JP5411560B2

JP5411560B2 - 耐酸鋼材および燃焼・焼却設備の排ガス関連低温部材

Info

Publication number: JP5411560B2
Application number: JP2009100122A
Authority: JP
Inventors: 真司阪下; 誠司吉田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-04-16
Also published as: KR20100114844A; JP2010248578A; CN101864544A

Description

本発明は、耐酸鋼材および燃焼・焼却設備の排ガス関連低温部材に関する技術分野に属するものであり、特には、ボイラー、ごみ焼却施設、エンジンなどの燃焼・焼却設備の排ガス配管などの低温部材、硫酸や塩酸などによる酸洗設備、あるいは酸を用いる各種プラントなどの硫酸や塩酸などの酸に曝される構造部材として用いられる低合金鋼材に関する技術分野に属するものである。なお、燃焼・焼却設備とは、燃焼または焼却する設備のことである。燃焼・焼却設備の低温部材は、詳細には、低温部に設けられる煙道ダクト、ケーシング、各種熱交換器、空気予熱器のバスケットおよび伝熱エレメント、ヒーター、送風機、脱硫設備、脱塩設備、電気集塵機、減温塔、バグフィルター、煙突などに使用される部材である。

重油や石炭を燃料とするボイラーにおいては、節炭器、空気予熱器、集塵器および煙突などの煙道の比較的低温部分で硫酸による激しい腐食が発生することが知られている。このような腐食は硫酸露点腐食と呼ばれており、燃料中の硫黄分に起因して生成するＳＯ₃が排ガス中に含まれており、金属表面温度が露点を下回った場合にガス中のＳＯ₃と水分とが結合して金属表面に硫酸が凝縮して、激しい腐食を生じると言われている。また、燃料中に塩分が含まれる場合には、排ガス中に塩化水素（ＨＣｌ）が含まれ、金属表面温度が露点を下回った場合には、金属表面に塩酸が凝縮して、酸露点腐食が生じる。ごみ焼却施設の煙道などの低温部においては、硫酸と塩酸との混酸による露点腐食が起こっているとされている。このような硫酸および／または塩酸による腐食は、上述のボイラーやごみ焼却施設のみではなく、これらの酸を用いる化学プラントや酸洗設備などの様々な設備でも問題となる。

酸露点腐食に対しては、酸が生成しないように排ガス配管などの部材の温度を露点以上に保温する方法がある。また、ＣｏやＳｂなどの特殊な添加元素を初めとして化学成分の調整などによって鋼材自体の耐食性を向上させた耐食鋼材も提案されている（例えば特許文献１〜２）。しかし、これらの技術による耐食性向上は十分なものとはいえず、さらに効果的な防食方法が要求されている。

特開２００７−２３９０９５号公報特開２００７−２６２５５８号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、硫酸および／または塩酸に曝される環境で使用される鋼材であって該環境での耐食性に優れた耐酸鋼材および燃焼・焼却設備の排ガス関連低温部材を提供しようとするものである。

本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。本発明によれば上記目的を達成することができる。

このようにして完成され上記目的を達成することができた本発明は、耐酸鋼材および燃焼・焼却設備の排ガス関連低温部材に係わり、それは次のような構成としたものである。

即ち、本発明に係る耐酸鋼材は、硫酸および／または塩酸に曝される環境で使用される鋼材であって、
Ｃ：０．０５〜０．３０質量％、
Ｓｉ：０．０５〜１．０質量％、
Ｍｎ：０．１〜２．０質量％、
Ｐ：０．０３質量％以下、
Ｓ：０．０１質量％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１０質量％、
Ｃｕ：０．０５〜２．０質量％、
Ｎｉ：０．０５〜２．０質量％、
Ｃｒ：０．０５〜０．３質量％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５質量％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなると共に、Ｃの含有量［Ｃ］とＣｒの含有量［Ｃｒ］の比：［Ｃ］／［Ｃｒ］が０．２０〜５．０であり、かつ、面積率でフェライトを２０％以上を含むと共にパーライトもしくはベイナイトを５％以上含む組織であることを特徴とする。

上記耐酸鋼材は、さらに、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５質量％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５質量％の１種以上を含有していてもよい。上記耐酸鋼材は、さらに、Ｎｂ：０．００１〜０．１質量％、Ｚｒ：０．００１〜０．１質量％、Ｈｆ：０．００１〜０．１質量％の１種以上を含有していてもよい。上記耐酸鋼材は、さらに、Ｂ：０．０００１〜０．００５質量％、Ｖ：０．００１〜０．１質量％の１種以上を含有していてもよい。

また、本発明に係る燃焼・焼却設備の排ガス関連低温部材は、上記いずれかに記載の耐酸鋼材を用いて構成された燃焼・焼却設備の排ガス関連低温部材である。

本発明に係る耐酸鋼材は、硫酸および／または塩酸に曝される環境での耐食性に優れており、よって、このような環境で使用される鋼材として好適に用いることができ、その耐久性の向上がはかれる。本発明に係る燃焼・焼却設備の排ガス関連低温部材は、硫酸および／または塩酸に曝される環境での耐食性に優れており、よって、このような環境で使用される部材として好適に用いることができ、その耐久性の向上がはかれる。

本発明の実施例に係る腐食試験用試験片（テストピース）を示す正面図である。

低合金鋼が硫酸や塩酸に曝された場合、鋼中のフェライトがアノード反応サイト、セメンタイト（Fe₃C）がカソード反応サイトとなって腐食反応が進む。耐食性向上の手法として、鋼にＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどを添加することによって、フェライトの活性度が減少して、アノード反応が抑制されることは知られている。

本発明者は、Ｃｕ、ＮｉおよびＴｉを適量添加した鋼において、さらに、Ｃｒの添加量およびＣとＣｒとの比を適正に調整することによって、酸溶液中のアノード反応およびカソード反応が顕著に起こり難くなり、腐食が顕著に抑制されることを見出した。Ｃｒは鋼中において、一部はフェライトに固溶し、一部は炭化物を生成する。このような腐食抑制効果は、Ｃｕ、ＮｉおよびＴｉが適度に固溶したフェライトにさらにＣｒが微量に固溶することによるアノード反応抑制とセメンタイト中でＣｒ炭化物が生成されることによるカソード反応抑制との相乗作用によって発現されるものと考えられる。このような相乗効果は、フェライトへのＣｒ固溶とＣｒ炭化物生成のバランスにより発現されるものであり、Ｃｕ、ＮｉおよびＴｉの添加量が適正でない場合にはフェライトへのＣｒ固溶とＣｒ炭化物生成のバランスが崩れて顕著な腐食抑制効果は得られない。

以上のような耐食性向上効果は、Ｃ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒの添加量に加えて、ＣとＣｒとの比を適正に調整することによって発現されるものであるが、ＭｇやＣａの適量を複合添加することがさらに有効である。ＭｇやＣａは腐食先端のｐＨを緩和させること、すなわち水素イオン濃度を下げる（ｐＨを上昇させる）ことによってカソード反応の抑制効果がより一層向上すると考えられる。上述の添加元素に加えて、Ｎｂ、Ｚｒ，Ｈｆの適量を複合添加することによっても、耐食性向上はさらに大きくなることも見出した。これらの元素は酸化物として表面に緻密なさび皮膜を形成して、耐食性向上効果を促進するものと考えられる。

以上の耐食性向上効果を用いることによって、環境負荷の面からあまり推奨されないＳｂやＳｎなどの添加元素を用いなくとも前記課題を解決できることを見出した。また、構造材料として必要な機械特性や溶接性を満足させるためには、上述の元素に加えて、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｐ、Ｓの添加量を適切に調整することも必要である。

本発明に係る耐酸鋼材の成分範囲などの限定理由等について、以下説明する。

Ｃ：０．０４〜０．３０質量％
Ｃは、耐食性向上に寄与するＣｒ炭化物を生成するのに必要であることに加えて、材料の強度確保のためにも必要な元素である。このような効果を得るためには、Ｃを０．０４質量％（質量％を、以下、％という）以上含有させる必要がある。しかし、Ｃを過剰に含有させると、酸溶液中でのカソードサイトとして作用するセメンタイトの生成量が多くなって、腐食反応を促進して、耐食性が劣化することに加えて、靱性も劣化する。このようなＣの悪影響を避けるためには、Ｃ含有量は０．３０％以下とする必要がある。こうしたことから、Ｃ含有量の範囲は０．０４〜０．３０％とした。尚、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０４５％であり、より好ましくは０．０５％以上とするのが良い。また、Ｃ含有量の好ましい上限は０．２９％であり、より好ましくは０．２８％以下とするのが良い。

Ｓｉ：０．０５〜１．０％
Ｓｉは、脱酸と強度確保のための必要な元素であり、０．０５％に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし、１．０％を超えて過剰に含有させると溶接性が劣化する。尚、Ｓｉ含有量のより好ましい下限は０．０８％であり、さらに好ましい下限は０．１０％である。また、Ｓｉ含有量のより好ましい上限は０．９５％であり、さらに好ましい上限は０．９０％である。

Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸および強度確保のために必要であり、０．１％に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし、２．０％を超えて過剰に含有させると靱性が劣化する。尚、Ｍｎ含有量のより好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましい下限は０．２０％である。また、Ｍｎ含有量のより好ましい上限は１．９％であり、さらに好ましい上限は１．８％である。

Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、過剰に含有させると靭性や溶接性を劣化させる元素であり、Ｐの許容される含有量は０．０３％までである。Ｐ含有量は出来る限り少ない方が好ましく、より好ましい上限は０．０２８％であり、さらに好ましくは０．０２５％以下とするのが良い。

Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、Ｐと同様に含有量が多くなると靭性や溶接性を劣化させる元素であり、許容される含有量は０．０１％までである。Ｓのより好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％以下とするのが良い。

Ａｌ：０．００５〜０．１０％
Ａｌは、Ｓｉ、Ｍｎと同様に脱酸および強度確保のために必要である。これらの効果を発揮させるためには、０．００５％以上が必要である。しかし、０．１０％を超えて添加すると溶接性を害するため、Ａｌ添加量の範囲は０．００５〜０．１０％とした。尚、Ａｌ含有量のより好ましい下限は０．００８％であり、さらに好ましい下限は０．０１０％である。また、Ａｌ含有量のより好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましい上限は０．０８％である。

Ｃｕ：０．０５〜２．０％
Ｃｕは、フェライトに固溶して、アノードの活性度を低下させることに加えて、鋼材表面に緻密なさび皮膜を形成する作用も有しており、耐食性の向上に必要な元素である。このような効果を発揮させるためには、０．０５％以上含有させることが必要であるが、過剰に含有させると溶接性や熱間加工性が劣化することから、２．０％以下とする必要がある。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０６％であり、より好ましい下限は０．０７％である。また、Ｃｕ含有量の好ましい上限は１．９５％であり、より好ましい上限は１．９０％である。

Ｎｉ：０．０５〜２．０％
Ｎｉは、フェライトに固溶して、アノードの活性度を低下させることに加えて、鋼材表面に緻密なさび皮膜を形成する作用も有しており、耐食性の向上に必要な元素である。また、Ｎｉは母材靱性を向上させるのにも有効であり、さらに、Ｃｕによる赤熱脆性を防止するのにも必要な元素である。こうした効果を発揮させるためには０．０５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、添加量が過剰になると溶接性や熱間加工性が劣化することから、２．０％以下とすることが好ましい。Ｎｉを含有させるときのより好ましい下限は０．０６％であり、０．０７％以上がさらに好ましい。Ｎｉを含有させるときのより好ましい上限は１．９５％であり、１．９０％以下がさらに好ましい。

Ｃｒ：０．０５〜０．３％
Ｃｒは、フェライトに固溶してアノード反応抑制し、セメンタイト中でＣｒ炭化物を生成してカソード反応を抑制すると考えられ、耐食性向上に必要な元素である。これらの効果を発揮させるためには、０．０５％以上含有させることが必要であるが、過剰に含有させると、腐食先端のｐＨ低下を招いてかえって耐食性を劣化させることに加えて、溶接性や熱間加工性を劣化させる元素である。このようなＣｒの悪影響を出さないためには、含有量は０．３％以下とする必要がある。Ｃｒ含有量のより好ましい下限は０．０５５％であり、０．０６％以上とすることが更に好ましい。Ｃｒ含有量のより好ましい上限は０．２８％であり、０．２６％以下とすることが更に好ましい。

Ｔｉ：０．００５〜０．０５％
Ｔｉは、ＣｕやＮｉと同様にフェライトに固溶して、アノードの活性度を低下させることに加えて、鋼材表面に緻密なさび皮膜を形成する作用も有しており、耐食性の向上に必要な元素である。このような効果を発揮させるためには０．００５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、添加量が過剰になると溶接性や熱間加工性が劣化することから、０．０５％以下とすることが好ましい。Ｔｉを含有させるときのより好ましい下限は０．００６％であり、さらに好ましい下限は０．００７％である。Ｔｉを含有させるときのより好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましい上限は０．０４％である。

Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％
本発明の第２発明に係る耐酸鋼材では、更にＭｇ：０．０００３〜０．００５％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％の１種以上を含有させる。この理由等について、以下説明する。ＭｇおよびＣａは、酸溶液中、特に塩化物を含む酸溶液中において、錆び中のｐＨを上昇させる作用を有しており、カソード反応を抑制して耐食性を向上するのに有効な元素である。こうした作用は、０．０００３％以上含有させることによって有効に発揮される。しかしながら、０．００５％を越えて添加すると加工性と溶接性とを劣化させる。このような理由で、添加量は各々０．０００３〜０．００５％の範囲が適正である。ＭｇとＣａ添加量のより好ましい下限は各々０．０００４％であり、さらに好ましい下限は各々０．０００５％である。また、ＭｇとＣａ添加量のより好ましい上限は各々０．００４５％であり、さらに好ましい上限は各々０．００４％である。

Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｚｒ：０．００１〜０．１％、Ｈｆ：０．００１〜０．１％
本発明の第３発明に係る耐酸鋼材では、更にＮｂ：０．００１〜０．１％、Ｚｒ：０．００１〜０．１％、Ｈｆ：０．００１〜０．１％の１種以上を含有させる。この理由等について、以下説明する。Ｎｂ、ＺｒおよびＨｆは酸化物として表面に緻密なさび皮膜を形成して耐食性に寄与する元素であり、特に硫酸塩を含む酸溶液中での耐食性を著しく向上させるのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには０．００１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、添加量が過剰になると溶接性や熱間加工性が劣化することから、０．１％以下とすることが好ましい。Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆのより好ましい下限は各々０．００３％であり、さらに好ましい下限は各々０．００５％である。また、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆのより好ましい上限は各々０．０９５％であり、さらに好ましい上限は各々０．０９％である。

Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１％
本発明の第４発明に係る耐酸鋼材では、さらにＢ：０．０００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１％の１種以上を含有させる。この理由等について以下説明する。ＢおよびＶは強度向上に有効な元素である。このような作用を得るためには、Ｂは０．０００１％以上、Ｖは０．００１％以上含有させる必要がある。しかし、過剰に勧誘させると母材靭性が劣化するため、Ｂを含有させる場合には０．００５％以下、Ｖを含有させる場合には０．１％以下とする必要がある。尚、Ｂを含有させる場合のより好ましい下限は０．０００２％であり、さらに好ましい下限は０．０００３％である。また、Ｂ添加量のさらに好ましい上限は０．００４５％以下であり、さらに好ましい上限は０．００４％である。Ｖを含有させる場合のより好ましい下限は０．００２％であり、さらに好ましい下限は０．００３％である。また、Ｖ添加量のさらに好ましい上限は０．０９５％以下であり、さらに好ましい上限は０．０９％である。

本発明に係る耐酸鋼材は、Ｃ：０．０４〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。また、本発明に係る耐酸鋼材は、更に（上記成分と共に）、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％の１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるものであってもよい。また、本発明に係る耐酸鋼材は、更に（上記成分と共に）、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｚｒ：０．００１〜０．１％、Ｈｆ：０．００１〜０．１％の１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるものであってもよい。また、本発明に係る耐酸鋼材は、更に（上記成分と共に）、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１％の１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるものであってもよい。このとき、不可避的不純物は鋼材の諸特性を害さない程度に含有することができ、合計で０．１％以下、好ましくは０．０９％以下におさえることによって、本発明の耐食性発現効果を極大化することができる。

［Ｃ］／［Ｃｒ］：０．２０〜５．０
本発明の効果を得るためには、Ｃの含有量［Ｃ］とＣｒの含有量［Ｃｒ］の比、即ち、［Ｃ］／［Ｃｒ］を適切に調整する必要がある。Ｃｒは鋼中において、一部はフェライトに固溶し、一部は炭化物を生成する。［Ｃ］／［Ｃｒ］比が０．２０に満たない場合には、Ｃｒの量に対するＣの量が少ないため、耐食性向上に寄与するＣｒ炭化物が生成せず、セメンタイトのカソード反応抑制効果が得られない。また、［Ｃ］／［Ｃｒ］比が５．０を超えると、Ｃの量に対すＣｒの量が少ないため、Ｃｒはすべて炭化物となって、フェライトへ固溶するＣｒがなくなるため、Ｃｒ固溶によるフェライトのアノード反応抑制効果が得られない。このような理由から、［Ｃ］／［Ｃｒ］比は０．２０〜５．０とすることが必要である。なお、［Ｃ］／［Ｃｒ］比のより好ましい下限は０．２２であり、より好ましい上限は４．８である。

組織
本発明の効果はフェライトおよびセメンタイトの腐食反応性を制御することにより得られるものであり、鋼材にはこれらが含まれる必要がある。アノード反応抑制効果が作用するフェライトは面積率で20％以上必要であり、これに満たない場合には腐食抑制効果が不十分となる。また、カソード反応抑制効果が作用するセメンタイトは、パーライトもしくはベイナイトとして面積率で５％以上存在する必要があり、これに満たない場合には腐食抑制効果が不十分となる。セメンタイトはカソード反応サイトとなるため、腐食抑制の観点からはできる限り少ない方が好ましい。この点から、パーライトもしくはベイナイトとして３５％以下とすることが望ましい。フェライトが多すぎる場合には、固溶したＣｒ濃度が低くなるため、Ｃｒ固溶によるアノード反応抑制効果が得られ難くなる可能性がある。この点から、フェライトは９５％以下とすることが望ましい。

製造方法
本発明に係る耐酸鋼材は、例えば以下の方法により、製造することができる。転炉または電気炉から取鍋に出鋼した溶鋼に対して、ＲＨ真空脱ガス装置を用いて、成分調整・温度調整を含む二次精錬を行う。その後、連続鋳造法、造塊法等の通常の鋳造方法で鋼塊とする。なお脱酸形式としては、機械特性や溶接性の観点でキルド鋼を用いることが好ましく、さらに好ましくはＡｌキルド鋼が推奨される。

このようにして得られた鋼塊を、１０００〜１３００℃の温度域に加熱した後、熱間圧延を行って、所望の寸法形状にすることが好ましい。このとき熱間圧延終了温度を、６５０〜８５０℃に制御し、熱間圧延終了後から５００℃までの冷却速度を０．１〜１５℃／秒以下の範囲に制御することによって、所定の強度特性が得られる。

本発明に係る耐酸鋼材は、前述のような成分、［Ｃ］／［Ｃｒ］比、組織としていることに起因して、溶接性や熱間加工性が通常の機械構造用鋼と同等であって、かつ、硫酸および／または塩酸に曝される環境での耐食性に優れており、よって、このような環境で使用される部材の構成材料として好適に用いることができ、その耐久性の向上がはかれる。本発明に係る燃焼・焼却設備の排ガス関連低温部材は、このような本発明に係る耐酸鋼材を用いて構成されているので、硫酸および／または塩酸に曝される環境での耐食性に優れており、よって、このような環境で使用される部材として好適に用いることができ、その耐久性の向上がはかれる。

本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

〔供試材の作製〕
表１〜２に示す種々の成分組成の鋼材を真空溶解炉により溶製し、５０ｋｇの鋼塊とした。得られた鋼塊を１１５０℃に加熱した後、熱間圧延を行って、板厚１０ｍｍの鋼素材とした。このとき、熱間圧延終了温度は６５０〜８５０℃の範囲、熱間圧延終了後から５００℃までの冷却速度を０．１〜１５℃／秒以下の範囲で適宜調整した。

このようにして得られた鋼素材より、大きさ５０×３０×４（ｍｍ）のテストピースを切り出した。腐食試験時にテストピースを吊り下げるため、端部には大きさ３ｍｍφの穴を開けた。すべてのテストピースは、湿式回転研磨機で SiC＃600 まで全面を研磨し、水洗およびアセトン洗浄をしてから試験に供試した。なお、熱間圧延後に表面より２．５ｍｍの深さにおいて組織観察を行い、すべての鋼材はフェライトの比率が２０％以上であり、かつ、パーライトもしくはベイナイトの比率が５％以上であることを確認した。上記テストピース（腐食試験片）の正面図を図１に示す。

〔腐食試験方法〕
腐食試験として、(1) １mol/L 塩酸、(2) １mol/L 硫酸、(3) 0.5mol/L塩酸＋0.5mol/L硫酸、３種の酸溶液に浸漬する浸漬腐食試験を実施した。試験溶液はすべて30℃であり、浸漬時間はすべて24時間である。試験溶液を入れたビーカーをウォーターバスにより30℃に保持し、そのビーカーに、ナイロン糸を用いてテストピースをつるして浸漬させた。いずれの試験溶液も比液量は試験片１個につき、１Ｌ（リットル）とした。

各溶液中での浸漬腐食試験前後のテストピースの重量変化から腐食量を求めて、耐食性を評価した。腐食試験には、表１に示したＮｏ．１〜５０の鋼材をそれぞれ５枚づつ供試し、腐食量は５枚の平均値として算出した。試験後の重量は、浸漬後のテストピースを水洗およびアセトン洗浄し、乾燥させた後に測定した。

〔試験結果〕
各酸溶液中での浸漬腐食試験結果を表３に示す。腐食速度については、Ｎｏ．１の鋼材の腐食速度を１００としたときの相対値で示している。即ち、この相対値が、例えば３５のものは、Ｎｏ．１の鋼材の腐食速度の３５％の腐食速度であることを示すものである。総合評価としては、各酸溶液中の腐食速度相対値（Ｎｏ．１＝１００）がすべて５０以下のものを○、すべて３０以下のものを◎、すべて２０以下のものを◎◎とした。各酸溶液中の腐食速度相対値が５０超１００未満のものを△、１００のものを×とした。

表３からわかるように、Ｎｏ．１〜９（比較例）の場合は、腐食速度相対値が５０を超えており、耐食性が十分ではない。Ｎｏ．２、及び、Ｎｏ．３の場合、それぞれＣｕおよびＮｉの添加量が少なすぎるため、フェライトへのＣｒ固溶量が多くなって、セメンタイト中でのＣｒ炭化物生成量が少なくなり、腐食反応抑制が不十分であったと考えられる。Ｎｏ．４の場合、Ｃｒ添加量が少なすぎるため、フェライトへのＣｒ固溶量あるいはセメンタイト中でのＣｒ炭化物生成量が少なすぎて、腐食反応抑制が不十分であったと考えられる。Ｎｏ．５の場合、Ｃｒ添加量が多すぎるため、腐食先端のｐＨ低下を招いて腐食が促進されて、本発明の耐食性向上効果が阻害されたと考えられる。Ｎｏ．６の場合、Ｔｉ添加量が少なすぎるため、フェライトへのＴｉ固溶あるいは緻密な表面さび皮膜の形成が不十分であり、耐食性が十分ではないと考えられる。Ｎｏ．７の場合、［Ｃ］／［Ｃｒ］比が０．２０に満たないため、Ｃｒ炭化物が生成せず、セメンタイトのカソード反応抑制効果が得られなかったと考えられる。Ｎｏ．８の場合、［Ｃ］／［Ｃｒ］比が５．０を超えたため、鋼中のＣｒはすべて炭化物となって、フェライトへ固溶するＣｒがなくなるため、Ｃｒ固溶によるフェライトのアノード反応抑制効果が得られなかったと考えられる。Ｎｏ．９の場合、耐食性向上に寄与することが知られているＳｂを添加したが、Ｃｒ添加量と［Ｃ］／［Ｃｒ］比が適正ではないため、耐食性は不十分であった。

これに対し、Ｎｏ．１０〜５０（本発明の実施例）の場合は、いずれも腐食速度相対値が５０以下となっており、耐食性に優れている。これらの優れた耐食性は、Ｃｕ、Ｎｉ、ＣｒおよびＴｉを適量添加することによるアノード反応抑制効果と、ＣとＣｒとの比を適正に調整することによるカソード反応抑制効果の相乗効果をベースとして発現されるものであり、更に、Ｍｇ、Ｃａ、Ｎｂなどの元素添加が腐食抑制に効果的であることが明らかである。以上のように、本発明の実施例に係る耐酸鋼材は、いずれも、裸での耐食性が優れており、硫酸や塩酸などの酸に曝される構造部材として好適である。

本発明に係る耐酸鋼材は、硫酸および／または塩酸に曝される環境での耐食性に優れているので、このような環境で使用される部材の構成材料として好適に用いることができ、その耐久性の向上がはかれて有用である。

Claims

硫酸および／または塩酸に曝される環境で使用される鋼材であって、
Ｃ：０．０５〜０．３０質量％、
Ｓｉ：０．０５〜１．０質量％、
Ｍｎ：０．１〜２．０質量％、
Ｐ：０．０３質量％以下、
Ｓ：０．０１質量％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１０質量％、
Ｃｕ：０．０５〜２．０質量％、
Ｎｉ：０．０５〜２．０質量％、
Ｃｒ：０．０５〜０．３質量％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５質量％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなると共に、Ｃの含有量［Ｃ］とＣｒの含有量［Ｃｒ］の比：［Ｃ］／［Ｃｒ］が０．２０〜５．０であり、かつ、面積率でフェライトを２０％以上を含むと共にパーライトもしくはベイナイトを５％以上含む組織であることを特徴とする耐酸鋼材。
さらに、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５質量％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５質量％の１種以上を含有する請求項１記載の耐酸鋼材。
さらに、Ｎｂ：０．００１〜０．１質量％、Ｚｒ：０．００１〜０．１質量％、Ｈｆ：０．００１〜０．１質量％の１種以上を含有する請求項１または２記載の耐酸鋼材。
さらに、Ｂ：０．０００１〜０．００５質量％、Ｖ：０．００１〜０．１質量％の１種以上を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の耐酸鋼材。
請求項１〜４のいずれかに記載の耐酸鋼材を用いて構成された燃焼・焼却設備の排ガス関連低温部材。