JPH05247597A

JPH05247597A - 耐局部食性に優れた高合金オーステナイト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH05247597A
Application number: JP5018792A
Authority: JP
Inventors: Akira Matsuhashi; 亮松橋; Eiji Sato; 栄次佐藤; Masayuki Abe; 阿部　　雅之; Hiroshige Inoue; 裕滋井上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-03-09
Filing date: 1992-03-09
Publication date: 1993-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】ゴミ焼却炉洗煙設備の安全性及び長寿命化を
実現するための設備用材料成分を提供することを目的と
する。【構成】重量百分率で、炭素を０．０１％以下、珪素
を０．０１〜０．５％、マンガンを１．０％以下、クロ
ムを２０〜３５％、モリブデンを２〜１０％、銅を１〜
４％、窒素を０．１〜０．４％およびニッケルをクロム
量＋モリブデン量＋１．５×珪素量−０．５×マンガン
量−３０×（炭素量＋窒素量）−０．５×銅量の式から
計算される量以上含み、かつクロム量＋４．１×モリブ
デン量＋２×銅量＋２４×窒素量の式の値が５０以上で
残部が鉄と不可避的不純物からなり、硫酸イオン、ハロ
ゲン化物イオン、酸化性金属イオンを同時に含む環境中
で優れた耐局部腐食性を有する高合金オーステナイト系
ステンレス鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、都市ゴミなどの焼却系
の洗煙設備などの低温部分で生成されるハロゲン化物
（フッ化物、塩化物、臭化物）および硫酸主体の湿潤環
境系で使用される高合金オーステナイトステンレス鋼に
関するものである。従来このような環境にはＳＵＳ３
０４やＳＵＳ３１６Ｌ級のオーステナイト系ステンレ
ス鋼が適用されてきたが、短期に孔食、応力腐食割れな
どの現象によって焼却設備の停止を余儀なくされてき
た。また、洗煙設備は、近年の大気環境汚染の元凶とな
るＮＯ_XやＳＯ_Xを除去する上で不可欠な設備である。
この設備の安全性確保、長寿命化には、高耐食材料の適
用が必須である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ゴミ焼却など都市ゴミ処理設備用
材料は、その使用される温度領域によって使用材料が異
なっている。燃焼炉など高温領域では、ハロゲン化物を
含む環境での高温溶融塩による腐食が支配的であり、ニ
ッケル基合金等が適用されている。しかし、排ガス処理
を行う排煙設備では、低温での凝縮液を含む環境での湿
式腐食が支配的となり、環境中に含まれる硫酸イオン、
ハロゲン化物イオン（フッ化物イオン、塩化物イオンお
よび臭化物イオン）、酸化性金属イオンによりＳＵＳ
３０４，ＳＵＳ３１６Ｌ級ステンレス鋼に孔食、隙間
腐食、応力腐食割れなどが経験されている。しかし、Ｓ
ＵＳ３１６Ｌ以上の高級鋼は、経済性の観点からなか
なか適用が難しかったが、近年の設備の安全性、長寿命
化の方向から、より高耐食性を有する合金の適用が指向
されるようになってきた。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】近年の都市ゴミの処
分は、可燃性物質は焼却で、プラスチック類等は埋め立
てによって処理されているのが現状である。しかし、埋
め立て処分地の問題などから、都市ゴミのすべてが焼却
処分される方向にある。従って、焼却設備全体が紙ゴミ
量の増大、プラスチック類の混入により発熱量の上昇を
引き起こし、より高温での耐久性が要求されるようにな
ってきた。また、本発明の対象である排煙設備も例外で
はなく、確実に塩化物イオンの増大、酸性化および酸化
性金属イオンの増大を引き起こし、使用材料にとってま
すます厳しくなっているのが現状である。

【０００４】本発明は、こうした状況を踏まえて、実際
に使用されている設備の環境条件を把握し、その結果に
基づいて得られた腐食環境条件下でステンレス鋼の主要
成分であるＣｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎの成分の腐食に
対する影響を検討し、各元素の効果を明確にすることに
よって実際の設備への適用においても優れた耐局部食性
を示し、当該設備の長寿命化、安全性、環境汚染防止な
どを長期にわたって確保することを可能にした耐局部腐
食性高合金オーステナイト系ステンレス鋼を提供しよう
とするものである。

【０００５】

【問題を解決するための手段】上述の観点から、従来の
材料に対比して一段と優れた耐局部食性を有する材料を
開発すべく、腐食環境の実態調査および種々の高合金ス
テンレス鋼の耐食性研究を行った結果、以下の組成およ
び条件を満足する高合金オーステナイト系ステンレス鋼
によって達成できることを発見した。すなわち、重量％
でＣ：≦０．０１％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍ
ｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０１５％、Ｓ：≦０．０１
％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｍｏ：２〜１０％、Ｃｕ：１
〜３％、Ｎ：０．１〜０．４％およびＮｉを〔Ｃｒ〕＋
〔Ｍｏ〕＋１．５×〔Ｓｉ〕−０．５×〔Ｍｎ〕−３０
×（〔Ｃ〕＋〔Ｎ〕）−０．５×〔Ｃｕ〕の式から計算
される量以上含み、かつ、〔Ｃｒ〕＋４．１×〔Ｍｏ〕
＋２×〔Ｃｕ〕＋２４×〔Ｎ〕の値が５０以上で残部が
Ｆｅと不可避的不純物からなる高合金オーステナイト系
ステンレス鋼である。

【０００６】本発明は以上の特徴を有する高合金オース
テナイト系ステンレス鋼を提供しようとするものであ
る。

【０００７】

【作用】都市ゴミ等の排ガス洗煙設備の腐食は基本的に
塩化物イオン等のハロゲン化物を主体とした局部腐食で
あり、これを実験的に評価する必要がある。実際に排煙
設備環境を解析し、塩化物イオンが高濃度で存在するこ
とが明らかになった。従って、実験室的にはこの結果を
用いて模擬評価液を作成し、この環境中での局部腐食発
生に及ぼす合金成分の影響を電気化学的局部腐食発生特
性の観点から評価検討した。

【０００８】このような検討結果から、高合金オーステ
ナイト系ステンレス鋼の耐局部腐食性が次式で定義され
るＣＩ値５０以上の材料では局部腐食は発生しないこと
を発見するに至ったのである。 CI＝〔Cr〕＋4.１×〔Mo〕＋２×〔Cu〕＋24×〔Ｎ〕…（１）以下に都市ゴミ焼却系洗煙設備用高耐食高合金オーステ
ナイト系ステンレス鋼の成分限定理由を述べる。

【０００９】Ｃは、溶接部の粒界に炭化物を析出し、粒
界腐食を誘発するので低いほどよい。また、母材の強度
や加工性、靱性の点からも低い方が好ましい。本発明の
特徴である耐局部腐食性を改善するため、特に０．０１
％以下の極めて低い値に限定した。Ｓｉは、脱酸作用が
あるが、０．０１％未満では効果が期待できない。ま
た、０．５％を越えると加工性が著しく劣化する。加工
性の観点から上限を０．５％とした。

【００１０】Ｍｎは、排気ガス凝縮液環境での耐局部腐
食性に特別に影響しないが、通常の含有量として１．０
％以下とした。Ｐは、上記環境での耐局部腐食性を劣化
させるので少ないほどよい。０．０１５％を越えると耐
局部腐食性が極端に劣化するので上限を０．０１５％と
した。Ｓは、上記環境でのステンレス鋼の耐食性を劣化
させるので少ないほどよい。０．０１％を越えると耐局
部腐食性が極端に劣化するので上限を０．０１％とし
た。

【００１１】Ｃｒは、本発明の基本成分である。都市ゴ
ミ焼却系の洗煙設備の凝縮液など高い耐食性を要求され
る環境では、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎとの共存の形で、２
０％以上の添加が必要である。Ｃｒ量が多いほど耐局部
腐食性は向上するが、３５％を越えると耐局部腐食性が
飽和する。また加工性や作り込みが難しくなり、経済的
にも高価となる。

【００１２】Ｎｉは、本発明鋼の基本成分である。基本
的には耐局部腐食性にあまり寄与しないが、母材の加工
性や靱性を確保し、完全オーステナイト相とするために
添加する。ステンレス鋼中のＣ量、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｃ
ｒ量、Ｍｏ量およびＣｕ量に応じて次式でその添加量の
下限値が規定される。〔Ni〕＝〔Cr〕＋〔Mo〕＋1.５×〔Si〕−０．５×〔Mn〕−３０×（〔Ｃ〕＋〔Ｎ〕）−０．５×〔Cu〕…（２）Ｎｉの上限値は特に定めないが、Ｎｉが６０％を越える
とオーステナイト相の安定性が飽和し、経済的にも高価
となる。

【００１３】ＭｏはＣｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎその他の元素
と共存の形で添加される。上記環境での局部腐食発生・
成長の抑制に効果的な元素である。２％未満では、耐局
部腐食性改善効果が充分ではなく、２％以上１０％の範
囲で前記元素との共存で極めて効果的となる。１０％を
越えても耐局部腐食性の改善にそれほど寄与しないし、
かつ高価となる。従って、Ｍｏの含有量を２〜１０％と
した。

【００１４】ＣｕはＣｒ，Ｎｉ，Ｍｏをベースとした成
分系にその他の元素と共存の形で添加され、上記凝縮液
環境での耐局部腐食性向上に効果的な元素である。１％
以上で共存効果が著しく、４％を越えると耐局部腐食性
は飽和し、かつ熱間加工性を劣化させる。従って、Ｃｕ
の含有量を１〜４％とした。Ｎは、前記Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ｃｕと共に共存添加され、０．１％以上で耐局部腐
食性を向上するが０．４％を越えて添加すると熱間加工
性を著しく劣化する。従って、Ｎの含有量を０．１〜
０．４％とした。

【００１５】その他、不可避的成分としてＣａ：０．０
０３％以下およびＡｌ：０．０３％以下を含有する場合
もある。

【００１６】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
本発明者らは、都市ゴミ焼却設備の洗煙設備凝縮液の解
析結果に基づいて実験室評価液を作成し、当該環境での
隙間腐食性を評価した。表１に実験室評価液の組成を示
す。実験室評価液は測定の目的によって２種類の溶液を
使い分けた。評価液Ａ中では金属の腐食電位：Ｅｃｏｒ
ｒを２４時間測定した。また、評価液Ｂ中において隙間
腐食発生電位：Ｅｃを測定した。評価液Ａは洗煙設備凝
縮液に含まれる塩化物イオン主体の酸性環境、評価液Ｂ
は環境中に含まれる酸化性金属イオン主体の酸性環境で
ある。

【００１７】

【表１】

【００１８】これらの評価試験に用いた試験片の形状を
図１に示す。図１中、１はエナメル導線、２は試験面以
外を被覆した部分（シリコン樹脂シール剤を塗布）、３
は試験片電極面および４はポリカーボネイト製ボルト・
ナットである。ポリカーボネイト製ボルト・ナットと試
験片３Ａとの間に隙間部５を作り、隙間腐食の発生を加
速できるようにした。

【００１９】この試験片３Ａを用いて評価液Ａ中で図２
に示すような腐食電位：Ｅｃｏｒｒの経時変化の測定を
２４時間継続して行った。また、同様にして評価液Ｂ中
で図３に示すようにこの評価液の自然電位より、アノー
ド方向に２０mV／分の電位掃引速度で電位を貴にせしめ
て行き、試験片３Ａに流れる電流密度が１００μＡ／cm
²に達した点の電位を隙間腐食発生電位：Ｅｃと規定し
た。この電位が貴な値ほど隙間腐食が発生しにくいこと
を示す。隙間腐食が実際に発生するか否かの判定は評価
液Ａ中での２４時間後の腐食電位：Ｅｃｏｒｒ（２４
ｈ）と評価液Ｂ中での隙間腐食発生電位：Ｅｃとを比較
することで行った。すなわち、 ○：隙間腐食は自然状態では発生しない−−Ｅｃ≧Ｅｃ
ｏｒｒ（２４ｈ） ×：隙間腐食は自然状態で発生する−−−−Ｅｃ＜Ｅｃ
ｏｒｒ（２４ｈ）を材料の耐隙間腐食性の判定基準に用いた。

【００２０】表２，３に種々の高合金ステンレス鋼の組
成および腐食電位：Ｅｃｏｒｒ（２４ｈ）、隙間腐食発
生電位：Ｅｃならびに（１）式で定義されるＣＩ値およ
び隙間腐食性判定結果を示した。本発明鋼は通常の真空
溶解炉を用い、表２，３に示す成分組成の鋼を溶製し
た。インゴットに鋳造後、均熱、ソーキング処理したの
ち熱延し、適切な熱処理後、本試験に供した。

【００２１】表２，３に示す実施例ならびに比較例の結
果より、本発明の高合金はゴミ焼却炉洗煙部（排ガス用
スクラバー）において極めて優れた耐隙間腐食性を有す
る材料であることがわかる。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】

【発明の効果】本発明により、都市ゴミなどの焼却系の
洗煙設備などの低温部分で生成されるハロゲン化物（フ
ッ化物、塩化物、臭化物）および硫酸主体の湿潤環境系
で使用される設備用材料の安全性が確保され、長寿命化
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】材料の耐局部腐食性を調べるための試験片を示
し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図
である。

【図２】評価液Ａ中に材料を浸漬した場合にえられる腐
食電位：Ｅｃｏｒｒの経時変化を模式的に示した腐食電
位と浸漬時間との関係を示す図である。

【図３】評価液Ｂ中で測定される材料の電位−電流曲線
を模式的に示した電位と電流密度の対数との関係を示す
図である。

【符号の説明】

１…エナメル導線２…被覆部３…試料電極面４…ボルト・ナット５…隙間部６…枠体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上裕滋千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ：≦０．０１％、Ｓｉ：０．
０１〜０．５％、Ｍｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０１５
％、Ｓ：≦０．０１％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｍｏ：２
〜１０％、Ｃｕ：１〜４％、Ｎ：０．１〜０．４％およ
びＮｉを〔Ｃｒ〕＋〔Ｍｏ〕＋１．５×〔Ｓｉ〕−０．
５×〔Ｍｎ〕−３０×（〔Ｃ〕＋〔Ｎ〕）−０．５×
〔Ｃｕ〕の式から計算される量以上含み、かつ、〔Ｃ
ｒ〕＋４．１×〔Ｍｏ〕＋２×〔Ｃｕ〕＋２４×〔Ｎ〕
の値が５０以上で残部がＦｅと不可避的不純物からな
り、硫酸イオン、ハロゲン化物イオン、酸化性金属イオ
ンを同時に含む環境中で優れた耐食性を有することを特
徴とする高合金オーステナイト系ステンレス鋼。