JP2022115553A

JP2022115553A - 尿素ｓｃｒシステム用ステンレス鋼製溶接部材

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Publication number: JP2022115553A
Application number: JP2021012192A
Authority: JP
Inventors: 信彦平出; Nobuhiko Hiraide
Original assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2041-01-28
Also published as: JP7570243B2

Abstract

【課題】尿素ＳＣＲシステムに好適なステンレス鋼溶接部材を提供する。
【解決手段】本発明のステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｎ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：２０．５０～３０．５０％、及びＭｏ：２．２０％以下を含有し、Ｔｉ、Ｎｂの一種又は二種をＴｉ：０．３５％以下、Ｎｂを０．６０％以下の範囲で含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である母材、及び溶接金属を備え、上記母材及び上記溶接金属中のＣ、Ｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量が、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧１０．００、Ｃｒ－４．２Ｍｏ≧１７．００質量％を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車、二輪車、商用車、建設機械、船舶などの排気系部材用や発電プラントにおける排ガス処理設備において、尿素水を窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元剤として用いる尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムに使用されるステンレス鋼製の溶接部材に関する。

乗用車、二輪車、商用車、建設機械などの排気系部材にはフェライト系ステンレス鋼が多く使用されている。特に、コールドエンドと呼ばれる排気系下流側部材には、耐食性、加工性、溶接性等の観点から、ＣとＮをＴｉで固定してＣｒを１１％含有するＳＵＨ４０９Ｌ鋼、ＣとＮをＴｉで固定し約１７％のＣｒを含有するＳＵＳ４３０ＬＸ、さらにＭｏを含有させたＳＵＳ４３６Ｊ１ＬやＳＵＳ４３６Ｌなどが使用されることが多い。

近年、地球環境問題の観点から排ガス規制や燃費規制が年々厳しくなっており、自動車メーカ及び部品メーカは多くの対応策を検討し実行してきている。そのなかで、排ガス中に含まれるＮＯｘを低減させるために、尿素の分解生成物であるアンモニアをＮＯｘの還元材として用いる尿素ＳＣＲシステムが適用されている。アンモニアよりも安全性の高い尿素を用いるもので、これまではバスやトラックなどの商用車に使用されてきてが、最近では排ガス規制の強化に伴い乗用車や建設機械への適用が進められつつある。

一般に尿素ＳＣＲシステムは、尿素水溶液を貯蔵し排気系に供給される尿素水タンク、尿素水が噴射される排気管部分及びＳＣＲ等の触媒が搭載される排気管部分からなる。このうち、尿素水が噴射される排気系部材には高温の尿素環境下での耐食性が要求される。この部位の排気系部材は通常溶接接合により組み立てられるので溶接部を含めた耐食性が要求される。また、尿素水が噴射される排気系部材は部位によって腐食環境の厳しさが異なる場合があり、その場合には耐食性のレベルが異なる材料を組み合わせて使用されることがあるが、溶接部には高耐食性側の母材と同様の耐食性が求められる。

上記のほか、尿素ＳＣＲシステム部材においては、高温の尿素環境下での耐食性以外に、内面側における排ガス凝縮水に対する耐食性と外面側おける塩害に対する耐食性が要求される。さらに、疲労特性、高温強度、加工性等を具備している必要があることからＳＵＳ４３６Ｌが使用されることが多い。

このような課題に関して、従来よりいくつかの技術が提示されている。

特許文献１では、Ｃ：０．０５％以下、Ｎ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．０２～１．５％、Ｃｒ：１０～２２、Ｎｂ：０．０３～１％、Ｓ：０．００１２％以下を含有し、Ｃｒ＋４Ｓｉ－２Ｍｎ≧１０を満足する尿素水での耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。

特許文献２では、Ｃ：０．０１０％以下、Ｎ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｃｒ：１０．０～２０．０％、Ｔｉ：０．０５～０．３０％を含み、Ａｌ：０．０３～０．５％を含有し、表面から２０ｎｍ以内におけるＣｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＦｅの濃度比の最大値が（Ｃｒ＋Ｔｉ＋Ａｌ）／（Ｆｅ＋Ｓｉ＋Ｍｎ）＞０．３５の関係を満足することを特徴とする尿素ＳＣＲシステム部品用フェライト系ステンレス鋼板が開示されている。

特許文献３では、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．００９～０．０３％、Ｓｉ：０．２～１％、Ｍｎ：０．２～１％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｒ：１５～２２％、Ｍｏ：２％以下、Ｔｉ：０．１６～１％、Ｎｂ：０．２～１％、Ａｌ：０．０２～１％、Ｖ：０．２％以下、Ｃｏ：０．２％以下、Ｓｎ：０．０５％以下、ＲＥＭ：０．１％以下、Ｚｒ：０．０１％以下、Ａｌ＋３０ＲＥＭ：０．１５％以上、１／｛Ｎｂ＋（７／４）Ｔｉ－７（Ｃ＋Ｎ）｝：３以下を含有し、平均結晶粒径が２５～６５μｍであることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板が開示されており、尿素ＳＣＲシステムに使用できることが記載されている。しかしながら、これら特許文献１～３は高温尿素環境下での耐食性は考慮されていない。

特許文献４では、Ｃ：０．０２０％以下、Ｎ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：０．０１～０．５０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．４０～０．８０％、Ｎｉ：０．０５～０．６％、Ｃｒ：２０．５～２４．０％、Ｔｉ、Ｎｂの１種又は２種をＴｉ：０．０１～０．４０％、Ｎｂ：０．０１～０．５５％の範囲で含有し、かつＴｉ＋Ｎｂ×４８／９３≧８（Ｃ＋Ｎ）を満足することを特徴とする尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板が開示されている。特許文献４は、高温尿素環境下での耐食性向上を課題としているが、実用上必要な溶接部材の耐食性を考慮していない。

特許文献５では、Ｃ：０．０１５％以下、Ｎ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．１５～１．００％、Ｍｎ：０．５０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２０．５０～３０．５０％、Ｔｉ：０．０３～０．３５％等を含有し、かつ０．２０＜Ｎｉ、０．０２≦Ｃｏ及び０．２０＜Ｎｉ＋１．２×Ｃｏの少なくともいずれかを満足することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献５は、高温尿素環境下での耐食性向上を課題としているが、実用上必要な溶接部材の耐食性を考慮していない。

特許文献６では、排気中に尿素水の添加を行い、適正な量のアンモニアをＮＯｘ触媒に供給することができる排気浄化装置が開示されている。また、特許文献７では、尿素に由来する硫酸アンモニウム、酸性硫安、シアヌル酸などの副生成物の生成を抑制し、排気通路の腐食や閉塞を防止することができる尿素水噴霧構造が開示されている。両者とも排気管の材質については記載がない。

特許文献８では、排ガスを良好に撹拌して還元剤濃度の偏りを解消するとともに、還元触媒上での排ガスの気流分布を均一化し、もって還元触媒の全部位を有効に機能させて良好な浄化性能を発揮させることができる内燃機関の排気浄化装置が開示されている。一例として尿素ＳＣＲシステムが挙げられ、その使用材料としてステンレス鋼が記載されているが、ステンレス鋼に関する詳細な記載はない。

特許文献９では、アンモニア及び水素を含む排気が通過する、フェライト系ステンレス鋼板からなる排気管の溶接部に、ショットピーニング処理を施すことを特徴とする排気管の耐久性向上方法と排気浄化装置が開示されている。そして排気管に使用されるフェライト系ステンレス鋼の一例としてＳＵＳ４３６Ｌが開示されているが、フェライト系ステンレス鋼の詳しい化学組成については記載されていない。

特許文献１０では、温度がより高い尿素水に対しても十分な耐腐食性を有し、かつ耐摩耗性が高い尿素水噴射弁用のステンレス鋼として、Ｃ：０．２％以下、Ｎｉ：３～１１％、Ｃｒ：１２％以上、ＨＲＣ硬さが４０以上であり、Ｃｒ－１０Ｃ＋２Ｎｉ≧２．１８×１０^-3ｔ²－１．８７×１０^-1ｔ＋９（ここでｔ：尿素水の最高温度（℃））を満足するステンレス鋼が開示されている。特許文献１０は、高温尿素環境下での耐食性向上を課題の一つとしているが、溶接部材の耐食性を考慮していない。

特許文献１１では、Ｃ：０．０３０％以下、Ｎ：０．１０～０．２０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．５０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：８．００～９．００％、Ｃｒ：２６．００～２７．５０％、Ｍｏ：０．５０～１．５０％からなる尿素合成装置用ステンレス鋼が開示されている。特許文献１１は、多量のＮｉ及びＭｏを含有しており高価である。

特許第５５６３２０３号公報特許第５６８４５４７号公報特表２０１５－５３２６８１号公報国際公開第２０１６／０３５２４１号特開２０１８－１６４８１５号公報特開２００７－１６２４８８号公報国際公開第２０１３／０８８８５０号特開２００８－１２８０９３号公報国際公開第２０１３／１７９４３５号特開２０１５－１９７０８５号公報特開平１０－２２６８５２号公報

尿素ＳＣＲシステムの搭載がバスやトラックなどの商用車から乗用車及び建設機械に拡がっている。乗用車の場合には尿素水噴射部近傍の排ガス温度は上昇する傾向にあり、建設機械の場合には噴射される尿素水の使用量が増加する傾向にあるため、尿素水噴射部後段の排気系部材には尿素水に対してさらに優れた高い耐食性が求められている。また、尿素水が噴射される排気管は部位によって腐食環境の厳しさが異なる場合があり、その場合には耐食性のレベルが異なる材料を組み合わせて使用されることがあるが、溶接部には高耐食性側の母材と同様の耐食性が求められる。

本発明はこうした課題に鑑みて提案されたものであり、尿素ＳＣＲシステム用として好適に用いることができるステンレス鋼溶接部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。

（１）質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｎ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：２０．５０～３０．５０％、及びＭｏ：２．２０％以下を含有し、Ｔｉ、Ｎｂの一種又は二種をＴｉ：０．３５％以下、Ｎｂを０．６０％以下の範囲で含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である母材、及び溶接金属を備え、上記母材及び上記溶接金属中のＣ、Ｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量が、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧１０．００、Ｃｒ－４．２Ｍｏ≧１７．００質量％を満たすことを特徴とする尿素ＳＣＲシステム用ステンレス鋼溶接部材。

（２）前記母材が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｎｉ：０～０．８０％、Ｃｕ：０～０．４０％、Ｗ：０～１．２０％、Ｖ：０～０．５０％、及びＣｏ：０～１．５０％のいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）の尿素ＳＣＲシステム用ステンレス鋼溶接部材。

（３）前記母材が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｚｒ：０～０．５０％、Ｓｎ：０～０．３０％、Ｓｂ：０～０．２０％、Ａｌ：０～０．２００％、Ｃａ：０～０．００２０％、Ｍｇ：０～０．００２０％、Ｂ：０～０．００５０％、ＲＥＭ：０～０．０１０％、Ｇａ：０～０．０１００％、及びＴａ：０～０．５００％のいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）又は（２）の尿素ＳＣＲシステム用ステンレス鋼溶接部材。

本発明の尿素ＳＣＲシステム用ステンレス鋼溶接部材は、乗用車、二輪車、商用車、建設機械、船舶などの尿素ＳＣＲシステムに好適である。本発明のステンレス鋼溶接部材は高温尿素環境での耐食性に優れるので、尿素ＳＣＲシステム部材の高温化、高寿命化及び薄肉化による軽量化に貢献できる。

図１は、平均腐食速度と鋼材のＣｒ－４．２Ｍｏの関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

はじめに、本発明者らが行った検討内容について説明する。本発明者らは、高温尿素環境での耐食性を検討するにあたり、尿素合成プラント用材料の評価に用いられているヒューイ試験（ＪＩＳＧ０５７３）を適用した。ヒューイ試験は沸騰硝酸溶液中の浸漬試験であるが、当該環境におけるフェライト系ステンレス鋼の知見は十分でない。そこで本発明者らは、Ｃｒ量が１１～２４％、Ｍｏ量が０～２％の範囲で合金元素量の異なるフェライト系ステンレス鋼を対象にヒューイ試験を行った。

その結果、当該環境においてはＣｒが非常に有効であることを知見する一方で、通常耐食性向上に有効なＭｏが当該環境では有効に作用しないことを知見した。ヒューイ試験は４８時間の試験を５回繰り返し各回の腐食速度を求めるが、その平均の腐食速度で評価した。平均腐食速度を鋼材のＣｒ及びＭｏ量に対して整理すると、図１に示すようにＣｒ－４．２Ｍｏとよい対応関係にあり、この値が１７．００質量％以上の時に本特許で優れた耐食性を示す基準とした平均腐食速度０．５０ｇ・ｍ^-2・ｈ^-1以下となることがわかった。ここで、式中の各元素記号は、各元素の含有量（質量％）を表す。

また、当該環境における腐食形態を詳細に観察したところ、粒界腐食を伴う全面的な腐食形態をしており、耐粒界腐食性を確保することが重要であることが確認できた。粒界腐食は、粒界へのＣｒ炭化物の析出及びそれによるＣｒ欠乏層の生成により発生しやすくなるので、Ｃｒ炭化物の析出を抑制する必要がある。これには、ＮｂやＴｉといったＣ及びＮと結合しやすい元素の添加が有効であることから、良好な耐粒界腐食性を確保するには（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧１０．００とする必要がある。式中の各元素記号は、各元素の含有量（質量％）を表す。溶接部においては、溶接施工時に外部からＣ及びＮが侵入する場合があるので、特に注意が必要である。

尿素水が噴射される排気系部材は部位によって腐食環境の厳しさが異なる場合があり、その場合には耐食性のレベルが異なる材料を組み合わせて使用されることがあると述べた。これは、一般に尿素ＳＣＲシステム部材として多用されているＳＵＳ４３６Ｌ鋼と、ＳＵＳ４３６Ｌ鋼よりも高い耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼を組み合わせて使用することを意味している。そして、こうした両者の溶接接合にはオーステナイト系の溶接材料を用いる場合が多い。

ＳＵＳ４３６Ｌ鋼のＣｒ量は約１７％、Ｍｏ量は１％であるので、溶接部の耐食性を確保するためには、母材及び溶接金属部がＣｒ－４．２Ｍｏ≧１７．００質量％及び（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧１０．００を満足できるようにＣｒ量が高く、かつＣ量の低い溶接材料を選択する必要があり、例えば、３０８Ｌ系と３０９Ｌ系などが挙げられるが、よりＣｒ量の高い３０９Ｌ系が望ましい。

溶接材料の使用有無にかかわらず、溶接施工において外部からＣ及びＮが侵入しないように、かつ母材の希釈率を調整しながら、溶接金属部においてＣｒ－４．２Ｍｏ≧１７．００質量％及び（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧１０．００を満足できるようにする必要がある。

以下、本発明のステンレス鋼溶接部材の母材における合金元素の作用とその含有量の限定理由について詳述する。％は、特に断らない限り質量％を意味する。

（Ｃ：０．０２０％以下）
Ｃは、耐粒界腐食性、加工性を低下させるため、その含有量を低く抑える必要がある。このため、Ｃの含有量の上限を０．０２０％とし、好ましくは０．０１５％とする。Ｃは母材に含有される必要はなく、含有量の下限は０である。Ｃの含有量を過度に低めると、精練コストが上昇するので、Ｃの含有量の下限を０．００２％、又は０．００３％としてもよい。

（Ｎ：０．０２０％以下）
Ｎは、耐孔食性に有用な元素であるが、耐粒界腐食性、加工性を低下させるため、その含有量を低く抑える必要がある。このため、Ｎの含有量の上限を０．０２０％とし、好ましくは０．０１８％とする。Ｎは母材に含有される必要はなく、含有量の下限は０である。Ｎの含有量を過度に低めることは、精練コストを上昇させるので、Ｎの含有量の下限を０．００２％、又は０．００３％としてもよい。

（Ｓｉ：１．００％以下）
Ｓｉは必須の元素ではなく、含有量の下限は０であるが、耐酸化性向上に有効であり、高温での尿素耐食性を向上させる作用を有するので、必要に応じて母材に含有させてもよい。高温での尿素耐食性を向上の効果を得るためにはため０．０５％以上含有させることが好ましく、０．１０％以上がより好ましく、０．１５％以上がさらに好ましい。しかしながら、過剰の添加は加工性及び靭性を低下させるのでＳｉの含有量の上限を１．００％とする。Ｓｉの上限は好ましくは０．９５％、より好ましくは０．９０％、さらに好ましくは０．８５％である。

（Ｍｎ：１．００％以下）
Ｍｎは耐食性を劣化させるので、Ｍｎの含有量の上限は１．００％とし、好ましくは０．９０％である。Ｍｎは母材に含有される必要はなく、含有量の下限は０である。Ｍｎの含有量を極度に低めることはコストアップにつながるので、Ｍｎの含有量の下限を０．０３％、又は０．０５％としてもよい。

（Ｐ：０．０４０％以下）
Ｐは加工性、溶接性を劣化させる元素であるため、Ｐの含有量の上限は０．０４０％とする。好ましくは０．０３５％以下である。Ｐの含有量の下限は０である。

（Ｓ：０．０１０％以下）
Ｓは耐食性を劣化させる元素であるため、Ｓの含有量の上限は０．０１０％とする。好ましくは０．００３％以下、より好ましくは０．００２％以下である。Ｓの含有量の下限は０である。

（Ｃｒ：２０．５０％以上、３０．５０％以下）
Ｃｒは高温での尿素耐食性を確保する上でもっとも基本的でかつ重要な元素であるため、Ｃｒ含有量の下限を２０．５０％とする必要がある。好ましくは２２．００％以上、より好ましくは２２．５０％以上、さらに好ましくは２３．００％以上である。一方、Ｃｒの含有量を増加させるほど耐食性を向上させることができるが、Ｃｒの過剰な添加は加工性、製造性を低下させる。このため、Ｃｒの含有量を３０．５０％以下とし、好ましくは３０．００％以下、より好ましくは２９．５０％以下、さらに好ましくは２９．００％以下とする。

（Ｍｏ：２．２０％以下）
Ｍｏは、一般の耐食性を向上させるのに有効ではあるが、高温尿素環境では有効に作用しない。Ｍｏの過剰の添加は加工性を低下させるとともに高価なためコストアップにもつながる。したがって、Ｍｏ含有量は２．２０％以下とし、２．００％以下であることが好ましく、より好ましくは１．８０％以下であり、さらに好ましくは１．６０％以下である。一方、耐食性向上のために含有させる場合には０．２０％以上とすることが好ましい。Ｍｏを含有させる場合には、前述のとおり、Ｃｒ量との関係でＭｏ量が限定される。Ｍｏの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。

（Ｔｉ：０．３５％以下）
ＴｉはＣ、Ｎを炭窒化物として固定して粒界腐食を抑制する作用を有する。また、Ｓを硫化物又は炭硫化物として固定して耐食性を向上させる作用を有する。このため含有させる場合には、下限を０．０３％とすることが好ましく、より好ましくは０．０５％、さらに好ましくは０．０７％である。過剰の添加は加工性、製造性に悪影響を及ぼすため、上限を０．３５％とする。好ましくは０．３２％、より好ましくは０．３０％である。Ｔｉは必須の元素ではなく、含有量の下限は０である。

（Ｎｂ：０．６０％以下）
Ｎｂは、Ｔｉと同様、Ｃ、Ｎを炭窒化物として固定して粒界腐食を抑制する作用を有する。また、高温強度を向上させる効果を有するため、含有させる場合には０．０３％以上とすることが好ましい。より好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．０７％以上である。過剰の添加は加工性に悪影響を及ぼすため、上限を０．６０％として含有させることが望ましい。より好ましくは０．５５％、さらに好ましくは０．５０％である。Ｎｂは必須の元素ではなく、含有量の下限は０である。

ただし、Ｔｉ、Ｎｂの含有量は、Ｃ、Ｎの含有量との関係で、以下の関係を満たす必要がある。

（（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧１０．００）
前述のとおり、耐粒界腐食性を確保するために、母材部及び溶接金属部両方において（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧１０．００を満足する必要がある。（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）の値が１０．００を下回ると、粒界でのＣｒ炭化物の析出とＣｒ欠乏層の生成が起こり、粒界腐食感受性が高まる。特に、高温尿素環境ではＣｒは非常に耐食性に有効な元素なので、Ｃｒ欠乏層の生成は避ける必要がある。（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）の値が大きいほど耐粒界腐食性は向上するが、過剰の場合にはコストアップにつながるので（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）は５０．００以下が好ましい。

（Ｃｒ－４．２Ｍｏ≧１７．００質量％）
前述のとおり、Ｃｒ－４．２Ｍｏの値は高温尿素耐食性において重要な指標である。高温での尿素耐食性を確保するためにはＣｒ－４．２Ｍｏの値を１７．００質量％以上とする必要があり、好ましくは１８．００質量％以上、より好ましくは１９．００質量％以上である。

母材の化学成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。本発明のステンレス鋼においては、さらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｖ、Ｃｏのうちいずれか一種又は二種以上を含有できる。

（Ｎｉ：０～０．８０％）
Ｎｉは、高温尿素耐食性を向上させる元素のひとつである。Ｎｉの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。高温尿素耐食性向上の効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．１５％以上含有させることが好ましい。さらに０．２０％以上含有させることが好ましく、０．２５％以上含有させることがより好ましい。しかし、Ｎｉの過剰の添加はコストアップにつながるため、０．８０％以下の範囲で含有させることが好ましい。より好ましくは０．７０％以下、さらに好ましくは０．６０％以下である。

（Ｃｕ：０～０．４０％）
Ｃｕは、一般に耐食性を向上させるのに有効な元素である。Ｃｕの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。過剰に添加すると高温尿素環境における耐食性に対して有効に作用しなくなるので、耐食性を向上させる効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．４０％以下の範囲で含有させることができる。望ましくは０．３５％以下、さらに望ましくは０．３０％以下である。一方、含有させる場合には０．１０％以上とすることが好ましい。

（Ｗ：０～１．２０％）
Ｗは、耐食性を向上させる元素のひとつである。Ｗの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。耐食性向上の効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．２０％以上含有させることが好ましい。０．３０％以上含有させることが好ましい。Ｗの過剰の添加は、加工性を劣化させるとともに高価であるためコストアップにつながる。このため、Ｗの含有量は１．２０％以下であることが好ましく、１．００％以下であることはより好ましい。

（Ｖ：０～０．５０％）
Ｖは、耐食性を向上させる元素のひとつである。Ｖの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。耐食性向上の効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．０５％以上含有させることが好ましい。また、０．１０％以上含有させることが好ましい。しかし、Ｖの過剰の添加は、加工性を劣化させるとともに、高価であるためコストアップにつながる。このため、Ｖの含有量は０．５０％以下であることが好ましく、０．４５％以下であることがより好ましい。

（Ｃｏ：０～１．５０％）
Ｃｏは、高温尿素耐食性を向上させる元素のひとつである。また、二次加工性と靭性を向上させる作用もある。Ｃｏの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。高温尿素耐食性の向上、二次加工性と靭性の向上の効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためにはＣｏは０．０２％以上含有させることが好ましい。さらに０．０５％以上含有させることが好ましく、０．０８％以上含有させることがより好ましい。しかし、Ｃｏの過剰の添加はコストアップにつながるため、１．５０％以下の範囲で含有させることが好ましい。より好ましくは１．２０％以下、さらに好ましくは１．００％以下である。

本発明のステンレス鋼においては、さらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、ＲＥＭ、Ｇａ、Ｔａのうちいずれか一種又は二種以上を含有できる。

（Ｚｒ：０～０．５０％）
Ｚｒは、耐食性、特に耐粒界腐食性を向上させる元素である。Ｚｒの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。耐粒界腐食性向上の効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．０３％以上含有させることが好ましい。０．０５％以上含有させることがより好ましい。Ｚｒの過剰の添加は、加工性を劣化させるとともに、高価であるためコストアップにつながる。このため、Ｚｒの含有量は０．５０％以下であることが好ましく、０．４０％以下であることがより好ましい。

（Ｓｎ：０～０．３０％）
Ｓｎは、耐食性を向上させる元素である。Ｓｎの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。耐食性向上の効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．０１％以上含有させることが好ましい。０．０３％以上含有させることがより好ましい。Ｓｎの過剰な添加は加工性や製造性を劣化させる。このため、Ｓｎの含有量は０．３０％以下であることが好ましく、０．２５％以下であることがより好ましい。

（Ｓｂ：０～０．２０％）
Ｓｂは、耐食性を向上させる元素である。Ｓｂの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。耐食性向上の効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．０１％以上含有させることが好ましい。０．０３％以上含有させることがより好ましい。しかし、Ｓｂの過剰の添加は加工性及び製造性を低下させる。このため、Ｓｂの含有量は０．２０％以下であることが好ましく、０．１５％以下であることがより好ましい。

（Ａｌ：０～０．２００％以下）
Ａｌは、脱酸元素として有用な元素である。脱酸後の鋼にＡｌが含有される必要はなく、また、脱酸はＣａ等でも行えるので、含有量の下限は０である。Ａｌを脱酸に用いた場合、含有量を極度に低めることはコストアップにつながるので、０．００２％、又は０．００４％を下限としてもよい。Ａｌの過剰の添加は靭性、製造性を劣化させる。このため、Ａｌの含有量は０.２００％以下であることが好ましく、０．１５０％以下とすることがより好ましい。

（Ｃａ：０～０．００２０％）
Ｃａは、脱酸効果等を有するので精練上有用な元素である。脱酸後の鋼にＣａが含有される必要はなく、また、脱酸はＡｌ等でも行えるので、含有量の下限は０である。Ｃａを脱酸に用いた場合、含有量を極度に低めることはコストアップにつながるので、０．０００２％、又は０．０００４％を下限としてもよい。Ｃａは硫化物を形成して耐食性を劣化させるため、Ｃａの含有量は０．００２０％以下とすることが好ましく、０．００１５％以下とすることがより好ましい。

（Ｍｇ：０～０．００２０％）
Ｍｇは、脱酸効果等を有するので精練上有用な元素であり、組織を微細化し加工性や靭性の向上にも効果がある。Ｍｇの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。加工性や靭性の向上の効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．０００２％以上含有させることが好ましく、０．０００５％以上含有させることがより好ましい。しかし過剰の添加は耐食性を劣化させるため、Ｍｇの含有量は０．００２０％以下とすることが好ましく、０．００１５％以下とすることがより好ましい。

（Ｂ：０～０．００５０％）
Ｂは、加工性、特に二次加工性を向上させる元素である。Ｂの含有は必須ではなく、含有量の下限は０である。加工性、特に二次加工性を向上させる効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．０００２％以上含有させることが好ましい。また、０．０００３％以上含有させることがより好ましい。Ｂの過剰の添加は耐粒界腐食性を低下させるため、Ｂの含有量は、０．００５０％以下であることが好ましく、０．００３０％以下であることがより好ましい。

（ＲＥＭ：０～０．０１０％）
ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ、及び、例えば、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ等の原子番号５７～７１に帰属する元素の合計である。ＲＥＭは、脱酸効果等を有するので精練上有用な元素である。脱酸後の鋼にＲＥＭが含有される必要はなく、含有量の下限は０である。ＲＥＭを脱酸用いた場合、含有量を極度に低めることはコストアップにつながるので、０．００１％、０．００２％を下限としてもよい。過剰の添加はコストアップにつながるため、ＲＥＭ含有量は、０．０１０％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．００８％以下である。

（Ｇａ：０～０．０１００％）
Ｇａは、安定な硫化物を形成して耐食性を向上させるとともに耐水素脆化性も向上させる元素である。Ｇａは必須の元素ではなく、含有量の下限は０である。耐食性、耐水素脆化性の向上の効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．０００２％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．０００４％以上である。しかし、過剰な添加はコストアップにつながるため、Ｇａ含有量は０．０１００％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．００５０％以下である。

（Ｔａ：０～０．５００％）
Ｔａは、耐食性を向上させる元素である。Ｔａは必須の元素ではなく、含有量の下限は０である。耐食性向上の効果は少量の含有でも得られるが、確実に効果を得るためには０．０１０％以上含有させることが好ましい。また、０．０５０％以上含有させることがより好ましく、０．１００％以上含有させることはさらに好ましい。過剰の添加は靭性を低下させるとともにコストアップにつながる。そのため、Ｔａ含有量は０．５００％以下とすることが好ましく、０．４００％以下であることがより好ましい。

本発明のステンレス鋼母材は、フェライト系ステンレス鋼を製造する一般的な方法により製造される。例えば、転炉又は電気炉で上記の化学組成を有する溶鋼とし、ＡＯＤ炉やＶＯＤ炉などで精練して、連続鋳造法又は造塊法で鋼片とした後、熱間圧延－熱延板の焼鈍－酸洗－冷間圧延－仕上焼鈍－酸洗の工程を経て製造される。必要に応じて、熱延板の焼鈍を省略してもよいし、冷間圧延－仕上焼鈍－酸洗を繰り返し行ってもよい。

また、本発明のステンレス鋼を素材として電気抵抗溶接、ＴＩＧ溶接、レーザー溶接などの通常の排気系部材用ステンレス鋼管の製造方法によって溶接管を製造することができる。

上記の方法で製造されたステンレス鋼の鋼板又は鋼管を素材として溶接部材を作製する。一般には溶接施工用に素材端部を加工したり、必要な形状に成形加工後溶接施工が行われる。溶接方法として電気抵抗溶接、ＴＩＧ溶接、レーザー溶接などが挙げられる。

実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。

表１－１～１－２に示す組成のステンレス鋼を１８０ｋｇ真空溶解炉で溶製し、４５ｋｇ鋼塊に鋳造した後、熱延－熱延板焼鈍－ショット－冷延－仕上焼鈍－酸洗の工程を経て板厚２ｍｍの冷延鋼板を作製した。熱延板は、素材厚み：５０ｍｍ、加熱温度：１２００℃で板厚５ｍｍまで圧延し空冷することにより作製した。熱延板焼鈍及び仕上焼鈍条件は８５０～１０５０℃×１分、空冷とした。

このように作製した板厚２ｍｍの冷延鋼板と、板厚２ｍｍのＳＵＳ４３６Ｌ冷延鋼板とをＴＩＧ溶接により突合せ溶接した。溶接材料にはＹＳ３０９Ｌを用いた。溶接後、成分分析用に溶接金属部を切り出すとともに、溶接金属部とＳＵＳ４３６Ｌとの境界部を切断して冷延鋼板母材と溶接金属部を含む溶接部材を腐食試験に供した。

＜溶接金属部の成分分析＞
溶接金属部は表面の溶接金属と母材との境界を基準として板厚方向に垂直に切断して、全面を機械研磨して溶接時のスケールを除いたものを溶接金属として成分分析をした。溶接金属部のＣ量を燃焼－赤外線吸収法、Ｎ量を熱伝導法、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ及びＮｂ量をＩＣＰ発光分光分析法により求めた。

＜硝酸腐食試験＞
上記溶接部材より、試験片中の溶接長さが２０ｍｍとなるように、２０ｍｍ×４０ｍｍの腐食試験片を２枚ずつ切り出し、全面を＃３２０までエメリー紙により湿式研磨した。

腐食試験は、ＪＩＳＧ０５７３に準拠して行った。溶液には６５％硝酸を用い、沸騰状態で試験を行った。１回４８ｈの試験を５回繰り返し、各回終了後に秤量して試験前後の質量変化から腐食速度（ｇ・ｍ^-2・ｈ^-1）を求めた。そして、得られた５回分の腐食速度の平均値で評価した。

溶接金属部の成分分析結果と硝酸腐食試験における腐食速度を表２に示す。ここで、腐食速度は試験片それぞれ２枚の平均値である。なお、Ｎｏ．３、Ｎｏ．１６について、作製した冷延鋼板はＴｉを含有しないが、作製した冷延鋼板と溶接したＳＵＳ４３６ＬにＴｉが含まれるため、溶接金属にはＴｉが含有された。

表２に示すように、発明例１～１９は、平均腐食速度が０．５０ｇ・ｍ^-2・ｈ^-1以下と耐食性に優れる結果が得られた。母材のＣｒ含有量並びに母材及び溶接金属のＣｒ－４．２Ｍｏの値が本発明を満足しない比較例２０及び２１、母材及び溶接金属の（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧１０．００を満足しない比較例２２、母材のＣｒ－４．２Ｍｏの値が本発明を満足しない比較例２３、母材のＣｒ含有量及び溶接金属部におけるＣｒ－４．２Ｍｏの値を満足しない比較例２４、溶接金属部におけるＣｒ－４．２Ｍｏの値を満足しない比較例２５、溶接金属部における（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧１０．００を満足しない比較例２６は、腐食速度が０．５０ｇ・ｍ^-2・ｈ^-1を超え耐食性に劣る結果となった。

本発明のフェライト系ステンレス鋼は、乗用車、二輪車、商用車、建設機械などの排気系に使用される尿素ＳＣＲシステムの溶接部材として好適である。また、発電プラント等において尿素水を窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元剤として用いる排ガス処理設備の溶接部材としても好適である。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．０２０％以下、
Ｎ：０．０２０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｒ：２０．５０～３０．５０％、及び
Ｍｏ：２．２０％以下
を含有し、
Ｔｉ、Ｎｂの一種又は二種をＴｉ：０．３５％以下、Ｎｂを０．６０％以下の範囲で含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である母材、及び溶接金属を備え、
上記母材及び上記溶接金属中のＣ、Ｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量が、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧１０．００、Ｃｒ－４．２Ｍｏ≧１７．００質量％を満たす
ことを特徴とする尿素ＳＣＲシステム用ステンレス鋼溶接部材。
前記母材が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｎｉ：０～０．８０％、Ｃｕ：０～０．４０％、Ｗ：０～１．２０％、Ｖ：０～０．５０％、及びＣｏ：０～１．５０％のいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の尿素ＳＣＲシステム用ステンレス鋼溶接部材。
前記母材が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｚｒ：０～０．５０％、Ｓｎ：０～０．３０％、Ｓｂ：０～０．２０％、Ａｌ：０～０．２００％、Ｃａ：０～０．００２０％、Ｍｇ：０～０．００２０％、Ｂ：０～０．００５０％、ＲＥＭ：０～０．０１０％、Ｇａ：０～０．０１００％、及びＴａ：０～０．５００％のいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の尿素ＳＣＲシステム用ステンレス鋼溶接部材。