(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、
Ｓｉ：１．５％以下、
Ｍｎ：０．４１％以上２．０％以下、
Ｐ：０．０８％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｉ：１．０％以下、
Ｃｒ：１０％以上３５％以下、
Ｍｏ：２．５以下
Ｎｂ：０．１０％以上０．８０％以下、
Ｖ：０．５％以下、
Ｎ：０．０３％以下、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６００℃以下の溶融硝酸塩と接触する部分に形成される酸化物を構成する酸素以外の元素の比率が、原子％で、Ｓｉ＋Ｍｏ≦２０％かつＭｎ＋Ｎｂ≧２０％を満足することを特徴とする、溶融硝酸塩の貯蔵容器または輸送配管用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、
Ｓｉ：１．５％以下、
Ｍｎ：０．６％以上１．５％以下、
Ｐ：０．０８％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｉ：１．０％以下、
Ｃｒ：１０％以上３５％以下、
Ｍｏ：２．５以下
Ｎｂ：０．１０％以上０．８０％以下、
Ｖ：０．５％以下、
Ｎ：０．０３％以下、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６００℃以下の溶融硝酸塩と接触する部分に形成される酸化物を構成する酸素以外の元素の比率が、原子％で、Ｓｉ＋Ｍｏ≦２０％かつＭｎ＋Ｎｂ≧２０％を満足することを特徴とする、溶融硝酸塩の貯蔵容器または輸送配管用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項３】
Ｃｕ：２．０％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｚｒ：０．５％以下、Ｗ：２．５％以下、Ｃｏ：２．０％以下、Ａｌ：０．２％以下、希土類元素を合計で０．１％以下、Ｂ：０．０１％以下、の１種以上を含有することを特徴とする、請求項１または２に記載の溶融硝酸塩の貯蔵容器または輸送配管用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項４】
３０℃から６００℃の平均熱膨張係数が１２ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項１〜３に記載の溶融硝酸塩の貯蔵容器または輸送配管用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項５】
溶融硝酸塩を貯蔵する容器または輸送する配管を有し、当該容器および配管と溶融硝酸塩が接触する少なくとも一部が請求項１〜４に記載のステンレス鋼で構成されることを特徴とする蓄熱システム。
【請求項６】
溶融硝酸塩を貯蔵する容器または輸送する配管を有し、当該配管が太陽熱発電の集熱管、当該容器が太陽熱発電の蓄熱容器であることを特徴とする請求項５に記載の蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４００〜６００℃の熱をエネルギーに利用するために、溶融硝酸塩として蓄熱するシステム、例えば夜間電力の蓄熱、太陽熱の蓄熱、これらを用いた床暖房、温水器、蒸気発電システムにおいて、溶融硝酸塩を貯蔵する容器や輸送する配管の材料として好適なフェライト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油を代表とする化石燃料の枯渇化，ＣＯ２排出による地球温暖化現象等の問題から、従来の発電システムに替わる新しいシステムの実用化が求められている。このなかで、未活用エネルギーや余剰エネルギーを有効活用するための新しいシステム、例えば夜間電力や太陽熱を有効活用し、暖房、温水、発電などのエネルギー源に利用する試みが世界各地で推進されている。これらのシステムのエネルギー効率を上げるためには、発生する熱を出来るだけ高温かつ高効率で回収し、熱そのものをそのままエネルギーとして利用したり、電気または動力に変換することでエネルギーとして利用することが必要不可欠である。
【０００３】
熱の有効活用には、これを輸送したり貯蔵するための熱媒体が不可欠である。熱媒体としては、水、油、蒸気、溶融塩などが挙げられる。このなかで溶融塩は、文献１に開示されているように、高温熱媒体として蒸気圧が低く、ポンプ動力に対する伝熱係数が高いことから、蓄熱材や熱輸送媒体として広く使用されており、溶融塩増殖炉、太陽熱発電プラントの集熱・蓄熱媒体、コジェネレーションにおける蓄熱材などに利用されている。溶融塩には多種多様の塩組成を構成することが可能であるが、アルカリ硝酸塩は６００℃で空気と接触しても熱力学的に安定で操業温度を３００〜６００℃とすることが可能である。
【０００４】
溶融硝酸塩に対し好適な材料を検討した例は、文献１にまとめられているとおり、古くから開示されており、例えば、４０質量％ＫＮＯ３−６０質量％ＮａＮＯ３中では、５０００時間の自然対流式ループ試験でＡｌｌｏｙ８００、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６のいずれも０．０１〜０．０３ｍｍ／年と軽微な腐食であることや、１２２日の静止浴中試験では腐食量はＮｉ含有量に依存し、Ａｌｌｏｙ８００やステンレス鋼であっても０．８〜２．５ｍｍ／年と著しく損傷する場合があるとされている。試験条件により材料の腐食減量は異なっているが、硝酸塩中ではＣｒはクロメートイオンとして溶解すること、Ｆｅ系酸化物はこれを抑制する可能性があること、などが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ステンレス鋼便覧、第３版、日刊工業新聞社（１９９５）４０２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した文献１には、Ｎｉの影響が最も大きく、５０〜８０％のＮｉを添加した合金の特性が良好であること、また、純Ｎｉ、Ｎｉを含まないフェライト系ステンレス鋼や、Ｓｉを含むオーステナイト系ステンレス鋼は、これらの環境には好ましくないとの結果が開示されている。このような環境で貯蔵用の容器や輸送用の配管として使用可能な耐久性を有するのは、これまでの開示例を勘案するとＮｉ基の高合金のみとなってしまう。しかし、Ｎｉ基高合金は非常に高価な材料であるとともに、製造コストがＮｉの市況に左右されやすく、多量に安定的に使用することが困難となる可能性を否定できない。したがって、Ｎｉ基高合金に近い耐食性を有し、なおかつコストおよび供給面で有利なＦｅ基材料、とくに耐食性と耐熱性を兼備するステンレス鋼を適用できることが望ましいといえる。
【０００７】
しかしステンレス鋼の場合、使用環境である４００℃〜６００℃の耐溶融硝酸塩腐食性は、必ずしも明らかになっていないのが現状である。より好適な成分範囲を提示した例が見当たらないのに加え、ステンレス鋼に特有の課題、すなわち４７５脆性、σ脆性、鋭敏化などを加味するとともに、高温強度や耐水蒸気酸化性といった基本特性を高いレベルで確保するための適正な成分系も明確にされていないのが現状といえる。
【０００８】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、４００〜６００℃の温度域で溶融硝酸塩と接触する部位に好適なフェライト系ステンレス鋼の合金設計、さらには溶融硝酸塩に接する部位の好ましい表面形態を明確化し、Ｎｉ基高合金よりも製造性に優れ、夜間電力の蓄熱システムや太陽熱の蓄熱システムに好適な安価な材料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】
【０００９】
本発明の溶融硝酸塩の貯蔵容器または輸送配管用材料は、その目的を達成するため、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：０．４１％以上２．０％以下、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１０％以上３５％以下、Ｍｏ：２．５％以下、Ｎｂ：０．１０％以上０．８０％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｎ：０．０３％以下、必要に応じ、Ｃｕ：２．０％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｚｒ：０．５％以下、Ｗ：２．５％以下、Ｃｏ：２．０％以下、Ａｌ：０．２％以下、希土類元素を合計で０．１％以下、Ｂ：０．０１％以下、の１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６００℃以下の溶融硝酸塩と接触する部分に形成される酸化物を構成する酸素以外の元素の比率が、原子％で、Ｓｉ＋Ｍｏ≦２０％かつＭｎ＋Ｎｂ≧２０％を満足することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼により構成されていることを特徴とする。好ましくは、Ｍｎ：０．６％以上１．５％以下、さらに好ましくは、３０℃から６００℃の平均熱膨張係数が１２ｐｐｍ／℃以下である前記フェライト系ステンレス鋼により構成される。さらに溶融硝酸塩を貯蔵する容器または輸送する配管を有し、溶融硝酸塩が接触する少なくとも一部が前記フェライト系ステンレス鋼で構成される蓄熱システムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る鋼材によれば高価なＮｉの含有量をほとんど添加する必要がなくなり、Ｎｉ基耐熱合金が使用されていた各種分野の蓄熱用材料として、とくに、夜間電力の蓄熱、太陽熱の蓄熱、これらを用いた床暖房、温水器、蒸気発電システムにおいて、溶融硝酸塩を貯蔵する容器や輸送する配管として適用範囲の拡大が期待される。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明者らは、最高温度６００℃の溶融硝酸塩環境に優れるフェライト系ステンレス鋼の好適な成分系を明確化することを目的として、ＳＵＳ４３０を出発材として種々の合金元素の影響を検討した。その結果、従来知見とは異なり、フェライト系ステンレス鋼でも単相組織であれば十分な耐溶融硝酸塩腐食性に優れる成分系が存在すること、オーステナイト系ステンレス鋼での知見とは異なり、Ｓｉの成形性を損なわない範囲での添加では、耐溶融硝酸塩腐食性を大幅に劣化させないことを明らかにした。一方、溶融硝酸塩が接する部分の容器や配管の耐久性を考慮した場合、６００℃までの加熱と冷却が繰り返されるため、材料としては熱疲労特性が重視されるが、この熱疲労特性の向上には自動車排気経路部材で得られている従来知見と同様に、ＮｂとＭｏの添加が非常に有効であることを確認した。さらに、熱疲労特性を向上させるべく鋼材の熱膨張係数を調整することが必要なことを新たに知見した。一方で、太陽熱の集光集熱には、ステンレス鋼の表面処理が必要となることが多いが、フェライト系ステンレス鋼において、ＮｂとＭｎを複合添加すると、表面処理がなくとも集光集熱特性が向上することも明らかにした。以上のような耐溶融硝酸塩腐食性、熱疲労特性、集光集熱特性を同時に満足する成分範囲を厳密に規定できることを新たに見出し、本発明に至った。
【００１２】
以下に、本発明の耐溶融硝酸塩腐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼を構成する各合金元素および定義された限定式について、その範囲選定理由を説明する。
【００１３】
Ｃ：０．０３質量％以下
高温強度，特にクリープ特性を改善する成分であるが、フェライト系ステンレス鋼に過剰添加すると加工性，低温靭性を著しく低下させる。また、ＴｉやＮｂとの反応によって炭窒化物を生成しやすく、高温強度の改善に有効な固溶Ｔｉや固溶Ｎｂを減少させる。ＴｉやＮｂを添加しない場合または添加量が少ない場合には、熱処理条件によってはＣｒ炭化物を形成し、Ｃｒ欠乏層が存在すれば、耐食性や耐溶融硝酸塩腐食性を低下させる。したがって、本成分系ではＣ含有量は少ないほど好ましく、その上限を０．０３質量％に設定した。
【００１４】
Ｓｉ：１．５質量％以下
Ｃｒ系酸化物の安定化に有効な合金成分であり、高温酸化特性、とくに耐水蒸気酸化性の向上に有効な元素である。しかし、１．５質量％を超える過剰量のＳｉが含まれると、耐溶融硝酸塩腐食性の著しい低下を引き起こすだけでなく、加工性、とくに延性を著しく低下させ、低温靭性も低下する。また、鋼表面に疵が生成しやすくなり、製造性も低下する。そこで、Ｓｉの上限は１．５質量％に設定した。より好ましいＳｉの範囲は、０．２質量％以上１．０質量％以下である。
【００１５】
Ｍｎ：２．０質量％以下
フェライト系ステンレス鋼の耐スケール剥離性を向上させる成分であり、本発明ではとくに、溶融硝酸塩と接する部分を含む、６００℃までに加熱された際に、集熱に好適な酸化物を容易に形成する重要な元素である。その効果は微量の添加でも発現するが、０．６質量％以上で顕著になる。一方、２．０質量％を超える過剰量のＭｎが含まれると鋼材が硬質化し、加工性、低温靭性が低下する。このためＭｎの上限は２．０質量％とした。好ましいＭｎ含有量の範囲は、０．６質量％以上１．５質量％以下、さらに好ましくは０．８質量％以上１．２質量％以下である。
【００１６】
Ｐ：０．０８質量％以下
Ｐは、母材の熱間加工性を損なうので低い方が望ましい。ただし、含Ｃｒ鋼の溶製において精錬による脱Ｐは困難であることから、Ｐ含有量を極低化するには原料の厳選などに過剰なコスト増を伴う。したがって本発明では一般的なオーステナイト系ステンレス鋼と同様に、０.０８質量％までのＰ含有を許容する。
【００１７】
Ｓ：０.０１質量％以下
熱間加工性，耐溶接高温割れ性に悪影響を及ぼす成分であり、異常酸化の起点にもなる。そのため、Ｓ含有量は可能な限り低くすることが好ましく、上限を０.００５質量％に設定した。
【００１８】
Ｎｉ：１．０質量％以下
オーステナイト生成元素であり、Ｃｌを含む溶融塩腐食環境において、耐食性を改善する元素として知られる。しかし過剰な添加は、オーステナイト相を生成しやすくなり、所望の熱膨張係数を満足しないこと、製造コストが高くなる。このため、本発明のフェライト系ステンレス鋼においても１．０質量％以下の範囲でＮｉの含有を許容する。
【００１９】
Ｃｒ：１０．０質量％以上３５．０質量％以下
ステンレス鋼に必要な耐食性および耐酸化性を付与する上で必要な合金成分である。また、耐溶融硝酸塩に対しても安定なＣｒ系酸化物を形成するために必須であり、その効果は、１０．０質量％以上の添加で顕著となる。一方、３５．０質量％を超えるＣｒの添加は、フェライト系ステンレス鋼の加工性、溶接性および低温靭性を低下させるとともに、４７５℃脆化感受性を高めるため、その上限は３５．０質量％とした。
【００２０】
Ｍｏ：２．５質量％以下
Ｍｏは、ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素であり、とくに塩化物を含む溶融塩腐食に対して有効な元素として知られる。また高温では、固溶強化によってフェライト系ステンレス鋼の高温強度を向上させる元素であり、熱疲労特性に対しても有効に作用する。本発明においては、Ｍｏを過剰に添加すると溶融硝酸塩と接する部分の酸化皮膜中に濃縮し、耐溶融硝酸塩腐食性を低下させる。さらに、鋼材が過度に硬質化するとともに、加工性および低温靭性を低下させ、４７５℃脆化感受性を高める。このためＭｏの上限は、２．５質量％に設定した。
【００２１】
Ｎｂ：０．１０％以上０.８０質量％以下
Ｎｂは、鋼中のＣを炭化物として固定し、ステンレス鋼の鋭敏化を抑制する元素である。また、高温では固溶または析出強化として、高温強度の上昇に極めて有効に作用するため、本発明においては熱疲労特性を改善する元素としてＶと複合で添加される。ＶとＮｂでＣを固定し残りの固溶Ｎｂが高温強度の上昇に寄与するため、Ｎｂの添加量は０．１質量％以上必要である。しかし、過剰な添加は、Ｍｏと同様に鋼を硬質化させ、加工性、溶接性および低温靭性を低下させる。このためＮｂの上限は、０．８０質量％とした。
【００２２】
Ｖ：０．５質量％以下
Ｖは炭化物形成元素であり、耐粒界腐食性に有害なＣを炭化物として固定し改善させる効果を有する。また、高温強度の改善にも有効な元素である。本発明においては、Ｃを０．０３質量％以下に抑制しているものの、これでは十分でない場合があるため、Ｖを若干量添加し、粒界へのＣｒ炭化物の析出を抑制させるとともに、鋼の結晶粒を微細化させ低温靭性を改善させるのが好ましい。しかし、Ｖの過剰な添加は、逆に加工性や溶接性を害する。このためＶの上限は０．５質量％とした。
【００２３】
Ｎ：０.０３質量％以下
高温強度，特にクリープ特性を改善する成分であるが、フェライト系ステンレス鋼に過剰添加すると加工性，低温靭性を著しく低下させる。また、ＴｉやＮｂとの反応によって炭窒化物を生成しやすく、高温強度の改善に有効な固溶Ｔｉや固溶Ｎｂを減少させる。したがって、本成分系では、Ｎ含有量はＣと同様に少ないほど好ましく、上限を０.０３質量％に設定した。
【００２４】
Ｔｉ：０．５質量％以下、Ｚｒ：０．５質量％以下
ＴｉおよびＺｒは、ＶやＮｂと同様に炭化物形成元素であり、鋼中のＣやＮを炭化物や窒化物として固定し、耐粒界腐食性を改善する効果を有する。また加熱によって酸化物を形成しやすい元素であるため、Ｍｎ添加との相乗効果により、集熱に好適な酸化物を形成するのにも有効に作用する。しかし、ＴｉやＺｒの過剰な添加は、製鋼時に多量の窒化物を生成し、鋼の表面欠陥の起因となることがある。さらに、硬質化するため鋼の加工性、溶接性および低温靭性を低下させる。このため、ＴｉおよびＺｒの上限は、それぞれ０．５質量％とした。
【００２５】
Ｗ：２．５質量％以下、Ｃｏ：２．０質量％以下
ＷおよびＣｏは、フェライト系ステンレス鋼に対して、固溶強化元素として高温強度、すなわち熱疲労特性の向上に有効に作用するため、いずれも必要に応じて添加される合金成分である。過剰に添加すると、鋼の加工性や低温靭性を低下させるばかりでなく、鋼の製造コストを大幅に上昇させるため、それぞれの上限を、Ｗは２．５質量％、Ｃｏは２．０質量％に設定した。
【００２６】
Ａｌ：０．２質量％以下、ＲＥＭ：０．１質量％以下
Ｃｒ系の酸化物の安定化、またはアルミナ系酸化物としてコランダム型の単一層を形成し、耐水蒸気酸化性を劇的に改善する元素であるため、必要に応じて添加することが可能である。その一方で０．２質量％を超えるＡｌの添加、および０．１質量％を超えるＲＥＭの添加は、鋼の溶接性および低温靭性を著しく下げるとともに、４７５℃脆化感受性が高くなり、使用中の劣化に配慮する必要を生じるばかりでなく、製造時に表面疵が生じやすくなり製造コストの上昇を招く。また、過剰な添加は、集熱性に好適な酸化物の形成を阻害する要因にもなり得るうえ、加工性低温靭性が著しく低下する。このため、それぞれの上限を、Ａｌは０．２質量％以下、ＲＥＭは０．１質量％以下とした。
【００２７】
Ｂ：０．０１質量％以下
ステンレス鋼の粒界を強化し、二次加工において脆性破壊を抑制する元素であり、とくにＴｉを添加する場合に顕著な効果が現れるため、必要に応じ添加が可能である。過剰な添加は、成形性や低温靭性を低下させるため、その上限は、０．０１質量％とした。
【００２８】
その他の成分について本発明では特に規定するものではないが、一般的な不純物元素であるＯは可能な限り低減することが好ましい。通常はＯ：０.０２質量％以下に規制されるが、高レベルの加工性や溶接性を確保する場合にはＯをさらに厳しく規制する。また、耐熱性の改善に有効なＴａ、熱間加工性の改善に有効なＭｇ、Ｃａ、Ｙ等の元素も必要に応じて添加できる。その含有量の上限はとくに指定しないが、ＴａはＷの範囲と、Ｙ、Ｃａ、ＭｇはそれぞれＲＥＭの範囲と同等にするのが好ましい。
【００２９】
さらに、合金元素の添加量を規定した場合においても、使用条件によっては、表層にＳｉやＭｏなどの元素が濃化し、耐溶融硝酸塩腐食性に悪影響を及ぼす可能性を否定できない。そこで、種々の条件で溶融硝酸塩に浸漬したあとの腐食量と表層酸化物の組成との関係を調査し、より安定した耐溶融硝酸塩腐食性を確保するための指標として、表層酸化物中のこれらの酸素以外の元素の比率が、Ｓｉ＋Ｍｏ≦２０原子％の関係を満足するよう規制を設けた。一方で、溶融硝酸塩に浸漬したあとの表層酸化物を調査する過程において、ＭｎまたはＮｂを含有する合金は、表層酸化物が比較的厚く生成するものの耐溶融硝酸塩腐食性に悪影響を及ぼさないこと、これとは逆に生成した表層酸化物が、集熱性の観点からは好ましいことを知見した。集熱性を向上させる表層酸化物を調査した結果、これらの元素が、Ｍｎ＋Ｎｂ≧２０原子％の関係を満足していることが好ましい。このような表層酸化物の組成は、本願明細書記載の合金組成からなる鋼材を通常の製造条件で製造すれば、溶融硝酸塩に接触する環境下で生成されるものである。
【００３０】
熱疲労特性を向上させる因子としては、上述したように、高温強度に加え、熱膨張係数が重要となる。耐熱部品の構造によって、加熱と冷却の繰り返しにおいて熱ひずみの発生は異なるが、その熱ひずみの発生量を材料の０．２％耐力よりも小さな値に設計すれば、十分な熱疲労特性が確保できると考えられる。設計において熱ひずみの発生を小さくするには、構造材の拘束率を小さくする必要がある。本発明では、この拘束率を３０％程度とすることを仮定し、３０〜６００℃の加熱と冷却の繰り返しにおいて、０．２％以上の熱ひずみが加わらないよう、３０〜６００℃の平均熱膨張係数を１２ｐｐｍ／℃以下とした。
【００３１】
以上の合金元素で構成されるフェライト系ステンレス鋼を用いた蓄熱システムは、溶融硝酸塩を貯蔵する容器または輸送する配管として使用することが可能である。溶融硝酸塩の組成は、本発明ではとくに規定しないが、一般的な溶融硝酸塩組成として、４０質量％ＫＮＯ３−６０質量％ＮａＮＯ３の硝酸塩のみで構成される共融塩や、７．２質量％ＮａＮＯ３−５９．１質量％ＫＮＯ３−３３．７％ＮａＮＯ２の亜硝酸塩を含む共融塩などが挙げられる。ただし、この共晶組成から外れても使用温度の下限を明確にしておけば運転上または接触する材料に対し問題を起こすことはなく、またこの溶融塩にＭｇＯやＡｌ２Ｏ３などの固体蓄熱材を混合させても構わない。しかし、溶融塩腐食性を著しく促進する可能性のある不純物は避けるべきである。本発明においてはその不純物の上限量はとくに規制しないが、炭酸塩や硫酸塩は、５質量％以下に、Ｃｌ、Ｂｒなどのハロゲン族元素、Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属元素は、１質量％以下に制限する方が好ましい。
【実施例１】
【００３２】
表１に示す化学組成を有するステンレス鋼を溶製し、熱間圧延にて板厚４．５ｍｍの熱延板を作製した。その後、焼鈍と冷間圧延を行い板厚２．０ｍｍとし、大気焼鈍を８５０〜１０５０℃で行った。大気焼鈍材は、弗硝酸を用い５０℃にて酸洗を行った。
【００３３】
【表１】
0005973759.tif 000002
【００３４】
焼鈍材から試験片を切り出し、耐溶融硝酸塩腐食性、加工性、溶接性を評価した。耐溶融硝酸塩腐食性試験は、板厚２．０ｍｍの試験片を用い、上述した手法、すなわち６０質量％ＮａＮＯ３−４０質量％ＫＮＯ３の溶融硝酸塩にて６００℃１００時間の加熱試験を行い、腐食減量にて評価した。なお、表面酸化物を構成する元素の測定は、溶融硝酸塩は水洗で除去し、スケール（腐食生成物）は除去せずに、乾燥した後にグロー放電発光分光分析装置にて行った。酸素ピーク値が最高値の半分の強度になるまでの深さをスケールと定義して、スケール中の元素濃度を深さ方向に積分し、それぞれの元素の積分値を金属元素（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ）の積分値の総和で除して、原子％を概算した。
【００３５】
熱膨張係数の測定は、示差膨張分析装置を用いて行った。石英を標準試料として用い、昇温速度１℃／秒で膨張量を測定し、３０℃から６００℃での平均熱膨張係数を算出した。
熱疲労特性は、丸棒を直径１０mmの試験片に加工し、拘束率３３％の条件下で行った。大気中にて「１００℃×３０秒保持→昇温速度３℃／秒で６００℃まで昇温→６００℃で３０秒保持→冷却速度３℃／秒で１００℃まで冷却」を１サイクルとするヒートサイクルを繰り返し、１０サイクル目の非弾性ひずみ範囲を算出した。
集熱特性は、６０質量％ＮａＮＯ３−４０質量％ＫＮＯ３の溶融硝酸塩にて６００℃１００時間の加熱試験を行ったあとの試験片を用い、溶融硝酸塩を取り除いた後、ＪＩＳ  Ａ１４３３（赤外線放射温度計による放射率の簡易測定方法）に準拠して、６００℃の放射率を算出した。
【００３６】
【表２】
0005973759.tif 000003
【００３７】
表２の試験結果にみられるように、本発明に従った鋼種番号Ａ〜Ｌは、表面酸化物の組成が、Ｓｉ＋Ｍｏ量で２０原子％以下であるため、６００℃１００時間の溶融硝酸塩中浸漬後の腐食減量が１５ｍｇ／ｃｍ２以下となっており、耐溶融硝酸塩腐食性に優れていることがわかる。また、３０〜６００℃の平均熱膨張係数が１２ｐｐｍ／℃以下になっているため、熱疲労特性の指標となる非弾性ひずみ範囲が０．０１％以下と小さく、熱疲労特性にも優れていることがわかる。さらに、表面酸化物の組成が、Ｍｎ＋Ｎｂ量で２０原子％以上であるため、６００℃１００時間の溶融硝酸塩中浸漬後の放射率が高く、集熱性にも優れることがわかる。
【００３８】
一方、比較鋼ＭはＳｉの上限値が、比較鋼ＮはＭｏの上限値が本発明の範囲から外れており、表面酸化物のＳｉ＋Ｍｏの濃度がそれぞれ本発明で規定する範囲を超えているため、耐溶融硝酸塩腐食性に劣っている。比較鋼Ｏは、Ｓｉは本発明の規定する範囲内であるものの、酸化物組成のＳｉ＋Ｍｏが本発明の範囲外であり、耐溶融硝酸塩腐食性に劣っている。比較鋼Ｐは、Ｍｎの添加量が極めて少ないため、表面酸化物のＭｎ＋Ｎｂの量が本発明で規定する範囲の下限を外れているため、放射率が低く、集熱性に劣っている。比較鋼Ｑは、Ｎｂの添加量が本発明で規定する範囲よりも少ないため、表面酸化物のＭｎ＋Ｎｂの量が本発明で規定する範囲の下限を外れており、比較鋼Ｐと同様に、放射率が低く、集熱性に劣っている。また比較鋼Ｑは、Ｎｂによる高温高強度化が不十分であるために、熱膨張係数が本発明に規定する範囲であっても、非弾性ひずみ範囲が大きく、熱疲労特性に劣る。比較鋼Ｒは、Ｎｉの添加量が本発明の範囲から外れたオーステナイト系ステンレス鋼であり、熱膨張係数が大きいため、非弾性ひずみ範囲が大きく、熱疲労特性に劣る。このため、熱ひずみを抑制する設計上の制約を生じる。比較鋼Ｓは、Ｃｒの添加量が本発明で規定する範囲よりも少ないため、熱膨張係数が本発明の規定する範囲よりも大きくなり、非弾性ひずみ範囲が大きく、熱疲労特性に劣る。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上に説明したように、本発明のフェライト系ステンレス鋼は、ステンレス鋼で耐溶融硝酸塩腐食性に及ぼす各合金成分の影響に加え、生成する酸化物の組成範囲を取り込んだこと、熱疲労特性や太陽光の集熱特性に優れる物理的性質や酸化物の組成範囲を規定したことで、高価なＮｉの含有量をほとんど添加する必要がなくなり、Ｎｉ基耐熱合金が使用されていた各種分野の蓄熱用材料として、とくに、夜間電力の蓄熱、太陽熱の蓄熱、これらを用いた床暖房、温水器、蒸気発電システムにおいて、溶融硝酸塩を貯蔵する容器や輸送する配管として適用範囲の拡大が期待される。