(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．００５〜０．０２５質量％と、Ｃｒ：１８．００〜２３．００質量％と、Ｍｏ：０．０５〜２．５０質量％と、Ｎ：０．００９〜０．０３質量％と、Ｃｕ：０．０５〜０．５０質量％と、Ｎｂ：０．１５〜０．８０質量％およびＴｉ：０．０５〜０．８０質量％の１種または２種と、Ｓｉ：０．２１〜０．５１質量％と、Ｍｎ：０．２０〜１．０１質量％と、Ｎｉ：０．１０〜０．２０質量％とを含有し、下記（１）式を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である組成を有し、粗さＲａが０．１μｍ以上となる乾式研削を施した溶接接合部を有し、前記溶接接合部の皮膜組成がＣｒ質量％／（Ｃｒ質量％＋Ｆｅ質量％）≧０．３０を満たす不働態皮膜を有する、硫酸イオンと塩化物イオンを含んだプラント環境において優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼製プラント部材。
Ｃｒ＋５×Ｃｕ＋３×Ｍｏ−３０×Ｎ≧２０  ・・・  （１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、塩化物イオンおよび硫化物イオンを含んだプラント部材環境において優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼製プラント部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚き火力発電所などでは、排煙脱硫装置にて硫化物および塩化物を除去するが、およそ１０００ｐｐｍ程度の硫酸イオンおよび塩化物イオンが排ガス中にキャリーオーバーする。煙突内あるいはガス再加熱器およびその配管内にはこれらのイオンを含んだ凝縮水が形成するため、材料には耐孔食性および耐硫酸性が要求される。そのため、従来は特許文献１に記載するようにＳＵＳ３０４およびＳＵＳ３１６Ｌが多く使用されてきた。
【０００３】
しかしながら、ＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス鋼は近年のＮi原料価格の高騰による材料コスト増加が懸念されている。また、プラント施工時には溶接による施工が多く用いられるが、溶接の熱影響による材料の鋭敏化および溶接ひずみが存在する状態で腐食環境に保持されることで、応力腐食割れを生じることがしばしば問題となる。
【０００４】
上記の問題は含有Ｃ量を低減した上で、ＴｉもしくはＮｂ等の安定化元素を添加したフェライト系ステンレス鋼を用いることで解決出来ることが知られているが、フェライト系ステンレス鋼は耐食性の観点から適用が困難なことが多い。
【０００５】
溶接部表面の酸化スケールは耐食性が低く、酸化スケールから溶出したＦｅイオンが材料の腐食を促進することが知られている。そのためプラント用途では材料を溶接後、ブラシおよびグラインダーにより研削して酸化スケールを除去して用いることが一般的である。しかしグラインダー等による研削は不働態皮膜を変質させることに加えて、材料表面に腐食の起点となる微細な凹凸を生じる。そのため、材料の耐食性が低下するおそれがある。
【０００６】
上記の理由からプラント部材は溶接や研削により材料の表面状態が変化しても塩化物や硫化物を含んだ凝縮水を生じるプラント環境において十分な耐食性を有することが求められる。そのため、一般的にオーステナイト系ステンレス鋼よりも耐食性の劣るフェライト系ステンレス鋼を適用することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−４６８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、溶接による耐食性の低下および応力腐食割れを生じないことから施工性に優れ、さらに硫酸イオンと塩化物イオンを含んだプラント部材環境において優れた耐食性を有する、コストメリットに優れたフェライト系ステンレス鋼製プラント部材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、Ｃ：０．００５〜０．０２５質量％と、Ｃｒ：１８．００〜２３．００質量％と、Ｍｏ：０．０５〜２．５０質量％と、Ｎ：０．００９〜０．０３質量％と、Ｃｕ：０．０５〜０．５０質量％と、Ｎｂ：０．１５〜０．８０質量％およびＴｉ：０．０５〜０．８０質量％の１種または２種と、Ｓｉ：０．２１〜０．５１質量％と、Ｍｎ：０．２０〜１．０１質量％と、Ｎｉ：０．１０〜０．２０質量％とを含有し、下記（１）式を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である組成を有し、粗さＲａが０．１μｍ以上となる乾式研削を施した溶接接合部を有し、前記溶接接合部の皮膜組成がＣｒ質量％／（Ｃｒ質量％＋Ｆｅ質量％）≧０．３０を満たす不働態皮膜を有する、硫酸イオンと塩化物イオンを含んだプラント環境において優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼製プラント部材によって達成される。
Ｃｒ＋５×Ｃｕ＋３×Ｍｏ−３０×Ｎ≧２０  ・・・  （１）
【００１０】
発明者らは、水溶液環境におけるステンレス鋼の耐食性におよぼすステンレス鋼の合金成分および不働態皮膜の影響について広く研究しており、フェライト系ステンレス鋼の不働態皮膜を制御することで、機械的な研削等により耐食性が変化し難い合金成分系を把握し、本発明に至った。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、鋭敏化および応力腐食割れを起こさず、溶接や研削により材料の表面状態が変化しても塩化物や硫化物を含んだ凝縮水を生じるプラント環境において優れた耐食性を有し、かつコストメリットに優れたフェライト系ステンレス鋼が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明における各成分の限定理由は以下の通りである。
Ｃ：０．００５〜０．０２５質量％
Ｃはステンレス鋼中に不可避的に含まれる元素である。Ｃ含有量を低減すると、炭化物の生成が少なくなり、溶接性および溶接部の耐食性、鋭敏化特性が向上する。しかし、Ｃ含有量低減のためには精錬時間が長くなり、製造コスト上昇を招くため、Ｃ含有量は０．００５〜０．０２５質量％の範囲とする。好ましくは０．００５〜０．０１５質量％の範囲である。
【００１３】
Ｃｒ：１８．００〜２３．００質量％
Ｃｒはステンレス鋼の表面に不働態皮膜を形成する主要な合金元素であり、耐孔食性、耐隙間腐食性および一般耐食性の向上をもたらす。発明者らの検討の結果、凝縮水環境で要求される耐食性を付与するには１８質量％を超えるＣｒ含有量を確保すべきであることがわかった。しかし、Ｃｒ含有量が多くなると機械的性質や靭性を損ね、さらにコストを増大させる要因となる。したがって本発明では２３．００質量％を上限とする。
【００１４】
Ｍｏ：０．０５〜２．５０質量％
ＭｏはＣｒと同じく、安定した耐食性を確保するための基本成分である。Ｍｏは、Ｃｒとともに耐食性レベルを向上させるための有効な元素である。しかし、Ｍｏ含有量が多くなると熱間加工性を低下させる。したがって、Ｍｏ含有量は０．０５〜２．５０質量％の範囲とする。
【００１５】
Ｃｕ：０．０５〜０．５０質量％
ＣｕはＭｏと同様に耐食性、特に耐孔食性を向上させる上で重要な元素である。しかしＣｕの多量に添加すると硬質化させ、加工性を低下させる。したがって、Ｃｕ含有量は０．０５〜０．５０質量％の範囲とする。
【００１６】
Ｎ：０．００９〜０．０３質量％
ＮはＴｉおよびＮｂと窒化物を形成するため、Ｎ含有量が多くなるとＴｉおよびＮｂの鋭敏化抑制効果を阻害する。さらに、窒化物は腐食の基点になりやすいためにフェライト系ステンレス鋼の耐食性、特に耐孔食性を低下させる。したがってＮ含有量は０．０３質量％を上限とする。しかし、Ｎ含有量低減のためには精錬時間が長くなり、製造コスト上昇を招くため、Ｎ含有量は０．００９質量％を下限とする。
【００１７】
Ｎｂ：０．１５〜０．８０質量％、Ｔｉ：０．０５〜０．８０質量％の１種または２種
ＮｂおよびＴｉはＣおよびＮと親和力の強い元素であるため、添加すると炭窒化物を形成して固溶ＣおよびＮを低減させる効果のある元素である。この固溶Ｃ，Ｎの低減により、高温環境におけるＣｒ炭化物の析出を抑制し、鋭敏化特性を高めることが出来る。したがってＮｂでは０．１５質量以上、Ｔｉでは０．０５質量％以上の添加が必要である。しかし、ＮｂおよＴｉ添加量を多くしすぎると固溶Ｃ，Ｎの低減効果が飽和する上、ＮｂおよびＴｉ自身の影響によって冷間加工性、熱間加工性が低下するためＮｂおよびＴｉ添加量の上限を０．８０質量％とした。
【００１８】
上述の成分組成の規定に加えて、耐食性に影響する主な元素であるＣｒ、Ｍｏ、ＣｕおよびＮを以下の（１）式の範囲に規定した。
Ｃｒ＋５×Ｃｕ＋３×Ｍｏ−３０×Ｎ≧２０  ・・・  （１）
【００１９】
なお、本発明に係るプラント部材は溶接施工により組立てられるものであるため、溶接接合部を有する。この接合部は溶接後に乾式による研削がなされ、粗さはＲａで０．１μｍ以上となっている。
【００２０】
このように研削等による表面状態の変化後も材料の耐食性が低下しないようにするため、上述の成分組成の規定に加えて、不働態皮膜中に含まれるＣｒ含有量をＣｒ／（Ｃｒ＋Ｆｅ）≧０．３０と規定した。
【００２１】
不働態皮膜中のＣｒ含有量分析方法
不働態皮膜はＧＤＳにてスパッタリング速度０．５μｍ／ｍｉｎで分析し、得られたＧＤＳピークの内、酸素強度が最も高くなる点におけるＦｅ質量％およびＣｒ質量％の値に対して、Ｃｒ質量％／（Ｃｒ質量％＋Ｆｅ質量％）とした値を不働態皮膜中のＣｒ含有量とした。
【実施例】
【００２２】
表１に示す化学成分を有するステンレス鋼を溶製し、熱間圧延によって板厚３．０ｍｍの熱延板を製造した。この熱延板を板厚１．０ｍｍまで冷間圧延し、１０３０℃で１分間仕上焼鈍を施した後、弗硝酸水溶液に浸漬し、酸化スケールを除去して試験に供した。
【００２３】
【表１】
0006526436.tif 000002
【００２４】
表面粗さ測定方法
接触式の二次元表面粗さ計を用いて試験片の表面３ｍｍの範囲の粗さを測定し、任意の１０箇所について計測した平均値を表面粗さＲａ（μｍ）とした。
【００２５】
耐食性評価方法
耐食性はプラント環境を模擬した硫酸イオンおよび塩化物イオンを含む溶液中での孔食電位および硫酸溶液中での腐食減量から評価した。
【００２６】
孔食電位測定方法
試験片は板厚１．０ｍｍの各ステンレス鋼を２０ｍｍ×２０ｍｍに切削加工にて切り出した。試験面はＲａ≧１．０μｍとなるようワイヤブラシによる乾式研削したもの、あるいはＲａ＜０．１μｍとなるよう耐水研磨紙で６００番まで湿式研磨を行った。導線は試験片の一端にスポット溶接し、シリコン樹脂にて露出試験面１０ｍｍ×１０ｍｍ以外を被覆した。試験液は実プラント材に形成する凝縮水の分析例を参考にして作成した。表２に試験液の組成を示す。試験液の温度は６０℃、大気雰囲気の試験溶液中に試験面を完全に浸し、１０分間放置後、ポテンショスタットにより自然電極電位から電位掃引速度２０ｍＶ／ｍｉｎの動電位法でアノード電流密度が５００μＡ／ｃｍ２に達するまで行った。孔食電位はアノード分極曲線において１００μＡ／ｃｍ２に対応する電位のうち、最も貴な値とした。
【００２７】
【表２】
0006526436.tif 000003
【００２８】
硫酸浸漬試験方法
試験片は板厚１．０ｍｍの各ステンレス鋼を４０ｍｍ×４０ｍｍに切削加工にて切り出した。試験面はＲａ＜０．１μｍとなるよう耐水研磨紙で６００番まで湿式研磨を行った。温度８０℃、大気雰囲気であるｐＨ ＝１の硫酸水溶液中に試験片を完全に浸し、２４時間放置した。浸漬前後で試験片の重量を測定し、重量差を腐食減量とした。結果を表３に示す。
【００２９】
【表３】
0006526436.tif 000004
【００３０】
表３の結果からわかるように、本発明鋼はｐＨ＝１の硫酸環境における腐食減量が極めて小さいことから、優れた耐酸性を有していることが確認された。さらに硫酸イオンおよび塩化物イオンが含まれる環境において、本発明鋼はＲａ≧１．０μｍとＲａ＜０．１μｍのときの孔食電位の差は１５０ｍＶ以下であり、優れた耐孔食性を有していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼製プラント部材は硫酸イオンおよび塩化物イオンを含んだ凝縮水を生じるプラント環境において優れた耐食性を有するためプラント用部材に適用できる。また、溶接および研削後も優れた耐食性を維持することから、公知の施工方法が採用される。