(57)【要約】【課題】  低温度で低濃度領域の苛性ソーダ環境において、ＳＵＳ３０４材料の苛性割れを防止することができる。【解決手段】  低温度で低濃度領域の苛性ソーダ環境において、酸化剤の存在下にオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４材料を使用するに際し、該ＳＵＳ３０４を所望の形状に加工した後、固溶化熱処理を施すことを特徴とするＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法。前記苛性ソーダ濃度が２０重量％以下、かつ温度が５０℃以下であるＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法、酸化剤がジヒドロパーオキサイドである場合の前記ＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法、固溶化熱処理が１０５０〜１１５０℃に加熱した後、急冷する方法である前記ＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法も本発明の好ましい態様である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温度で低濃度領域の苛性ソーダの存在下において、酸化剤の存在下にオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４材料を使用するに際し、該ＳＵＳ３０４を所望の形状に加工した後、固溶化熱処理を施すことを特徴とするＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法。
【請求項２】
苛性ソーダ濃度が２０重量％以下、かつ温度５０℃以下である請求項１記載のＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法。
【請求項３】
酸化剤がジヒドロパーオキサイドである請求項１または２記載のＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法。
【請求項４】
固溶化熱処理が１０５０〜１１５０℃に加熱した後、急冷する方法である請求項１から３のいずれかに記載のＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法。
【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の苛性割れ防止方法に関する。さらに詳しくは、低温度で低濃度領域の苛性ソーダ環境において、酸化剤の存在下にオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４を使用する際の苛性割れ防止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４材料は、ＳＵＳ３１６材料に比較しても加工硬化性があるものの、１２０℃以下、苛性ソーダ濃度約３０重量％以下の環境においては、苛性ソーダ環境におけるストレスコロージョンクラッキング（以下ＳＣＣと略す）、いわゆる苛性割れは生じないとされてきた（非特許文献１、図４参照）。しかし、現実の化学プロセスにおいては、苛性ソーダ単独で取り扱う場合は比較的少なく、種々の物質が混合した複合的な環境でプロセス流体を取り扱う場合が多い。このような場合には、上記文献記載のデータからは予測のつかない現象を示すことがしばしばある。酸化剤が存在する苛性ソーダ環境においては、上記非特許文献１に示されているＳＵＳ３０４材料が苛性割れを生じないとされている領域において、ＳＵＳ３０４材料の苛性割れがしばしば観察され、対策が望まれていた。
【０００３】
【非特許文献１】Metals Handbook,9th ed., Vol 13. Corrosion, ASM International, Metals Park, OH 1987, 1178
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような状況下でなされたものであって、低温度で低濃度領域の苛性ソーダ環境において、酸化剤の存在下にオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４を使用する際の苛性割れ防止方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、請求項１に係る発明は、低温度で低濃度領域の苛性ソーダ環境において、酸化剤の存在下にオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４材料を使用するに際し、該ＳＵＳ３０４を所望の形状に加工した後、固溶化熱処理を施すことを特徴とするＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法である。請求項２に係る発明は、前記苛性ソーダ濃度が２０重量％以下、かつ温度が５０℃以下であるＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法、請求項３に係る発明は、酸化剤がジヒドロパーオキサイドである場合の前記ＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法、請求項４に係る発明は、固溶化熱処理が１０５０〜１１５０℃に加熱した後、急冷する方法である前記ＳＵＳ３０４材料の苛性割れ防止方法であり、いずれも本発明の好ましい態様である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、低温度で低濃度領域の苛性ソーダ環境において、酸化剤の存在下にオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４を使用する際には、該ＳＵＳ３０４を所望の形状に加工した後、固溶化熱処理を施す、本発明の方法によることにより、ＳＵＳ３０４材料の苛性割れを防止することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明における、低温度で低濃度領域の苛性ソーダ環境とは、非特許文献１（図４）に示されている破線（Ａｐｐａｒｅｎｔ  ＳＣＣ  ｂｏｕｎｄａｒｙ）外の部分、すなわち、温度１２０℃以下、苛性ソーダ濃度３０重量％以下の部分を指すが、特に好ましくは、温度５０℃以下、苛性ソーダ濃度２０重量％以下である。ＳＵＳ３０４材料を加工して上記環境で使用した場合、例えば、内径９０ｍｍのＳＵＳ３０４パイプを内径１２０ｍｍに拡管加工して、酸化性を有するジヒドロキシパーオキサイド約１０重量％、苛性ソーダ約７〜８重量％を含む約４５℃、５００ｋＰａＧの水溶液が流れる化学合成プロセスに使用したところ、約１年間で拡管部に割れを生じて、内部の液が浸出する現象を観察した。上記の、割れ状況を検査したところ、次のような知見を得た。
【０００８】
（１）外観検査：外径が拡管により最も大きく膨らんだ部分には白色になった部分があり、この部位に割れが発生していることが目視で確認された。内面に腐食減肉している様子は見られない。そこで、さらに詳細に調べるため、内外面染色探傷検査を行った。
【０００９】
（２）内外面染色探傷検査：金属表面を洗浄した後、割れ部位に浸透剤を塗布し、一定時間経過後白い発色液を吹き付け、割れの部分に発色した赤い浸透液で、割れを観察した。外面側には欠陥指示模様は見られなかったが、内面側には外径が拡管により最も大きく膨らんだ部分に円周方向の線状欠陥指示模様が多数発生しているのが確認された。図１に、管内面の拡管部分に見られる欠陥指示模様を示す染色探傷検査の結果を示す。この線状欠陥指示模様は、単一ではなく分枝状になった割れであり環境割れを窺わせるものである。その他のテーパー部分に欠陥指示模様は見られなかった。この線状欠陥指示模様が、割れであることを確認するために下記の断面マクロ組織ならびにミクロ組織観察を行った。
【００１０】
（３）断面マクロ組織ならびにミクロ組織観察：金属材料の割れが発生した部分の断面を切り出し、表面を研磨した後、エッチング液で腐食させてマクロ組織、ミクロ組織を顕微鏡で観察した。図２、図３に管内面の拡管部分に見られる苛性ソーダ環境におけるＳＣＣ割れが見られるミクロ組織観察の顕微鏡写真を示した。
【００１１】
これらの図から、割れは本体内面から生じ、かつ、全てオーステナイト結晶粒界に沿った粒界割れであり、粒内には強冷間加工によって生じたスリップバンドが生成している様子が観察された。割れ形態及び使用環境から判断して苛性割れによるものと判断される。
【００１２】
（４）断面硬さ測定：断面硬さの測定はビッカース硬さ測定法で行った。すなわち、金属材料断面の表面を研磨した後、一定角度を有する四角錐のダイヤモンド圧子を押し付けて、その押し込み深さにより金属の硬さを測定した。本体内面から外面にかけていずれの部分もＨＶ:３５０〜３９０の非常に硬い数値を示した。外径が拡管により太くなっていない正常部の硬さがＨＶ:１８０〜２００であるのに比べ約２倍程度まで硬化していることになる。ＳＵＳ３０４材質は強冷間加工により粒内に加工誘起マルテンサイトが生成して硬化することが知られているが、ここで用いたパイプは、内径約９０ｍｍから約１２０ｍｍまで拡管される強冷間加工を受けており、この加工時に加工誘起マルテンサイトが生成して硬化したものと考えられる。
【００１３】
以上のように、従来、明らかにされていた苛性ソーダ環境における応力腐食割れ発生の温度―濃度線図（図４）からみて、はるかに安全領域に位置する、温度約４５℃、苛性ソーダ濃度約７〜８重量％と言うマイルドな条件でも、酸化剤が存在するといわゆる苛性割れが生じることが明らかになった。このことから、かかる条件でＳＵＳ３０４材料を加工して用いる場合には、固溶化熱処理を行うことが好ましい。固溶化熱処理の条件は、１０５０〜１１５０℃で加熱した後、急冷するのが好ましい。温度が１０５０℃より低いと完全な組織改善（固溶化）ができず硬さや残留応力が低下しきれない。また、１１５０℃より高いと、結晶粒度が粗大化し強度の低下を招く事があるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】染色探傷検査による欠陥指示模様を示す金属表面形状の写真である。
【図２】管内面の拡管部分に見られる苛性ソーダ環境におけるＳＣＣ割れを示すミクロ組織観察の倍率１００倍の顕微鏡写真である。
【図３】管内面の拡管部分に見られる苛性ソーダ環境におけるＳＣＣ割れの先端部分を示すミクロ組織観察の倍率４００倍の顕微鏡写真である。
【図４】非特許文献１に示されている、ＳＵＳ３０４材料のＳＣＣ領域と温度および苛性ソーダ濃度の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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