JPS60138053A - 犠牲防食を施して用いる温水機器用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】 この発明は、温水タンク、湯沸し器、太陽熱集熱器等の
温水機器に使用されるフェライト系ステンレス鋼に関し
、特にＡＪ等の犠牲陽極による犠牲防食を′施して用い
る温水機器用フェライト系ステンレス鋼に関するもので
ある。

一般に温水機器材料としては、耐食性が優れていること
は勿論のこと、各種形状に加工する必要上、加工性、特
に溶接部の加工性が良好なことが一要求される。ところ
で従来温水機器材料として使用されてきたステンレス鋼
としては、フェライト系ステンレス鋼として８ＵＳ　４
４４に相当する１８Ｃｒ　−２Ｍｏ鋼、オーステナイト
系ステンレス鋼として５ＵＳ３０４に相当するｌ　８　
Ｃｒ　−９Ｎｉ鋼が主なものであった。しかるに前者の
１８ｃｒ−２Ｍｏ鋼は、ＭＯ含有量が約２チと高く耐食
性に優れるものの、硬質であるため例えば鏡板の保絞り
加工、　。

ＴＩＧ溶接胴体のバルジ加工などで割れを生じる事故が
生じ易い問題がオシ、また高価なＭＯを多く含有するこ
とによシ価格も高い欠点がある。一方後者のｌ　８　Ｃ
ｒ　−９Ｎｉ鋼においては、加工性には問題ないものの
、温水機器として使用中に応力腐食割れが生じ易い欠点
がある。

ところで最近では電気化学理論の進歩によシ、金属の腐
食・防食についての知識が深まシ、その−環として、母
材金属よりも卑な金属からなる犠牲陽極、例えば母材金
属が鋼の場合Ａノ等からなる犠牲陽極を母材金属と接触
して設けて母材金属を防食する方法、すなわち犠牲防食
法を採用して腐食事故を減少させる試みが成功した事例
が多くなっている。この犠牲防食法は、フェライト系ス
テンレス鋼にも有効に適用できる可能性がちシ、その場
合には１８ｃｒ−２Ｍｏ鋼の如き高価な鋼を使用しなく
て済むことができると考えられる。しかしながら従来は
７エ２イト系ステンレス鋼については犠牲防食を施して
使用する場合に関して殆ど研究されておらず、特に犠牲
防食を施した上で温水機器材料に使用するにあたって過
不足ない耐食性能を発揮しかつ加工上も問題が生ぜず、
経済性にも優れたフェライト系ステンレス鋼は未だ開発
されていなかったのが実情である。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、犠
牲防食を施して温水機器に使用した場合に過不足なく性
能を発揮して耐食性、耐応力腐食割れ性と経済性とを同
時に満足し、しかも温水機器への加工にあたっても特に
問題を生じない程度の良好な加工性を有するフェライト
系ステンレス鋼を提供することを目的とするものである
。

通常のフェライト系ステンレス鋼においては、鋼中のＣ
およびＮがＣｒ炭窒化物芝なって粒界腐食をきたすこと
を防止するためにＮｂを添加することが従来から知られ
ておシ、また孔食および隙間腐食を防止するためにＭｏ
を添加することが従来から知られて−るが、犠牲防食を
施して使用する場合には、鋼中のＣ，Ｎに起因するＣｒ
炭窒化物による粒界腐食を防止するに必要なＮｂ添加量
が少なくて済み、また孔食および隙間腐食を軽微にとど
めるに必要なＭｏ量も少なくなると考えられる。そこで
本発明者等は犠牲防食を施して用いる場合において粒界
腐食、孔食、隙間腐食を有効に防止ししかも加工性を良
好となし、かつ経済性も満足し得るＮｂ量、Ｍｏ量を見
出すべく種々実験・検討を重ねた結果、Ｎｂ量を鋼中の
Ｃ含有ｆｃ（１）、Ｎ含有量Ｎ（チ）に応じて、（０，
１５＋（Ｃ（チ）十Ｎ（チ））Ｘ４）チ以上、（Ｃ（チ
）十Ｎ（チ））ｘｒ２チ以下の範囲内とし、Ｍｏ量を０
．４０〜０．８０％の範囲内とすることによって上述の
目的を達成し得ることを見出し、この発明をなすに至っ
たのである。

すなわちこの発明の犠牲防食を施して使用する温水機器
用フェライト系ステンレス鋼は、ＣＯ，０３０％以下、
ＮＯ，０３０チ以下でしかもＣ十Ｎが０．０５０％以下
、Ｓｉ１．００％以下、Ｍｎ１．００チ以下、Ｐ　Ｏ，
０３０％以下、ｓｏ、ｏｔｏ％以下、Ｏｒ　ｌ　６．Ｏ
〜１９．０　％、Ｍｏ　０．４０〜０．８０チ、Ｎｔ　
、ｏ、　ｔ　Ｏ％以下、Ｃｕ　Ｏ，１０％以下、Ｎｂ（
０，１５＋（Ｃ（チ）十Ｎ（チ））Ｘ４：］チチルＣ（
チ）十Ｎ（％））ｘｔｚ％、Ａ／　０．０５　％以下を
含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よシなること
を特徴とするものである。

以下この発明について詳細に説明する。

先ずこの発明をなすに至りた実験結果について説明する
。

第１表に示す各組成の鋼を小型真空炉で溶製して、３．
５ｍ厚の熱延板とし、これらに８８０℃×３分間保持の
熱処理を施した後脱スケール処理を施し、さらに冷間圧
延を施してｏ、　ｓ　ｍ厚とした。

その冷延板に対し９００℃×３０秒保持の仕上熱処理を
施して脱スケールを行ない、次のような試験に供した。

すなわち、Ｑ、３＋ｍの板にビードオンプレートでＴＩ
Ｇなめづけ溶接を行った溶接部につ−て、エリクセン張
出し試験および曲げ試験と、８０℃、１％ＮａＣ／水溶
液（空気吹込み）中への４５日間浸漬による腐食試験と
を行なりた。なおこの場合の腐食試片は３ＱｍｉＸ１２
０１ＥＩＩの寸法とし、溶接線は片短辺の端から２０１
１１１の位置で短辺に平行とし、溶接線から８０ｆｌの
位置に２×５×３０圏のＩｌ板を犠牲陽極として溶接部
に平行にＡＩ！鋲で固定したものを用いた。またその腐
食試片は、液中に全体が沈むよう溶接線を下にして浸漬
させた。

さらに、前述のようにして得られた厚さ０．８　ｍの板
の３０Ｘｇｍの寸法の２枚の試片の片端中央をスポット
溶接し、他端をＡノ鋲でとめつけた試験片を、スポット
溶接部が気液界面に位置するようにして８０℃、１チＮ
ａＣ６水溶液に３０日間浸漬して隙間腐食試験を行なっ
た。

これらの各試験結果を第２表に示す。またこれらの試験
結果のうちＴＩＧなめづけ溶接部の加工性および粒界腐
食性について、鋼Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ。

Ｅの各シリーズの試験結果を各鋼の鋼中Ｃ十Ｎ量および
Ｎｂｉに対応して第１図に示す。

第１図から、溶接部の加工性と耐粒界腐食割れ性との両
者を同時に満足するためには、第１図中の斜線領域、す
なわちＣ−１−Ｎ量が０．０５　％以下でかつＮｂ量が
０．１５チ＋（Ｃ（チ）十Ｎ（チ））×４以上、（Ｃ（
％）＋Ｎ（チ））Ｘ１２以下が望ましいことが判明した
。

一方、Ｆシリーズの鋼についての結果から、上述のＣ、
Ｎ　、　Ｎｂ各量の条件を満足している場合には、Ｍａ
ｔが０．４２％以上あれば溶接部の孔食が極〈軽微であ
ることがわかった。

そしてまたスポット溶接した試片の隙間腐食状況は、Ｍ
Ｏが０．４２チ含まれていれば極く纒微であり、Ｎｏを
０．５８チ含んでいる鋼では全く生じていなかった。但
しＭｏ　０．５４　％　、　Ｎｉ　０．２０９６　、　
ＣｕＯ０１５チの鋼Ｇ−２およびＭｏ　０．６７％、Ｎ
ｉＯ，１８％　、　Ｃｕ　Ｏ，２３％の鋼Ｇ−３では、
応力腐食割れの軽度なものが発生していた。

なおＴＩＧ溶接なめづけ部には斑点状のスラグスポット
が生じたものがあシ、その場合スラグスポットと鋼との
境界部で孔食を生じ易い傾向があシ、また顕著なスラグ
スポットの下の溶着鋼の厚みが薄くなっている場合があ
った。このようなスラグスポットの発生状況については
、ＡＡ？含有量が０．２１１Ｃ１鋼Ｈ−３で多く、０．
０９９６　ノＡ／を含有する鋼Ｈ−２でも若干化じたが
、０．０４チ以下のＡノ壕のものにはほとんど生じなか
った。

以上のような実験結果から、ＡＩ片を犠牲陽極として防
食措置を講じれば、粒界腐食および隙間腐食を回避する
に要するＮｂ量およびＭＯ量が、犠牲防食を施さない場
合と比較してかなシ低くな）、耐食性と加工性、経済性
とを両立させ得る適切な範囲が存在することが判明した
。そしてまた、鋼を硬質化させるＮｂおよびＭｏの添加
量が少なくて済むため、靭性を維持するためのＮｉを添
加する必要がなく、そのためＮｉ添加による耐応力腐食
割れ性の低下を防止でき、さらにはＭＯ添加の効果を助
長させるための８ｎなど添加を必要としなくなる等の利
点も生じることが明らかとなまた。

そしてこの発明は以上のような知見に基づき、犠牲防食
を施して用−る温水機器用フェライト系ステンレス鋼の
経済性を追求してなされたものである。

以下にこの発明の鋼成分の限定理由を説明する。

Ｃ，Ｎ：　これらはＮｂ化合物となって溶接部組織の粒
界に析出し、加工性を低下させるから、それらの含有量
は低いはど好ましいが、それぞれ０、０３０　％以下で
あれば悪影響の程度は低く、特にＣ＋Ｈの合計含有量が
０．０５　％以下ではこの発明において対象となる薄鋼
板ではほとんど問題を生じない。したがってＣ，Ｎはそ
れぞれ０．０３０チ以下、合計で０．０５０％以下と規
定した。

Ｓｉ；　脱酸剤として必要な元素でア）、かつ溶接時の
湯流れ性を向上させるに必要で套るが、過剰に含有され
れば鋼の靭性を劣化させるから、１．０チ以下とした。

Ｍｎ　ｅ　介在物の形態制御および熱間加工性を確保す
るために必要であるが、過剰に含有されれば溶接時の湯
流れを損ない、正常な溶接ビードが得られないから、ｉ
、ｏｓ以下とした。

Ｐ：　鋼の靭性を損なうから少ないほど好ましいが、経
済性を考え、悪影響度の大きくな≠範囲として０．０４
０チ以下とした。

Ｓ：　熱間加工性および耐食性を損なうから低いはど好
ましいが、Ｍｎによる安定化を考慮して悪影響をｔｌと
んど示さないｏ、ｏｔｏチ以下とした。

Ｃｒ：　耐食性を維持するためには多しほど好ましいが
、鋼の硬質化を招くと同時にスラブおよびホットコイル
の脆化をもたらし易いため、経済性とも併せて、１６．
００〜１９．０（ｌの範囲とした。

Ｍｏ：　耐食性、特に孔食および隙間腐食を抑えるため
に有効でアシ、その含有量が多いほど効果が大きくなる
が、鋼を硬質化して加工性を低下させると同時に高コス
トとなるから、犠牲防食下で有効な耐食性機能を発揮し
かつ良好な加工性と経済性が得られる範囲として０．４
０〜０．８０％とした。

１’Ｊ＋　ａ　靭性向上に有効であるが、その反面、応
力腐食割れを生じ易くする。この発明の鋼では低Ｍｏ　
’ｔ　被Ｎｂであるため、靭性向上のための添加を必要
とせず、したがってｏ、　ｉ　ｏチ以下に制限した。

Ｃｕ：　熱間脆性を生じ易く、かつＮｉと相乗して応力
腐食割れを生じ易くする作用があるから、０．１０チ以
下に制限した。

Ｎｂ：　粒界腐食を防止するために添加されるが、過剰
に添加されれば冷却に際して鋼の厚断面に脆性亀裂が生
じ易く、まだ溶接部の加工性を損ない易いから、これら
の兼ね合いから必要最低量として０．１５＋（Ｃ十Ｎ）
量（チ）の４倍以上、（Ｃ＋Ｎ）量の１２倍以下とした
。

Ａｌ：　脱酸剤として必要であるが、溶接ピード上にＡ
１１ＱＯ５としてスラグスポットを生じて孔食あるいは
加工時の割れの起点となり易いから、０．０５ヂ以下に
制限した。

なおこの発明の鋼組成に若干類似した鋼組成を有するフ
ェライト系ステンレス鋼としては、特公昭５０−４１７
０号、特公昭５７−１１３８５号、特開昭５７−１３４
５２号、および特開＠５７−１７４４３６号の各公報記
載の鋼がある。しかしながらこれらは、特公昭５０−４
１７０号の鋼では鋼の靭性を高めかつ溶接性を改善する
ために０．５〜３．５％のＮｉ添加を必須としている点
、特公昭５７−１１３８５号の鋼では使用環境が１００
℃以上の高温純水であって、この発明の犠牲防食による
温水機器環境においては犠牲陽極金属溶出（例えばＡ７
による犠牲防食ではＡｌイオンの溶出）があるため使用
環境が異なる点、また特開昭５７−１３４５２号および
特開昭５７−１７４４３６号の鋼では、この発明の前提
となる犠牲防食を施した上での使用と異なるため、この
発明の範囲内のＭｏを含有させる場合には０．３５　％
のＣｕ、もしくは０、５０９６のＮｉと０．１２　％の
Ｃｕを同時添加する耐食性維持束を講じて−る点で、そ
れぞれこの発明とは技術思想が異なってめる。

以下にこの発明の実施例を記す。

実施例 ＣＯ，０１７％、ＳｉＯ，２０％、　Ｍｎ　０．３０　
ｆｂ　。

Ｐ　Ｏ，０２５％、Ｓ　Ｌ）、００５％、Ｃｒ１８．０
５％。

Ｍｏ　０．５５％、　Ｎｉ　Ｏ，０５’％　、　ｋｌ　
Ｏ，０２Ｔｏ　、　Ｎｂ０１３５チ、Ｎ　Ｏ，０１８％
、ＯＯ，００６％、残部が実質的にＦｅよシなる鋼の板
厚０．８１１１１．１．２箇。

１．５圏の３種の冷延鋼板を次のような工程で製造した
。すなわち上述の組成の鋼を５トン真空炉にて溶製し、
５トン鋼塊とした後、１２５０℃で分塊圧延を施して１
３０％厚のスラブとし、そのスラブを１２５０℃に加熱
して熱間圧延し、板厚３、０　ｍのホットコイルとした
。そして９５０℃×１分の焼鈍を施した後、酸洗し、冷
間圧延によって０．８簡、１．２ｍ、もしくは１．５簡
の最終板厚に仕上げた後、９５０℃で３０秒焼鈍し、酸
洗した。

このようにして得られた各厚みの冷延鋼板を用いて、瞬
間湯沸しタイプのボイラー（４）および熱交換タイプの
ボイラー（Ｂ）を作製し、２年間のランニングテストに
供した。なお各ボイラーには、２年以上有効なＡｌによ
る犠牲防食を施した。各タイプのボイラーの製造方法、
構造は次の通りである。

（４）瞬間湯沸しタイプボイラー： １．２Ｘ１０００Ｘ１２５６１１１１の冷延鋼板を４０
０■φの円筒に成形してＴＩＧ　溶接で接合し、これを
筒の長手方向に沿ってサイン曲線状にバルジ加工した。

ここで１つの山の高さは８Ｉ＋ｌ１１１山と山との距離
１５■、山のＲは４■とした。バルジ加工を施した筒を
内筒とし、その外側にｏ、　ｓ　ｍ厚の冷延鋼板を外筒
として巻付けた。ここで内筒と外筒との接合は円周上に
ＴＩＧ溶接にて行なった。

そして給水口と給湯口として、ＳＵＳ　４０４製１２Ａ
パイプを筒の片端の同一円周上における１８０゜をなす
位置に取付け、その給水口と給湯口を取付けた円筒の端
部に、放熱の抑制と排気孔をかねて、５■φの穴を多数
形成した４００圏φの蓋をＴＩＧ溶接によシ取付け、バ
ーナーを給水口、給湯口に対し反対側の円筒端部に取付
けた。なお水は外筒と内筒との間を流れる。

（Ｂ）熱交換型ボイラー： このボイ２−は、全体としては２重構造をなす円筒の両
端部に鏡板を接合したものである。すなわち、内筒は１
．２Ｘ１５００Ｘ２１６０關の冷延鋼板を、また外筒は
ｌ。２Ｘ１５００Ｘ２１９８唾の冷延鋼板をそれぞれ円
筒状に成形し、ＴＩＧ溶接で接合したものであシ、内筒
の両端は外筒と接触する径まで拡管した後ＴＩＧ溶接に
よシ外筒と接合させ、さらにその２重円筒の両端に、深
さ１５０■、直径７００１１１１１．板厚１．５鴎の鏡
板をＴＩＧ溶接によ多接合した。ここで外筒と内筒との
間の空間は約５ｍであシ、その空間には熱媒体を収容し
、かつその熱媒体を循環させるためのＳＵＳ　３０４製
１２Ａパイプからなる管を内筒の両端部に１ケ所ずつ取
付けた。また円筒両端の鏡板のうち、一方の鏡板の中央
に８ＵＳ　３０４　Ｉ８！ｌ　２　Ａパイプを給湯口と
して取付け、他方の鏡板の中央にも同様な給水口を取付
けた。そして給水口が下側となるように架台へ設置した
。

以上のような２タイプのボイラーについて２ケ年の２ン
二ングテストを行なった後、それぞれを解体して内部の
腐食状況を調べた結果、両タイプのボイラーとも、溶接
部および母材部のいずれにも腐食の形跡は認められなか
った。この結果から、犠牲防食を施した腐食環境下にお
いてこの発明の鋼が優れた耐食性を有していることが判
明した。

また溶接部の苛酷なバルジ加工に対しても割れの発生が
なく、溶接部の加工性能も良好であることが確認された
。

以上の説明で明らかなようにこのフェライト系ステンレ
ス鋼は、犠牲防食を施して温水機器材料として使用した
場合に充分な耐食性を示すと同時に、加工性も良好であ
って温水機器製作のための各種の加工にも充分に耐える
ことができ、しかも経済性も優れる等、各種の利点を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼中の（Ｃ＋、Ｎ）量およびＮｂ量と、ＴＩＧ
溶接なめづけ部の耐粒界腐食性および加工性との関係を
示す相関図である。 出願人　川崎製鉄株式会社 代理人　弁理士豊田武人 （ほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ０，０３０チ（重量％、以下同じ）以下、ＮＯ，０３
   （ｌ以下でしかもＣおよびＮの合計含有量が０．０５（
   ｌ以下、８ｉ１．ＯＯ１以下、Ｍｎ　１．００チ以下、
   Ｐ　Ｏ，０３０チ以下、Ｓｏ、０１０チ以下、Ｃｒ　１
   ６．０〜１９．０％　、Ｍｏ０．４０〜．０．８０％　
   。 Ｎｉ　０．１０　ｌ以下、Ｃｕ　Ｏ，１０ｌ以下、Ｎｂ
   　（０，１５＋（ｃ（ｖｂ）＋Ｎ（％））ｘ４）　〜（
   ｃ（％）＋Ｎ（Ｓ月×１２％、ＡＩｏ、０５％以下を含
   有し、残部がＦｅおよび不可避的不純吻よシなることを
   特徴とする、犠牲防食を施して用いる温水機器用フェラ
   イト系ステンレス鋼。