JP2007239094A - 耐酸腐食鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】大量の各種合金元素を添加することなく、低温／低硫酸濃度及び中温／中硫酸濃度のいずれの環境においても優れた耐食性を示す耐酸腐食鋼を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００１〜０．３％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％及びＣｏ：０．０１〜０．２％を含有すると共に、Ｐ：０．０３５％以下及びＳ：０．０３０％以下に規制し、更に、必要に応じて、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｐｂ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｌａ及びＣｅからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を所定量含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成にする。
【選択図】なし
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００１〜０．３％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％及びＣｏ：０．０１〜０．２％を含有すると共に、Ｐ：０．０３５％以下及びＳ：０．０３０％以下に規制し、更に、必要に応じて、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｐｂ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｌａ及びＣｅからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を所定量含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成にする。
【選択図】なし
Description
本発明は、低合金鋼からなる耐酸腐食鋼に関し、特に、火力発電所の排煙処理装置及び硫酸タンク等のように硫酸腐食が生じる用途に好適な耐酸腐食鋼に関する。
火力発電所の排煙処理設備では、排ガス中に含まれるＳＯ３に起因して、硫酸露点腐食が生じやすい。特に、回転再生式熱交換器の伝熱エレメントは、低温部において硫酸露点腐食が生じやすく、更にこの伝熱エレメントは板厚が１ｍｍ前後の薄い冷延鋼板製であるため、腐食損耗に対する寿命が短いという問題点もある。このため、このような用途においては、耐硫酸露点腐食性に優れた鋼が強く求められている。
この課題に対して、従来、硫酸露点腐食が生じやすい環境においては低合金耐食鋼が広く使用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：０．１〜０．５％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．２〜１．０％、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｒ：２．０％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｓｎ及びＳｂの１種または２種の合計が０．０１〜１．０％で、Ｂ：０．００５０％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｂ：０．２％以下及びＴｉ：０．２％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成の硫酸及び塩酸の耐酸露点腐食性を有する鋼が提案されている。
同様に、特許文献２では、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｃｕ：０．２〜１．０％及びＣｏ：０．０２〜０．２％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成の耐硫酸腐食性に優れた冷延鋼板が提案されている。
しかしながら、上述した従来の技術には以下に示す問題点がある。即ち、硫酸露点腐食では、鋼板温度が４０℃程度と比較的低い場合には、２０質量％程度（以下、質量％は単に％と略す）の比較的低い濃度の硫酸が生成し、この低濃度の硫酸が腐食に関与するが、鋼板温度が４０℃を超えて１４０℃程度までの比較的高い場合には、２０％を超え８０％程度までの高い濃度の硫酸が生成し、この高濃度の硫酸が腐食に関与する。一方、鋼の腐食挙動及び合金の効果は、温度及び硫酸濃度によって大きく異なり、その環境は、（１）温度が４０℃程度と低温でかつ硫酸の濃度が２０％程度と低い（以下、低温／低硫酸濃度と略す）領域、（２）温度が６０〜７０℃程度と中温でかつ硫酸濃度が４０〜５０％程度と中程度（以下、中温／中硫酸濃度と略す）領域、（３）温度が１２０〜１４０℃程度と高温でかつ硫酸の濃度が７５〜８０％程度と高い（以下、高温／高硫酸濃度と略す）領域の３つの領域に分類される。近年、排熱回収効率の向上に伴い、火力発電所の排煙処理装置等では、前述の（１）及び（２）の領域での腐食が顕在化してきている。このため、このような用途に使用される耐食鋼は、低温／低硫酸濃度及び中温／中硫酸濃度の両方の環境に対して優れた耐食性を有していることが理想的である。
これに対して、特許文献１及び特許文献２で開示された発明は、中温／中硫酸濃度に対する耐食性を確保するような合金設計となっており、低温／低硫酸濃度に対する耐食性が劣るという問題点がある。実際の排煙処理設備では、運転状態によって低温／低硫酸濃度又は中温／中硫酸濃度の環境が形成されるため、これらの両方の環境で優れた耐食性を示す鋼の開発が待たれている。
本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、大量の各種合金元素を添加することなく、低温／低硫酸濃度及び中温／中硫酸濃度のいずれの環境においても優れた耐食性を示す耐酸腐食鋼を提供することを目的とする。
本発明に係る耐酸腐食鋼は、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．３％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％及びＣｏ：０．０１〜０．２％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
この耐酸腐食鋼は、更に、質量％で、Ｍｏ：０．０１〜２．５％、Ｗ：０．０１〜２．５％、Ｓｂ：０．０１〜０．３％、Ｓｎ：０．０１〜０．３％、Ｓｅ：０．０１〜０．３％及びＰｂ：０．０１〜０．３％からなる群から選択された１種又は２種以上の元素を含有することもできる。
更に、質量％で、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％及びＢ：０．０００２〜０．００５％からなる群から選択された１種又は２種以上の元素を含有していてもよい。
更に、質量％で、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｙ：０．０００１〜０．１％、Ｌａ：０．００５〜０．１％及びＣｅ：０．００５〜０．１％からなる群から選択された１種又は２種以上の元素を含有することもできる。
また、本発明の耐酸腐食鋼は、Ｓ含有量が０．００５〜０．０３０質量％であることが好ましい。
本発明によれば、低炭素鋼にＣｕ−Ｎｉ−Ｃｏを複合添加し、各元素の含有量を最適化しているため、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下のいずれにおいても優れた耐食性が得られる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、詳細に説明する。本発明者は、上述した課題を解決するために、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下における鋼の腐食機構と微量合金元素の効果とについて鋭意研究した。その結果、低炭素鋼をベースとし、更にＣｕ−Ｎｉ−Ｃｏを複合添加すると、低温／低硫酸濃度及び中温／中硫酸濃度の両環境下における耐食性が共に向上することを見出した。また、Ｃｕを含有する鋼にＮｉ−Ｃｏを複合添加すると、Ｃｕ−Ｎｉ鋼に比べてカソード反応及びアノード溶解反応の両方が抑制されることも見出した。この抑制機構は、必ずしも明確ではないが、ＣｕＳ及びＮｉＳ等の難溶性の金属硫化物が沈殿析出し、腐食抑制剤のように、表面の腐食活性点を被覆することが考えられる。そして、Ｃｕを含有する鋼にＮｉ−Ｃｏを複合添加すると、このような金属硫化物の沈殿析出が促進化又は安定化されて、低温／低硫酸濃度及び中温／中硫酸濃度の両環境下における耐食性が向上すると推察される。
本発明の耐酸腐食鋼（以下、単に鋼ともいう）は、以上の知見を基になされたものであり、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．３％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％及びＣｏ：０．０１〜０．２％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する。
先ず、本発明の鋼における各成分元素及びその含有量について説明する。なお、以下の説明においては、組成における質量％は、単に％と記載する。
Ｃ：０．００１〜０．２％
Ｃは、鋼の強度を高める効果があるが、Ｃを過剰に添加すると溶接性及び継手靭性が劣化する。具体的には、Ｃ含有量が０．２％を超えると、溶接性及び継手靭性が劣化し、溶接構造物用鋼としては好ましくない。一方、Ｃ含有量が０．００１％未満になるまでの脱Ｃ化は、工業的な経済性を著しく阻害する。よって、Ｃ含有量は０．００１〜０．２％とする。なお、Ｃを強化元素として利用する場合には、その含有量を０．００２％以上とすることが好ましい。また、溶接施工性の観点からは、Ｃ含有量を０．１８％以下とすることが好ましい。更に、Ｃは耐硫酸性を低下させる元素でもあるため、耐食性の観点からは、Ｃ含有量を０．１５％以下とすることがより好ましい。更にまた、冷間圧延鋼板として使用され、特に加工性を付与する必要がある場合は、Ｃ含有量を０．００２〜０．１％とすることがより好ましい。更にまた、溶接構造用鋼板として使用する場合は、Ｃ含有量を０．０５〜０．１５％とすることがより好ましい。
Ｃは、鋼の強度を高める効果があるが、Ｃを過剰に添加すると溶接性及び継手靭性が劣化する。具体的には、Ｃ含有量が０．２％を超えると、溶接性及び継手靭性が劣化し、溶接構造物用鋼としては好ましくない。一方、Ｃ含有量が０．００１％未満になるまでの脱Ｃ化は、工業的な経済性を著しく阻害する。よって、Ｃ含有量は０．００１〜０．２％とする。なお、Ｃを強化元素として利用する場合には、その含有量を０．００２％以上とすることが好ましい。また、溶接施工性の観点からは、Ｃ含有量を０．１８％以下とすることが好ましい。更に、Ｃは耐硫酸性を低下させる元素でもあるため、耐食性の観点からは、Ｃ含有量を０．１５％以下とすることがより好ましい。更にまた、冷間圧延鋼板として使用され、特に加工性を付与する必要がある場合は、Ｃ含有量を０．００２〜０．１％とすることがより好ましい。更にまた、溶接構造用鋼板として使用する場合は、Ｃ含有量を０．０５〜０．１５％とすることがより好ましい。
Ｓｉ：０．０１〜３．０％
Ｓｉは、脱酸元素であるが、その含有量が０．０１％未満の場合、脱酸効果が発揮されない。一方、Ｓｉを過度に含有させると、具体的には、Ｓｉ含有量が３．０％を超えると、熱延スケールの固着（スケール剥離性の低下）を招き、スケール起因の疵が増加する。よって、Ｓｉ含有量は、０．０１〜３．０％とする。なお、Ｓｉは低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を共に向上させるために有効な元素であり、この効果を発現させるためにはＳｉを０．１％以上含有させることが好ましく、Ｓｉによる耐食性向上効果を顕著に得るためには、Ｓｉ含有量を１．０％以上とすることがより好ましい。また、耐食性と共に溶接性並びに母材及び継手の靭性に対する要求が厳しい鋼の場合は、Ｓｉ含有量の上限を０．５％とすることが好ましい。
Ｓｉは、脱酸元素であるが、その含有量が０．０１％未満の場合、脱酸効果が発揮されない。一方、Ｓｉを過度に含有させると、具体的には、Ｓｉ含有量が３．０％を超えると、熱延スケールの固着（スケール剥離性の低下）を招き、スケール起因の疵が増加する。よって、Ｓｉ含有量は、０．０１〜３．０％とする。なお、Ｓｉは低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を共に向上させるために有効な元素であり、この効果を発現させるためにはＳｉを０．１％以上含有させることが好ましく、Ｓｉによる耐食性向上効果を顕著に得るためには、Ｓｉ含有量を１．０％以上とすることがより好ましい。また、耐食性と共に溶接性並びに母材及び継手の靭性に対する要求が厳しい鋼の場合は、Ｓｉ含有量の上限を０．５％とすることが好ましい。
Ｍｎ：０．０１〜３．０％
Ｍｎは、鋼の強度を高める効果があるが、その含有量が０．０１％未満の場合、鋼の強度を確保することができない。一方、Ｍｎ含有量が３．０％を超えると、溶接性の劣化及び粒界脆化感受性が高まるため、好ましくない。よって、本発明の鋼においては、Ｍｎ含有量の範囲を０．０１〜３．０％に限定する。なお、Ｍｎは耐食性にほとんど影響を及ぼさない元素であるため、特に溶接構造用途で、炭素当量を限定する場合にはＭｎ含有量で調整することが可能である。
Ｍｎは、鋼の強度を高める効果があるが、その含有量が０．０１％未満の場合、鋼の強度を確保することができない。一方、Ｍｎ含有量が３．０％を超えると、溶接性の劣化及び粒界脆化感受性が高まるため、好ましくない。よって、本発明の鋼においては、Ｍｎ含有量の範囲を０．０１〜３．０％に限定する。なお、Ｍｎは耐食性にほとんど影響を及ぼさない元素であるため、特に溶接構造用途で、炭素当量を限定する場合にはＭｎ含有量で調整することが可能である。
Ｐ：０．０３５％以下
Ｐは、不純物元素であり、その含有量が０．０３５％を超えると、溶接性及び低温／低硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を著しく低下させるため、Ｐ含有量は０．０３５％以下に限定する。なお、Ｐ含有量は０．０１５％以下とすることが好ましく、これにより溶接性を良好にすることができる。また、製造コストは増加するが、より優れた耐食性が求められる場合には、Ｐ含有量を０．００５％以下とすることがより好ましい。
Ｐは、不純物元素であり、その含有量が０．０３５％を超えると、溶接性及び低温／低硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を著しく低下させるため、Ｐ含有量は０．０３５％以下に限定する。なお、Ｐ含有量は０．０１５％以下とすることが好ましく、これにより溶接性を良好にすることができる。また、製造コストは増加するが、より優れた耐食性が求められる場合には、Ｐ含有量を０．００５％以下とすることがより好ましい。
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓも、不純物元素であり、その含有量が０．０３０％を超えると機械的性質、特に延性を著しく劣化させるため、Ｓ含有量は０．０３０％以下とする。なお、Ｓ含有量が０．００５％となるように、Ｓを意図的に添加すると、Ｓ含有量が０．００５％未満の場合に比べて、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性が向上する。よって、Ｓ含有量は０．００５％以上とすることが好ましい。
Ｓも、不純物元素であり、その含有量が０．０３０％を超えると機械的性質、特に延性を著しく劣化させるため、Ｓ含有量は０．０３０％以下とする。なお、Ｓ含有量が０．００５％となるように、Ｓを意図的に添加すると、Ｓ含有量が０．００５％未満の場合に比べて、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性が向上する。よって、Ｓ含有量は０．００５％以上とすることが好ましい。
Ａｌ：０．００１〜０．３％
Ａｌは、脱酸元素であるが、その含有量が０．００１％未満の場合、脱酸効果が得られない。一方、０．３％を超えてＡｌを過剰に含有すると、粗大な酸化物を形成して延性及び靭性を劣化させる。よって、Ａｌ含有量は、０．００１％〜０．３％の範囲に限定する。
Ａｌは、脱酸元素であるが、その含有量が０．００１％未満の場合、脱酸効果が得られない。一方、０．３％を超えてＡｌを過剰に含有すると、粗大な酸化物を形成して延性及び靭性を劣化させる。よって、Ａｌ含有量は、０．００１％〜０．３％の範囲に限定する。
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｃｕは、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を向上させる効果があり、Ｎｉ及びＣｏと共に、本発明の鋼において最も重要な元素である。しかしながら、Ｃｕ含有量が０．０１％未満の場合、前述した耐硫酸腐食性向上効果が得られない。一方、２．０％を超えてＣｕを含有させると、鋼片の表面割れの助長及び継手靭性の劣化等の悪影響が顕在化する。よって、本発明の鋼では、Ｃｕ含有量を０．０１〜２．０％とする。なお、０．５％を超えてＣｕを添加しても、耐硫酸腐食性の向上はほぼ飽和するため、耐硫酸腐食性及び製造性の両方を考慮すると、Ｃｕ含有量は０．０１〜０．５％とすることが好ましい。
Ｃｕは、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を向上させる効果があり、Ｎｉ及びＣｏと共に、本発明の鋼において最も重要な元素である。しかしながら、Ｃｕ含有量が０．０１％未満の場合、前述した耐硫酸腐食性向上効果が得られない。一方、２．０％を超えてＣｕを含有させると、鋼片の表面割れの助長及び継手靭性の劣化等の悪影響が顕在化する。よって、本発明の鋼では、Ｃｕ含有量を０．０１〜２．０％とする。なお、０．５％を超えてＣｕを添加しても、耐硫酸腐食性の向上はほぼ飽和するため、耐硫酸腐食性及び製造性の両方を考慮すると、Ｃｕ含有量は０．０１〜０．５％とすることが好ましい。
Ｎｉ：０．０１〜２．０％
Ｎｉは、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を向上させる効果があり、Ｃｕ及びＣｏと共に、本発明の鋼において最も重要な元素である。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．０１％未満では、その効果が得られない。一方、２．０％を超えてＮｉを添加すると、耐食性の向上は飽和する。よって、Ｎｉ含有量は０．０１〜２．０％とする。なお、Ｎｉ含有量が０．５％を超えると、耐硫酸性の向上の割合が緩やかになるため、耐硫酸性及び経済性の両観点からは、Ｎｉ含有量を０．０１〜０．５％とすることが好ましい。
Ｎｉは、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を向上させる効果があり、Ｃｕ及びＣｏと共に、本発明の鋼において最も重要な元素である。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．０１％未満では、その効果が得られない。一方、２．０％を超えてＮｉを添加すると、耐食性の向上は飽和する。よって、Ｎｉ含有量は０．０１〜２．０％とする。なお、Ｎｉ含有量が０．５％を超えると、耐硫酸性の向上の割合が緩やかになるため、耐硫酸性及び経済性の両観点からは、Ｎｉ含有量を０．０１〜０．５％とすることが好ましい。
Ｃｏ：０．０１〜０．２％
Ｃｏは、Ｃｕ−Ｎｉ添加鋼に添加することにより、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を向上させる効果があり、Ｃｕ及びＮｉと共に、本発明の鋼において最も重要な元素である。しかしながら、Ｃｏ含有量が０．０１％未満の場合耐硫酸腐食性向上効果が得られない。一方、０．２％を超えてＣｏを添加しても、耐食性の向上は飽和する。よって、Ｃｏ含有量は０．０１〜０．２％とする。
Ｃｏは、Ｃｕ−Ｎｉ添加鋼に添加することにより、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を向上させる効果があり、Ｃｕ及びＮｉと共に、本発明の鋼において最も重要な元素である。しかしながら、Ｃｏ含有量が０．０１％未満の場合耐硫酸腐食性向上効果が得られない。一方、０．２％を超えてＣｏを添加しても、耐食性の向上は飽和する。よって、Ｃｏ含有量は０．０１〜０．２％とする。
以上が本発明の鋼の化学組成に関する基本要件及びその限定理由であるが、本発明においては、更に、諸特性の向上等を目的として、選択的に添加してもよい元素に関する限定をする。
具体的には、本発明の鋼においては、上記各成分に加えて、更に、Ｍｏ：０．０１〜２．５％、Ｗ：０．０１〜２．５％、Ｓｂ：０．０１〜０．３％、Ｓｎ：０．０１〜０．３％、Ｓｅ：０．０１〜０．３％及びＰｂ：０．０１〜０．３％からなる群から選択された１種又は２種以上の元素を添加することができる。
Ｍｏ及びＷは、耐塩酸性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｍｏ含有量及びＷ含有量が夫々０．０１％未満の場合、耐塩酸性向上効果が得られない。一方、２．５％を超えてＭｏ又はＷを含有させると、溶接性及び靭性が劣化する。よって、Ｍｏ及び／又はＷを含有させる場合には、その含有量を夫々０．０１〜２．５％に限定する。なお、Ｍｏ及びＷは高価な元素であるため、耐食性、溶接性及び経済性の観点からは、いずれの元素も０．０２〜０．１％とすることが好ましい。
また、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｓｅ及びＰｂは、低温／低硫酸濃度環境下及び高温／高硫酸濃度環境下での耐硫酸腐食性を更に向上させる効果を有する。しかしながら、これらの元素の含有量が夫々０．０１％未満の場合、耐硫酸腐食性向上効果は得られない。また、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｓｅ及びＰｂを、夫々０．３％を超えて過剰に含有させても効果が飽和すると共に、他の特性への悪影響の懸念もある。よって、経済性等も考慮し、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｓｅ及び／又はＰｂを含有させる場合には、その含有量を夫々０．０１〜０．３％に限定する。なお、耐食性、経済性、製造性を総合的に考慮すると、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｓｅ及びＰｂの含有量は、夫々０．０１〜０．１５％とすることがより好ましい。
また、本発明の鋼は、上記各成分に加えて、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％及びＢ：０．０００２〜０．００５％からなる群から選択された１種又は２種以上の元素を添加してもよい。
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ及びＢは、微量の添加で鋼の強度向上に有効な元素であり、強度調整のために必要に応じて含有させる。また、冷延鋼板の場合、Ｎｂ及びＴｉの添加は、低Ｃ化する効果と共に、鋼中のＣ及びＮを固定して加工性を向上させる効果もある。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．００２％未満、Ｖ含有量が０．００５％未満、Ｔｉ含有量が０．００２％未満、Ｔａ含有量が０．００５％未満、Ｚｒ含有量が０．００５％未満、及びＢ含有量が０．０００２％未満の場合、これらの効果が発現しない。一方、Ｎｂ含有量が０．２％を超えるか、Ｖ含有量が０．５％を超えるか、Ｔｉ含有量が０．２％を超えるか、Ｔａ含有量が０．５％を超えるか、Ｚｒ含有量が０．５％を超えるか、又はＢ含有量が０．００５％を超えると、靭性劣化が顕著となるため、好ましくない。従って、必要に応じて、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ及び／又はＢを含有させる場合は、Ｎｂ含有量は０．００２〜０．２％、Ｖ含有量は０．００５〜０．５％、Ｔｉ含有量は０．００２〜０．２％、Ｔａ含有量は０．００５〜０．５％、Ｚｒ含有量は０．００５〜０．５％、Ｂ含有量は０．０００２〜０．００５％に限定する。
更に、本発明の鋼は、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｙ：０．０００１〜０．１％、Ｌａ：０．００５〜０．１％及びＣｅ：０．００５〜０．１％からなる群から選択された１種又は２種以上の元素を含有していてもよい。
Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｌａ及びＣｅは、介在物の形態制御及び延性特性の向上に有効であり、また、大入熱溶接継手のＨＡＺ靭性向上にも有効な元素であり、更に、Ｓを固定することによるスラッジ生成抑制効果も弱いながらあるため、必要に応じて含有させる。その場合、Ｍｇ含有量が０．０００１％未満、Ｃａ含有量が０．０００５％未満、Ｙ含有量が０．０００１％未満、Ｌａ含有量が０．００５％未満及びＣｅ含有量が０．００５％未満では、各元素を添加した効果が発現しない。一方、Ｍｇ含有量若しくはＣａ含有量が０．０１％を超えるか、又は、Ｙ含有量、Ｌａ含有量若しくはＣｅ含有量が０．１％を超えると、介在物が粗大化して、機械的性質、特に延性及び靭性に悪影響を及ぼす。よって、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｌａ及び／又はＣｅを添加する場合は、その含有量を夫々Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｙ：０．０００１〜０．１％、Ｌａ：０．００５〜０．１％及びＣｅ：０．００５〜０．１％とする。なお、Ｍｇ含有量は０．０００５％〜０．０１％とすることが好ましく、これにより、地鉄のさび層の保護性を高めることができる。
なお、本発明の鋼においては、Ｎ含有量については、特に限定しないが、０．００１〜０．０１％とすることが望ましい。Ｎは、固溶状態では延性及び靭性に悪影響を及ぼすため好ましくないが、その一方でＶ、Ａｌ又はＴｉと結合してオーステナイト粒微細化及び析出強化に有効に働くため、微量であれば機械的特性向上に有効である。また、工業的に鋼中のＮを完全に除去することは不可能であり、必要以上に低減することは製造工程に過大な負荷をかけるため好ましくない。このため、延性及び靭性への悪影響が許容できる範囲で、かつ、工業的に制御が可能で、製造工程への負荷が許容できる範囲としての下限は０．００１％程度である。また、Ｎは、耐食性をやや向上させる効果があるが、過剰に含有すると固溶Ｎが増加し、延性及び靭性に悪影響を及ぼす可能性があるため、許容できる範囲としての上限は０．０１％が好ましい。
以上、詳述したように、本発明の鋼は、低炭素鋼にＣｕ−Ｎｉ−Ｃｏを複合添加し、各元素の含有量を最適化しているため、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下の両方で優れた耐食性が得られる。その結果、本発明の耐酸腐食鋼を、火力発電所の排煙処理装置及び硫酸タンク等の硫酸腐食が生じる用途に適用すれば、設備及び装置の寿命を大幅に延長でき、ひいては保守費用を大幅に低減することができるため、産業上の寄与は極めて大きい。
以下、本発明の効果を実施例によりさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。本実施例においては、下記表１に示す組成の鋼を溶製しインゴットに鋳造した後、肉厚が４ｍｍになるまで熱間圧延し、更に酸洗を施した後で冷間圧延及び焼鈍を行って板厚が１ｍｍの冷延鋼板を製造し、これを供試材とした。なお、下記表１における残部はＦｅ及び不可避的不純物である。また、下記表１における下線は、本発明の範囲外であることを示す。
次に、上記表１に示す実施例及び比較例の各冷延鋼板から縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの試験片を採取し、硫酸中浸漬試験を行い、単位時間及び単位面積あたりの腐食量を測定した。その際の試験条件は、低温／低硫酸濃度環境は温度を４０℃、硫酸濃度を２０％とし、中温／中硫酸濃度環境は、温度を６０℃、硫酸濃度を６０％とした。その結果を下記表２にまとめて示す。
上記表２に示すように、本発明の範囲内の実施例Ｎｏ．Ａ１〜Ｎｏ．Ａ２８及びＮｏ．３１〜Ｎｏ．４３の冷延鋼板は、いずれも低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下の両方で優れた耐食性を示していた。特に、Ｓ含有量が０．００５％である実施例Ｎｏ．１９の冷延鋼板は、Ｓ含有量が０．００１％で、それ以外の成分の含有量は実施例Ｎｏ．１９の冷延鋼板と同じである実施例Ｎｏ．Ａ４３の冷延鋼板よりも更に低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐食性が優れていた。
一方、比較例Ｎｏ．Ｃ１〜Ｎｏ．Ｃ５、Ｎｏ．Ｃ１１及びＮｏ．Ｃ１２の冷延鋼板は、本発明の要件を満足していないため、前述した実施例の各冷延鋼板に比べて耐食性が劣っていた。具体的には、比較例Ｎｏ．Ｃ１の冷延鋼板は、Ｃｕ含有量が本発明の下限未満であるため、Ｃｕ以外の成分の含有量が同じである実施例Ｎｏ．Ａ３１の冷延鋼板に比べて、低温／低硫酸濃度及び中温／中硫酸濃度のいずれの環境においても耐食性が劣っていた。また、比較例Ｎｏ．Ｃ２の冷延鋼板は、Ｎｉ含有量が本発明の下限未満であるため、Ｎｉ以外の成分の含有量が同じである実施例Ｎｏ．Ａ３２の冷延鋼板に比べて、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐食性が劣っていた。同様に、比較例Ｎｏ．Ｃ３及びＮｏ．Ｃ４の冷延鋼板も、Ｎｉ含有量が本発明の下限未満であるため、低温／低硫酸濃度環境下及び中温／中硫酸濃度環境下での耐食性が劣っていた。更に、比較例Ｎｏ．Ｃ５の冷延鋼板は、Ｃｏ含有量が本発明の下限未満であるため、低温／低硫酸濃度及び中温／中硫酸濃度のいずれの環境下においても耐食性が劣っていた。比較例Ｎｏ．Ｃ１１及びＮｏ．Ｃ１２の冷延鋼板も同様に、Ｃｏ含有量が本発明の下限未満であるため、夫々Ｃｏ以外の成分の含有量が同じである実施例Ｎｏ．Ａ３３及びＮｏ．Ａ３４の冷延鋼板に比べて、低温／低硫酸濃度下及び中温／中硫酸濃度下における耐食性が劣っていた。
Claims (5)
- 質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．２％、
Ｓｉ：０．０１〜３．０％、
Ｍｎ：０．０１〜３．０％、
Ｐ：０．０３５％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．３％、
Ｃｕ：０．０１〜２．０％、
Ｎｉ：０．０１〜２．０％、
Ｃｏ：０．０１〜０．２％を含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐酸腐食鋼。 - 更に、質量％で、Ｍｏ：０．０１〜２．５％、Ｗ：０．０１〜２．５％、Ｓｂ：０．０１〜０．３％、Ｓｎ：０．０１〜０．３％、Ｓｅ：０．０１〜０．３％及びＰｂ：０．０１〜０．３％からなる群から選択された１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐酸腐食鋼。
- 更に、質量％で、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％及びＢ：０．０００２〜０．００５％からなる群から選択された１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の耐酸腐食鋼。
- 更に、質量％で、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｙ：０．０００１〜０．１％、Ｌａ：０．００５〜０．１％及びＣｅ：０．００５〜０．１％からなる群から選択された１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の耐酸腐食鋼。
- 質量％で、Ｓ：０．００５〜０．０３０％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の耐酸腐食鋼。
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