JP6086159B2 - 尿素ｓｃｒ筐体用フェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents

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Description

本発明は、尿素ＳＣＲ触媒担体の筐体に用いるフェライト系ステンレス鋼板に関する。
尿素ＳＣＲ（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ（選択的触媒還元））は、尿素水を分解してできるアンモニア（ＮＨ３）により、触媒を介してＮＯｘを窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に還元して無害化する環境技術であり、主にディーゼルトラック車に用いられている。
この尿素水を高温下で分解してＮＨ３を生成する過程で、アンモニウムカーバメイト（ＮＨ２ＣＯＯＮＨ４）という腐食性の強い物質が生成することが知られている。
従来、尿素ＳＣＲ触媒担体には主にセラミックが用いられており、その円筒形のセラミック製の尿素ＳＣＲ触媒担体は、筐体としてフェライト系ステンレス鋼板で巻かれ、保持されている。そのため、そのフェライト系ステンレス鋼板の内側（セラミック側）は、アンモニウムカーバメイトによる腐食に耐えることが求められている。例えば、特許文献１には、硝酸浸漬酸洗をした１０．０〜２０．０質量％のＣｒを含有するフェライト系ステンレス鋼板を尿素ＳＣＲシステム部品に用いることが記載されている。
特開２０１２−１１２０２５号公報
ところで、尿素ＳＣＲシステムを導入したディーゼルトラック車は、街中の短距離輸送から、遠距離輸送までさまざまな使われ方があり、排気ガスの温度および排気ガス量によって、腐食性のアンモニウムカーバメイトの発生量が異なると推定される。そして、アンモニウムカーバメイトが多く発生する場合には、フェライト系ステンレス鋼板の腐食が進行しやすいと考えられる。
この点、前述した特許文献１のフェライト系ステンレス鋼では、場合によって尿素ＳＣＲ筐体のアンモニウムカーバメイトに対する耐食性が不足して激しい腐食が発生するという問題があり、より耐食性に優れた尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板の提供が希求されていた。
そこで、本発明は、尿素ＳＣＲ環境下での耐食性に優れた尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記課題を解決するために、尿素製造プラント用材料の評価に用いられるＨｕｅｙ試験により尿素環境下での種々の合金元素の耐食性への影響を調査した。その結果、鋼板に２０．５質量％以上のＣｒと０．４０質量％以上のＣｕと適量のＴｉあるいはＮｂとを含有させることにより、尿素ＳＣＲ筐体に使用するのに適した優れた耐食性が得られることを見出した。
その要旨は次の通りである。
［１］質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜０．５０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：２０．５〜２４．０％、Ｃｕ：０．４０〜０．８０％、Ｎｉ：０．０５〜０．６％、Ｎ：０．０２０％以下、を含有し、Ｔｉ：０．０１〜０．４０％、Ｎｂ：０．０１〜０．５５％から選ばれる１種または２種をさらに含有し、残部Ｆｅ及びその他不可避的不純物からなり、Ｔｉ＋Ｎｂ×４８／９３≧８×（Ｃ＋Ｎ） ・・・（１）
（式（１）中のＴｉ、Ｎｂ、ＣおよびＮは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
を満たす尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板。
［２］さらに、質量％で、Ｍｏ：０．０１〜０．２５％を含有する前記［１］に記載の尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板。
［３］さらに、質量％で、Ｖ：０．０１〜０．２０％、Ｚｒ：０．０１〜０．２０％、Ｃａ：０．０００２〜０．００２０％の１種または２種以上を含有する前記［１］または［２］に記載の尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板。
本発明の尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板は、尿素ＳＣＲ環境下での耐食性に優れ、尿素ＳＣＲ筐体の耐久性を向上させることができる。
本発明に係る尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜０．５０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０１〜０．２０％、Ｃｒ：２０．５〜２４．０％、Ｃｕ：０．４０〜０．８０％、Ｎｉ：０．０５〜０．６％、Ｎ：０．０２０％以下、を含有し、Ｔｉ：０．０１〜０．４０％、Ｎｂ：０．０１〜０．５５％から選ばれる１種または２種をさらに含有し、残部Ｆｅ及びその他不可避的不純物からなり、Ｔｉ＋Ｎｂ×４８／９３≧８×（Ｃ＋Ｎ）（式中のＴｉ、Ｎｂ、ＣおよびＮは、各元素の含有量（質量％）を示す。）を満たすことを特徴とする。本発明に係る尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板は、アンモニウムカーバメイトに対する耐食性に優れ、尿素ＳＣＲ筐体の耐久性を向上させることができる。
以下、本発明の尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板（以下、「本発明の鋼板」という）の成分限定理由について説明する。なお、本発明の鋼板中の各成分の「％」は、特に説明のない限り、「質量％」を示す。
［Ｃ：０．０２０％以下］
Ｃは、鋼板の加工性および靱性を低下させる元素であり、Ｃ含有量が０．０２０％を超えると、その悪影響が顕著となるので、Ｃ含有量は０．０２０％以下に限定する。特に、加工性および靱性の観点から、Ｃ含有量は０．０１７％以下とすることが好ましい。また、Ｃ含有量は０．０１２％以下とすることがより好ましい。
［Ｓｉ：０．０１〜０．５０％］
Ｓｉは、脱酸剤として必要な元素である。その効果は、Ｓｉを０．０１％以上含有させることで得られる。しかし、冷延板焼鈍時に酸化して表面にＳｉＯ２皮膜を形成し、酸洗性を低下させることから、Ｓｉ含有量は０．５０％を上限とする。酸洗性の観点からは、Ｓｉ含有量は０．２０％以下とすることが好ましい。
［Ｍｎ：０．０１〜０．５０％］
Ｍｎは、脱酸剤として必要な元素である。その効果は、Ｍｎを０．０１％以上含有させることで得られる。しかし、過剰に添加すると鋼板の加工性を低下させることから、Ｍｎ含有量は０．５０％以下に限定する。鋼板の加工性の観点からは、Ｍｎ含有量は０．３０％以下とすることが好ましく、また、０．２０％以下とすることがより好ましい。
［Ｐ：０．０４０％以下］
Ｐは、鋼板の加工性および靭性を低下させる元素であり、出来る限り低い方が好ましく、Ｐ含有量は０．０４０％以下とする。より好ましくは、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。
［Ｓ：０．０１０％以下］
Ｓは、靭性を低下させる元素であり、出来る限り低い方が好ましく、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。靭性の観点からは、Ｓ含有量を０．００６％以下にすることが好ましい。
［Ａｌ：０．０１〜０．２０％］
Ａｌは脱酸剤として有効な元素である。その効果はＡｌを０．０１％以上含有させることで得られる。しかし、Ａｌを過剰に含有すると、Ａｌ２Ｏ３介在物の過度の生成によりヘゲ疵等が発生し表面品質が低下するため、Ａｌ含有量は０．２０％以下に限定する。表面品質の観点からは、Ａｌ含有量は０．０５％以下とすることが好ましい。
［Ｃｒ：２０．５〜２４．０％］
Ｃｒは、ステンレス鋼板の表面に生成する不動態皮膜を強化させて腐食の発生を抑制し、本発明の特徴である尿素ＳＣＲ環境下でのアンモニウムカーバメイトに対する耐食性の向上に有効な元素成分である。十分な耐食性を得るためには、２０．５％以上のＣｒ含有量が必要であり、Ｃｒ含有量は２０．５％を下限とする。さらに好ましくは、Ｃｒ含有量は２１．０％以上である。一方、Ｃｒは、鋼板の靱性を低下させ、特に２４．０％を超えてＣｒを含有すると靱性の低下が著しくなるため、Ｃｒ含有量は２４．０％以下に限定する。靱性の観点から、Ｃｒ含有量は２２．０％以下とすることが好ましい。
また、本発明者らは、鋼板に２０．５％以上２４．０％以下のＣｒと、後述のように０．４０％以上０．８０％以下のＣｕとを併用して含有させることで、Ｃｒが腐食の発生を抑制し、Ｃｕが腐食の進行を抑制し、それらの相乗効果により、鋼板がアンモニウムカーバメイトに対する耐食性に非常に優れることを見出した。
［Ｃｕ：０．４０〜０．８０％］
Ｃｕは、腐食により孔食が発生した場合に孔食の拡大（腐食の進行）を抑制する作用があり、尿素ＳＣＲ環境下でのアンモニウムカーバメイトに対する耐食性向上に特に有効な元素成分である。その効果は、Ｃｕを０．４０％以上含有させることで得られる。一方、Ｃｕを０．８０％を超えて含有すると靱性を低下させるため、Ｃｕは０．８０％以下含有させる。靭性の観点からは、Ｃｕは０．６０％以下含有させることが好ましい。
［Ｎｉ：０．０５〜０．６％］
Ｎｉは、耐食性および靭性を向上させる効果を持ち、その効果は、Ｎｉを０．０５％以上含有させることで得られる。しかし、原料コストが高いため、Ｎｉ含有量は０．６％以下とする。
［Ｎ：０．０２０％以下］
Ｎは、Ｃと同様に加工性および靱性を低下させる元素であり、Ｎ含有量が０．０２０％を超えるとその悪影響が顕著となるので、０．０２０％以下に限定する。特に、加工性および靱性の観点から、Ｎ含有量は０．０１５％以下とすることが好ましく、０．０１２％以下とすることがより好ましい。
［Ｔｉ：０．０１〜０．４０％、Ｎｂ：０．０１〜０．５５％から選ばれる１種または２種］かつ［Ｔｉ＋Ｎｂ×４８／９３≧８×（Ｃ＋Ｎ）］
ＴｉおよびＮｂは炭窒化物を形成し、Ｃｒが炭素および窒素と結びついて耐食性を低下させる鋭敏化現象を抑制する。その効果は、Ｔｉ含有量あるいはＮｂ含有量を０．０１％以上とし、
Ｔｉ＋Ｎｂ×４８／９３≧８×（Ｃ＋Ｎ） ・・・（１）
を満たすようにすることで得られる（式（１）中のＴｉ、Ｎｂ、ＣおよびＮは、各元素の含有量（質量％）を示す。）。また、鋭敏化抑制の観点からは、（１）式を満たすとともに、Ｔｉ含有量を０．２０％以上とするか、Ｎｂ含有量を０．３０％以上とすることが好ましい。しかし、Ｔｉ、Ｎｂを過度に含有しても、鋭敏化抑制効果が飽和するだけでなく、靭性の低下を招くため、Ｔｉ含有量は０．４０％以下、Ｎｂ含有量は０．５５％以下とする。靭性の観点からはＴｉ含有量は０．３５％以下、Ｎｂ含有量は０．４５％以下とすることが好ましい。
本発明の鋼板は、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
また、本発明においては、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃａは必須成分ではないが、以下の目的で、また、以下の範囲で含有することができる。
［Ｍｏ：０．０１〜０．２５％］
Ｍｏは耐食性の向上に有効な元素であり、その効果は、Ｍｏの０．０１％以上の含有で得られる。しかし、０．２５％を超えてＭｏを含有させると靱性を低下させることがあるため、Ｍｏを含有させる場合には、Ｍｏ含有量は０．０１〜０．２５％とする。
［Ｖ：０．０１〜０．２０％］
Ｖは含有させることにより加工性を高くする元素である。その効果は、Ｖを０．０１％以上含有させることで得られる。しかし、０．２０％を超えてＶを含有させると表面欠陥が発生し、表面性状を低下させる場合があるので、Ｖを含有させる場合には、Ｖ含有量は０．０１〜０．２０％とする。
［Ｚｒ：０．０１〜０．２０％］
Ｚｒは含有させることにより加工性を高くする元素である。その効果は、Ｚｒを０．０１％以上含有させることで得られる。しかし、０．２０％を超えてＺｒを含有させると表面欠陥が発生し、表面性状を低下させる場合があるので、Ｚｒを含有させる場合は、Ｚｒ含有量は０．０１〜０．２０％とする。
［Ｃａ：０．０００２〜０．００２０％］
Ｃａは、脱酸効果があり、必要に応じて含有させる。その効果を得るためには、Ｃａ含有量は、０．０００２％以上とし、好ましくは０．０００５％以上とする。しかしながら、０．００２０％を超えてＣａを含有しても脱酸効果が飽和するばかりでなく、Ｃａが介在物となり、ヘゲ疵を発生させ表面性状を低下させる場合があるため、Ｃａを含有する場合は、Ｃａ含有量は、０．００２０％以下とする。
［製造方法］
本発明の尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板を製造する方法は、溶鋼の段階で上述のように溶鋼の組成を成分調整する以外は、特に限定されず、フェライト系ステンレス鋼板の製造に一般的に採用されている方法を適用することができる。
上記製造方法における、好ましい製造条件について以下説明する。
鋼を溶製する製鋼工程は、転炉あるいは電気炉等で溶解した鋼をＶＯＤ法等により二次精錬し、上記必須成分および必要に応じて添加される成分を含有する鋼とするのが好ましい。溶製した溶鋼は、公知の方法で鋼素材（スラブ）とすることができるが、生産性および品質面からは、連続鋳造法によるのが好ましい。鋼素材は、その後、１０００〜１２５０℃に加熱され、熱間圧延により所望の板厚の熱延板とされる。もちろん、板材以外の形状に熱間加工してもよい。こうして得られた熱延板は、その後８５０〜１１００℃の温度で連続焼鈍を施した後、酸洗等により脱スケールしてもよい。また、焼鈍後の冷却速度は特に制限はしないが、なるべく短時間で冷却することが望ましい。なお、必要に応じて、酸洗前にショットブラストによりスケールを除去してもよい。
さらに、上記熱延焼鈍板又は熱延板を、冷間圧延等の工程を経て冷延製品としてもよい。この場合の冷間圧延は、１回でもよいが、生産性や要求品質上の観点から中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延としてもよい。１回または２回以上の冷間圧延工程の総圧下率は６０％以上が好ましく、より好ましくは７０％以上である。冷間圧延した鋼板は、その後、好ましくは８５０〜１１５０℃、さらに好ましくは９００〜１１００℃の温度で連続焼鈍（仕上焼鈍）し、酸洗し、冷延製品とするのが好ましい。ここでも、焼鈍後の冷却速度は特に制限はしないが、なるべく大きくすることが望ましい。さらに用途によっては、仕上げ焼鈍後、スキンパス圧延等を施して、鋼板の形状や表面粗度、材質調整を行ってもよい。
以下実施例に基づいて本発明を説明する。実施例として、以下の方法で供試材となる冷延板を得た。
表１に示す化学組成を有する５０ｋｇ鋼塊を真空溶解炉で溶製し、１２００℃に加熱後リバース圧延機による熱間圧延により厚さ３ｍｍの熱延板とし、９３０〜１１００℃で焼鈍した後、酸洗で脱スケールし熱延酸洗板とした。次にその熱延酸洗板を、リバース圧延機による冷間圧延により板厚１．０ｍｍとし，８８０〜９７０℃での仕上げ焼鈍を行った後、６０℃の混酸（硝酸１０質量％＋ふっ酸３質量％）に浸漬して脱スケールし、冷延板を得た。
尿素ＳＣＲ環境での耐食性を調べるために、上記の冷延板である供試材についてＪＩＳ
Ｚ ０５７３（ステンレス鋼の６５％硝酸腐食試験方法）に準拠した試験を行い、４８時間の腐食速度（ｇ／ｍ２／ｈ）を求めた。腐食速度が０．３５ｇ／ｍ２／ｈ以下のものを合格と判定した。結果を表１に示す。
Figure 0006086159
本発明例は尿素ＳＣＲ腐食試験に全て合格し、優れた耐食性を示すことがわかった。一方、Ｃｕ含有量が本発明の成分範囲より少ないＮｏ．１３、Ｃｒ含有量が本発明の成分範囲より少ないＮｏ．１４、ＴｉあるいはＮｂ含有量が本発明の式（１）で表される「Ｔｉ＋Ｎｂ×４８／９３≧８×（Ｃ＋Ｎ）」を満たさないＮｏ．１５およびＮｏ.１６は、尿素ＳＣＲ腐食試験で不合格であった。このように、本発明鋼が尿素ＳＣＲ環境での耐食性に優れていることが分かった。
以上説明したように、本発明の鋼板は、尿素ＳＣＲ環境での耐食性に優れるため、尿素ＳＣＲ触媒担体を保持する筐体材料として好適である。

Claims (3)

  1. 質量％で、
    Ｃ：０．０２０％以下、
    Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、
    Ｍｎ：０．０１〜０．５０％、
    Ｐ：０．０４０％以下、
    Ｓ：０．０１０％以下、
    Ａｌ：０．０１〜０．２０％、
    Ｃｒ：２０．５〜２４．０％、
    Ｃｕ：０．４０〜０．８０％、
    Ｎｉ：０．０５〜０．６％、
    Ｎ：０．０２０％以下、
    を含有し、
    Ｔｉ：０．０１〜０．４０％、Ｎｂ：０．０１〜０．５５％から選ばれる１種または２種をさらに含有し、
    残部Ｆｅ及びその他不可避的不純物からなり、
    Ｔｉ＋Ｎｂ×４８／９３≧８×（Ｃ＋Ｎ） ・・・（１）
    （式（１）中のＴｉ、Ｎｂ、ＣおよびＮは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
    を満たす尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板。
  2. さらに、質量％で、Ｍｏ：０．０１〜０．２５％を含有する請求項１に記載の尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板。
  3. さらに、質量％で、
    Ｖ：０．０１〜０．２０％、
    Ｚｒ：０．０１〜０．２０％、
    Ｃａ：０．０００２〜０．００２０％の１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載の尿素ＳＣＲ筐体用フェライト系ステンレス鋼板。
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