WO2020145395A1 - 耐ルージュ性に優れたステンレス鋼及びステンレス鋼管、並びに純水蒸気経路部材 - Google Patents

耐ルージュ性に優れたステンレス鋼及びステンレス鋼管、並びに純水蒸気経路部材 Download PDF

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rouge
resistance
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晃太郎 関向
知明 齋田
一成 今川
晋 中上
博次 赤路
志郎 廣住
貴史 中島
雄太 延原
年司 松本
政克 鎌田
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日鉄ステンレス鋼管株式会社
トーステ株式会社
第一三共プロファーマ株式会社
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
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    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/36—Phosphatising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16—Polishing
    • C25F3/22—Polishing of heavy metals
    • C25F3/24—Polishing of heavy metals of iron or steel

Definitions

  • the present invention relates to a stainless steel and a stainless steel tube having excellent rouge resistance, and a pure water vapor path member.
  • Rouge is believed to be due to the deposition of iron-based metal oxides. Since this metal oxide may be mixed in a product to cause a foreign substance, or may be eluted into pure water vapor to deteriorate water quality, it is desired to suppress the generation of rouge.
  • a method for suppressing the generation of rouge a method has been proposed in which the surface of austenitic stainless steel is passivated and the Cr concentration in the passivation film is increased to 45 atom% or more (Patent Document 1).
  • the steel type is limited to austenitic stainless steel, and it is not possible to improve the rouge resistance of various steel types.
  • the term “rouge resistance” means the property of suppressing the generation of rouge.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a stainless steel, a stainless steel pipe, and a pure water vapor passage member having excellent rouge resistance.
  • the present inventors have found that the composition of stainless steel (especially the balance of Cr and Mo contents) and the Cr concentration in the passivation film show that they are resistant to rouge. They have found that they are closely related, and have completed the present invention.
  • the present invention is C: 0.1 mass% or less, Si: 1.0 mass% or less, Mn: 2.0 mass% or less, P: 0.045 mass% or less, S: 0.03 mass% or less. , Ni: 30% by mass or less, Cr: 16 to 35% by mass, Mo: 6.0% by mass or less, Cu: 0.8% by mass or less, N: 0.3% by mass or less, with the balance being Fe and unavoidable.
  • a passive impurity and has a composition satisfying the relationship of the following formula (1) (in the formula, each element symbol means the content of each element), and the Cr concentration in the passivation film is 40 atomic% or more. It is a stainless steel with excellent rouge resistance. Cr+0.5Mo ⁇ 19 (1)
  • the present invention is C: 0.1 mass% or less, Si: 1.0 mass% or less, Mn: 2.0 mass% or less, P: 0.045 mass% or less, S: 0.03 mass% or less. , Ni: 30% by mass or less, Cr: 16 to 35% by mass, Mo: 6.0% by mass or less, Cu: 0.8% by mass or less, N: 0.3% by mass or less, with the balance being Fe and unavoidable.
  • a passive impurity and has a composition satisfying the relationship of the following formula (1) (in the formula, each element symbol means the content of each element), and the Cr concentration in the passivation film is 40 atomic% or more. It is a stainless steel pipe with excellent rouge resistance. Cr+0.5Mo ⁇ 19 (1)
  • the present invention is a pure water vapor path member including the above stainless steel or the above stainless steel pipe.
  • the stainless steel of this embodiment has C: 0.1 mass% or less, Si: 1.0 mass% or less, Mn: 2.0 mass% or less, P: 0.045 mass% or less, S: 0.03 mass%. % Or less, Ni: 30% by mass or less, Cr: 16 to 35% by mass, Mo: 6.0% by mass or less, Cu: 0.8% by mass or less, N: 0.3% by mass or less, and the balance Fe And inevitable impurities.
  • the stainless steel of another embodiment further includes one or more selected from the group consisting of Nb: 0.8 mass% or less, Ti: 0.8 mass% or less, and Al: 0.5 mass% or less. be able to.
  • the term “unavoidable impurities” means components such as O that are difficult to remove. This component is inevitably mixed in at the stage of melting the raw materials.
  • C is an element that affects the workability and corrosion resistance of stainless steel, and particularly in a composition system containing a large amount of Cr and Mo, if the content of C is too large, it hardens and the workability deteriorates. Therefore, the upper limit of the C content is set to 0.1% by mass, preferably 0.09% by mass, and more preferably 0.08% by mass, from the viewpoint of workability. On the other hand, the lower limit of the C content is not particularly limited, but is preferably 0.001 mass% and more preferably 0.003 mass% from the viewpoint of corrosion resistance.
  • Si is an element that affects the workability of stainless steel, and if the content of Si is too large, the workability decreases. Therefore, the upper limit of the Si content is set to 1.0 mass%, preferably 0.9 mass%, and more preferably 0.8 mass% from the viewpoint of workability. On the other hand, the lower limit of the Si content is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.05% by mass, and further preferably 0.1% by mass.
  • Mn is an element that affects the workability and corrosion resistance of stainless steel, and if the Mn content is too large, the workability and corrosion resistance decrease. Therefore, the upper limit of the Mn content is set to 2.0% by mass, preferably 1.9% by mass, and more preferably 1.8% by mass from the viewpoint of workability and corrosion resistance. On the other hand, the lower limit of the Mn content is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.05% by mass, and further preferably 0.1% by mass.
  • P is an element that affects the workability and corrosion resistance of stainless steel, and if the content of P is too large, the workability and corrosion resistance decrease. Therefore, the upper limit of the P content is set to 0.045 mass%, preferably 0.035 mass% from the viewpoint of workability and corrosion resistance. On the other hand, the lower limit of the P content is not particularly limited, but is preferably 0.001 mass%, more preferably 0.005 mass%, and further preferably 0.01 mass%.
  • S is an element that affects the workability and corrosion resistance of stainless steel, and if the content of S is too large, the workability and corrosion resistance decrease. Therefore, the upper limit of the S content is set to 0.03% by mass, preferably 0.02% by mass, and more preferably 0.015% by mass from the viewpoint of workability and corrosion resistance. On the other hand, the lower limit of the S content is not particularly limited, but is preferably 0.0001 mass%, more preferably 0.0005 mass%.
  • Ni is an element that affects the elution resistance of stainless steel, and if the Ni content is too large, the elution resistance is reduced and rouge is likely to occur. Further, Ni is also a component necessary for forming an austenite phase when the stainless steel is austenitic. Therefore, the upper limit of the Ni content is set to 30% by mass, preferably 25% by mass, from the viewpoint of elution resistance and rouge resistance. On the other hand, the lower limit of the Ni content is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.02% by mass.
  • Cr 16 to 35 mass%>
  • Cr is an element that affects the workability, corrosion resistance and rouge resistance of stainless steel, and if the content of Cr is too low, a passive film will not be formed sufficiently to ensure corrosion resistance and rouge resistance. I can't. Therefore, the lower limit of the Cr content is set to 16% by mass, preferably 17% by mass, and more preferably 18% by mass. On the other hand, if the content of Cr is too large, the corrosion resistance and the rouge resistance are improved, but the workability is deteriorated. Therefore, the upper limit of the Cr content is set to 35% by mass, preferably 32% by mass, and more preferably 30% by mass from the viewpoint of workability.
  • Mo is an element that affects the workability, corrosion resistance and rouge resistance of stainless steel. Mo is also an element having an action of regenerating the passive film when the passive film is damaged. However, if the content of Mo is too large, the workability decreases. Therefore, the upper limit of the Mo content is set to 6.0 mass%, preferably 5.8 mass% from the viewpoint of workability, corrosion resistance and rouge resistance. On the other hand, the lower limit of the Mo content is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.02% by mass, and further preferably 0.03% by mass.
  • Cu is an element that affects the workability, elution resistance and rouge resistance of stainless steel, and if the Cu content is too high, the workability and elution resistance decrease and the rouge easily occurs. Therefore, the upper limit of the Cu content is set to 0.8% by mass, preferably 0.48% by mass, from the viewpoint of workability, elution resistance and rouge resistance. On the other hand, the lower limit of the Cu content is not particularly limited, but is preferably 0.005% by mass, more preferably 0.02% by mass, and further preferably 0.04% by mass.
  • Nb and Ti are elements that affect the workability of stainless steel, and if the content of Nb and Ti is too large, the workability decreases. Therefore, the upper limit of the Nb and Ti contents is set to 0.8% by mass, preferably 0.6% by mass, and more preferably 0.4% by mass. On the other hand, the lower limit of the contents of Nb and Ti is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.05% by mass, and further preferably 0.1% by mass.
  • Al is an element that affects the workability of stainless steel, and if the content of Al is too large, the workability decreases. Therefore, the upper limit of the Al content is set to 0.5% by mass, preferably 0.3% by mass, and more preferably 0.2% by mass. On the other hand, the lower limit of the Al content is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.03% by mass, and further preferably 0.05% by mass.
  • N is an element that affects the workability of stainless steel, and if the content of N is too large, it hardens and the workability decreases. Therefore, the upper limit of the N content is set to 0.3% by mass, preferably 0.25% by mass, from the viewpoint of workability. On the other hand, the lower limit of the N content is not particularly limited, but is preferably 0.001 mass%, more preferably 0.003 mass%, and further preferably 0.005 mass%.
  • the stainless steel may contain elements known in the technical field as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • each element symbol means the content of each element. If the relationship of the above formula (1) is not satisfied, stainless steel having desired rouge resistance cannot be obtained.
  • the lower limit value of Cr+0.5Mo in the above formula (1) is preferably 19.1, more preferably 19.2, and further preferably 19.3. With such a lower limit, the rouge resistance of stainless steel can be stably improved.
  • the upper limit of Cr+0.5Mo is not particularly limited, but is preferably 38, more preferably 35, and further preferably 33.
  • the "passivation film” means a chromium-rich oxide layer that improves the corrosion resistance (metal ion elution resistance) of stainless steel.
  • the Cr concentration in the passivation film is set to 40 atom% or more, preferably 45 atom% or more, and more preferably 50 atom% or more from the viewpoint of ensuring rouge resistance.
  • the upper limit of the Cr concentration in the passivation film is not particularly limited, but is preferably 90 atom %, more preferably 80 atom %, further preferably 75 atom %.
  • the Cr concentration in the passive film means that calculated by surface analysis of stainless steel using XPS (X-ray photoelectron spectroscopy).
  • the XPS measurement method is not particularly limited, but in this specification, the measurement was performed according to the following procedure. First, a wide area photoelectron spectrum was measured for the outermost surface (passive state film) of stainless steel, and qualitative analysis was performed. After that, Ar + sputtering was performed in the depth direction from the surface, and the narrow-range photoelectron spectrum of the designated element (Si, Cr, Fe, Ni, Mo) was measured for each constant sputtering depth. The elemental composition ratio (atomic %) was calculated at each sputtering depth, and the Cr concentration in the passive film was obtained.
  • the XPS measurement conditions are not particularly limited, but in this specification, the following conditions were used.
  • Analytical device Quantera SXM (fully automatic scanning X-ray photoelectron spectrometer) manufactured by Physical Electronics X-ray source: Monochromatic Al K ⁇ Output: 44.8W Beam diameter: 200 ⁇ m ⁇ Extraction angle: 45° Sputtering conditions: Ar + energy 1 keV, sputter rate about 2.24 nm/min (SiO 2 conversion)
  • the surface of the stainless steel preferably has an arithmetic average roughness Ra of 0.1 ⁇ m or less.
  • Ra arithmetic average roughness
  • rouge tends to be less likely to occur.
  • arithmetic mean roughness Ra as used herein means the value measured according to JIS B0601:2001.
  • the metal structure of stainless steel is not particularly limited, and may be any of ferrite type, austenite type, martensite type, and austenite/ferrite type.
  • the stainless steel having the above composition and the passive film can be manufactured according to a known method except that the slab having the above composition is used. Specifically, the slab having the above composition is hot-rolled, annealed and pickled, then cold-rolled, annealed and pickled repeatedly to a predetermined thickness, and then passivated. By carrying out, stainless steel can be manufactured. If necessary, the cold rolled steel sheet may be subjected to finishing such as mechanical polishing.
  • the passivation treatment is not particularly limited, but a treatment using an acidic solution may be performed. Specific examples of the passivation treatment include dipping treatment in an acidic solution, electrolytic polishing, and the like, but electrolytic polishing that can easily control the surface roughness of stainless steel is preferable.
  • the conditions of electropolishing are not particularly limited. For example, a mixed solution containing phosphoric acid and sulfuric acid is used, voltage is 3 to 15 V, current density is 3 to 20 A/dm 2 , temperature is 40 to 60° C., and time is 3 to 40 minutes. do
  • Stainless steel having the above composition and passivation film has excellent rouge resistance, so it is suitable for use in various parts that require rouge resistance.
  • the member that is required to have rouge resistance is not particularly limited, but a pure steam path member, for example, a pure steam generator, or a sterilizer that uses pure steam, a member used in a sterilization device or a disinfection device, and the device Related equipment (for example, a sanitary pipe) etc. are mentioned.
  • the “pure water vapor passage member” means a member that comes into contact with pure water vapor.
  • the “sanitary pipe” means a pipe that requires hygiene.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a pure water supply system including a pure steam generator and a distilled water manufacturing device.
  • a pure steam generator 1 a distilled water producing device 2
  • a tank 3 a pump 4
  • a heat exchanger 5 a valve 6, a meter 7, a sensor 8, a piping member 9
  • the members used for the filter 10 may come into contact with pure water vapor. Therefore, in this pure water supply system, it is preferable to manufacture these members using the stainless steel of this embodiment.
  • the stainless steel pipe of the present embodiment has characteristics such as a composition and a passive film similar to those of the above stainless steel. Therefore, description of these features will be omitted.
  • the stainless steel pipe of the present embodiment can be manufactured by processing the above stainless steel into a tube. Specifically, a stainless steel pipe can be manufactured by bending stainless steel, welding both ends to each other, and then subjecting it to annealing, pickling, mechanical polishing and electrolytic polishing.
  • the stainless steel pipe of this embodiment is excellent in rouge resistance because it uses the above-mentioned stainless steel as a material.
  • the pure water vapor path member of the present embodiment includes the above stainless steel or the above stainless steel pipe. Since this pure water vapor passage member is excellent in rouge resistance, it is difficult for foreign substances (metal oxides) to be mixed in the product, and there is little risk that metal ions are eluted into pure water vapor to deteriorate water quality.
  • Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 A slab having the composition shown in Table 1 was hot-rolled, annealed, pickled, and repeatedly cold-rolled to manufacture a cold-rolled annealed sheet having a thickness of 1.0 mm. Next, the cold-rolled annealed plate was cut into a size of 30 mm ⁇ 50 mm, then mechanically polished at #600, and then electrolytically polished in a mixed solution containing phosphoric acid and sulfuric acid to obtain stainless steel. The electrolytic polishing was performed at a voltage of 3 to 15 V, a current density of 3 to 20 A/dm 2 , a temperature of 40 to 60° C., and a time of 3 to 40 minutes.
  • the Cr concentration in the passivation film was measured according to the above method, and the arithmetic mean roughness was measured using a surface roughness profiler (SURFCOM2900DX manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). Ra was measured. The results are shown in Table 2.
  • the stainless steels obtained in the above Examples and Comparative Examples were placed inside a pipe connected to a pure water vapor generator, and the pressure was 2 kg/cm 2 ⁇ G and the temperature was about 120° C. in a pure water vapor environment. An exposure test was conducted for one year.
  • the stainless steels of Examples 1 to 9 in which the composition and the Cr concentration in the passivation film were within the predetermined range had a color difference ⁇ E * ab of 10 or less, and the rouge was sufficiently generated. I was able to suppress it.
  • the color difference ⁇ E * ab becomes large, and the generation of rouge can be sufficiently suppressed. There wasn't.

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Abstract

Ｃ:０．１質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：２．０質量％以下、Ｐ：０．０４５質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｎｉ：３０質量％以下、Ｃｒ：１６～３５質量％、Ｍｏ：６．０質量％以下、Ｃｕ：０．８質量％以下、Ｎ：０．３質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなると共に、下記式（１）の関係（式中、各元素記号は、各元素の含有量を意味する）を満たす組成を有するステンレス鋼である。このステンレス鋼は、不働態皮膜中のＣｒ濃度が４０原子％以上である。　Ｃｒ＋０．５Ｍｏ≧１９　（１）

Description

耐ルージュ性に優れたステンレス鋼及びステンレス鋼管、並びに純水蒸気経路部材
　本発明は、耐ルージュ性に優れたステンレス鋼及びステンレス鋼管、並びに純水蒸気経路部材に関する。
　医薬品、バイオテクノロジー、食品、化粧品などの分野では、滅菌装置、殺菌装置、消毒装置などの各種装置において、高純度水の蒸気（以下、「純水蒸気」という）を用いた処理が行われている。これらの装置及び関連設備の純水蒸気と接する部材には、オーステナイト系ステンレス鋼が一般に用いられているが、その表面にルージュと呼ばれる着色が発生することがある。
　ルージュは、鉄主体の金属酸化物の付着などに起因すると考えられている。この金属酸化物は、製品に混入して異物混入の原因となったり、純水蒸気に溶出して水質を劣化させたりする恐れがあることから、ルージュの発生を抑制することが望まれている。
　ルージュの発生を抑制する従来技術としては、オーステナイト系ステンレス鋼の表面を不働態化し、不働態皮膜中のＣｒ濃度を４５原子％以上に高める方法が提案されている（特許文献１）。
特開平１１－２９８７７号公報
　しかしながら、特許文献１の方法のように不働態皮膜中のＣｒ濃度を高めただけでは、ルージュの発生を十分に抑制できないことがある。また、特許文献１の方法は、鋼種がオーステナイト系ステンレス鋼に限定されており、様々な鋼種の耐ルージュ性を向上させることもできない。ここで、本明細書において「耐ルージュ性」とは、ルージュの発生を抑制する特性のことを意味する。
　本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、耐ルージュ性に優れたステンレス鋼、ステンレス鋼管及び純水蒸気経路部材を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、ステンレス鋼の組成（特に、Ｃｒ及びＭｏの含有量のバランス）及び不働態皮膜中のＣｒ濃度が、耐ルージュ性と密接に関係していることを見出し、本発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明は、Ｃ:０．１質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：２．０質量％以下、Ｐ：０．０４５質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｎｉ：３０質量％以下、Ｃｒ：１６～３５質量％、Ｍｏ：６．０質量％以下、Ｃｕ：０．８質量％以下、Ｎ：０．３質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなると共に、下記式（１）の関係（式中、各元素記号は、各元素の含有量を意味する）を満たす組成を有し、不働態皮膜中のＣｒ濃度が４０原子％以上である、耐ルージュ性に優れたステンレス鋼である。
　Ｃｒ＋０．５Ｍｏ≧１９　　（１）
　また、本発明は、Ｃ:０．１質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：２．０質量％以下、Ｐ：０．０４５質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｎｉ：３０質量％以下、Ｃｒ：１６～３５質量％、Ｍｏ：６．０質量％以下、Ｃｕ：０．８質量％以下、Ｎ：０．３質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなると共に、下記式（１）の関係（式中、各元素記号は、各元素の含有量を意味する）を満たす組成を有し、不働態皮膜中のＣｒ濃度が４０原子％以上である、耐ルージュ性に優れたステンレス鋼管である。
　Ｃｒ＋０．５Ｍｏ≧１９　　（１）
　さらに、本発明は、上記のステンレス鋼又は上記のステンレス鋼管を含む純水蒸気経路部材である。
　本発明によれば、耐ルージュ性に優れたステンレス鋼、ステンレス鋼管及び純水蒸気経路部材を提供することができる。
純水蒸気発生装置及び蒸留水製造装置を備える純水供給システムのブロック図である。
　以下、本発明のステンレス鋼、ステンレス鋼管及び純水蒸気経路部材の好適な実施形態について説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、改良などを行うことができる。各実施形態に開示されている複数の構成要素は、適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
（ステンレス鋼）
　本実施形態のステンレス鋼は、Ｃ:０．１質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：２．０質量％以下、Ｐ：０．０４５質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｎｉ：３０質量％以下、Ｃｒ：１６～３５質量％、Ｍｏ：６．０質量％以下、Ｃｕ：０．８質量％以下、Ｎ：０．３質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。
　また、別の実施形態のステンレス鋼は、Ｎｂ：０．８質量％以下、Ｔｉ：０．８質量％以下、Ａｌ：０．５質量％以下からなる群から選択される１種以上をさらに含むことができる。
　ここで、本明細書において「不可避的不純物」とは、Ｏなどの除去することが難しい成分のことを意味する。この成分は、原料を溶製する段階で不可避的に混入する。
＜Ｃ:０．１質量％以下＞
　Ｃは、ステンレス鋼の加工性及び耐食性に影響を与える元素であり、特に多量のＣｒ、Ｍｏを含む組成系においてＣの含有量が多すぎると、硬質化して加工性が低下してしまう。したがって、Ｃの含有量の上限は、加工性の観点から、０．１質量％、好ましくは０．０９質量％、さらに好ましくは０．０８質量％に設定する。一方、Ｃの含有量の下限は、特に限定されないが、耐食性の観点から、好ましくは０．００１質量％、より好ましくは０．００３質量％である。
＜Ｓｉ：１．０質量％以下＞
　Ｓｉは、ステンレス鋼の加工性に影響を与える元素であり、Ｓｉの含有量が多すぎると、加工性が低下する。したがって、Ｓｉの含有量の上限は、加工性の観点から、１．０質量％、好ましくは０．９質量％、より好ましくは０．８質量％に設定する。一方、Ｓｉの含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．０１質量％、より好ましくは０．０５質量％、さらに好ましくは０．１質量％である。
＜Ｍｎ：２．０質量％以下＞
　Ｍｎは、ステンレス鋼の加工性及び耐食性に影響を与える元素であり、Ｍｎの含有量が多すぎると、加工性及び耐食性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量の上限は、加工性及び耐食性の観点から、２．０質量％、好ましくは１．９質量％、さらに好ましくは１．８質量％に設定する。一方、Ｍｎの含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．０１質量％、より好ましくは０．０５質量％、さらに好ましくは０．１質量％である。
＜Ｐ：０．０４５質量％以下＞
　Ｐは、ステンレス鋼の加工性及び耐食性に影響を与える元素であり、Ｐの含有量が多すぎると、加工性及び耐食性が低下する。したがって、Ｐの含有量の上限は、加工性及び耐食性の観点から、０．０４５質量％、好ましくは０．０３５質量％に設定する。一方、Ｐの含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．００１質量％、より好ましくは０．００５質量％、さらに好ましくは０．０１質量％である。
＜Ｓ：０．０３質量％以下＞
　Ｓは、ステンレス鋼の加工性及び耐食性に影響を与える元素であり、Ｓの含有量が多すぎると、加工性及び耐食性が低下する。したがって、Ｓの含有量の上限は、加工性及び耐食性の観点から、０．０３質量％、好ましくは０．０２質量％、より好ましくは０．０１５質量％に設定する。一方、Ｓの含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１質量％、より好ましくは０．０００５質量％である。
＜Ｎｉ：３０質量％以下＞
　Ｎｉは、ステンレス鋼の耐溶出性に影響を与える元素であり、Ｎｉの含有量が多すぎると、耐溶出性が低下すると共にルージュが発生し易くなる。また、Ｎｉは、ステンレス鋼がオーステナイト系である場合に、オーステナイト相形成に必要な成分でもある。したがって、Ｎｉの含有量の上限は、耐溶出性及び耐ルージュ性の観点から、３０質量％、好ましくは２５質量％に設定する。一方、Ｎｉの含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．０１質量％、より好ましくは０．０２質量％である。
＜Ｃｒ：１６～３５質量％＞
　Ｃｒは、ステンレス鋼の加工性、耐食性及び耐ルージュ性に影響を与える元素であり、Ｃｒの含有量が少なすぎると、不働態皮膜が十分に形成されず、耐食性及び耐ルージュ性を確保することができない。したがって、Ｃｒの含有量の下限は、１６質量％、好ましくは１７質量％、より好ましくは１８質量％に設定する。一方、Ｃｒの含有量が多すぎると、耐食性及び耐ルージュ性は向上するものの、加工性が低下してしまう。したがって、Ｃｒの含有量の上限は、加工性の観点から、３５質量％、好ましくは３２質量％、より好ましくは３０質量％に設定する。
＜Ｍｏ：６．０質量％以下＞
　Ｍｏは、ステンレス鋼の加工性、耐食性及び耐ルージュ性に影響を与える元素である。また、Ｍｏは不働態皮膜が損傷したときに、不働態皮膜を再生する作用を有する元素でもある。ただし、Ｍｏの含有量が多すぎると、加工性が低下する。したがって、Ｍｏの含有量の上限は、加工性、耐食性及び耐ルージュ性の観点から、６．０質量％、好ましくは５．８質量％に設定する。一方、Ｍｏの含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．０１質量％、より好ましくは０．０２質量％、さらに好ましくは０．０３質量％である。
＜Ｃｕ：０．８質量％以下＞
　Ｃｕは、ステンレス鋼の加工性、耐溶出性及び耐ルージュ性に影響を与える元素であり、Ｃｕの含有量が多すぎると、加工性及び耐溶出性が低下すると共にルージュが発生し易くなる。したがって、Ｃｕの含有量の上限は、加工性、耐溶出性及び耐ルージュ性の観点から、０．８質量％、好ましくは０．４８質量％に設定する。一方、Ｃｕの含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．００５質量％、より好ましくは０．０２質量％、さらに好ましくは０．０４質量％である。
＜Ｎｂ及びＴｉ：０．８質量％以下＞
　Ｎｂ及びＴｉは、ステンレス鋼の加工性に影響を与える元素であり、Ｎｂ及びＴｉの含有量が多すぎると、加工性が低下する。したがって、Ｎｂ及びＴｉの含有量の上限は、０．８質量％、好ましくは０．６質量％、さらに好ましくは０．４質量％に設定する。一方、Ｎｂ及びＴｉの含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．０１質量％、より好ましくは０．０５質量％、さらに好ましくは０．１質量％である。
＜Ａｌ：０．５質量％以下＞
　Ａｌは、ステンレス鋼の加工性に影響を与える元素であり、Ａｌの含有量が多すぎると、加工性が低下する。したがって、Ａｌの含有量の上限は、０．５質量％、好ましくは０．３質量％、より好ましくは０．２質量％に設定する。一方、Ａｌの含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．０１質量％、より好ましくは０．０３質量％、さらに好ましくは０．０５質量％である。
＜Ｎ：０．３質量％以下＞
　Ｎは、ステンレス鋼の加工性に影響を与える元素であり、Ｎの含有量が多すぎると、硬質化して加工性が低下してしまう。したがって、Ｎの含有量の上限は、加工性の観点から、０．３質量％、好ましくは０．２５質量％に設定される。一方、Ｎの含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．００１質量％、より好ましくは０．００３質量％、さらに好ましくは０．００５質量％である。
　ステンレス鋼は、本発明の効果を阻害しない範囲において、当該技術分野において公知の元素を含有することができる。
　ステンレス鋼において、耐ルージュ性を向上させるためには、Ｃｒ及びＭｏの含有量のバランスが特に重要であり、下記式（１）の関係を満たす必要がある。
　Ｃｒ＋０．５Ｍｏ≧１９　　（１）
　上記式（１）中、各元素記号は、各元素の含有量を意味する。
　上記式（１）の関係を満たさない場合、所望の耐ルージュ性を有するステンレス鋼が得られない。
　また、上記式（１）におけるＣｒ＋０．５Ｍｏの下限値は、好ましくは１９．１、より好ましくは１９．２、さらに好ましくは１９．３である。このような下限とすることにより、ステンレス鋼の耐ルージュ性を安定して向上させることができる。一方、Ｃｒ＋０．５Ｍｏの上限値は、特に限定されないが、好ましくは３８、より好ましくは３５、さらに好ましくは３３である。
　ステンレス鋼は、不働態皮膜を表面に有する。ここで、本明細書において「不働態皮膜」とは、ステンレス鋼の耐食性（金属イオンの耐溶出性）を向上させるクロムリッチの酸化層のことを意味する。
　不働態皮膜中のＣｒ濃度は、耐ルージュ性を確保する観点から、４０原子％以上、好ましくは４５原子％以上、さらに好ましくは５０原子％以上に設定される。一方、不働態皮膜中のＣｒ濃度の上限は、特に限定されないが、好ましくは９０原子％、より好ましくは８０原子％、さらに好ましくは７５原子％である。
　ここで、不働態皮膜中のＣｒ濃度は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）を用いたステンレス鋼の表面分析によって算出されるものを意味する。
　ＸＰＳの測定方法としては、特に限定されないが、本明細書では以下の手順に従って行った。
　まず、ステンレス鋼の最表面（不働態皮膜）について広域光電子スペクトルを測定し、定性分析を行った。その後、表面から深さ方向に対してＡｒ+スパッタを行い、一定スパッタ深さごとに指定元素(Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ)の狭域光電子スペクトルを測定した。各スパッタ深さにおいて元素組成比(原子％)を算出し、不働態皮膜中のＣｒ濃度を求めた。
　また、ＸＰＳの測定条件としては、特に限定されないが、本明細書では以下の条件で行った。
　　分析装置：フィジカルエレクトロニクス（Physical Electronics）社製Ｑｕａｎｔｅｒａ　ＳＸＭ（全自動走査型Ｘ線光電子分光装置）
　　Ｘ線源：単色化Ａｌ Ｋα
　　出力：４４．８Ｗ
　　ビーム径：２００μｍφ
　　取出し角度：４５°
　　スパッタ条件：Ａｒ+エネルギー１ｋｅＶ、スパッタレート約２．２４ｎｍ/分（ＳｉＯ2換算）
　ステンレス鋼の表面は、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であることが好ましい。Ｒａが０．１μｍ以下であると、ルージュが発生し難くなる傾向にある。
　ここで、本明細書において「算術平均粗さＲａ」とは、ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２００１に準拠して測定されるものを意味する。
　ステンレス鋼の金属組織は、特に限定されず、フェライト系、オーステナイト系、マルテンサイト系、オーステナイト・フェライト系のいずれであってもよい。
　上記のような組成及び不働態皮膜を有するステンレス鋼は、上記の組成を有するスラブを用いること以外は、公知の方法に準じて製造することができる。具体的には、上記の組成を有するスラブを熱間圧延して焼鈍及び酸洗を行った後、所定の厚さになるまで冷間圧延、焼鈍及び酸洗を繰り返し行い、次いで不働態化処理を行うことによってステンレス鋼を製造することができる。また、必要に応じて、冷延鋼板に機械研磨などの仕上げ加工を施してもよい。
　不働態化処理としては、特に限定されないが、酸性溶液を用いた処理を行えばよい。不働態化処理の具体例としては、酸性溶液への浸漬処理、電解研磨などが挙げられるが、ステンレス鋼の表面粗さを制御し易い電解研磨が好ましい。
　電解研磨の条件は、特に限定されないが、例えば、リン酸及び硫酸を含む混合液を用い、電圧３～１５Ｖ、電流密度３～２０Ａ/ｄｍ2、温度４０～６０℃、時間３～４０分とすればよい。
　上記のような組成及び不働態皮膜を有するステンレス鋼は、耐ルージュ性に優れているため、耐ルージュ性が要求される各種部材に用いるのに適している。耐ルージュ性が要求される部材としては、特に限定されないが、純水蒸気経路部材、例えば、純水蒸気発生装置、又は純水蒸気を使用する滅菌装置、殺菌装置若しくは消毒装置に用いられる部材、当該装置に関連する設備（例えば、サニタリー管）などが挙げられる。なお、本明細書において「純水蒸気経路部材」とは、純水蒸気と接触する部材のことを意味する。また、「サニタリー管」とは、衛生性が要求される配管のことを意味する。
　ここで、一例として、純水蒸気発生装置及び蒸留水製造装置を備える純水供給システムのブロック図を図１に示す。図１に示されるように、この純水供給システムでは、純水蒸気発生装置１、蒸留水製造装置２、タンク３、ポンプ４、熱交換器５、バルブ６、計器７、センサー８、配管部材９及びフィルター１０に用いられる部材が純水蒸気と接触する可能性がある。そのため、この純水供給システムでは、これらの部材を本実施形態のステンレス鋼を用いて作製することが好ましい。
（ステンレス鋼管）
　本実施形態のステンレス鋼管は、上記のステンレス鋼と同様の組成、不働態皮膜などの特徴を有する。したがって、これらの特徴については説明を省略する。
　本実施の形態のステンレス鋼管は、上記のステンレス鋼を管状に加工することによって製造することができる。具体的には、ステンレス鋼を曲げ加工し、両端部を突合わせて溶接した後、焼鈍、酸洗や、機械研磨及び電解研磨などの加工を施すことによってステンレス鋼管を製造することができる。
　本実施形態のステンレス鋼管は、上記のステンレス鋼を素材として用いているため、耐ルージュ性に優れている。
（純水蒸気経路部材）
　本実施形態の純水蒸気経路部材は、上記のステンレス鋼又は上記のステンレス鋼管を含む。この純水蒸気経路部材は、耐ルージュ性に優れているため、製品に異物（金属酸化物）が混入し難いと共に、純水蒸気に金属イオンが溶出して水質を劣化させる恐れも少ない。
　以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１～９及び比較例１～５）
　表１に示す組成を有するスラブを熱間圧延した後、焼鈍及び酸洗して冷間圧延を繰り返し、厚みが１．０ｍｍの冷延焼鈍板を製造した。次に、冷延焼鈍板を３０ｍｍ×５０ｍｍに切り出した後、＃６００の機械研磨を行い、次いでリン酸及び硫酸を含む混合液中で電解研磨を行ってステンレス鋼を得た。電解研磨は、電圧を３～１５Ｖ、電流密度を３～２０Ａ/ｄｍ2、温度を４０～６０℃、時間を３～４０分とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記の実施例及び比較例で得られたステンレス鋼について、上記の方法に従って不働態皮膜中のＣｒ濃度を測定すると共に、表面粗さ形状測定機（東京精密社製ＳＵＲＦＣＯＭ２９００ＤＸ）を用いて算術平均粗さＲａを測定した。その結果を表２に示す。
　次に、上記の実施例及び比較例で得られたステンレス鋼を、純水蒸気発生装置に接続された配管内部に設置し、圧力２ｋｇ／ｃｍ2・Ｇ、温度約１２０℃の純水蒸気環境下で１年間暴露試験を行った。暴露試験前後のステンレス鋼について、分光測色計（コニカミノルタ社製ＣＭ－２６００ｄ）を用い、Ｌ*ａ*ｂ*色空間における色調Ｌ*、ａ*及びｂ*を測定し、色差ΔＥ* ab＝〔（ΔＬ*）2＋（Δａ*)2＋(Δｂ*)2〕1/2を算出した。この色差ΔＥ* abが１０以下の場合、ルージュの発生を抑制できた（着色が少ない）と評価することができる。その結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示されるように、組成及び不働態皮膜中のＣｒ濃度が所定の範囲内にある実施例１～９のステンレス鋼は、色差ΔＥ* abが１０以下であり、ルージュの発生を十分に抑制することができた。
　これに対して、組成及び不働態皮膜中のＣｒ濃度が所定の範囲外である比較例１～５のステンレス鋼は、色差ΔＥ* abが大きくなり、ルージュの発生を十分に抑制することができなかった。
　以上の結果からわかるように、耐ルージュ性に優れたステンレス鋼、ステンレス鋼管及び純水蒸気経路部材を提供することができる。
　１　純水蒸気発生装置
　２　蒸留水製造装置
　３　タンク
　４　ポンプ
　５　熱交換器
　６　バルブ
　７　計器
　８　センサー
　９　配管部材
　１０　フィルター

Claims (7)

  1. 　Ｃ:０．１質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：２．０質量％以下、Ｐ：０．０４５質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｎｉ：３０質量％以下、Ｃｒ：１６～３５質量％、Ｍｏ：６．０質量％以下、Ｃｕ：０．８質量％以下、Ｎ：０．３質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなると共に、下記式（１）の関係（式中、各元素記号は、各元素の含有量を意味する）を満たす組成を有し、不働態皮膜中のＣｒ濃度が４０原子％以上である、耐ルージュ性に優れたステンレス鋼。
    　Ｃｒ＋０．５Ｍｏ≧１９　　（１）
  2. 　Ｎｂ：０．８質量％以下、Ｔｉ：０．８質量％以下、Ａｌ：０．５質量％以下からなる群から選択される１種以上をさらに含む、請求項１に記載のステンレス鋼。
  3. 　純水蒸気経路部材に用いられる、請求項１又は２に記載のステンレス鋼。
  4. 　Ｃ:０．１質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：２．０質量％以下、Ｐ：０．０４５質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｎｉ：３０質量％以下、Ｃｒ：１６～３５質量％、Ｍｏ：６．０質量％以下、Ｃｕ：０．８質量％以下、Ｎ：０．３質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなると共に、下記式（１）の関係（式中、各元素記号は、各元素の含有量を意味する）を満たす組成を有し、不働態皮膜中のＣｒ濃度が４０原子％以上である、耐ルージュ性に優れたステンレス鋼管。
    　Ｃｒ＋０．５Ｍｏ≧１９　　（１）
  5. 　Ｎｂ：０．８質量％以下、Ｔｉ：０．８質量％以下、Ａｌ：０．５質量％以下からなる群から選択される１種以上をさらに含む、請求項４に記載のステンレス鋼管。
  6. 　請求項１～３のいずれか一項に記載のステンレス鋼、又は請求項４若しくは５に記載のステンレス鋼管を含む純水蒸気経路部材。
  7. 　サニタリー管である請求項６に記載の純水蒸気経路部材。
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