(57)【要約】【課題】  腐食環境に対応するレベルの耐食性を呈するステンレス鋼を選択することにより、安価な貯水槽，給水槽，受水槽，家庭用水廻り製品等を提供する。【解決手段】  ＣｌＯ-濃度：１０〜５００ｐｐｍのＣｌＯ-＋Ｃｌ-水溶液におけるステンレス鋼の孔食電位を定電位法で測定し、水廻り機器が接する水のＣｌＯ-濃度，ｐＨ値，温度に応じて、Ｃｒ：１６〜２５質量％を含むステンレス鋼から孔食電位測定値が０.５Ｖ,SCE以上のステンレス鋼を選択して水廻り機器の素材に使用する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣｌＯ-濃度：１０〜５００ｐｐｍのＣｌＯ-＋Ｃｌ-水溶液におけるステンレス鋼の孔食電位を定電位法で測定し、水廻り機器が接する水のＣｌＯ-濃度，温度に応じて、Ｃｒ：１６〜２５質量％を含むステンレス鋼から孔食電位測定値が０.５Ｖ,SCE以上のステンレス鋼を選択して水廻り機器の素材に使用することを特徴とする水廻り機器部材用ステンレス鋼の選定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水供給系統の貯水槽，給水槽，受水槽や洗濯機，食洗機等の家庭用水廻り製品の素材に使用されるステンレス鋼を選択する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道法では、浄水場で１ｐｐｍ以下のＣｌＯ-を殺菌剤として添加し、配管末端の蛇口で残留Ｃｌ濃度が０.１ｐｐｍ以上と定められている。この程度の添加量であっても、一般家庭に上水を供給する貯水槽，給水槽，受水槽の素材にSUS444，SUS329J4L等の高耐食性鋼が使用されている。家庭で使用する温水器缶体にも、SUS444，SUS315J2等の高耐食性鋼が使用されている。
家庭用の水廻り製品には洗濯機，食洗機等もある。家庭用の水廻り製品は清潔感が要求される厨房に大半が配置されることから、美麗な表面肌を呈するステンレス鋼が多用されている。家庭用水廻り製品は何れも上水を使用するが、洗浄に際しては汚れ分解能の優れた次亜塩素酸塩(ＨＣｌＯ)系洗剤を使用する傾向にある。そのため、家庭用水廻り製品の素材に使用されるステンレス鋼が厳しい腐食環境に曝されることになり、一層優れた耐食性をもつステンレス鋼の提供が望まれている。
【０００３】
ステンレス鋼の耐食性は、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ等の合金成分を増量させることにより改善できる。しかし、合金成分の多量添加は、鋼材コストを上昇させ、ステンレス鋼の用途展開に対するネックとなる。合金成分の増量に伴い加工性も低下するので、打抜き，深絞り等によって製品形状に成形される水廻り製品用の素材としては適切な解決策ではない。そこで、合金成分を増量させることなく耐食性を改善することが検討されている。
たとえば、特許文献１では、鋼中のＳを０.００２０質量％以下に規制して不動態化能力を向上させたステンレス鋼を紹介している。しかし、酸性水溶液中での耐食性に及ぼす低硫化の効果を開示しているものの、ＣｌＯ-を含む中性の上水中での耐食性は不明である。また、過度の脱硫は、鋼材コストの上昇を招く。
【０００４】
特許文献２では、ＢＡ仕上げステンレス鋼製造時にＢＡ条件を制御することにより、ＳｉＯ2に富んだ酸化皮膜をステンレス鋼表面に形成させ、耐候性を改善している。しかし、ＳｉＯ2に富んだ酸化皮膜は、通常の不動態皮膜と異なり、疵付き等によって一旦損なわれると再生し得ないため耐食性の長期安定性に問題がある。
特許文献３では、使用原水の水質を調整することによりステンレス鋼の腐食を防止している。水質のうちＣｌ-，ＨＣＯ3-が着目されているが、上水系の自然電位を支配するＣｌＯ-については言及されていない。
【特許文献１】特開昭57-177955号公報
【特許文献２】特開昭63-235461号公報
【特許文献３】特開平9-136085号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、過剰な耐食性を呈するステンレス鋼に代えて環境に見合った耐食性を呈するステンレス鋼を使用することにより、安価で加工性にも優れた水廻り機器部材用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】
【０００６】
本発明は、ＣｌＯ-濃度：１０〜５００ｐｐｍのＣｌＯ-＋Ｃｌ-水溶液におけるステンレス鋼の孔食電位を定電位法で測定し、水廻り機器が接する水のＣｌＯ-濃度，温度に応じて、Ｃｒ：１６〜２５質量％を含むステンレス鋼から孔食電位測定値が０.５Ｖ,SCE以上のステンレス鋼を選択して水廻り機器の素材に使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
ステンレス鋼の耐食性レベルを判断する目安として孔食電位が知られている。Ｃｒ，Ｍｏ等の耐食性改善効果を呈する合金元素の含有量が多くなるほど孔食電位が高くなり、ステンレス鋼の耐食性が向上する。孔食電位に影響する環境側の因子は温度，Ｃｌ-濃度であり、温度やＣｌ-濃度が高いほど孔食電位が低下し、ステンレス鋼が孔食しやすくなる。
ある環境下における孔食発生の有無は、ステンレス鋼の孔食電位を当該環境下のステンレス鋼の自然電位と比較することにより推定できる。自然電位は、当該環境に存在する酸化性物質（酸化剤）及びその濃度で決まる。酸化剤としては溶存酸素が一般的であるが、Ｆｅ2+イオン，Ｃｕ2+イオン等も強力な酸化剤である。本発明が対象とする上水にあっては、次亜塩素酸系殺菌剤に由来するＣｌＯ-も酸化剤として作用する。
【０００８】
ＣｌＯ-濃度が上昇するとステンレス鋼の自然電位が上昇し、ＣｌＯ-の自己分解で塩化物イオン（Ｃｌ-）濃度も高くなり、孔食が生じやすくなる。ＣｌＯ-が存在する系で耐食性を判断する基準としては、ステンレス鋼の腐食発生電位を系の酸化力と比較する方法が有効である。系の酸化力はステンレス鋼が到達する自然電位に相当し、自然電位は酸化剤の種類，温度等に応じて変化する。
具体的には、試薬次亜塩素酸でＣｌＯ-濃度を調整した試験液に２０Ｃｒ-２５Ｎｉ-６Ｍｏ鋼を浸漬し、ＣｌＯ-の所定濃度条件での測定はステンレス鋼の自然電位が安定する７日間とし試験液は２４時間で更新した。試験温度４０℃での測定結果（図１）は、１ｐｐｍのＣｌＯ-添加でステンレス鋼の自然電位が貴になり、２０ｐｐｍ程度で自然電位が約０.４８Ｖ,SCEに達していることを示す。ＣｌＯ-濃度を更に５００ｐｐｍまで上げても、自然電位の貴化が鈍化し、ほぼ０.５Ｖ,SCEで定常になる。したがって、孔食発生が懸念される場合、定常値となった自然電位以上の孔食電位をもつステンレス鋼であれば孔食を防止できることが判る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明ではマルテンサイト系，フェライト系，オーステナイト系ステンレス鋼を対象とし、適用される水廻り製品の各種部位に要求される特性に応じて必要鋼種が選択される。なお、本件明細書では、上水供給用の貯水槽，給水槽，受水槽の構造部材を包含する意味で用語「水廻り機器部材」を使用している。
本発明で選択対象としているステンレス鋼に含まれる合金成分，含有量等を説明する。
〔Ｃｒ：１６〜２５質量％〕
ステンレス鋼の耐食性確保に重要な合金成分であり、Ｃｒ含有量の増加に応じて耐食性も向上する。１０ｐｐｍ以上のＣｌＯ-を含む水溶液中で孔食電位を０.５Ｖ,SCE以上にする上で、最低でも１６質量％のＣｒ含有が必要である。しかし、２５質量％を超える過剰量のＣｒが含まれると、ステンレス鋼が硬質化し加工性が低下する。２５質量％を超えるＣｒ含有量は、５００ｐｐｍまでのＣｌＯ-イオンを含む環境下で過剰耐食性ともなり、鋼材コストの上昇を招く。
【００１０】
〔Ｎｉ≦２５質量％〕
孔食電位に大きな影響を与える合金成分ではないので、フェライト系，マルテンサイト系，オーステナイト系ステンレス鋼に通常含まれる範囲でＮｉ含有量が選定される。具体的には、スクラップから混入する不純物程度のレベルからオーステナイト組織の安定化に必要な２５質量％以下の範囲でＮｉ含有量が定められる。
〔Ｃ≦０.０５質量％以下，Ｎ≦０.０４質量％，Ｃ＋Ｎ≦０.０８質量％〕
Ｃ，Ｎの含有量が低くなるほどステンレス鋼が軟質化し加工性が向上すると共に、耐食性，溶接性，溶接部耐食性に有害な炭化物，窒化物の生成量も少なくなる。したがって、Ｃ，Ｎは少ないほど好ましく、フェライト系ステンレス鋼ではＣ：０.０２質量％以下，Ｎ：０.０２質量％以下，Ｃ＋Ｎ：０.０３５質量％以下に、マルテンサイト系ではＣ：０.０４質量％以下，Ｎ：０.０４質量％以下，Ｃ＋Ｎ：０.０５質量％以下に、オーステナイト系ではＣ：０.０５質量％以下，Ｎ：０.０４質量％以下，Ｃ＋Ｎ：０.０８質量％以下に規制する。
【００１１】
〔Ｓｉ≦０.６質量％〕
製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であるが、鋼材を硬質化して加工性を低下させ、溶接部の高温割れや溶接部靭性を低下させる作用を呈する。このような悪影響を抑制するため、Ｓｉ含有量の上限を０.６質量％に定めた。
〔Ｍｎ：０.０１〜２質量％〕
鋼中に微量に存在するＳと反応して可溶性硫化物を生成し、耐食性を低下させるので、Ｍｎ含有量は低いほど好ましい。特に可溶性硫化物の影響が強く現れるフェライト系ではＭｎ含有量の上限を０.４質量％に設定する。オーステナイト系では、Ｍｎ系可溶性硫化物の影響が少ないのでＭｎ含有量の上限に加わる制約も緩和される。したがって、オーステナイト系ステンレス鋼に通常含有されている０.０１〜２質量％の範囲からＭｎ含有量を選定する。
【００１２】
〔Ｐ≦０.０４質量％〕
母材，溶接部の靭性に有害な成分であるが、Ｐ含有量の上限を０.０４質量％に規制することによって製造コストの上昇を招くことなくＰ起因の悪影響を抑制できる。
〔Ｓ≦０.００５質量％〕
腐食の起点となる可溶性硫化物を生成するので、可能な限りＳ含有量を低減する必要があるが、過度の脱硫は鋼材コストの上昇を招く。Ｔｉ添加やＣｒ増量によってＳ起因の悪影響を抑制できるので、脱硫コストを勘案してＳ含有量の上限を０.００５質量％に設定する。
【００１３】
〔Ｍｏ：０〜３.０質量％〕
必要に応じて添加される合金成分であり、Ｃｒ存在下でステンレス鋼の耐食性を向上させる作用を呈する。耐食性向上効果は、０.０１質量％のＭｏ添加でみられ、Ｃｒ含有量と共に大きくなる。しかし、Ｍｏの過剰添加は製造コストの上昇，加工性低下の原因にもなるので、添加する場合には３.０質量％を上限とし、耐食性の要求レベルに応じたＭｏ含有量を選定する。
〔Ｃｕ：０〜３質量％〕
必要に応じて添加される合金成分であり、オーステナイト系ステンレス鋼にあっては耐応力腐食割れ性、フェライト系ステンレス鋼にあっては耐孔食性の改善に有効であり、０.０１質量％以上でＣｕの添加効果がみられる。しかし、過剰量のＣｕ添加は耐孔食性に好ましくないので、オーステナイト系では３質量％，フェライト系では１質量％にＣｕ含有量の上限を規制する。
【００１４】
〔Ｔｉ：０.１〜０.４質量％，Ｎｂ：０.１〜０.６質量％〕
フェライト系ステンレス鋼に固溶しているＣ，Ｎを化学的に安定な炭窒化物として固定し、母材，溶接部の耐食性，靭性を改善する。しかし、Ｔｉの過剰添加は鋼材の表面品質を損ねるので上限を０.４質量％，Ｎｂの過剰添加は溶接性を低下させるので上限を０.６質量％に規制する。耐粒界腐食性に及ぼすＴｉ，Ｎｂの添加効果は０.１質量％以上でみられ、Ｃ，Ｎの固定に消費される分を考慮するとＴｉ，Ｎｂの合計量を７(Ｃ＋Ｎ)＋０.１５質量％以上にすることが好ましい。
〔Ａｌ：０.０１〜０.３質量％〕
Ｔｉ，Ｎｂの酸化ロスを抑えて鋼材の特性改善に有効なＴｉ，Ｎｂ量を確保するため必要に応じて添加される合金成分であり、０.０１質量％以上でＡｌ添加の効果がみられる。しかし、０.３質量％を超える過剰量のＡｌ添加は、冷延材の延性や溶接性を低下させやすい。
【実施例】
【００１５】
表１の組成をもつステンレス鋼を用意した。
【００１６】
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【００１７】
各ステンレス鋼から試験片を切り出し、定電位法で孔食電位を測定した。また、試験片を一定電位に４８時間保持し、孔食発生による腐食電流及び発生した孔食の程度を調査した。孔食発生によって腐食電流が流れても、４８時間経過した後で腐食電流の低減量が１μＡ以下の場合には“孔食発生せず”と判定し、新たな試験片を用いて設定電位を５０ｍＶ貴に設定した定電位試験を実施し、腐食電流が継続して流れるまで定電位試験を繰り返すことにより孔食電位を求めた。
試験液のＣｌＯ-＋Ｃｌ-濃度は５０ｐｐｍ，２００ｐｐｍ，１０００ｐｐｍの３水準、試験温度は２０℃，４０℃，６０℃，８０℃とした。
孔食電位の測定結果を表２にまとめて示す。
【００１８】
Ｃｒ：１２質量％のステンレス鋼Ｎo.１は、５０ｐｐｍのＣｌＯ-＋Ｃｌ-濃度では何れの試験温度でも０.５Ｖ,SCE以下と孔食電位が低く、腐食しやすい材料であった。Ｃｒ：１６質量％のステンレス鋼No.２は、ＣｌＯ-＋Ｃｌ-濃度が５０ｐｐｍのとき試験温度２０℃で０.５Ｖ,SCE以上の孔食電位を示し、２０℃以下の環境で使用可能なことが判る。Ｃｒ：２２質量％のステンレス鋼No.６は、１０００ｐｐｍのＣｌＯ-＋Ｃｌ-濃度であっても全ての試験温度で０.５Ｖ,SCE以上の孔食電位を示し、全ての温度域で孔食発生のない素材として使用可能なことが判る。Ｃｒ：２９質量％のステンレス鋼No.７は、ステンレス鋼No.６に比較して高い孔食電位を示すものの、ＣｌＯ-＋Ｃｌ-の腐食環境下では耐食性が過剰レベルにある。
【００１９】
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【００２０】
次いで、各ステンレス鋼の試験片を試験液への浸漬と乾燥を繰り返す乾湿交番試験に供した。乾湿交番試験では、６０℃のＣｌＯ-＋Ｃｌ-水溶液に試験片を３０分浸漬し、水溶液から引き上げた試験片を大気中で１５分自然乾燥させた後、７０℃の熱風を１５分吹き付けることを１サイクルとし、１３０サイクル後に試験片表面を観察した。その結果、ステンレス鋼Ｎo.６の試験片は当初の健全な表面を保っていたが、他のステンレス鋼表面には孔食が発生しており、表２に示した孔食電位の測定結果に腐食発生状況が一致していた。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
以上に説明したように、ＣｌＯ-，Ｃｌ-を含む環境に曝される水廻り製品の素材としてステンレス鋼を使用する場合、ステンレス鋼の腐食発生電位を環境の酸化力と比較し、孔食電位０.５Ｖ,SCEを基準としてステンレス鋼を選択するとき、環境条件に対応したレベルの耐食性をもつステンレス鋼の使用が可能となる。そのため、過剰品質で高価なステンレス鋼を必要とせず、耐食性に優れた貯水槽，給水槽，受水槽，家庭用水廻り製品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】次亜塩素酸ナトリウム環境におけるステンレス鋼の自然電位を示したグラフ
【図１】
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