらに、質量%で、Ti:0.03〜0.30%を含み、かつ下記の式(3)を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の、45℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
Nb/Ti>1.0 (3)
但し、式(3)中のNb,Tiは、フェライト系ステンレス鋼中のNb含有量(質量%),Ti含有量(質量%)をそれぞれ示す。
The crevice corrosion resistance in water at 45 ° C. according to claim 1, further comprising, by mass%, Ti: 0.03 to 0.30% and satisfying the following formula (3): Ferritic stainless steel with excellent properties.
Nb / Ti> 1.0 (3)
However, Nb and Ti in Formula (3) show Nb content (mass%) and Ti content (mass%) in ferritic stainless steel, respectively.
さらに、質量%で、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Sn:0.50%以下、Sb:0.50%以下、V:0.50%以下、Zr:0.50%以下、B:0.0050%以下、Ta:0.10%以下、Ca:0.010%以下、Mg:0.0050%以下、Ga:0.010%以下、及びREM:0.100%以下から選択される一種以上を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の、45℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。 Further, in terms of mass%, Cu: 2.0% or less, Ni: 2.0% or less, Sn: 0.50% or less, Sb: 0.50% or less, V: 0.50% or less, Zr: 0.0. 50% or less, B: 0.0050% or less, Ta: 0.10% or less, Ca: 0.010% or less, Mg: 0.0050% or less, Ga: 0.010% or less, and REM: 0.100 The ferritic stainless steel having excellent crevice corrosion resistance in water at 45 ° C. according to claim 1, wherein the ferritic stainless steel contains at least one selected from the group consisting of 1% or less. 質量%で、
C:0.020%以下、
N:0.025%以下、
Si:0.08〜0.50%、
Mn:0.01〜1.0%、
P:0.035%以下、
S:0.01%以下、
Cr:13.0〜25.0%、
Al:0.005〜0.300%、
Nb:0.01〜0.60%、及び
Mo:0.03〜3.0%を含有し、
残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
下記の式(1’)および式(2)を満たし、かつ表層のSi酸化物の表面被覆率が10〜50%であることを特徴とする、85℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
≧−0.45(Cr+3Mo)+34 (1’)
=3Sisur+Crsur (A)
Cr+3Mo:18〜30 (2)
但し、式(1’),式(2)内のCr,Moは、フェライト系ステンレス鋼中のCr含有量(質量%),Mo含有量(質量%)をそれぞれ示し、Cは、式(A)から算出される値であり、式(A)中のSisurは、表層におけるSi濃度比(原子%)を示し、Crsurは、表層におけるCr濃度比(原子%)を示す。
% By mass
C: 0.020% or less,
N: 0.025% or less,
Si: 0.08 to 0.50%,
Mn: 0.01 to 1.0%
P: 0.035% or less,
S: 0.01% or less,
Cr: 13.0-25.0%,
Al: 0.005 to 0.300%,
Nb: 0.01 to 0.60%, and Mo: 0.03 to 3.0%,
The balance consists of Fe and inevitable impurities,
Satisfy the following formula (1 ') and formula (2), and you surface coverage of the surface layer of Si oxide, wherein 10 to 50% crevice corrosion resistance in a 85 ° C. water Ferritic stainless steel with excellent resistance.
C s ≧ −0.45 (Cr + 3Mo) +34 (1 ′)
C s = 3Si sur + Cr sur (A)
Cr + 3Mo: 18-30 (2)
However, the formula (1 '), Cr in the formula (2), Mo is, Cr content of the ferritic stainless steel (mass%), shows the Mo content (mass%), respectively, C s has the formula ( It is a value calculated from A), Si sur in formula (A) indicates the Si concentration ratio (atomic%) in the surface layer, and Cr sur indicates the Cr concentration ratio (atomic%) in the surface layer.
さらに、質量%で、Ti:0.03〜0.30%を含み、かつ下記の式(3)を満たすことを特徴とする、請求項4に記載の、85℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
Nb/Ti>1.0 (3)
但し、式(3)中のNb,Tiは、フェライト系ステンレス鋼中のNb含有量(質量%),Ti含有量(質量%)をそれぞれ示す。
Furthermore, by mass% Ti: includes 0.03 to 0.30%, and characterized by satisfying the following equation (3), according to claim 4, crevice in a 85 ° C. water Ferritic stainless steel with excellent corrosivity.
Nb / Ti> 1.0 (3)
However, Nb and Ti in Formula (3) show Nb content (mass%) and Ti content (mass%) in ferritic stainless steel, respectively.
さらに、質量%で、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Sn:0.50%以下、Sb:0.50%以下、V:0.50%以下、Zr:0.50%以下、B:0.0050%以下、Ta:0.10%以下、Ca:0.010%以下、Mg:0.0050%以下、Ga:0.010%以下、及びREM:0.100%以下から選択される一種以上を含むことを特徴とする請求項4または5に記載の、85℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。 Further, in terms of mass%, Cu: 2.0% or less, Ni: 2.0% or less, Sn: 0.50% or less, Sb: 0.50% or less, V: 0.50% or less, Zr: 0.0. 50% or less, B: 0.0050% or less, Ta: 0.10% or less, Ca: 0.010% or less, Mg: 0.0050% or less, Ga: 0.010% or less, and REM: 0.100 % of claim 4 or 5, characterized in that it comprises one or more selected from the following, ferritic stainless steel excellent in crevice corrosion resistance in a 85 ° C. water. 貯水タンク用である請求項1〜3の何れか1項に記載の、45℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。 The ferritic stainless steel excellent in crevice corrosion resistance in water at 45 ° C according to any one of claims 1 to 3, which is used for a water storage tank. 貯湯タンク用である請求項4〜6の何れか1項に記載の、85℃の水中での耐隙間腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。 According to any one of claims 4-6, which is used for hot water storage tank, a ferritic stainless steel excellent in crevice corrosion resistance in a 85 ° C. water. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の化学組成を有する熱処理材に対して、デスケール処理を施す工程を有し、
前記デスケール処理において、プラス極とマイナス極の電極で前記熱処理材を間接的に挟み、前記熱処理材及び前記電極を電解液に浸漬して、交番電解を行い、
前記電解液として、50〜300g/Lの硫酸ナトリウムと50g/L以上の硝酸イオンを含有する水溶液を用い、
前記交番電解におけるアノード/カソードの電解時間の比率を1.0超、6.0以下とすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の、45℃または85℃の水中での耐すきま腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
A step of performing a descaling treatment on the heat treatment material having the chemical composition according to any one of claims 1 to 6,
In the descaling process, the heat treatment material is indirectly sandwiched between positive and negative electrodes, the heat treatment material and the electrode are immersed in an electrolytic solution, and alternating electrolysis is performed.
As the electrolytic solution, an aqueous solution containing 50 to 300 g / L of sodium sulfate and 50 g / L or more of nitrate ions is used.
The ratio of the electrolysis time of the anode / cathode in the alternating electrolysis is more than 1.0 and 6.0 or less, and the water at 45 ° C or 85 ° C according to any one of claims 1 to 6 Of ferritic stainless steel with excellent crevice corrosion resistance.
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