專利名稱：在含有有機(jī)酸和鹽分環(huán)境下使用的不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及不銹鋼，其耐縫隙腐蝕性和耐應(yīng)力腐蝕裂紋性好，適合用于食品制造設(shè)備，特別是在制造過程中生成氨基酸、檸檬酸和醋酸等有機(jī)酸并且所含食鹽濃度高的食品設(shè)備，特別是醬油制造設(shè)備。
背景技術(shù)：
過去在食品的制造設(shè)備中，根據(jù)所用食品的含有成分和溫度等操作條件不同，分別使用不銹鋼和包覆無機(jī)或有機(jī)材料的鋼材，或者使用FRP等。近年來從設(shè)備的易維護(hù)保養(yǎng)和降低維護(hù)成本，更是從清洗性的角度考慮，不銹鋼的使用正在不斷增加。通常在清涼飲料和啤酒或牛奶等食品制造設(shè)備中，多使用SUS304和SUS316等通用不銹鋼，它不發(fā)生因腐蝕而引起的漏泄等大問題，此外即使在含有鹽分的食品中，如果在常溫附近使用，也不必過多擔(dān)心會發(fā)生點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕，或者是應(yīng)力腐蝕裂紋等局部腐蝕的問題，足以經(jīng)得住使用。但是，在制造含鹽分多的醬油等調(diào)味品時(shí)，即使在常溫下，如果使用SUS304和SUS316，在很多情況下也會發(fā)生明顯的局部腐蝕，耐腐蝕性不充分。如果使用耐腐蝕性高于上述不銹鋼的SUS329系不銹鋼，產(chǎn)生局部腐蝕的可能性較小，但即使如此，在溫度由常溫升高的時(shí)候，也會擔(dān)心產(chǎn)生縫隙腐蝕和焊接部分的應(yīng)力腐蝕裂紋，所以其使用受到限制。因此目前的狀況是在這種特殊環(huán)境的醬油制造設(shè)備中，不得不使用包覆無機(jī)或有機(jī)材料的鋼材，或者使用FRP，還使用價(jià)格高于不銹鋼的鎳合金和鈦等，而不使用不銹鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述事實(shí)而進(jìn)行研究的，目的在于提供適用于食品設(shè)備，特別是在發(fā)酵過程中生成有機(jī)酸，并且含有高濃度食鹽的醬油制造設(shè)備，或食醋(食酎)設(shè)備的不銹鋼。
本發(fā)明者對于適用于食品制造設(shè)備，特別是適用于包括含有大量鹽分的醬油等調(diào)味品等發(fā)酵過程的食品制造設(shè)備中的不銹鋼進(jìn)行了種種研究，結(jié)果弄清了在發(fā)酵過程中，生成氨基酸、檸檬酸和乳酸等有機(jī)酸時(shí)，這些酸，使不銹鋼的腐蝕速度加快，特別是使縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋加速的情況。
作為有機(jī)酸加速不銹鋼腐蝕的機(jī)理，可以認(rèn)為是在發(fā)酵過程中，產(chǎn)生的氨基酸起到作為還原劑的作用，使賦予不銹鋼耐腐蝕性的表面鈍態(tài)皮膜老化，另一方面，檸檬酸、乳酸等作為螯合劑作用于不銹鋼表面，促進(jìn)了沒有被表面鈍態(tài)皮膜覆蓋的水溶性CaO、MgO的所謂鋼中氧化物系夾雜物的溶解，形成縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋的起點(diǎn)，使得耐腐蝕性變差。于是判明了在有機(jī)酸存在的含有高濃度食鹽的環(huán)境中，為了提高不銹鋼表面的鈍態(tài)皮膜及其底材金屬的耐腐蝕性，首先必需滿足下述(1)式中的條件。
Cr+3.3Mo+20N≥38(1)(式中，Cr、Mo、N表示各成分的含量(重量％))同時(shí)還弄清了如果降低不銹鋼夾雜物中所含的CaO、MgO，使其組成以SiO2、Al2O3為主體，則可以提高在含有有機(jī)酸的高濃度食鹽環(huán)境下的耐腐蝕性。也就是實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過滿足下述(2)式的條件Si+Al-100(Ca+Mg)≥0 (2)并且，夾雜物中的CaO+MgO的重量比率在20％或以下，可以抑制產(chǎn)生不銹鋼中主要腐蝕的縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋。從而完成了本發(fā)明。
本發(fā)明第1項(xiàng)發(fā)明的要點(diǎn)是包含C0.05重量％或以下，Si≤1.00重量％，Mn1.00重量％或以下，P0.040重量％或以下，S0.003重量％或以下，Ni40.0重量％或以下，16.0重量％≤Cr≤26.0重量％，2.0重量％≤Mo≤8.0重量％，0.005重量％≤Al≤0.100重量％，0.10重量％≤N≤0.30重量％，Mg0.0005重量％或以下，Ca0.0010重量％或以下，其余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且滿足下述(1)式的條件，可以在含有有機(jī)酸和鹽分的環(huán)境下使用的不銹鋼；Cr+3.3Mo+20N≥38(1)(式中，Cr、Mo、N表示各成分的含量(重量％))本發(fā)明第2項(xiàng)發(fā)明的要點(diǎn)是包含C0.05重量％或以下，Si≤1.00重量％，Mn1.00重量％或以下，P0.040重量％或以下，S0.003重量％或以下，15.0重量％≤Ni≤40.0重量％，16.0重量％≤Cr≤26.0重量％，2.0重量％≤Mo≤8.0重量％，0.005重量％≤Al≤0.100重量％，0.10重量％≤N≤0.30重量％，其余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且滿足下述(1)式的條件，可以在含有有機(jī)酸和鹽分的環(huán)境下使用的奧氏體不銹鋼；Cr+3.3Mo+20N≥38(1)(式中，Cr、Mo、N表示各成分的含量(重量％))本發(fā)明第3項(xiàng)發(fā)明的要點(diǎn)是根據(jù)第1項(xiàng)發(fā)明或第2項(xiàng)發(fā)明中所述的不銹鋼，其中，上述有機(jī)酸是含有選自氨基酸、檸檬酸、醋酸和乳酸中的1種或2種或2種以上的酸；本發(fā)明第4項(xiàng)發(fā)明的要點(diǎn)是包含C0.05重量％或以下，Si≤1.00重量％，Mn1.00重量％或以下，P0.040重量％或以下，S0.003重量％或以下，Ni40.0重量％或以下，16.0重量％≤Cr≤26.0重量％，2.0重量％≤Mo≤8.0重量％，0.005重量％≤Al≤0.100重量％，0.10重量％≤N≤0.30重量％，Mg0.0005重量％或以下，Ca0.0010重量％或以下，其余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且滿足下述(1)式條件的食品設(shè)備用不銹鋼；Cr+3.3Mo+20N≥38(1)(式中，Cr、Mo、N表示各成分的含量(重量％))本發(fā)明第5項(xiàng)發(fā)明的要點(diǎn)是包含C0.05重量％或以下，Si≤1.00重量％，Mn1.00重量％或以下，P0.040重量％或以下，S0.003重量％或以下，15.0重量％≤Ni≤40.0重量％，16.0重量％≤Cr≤26.0重量％，2.0重量％≤Mo≤8.0重量％，0.005重量％≤Al≤0.100重量％，0.10重量％≤N≤0.30重量％，其余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且滿足下述(1)式條件的食品設(shè)備用奧式體不銹鋼；Cr+3.3Mo+20N≥38(1)(式中，Cr、Mo、N表示各成分的含量(重量％))本發(fā)明第6項(xiàng)發(fā)明的要點(diǎn)是根據(jù)上述第1項(xiàng)發(fā)明～第5項(xiàng)發(fā)明中所述的奧氏體不銹鋼，其中，上述不銹鋼滿足下述(2)式的條件，并且使鋼中氧化物系夾雜物中的CaO+MgO的重量比率在20重量％或以下。
Si+Al-100(Ca+Mg)≥0(2)(式中，Si、Al、Ca、Mg表示各成分的含量(重量％)本發(fā)明第7項(xiàng)發(fā)明的要點(diǎn)是根據(jù)上述第1項(xiàng)發(fā)明～第6項(xiàng)發(fā)明中所述的不銹鋼，其中，上述不銹鋼可用于醬油制造設(shè)備或食醋制造設(shè)備。本發(fā)明第8項(xiàng)發(fā)明的要點(diǎn)是根據(jù)上述第1項(xiàng)發(fā)明～第7項(xiàng)發(fā)明中所述的不銹鋼，其中，還含有選自0.01重量％≤Cu≤1.0重量％，0.01重量％≤W≤1.0重量％，0.01重量％≤Co≤1.0重量％之中的1種或2種或2種以上的物質(zhì)；本發(fā)明第9項(xiàng)發(fā)明的要點(diǎn)是根據(jù)上述第1項(xiàng)發(fā)明～第8項(xiàng)發(fā)明中所述的不銹鋼，其中，含有0.001重量％≤B≤0.010重量％。
在第1項(xiàng)或第2項(xiàng)發(fā)明的不銹鋼中，優(yōu)選含有選自0.01重量％≤Cu≤1.0重量％，0.01重量％≤W≤1.0重量％，0.01重量％≤Co≤1.0重量％中的1種或2種或2種以上的物質(zhì)，還優(yōu)選含有0.001重量％≤B≤0.010重量％。
附圖的簡單說明

圖1表示在試驗(yàn)溶液中浸漬1周的試樣表面的AES分析結(jié)果曲線。
圖2表示把試樣浸漬在試驗(yàn)溶液中時(shí)，自然浸漬電位隨時(shí)間的變化曲線。
圖3表示關(guān)系式Cr+3.3Mo+20N以及夾雜物中CaO+MgO的比率以及在腐蝕試驗(yàn)中有無腐蝕的曲線。
圖4表示關(guān)系式Si+Al-100(Ca+Mg)和夾雜物中的CaO+MgO的比率關(guān)系曲線。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方案如上所述，本發(fā)明的不銹鋼是由(i)規(guī)定的化學(xué)成分及其適當(dāng)?shù)暮糠秶?ii)特別有助于提高耐腐蝕性的Cr、Mo、N的關(guān)系，(iii)鋼中夾雜物組成和構(gòu)成它們的Al、Si、Ca、Mg的適當(dāng)含量范圍內(nèi)容組成的，以下對于形成本發(fā)明基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明。
實(shí)驗(yàn)1本發(fā)明者首先研究了具有發(fā)酵過程并且在該過程中生成氨基酸和乳酸等有機(jī)酸的醬油制造設(shè)備的環(huán)境與不存在此類有機(jī)酸時(shí)的情況究竟有怎樣的區(qū)別。試驗(yàn)采用市場上出售的2mm厚SUS316L作為試驗(yàn)材料，把兩片裁切成80mm×25mm×2mm和60mm×20mm×2mm的試樣重合，并進(jìn)行4點(diǎn)點(diǎn)電阻焊接，制作帶有焊接縫隙的腐蝕試樣。一般的醬油含有多種有機(jī)酸，但是為簡化體系，準(zhǔn)備了如下4種試驗(yàn)溶液，添加在發(fā)酵過程中生成的作為具有代表性的有機(jī)酸的氨基酸之一的谷氨酸和天冬氨酸、非氨基酸的乳酸、檸檬酸以及醋酸。
1-①17％食鹽水1-②17％食鹽水+1％谷氨酸
1-③17％食鹽水+1％谷氨酸+1％乳酸1-④17％食鹽水+1％谷氨酸+1％天冬氨酸+1％乳酸+0.2％檸檬酸+0.15％醋酸將這4種試驗(yàn)溶液在35℃下保存，分別把上述試樣在各試驗(yàn)溶液中浸漬1個(gè)月。浸漬結(jié)束后用切割機(jī)切割，使切割線通過由點(diǎn)電阻焊接形成的焊點(diǎn)點(diǎn)核部位的中心。用光學(xué)顯微鏡觀察其斷面，評定縫隙腐蝕深度和應(yīng)力腐蝕裂紋的長度。把評定結(jié)果出示在表1中。可以確認(rèn)，在僅含有食鹽的溶液(1-①)中發(fā)生的腐蝕只有縫隙腐蝕，與此相比，在含有作為氨基酸的谷氨酸的溶液(1-②)中，除了縫隙腐蝕以外，還產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。另一方面，在同時(shí)含有為非氨基酸但具有螯合結(jié)構(gòu)的乳酸和谷氨酸的溶液(1-③)中，縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋的深度和長度增大。而且在食鹽中混合含有各種有機(jī)酸的溶液(1-④)中，腐蝕也明顯增加。由以上結(jié)果可知，由發(fā)酵過程而生成氨基酸和乳酸等有機(jī)酸的、含有高濃度食鹽的醬油制造設(shè)備內(nèi)的環(huán)境與即使含有同樣高濃度食鹽但不存在有機(jī)酸的環(huán)境相比，腐蝕性明顯增加。
表1

實(shí)驗(yàn)2為了探明由這類有機(jī)酸而引起的腐蝕性增大的機(jī)理，本發(fā)明者對長期浸漬在含有有機(jī)酸的高濃度食鹽水中的SUS316L進(jìn)行了表面分析，并在其溶液中進(jìn)行了電化學(xué)測定。具體是調(diào)制3種試驗(yàn)溶液2-①17％食鹽水2-②17％食鹽水+1％谷氨酸2-③17％食鹽水+1％乳酸把這些溶液在35℃下保存，把用400號金剛砂紙進(jìn)行濕法研磨過的SUS316L平板試樣在上述3種試驗(yàn)液中浸漬一周，用俄歇電子光譜儀(以下記為AES)對其表面的鈍態(tài)皮膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。用掃描電子顯微鏡(以下記為SEM)對同樣浸漬后的試樣表面進(jìn)行觀察。還進(jìn)一步以飽和甘汞作為參比電極，測定在1周浸漬期間各試樣的自然浸漬電位。在測定自然浸漬電位之前，預(yù)先向各種試驗(yàn)溶液通入空氣24小時(shí)，使溶解氧達(dá)到飽和狀態(tài)。
首先，把在各溶液中浸漬1周后的試樣表面的AES分析結(jié)果出示在圖1中。圖1表示把Ar加速電壓調(diào)至1kV，在深度方向?qū)Ρ砻驸g態(tài)皮膜構(gòu)成元素進(jìn)行分析，作為形成鈍態(tài)皮膜強(qiáng)度指標(biāo)的[Cr]/[Cr]+[Fe]而整理的數(shù)值。這里的[Cr]、[Fe]表示各自的原子％，該指標(biāo)越高，說明鈍態(tài)皮膜越結(jié)實(shí)，也就是耐腐蝕性越好。如圖1明確所示，在17％食鹽水(2-①)，或在17％食鹽水中添加1％乳酸的溶液(2-③)中沒有發(fā)現(xiàn)表面鈍態(tài)皮膜結(jié)構(gòu)的不同，但是在17％食鹽水中添加1％谷氨酸的溶液(2-②)中，與2-①和2-③相比，最表層部分的[Cr]/[Cr]+[Fe]的值有所降低。這說明谷氨酸起到了使鈍態(tài)皮膜老化的作用。同時(shí)把各溶液中的自然浸漬電位測定結(jié)果出示在圖2中，可以看到在溶液2-①和2-③中，從測定開始時(shí)起自然浸漬電位變化很小，但是在含有谷氨酸的溶液2-②中，測定剛剛開始后，自然浸漬電位馬上急劇降低。從以上結(jié)果分析可以認(rèn)為，即使在有機(jī)酸中，作為氨基酸的谷氨酸起到作為還原劑的作用，最終使得表面鈍態(tài)皮膜不穩(wěn)定。
另一方面，當(dāng)用SEM觀察在各溶液中浸漬1周后的試樣表面時(shí)，在溶液2-①和2-②中，與浸漬前相比，沒有變化。只有在含有乳酸的溶液2-③中，表面形成有微小的孔。該部分系原本就存在有夾雜物的地方。通過詳細(xì)觀察的結(jié)果可知，雖然同樣是夾雜物，以Al2O3或SiO2作為主體的夾雜物，在浸漬之后仍然存在，但是對于在CaO和MgO含量比率高的夾雜物，卻是有選擇性地溶解脫落。作為這一現(xiàn)象的機(jī)理，可以認(rèn)為是由于乳酸具有螯合結(jié)構(gòu)，所以優(yōu)先與具有強(qiáng)親合力的Ca和Mg反應(yīng)，結(jié)果造成CaO和MgO系夾雜物有選擇性地溶解，形成縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋的起點(diǎn)。鑒于以上理由可以得出如下結(jié)論，即使在有機(jī)酸中，具有螯合結(jié)構(gòu)的乳酸和檸檬酸等也具有增加腐蝕性的作用，此外，如果存在CaO和MgO作為主體的夾雜物時(shí)，耐腐蝕性變差。
實(shí)驗(yàn)3以上闡述了在存在有機(jī)酸的含有高濃度食鹽的醬油制造設(shè)備環(huán)境中的特殊性，以及有機(jī)酸引起鈍態(tài)皮膜的老化，或使以CaO或MgO為主體的夾雜物有選擇性地溶解而增大腐蝕性的機(jī)理，接著為了找到在這種環(huán)境下展示良好腐蝕性，并有可能應(yīng)用的不銹鋼組成成分，本發(fā)明者進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)。
用感應(yīng)爐(大気溶解爐)按下述組成范圍，并且使鋼中氧化物系夾雜物中的CaO+MgO的重量比達(dá)到各種各樣的比率，熔煉不銹鋼，得到鋼錠，C0.008～0.035重量％，Si0.02～0.24重量％，Mn0.13-0.92重量％，P0.017～0.034重量％，S0.001～0.003重量％，Ni6.44～34.83重量％，Cr16.51～25.12重量％，Mo2.06～7.47重量％，Cu0.01～0.86重量％，W0.01～0.73重量％，Co0.01～0.75重量％，Al0.006～0.092重量％，N0.02～0.30重量％，Ca0.0001～0.0052重量％，Mg0.0001～0.0018重量％，B0.0001～0.0036重量％。再于1250℃的條件下，進(jìn)行8小時(shí)的鋼錠熱處理、鍛造、冷軋，以及在1150℃下，進(jìn)行30分鐘加熱后水冷的固溶處理，制成2mm厚的冷軋板。接著從2mm冷軋板上與實(shí)驗(yàn)1相同地采取試樣，通過點(diǎn)電阻焊接制成帶有焊接縫隙的試樣。腐蝕試驗(yàn)是以含有約17％食鹽的發(fā)酵調(diào)味品醬油作為試驗(yàn)溶液，將試驗(yàn)溶液保持在35℃，把上述試樣在試驗(yàn)溶液中浸漬5個(gè)月。浸漬后，進(jìn)行切割，使切割線通過焊點(diǎn)點(diǎn)核部中心，用光學(xué)顯微鏡對其斷面進(jìn)行觀察，評定縫隙腐蝕或應(yīng)力腐蝕裂紋的發(fā)生狀況。無論產(chǎn)生什么腐蝕都被定為×，完全不產(chǎn)生腐蝕的材料被定為○。
圖3是把鋼中氧化物系夾雜物中的CaO+MgO的重量比率分為20％或以下的材料和20％以上的材料，分別進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果。圖3的橫坐標(biāo)表示Cr+3.3Mo+20N的值(式中，Cr、Mo、N表示各元素的含量(重量％))，該值是在合金成分內(nèi)，選取對耐腐蝕性影響大的Cr、Mo、N，從影響程度考慮，使各元素影響大致相等的總量。由圖3可以確認(rèn)，氧化物系夾雜物中的CaO+MgO的重量比率在20％以上時(shí)，Cr+3.3Mo+20N的值超過44之后才不發(fā)生腐蝕。與此相反，如果CaO+MgO的重量比率在20％或以下時(shí)，Cr+3.3Mo+20N的值在38以上，就不發(fā)生腐蝕。Cr+3.3Mo+20N的值越大，耐腐蝕性越好這一點(diǎn)是顯而易見的，在合金中必須添加相應(yīng)的高價(jià)元素，勢必導(dǎo)致成本上升。但是如果控制氧化物系夾雜物的組成，使CaO+MgO的重量比率在20％或以下，可以降低耐腐蝕性所必需的Cr+3.3Mo+20N的下限值。但是同時(shí)也表明，即使進(jìn)行這種控制，Cr+3.3Mo+20N的指標(biāo)值至少也在38或以上，否則在含有高濃度食鹽和有機(jī)酸的醬油制造設(shè)備中材料有可能發(fā)生腐蝕。
接著本發(fā)明者進(jìn)一步對為穩(wěn)定控制鋼中氧化物系夾雜物中CaO+MgO的重量比率在20％或以下的方法進(jìn)行了反復(fù)研究，結(jié)果表明，考慮到由感應(yīng)爐的磚等混入的Ca、Mg，如果將脫氧材料成分的Si、Al的含量限定在某一范圍內(nèi)，則可以達(dá)到上述比率。也就是發(fā)現(xiàn)如圖4所示，如果將Si、Al的含量分別限定在0.01～0.25重量％、0.005～0.100重量％的范圍內(nèi)，并且使Ca和Mg的含量關(guān)系滿足Si+Al-100(Ca+Mg)≥0，則有可能穩(wěn)定地使夾雜物中的CaO+MgO的重量比率達(dá)到20％或以下。如上所述，可以得出這樣一個(gè)觀點(diǎn)，即通過控制Cr、Mo、N以及Si、Al成分的范圍和夾雜物的組成，可以提供在含有高濃度食鹽和有機(jī)酸的醬油制造設(shè)備中具有良好耐腐蝕性的奧氏體不銹鋼。
以下說明對各成分進(jìn)行限定的理由。
C0.05重量％或以下C，特別在進(jìn)行焊接時(shí)，是誘發(fā)敏化降低耐腐蝕性的元素，所以希望其含量較低，但是極度降低其含量，會導(dǎo)致強(qiáng)度降低，同時(shí)增加制造成本。由于C的含量容許達(dá)到0.05重量％，所以以該值作為上限值。
Si1.00重量％或以下Si是對于脫氧有效的元素，特別是為了降低鋼中氧化物系夾雜物中的CaO+MgO的比率，與鋁共同構(gòu)成氧化物系夾雜物的主體，Si是理想的元素。但是如果添加過量，則在其效果達(dá)到飽和的同時(shí)會導(dǎo)致延性降低和強(qiáng)度升高，而且還會增加σ相和χ相等的金屬間化合物的析出，使得耐腐蝕性降低，所以其量必需在1.0％或以下，優(yōu)選在0.70％或以下，0.50％或以下，0.25％或以下，0.20％或以下，更優(yōu)選在0.10％或以下為宜。
Mn1.00重量％或以下Mn是在抑制σ相和χ相等金屬間化合物的析出方面，另外為了抑制耐腐蝕性降低，必需盡量減少其用量的元素，因此，其用量必需在1.00重量％或以下，優(yōu)選在0.30重量％或以下，更優(yōu)選在0.20重量％或以下為宜。
P0.040重量％或以下P是作為雜質(zhì)不可避免混入的元素，從晶界中容易偏析、耐腐蝕性和熱加工性的角度考慮，希望其用量較少。但是如果極度降低P的含量，則會導(dǎo)致制造成本增加。P含量的容許值可以達(dá)到0.040重量％，所以以該值作為上限值。但是，優(yōu)選在0.030重量％或以下為宜。
S0.003重量％或以下與P一樣，S也是作為雜質(zhì)不可避免混入的元素，從晶界中容易偏析、耐腐蝕性和熱加工性的角度考慮，希望其用量較少。特別是當(dāng)其含量超過0.003重量％時(shí)，會明顯出現(xiàn)其有害性，所以將其含量限定在0.003重量％或以下。但優(yōu)選在0.002重量％或以下為宜。
Ni40.0重量％或以下Ni在抑制σ相和χ相等的金屬間化合物的析出方面是有效的元素，此外在使組織形成奧氏體時(shí)，也是必不可缺的元素。它更是對提高耐應(yīng)力腐蝕裂紋有效的元素。但是如果其含量超過40.0重量％，則會導(dǎo)致熱加工性變差以及熱變形阻抗增加。因此將Ni的含量限定在40.0重量％或以下。優(yōu)選Ni的含量在18.0～30重量％，如果在24.0～26重量％，則更為理想。
Cr16.0重量％≤Cr≤26.0重量％Cr是對于提高耐縫隙腐蝕性有效的元素，為了得到該效果，必需含有16.0重量％以上的Cr。但是如果含量超過26.0重量％，則會促進(jìn)形成σ相和χ相等的金屬間化合物，反而會降低耐縫隙腐蝕性能，所以將其用量限定為16.0重量％～26.0重量％。優(yōu)選Cr的含量在20.0重量％或以上，如果在22.0重量％或以上，則更為理想。
Mo2.0重量％≤Mo≤8.0重量％Mo也是對于提高耐縫隙腐蝕性有效的元素，為了得到這一效果，其含量必需在2.0重量％以上，但是如果含量超過8.0重量％，則會增加金屬間化合物的析出，相反會降低耐腐蝕性能，所以將Mo的含量限定在2.0重量％～8.0重量％。優(yōu)選Mo的含量在3.0重量％或以上，如果在5.0重量％或以上則更為理想。
Al0.005重量％≤Al≤0.100重量％Al是強(qiáng)脫氧劑，如實(shí)驗(yàn)3所示，特別是為了降低鋼中氧化物系夾雜物中的CaO+MgO的比率，使其與Si共同構(gòu)成氧化物系夾雜物主體，必需積極關(guān)注Al的添加。但是如果使其含量超過0.10重量％，則在其效果達(dá)到飽和的同時(shí)，也會助長金屬間化合物的析出，所以將其含量限定在0.10重量％或以下。
N0.10重量％≤N≤0.30重量％N是與Cr、Mo一樣可以提高耐縫隙腐蝕性，并同時(shí)抑制金屬間化合物析出的有效元素，為了得到該效果，必需使其含量在0.10重量％或以上。但是如果其含量超過0.30重量％，則熱變形阻抗極度上升，會妨礙熱加工性，所以將N的含量限定為0.10重量％～0.30重量％。優(yōu)選N的含量在0.15重量％或以上。
Mg0.0005重量％或以下Mg是一般鋼中氧化物系夾雜物中不可避免要含有的元素，由實(shí)驗(yàn)3的結(jié)果可以明顯看出，從耐腐蝕性的角度考慮，必需使其含量在0.0005重量％或以下。也就是如果超過0.0005重量％，則容易形成可溶于具有螯合結(jié)構(gòu)有機(jī)酸的夾雜物，導(dǎo)致耐腐蝕性降低。
Ca0.0010重量％或以下Ca也與Mg一樣，是鋼中氧化物系夾雜物中不可避免要含有的元素，由實(shí)驗(yàn)3的結(jié)果可以明顯看出，從耐腐蝕性角度考慮，必需使其含量在0.0010重量％或以下。也就是如果超過0.0010重量％，則容易形成可溶于具有螯合結(jié)構(gòu)有機(jī)酸的夾雜物，導(dǎo)致耐腐蝕性降低。
Cu0.01～1.0重量％W0.01～1.0重量％Co0.01～1.0重量％本發(fā)明中，在上述成分的基礎(chǔ)上，還可以含有0.10重量％≤Cu≤1.0重量％，0.01重量％≤W≤1.0重量％，0.10重量％≤Co≤1.0重量％的1種或2種或2種以上的元素。這些元素通常是對提高耐腐蝕性有效的。但是為了得到該效果，必需使其含量在0.01重量％或以上。另一方面，如果其含量超過1.0重量％，則會妨礙熱加工性，所以將各種元素的含量分別定為0.01重量％～1.0重量％。
B0.001重量％≤B≤0.010重量％本發(fā)明中，在上述成分的基礎(chǔ)上，還可以含有0.001重量％≤B≤0.010重量％。B是對于提高熱加工性非常有效的元素，但其含量在0.001重量％以下時(shí)，該效果非常差，如果超過0.010重量％，則相反會降低熱加工性。因此，把B的含量限定為0.001重量％～0.010重量％。
Cr+3.3Mo+20N≥38本發(fā)明中把Cr、、Mo、N的關(guān)系限定為下述關(guān)系式的理由是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)3的結(jié)果表明，如果Cr+3.3Mo+20N低于38，則即使通過使Si、Al、Ca、Mg的含量達(dá)到最佳程度來控制本發(fā)明主要構(gòu)成要素的鋼中氧化物系夾雜物中的CaO+MgO的重量比率，在含有高濃度食鹽和有機(jī)酸的醬油制造設(shè)備中也不具有足夠的耐腐蝕性。優(yōu)選Cr+3.3Mo+20N在40或以上，如果在44或以上，則更為理想。
Cr+3.3Mo+20N≥38(式中，Cr、、Mo、N表示各元素成分的含量(重量％))鋼中氧化物系夾雜物中的CaO+MgO的重量比率在20％或以下Si+Al-100(Ca+Mg) ≥0本發(fā)明中，把鋼中氧化物系夾雜物中的CaO+MgO的重量比率限定在20％或以下，并且將Si、Al、Ca、Mg的關(guān)系限定為以下關(guān)系式的理由是，實(shí)驗(yàn)3的結(jié)果表明，如果不滿足這一關(guān)系，則在含有高濃度食鹽和有機(jī)酸的醬油制造設(shè)備中沒有足夠耐腐蝕性。
Si+Al-100(Ca+Mg)≥0(式中，Si、Al、Ca、Mg表示各元素成分的含量(重量％))本發(fā)明中，沒有必要使鋼中所有氧化物系夾雜物是SiO2、Al2O3、CaO、MgO的單一物質(zhì)或復(fù)合氧化物，無論是怎樣的夾雜物，只要滿足CaO+MgO的比率在20％或以下即可。當(dāng)然有時(shí)也可以是其它氧化物單獨(dú)形成的氧化物或與上述氧化物共同形成復(fù)合氧化物。作為其它氧化物可以考慮MnO、FeO、TiO2等。
實(shí)施例和比較例下面以以下所示實(shí)施例為基礎(chǔ)說明本發(fā)明的情況。這里也一并記錄了上述實(shí)驗(yàn)3所示的各種成分的鋼。
首先用感應(yīng)爐對具有表2和表3中所示組成成分的本發(fā)明鋼和比較用鋼進(jìn)行熔煉，得到鋼錠。再于1250℃下，進(jìn)行8小時(shí)的鋼錠熱處理、鍛造、冷軋，以及在1150℃下進(jìn)行30分鐘加熱后水冷的固溶處理，制成厚度為2mm的冷軋板。
接著從2mm冷軋板上取兩片試樣，尺寸為80mm×25mm×2mm和60mm×20mm×2mm，用400號金剛砂紙進(jìn)行濕法研磨，脫脂后，通過點(diǎn)電阻焊接制成帶有焊接縫的試樣。
腐蝕試驗(yàn)是以含有約17％食鹽的發(fā)酵調(diào)味品醬油作為試驗(yàn)溶液，將該試驗(yàn)溶液保存在35℃的條件下，把試樣在試驗(yàn)溶液中浸漬5個(gè)月。浸漬結(jié)束后，沿點(diǎn)焊形成的焊點(diǎn)點(diǎn)核部中心切斷，用光學(xué)顯微鏡觀察該縫隙部分的斷面，評定縫隙腐蝕或應(yīng)力腐蝕裂紋的發(fā)生狀況。把觀察結(jié)果出示在表3中。
○標(biāo)記表示沒有發(fā)生縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕裂紋的任何一種腐蝕，顯示出良好耐腐蝕性的材料。
×標(biāo)記表示發(fā)生縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕裂紋兩種腐蝕的材料。把評定結(jié)果出示在表3中。
表2

表中的數(shù)值為重量％，其余部分為鐵。*表示本發(fā)明范圍以外的情況。
表3

*表示本發(fā)明范圍以外的情況。
表3中示出Cr+3.3Mo+20N以及Si+Al-100(Ca+Mg)的指標(biāo)，同時(shí)也示出鋼中氧化物系夾雜物中的平均CaO+MgO的重量比率(％)，Cr+3.3Mo+20N≥38，并且Si+Al-100(Ca+Mg)≥0，再加上夾雜物中的CaO+MgO的重量比率在20％或以下的本發(fā)明鋼，在這樣的含有高濃度食鹽和有機(jī)酸的醬油環(huán)境中，不發(fā)生腐蝕，與比較鋼相比可知它是具有優(yōu)異耐腐蝕性的材料。
此外，對于變化Mn量的表4和表5所示組成成分的本發(fā)明鋼和比較例，用與表2相同的方法，制成2mm厚的冷軋板，并從該冷軋板，按照前述例相同的方法取80×25×2mm和60×20×2mm的兩片試樣。
并且進(jìn)行與前例相同的腐蝕試驗(yàn)，把結(jié)果出示在表5中。得到了同樣的結(jié)果。
表4

表中的數(shù)值為重量％，其余部分為鐵。*表示本發(fā)明范圍以外的情況。
表5

*表示本發(fā)明范圍以外的情況。
產(chǎn)業(yè)上的實(shí)用性如以上說明所示，本發(fā)明的不銹鋼中，通過使Cr、Mo、N各自的量相對于其總量達(dá)到規(guī)定比率或以上，并且把Si、Al、Ca、Mg限定在規(guī)定范圍內(nèi)的方法控制鋼中氧化物系夾雜物的組成，可以開發(fā)對于食品設(shè)備，特別是含有高濃度食鹽和在發(fā)酵過程中生成有機(jī)酸的醬油具有優(yōu)異耐腐蝕性的不銹鋼。
權(quán)利要求
1.不銹鋼，其特征是包含C0.05重量％或以下，Si≤1.00重量％，Mn1.00重量％或以下，P0.040重量％或以下，S0.003重量％或以下，Ni40.0重量％或以下，16.0重量％≤Cr≤26.0重量％，2.0重量％≤Mo≤8.0重量％，0.005重量％≤Al≤0.100重量％，0.10重量％≤N≤0.30重量％，Mg0.0005重量％或以下，Ca0.0010重量％或以下，其余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且滿足下述(1)式條件，可以在含有有機(jī)酸和鹽分的環(huán)境下使用Cr+3.3Mo+20N≥38(1)(式中，Cr、Mo、N表示各成分的含量(重量％))。
2.奧氏體不銹鋼，其特征是包含C0.05重量％或以下，Si≤1.0重量％，Mn1.00重量％或以下，P0.040重量％或以下，S0.003重量％或以下，15.0重量％≤Ni≤40.0重量％，16.0重量％≤Cr≤26.0重量％，2.0重量％≤Mo≤8.0重量％，0.005重量％≤Al≤0.100重量％，0.10重量％≤N≤0.30重量％，其余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且滿足下述(1)式的條件，可以在含有有機(jī)酸和鹽分的環(huán)境下使用Cr+3.3Mo+20N≥38(1)(式中，Cr、Mo、N表示各成分的含量(重量％))。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的不銹鋼，其中，上述有機(jī)酸為含有選自氨基酸、檸檬酸、醋酸和乳酸中的1種或2種或2種以上的有機(jī)酸。
4.食品設(shè)備用不銹鋼，其特征是包含C0.05重量％或以下，Si≤1.0重量％，Mn1.00重量％或以下，P0.040重量％或以下，S0.003重量％或以下，Ni40.0重量％或以下，16.0重量％≤Cr≤26.0重量％，2.0重量％≤Mo≤8.0重量％，0.005重量％≤Al≤0.100重量％，0.10重量％≤N≤0.30重量％，Mg0.0005重量％或以下，Ca0.0 010重量％或以下，其余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且滿足下述(1)式的條件Cr+3.3Mo+20N≥38(1)(式中，Cr、Mo、N表示各成分的含量(重量％))。
5.食品設(shè)備用奧氏體不銹鋼，其特征是包含C0.05重量％或以下，Si≤1.0重量％，Mn1.00重量％或以下，P0.040重量％或以下，S0.003重量％或以下，15.0重量％≤Ni≤40.0重量％，16.0重量％≤Cr≤26.0重量％，2.0重量％≤Mo≤8.0重量％，0.005重量％≤Al≤0.100重量％，0.10重量％≤N≤0.30重量％，其余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且滿足下述(1)式的條件Cr+3.3Mo+20N≥38(1)(式中，Cr、Mo、N表示各成分的含量(重量％))。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中所述的奧氏體不銹鋼，其中，上述不銹鋼滿足下述(2)式的條件，并且使鋼中氧化物系夾雜物中的CaO+MgO重量比率在20％或以下Si+Al-100(Ca+Mg)≥0(2)(式中，Si、Al、Ca、Mg表示各成分的含量(重量％))。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中所述的不銹鋼，其中，上述不銹鋼可用于醬油制造設(shè)備或食醋制造設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中所述的不銹鋼，其中，還含有選自0.01重量％≤Cu≤1.0重量％，0.01≤W≤1.0重量％，0.01≤Co≤1.0重量％中的1種或2種或2種以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中所述的不銹鋼，其中，含有0.001重量％≤B≤0.010重量％。
全文摘要
本發(fā)明提供適合用于食品設(shè)備、特別是包括有發(fā)酵工序的醬油制造設(shè)備的不銹鋼。不銹鋼，其特征是包含C0.05重 量％或以下，0.01重量％≤Si≤0.25重量％，Mn0.40重量％或以下，P0.040重量％或以下，S0.003重量％或以下，Ni40.0重量％或以下，16.0重量％≤Cr≤26.0重量％，2.0重量％≤Mo≤8.0重量％，0.005重量％≤Al≤0.100重量％，0.10重量％≤N≤0.30重量％，Mg0.0005重量％或以下，Ca0.0010重量％或以下，其余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且滿足下述(1)式條件，可以在含有有機(jī)酸和鹽分的環(huán)境下使用Cr+3.3Mo+20N≥38(1)(式中，Cr、Mo、N表示各成分的含量(重量％))。
文檔編號C22C38/06GK1589334SQ0282326
公開日2005年3月2日 申請日期2002年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月22日
發(fā)明者小林裕, 谷內(nèi)俊彥, 中尾喜有 申請人:日本冶金工業(yè)株式會社