CN1878883A - 耐损耗性或耐损耗性和气体切割性优异的废气处理设备用钢材和废气管道 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐损耗性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，含有C：0.001～0.2％、Cu：0.1～1％、Ni：0.01～0.5％、Cr：4.0～9.0％、Sb：0.01～0.2％，而且，含有Mo：0.005～0.5％、W：0.005～0.5％中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成，还提供使用该钢材而构成的废气管道。

Description

耐损耗性或耐损耗性和气体切割性优异的 废气处理设备用钢材和废气管道

技术领域

本发明涉及废气处理设备用钢材和废气管道，所述钢材和废气管道在钢铁等金属精炼的转炉、电熔炉的废气环境中表现出优异的耐久性，还具有优异的施工性、修补性、经济性。

背景技术

以下，以进行钢铁制造的精炼炉(转炉或电炉等)为例来说明背景技术。

金属精炼炉的废气含有腐蚀性的气体成分、金属粉尘，因此，废气设备中的废气流路会受到严重的损耗。一般地，废气的温度达到1200℃。根据炉的不同，也有使可燃性气体在燃烧塔内燃烧，再通风到废气设备中的情况。

一般地，废气管道是用碳钢板的焊接结构做成的双层筒结构，可以以如下形式使用，即，在内筒流通废气，在内筒与外筒之间流通冷却水的形式；在管道内面排列钢管、形成冷却水管嵌板，在内部流通冷却水的形式。以下，将这些管道称为废气水冷却管道。

近年，废气水冷却管道的损耗逐渐变得显著。到二十世纪90年代前半期，使用板厚9mm的碳钢制内筒能得到5年或其以上的耐久性，但是最近，即使将板厚增厚至12mm，在半年～1年内损耗的事例也多起来，从而需要进行日常的修补或更换操作。另外，最近，即使是转炉废气(OG)的处理装置，废气水冷却管道的耐久寿命与从前相比也缩短为一半或其以下。

例如，对于现有的钢，就开孔处的最大损耗速度而言，已达到几mm～20mm/年。

作为损耗的原因，认为是由于固体粒子的碰撞所导致的磨耗，粉尘引起的熔融盐腐蚀，吸湿引起的、伴随浓厚电解质形成的湿蚀等，但是课题在于，对于是哪种原因支配损耗的过程，基本尚未得到阐明。

在防止废气水冷却管道的损耗的现有技术中，提出了改变与废气接触的面的材质，来确保耐久性的方法。该方法可以分成，对与废气接触的表面进行改质的方法，和改变构成管道部件自身的材质的方法。

作为对与废气接触的表面进行改质的方法，可以考虑例如1)用耐热·耐火砖内衬、2)用无机类铸件衬里、3)实施堆焊熔射层、4)采用在表层具有高合金钢的包层钢等的方法，一部分方法已经被提出。

可以列举的有，例如，特公平4-80089号公报中公开的那样的不锈钢类合金的熔射堆焊；日本专利第2565727号公报中公开的在800℃下形成下述成分的合金的熔射被覆层的方法，所述成分形成氧化物；进而可以列举出，特开2003-231900号公报中公开的利用以Ni-Cr-Mo-B类为代表的自熔性熔射合金来进行被覆(由基体材料和熔射金属来形成合金层的金属被覆)的方法等。

另外，作为改变构成管道的部件自身的材质的方法，很容易想到使用耐久性优异的结构材料、SUS310S等的耐热不锈钢等来代替碳钢。

砖的内衬、金属熔射、无机类衬里、高合金的内衬都有下述的问题，即，在任一种无覆盖地使用碳钢的废气管道中，除了材料·施工成本变得极高之外，其与碳钢的热膨胀率不可避免是不同的，因此，在以1小时1次的周期进行温度在1000℃左右的高温和室温附近的热循环的环境中，有在长期内很难确保结合性的问题。

进而，在采用砖或无机类衬里的情况下，有下述的问题，即，1)因为废气的冷却速度变得缓慢，所以为了在规定温度或其以下、向集尘装置中输送废气，需要延长废气管道，另外，2)如果冷却速度过小，则不一定能够充分地抑制二英的产生，因此需要进而采取抑制二英产生的措施，3)废气管道的重量增加等。

在使用不锈钢等的高合金钢来代替碳钢的情况下，有原料和施工成本极度增加的问题。特别地，在不锈钢的情况下，存在难于用施工现场所广泛使用的乙炔气体等进行切割这样的问题。另外，即使用SUS316L、SUS310S等的不锈钢，也存在不一定能够获得与经济性相称的耐久性这样的问题。

因此，要求施工性和耐久性优异的废气处理设备用钢材。具体来说，如上述的那样，对于现有的钢，就开孔处的最大损耗速度来言，达到几mm～20mm/年，因此迫切需求耐损耗性优异(例如，对于最大损耗速度，小于等于2.5mm/年的)的废气处理设备用、特别是废气管道用的钢材。

另外，对于废气管道，以碳钢的一面作为与废气接触(接触气体面)的面、以另一面作为制冷剂面的废气管道，在原料费用、施工性、修补性、经济性方面极为优异。因此强烈需求，与碳钢制废气管道具有同等的施工性、修补性、进而接触气体面的耐久性极其优异、经济性合适的废气管道。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种废气处理设备用钢材，其克服了上述的问题，特别是在钢铁等的熔炼或金属精炼设备中，在转炉、电炉、灰分的熔融炉等的废气环境下具有优异的耐久性、加工性和施工性，以及提供一种用该钢材构成的废气管道。

本发明者详细研究了钢铁熔炼炉和灰分熔融炉的水冷却废气管道的损耗机理，结果发现，满足特定化学组成的钢材在废气环境下表现出优异的耐久性，而且，具备与碳钢同等的加工性、施工性。

即，发现通过控制现有技术中没有公开的合金组成，可以得到目前所没有的钢材。

另外，发现通过将上述的满足特定化学组成的钢作为接触气体面，并与特定的公知的焊接材料组合，能够以与碳钢制废气管道的制作具有同等的施工效率来得到废气管道。

本发明是基于上述发现所完成的发明，其要点如下所述。

(1)一种耐损耗性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～0.5％、

Cr：4.0～9.0％、

Sb：0.01～0.2％，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％

中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

(2)一种耐损耗性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Si：0.01～0.5％、

Mn：0.1～2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～0.5％、

Cr：4.0～6.0％、

Sb：0.01～0.2％、

P：0.05％或其以下、

S：0.005～0.02％，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％

中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

(3)如上述(1)或(2)所述的废气处理设备用钢材，其特征在于，所述废气处理设备为废气管道。

(4)一种耐损耗性和气体切割性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Si：0.01～0.5％、

Mn：0.1～2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～1％、

Cr：4.0～6.0％、

Sb：0.01～0.2％、

Al：0.005～0.5％、

P：0.05％或其以下、

S：0.005～0.02％、

N：0.008％或其以下，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％

中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

(5)如上述(4)所述的耐损耗性和气体切割性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，进一步含有

Nb：0.002～0.2％、

V：0.005～0.5％、

Ti：0.002～0.2％、

Ta：0.005～0.5％、

Zr：0.005～0.5％、

B：0.0002～0.005％

中的1种或1种以上，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

(6)如上述(4)或(5)所述的耐损耗性和气体切割性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，进一步含有

Mg：0.0001～0.01％、

Ca：0.0005～0.01％、

Y：0.0001～0.1％、

La：0.005～0.1％、

Ce：0.005～0.1％

中的1种或1种以上，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

(7)如上述(4)～(6)的任一项所述的耐损耗性和气体切割性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，进一步含有

Sn：0.01～0.3％、

Pb：0.01～0.3％

中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

(8)一种废气管道，其特征在于，废气管道中的废气流路的接触气体面是将下述钢用奥氏体类焊接材料焊接接合而构成的，所述的钢，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～0.5％、

Cr：4.0～9.0％、

Sb：0.01～0.2％，

进一步，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％

中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

(9)一种废气管道，其特征在于，废气管道中的废气流路的接触气体面是将表层具有下述钢的多层钢材的表层部、用奥氏体类焊接材料进行焊接接合而构成的，所述的钢，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～0.5％、

Cr：4.0～9.0％、

Sb：0.01～0.2％，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％

中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

(10)一种废气管道，其特征在于，废气管道中的废气流路的废气面是用下述钢和与该钢具有相同成分组成范围的焊接金属构成的，所述的钢，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Si：0.01～0.5％、

Mn：0.1～2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～0.5％、

Cr：4.0～6.0％、

Sb：0.01～0.2％、

P：0.05％或其以下、

S：0.005～0.02％，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％

中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

(11)如上述(8)～(10)的任一项所述的废气管道，其特征在于，所述废气管道是双层筒型的水冷却废气管道，由金属制外筒和金属制内筒构成，将内筒的内侧作为废气流路，将外筒与内筒之间作为制冷剂的流路。

(12)如上述(8)～(10)的任一项所述的废气管道，其特征在于，所述的废气管道，是在与废气流路的接触气体面相反的面上接合配置有多个管的废气管道，具有使制冷剂在该管中通过的功能。

另外，本发明的钢材，在金属熔炼或金属精炼炉的废气处理设备环境中表现出优异的耐久性，同时兼具有与碳钢相当的加工性和施工性。

另外，本发明的废气管道，在金属熔炼或金属精炼炉、灰分熔融炉的废气环境中表现出优异的耐久性，同时兼具有与碳钢制管道相当的施工性、修补性和经济性。

附图说明

图1是表示Cr的量对钢熔炼电炉的水冷却管道内筒中的单独添加Cr的钢的最大·平均损耗速度的影响的图。

图2是表示Cu、Ni、Sb的复合添加对水冷却废气管道的内筒环境中的5％Cr的钢的损耗速度所施加的效果的图。

图3是是表示双层水冷却管道的结构例的图。

图4是表示双层水冷却管道的内筒的结构例的图。

图5是表示由水冷却嵌板构成的管道的结构例的图。(a)表示管道的剖面，(b)是放大显示水冷却管的剖面的图。

具体实施方式

下面，对于本发明进行详细地说明。下面，％意味着质量％。

本发明的钢材的要点，是通过低C-Cr-Cu-Ni-(Mo、W、M+W)-Sb、或低C-Cr-低Si-Cu-(Mo、W、Mo+W)-Sb的复合添加，使得(1)在金属精炼炉的废气处理设备环境中表现出优异的耐久性，(2)通过与奥氏体类的焊接材料一起使用，使得同时具备与普通钢相当的加工性和施工性。

另外，本发明的要点在于，第一，在具有废气流路和制冷剂的流路所构成的强制冷却构造的废气管道结构中，用低C-Cr-Cu-Ni-(Mo、W、Mo+W)-Sb钢形成接触气体面，对其单面进行水冷却，第二，废气管道是使用奥氏体类的焊接材料，或与钢具有相同成分类型的铁素体类焊接材料对具有上述组成的钢板进行焊接施工来形成的。

一般地，废气处理设备的接触气体面，由于废气与材料的相互作用所导致的损耗(板厚减少)而恶化。损耗是由于化学的腐蚀现象、物理的摩损现象等复合作用而造成的。在本发明中，将在废气处理设备中导致与气体接触的部件面的板厚减少的现象，称作损耗。

另外，在本发明中，以平均损耗速度和最大损耗速度作为指标来评价钢材的耐损耗性。

首先，关于合金组成对损耗行为的影响进行叙述。图1显示了通过以表1(或表4)所示的比较例A3的成分组成作为基本成分组成来使Cr量变化，来研究Cr量对钢铁电炉的废气管道的内面的平均损耗速度和最大损耗速度的影响的结果。从图1可知，为了在平均损耗速度方面得到充分的效果，需要添加4.0％或其以上的Cr。

另外可知，单独添加Cr不能充分减少最大损耗深度。因此，在添加4.0％或其以上Cr的钢的情况下，需要通过复合添加其他元素来提高耐损耗性。

本发明者对于复合添加元素给含有4.0％或其以上Cr的钢的耐损耗性带来的效果进行了研究，结果表明，低C、Si、Cu、Ni、Mo、W、Sb、Sn、Pb的添加对于耐损耗性的改善是有效的。进而表明，通过复合添加Cu-Ni-(Mo、W、Mo+W)-Sb，可以得到显著的耐损耗性改善效果。

图2显示了，在废气管道的损耗环境中，向5％Cr的钢中复合添加Cu、Ni、Mo、Sb时的效果的研究结果。可知如果在添加了Cr的钢中复合添加Cu-Ni-Mo-Sb，则最大损耗速度可以降低至2mm/y(年)或其以下，耐损耗性得到飞跃性的改善。即，如果不含有Cu、Ni、Mo、Sb中的任1种元素，就不能得到优异的耐损耗性。

这里，在本发明中，所谓优异的耐损耗性，具体来说，意味着依据图2所示的比较例的最大损耗速度大于5mm/y(年)，最大损耗速度为5mm/y(年)或其以下，优选为3.5mm/y(年)或其以下。

接着，对于气体切割性的确保进行叙述。如果在气体切割时产生气眼，则表面性状恶化，所以需要对切割面进行修饰加工，从而阻碍了生产率。降低切割速度对于抑制气眼的发生有一定程度的效果，但是这也降低了生产率。但是，对于本发明的钢这样的含有很多Cr的钢，即使降低切割速度，也很难得到良好的切割面。

本发明者发现，为了同时且充分地确保添加有Cr-Cu-Ni-Mo-Sb的钢的利用乙炔气体的气体切割性，即一定水平的切割速度和抑制产生气眼，仅仅添加作为脱氧元素的Si、Al，极力减少钢中的N是不够的，Si、Al的量存在最优的平衡。即，发现在Si：0.01～0.5％，且Al：0.005～0.5％的范围内可以得到良好的切割面。

接着，对限定本发明的钢材的化学组成的理由进行详细地说明。

[化学组成]

首先，对作为废气流路的接触气体面所使用的钢，即，用奥氏体类焊接材料进行焊接接合的钢或用奥氏体类焊接材料进行焊接接合的多层钢材表层部的钢的化学组成的进行限定的理由如下所述。

对于C，从在废气管道环境中的耐损耗性的观点出发，其量越少越好，但是为了确保强度，需要添加0.001％或其以上，因此，将下限值定为0.001％。如果大于0.2％，则耐损耗性、冷加工性和焊接性受损害，因此，将限定范围定为0.001～0.2％。

特别地，在要求加工性的情况下，优选0.01～0.06％。另外，当使用铁素体类焊接材料时，为了确保良好的焊接施工性，优选0.002～0.05％。

对于Cu，为了抑制局部的损耗，需要与Ni、(Mo、W、或Mo+W)、Sb一起添加0.1％或其以上。如果添加量大于1％，则会导致强度过度上升和制造性、冷加工性的下降，因此，将其限定范围定为0.1～1％。优选添加0.2～0.5％，这样使得冷加工性和耐损耗性之间的平衡优异。

对于Ni，以抑制局部的损耗为目的，将其与Cu、(Mo、W、或Mo+W)、Sb一起添加0.01％或其以上，但其效果在1％时就很充分，因此，将其限定范围定为0.01～1％。但是，对于废气管道用的钢材，0.5％的添加量就能够表现出充分的局部损耗的抑制效果，因此，将Ni的量限定在0.01～0.5％的范围内。

对于Cr，为了确保耐损耗性，添加4.0％或其以上。当其添加量大于9.0％时，耐损耗性饱和，因此，将其限定范围定为4.0～9.0％。通过复合添加4.0～9.0％Cr-Cu-Ni-Sb-(Mo、W、或Mo+W)，使得与单独添加4.0～9.0％的Cr的体系比较，耐损耗性有了飞跃性的改善。

另外，利用4.0～6.0％Cr-Cu-Ni-Sb的复合添加效果，与单独添加4.0～6.0％的Cr的体系比较，耐损耗性有了飞跃性的改善。

另外，如果大于6.0％，则即使限制Si，由乙炔等的吸热性气体产生切割性也下降，即使降低切割速度，也不能得到充分的切割面品质，因此，优选将其限定范围定为4.0～6.0％。如果从加工性、气体切割性和耐损耗性的方面考虑，更优选4.5～5.5％。

对于Sb，以抑制局部的损耗为目的，将其与Cu、Ni、(Mo、W、或Mo+W)一起添加0.01％或其以上，但是即使添加量大于0.2％，其效果也达到饱和，因此，将其限定范围定为0.01～0.2％。从热加工性的观点出发，优选0.05～0.15％。

对于Mo、W，以抑制局部的损耗为目的，将两者中的至少1种与Cu、Ni、Sb一起添加0.005％或其以上，但是如果大于0.5％，则反过来会阻碍焊接性、耐损耗性，因此，将Mo、W的量限定在0.005～0.5％的范围内。从耐损耗性、经济性、焊接性的观点出发，优选0.01～0.1％。

对于其他的成分，如下所述。

对于Si，如果为了脱氧而添加0.01％或其以上，则气体成分减少，从而气眼减少，因此，Si是用于确保气体切割性所必需的元素，但是，如果大于0.5％，则热影响区(HAZ)韧性恶化，因此，将限定范围定为0.01～0.5％。为了同时获得耐损耗性和良好的气体切割性，优选添加0.01～0.3％。考虑到钢的制造性、焊接性等，更优选0.1～0.3％。

对于Mn，为了确保钢的强度以及脱氧，而添加0.1％或其以上，但是过度的添加会造成强度过大和损害冷加工性，因此，将限定范围定为0.1～2％。

P为杂质元素，如果其量大于0.05％，则焊接性和耐损耗性下降，因此将其限定范围定为0.05％或其以下。另外，P的量越少，其效果变得越好，所以优选0.02％或其以下。另外，其下限值包括0％。

S为杂质元素，如果其量大于0.02％，则抗层状撕裂性下降，因此将其限定在0.02％或其以下。另一方面，如果S小于0.005％，则耐损耗性降低，因此，将其限定为0.005～0.02％。考虑到耐损耗性和韧性之间的平衡，则优选0.005～0.015％。

Al，作为脱氧元素，添加0.005％或其以上。随着Al量的增加，耐损耗性提高，但是过度的添加会损害气体切割性，所以将其限定范围定为0.005～0.5％。为了充分确保良好的气体切割性，优选大于等于0.005％且小于0.03％。

对于N，如果其添加量大于0.008％，则不仅使气体切割时产生的气眼数目增加，降低切割性，而且使韧性降低，因此，将其上限定为0.008％。

以上述这些元素作为基本成分的本发明的钢材，可以发挥优异的耐损耗性、或优异的耐损耗性和气体切割性，进而，通过选择性地添加下述元素，可以期待更大的效果。

通过根据需要而添加0.002％或其以上的Ti，在钢中形成TiO或TiN，通过使焊接时热影响区的粒径微细化、在粒内生成铁素体，可以实现提高韧性的效果，改善Cr-Cu-Ni-(Mo、W、Mo+W)-Sb钢的气体切割性的效果。在该情况下，如果添加量大于0.2％，则韧性恶化，因此，其范围优选为0.002～0.2％。

Nb、V、Ta、Zr、B为微量时对于提高钢的强度是有效的元素，主要为了调整钢的强度，可以根据需要而含有。为了实现各种效果，优选含有0.002％或其以上的Nb、0.005％或其以上的V、0.005％或其以上的Ta、0.005％或其以上的Zr、0.0002％或其以上的B。

另一方面，当Nb大于0.2％、V大于0.5％、Ta大于0.5％、Zr大于0.5％、B大于0.005％时，韧性恶化容易变得显著。因此，根据需要，当含有Nb、V、Ti、Ta、Zr、B时，优选Nb为0.002～0.2％、V为0.005～0.5％、Ti为0.002～0.2％、Ta为0.005～0.5％、Zr为0.005～0.5％、B为0.0002～0.005％。

Mg、Ca、Y、La、Ce，对于夹杂物的形态控制是有效的，对于延展性特性的提高是有效的，另外，对于焊接接头的HAZ韧性的提高也是有效的，进而，具有提高耐局部损伤性的效果，虽然该效果很小，因此，优选根据需要而含有。

本发明的钢材中的各元素含量的下限值由实现效果的下限来决定，优选分别以Mg为0.0001％、Ca为0.005％、Y为0.0001％、La为0.005％、Ce为0.005％作为下限值。

另一方面，上限值由夹杂物是否粗大化、是否给机械性质特别是延展性和韧性带来坏影响来决定，对于本发明的钢材，从该观点出发，优选以Mg、Ca为0.01％、Y、La、Ce为0.1％作为上限值。

Sn、Pb是可以有效地使耐损耗性进一步提高的元素，根据需要来添加，为了实现其效果，优选Sn：0.01～0.3％、Pb：0.01～0.3％。

另外，在添加元素以外，如果O大于0.0040％，则气眼的数目显著增加，气体切割性降低，需要对切割面进行修饰加工操作，因此，优选将其上限定为0.0040％。

进而，接触气体面的钢，根据需要，即使添加Co、Ti、Nb、V、Ta、Zr、B、Mg、Ca、Y、La、Ce、Sn、Pb中的1种或者1种以上，也不损失本发明的效果。

接着，对在废气流路的接触气体面所使用的钢和焊接材料这两者为同样化学组成的钢的情况下，即，使用同一组织金属类的焊接材料的情况下，限定钢的化学组成的理由叙述如下。

对于C、Cu、Ni、Sb、Mo、W，其限定范围和限定理由与上述的使用奥氏体类焊接材料的情况同样。

但是，当使用同一组织金属类焊接材料时，Cr的限定范围的上限值与使用奥氏体类焊接材料时的上限值不同。

即，当使用同一组织金属类的焊接材料时，为了确保耐损耗性，需要添加4％或其以上的Cr。但是，如果添加量大于6.0％，则在比较高的温度下的预热、后热处理变得不可缺少，从而焊接施工性降低，因此，将Cr量的限定范围定为4.0～6.0％。如果考虑到焊接施工性、加工性和耐损耗性，则更优选4.0～5.5％。

进而，对于Si、Mn、P、S，当使用同一组织金属类的焊接材料时，将这些元素作为必需的成分，这一点与使用奥氏体类焊接材料的情况不同。但是，Si、Mn、P、S的限定范围和限定理由与上述的使用奥氏体类焊接材料的情况基本相同。

本发明的钢材，是在转炉、电炉等的熔炼炉中熔炼钢，根据需要，在脱气装置、盛钢桶等中实施二次精炼，在形成所规定的钢成分后，通过将该熔融钢连续铸造，或在形成钢块后进行初轧开坯，来形成钢片的。

然后，可以在加热或不加热的状态下，将该钢片进行热轧，形成热轧薄钢板或厚钢板，进而，进行冷轧，以冷轧薄钢板等钢板的形式来使用，除此之外，通过热轧，可以以型钢、条钢、线材或钢管等耐蚀用钢部件的多种形态来使用。

一般地，废气处理设备的废气管道由钢材的焊接结构构成，因此，对于该钢材，除了所需要的特性之外，还要求具有焊接施工性。因此，为了防止焊接金属的选择性的损耗，同时为了在本发明中确保与碳钢相当的焊接施工性，焊接金属的合金组成是重要的。

优选使用提高了对耐损耗性有效的Cr、Ni、Cu、Mo等含量的奥氏体类的焊接材料，或者与母材相同的低C-Cr-Cu-Ni-(Mo、W、Mo+W)-Sb类的铁素体类的焊接材料。作为奥氏体类焊接材料，可以应用众所周知的技术，常规的方法是使用奥氏体类不锈钢，例如，SUS309L等。

作为废气流路的接触气体面的材质，在多层钢材的情况下，作为表层的耐损耗层，重要的是其具有本发明的化学组成的钢成分。从耐久性的观点出发，优选耐损耗层为3mm或其以上，但与多层钢相比，更优选全部材质都具有本发明中限定的化学组成的钢。

作为废气管道的结构，优选用下述的水冷却双层结构或水冷却钢管嵌板构成的废气管道。这是因为，在水冷却双层结构的情况下，即使在废气大于300℃的高温下，管道的金属表面温度也顶多为几十℃，从而可以避免由于过于激烈的熔融盐腐蚀(一般发生在金属表面温度为300℃或其以上的情况下)所导致的损耗。

[水冷却双层结构的废气管道]

水冷却双层结构的废气管道的结构例示于图3。其是由内筒2和碳钢制的外筒1构成的双层结构的废气管道，内筒2是其接触气体面的表层以具有本发明的特性组成的包层钢或具有本发明的特定组成的钢为母材，并包括利用奥氏体类焊接材料(例如，SUS309L)形成的焊接部位。在图3中，3为冷却水的流路，4为废气的流路。

内筒结构的例子示于图4，所述内筒由包层钢和利用奥氏体类焊接材料形成的焊接部位7构成，所述包层钢是将具有本发明的特定组成的钢被覆在基体材料6上而形成有耐损耗层5的包层钢。另外，在图4中，8为与废气接触的面。

制冷剂的温度优选在100℃或其以下，作为制冷剂，优选水。从耐久性的观点出发，内筒的板厚优选为6mm或其以上，更优选为9～16mm。内筒的制作方法可以使用卷板、钢管、螺旋加工和焊接等的任意一种方法。根据需要，接触气体面表层也可以用本发明限定范围内的耐热·耐磨损材料来被覆。

[由水冷却钢管嵌板构成的废气管道]

由水冷却钢管嵌板构成的废气管道的结构的例子示于图5。在与废气接触的面(接触气体面)的相反面上，通常，多个水冷却管9平行排列，并与嵌板焊接接合。作为排列有碳钢管的嵌板上的接触气体面板，是用奥氏体类焊接材料将具有本发明限定组成的钢板进行焊接接合而成的。根据需要，接触气体面表层可以用耐热·耐磨损材料来被覆。

以下，对于本发明的实施例进行说明。

(实施例1)

实施例1是上述(4)～(7)的发明相关的实施例。

将如表1所示的合金组成的钢进行熔炼、铸造，热轧至板厚为12mm，热处理后，以该热轧钢板为原料。

表1

*下线数字表示在本发明的范围外

[损耗试验：管道内曝露试验]

采用修补用试验钢板(250mm×250mm×12mm)。将试验钢板向内筒径方向进行冷弯加工。在钢筋条钢的电熔炉的废气管道内筒上，预先切割出试验钢板的空间，然后焊接安装试验钢板。

焊接采用输入热量：约20kJ/cm的电弧焊接，作为焊接材料，使用被覆了奥氏体类不锈钢(SUS309L)的弧形焊条。安装6个月后，用气体切割取出管道上安装有试验钢板的那一部分，然后将各试验片切割取出，酸洗后进行板厚的测量，求出平均损耗速度和局部的最大损耗速度，从而对耐损耗性进行评价。

[气体切割性试验]

对于各供试材料，在一定的切割速度下，实施垂直切割(板厚16mm)和坡口切割(16mm厚、30°、40°)，来评价各情况下的使用乙炔气体时或使用氧熔剂切割时的切割操作性和切割面的状态，以比较钢A1为基准，用◎：良好、○：容易切割、△：难于切割(必须进行切割面的修饰)、×：不能切割的评价标准来进行评价。

在表2中，显示了上述管道内曝露试验的结果。在表3中，显示了气体切割性的试验结果。

表2

		材质	平均速度	最大速度	评价
						比较例	A1	SS400	8.7	12.7	耐损耗性不足
A2	低合金钢	4.3	7.3	耐损耗性不足
					A3		5％Cr钢	1.3	10.6	耐损耗性不足
A4	Cu不足	1.0	5.9	耐损耗性不足
					A5		Ni不足	1.1	6.3	耐损耗性不足
A6	Mo或W不足	1.4	7.1	耐损耗性不足
					A7		Sb不足	1.1	6.6	耐损耗性不足
A8	Cr不足	3.1	10.9	耐损耗性不足
					A9		Cr过量	0.6	1.1	优异
A10	Si过量	1.2	2.3	优异
					本发明例		B1		0.9	1.4	优异
B2		0.8	1.3	优异
						B3		0.7	1.2	优异
B4		0.7	1.1	优异
						B5		0.8	1.3	优异
B6		0.6	0.9	优异
						B7		0.6	0.9	优异
B8		0.9	1.4	优异
						B9		0.7	1.3	优异
B10		0.8	1.4	优异
						B11		0.9	1.4	优异
B12		0.7	1.3	优异
						B13		0.8	0.4	优异
B14		0.7	1.2	优异
						B15		0.6	1.1	优异
B16		0.6	1.1	优异
						B17		0.7	0.5	优异
B18		0.8	0.4	优异
						B19		0.6	1.0	优异
B20		0.7	1.0	优异
						B21		0.8	1.1	优异
B22		0.8	1.3	优异
						B23		0.8	1.4	优异
B24		0.9	1.4	优异
						B25		0.7	1.3	优异
B26		0.8	0.4	优异
						B27		0.7	1.2	优异
B28		0.6	1.1	优异
						B29		0.6	1.1	优异
B30		0.7	0.5	优异
						B31		0.8	0.4	优异

表3

		材质	垂直切割		坡口切割		综合评价
								切割操作	切割面的状态	切割操作	切割面的状态
			比较例	A1	SS400	◎						◎	◎	◎	◎
A2	低合金钢	◎					◎	◎	◎	◎
				A3	5％Cr钢	○					○	○	○	○
A4	Cu不足	○					○	○	○	○
				A5	Ni不足	○					○	○	○	○
A6	Mo或W不足	○					○	○	○	○
				A7	Sb不足	○					○	○	○	○
A8	Cr不足	◎					○	◎	○	○
				A9	Cr过量	×					×	△	×	×
A10	Si过量	×					△	△	×	×
				本发明例	B1						◎	◎	○	◎	○
B2		◎	◎				○	◎	○
					B3					◎	◎	○	◎	○
B4		◎	◎				○	◎	○
					B5					◎	◎	○	◎	○
B6		◎	◎				○	◎	○
					B7					◎	◎	◎	◎	○
B8		◎	◎				○	◎	○
					B9					◎	◎	○	◎	○
B10		○	○				○	○	○
					B11					◎	◎	○	◎	○
B12		◎	○				○	◎	○
					B13					◎	◎	○	◎	○
B14		◎	◎				○	◎	○
					B15					◎	◎	○	◎	○
B16		◎	○				○	◎	○
					B17					○	○	○	○	○
B18		◎	◎				◎	◎	○
					B19					◎	◎	○	◎	○
B20		◎	◎				○	◎	○
					B21					◎	◎	○	◎	○
B22		◎	◎				○	◎	○
					B23					◎	◎	○	◎	○
B24		◎	○				○	◎	○
					B25					◎	◎	○	◎	○
B26		◎	◎				○	◎	○
					B27					◎	◎	○	◎	○
B28		◎	○				○	◎	○
					B29					○	○	○	○	○
B30		◎	◎				◎	◎	○
					B31					◎	◎	○	◎	○

以比较钢A1作为基准，评价标准依次为◎＞○＞△＞×

作为比较钢的A1是市售的一般焊接结构用的钢(JIS G 3141 SS400)，A2是低合金钢，但两者的耐损耗性都低。另外，A3为单独添加了4.9％Cr的低碳钢，平均损耗速度比A1、A2理想，但是最大损耗速度与A2相同，没有发现Cr的添加效果。

另外，A4、A5、A6、A7含有5.1％的Cr，进而，复合添加Si、Cu、Ni、Mo、Sb，但是，A4的Cu、A5的Ni、A6的Mo、A7的Sb分别都是不足的，因此，不能充分抑制最大损耗速度。

另外，A8的Cr的含量低，为3.5％，所以不能通过复合添加来充分抑制平均和最大损耗速度。

另外，虽然A9在本发明规定的钢组成的范围内含有Si、Cu、Ni、Mo、Sb，但含有6.9％的Cr，所以气体切割性与本发明的钢相比是差的。

另外，虽然A10含有4.9％的Cr，且在本发明规定的钢组成的范围内含有Cu、Ni、Mo、Sb，但含有0.65％的Si，所以气体切割性与本发明的钢相比是差的。

与此相对，作为本发明钢的B1～B31，在本发明规定的钢组成的范围内含有各种元素，具有优异的耐损耗性，并且，气体切割性也与普通钢(A1)同样优异。

(实施例2)

实施例2是上述(1)～(3)的发明和上述(8)～(11)的发明相关的实施例。另外，下面的(实施例3)也一样。

将如表4所示的合金组成的钢板(1000mm×500mm×12mm)沿纵向分割成2部分，通过对焊进行接合后，向内筒径方向进行冷弯加工，然后，在钢筋条钢的电熔炉的废气管道内筒(位置1)和转炉OG废气处理设备的水冷却管道(位置2)上，预先切割出能够镶嵌试验钢板的窗口，然后焊接安装试验钢板。

另外，焊接采用输入热量：约20kJ/cm的电弧焊接，作为焊接材料，使用被覆有奥氏体类不锈钢(SUS309L)的弧形焊条。

不用特别进行预热·后热处理。任意一个试验品都充分具有与碳钢相当的焊接性。6个月后，用气体来切割管道上安装有试验钢板的那一部分，然后将各试验片切割取出，酸洗后进行板厚的测量，求出平均损耗速度和局部的最大损耗速度，从而对耐损耗性进行评价。

在表5中，显示了上述管道内曝露试验的结果。

表4

		材质	C	Si	Mn	P	S	Cr	Cu	Ni	Mo	W	Sb	Al	N	Ti	其他
																		比较例	A1	SS400	0.11	0.2	0.4	0.02	0.010	0.02	0.20	0.02	-	-	-	0.02	0.003	-
A2	低合金钢	0.1	0.3	0.5	0.01	0.010	0.6	0.30	0.20	-	-	-	0.025	0.003	0.02
																	A3		5％Cr钢	0.05	0.3	0.4	0.01	0.010	4.9	-	-	-	-	-	0.025	0.003	-
A4	Cu不足	0.03	0.2	0.4	0.01	0.100	5.1	0.02	0.10	0.10	-	0.11	0.025	0.003	-
																	A5		Ni不足	0.03	0.2	0.4	0.01	0.100	5.1	0.20	-	0.10	-	0.11	0.025	0.003	-
A6	Mo或W不足	0.03	0.2	0.4	0.01	0.100	5.1	0.20	0.10	-	-	0.11	0.025	0.003	-
																	A7		Sb不足	0.03	0.2	0.4	0.01	0.100	5.1	0.20	0.10	0.10	-	-	0.025	0.003	-	Sn：0.04
A8	Cr不足	0.03	0.2	0.4	0.01	0.100	3.0	0.20	0.10	0.10	-	0.11	0.025	0.003	-
																	本发明例		B1		0.03	0.2	0.4	0.01	0.010	4.1	0.5	0.3	0.05	-	0.10	0.025	0.003	-
B2		0.03	0.2	0.4	0.01	0.009	5.1	0.3	0.2	-	0.05	0.10	0.025	0.003	-
																		B3		0.03	0.2	0.4	0.01	0.009	5.1	0.2	0.1	0.05	-	0.11	0.015	0.003	-
B4		0.03	0.2	0.4	0.01	0.010	7.1	0.3	0.2	0.05	-	0.10	0.025	0.003	-
																		B5		0.05	0.2	0.4	0.01	0.010	8.9	0.3	0.2	0.05	-	0.10	0.025	0.003	0.015

*下线数字表示在本发明的范围外

表5

		材质	平均速度	最大速度	评价
						比较例	A1	SS400	8.7	12.7	耐损耗性不足
A2	低合金钢	4.3	7.3	耐损耗性不足
					A3		5％Cr钢	1.3	10.6	耐损耗性不足
A4	Cu不足	1.0	5.9	耐损耗性不足
					A5		Ni不足	1.1	6.3	耐损耗性不足
A6	Mo或W不足	1.4	7.1	耐损耗性不足
					A7		Sb不足	1.1	6.6	耐损耗性不足
A8	Cr不足	3.1	10.9	耐损耗性不足
					本发明例		B1		3.9	4.9	优异
B2		1.2	1.6	优异
						B3		1.2	1.5	优异
B4		0.6	1.3	优异
						B5		0.4	1.1	优异

作为比较例的A1是市售的一般焊接结构用的钢(JIS G 3141 SS400)，A2是低合金钢，但两者的耐损耗性都低。另外，A3为单独添加了4.9％Cr的低碳钢，平均损耗速度比A1、A2理想，但是最大损耗速度与A2等同，没有发现Cr的添加效果。

另外，A4、A5、A6、A7含有5.1％的Cr，进而，复合添加Si、Cu、Ni、Mo、Sb，但是，A4的Cu、A5的Ni、A6的Mo、A7的Sb分别都是不足的，因此，不能充分抑制最大损耗速度。

另外，A8的Cr的含量低，为3.0％，所以不能通过复合添加来充分抑制平均和最大损耗速度。

与此相对，作为本发明例的B1～B5，在本发明规定的钢组成的范围内含有各种元素，具有优异的耐损耗性。

(实施例3)

用试制的焊接铁素体类合金焊条将如表6所示的合金组成的钢板(300mm×300mm×12mm)进行对焊，研究焊接施工性、焊接裂纹敏感性。

为了使对于确保耐损耗性是重要的Cr-Cu-Ni-Mo-Sb在焊接金属中的组成与钢板的化学组成具有同等的程度，将焊条调整至如表7所示的合金组成。焊接采用输入热量：约20kJ/cm的电弧焊接。

表6

		C	Si	Mn	P	S	Cr	Cu	Ni	Mo	W	Sb	Al	N	Ti	其他
																	比较例	C1	0.05	0.3	0.4	0.01	0.010	3.5	0.50	0.30	0.05	-	0.10	0.025	0.003	-
C2	0.03	0.2	0.4	0.01	0.100	6.5	0.20	0.10	0.10	-	0.11	0.025	0.003	-
																本发明例		C3	0.03	0.2	0.4	0.01	0.010	4.1	0.5	0.3	0.05	-	0.10	0.025	0.003	-
C4	0.01	0.2	0.4	0.01	0.010	5.9	0.3	0.2	0.05	-	0.10	0.025	0.003	0.015

表7

	焊接金属	C	Si	Mn	P	S	Cr	Cu	Ni	Mo	W	Sb
													比较例	WM1	0.07	0.2	0.6	0.01	0.011	3.6	0.50	0.30	0.05	-	0.10
WM2	0.03	0.2	0.4	0.01	0.100	6.5	0.20	0.10	0.10	-	0.11
												本发明例		WM3	0.03	0.2	0.4	0.01	0.010	4.1	0.5	0.3	0.05	-	0.10
WM4	0.01	0.2	0.4	0.01	0.010	5.9	0.3	0.2	0.05	-	0.10

其结果，在以比较例的钢板C2作为母材、用焊接金属WM2组成的焊条进行对焊的焊接接头(以下，记作焊接接头C2)上，发现焊接金属出现低温裂纹。

另一方面，对于以钢板C1、C3、C4为母材，分别以WM1、WM3、WM4为焊接金属的焊接接头(以下，分别记作焊接接头C1、C3、C4)，其焊接施工性和裂纹敏感性良好。

因此，除了焊接接头C2之外，将焊接接头C1、C3、C4与实施例1同样，安装在钢精炼电炉的废气双层水冷却管道的接触气体面上，6个月后，用气体切割取出管道上安装有试验钢板的那一部分，然后将各试验片切割取出，酸洗后进行板厚的测量，求出平均损耗速度和局部的最大损耗速度，从而对耐损耗性进行评价。

在表8中，显示了上述的管道内曝露试验结果。

表8

对于比较例的焊接接头C1，母材和焊接金属的Cr量都为上述(3)的发明中所规定Cr量的下限值或其以下，因此可知，其耐损耗性与本发明例C3、C4相比是差的。另外，如上所述，对于比较例的焊接接头C2，母材和焊接金属的Cr量都大于上述(3)的发明中所规定Cr量的上限值，因此，不能获得充分的焊接性。

从以上的结果可知，母材和焊接金属的Cr量如果都在上述(10)的发明中所规定Cr量的范围内，则即使使用铁素体类焊接材料，也可以同时获得优异的耐损耗性和焊接施工性，并且得到优异的气体切割性。

工业可利用性

本发明的钢材和使用该钢材构成的废气管道，在炼钢电炉、炼钢转炉的废气处理装置、灰分熔融炉的废气处理装置、废物或污泥等的焚烧设施的废气处理装置中，用于例如管道、热交换器、电集尘器、冷却塔、烟筒等时，由于其优异的耐久性而可以延长设备的寿命，同时可以沿用与目前的碳钢同样的维护管理和修补方法，因而，其在工业上的价值极高。

Claims (12)

1.一种耐损耗性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～0.5％、

Cr：4.0～9.0％、

Sb：0.01～0.2％，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

2.一种耐损耗性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Si：0.01～0.5％、

Mn：0.1～2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～0.5％、

Cr：4.0～6.0％、

Sb：0.01～0.2％、

P：0.05％或其以下、

S：0.005～0.02％，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

3.如权利要求1或2所述的废气处理设备用钢材，其特征在于，所述废气处理设备为废气管道。

4.一种耐损耗性和气体切割性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Si：0.01～0.5％、

Mn：0.1～2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～1％、

Cr：4.0～6.0％、

Sb：0.01～0.2％、

Al：0.005～0.5％、

P：0.05％或其以下、

S：0.005～0.02％、

N：0.008％或其以下，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

5.如权利要求4所述的耐损耗性和气体切割性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，进一步含有

Nb：0.002～0.2％、

V：0.005～0.5％、

Ti：0.002～0.2％、

Ta：0.005～0.5％、

Zr：0.005～0.5％、

B：0.0002～0.005％中的1种或1种以上，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

6.如权利要求4或5所述的耐损耗性和气体切割性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，进一步含有

Mg：0.0001～0.01％、

Ca：0.0005～0.01％、

Y：0.0001～0.1％、

La：0.005～0.1％、

Ce：0.005～0.1％中的1种或1种以上，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

7.如权利要求4～6所述的耐损耗性和气体切割性优异的废气处理设备用钢材，其特征在于，以质量％计，进一步含有

Sn：0.01～0.3％、

Pb：0.01～0.3％中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

8.一种废气管道，其特征在于，废气管道中的废气流路的接触气体面是将下述钢用奥氏体类焊接材料焊接接合而构成的，所述的钢，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～0.5％、

Cr：4.0～9.0％、

Sb：0.01～0.2％，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

9.一种废气管道，其特征在于，废气管道中的废气流路的接触气体面是将表层具有下述钢的多层钢材的表层部、用奥氏体类焊接材料进行焊接接合而构成的，所述的钢，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～0.5％、

Cr：4.0～9.0％、

Sb：0.01～0.2％，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

10.一种废气管道，其特征在于，废气管道中的废气流路的废气面是用钢和与该钢具有相同成分组成范围的焊接金属构成的，所述的钢，以质量％计，含有

C：0.001～0.2％、

Si：0.01～0.5％、

Mn：0.1～2％、

Cu：0.1～1％、

Ni：0.01～0.5％、

Cr：4.0～6.0％、

Sb：0.01～0.2％、

P：0.05％或其以下、

S：0.005～0.02％，

并且，含有

Mo：0.005～0.5％、

W：0.005～0.5％中的1种或2种，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

11.如权利要求8～10的任一项所述的废气管道，其特征在于，所述废气管道是双层筒型的水冷却废气管道，由金属制外筒和金属制内筒构成，将内筒的内侧作为废气流路，将外筒与内筒之间作为制冷剂的流路。

12.如权利要求8～10的任一项所述的废气管道，其特征在于，所述废气管道在与废气流路的接触气体面相反的面上接合配置有多个管，该管具有能使制冷剂通过的功能。

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