JPH05156410A - 高温、高濃度硫酸用ステンレス鋼 - Google Patents
高温、高濃度硫酸用ステンレス鋼Info
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- JPH05156410A JPH05156410A JP31781091A JP31781091A JPH05156410A JP H05156410 A JPH05156410 A JP H05156410A JP 31781091 A JP31781091 A JP 31781091A JP 31781091 A JP31781091 A JP 31781091A JP H05156410 A JPH05156410 A JP H05156410A
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Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 90〜100%の高濃度かつ240℃までの
硫酸中において優れた耐食性を有するステンレス鋼に関
する。 【構成】 重量%で、C:0.04%以下、Si:5〜
7%、Mn:2%以下、Cr:15〜25%、Ni:4
〜24%、W:0.5〜3%、残部Feおよび不可避的
不純物からなる高温、高濃度硫酸用ステンレス鋼。
硫酸中において優れた耐食性を有するステンレス鋼に関
する。 【構成】 重量%で、C:0.04%以下、Si:5〜
7%、Mn:2%以下、Cr:15〜25%、Ni:4
〜24%、W:0.5〜3%、残部Feおよび不可避的
不純物からなる高温、高濃度硫酸用ステンレス鋼。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高温、高濃度硫酸用ステ
ンレス鋼に関し、例えば硫酸プラントにおいて高温、高
濃度硫酸環境下で稼動する吸収塔、冷却塔、ポンプ、タ
ンク等に適用される耐食性及び加工性に優れたステンレ
ス鋼に関し、特に90〜100%の高濃度かつ240℃
までの硫酸中において優れた耐食性を有するオーテスナ
イトステンレス鋼に関する。
ンレス鋼に関し、例えば硫酸プラントにおいて高温、高
濃度硫酸環境下で稼動する吸収塔、冷却塔、ポンプ、タ
ンク等に適用される耐食性及び加工性に優れたステンレ
ス鋼に関し、特に90〜100%の高濃度かつ240℃
までの硫酸中において優れた耐食性を有するオーテスナ
イトステンレス鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に硫酸は金属材料に対して厳しい腐
食性を有する。特に、10〜80%程度の中濃度域にお
いて金属材料の腐食は著しい。これは主に硫酸が非酸化
性の酸であることに起因する。このような環境で耐食性
を有する材料としては、100℃以下の温度で使用され
るNi基合金(例:ハステロイB、C−276・・・商
品名)の一部や、鉛筆に限られている。
食性を有する。特に、10〜80%程度の中濃度域にお
いて金属材料の腐食は著しい。これは主に硫酸が非酸化
性の酸であることに起因する。このような環境で耐食性
を有する材料としては、100℃以下の温度で使用され
るNi基合金(例:ハステロイB、C−276・・・商
品名)の一部や、鉛筆に限られている。
【0003】一方、硫酸濃度が90%以上の高濃度とな
ると、硫酸はその性質が非酸化性の酸から酸化性の酸に
なることが知られている。この濃度域では中濃度域にお
いて耐食性に乏しい金属材料が使用できることもある。
例えば軟鋼は低温度の98%硫酸中では表層にFeSO
4 皮膜を生成するために耐食性が良好となる。したがっ
て常温(20℃付近)では耐食材料として使用される例
もある。しかしながら、ここで問題とする温度が240
℃までの高温度域では腐食性が非常に厳しくなる。この
高温度域においては、軟鋼は表層のFeSO4 皮膜が溶
解し耐食性は著しく悪化する。
ると、硫酸はその性質が非酸化性の酸から酸化性の酸に
なることが知られている。この濃度域では中濃度域にお
いて耐食性に乏しい金属材料が使用できることもある。
例えば軟鋼は低温度の98%硫酸中では表層にFeSO
4 皮膜を生成するために耐食性が良好となる。したがっ
て常温(20℃付近)では耐食材料として使用される例
もある。しかしながら、ここで問題とする温度が240
℃までの高温度域では腐食性が非常に厳しくなる。この
高温度域においては、軟鋼は表層のFeSO4 皮膜が溶
解し耐食性は著しく悪化する。
【0004】また一般のオーテスナイト系ステンレス
鋼、フェライト系ステンレス鋼及びNi基合金も耐食性
に乏しく、特に中濃度域で比較的耐食性に優れるNi基
合金(例:ハステロイB、C−276・・・商品名)や
鉛は高濃度、高温域では耐食性が劣悪となる。
鋼、フェライト系ステンレス鋼及びNi基合金も耐食性
に乏しく、特に中濃度域で比較的耐食性に優れるNi基
合金(例:ハステロイB、C−276・・・商品名)や
鉛は高濃度、高温域では耐食性が劣悪となる。
【0005】現在までのところ、このような環境で十分
な耐食性を有し、実際に硫酸プラント等の機器に適用さ
れている材料はみあたらないが、ここで対象とする温度
より比較的低い温度域(〜120℃)においては、従来
から高Si鋳鉄(Si:14%以上含有)が比較的よい
耐食性を有することが知られている。これは成分である
Siが耐食性に有効に寄与するものと考えられている。
な耐食性を有し、実際に硫酸プラント等の機器に適用さ
れている材料はみあたらないが、ここで対象とする温度
より比較的低い温度域(〜120℃)においては、従来
から高Si鋳鉄(Si:14%以上含有)が比較的よい
耐食性を有することが知られている。これは成分である
Siが耐食性に有効に寄与するものと考えられている。
【0006】また最近では高Cr含有のフェライト系ス
テンレス鋼も比較的よい耐食性を示すことが報告されて
いる。これはCrが耐食性に有効に寄与していること及
び耐食性に悪影響を与えていると思われるNiの含有量
が少ないことに起因しているものと思われる。
テンレス鋼も比較的よい耐食性を示すことが報告されて
いる。これはCrが耐食性に有効に寄与していること及
び耐食性に悪影響を与えていると思われるNiの含有量
が少ないことに起因しているものと思われる。
【0007】しかしながら、両鋼種とも加工性に問題が
あり、特に高Si鋳鉄は加工、溶接がほとんどできない
ことから大型の機器には利用されていない。したがって
現在まで、120℃までの温度域で90%以上の高濃度
硫酸環境を有する硫酸プラント吸収塔のような大型機器
には耐酸レンガを内部ライニング材として使用している
のが実情である。
あり、特に高Si鋳鉄は加工、溶接がほとんどできない
ことから大型の機器には利用されていない。したがって
現在まで、120℃までの温度域で90%以上の高濃度
硫酸環境を有する硫酸プラント吸収塔のような大型機器
には耐酸レンガを内部ライニング材として使用している
のが実情である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来材については現在
次のような問題がある。耐酸レンガの場合には使用する
際、レンガの合せ目にバインダが必要であるが、このバ
インダが硫酸により劣化して硫酸の洩漏が生じ、数年に
一度の全面補修を要する。またここで対象とする環境下
(硫酸濃度90%以上、温度〜240℃)で使用する場
合にはバインダの劣化はさらに著しく促進され、レンガ
の耐食性も著しく悪化する。
次のような問題がある。耐酸レンガの場合には使用する
際、レンガの合せ目にバインダが必要であるが、このバ
インダが硫酸により劣化して硫酸の洩漏が生じ、数年に
一度の全面補修を要する。またここで対象とする環境下
(硫酸濃度90%以上、温度〜240℃)で使用する場
合にはバインダの劣化はさらに著しく促進され、レンガ
の耐食性も著しく悪化する。
【0009】また、この環境下では、他の材料に比較し
て耐食性が良好な高Crフェライト系ステンレス鋼の腐
食速度は実用性の目安となる0.1g/m2 ・hを大き
く上まわり耐食性に乏しい。これは加工性を確保するた
めに、この環境下で必要とされる耐食性を満たす量(3
5%以上)までCrを添加することができないことによ
る。Crを多く添加すると材料は脆くなり圧延などの加
圧が困難となる。さらに溶接については溶接部が硬化し
やすいことから溶接の際、予熱、後熱等の熱処理が必要
となるため、オーテスナイト系ステンレス鋼に比べプラ
ント機器等の建設時及び補修時に大巾なコスト高ともな
る。
て耐食性が良好な高Crフェライト系ステンレス鋼の腐
食速度は実用性の目安となる0.1g/m2 ・hを大き
く上まわり耐食性に乏しい。これは加工性を確保するた
めに、この環境下で必要とされる耐食性を満たす量(3
5%以上)までCrを添加することができないことによ
る。Crを多く添加すると材料は脆くなり圧延などの加
圧が困難となる。さらに溶接については溶接部が硬化し
やすいことから溶接の際、予熱、後熱等の熱処理が必要
となるため、オーテスナイト系ステンレス鋼に比べプラ
ント機器等の建設時及び補修時に大巾なコスト高ともな
る。
【0010】また高Si鋳鉄では材質がもろいために加
工、溶接がほとんどできないという問題が依然として残
る。
工、溶接がほとんどできないという問題が依然として残
る。
【0011】本発明は上述した技術水準に鑑み、高温、
高濃度硫酸環境下において従来材において問題となって
いる耐食性の乏しさを解決すると同時に溶接加工性にも
問題のないオーテスナイト系ステンレス鋼を提供しよう
とするものである。
高濃度硫酸環境下において従来材において問題となって
いる耐食性の乏しさを解決すると同時に溶接加工性にも
問題のないオーテスナイト系ステンレス鋼を提供しよう
とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は重量%で、C:
0.04%以下、Si:5〜7%、Mn:2%以下、C
r:15〜25%、Ni:4〜24%、W:0.5〜3
%、残部Fe及び不可避的不純物からなる合金で、Wを
添加することにより高温、高濃度硫酸環境での耐食性を
著しく向上させたステンレス鋼である。
0.04%以下、Si:5〜7%、Mn:2%以下、C
r:15〜25%、Ni:4〜24%、W:0.5〜3
%、残部Fe及び不可避的不純物からなる合金で、Wを
添加することにより高温、高濃度硫酸環境での耐食性を
著しく向上させたステンレス鋼である。
【0013】本発明鋼の基本的特徴は、高温、高濃度硫
酸環境下での耐食性を著しく向上させるため、Cr、N
i、Siの3成分の複合添加を基本に、適量のWを添加
してなる点である。以下これらの合金元素の添加効果に
ついて説明する。
酸環境下での耐食性を著しく向上させるため、Cr、N
i、Siの3成分の複合添加を基本に、適量のWを添加
してなる点である。以下これらの合金元素の添加効果に
ついて説明する。
【0014】高温(100〜120℃)、高濃度(90
〜100%)硫酸中において、高Si含有(5〜7%)
オーステナイト系ステンレス鋼が比較的よい耐食性を有
することが明らかになっている(特願平2〜13125
8号)。Siは7%より多く添加していくと材料の硬度
が非常に上昇し、圧延が困難となるため添加量は7%程
度が限界と思われる。Siを含有するオーステナイト系
ステンレス鋼はよい耐食性を有するようになるが、圧延
等の加工性を重要視すると、Si量はなるべく少ない方
がよい。そこでSi量を5〜6%にした場合にさらに耐
食性を向上せしめるため適量のWを添加すると、耐食性
が向上していくことを本発明者らは実験的に確認した。
〜100%)硫酸中において、高Si含有(5〜7%)
オーステナイト系ステンレス鋼が比較的よい耐食性を有
することが明らかになっている(特願平2〜13125
8号)。Siは7%より多く添加していくと材料の硬度
が非常に上昇し、圧延が困難となるため添加量は7%程
度が限界と思われる。Siを含有するオーステナイト系
ステンレス鋼はよい耐食性を有するようになるが、圧延
等の加工性を重要視すると、Si量はなるべく少ない方
がよい。そこでSi量を5〜6%にした場合にさらに耐
食性を向上せしめるため適量のWを添加すると、耐食性
が向上していくことを本発明者らは実験的に確認した。
【0015】その結果を図1に示す。図1において縦軸
は腐食速度(g/m2 ・h)を横軸は試験温度℃を示
す。図1には比較鋼として従来の鋼種のデータも併せて
示してある。図1に示すように、重量%で5.5%Si
を含有するオーステナイト系ステンレス鋼に1%のWを
添加することにより、高温、高濃度硫酸環境下で耐食性
が大幅に向上していることが判る。
は腐食速度(g/m2 ・h)を横軸は試験温度℃を示
す。図1には比較鋼として従来の鋼種のデータも併せて
示してある。図1に示すように、重量%で5.5%Si
を含有するオーステナイト系ステンレス鋼に1%のWを
添加することにより、高温、高濃度硫酸環境下で耐食性
が大幅に向上していることが判る。
【0016】さらに、図2に示すように重量%で5.5
%Si含有鋼において、W量は0.5〜3%の範囲で良
好な効果を示すことを明らかにした。図2において、縦
軸は腐食速度(g/m2 ・h)を横軸はW量(wt%)
を示す。
%Si含有鋼において、W量は0.5〜3%の範囲で良
好な効果を示すことを明らかにした。図2において、縦
軸は腐食速度(g/m2 ・h)を横軸はW量(wt%)
を示す。
【0017】以下、成分の限定理由をのべる。以下、%
は重量%を意味する。 C:Cはステンレス鋼の耐食性に有害であるが、強度の
観点からはある程度の含有量は必要である。また0.0
4%を超えると耐食性を大幅に劣化させるため、0.0
4%以下とした。
は重量%を意味する。 C:Cはステンレス鋼の耐食性に有害であるが、強度の
観点からはある程度の含有量は必要である。また0.0
4%を超えると耐食性を大幅に劣化させるため、0.0
4%以下とした。
【0018】Si:Siは本発明鋼の準基本成分であ
る。ステンレス鋼の耐硫酸性及び耐酸化性にも有効な元
素である。高濃度硫酸中においては5%以上の添加によ
り耐食性を著しく向上させる。添加量が多いほど耐食性
を向上させるが、7%を超えると加工性を劣化させるた
め5〜7%とする。
る。ステンレス鋼の耐硫酸性及び耐酸化性にも有効な元
素である。高濃度硫酸中においては5%以上の添加によ
り耐食性を著しく向上させる。添加量が多いほど耐食性
を向上させるが、7%を超えると加工性を劣化させるた
め5〜7%とする。
【0019】Mn:脱酸剤として2%以下含有させる。
【0020】Cr:Crは本発明鋼の基本成分である。
一般の耐食性及び高温、高濃度硫酸環境に対する耐食性
を確保するためには15%以上は必要である。Cr量は
多いほど耐食性は向上するが、オーステナイト組織にす
るために、Ni量の増加も必要とし、Niによる耐食性
の劣化が生じる。また、25%を超えると作り込みが難
しくなることから15〜25%とする。
一般の耐食性及び高温、高濃度硫酸環境に対する耐食性
を確保するためには15%以上は必要である。Cr量は
多いほど耐食性は向上するが、オーステナイト組織にす
るために、Ni量の増加も必要とし、Niによる耐食性
の劣化が生じる。また、25%を超えると作り込みが難
しくなることから15〜25%とする。
【0021】Ni:Niはオーステナイト組織にするた
めに必要な量として、4〜24%とする。
めに必要な量として、4〜24%とする。
【0022】W:Wは少量添加であるが本発明鋼の基本
成分である。高温、高濃度硫酸環境下において著しく耐
食性を向上させる。耐食性を向上させるためには0.5
%以上の添加が必要であるが、3%を超えると飽和し、
また硬度を高める。したがって本発明にあってのWの含
有量は0.5〜3%とする。
成分である。高温、高濃度硫酸環境下において著しく耐
食性を向上させる。耐食性を向上させるためには0.5
%以上の添加が必要であるが、3%を超えると飽和し、
また硬度を高める。したがって本発明にあってのWの含
有量は0.5〜3%とする。
【0023】P:Pは耐食性及び熱間加工性の観点から
少ないことが望ましい。0.03%を超えると熱間加工
性を劣化させるので、これ以下にするのが好ましい。
少ないことが望ましい。0.03%を超えると熱間加工
性を劣化させるので、これ以下にするのが好ましい。
【0024】このようにして従来鋼と同等の加工性を確
保し、同時に高い耐食性を有するステンレス鋼として求
めた材料の例を表1に示した。
保し、同時に高い耐食性を有するステンレス鋼として求
めた材料の例を表1に示した。
【0025】また、図3に、従来鋼との比較で、本発明
の範囲の発明鋼(表1)の位置を白丸印で示した。図3
において加工性の指標としては、−R=−(Cr当量−
Ni当量)を用いた。ここでCr当量=Cr+Mo+
1.5Si、Ni当量=Ni+0.5Mnとする。R値
(Cr当量−Ni当量)は加工性の難易度を表わす指標
であり、一般にCr量の多い難加工性の材料(例えば、
図3におけるSUS447J1 、EB26−1)につい
てはR値が大きく、大量に生産され、加工性が比較的容
易である材料(例えば、図3におけるSUS316L
等)については、R値の範囲は7〜20である。なお、
従来鋼種としては、比較のため多くの生産実績のある材
料も加えた。図3中のインコネル625、C276に付
されたR値は大きすぎて図中に入らないので、その値を
付記したものである。
の範囲の発明鋼(表1)の位置を白丸印で示した。図3
において加工性の指標としては、−R=−(Cr当量−
Ni当量)を用いた。ここでCr当量=Cr+Mo+
1.5Si、Ni当量=Ni+0.5Mnとする。R値
(Cr当量−Ni当量)は加工性の難易度を表わす指標
であり、一般にCr量の多い難加工性の材料(例えば、
図3におけるSUS447J1 、EB26−1)につい
てはR値が大きく、大量に生産され、加工性が比較的容
易である材料(例えば、図3におけるSUS316L
等)については、R値の範囲は7〜20である。なお、
従来鋼種としては、比較のため多くの生産実績のある材
料も加えた。図3中のインコネル625、C276に付
されたR値は大きすぎて図中に入らないので、その値を
付記したものである。
【表1】
【表2】
【0026】
【実施例】表1は本発明鋼ならびに比較鋼の化学組成と
加工性及び耐食性を比較したものである。本発明鋼につ
いては、真空アーク溶解炉にて溶解し表面手入れ後、ス
テンレス鋼用条件で熱間圧延した。さらに、本発明鋼を
溶体化処理後、試験に供した。耐食試験は98%硫酸溶
液を用い、主に100〜220℃の温度で24時間浸漬
した後、重量減から腐食速度を求めた。加工性について
は便宜的に、加工性の指標として、R=(Cr当量−N
i当量)を求めることにより鋼種間の比較を行なった。
ここでCr当量=Cr+Mo+1.5Si、Ni当量=
Ni+0.5Mnとする。
加工性及び耐食性を比較したものである。本発明鋼につ
いては、真空アーク溶解炉にて溶解し表面手入れ後、ス
テンレス鋼用条件で熱間圧延した。さらに、本発明鋼を
溶体化処理後、試験に供した。耐食試験は98%硫酸溶
液を用い、主に100〜220℃の温度で24時間浸漬
した後、重量減から腐食速度を求めた。加工性について
は便宜的に、加工性の指標として、R=(Cr当量−N
i当量)を求めることにより鋼種間の比較を行なった。
ここでCr当量=Cr+Mo+1.5Si、Ni当量=
Ni+0.5Mnとする。
【0027】表1から本発明鋼において、1%W添加鋼
(1,2及び3)は同組成の比較鋼(7)に比べ耐食性
が優れていることが明らかである。また、本発明鋼の加
工性は比較鋼の中で、特に一般に多く生産されている耐
硫酸用鋼(1)に比べても略同等であることがわかる。
(1,2及び3)は同組成の比較鋼(7)に比べ耐食性
が優れていることが明らかである。また、本発明鋼の加
工性は比較鋼の中で、特に一般に多く生産されている耐
硫酸用鋼(1)に比べても略同等であることがわかる。
【0028】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
はSi添加を基本に適量のWを添加することにより、高
温、高濃度硫酸環境下において、優れた耐食性及び良好
な加工性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を提供
するものである。
はSi添加を基本に適量のWを添加することにより、高
温、高濃度硫酸環境下において、優れた耐食性及び良好
な加工性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を提供
するものである。
【0029】本発明による耐食材料は従来材に比較し、
十分な耐食性と同時に加工性を確保したため、高温、高
濃度硫酸環境下における適用範囲の広さにも優れたもの
である。
十分な耐食性と同時に加工性を確保したため、高温、高
濃度硫酸環境下における適用範囲の広さにも優れたもの
である。
【図1】本発明鋼及び従来鋼の腐食速度に及ぼす温度の
影響を示す図表。
影響を示す図表。
【図2】本発明鋼における腐食速度とW添加量の関係を
示す図表。
示す図表。
【図3】本発明鋼と従来鋼の耐食性及び加工性の比較を
示す図表。
示す図表。
Claims (1)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.04%以下、Si:
5〜7%、Mn:2%以下、Cr:15〜25%、N
i:4〜24%、W:0.5〜3%、残部Feおよび不
可避的不純物からなることを特徴とする高温、高濃度硫
酸用ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31781091A JPH05156410A (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 高温、高濃度硫酸用ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31781091A JPH05156410A (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 高温、高濃度硫酸用ステンレス鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05156410A true JPH05156410A (ja) | 1993-06-22 |
Family
ID=18092298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31781091A Pending JPH05156410A (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 高温、高濃度硫酸用ステンレス鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05156410A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999009231A1 (fr) * | 1997-08-13 | 1999-02-25 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Acier inoxydable austenitique presentant une excellente resistance a la corrosion par l'acide sulfurique et une excellente aptitude au faconnage |
| KR100658253B1 (ko) * | 1998-12-17 | 2006-12-14 | 에이티아이 프로퍼티즈, 인코퍼레이티드 | 내식성 오스테나이트계 스테인레스강 |
-
1991
- 1991-12-02 JP JP31781091A patent/JPH05156410A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999009231A1 (fr) * | 1997-08-13 | 1999-02-25 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Acier inoxydable austenitique presentant une excellente resistance a la corrosion par l'acide sulfurique et une excellente aptitude au faconnage |
| US6171547B1 (en) | 1997-08-13 | 2001-01-09 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Austenitic stainless steel having excellent sulfuric acid corrosion resistance and excellent workability |
| KR100658253B1 (ko) * | 1998-12-17 | 2006-12-14 | 에이티아이 프로퍼티즈, 인코퍼레이티드 | 내식성 오스테나이트계 스테인레스강 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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