(57)【要約】【課題】オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】質量％で、０．０２％以下のＣと、３％以下のＳｉと、１％以下のＭｎと、０．０４％以下のＰと、０．０３％以下のＳと、３％以下のＮｉと、１８〜２６％のＣｒと、０．３〜２％のＭｏと、０．１〜０．６％のＮｂと、０．０２５％以下のＮとを含有する。また、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる。さらに、ａ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．９（Ｍｎ％）＋１．５（Ｎｉ％）とする（１）式の値が２３以上になるように組成を調整する。このように合成元素を規制することにより、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性を向上できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：３％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：３％以下、Ｃｒ：１８〜２６％、Ｍｏ：０．３〜２％、Ｎｂ：０．１〜０．６％、Ｎ：０．０２５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
下記（１）式で示されるａ値が２３以上になるように組成が調製された
ことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
（１）式：ａ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．９（Ｍｎ％）＋１．５（Ｎｉ％）
【請求項２】
質量％で、Ｔｉ：０．４％以下、Ａｌ：０．３％以下の少なくともいずれか一方を含有し、
下記（２）式で示されるｂ値が２３以上となるように組成が調整された
ことを特徴とする請求項１記載のオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
（２）式：ｂ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．２５（Ｔｉ％）＋０．９（Ｍｎ％）＋１．５（Ｎｉ％）
【請求項３】
質量％で、含有量の合計が４％以下となるようにＣｕ、Ｃｏ、ＶおよびＷの少なくともいずれか１つを含有し、
下記（３）式で示されるｃ値が２３以上になるように組成が調整された
ことを特徴とする請求項１記載のオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
（３）式：ｃ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．９（Ｍｎ％＋Ｃｕ％）＋１．５（Ｎｉ％）＋０．８（Ｃｏ％＋Ｖ％＋Ｗ％）
【請求項４】
質量％で、含有量の合計が４％以下となるようにＣｕ、Ｃｏ、ＶおよびＷの少なくとも１つを含有し、
下記（４）式で示されるｄ値が２３以上になるように組成が調整された
ことを特徴とする請求項２記載のオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
（４）式：ｄ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．２５（Ｔｉ％）＋０．９（Ｍｎ％＋Ｃｕ％）＋１．５（Ｎｉ％）＋０．８（Ｃｏ％＋Ｖ％＋Ｗ％）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接芯線や異材溶接でオーステナイト系ステンレス鋼を用いる場合において、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば電気温水器や貯湯槽等の温水容器の材料としては、フェライト系ステンレス鋼のＳＵＳ４４４（低Ｃ、低Ｎ、１８〜１９Ｃｒ−２Ｍｏ−Ｎｂ、Ｔｉ系鋼）が広く用いられている。このＳＵＳ４４４は、温水環境での耐食性向上を主目的に開発された鋼種である。
【０００３】
温水容器は、例えば鏡と呼ばれる部分や胴と呼ばれる部分等の構成部材をＴＩＧ溶接により接合した際に形成される、いわゆる溶接隙間構造を有するものが主流である。溶接隙間構造を有する温水容器を上水の温水環境で使用すると溶接隙間部で腐食が生じ易い。ＳＵＳ４４４において、腐食形態が孔食である場合はＳＵＳ４４４が再不動態化し易く、孔食が成長することを稀である。一方、腐食形態が溶接隙間部での隙間腐食である場合には、ＳＵＳ４４４が再不動態化しにくいので、腐食が成長し、板厚を貫通して漏水に至るおそれがある。このため、温水容器では腐食し易い溶接隙間構造の形成をできるだけ避けた構造とすることが望ましいが、鏡と胴との溶接接合部等のように、施工の問題から溶接隙間構造の形成を回避し難い部分がある。
【０００４】
そこで、一般的に、温水容器をＴＩＧ溶接により製造する際には、溶接部の耐食性の低下を抑制するため、Ａｒバックガスシールを行い、裏ビード側の酸化を抑制している。
【０００５】
しかしながら、近年、電気温水器では追い炊き機能のニーズが高まり、蛇管を内部に挿入した構成の缶体が増えてきている。この構成の場合、溶接の際にＡｒバックガスシール用のノズルを缶体内部に挿入し難く、Ａｒバックガスシールを施さずにＴＩＧ溶接を行わなければならないので、隙間腐食による耐食性が低下が懸念されている。
【０００６】
また、地球環境問題から、電気温水器に比べ消費電力の少ない、例えばエコキュート（登録商標）等のヒートポンプ技術を利用して空気熱で熱交換により湯を沸かすＣＯ２冷媒ヒートポンプ給湯器の需要が高まってきている。このＣＯ２冷媒ヒートポンプ給湯器等の構成では、ヒーター加熱を行わないので、ヒーター挿入のためのフランジは本来不要であるが、ＴＩＧ溶接の際にＡｒバックガスシール用のノズルを挿入するためにはフランジを形成する必要があり、本来不要なフランジの形成により製造コストが高騰してしまう問題が考えられる。
【０００７】
このように、近年、Ａｒバックガスシールを施さずにＴＩＧ溶接しても、隙間腐食による耐食性の低下を防止できる材料や構成が望まれている。
【０００８】
そして、隙間腐食を抑制するための構成としては、鏡への胴の挿入深さを２０ｍｍまでとした構成の温水器用ステンレス鋼製缶体が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
しかしながら、溶接で耐食性が低下する熱影響部は、概ね溶接ビードから１０ｍｍ程度の範囲であり、特許文献１に記載された構成では安定した耐食性向上効果が十分に得られない可能性がある。また、このような特許文献１に記載されたものの鋼種としてはＳＵＳ４４４相当鋼が採用されているが、ＳＵＳ４４４相当鋼をＡｒバックガスシールを行わずにＴＩＧ溶接すると、裏ビード部における酸化スケールの生成部分では、耐食性が著しく低下してしまう問題が考えられる。
【００１０】
また、溶接部における耐食性の低下を防止するための構成としては、ＴｉとＡｌとを複合添加することにより、溶接の際のＣｒの酸化ロスを抑制したフェライト系ステンレス鋼が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
しかしながら、このようなフェライト系ステンレス鋼を使用することにより、温水容器の耐食性を向上できるものの、Ａｒバックガスシールを行わずにＴＩＧ溶接すると、Ｃｒの酸化ロスを十分に抑制できず、溶接隙間部の耐食性が著しく低下してしまう問題が考えられる。
【００１２】
さらに、Ａｒバックガスシールを行わずにＴＩＧ溶接をする場合に、ＴＩＧ溶接により形成された裏ビード側溶接部の耐食性を向上する構成としては、２１質量％を超えるＣｒを含有させ、また、ＮｉおよびＣｕを添加することにより、ＴＩＧ溶接裏面熱影響部の耐食性を向上したフェライト系ステンレス鋼が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１３】
このような特許文献３のフェライト系ステンレス鋼を温水容器に用いることにより、温水容器の耐食性を向上できるものの、隙間構造やＣｕの含有量によっては十分なＴＩＧ溶接隙間部の耐食性向上効果が十分に得られないことがあり、熱影響部の耐食性が低下してしまう可能性がある。
【００１４】
そこで、溶接芯線にオーステナイト系ステンレス鋼を用いて、溶接隙間部や熱影響部耐食性を向上させる場合がある。
【００１５】
また、フェライト系ステンレス鋼を用いた配管や溶接構造物において、成形性の観点から一部にオーステナイト系ステンレス鋼を溶接して成形する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開昭５４−７２７１１号公報（第１−４頁、第１図）
【特許文献２】特開平５−７０８９９号公報（第２−４頁）
【特許文献３】特開２００７−３０２９９５号公報（第４−６頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述のようにフェライト系ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼と溶接すると、溶接部の耐食性が著しく低下してしまう問題がある。
【００１８】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れた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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１に記載されたオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼は、質量％で、０．０２％以下のＣ、３％以下のＳｉ、１％以下のＭｎ、０．０４％以下のＰ、０．０３％以下のＳ、３％以下のＮｉ、１８〜２６％のＣｒ、０．３〜２％のＭｏ、０．１〜０．６％のＮｂ、０．０２５％以下のＮを含有し、ａ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．９（Ｍｎ％）＋１．５（Ｎｉ％）とする（１）式にて、ａ値が２３以上になるように組成が調製されたものである。
【００２０】
請求項２に記載されたオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼は、請求項１に記載されたオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼において、０．４％以下のＴｉおよび０．３％以下のＡｌのうち少なくともいずれか一方を含有し、ｂ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．２５（Ｔｉ％）＋０．９（Ｍｎ％）＋１．５（Ｎｉ％）とする（２）式にて、ｂ値が２３以上になるように組成が調製されたものである。ものである。
【００２１】
請求項３に記載されたオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼は、請求項１に記載されたオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼において、質量％で、含有量の合計が４％以下となるようにＣｕ、Ｃｏ、ＶおよびＷの少なくとも１つを含有し、ｃ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．９（Ｍｎ％＋Ｃｕ％）＋１．５（Ｎｉ％）＋０．８（Ｃｏ％＋Ｖ％＋Ｗ％）とする（３）式にて、ｃ値が２３以上になるように組成が調製されたものである。
【００２２】
請求項４に記載されたオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼は、請求項２に記載されたオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼において、質量％で、含有量の合計が４％以下となるようにＣｕ、Ｃｏ、ＶおよびＷの少なくとも１つを含有し、ｄ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．２５（Ｔｉ％）＋０．９（Ｍｎ％＋Ｃｕ％）＋１．５（Ｎｉ％）＋０．８（Ｃｏ％＋Ｖ％＋Ｗ％）とする（４）式にてｄ値が２３以上になるように組成が調整されたものである。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載された発明によれば、質量％で、０．０２％以下のＣ、３％以下のＳｉ、１％以下のＭｎ、０．０４％以下のＰ、０．０３％以下のＳ、３％以下のＮｉ、１８〜２６％のＣｒ、０．３〜２％のＭｏ、０．１〜０．６％のＮｂ、０．０２５％以下のＮを含有し、（１）式のａ値が２３以上になるように組成を調整することにより、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性を向上できる。
【００２４】
請求項２に記載された発明によれば、請求項１記載のオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼において、０．４％以下のＴｉおよび０．３％以下のＡｌのうち少なくともいずれか一方を含有し、（２）式のｂ値が２３以上となるように組成を調整することにより、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性を向上できるとともに、Ｔｉにて粒界腐食を防止でき、Ａｌにて酸化スケールの耐食性を向上できる。
【００２５】
請求項３に記載された発明によれば、請求項１記載のオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼において、質量％で、含有量の合計が４％以下となるようにＣｕ、Ｃｏ、ＶおよびＷの少なくとも１つを含有し、（３）式のｃ値が２３以上になるように組成を調整することにより、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性を向上できるとともに、Ｃｕにて孔食の発生を抑制でき、Ｃｏにて靭性を向上でき、ＶおよびＷにて強度を向上できる。
【００２６】
請求項４に記載された発明によれば、請求項２記載のオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼において、質量％で、含有量の合計が４％以下となるようにＣｕ、Ｃｏ、ＶおよびＷの少なくとも１つを含有し、（４）式のｄ値が２３以上になるように組成を調整することにより、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性を向上できるとともに、Ｃｕにて孔食の発生を抑制でき、Ｃｏにて靭性を向上でき、ＶおよびＷにて強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の浸漬試験に用いた浸漬試験片を示す斜視図である。
【図２】同上、浸漬試験方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明における一実施の形態について詳細に説明する。なお、各元素の含有量は、特に記載しない限り質量％とする。
【００２９】
本実施の形態におけるフェライト系ステンレス鋼を構成する各元素について説明する。
【００３０】
Ｃ（炭素）およびＮ（窒素）は、ステンレス鋼中に不可避的に含まれる元素である。これらＣおよびＮの含有量が低減すると、ステンレス鋼は軟質になり、加工性が向上するとともに、炭化物や窒化物の生成が少なくなり、溶接性および溶接部の耐食性が向上する。このため本実施の形態では、ＣおよびＮの含有量は少ない方が好ましく、Ｃの含有量が０．０２％以下であり、Ｎの含有量が０．０２５％以下であれば、加工性の向上効果を確保できる。
【００３１】
Ｓｉ（ケイ素）は、Ａｒバックガスシールを施してＴＩＧ溶接する場合、溶接部の耐食性改善に有効に作用する。しかし、Ｓｉを過剰に含有させると、フェライト系ステンレス鋼を硬質化させて、靭性が低下するとともに加工性が悪化する。そして、Ｓｉの含有量が３％以下であれば、靭性の低下や加工性の悪化を防止できる。ただし、例えば水道に直結して使用する高圧タイプの温水容器のような継手の強度が要求される用途等では、Ｓｉの添加が有利になる。そこで、Ｓｉを含有させて強度向上作用を十分に享受するには、Ｓｉの含有量を０．０１％以上にすると好ましい。
【００３２】
Ｍｎ（マンガン）は、ステンレス鋼の脱酸剤として用いられる。スクラップを原料とするステンレス鋼の場合、ある程度のＭｎの混入は避けられないが、Ｍｎは不動態皮膜中のＣｒ濃度を低下させて耐食性の低下を招く要因となるので、Ｍｎの含有量は低い方が好ましい。そして、Ｍｎの含有量が１％以下であれば、Ｃｒ濃度の低下による耐食性の低下を防止できる。
【００３３】
Ｐ（リン）は、母材および溶接部の靭性を低下させる元素である。したがって、Ｐの含有量は低い方が好ましいが、含Ｃｒ鋼の溶製において精錬による脱リンは困難であり、Ｐの含有量を極低下するには原料を厳選する必要があるので、コストが高騰してしまう。したがって、一般的なフェライト系ステンレス鋼と同様に、本実施の形態では、Ｐの含有量の上限を０．０４％とした。
【００３４】
Ｓ（硫黄）は、孔食の起点となり易いＭｎＳを形成して耐食性を低下させるが、Ｓとの親和力が強く、化学的に安定な硫化物を形成するＴｉを適量添加することにより、耐食性を低下させるＭｎＳの形成を十分に抑制できる。よって、耐食性の低下に関しては、Ｔｉを添加する場合にはＳの含有量は厳しく規制する必要はないものの、Ｓを過剰に含有させると、溶接部の高温割れが生じ易くなる。そして、Ｓの含有量が０．０３％以下であれば、溶接部の高温割れを防止できる。
【００３５】
Ｎｉ（ニッケル）は、ＴＩＧ溶接において溶接スケール中のＣｒ濃度を高め、化学的に安定なＣｒ２Ｏ３の生成量を増加させて酸化スケールの耐食性を向上させる。また、溶接金属部（ビード部）および熱影響部の腐食の進行を抑制することによりＴＩＧ溶接部の耐食性を向上させ、その耐食性向上作用はＣｒ含有量が多くなるほど大きくなる。さらに、酸化スケール中に金属元素比率でＣｒ比率を向上させる手段としては、Ｆｅ系の酸化物の生成を防止することが有効であるが、Ｎｉは、ＴｉやＡｌとは異なり、母相中のＦｅの酸化を抑制し結果的に酸化スケール中のＣｒ比率を上昇させる。しかし、Ｎｉを過剰に含有させると、ステンレス鋼を硬質化させ、加工性を低下させる。そして、Ｎｉの含有量が３％以下であれば、加工性の低下を防止できる。
【００３６】
Ｃｒ（クロム）は、不動態皮膜の主要構成元素であり、耐孔食性や耐隙間腐食性等の局部腐食性を向上させる。また、Ａｒバックガスシールを施さずにＴＩＧ溶接した溶接部の耐食性はＣｒ含有量に大きく依存することからも、Ｃｒは耐食性の向上に特に重要な元素である。その効果を十分に発揮させるには１８％以上のＣｒを含有させる必要がある。しかし、Ｃｒの含有量が多くなると、ＣおよびＮの含有量の低減が難しくなり、機械的性質や靭性が低下し、かつ、コストが高騰してしまう。そして、Ｃｒの含有量が２６％以下であれば、機械的性質や靭性が低下を防止できるとともに、過度のコストの高騰を防止できる。
【００３７】
Ｍｏ（モリブデン）は、Ｃｒとともに耐食性を向上させるために有効な元素であり、その耐食性向上作用はＣｒ含有量が多くなるほど大きくなる。また、不動態皮膜の再生に必須の元素であり、その効果を十分に発揮させるには、０．３％以上のＭｏを含有させる必要がある。しかし、Ｍｏを過剰に含有させると、靭性が低下し、また、コストも高騰してしまう。そして、Ｍｏの含有量が２％以下であれば、靭性の低下や過度のコストの高騰を防止できる。
【００３８】
Ｎｂ（ニオブ）は、ＣおよびＮとの親和力が強く、フェライト系ステンレス鋼において問題となる粒界腐食を防止するために有効な元素である。その効果を十分に発揮させるには、０．１％以上のＮｂを含有させる必要がある。しかし、Ｎｂを過剰に含有させると、溶接高温割れが生じ、また、溶接部の靭性が低下してしまう。そして、Ｎｂの含有量が０．６％以下であれば、靭性の低下を防止できる。
【００３９】
Ｔｉ（チタン）は、Ｎｂと同様にＣおよびＮとの親和力が強く、フェライト系ステンレス鋼において問題となる粒界腐食を防止するために有効な元素である。しかし、Ｔｉを過剰に含有させると、素材の表面品質が低下し、また、溶接ビードにて酸化物が生成して溶接性が低下してしまう。そして、Ｔｉを含有させる場合には、Ｔｉの含有量が０．４％以下であれば、表面品質の低下および溶接性の低下を防止できるので好ましい。
【００４０】
Ａｌ（アルミニウム）は、溶接熱影響部や溶接隙間構造内面でＴｉとともに優先酸化することによりＦｅ２Ｏ３の生成を抑えてＣｒ２Ｏ３の濃化を促進し、酸化スケールの耐食性を向上させる。しかし、Ａｌを過剰に添加させると、素材の表面品質が低下し、また、溶接性が低下してしまう。そして、Ａｌを含有させる場合には、Ａｌの含有量が０．３％以下であれば、素材の表面品質の低下や溶接性の低下を防止できるので好ましい。
【００４１】
なお、ＴｉおよびＡｌを含有させる場合は、単独で含有させても複合して含有させてもよい。
【００４２】
Ｃｕ（銅）は、ＴＩＧ突合せ溶接部の耐食性において、溶接裏面熱影響部での孔食の発生を抑制する。しかし、Ｃｕを過剰に含有させると製造性を悪化させてしまう。そして、Ｃｕを含有させる場合には、Ｃｕの含有量が２％以下であれば、製造性の悪化を防止できるので好ましい。
【００４３】
Ｃｏ（コバルト）は、フェライト系ステンレス鋼の靭性を向上させ、Ｖ（バナジウム）およびＷ（タングステン）は、フェライト系ステンレス鋼の強度を向上させる。しかし、これらの元素を過剰に含有させると、靭性や製造性が悪化してしまう。そして、これらの元素を含有させる場合は、ＣｕとＣｏとＶとＷとの含有量の合計が４％以下であれば、靭性や製造性の悪化を防止できるので好ましい。なお、これらＣｕ、Ｃｏ、ＶおよびＷを含有させる場合は、各含有量の合計が４％以下であれば、Ｃｕ、Ｃｏ、ＶおよびＷのいずれか１つを単独で含有させてもよく、また、Ｃｕ、Ｃｏ、ＶおよびＷの少なくともいずれか１つを複合して含有させてもよい。
【００４４】
上述した合金成分以外は不純物であり、ステンレス鋼に不可避的に混入する不純物としては、例えば、Ｏ（酸素）、Ｃａ（カルシウム）、Ｂ（ホウ素）、ＲＥＭ（希土類金属）等が挙げられる。なお、これらの不純物は、副原料、電気炉を構成する耐火煉瓦や炉壁の付着物、スラグ等からの混入が考えられ、故意に含有させるものではない。Ｃａ，ＢおよびＲＥＭは耐食性を阻害したり、表面性状を悪化したりするので、できるだけ含有させないことが好ましく、これら不可避的不純物の含有量は０．０１０％以下が好ましい。
【００４５】
次に、上述した各元素にて構成されるフェライト系ステンレス鋼において、溶接芯線や異材溶接部材としてのオーステナイト系ステンレス鋼を用いた際における溶接部の耐食性について説明する。
【００４６】
Ｃｒ、ＭｏおよびＳｉは、フェライト系ステンレス鋼の素地の耐食性を向上させる元素であり、また、ＮｂやＴｉは、フェライト相およびオーステナイト相の両相のＣやＮを固定して粒界腐食を防止する元素である。
【００４７】
そして、発明者による種々の研究により、フィライト系ステンレス鋼の素地の耐食性を向上させる元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、ＭｎおよびＮｉと、フェライト相、オーステナイト相の両相のＣやＮを固定する元素であるＮｂとによって構成され、ａ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．９（Ｍｎ％）＋１．５（Ｎｉ％）とする（１）式にて、ａ値が２３以上になるように組成を調整して各元素の含有量を管理することにより、フェライト系ステンレス鋼における溶接芯線や異材溶接部材として用いられるオーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性を向上できることが分かった。
【００４８】
このように（１）式のａ値が２３以上となるように組成を調整することにより、マルテンサイト相の生成を抑制できる。すなわち、合金元素を規制することにより、フェライト相とオーステナイト相との両相を溶着する過程で生じる合金元素濃度の変動中において、マルテンサイト変態点を下げる元素の含有量を確保でき、フェライト相中の合金元素を規制して、溶着部より生成した冷却中におけるオーステナイト相からのマルテンサイト相の生成を抑制できる。なお、マルテンサイト相は、素材強度が高いことにより水素脆化を起こし易く、その水素脆化による割れから腐食を促進して、耐食性に悪影響を及ぼすものである。
【００４９】
また、フェライト相、オーステナイト相の両相のＣやＮを固定する元素であるＴｉを含有させる場合は、ｂ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．２５（Ｔｉ％）＋０．９（Ｍｎ％）＋１．５（Ｎｉ％）とする（２）式にて、ｂ値が２３以上となるように組成を調整することにより、マルテンサイト相の生成を抑制でき、溶接部の耐食性を向上できる。
【００５０】
さらに、Ｃｕ、Ｃｏ、ＶおよびＷの少なくともいずれか１つを含有させる場合は、ｃ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．９（Ｍｎ％＋Ｃｕ％）＋１．５（Ｎｉ％）＋０．８（Ｃｏ％＋Ｖ％＋Ｗ％）とする（３）式にてｃ値が２３以上、または、ｄ値＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５（Ｓｉ％）＋０．５（Ｎｂ％）＋０．２５（Ｔｉ％）＋０．９（Ｍｎ％＋Ｃｕ％）＋１．５（Ｎｉ％）＋０．８（Ｃｏ％＋Ｖ％＋Ｗ％）とする（４）式にてｄ値が２３以上となるように組成を調整することにより、マルテンサイト相の生成抑制効果を確保でき、溶接部の耐食性を向上できるとともに、Ｃｕにて孔食の発生を抑制でき、Ｃｏにて靭性を向上でき、ＶおよびＷにて強度を向上できる。
【００５１】
なお、（１）式ないし（４）式では、各元素の該当部分に各元素の含有量を代入し、無添加の元素は、０（ゼロ）を代入する。
【００５２】
このようなフェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性が優れているので、例えば電気温水器、エコキュート（登録商標）、燃料電池にて使用される貯湯用タンクや配管、貯水槽等の温水環境においても、十分な耐食性を発揮できる。
【００５３】
また、フェライト系ステンレス鋼におけるオーステナイト系ステンス鋼との溶接部の耐食性が優れているので、溶接方法を簡略化できるとともに、従来、オーステナイト系ステンレス鋼を使用せざるを得ない部分であってもオーステナイト系ステンレス鋼を溶接したフェライト系ステンレス鋼を用いることができるので、作業性の向上や、素材コストの低減等の効果を奏することができる。
【実施例】
【００５４】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００５５】
表１は、異材溶接に相当する溶接芯線としてＹ３１６Ｌ（ＳＵＳ３１６Ｌ相当）を用いてＴＩＧ溶接を行った後、溶接部の耐食性を評価する浸漬試験に供した各フェライト系ステンレス鋼の組成と、ａ値、ｂ値、ｃ値およびｄ値のうちのいずれか１つとしてのＡ値とを示す。
【００５６】
【表１】
2010202916.tif 000002
【００５７】
表１に示す各組成のフェライト系ステンレス鋼を溶製し、熱間圧延にて板厚３．０ｍｍの熱延板とした。また、この熱延板を冷間圧延にて板厚１．０ｍｍとし、仕上焼鈍を９５０〜１１５０℃にて均熱６０ｓで行い、その後、酸洗を施して供試材とした。
【００５８】
また、図１に示すように、各供試材について、２枚の同一供試材のステンレス鋼板１ａ，１ｂをＴＩＧ溶接にて溶接して浸漬試験片２とした。この浸漬試験片２は、溶接ビード部３が一方のステンレス鋼板１ａの長手方向中央部を通るように、一方のステンレス鋼板１ａと他方のステンレス鋼板１ｂとがＴＩＧ溶接され、２枚のステンレス鋼板１ａ，１ｂの間に溶接隙間４が形成されている。また、浸漬試験片２は、溶接ビード部３、図示しない熱影響部および図示しない母材部を有し、溶接ビード部３と熱影響部とにより図示しない溶接部を構成する。なお、ＴＩＧ溶接は、溶接芯線にＹ３１６Ｌ（ＳＵＳ３１６Ｌ相当）を用い、Ａｒバックガスシールを施して行った。ＴＩＧ溶接の条件は、ベース電流が１３０Ａ、パルス電流が１４０Ａ、溶接速度が３００ｍｍ／ｍｉｎ、トーチＡｒガス流量１２ｌ／ｍｉｎ、電極径φ２．４ｍｍである。なお、鋼種Ｎｏ．６および鋼種Ｎｏ．１２の供試材については、Ａｒバックガスシールを施さずにＴＩＧ溶接を行った浸漬試験片２も作成した。
【００５９】
さらに、浸漬試験片２の母材部の端にリード線５をスポット溶接し、リード線５およびその接続部分のみを樹脂被覆した。
【００６０】
そして、このような浸漬試験片２にて浸漬試験を行い、その後、各浸漬試験片２の耐食性を評価した。
【００６１】
浸漬試験は、図２に示すように、浸漬槽６に貯留した８０℃の２０００ｐｐｍＣｌ−水溶液である試験液７に浸漬試験片２を３０日間浸漬させるものであり、ｎ＝３とした。なお、浸漬試験片２には、腐食を促進させるためのＰｔ補助カソード８が接続されている。このＰｔ補助カソード８は４０ｍｍ×６０ｍｍのＴｉ板の表面にＰｔめっきを施したものであり、浸漬試験片２に対して容量３００Ｌの温水缶体に相当するカソード能力を有している。また、浸漬試験中はエアレーションノズル９から試験液７中に空気が供給されている。さらに、飽和ＫＣｌ溶液を貯留した中間槽10および電極槽11を設け、中間槽10中の塩橋としての寒天ブリッジ12を介して、電極槽11中の照合電極としての甘コウ13を浸漬試験片２に接続し、浸漬試験中に腐食電流をモニタして、腐食電流の経時変化によって腐食の進行状態を確認した。
【００６２】
この浸漬試験後、浸漬試験片２の表面を顕微鏡にて観察して最大侵食深さを測定した。最大侵食深さが０．３ｍｍ以下であれば、温水環境においても隙間腐食の進行を抑制できるので、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性が優れていると評価できる。
【００６３】
この浸漬試験での各浸漬試験片２の３０日浸漬後の最大侵食深さを表２に示す。
【００６４】
【表２】
2010202916.tif 000003
【００６５】
表２に示すように、本実施例である鋼種Ｎｏ．１〜１０の各浸漬試験片は、いずれも侵食の最大深さが０．３ｍｍ以下であり、また、Ａｒバックガスシールを施さずにＴＩＧ溶接を行った鋼種Ｎｏ．６の浸漬試験片であっても、侵食の最大深さが０．３ｍｍ以下であった。これら本実施例の各組成のフェライト系ステンレス鋼にオーステナイト系ステンレス鋼を溶接した場合、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性が優れている。
【００６６】
鋼種Ｎｏ．１の試験結果から、質量％で、０．０２％以下のＣ、３％以下のＳｉ、１％以下のＭｎ、０．０４％以下のＰ、０．０３％以下のＳ、３％以下のＮｉ、１８〜２６％のＣｒ、０．３〜２％のＭｏ、０．１〜０．６％のＮｂ、０．０２５％以下のＮを含有し、Ａ値が２３以上となるように組成を調整することにより、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性を向上できることが分かる。
【００６７】
また、鋼種Ｎｏ２〜１０の試験結果より、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｏ、ＶおよびＷを規定した範囲内の量でさらに含有させ、Ａ値が２３以上になるように組成を調整することにより、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性を向上できることが分かる。
【００６８】
なお、Ａｒバックガスシールを施さずにＴＩＧ溶接を行った鋼種Ｎｏ．６の浸漬試験片の試験結果から、Ａｒバックガスシールを施さなくても、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性を十分に確保できることが分かる。
【００６９】
一方、比較例である鋼種Ｎｏ．１１〜１７の各浸漬試験片は、いずれも侵食の最大深さが０．４ｍｍを超えており、Ａｒバックガスシールを施さずにＴＩＧ溶接を行った鋼種Ｎｏ．１２の浸漬試験片も、侵食の最大深さが０．４ｍｍを超えていた。これら比較例の各組成のフェライト系ステンレス鋼にオーステナイト系ステンレス鋼を溶接した場合、オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部の耐食性が十分ではない。
【００７０】
ここで、鋼種Ｎｏ．１１〜１３の比較例は、規定した含有量の条件は満たしているものの、Ａ値が２３より小さいので、マルテンサイト相の生成による水素脆化により隙間腐食が進行してしまったと考えられる。
【００７１】
鋼種Ｎｏ．１４の比較例は、Ａ値が２３以上であるものの、Ｃｒの含有量が規定した範囲より低く、不動態皮膜や再不動態化能が十分でなく、隙間腐食が進行してしまったと考えられる。
【００７２】
鋼種Ｎｏ．１５の比較例は、Ａ値が２３以上であるものの、Ｍｏの含有量が規定した範囲より低く、不動態皮膜や再不動態化能が十分でなく、隙間腐食が進行してしまったと考えられる。
【００７３】
鋼種Ｎｏ．１６の比較例は、Ａ値が２３以上であるものの、Ｎの含有量が規定した範囲より多く、炭窒化物析出によるＣｒ欠乏層に起因した鋭敏化現象により隙間腐食が進行してしまったと考えられる。
【００７４】
鋼種Ｎｏ．１７の比較例は、Ａ値が２３以上であるものの、Ｃの含有量が規定した範囲より多く、炭窒化物析出によるＣｒ欠乏層に起因した鋭敏化現象により隙間腐食が進行してしまったと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、エコキュート（登録商標）、電気温水器、定置型燃料電池や、家庭用コージェネレーションシステムであるエコウィル（登録商標）等に使用される温水器缶体における鏡と胴との隙間、突合せ部、胴の突合せ部だけでなく、溶接隙間構造を有する給油管、燃料タンクの給油系部材、燃料噴射レール、熱交換器部材、配管、貯水槽等の温水環境で使用される部材に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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