JPH04228547A - 耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れたフエライト系ステンレス鋼 - Google Patents

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】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は，　耐粒界腐食性および
造管性と共に高温強度に優れたフエライト系ステンレス
鋼に関し，特に燃焼ガス流路であって凝縮水による腐食
を受ける部材に好適なステンレス鋼に関するものである
。 【０００２】 【従来の技術】従来より燃焼ガス流路部材に使用されて
いるステンレス鋼には，低Ｃ低ＮのＳＵＳ４１０ＬやＴ
ｉ添加のＳＵＨ４０９に代表される１３Ｃｒ系のステン
レス鋼，　或いはＳＵＳ４３０Ｌに代表される１８Ｃｒ
系ステンレス鋼がある。これらの材料は，使用中の材料
到達温度や燃焼ガス中の凝縮水等による腐食の程度によ
って使い分けがされており，成分的にはいずれもＣやＮ
を低く抑え，またＴｉ，Ｎｂ等の固定元素を添加してい
るので粒界腐食に対する或る程度の抵抗性を有している
。 【０００３】しかし，より過酷な条件，　例えば更に高
温の燃焼ガスを対象とする場合には特に１３Ｃｒ系鋼に
おいて粒界腐食の問題が生じるようになった。すなわち
，　これらの材料はパイプに溶接造管されたり，溶接に
よる組み立てがなされた場合に，溶接による入熱によっ
て，　ＴｉＣやＭ２３Ｃ６の形で粒内に析出していた炭
化物が固溶し，さらにその後の高温の燃焼ガスによる加
熱を受けてＣｒ炭化物として粒界へ優先的に析出し，こ
れによって粒界近傍でＣｒ欠乏層が生成するといった現
象が生じ，　粒界腐食が起きる。Ｃｒ炭化物の粒界への
優先的な析出は鋭敏化現象と呼ばれているが，燃焼ガス
温度が３００℃付近であればこの鋭敏化はそれほど進行
しない。しかし，１３Ｃｒ系のフエライト鋼の鋭敏化温
度域である５００℃付近にまで材料温度が上昇する場合
には，この粒界腐食の問題が顕在化する。このような粒
界腐食は燃焼ガス流路の下流側における結露環境に曝さ
れる部位，　例えば消音装置などで特に問題となる。 【０００４】一方，　ボイラー等の燃焼帯域に近い上流
側部位の材料，　例えばダンパーやブロア等では高温強
度特性がより重要視される。そして，これら上流側部位
と下流側部位の中間の管路では耐粒界腐食性と高温強度
の両特性が要求される。 【０００５】加えて，　燃焼ガス流路部材を製造するに
はパイプに加工するための造管性に優れることが必要で
ある。造管の方法としては高周波造管が通常であるが，
ＴＩＧ造管が行われる部材もある。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】前述の耐粒界腐食性を
向上させるべく，本発明者らはＣｒレベルを種々変化さ
せたうえＴｉ添加量を増加させた材料を溶製し，その特
性を種々調べた結果，　１３Ｃｒ系の材料を溶接後にお
いて鋭敏化温度域で使用する場合には，　１８Ｃｒ系ス
テンレス鋼溶接部の粒界腐食防止に対して従来より行わ
れてきた手法とは異なった成分設計を必要とすることが
わかった。また耐粒界腐食性に関してはＴｉを十分に添
加すれば改善されるが，Ｔｉを過剰に添加すると圧延材
にストリーク状の表面疵が発生する上，　溶接造管する
さいにピンホールが発生し，造管できないこともわかっ
た。ピンホール発生の原因を種々検討したところ，Ｔｉ
添加量が０．３％を超えた材料で特にピンホールの発生
率が高くなることからＴｉの酸化物が主な原因と推定さ
れた。 【０００７】このようなことから，Ｔｉを用いた耐粒界
腐食性の向上では造管性が損なわれるので，耐粒界腐食
性と高周波造管性とを同時に満足する材料開発を新たに
必要とすることが明らかとなった。 【０００８】本発明は，燃焼ガスの流路の構成材料とし
て，より過酷な条件に耐えるステンレス鋼への要求背景
のもとに，高温燃焼ガスでも優れた耐粒界腐食性を示し
且つ優れた造管性と高温強度を同時に兼備する新たなス
テンレス鋼の開発を目的としたものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明によれば，厳密に
成分設計された次の４種の態様の耐粒界腐食性，造管性
および高温強度が同時に優れたフエライト系ステンレス
鋼を提供する。 【００１０】（１）　重量％で，Ｃ：０．０２％以下，
　Ｓｉ：１．０％以下，　Ｍｎ：２．０％以下，　Ｐ：
０．０８％以下，　Ｓ：０．０１％以下，　Ｎｉ：０．
６％以下，　Ｃｒ：１１．０〜２０．０％，　Ｎｂ：０
．１〜１．０％，　Ｖ：１．０％以下，　Ａｌ：０．０
５％以下，　Ｎ：０．０３％以下，　Ｏ：０．０１％以
下を含有し，かつこれらの成分の間に，０．００５≦Ｃ
＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式Ｉ＝Ｎｂ−７（Ｃ＋
Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１２）　で定められるＩ値が０
．１５以上となる範囲に維持される関係が成立しており
，残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる耐粒界腐食
性，造管性および高温強度に優れたフエライト系ステン
レス鋼， 【００１１】（２）　重量％で，Ｃ：０．０２％以下，
　Ｓｉ：１．０％以下，　Ｍｎ：２．０％以下，　Ｐ：
０．０８％以下，　Ｓ：０．０１％以下，　Ｎｉ：０．
６％以下，　Ｃｒ：１１．０〜１５．０％，　Ｎｂ：０
．３〜１．０％，　Ｖ：１．０％以下，　Ａｌ：０．０
５％以下，　Ｎ：０．０３％以下，　Ｏ：０．０１％以
下を含有し，かつこれらの成分の間に，　０．００５≦
Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式Ｉ＝Ｎｂ−７（Ｃ
＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１２）　で定められるＩ値が
０．３０以上となる範囲に維持される関係が成立してお
り，残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる耐粒界腐
食性，造管性および高温強度に優れたフエライト系ステ
ンレス鋼， 【００１２】（３）　重量％で，Ｃ：０．０２％以下，
　Ｓｉ：１．０％以下，　Ｍｎ：２．０％以下，　Ｐ：
０．０８％以下，　Ｓ：０．０１％以下，　Ｎｉ：０．
６％以下，　Ｃｒ：１１．０〜２０．０％，　Ｎｂ：０
．１〜１．０％，　Ｖ：１．０％以下，　Ａｌ：０．０
５％以下，　Ｎ：０．０３％以下，　Ｏ：０．０１％以
下を含有し，さらに　１．０％以下のＣｕ，　１．５％
以下のＭｏ，　０．３％以下のＴｉ若しくはＺｒ，１．
０％以下のＷの１種以上を含有し，かつこれらの成分の
間に，０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の
式Ｉ＝Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１
２）　で定められるＩ値が０．１５以上となる範囲に維
持される関係が成立し，残部がＦｅおよび不可避的不純
物からなる耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れ
たフエライト系ステンレス鋼，および 【００１３】（４）　重量％で，Ｃ：０．０２％以下，
　Ｓｉ：１．０％以下，　Ｍｎ：２．０％以下，　Ｐ：
０．０８％以下，　Ｓ：０．０１％以下，　Ｎｉ：０．
６％以下，　Ｃｒ：１１．０〜１５．０％，　Ｎｂ：０
．３〜１．０％，　Ｖ：１．０％以下，　Ａｌ：０．０
５％以下，　Ｎ：０．０３％以下，　Ｏ：０．０１％以
下を含有し，さらに，　１．０％以下のＣｕ，　１．５
％以下のＭｏ，　０．３％以下のＴｉ若しくはＺｒ，１
．０％以下のＷの１種以上を含有し，かつこれらの成分
の間に，　０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，
次の式Ｉ＝Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ
−１２）　で定められるＩ値が０．３０以上となる範囲
に維持される関係が成立し，残部がＦｅおよび不可避的
不純物からなる耐粒界腐食性，　造管性および高温強度
に優れたフエライト系ステンレス鋼である。 【００１４】 【作用】前記の目的を達成すべく，本発明者らはＣとＮ
の固定元素として，Ｔｉ以外にＺｒ，Ｎｂ，Ｖを添加し
た材料の耐粒界腐食性および高周波造管性について調べ
たところ，Ｚｒ添加鋼はＴｉ添加鋼と同様にピンホール
が発生し充分な高周波造管性が得られなかったが，Ｎｂ
，Ｖの同時添加鋼では高周波造管性が良好となること，
さらにＣ量，　Ｎ量及びＣｒ量に応じてＮｂを適正量で
添加すればより耐粒界腐食性と高周波造管性を兼ね備え
た材料が得られることを見出した。またＮｂ，Ｖの同時
添加鋼に０．３％を超えない範囲でＴｉを添加しても特
に著しい造管性の低下はないことがわかった。 【００１５】Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ等の固定元素の種類および
添加量と耐粒界腐食性の関係を調査した結果，　Ｎｂと
Ｔｉはほぼ同等の粒界腐食防止効果が認められた。Ｖに
ついてはＮｂあるいは　（Ｎｂ＋Ｔｉ）と複合で添加し
た場合に粒界腐食防止に有効であった。 【００１６】またＮｂとＴｉの添加量は溶接後に鋭敏化
温度域に曝されることを考慮すると，　ＣとＮを固定す
るのに必要な量よりも増量して添加しておく必要がある
ことがわかった。更に，　必要なＮｂとＴｉの添加量は
溶接方法や材料のＣｒレベルによっても異なるが，１３
Ｃｒ系の材料は１８Ｃｒ系の材料よりも多く必要とする
ことも判明した。 【００１７】本発明ではその指標として次式のＩ値を用
いる。 Ｉ＝Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１２
）　【００１８】この式は本発明者らの実験によって設
定されたものではあるが，概念的に言えば，７（Ｃ＋Ｎ
）　の項はＣとＮの固定のために消費される量を意味し
，　０．０１（Ｃ−１２）　の項は１２Ｃｒ鋼をベース
としてＣｒレベルによる粒界腐食感受性の違いを示して
いる。その詳細は後記の実施例によっても示すが，実験
の結果，　スポット溶接部の耐粒界腐食性を維持するた
めにはＩ値は０．１５以上必要である。また，これより
も入熱の大きいＭＡＧ溶接部の耐粒界腐食性を維持する
ためにはＩ値は０．３０以上必要である。 【００１９】さらに，この材料のＣ，Ｎ，Ｃｒ，Ｎｂ，
Ｔｉ等を種々変化させて高温強度特性を調べたところ，
Ｎｂ含有量に伴って高温強度が上昇するが，特にＮｂ量
が０．３ないし０．４％以上においてその効果が著しい
ことがわかった。Ｔｉ単独添加ではＮｂ単独添加ほどの
効果がなく，　Ｃ，Ｎ量についてもＮｂが炭窒化物とし
て消費されるので，低Ｃ，Ｎの方が高強度となる傾向が
認められた。現段階では，　先の耐粒界腐食性に対する
Ｎｂ量とＣ，Ｎ量のような関係は，高温強度に対しては
具体的的には得られていないが，固溶Ｎｂが高温での強
度上昇に寄与しているものと思われる。 【００２０】高温強度をＮｂによって向上させた点が原
明細書記載の発明を一層改善したところであり，Ｎｂ量
の絶対値を前記（１）と（３）の鋼では０．１〜１．０
％，　（２）と（４）項の項では０．３〜１．０％とし
ている。また，Ｖについても原明細書では耐粒界腐食性
改善のために添加したが，本発明では強度向上の面から
その上限値を１．０％とし，　これらＮｂ，Ｖの効果を
補足する元素としてＷ，Ｚｒも添加している。加えてＴ
ＩＧ造管性の面や耐酸化性（スケール密着性の改善）の
点からＭｎの添加が好ましいので，原明細書に比べてＭ
ｎの含有量を増量している。しかし，Ｍｎ量が２．０　
％を越えて添加してもこれらの効果は飽和し，耐食性の
低下が著しくなるのでその上限を２．０％としている。 【００２１】ＣｕやＭｏの添加は母材の耐食性を向上さ
せるとともに，　溶接部の耐粒界腐食性を向上させる傾
向が認められた。その理由については明らかではないが
，これらの溶質原子が粒界へ偏析してＣｒ炭化物の粒界
析出を抑制するとも考えられる。Ｃｕは耐粒界腐食性だ
けでなく造管性も向上させる傾向が認められたので，よ
り厳しい造管或いはより厳しい環境で使用される材料で
は添加することが有効である。Ｍｏは耐食性だけでなく
高温強度も向上させるが，価格が高いので燃焼ガス流路
の部位に応じて使い分ける必要がある。 【００２２】Ｔｉと同様に強力な酸化物形成元素である
Ａｌについてその添加量と造管性に及ぼす影響を調べた
が，Ａｌ量を０．０５％以下にすることによりさらに良
好な造管性が得られた。 【００２３】Ｐの添加量は，ＪＩＳ　Ｇ　４３０４等で
規定された通常のステンレス鋼においては，　加工性，
　靭性の面から０．０４％以下に厳しく制限されている
。ところが本発明鋼のように極低Ｃ，　Ｎで固定元素を
添加した成分系の材料を４．０ｍｍより薄い板厚で使用
する場合にはＰを０．０４％を超えて含有しても靭性は
問題とならず，耐食性や機械的性質を犠牲にすることな
く，　安価に材料を供給することが可能であるこがわか
った。但し，　Ｐ含有量が０．０８％を超えた材料では
造管時のピンホールを増加させる傾向が認められた。 【００２４】本発明は，以上のような新たな知見事実に
基づくものであり，これによって高温燃焼ガス用途向け
での耐粒界腐食性，造管性並びに高温強度を同時に達成
したものであるが，各成分の含有量を規制した理由を個
別に概説すると次の通りである。 【００２５】Ｃ：０．０２％以下について。Ｃは鋼中に
不可避的に含まれる元素である。Ｃ含有量を低減すると
，軟質になり加工性が向上するとともに炭化物の生成が
少なくなり，　溶接性，　耐粒界腐食性が向上するし，
Ｎｂの消費を抑えることにより高温強度の向上，コスト
の低減を図ることができる。本発明鋼ではＣ含有量は０
．０２％までは許容され得る。 【００２６】Ｓｉ：１．０％以下について。Ｓｉは脱酸
剤として製鋼上添加される元素である。Ｓｉ含有量が高
いと耐酸化性の向上に役立つが，　１．０％を超えて添
加されると固溶強化により硬質になり加工性が低下する
。そこでＳｉ含有量はその上限を１．０％とする。 【００２７】Ｍｎ：２．０％以下について。ＭｎもＳｉ
と同様に製鋼時の脱酸剤として有効な元素であるととも
に，溶接性を向上させる。さらにスケール密着性の面か
ら耐酸化性にも寄与するが，過剰に添加するとＭｎＳの
化合物を生成し耐食性が低下する。このためにＭｎ含有
量は２．０％以下にする。 【００２８】Ｐ：０．０８％以下について。Ｐは不可避
的不純物として鋼中に含まれる元素であり，　脱Ｐ処理
を施すとコスト高となる。この意味からは低Ｐ鋼としな
い方が有利である。本発明鋼の場合には０．０８％まで
のＰ含有量では靭性，　加工性において問題はない。ま
た造管性にも問題がない。従ってＰ含有量の上限は，一
般のステンレス鋼より高い０．０８％とする。 【００２９】Ｓ：０．０１％以下について。ＳはＰと同
様に不可避的不純物として鋼中に含まれる元素であるが
，　Ｓ含有量が高いと熱間加工性や耐食性が低下する。 このためにＳ含有量の上限は０．０１％とする。 【００３０】Ｎｉ：０．６％以下について。Ｎｉはフエ
ライト系ステンレス鋼の靭性改善に有効な元素であるが
多すぎるとコスト高になる。本発明鋼も通常のフエライ
ト系ステンレス鋼で規定されている０．６％以下とする
。 【００３１】Ｃｒ：１１．０〜２０．０％または１１．
０〜１５．０％について。Ｃｒはステンレス鋼の耐食性
を保持する上で必須の元素であり，　この意味から１１
．０％以上は必要である。本発明鋼の特徴は１２Ｃｒレ
ベルでも十分に発現できるが，さらに高いＣｒレベルの
材料においても同様の効果が期待できる。ただし，　２
０．０％を超えてＣｒを含有すると４７５脆化により靭
性が損なわれる上にコスト高となる。したがってＣｒの
含有量は１１．０〜２０．０％とし，より有利な鋼とし
てはＣｒ含有量を１１．０〜１５．０％とする。 【００３２】Ｃｕ：１．０％以下について。Ｃｕは耐食
性の向上や造管性向上のためには有効な元素である。し
かし，過剰の添加は熱間加工性を低下させるとともにコ
スト高となるために添加する場合には１．０％以下にす
る。 【００３３】Ｍｏ：１．５％以下について。ＭｏはＣｒ
と同様に耐食性向上のためには非常に有効な元素であり
，高温強度向上にも大きく寄与する。しかし，多量に添
加するとコスト高となるため添加する場合には１．５％
以下とする。 【００３４】Ｎｂ：０．１〜１．０％または０．３〜１
．０％について。Ｎｂは本発明において重要な添加元素
の１つである。すなわちＮｂ含有量とともに耐粒界腐食
性および高温強度が上昇し，　この効果を発現するには
０．１％以上，　好ましくは０．３％以上の添加が必要
である。ＮｂはＴｉと同様にＣとＮの固定元素として耐
粒界腐食性の点からも必要であり，Ｔｉとの組み合わせ
で０．１％以上の添加で効果を発現する。しかし，高温
強度向上の面からは０．３％以上の添加が好ましく使用
部位によって使い分ける必要がある。またＮｂはＴｉと
は異なり０．３％以上添加しても造管性が低下しないと
いう特有の性質がある。しかし１．０％を超えてＮｂを
添加するとスポット溶接部あるいはＴＩＧ溶接部におい
て高温割れを生じ易くなる。したがってＮｂ含有量は０
．１％以上１．０％以下，　好ましくは０．３％以上１
．０　％以下とする。 【００３５】Ｔｉ：０．３％以下について。ＴｉはＮｂ
と同様に，　ＣとＮの固定元素として有効であり，　Ｎ
ｂを一部置換することができる。しかし過剰の添加はス
トリーク状の表面疵を発生させたり，　高周波造管時の
ピンホールやＴＩＧ造管時に酸化物生成による溶接欠陥
であるスラグスポットを多数発生させるとともに，Ｎｂ
添加による高温強度上昇の効果を低下させる。このため
Ｔｉ含有量の上限は０．３％としなければいけない。 【００３６】Ｖ：１．０％以下について。Ｖは，　Ｎｂ
，Ｔｉと同様にＣとＮの固定元素として有効である。特
にＮｂあるいは（Ｎｂ＋Ｔｉ）と複合で添加した場合に
，Ｎｂ，Ｔｉの粒界腐食防止効果を補う元素として極め
て有効に作用する。また，ＶはＮｂと同じ第５族の元素
であり，高温強度に対してもＮｂと同様の効果を示す。 しかし１．０％を超えて添加してもその効果は飽和しコ
スト高となるだけであるから，含有量は１．０％以下と
する。 【００３７】Ｗ：１．０％以下について。ＷはＮｂと同
様，　高温強度を向上させる元素である。しかし，１．
０％を越えて添加してもその効果は飽和しコスト高とな
るだけであるから，１．０％以下とする。 【００３８】Ｚｒ：０．３％以下について。Ｚｒは，Ｎ
ｂやＴｉと同様に強力なＣ，Ｎの固定元素であり，耐粒
界腐食性の向上が図れる。また高温強度に対しても寄与
する。しかし多量に添加すると造管性を低下させるとと
もに材料を脆化させる。したがって，Ｚｒの含有量は０
．３％以下とする。 【００３９】Ａｌ：０．０５％以下について。ＡｌはＳ
ｉと同様に脱酸剤として製鋼上添加される。しかし酸素
との反応性が極めて高いために鋼中に残存したＡｌは高
周波造管時にＴｉと同様酸化物を形成しピンホール発生
の原因となる。このためＡｌ含有量の上限は０．０５％
する。 【００４０】Ｎ：０．０３％以下について。ＮはＣと同
様に不可避的不純物として鋼中に含まれてくる。Ｎ含有
量が高いと硬質になり，　加工性が低下するとともに，
　窒化物としてＮｂ等の固定元素を多量に消費すること
になる。 本発明鋼ではＮ含有量は０．０３％までは許容される。 【００４１】Ｏ：０．０１％以下について。ＯもＣやＮ
と同様に不可避的不純物として鋼中に含まれてくる。Ｏ
含有量が高いと加工性を著しく阻害するとともに，　造
管時にＴｉ，Ａｌ等と結びついて酸化物を形成し，ピン
ホールやスラグスポット発生の原因となる。このためＯ
含有量は０．０１％以下としなければならない。 【００４２】Ｃ＋Ｎ：０．００５〜０．０４％について
。耐粒界腐食性はＣｒ炭化物の粒界析出に起因する。し
たがって，その防止のためにはＣ量の低減が最も重要で
ある。 しかし本発明鋼のように固定元素を添加する場合には固
定元素はＣと同様Ｎとも結合して消費されるのでＣ＋Ｎ
の総和で両元素をコントロールすることが必要となる。 現在の通常の精錬技術ではＣ＋Ｎを０．００５％未満に
することは不可能に近く，　また０．０４％を超えると
粒界腐食感受性が増大しまた高温強度の低下が生ずる。 従ってＣ＋Ｎの範囲は０．００５〜０．０４％とする。 【００４３】Ｉ値：０．１５以上または０．３０以上に
ついて。 Ｉ値は，材料を溶接後，使用中において鋭敏化温度域で
ある５００℃付近の熱履歴を受けることを想定して実験
的に設定された粒界腐食感受性の指標である。溶接方法
としてスポット溶接を行った場合の結果に基づいて設定
すると，耐粒界腐食性確保のためにはＩ値は０．１５以
上の値が必要である。またさらに入熱の大きいＭＡＧ溶
接の実験結果に基づいて設定すると０．３０以上の値が
必要である。したがって，　Ｉ値は０．１５以上または
０．３０以上とする。これを代表的な実験結果に基づい
て以下に説明する。 【００４４】図１は，　後記実施例に示した鋼のうち１
２Ｃｒベース鋼の粒界腐食試験の結果を（Ｃ＋Ｎ）量と
，Ｎｂ，Ｔｉ，（Ｎｂ＋Ｔｉ）量の関係で示したもので
あり，図中の添字は表１の供試材Ｎｏ．である。また，
Ｎｂ添加鋼，　Ｔｉ添加鋼およびＮｂ，Ｔｉ添加鋼をそ
れぞれ○，　△および□と異なった記号で示してある。 粒界腐食の有無は記号の黒ぬり，　白ぬり，　および半
黒で区別してある。図１から明らかなようにＮｂ，Ｔｉ
等の固定元素の含有量が多い材料は粒界腐食を生じてお
らず，　固定元素の種類による明確な違いは認められな
い。耐粒界腐食性を確保するために必要なＮｂ，Ｔｉ量
またはＮｂ＋Ｔｉの量はＣ＋Ｎ量によって異なり，　実
験結果からは，　スポット溶接材では０．１５＋７（Ｃ
＋Ｎ）　以上，ＭＡＧ溶接材では０．３０＋７（Ｃ＋Ｎ
）　以上必要であることがわかる。 【００４５】これを数式化すると，スポット溶接材の粒
界腐食防止の条件としては， Ｎｂ＋Ｔｉ≧０．１５＋７（Ｃ＋Ｎ）　すなわち， Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）≧０．１５ が成立することである。 【００４６】またＭＡＧ溶接材の粒界腐食防止の条件と
しては， Ｎｂ＋Ｔｉ≧０．３０＋７（Ｃ＋Ｎ）　すなわち，　 Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）　≧０．３０が成立すること
である。 【００４７】図２は，　図１で得られた関係に基づいて
縦軸をＮｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ），　横軸をＣｒ量とし
て整理したものである。図中の数字と記号は図１と同様
である。図２から明らかなように，　Ｃｒレベルが高い
材料ほど耐粒界腐食性を確保するために必要な有効固定
元素量：Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）　は少なくてすむこ
とがわかる。 【００４８】図１の場合と同様に，　粒界腐食防止の条
件をＣｒ量を考慮して求めると，　スポット溶接材では
，Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）≧０．１５−０．０１（Ｃ
ｒ−１２）　すなわち， Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１２）≧
０．１５　　　　・・・■ が成立することである。 【００４９】一方，　ＭＡＧ溶接材では，Ｎｂ＋Ｔｉ−
７（Ｃ＋Ｎ）≧０．３０−０．０１（Ｃｒ−１２）　す
なわち，　 Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１２）≧
０．３０　　　　　　・・・■ が成立することである。これら■と■式の左辺がＩ値に
相当するものである。 【００５０】図３は高周波造管性に及ぼすＮｂ，Ｔｉ，
Ａｌの影響を見たものであり，後記実施例において高周
波造管時に発生したピンホール数をＮｂ量，　Ｔｉ量お
よびＡｌ量で整理したものである。○はＮｂ量を，　△
はＴｉ量を，　そして◇はＡｌ量を変化させた場合に対
応し，添字は実施例の供試材Ｎｏ．を示している。図３
から明らかなようにＴｉ量が０．３％を超えるとピンホ
ール数が急激に多くなり，高周波造管できない。Ａｌは
０．０５％を超えた場合にピンホールが発生するように
なる。これに対しＮｂ添加鋼ではその含有量が増加して
もピンホールの発生は認めらない。 【００５１】図４は１２％Ｃｒ鋼の６００℃における耐
力と引張強さをＮｂ量で整理したものである。０．３〜
０．４％Ｎｂ付近を境に強度の上昇が認められ，　１．
０％Ｎｂ付近においてはその効果は飽和している。また
△，　▲印でＴｉ添加鋼の値も合わせて示すが，Ｎｂ添
加鋼に比べて強度レベルは低い。 【００５２】 【実施例】以下に，　実施例を挙げて本発明鋼の作用効
果を具体的に示す。表１に示す化学成分を有するステン
レス鋼を溶製し，熱間圧延により板厚３．５ｍｍの熱延
板を製造した。その後，　板厚１．０〜１．２ｍｍにま
で冷間圧延し，９００〜１０００℃で仕上焼鈍を施した
うえ供試材とした。 【００５３】表１中，　Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９は本発明で
規定する成分組成範囲の鋼であり，いずれも固定元素と
してＮｂとＶが同時添加されている。そのうちＮｏ．４
はＭｏ含有鋼であり，Ｎｏ．６とＮｏ．７はＣｕ含有鋼
である。Ｎｏ．５とＮｏ．７は，　ＣとＮの固定元素と
してさらにＴｉを，Ｎｏ．８はＺｒを添加した鋼である
。Ｎｏ．９は高温強度向上のためＷを添加している。 【００５４】Ｎｏ．１１〜１７は比較鋼であり，これら
の製造履歴は本発明鋼と同じである。そのうちＮｏ．１
１はＳＵＨ４０９に，　Ｎｏ．１２はＳＵＳ４１０Ｌに
相当する鋼である。Ｎｏ．１３は本発明鋼に比べＡｌ含
有量が多く，　Ｎｂ含有量が少ない鋼である。Ｎｏ．１
４，Ｎｏ．１５およびＮｏ．１７はＳＵＨ４０９と同様
にＴｉ添加鋼ではあるが，Ｔｉ含有量が多くＣｒレベル
もＳＵＨ４０９の規格を上回る鋼である。Ｎｏ．１６は
従来から存在している１８Ｃｒ系のＮｂ添加鋼であるが
，　Ｖを添加していない鋼である。 【００５５】前記のようにして製造した各鋼の供試材を
次の粒界腐食試験および高周波造管性評価試験および高
温引張試験に供した。 【００５６】粒界腐食試験はスポット溶接材とＭＡＧ溶
接材を用いて行った。スポット溶接は板厚１ｍｍの試片
を２枚重ねて，加圧力３５０ｋｇｆ，電流６０００〜７
０００Ａ，通電サイクル１０Ｈｚの条件で行った。ＭＡ
Ｇ溶接は直径０．８ｍｍのＹ３０９ワイヤを用いて板厚
１ｍｍの板にビードオンプレートで行った。溶接条件は
電圧１８Ｖ，　電流８０〜９０Ａ，　速度１００ｃｍ／
ｍｉｎである。溶接後の試片はいずれも５００℃×１０
時間の加熱保持後にシュトラウス試験に供した。シュト
ラウス試験はＪＩＳ　Ｇ０５７５では沸騰で行なうこと
になっているが，　ここでは母材の腐食をさけるために
６０℃で行った。 粒界腐食の有無はナゲット部あるいはビード部と熱影響
部の断面組織を顕微鏡観察することによって評価し，　
粒界腐食が認められないものを○印，　わずかに粒界腐
食しているものを△印，　激しい粒界腐食のものを×印
として，　その結果を表２に示した。 【００５７】高周波造管性は板厚１．２ｍｍの供試材鋼
帯を（ａ）式で定義されるヒート係数Ｈを２．２６に設
定して直径４５ｍｍのパイプに造管し，　得られたパイ
プを偏平試験に供し割れの有無およびピンホールの数（
個／ｍ）　で評価し，　その結果を表２に示した。 Ｈ＝（Ｉ・Ｖ）／（ｖ・ｔ）　　　　　　　　　　　　
・・・（ａ）　ただし，Ｉは電流，Ｖは電圧，ｖは速度
，ｔは板厚である。 【００５８】 【表１】 【００５９】 【表２】 【００６０】表２の結果に見られるように，本発明鋼は
スポット溶接材においてはいずれのサンプルにおいても
粒界腐食は生じていない。だが，　ＭＡＧ溶接材では，
Ｉ値が０．１５〜０．２９の範囲にあるＮｏ．１，３，
５，８鋼の熱影響部の表層において，わずかな粒界腐食
が認められた。 【００６１】一方，比較鋼では，　固定元素のＴｉを０
．４０％添加し，Ｉ値が０．２６と，０．１５を上回る
Ｎｏ．１５鋼では，スポット溶接材で粒界腐食が生じな
く，　ＭＡＧ溶接材における粒界腐食も軽微であり，　
０．５４％Ｔｉ添加のＮｏ．１７鋼　（Ｉ値：０．３７
）　ではスポットおよびＭＡＧ溶接材とも粒界腐食は生
じていなかったが，その他のサンプルではスポット溶接
材，　ＭＡＧ溶接材いずれにおいても粒界腐食が生じて
いた。特に固定元素を添加していないＮｏ．１２鋼（Ｓ
ＵＳ４１０Ｌ相当鋼）　のＭＡＧ溶接材では５００℃×
１０ｈの熱処理を施さない溶接ままの状態でも激しい粒
界腐食を生じていた。Ｎｏ．１６鋼はＩ値が０．１６で
あり，本発明で規定する０．１５以上を満足しているが
，　Ｖを添加していないためスポット溶接材においても
粒界腐食が認められた。 【００６２】また高周波造管性について見ると，Ｔｉ含
有量が多い比較鋼のＮｏ．１５とＮｏ．１７鋼では割れ
が生じた。 特に０．５４％ＴｉのＮｏ．１７鋼では粗大な割れが生
じた。Ｔｉ含有量がＮｏ．１５やＮｏ．１７に比べれば
若干少ないが，Ｔｉが０．３％を超えるＮｏ．１４鋼お
よびＡｌ含有量が０．０５％を超えるＮｏ．１３鋼では
割れは生じなかったもののピンホールが発生した。これ
に対し，　Ｔｉ，Ａｌ量を低く抑えたＮｂ添加の本発明
鋼はいずれも割れおよびピンホールとも生じておらず，
　良好な高周波造管性を示した。 【００６３】前記のようにして製造した各鋼の供試材を
幅１２．５ｍｍ平行部長さ９５ｍｍの試験片に加工し，
　ＪＩＳ　Ｇ　０５７６に準じた方法で高温引張試験を
行った。すなわち，　所定の温度に到達し，１５分間保
持した後，　耐力までは０．３％／ｍｉｎ，　耐力以降
は３ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張った。 【００６４】本発明鋼および比較鋼の各温度における引
張試験結果を図５に示す。●印で示したＮｏ．２の本発
明鋼は◇印のＳＵＨ４０９相当鋼（Ｎｏ．１１）　およ
び△印のＳＵＳ４１０Ｌ相当鋼　（Ｎｏ．１２）に比べ
て極めて高い引張強さを示す。特に，　燃焼ガス流路部
材の主な温度域である４００℃から８００℃の範囲にお
いてその差は著しく，　６００℃では約２倍の強度を有
する。□印で示した１８ＣｒのＮｏ．１６鋼と比較して
も，８００℃以下の耐力で若干劣るものの，引張強さで
は上回っている。 【００６５】 【発明の効果】以上のように，本発明によれば耐粒界腐
食性，造管性に優れたうえに高温強度特性にも優れたフ
エライト系ステンレス鋼が得られた。この鋼は溶接部の
耐粒界腐食性に優れているため溶接施工のままで，　腐
食性の環境に使用することが可能である。さらにＴｉを
多量に添加した鋼に比べて表面疵も少ないので冷延工程
での歩留りが高いうえ造管性に優れるので造管工程での
歩留りも高く，　比較的安価に製造することが可能とな
る。 また高温強度が高いため高温にさらされる部材への適用
に可能である。なお本発明鋼を下地鋼として表面にめっ
き処理を施せば凝縮水での耐食性をさらに向上させるこ
とが可能であり，ブロア，ダンパーなどの高温部位から
ブロアチューブ，消音装置，排気塔などの燃焼ガス凝縮
水による湿食部位まで一貫した材料で製造することが可
能となり，燃焼ガス流路用材として好適な材料が提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　実施例に示した鋼のうち１２Ｃｒベース鋼
の粒界腐食試験結果を横軸にＣ＋Ｎ量を，　縦軸にＮｂ
，Ｔｉ，Ｎｂ＋Ｔｉ量をとって整理した図である。

【図２】　　実施例の粒界腐食試験結果について縦軸を
Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ），横軸をＣｒ量として整理し
た図である。

【図３】　　実施例の高周波造管試験結果についてＮｂ
量，　Ｔｉ量およびＡｌ量で整理した図である。

【図４】　　実施例の高温引張試験結果について横軸に
Ｎｂ（Ｔｉ）量，縦軸に引張強さおよび耐力をとって整
理した図である。

【図５】　　実施例に示した鋼の高温引張試験結果を横
軸に温度を，　縦軸に引張強さおよび耐力をとって整理
した図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量％で，Ｃ：０．０２％以下，　Ｓ
   ｉ：１．０％以下，　Ｍｎ：２．０％以下，　Ｐ：０．
   ０８％以下，　Ｓ：０．０１％以下，　Ｎｉ：０．６％
   以下，　Ｃｒ：１１．０〜２０．０％，　Ｎｂ：０．１
   〜１．０％，　Ｖ：１．０％以下，　Ａｌ：０．０５％
   以下，　Ｎ：０．０３％以下，　Ｏ：０．０１％以下を
   含有し，かつこれらの成分の間に，０．００５≦Ｃ＋Ｎ
   ≦０．０４％の関係と，次の式Ｉ＝Ｎｂ−７（Ｃ＋Ｎ）
   ＋０．０１（Ｃｒ−１２）　で定められるＩ値が０．１
   ５以上となる範囲に維持される関係が成立しており，残
   部がＦｅおよび不可避的不純物からなる耐粒界腐食性，
   造管性および高温強度に優れたフエライト系ステンレス
   鋼。
2. 【請求項２】　　重量％で，Ｃ：０．０２％以下，　Ｓ
   ｉ：１．０％以下，　Ｍｎ：２．０％以下，　Ｐ：０．
   ０８％以下，　Ｓ：０．０１％以下，　Ｎｉ：０．６％
   以下，　Ｃｒ：１１．０〜１５．０％，　Ｎｂ：０．３
   〜１．０％，　Ｖ：１．０％以下，　Ａｌ：０．０５％
   以下，　Ｎ：０．０３％以下，　Ｏ：０．０１％以下を
   含有し，かつこれらの成分の間に，　０．００５≦Ｃ＋
   Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式Ｉ＝Ｎｂ−７（Ｃ＋Ｎ
   ）＋０．０１（Ｃｒ−１２）　で定められるＩ値が０．
   ３０以上となる範囲に維持される関係が成立しており，
   残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる耐粒界腐食性
   ，造管性および高温強度に優れたフエライト系ステンレ
   ス鋼。
3. 【請求項３】　　重量％で，Ｃ：０．０２％以下，　Ｓ
   ｉ：１．０％以下，　Ｍｎ：２．０％以下，　Ｐ：０．
   ０８％以下，　Ｓ：０．０１％以下，　Ｎｉ：０．６％
   以下，　Ｃｒ：１１．０〜２０．０％，　Ｎｂ：０．１
   〜１．０％，　Ｖ：１．０％以下，　Ａｌ：０．０５％
   以下，　Ｎ：０．０３％以下，　Ｏ：０．０１％以下を
   含有し，さらに　１．０％以下のＣｕ，　１．５％以下
   のＭｏ，　０．３％以下のＴｉ若しくはＺｒ，　１．０
   ％以下のＷの１種以上を含有し，かつこれらの成分の間
   に０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式Ｉ
   ＝Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１２）
   　で定められるＩ値が０．１５以上となる範囲に維持さ
   れる関係が成立し，残部がＦｅおよび不可避的不純物か
   らなる耐粒界腐食性，造管性および高温強度に優れたフ
   エライト系ステンレス鋼。
4. 【請求項４】　　重量％で，Ｃ：０．０２％以下，　Ｓ
   ｉ：１．０％以下，　Ｍｎ：２．０％以下，　Ｐ：０．
   ０８％以下，　Ｓ：０．０１％以下，　Ｎｉ：０．６％
   以下，　Ｃｒ：１１．０〜１５．０％，　Ｎｂ：０．３
   〜１．０％，　Ｖ：１．０％以下，　Ａｌ：０．０５％
   以下，　Ｎ：０．０３％以下，　Ｏ：０．０１％以下を
   含有し，さらに，　１．０％以下のＣｕ，　１．５％以
   下のＭｏ，　０．３％以下のＴｉ若しくはＺｒ，　１．
   ０％以下のＷの１種以上を含有し，かつこれらの成分の
   間に０．００５≦Ｃ＋Ｎ≦０．０４％の関係と，次の式
   Ｉ＝Ｎｂ＋Ｔｉ−７（Ｃ＋Ｎ）＋０．０１（Ｃｒ−１２
   ）　で定められるＩ値が０．３０以上となる範囲に維持
   される関係が成立し，残部がＦｅおよび不可避的不純物
   からなる耐粒界腐食性，　造管性および高温強度に優れ
   たフエライト系ステンレス鋼。