(57)【要約】【課題】海洋構造物や排煙脱硫装置等のろう付け構造体、排気ガス熱交換部品等のろう付け構造部品に使用される場合において、優れた耐食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼の提供。【解決手段】所定の化学組成を有し、下記式（１）を満たすことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。  Ｆｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦５０．０００  ・・・  （１）  但し、上記式（１）中の元素記号は、当該元素の鋼中における含有質量％を意味する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１００％、
Ｓｉ：０．０１〜１．００％、
Ｍｎ：０．０１〜１．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｎｉ：１７．００〜３５．００％、
Ｃｒ：１８．００〜３０．００％、
Ｍｏ：４．００〜８．００％、
Ｃｕ：０．１０〜３．００％、
Ｎ：０．１００〜０．４００％および
Ａｌ：０．００１〜０．１００％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（１）を満たすことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｆｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦５０．０００  ・・・  （１）
但し、上記式（１）中の元素記号は、当該元素の鋼中における含有質量％を意味する。
【請求項２】
さらに質量％で、
Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．３００％、
Ｎｂ：０．００１〜０．３００％、
Ｗ：０．０１〜１．００％、
Ｖ：０．０１〜０．５０％、
Ｓｎ：０．００１〜０．５００％、
Ｓｂ：０．００５〜０．５００％および
Ｃｏ：０．０１０〜０．５００％
のうち何れか１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
さらに質量％で、
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｚｒ：０．００１〜０．３００％、
Ｇａ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｔａ：０．００１〜０．０５０％および
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合が１．００％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
排気ガス熱交換部品に使用される請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項６】
ろう付け構造部品に使用される請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項７】
ろう付け後の鋼において、表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合が１．００％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の鋼成分を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項８】
請求項７に記載のオーステナイト系ステンレス鋼からなるろう付け構造体。
【請求項９】
請求項７に記載のオーステナイト系ステンレス鋼からなるろう付け構造部品。
【請求項１０】
請求項７に記載のオーステナイト系ステンレス鋼からなる排気ガス熱交換部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオーステナイト系ステンレス鋼、ろう付け構造体、ろう付け構造部品および排気ガス熱交換部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣｒやＮｉ、Ｍｏ等を多量に含有したオーステナイト系ステンレス鋼は耐食性に優れるため、海洋構造物や排煙脱硫装置等のろう付け構造体および自動車排気系部品等のろう付け構造部品は、非常に腐食性の高い環境で使用される。
【０００３】
上述のオーステナイト系ステンレス鋼が海洋構造物に使用される場合は、Ｃｌ−濃度の高い海水による腐食が懸念される。特に、Ｃｌ−による腐食により、構造物の穴あきや寿命低下が懸念されるため、材料には孔食発生起点の低減が求められる。
【０００４】
また、排煙脱硫装置に使用される場合は、配管内で排気ガス温度が低下した際に、ＳＯｘが排気ガス中の水分と反応して硫酸となり、配管内面に結露するため、厳しい腐食環境に曝される。さらに、実環境ではＣｌ−が混入し、乾湿の繰り返しにより、ＳＯｘおよびＣｌ−を含む水分が濃縮する場合がある。そのため、オーステナイト系ステンレス鋼が排煙脱硫装置に使用される場合も同様に、高い耐食性が求められる。
【０００５】
また、近年、自動車分野においては、排気ガスに含まれるＣＯ２、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の各成分が大気汚染や環境汚染の原因となるため、様々な規制強化が行われている。そのため、自動車のＣＯ２排出量削減、燃費改善を目的として、高効率燃焼やアイドリングストップ等によるエンジン効率の向上、材料置換による軽量化のみならず、ハイブリッド車（ＨＥＶ）やバイオ燃料、水素／燃料電池自動車（ＦＣＶ）、電気自動車（ＥＶ）等のエネルギー多様化による改善が必要とされている。
【０００６】
その中で、排気熱を回収する熱交換器、いわゆる排熱回収器を取り付けて燃費向上を図る取り組みもなされている。排熱回収器は、排気ガス熱を熱交換によって冷却水に伝達し、熱エネルギーを回収、再利用して冷却水温度を上昇させることで、車室内の暖房性能を向上させるとともに、エンジン暖気時間を短縮して燃費性能を向上させるシステムであり、排気熱再循環システムとも呼ばれる。
【０００７】
また、排気ガスを再循環させる排気ガス再循環装置を設置する取り組みもなされている。排気ガス再循環装置としては、例えば、ＥＧＲクーラがある。ＥＧＲクーラはエンジンの排気ガスをエンジン冷却水や空気により冷却させた後、吸気側に戻して再燃焼させることで燃焼温度を下げ、有害ガスであるＮＯｘの排出量を低下させる装置である。
【０００８】
このようなＥＧＲクーラや排熱回収器の熱交換部は、良好な熱効率が要求され、熱伝導率が良好であると共に、排気ガスと接するため排気ガス凝縮水に対して優れた耐食性が要求される。特に、これらの部品はエンジン冷却水が流れることから、腐食による穴あきが生じた場合には重大事故に繋がる危険があること、また、使用される材料は熱交換効率を高めるために板厚が薄いことから、排気系下流部材よりも優れた耐食性を有する材料が求められる。
【０００９】
排気ガス凝縮水の組成は燃料の品位によって変化する。燃料の精製が不十分で燃料中のＳ量が多い場合、排気ガス中のＳＯｘ濃度が高くなり、排気ガス凝縮水中のＳＯ４２−、ＳＯ３２−濃度が高くなる。その結果、排気ガス凝縮水のｐＨが高くなることで、厳しい腐食環境となる。また、燃料中にＣｌ−が含まれる場合がある。Ｃｌ−は排気ガスを経由して排気ガス凝縮水中に含まれ、孔食発生の原因となる場合がある。
このように排気ガス凝縮水の腐食性は燃料の品位に大きく左右される。特に、排気ガス凝縮水中のＣｌ−、ＳＯ４２−、ＳＯ３２−濃度が高い燃料を使用する地域は、粗悪燃料地域と呼ばれる。
【００１０】
従来、マフラーを主体とした排気系下流部材の中で、特に耐食性が求められる部位には、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４３６Ｌといった、１７％以上のＣｒを含むフェライト系ステンレス鋼が用いられているが、排熱回収器やＥＧＲクーラの材料にはこれら以上の耐食性が求められ、ＳＵＳ４４４等の高耐食フェライト系ステンレス鋼が用いられる。そして、粗悪燃料地域で使用される排熱回収器やＥＧＲクーラの材料にはさらなる耐食性が求められ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどを多く含有させた高合金オーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。
【００１１】
ここで、ＥＧＲクーラや排熱回収器は、ろう付け接合によって組み立てられることが一般的であるが、高合金オーステナイト系ステンレス鋼は、ろう付け等の真空熱処理を施すことによって、材料の耐食性が低下する場合がある。その原因は、σ相と呼ばれるＣｒやＭｏに富む金属間化合物の析出である。ろう付けによりσ相が析出すると、σ相近傍の母材でＣｒ、Ｍｏ濃度が低下して腐食起点となると考えられている。
【００１２】
そのため、製造後はもちろん、ろう付けを施されて、種々の構造物やプラント、ＥＧＲクーラや排熱回収器等の自動車部品に製造される際にも、σ相が析出し難く、且つσ相が析出しても耐食性低下幅の小さなオーステナイト系ステンレス鋼が求められる。
【００１３】
特許文献１には、重量％で、Ｃ：≦０．０３、Ｓｉ：≦０．５、Ｍｎ：≦６．０、Ｃｒ：２８〜３０、Ｎｉ：２１〜２４、（Ｍｏ＋Ｗ／２）：４〜６、そのうちＷ：≦０．７、Ｎ：０．５〜１．１、Ｃｕ：≦１．０を含有し、残部がＦｅおよび鋼の製造を起源とする通常含有量の不純物からなる組成を有することを特徴とし、ＰＲＥ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１．６５Ｗ＋３０Ｎで表されるＰＲＥ値が少なくとも６０以上となる量を含有することを特徴とする鋼が開示されている。σ相生成を促進するＭｏ含有量を低く抑え、Ｍｏの代わりにＮを含有させることでσ相生成を抑制するとともに、高い耐食性を有するステンレス鋼を提案している。しかし、Ｍｏ含有量を低く抑えると、排気ガス凝縮水環境で孔食が発生した際の溶解速度を抑制する効果が低減されるため、排熱回収器やＥＧＲクーラなどの薄肉材を用いる部品では、孔食が生じた際に短期間で貫通した穴あきが生じる恐れがある。
【００１４】
特許文献２には、Ｃ：０．００１〜０．０３０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．７０質量％、Ｍｎ：０．１０〜１．００質量％、Ｐ：０．００５〜０．０４５質量％、Ｓ：０．００３質量％以下、Ｎｉ：１８．００〜４０．００質量％、Ｃｒ：２０．００〜３０．００質量％、Ｃｕ：２．００質量％以下、Ｍｏ：３．００〜８．００質量％、Ｎ：０．０５〜０．３０質量％、Ａｌ：０．１３質量％以下、さらにＣｒ＋２Ｍｏ＋０．５Ｎｉ≧４０であって、残部が実質的にＦｅである組成を有する、排気ガス流路部材用オーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。上記鋼を煮沸結露試験で評価した結果を示しているが、ろう付けによりσ相が析出した後の耐食性について言及されていない。
【００１５】
特許文献３には、Ｃ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．０１〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０１〜２．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０１０ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：１０〜３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１６〜３０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．２０ｍａｓｓ％以下を含有し、かつ、（１）式；２０×Ｓｉ＋１００×Ｐ≦４．５・・・（１）（ただし、上記式中のＳｉ、Ｐは、各成分の含有量（ｍａｓｓ％）を示す。）を満たすＳｉとＰとを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。低Ｐ化かつ低Ｓｉ化することで耐粒界腐食性を向上させているが、ろう付けによりσ相が析出した後の耐食性について言及されていない。
【００１６】
特許文献４には、Ｃ：０．０３０質量％以下、Ｓｉ：０．１０〜０．７０質量％、Ｍｎ：０．１０〜２．００質量％、Ｎｉ：１０．００〜４０．００質量％、Ｃｒ：１７．００〜３０．００質量％、Ｐ：０．００５〜０．４０質量％、Ｓ：０．０００５〜０．００３質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５質量％、Ｍｏ：１．００〜６．００質量％、Ａｌ：０．１質量％以下、Ｎ：０．００５〜０．０５０質量％、Ｎｂ：２．００質量％以下であり、さらにＮｂ／（Ｃ＋Ｎ）≧２０を満たす、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、固溶Ｃ量が０．００５質量％以下であり、ｌａｖｅｓ相が析出していない、耐食性に優れた排気ガス流路部材用オーステナイト系ステンレス鋼材及びその製造方法が開示されている。熱処理時間を制御することで耐粒界腐食性を向上させているが、ろう付けによりσ相が析出した後の耐食性について言及されていない。
【００１７】
特許文献５には、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：４．０％以下，Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０５％以下，Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：２０〜３０％、Ｎｉ：２０〜３５％、Ｍｏ：３〜８％，Ｎ：０．０２〜０．３％、Ａｌ：０（無添加）〜４．０％，Ｃｕ：０（無添加）〜４．０％，Ｌａ＋Ｃｅ：０（無添加）〜０．３％以下、Ｂ：０（無添加）〜０．０５％で、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、σ相が１．０体積％以下であるオーステナイト系ステンレス鋼板が開示されている。熱間圧延条件を制御することでσ相析出を抑制して延性や加工性を向上させているが、ろう付け後のσ相析出についてや、その耐食性への影響については言及されていない。
【００１８】
特許文献６には、質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：２０．０〜３７．０％、Ｃｒ：１８．０〜２８．０％、Ｍｏ：４．０〜７．０％、Ｃｕ：０．５〜２．５％、Ｎ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．１０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式で定義されるＰＩ値が４４．０〜５０．０、下記（２）式で定義されるＧＩ値が１２０．０〜１５０．０、下記（３）式で定義されるＭｄ値が０．９２０未満、下記（４）式で定義されるＭｄｃ値が０．４０未満であり、面積率で、板厚中央のσ相が１．０％未満である、高合金オーステナイト系ステンレス鋼板が開示されている。
ＰＩ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１６Ｎ  …  （１）
ＧＩ＝−Ｃｒ＋４Ｎｉ＋５Ｍｏ＋１８Ｃｕ  …  （２）
Ｍｄ＝（１．１４２Ｃｒ＋０．７１７Ｎｉ＋１．５５０Ｍｏ＋０．９５７Ｍｎ＋０．６５１５Ｃｕ＋１．３３Ｓｉ＋１．９Ａｌ＋０．８５８Ｆｅ−１．４Ｎ−０．４３Ｃ）／１００  …  （３）
Ｍｄｃ＝（Ｍｄ−０．９１）×（Ｃｒ＋２Ｍｏ）  …  （４）
ただし式（１），（２），（４）中の元素記号は、各元素の含有率（質量％）であり、式（３）中の元素記号は、各元素の含有率（原子％）である。
ＰＩ値を高くすることで腐食の発生を抑制し、ＧＩ値を高くすることで腐食が発生した場合の溶解速度を遅くしている。また、Ｍｄ値、Ｍｄｃ値を低くすることで、板厚中心部のσ相の析出を抑制しているが、ろう付け後のσ相析出についてや、冷却条件を調整することで表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合を低減させ、さらに高耐食化することについて言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特表２００８−５２５６４３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９９６６１号公報
【特許文献３】特開２０１４−３４６９４号公報
【特許文献４】特開２０１５−１８９９９０号公報
【特許文献５】特開２００２−３２２５４５号公報
【特許文献６】国際公開第２０１６／０７６２５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、海洋構造物や排煙脱硫装置等のろう付け構造体および、自動車部品である排熱回収器やＥＧＲクーラ等の排気ガス熱交換部品等のろう付け構造部品に使用される場合において、優れた耐食性を示すオーステナ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】
【００２１】
本発明者らは、前述の課題を解決すべく、様々な添加元素を含有させたオーステナイト系ステンレス鋼を作製し、種々の熱処理を施した後の耐食性を調べた結果、鋼の化学成分を調整し、Ｆｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦５０．０００を満足し、且つ冷却速度を調整することで、表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合を１．００％以下とすることができ、良好な耐食性を有する鋼が得られることを見出した。
【００２２】
上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］  質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１００％、
Ｓｉ：０．０１〜１．００％、
Ｍｎ：０．０１〜１．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｎｉ：１７．００〜３５．００％、
Ｃｒ：１８．００〜３０．００％、
Ｍｏ：４．００〜８．００％、
Ｃｕ：０．１０〜３．００％、
Ｎ：０．１００〜０．４００％および
Ａｌ：０．００１〜０．１００％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（１）を満たすことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｆｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦５０．０００  ・・・  （１）
但し、上記式（１）中の元素記号は、当該元素の鋼中における含有質量％を意味する。
［２］  さらに質量％で、
Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．３００％、
Ｎｂ：０．００１〜０．３００％、
Ｗ：０．０１〜１．００％、
Ｖ：０．０１〜０．５０％、
Ｓｎ：０．００１〜０．５００％、
Ｓｂ：０．００５〜０．５００％および
Ｃｏ：０．０１０〜０．５００％
のうち何れか１種または２種以上を含有することを特徴とする［１］に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
［３］  さらに質量％で、
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｚｒ：０．００１〜０．３００％、
Ｇａ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｔａ：０．００１〜０．０５０％および
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする［１］または［２］に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
［４］  表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合が１．００％以下であることを特徴とする［１］〜［３］の何れか一項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
［５］  排気ガス熱交換部品に使用される［１］〜［４］の何れか一項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
［６］  ろう付け構造部品に使用される［１］〜［４］の何れか一項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
［７］  ろう付け後の鋼において、表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合が１．００％以下であることを特徴とする［１］〜［３］の何れか一項に記載の鋼成分を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
［８］  ［７］に記載のオーステナイト系ステンレス鋼からなるろう付け構造体。
［９］  ［７］に記載のオーステナイト系ステンレス鋼からなるろう付け構造部品。
［１０］  ［７］に記載のオーステナイト系ステンレス鋼からなる排気ガス熱交換部品。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、海洋構造物や排煙脱硫装置等のろう付け構造体および、自動車排気系部品である排熱回収器やＥＧＲクーラ等の排気ガス熱交換部品等のろう付け構造部品に使用される場合において、優れた耐食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】鋼中のＦｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ量とσ相析出割合との関係および、ろう付け後の凝縮水腐食試験結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明では、一例として、上述した適用例の中でも特に使用環境が厳しく、より優れた耐食性が求められる排気ガス熱交換部品について説明する。
排熱回収器やＥＧＲクーラ等の排気ガス熱交換部品は、ろう付け接合後に排気ガス凝縮水環境に曝されるため、前述の適用例の中でも特に厳しい使用環境となる。本発明者等は、種々の組成の鋼板を作製して、ろう付けに相当する熱処理を施した試験片を作製し、凝縮水腐食試験を行った。また、表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析面積出割合を調べた。
【００２６】
図１に、鋼中のＦｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ量とσ相析出割合との関係および、ろう付け後の凝縮水腐食試験結果を示す。ここで、図１内の実験点は、後述する実施例の表１（鋼種Ｎｏ．Ａ１〜Ｎｏ．８、Ｎｏ．Ａ１１、Ｎｏ．Ａ１２、鋼種Ｎｏ．Ｂ５〜Ｎｏ．Ｂ８）から抜粋した。また、凝縮水腐食試験の判定基準は、最大孔食深さが１００μｍ未満となるものを○、１００μｍ以上となるものを×とした。
【００２７】
図１より、下記式（１）を満足する、本発明範囲内である鋼種は、ろう付け後の耐食性が優れていることがわかる。一方で、下記式（１）を満足せず、本発明範囲外である鋼種は、ろう付け後の耐食性が劣っていることがわかる。
なお、下記式中の元素記号は、当該元素の鋼中における含有質量％を意味する。下記式（１）中のＦｅ含有量は、本発明の有効成分を除いた残部の全量として求めた。
【００２８】
Ｆｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦５０．０００  ・・・  （１）
【００２９】
図１より、上記式（１）を満たさない鋼種は、σ相析出面積割合が高いことがわかる。これより、多量に析出したσ相近傍のＣｒ、Ｍｏ濃度の低い領域が腐食起点となったため、腐食性が劣っていると考えられる。
【００３０】
なお、前述の規定式（１）は、より好ましくはＦｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦４５．０００であり、さらに好ましくはＦｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦４０．０００である。すなわち、下記式（２）を満足することがより好ましく、下記式（３）を満足することがさらに好ましい。
【００３１】
Ｆｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦４５．０００  ・・・  （２）
Ｆｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦４０．０００  ・・・  （３）
【００３２】
以下に、本発明で規定する鋼の化学組成についてさらに詳しく説明する。なお、％は質量％を意味する。
【００３３】
Ｃ：０．００１〜０．１００％
Ｃは、耐粒界腐食性、加工性を低下させるため、その含有量を低く抑える必要がある。そのため、Ｃ含有量の上限を０．１００％以下とする。しかしながら、過度に低減することは、ろう付け時の結晶粒粗大化や鋭敏化、σ相析出を助長し、かつ精練コストを上昇させるため、Ｃ含有量の下限を０．００１％以上とする。好ましいＣ含有量は、０．００３〜０．０５０％であり、より好ましくは、０．００５〜０．０２０％である。
【００３４】
Ｓｉ：０．０１〜１．００％
Ｓｉは、脱酸元素として有用であるが、過剰に含有するとσ相の析出を促進させるため、その含有量を０．０１〜１．００％とする。好ましいＳｉ含有量は、０．０２〜０．８０％であり、より好ましくは０．０３〜０．７０％である。
【００３５】
Ｍｎ：０．０１〜１．００％
Ｍｎは、脱酸元素として有用であるが、過剰に含有すると耐食性を劣化させるので、その含有量を０．０１〜１．００％とする。好ましいＭｎ含有量は、０．０２〜０．８０％であり、より好ましくは０．０３〜０．７０％である。
【００３６】
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、加工性、溶接性および耐食性を劣化させる元素であり、その含有量を制限する必要がある。そのため、Ｐ含有量の上限を０．０５０％以下とする。好ましいＰ含有量の上限は０．０４０％以下であり、より好ましくは０．０３０％以下である。
【００３７】
Ｓ：０．００５０％以下
Ｓは、耐食性を劣化させる元素であるため、その含有量を制限する必要がある。そのため、Ｓ含有量の上限を０．００５０％以下とする。好ましいＳ含有量の上限は０．００３０％以下であり、より好ましくは０．００１０％以下である。
【００３８】
Ｎｉ：１７．００〜３５．００％
Ｎｉは、粗悪燃料地域の排気ガス凝縮水環境での耐食性を確保し、さらにろう付け性の改善やσ相析出を抑制する上で、１７．００％以上の含有量が必要である。そのため、Ｎｉ含有量の下限を１７．００％以上とする。ただし、過剰に含有すると合金コストが増大するため、その上限を３５．００％以下とする。好ましいＮｉ含有量は１７．２０〜２８．００％であり、より好ましくは１７．５０〜２６．００％である。
【００３９】
Ｃｒ：１８．００〜３０．００％
Ｃｒは、粗悪燃料地域の排気ガス凝縮水環境での耐食性を確保する上で、少なくとも１８．００％以上必要であるため、Ｃｒ含有量の下限を１８．００％以上とする。含有量を増加させるほど耐食性は向上するが、加工性、製造性を低下させるため、Ｃｒ含有量の上限を３０．００％以下とする。好ましいＣｒ含有量は１８．５０〜２７．００％であり、より好ましくは１９．００〜２４．５０％である。
【００４０】
Ｍｏ：４．００〜８．００％
Ｍｏは、粗悪燃料地域の排気ガス凝縮水環境での耐食性を確保する上で、少なくとも４．００％以上必要であるため、Ｍｏ含有量の下限を４．００％以上とする。ただし、含有量を増加させるとσ相の析出を促進させるため、Ｍｏ含有量の上限を８．００％以下とする。好ましいＭｏ含有量は４．５０〜７．５０％であり、より好ましくは５．００〜７．００％である。
【００４１】
Ｃｕ：０．１０〜３．００％
Ｃｕは、耐食性を向上させ、さらにσ相の析出を抑制させるため重要な元素であり、少なくとも０．１０％以上必要であるため、Ｃｕ含有量の下限を０．１０％以上とする。ただし、過剰に含有すると熱間加工時に割れが発生するため、Ｃｕ含有量の上限を３．００％以下とする。好ましいＣｕ含有量は０．３０〜２．００％であり、より好ましくは０．５５〜１．５０％である。
【００４２】
Ｎ：０．１００〜０．４００％
Ｎは、耐食性を向上させ、さらにσ相の析出を抑制させるため、少なくとも０．１００％以上必要であるため、Ｎ含有量の下限を０．１００％以上とする。ただし、過剰に含有すると鋳造時の気泡発生感受性を高めるため、Ｎ含有量の上限を０．４００％以下とする。好ましいＮ含有量は０．１２０〜０．３５０％であり、より好ましくは０．１５０〜０．３００％である。
【００４３】
Ａｌ：０．００１〜０．１００％
Ａｌは、脱酸効果等を有するため精練上有用な元素であり、少なくとも０．００１％以上必要であるため、Ａｌ含有量の下限を０．００１％以上とする。しかしながら、過剰に含有すると、Ａｌが優先的に酸化されて表面に濃縮し、ろう付け性を低下させるため、Ａｌ含有量の上限を０．１００％以下とする。好ましいＡｌ含有量は０．００５〜０．０８０％であり、より好ましくは０．０１０〜０．０７０％である。
【００４４】
以上が本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の基本となる化学組成であり、残部はＦｅおよび不可避的不純物である。なお、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、更に、次のような元素を必要に応じて含有してもよく、含有しなくてもよい。含有しない場合のそれぞれの元素含有量の下限は、０％以上である。
【００４５】
Ｂ：０．０００１〜０．００５０％
Ｂは、熱間加工性の向上に有用な元素であり、必要に応じて０．０００１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると耐食性を低下させるため、Ｂ含有量の上限を０．００５０％以下とする。好ましいＢ含有量は０．０００５〜０．００４０％であり、より好ましくは０．００１０〜０．００３０％である。
【００４６】
Ｔｉ：０．００１〜０．３００％
Ｔｉは、耐食性を向上させるのに有用な元素であり、必要に応じて０．００１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると、Ｔｉが優先的に酸化されて表面に濃縮し、ろう付け性を低下させるため、Ｔｉ含有量の上限を０．３００％以下とする。好ましいＴｉ含有量は０．００２〜０．２００％であり、より好ましくは０．００３〜０．１００％である。
【００４７】
Ｎｂ：０．００１〜０．３００％
Ｎｂは、耐食性の向上に有用な元素であり、必要に応じて０．００１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると加工性や製造性を低下させるため、Ｎｂ含有量の上限を０．３００％以下とする。好ましいＮｂ含有量は０．００５〜０．２００％であり、より好ましくは０．０１０〜０．１００％である。
【００４８】
Ｗ：０．０１〜１．００％
Ｗは、σ相析出を抑制しつつ耐食性を向上させるために非常に有用な元素であり、０．０１％以上含有することが好ましい。ただし、過剰に含有すると加工性や製造性を低下させるため、Ｗ含有量の上限を１．００％以下とする。より好ましいＷ含有量は０．０３〜０．７０％であり、さらに好ましくは０．０５〜０．５０％である。
【００４９】
Ｖ：０．０１〜０．５０％
Ｖは、耐食性の向上に有用な元素であり、必要に応じて０．０１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると加工性や製造性を低下させるため、Ｖ含有量の上限を０．５０％以下とする。好ましいＶ含有量は０．０３〜０．４０％であり、より好ましくは０．０５〜０．３０％である。
【００５０】
Ｓｎ：０．００１〜０．５００％
Ｓｎは、耐食性の向上に有用な元素であり、必要に応じて０．００１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると加工性や製造性を低下させるため、Ｓｎ含有量の上限を０．５００％以下とする。好ましいＳｎ含有量は０．００５〜０．４００％であり、より好ましくは０．０１０〜０．３００％である。
【００５１】
Ｓｂ：０．００５〜０．５００％
Ｓｂは、耐食性の向上に有用な元素であり、必要に応じて０．００５％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると加工性や製造性を低下させるため、Ｓｂ含有量の上限を０．５００％以下とする。好ましいＳｂ含有量は０．００８〜０．４００％であり、より好ましくは０．０１０〜０．３００％である。
【００５２】
Ｃｏ：０．０１０〜０．５００％
Ｃｏは、二次加工性と靭性とを向上させる元素であり、必要に応じて０．０１０％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると加工性や製造性を低下させるため、Ｃｏ含有量の上限を０．５００％以下とする。好ましいＣｏ含有量は０．０２０〜０．４００％であり、より好ましくは０．０３０〜０．３００％である。
【００５３】
なお、以上説明したＢ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｏの１種または２種以上の合計の含有量は、合金コストの増加を抑制する観点から、６％以下が望ましい。
【００５４】
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％
Ｃａは、脱硫や熱間加工性を向上させる元素であり、必要に応じて０．０００１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると、水溶性の介在物であるＣａＳが生成して耐食性を低下させるため、Ｃａ含有量の上限を０．００５０％以下とする。好ましいＣａ含有量は０．０００２〜０．００４５％であり、より好ましくは０．０００３〜０．００４０％である。
【００５５】
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％
Ｍｇは、組織を微細化し、加工性および靭性を向上させる元素であり、必要に応じて０．０００１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると熱間加工性を低下させるため、Ｍｇ含有量の上限を０．００５０％以下とする。好ましいＭｇ含有量は０．０００３〜０．００４０％であり、より好ましくは０．０００５〜０．００３０％である。
【００５６】
Ｚｒ：０．００１〜０．３００％
Ｚｒは、耐食性を向上させる元素であり、必要に応じて０．００１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると加工性や製造性を低下させるため、Ｚｒ含有量の上限を０．３００％以下とする。好ましいＺｒ含有量は０．００５〜０．２００％であり、より好ましくは０．０１０〜０．１００％である。
【００５７】
Ｇａ：０．０００１〜０．０１００％
Ｇａは、耐食性と耐水素脆化性とを向上させる元素であり、必要に応じて０．０００１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると加工性や製造性を低下させるため、Ｇａ含有量の上限を０．０１００％以下とする。好ましいＧａ含有量は０．０００５〜０．００８０％であり、より好ましくは０．００１０〜０．００５０％である。
【００５８】
Ｔａ：０．００１〜０．０５０％
Ｔａは、耐食性を向上させる元素であり、必要に応じて０．００１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると加工性や製造性を低下させるため、Ｔａ含有量の上限を０．０５０％以下とする。好ましいＴａ含有量は０．００５〜０．０４０％であり、より好ましくは０．０１０〜０．０３０％である。
【００５９】
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％
ＲＥＭは、脱酸効果等を有するため精練上有用な元素であり、必要に応じて０．００１％以上含有してもよい。ただし、過剰に含有すると加工性や製造性を低下させるため、ＲＥＭ含有量の上限を０．１００％以下とする。好ましいＲＥＭ含有量は０．００５〜０．０８０％であり、より好ましくは０．０１０〜０．０５０％である。
なお、ＲＥＭ（希土類元素）は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）の総称を指す。これらの元素を単独で含有させても良いし、混合物であっても良い。
【００６０】
以上説明した本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、上述した化学成分を有し、Ｆｅ＋１．２×Ｃｒ＋１．５×Ｍｏ−２×Ｎｉ−５×Ｃｕ≦５０．０００を満足するため、ろう付け後の鋼においても、表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合が１．００％以下となり、優れた耐食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼となる。本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、ろう付け後においても耐食性に優れるため、海洋構造物や排煙脱硫装置等のろう付け構造体および、排気ガス熱交換部品等のろう付け構造部品の部材として好適に用いることができる。
【００６１】
次に、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法について説明する。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、基本的にはオーステナイト系ステンレス鋼を製造する一般的な方法により製造するとよい。例えば、以下に示す製造方法が挙げられる。まず、転炉又は電気炉で上記の化学組成を有する溶鋼として、ＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）炉やＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ  Ｄｅｇａｓｓｉｎｇ）炉等で精錬する。その後、連続鋳造法又は造塊法で鋼片とした後、熱間圧延−熱延板焼鈍−酸洗−冷間圧延−仕上げ焼鈍−酸洗の工程を経て製造する。必要に応じて、熱延板焼鈍を省略してもよいし、冷間圧延−仕上げ焼鈍−酸洗を繰り返し行ってもよい。また、仕上げ焼鈍と酸洗との間に、ショットブラストや研削ブラシなどの機械的処理や、溶融ソルト処理や中性塩電解処理などの化学的処理を行ってもよい。
【００６２】
また、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼にろう付けを施して、ろう付け構造体、自動車排気系部品等のろう付け構造部品を製造する場合、σ相析出を抑制する為には、最適なろう付けが必要である。ろう付けにおける真空雰囲気は１００Ｐａ以下が望ましく、ろう付け時間は５〜２０分が望ましい。また、ろう付け温度は１０００〜１２００℃の範囲が望ましい。さらに望ましくは、ろう付け後の表面のσ相析出を抑制するため、ろう付け後直ちにＮ２を表面に吹きかけて、最表面のみを急速に冷却する。最表面の冷却速度は５℃／分以上が望ましく、１０℃／分以上がさらに望ましい。上記冷却速度が必要な温度範囲は８００〜１２００℃であり、より望ましくは５００〜１２００℃である。
【００６３】
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼に、以上説明した方法によってろう付けを施すことにより、ろう付け後においても表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合が１．００％以下となり、耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を得ることができる。
【実施例】
【００６４】
実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。
まず、表１に示す組成の鋼を転炉で溶製し、ＡＯＤ炉で製錬した後、連続鋳造機により鋳造して１２００℃に均熱後、熱間鍛造した。その後、厚さ６ｍｍまで熱間圧延を施し、１１５０℃で１０分間焼鈍を行った後、酸洗を施した。その後、厚さ１ｍｍまで冷間圧延を施し、１１５０℃で１０分間の焼鈍を行って冷延焼鈍板を作製した。そして、ソルトに浸漬した後、ＨＦ：２０ｇ／Ｌ、ＨＮＯ３：５０ｇ／Ｌ、５０℃の条件で酸洗を施して、板厚１．０ｍｍの鋼板を作製した。
この鋼板を、Ｎ２を含む５０Ｐａの真空雰囲気中にて、１１５０℃で１０分間熱処理を施した。上記熱処理を以後ろう付けと記載する。また、ろう付け終了後、直ちにＮ２を表面に吹きかけて最表面のみ急速に冷却した。最表面の温度範囲５００〜１２００℃での冷却速度は８℃／分であった。
なお、表１中のＦｅ含有量は、本発明の有効成分を除いた残部の全量として求めた。
【００６５】
ろう付けを施した鋼板から幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を切り出し、半浸漬試験によって腐食性を評価した。
半浸漬試験に使用した模擬凝縮水は、試薬に塩酸、塩化アンモニウム、硫酸、亜硫酸アンモニウムを用いて、１０００００ｐｐｍＣｌ−＋１０００ｐｐｍＳＯ４２−＋１０００ｐｐｍＳＯ３２−に調整したものを使用した。模擬凝縮水は試薬添加後、アンモニア水を用いて、ｐＨ２．０に調整した。８０℃に加熱したこの模擬凝縮水に、試験片が約５５°でおおよそ半分浸漬されるように調整したジグを用いて、試験片を半浸漬させた。試験は１６８時間行い、試験片を半浸漬させた模擬凝縮水は２４時間ごとに新しく調整したものと交換した。
【００６６】
腐食性は最大孔食深さにより評価した。上記半浸漬試験終了後、くえん酸２水素アンモニウム水溶液を用いて腐食生成物を除去し、試験片の最も深く腐食している箇所の深さを顕微鏡を用いた焦点深度法によって求めた。半浸漬試験の判定基準は、孔食の成長が著しくなる１００μｍとした。最大孔食深さが１００μｍ未満のものを「○」、１００μｍ以上のものを「×」として評価した。結果を表１に示す。
【００６７】
また、ろう付けを施した鋼板から幅２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を切り出し、圧延方向に沿った鋼板の断面が観察できるように樹脂埋めした試料を作製して、鏡面研磨を施した。ＫＯＨ電解エッチングでσ相を現出させた後、×１０００の視野で観察されるσ相の面積を画像解析により測定した。画像解析には株式会社ニレコ製のＬＵＺＥＸ（登録商標）ＳＥを用いた。直径０．１μｍ以上のσ相を測定対象とした。視野数は２００視野とした。測定は鋼表面から深さ０．１μｍの範囲までとした。以上の方法により、表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合を求めた。結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
2018172709.tif 000003
【００６９】
表１より、化学組成および式（１）の値が本発明範囲内の鋼種（Ｎｏ．Ａ１〜Ｎｏ．Ａ１２）は、表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合（以下、単にσ相析出面積割合と記載する）が１．００％以下であり、ろう付け後の耐食性が優れていることがわかる。一方で、化学組成および式（１）の値のいずれか一つでも本発明範囲外である鋼種（Ｎｏ．Ｂ１〜Ｎｏ．Ｂ８）は、ろう付け後の耐食性が劣っていることがわかる。化学成分は本発明範囲内だが、式（１）の値が本発明範囲外である鋼種（Ｎｏ．Ｂ５〜Ｎｏ．Ｂ８）は、表面から深さ０．１μｍの範囲のσ相析出面積割合が高くなり、耐食性が劣っていることがわかる。これは、多量に析出したσ相近傍の低Ｃｒ、Ｍｏ濃度域が腐食起点となり、最大孔食深さの増加に繋がり、耐食性が劣化したと考えられる。以下、各比較例について説明する。
【００７０】
鋼種Ｎｏ．Ｂ１は、Ｎｉ含有量が本発明の範囲外であったため、耐食性が劣った例である。鋼種Ｎｏ．Ｂ２は、Ｃｒ含有量が本発明の範囲外であったため、耐食性が劣った例である。鋼種Ｎｏ．Ｂ３は、Ｍｏ含有量が本発明の範囲外であったため、耐食性が劣った例である。鋼種Ｎｏ．Ｂ４は、Ｃｕ含有量が本発明の範囲外であったため、耐食性が劣った例である。
【００７１】
鋼種Ｎｏ．Ｂ５〜Ｎｏ．Ｂ８はそれぞれ、化学組成は本発明の範囲内であるが、式（１）の値が本発明の範囲外であったため、σ相析出面積割合が多くなり、耐食性が劣った例である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼は、ろう付け後においてもσ相の析出が抑制できるため、海洋構造物や排煙脱硫装置等のろう付け構造体、自動車排気系部品である排熱回収器やＥＧＲクーラ等の、排気ガス熱交換部品等のろう付け構造部品に使用される部材として好適である。
【図１】
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