(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水処理機器を構成するステンレス鋼において、化学的組成が質量％でＣ ：０．０５％以下Ｍｎ：２．０％以下Ｐ：０．０４％以下Ｓ：０．０１％以下Ｓｉ：１．００％以下Ｃｒ：１６〜３５％Ｎ：０．０５％以下Ｍｏ：２．５〜４．０％を含有し、さらにＮｂ：０．１〜１．０％Ｔｉ：０．０５〜０．３％Ａｌ：０．０１〜０．５％の一種または二種以上含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含むフェライト系ステンレス鋼であることを特徴とする下水処理設備用ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水処理分野における下水処理設備の構成材料として、優れた耐食性を有する下水処理設備用ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場では沈砂池、沈殿池、汚泥処理槽、消毒槽などのセクションに分かれており、各セクションにおいて、汚泥を分別したり、汚水を撹拌したりする種々の下水処理機械機器がある。しかし、下水中には硫化物や塩素イオンをはじめとする腐食性イオン種が多量に存在するため、金属材料に対しては厳しい腐食環境となる。従来、下水処理機器の構成材料としては、主に重塗装を施した表面処理鋼が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
下水中では流路の底や下水の流速の低下している部分などに汚濁物が堆積し、その堆積物内では酸素の供給が断たれ、嫌気化することにより硫酸塩還元菌が活性化し、下水中に含有されている硫酸塩を還元して硫化水素が生成される。生成された硫化水素は下水中の鉄などの物質と反応し、沈降または下水中に溶解したり、一部は気相中に放出される。下水処理機器では臭気が逸散しないようにケーシングされるが、ケーシング材の内面気相部においては水蒸気が滞留し、結露する。その結露水の中に硫化水素が溶け込み、イオウ酸化菌の作用により硫酸が生成され、硫酸イオンが濃縮することにより、極めて厳しい腐食環境となる。また、下水には塩化物も多く含まれ、特に海岸に近い下水処理場では塩化物イオン濃度が極めて高くなる。
【０００４】
重塗装を施した鋼板といえども、こういった過酷な腐食環境においては塗膜が劣化したり、疵付き部や塗装面に存在するピンホールから腐食性イオンが浸透することにより、塗膜下腐食を生じる。腐食による強度低下や孔あきは下水処理機器の機能性を損なうものである。したがって、近年、下水処理分野に対してステンレス鋼の適用が検討されている。しかし、過酷な腐食環境においては、ステンレス鋼の種類によっては腐食する場合がある。ステンレス鋼の場合は孔食を起こすために、いったん腐食が進行すると機能性を損なう可能性がある。また、最近では下水処理場の美化も下水道整備計画にくみこまれており、下水処理機器をとりまくケーシング材などが赤さびを呈し、見栄えを損なうことは好ましくない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
これらの問題を解決するために、本発明はステンレス鋼の化学的組成が質量で、Ｃ：０．０５％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜３５％、Ｎ：０．０５％以下、Ｍｏ：２．５〜４．０％を主成分としてＮｂ：０．１〜１．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ａｌ：０．０１〜０．５％の一種または一種以上を含むフェライト系ステンレス鋼およびＣ：０．０５％以下、Ｍｎ： ２．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎ：０．３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、 Ｎｉ：６〜１５％、Ｍｏ：２．５〜４．０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系およびフェライト・オーステナイトの二相系ステンレス鋼であることを特徴とし、下水処理環境において優れた耐食性を有する下水処理設備用ステンレス鋼を提供するものである。
【０００６】
発明者らは硫化物および塩素イオンの単独あるいは共存する環境下において、各ステンレス鋼の耐食性を調査し、耐食性に及ぼす合金元素の影響を検討した。その結果、この環境ではＣｒ含有量が１６％以上の鋼ではＭｏ添加が有効であり、Ｍｏ量とＣｒ量を適正範囲に規定することにより、ステンレス鋼の孔食および隙間腐食を改善できる成分領域を見出した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のステンレス鋼を構成する成分の作用効果と、その適正合金量を前記のように定めた理由について説明する。
【０００８】
Ｃ：Ｃはオーステナイト生成元素であり、耐隙間腐食性には大きな影響を与えないが、溶接部などでの粒界腐食感受性を高める。フェライト系鋼においては、過剰に添加すると加工性を損ない、溶接部の耐粒界腐食性を低下させるために、極低下が望ましいが、製造コストが上がるためにその上限を０．０５％とした。一方、オーステナイト系および二相鋼においても、過剰に存在すると鋭敏化を起こし、溶接部などでの粒界腐食感受性を高めるため、その上限を０．０５％とした。
【０００９】
Ｍｎ：ＭｎもＣと同様にオーステナイト生成元素であり、鋼の脱硫、脱酸作用および熱間加工性改善効果がある。また、孔食や隙間腐食の防止に有効なＮの固溶度を上げる元素で積極的に添加する必要がある。しかし、過剰な添加は、腐食の起点となりやすい硫化物を形成しやすくするために、上限を２．０％とした。
【００１０】
Ｐ：本発明鋼では金属組織にかかわらず、Ｐの過剰な添加は耐食性を低下させるとともに、鋼を硬質にして成形性および溶接部の靱性を損ねる。しかし、ステンレス鋼などのCr含有鋼を脱Ｐすることは困難であり、極低下することは製造コストの上昇を招く。０．０４％までは耐食性や加工性の低下は認められないことから、０．０４％を上限とした。
【００１１】
Ｓ：本発明鋼では金属組織にかかわらず、Ｓの過剰な添加は鋼中のＭｎと硫化物を形成し、耐隙間腐食性や耐孔食性に有害である。したがって、製造コストが上がらない範囲で出来る限り低い方がよく、その上限を０．０１％とした。
【００１２】
Ｓｉ：Ｓｉは金属組織にかかわらず、製鋼時に脱酸剤として添加される。鋼中に過剰に存在すると、鋼を硬質にし、溶接部の靱性などを低下させるので、上限を１．００％とした。
【００１３】
Ｃｒ：Ｃｒはステンレス鋼においては必要不可欠元素であり、塩素イオンの存在する下水環境では耐孔食性の観点から１６％以上必要である。Ｃｒ量が多ければ多いほど耐食性は向上するが、添加量にともないコストは高くなる。したがって、フェライト系ステンレス鋼では上限を３５％とした。一方、オーステナイト系および二相鋼においては、Ｃｒ量を増やすと、オーステナイト相を維持するためのＮｉ等の添加量を増やす必要があり、また製造性や加工性が損なわれるので上限を２５％とした。
【００１４】
Ｍｏ：Ｍｏは硫化物および塩化物の存在する環境下における耐隙間腐食性や耐孔食性の改善に極めて有効な元素である。その効果を発現するためには２．５％以上添加する必要がある。しかし、過剰に添加すると加工性を損なうとともに製造コストが上がるため、上限を４．０％とした。ここで、Ｍｏの効果はＣｒが１６％以上の成分域で特に顕著である。
【００１５】
Ｎ：Ｎは強力なオーステナイト生成元素である。フェライト系鋼においては、過剰に添加すると加工性を損ない、溶接部の耐粒界腐食性を低下させるために、上限を０．０５％とした。一方、オーステナイト系および二相鋼においては、孔食や隙間腐食を防止するのに有効な元素であり、製鋼上の問題から上限を０．３％とした。
【００１６】
Ｎｉ：Ｎｉはオーステナイト相を保持するための主要元素である。フェライト系鋼の場合にはとくに添加する必要はないが、オーステナイト系鋼あるいは二相鋼の場合には耐隙間腐食性などを考慮して、６％は必要である。１５％を超えるとコスト的に不利となるので組織調整のために上限を１５％とした。
【００１７】
Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ：Ｎｂ、Ｔｉは共に本発明で規制したＣｒ量のフェライト系ステンレス鋼において粒界腐食を防止する。本発明のフェライト系ステンレス鋼はＮｂ、Ｔｉ、Ａｌの１種または２種以上を任意成分として含むことができる。ＴｉとＡｌはＮｂと共に複合添加する時、酸洗によってステンレス鋼表面に形成される不動態皮膜に占めるＭｏの割合を高くする。その結果、硫化物や塩素イオンの存在する環境でも優れた耐食性が得られる。
【００１８】
Ｎｂは本発明で規制したＣ量レベルのフェライト系ステンレス鋼において粒界腐食を防止する。この作用を得るため、0.1％以上のＮｂ含有量が必要である。しかし、過剰のＮｂ添加によって溶接部の靱性を阻害する。そのため、上限を1.0％に規定した。
【００１９】
Ｔｉは不動態皮膜を強固にし、比較的低いＣｒ量およびＭｏ量の組成であっても優れた耐食性が得られる。また、粒界腐食を抑制し、Ｃ，Ｎを固定する作用も有する。このような効果を得るためには0.005％以上の Ｔｉを含有することが必要である。しかし、過剰に添加すると、表面品質を低下させ、局部的な腐食を強める傾向がみられる。そのため、上限を0.3％に規定した。
【００２０】
Ａｌは脱酸剤として添加される成分であるが、不動態皮膜を緻密化する作用も有する。このような効果を得るためには0.01％以上のＡｌを含有することが必要である。しかし、過剰に添加すると、表面品質を低下させ、かつ溶接性が低下する。そのため、上限を0.5％に規定した。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
【００２２】
【実施例１】
SS400にタールエポキシ塗装を施した試験片と本発明鋼（１ｔmm）を用い、硫化物イオンおよび塩素イオンの存在する環境における耐食性を促進試験により検討した。 試験液には2,000ppmCl-の上水を用い、Ｈ２Ｓガスを吹き込むことによりHS-濃度を200ppmに調整した。 試験液に１時間浸漬後、60℃で３時間乾燥することを１サイクルとして、200サイクル後の腐食状態を調査した。表１に供試材の化学成分と試験結果を示す。
【００２３】
【表１】
0004201370.tif 000002
【００２４】
SS400にタールエポキシ塗装を施した試験片では塗膜下腐食が生じ、全面に赤さびが発生していた。SUS304鋼は全面的に赤さびが生じていた。本発明鋼であるNo.１鋼、No.２鋼およびNo.３鋼は腐食しておらず、硫化物と塩化物の共存環境でも優れた耐食性を示した。比較鋼のうち、本請求項記載のＣｒ量でＭｏ量を下げたNo.４鋼、No.５鋼およびNo.６鋼は部分的に赤さびが生じていた。本試験のような環境では、Ｍｏが耐食性に対して有効に作用すると考える。 本実験で用いたNo.１鋼〜No.６鋼の200サイクル後の最大侵食深さを測定した。図１に最大侵食深さに及ぼすＭｏ量の影響を示す。フェライト系、オーステナイト系、二相系によらずＭｏ量を２．５％以上添加した本発明鋼は侵食がなく、耐孔食性が著しく改善されたことがわかる。硫化水素や塩素イオンの存在する環境下においては、２．５％以上のＭｏの添加が有効である。
【００２５】
比較鋼のうち、本請求項記載のＭｏ量でありながら、Ｃｒ量を下げたNo.７鋼およびNo.８鋼も部分的に赤さびが生じていた。本試験条件のように硫化水素や塩素イオンの存在する環境下においては一定量以上のＣｒの添加が必要であることがわかる。また、No.９鋼はＭｏおよびＣｒ量は満たしているものの、部分的に赤さびを生じた。これはＮｂ、ＴｉおよびＡｌが添加されていないためであり、本発明におけるフェライト系鋼に対してはＮｂ、ＴｉおよびＡｌの耐食性改善作用があることがわかる。本実施例の結果から、硫化水素や塩素イオンの存在する環境下においては本発明に記述しているとおり、化学成分を調整することにより、優れた耐食性を得られることがわかった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明により、硫化水素や塩素イオンの存在する下水処理環境下において用いる設備、例えば沈砂掻き揚げ機などのケーシング材などに、耐孔食性ならびに耐隙間腐食性を有するフェライト系あるいはオーステナイト系のステンレス鋼の提供が可能となり、機能性の向上および設備機器の景観の維持に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】最大侵食深さに及ぼすＭｏ量の影響
【図１】
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