JP2019196537A - 鋼材 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性（特に熱間加工性）に優れ、硫酸露点腐食や塩酸露点腐食の酸腐食環境において、長期の耐食性と、優れた溶接性と、を備える鋼材を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．０４〜０．４０％、Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、Ｃｕ：０．１０〜０．５０％、Ｓｂ：０．０６〜０．３０％、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｃａ：０．００００５〜０．０１％、Ｍｏ、Ｗの一方又は両方を合計で０．０１〜０．３０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎ：０．００５％以下、及びＯ：０．００３５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、ＸＩが５．０〜１６．０であり、ＡＩが０．０６〜０．２１であり、ＥＩが２．５〜６．０である鋼材。【選択図】なし

Description

本発明は、鋼材に関する。

種々の燃料や、廃棄物、下水汚泥などを燃焼させるボイラーの排煙設備やガス化溶融炉などは、燃焼排ガス雰囲気に曝され、硫酸露点腐食、塩酸露点腐食環境又は、硫酸や塩酸の水溶液に接する環境となる。このような激しい腐食環境に曝される鋼材には、長期に亘って優れた耐酸性が求められる。

このような問題に対し、耐硫酸・塩酸露点腐食鋼や高耐食ステンレス鋼が提案されている。（例えば、特許文献１〜５参照）。このうち、特許文献１〜４では、ＣｕやＳｂ、Ｃｏ、Ｃｒなどを添加した耐硫酸露点腐食性に優れた鋼材が提案されている。また、特許文献５では、ＣｒやＮｉなどを添加した高耐食ステンレス鋼が提案されている。

特開２００１−１６４３３５号公報 特開２００３−２１３３６７号公報 特開２００７−２３９０９４号公報 特開２０１２−５７２２１号公報 特開平７−３１６７４５号公報

Ｃｕ、Ｓｂ、Ｃｒなどを含有する鋼材は耐硫酸露点腐食性に優れ、ボイラーや焼却施設の排ガス煙突などの硫酸腐食環境において、優れた耐食性を発揮する。しかし、ボイラーや焼却設備などを長寿命化するために、更なる耐食性の向上が期待されている。

また、熱交換器、ガス−ガスヒータ、脱硫装置、電気集塵機、などの用途に使用される鋼材には、耐酸性だけでなく、溶接性も求められている。更に、生産性の観点から、熱間加工性も要求される。

本発明はこのような実情に鑑み、生産性（特に熱間加工性）に優れ、硫酸露点腐食や塩酸露点腐食の酸腐食環境において、長期の耐食性と、優れた溶接性と、を備える鋼材の提供を課題とするものである。

本発明者らは、腐食の起点となる酸化物や炭化物に着目し、酸腐食環境における鋼材の耐食性を向上させるために検討を行った。そして、下記式（１）で求められる酸化物制御指数ＸＩの値を５〜１６の範囲にすることで腐食の起点となる酸化物の生成が抑制されることがわかった。
ＸＩ＝（Ｓｉ／２８）／｛（Ａｌ／２７）+（Ｃａ／４０）｝ … 式（１）

さらに、耐酸性の向上には有効であるＭｏやＷの含有量が多くなると、ＭｏやＷの炭化物が腐食起点となることがわかった。
そこで、Ｍｏ、Ｗ及びＣについて更に検討を行い、下記式（２）で求められる耐酸性腐食指数ＡＩの値を０．０６〜０．２１とすることで、予想を超える耐食性が発現されるという知見を得た。
ＡＩ＝｛（Ｍｏ／９６）＋（Ｗ／１８４）｝／（Ｃ／１２） … 式（２）

また、ＣｕとＳｂとを同時に含有させると耐酸性は向上するものの、熱間加工性を低下させる。これに対し、下記式（３）で求められる加工性係数ＥＩの値を２．５〜６．０とし、かつ、下記式（４）で求められるＣｅｑを０．１８０〜０．３３０とすることで、優れた耐酸性、熱間加工性及び溶接性が得られるという知見を得た。
ＥＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓｂ／１２２） … 式（３）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５ … 式（４）

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］ 質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．１０％、
Ｓｉ：０．０４〜０．４０％、
Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、
Ｃｕ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｂ：０．０６〜０．３０％、
Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、
Ｃａ：０．００００５〜０．０１０％、
Ｍｏ、Ｗの一方又は両方を合計で、０．０１〜０．３０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｎ：０．００５％以下、及び
Ｏ：０．００３５％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、下記式（１）で求められるＸＩが５．０〜１６．０であり、（２）で求められるＡＩが０．０６〜０．２１であり、下記式（３）で求められるＥＩが２．５〜６．０であり、下記式（４）で求められるＣｅｑが０．１８０〜０．３３０であることを特徴とする鋼材。
ＸＩ＝（Ｓｉ／２８）／｛（Ａｌ／２７）+（Ｃａ／４０）｝ … 式（１）
ＡＩ＝｛（Ｍｏ／９６）＋（Ｗ／１８４）｝／（Ｃ／１２） … 式（２）
ＥＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓｂ／１２２） … 式（３）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５ … 式（４）
ここで、式中、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖは各元素の質量％に基づく含有量を示し、含有しない場合は０である。
［２］ 更に、質量％で、
Ｎｉ：０．３０％以下、
Ｓｎ：０．５０％以下、
Ａｓ：０．３０％以下、及び
Ｃｏ：０．３０％以下
からなる群から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記［１］に記載の鋼材。
［３］ 更に、質量％で、
Ｃｒ：０．７０％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｚｒ：０．０５０％以下、
Ｔａ：０．０５０％以下、及び
Ｂ：０．０１０％以下
からなる群から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の鋼材。
［４］ 更に、質量％で、
Ｍｇ：０．０１０％以下、及び／又は
ＲＥＭ：０．０１０％以下
を含有することを特徴とする上記［１］〜［３］の何れか１項に記載の鋼材。

本発明によれば、ボイラーや焼却施設の排ガス煙突などの硫酸腐食環境やごみ焼却炉などの排ガス煙突などの塩酸腐食環境などの酸腐食環境において優れた耐食性を発現し、生産性及び溶接性にも優れた鋼材を提供することが可能になる。したがって、本発明は産業上の貢献が極めて顕著である。

以下に、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
本発明者らの検討により、Ｃｕ、Ｓｂを含む耐酸性鋼の耐酸性向上には、鋼材表面で腐食起点となりやすい、炭化物や酸化物を抑制することが有効であることがわかった。まず、酸化物の生成を抑制するには、ＡｌやＣａに比べて酸化力が弱いＳｉを活用することが有効であり、下式（１）で求められる酸化物制御指数ＸＩの値を適正な範囲とすることが重要であるこという知見を得た。
ＸＩ＝（Ｓｉ／２８）／｛（Ａｌ／２７）+（Ｃａ／４０）｝ … 式（１）

次に、耐酸性の向上に有効なＭｏやＷは、含有量が過剰であると炭化物を形成しやすくなり、腐食起点となり得る。本発明者らによる検討の結果、Ｍｏ、Ｗ、Ｃの含有量のバランスが重要であり、下記式（２）で求められる耐酸性腐食指数ＡＩを適正な範囲とすることが必要であることがわかった。
ＡＩ＝｛（Ｍｏ／９６）＋（Ｗ／１８４）｝／（Ｃ／１２） … 式（２）

また、ＣｕとＳｂとを同時に含む鋼では、熱間加工性を確保するために、Ｃｕ、Ｓｂの含有量の割合が重要であるという知見を得た。そして、下記式（３）で求められる加工性係数ＥＩを適正な範囲とすることにより、生産性を損なわないように、熱間加工性を確保できることがわかった。これらと併せて、下記式（４）で求められるＣｅｑを適正な範囲にすることにより、優れた耐酸性、熱間加工性及び溶接性を有する鋼材を得ることに成功した。
ＥＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓｂ／１２２） … 式（３）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５ … 式（４）

本実施形態に係る鋼材の成分について説明する。なお、％の表記は特に断りがない場合は質量％を意味する。
（Ｃ：０．０１〜０．１０％）
Ｃは、強度を向上させる元素であり、０．０１％以上を含有させることが必要である。好ましくはＣ量を０．０３％以上、より好ましくは０．０５％以上とする。一方、Ｃ量が０．１０％を超えると炭化物が増加し、耐酸性が劣化するため、Ｃ量を０．１０％以下とする。好ましくはＣ量を０．０９％以下、より好ましくは０．０８％以下とする。

（Ｓｉ：０．０４〜０．４０％）
Ｓｉは、脱酸及び強度の向上に寄与する元素であり、また、酸化物の形態を制御するために、０．０４％以上を含有させることが必要である。好ましくはＳｉ量を０．０５％以上とし、より好ましくは０．１０％以上とする。一方、０．４０％を超えるＳｉを含有させると酸化物が増加し、耐酸性を損なうため、Ｓｉ量を０．４０％以下とする。好ましくはＳｉ量を０．３０％以下とする。

（Ｍｎ：０．５０〜１．５０％）
Ｍｎは、強度及び靭性を向上させる元素であり、０．５０％以上を含有させる。Ｍｎ量を好ましくは０．６０％以上、より好ましくは０．８０％以上とする。一方、１．５０％を超える量のＭｎを含有させると、粗大なＭｎＳが生成し、耐食性や機械特性が劣化するため、Ｍｎ量を１．５０％以下とする。好ましくはＭｎ量を１．２０％以下、より好ましくは１．００％以下とする。

（Ｃｕ：０．１０〜０．５０％）
Ｃｕは、Ｓｂと同時に含有させると、硫酸や塩酸に対する耐食性を顕著に発現する極めて重要な元素である。酸性環境での耐食性を確保するために、Ｃｕ量を０．１０％以上とすることが必要である。好ましくはＣｕ量を０．１５％以上、より好ましくは０．２０％以上とする。一方、Ｃｕ量が０．５０％を超えると熱間加工性が低下し、生産性を損なうため、０．５０％以下とする。好ましくはＣｕ量を０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。

（Ｓｂ：０．０６〜０．３０％）
Ｓｂは、上述のように、Ｃｕと同時に含有させると耐酸性を向上させる極めて重要な元素であり、酸性環境での耐食性を確保するため、０．０６％以上を含有させることが必要である。好ましくはＳｂ量を０．１０％以上とする。一方、Ｓｂ量が０．３０％を超えると熱間加工性が低下するので、０．３０％以下とする。好ましくはＳｂ量を０．１５％以下とする。

（Ａｌ：０．００５〜０．０５０％）
Ａｌは、脱酸剤であり、０．００５％以上を含有させることが必要である。好ましくはＡｌ量を０．０２０％以上とする。一方、Ａｌを過剰に含有させると、介在物の増加によって、耐酸性を損なうため、Ａｌ量を０．０５０％以下とする。好ましくはＡｌ量を０．０４０％以下とする。

（Ｃａ：０．００００５〜０．０１０％）
Ｃａは、主に硫化物の形態の制御に用いられる元素であり、また、微細な酸化物を形成させるために、０．００００５％以上を含有させる。好ましくはＣａ量を０．０００１％以上、より好ましくは０．０００１５％以上とする。一方、０．０１０％を超えるＣａを含有させると機械特性が損なわれる場合があるため、Ｃａ量を０．０１０％以下とする。より好ましくはＣａ量を０．００５％以下とする。

（Ｍｏ、Ｗの一方又は両方の合計：０．０１〜０．３０％）
Ｍｏ及びＷは、Ｃｕ及びＳｂと同時に含有させることにより、酸性環境での耐食性を向上させる元素である。Ｍｏ、Ｗは、一方を単独で含有させてもよく、両方を同時に含有させてもよい。特に、塩酸に対する耐食性を高めるために、Ｍｏ、Ｗの一方又は両方の合計の含有量を０．０１％以上とする。好ましくは０．１０％以上とする。一方、Ｍｏ及びＷは高価な元素であるため、コストの観点から、Ｍｏ、Ｗの一方又は両方の合計の含有量を０．３０％以下とする。

（Ｐ：０．０２０％以下）
Ｐは、不純物であり、鋼材の機械特性や生産性を低下させるため、Ｐ量を０．０２０％以下とする。Ｐ量の下限は限定せず、０％でもよいが、コストの観点からＰ量は０．００１％以上であってもよい。

（Ｓ：０．０１５％以下）
Ｓは、不純物として含有され、その量が過剰であると、熱間加工性や鋼材の機械特性を低下させるため、Ｓ量を０．０１５％以下とする。Ｓ量の下限は限定せず、０％でもよい。Ｓは、Ｃｕ及びＳｂと同時に含有させると、酸性環境での耐食性を向上させることから、Ｓ量は０．００１％以上であってもよい。より好ましくはＳ量を０．００５％以上、更に好ましくは０．０１０％以上としてもよい。

（Ｎ：０．００５％以下）
Ｎは、不純物不純物として含有され、その量が過剰であると、鋼材の機械特性や生産性を低下させるため、Ｎ量を０．００５％以下とする。Ｎ量の下限は限定せず、０％でもよいが、コストの観点からＮ量を０．００１％以上にしてもよい。微細な窒化物を機械特性等の向上に利用する場合、Ｎ量は０．００２％以上であってもよい。

（Ｏ：０．００３５％以下）
Ｏは、酸化物を生成する元素である。酸性環境において腐食の起点となる粗大な酸化物の生成を抑制するために、Ｏ量を０．００３５％以下とする。好ましくはＯ量を０．００３０％以下、より好ましくは０．００２５％以下とする。Ｏ量の下限は限定せず、０％でもよいが、コストの観点からＯ量は０．０００５％以上であってもよい。

更に、酸性環境での耐食性を向上させるために、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｓ及びＣｏからなる群から選択される１種又は２種以上を含有させてもよい。なお、これらの元素は、鋼材において必ずしも必須ではないことから、含有量の下限値は０％である。

（Ｎｉ：０．３０％以下）
Ｎｉは、酸性環境での耐食性を向上させる元素であり、Ｃｕを含有する場合、Ｎｉは生産性を高める効果を発現する。Ｃｕは、耐食性を向上させる効果が大きいが、偏析し易く、単独で含有させると鋳造後の割れを助長する場合がある。これに対して、ＮｉはＣｕの偏析を軽減する作用がある。Ｎｉを含有させると、Ｃｕ偏析起因の鋳片の割れの抑制に加えて、偏析に起因する局部腐食の発生も抑制されるため、耐食性を向上させる効果が顕著に発現される。好ましくはＮｉ量を０．０１％以上とし、より好ましくは０．０５％以上、更に好ましくは０．１０％以上とする。一方、Ｎｉも高価な元素であるため、コストの観点からＮｉ量を０．３０％以下とする。より好ましくは０．２５％以下とする。

（Ｓｎ：０．５０％以下）
Ｓｎは、Ｃｕと同時に含有させると耐酸性を向上させる元素である。本発明では必須元素ではないが、酸性環境での耐食性を確保するために、０．００１％以上を含有させることが好ましい。より好ましくはＳｎ量を０．００５％以上、更に好ましくはＳｎ量を０．０１％以上とする。一方、Ｓｎを過剰に含有させると熱間加工性が低下するので、Ｓｎ量を０．５０％以下とする。より好ましくはＳｎ量を０．３０％以下とする。

（Ａｓ：０．３０％以下）
Ａｓは、Ｓｂ、Ｓｎに比べて効果は顕著ではないが、酸性環境での耐食性の向上に有効な元素であり、０．０１％以上を含有させてもよい。より好ましくはＡｓ量を０．０２％以上、更に好ましくはＡｓ量を０．０５％以上とする。一方、Ａｓを過剰に含有させると熱間加工性が低下するので、Ａｓ量を０．３０％以下とする。より好ましくはＡｓ量を０．２０％以下、更に好ましくは０．１０％以下とする。

（Ｃｏ：０．３０％以下）
Ｃｏは、Ｓｂ、Ｓｎに比べて効果は顕著ではないが、酸性環境での耐食性を向上させる元素であり、０．０１％以上を含有させてもよい。より好ましくはＣｏ量を０．０２％以上、更に好ましくはＣｏ量を０．０５％以上とする。一方、Ｃｏを過剰に含有させる経済性が低下するので、Ｃｏ量を０．３０％以下とする。より好ましくはＣｏ量を０．２０％以下、更に好ましくは０．１０％以下とする。

更に、機械特性などを向上させるために、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ及びＢからなる群から選択される１種又は２種以上を含有させてもよい。なお、これらの元素は、鋼材において必ずしも必須ではないことから、含有量の下限値は０％である。

（Ｃｒ：０．７０％以下）
Ｃｒは焼入れ性を高めて強度を向上させる元素であり、０．０１％以上を含有させてもよい。より好ましくはＣｒ量を０．０５％以上とする。また、Ｃｒは耐候性を高める元素であるが、酸性環境での耐食性を低下させる場合があり、好ましくはＣｒ量を０．７０％以下とする。より好ましくはＣｒ量を０．５０％以下、更に好ましくは０．３０％以下、より一層好ましくは０．１０％以下とする。

（Ｔｉ：０．０５０％以下）
Ｔｉは、窒化物を形成し、結晶粒の微細化や強度の向上に寄与する元素であり、０．００１％以上を含有させてもよい。より好ましくはＴｉ量を０．００５％以上とする。一方、０．０５０％超のＴｉを含有させると、窒化物が粗大になり、機械特性が劣化することがあるため、Ｔｉ量を０．０５０％以下とする。より好ましくはＴｉ量を０．０４０％以下、更に好ましくは０．０３０％以下、より一層好ましくは０．０２０％以下とする。

（Ｎｂ：０．１０％以下）
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、窒化物を形成する元素であり、結晶粒の微細化や強度の向上を目的として、０．００１％以上を含有させてもよい。より好ましくはＮｂ量を０．００５％以上とする。一方、０．１０％超のＮｂを含有させると、機械特性が劣化することがあるため、Ｎｂ量を０．１０％以下とする。より好ましくはＮｂ量を０．０５０％以下、更に好ましくは０．０３０％以下、より一層好ましくは０．０２０％以下とする。

（Ｖ：０．１０％以下）
Ｖは、Ｔｉ、Ｎｂと同様、窒化物を形成する元素であり、主に、析出強化による強度の改善のために含有させてもよい。効果を得るために、Ｖ量を０．００５％以上とすることが好ましい。一方、０．１０％超のＶを含有させると、機械特性が劣化することがあるため、Ｖ量を０．１０％以下とする。より好ましくはＶ量を０．０５０％以下、更に好ましくは０．０３０％以下、より一層好ましくは０．０２０％以下とする。

（Ｚｒ：０．０５０％以下）
Ｚｒは、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖと同様、窒化物を形成する元素であり、主に、析出強化による強度の改善のために含有させてもよい。効果を得るために、Ｚｒ量を０．００５％以上とすることが好ましい。一方、Ｚｒは高価な元素であり、また、０．０５０％超のＺｒを含有させると、機械特性が劣化することがあるため、Ｚｒ量を０．０５０％以下とする。より好ましくはＺｒ量を０．０４０％以下、更に好ましくは０．０３０％以下、より一層好ましくは０．０２０％以下とする。

（Ｔａ：０．０５０％以下）
Ｔａは、強度の向上に寄与する元素であり、０．００１％以上を含有させてもよい。また、メカニズムは必ずしも明らかでないが、Ｔａは耐食性の向上にも寄与し、より好ましくはＴａ量を０．００５％以上とする。一方、Ｔａを過剰に含有させるとコストが上昇するため、Ｔａ量を０．０５０％以下とする。より好ましくはＴａ量を０．０４０％以下、更に好ましくは０．０３０％以下、より一層好ましくは０．０２０％以下とする。

（Ｂ：０．０１０％以下）
Ｂは焼入性を向上させ、強度を高める元素である。効果を得るためには、Ｂ量を０．０００３％以上にすることが好ましい。より好ましくはＢ量を０．０００５％以上とする。一方、０．０１０％を超えるＢを含有させても、効果が飽和し、母材、ＨＡＺの靭性が低下する場合があり、Ｂ量を０．０１０％以下とする。より好ましくはＢ量を０．００５０％以下、更に好ましくは０．００３０％以下、より一層好ましくは０．００２０％以下とする。

更に、脱酸や介在物の制御を目的として、Ｍｇ及び／又はＲＥＭを含有させてもよい。なお、これらの元素は、鋼材において必ずしも必須ではないことから、含有量の下限値は０％である。

（Ｍｇ：０．０１０％以下）
Ｍｇは、微細な酸化物を形成させるために、０．０００１％以上を含有させてもよい。好ましくはＭｇ量を０．０００３％以上、より好ましくは０．０００５％以上とする。一方、製造コストの観点から、Ｍｇ量を０．０１０％以下とする。より好ましくはＭｇ量を０．００５％以下、更に好ましくは０．００３％以下とする。

（ＲＥＭ：０．０１０％以下）
ＲＥＭ（希土類元素）は、主に脱酸に用いられる元素であり、微細な酸化物を形成させるために、０．０００１％以上を含有させてもよい。好ましくはＲＥＭ量を０．０００３％以上、より好ましくは０．０００５％以上とする。一方、製造コストの観点から、ＲＥＭ量を０．０１０％以下とする。より好ましくはＲＥＭ量を０．００５％以下、更に好ましくは０．００３％以下とする。

本実施形態に係る鋼材の化学組成の残部は、鉄（Ｆｅ）及び不純物である。不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分であって、本実施形態に係る鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。ただし、不純物のうち、Ｐ、Ｓについては上述のように上限を制限する必要がある。

本実施形態に係る鋼材は、耐酸性を向上させるために、特定の元素の関係を満足することが必要である。

（ＸＩ：５．０〜１６．０）
酸化物制御指数ＸＩは、鋼材表面で腐食起点となりやすい酸化物を抑制するために重要な指標である。酸化物の生成を抑制するには、ＡｌやＣａに比べて酸化力が弱いＳｉを活用することが有効であり、酸化物制御指数ＸＩを５．０以上にすることによって耐酸性が顕著に向上する。一方、酸化物制御指数ＸＩが１６．０を超えても効果が飽和し、また、Ａｌ量の減少に伴って脱酸が不十分になり、酸化物によって耐酸性が低下する場合がある。したがって、酸化物制御指数ＸＩは５．０〜１６．０とする。ＸＩの下限は、好ましくは６．０、より好ましくは７．０である。一方、ＸＩの上限は、好ましくは１５．０、より好ましくは１４．０である。

酸化物制御指数ＸＩは下記式（１）に示されるように、Ｓｉ原子の数と、Ａｌ原子及びＣａ原子の数の合計との比である。即ちＳｉ／２８、Ａｌ／２７、Ｃａ／４０は、それぞれ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａの含有量を質量数で除した項である。
ＸＩ＝（Ｓｉ／２８）／｛（Ａｌ／２７）+（Ｃａ／４０）｝ … 式（１）

（ＡＩ：０．０６〜０．２１）
耐酸性腐食指数ＡＩは、鋼材表面で腐食起点となりやすい炭化物を抑制するために重要である。ＭｏやＷは、耐酸性の向上に有効であるものの、含有量が過剰であると腐食の起点となる炭化物を形成しやすくなるため、耐酸性を顕著に向上させるには、耐酸性腐食指数ＡＩを０．２１以下にすることが必要である。耐酸性腐食指数ＡＩは、好ましくは０．２０以下、より好ましくは０．１９以下、さらに好ましくは０．１８以下ある。一方、ＭｏやＷが不足すると、耐酸性の向上の効果が不十分になるため、耐酸性腐食指数ＡＩを０．０６以上にすることが必要である。耐酸性腐食指数ＡＩは、好ましくは０．０８以上、より好ましくは０．１０以上、さらに好ましくは０．１２以上である。

耐酸性腐食指数ＡＩは、下記式（２）に示されるように、Ｍｏ原子及びＷ原子の数の合計と、炭素原子の数との比である。即ち、Ｍｏ／９６、Ｗ／１８４、Ｃ／１２は、それぞれ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃの含有量を各元素の質量数で除した項である。
ＡＩ＝｛（Ｍｏ／９６）＋（Ｗ／１８４）｝／（Ｃ／１２） … 式（２）

本実施形態に係る鋼材は、熱間加工性や溶接性を向上させるために、特定の元素の関係を制御することが必要である。

（ＥＩ：２．５〜６．０）
加工性指数ＥＩは、Ｃｕによる熱間加工性の低下を助長するＳｂの影響を考慮した指標であり、熱間加工性を確保するために重要である。Ｃｕの含有量に対してＳｂの含有量が多過ぎると熱間加工性が低下するため、加工性指数ＥＩは２．５以上にする必要がある。加工性指数ＥＩは、好ましくは２．６以上、より好ましくは２．７以上である。加工性指数ＥＩを大きくすることが、熱間加工性を確保するためには好ましいが、６．０を超えても効果が飽和する。また、Ｓｂが不足して耐酸性の向上の効果が不十分にならないように、加工性指数ＥＩを６．０以下にすることが必要である。加工性指数ＥＩは、好ましくは５．９以下である。

加工性指数ＥＩは、下記式（３）に示されるように、Ｃｕ原子の数と、Ｓｂ原子の数との比である。即ち、Ｃｕ／６４、Ｓｂ／１２２は、それぞれ、Ｃｕ、Ｓｂの含有量を各元素の質量数で除した項である。
ＥＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓｂ／１２２） … 式（３）

（Ｃｅｑ：０．１８０〜０．３３０）
Ｃｅｑは、硬さの上昇による溶接性の劣化を示す指標であり、溶接性を確保するために、０．３３０以下、好ましくは０．３２０以下とする。一方。Ｃｅｑが低すぎると機械特性が不十分になるため、０．１８０以上、好ましくは０．２００以上、より好ましくは０．２５０以上とする。Ｃｅｑは、下記式（４）に示されるように、公知の指標である。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５ … 式（４）

以上の式（１）〜式（４）において、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖは各元素の質量％に基づく含有量を示し、含有しない場合は０である。

本実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。本実施形態に係る鋼材には、熱間圧延を施し、更に必要に応じて冷間圧延を施して製造される鋼板、形鋼、鋼管などが含まれる。好ましくは板厚が３ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上の厚鋼板である。

本実施形態に係る鋼材は、常法で鋼を溶製し、成分の調整後、鋳造して得られた鋼片を熱間圧延し、更に必要に応じて冷間圧延を施して製造される。熱間圧延後は、そのまま水冷するか、又は空冷した後、再加熱して焼入れてもよい。熱間圧延後は、コイル状に巻き取ってもよい。熱間圧延後、冷間圧延して、更に熱処理を施してもよい。

鋼管を製造する場合は、鋼板を管状に成形して溶接してもよく、ＵＯ鋼管、電縫鋼管、鍛接鋼管、スパイラル鋼管などにすることができる。鋼片に熱間押出や穿孔圧延を施して製造されるシームレス鋼管も本実施形態に含まれる。

以下、本発明の実施例を挙げながら、本発明の技術的内容について更に説明する。なお、以下に示す実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。また本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

表１、表２に示す成分の鋼を溶製し、鋼塊を１１５０℃で２時間加熱後、熱間圧延を行って空冷し、厚みが２０ｍｍの鋼板を製造した。なお、表１、表２に示す各鋼の成分の残部は、鉄および不純物である。

得られた鋼板から２５×２５×４ｍｍｔの試験片を板厚中央部から採取し、湿式＃４００研磨で仕上げ、耐食性評価用の試験片とした。耐食性の評価は硫酸浸漬試験及び塩酸浸漬試験によって行った。硫酸浸漬試験は、６０℃の４０％硫酸水溶液に６時間浸漬し、塩酸浸漬試験は、６０℃の３ｍｏｌ／Ｌ塩酸水溶液中に６時間浸漬し、それぞれ腐食減量によって評価した。

比較例ＡＡを基準として、３０％以上耐食性が向上した（腐食減量が比較例ＡＡの７０％以下に低下した）ものを○、５０％以上耐食性が向上した（腐食減量が比較例ＡＡの５０％以下に低下した）ものを◎、３０％未満（腐食減量が比較例ＡＡの７０％超）のものを×とした。また、熱間加工性は上記条件で圧延した熱間圧延材表面で、外観目視で割れの有無を判別した。

また、ＪＩＳ Ｚ ３１５８に基づきｙ型溶接割れ試験を行った。試験片は１６ｍｍｔを用い、電流１７０Ａで両面側から溶接後、所定の時間が経過してから表面及び断面の割れの有無を確認した。また、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して引張試験片を作製し、引張試験を行って引張強度を求めた。降伏強度が２３０ＭＰａ以上のものを○、２３０ＭＰａ未満のものを×とした。結果を表３に示す。

表３に示すとおり、鋼Ｎｏ．Ａ〜Ｚは成分、ＸＩ値、ＡＩ値、ＥＩ値、Ｃｅｑが本発明の範囲内であり、塩酸及び硫酸に対する耐食性、加工性、溶接性、強度が全て良好である。一方、鋼Ｎｏ．ＡＡ〜ＡＪは成分、Ｓｉ／Ａｌ比、ＡＩ値、ＥＩ値、Ｃｅｑの何れかが本発明の範囲外であり、塩酸及び硫酸に対する耐食性、加工性、溶接性、強度の何れかが低下している。

鋼Ｎｏ．ＡＡは塩酸腐食試験及び硫酸腐食試験の評価の基準とした鋼であるが、ＡＩ値が低いため、本発明の鋼に比べて塩酸及び硫酸に対する耐食性が低下している。Ｃｕ量が少ない鋼Ｎｏ．ＡＢ、Ｓｂ量が少ない鋼Ｎｏ．ＡＣ、ＡＩ値が大きい鋼Ｎｏ．ＡＤ、ＸＩ値が範囲外の鋼ＡＥ及びＡＦ、ＥＩ値が大きい鋼Ｎｏ．ＡＧも、本発明の鋼に比べて塩酸及び硫酸に対する耐食性が低下している。

鋼Ｎｏ．ＡＨはＥＩ値が低いため、加工性が低下している。鋼Ｎｏ．ＡＩはＣｅｑが大きいため溶接性が低下している。一方、Ｃｅｑが小さい鋼Ｎｏ．ＡＪは強度が不十分である。

本発明の鋼材は、重油、石炭などの化石燃料、液化天然ガスなどのガス燃料、都市ごみなどの一般廃棄物、廃油、プラスチック、排タイヤなどの産業廃棄物及び下水汚泥などを燃焼させるボイラーの排煙設備に使用することができる。具体的には、排煙設備の煙道ダクト、ケーシング、熱交換器、２基の熱交換器（熱回収器及び再加熱器）で構成されるガス-ガスヒータ、脱硫装置、電気集塵機、誘引送風機、回転再生式空気予熱器のバスケット材及び伝熱エレメント板などに好適に使用することができる。

Claims (4)

1. 質量％で、
   Ｃ：０．０１〜０．１０％、
   Ｓｉ：０．０４〜０．４０％、
   Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、
   Ｃｕ：０．１０〜０．５０％
   Ｓｂ：０．０６〜０．３０％、
   Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、及び
   Ｃａ：０．００００５〜０．０１０％、
   Ｍｏ、Ｗの一方又は両方を合計で、０．０１〜０．３０％、
   Ｐ：０．０２０％以下、
   Ｓ：０．０１５％以下、
   Ｎ：０．００５％以下、及び
   Ｏ：０．００３５％以下
   を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、下記式（１）で求められるＸＩが５．０〜１６．０であり、（２）で求められるＡＩが０．０６〜０．２１であり、下記式（３）で求められるＥＩが２．５〜６．０であり、下記式（４）で求められるＣｅｑが０．１８０〜０．３３０であることを特徴とする鋼材。
   ＸＩ＝（Ｓｉ／２８）／｛（Ａｌ／２７）+（Ｃａ／４０）｝ … 式（１）
   ＡＩ＝｛（Ｍｏ／９６）＋（Ｗ／１８４）｝／（Ｃ／１２） … 式（２）
   ＥＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓｂ／１２２） … 式（３）
   Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５ … 式（４）
   ここで、式中、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖは各元素の質量％に基づく含有量を示し、含有しない場合は０である。
2. 更に、質量％で、
   Ｎｉ：０．３０％以下、
   Ｓｎ：０．５０％以下、
   Ａｓ：０．３０％以下、及び
   Ｃｏ：０．３０％以下
   からなる群から選択される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に記載の鋼材。
3. 更に、質量％で、
   Ｃｒ：０．７０％以下、
   Ｔｉ：０．０５０％以下、
   Ｎｂ：０．１０％以下、
   Ｖ：０．１０％以下、
   Ｚｒ：０．０５０％以下、
   Ｔａ：０．０５０％以下、及び
   Ｂ：０．０１０％以下
   からなる群から選択される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に記載の鋼材。
4. 更に、質量％で、
   Ｍｇ：０．０１０％以下、及び／又は
   ＲＥＭ：０．０１０％以下
   を含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の鋼材。