JPH0637692B2 - 高濃度ハロゲン化物中で優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

高濃度ハロゲン化物中で優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼

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JPH0637692B2
JPH0637692B2 JP63264183A JP26418388A JPH0637692B2 JP H0637692 B2 JPH0637692 B2 JP H0637692B2 JP 63264183 A JP63264183 A JP 63264183A JP 26418388 A JP26418388 A JP 26418388A JP H0637692 B2 JPH0637692 B2 JP H0637692B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高濃度のハロゲン化物中で、優れた耐食性、
特に耐孔食性を示すフェライト系ステンレス鋼に関す
る。
〔従来の技術〕
近年、利用価値の低い工業用廃水としての温水や低温熱
源を熱交換器をもって利用する傾向にあるが、その熱媒
体としてハロゲンイオン濃度10%以上の、高濃度のハ
ロゲン化物水溶液や低融点の溶融塩が利用されようとし
ている。しかし、このような高濃度のハロゲン化物中で
の耐食合金の挙動については、殆ど研究されていないの
が現状である。
一般に、オーステナイト系ステンレス鋼は、耐銹性、耐
食性とも優れてはいるが、ハロゲンイオンの存在下では
応力腐食割れ(以下SCCという)を起こすため、上述
の熱交換器用材料には適していない。
また、2相ステンレス鋼は耐SCC性には優れている
が、耐孔食性が不十分なため上述の材料には適さない。
最近では、高耐食性のフェライト系ステンレス鋼も数多
く開発されているが、それらは海水を代表とする低濃度
のハロゲン化物水溶液中で使用することを主たる目的と
しているために、高濃度のハロゲン化物中では十分な耐
食性が得られないのが実状である。
従来より使用されている耐食ステンレス鋼としては、C
rおよびMoの含有量を高め、C、N、P、S、Mn等
の不純物元素量を極力下げる方向で開発が行われてお
り、特に海水環境に対しては数々の耐食ステンレス鋼が
開発されてきた。
しかし、ハロゲンイオンをイオン濃度として10%以上
含有する高濃度のハロゲン化物中(水溶液や溶融塩な
ど)での、これら従来鋼の耐食性に関してはほとんど研
究が行われていないのは上述の通りである。
本発明者らは、高濃度ハロゲン化物中での従来鋼の耐食
性を調査した。例を上げると、SUS316鋼を代表と
するオーステナイト系ステンレス鋼は、耐孔食性ではフ
ェライト系ステンレス鋼より優れているが、耐SCC性
に劣っており、高濃度ハロゲン化物中では短時間で貫通
割れを起こす物さえある。
また、SUS329J1を代表とする2相ステンレス鋼
は、耐SCC性に優れており高濃度ハロゲン化物中でも
SCCを起こしにくいが、耐孔食性はフェライト相に優
先的に孔食が発生するため、2相ステンレス鋼に関し特
開昭50−84412等が開示されているが、同じく十
分な耐食性が得られない。
フェライト系ステンレス鋼に関しては、特公昭59−5
2226、特公昭59−38300等が開示されている
が、高濃度ハロゲン化物中で十分な耐食性を得るに至っ
ていない。
上述のように、従来より使用されている耐食ステンレス
鋼、特に海水を代表とする低ハロゲン化物中では耐食性
の優れたステンレス鋼でも、ハロゲンイオン濃度10%
以上の高濃度ハロゲン化物を利用した熱交換器用材料と
して、十分な耐食性が得られないという問題がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、ハロゲンイオン濃度が10%以上の高濃度ハ
ロゲン化物に対しても、十分な耐食性を有するステンレ
ス鋼を提供しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、高濃度ハロゲン化物中での耐食性に及ぼ
す構成元素の影響をくまなく調査した結果、Co、C
r、Ni、Cu、Moをステンレス鋼のフェライト単相
状態で添加することが有効であり、中でもCoは耐孔食
性に優れた皮膜を形成させるほか、発生した孔食の成長
を押えるため、特にその効果が大きいことを発見した。
そこで、上記の発見を基に、さらに成分元素の詳細な影
響を検討し、成分元素の最適組成範囲を検討した結果、
本発明を完成したものである。
すなわち、本発明は、 C : 0.03重量%以下 Si: 0.10〜1.50重量% Mn: 2.0重量%以下 Cr: 16.0〜21.0重量% Co: 0.05〜3.00重量% N : 0.05重量%以下 を含み、残部がFeおよび不可避的不純物より成るフェ
ライト系ステンレス鋼、 上記成分に加え、さらに、 Ni:0.30〜3.00重量% Cu:0.10〜3.00重量% Mo:0.30〜3.00重量% のうち1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不
可避的不純物より成るフェライト系ステンレス鋼、 上記2種の成分に加え、さらに、 Al:0.01〜1.00重量% Ti:0.05〜1.00重量% Nb:0.05〜1.00重量% V :0.05〜1.00重量% のうち1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不
可避的不純物より成るフェライト系ステンレス鋼、 を提供するものである。
〔作用〕
第1図に、18Cr鋼を基本組成とし、Co含有量を
0.01〜0.1重量%の間で変化させた鋼の、高濃度
ハロゲン化物中での150℃における孔食電位を示し
た。図から明らかなように、Co含有量0.027重量
%の孔食電位(−178mV)は、Co含有量は0.0
5重量%以上とすることにより−140mV以上に改善
されている。
第1図に示す関係は、本発明にとっては非常に重要であ
り、0.05重量%という比較的少量のCoの添加によ
り耐孔食性が飛躍的に向上することを示しているもので
ある。
次に、各成分元素の影響について説明する。
CおよびN: CおよびNは、フェライト系ステンレス鋼においては共
に固溶限が小さく、主として炭化物、窒化物として析出
し耐食性を劣化させるほか、鋼板の靭性および延性を低
下させるので、出来るだけ少ない方が望ましいが、工業
的、経済的な溶製技術を考慮して、それぞれ上限をC:
0.03重量%、N:0.05重量%とした。
Si: Siは脱酸剤として働くことを通じて孔食の起点となり
やすい鋼中介在物を減少させるため、その効果を十分に
発揮させるためには0.10重量%以上の添加が必要で
ある。しかし、1.50重量%を越えて添加すると靭性
が低下し製造性を損なうので、範囲を0.10〜1.5
0重量%と限定した。
Mn: Mnは一般に脱酸剤として使用されるが、鋼中で硫化物
を形成し著しく耐食性を劣化させるため、含有量は低い
方が望ましいが製造時の経済性を考慮して上限を2.0
重量%に限定した。
Cr: Crはステンレス鋼の重要な構成元素である。本発明者
らの研究の結果、Crは高濃度ハロゲン化物中での耐食
を性向上させる効果を有する。その効果を十分に発揮さ
せるためには、16.0重量%以上の添加が必要であ
る。しかし、21重量%を越えて含有させても効果は飽
和し、十分な改善効果は得られないため、上限を21.
0重量%とした。よって、範囲を16.0〜21.0重
量%に限定した。
Co: 第1図に示すように、Coは0.05重量%以上の添加
により高濃度ハロゲン化物中での耐食性、特に耐孔食性
を向上させる効果が著しく、本発明では最も重要な元素
である。発明者らはCoの耐孔食性改善効果について研
究を重ねた結果、高濃度ハロゲン化物中で形成される不
働態皮膜の形成を助けることにより耐孔食性を向上さ
せ、また、孔食が発生した場合には、その成長速度を減
少させることがわかった。
従って、その効果を十分に発揮させるためには、0.0
5重量%以上の添加が必要である。Co添加の効果は添
加量の増加にともない増大するが、周知のようにCoは
オーステナイト形成元素であり、本発明の他元素の限定
範囲内においては、最もフェライト相が安定な組成でも
3.00重量%を越えて含有させるとフェライト組織の
一部がオーステナイト化し、あるいはオーステナイトか
らマルテンサイトに変態して2相組織となり、変態した
相自体、あるいはフェライト相との界面が孔食発生の起
点となり、耐孔食性を著しく低下させる。従って、上限
を3.00重量%とし、範囲を0.05〜3.00重量
%に限定した。
Ni、Cu、Mo: Ni、CuおよびMoは高濃度ハロゲン化物中での耐食
性を改善する効果を有する。その効果を十分に発揮させ
るためには、それぞれNi:0.30重量%以上、C
u:0.10重量%以上、Mo:0.30重量%以上の
添加が必要である。しかし、それぞれ3.00重量%を
越えて含有させても上述の効果は飽和の傾向にある上
に、Ni、Cuについては多量の添加により、組織がフ
ェライトとオーステナイトあるいはマルテンサイトとの
2相となってしまい、耐食性を著しく劣化させ、Moに
ついては高価となるため、上限をNi、Cu、Moそれ
ぞれ0.30重量%とし、範囲をNi:0.30〜3.
00重量%、Cu:0.10〜3.00重量%、Mo:
0.30〜3.00重量%に限定した。
Al、Ti,Nb,V: これらの元素はステンレス鋼の溶製時に不純物として残
留したC、Nを無害化するために必要な元素であり、そ
の効果を十分発揮させるためには、それぞれAlを0.
01重量%以上、Tiを0.05重量%以上、Nbを
0.05重量%以上、Vを0.05重量%以上含有させ
る必要がある。しかし、多量の添加は鋼中酸素により酸
化物を形成し、鋼の清浄度を悪化させ、結果として耐食
性、成形性、靭性等を劣化させるので、その上限をそれ
ぞれAl:1.00重量%、Ti:1.00重量%、N
b:1.00重量%、V:1.00重量%とし、範囲を
Al:0.01〜1.00重量%、Ti:0.05〜
1.00重量%、Nb:0.05〜1.00重量%、
V:0.05〜1.00重量%とした。
また、本発明では特にその範囲を規定しなかったが、不
純物としてのPおよびSは耐食性を劣化させるので、経
済性を損なわない程度に低く抑えることが望ましい。
本発明鋼は、上記成分の鋼塊を、フェライト系ステンレ
ス鋼の通常の製造工程、すなわち、熱間圧延→焼鈍酸洗
→冷間圧延→焼鈍によって得られ、高濃度ハロゲン化物
中で優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼の
鋼板及び鋼帯等とすることができる。
ここで焼鈍温度は、高温でオーステナイト相が生成する
場合にはオーステナイト相生成温度直下のフェライト単
相温度域とし、常温でフェライト単相状態にあるように
熱処理する必要がある。
〔実施例〕 本発明を実施例をもって説明する。
第1表に本発明鋼および比較鋼の化学組成を示した。
A1〜A3は請求項1に対応する発明鋼、B1〜B6は
請求項2に対応する発明鋼、C1〜C7は請求項3に対
応する発明鋼、D1〜D8は請求項4に対応する発明鋼
である。E1〜E3は比較鋼で、E1はB4に対しCo
を無添加とした鋼、E2は2相ステンレス鋼、そしてE
3はSUS316鋼である。
これらの本発明鋼および比較鋼は、比較鋼の一部を除い
て高周波真空溶解により100kgの鋼塊に鋳込み、熱
間圧延、冷間圧延を経て、板厚1mmの鋼板とし、85
0℃〜1100℃の温度範囲内で組織がフェライト単相
となるように仕上焼鈍を行った。
耐食性試験に用いた溶液は、MgCl,ZnCl
LiCl,ZnBr,LiBrを混合して水溶液と
し、蒸発することにより水分を除去して、ハロゲンイオ
ン濃度が合計で55%(Clイオン濃度約20%、B
イオン濃度約35%)とした溶液を使用した。な
お、この溶液は25℃でpH2.3程度である。
耐食性の評価は、上記ハロゲン化物100℃および15
0℃中での孔食電位を測定し、それぞれ10回の平均値
を求め、平均値の比較により行った。
また、浸漬試験として、上記ハロゲン化物150℃中で
200時間浸漬した場合の腐食減量も評価の対象とし
た。この場合、腐食形態はすべて孔食であったが、比較
鋼の一部の鋼では広く浅い孔食が発生しており、全面腐
食に近い形態となっていた。なお、比液量は1.5/
dm2とした。
さらに、鋼の耐SCC性を評価するために、上記ハロゲ
ン化物150℃中および35%塩化マグネシウム沸騰液
中で200時間のSCC試験法を行った。SCC試験法
については、基本的にJIS規格に準じた。試験片は溶
液に1回に2個ずつ浸漬し、3回の同一試験を行い、計
6個の試験片の割れの有無で判断した。なお、比液量は
1/2個とした。
第2表に、高濃度ハロゲン化物水溶液中での100℃、
150℃での孔食電位、150℃×200hr浸漬後の
腐食減量、150℃×200hr浸漬によるSCC試験
結果、および35%MgCl水溶液沸騰200hr浸
漬によるSCC試験結果をまとめて示した。表中○およ
び×はそれぞれSCCの「無し」および「有り」を示
す。
各鋼の孔食電位を比較すると、100℃、150℃、い
ずれも本発明鋼は比較鋼E1、E2に対し貴な値となっ
ており、対孔食性が良好であることがわかる。
浸漬試験による腐食減量を比較すると、比較鋼は全て5
0mg/dm2以上であるのに対し、本発明鋼では30m
g/dm2以下となっており、良好な耐食性を示している
ことがわかる。
特に、本発明鋼の中には、腐食減量が5mg/dm2未満
と非常に少ない鋼もある。これらは、Coが孔食の成長
を抑えるため腐食減量が少ないことを示しているもので
ある。
SCC試験結果を比較すると、孔食電位が比較的貴で耐
孔食性に優れると思われるE3にSCCが発生してるの
に対し、本発明鋼は、高濃度ハロゲン化物、MgCl
溶液中のいずれの環境においてもSCCは見られず、耐
SCC性も良好であることがわかる。
〔発明の効果〕 本発明鋼は、従来鋼では成し得なかった高濃度ハロゲン
化物中での耐食性を得ることができるフェライト系ステ
ンレス鋼で、高濃度のハロゲン化物を利用する装置、例
えば熱交換器等の構成材料として最適である。
【図面の簡単な説明】 第1図は、Clイオン濃度20%、Brイオン濃度
35%、pH2.3の高濃度ハロゲン化物水溶液中15
0℃で測定した、孔食電位(V′C100)に及ぼすCo含
有量の影響を示す線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 修 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 倉橋 速生 東京都千代田区内幸町2丁目2番3号 川 崎製鉄株式会社東京本社内 (72)発明者 村田 浩之 大阪府大阪市東区平野町5丁目1番地 大 阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 真名子 敦司 大阪府大阪市東区平野町5丁目1番地 大 阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 野中 英正 大阪府大阪市東区平野町5丁目1番地 大 阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 佐野 宏 静岡県浜松市子安町1370 矢崎総業株式会 社内 (72)発明者 飯塚 弘 静岡県浜松市子安町1370 矢崎総業株式会 社内 (72)発明者 黒田 純 静岡県浜松市子安町1370 矢崎総業株式会 社内 (56)参考文献 特開 昭51−139516(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C :0.03重量%以下 Si:0.10〜1.50重量% Mn:2.0重量%以下 Cr:16.0〜21.0重量% Co:0.05〜3.00重量% N :0.05重量%以下 を含み、残部がFeおよび不可避的不純物より成ること
    を特徴とする高濃度ハロゲン化物中で優れた耐食性を有
    するフェライト系ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】請求項1記載の成分に加え、さらに、 Ni:0.30〜3.00重量% Cu:0.10〜3.00重量% Mo:0.30〜3.00重量% のうち1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不
    可避的不純物より成ることを特徴とする、高濃度ハロゲ
    ン化物中で優れた耐食性を有するフェライト系ステンレ
    ス鋼。
  3. 【請求項3】請求項1記載の成分に加え、さらに、 Al:0.01〜1.00重量% Ti:0.05〜1.00重量% Nb:0.05〜1.00重量% V:0.05〜1.00重量% のうち1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不
    可避的不純物より成ることを特徴とする高濃度ハロゲン
    化物中で優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス
    鋼。
  4. 【請求項4】請求項2記載の成分に加え、さらに、 Al:0.01〜1.00重量% Ti:0.05〜1.00重量% Nb:0.05〜1.00重量% V:0.05〜1.00重量% のうち1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不
    可避的不純物より成ることを特徴とする高濃度ハロゲン
    化物中で優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス
    鋼。
JP63264183A 1988-10-21 1988-10-21 高濃度ハロゲン化物中で優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼 Expired - Lifetime JPH0637692B2 (ja)

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