(57)【要約】  費用対効果が高いフェライト系ステンレス鋼は、３０４Ｌ型鋼で観察されるものに匹敵する、改善された耐腐食性を示す。フェライト系ステンレス鋼は、実質的にニッケルを含まず、チタンおよびコロンビウムにより二重安定化され、クロム、銅、およびモリブデンを含有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト系ステンレス鋼において、
約０．０２０重量％以下の炭素と、
約２０．０〜２３．０重量％のクロムと、
約０．０２０重量％以下の窒素と、
約０．４０〜０．８０重量％の銅と、
約０．２０〜０．６０重量％のモリブデンと、
約０．１０〜０．２５重量％のチタンと、
約０．２０〜０．３０重量％のコロンビウムと、
を含む、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記クロムは、約２１．５〜２２重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記銅は、約０．４５〜０．７５重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項４】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記モリブデンは、約０．３０〜０．５０重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項５】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記チタンは、約０．１７〜０．２５重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項６】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記クロムは、約２１．７５重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項７】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記銅は、約０．６０重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項８】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記モリブデンは、約０．４０重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項９】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記チタンは、約０．２１重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項１０】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記コロンビウムは、約０．２５重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項１１】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．４０重量％以下のマンガンをさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項１２】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．０３０重量％以下のリンをさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項１３】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．３０〜０．５０重量％のケイ素をさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項１４】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．４０重量％以下のニッケルをさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項１５】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．３０〜０．５０重量％のマンガンをさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項１６】
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．１０重量％以下のアルミニウムをさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項１７】
フェライト系ステンレス鋼を製造する方法において、
クロム、銅、モリブデン、チタン、コロンビウム、および炭素を含む、フェライト鋼溶融物を提供する工程と、
式１および２を満たすようにクロム、銅、およびモリブデンの濃度を決定する工程であって、
式１は２０．５≦Ｃｒ＋３．３Ｍｏ、であり、
式中、Ｃｒは、重量パーセントによるクロムの濃度であり、Ｍｏは、重量パーセントによるモリブデンの濃度であり、
式２は、Ｃｕ最大＜０．８０の場合に０．６≦Ｃｕ＋Ｍｏ≦１．４、であり、
式中、Ｃｕは、重量パーセントによる銅の濃度であり、Ｍｏは、重量パーセントによるモリブデンの濃度であり、Ｃｕ最大は、重量パーセントによる銅の最大量である、工程と、
以下の式３、４、５を用いてチタン、コロンビウム、および炭素の濃度を決定する工程であって、
式３は、Ｔｉ最大＝０．００４４（Ｎ-1.027）、であり、
式中、Ｔｉ最大は、重量パーセントによるチタンの最大濃度であり、Ｎは、重量パーセントによる窒素の濃度であり、
式４は、Ｔｉ最小＝０．００２５／Ｎ、であり、
式中、Ｔｉ最小は、重量パーセントによるチタンの最小濃度であり、Ｎは、重量パーセントによる窒素の濃度であり、
式５は、Ｔｉ＋Ｃｂ最小＝０．２％＋４（Ｃ＋Ｎ）、であり、
式中、Ｔｉは、重量パーセントによるチタンの量であり、Ｃｂ最小は、重量パーセントによるコロンビウムの最小量であり、Ｃは、重量パーセントによる炭素の量であり、Ｎは、重量パーセントによる窒素の量である、工程と、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
本出願は、「21% Cr Ferritic Stainless Steel」の名称で２０１２年４月２日に出願された仮特許出願第６１／６１９，０４８号の優先権を主張する、非仮特許出願である。この第６１／６１９，０４８号の出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔概要〕
ＡＳＴＭ  ３０４型ステンレス鋼の耐腐食性に匹敵する耐腐食性を有するが、実質的にニッケルを含まず、チタンおよびコロンビウムで二重安定化されて（dual stabilized）粒間腐食からの保護をもたらし、かつクロム、銅、およびモリブデンを含有して、応力腐食割れ抵抗を犠牲にすることなく孔食抵抗を提供する、フェライト系ステンレス鋼を製造することが望ましい。このような鋼は、市販用の台所用品（commercial kitchen applications）、建築部品、ならびに商用車および乗用車の排ガスおよび選択的接触還元（ＳＣＲ）部品を含むがこれらに制限されない自動車用品（automotive applications）に一般に見られる、商品鋼板に特に有用である。
【０００３】
〔詳細な説明〕
フェライト系ステンレス鋼では、チタン、コロンビウム、炭素、および窒素の相互関係および量が、下位平衡表面品質（subequilibrium surface quality）、実質的に等軸の鋳造粒状物構造、および粒間腐食に対する実質的に完全な安定を達成するように、制御される。さらに、クロム、銅、およびモリブデンの相互関係が、耐腐食性を最適にするように制御される。
【０００４】
下位平衡溶融物（Subequilibrium melts）は、典型的には、チタンおよび窒素が合金溶融物中に窒化チタンを形成しないようにチタンおよび窒素レベルが十分低い組成物として、定義される。そのような沈殿物は、熱間圧延または冷間圧延中、表面ストリンガーの欠陥または積層（surface stringer defects or laminations）などの欠陥を形成する場合がある。このような欠陥は、可塑性、耐腐食性、および外観を損なう場合がある。図１は、フェライト系ステンレス鋼の実施形態で、液相温度でのチタンおよび窒素の元素について熱力学モデリングを用いて作成された、例示的な位相図から得られたものである。窒化チタンを実質的に含まないため、また、下位平衡とみなされるためには、フェライト系ステンレス鋼中のチタンおよび窒素レベルは、図１に示す溶解度曲線の左側または下方部分まで低下しなければならない。窒化チタンの溶解度曲線は、図１に示すように、数学的には以下のように表わすことができ：
式１：Ｔｉ最大＝０．００４４（Ｎ−１．０２７）
式中、Ｔｉ最大は、重量パーセントによるチタンの最大濃度であり、Ｎは、重量パーセントによる窒素の濃度である。本明細書中のすべての濃度は、特に明らかな断りのない限り、重量パーセントで報告される。
【０００５】
式１を用いると、ある実施形態で窒素レベルが０．０２０％以下に保たれた場合、その実施形態でのチタン濃度は、０．２５％以下に保たれなければならない。チタン濃度が０．２５％を超えるのを許容すると、溶融合金における窒化チタン沈殿物の形成につながる恐れがある。しかしながら、図１は、窒素レベルが０．０２％未満の場合に、０．２５％超のチタンレベルが許容され得ることも示している。
【０００６】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、等軸鋳造され圧延され焼きなまされた粒組織を呈し、圧延薄板中のスラブまたは縞状の粒の中に、大きな柱状粒子はない。この精錬された粒組織は、可塑性および硬度を改善し得る。この粒組織を達成するには、凝固しているスラブに播種（seed）し、かつ等軸の粒がイニシエートする部位を提供するのに十分なチタン、窒素および酸素レベルが存在しなければならない。このような実施形態では、最小のチタンおよび窒素レベルが図１に示されており、以下の式：
式２：Ｔｉ最小＝０．００２５／Ｎ
により表わされ、
式中、Ｔｉ最小は、重量パーセントによるチタンの最小濃度であり、Ｎは、重量パーセントによる窒素の濃度である。
【０００７】
式２を用いると、ある実施形態で窒素レベルが０．０２％以下に保たれた場合、最小チタン濃度は０．１２５％である。図１に描かれた放物曲線は、チタンの総濃度が低下する場合に、等軸の粒組織が０．０２％窒素を超える窒素レベルで達成され得ることを示している。等軸の粒組織は、プロットされた式２の右手または上の、チタンおよび窒素レベルで予期される。等軸の粒組織を生じた、下位平衡とチタンおよび窒素レベルとのこの関係は、図１に示され、図１では、最小チタン式（式２）が、図１の液相図（liquidus phase diagram）上にプロットされる。２本の放物線間のエリアは、これらの実施形態におけるチタンおよび窒素レベルの範囲である。
【０００８】
フェライト系ステンレス鋼の十分安定化された溶融物は、鋼中に存在する可溶の炭素および窒素と組み合わせられるよう、十分なチタンおよびコロンビウムを有していなければならない。これは、炭化クロムおよび窒化物（chromium carbide and nitrides）が形成されること、ならびに粒間耐腐食性が低下すること、を妨げるのに役立つ。十分な安定化をもたらすのに必要な最小のチタンおよび炭素は、以下の式によって最もよく表わされ：
式３：Ｔｉ＋Ｃｂ最小＝０．２％＋４（Ｃ＋Ｎ）
式中、Ｔｉは、重量パーセントによるチタンの量であり、
Ｃｂ最小は、重量パーセントによるコロンビウムの最小量であり、
Ｃは、重量パーセントによる炭素の量であり、
Ｎは、重量パーセントによる窒素の量である。
【０００９】
前述した実施形態では、等軸の粒組織および下位平衡条件のために必要なチタンレベルは、最大窒素レベルが０．０２％であったときに定められた。前述のとおり、それぞれの式１および２は、０．１２５％の最小チタンおよび０．２５％の最大チタンをもたらした。このような実施形態では、最大で０．０２５％の炭素を用い、式３を適用することは、最小および最大のチタンレベルについてそれぞれ０．２５％および０．１３％の最小コロンビウム含有量を必要とする。このようないくつかの実施形態では、コロンビウム濃度の目標は、０．２５％である。
【００１０】
ある実施形態では、約２１％のＣｒおよび０．２５％のＭｏからなるマトリックス中で０．４０〜０．８０％の銅レベルを維持して、市販の３０４Ｌ型で見られるものまで改善されていないとしても、匹敵したものである全体的な耐腐食性を達成できる。１つの例外は、強酸性の還元塩化物様塩酸（strongly acidic reducing chloride like hydrochloric acid）の存在下であり得る。銅添加合金は、硫酸中において改善された性能を示す。銅レベルが０．４〜０．８％に維持されると、アノード溶解速度が低下し、電気化学的破壊電位（electrochemical breakdown potential）が、中性の塩化物環境中で最大化される。いくつかの実施形態では、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＣｕの、重量パーセントでの最適なレベルは、以下の２つの式を満たす：
式４：２０．５≦Ｃｒ＋３．３Ｍｏ
式５：Ｃｕ最大＜０．８０の場合、０．６≦Ｃｕ＋Ｍｏ≦１．４
【００１１】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．０２０重量％以下の量で炭素を含有し得る。
【００１２】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．４０重量％以下の量でマンガンを含有し得る。
【００１３】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．０３０重量％以下の量でリンを含有し得る。
【００１４】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．０１０重量％以下の量で硫黄を含有し得る。
【００１５】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．３０〜０．５０重量％の量でケイ素を含有し得る。いくつかの実施形態は、約０．４０％のケイ素を含有し得る。
【００１６】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約２０．０〜２３．０重量％の量でクロムを含有し得る。いくつかの実施形態は、約２１．５〜２２重量％のクロムを含有してよく、いくつかの実施形態は、約２１．７５％のクロムを含有してよい。
【００１７】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．４０重量％以下の量でニッケルを含有し得る。
【００１８】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．０２０重量％以下の量で窒素を含有し得る。
【００１９】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．４０〜０．８０重量％の量で銅を含有し得る。いくつかの実施形態は、約０．４５〜０．７５重量％の銅を含有でき、いくつかの実施形態は、約０．６０％の銅を含有し得る。
【００２０】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．２０〜０．６０重量％の量でモリブデンを含有し得る。いくつかの実施形態は、約０．３０〜０．５重量％のモリブデンを含有でき、いくつかの実施形態は、約０．４０％のモリブデンを含有し得る。
【００２１】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．１０〜０．２５重量％の量でチタンを含有し得る。いくつかの実施形態は、約０．１７〜０．２５重量％のチタンを含有でき、いくつかの実施形態は、約０．２１％のチタンを含有し得る。
【００２２】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．２０〜０．３０重量％の量でコロンビウムを含有し得る。いくつかの実施形態は、約０．２５％のコロンビウムを含有し得る。
【００２３】
フェライト系ステンレス鋼の実施形態は、約０．０１０重量％以下の量でアルミニウムを含有し得る。
【００２４】
フェライト系ステンレス鋼は、米国特許第６，８５５，２１３号および５，８６８，８７５号に記載されるプロセスなど、フェライト系ステンレス鋼の製造に使用される当技術分野で既知のプロセス条件を用いて、製造される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、フェライト系ステンレス鋼は、熟考された付加物（deliberate additions）として作られるか、または残留元素、すなわち製鋼プロセスによる不純物、として存在することができる、製鋼分野で既知の他の元素を含むこともできる。
【００２６】
フェライト系ステンレス鋼のための鉄溶融物（ferrous melt）が、アーク炉などの溶融炉内に提供される。この鉄溶融物は、固体鉄を含むスクラップ（solid iron bearing scrap）、炭素鋼スクラップ、ステンレス鋼スクラップ、酸化鉄、炭化鉄、直接還元鉄、ホットブリケット鉄（hot briquetted iron）を含む固体鉄含有材料から、溶融炉内で形成され得るか、または、溶融物は、鉄溶融物をもたらすことができる溶鉱炉または任意の他の鉄溶錬ユニットにおいて、溶融炉の上流で製造され得る。鉄溶融物は、次に、溶融炉内で精錬されるか、または、精錬容器、例えばアルゴン‐酸素‐脱炭容器もしくは真空‐酸素‐脱炭容器などに移され、その後に、とりべ冶金炉などのトリムステーションまたはワイヤ送りステーションなどが続く。
【００２７】
いくつかの実施形態では、鋼は、十分なチタンおよび窒素を含有するが、鋳放しの等軸の粒組織を形成するための必要な核を提供するため小さな酸化チタン介在物を形成するための制御された量のアルミニウムを含有する、溶融物から鋳造され、この鋼から産生された、焼きなましされたシートも、強化されたリッジング特徴を有する。
【００２８】
いくつかの実施形態では、チタンは、鋳造前に脱酸素するために溶融物に添加される。チタンによる溶融物の脱酸素により、小さな酸化チタン介在物が形成され、この介在物は、鋳放しの等軸の微細な粒組織をもたらす核を提供する。アルミナ介在物、すなわち酸化アルミニウム  Ａｌ２Ｏ３の形成を最小に抑えるために、アルミニウムは、脱酸素剤として、この精錬された溶融物に添加されなくてもよい。いくつかの実施形態では、チタンおよび窒素は、鋳造前に溶融物中に存在してよく、残留アルミニウムにより分割されるチタンおよび窒素の生成物の割合は、少なくとも約０．１４である。
【００２９】
鋼が安定化される場合、脱酸素に必要とされるよりも多い、十分な量のチタンが、溶融物内で炭素および窒素と組み合わせられるように添加され得るが、好ましくは、窒素での飽和に必要とされる量よりも少なく、すなわち下位平衡量（sub-equilibrium amount）であり、これにより、凝固前に大きな窒化チタン介在物が沈殿するのを回避するか、または少なくとも最小限に抑える。
【００３０】
鋳鋼は、熱間加工されてシートになる。この開示では、用語「シート」は、連続したストリップ、または連続したストリップから形成された切断長さを含むよう意図されており、用語「熱間加工される（hot processed）」は、鋳放しの鋼が必要に応じて再加熱され、その後、熱間圧延などにより所定の厚さへと精錬されることを意味する。熱間圧延される場合、鋼スラブは、２０００°Ｆ〜２３５０°Ｆ（１０９３℃〜１２８８℃）まで再加熱され、１５００〜１８００°Ｆ（８１６〜９８２℃）の仕上温度を用いて熱間圧延され、１０００〜１４００°Ｆ（５３８〜７６０℃）の温度で巻かれる。熱間圧延されたシートは、「ホットバンド」としても知られる。いくつかの実施形態では、ホットバンドは、１７００〜２１００°Ｆ（９２６〜１１４９℃）のピーク金属温度で焼きなましされ得る。いくつかの実施形態では、ホットバンドは、さび落としされ、少なくとも４０％冷間圧下されて（cold reduced）、所望の最終シート厚さにすることができる。他の実施形態では、ホットバンドは、さび落としされ、少なくとも５０％冷間圧下されて、所望の最終シート厚さにすることができる。その後、冷間圧下されたシートは、１７００〜２１００°Ｆ（９２７〜１１４９℃）のピーク金属温度で、最終焼きなましされ得る。
【００３１】
フェライト系ステンレス鋼は、いくつかの方法で作られた熱間加工シートから、産生され得る。このシートは、２０００°Ｆ〜２３５０°Ｆ（１０９３℃〜１２８８℃）まで再加熱され、その後、１〜７ｍｍ厚さの最初の熱間加工シートを提供するために熱間圧延される、５０〜２００ｍｍの厚さの、鋳塊から形成されたスラブまたは連続鋳造スラブから産生されることができ、あるいは、このシートは、２〜２６ｍｍの厚さになるように連続的に鋳造されたストリップから熱間加工されてもよい。このプロセスは、連続鋳造スラブもしくは鋳塊から産生されたスラブが、かなりの再加熱の有無にかかわらず熱間圧延機に直接供給される方法により産生されたシート、またはさらなる再加熱の有無にかかわらずシートへと熱間圧延されるよう十分な温度のスラブに熱間圧下される鋳塊に適用可能である。
【００３２】
〔実施例１〕
３０４Ｌ型オーステナイト系ステンレス鋼に匹敵する全体的な耐腐食性をもたらすフェライト系ステンレス鋼組成物を準備するため、一連の研究室の熱処理金属（laboratory heats）が、溶解され、局部腐食性に対する抵抗について分析された。
【００３３】
第１組の熱処理金属は、空気溶融能力（air melt capabilities）を用いて、研究室で溶融された（laboratory melted）。この一連の空気溶融物の目的は、フェライト系マトリックスにおけるクロム、モリブデン、および銅の役割と、組成物の変化が３０４Ｌ型鋼の腐食挙動と比べてどうかということと、をよりよく理解することであった。この研究では、調査した空気溶融物に使用される実施形態の組成物が、以下のとおり表１に記載されている：
【表１】
2015518087.tif 000002
【００３４】
塩化第二鉄の浸漬および電気化学的評価の双方が、表１中の前述した化学物質（chemistries）すべてについて行われ、３０４Ｌ型鋼の性能と比較された。
【００３５】
ASTM G48 Ferric Chloride Pitting Test Method Aに記載された方法に従って、検体が、５０℃で６％の塩化第二鉄溶液に２４時間曝露された後の、質量損失について評価された。この試験曝露は、酸性で強力に酸化する塩化物環境に曝露される間の、孔食に対する基本的な抵抗（basic resistance）を評価するものである。
【００３６】
スクリーニング試験では、少ない銅添加を有する、高クロム含有フェライト系合金（higher chromium bearing ferritic alloys）が、一連のものの中で最も耐腐食性の組成物をもたらしたことが、示唆された。１％の最高銅含量を有する組成物は、その他の化学物質と同じようには機能しなかった。しかしながら、この挙動は、溶融プロセスによる、理想的とはいえない表面品質（less than ideal surface quality）の結果としてのものであってよい。
【００３７】
不動態膜強度（passive film strength）および再不動態化挙動のより厳密な調査が、脱気され希薄な中性塩化物環境内における腐食挙動図（ＣＢＤ）およびサイクル分極化の双方を含む電気化学的技術を用いて研究された。この組の空気溶融物で観察された電気化学的挙動は、約０．５％のＣｕおよび少量のＭｏ添加の存在下にある間の、約２１％のＣｒの組み合わせが、３０４Ｌ型鋼に対し、３つの主な改善を達成したことを示した。第一に、銅添加は、表面における初期アノード溶解速度を遅くするようであり、第二に、２１％のＣｒ化学物質中の銅および少量のモリブデンの存在が、強力な不動態膜形成を助けており、第三に、モリブデン、および高クロム含量が、再不動態化挙動の改善を支援していた。２１Ｃｒ＋残りのＭｏ溶融化学物質中の銅のレベルは、１％のＣｕを加えることで、リターンの減少（diminished return）がもたらされる点で、「最適な」レベルを有しているようであった。これにより、塩化第二鉄孔食試験で観察された挙動が確認される。追加の溶融化学物質は、最良の全体的耐腐食性を達成するために、より純粋な鋼検体を作り出し、かつ最適な銅添加を決定することを期待して、真空溶融を受けた。
【００３８】
〔実施例２〕
表２に記載する第２組の溶融化学物質は、真空溶融プロセスを受けた。この研究における組成物を以下に示す：
【表２】
2015518087.tif 000003
【００３９】
前述した熱処理金属は、主に、銅含量が変化した。表３に記載した組成物の、追加の真空熱処理金属（Additional vacuum heats）も、比較目的で溶融された。比較に使用された３０４Ｌ型鋼は、市販のシートであった。
【表３】
2015518087.tif 000004
【００４０】
表３の化学物質は、真空溶融されて鋳塊になり、２２５０°Ｆ（１２３２℃）で熱間圧延され、さび落としされて、６０％冷間圧下された。冷間圧下された材料は、１８２５°Ｆ（９９６℃）で最終焼きなましされ、その後、最終さび落としされた。
【００４１】
〔実施例３〕
（ＩＤ番号で識別される）実施例２の前述した真空溶融物に対して行われた比較研究は、塩酸、硫酸、次亜塩素酸ナトリウム、および酢酸中で、化学的浸漬試験された。
【００４２】
１％の塩酸。図２に示すように、化学的浸漬の評価では、塩酸など、還元酸性塩化物環境におけるニッケルの有益な効果が示された。３０４Ｌ型鋼は、この環境内で研究されたすべての化学物質より性能が優れていた。クロムを添加した結果、全体的な腐食率が低下し、銅およびモリブデンの存在は、腐食率のさらなる低下を示しているが、銅のみの効果は、図２にFe21CrXCu0.25Moとして識別される線のグラフにより示されるように、最小であった。この挙動は、以下に記載するもののような使用条件について、ニッケル添加の恩恵を裏付ける。
【００４３】
５％の硫酸。図３に示すように、硫酸塩が豊富な還元酸（reducing acid）からなる浸漬試験では、１８〜２１％のクロムレベルの合金が、同様の挙動であった。モリブデンおよび銅の添加により、全体的な腐食率が著しく低下した。（図３にFe21CrXCu0.25Moとして識別される線のグラフで示されるように）腐食率に対する銅単独の効果を評価すると、銅が多くなるほど腐食率が下がるという点で直接的な関係があるかのように見えた。０．７５％の銅レベルでは、全体的な腐食率は、横ばいになり始め、３０４Ｌ鋼の２ｍｍ／ｙｒ以内であった。０．２５％のレベルのモリブデンは、硫酸中の腐食率において、大きな役割を果たす傾向がある。しかしながら、腐食率の劇的な低下は、銅の存在によるものでもあった。実施例２の合金の腐食率は、３０４Ｌ型鋼より低くはなかったが、還元硫酸条件下では、改善された同等の耐腐食性を示した。
【００４４】
酢酸および次亜塩素酸ナトリウム。酢酸および５％の次亜塩素酸ナトリウムからなる酸浸漬では、腐食挙動は、３０４Ｌ型鋼の腐食挙動に匹敵するものであった。腐食率は非常に低く、銅添加における適正な傾向（true trend）は、腐食挙動において観察されなかった。２０％超のクロムレベルを有する実施例２の調査された全化学物質は、３０４Ｌ型鋼の１ｍｍ／ｙｒ以内であった。
【００４５】
〔実施例４〕
腐食挙動図（ＣＢＤ）および周期分極研究を含む電気化学的評価が行われ、３０４Ｌ型鋼の挙動と比較された。
【００４６】
腐食挙動図は、３．５％の塩化ナトリウム中の実施例２の真空熱化学物質（vacuum heat chemistries）および市販の３０４Ｌ型について集められ、アノード溶解挙動に対する銅の影響が調べられた。アノード先端（anodic nose）は、不動態に到達する前に材料の表面において生じる電気化学的溶解を表わす。図４に示すように、少なくとも０．２５％のモリブデンと最低でも約０．４０％の銅との添加により、アノード溶解中の電流密度が、３０４Ｌ型鋼の測定値より下に低下する。アノード電流密度を３０４Ｌ型鋼で測定されたものより低く維持させる、最大限の銅添加は、図４にFe21CrXCu.25Moとして識別された線のグラフにより示すように、およそ０．８５％になることも注目される。このことは、２１％のＣｒおよび０．２５％のモリブデンの存在下での、少量の制御された銅添加は、希薄塩化物中のアノード溶解速度を落とさないが、３０４Ｌ型鋼で示されるよりも遅い速度を維持するための最適量があることを示している。
【００４７】
周期分極スキャンは、３．５％の塩化ナトリウム溶液中の実施例２の実験化学物質および市販の３０４Ｌ型鋼について集められた。これらの分極スキャンは、活性アノード溶解、不動態の領域、過不動態挙動の領域、および不動態の崩壊を通じたフェライト系ステンレス鋼のアノード挙動を示している。さらに、これらの分極スキャンの逆（reverse）は、再不動態化電位を識別する。
【００４８】
前述した周期分極スキャンに表わされた破壊電位は、図５および図６に示すように文書化され、銅添加の影響があれば、それを測定するように評価される。破壊電位は、電流が崩壊した不動態層を通って一貫して流れ始め、かつ活発な穴模倣（active pit imitation）が起こっている電位であると判定された。
【００４９】
アノード溶解速度と同様に、銅添加は、図５および図６にFe21CrXCu.25Moとして識別された線のグラフにより示されるように、不動態層を強化しているようであり、また、孔食発生に対する銅の恩恵を最大化するのに必要とされる最適量があることを示している。最大不動態層強度の範囲は、０．２５％のモリブデンおよび２１％のＣｒの存在下で、銅０．５〜０．７５％であることが分かった。この挙動における傾向は、前述したアノード溶解の研究中に収集されたＣＢＤから確認されたが、スキャン速度の差により、値は低くなった。
【００５０】
実施例２の真空溶解された化学物質の再不動態化挙動を評価すると、２１％のクロムレベル、および少しのモリブデン添加により、再不動態化反応が最大化され得ることが示された。図７および図８にFe21CrXCu.25Moとして識別される線のグラフにより示されるように、再不動態化電位に対する銅の関係は、銅レベルが増加すると不利益になるようであった。クロムレベルが約２１％であり、少量のモリブデンが存在する限り、実施例の検査された化学物質は、図７および図８に示すように、３０４Ｌ型鋼より高い再不動態化電位を達成することができた。
【００５１】
〔実施例５〕
表４で以下に記載する組成のフェライト系ステンレス鋼（ＩＤ９２、実施例２）が、表４に記載する組成の３０４Ｌ型鋼と比較された：
【表４】
2015518087.tif 000005
【００５２】
２つの材料は、ＡＳＴＭ標準検査に従って検査されると、表５に記載した以下の機械的特性を示した：
【表５】
2015518087.tif 000006
【００５３】
実施例２の材料、ＩＤ９２は、図９および図１０に示すように、比較された３０４Ｌ型鋼よりも、高い電気化学抵抗、高い破壊電位、および高い再不動態化電位を示した。
【００５４】
本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、さまざまな改変が本発明に対してなされ得ることが、理解されるであろう。したがって、本発明の制限は、請求項から判断されるべきである。
【００５５】
〔実施の態様〕
（１）  フェライト系ステンレス鋼において、
約０．０２０重量％以下の炭素と、
約２０．０〜２３．０重量％のクロムと、
約０．０２０重量％以下の窒素と、
約０．４０〜０．８０重量％の銅と、
約０．２０〜０．６０重量％のモリブデンと、
約０．１０〜０．２５重量％のチタンと、
約０．２０〜０．３０重量％のコロンビウムと、
を含む、フェライト系ステンレス鋼。
（２）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記クロムは、約２１．５〜２２重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
（３）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記銅は、約０．４５〜０．７５重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
（４）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記モリブデンは、約０．３０〜０．５０重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
（５）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記チタンは、約０．１７〜０．２５重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【００５６】
（６）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記クロムは、約２１．７５重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
（７）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記銅は、約０．６０重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
（８）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記モリブデンは、約０．４０重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
（９）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記チタンは、約０．２１重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
（１０）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
前記コロンビウムは、約０．２５重量％の量で存在する、フェライト系ステンレス鋼。
【００５７】
（１１）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．４０重量％以下のマンガンをさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
（１２）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．０３０重量％以下のリンをさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
（１３）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．３０〜０．５０重量％のケイ素をさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
（１４）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．４０重量％以下のニッケルをさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
（１５）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．３０〜０．５０重量％のマンガンをさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
【００５８】
（１６）  実施態様１に記載のフェライト系ステンレス鋼において、
約０．１０重量％以下のアルミニウムをさらに含む、フェライト系ステンレス鋼。
（１７）  フェライト系ステンレス鋼を製造する方法において、
クロム、銅、モリブデン、チタン、コロンビウム、および炭素を含む、フェライト鋼溶融物を提供する工程と、
式１および２を満たすようにクロム、銅、およびモリブデンの濃度を決定する工程であって、
式１は２０．５≦Ｃｒ＋３．３Ｍｏ、であり、
式中、Ｃｒは、重量パーセントによるクロムの濃度であり、Ｍｏは、重量パーセントによるモリブデンの濃度であり、
式２は、Ｃｕ最大＜０．８０の場合に０．６≦Ｃｕ＋Ｍｏ≦１．４、であり、
式中、Ｃｕは、重量パーセントによる銅の濃度であり、Ｍｏは、重量パーセントによるモリブデンの濃度であり、Ｃｕ最大は、重量パーセントによる銅の最大量である、工程と、
以下の式３、４、５を用いてチタン、コロンビウム、および炭素の濃度を決定する工程であって、
式３は、Ｔｉ最大＝０．００４４（Ｎ-1.027）、であり、
式中、Ｔｉ最大は、重量パーセントによるチタンの最大濃度であり、Ｎは、重量パーセントによる窒素の濃度であり、
式４は、Ｔｉ最小＝０．００２５／Ｎ、であり、
式中、Ｔｉ最小は、重量パーセントによるチタンの最小濃度であり、Ｎは、重量パーセントによる窒素の濃度であり、
式５は、Ｔｉ＋Ｃｂ最小＝０．２％＋４（Ｃ＋Ｎ）、であり、
式中、Ｔｉは、重量パーセントによるチタンの量であり、Ｃｂ最小は、重量パーセントによるコロンビウムの最小量であり、Ｃは、重量パーセントによる炭素の量であり、Ｎは、重量パーセントによる窒素の量である、工程と、
を含む、方法。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】等温のチタンおよび窒素の位相図である。
【図２】１％の塩酸を５０℃で２４時間浸漬した結果を表わすグラフである。
【図３】５％の硫酸を５０℃で２４時間浸漬した結果を表わすグラフである。
【図４】アノード溶解中の電流密度を示すグラフである。
【図５】周期分極スキャンに表わされた破壊電位をグラフ化したものである。
【図６】周期分極スキャンに表わされた破壊電位をグラフ化したものである。
【図７】再不動態化電位のグラフである。
【図８】再不動態化電位のグラフである。
【図９】３．５％の塩化ナトリウム中の定電位挙動を表わすグラフである。
【図１０】３．５％の塩化ナトリウム中の動電位挙動を表わすグラフである。
【図１】
2015518087.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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