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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024110175
(43)【公開日】2024-08-15
(54)【発明の名称】高ニッケル含有耐食性合金
(51)【国際特許分類】
C22C 19/05 20060101AFI20240807BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20240807BHJP
C22C 30/02 20060101ALI20240807BHJP
【ＦＩ】
C22C19/05 Z
C22C38/00 302Z
C22C30/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023014593
(22)【出願日】2023-02-02
(71)【出願人】
【識別番号】000180070
【氏名又は名称】山陽特殊製鋼株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】木村 優佑
(72)【発明者】
【氏名】▲吉▼岡 孝宜
(57)【要約】 （修正有）
【課題】鋳造性に優れた高ニッケル含有耐食性合金の提供。
【解決手段】高ニッケル含有耐食性合金は、
Ｃ：０．００１０－０．１００質量％、Ｓｉ：０．０１－２．００質量％、Ｍｎ：０．０１－２．００質量％、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｃｒ：５．０－３５．０質量％、Ｍｏ：０．１０－１０．００質量％、Ｃｕ：０．１０－５．００質量％、Ｔｉ：０．０１０－２．００質量％、Ａｌ：０．０１０－２．００質量％、Ｎ：０．０００１－０．０５質量％、Ｃａ：０．０００１－０． ０２０質量％及びＦｅ：３２．６－５３．７質量％を含有する。残部は、Ｎｉ及び不可避不純物である。この合金は、下記数式（１）を満たす。
ＰＴｉ≦１０．４×ＰＡｌ－５．９３×１０－３（１）
上記数式（１）において、ＰＴｉはＴｉの質量含有率を表し、ＰＡｌはＡｌの質量含有率を表す。
【選択図】図１
【解決手段】高ニッケル含有耐食性合金は、
Ｃ：０．００１０－０．１００質量％、Ｓｉ：０．０１－２．００質量％、Ｍｎ：０．０１－２．００質量％、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｃｒ：５．０－３５．０質量％、Ｍｏ：０．１０－１０．００質量％、Ｃｕ：０．１０－５．００質量％、Ｔｉ：０．０１０－２．００質量％、Ａｌ：０．０１０－２．００質量％、Ｎ：０．０００１－０．０５質量％、Ｃａ：０．０００１－０． ０２０質量％及びＦｅ：３２．６－５３．７質量％を含有する。残部は、Ｎｉ及び不可避不純物である。この合金は、下記数式（１）を満たす。
ＰＴｉ≦１０．４×ＰＡｌ－５．９３×１０－３（１）
上記数式（１）において、ＰＴｉはＴｉの質量含有率を表し、ＰＡｌはＡｌの質量含有率を表す。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｃ：０．００１０質量％以上０．１００質量％以下
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｍｎ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｓ：０．０１０質量％以下
Ｃｒ：５．０質量％以上３５．０質量％以下
Ｍ ｏ：０．１０質量％以上１０．００質量％以下
Ｃｕ：０．１０質量％以上５．００質量％以下
Ｔｉ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ａｌ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ｎ：０．０００１質量％以上０．０５質量％以下
Ｃａ：０．０００１質量％以上０． ０２０質量％以下
及び
Ｆｅ：３２．６質量％以上５３．７質量％以下
を含有し、
残部がＮｉ及び不可避不純物であり、
下記数式（１）を満たす、高ニッケル含有耐食性合金。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３ （１）
（上記数式（１）において、ＰＴｉはＴｉの質量含有率を表し、ＰＡｌはＡｌの質量含有率を表す。）
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｍｎ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｓ：０．０１０質量％以下
Ｃｒ：５．０質量％以上３５．０質量％以下
Ｍ ｏ：０．１０質量％以上１０．００質量％以下
Ｃｕ：０．１０質量％以上５．００質量％以下
Ｔｉ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ａｌ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ｎ：０．０００１質量％以上０．０５質量％以下
Ｃａ：０．０００１質量％以上０． ０２０質量％以下
及び
Ｆｅ：３２．６質量％以上５３．７質量％以下
を含有し、
残部がＮｉ及び不可避不純物であり、
下記数式（１）を満たす、高ニッケル含有耐食性合金。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３ （１）
（上記数式（１）において、ＰＴｉはＴｉの質量含有率を表し、ＰＡｌはＡｌの質量含有率を表す。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は、Ｎｉの含有率が大きい耐食性合金を開示する。
【背景技術】
【0002】
高ニッケル含有合金は、耐食性に優れている。この合金からなる金属製品は、腐食環境下での使用に適している。高ニッケル含有耐食性合金の一例が、特開２０１３－０４０３７９公報に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－０４０３７９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この金属製品は、鋼塊に加工が施されることで得られうる。この鋼塊は、溶鋼がノズルを介して鋳型へと注入され、凝固することで得られうる。特開２０１３－０４０３７９公報に開示された高ニッケル含有耐食性合金の場合、溶鋼によるノズル閉塞が生じやすい。さらに、この高ニッケル含有耐食性合金の場合、溶鋼による鋳型の湯道の閉塞が生じやすい。これらの閉塞は、鋼塊の生産性を阻害する。この閉塞はさらに、金属製品の品質を阻害しうる。鋳造性に優れた高ニッケル含有耐食性合金が、望まれている。
【0005】
本出願人の意図するところは、鋳造性に優れた高ニッケル含有耐食性合金の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書が開示する高ニッケル含有耐食性合金は、
Ｃ：０．００１０質量％以上０．１００質量％以下
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｍｎ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｓ：０．０１０質量％以下
Ｃｒ：５．０質量％以上３５．０質量％以下
Ｍ ｏ：０．１０質量％以上１０．００質量％以下
Ｃｕ：０．１０質量％以上５．００質量％以下
Ｔｉ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ａｌ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ｎ：０．０００１質量％以上０．０５質量％以下
Ｃａ：０．０００１質量％以上０． ０２０質量％以下
及び
Ｆｅ：３２．６質量％以上５３．７質量％以下
を含有する。残部は、Ｎｉ及び不可避不純物である。この高ニッケル含有耐食性合金は、下記数式（１）を満たす。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３ （１）
この数式（１）において、ＰＴｉはＴｉの質量含有率を表し、ＰＡｌはＡｌの質量含有率を表す。
Ｃ：０．００１０質量％以上０．１００質量％以下
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｍｎ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｓ：０．０１０質量％以下
Ｃｒ：５．０質量％以上３５．０質量％以下
Ｍ ｏ：０．１０質量％以上１０．００質量％以下
Ｃｕ：０．１０質量％以上５．００質量％以下
Ｔｉ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ａｌ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ｎ：０．０００１質量％以上０．０５質量％以下
Ｃａ：０．０００１質量％以上０． ０２０質量％以下
及び
Ｆｅ：３２．６質量％以上５３．７質量％以下
を含有する。残部は、Ｎｉ及び不可避不純物である。この高ニッケル含有耐食性合金は、下記数式（１）を満たす。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３ （１）
この数式（１）において、ＰＴｉはＴｉの質量含有率を表し、ＰＡｌはＡｌの質量含有率を表す。
【0007】
本明細書が開示する高ニッケル含有耐食性合金の製造方法は、
（１）Ｔｉ及びＡｌの含有率が下記数式（１）を満たす溶鋼を得る工程、
（２）上記溶鋼にＣａを添加する工程、
（３）上記溶鋼を、鋳型に注入する工程、
及び
（４）上記溶鋼を凝固させて、その材質が、
Ｃ：０．００１０質量％以上０．１００質量％以下
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｍｎ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｓ：０．０１０質量％以下
Ｃｒ：５．０質量％以上３５．０質量％以下
Ｍ ｏ：０．１０質量％以上１０．００質量％以下
Ｃｕ：０．１０質量％以上５．００質量％以下
Ｔｉ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ａｌ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ｎ：０．０００１質量％以上０．０５質量％以下
Ｃａ：０．０００１質量％以上０． ０２０質量％以下
及び
Ｆｅ：３２．６質量％以上５３．７質量％以下
を含有し、残部がＮｉ及び不可避不純物である合金である鋼塊を、得る工程
を含む。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３ （１）
この数式（１）において、ＰＴｉはＴｉの質量含有率を表し、ＰＡｌはＡｌの質量含有率を表す。
（１）Ｔｉ及びＡｌの含有率が下記数式（１）を満たす溶鋼を得る工程、
（２）上記溶鋼にＣａを添加する工程、
（３）上記溶鋼を、鋳型に注入する工程、
及び
（４）上記溶鋼を凝固させて、その材質が、
Ｃ：０．００１０質量％以上０．１００質量％以下
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｍｎ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｓ：０．０１０質量％以下
Ｃｒ：５．０質量％以上３５．０質量％以下
Ｍ ｏ：０．１０質量％以上１０．００質量％以下
Ｃｕ：０．１０質量％以上５．００質量％以下
Ｔｉ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ａｌ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ｎ：０．０００１質量％以上０．０５質量％以下
Ｃａ：０．０００１質量％以上０． ０２０質量％以下
及び
Ｆｅ：３２．６質量％以上５３．７質量％以下
を含有し、残部がＮｉ及び不可避不純物である合金である鋼塊を、得る工程
を含む。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３ （１）
この数式（１）において、ＰＴｉはＴｉの質量含有率を表し、ＰＡｌはＡｌの質量含有率を表す。
【発明の効果】
【0008】
材質がこの高ニッケル含有耐食性合金である金属製品のための鋳造では、ノズル又は湯道が閉塞しにくい。この鋳造は、生産性に優れる。この金属製品は、高品質である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
［組成］
本実施形態に係る高ニッケル含有耐食性合金は、
Ｃ：０．００１０質量％以上０．１００質量％以下
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｍｎ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｓ：０．０１０質量％以下
Ｃｒ：５．０質量％以上３５．０質量％以下
Ｍ ｏ：０．１０質量％以上１０．００質量％以下
Ｃｕ：０．１０質量％以上５．００質量％以下
Ｔｉ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ａｌ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ｎ：０．０００１質量％以上０．０５質量％以下
Ｃａ：０．０００１質量％以上０． ０２０質量％以下
及び
Ｆｅ：３２．６質量％以上５３．７質量％以下
を含有する。好ましくは、残部は、Ｎｉ及び不可避不純物である。
本実施形態に係る高ニッケル含有耐食性合金は、
Ｃ：０．００１０質量％以上０．１００質量％以下
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｍｎ：０．０１質量％以上２．００質量％以下
Ｓ：０．０１０質量％以下
Ｃｒ：５．０質量％以上３５．０質量％以下
Ｍ ｏ：０．１０質量％以上１０．００質量％以下
Ｃｕ：０．１０質量％以上５．００質量％以下
Ｔｉ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ａｌ：０．０１０質量％以上２．００質量％以下
Ｎ：０．０００１質量％以上０．０５質量％以下
Ｃａ：０．０００１質量％以上０． ０２０質量％以下
及び
Ｆｅ：３２．６質量％以上５３．７質量％以下
を含有する。好ましくは、残部は、Ｎｉ及び不可避不純物である。
【0011】
［関係式］
図１において符号Ｌ１で示された直線は、下記数式で表される。
ＰＴｉ＝ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３
この数式において、ＰＴｉはＴｉの質量含有率を表し、ＰＡｌはＡｌの質量含有率を表す。この数式は、熱力学平衡計算ソフトによって導出されうる。図１において、本実施形態に係る高ニッケル含有耐食性合金の座標（ＰＡｌ，ＰＴｉ）は、この直線上か、又はこの直線の下方に位置する。換言すれば、この高ニッケル含有耐食性合金は、下記数式（１）を満たす。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３ （１）
図１において符号Ｌ１で示された直線は、下記数式で表される。
ＰＴｉ＝ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３
この数式において、ＰＴｉはＴｉの質量含有率を表し、ＰＡｌはＡｌの質量含有率を表す。この数式は、熱力学平衡計算ソフトによって導出されうる。図１において、本実施形態に係る高ニッケル含有耐食性合金の座標（ＰＡｌ，ＰＴｉ）は、この直線上か、又はこの直線の下方に位置する。換言すれば、この高ニッケル含有耐食性合金は、下記数式（１）を満たす。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３ （１）
【0012】
この高ニッケル含有耐食性合金を材質とする金属製品は、鋼塊に加工が施されることで得られうる。この鋼塊は、溶鋼がノズルを介して鋳型へと注入され、凝固することで得られうる。従来の溶鋼では、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又は酸化チタン（ＴｉＯｘ、ｘは自然数）が、非金属酸化物安定相として生成しうる。後述されるように、この高ニッケル含有耐食性合金は、Ｃａを含んでいる。この安定相が酸化チタンであるとき、Ｃａが添加されると、Ｃａ－Ｔｉ酸化物が固体として生成する。このＣａ－Ｔｉ酸化物は、ノズル又は湯道を閉塞させる。本実施形態では、合金が上記数式（１）を満たすよう、Ａｌの含有率とＴｉの含有率とのバランスが、調整される。この溶鋼では、酸化チタンではなく酸化アルミニウムが、主として生成する。この溶鋼にＣａが添加されても、固体の酸化物はほとんど生成しない。従って、ノズル及び湯道の閉塞が生じにくい。
【0013】
ノズル及び湯道の閉塞の抑制の観点から、高ニッケル含有耐食性合金が下記数式（２）を満たすことが好ましい。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ３．９ × １０－２ （２）
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ３．９ × １０－２ （２）
【0014】
［炭素（Ｃ）］
Ｃは、固溶強化及び析出強化によって合金の強度に寄与しうる。この観点から、Ｃの含有率は０．００１０質量％以上が好ましく、０．００３０質量％以上がより好ましく、０．００５０質量％以上が特に好ましい。Ｃの含有率が過剰であると、このＣの一部がＣｒと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、粒界腐食を招来する。さらに、この炭化物を過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。耐食性及び加工性の観点から、Ｃの含有率は０．１００質量％以下が好ましく、０．０５０質量％以下がより好ましく、０．０２０質量％以下が特に好ましい。
Ｃは、固溶強化及び析出強化によって合金の強度に寄与しうる。この観点から、Ｃの含有率は０．００１０質量％以上が好ましく、０．００３０質量％以上がより好ましく、０．００５０質量％以上が特に好ましい。Ｃの含有率が過剰であると、このＣの一部がＣｒと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、粒界腐食を招来する。さらに、この炭化物を過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。耐食性及び加工性の観点から、Ｃの含有率は０．１００質量％以下が好ましく、０．０５０質量％以下がより好ましく、０．０２０質量％以下が特に好ましい。
【0015】
［ケイ素（Ｓｉ）］
Ｓｉは、製鋼工程での脱酸に寄与する。この観点から、Ｓｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．１５質量％以上が特に好ましい。過剰のＳｉは、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｓｉの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．００質量％以下がより好ましく、０．５０質量％以下が特に好ましい。
Ｓｉは、製鋼工程での脱酸に寄与する。この観点から、Ｓｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．１５質量％以上が特に好ましい。過剰のＳｉは、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｓｉの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．００質量％以下がより好ましく、０．５０質量％以下が特に好ましい。
【0016】
［マンガン（Ｍｎ）］
Ｍｎは、Ｓを固定して合金の熱間加工性に寄与しうる。Ｍｎはさらに、合金においてγ相の安定に寄与しうる。これらの観点から、Ｍｎの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．５０質量％以上が特に好ましい。Ｍｎのこの効果は、含有率が２．００質量％で飽和する。さらに、過剰のＭｎは、合金の硬さを阻害する。硬さの観点から、Ｍｎの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．５０質量％以下がより好ましく、１．００質量％以下が特に好ましい。
Ｍｎは、Ｓを固定して合金の熱間加工性に寄与しうる。Ｍｎはさらに、合金においてγ相の安定に寄与しうる。これらの観点から、Ｍｎの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．５０質量％以上が特に好ましい。Ｍｎのこの効果は、含有率が２．００質量％で飽和する。さらに、過剰のＭｎは、合金の硬さを阻害する。硬さの観点から、Ｍｎの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．５０質量％以下がより好ましく、１．００質量％以下が特に好ましい。
【0017】
［硫黄（Ｓ）］
Ｓは、不純物である。Ｓは低融点硫化物を形成しうる。この硫化物は、合金の熱間加工性を阻害する。熱間加工性の観点から、Ｓの含有率は、０．０１０質量％以下が好ましく、０．００５質量％以下がより好ましく、０．００３質量％以下が特に好ましい。Ｓの含有率が検出限界未満であってよい。
Ｓは、不純物である。Ｓは低融点硫化物を形成しうる。この硫化物は、合金の熱間加工性を阻害する。熱間加工性の観点から、Ｓの含有率は、０．０１０質量％以下が好ましく、０．００５質量％以下がより好ましく、０．００３質量％以下が特に好ましい。Ｓの含有率が検出限界未満であってよい。
【0018】
［クロム（Ｃｒ）］
Ｃｒは、鋼の表面において不働態被膜を形成する。この不働態被膜は、鋼の腐食を抑制する。耐食性の観点から、Ｃｒの含有率は５．０質量％以上が好ましく、１０．０質量％以上がより好ましく、１５．０質量％以上が特に好ましい。Ｃｒを過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。加工性の観点から、Ｃｒの含有率は３５．０質量％以下が好ましく、３０．０質量％以下がより好ましく、２５．０質量％以下が特に好ましい。
Ｃｒは、鋼の表面において不働態被膜を形成する。この不働態被膜は、鋼の腐食を抑制する。耐食性の観点から、Ｃｒの含有率は５．０質量％以上が好ましく、１０．０質量％以上がより好ましく、１５．０質量％以上が特に好ましい。Ｃｒを過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。加工性の観点から、Ｃｒの含有率は３５．０質量％以下が好ましく、３０．０質量％以下がより好ましく、２５．０質量％以下が特に好ましい。
【0019】
［モリブデン（Ｍｏ）］
Ｍｏは、合金の耐食性に寄与しうる。耐食性の観点から、Ｍｏの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、１．００質量％以上がより好ましく、２．００質量％以上が特に好ましい。Ｍｏを過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。さらに、Ｍｏは高価である。加工性及びコストの観点から、Ｍｏの含有率は１０．００質量％以下が好ましく、５．００質量％以下がより好ましく、３．００質量％以下が特に好ましい。
Ｍｏは、合金の耐食性に寄与しうる。耐食性の観点から、Ｍｏの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、１．００質量％以上がより好ましく、２．００質量％以上が特に好ましい。Ｍｏを過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。さらに、Ｍｏは高価である。加工性及びコストの観点から、Ｍｏの含有率は１０．００質量％以下が好ましく、５．００質量％以下がより好ましく、３．００質量％以下が特に好ましい。
【0020】
［銅（Ｃｕ）］
Ｃｕは、合金の耐食性に寄与する。Ｃｕはさらに、合金においてγ相の安定に寄与する。これらの観点から、Ｃｕの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、１．００質量％以上がより好ましく、１．５０質量％以下が特に好ましい。Ｃｕの含有率が検出限界未満であってよい。Ｃｕを過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。さらに、Ｃｕは高価である。加工性及びコストの観点から、Ｃｕの含有率は５．００質量％以下が好ましく、３．００質量％以下がより好ましく、２．００質量％以下が特に好ましい。
Ｃｕは、合金の耐食性に寄与する。Ｃｕはさらに、合金においてγ相の安定に寄与する。これらの観点から、Ｃｕの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、１．００質量％以上がより好ましく、１．５０質量％以下が特に好ましい。Ｃｕの含有率が検出限界未満であってよい。Ｃｕを過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。さらに、Ｃｕは高価である。加工性及びコストの観点から、Ｃｕの含有率は５．００質量％以下が好ましく、３．００質量％以下がより好ましく、２．００質量％以下が特に好ましい。
【0021】
［チタン（Ｔｉ）］
Ｔｉは、ＴｉＣ及びＴｉＮを生成する。ＴｉＣ及びＴｉＮは、ピン止め効果によって微細な結晶粒を達成し、合金の強度及び靱性に寄与しうる。さらにＴｉは、Ｃを固定して合金の耐食性に寄与しうる。これらの観点から、Ｔｉの含有率は０．０１０質量％以上が好ましく、０．１００質量％以上がより好ましく、０．５００質量％以上が特に好ましい。過剰のＴｉは、溶鋼において、非金属酸化物としての酸化チタン（ＴｉＯｘ）の生成を招来する。従って、この溶鋼にＣａが添加されると、Ｃａ－Ｔｉ酸化物が固体として生成し、ノズル又は湯道を閉塞させる。換言すれば、過剰のＴｉは、合金の鋳造性を阻害する。過剰のＴｉはさらに、過剰のＴｉＮを生成する。過剰のＴｉＮは、合金の耐食性を阻害する。過剰のＴｉＮは、合金に冷間加工が施されるときの割れ及び傷の基点となり得る。ＴｉＮを過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。鋳造性、耐食性及び加工性の観点から、Ｔｉの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．５０質量％以下がより好ましく、１．００質量％以下が特に好ましい。
Ｔｉは、ＴｉＣ及びＴｉＮを生成する。ＴｉＣ及びＴｉＮは、ピン止め効果によって微細な結晶粒を達成し、合金の強度及び靱性に寄与しうる。さらにＴｉは、Ｃを固定して合金の耐食性に寄与しうる。これらの観点から、Ｔｉの含有率は０．０１０質量％以上が好ましく、０．１００質量％以上がより好ましく、０．５００質量％以上が特に好ましい。過剰のＴｉは、溶鋼において、非金属酸化物としての酸化チタン（ＴｉＯｘ）の生成を招来する。従って、この溶鋼にＣａが添加されると、Ｃａ－Ｔｉ酸化物が固体として生成し、ノズル又は湯道を閉塞させる。換言すれば、過剰のＴｉは、合金の鋳造性を阻害する。過剰のＴｉはさらに、過剰のＴｉＮを生成する。過剰のＴｉＮは、合金の耐食性を阻害する。過剰のＴｉＮは、合金に冷間加工が施されるときの割れ及び傷の基点となり得る。ＴｉＮを過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。鋳造性、耐食性及び加工性の観点から、Ｔｉの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．５０質量％以下がより好ましく、１．００質量％以下が特に好ましい。
【0022】
［アルミニウム（Ａｌ）］
Ａｌは、溶鋼において、非金属酸化物としての酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を生成し、酸化チタン（ＴｉＯｘ）の生成を抑制する。従って、この溶鋼にＣａが添加されても、Ｃａ－Ｔｉ酸化物の生成が抑制され、ノズル及び湯道の閉塞が抑制される。換言すれば、Ａｌは、合金の鋳造性に寄与しうる。Ａｌは、製鋼工程での脱酸に寄与する。さらにＡｌは、ＡｌＮを生成する。ＡｌＮは、ピン止め効果によって微細な結晶粒を達成し、合金の強度及び靱性に寄与しうる。これらの観点から、Ａｌの含有率は０．０１０質量％以上が好ましく、０．０３０質量％以上がより好ましく、０．０５０質量％以上が特に好ましい。Ａｌを過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。過剰のＡｌは、過剰のＡｌＮを生成する。過剰のＡｌＮは、合金の耐食性を阻害する。過剰のＡｌＮは、合金に冷間加工が施されるときの割れ及び傷の基点となり得る。加工性及び耐食性の観点から、Ａｌの含有率は２．００質量％以下が好ましく、０．５０質量％以下がより好ましく、０．１００質量％以下が特に好ましい。
Ａｌは、溶鋼において、非金属酸化物としての酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を生成し、酸化チタン（ＴｉＯｘ）の生成を抑制する。従って、この溶鋼にＣａが添加されても、Ｃａ－Ｔｉ酸化物の生成が抑制され、ノズル及び湯道の閉塞が抑制される。換言すれば、Ａｌは、合金の鋳造性に寄与しうる。Ａｌは、製鋼工程での脱酸に寄与する。さらにＡｌは、ＡｌＮを生成する。ＡｌＮは、ピン止め効果によって微細な結晶粒を達成し、合金の強度及び靱性に寄与しうる。これらの観点から、Ａｌの含有率は０．０１０質量％以上が好ましく、０．０３０質量％以上がより好ましく、０．０５０質量％以上が特に好ましい。Ａｌを過剰に含む合金では、融点が低く変形抵抗が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性及び冷間加工性に劣る。過剰のＡｌは、過剰のＡｌＮを生成する。過剰のＡｌＮは、合金の耐食性を阻害する。過剰のＡｌＮは、合金に冷間加工が施されるときの割れ及び傷の基点となり得る。加工性及び耐食性の観点から、Ａｌの含有率は２．００質量％以下が好ましく、０．５０質量％以下がより好ましく、０．１００質量％以下が特に好ましい。
【0023】
［窒素（Ｎ）］
Ｎは、γ相の安定に寄与しうる。この観点から、Ｎの含有率は０．０００１質量％以上が好ましく、０．００１量％以上がより好ましく、０．０１０質量％以上が特に好ましい。過剰のＮは、過剰の窒化物を生成する。過剰の窒化物は、合金の耐食性及び冷間加工性を阻害する。耐食性及び冷間加工性の観点から、Ｎの含有率は０．０５質量％以下が好ましく、０．０３質量％以下がより好ましく、０．０２質量％以下が特に好ましい。
Ｎは、γ相の安定に寄与しうる。この観点から、Ｎの含有率は０．０００１質量％以上が好ましく、０．００１量％以上がより好ましく、０．０１０質量％以上が特に好ましい。過剰のＮは、過剰の窒化物を生成する。過剰の窒化物は、合金の耐食性及び冷間加工性を阻害する。耐食性及び冷間加工性の観点から、Ｎの含有率は０．０５質量％以下が好ましく、０．０３質量％以下がより好ましく、０．０２質量％以下が特に好ましい。
【0024】
［カルシウム（Ｃａ）］
Ｃａは、Ｓと反応し、ＣａＳを生成する。従ってＣａは、Ｓの粒界偏析に起因する粒界脆化を抑制し、合金の靱性に寄与する。Ｃａはさらに、ＭｎＳの生成を抑制し、合金の耐食性に寄与する。これらの観点から、Ｃａの含有率は０．０００１質量％以上が好ましく、０．０００５質量％以上がより好ましく、０．０００８質量％以上が特に好ましい。Ｃａは、低融点化合物を形成しうる。この化合物は、合金の熱間加工性を阻害する。熱間加工性の観点から、Ｃａの含有率は０．０２０質量％以下が好ましく、０．０１５質量％以下がより好ましく、０．１００質量％以下が特に好ましい。
Ｃａは、Ｓと反応し、ＣａＳを生成する。従ってＣａは、Ｓの粒界偏析に起因する粒界脆化を抑制し、合金の靱性に寄与する。Ｃａはさらに、ＭｎＳの生成を抑制し、合金の耐食性に寄与する。これらの観点から、Ｃａの含有率は０．０００１質量％以上が好ましく、０．０００５質量％以上がより好ましく、０．０００８質量％以上が特に好ましい。Ｃａは、低融点化合物を形成しうる。この化合物は、合金の熱間加工性を阻害する。熱間加工性の観点から、Ｃａの含有率は０．０２０質量％以下が好ましく、０．０１５質量％以下がより好ましく、０．１００質量％以下が特に好ましい。
【0025】
［鉄（Ｆｅ）］
Ｆｅは、熱間加工及び冷間加工における変形抵抗の抑制に寄与する。Ｆｅは、低価格である。これらの観点から、Ｆｅの含有率は３２．６質量％以上が好ましく、３３．５質量％以上がより好ましく、３４．０質量％以上が特に好ましい。他の元素が十分に添加されうるとの観点から、Ｆｅの含有率は５３．７質量％以下が好ましい。
Ｆｅは、熱間加工及び冷間加工における変形抵抗の抑制に寄与する。Ｆｅは、低価格である。これらの観点から、Ｆｅの含有率は３２．６質量％以上が好ましく、３３．５質量％以上がより好ましく、３４．０質量％以上が特に好ましい。他の元素が十分に添加されうるとの観点から、Ｆｅの含有率は５３．７質量％以下が好ましい。
【0026】
［ニッケル（Ｎｉ）］
以上説明された元素の残部は、Ｎｉ及び不可避的不純物である。Ｎｉは、合金の靱性及び耐食性に寄与しうる。これらの観点から、Ｎｉの含有率は２０質量％以上が好ましく、２５質量％以上がより好ましく、３０質量％以上が特に好ましい。他の元素が十分に添加されうるとの観点から、Ｎｉの含有率は５５質量％以下が好ましい。
以上説明された元素の残部は、Ｎｉ及び不可避的不純物である。Ｎｉは、合金の靱性及び耐食性に寄与しうる。これらの観点から、Ｎｉの含有率は２０質量％以上が好ましく、２５質量％以上がより好ましく、３０質量％以上が特に好ましい。他の元素が十分に添加されうるとの観点から、Ｎｉの含有率は５５質量％以下が好ましい。
【0027】
［製造方法］
以下、本実施形態に係る製造方法の一例が説明される。まず、電気炉等で原料が加熱されて溶融し、溶鋼が得られる。この溶鋼が、取鍋等に移され、成分が調整される。調整後の溶鋼は、Ｔｉ及びＡｌを含有する。Ｔｉの含有率ＰＴｉとＡｌの含有率ＰＡｌとは、下記の数式（１）を満たす。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３ （１）
この溶鋼の温度は、１５００℃から１６００℃である。この溶鋼では、非金属酸化物安定相として、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が生成している。この溶鋼では、酸化チタン（ＴｉＯｘ）は生成していないか、酸化チタンを生成していてもその量は少ない。
以下、本実施形態に係る製造方法の一例が説明される。まず、電気炉等で原料が加熱されて溶融し、溶鋼が得られる。この溶鋼が、取鍋等に移され、成分が調整される。調整後の溶鋼は、Ｔｉ及びＡｌを含有する。Ｔｉの含有率ＰＴｉとＡｌの含有率ＰＡｌとは、下記の数式（１）を満たす。
ＰＴｉ≦ １０．４ × ＰＡｌ－ ５．９３ × １０－３ （１）
この溶鋼の温度は、１５００℃から１６００℃である。この溶鋼では、非金属酸化物安定相として、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が生成している。この溶鋼では、酸化チタン（ＴｉＯｘ）は生成していないか、酸化チタンを生成していてもその量は少ない。
【0028】
この溶鋼にＣａ（又はＣａ含有合金）が添加される。前述の通り、溶鋼には酸化チタンは生じていない。従って、Ｃａが添加されても、このＣａと酸化チタンとの反応によるＣａ－Ｔｉ酸化物は、ほとんど生成しない。
【0029】
この溶鋼が、鋳型に注入される。通常は、ノズルを通して、溶鋼が鋳型に注入される。前述の通り、溶鋼がＣａ－Ｔｉ酸化物を含んでいないので、この溶鋼はノズルを閉塞させない。溶鋼は、湯道を通解して鋳型のキャビティに侵入する。溶鋼がＣａ－Ｔｉ酸化物を含んでいないので、この溶鋼は湯道を閉塞させない。この溶鋼が鋳型内で凝固し、鋼塊が得られる。この鋼塊に熱間加工性又は冷間加工が施され、金属製品が得られる。この金属製品の材質は、前述の高ニッケル含有耐食性合金である。
【実施例0030】
以下、実施例に係る高ニッケル含有耐食性合金の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本明細書で開示された範囲が限定的に解釈されるべきではない。
【0031】
［実施例１］
９０トン電気炉にて原料を溶解し、溶鋼を得た。この溶鋼を取鍋に移し、脱硫を施した。この溶鋼に、ＲＨ真空脱ガス装置にて処理を施した。この溶鋼に、Ｃａ合金を添加した。この溶鋼を、取鍋のノズルから鋳型へと注入した。この溶鋼を凝固させて、材質が高ニッケル含有耐食性合金である鋼塊を得た。鋳型に注入される直前の溶鋼から採取されたサンプルに化学成分分析を実施し、合金の組成を特定した。
９０トン電気炉にて原料を溶解し、溶鋼を得た。この溶鋼を取鍋に移し、脱硫を施した。この溶鋼に、ＲＨ真空脱ガス装置にて処理を施した。この溶鋼に、Ｃａ合金を添加した。この溶鋼を、取鍋のノズルから鋳型へと注入した。この溶鋼を凝固させて、材質が高ニッケル含有耐食性合金である鋼塊を得た。鋳型に注入される直前の溶鋼から採取されたサンプルに化学成分分析を実施し、合金の組成を特定した。
【0032】
［実施例２－５及び比較例１－５］
成分の異なる原料を用いた他は実施例１と同様にして、鋼塊を得た。
成分の異なる原料を用いた他は実施例１と同様にして、鋼塊を得た。
【0033】
［鋳造性］
溶鋼の鋳型への注入時に、ノズルの意図されない閉塞が生じたか否かを、目視で確認した。この結果が、下記の表１に示されている。
溶鋼の鋳型への注入時に、ノズルの意図されない閉塞が生じたか否かを、目視で確認した。この結果が、下記の表１に示されている。
【0034】
【表1】
【0035】
表１に示されるように、各実施例の高ニッケル含有耐食性合金は、鋳造性に優れている。この評価結果から、この合金の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【0036】
前述の高ニッケル含有耐食性合金は、耐食性が要求される種々の用途に適している。この合金は、化学プラントの部品（例えば配管）、海水が使用される熱交換器の部品等に、特に適している。
【図1】