JPS6220856A - 塩化物による高温腐食抵抗性に優れた耐熱鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、高温環境下で塩化物含有物質が付着したり
、それらとの接触によって生じがちな、”高温塩分の付
着による高温腐食”に対しても憂れた抵抗性を有すると
ともに、比較的価格も安いＳｉ含有低Ｃｒ耐熱鋼に関す
るものである。

く背景技術〉 近年、寒冷地方において、道路の凍結防止剤として塩化
物（ＣａＣｌ２や岩塩等）の散布が盛んに行われるよう
になってきたが、それにともない、前記凍結防止剤中の
塩分が飛散して自動車車体各部に付着することによる腐
食問題が注目ン集めるようになってきた。特に、耐熱鋼
から成っている自動車の排気系部材の高温部（４００℃
以上にも達する）に塩分が付ＮＴると高温腐食性が生じ
損傷をもたら丁例が生じつつあｊ、道路の安全走行確保
体制が確立下れば下るほど上記”塩分付着による高温腐
食”が大きな問題としてクローズアップされるようにな
ってきたのである。

ところで、現在、前記自動車の排気系高温部材は、一部
１０００℃近くで使用されるものもないではないが、排
ガス対策用触媒の向上等で大部分が７５０℃以下程度の
高温下で使用されるようになっており、ＳＵＳ　４１０
ステンレス鋼等の１２Ｃｒ糸材料が多用されている。ま
た、例えばフレキシブル管の如きかなりの加工性を必要
とする部材では５ＵＳ３０４ステンレス鋼を主体とした
オーステナイト系ステンレス鋼も使用されている。しか
し、これら材質は、通常、大気中での耐酸化性は考慮し
ているが塩分付着による高温腐食に配慮した材質選定と
なっていない。従って、このような高温腐食に抵抗性が
あり、かつ安価な代替材が望まれていた。中でも、オー
ステナイト系鋼は粒界侵食を受けや丁いので特に前記問
題に対する解決策が切望されていた。

そして、このような塩分付着による高温腐食の問題は、
何も自動車の排気系高温部材に限られるものではなく、
例えばパルプ廃液（黒液）やゴミ等の燃焼排熱回収ボイ
ラ、或いは調理用軍気機器類においても重大な問題とな
っていたのである。

即ち、バルブ廃液の燃焼排熱回収ボイラでは１％以上の
ＮａＣ１含有高＠雰囲気との接触を避けることができず
、これまでＳＵＳ　３０４等の１８−８系ステンレス鋼
が使用されてきたが耐食性の点で十分とは言えないので
、ボイラ管の温度を例えば５００℃以下に抑える等の対
策がとられたりしている。また、ゴミ焼却炉でも塩化ビ
ニル等の燃焼のためＨｃｉやＣｌ１２ガスの発生があっ
て腐食が激しく、ボイラ温度の抑制を行うの止むなきに
至っている。

しかし、これらボイラ類では蒸気温度を高めることが効
率向上につながることから、高効率操業を自相してより
一層耐食性の優れた世相が強く求められていた。

一方、調理用電気機器類、例えば電気コンロや魚焼器で
は、最高８００〜９００℃程度の高温を作り出すことが
要請され、シースヒータが用いられるようになっている
。しかし、このような高温下では、通常の大気中におい
て健全な耐酸化性を示す材料であっても醤油、マヨネー
ズ或いは食塩等が付着した場合にはその耐食性が極端に
低下し−（因に、醤油やマヨネーズには、通常、５％以
上のＮａｃｌが含有されている）、耐食性が良好である
とされている鋼でシースヒーダ保饅管を作成しても短時
間で穴が開き、シースヒータの断線を招くと言う問題が
あった。

現在、調理用電気機器類のシースヒータ被覆管材には、
ｒ塩化物の存在する高温ｍ境での鋼の耐食性にＮｉの添
加が良好な結果をもたら丁」との報告がなされたことも
あってインコロイ８００（商品名）、５ＵＳ３）０Ｓ及
び５ＵＳ３０９Ｓ等が採用されているが、これらの材料
のうちＮｉ含有量の多いものは価格が極めて高く、また
Ｎｉ含有量の低いものは耐食性が不十分であるとの不都
合７免れ得ないでいた。

さて、これまで説明したように、塩化物の存在下で鋼材
を大気中加熱したり燃焼雰囲気下に置いたりすると、水
の存在下で問題となる応力腐食割れや孔食とは直接関係
なく“酸化１や“硫化”が著しく加速される。

例えば、高温度下でＮａＣＡが鋼に付着すると、鋼中の
ＦｅとＮａ（Ｊとが反応し、揮発性の高いＮａＦｅＣ７
４を生成して腐食が促進されることになり、またＨＣｊ
？やＣ１２が遊離状態で存在する高温度下ではＦｅやＣ
ｒの塩化物を生成するので、やはり鋼の腐食が促進され
る。その上、酸化雰囲気中では、生成した塩化物が再び
酸化物となって侵食の循環が起きる。更に、通常の大気
中酸化の場合には、形成されるＣｒ２Ｏ３層の保護作用
により鋼の耐酸化性が向上するが、ＮａＣｌ付着下では
生成するＩ　Ｆｅ　ｏｒＣｒ）　２０３又は（Ｆｅ　ｏ
ｒＣｒ　）　３０４は極めてポーラスな状態となって酸
化に対する保護作用が小さく、腐食の進行は著しくなる
。

このように、塩分付着による高温腐食は、通常の耐酸化
性と言う概念で論じられないものがある。

加うるに、前述のような目勅車の排気系高温部材、廃棄
物燃焼炉部材、調理用電気機器類のシースヒータ被覆管
材等の高温環境用材料には、上記。

塩分付着による高温腐食を生じないことはもちろん、高
温強度、溶接性、加工性、高温での長時間安定性等の緒
特性（：も厳しい要求がなされており、半熱、これらの
点をも考慮して上記の如き材料が選定されてはいるが、
それでも現用の材料では十分（二満足できる結果が得ら
れてはいなかった７、従って、前記した諸性性全量ね備
えるとともに、価格も安い耐熱鋼の出現が強く望まれて
いるのが現状であった。

〈間閥点！解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、塩化物の存在す
る高温腐食環境におい−〔も極めて陽れた耐食性を示す
とともに、高温強度、高温での長時間安定性、溶接性、
加工性等にも優れた性能？有する鋼材を安価に提供下べ
く研究を行った結果、Ｎｉ含有量を比較的低目に抑えた
耐熱伊において、通常は高温耐酸化性向上のため１８％
以上の添加が必要であるとされているＣｒの含有量ヲ特
に１５５以下（以降、成分割合を表わＴ％は重量％と下
る）に抑えるとともに、Ｓｔの含有量をｉ、　０％以上
に調整すると、耐塩分位χＩ高温耐食性が著しく同上し
、しかも高温環境で使用する耐熱材としての十分な緒特
性を有した低価格耐熱鋼が実現される、との知見が得ら
れたのである。

この発明は、上記知見をも併わせて完成されたものであ
り、 高温環境で使用する耐熱鋼を、 Ｃ：　０．１０％以下、　Ｓｉ：１．Ｏ〜５．０％、Ｍ
ｎ　：　３．０％以下、　　Ｃｒ：１０〜１５５、Ｎｉ
：５〜３０％ を含有するか、更に Ｎ　：　０．０２〜０．２０　％、 Ｍｏ　、　Ｗ及びＶの１種以上＝４％以下、Ｔｉ、Ｎｈ
及びＺｒの１種以上：１．５％以下のうちの１種以上を
も含有するかし、残部が実質的にＦｅから成る成分組成
とすることにより、通常の高温用鋼としての必要緒特性
を有することはもちろんのこと、ＮｉやＣｒの多量添加
を要することなく塩分の付着下る高温環境中での格段に
改善された耐食性！も兼ね備えしめ、該環境で使用下る
各椎高温機器類の寿命をコスト安く延長することを可能
ならしめた点、 に特徴を有するものである。

なお、この発明の耐熱鋼が有する特性を最大限に発揮さ
せるためには、極力、オーステナイト鋼となるように成
分系を調整するのが望ましい。

次に、この発明の鋼において、その組成成分割合を前記
の如くに限定した理由を詳述する。

（ａｌ　　　Ｃ Ｃは鋼の高温強度を倖保するとともにオーステナイト相
の安定化に有効な元素であるが、塩分による高温腐食抵
抗性には害！及ぼすものである。・このよう（＝、耐食
性面からはＣ含有量は少ない方が好ましいが、この発明
の鋼ではＳｉ添加により耐食性向上２図っているので０
．１０％の含有量までは許容され得る。従って、Ｃ含有
量は０．１０％以下と定めたが、望ましくは０．０７％
以下に抑えるのが良い。

ｔｈｌ　　５ｉ Ｓｉはこの発明の鋼の極めて重要な構成元素であり、塩
分付着高温腐食（二対する抵抗性を著しく改善する作用
を持っている。しかし、その含有量が１、０　％ｆ未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方５．０％ｉ
越えて含有させても一層の向上効果が認められないこと
から、Ｎ１含有量を１．０〜５．０優と定めた。なお、
望ましくはＳｉ含有ｌを２．０％以上に調整することが
推奨される。

ｆｄ　　　Ｍｎ 励には鋼の熱間加工性を確保する作用があるが、３．０
％を越えて含有させると相安定性や塩分付着高温腐食抵
抗性に害ン及ぼ丁ようになることから、Ｍｎ含’１１は
３．０％以下と定めた。

（ｄｌ　　　Ｃｒ Ｃｒには塩分付着下での高温耐食性及び一般耐酸化性を
向上テる作用があるが、Ｓｒ添加がなされているこの発
明の鋼においては、Ｃｒ含有量が１０％にまで抑えられ
ても９００　’Ｃ程度までの耐酸化性が確保されるもの
である。一方、Ｃｒ含有量が多くなると相安定性やコス
トの点で不利を招くこととなる。従って、Ｃｒ含有量は
１０〜１５％と限定した。

ｔｅｌ　　　Ｎｉ Ｎｉはオーステナイト相形成のために必要な成分であり
、ＣｒやＳｉの含有量に応じて添加量が定められるので
５％以との添加が必要である。一方、Ｎｉ含有量が高い
ほど高温耐食性には好ましいけれども、鋼価格をできる
だけ抑えるとの本発明の目的からＮｉ含有量の上限を３
０％に限定した。このような理由からＮ１含有量を５〜
３０％と定めたが、望ましくは５〜１５５の添加に止め
るのが良い。

げ）　　Ｎ Ｎは鋼のオーステナイト化に有効な元素であり、必要に
よりＣｒ及びＳｉ量を考慮して添加されるものである。

そして、この目的のためには０．０２％以上の添加が必
要であるが、０．２０％を越えて含有させると窒化物の
析出が著しくなり、鋼の使用中延性に悪影響がでてくる
ことから、Ｎ含有量を０．０２〜０．２０％と定めた。

Ｉｇｌ　　Ｍｏ　、　Ｗ及びＶ これらの成分は、塩分付着高温耐食性をより一層改善す
る作用を有しているので、厳しい環境条注下に使用する
場合に１種以上含有させると好ましい結果が得られるも
のであるが、いずれも扁価な元素であると、多量添加は
相安定性に悪影響を及ぼすことから、これらの成分の含
有量をａ量で４％以下と定めた。

ｆｈｌ　　Ｔｉ　＋　Ｎｂ及びＺｒ これらの成分は、鋼中のＣ又はＮと結合して鋼の鋭敏化
を軽減するとともに、強度を向上する作用を有している
ので必要により１種以上含有せしめられるものであるが
、その含有総量が１．５％を越えると前記作用に対する
効果が飽和してしまうことから、これらの成分の含有量
ヲ総量で１．５％以下と定めた。

なお、この発明の癖において、ＰやＳ等の不純物は少な
いほど好ましく、またＢ　Ｔ　Ｃａ＋希土類元素及びＹ
’＆０．１％以下の侘で含有させても前記耐食特性に格
別な変化はなく、更に、２％以下の量でＡｌやＣＪが含
有されても本質的な特性が損われることがない。

そして、この発明の鋼は、塩化物による冒温腐食環境用
鋼としてばかりか、他の高温用途にももちろん有用であ
り、高Ｓｉの故に耐硫化性や耐浸炭性にも摩れているこ
とから、各種の高温耐食用途に供することができる。

続いて、この発明を実施例により比較例と対比しなから
説明する。

〈実施例〉 まず、第１表に示される如き成分組成の鋼を、真空溶解
を経て１０Ｋｇインゴットとし、熱間鍛造、熱間圧延及
び冷間圧延にて５■厚の鋼板とした。

続いて、これを１１００℃に３０分間加熱し、水焼入れ
！施した後、厚さ：３耀、幅＝１０■、長さ：３０ｍの
腐食試験片に加工した。

次に、このようにして得られた腐食試験片を使用し、塩
分付着下での高温耐食性を調べるために下記条件の腐食
試験を行った。

腐食試験条件 ０試験法・・・・・・繰返し酸化試験。

０加熱錫度・・・・・・６００℃、７００℃、８００℃
。

０加熱時間・・・・・・酸化のための２４時間加熱を４
回繰返丁。

０塩分付着手段・・・・・・２４時間に１回、飽和Ｎ＆
Ｃ１水浴液中に浸漬して付着させる。

なお、腐食試験結果の評価法には次の方法を採用した。

即ち、試験後の試験片を切断し、その断面を研磨した後
、光学顕微鏡によって第１図の）で示される健全厚み〔
ｈ〕を測定し、試験前の厚み［］とから、式 で表わされる侵食深さを求めて比較した。

ここで、第１図（４）は腐食試験前の試験片の断面を、
第２図ｆＢ）は腐食試験後の試験片の断面を模式化して
示しており、図中、符号１で示されるものはスケールで
ある。

試験結果を第１表に併せて示す。

該第１表に示される結果からも明らかなように、本発明
鋼はいずれの温度においても従来材（ＳＵＳ３０４）た
る調香２３の鋼に比して格段に優れた耐食性Ｙ！してい
ることがわかる。

なお、第１表に示した本発明鋼については、高温強度、
溶接性及び曲げ加工性の調査をも実施したが、いずれも
高温用耐熱鋼として十分に満足できる結果が得られた。

〈産業上の有用性〉 上述のように、この発明によれば、塩分付着の機会の多
い高温環境中においても極めて優れた耐食性を示すとと
もに、高温強度、高温での長時間安定性、溶接性及び加
工性にも優れた鋼をコスト安く提供することができ、 ０　塩分付着の危険に曝される寒冷地方向は自動車部材
のみならず、調理弔電、気器具のシースヒータ被層管材
、ゴミ焼却炉やゴミ焼却ボイラの部材、更には高Ｃ１を
含む石炭の燃焼ボイラ等に適用して優れた効果が得られ
る。

０　溶接管素材板として、或いは管材としての使用が可
能であり、また塩分含有環境側だけに適用するクラツド
材や２重管としての使用も可能である。

０　水環境での耐応力腐食割れ性や耐孔食性も良好であ
り、温水ヒータ用シースヒータ被咎管材、温水器部品、
各種熱交換用管材や板材としての適用も可能である。

など、産業上極めて毀れた効果がもたらされるのである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、腐食試験結果の評価方法を説明するための模
式図であり、第１図（２）は腐食試験前の試験片の断面
を、第１図＋Ｂｌは腐食試験後の試験片の断面を、それ
ぞれ示している。 図面において、符号１はスケールをボ丁。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合にて、 Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜５．０％、Ｍｎ：
   ３．０％以下、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎｉ：５〜３０％ を含有するとともに、残部が実質的にＦｅから成ること
   を特徴とする、塩化物による高温腐食に対して優れた抵
   抗性を示す耐熱鋼。
2. （２）重量割合にて、 Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜５．０％、Ｍｎ：
   ３．０％以下、Ｃｒ：１０〜１５５、Ｎｉ：５〜３０％
   、Ｎ：０．０２〜０．２０％を含有するとともに、残部
   が実質的にＦｅから成ることを特徴とする、塩化物によ
   る高温腐食に対して優れた抵抗性を示す耐熱鋼。
3. （３）重量割合にて、 Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜５．０％、Ｍｎ：
   ３．０％以下、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎｉ：５〜３０％ を含有するとともに Ｍｏ、Ｗ及びＶの１種以上：４％以下 をも含み、残部が実質的にＦｅから成ることを特徴とす
   る、塩化物による高温腐食に対して優れた抵抗性を示す
   耐熱鋼。
4. （４）重量割合にて、 Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜５．０％、Ｍｎ：
   ３．０％以下、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎｉ：５〜３０％
   、Ｎ：０．０２〜０．２０％を含有するとともに Ｍｏ、Ｗ及びＶの１種以上：４％以下 をも含み、残部が実質的にＦｅから成ることを特徴とす
   る、塩化物による高温腐食に対して優れた抵抗性を示す
   耐熱鋼。
5. （５）重量割合にて、 Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜５．０％、Ｍｎ：
   ３．０％以下、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎｉ：５〜３０％ を含有するとともに Ｔｉ、Ｎｈ及びＺｒの１種以上：１．５％以下をも含み
   、残部が実質的にＦｅから成ることを特徴とする、塩化
   物による高温腐食に対して優れた抵抗性を示す耐熱鋼。
6. （６）重量割合にて、 Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜５．０％、Ｍｎ：
   ３．０％以下、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎｉ：５〜３０％
   、Ｎ：０．０２〜０．２０％を含有するとともに Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒの１種以上：１．５％以下をも含み
   、残部が実質的にＦｅから成ることを特徴とする、塩化
   物による高温腐食に対して優れた抵抗性を示す耐熱鋼。
7. （７）重量割合にて、 Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜５．０％、Ｍｎ：
   ３．０％以下、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎｉ：５〜３０％ を含有するとともに、 Ｍｏ、Ｗ及びＶの１種以上：４％以下 及び Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒの１種以上：１．５％以下をも含み
   、残部が実質的にＦｅから成ることを特徴とする、塩化
   物による高温腐食に対して優れた抵抗性を示す耐熱鋼。
8. （８）重量割合にて、 Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜５．０％、Ｍｎ：
   ３．０％以下、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎｉ：５〜３０％
   、Ｎ：０．０２〜０．２０％を含有するとともに、 Ｍｏ、Ｗ及びＶの１種以上：４％以下 及び Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒの１種以上：１．５％以下をも含み
   、残部が実質的にＦｅから成ることを特徴とする、塩化
   物による高温腐食に対して優れた抵抗性を示す耐熱鋼。