JP6796220B1 - Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、溶断にて切断しても、割れが発生することを防止でき、また、上縁部の溶損の発生とドロスの付着を防止できるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金を提供する。【解決手段】炭素（Ｃ）：０．００４〜０．０２５質量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．０２〜０．６０質量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０３〜０．３５質量％、リン（Ｐ）：０．０４０質量％以下、硫黄（Ｓ）：０．００３質量％以下、ニッケル（Ｎｉ）：３０．０〜４０．０質量％、クロム（Ｃｒ）：２１．０〜２５．０質量％、モリブデン（Ｍｏ）：６．５０〜８．００質量％、窒素（Ｎ）：０．１８〜０．２８質量％、銅（Ｃｕ）：２．５０〜５．００質量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．１００質量％、チタン（Ｔｉ）：０．００１〜０．０１０質量％、スズ（Ｓｎ）：０．００１〜０．０５０質量％及び亜鉛（Ｚｎ）：０．００１〜０．０３０質量％、を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避的な不純物からなる溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー、プラズマ、ガス、パウダー等を用いて材料を溶融させながら切断する手法である溶断の特性に優れるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金であり、特に、溶断後における、割れ及び上縁部の溶損の発生を防止し、ドロスの付着を防止できるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金に関するものである。

Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金は、優れた耐食性を有することから、例えば、海水環境、化学プラント、船舶に搭載される排煙脱硫装置等、多様な技術分野で利用されている。一方で、上記技術分野において、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等のステンレスといった汎用合金を使用すると、汎用合金は耐食性が十分ではないため、例えば、全面腐食やすき間腐食、粒界腐食等の欠陥が汎用合金に発生してしまい、上記技術分野における適用には大きな制約となる場合がある。Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕといった元素が多量に添加されていることで優れた耐食性を発揮する。

優れた耐食性を有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金として、
質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１００％、
Ｓｉ：０．０１〜１．００％、
Ｍｎ：０．０１〜１．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｎｉ：１７．００〜３５．００％、
Ｃｒ：１８．００〜３０．００％、
Ｍｏ：４．００〜８．００％、
Ｃｕ：０．１０〜３．００％、
Ｎ：０．１００〜０．４００％および
Ａｌ：０．００１〜０．１００％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（１）を満たすことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｆｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦５０．０００ ・・・（１）
が提案されている（特許文献１）。

特許文献１では、海洋構造物や排煙脱硫装置等のろう付け構造体及び自動車部品である排熱回収器やＥＧＲクーラ等の排気ガス熱交換部品等のろう付け構造部品に使用される場合に、優れた耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼である。

一方で、合金板は所定の形状、寸法に切断されて使用される。合金板の切断手段として、溶断が用いられることがある。溶断による合金板の切断は、生産効率に優れているという利点がある。しかし、図３に示すように、特許文献１のように、Ｃｒ、Ａｌ等、酸化が容易な元素が多量に添加されている従来の合金の場合、合金板１０を溶断にて切断すると、溶断面１１の下縁部１３にこれらの成分を含有したドロス(スラグ)１が多量かつ強固に付着することがある。付着したドロス１を除去するためには、機械加工による研削や鋸切断による除去が必要になり、生産性を著しく阻害する要因となる。また、溶断面１１の上縁部１２に溶損（エグレ）２が発生することがある。また、Ｃｕ、Ｍｏ等の元素は、合金の耐食性を著しく向上させる元素であるが、溶解後の鋳片最終凝固部に濃化しやすい元素
でもある。特許文献１のように、これらの元素を多く含む合金板１０は、板厚ｔの中心部のＣｕ及びＭｏの濃化層で、溶断割れが生じやすくなる原因となる。なお、図３は、従来のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の溶断面の状態を示す説明図である。

特許文献１では、合金の耐食性を向上させてはいるが、溶断性を改善することについては提案されていない。

特開２０１８−１７２７０９号公報

上記事情に鑑み、本発明は、溶断にて切断しても、割れが発生することを防止でき、また、上縁部の溶損の発生とドロスの付着を防止できるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金を提供することを目的とする。

発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を重ねた。まず、予備的な試験として電気炉にて３０質量％Ｎｉ−２５質量％Ｃｒ−８質量％Ｍｏ−４質量％Ｃｕ−０．２５質量％Ｎ残部Ｆｅとした合金を用意し、熱処理炉にて温度１１５０℃、均熱時間８時間の条件で熱処理した後、熱間圧延にて２０ｍｍの厚みまで圧延し、合金板を得た。その後、ショットブラストにて表面の酸化スケールの除去を行った後、１００ｍｍ×３００ｍｍに切り出し、プラズマ切断（溶断）の供試材とした。

溶断にはＥＣＯＮＯＧＲＡＰＨ−４０００プラズマ切断機（小池酸素株式会社製）を用い、プラズマガスとしてはアルゴンを用いた。切断条件は電流３００Ａ、切断速度５００ｍｍ／ｍｉｎ、１０００ｍｍ／ｍｉｎ、１５００ｍｍ／ｍｉｎ、ガス流量２０Ｌ／ｍｉｎとした。供試材の溶断性の評価項目として、溶断後の割れの有無、上縁部の溶損（エグレ）の程度を、デジタルマイクロスコープにて観察、測定を実施した。また、供試材のドロスの付着については、ドロス付着がデジタルマイクロスコープにて確認できない供試材を○、機械加工であるエアハンマーによる研削でドロスの除去ができた供試材を△、機械加工であるエアハンマーではドロスの除去が難しく、鋸切断にて除去が必要な供試材を×と判定した。なお、上記「上縁部」とは、プラズマが照射された側の縁部を意味する。

供試材の板厚によって、適切な切断速度は相違するところ、予備的な試験の結果、切断速度が遅い５００ｍｍ／ｍｉｎでは溶断は可能であったが、切断速度が遅いために抜熱しにくく、溶断後に上縁部の溶損（エグレ）が生じる傾向を示した。一方で、切断速度１５００ｍｍ／ｍｉｎでは、一部で未貫通部分が生じて溶断することができなかった。一方で、図１に示すように、切断速度１０００ｍｍ／ｍｉｎでは、板厚ｔの合金板１０の溶断面１１について、溶断面１１の上縁部１２に溶損（エグレ）が発生することを防止でき、また、溶断面１１の下縁部１３にドロスの付着を防止できた良好な切断面が得られたため、試験条件として切断速度１０００ｍｍ／ｍｉｎを採用した。また、各合金中の微量元素であるＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎの成分に着目すると、ある一定量の範囲で良好な溶断性が得られることを見出した。なお、図１は、本発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の溶断面の状態を示す説明図である。

さらに、合金の耐食性を向上するために添加されているＣｕの濃度も、ある一定の成分範囲にコントロールすることで、優れた溶断性を付与できることを見出した。一方で、Ｃｕの添加量が所定量よりも多くなると、溶断割れが発生することを見出した。Ｃｕの添加
による溶断割れの原因は、Ｃｕが鋳片の最終凝固部に濃化することによると考え、熱間圧延前の熱処理条件を種々変化させることで、最終凝固部におけるＣｕの濃化を低下させると、溶断割れの発生が抑制されることを見出した。

本発明の構成の要旨は、以下の通りである。
［１］炭素（Ｃ）：０．００４〜０．０２５質量％、
ケイ素（Ｓｉ）：０．０２〜０．６０質量％、
マンガン（Ｍｎ）：０．０３〜０．３５質量％、
リン（Ｐ）：０．０４０質量％以下、
硫黄（Ｓ）：０．００３質量％以下、
ニッケル（Ｎｉ）：３０．０〜４０．０質量％、
クロム（Ｃｒ）：２１．０〜２５．０質量％、
モリブデン（Ｍｏ）：６．５０〜８．００質量％、
窒素（Ｎ）：０．１８〜０．２８質量％、
銅（Ｃｕ）：２．５０〜５．００質量％、
アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．１００質量％、
チタン（Ｔｉ）：０．００１〜０．０１０質量％、
スズ（Ｓｎ）：０．００１〜０．０５０質量％及び
亜鉛（Ｚｎ）：０．００１〜０．０３０質量％、
を含有し、
残部が鉄（Ｆｅ）および不可避的な不純物からなる溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金。
［２］下記式（１）（式（１）中、各元素の表記は、該元素の含有量（質量％）を意味する。）の関係を満たす［１］に記載の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金。
−１０≦８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉ≦３５・・・（１）
［３］下記式（２）（式（２）中、各元素の表記は、該元素の含有量（質量％）を意味する。）の関係を満たす［１］または［２］に記載の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金。
Ｃｕ≦−０．１×（８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉ)＋８・・・（２）
［４］前記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の板厚ｔ（単位：ｍｍ）のうち、板厚ｔの中心部に相当するｔ×（１／２）とｔ×（１／３）との間の部位における質量基準のＣｕ濃度ｄが、下記式（３）（式（３）中、[Ｃｕ濃度％]は、前記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金全体の質量基準のＣｕ濃度％を意味する。）の関係を満たす［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金。
０．８０×[Ｃｕ濃度％]≦Ｃｕ濃度ｄ≦１．２０×[Ｃｕ濃度％] ・・・（３）

本発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金によれば、溶断にて切断しても、割れが発生することを防止でき、また、上縁部の溶損の発生とドロスの付着を防止できる。

本発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の溶断面の状態を示す説明図である。 Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の成分組成の式（１）の値及び式（２）の値とＣｕの含有量に対する溶断性の関係を表すグラフである。 従来のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の溶断面の状態を示す説明図である。

次に、本発明の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金について詳細を説明する。本発明の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金は、炭素（Ｃ）：０．００４〜０．０２５質量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．０２〜０．６０質量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０３〜０．３５質量％、リン（Ｐ）：０．０４０質量％以下、硫黄（Ｓ）：０．００３質量％以下、ニッケル（Ｎｉ）：３０．０〜４０．０質量％、クロム（Ｃｒ）：２１．０〜２５．０質量％、モリブデン（Ｍｏ）：６．５０〜８．００質量％、窒素（Ｎ）：０．１８〜０．２８質量％、銅（Ｃｕ）：２．５０〜５．００質量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．１００質量％、チタン（Ｔｉ）：０．００１〜０．０１０質量％、スズ（Ｓｎ）：０．００１〜０．０５０質量％及び亜鉛（Ｚｎ）：０．００１〜０．０３０質量％、を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避的な不純物からなる。

炭素（Ｃ）：０．００４〜０．０２５質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＣは、合金の強度に影響する元素であり、Ｃの含有量が少ないと構造材としての十分な強度が得られない。このため、Ｃの含有量の下限は０．００４質量％とする。一方で、Ｃの含有量が多いとＣｒなどの炭化物を形成し、耐食性が低下する。従って、Ｃの含有量の上限は０．０２５質量％とする。含有量の好ましい下限は０．００５質量％、特に好ましい含有量の下限は０．００６質量％である。また、含有量の好ましい上限は０．０２３質量％、特に好ましい含有量の上限は０．０２１質量％である。

ケイ素（Ｓｉ）：０．０２〜０．６０質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＳｉは、脱酸剤として添加される。また、Ｓｉは、溶鋼の流動性を高める、すなわち、溶鋼の粘度を低下させる効果があり、溶断性を著しく改善する元素である。このため、Ｓｉの含有量の下限は０．０２質量％とする。一方で、Ｓｉの含有量が多いとσ相の析出を助長するため、耐食性が劣化する。従って、Ｓｉの含有量の上限は０．６０質量％とする。含有量の好ましい下限は０．０５質量％、特に好ましい含有量の下限は０．１０質量％である。また、含有量の好ましい上限は０．５０質量％、特に好ましい含有量の上限は０．２５質量％である。

マンガン（Ｍｎ）：０．０３〜０．３５質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＭｎは、脱酸作用を有する元素として添加する。また、Ｍｎは、溶鋼の流動性を高める効果がある。このため、Ｍｎの含有量の下限は０．０３質量％とする。一方で、Ｍｎの含有量が多いと耐食性が劣化する。従って、Ｍｎの含有量の上限は０．３５質量％とする。含有量の好ましい上限は０．３０質量％、特に好ましい含有量の上限は０．２５質量％である。

リン（Ｐ）：０．０４０質量％以下
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＰは、含有量が多いと粒界に偏析して、熱間加工性と耐食性を劣化させる元素である。このため、その上限は厳しく限定する必要がある。本発明では、Ｐは０．０４０質量％以下に制限する。含有量の好ましい上限は０．０３０質量％、特に好ましい含有量の上限は０．０２０質量％である。Ｐの含有量の下限は０％に近いほど好ましいが、例えば、０．００１質量％が挙げられる。

硫黄（Ｓ）：０．００３質量％以下
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＳは、含有量が多いと粒界に偏析して、熱間加工性を劣化させる元素である。このため、その上限は厳しく限定する必要がある。本発明では、Ｓは０．００３質量％以下に制限する。含有量の好ましい上限は０．００２質量％、特に好ましい含有量の上限は０．００１質量％以下である。Ｓの含有量の下限は０％に近いほど好ましいが、例えば、０．０００１％が挙げられる。

ニッケル（Ｎｉ）：３０．０〜４０．０質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＮｉは、σ相などの金属間化合物の析出を抑制し、耐全面腐食性などの耐食性を向上させる元素である。このため、Ｎｉの含有量の下限は３０．０質量％とする。一方で、Ｎｉの含有量が多いと熱間変形抵抗が増大して熱間加工性が低下し、また、コストが増大する。従って、Ｎｉの含有量の上限は４０．０質量％とする。含有量の好ましい下限は３２．０質量％、特に好ましい含有量の下限は３４．０質量％である。また、含有量の好ましい上限は３９．５質量％、特に好ましい含有量の上限は３９．０質量％である。

クロム（Ｃｒ）：２１．０〜２５．０質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＣｒは、耐孔食性、耐すき間腐食性、耐全面腐食性などの耐食性全般を向上させる元素である。このため、Ｃｒの含有量の下限は２１．０質量％とする。一方で、Ｃｒの含有量が多いとσ相などの金属間化合物が析出しやすくなるため、耐食性が低下する。従って、Ｃｒの含有量の上限は２５．０質量％とする。含有量の好ましい下限は２２．０質量％、特に好ましい含有量の下限は２３．０質量％である。

モリブデン（Ｍｏ）：６．５０〜８．００質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＭｏは、耐孔食性、耐全面腐食性を向上させる元素である。このため、Ｍｏの含有量の下限は６．５０質量％とする。一方で、Ｍｏの含有量が多いとσ相などの金属間化合物が析出しやすくなるため、耐食性が低下する。従って、Ｍｏの含有量の上限は８．００質量％とする。含有量の好ましい下限は６．８０質量％、特に好ましい含有量の下限は７．００質量％である。

窒素（Ｎ）：０．１８〜０．２８質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＮは、耐孔食性を向上させる元素である。このため、Ｎの含有量の下限は０．１８質量％とする。一方で、Ｎの含有量が多いと熱間加工性が低下する。従って、Ｎの含有量の上限は０．２８質量％とする。含有量の好ましい下限は０．１９質量％、特に好ましい含有量の下限は０．２０質量％である。また、含有量の好ましい上限は０．２７質量％、特に好ましい含有量の上限は０．２６質量％である。

銅（Ｃｕ）：２．５０〜５．００質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＣｕは、耐酸性を著しく向上させ、また、合金の融点を下げることで溶断性を向上させる元素である。このため、Ｃｕの含有量の下限は２．５０質量％とする。一方で、Ｃｕの含有量が多くなると熱間加工性が低下する。従って、Ｃｕの含有量の上限は５．００質量％とする。含有量の好ましい下限は２．８０質量％、より好ましい含有量の下限は３．０５質量％、特に好ましい含有量の下限は３．１５質量％である。また、含有量の好ましい上限は４．８０質量％、特に好ましい含有量の上限は４．６０質量％である。

アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．１００質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＡｌは、脱酸剤として添加される元素である。Ａｌの含有量が少ないと溶断の際に、溶湯中の酸素濃度が高くなることで粘性も高くなり、材料表面にエグレが発生しやすくなる。このため、Ａｌの含有量の下限は０．００１質量％とする。一方で、Ａｌの含有量が多いと溶断後のドロス量が多くなり機械研削や鋸切断が必要となるため生産性が低下する。従って、Ａｌの含有量の上限は０．１００質量％とする。含有量の好ましい上限は０．０７０質量％、特に好ましい含有量の上限は０．０４０質量％である。

チタン（Ｔｉ）：０．００１〜０．０１０質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＴｉは、Ａｌと同様に、脱酸剤として添加される元素である。Ｔｉの含有量が少ないと、溶断の際、溶湯中の酸素濃度が高くなることで粘性も高くなり、材料表面にエグレが発生しやすくなる。このため、Ｔｉの含有量の下限は０．００１質量％とする。一方で、Ｔｉの含有量が多いとＴｉ−Ｎなどの析出物が生成されやすくなり、圧延後の表面キズの原因となる。従って、Ｔｉの含有量の上限は０．０１０質量％とする。含有量の好ましい上限は０．００９質量％、特に好ましい含有量の上限は０．００８質量％である。

スズ（Ｓｎ）：０．００１〜０．０５０質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＳｎは、耐食性を向上させる元素であり、合金の融点を下げることで溶断性を向上させる元素である。このため、Ｓｎの含有量の下限は０．００１質量％とする。一方で、Ｓｎの含有量が多いと熱間加工性が低下し、また、溶断後のドロス量が多くなって機械研削や鋸切断が必要となり、生産性が低下する。従って、Ｓｎの含有量の上限は０．０５０質量％とする。含有量の好ましい下限は０．００５質量％、特に好ましい含有量の下限は０．０１０質量％である。また、含有量の好ましい上限は０．０４７質量％、特に好ましい含有量の上限は０．０４４質量％である。

亜鉛（Ｚｎ）：０．００１〜０．０３０質量％
溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＺｎは、合金の融点を下げることで溶断性を向上させる元素である。このため、Ｚｎの含有量の下限は０．００１質量％とする。一方で、Ｚｎの含有量が多いと熱間加工性が低下し、また、溶断後のドロス量が多くなって機械研削や鋸切断が必要となり、生産性が低下する。従って、Ｚｎの含有量の上限は０．０３０質量％とする。含有量の好ましい下限は０．００５質量％、特に好ましい含有量の下限は０．０１０質量％である。また、含有量の好ましい上限は０．０２７質量％、特に好ましい含有量の上限は０．０２４質量％である。

また、本発明の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金では、必要に応じて、ホウ素（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）及び／またはニオブ（Ｎｂ）を添加してもよい。

溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＢは、熱間加工性を改善するために添加される元素である。このため、Ｂの含有量の好ましい下限は０．０００１質量％である。一方で、Ｂの含有量が多いと、かえって熱間加工性が低下する。従って、Ｂの含有量の好ましい上限は０．００３０質量％、より好ましい上限は０．００２５質量％、特に好ましい上限は０．００２０質量％である。

溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＶは、靱性を改善させる元素である。このため、Ｖの含有量の好ましい下限は０．０１質量％である。一方で、Ｖの含有量が多いと加工性が低下する。従って、Ｖの含有量の好ましい上限は０．１０質量％、より好ましい上限は０．０９質量％、特に好ましい上限は０．０８質量％である。

溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＮｂは、耐孔食性を改善させる元素である。このため、Ｎｂの含有量の好ましい下限は０．００１質量％である。一方で、Ｎｂの含有量が多いとＮｂの炭化物を生成し、熱間圧延後の表面キズの原因となる。従って、Ｎｂの含有量の好ましい上限は０．０３０質量％、より好ましい上限は０．０２８質量％、特に好ましい上限は０．０２５質量％である。

本発明の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金では、上記成分以外の残部は、鉄（Ｆｅ）および不可避的な不純物である。本発明の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金では、主成分としてＦｅが含有されている。

本発明の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金は、上記成分組成を満たす合金であれば、成分組成は特に限定されないが、下記式（１）の関係を満たすことが好ましい。
−１０≦８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉ≦３５・・・（１）なお、式（１）中、各元素の表記は、該元素の含有量（質量％）を意味する。本発明の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金では、式（１）の関係を満たすことにより、さらに優れた溶断性を発揮でき、ひいては、優れた溶断面が得られる。

式（１）は、後述する本願実施例の結果から得られる。すなわち、図２のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の成分組成の式（１）の値とＣｕの含有量（２．５０〜５．００質量％の範囲）に対する溶断性の関係を表すグラフから、式（１）の関係を満たすことにより、さらに優れた溶断性を発揮できることが分かる。また、溶断面の上縁部の溶損（エグレ）、ドロスの状況を定量的に評価した結果から、上記した各元素の影響を係数として示すことが可能となったことで、図２における「８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉ」を評価指標とすることができることを見出した。

８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉの値が３５以下であることにより、溶断後のドロス量を確実に低減でき、機械研削や鋸切断を省略でき、結果、生産性の低下を防止できる。８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉの値の上限は、溶断後のドロス量をより確実に低減できる点から、３０がより好ましく、２５が特に好ましい。一方で、８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉの値が−１０以上であることにより、溶湯の粘性が高くなることが確実に防止されるので、材料表面にエグレが発生することを確実に防止できる。エグレが発生することを確実に防止できることから、機械研削や鋸切断を省略でき、結果、生産性の低下を防止できる。８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉの値の下限は、エグレが発生することをより確実に防止する点から、−５がより好ましく、０が特に好ましい。

本発明の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金は、上記成分組成を満たす合金であれば、成分組成は特に限定されないが、下記式（２）の関係を満たすことが好ましい。
Ｃｕ≦−０．１×（８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉ)＋８・・・（２）
なお、式（２）中、各元素の表記は、該元素の含有量（質量％）を意味する。本発明の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金では、式（２）の関係を満たすことにより、さらに優れた溶断性を発揮でき、優れた溶断面が得られる。

式（２）は、後述する本願実施例の結果から得られる。すなわち、図２の式（２）にて示す直線部から、式（２）の関係を満たすことにより、さらに優れた溶断性を発揮できることが分かる。

本発明の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金は、上記成分組成を満たす合金であれば、成分組成は特に限定されないが、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の板厚ｔ（例えば、平均板厚、単位：ｍｍ）のうち、板厚ｔの中心部に相当するｔ×（１／２）とｔ×（１／３）との間の部位における質量基準のＣｕ濃度ｄが、下記式（３）の関係を満たすことが好ましい。
０．８０×[Ｃｕ濃度％]≦Ｃｕ濃度ｄ≦１．２０×[Ｃｕ濃度％] ・・・（３）
なお、式（３）中、[Ｃｕ濃度％]は、前記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金全体の質量基準のＣｕ濃度％、すなわち、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の質量基準のＣｕ平均濃度％を意味する。板厚ｔの中心部に相当するＣｕ濃度が、式（３）の関係を満たすことにより、溶断後の割れをより確実に防止できる。

Ｃｕは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金が凝固する際に偏析し易い元素であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の板厚ｔの中心部にＣｕ濃化層が形成されることがある。Ｃｕ濃化層は相対的に融点が低いことから、溶断の際に、Ｃｕ濃化層にて割れが発生することがある。

Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の熱間圧延前に、加熱温度１１５０℃〜１２５０℃、均熱時間８〜１２時間の熱処理をすることで、板厚ｔの中心部のＣｕ濃化を式（３）の関係を満たす範囲に低減させて、溶断後の割れをより確実に防止できる。すなわち、上記熱処理を行うことで、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金中のＣｕが拡散されて、板厚ｔの中心部のＣｕ濃化を防止できる。熱間圧延前の加熱が１１５０℃未満ではＣｕの拡散が不十分となる。一方で、熱間圧延前の加熱が１２５０℃超では、Ｃｕの濃化した部位で溶融してしまう場合がある。また、均熱時間が８時間未満ではＣｕの拡散が不十分となる。一方で、均熱時間が１２時間超では、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金表面に厚い酸化スケールが生じてしまい、圧延後の表面キズの原因となる場合がある。板厚ｔの中心部のＣｕ濃度の下限は０．８５×[Ｃｕ濃度％]がより好ましく、０．９０×[Ｃｕ濃度％]が特に好ましい。一方で、板厚ｔの中心部のＣｕ濃度の上限は１．１５×[Ｃｕ濃度％]がより好ましく、１．１０×[Ｃｕ濃度％]が特に好ましい。なお、板厚ｔの中心はｔ×（１／２）であり、板厚ｔの中心部は板厚ｔの中心に対して対称であるので、板厚ｔの中心部とは、板厚ｔの中心（すなわち、ｔ×（１／２））と上面方向のｔ×（１／３）との間、板厚ｔの中心（すなわち、ｔ×（１／２））と下面方向のｔ×（１／３）との間の両方を指す。上記から、板厚ｔの中心部とは、上面方向のｔ×（１／３）から下面方向のｔ×（１／３）までの間の厚さの部位を意味する。

本発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金によれば、溶断にて切断しても、割れが発生することを防止でき、また、図１に示すように、上縁部の溶損の発生とドロスの付着を防止できる。従って、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金板の切断手段として溶断が用いられても、優れた溶断面が得られるので、合金板の加工性、生産効率に優れている。また、本発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金は、板厚に左右されずに優れた溶断性を有している。

このため、本発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金は、優れた耐食性を有し、合金板の加工性、生産効率にも優れていることから、例えば、海水環境、化学プラント、船舶に搭載される排煙脱硫装置等の材料に適用することができる。

次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜１５、比較例１〜９
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の溶断に用いる装置の出力特性に依存して、切断可能なＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の厚みが変化する。ここでは、上記切断条件、すなわち、電流：３００Ａ、切断速度：１０００ｍｍ／ｍｉｎ、ガス流量：２０Ｌ／ｍｉｎとし、板厚は２０ｍｍとして評価した。

次に、原料を６０トン電気炉にて３０Ｎｉ−２５Ｃｒ−８Ｍｏ−４Ｃｕ−０．２Ｎ残部ＦｅをベースとしてＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎの合金元素濃度を種々変化させた合金をアルゴン酸素脱炭法（ＡＯＤ法）または真空酸素脱炭法（ＶＯＤ法）にて精錬を行い、連続鋳造または普通造槐にて合金塊を作製した。なお、Ｚｎは非常に酸化し易い元素のため精錬後期に添加した。次に、作製した合金塊を熱処理炉で、下記表１、３に示す加熱温度と加熱時間の加熱条件で熱処理し、熱間圧延または熱間鍛造にて２０ｍｍの厚みの合金
板を得た。その後、合金板より２００ｍｍm×３００ｍｍの板に切り出し、表面スケールをショットブラストにて除去した後、溶断試験の供試材（試験サンプル）とした。溶断は、小池酸素製ＥＣＯＮＯＧＲＡＰＨ−４０００プラズマ切断機を用い、プラズマガスとしてはアルゴンを用いた。切断条件は、電流：３００Ａ、切断速度：１０００ｍｍ／ｍｉｎ、ガス流量：２０Ｌ／ｍｉｎとした。なお、表１、３中の各成分の含有量は、質量％を意味する。

評価
（１）溶断後の割れ防止性
溶断後の試験サンプルについて、デジタルマイクロスコープＶＨＸ−２０００（ＫＥＹＥＮＣＥ製）にて２０倍にて観察を実施し、以下のように評価した。
○：溶断後の割れがデジタルマイクロスコープで認められない。
×：溶断後の割れがデジタルマイクロスコープで認められる。

（２）溶断後の上縁部の溶損防止性
溶断後の試験サンプルについて、デジタルマイクロスコープＶＨＸ−２０００（ＫＥＹＥＮＣＥ製）にて２０倍にて観察を実施し、溶断後の試験サンプルの下縁部をゼロ点として、上縁部のエグレが生じた部位の距離を測定し、以下のように評価した。
○：距離が１ｍｍ未満。
△：距離が１ｍｍ以上４ｍｍ未満。
×：距離が４ｍｍ以上。
なお、４ｍｍ以上の距離を×としたのは、エグレは機械研磨で研削または鋸切断により除去する必要があり、生産性を低下させるためである。

（３）ドロス付着防止性
溶断後の試験サンプルについて、デジタルマイクロスコープＶＨＸ−２０００（ＫＥＹＥＮＣＥ製）にて２０倍にて観察を実施し、以下のように評価した。
○：ドロス付着がデジタルマイクロスコープで認められない。
△：ドロスの付着がデジタルマイクロスコープで若干認められるが、エアハンマーによる研削でドロスを除去できたもの。
×：ドロスの付着がデジタルマイクロスコープで多く認められ、エアハンマーによる研削ではドロスの除去が難しく、鋸切断にて除去が必要なもの。

（４）試験サンプル断面の質量基準のＣｕ濃度分布（Ｃｕ偏析）
上記した溶断試験に供した試験サンプル端部から分析用試験片を切り出した後、圧延方向に沿った合金断面を鏡面研磨し、電子プローブマイクロアナライザー ＪＸＡ−８２００（ＪＥＯＬ製）によるライン分析を板厚方向に実施し、板厚の中心部に相当する（１／２）ｔから（１／３）ｔにかけての質量基準のＣｕ濃度、板厚方向全体における質量基準のＣｕの平均濃度を測定し、以下のように評価した。
○：Ｃｕ偏析がＣｕの平均濃度の０．９０以上１．１０以下。
△：Ｃｕ偏析がＣｕの平均濃度の０．８０以上０．９０未満または１．１０超１．２０以下。
×：Ｃｕ偏析がＣｕの平均濃度の０．８０未満または１．２０超。

実施例の試験サンプルの各元素の含有量及び評価結果を下記表１、実施例の試験サンプルの製造工程を下記表２、比較例の試験サンプルの各元素の含有量及び評価結果を下記表３、比較例の試験サンプルの製造工程を下記表４に、それぞれ、示す。なお、溶断後の割れ防止性、溶断後の上縁部の溶損防止性、ドロス付着防止性、Ｃｕ偏析の４項目がいずれも○評価の場合には総合評価◎、上記４項目に○評価と△評価がある場合には総合評価○、４項目のうち、１つでも×評価がある場合には総合評価×とし、総合評価○以上を合格
、総合評価×を不合格と判定した。また、下記表１、３中、各元素の含有量について、下線を付した数値は、本発明の範囲外の数値であることを意味し、式１の値について、下線を付した数値は、式１の関係を満たさない数値を意味し、式２の値について、下線を付した数値は、式２の関係を満たさない数値を意味する。

上記表１に示すように、炭素（Ｃ）：０．００４〜０．０２５質量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．０２〜０．６０質量％、マンガン（Ｍｎ）：０．０３〜０．３５質量％、リン（Ｐ）：０．０４０質量％以下、硫黄（Ｓ）：０．００３質量％以下、ニッケル（Ｎｉ）：３０．０〜４０．０質量％、クロム（Ｃｒ）：２１．０〜２５．０質量％、モリブデン（Ｍｏ）：６．５０〜８．００質量％、窒素（Ｎ）：０．１８〜０．２８質量％、銅（Ｃｕ）：２．５０〜５．００質量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．１００質量％、チタン（Ｔｉ）：０．００１〜０．０１０質量％、スズ（Ｓｎ）：０．００１〜０．０５０質量％及び亜鉛（Ｚｎ）：０．００１〜０．０３０質量％、を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避的な不純物からなる本発明の成分組成を有する実施例１〜１５のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金は、溶断後の割れ防止性、溶断後の上縁部の溶損防止性、ドロス付着防止性、Ｃｕ偏析の４項目がいずれも△評価以上であり、総合評価は○以上と、優れた溶断性を有していた。

特に、式１と式２の関係も満たし、Ｃｕ偏析が○評価である実施例１１〜１５では、溶断後の割れ防止性、溶断後の上縁部の溶損防止性、ドロス付着防止性、Ｃｕ偏析の４項目がいずれも○評価であり、特に優れた溶断性を有していた。また、実施例１、５では、式（１）の上限を超えているが、本発明の成分組成を有することから、ドロス付着防止性は△評価と、ドロスの付着を防止できた。実施例２では、Ｃｕ含有量が本発明の成分組成の上限に近いため、Ｃｕ偏析が△評価であったものの、溶断後の割れ防止性に優れ、溶断後の上縁部の溶損を防止することができた。実施例３、６では、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎの含有量が本発明の成分組成の下限に近いため、溶断後の上縁部の溶損防止性は得られたものの△評価であった。また、実施例４では、式（２）の関係を満たしておらず、Ｃｕ偏析が△評価であったものの、溶断後の割れ防止性に優れていた。

実施例７では、Ｃｕ含有量が本発明の成分組成の上限に近いため、Ｃｕ偏析が△評価であったものの、溶断後の割れ防止性に優れ、溶断後の上縁部の溶損防止性にも優れていた。実施例８、１０では、それぞれ、Ｃｕ含有量が２．６１質量％、３．００質量％と本発明の成分組成の下限近くであり、式（１）の下限未満であるが、本発明の成分組成を有することから、△評価である溶断後の上縁部の溶損防止性が得られた。実施例９では、式（１）及び式（２）の関係を満たしていないものの、本発明の成分組成を有することから、溶断後の上縁部の溶損防止性もドロス付着防止性も得られた。

一方で、比較例１では、Ｓｉ、Ｃｕの含有量が本発明の成分組成の上限を超えるため、溶断後の上縁部の溶損防止性が得られなかった。また、比較例１では、Ｃｕの含有量が本発明の成分組成の上限を超えるため、Ｃｕ偏析が生じて溶断後の割れ防止性が得られなかった。また、比較例１では、熱間圧延前の加熱処理における均熱時間が７時間と短いため
、Ｃｕ偏析が解消されずに溶断後の割れの原因となった。比較例２では、Ｓｉの含有量が検出下限であり、溶断の際の溶湯の流れが悪く、溶断後の上縁部の溶損防止性が得られなかった。また、比較例２では、Ａｌ、Ｓｎの含有量が本発明の成分組成の上限を超えるため、ドロスが多量に付着してドロス付着防止性が得られなかった。比較例３では、Ｔｉの含有量が本発明の成分組成の上限を超えるため、Ｔｉ−Ｎを生成したため、表面キズが発生した。また、比較例３では、Ｓｎの含有量が本発明の成分組成の上限を超えるため、ドロスが多量に付着してドロス付着防止性が得られなかった。

比較例４では、Ｓｎ、Ｚｎの含有量が本発明の成分組成の上限を超えるため、ドロスが多量に付着してドロス付着防止性が得られなかった。比較例５では、Ｚｎの含有量が本発明の成分組成の上限を超えるため、ドロスが多量に付着してドロス付着防止性が得られなかった。比較例６では、Ｔｉの含有量が本発明の成分組成の下限未満のため、溶断の際の溶湯の流れが悪く、溶断後の上縁部の溶損防止性が得られなかった。また、比較例６では、Ｃｕの含有量が本発明の成分組成の上限を超えるため、Ｃｕ偏析が生じて溶断後の割れ防止性が得られなかった。また、比較例６では、熱間圧延前の加熱処理における均熱時間が７時間と短いため、Ｃｕ偏析が解消されずに溶断後の割れの原因となった。

比較例７では、Ｃｕの含有量が本発明の成分組成の上限を超えるため、熱間圧延時に割れが生じた。また、比較例７では、Ｃｕの含有量が本発明の成分組成の上限を超えるため、Ｃｕ偏析が生じて溶断後の割れ防止性が得られなかった。また、比較例７では、熱間圧延前の加熱処理における均熱時間が７時間と短いため、Ｃｕ偏析が解消されずに溶断後の割れの原因となった。比較例８では、Ｓｉ、Ｃｕの含有量が本発明の成分組成の下限未満のため、溶断の際の溶湯の流れが悪く、さらに、合金の融点が高くなって高温にならないと溶融しないため、強いエグレが発生し、溶断後の上縁部の溶損防止性が得られなかった。比較例９では、Ａｌ、Ｔｉの含有量が本発明の成分組成の下限未満のため、溶断の際の溶湯の流れが悪く、さらに、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎの含有量が本発明の成分組成の下限未満のため、合金の融点が高くなり溶断未貫通部が発生した。

本発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金は、優れた耐食性を有しつつ、溶断にて切断しても、割れが発生することを防止でき、また、上縁部の溶損の発生とドロスの付着を防止できることから、加工性にも優れており、例えば、海水環境、化学プラント、船舶に搭載される排煙脱硫装置等、優れた耐食性を要求される技術分野で広範に利用可能である。

Claims (4)

1. 炭素（Ｃ）：０．００４〜０．０２５質量％、
   ケイ素（Ｓｉ）：０．０２〜０．６０質量％、
   マンガン（Ｍｎ）：０．０３〜０．３５質量％、
   リン（Ｐ）：０．０４０質量％以下、
   硫黄（Ｓ）：０．００３質量％以下、
   ニッケル（Ｎｉ）：３０．０〜４０．０質量％、
   クロム（Ｃｒ）：２１．０〜２５．０質量％、
   モリブデン（Ｍｏ）：６．５０〜８．００質量％、
   窒素（Ｎ）：０．１８〜０．２８質量％、
   銅（Ｃｕ）：２．５０〜５．００質量％、
   アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．１００質量％、
   チタン（Ｔｉ）：０．００１〜０．０１０質量％、
   スズ（Ｓｎ）：０．００１〜０．０５０質量％、
   亜鉛（Ｚｎ）：０．００１〜０．０３０質量％、
   ホウ素（Ｂ）：０〜０．００３０質量％、
   バナジウム（Ｖ）：０〜０．１０質量％及び
   ニオブ（Ｎｂ）：０〜０．０３０質量％
   を含有し、
   残部が鉄（Ｆｅ）および不可避的な不純物からなる溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金。
2. 下記式（１）（式（１）中、各元素の表記は、該元素の含有量（質量％）を意味する。）の関係を満たす請求項１に記載の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金。
   −１０≦８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉ≦３５・・・（１）
3. 下記式（２）（式（２）中、各元素の表記は、該元素の含有量（質量％）を意味する。）の関係を満たす請求項１または２に記載の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金。
   Ｃｕ≦−０．１×（８０Ａｌ＋７００Ｔｉ＋３００Ｓｎ＋４００Ｚｎ−３０Ｓｉ)＋８・・・（２）
4. 前記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金の板厚ｔ（単位：ｍｍ）のうち、板厚ｔの中心部に相当するｔ×（１／２）とｔ×（１／３）との間の部位における質量基準のＣｕ濃度ｄが、下記式（３）（式（３）中、[Ｃｕ濃度％]は、前記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金全体の質量基準のＣｕ濃度％を意味する。）の関係を満たす請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶断用Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ合金。
   ０．８０×[Ｃｕ濃度％]≦Ｃｕ濃度ｄ≦１．２０×[Ｃｕ濃度％] ・・・（３）