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公開番号2025165279
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-04
出願番号2024069300
出願日2024-04-22
発明の名称オーステナイト系ステンレス鋼材
出願人日本製鉄株式会社
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20251027BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】優れた耐水蒸気酸化特性、耐水素脆化特性及び高温クリープ強度を兼ね備えたメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材を提供する。
【解決手段】質量基準で、C:0.100%以下、Si:1.00%以下、Mn:3.00%以下、P:0.100%以下、S:0.100%以下、Cr:16.00～30.00%、Ni:10.00～40.00%、N:0.500%以下、Mo:3.00%以下を含み、残部がFe及び不純物からなり、以下の式(1)で表されるNi当量が、23.0～60.0である、メタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。Ni当量=12.6C+0.35Si+1.05Mn+Ni+0.65Cr+0.98Mo・・・(1)(式中、各元素記号は各元素の含有量(%)を表す)。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：３．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～３０．００％、Ｎｉ：１０．００～４０．００％、Ｎ：０．５００％以下、Ｍｏ：３．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなり、
以下の式（１）で表されるＮｉ当量が、２３．０～６０．０である、メタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
Ｎｉ当量＝１２．６Ｃ＋０．３５Ｓｉ＋１．０５Ｍｎ＋Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ・・・（１）
式中、各元素記号は各元素の含有量（％）を表す。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
質量基準で、Ｔｉ：１．０００％以下、Ａｌ：１．０００％以下、Ｎｂ：１．００％以下、Ｖ：１．０００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｚｎ：１．０００％以下、Ｔａ：１．０００％以下、ＲＥＭ：０．１０％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂｉ：０．０１０％以下、Ｐｂ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０１００％以下、Ｍｇ：０．０１００％以下の中から選択される１種以上を更に含む、請求項１に記載のメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項３】
以下の式（２）で表されるＹが－５．００以下である、請求項１又は２に記載のメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
Ｙ＝（－０．３５Ｃｒ）＋（－０．８Ａｌ）＋７．８×固溶Ｃ量・・・（２）
式中、各元素記号は各元素の含有量（％）を表す。
【請求項４】
質量基準で、固溶Ｃ量が０．０２０％以下である請求項１又は２に記載のメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項５】
メタネーション環境下で酸化したときの８００℃におけるクリープ破断強度が１５ＭＰａ以上である請求項１又は２に記載のメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項６】
メタネーション環境下で酸化したときの－１９６℃におけるシャルピー衝撃値が２００J／ｃｍ
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以上である請求項１又は２に記載のメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項７】
メタネーション環境下で酸化したときの酸化増量が５．０ｍｇ／ｃｍ
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以下である請求項１又は２に記載のメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項８】
メタネーション環境下で酸化したときの鋼板の表面に形成される酸化皮膜の厚みが２．００μｍ以下である請求項１又は２に記載のメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項９】
請求項１又は２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材の表面に、質量基準で、Ｃｒを２０％以上、Ｏを５０％以下含有する酸化皮膜を有するメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項１０】
前記酸化皮膜の厚みが２．００μｍ以下である請求項９に記載のメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼材に関し、特に、メタネーション環境下で使用可能なメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
水素からメタンを製造するメタネーション技術は、バイオメタネーション、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＥＣ）、サバティエ反応を用いたメタネーションなどの種々の手法が知られている。特に、サバティエ反応を用いたメタネーションは、ＬａＮｉ
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などの触媒と、空気等から回収した二酸化炭素と、再生可能エネルギーなどを用いて得られた水素とを、温度６００～８５０℃、圧力０．１～２ＭＰａ程度の中高温高圧条件下で反応させ、メタンを生成させる手法として知られている。
【０００３】
メタネーション反応では、中高温高圧条件下で水素ガスを利用するため、メタネーション反応を行う環境に用いられる材料には、高い耐水蒸気酸化特性、耐水素脆化特性、及び高温クリープ強度が要求される。これまでも、耐食性、耐熱性が必要とされる太陽熱温水器、熱交換器、自動車排ガス部材エキゾーストマニホールドなどの用途として、ＪＩＳＧ４３０５に規定されるＳＵＳ４４４（１９Ｃｒ－０．５Ｎｂ－２Ｍｏ）、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ－Ｎｂ系合金（特許文献１～３）などが用いられてきた。また、耐水蒸気酸化特性を備える材料として、フェライト系ステンレス合金などが用いられてきた（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－１６１５２８号公報
特開２０２１－１６１５３４号公報
特開２０２３－１２０７８号公報
特開２０１４－１８９８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＳＵＳ４４４又は特許文献１～３などの従来の材料は、高温クリープ強度のレベルがメタネーション環境下での使用に適しているとはいえない。また、特許文献４に記載の材料は、耐水素脆化特性のレベルがメタネーション環境下での使用に対して十分であるとはいえない。このように、メタネーション環境に適した優れた耐水蒸気酸化特性、耐水素脆化特性及び高温クリープ強度を兼ね備えたステンレス鋼材については、まだ知られておらず検討の余地がある。
【０００６】
上記課題を鑑み、本発明は、優れた耐水蒸気酸化特性、耐水素脆化特性及び高温クリープ強度を兼ね備えたメタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
オーステナイト系ステンレス鋼材の耐水蒸気酸化特性を向上させるためには、鋼材中のＣｒ含有量を増大させることが有効である。しかしながら、Ｃｒの含有量が多すぎると、オーステナイト相（γ相）の安定度が低下する。オーステナイト相の安定度を高めるためには、Ｎｉ、Ｃ等の元素の添加が有効である。これらの元素は、オーステナイト相の安定度を高める効果に加えてメタネーション環境に必要な高温環境でのクリープ強度を向上させる効果もある。しかしながら、Ｎｉ、Ｃは含有量が多すぎると、製造コストの上昇や加工性の低下につながる。
【０００８】
メタネーション環境下では、中高温高圧条件下で水素を使用するため、水素脆化の問題を考慮する必要がある。オーステナイト系ステンレス鋼材では、Ｎｉ当量が低く、オーステナイト相の安定度が低くなると水素感受性が高くなるため水素脆化する。一方、Ｎｉ当量が高すぎると粒界強度、転位すべりの局在度、局所空孔密度等が高くなる結果、逆に水素感受性が高くなり水素脆化する。
【０００９】
このような事情を考慮し、本発明者が検討したところ、オーステナイト系ステンレス鋼材の組成と、Ｎｉ当量とを、メタネーション環境を考慮した適切な範囲に制御することにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：３．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～３０．００％、Ｎｉ：１０．００～４０．００％、Ｎ：０．５００％以下、Ｍｏ：３．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなり、
以下の式（１）で表されるＮｉ当量が、２３．０～６０．０である、メタネーション環境用オーステナイト系ステンレス鋼材。
Ｎｉ当量＝１２．６Ｃ＋０．３５Ｓｉ＋１．０５Ｍｎ＋Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ・・・（１）
式中、各元素記号は各元素の含有量（％）を表す。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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