JP6086134B1 - 耐エタノール孔食性に優れた構造用鋼材 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Cは、鋼の強度確保に必要な元素であり、ベイナイト相の生成にも寄与する。本発明で目標とする強度(TS:400MPa以上)を確保する観点、及び目標とするベイナイト相面積率を確保する観点から、少なくともCを0.03%含有する。一方、C含有量が0.3%を超えると溶接性が低下し、溶接の際に制限が加わるため、0.3%を上限とした。好ましくはC含有量は0.03〜0.25%の範囲である。
Siは、脱酸のため添加するが、含有量が0.01%未満では脱酸効果に乏しい。よって、Si含有量の下限は0.01%とし、好ましくは0.03%、より好ましくは0.05%である。一方、Si量が1.0%を超えると靭性や溶接性を劣化させる。よって、Si含有量の上限は1.0%とし、好ましくは0.8%、より好ましくは0.5%である。
Mnは、強度、およびベイナイト相を確保するために含有するが、0.1%未満ではその効果が十分でない。一方、Mn含有量が2.0%を超えると溶接性が劣化する。このため、Mn含有量は0.1〜2.0%とする。なお、ベイナイト相を安定的に得る観点から、Mn含有量は好ましくは0.3%以上である。さらに溶接性も考慮した場合、Mn含有量は好ましくは0.3〜1.6%の範囲である。
Pは、不可避的に含有され、靭性及び溶接性を劣化させるため、P含有量は0.03%以下に抑制するものとした。なお、好ましくはP含有量は0.025%以下である。
Sは本発明の鋼材において耐孔食性に悪影響を及ぼす元素である。Sは、不可避的に含有され、含有量が多くなると靱性及び溶接性が低下するだけでなく、MnSなどの腐食起点となる介在物が増加して、孔食が促進される。そのためS含有量は極力低減することが望ましく、0.010%以下であれば許容できる。なお、好ましくはS含有量は0.005%以下である。
Alは、脱酸剤として添加するが、0.005%未満の含有量では脱酸不足により、靱性が低下する。よって、Al含有量の下限は0.005%とし、好ましくは0.010%である。一方、Alの過剰添加は、溶接金属部の靭性を低下させる。そのためAl含有量は0.1%を上限とし、好ましい上限は0.070%である。
Nは本発明の鋼材において耐孔食性に悪影響を及ぼす元素であり、不可避的に含有される。0.008%を超えるN含有では、粗大なAlNの形成を促進することとなる。粗大AlNは腐食起点として作用するため、耐孔食性が劣化する。このため、Nは0.008%以下に限定した。なお、好ましくはN含有量は0.007%以下である。一方、Nの0.001%未満への低減は、脱ガスの能力上困難であるので、その含有量の下限を0.001%とする。
Cu、Ni、Sb、Sn、W、Moは耐孔食性や強度を更に向上させる目的で、1種または2種以上を含有させることができる。この効果は各元素について0.01%以上の含有により発現する。しかしながら、いずれの元素も多く含有させた場合に、溶接性や靱性を劣化させ、コストの観点からも不利になる。このため、Cuを0.01〜1.0%、Niを0.01〜1.0%、Sbを0.01〜0.5%、Snを0.01〜0.5%、Wを0.01〜1.0%、Moを0.01〜1.0%の範囲とした。
Ti、Zr、Nb、Vは目的とする強度を確保するために、1種または2種以上を含有させることができる。しかしながら、いずれの元素も多く含有させた場合に、靱性と溶接性を劣化させる。このことから、各元素について含有量を0.005〜0.1%の範囲とした。なお、各元素の含有量について、好ましくは0.005〜0.05%の範囲である。
Ca、Mg、REMは溶接部の靱性を確保する目的で、1種または2種以上を含有させることができる。また、前述のようにMnSは孔食の起点として有害であり、これを低減する観点、また、鋼中硫化物の形態・分散制御の観点からCa、Mg、REMは有効な元素である。しかしながら、含有量が多い場合には、逆に、溶接部靱性劣化や耐孔食性劣化、コスト増加を招く。このため、Ca含有量は0.0001〜0.01%、Mg含有量は0.0001〜0.02%、REM含有量は0.001%〜0.2%の範囲とする。
Bは鋼材の焼入性を向上させる元素である。また、鋼材の強度を確保する目的でBを含有させることができる。しかしながら過剰に含有した場合、靱性の大幅な劣化を招く。強度向上効果は0.0001%未満では乏しく、靱性劣化効果は0.03%を超えた場合に顕著となるため、B含有量は0.0001〜0.03%の範囲とした。
Crは、バイオエタノール環境での鋼材の耐孔食性に影響を及ぼす元素である。Crは鋼材表面の酸化被膜を強化する働きがあり、耐孔食性を向上させる目的で含有させることができる。この効果は0.01%以上の含有により発現する。しかしながら、Crを多量含有した場合は、溶接部特性が大きく劣化してしまう。そのためCr含有量は0.01〜0.5%の範囲とした。
本発明の鋼材において、上記以外の成分は、Feおよび不可避的不純物である。
本発明においては、鋼材の耐孔食性を改善するうえで、フェライト相の低減が必須となる。フェライト相は鋼材の靱性向上に有効に働く一方、フェライト粒界がバイオエタノール環境での腐食の起点として作用するため鋼材の耐孔食性を劣化させる。鋼材の靱性確保の観点を踏まえて、80%以下の面積率であれば許容できる。フェライト相の面積率は、好ましくは70%未満であり、より好ましくは50%未満である。なお、フェライト相の面積率は0%でもよい。
本発明においては、所望の組織(フェライト相:組織全体に対する面積率で80%以下、ベイナイト相:組織全体に対する面積率で20%以上)を有する鋼材が得られる限りその製造方法については特に限定されないが、その一例を以下に記す。
Ar3(℃)=910−273C%−74Mn%−56Ni%−16Cr%−9Mo%−5Cu%−1620Nb%・・・式(1)
−鋼板における面積率の測定−
上記により得られた鋼板から圧延方向に平行な、板厚の1/4の位置における鋼板面について、上述の方法により500倍の倍率で組織写真を10視野撮影し、各相の面積率を求め、その平均値を算出した。各相の面積率の求め方は次の通りである。
上記により得られた鋼板から試験材を採取し、腐食試験を行った。腐食試験方法を以下に示す。すなわち、鋼板から、10mm×25mm×3.5mmtに切り出し、両面を番手2000の研磨面で仕上げ、アセトン中で超音波脱脂を5分間行い、風乾して試験材とした。
(1)含水バイオエタノール模擬液
エタノール:960mlに対して、水:40ml、酢酸:30mg、NaCl:1.32mgを添加した含水バイオエタノール模擬液と、
(2)無水バイオエタノール模擬液
エタノール:985mlに対して、水:10ml、メタノール:5ml、酢酸:56mg、NaCl:53mgを添加した無水バイオエタノール模擬液と、を使用した。
測定した最大孔食深さを基に、以下の基準で耐孔食性を評価した。
−含水バイオエタノール模擬液環境−
○:70μm未満
△:70μm以上100μm未満
×:100μm以上
−無水バイオエタノール模擬液環境−
○:20μm未満
△:20μm以上30μm未満
×:30μm以上
そのうえで○を2点、△を1点、×を0点として、2種類の模擬液環境で得られた点数の合計点数から、総合的な耐孔食性評価を以下の基準で行った。得られた結果を表2に記載する。
◎:合計4点(より好ましい)
○:合計3点(合格)
△:合計2点
×:合計1点もしくは0点
Claims (6)
- バイオエタノールと直接接触する部位に用いる構造用鋼材であって、
質量%で、
C:0.03〜0.3%、
Si:0.01〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.005〜0.1%および
N:0.001〜0.008%
を含有し、さらに、
Sb:0.01〜0.5%および
Sn:0.01〜0.5%のうちから選んだ1種または2種を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、板厚方向において表面から1/4位置における組織は、面積率で、フェライト相が80%以下、且つベイナイト相が20%以上である耐エタノール孔食性に優れた構造用鋼材。 - 前記組成に加えて、さらに質量%で、
Cu:0.01〜1.0%、
Ni:0.01〜1.0%、
W:0.01〜1.0%、および
Mo:0.01〜1.0%
のうちから選んだ1種または2種以上を含有する請求項1に記載の耐エタノール孔食性に優れた構造用鋼材。 - 前記組成に加えて、さらに質量%で、
Ti:0.005〜0.1%、
Zr:0.005〜0.1%、
Nb:0.005〜0.1%、および
V:0.005〜0.1%
のうちから選んだ1種または2種以上を含有する請求項1または2に記載の耐エタノール孔食性に優れた構造用鋼材。 - 前記組成に加えて、さらに質量%で、
Ca:0.0001〜0.01%、
Mg:0.0001〜0.02%、および
REM:0.001〜0.2%
のうちから選んだ1種または2種以上を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の耐エタノール孔食性に優れた構造用鋼材。 - 前記組成に加えて、さらに質量%で、
B:0.0001〜0.03%
を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の耐エタノール孔食性に優れた構造用鋼材。 - 前記組成に加えて、さらに質量%で、
Cr:0.01〜0.5%
を含有する請求項1〜5のいずれかに記載の耐エタノール孔食性に優れた構造用鋼材。
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