(57)【要約】【目的】  安価で配管部分の耐食性に優れたステンレス鋼管継手を提供する【構成】  ＴＩＧ溶接、高周波溶接、またはレーザー溶接により製造されたステンレス鋼管の端部にフレア加工を施し、Ｚｎを２０質量％以上含むＣｕ合金製のＯリングおよび漏水防止のための樹脂またはゴム製のＯリングを取り付けたことを特徴とするステンレス鋼管継手。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＩＧ溶接、高周波溶接、またはレーザー溶接により製造されたステンレス鋼管の端部にフレア加工を施し、Ｚｎを２０質量％以上含むＣｕ合金製のＯリングおよび漏水防止のための樹脂またはゴム製のＯリングを取り付けたことを特徴とするステンレス鋼管継手。
【請求項２】
フェライト系ステンレス鋼が、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０４％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｍｏ：４％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、式（１）で示す耐孔食指数（ＰＩ）が１８以上であることを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼管継手。
ただし、ＰＩは以下の式で与えられる。
ＰＩ＝Ｃｒ＋３Ｍｏ・・・・・（１）
【請求項３】
ステンレス鋼が、Ｆｅの一部に代えて、更に、質量％で、Ｎｉ：４％以下を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステンレス鋼管継手。
【請求項４】
ステンレス鋼が、Ｆｅの一部に代えて、更に、質量％で、Ｔｉ：２５×（Ｃ％＋Ｎ％）以下およびＮｂ：２５×（Ｃ％＋Ｎ％）以下の一種以上を含有することを特徴とする請求項１ないし３に記載のステンレス鋼管継手。
【請求項５】
ステンレス鋼管継手における接合部の隙間構造内にＺｎを２０質量％以上含むＣｕ合金部品を配置し、漏水防止のための樹脂またはゴム製のＯリングと併用していることを特徴とするステンレス鋼管継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、温水器やエコキュートなどに用いられる温水、給湯配管において、耐食性を有するステンレス鋼管継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
温水器やエコキュートなど温水缶体を有する給湯機器にはＣｕ製の給水・給湯配管が一般的に用いられている。しかし、地下水などを用いた場合に硫酸イオンやカルシウムイオンの存在によりＣｕ特有の孔食を生じ、早期に漏水にいたる場合がある。またＣｕ管の腐食により溶出したＣｕイオンは給水、給湯環境における電位を貴化させるために、缶体など付帯設備の腐食を誘発する可能性がある。さらには近年のＣｕの価格の上昇にともないシステムのコスト上昇も招いている。
【０００３】
耐食性を有する配管材料としてステンレス鋼管がある。ステンレス鋼はＣｒを含有しているため、腐食環境において表面に不働態皮膜を形成し、優れた耐食性を示す。このことから、耐食用途に幅広く用いられている。ステンレス鋼の中でもオーステナイト系ステンレス鋼は、一般にフェライト系ステンレス鋼と比較して高い耐食性を有する。しかし、温水環境では応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生すること、Ｎｉを多量に含有するためコストが高いことから、温水配管用途にはフェライト系ステンレス鋼が多く使用されている。
【０００４】
図１は、温水配管用途における代表的な継手の模式図である。温水配管用途においては、例えば特許文献１に代表されるような現場でも手軽に施工可能なメカニカル継手が広く採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２２４９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
温水環境において、単純に浸漬する限り、一般的なフェライト系ステンレス鋼は耐食性を有する。しかしながら、実機において、ステンレス鋼管は、継手における隙間構造内面において隙間腐食が発生し、漏水に繋がる重大な問題となる。特にステンレス鋼管が溶接により製造されており、端部にフレア加工が施されている場合、端部かつ溶接ビード部は、溶接時の入熱ならびに加工による不働態皮膜の損傷により耐食性が低下しており、更に、過酷な腐食環境である隙間構造内面となることから、高い耐食性が要求される。
【０００７】
フェライト系ステンレス鋼は、一般に、特に隙間部の耐食性がオーステナイト系ステンレス鋼と比較して劣る。溶接隙間部においては、特にその傾向が蹄著である。故に、継手部の耐食性を確保することのみのためにＣｒ、Ｍｏを多量に含有した高価で加工性の低いフェライト系ステンレス鋼を適用しているのが現状である。
【０００８】
本発明の課題は、安価で配管部分の耐食性に優れたステンレス鋼管継手を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の構成は以下の通りである。
（１）ＴＩＧ溶接、高周波溶接、またはレーザー溶接により製造されたステンレス鋼管の端部にフレア加工を施し、Ｚｎを２０質量％以上含むＣｕ合金製のＯリングおよび漏水防止のための樹脂またはゴム製のＯリングを取り付けたことを特徴とする温水用途向けステンレス鋼管継手。
【００１０】
（２）鋼管として用いるフェライト系ステンレス鋼が質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０４％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｍｏ：４％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、式（１）で示す耐孔食指数（ＰＩ）が１８以上であることを特徴とする温水用途向けステンレス鋼管継手。
ただし、ＰＩは以下の式で与えられる。
ＰＩ＝Ｃｒ＋３Ｍｏ・・・・・（１）
【００１１】
（３）ステンレス鋼が、Ｆｅの一部に代えて、更に、質量％で、Ｎｉ：４％以下を含有することを特徴とする（１）または（２）の温水用途向けステンレス鋼管継手。
【００１２】
（４）ステンレス鋼が、Ｆｅの一部に代えて、更に、質量％で、Ｔｉ：２５×（Ｃ％＋Ｎ％）以下およびＮｂ：２５×（Ｃ％＋Ｎ％）以下の一種以上を含有することを特徴とする（１）ないし（３）の温水用途向けステンレス鋼管継手。
【００１３】
（５）ステンレス鋼管継手における接合部の隙間構造内にＺｎを２０質量％以上含むＣｕ合金部品を配置し、漏水防止のための樹脂またはゴム製のＯリングと併用していることを特徴とするステンレス鋼管継手施工方法。
【発明の効果】
【００１４】
低コストかつ加工性の良いステンレス鋼管継手を提供できる。この継手は温水配管用途一般に適用でき、低コスト化、省スペース化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】代表的なメカニカル継手の模式図である。
【図２】黄銅製Ｏリングを採用した継手の構造例である。（ａ）は黄銅製Ｏリングを１個適用した構造、（ｂ）は黄銅製Ｏリングを２個配置した構造である。
【図３】耐食性評価を評価するループ試験装置の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者らは、温水配管用途で耐食性を有し、かつ施工性の良いステンレス鋼継手を開発するため種々の検討を行った結果、以下の知見を得た。
【００１７】
ａ）ステンレス鋼を溶接により銅管として加工する際に、溶接ビード部は溶接時の入熱を受ける。この結果、Ｃｒ主体の酸化スケールが形成され、スケール直下のＣｒ濃度が減少することにより耐食性が低下する。配管内面の溶接ビード部には、内面形状を整えるためのビードカットを施すことがあるが、この場合も強加工と研磨焼けにより耐食性が低下している。したがって、ステンレス鋼管の耐食性は、継手を考慮しない場合、溶接ビード部の耐食性に支配される。なお、オーステナイト系ステンレス鋼の場合、溶接時の残留応力が原因で溶接ビード部に応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生して漏水に繋がるため、基本的に本用途には適用不可能である。
【００１８】
ｂ）ステンレス鋼管の継手としては、溶接継手とメカニカル継手が一般的である。溶接は現場での施工性が悪いため、温水配管用途ではメカニカル継手が多く採用されている。
【００１９】
ｃ）ステンレス鋼管のメカニカル継手においては、多くの場合、端部に拡管フレア加工が施される。更に、ステンレス鋼管をソケットに差し込み、ステンレス鋼管とソケットの間には、漏水防止のため、樹脂または金属のＯリング（またはパッキン）が組み込まれる。すなわち、メカニカル継手においては、ステンレス鋼管とソケットまたはＯリングとの隙間構造が形成される。
【００２０】
ｄ）ソケットとの隙間構造、Ｏリングまたはパッキンとの隙間構造は共に過酷な隙間腐食環境が形成されるが、詳細な検討の結果、密着隙間となるＯリングとの隙間構造が最も過酷な環境であるとの知見を得た。この部位において腐食が発生すると、漏水に繋がる危険性があるため、実用上も重要な部位である。
【００２１】
ｅ）以上の知見から、ステンレス鋼管のメカニカル継手において、最も耐食性が必要となるのは、溶接ビード部かつＯリングとの隙間構造を形成している部分である。これまで、温水配管用途のステンレス鋼は、耐隙間腐食性の問題から、ＣｒやＭｏを多く含有する、高コストで加工性の低い高合金フェライト系ステンレス鋼が適用されていた。
【００２２】
ｆ）そこで、隙間構造が形成されている継手部を、Ｚｎの犠牲防食作用により、局所的に防食することで、これまで適用できなかった、低コストで加工性の良いフェライト系ステンレス鋼が温水配管用途に適用可能となる。また、加工性が悪く、端部の拡管フレア加工が困難であった鋼種についても、強加工による耐食性の低下を招くことなく、継手とすることができる。Ｚｎを用いてステンレス鋼管を犠牲防食する具体的な方法は、黄銅製のＯリングをメカニカル継手内部に配置することによる。
【００２３】
ｇ）Ｚｎは、犠牲防食作用を有し、腐食生成物によるバリア効果も期待できる材料であり、主にめっきとして広く用いられている。しかし、温水配管用途においては、消耗が速く、生成した腐食生成物も温水流により溶出してしまう欠点がある。
【００２４】
ｈ）Ｚｎを含有する黄銅の場合、Ｚｎ単体と比較してＺｎの消耗が遅い。また、Ｚｎが犠牲防食する際に、スポンジ状のＣｕが腐食生成物を保持した状態で残存するため、Ｚｎ単体と比較して強度を保持でき、腐食生成物の消耗も少ない。更に、Ｏリングとして隙間構造内部に配置した場合、腐食生成物が直接、温水流に曝されないため、腐食生成物のバリア効果がより発揮できる。ゴム製Ｏリングと併用することで、漏水も防止可能である。
【００２５】
１）図２に黄銅製Ｏリングを採用した継手の構造例を示す。（ａ）は黄銅製Ｏリングを１個適用した構造である。（ｂ）は黄銅製Ｏリングを２個配置した構造であり、ステンレス鋼管端部のフレア加工が（ａ）と比較して容易であるため、金型費用が低減でき初期投資の点でメリットがあり、また、加工性が悪いステンレス鋼にも本発明が適用可能となる。このように、隙間構造内部に黄銅部品を配置することにより、最も耐食性の要求される溶接ビード部かつＯリングとの密着隙間形成部を局所的に防食することで、これまで適用できなかった、低コスト、高加工性のフェライト系ステンレス鋼が適用可能となった。これにより、原材料費、加工費を低減した低コストの継手を提供できるのみならず、曲げ加工が容易であるため、省スペース化も期待できる。
【００２６】
本発明を適用可能なステンレス鋼管は、継手部を局部的に防食することにより、配管全体の寿命を大幅に延長できるもの、すなわち、継手部の隙間構造外では温水環境で耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼を素材とする必要がある。隙間構造外において、温水環境において耐食性を有するには、耐孔食指数（ＰＩ＝Ｃｒ＋３Ｍｏ）にて１８以上が必要である。それに伴い、必要とされる犠牲防食の効果量、すなわち黄銅中のＺｎ含有量も規定される。以下、本発明における黄銅およびフェライト系ステンレス鋼を構成する各元素について説明する。
【００２７】
黄銅に含有されるＺｎの比率が多いほど、犠牲防食の効果が大きくなる。隙間構造外では温水環境で耐食性を有するステンレス鋼管を犠牲防食する場合、２０％以上のＺｎを含有している必要がある。また、Ｚｎ含有量が３０％まではＺｎ含有量が多いほど伸びが大きく加工性が良い。３０％以上となるとα単相からα＋βの二相構造となり、伸びが急激に減少するだけでなく、β相の選択溶解が発生するようになる。Ｚｎを４０％以上含有する場合、この傾向が特に顕著である。選択溶解が発生した場合も、ステンレス鋼管に対する犠牲防食作用は発揮されるものの、その効果が低下する。したがって、本発明におけるＣｕ合金中のＺｎ含有量は２０％以上、好ましくは２０〜４０％である。
【００２８】
Ｃ（炭素）およびＮ（窒素）は、ステンレス鋼中に不可避的に含まれる元素である。ＣおよびＮの含有量を低減すると、炭化物および窒化物の生成が少なくなり、溶接性および溶接部の耐食性を向上できるので、ＣおよびＮの含有量は少ない方が好ましい。しかしながら、ＣおよびＮの含有量を低減するには精錬時間を長くする必要があり、精錬時間が長くなるとステンレス鋼の製造コストが高騰してしまう。そこで、耐食性とコストのバランスを考慮して、Ｃの含有量の上限を０．０３％以下とし、Ｎの含有量の上限を０．０４％とした。
【００２９】
Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸剤として添加される。しかしながら、２％を超えるとフェライト相の硬質化を招き、加工性や靭性を悪化させる要因となる。したがって、Ｓｉ含有量の上限を２％とした。
【００３０】
Ｍｎ（マンガン）は、ステンレス鋼に不純物として含まれるＳと結合し、化学的に不安定なＭｎＳを形成して耐食性を低下させる。したがって、Ｍｎ含有量は低いほど好ましく、本発明においては２％を上限とする。
【００３１】
Ｐ（りん）は、靭性を損なうため低い方が望ましい。ただし、含Ｃｒ鋼の溶製において精錬により脱りんは困難であることから、Ｐ含有量を極低化するには原料の厳選など過剰なコスト増大を伴う。したがって、本発明では一般的なフェライト系ステンレス鋼と同様に０．０５％までのＰ含有を許容する。
【００３２】
Ｓ（硫黄）は、孔食の起点となりやすいＭｎＳを形成して耐食性を阻害する元素である。Ｓ含有量は０．０３％以下とする。
【００３３】
Ｃｒ（クロム）は、不働態皮膜の主要構成元素であり、耐孔食性、耐隙間腐食性の向上をもたらす。しかし、Ｃｒ含有量が多くなるとＣ、Ｎの低減が難しくなり、機械的性質やコストを増大させる要因となる。したがって、本発明では、Ｃｒ含有量を１６〜２５％とする。
【００３４】
ＭｏはＣｒと共に耐食性を向上させるために有効な元素である。しかし、Ｍｏの添加効果は４％以上添加してもほぼ変化なく、過剰な添加はコスト増大を招くため、本発明では、Ｍｏ含有量を４％以下とした。
【００３５】
Ａｌ（アルミニウム）は脱酸剤として用いる元素である。過剰に添加した場合、ステンレス鋼管を製造する際に溶接性を悪化させるため、本発明ではＡｌ含有量を０．００１〜０．１０％とした。
【００３６】
Ｎｉ（ニッケル）はステンレス鋼の耐酸性を向上させ、腐食を抑制する元素である。用途により適切な量を添加しても良いが、４％を超えて添加した場合、オーステナイト相を含む二相組織となり、加工性が低下する。したがって、適切な添加量は４％以下である。
【００３７】
Ｔｉ（チタン）およびＮｂ（ニオブ）はＣ、Ｎを固定し、ステンレス鋼で問題となる粒界腐食を防止するのに有効な元素である。ただし、過剰に添加した場合、Ｔｉは表面疵の発生により製造性を悪化させ、Ｎｂはフェライト相を硬質化し加工性を悪化させる。したがって、本発明ではＴｉ：２５×（Ｃ％＋Ｎ％）以下およびＮｂ：２５×（Ｃ％＋Ｎ％）以下の一種以上を含有するものとする。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例について詳しく解説する。
表１に示す化学組成を有するステンレス鋼を溶製し、熱間圧延にて板厚３ｍｍの熱延板を作製した。その後、冷間圧延にて１．０ｍｍとし、仕上焼鈍を１０００〜１０７０℃で行い、酸洗を施すことによって供試材とした。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
得られた鋼材を用いて、ＴＩＧ溶接によりステンレス銅管を作製した。ステンレス鋼管の端部に二種類のフレア加工を施し、一方にはゴム製のＯリングのみを、他方にはゴム製のＯリングおよびＺｎを３５質量％含有する黄銅製のＯリングを装着し、樹脂製のソケットに差し込んで固定し、継手サンプルとした。継手の構造は図２（ｂ）と同様の形状とした。
【００４１】
図３に耐食性評価として行ったループ試験装置の概略を示す。作製した継手サンプル（５）内に温水を一定の流速で流し、各部位での腐食の有無を調査した。試験液槽（６）（容量２７０Ｌ）には腐食促進のため２０００ｐｐｍＣｌ―に加え２ｐｐｍのＣｕ２＋を添加した温水を用いた。ヒーター（７）により、試験中は温水を８０℃に保持し、ポンプ（８）にて温水を循環させた。Ｃｌ―は上水の残留塩素起因により、Ｃｕ２＋は熱交換器等に使用されているＣｕからの溶出により、それぞれ混入しうる腐食促進成分である。試験期間は７０日とし、７日ごとにループさせる温水を交換した。
【００４２】
ループ試験後、隙間構造外の溶接ビード部（以下、溶接部）、溶接ビード部かつＯリングとの密着隙間部（以下、隙間部）の腐食状態を観察した。温水用途においては、配管以外にも多くの部位にステンレス鋼が使用されており、設備全体での寿命は、最も寿命の短い部位で決定される。最も寿命の短い部位は溶接隙間部であり、温水用途にて、従来、一般的に使用されているフェライト系ステンレス鋼の溶接隙間を本試験にて評価したところ、板厚約０．８ｍｍに対して、侵食深さは約２００μｍであった。温水配管の板厚は、薄いもので０．４ｍｍ程度である。そこで、各部位における侵食深さが１００μｍ以下のものを合格（○）、１００μｍを超えるものを不合格（×）とした。
【００４３】
表２にループ試験結果を示す。鋼種Ａ、Ｂは、温水環境において従来一般的に使用されているフェライト系ステンレス鋼であり、黄銅製Ｏリング無しでも溶接部、隙間部共に耐食性を有する。鋼種Ｃ、Ｄは、黄銅製Ｏリング無しでは溶接部のみ耐食性を有するが、黄銅製Ｏリング有りでは隙間部も耐食性を有するようになる。すなわち、本発明により新たに適用可能となった鋼種である。Ｅ鋼は、請求項の成分範囲外の比較例であり、溶接部の耐食性が劣るため、継手部を局所的に防食しても、温水配管用途には適用不可能である。
【００４４】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明したように、本発明を用いることで、低コストかつ加工性の良いステンレス鋼管継手を提供できる。この継手は温水配管用途一般に適用でき、低コスト化、省スペース化に寄与できる。
【符号の説明】
【００４６】
１    ソケット
２    Ｏリング
３    ステンレス
４    黄銅リング
５    試料
６    試験液槽
７    ヒーター
８    ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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