(57)【要約】【課題】濃硫酸の環境中で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。【解決手段】重量％で、約0.025％以下の炭素、約0.5〜約4.1％のマンガン、約5.5〜約6.2％のケイ素、約11〜約15％のクロム、約9.0〜約15.5％のニッケル、約0.8〜約1.2％のモリブデン、および約0.8〜約２％の銅、および本質的に残部の鉄と不可避不純物からなる組成を有する合金。この組成は、濃硫酸を処理するときに現行の合金に類似しそしてそれらを凌ぐ腐食速度を維持する高ケイ素オーステナイト系ステンレス鋼において、少ない合金含有量をもたらす。約2100oF（1148.9℃）〜約2200oF（1204.5℃）の範囲で熱間加工を行なったときに許容できる特性が見いだされた。約1925oF（1051.7℃）〜約2025oF（1107.2℃）の範囲での焼鈍を行なうのが好ましく、また焼鈍の後に水急冷を行なうのが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃硫酸の環境中で良好な耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼であって、本質的に、重量％で、約0.025％以下の炭素、約0.5〜約4.1％のマンガン、約5.5〜約6.5％のケイ素、約11〜約15％のクロム、約9.0〜約15.5％のニッケル、約0.8〜約1.2％のモリブデン、および約0.8〜約２％の銅、および本質的に残部の鉄からなる組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項２】
ケイ素の含有量が約5.5〜約6.2％である、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】
約0.03％以下のリンをさらに含有する、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４】
約0.004％以下の硫黄をさらに含有する、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５】
約0.025％以下の窒素をさらに含有する、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６】
約0.015％以下の窒素をさらに含有する、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７】
鋼が約2100oF（1148.9℃）〜約2200oF（1204.5℃）の範囲での熱間加工を受ける、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８】
鋼が熱間加工の後に約1925oF（1051.7℃）〜約2025oF（1107.2℃）の範囲での焼鈍をさらに受ける、請求項７に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項９】
鋼が焼鈍の後に水急冷をさらに受ける、請求項８に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項１０】
銅の含有量が約0.8〜約1.2％である、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１１】
本質的に、重量％で、約0.55％のマンガン、0.027％のリン、5.85％のケイ素、14.04％のクロム、15.29％のニッケル、0.97％のモリブデン、0.99％の銅、0.003％の硫黄、0.010％の窒素、および0.016％の炭素、および本質的に残部の鉄からなる組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項１２】
本質的に、重量％で、約4.01％のマンガン、約0.027％のリン、約6.00％のケイ素、約14.01％のクロム、約13.46％のニッケル、約0.95％のモリブデン、約0.98％の銅、約0.0019％の硫黄、約0.009％の窒素、および約0.020％の炭素、および本質的に残部の鉄からなる組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項１３】
硫酸濃度が約90％以上の濃硫酸および約60℃以上の温度の環境中で良好な耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼であって、本質的に、重量％で、約0.025％以下の炭素、約0.5〜約4.1％のマンガン、約5.5〜約6.5％のケイ素、約11〜約15％のクロム、約9.0〜約15.5％のニッケル、約0.8〜約1.2％のモリブデン、および約0.8〜約２％の銅、および本質的に残部の鉄からなる組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は一般に耐食性オーステナイト系ステンレス鋼に関する。特に本発明は、酸性の環境で用いるのに特に適しているステンレス鋼に関する。さらに本発明は、濃硫酸の環境中で耐食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼に関する。
【０００２】
２．先行技術の記述
ステンレス鋼およびケイ素の含有量が高い合金は一般に、濃硫酸すなわち90％以上の濃度の硫酸の環境中で良好な耐食性を示すことが知られている。従って、ケイ素の含有量が高いステンレス鋼および合金は、濃硫酸を製造する装置のための構造材料として用いるのに適している。
【０００３】
硫酸製造設備のような用途において、耐食性は材料の選択を決定する唯一の考慮すべき点ではない。あらゆる工業において常に、コストは材料の選択のための重要な要素である。低コストの選択肢が存在するために、コストは硫酸の製造業のような資本集約的工業において特に重要である。そのような一つの選択肢は、れんが張りした（brick-lined）炭素鋼である。れんが張りした炭素鋼は、ケイ素の含有量が高いステンレス鋼および合金の代わりにしばしば選択される。というのは、それは最初のコストが比較的低いからである。
【０００４】
ケイ素が合金に添加されるとき、最終的な合金が許容できる耐食性とその他の性能特性を有するように、他の合金元素が選択されなければならない。例えば、高ケイ素のオーステナイト系合金は、相の安定性と延性を得るために、オーステナイト化元素（主としてニッケル）の添加を必要とする。合金元素の含有量が高いほど、コストの高い材料が最終のユーザーに提供されることになる。
【０００５】
上のことに基づいて、この分野の工業においては、濃硫酸の環境中で優れた耐食性を得るためには合金は高い割合のケイ素および／またはその他の合金元素を含有していなければならないと信じられている。逆に言えば、合金元素の含有量が低い合金を製造することはできるが、そのような合金は特定の濃硫酸の環境中では耐食性において良好な性能を示さないであろう。また、選択される組成に応じて、合金元素の含有量が高い合金は製造するのが困難かもしれない。ここで説明する合金において、全ての組成は重量％で示される。
【０００６】
商業的に入手できて特許文献に記載されている合金は、これらの一般的に信じられていることを例証する。例えば、UNS F47003の呼称を有する14.5％ケイ素の鋳鉄のような高ケイ素合金が商業的に使用されてきた。しかし、これらの合金は脆く、切削加工し溶接するのが困難であり、従ってそれらの製造は一般に鋳造に限定されている。従って、そのような材料は、広範囲の製品を製造可能な加工用材料ほどに多目的に使用できるものではない。
【０００７】
濃硫酸の環境中で高い耐食性を有するために通常用いられている加工用合金は、S30601の統一番号系列（Unified Numbering System：UNS）の呼称を有する合金である。UNS S30601合金は、0.015％以下の炭素、17.0〜18.0％のクロム、0.35％以下の銅、1.0％以下のマンガン、0.05％以下の窒素、17.0〜18.0％のニッケル、0.030％以下のリン、0.013％以下の硫黄、および5.00〜5.60％のケイ素の組成を有する。UNS S30601の組成範囲内の合金は、米国特許4,543,244号、米国特許5,028,396号、および米国特許5,032,373号（全てJones他）に開示されている。
【０００８】
濃硫酸の環境中での高い耐食性を必要とする用途に通常用いられているその他の合金は、UNS S32615の呼称を有する合金である。UNS S32615合金は、0.07％以下の炭素、16.0〜21.0％のクロム、1.5〜2.5％の銅、2.0％以下のマンガン、0.3〜1.5％のモリブデン、17.5〜22.5％のニッケル、0.045％以下のリン、0.030％以下の硫黄、および4.8〜6.0％のケイ素の組成を有する。
【０００９】
UNS S30601合金は比較的低い合金成分含有量を有するが、しかし一般にUNS S32615合金を含む他の普及している高ケイ素合金と比較して、耐食性の点では良好な性能を示さない。報告されているところによれば、UNS S30601合金は、プロセス流れの乱れ（例えば温度や酸濃度の変化）に対する抵抗性がUNS S32615合金ほどには高くない。
【００１０】
一方、UNS S32615合金は耐食性においては比較的良好な性能を示す。銅およびモリブデンの含有と結び付いたUNS S32615合金の高ニッケル含有量は、プロセスの乱れに対する抵抗性を高める。しかし、この合金は比較的高い合金成分含有量を有する。その結果、UNS S32615合金は、製造するのにUNS S30601合金よりもコストが高くなる。
【００１１】
濃硫酸の環境中で高い耐食性を有するものとして用いられる高ケイ素合金の他の例としては、1.4390のWerkstoff呼称を有する合金（これは700Si Nicrofer（登録商標）2509Si7 の名称でVDMから販売されている）、および英国特許1,534,926号で開示されている合金がある。Werkstoff 1.4390合金は、0.02％以下の炭素、8.0〜11.0％のクロム、2.0％以下のマンガン、0.50％以下のモリブデン、22.0〜25.0％のニッケル、および6.5〜8.0％のケイ素の組成を有する。
【００１２】
Werkstoff 1.4390合金も耐食性においては比較的良好な性能を示すが、しかしこれも比較的高い合金成分含有量を有する。さらに、Werkstoff 1.4390合金の高いケイ素含有量はまた、溶接部の延性、溶接部の靭性、および製品の靭性についての懸念を生じさせる。
【００１３】
最後に、英国特許1,534,926号は濃硫酸の環境中で良好な耐食性を示す合金を開示している。英国特許1,534,926号は表３においてその発明の幾つかの合金組成を記載していて、その合金組成は２から９の番号のものである。そこに記載された合金組成でわかるように、ケイ素の量が比較的高く（すなわち6.5％以上）そして／または他の合金元素の量が比較的高い。高いケイ素含有量を有する合金については、加工性が損なわれるだろう。またこれらの合金組成においては全ての合金元素の合計量が高く、これらの合金は製造コストが比較的高いだろう。
【００１４】
従って、ステンレス鋼および合金の製造業において、合金元素の含有量が比較的低く、そのために製造費用が比較的安く、同時に濃硫酸の環境中で比較的高いレベルの耐食性を保持する材料を生み出す必要がある。
【００１５】
従って、本発明の目的は、濃硫酸の環境中で高い耐食性を有すると同時に種々の合金元素が最適化されたオーステナイト系ステンレス鋼を提供すること、およびコストの低い合金元素の組み合わせによって効率的に加工することができる製品を提供することである。
【００１６】
発明の要約
本発明は、濃硫酸を製造する装置において使用するための新規な加工性オーステナイト系ステンレス鋼を記載する。それは、ケイ素の含有量が公称で４〜７％の現行のオーステナイト系ステンレス鋼を凌ぐ低いコストの後継品および／または改善された耐食性を有する合金であると言うことができる。
【００１７】
本発明の合金は、重量％で、約0.025％以下の炭素、約4.1％以下のマンガン、約5.5〜6.2％のケイ素、約11〜約15％のクロム、約9.0〜約15.5％のニッケル、約0.8〜約1.2％のモリブデン、および約0.8〜約1.2％の銅、および残部の鉄、および通常の製鋼における残留元素からなる組成を有する。
【００１８】
本発明は濃硫酸を扱う高ケイ素オーステナイト系ステンレス鋼における可能な限りの合金含有量を提供し、同時に、そのような用途のための現行の合金と同様のそしてこれに匹敵する腐食速度を維持し、それによって現行の合金に代わる低コストの材料を生み出す。これは、Delongの式を修正したものを使用してこの式の精度を高めることによって達成された。その修正はケイ素の係数に中心を置いている。修正されたDelongの式の使用は、許容できる量のデルタフェライトを伴う本発明の合金を開発する手段であった。
【００１９】
本発明の合金は下記のように処理されるとき、許容できる特性を有していた。熱間加工は約2125oF〜約2175oFの範囲で行なわれた。熱間加工を行うべき温度の好ましい範囲は約2100oF〜約2200oFである。約2200oFを超える温度は不十分な熱間強度を招くので好ましくない。一方、2100oF未満の温度では、材料を効果的に加工することができないだろう。この範囲内では、より低い熱間加工温度が好ましく、それによってデルタフェライトの成長が最少になり、従って良好な熱間圧延表面とコイル、板材、またはその他の加工製品のエッジ部分の品質を良好にする。約1925oF〜約2025oFの範囲での焼鈍が好ましいが、しかし、この範囲の低い方の値が特に好ましい。というのは、それはシグマ相の溶解を可能にして、またデルタフェライトの形成を最少にするからであり、このことは後続の冷間仕上げに有利である。焼鈍後は水急冷を行なって、冷却の間のシグマ相の形成を抑制するのが好ましい。
【００２０】
本発明のその他の目的と利点は、図面に示される特定の好ましい態様の記述から明らかになるであろう。
好ましい態様の詳細な説明
本発明は、濃硫酸の環境中で高い耐食性を有すると同時に、合金元素の低コストの組み合わせから効率的に加工することができる製品を提供するために種々の合金元素が最適化されたオーステナイト系ステンレス鋼を提供する。
【００２１】
本発明の鉄系合金と本明細書中で説明する複数のその他の合金との間の合金元素組成の比較を下の表に示す：
【００２２】
【表１】
2007284799.tif 000002
【００２３】
上の比較からわかるように、本発明の合金の合金元素の公称量の合計は比較的低く、UNS S30601合金およびWerkstoff 合金の合計値よりも低く、そしてUNS S32615合金よりも際立って低い。含有元素の量が比較的低いことによって、製造費用の低い合金が得られる。例えば、比較的高いコストの元素であるニッケルは15.5％以下にされる。
【００２４】
これらの合金の腐食試験を行なった。試験結果を以下に要約する。濃硫酸を扱う場合の、他の上記の合金に対して比較的低い量の合金元素にもかかわらず、本発明の合金はUNS S30601合金よりも良好な耐食性を示し、その他の合金よりもかなり良好な耐食性を示した。実際、幾つかの試験条件において、本発明の合金は腐食試験においてWerkstoff 合金およびUNS S32615合金よりも優れていた。
【００２５】
下記の腐食データは実験によって得られた。この場合、合金は上記の組成に従って同じプロセスによって製造され、次いで試験された。このデータは、濃硫酸の濃度と温度において、公称で0.50％のマンガン（ヒートNo.RV1569）および公称で4.0％のマンガン（ヒートNo.RV1573）を含有する本発明の合金と、UNS S32615合金（ヒートNo.RV1395）の範囲内の組成、UNS S30601合金（ヒートNo.055822）の範囲内の組成、およびWerkstoff 1.4390合金（ヒートNo.RV1418）の範囲内の組成の比較を示す。与えられたデータは基本的な腐食試験の精度に従い、それはおよそプラスマイナス10％である。下記の腐食速度のデータはMPYの単位で与えられ、これは１年間当りの腐食量をミリインチ（マイクロメートル）で表したものである。
【００２６】
【表２−１】
2007284799.tif 000003
【００２７】
【表２−２】
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【００２８】
本発明の合金のRV1569ヒートの組成（重量％）は、0.55％のマンガン、0.027％のリン、5.85％のケイ素、14.04％のクロム、15.29％のニッケル、0.97％のモリブデン、0.99％の銅、0.003％の硫黄、0.010％の窒素、および0.016％の炭素である。本発明の合金のRV1573ヒートの組成（重量％）は、4.01％のマンガン、0.027％のリン、6.00％のケイ素、14.01％のクロム、13.46％のニッケル、0.95％のモリブデン、0.98％の銅、0.0019％の硫黄、0.009％の窒素、および0.020％の炭素である。
【００２９】
RV1395ヒート（UNS S32615合金）の組成（重量％）は、0.51％のマンガン、0.024％のリン、5.42％のケイ素、17.27％のクロム、18.62％のニッケル、1.04％のモリブデン、2.03％の銅、0.004％の硫黄、0.021％の窒素、および0.010％の炭素である。RV1418ヒート（Werkstoff 1.4390合金）の組成（重量％）は、1.35％のマンガン、0.019％のリン、7.25％のケイ素、8.98％のクロム、23.68％のニッケル、0.24％のモリブデン、0.10％の銅、0.002％の硫黄、0.011％の窒素、および0.012％の炭素である。055822ヒート（UNS S30601合金）の組成（重量％）は、0.60％のマンガン、0.008％のリン、5.50％のケイ素、17.49％のクロム、17.24％のニッケル、0.03％のモリブデン、0.01％の銅、0.0032％の硫黄、0.0048％の窒素、および0.008％の炭素である。
【００３０】
濃硫酸の製造業において、２MPY以下の腐食速度は酸の製造プラントにおいて使用される材料にとって許容できる設計基準であると考えられている。公称で0.5％および4.0％のマンガンを含有する組成の本発明の合金は、他の合金、特にUNS S32615合金およびWerkstoff 1.4390合金に類似する腐食速度を有し、多くの場合良好である、ということに留意されたい。このデータはまた、本発明の合金中での高マンガン含有量において特定の試験基準の下で良好な性能を示す傾向があることも示している。このデータは図１、２、３においてグラフで示す。
【００３１】
UNS S32615合金についてVarestraint法を用いて溶接割れ感受性試験が行なわれた。Varestraint法はSavageとLundinによって開発されたものであり、ステンレス鋼の製造業においては良く知られている。この試験の結果は、溶融部と熱影響部の両者において本発明の合金よりも割れやすさが高いことを示す。これは、この合金の十分なオーステナイト組織と、溶接部での優勢なオーステナイト凝固モード（これは高温割れの原因であることが知られている）のためであると考えられる。
【００３２】
本発明の合金は、合金元素含有量の低い合金であって、従ってUNS S32615合金よりも低コストの代替品であり、同時に、濃硫酸に対する耐食性を維持するかあるいは改善するものであると言うことができる。さらに、本発明の合金は溶接割れ感受性の点でUNS S32615合金を凌ぐ改善を示し、それは溶接部において結晶粒を微細化する要素として作用する少量のデルタフェライトの量を生成する化学組成のバランスを維持することによって達成される。さらに、デルタフェライトは溶接部の靭性も向上させる。溶接部におけるデルタフェライトの有効性は、”Welding Handbook”第８版、第４巻、Materials and Applications、第２部、第５章、261〜270ページに詳細に記載されている。
【００３３】
デルタフェライトの予測（推定）は、本発明の合金を開発する上での挑戦であった。というのは、周知のDelongの式の使用は正確なデータをもたらさなかったからである。Delongの式は二つの部分を有している。すなわち、フェライト化元素とみなされるクロム当量と、オーステナイト化元素とみなされるニッケル当量である。Delongの式は次のように規定される：
クロム当量＝クロム＋モリブデン＋1.5ケイ素＋0.5ニオブ
ニッケル当量＝ニッケル＋30炭素＋30窒素＋0.5マンガン
Delongの式のクロム当量部分におけるケイ素についての1.5の係数は、デルタフェライトの実際の測定された量とは一致しなかったデルタフェライトの量を予測させた。実験によって、ケイ素について1.2の係数が、実際のデルタフェライトの測定値ともっと一致する予測をもたらすことが見いだされた。
【００３４】
本発明の合金における種々の元素の役割を以下に要約する：
炭素：  炭素は非常に強いオーステナイト化作用を有する残留元素であるが、しかし溶接の間の感受性（炭化クロムの析出）とそれに付随する腐食性能の低下を回避するために約0.025％以下に維持しなければならない。炭素の含有量はできるだけ低く維持することが重要である。というのは、ケイ素の存在が炭素の固溶度を低下させる傾向があるからである。
【００３５】
マンガン：  これは、一般に約４重量％以下で特定の試験条件下で濃硫酸に対する耐食性を改善する合金元素である。実際に、上の試験ヒートの記載で示したように、許容できる材料は4.1％のマンガンを含有して製造された。約4.1％を超えるマンガンの量において、熱間加工に伴う問題が生じ、曲げ延性と溶接性が許容できる程度を超えて劣化する。高マンガン量のこの影響は新しい発見である。高いマンガン量は特定の腐食条件に対しては有利であるが、高いマンガン量においては熱間加工性と室温での曲げ延性が幾分低下するだろう。本発明の合金においてマンガンはオーステナイト化元素としても用いられ、コストの高いニッケルの含有量を低減するのに役立つ。
【００３６】
リン：  これは低い量に維持すべき不純物元素（tramp element）である。というのは、高い量においては材料の延性と熱間加工性が損なわれるからである。好ましくは、リンの重量％は約0.03％以下に維持される。
【００３７】
硫黄：  これは熱間加工性に非常に強い影響を有する不純物元素である。硫黄は0.004％未満に維持するのが好ましい。
ケイ素：  これは濃硫酸に対する耐食性に関して重要な合金元素である。一般に、ケイ素の含有量が高いほど、材料の耐食性は良好である。しかし、ケイ素の含有量が増加すると、引張り延性および溶接物の延性と靭性が低下する。ケイ素の含有量が高いとき、熱間加工と溶接を行なう間の過剰な量のフェライトの形成を回避するために、オーステナイト化元素（通常はニッケル）に伴う化学作用のバランスをとる必要がある。従って、ケイ素の含有量が高いとき、オーステナイト化元素とフェライト化元素を注意深く調和させる必要がある。ケイ素の含有量は6.5％以下に維持すべきであり、好ましくは5.5〜6.2％にすべきである。
【００３８】
クロム：  ケイ素と同様にこの合金元素はフェライト化元素であり、適切な合金バランスを維持しまたベース合金の製造コストを最少に維持するために注意深く考慮されなければならない。全てのステンレス鋼におけると同様に、クロムは表面の膜の不動態を維持するために必要であるが、しかし耐食性に関してはケイ素ほど重要な元素ではない。実験室での研究によって、他の全ての元素を一定にしたとき、14％のクロム組成は11％のクロム組成よりも幾分高い耐食性を与えることが示されたが、しかし11％のクロム組成であっても全ての腐食速度は１MPY未満であった。従って、クロムの重量％は約11％〜15％の範囲に維持すべきである。クロム含有量が15％よりも高い場合、本発明の合金の臨界的な相バランスを維持するために、１種または２種以上のオーステナイト化元素（例えばニッケル）を添加すべきであり、あるいはフェライト化元素（例えばケイ素またはモリブデン）を低減すべきである。
【００３９】
窒素：  この残留元素は炭素と同様に強いオーステナイト化元素であるが、しかし、炭素と同様に非常に低く維持しなければならず、それは第二の相を考慮すべきだからである。窒素はケイ素と結合して窒化ケイ素の析出物を形成するが、これは固溶体からケイ素を除去する相であり、それによって硫酸に対する耐食性のためのケイ素の有効量を低くし、また窒化物の析出物は引張り延性と溶接物の延性を低下させもする。窒素は0.025％以下に、そして好ましくは0.015％以下に維持すべきである。
【００４０】
ニッケル：  この元素は合金の設計とコストにおいて重要な役割を有する。炭素と窒素をできるだけ低く維持すべきであるから、ニッケルは主要なオーステナイト化元素である。ニッケルは比較的高価な合金であるが、延性と靭性を改善するのに役立ち、また硫酸に対する耐食性に寄与する。ニッケルの含有量は最大で約15.5％に維持され、また好ましくは9.0％以上とする。ニッケルは典型的に、溶接性のための約３〜５％のフェライト含有量を得るために調整すべき最終の元素である。
【００４１】
銅：  この元素の量は、処理温度または硫酸濃度が変動する間に、また吸収した水分が残留酸の膜を腐食性にしたときのメンテナンス期間の間に、追加的な耐食性を与えるために、約１％に維持するのが好ましい。銅の量は最大で約２％に維持すべきである。というのは、これよりも高い含有量では熱間延性が損なわれるからである。さらに、2.0％の銅含有量では、93〜98％の酸濃度での試験材料において耐食性は改善されないようであった。
【００４２】
モリブデン：  この合金元素も、処理温度または硫酸濃度が変動する間に、また吸収した水分が残留酸の膜を腐食性にしたときのメンテナンス期間の間に、追加的な耐食性を与えるために、約１％に維持するのが好ましい。モリブデンの量は、この合金元素の比較的高いコストの故に、最少にすべきである。さらに、2.0％のモリブデン含有量では、93〜98％の酸濃度での試験材料において耐食性は改善されないようであった。
【００４３】
安定化元素：  炭素と窒素を結合させるために、少量のTi、Cb、Zr、Mg、およびその他の安定化元素を添加することができる。
本発明は、硫酸に対する高い耐食性を良好に示すがしかし比較的低い合金元素含有量を有していて、従って製造するのが比較的廉価な合金を得るために、ステンレス鋼および合金の製造業において良く理解されていることとは相反する二つのコンセプトを含んでいる。
【００４４】
第一のコンセプトはDelongの式の修正である。クロム当量はニッケル当量に対して、1.4ニッケル当量対1.0クロム当量の比率で釣り合わなければならないことが知られている。そして標準のDelongの式に従えば、１％のケイ素を添加するごとに、2.1％のニッケル当量の添加が行なわれなければならない、と考えられる。2.1％のニッケル当量の添加は、ケイ素の1.5 Delongクロム当量係数と1.4バランス係数の積に等しい。しかし、上で指摘したように、Delongの式は実験結果に関して不正確であり、ケイ素についてのクロム当量係数は1.2であることが見いだされた。その結果、ケイ素を１％添加するごとに、わずかに1.68％のニッケル当量を添加する必要があることが見いだされた。この1.68％当量は、新たに見いだされた1.2 Delongクロム当量係数と1.4バランス係数の積に等しい。本発明の合金のような高ケイ素合金においては、この発見だけで必要な合金元素の量が低減される。
【００４５】
第二のコンセプトは、これまで実用的と考えられていたよりも多い約4.1％までのマンガンを用いることである。高ケイ素合金においては、添加されたケイ素との釣り合いをとるために、炭素、窒素、銅、マンガン、およびニッケルから選択されるニッケル当量元素を添加しなければならない。上述したように、窒素はケイ素と結合して窒化ケイ素の析出物を形成し、また炭素は溶接を行なう間に炭化クロムを析出させ、腐食性能を低下させる。従って、窒素と炭素は低い量に維持しなければならない。また、銅の量は最大で約２％に維持しなければならない。というのは、この量を超えると熱間延性が損なわれるからである。このことは、フェライト化ケイ素の添加と釣り合うようにマンガンとニッケルを可能な限りオーステナイト化元素にしておく。しかし、従来は当分野では、マンガンの含有量が増加するとき硫酸に対する耐食性は低下する、と考えられていた。このことは、英国特許1,534,926号の２ページ、110〜117行に記載されている。事実、前述した全ての先行技術の合金はマンガンの含有量を最大で２％としている。それに対して、マンガンは、硫酸に対する耐食性に不利な影響を与えることなく、約４％まで増加させ得ることが見いだされた。マンガンをより多く含有させ得ることは、非常にコストの高いニッケルの量を少なく使用することを可能にする。
【００４６】
Delongの式の修正の発見と本発明の合金の合金元素を最適化することへのこの修正された式の使用によって、改善された合金が得られた。特に、本発明の合金は比較の合金元素含有量を有する合金よりも腐食試験において良好な性能を示し、合金元素含有量がもっと高い合金と同等の性能を腐食試験において示す。
【００４７】
特定の好ましい実施態様が示され記述されたが、本発明はそれらに限定されず特許請求の範囲によってのみ限定される、ということが明白に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】140oF（60℃）および180oF（82℃）における93％H2SO4での本発明の合金および複数の他の合金の腐食データを示すグラフである。
【図２】140oF（60℃）、180oF（82℃）、および220oF（104.5℃）における96％H2SO4での本発明の合金および複数の他の合金の腐食データを示すグラフである。
【図３】180oF（82℃）および220oF（104.5℃）における98％H2SO4での本発明の合金および複数の他の合金の腐食データを示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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