JPH03158437A

JPH03158437A - 耐濃硫酸腐食性に優れた二相ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH03158437A
Application number: JP29818089A
Authority: JP
Inventors: Eiji Sato; 栄次佐藤; Akira Matsuhashi; 亮松橋; Masayuki Abe; 雅之阿部; Hiroshige Inoue; 裕滋井上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-11-16
Filing date: 1989-11-16
Publication date: 1991-07-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、硫酸製造プラント、硫酸貯蔵用機器、ケミカ
ルタンカーなどの輸送設備など硫酸を製造・貯蔵・輸送
する環境での耐全面腐食性と熱間加工性の優れた二相ス
テンレス鋼に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、硫酸製造プラント、硫酸貯蔵用機器、ケミカルタ
ンカーなどの硫酸を取り扱う機器は、硫酸の濃度、温度
条件（常温から２５０°Ｃの高温領域まで）によって各
種材料を使い分けて使用していた。特に、高濃度硫酸の
製造、貯蔵、輸送の場合、温度条件によって、耐酸レン
ガ、高合金ステンレス鋼、Ｎｉ基合金、炭素鋼等が使い
分は使用されているのが実情である。これらの金属材料
の耐食域については、“装置材料耐食表゛化学工業社刊
（１９７４）に詳しく記述されている。すなわち、硫酸
中での金属材料の腐食挙動は、硫酸の濃度、温度により
著しく変化するため、常温から高温度領域までの硫酸中
の腐食防止技術は、材料技術の観点からは、充分検討さ
れていなかったのが、現状であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

硫酸は、肥料製造等に必須の化学物質であるが、硫酸プ
ラントについて見ると、使用材料として従来から耐酸レ
ンガを使用し、設備的にその重量は過大となっていた。

これを軽量化し、硫酸製造時の反応熱などを回収するシ
ステムと組み合わせて効率的な設備にしていくためには
、硫酸プラント全体を従来の耐酸系レンガに代えて、広
い温度範囲（常温から２５０°Ｃまで）で耐食性の優れ
た材料が強く要望されていた。

本発明は、この高濃度硫酸環境に適用可能な耐食性に優
れた二相系ステンレス鋼に関するもので、高濃度硫酸（
粗製硫酸及び純硫酸９８％以上）の環境で、かつ使用温
度領域が、常温から２５０°Ｃの高温領域まで優れた耐
食性を有する二相系ステンレス鋼である。

本発明は、硫酸製造プラント、貯蔵機器、輸送機器など
の高濃度硫酸を扱う設備用材料として使用され、当該設
備の長寿命化・安全性・環境汚染防止などを長期にわた
って確保することを可能とする二相系ステンレス鋼を提
供することが目的である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨とするところは下記のとおりである。

（１）重量％でＣ：　０．００５％以上、０．０５％以
下Ｓｉ：０．０１％以上、１．０％以下Ｍｎ　：　０．１％以上、２．０％以下Ｐ　：　０．０
２％以下Ｓ　：　０．００５％以下Ｃｒ：２５．０％以上、３０．０％以下Ｎｉ　：　４．
０％以上、８．５％以下Ｍｏ：１．Ｏ％以上、３，０％
以下Ｎ　：　０．０１％以上、０．２％以下Ａｌ　７０．０
５％以下０：５０ｐｐｍ以下を含み、残部が鉄、および不可避的
不純物からなることを特徴とする耐濃硫酸腐食性に優れ
た二相ステンレス鋼。

（２）　　Ｓｎ０．０１％以上、０．１％以下、Ｓｂ０
．０１％以上、０゜１％以下、Ｎｂ０．０１％以上、１
．０％以下、Ｖ０．０１％以上、１．０％以下、Ｔｉ０
．０１％以上、１、０％以下、ＣＬ）０１０５％以上、
２．０％以下、Ｚｒ０６０１％以上、１．０％以下、ｗ
０．ｏｉ％以上、０．５％以下をそれぞれ１種または２
種以上含有することを特徴とする前項１記載の耐濃硫酸
腐食性に優れた二相ステンレス鋼。

（３）　　Ｃａ、　Ｃｅの１種あるいは２種をそれぞれ
０．００１％以上、０．０３％以下含有し、且つ含有成
分をｐｐｍで表示した〔Ｓ＋Ｏ−０，８Ｃａ−０，３Ｃ
ｅ）（ｐｐｍ　）　＜４０であることを特徴とする前項
１または２記載の耐濃硫酸腐食性に優れた二相ステンレ
ス鋼。

本発明の基本的特徴は、高濃度硫酸環境での常温から２
５０°Ｃまでの広範囲の温度領域で優れた耐食性を確保
するため、Ｃｒ、　Ｍ０．　Ｎｉ、　Ｎの４成分の複合
添加を基本にＣｒ２５．０％以上、３０．０％以下の範
囲で、Ｍ０．　Ｎｉの範囲を規制し、二相系のα、γ比
がほぼ５０：５０になるように適性ＮｔＪを添加したこ
とを特徴としている。

以下これら合金元素の添加効果について説明する。

〔作　用〕

本発明は、高濃度硫酸を用い、その温度条件を常温から
２５０°Ｃまで変化させた環境で、Ｃｒ、　Ｍｏ。

Ｎｉ、　Ｃｕ、　Ｎ等の含有鋼の全面腐食試験を行い１
、腐食速度の成分依存性から、新しく広い温度領域で腐
食速度が０．１２　ｎｕｎ／ｙｒ以下の優れた成分系を
新しく見出したものである。

ＣＴＣは、ステンレス鋼の耐食性に有害であるが強度の
観点からはあるていどの含有量は必要である。０．００
５％未満の極低炭素量では製造コストが高くなる。また
、０．０５％を越えると耐食性を大幅に劣化させるため
０．００５％以上、０．０５％以下とした。

Ｓｉ；ステンレス鋼の高濃度硫酸環境での耐食性は、Ｓ
ｉ約４％までは耐食性を著しく劣化させる。それ以上で
は、逆に著しく耐食性を向上させる。しかし、通常の工
程で厚板を製造することは困難である。耐食性に影響を
及ぼさない範囲で、熱延可能な通常のステンレ鋼の成分
範囲として上限を１．０％に限定した。また、０．０１
％未満では製造コストが高くなる。

Ｍｎ　；　Ｍｎはオーステナイト安定化元素であり、高
価なＮｉの代替として添加することが可能であるが、本
発明で対象とする高濃度硫酸環境での耐食性は、２．０
％超では効果な（、耐食性に影響しない範囲として０．
１％以上、２．０％以下に限定した。また、０．１％未
満では、製造コストが高くなる。

Ｃｒ　；　Ｃｒは本発明のステンレス鋼の基本成分であ
る。高濃度硫酸環境での優れた耐食性が要求される場合
は、Ｎｔ、　Ｍ０．　Ｎと共存の形でも２５．０％以上
の添加が必要である。多いほど耐食性は向上するが３０
．０％を越えるとその耐食性は飽和し、かつ、作り込み
が難しく経済的にも高価になる。

Ｎ１ＨＮｉはＣｒとともに本発明のステンレス鋼の基本
成分である。高濃度硫酸環境での優れた耐食性が要求さ
れる場合は、Ｃｒ、　Ｍ０．　Ｎと共存して用いられる
が、Ｎｉ添加は、一般に、高温高濃度硫酸環境での耐食
性を劣化させる。従って、高濃度硫酸環境では、Ｎｉ含
有量が少ない方が良い。高Ｃｒ含有のみの系のステンレ
ス鋼は、厚板製造が難しいため、厚板製造可能で、且つ
高濃度硫酸環境で腐食速度が０．１２ｍｍ／ｙｒ以下を
満足する成分系として、Ｃｒ　２５．０％から３０．０
％の範囲で二相組成生成範囲としてＮｉ４．０％以上、
８．５％以下を設定した。さらに、ＭｏとＮとのバラン
スも考慮した。

Ｍｏ　；　ＭｏはＣｒ、　Ｎｉ、　Ｎと共存の形で添加
される。

高濃度硫酸環境で優れた耐食性を確保するために必須な
元素である。１．０％以上、３、０％以下の添加範囲で
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎと共存して常温から２５０　’Ｃの広い
温度領域で優れた耐食領域が存在することを見出した。

１，０％未満では耐食性が不十分となる。また、３、０
％を越えると耐食性は劣化する。

Ｎ、ＮはＣｒ、　Ｎｊ、　Ｍｏと共存の形で添加される
。

高濃度硫酸環境で優れた耐食性を得るために特別な効果
は認められないが、Ｃｒ２５．０％から３０．０％の範
囲の二相系ステンレス鋼を得るため、Ｃｒ、　Ｎｉｌ　
ＭＯと共存の形で添加される。その上限を０．２０％と
した。また、０６０５％未満では、二相安定に効果が小
さいため、０．０５％以上、０．２０％以下に限定した
。

ＷＯＷ添加は、高濃度硫酸環境での耐食性を、上記Ｃｒ
、　Ｍ０．　Ｎｉ、　Ｎとの共存で改善するが、０６０
１％以上で、耐食性改善効果があり、必要に応じて０．
５％以下で添加する。０．５％を越えると耐食性は飽和
する。

■；■添加は、ステンレス鋼の高濃度硫酸環境での耐食
性を向上させるので必要に応じて、０．０１％以上、１
．０％以下で添加する。

１．０％を越えるとその効果は飽和する。

Ｚｒ　；　Ｚｒ添加は、ステンレス鋼の高濃度硫酸環境
での耐食性を向上させるので必要に応じて０．０１％以
上、１．０％以下で添加する。

１．０％を越えるとその効果は飽和する。

Ｓｎ　；　Ｓｎ添加は、ステンレス鋼の高濃度硫酸環境
での耐食性を向上させるので必要に応じて０．０１％以
上、０．１％以下で添加する。

１、０％を越えるよその効果は飽和する。

ｓｂ　、　ｓｂ添加は、ステンレス鋼の高濃度硫酸環境
での耐食性を向上させるので必要に応じて０．０１％、
０．１％以下で添加する。１．０％を越えるとその効果
は飽和する。

Ｎｂ　ｉ　ＮｂはＮと同様にステンレス鋼の強度を増し
、またＣを固定し耐食性を向上させるため、必要に応じ
て０．０１％以上、１．０％以下で選択添加される。１
．０％を越えると熱間加工性を劣化させる。

Ｔｉ；Ｔｉは、Ｃを固定し耐食性を向上させ、またＣａ
と共存して０を固定しＳｉ、　Ｍｎの酸化物の生成を抑
制し、熱間加工性と耐食性を向上させるため環境によっ
て０．０１％以上、１、０％以下で添加される。１．０
％を越えると熱間加工性を劣化させる。

Ｃｕ　；　Ｃｕは、Ｃｒ、　Ｍ０．　Ｎｉと共存添加す
る形で、高濃度硫酸環境中での耐食性を向上させる。

０．０５％以上、２．０％以下で添加する。２．０％超
では、その効果は、飽和する。

なお、上記−１ν、　Ｚｒ、　Ｓｎ、　Ｓｂ、　Ｎｂ、
　Ｔｉ、　Ｃｕは、高濃度硫酸環境での耐食性を向上さ
せることにおいて同様に効果のある元素であるので、こ
れらの１種または２種以上を組み合わせて添加できる。

Ｍ；Ｍは脱酸剤として０．０５％以下の範囲で添加され
る。０．０５％を越えると耐食性、熱間加工性を劣化さ
せる。

Ｐ；Ｐは耐食性および熱間加工性の観点から少ないこと
が望ましい。０．０２％を越えると熱間加工性を劣化さ
せる。さらに、高濃度硫酸環境での耐食性を著しく劣化
する。

ＳＯＳは耐食性よりも熱間加工性に著しく影響する元素
で低いほど良い。上限を０．００５％（５０ｐｐｍ）と
した。

Ｃａ、　Ｃｅ　；　Ｃａ、　Ｃｅは脱酸・脱硫剤として
それぞれ０．００１％以上、０．０３％以下の範囲で添
加される。これを越えても効果がない。また、Ｃａ、　
Ｃｅは低Ｓ鋼中でＮと共存して０を固定し、ＭｎＳの生
成を防止し、熱間加工性を大幅に改善する。

Ｏ；ＯもＳと同じように熱間加工性に著しく影響する元
素であり、低いほど良い。Ｏは５０ｐｐｎ＋以下とした
。

また、５．０に対しては、Ｃａ、　Ｃｅとの複合添加に
より、〔Ｓ＋Ｏ−０，８Ｃａ−０，３Ｃｅ）　＜４０ｐ
ｐｍを満足するようＣａ、　Ｃｅを添加する。すなわち
、Ｃａ。

Ｃｅは低Ｓ鋼中でＮと共存してＳや０を固定し、ＣｒＮ
ｉ−Ｍｏ−Ｃｕ　−Ｎ合金の熱間加工性を大幅に改善す
る。

〔実施例〕

表１は本発明鋼並びに比較鋼の化学成分組成を示すもの
で、それぞれ電気炉−ＡＯＤ、及び電気炉−ＶＡＣ法に
よって溶製した。

これらの？８鋼を連鋳スラブに通常条件で鋳造した。さ
らに、表面手入れ後ステンレス鋼用条件で熱間圧延した
。得られた熱延鋼板を適切な熱処理後、試験に供した。

表２に高濃度硫酸環境中での腐食速度を示した。

表２の腐食速度は、高濃度硫酸環境中での腐食速度が、
第１図に示すように、常温から２５０°Ｃの温度範囲で
は、２つの腐食速度が極大となる領域が存在するので、
４０°Ｃから２０’Ｃ毎に２００°Ｃまでと、２５０°
Ｃでの腐食速度で比較評価した。

全面腐食試験は、高濃度硫酸環境中で一定温度に設定し
たのち、第２図に示したように、２０ｗｘ３０ｊ２ｘ１
．５ｔの腐食試験片を用い、高濃度硫酸環境中に２４ｈ
ｒ漫漬後の腐食重量変化で求めた。

ただし、全面腐食性を評価するため、各試験に際して、
大気中生成皮膜の影響をさけるため、各試験片は、環境
に浸漬直後に活性化処理を施した。

重量減少は、０．１■まで測定した。測定された減量を
単位面積あたり、単位時間に換算し、腐食速度として、
Ｍ／ｙｒで求めた。

その結果、本発明鋼は比較鋼に比較して耐全面腐食性が
、常温から２５０　’Ｃまでの温度範囲で０．１２ｍｍ
／ｙｒ以下の極めて優れた材料であることか明らかであ
る。

〔発明の効果〕

以上に述べたように従来採用されていた濃硫酸用鋼材は
、温度条件によって材料を使い分けて用いていた。

本発明は、従来不可能であった常温から２５０°Ｃまで
の広い温度範囲で腐食速度０．１２　ｒｔｍ／ｙｒ以下
の腐食領域として現状技術で厚板製造可能な上限のＣｒ
範囲（２５，０％から３０．０％まで）でＭｏ。

Ｎｉ、　Ｎと複合した適性な成分範囲を新たに発見した
ことにより、従来にない優れた耐食特性を持った材料を
開発したものである。従来鋼に比較して優れた耐食性を
有し、かつ最小限の合金元素添加としたので、経済性に
も優れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高濃度硫酸環境中でのステンレス鋼の腐食速
度の温度依存性を示した図である。第２図（ａ）、（ト））は、本発明実施例で行った全面
腐食試験のための試験片寸法を示す正面図と側面図であ
る。（（１＞（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ：０．００５％以上、０．０５％以下
Ｓｉ：０．０１％以上、１．０％以下Ｍｎ：０．１％以上、２．０％以下Ｐ：０．０２％以下Ｓ：０．００５％以下Ｃｒ：２５．０％以上、３０．０％以下Ｎｉ：４．０％以上、８．５％以下Ｍｏ：１．０％以上、３．０％以下Ｎ：０．０１％以上、０．２％以下Ａｌ：０．０５％以下Ｏ：５０ｐｐｍ以下を含み、残部が鉄、および不可避的
不純物からなることを特徴とする耐濃硫酸腐食性に優れ
た二相ステンレス鋼。
（２）Ｓｎ０．０１％以上、０．１％以下、Ｓｂ０．０
１％以上、０．１％以下、Ｎｂ０．０１％以上、１．０
％以下、Ｖ０．０１％以上、１．０％以下、Ｔｉ０．０
１％以上、１．０％以下、Ｃｕ０．０５％以上、２．０
％以下、Ｚｒ０．０１％以上、１．０％以下、Ｗ０．０
１％以上、０．５％以下をそれぞれ１種または２種以上
含有することを特徴とする請求項１記載の耐濃硫酸腐食
性に優れた二相ステンレス鋼。
（３）Ｃａ、Ｃｅの１種あるいは２種をそれぞれ０．０
０１％以上、０．０３％以下含有し、且つ含有成分をｐ
ｐｍで表示した〔Ｓ＋Ｏ−０．８Ｃａ−０．３Ｃｅ〕（
ｐｐｍ）＜４０であることを特徴とする請求項１または
２記載の耐濃硫酸腐食性に優れた二相ステンレス鋼。