JP6173567B2 - 耐酸露点腐食性に優れた鋼板の製造方法 - Google Patents

耐酸露点腐食性に優れた鋼板の製造方法 Download PDF

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Description

硫黄酸化物や塩化水素を含むガスと接触する部材の表面では、ガスの露点より低温状態においていわゆる「硫酸凝結」あるいは「塩酸凝結」が生じる。その部材が金属である場合には硫酸あるは塩酸を含む凝結水によって腐食が進行し問題となることがある。このような凝結水中の酸による腐食を本明細書では「酸露点腐食」と呼んでいる。本発明は酸露点腐食に対する抵抗力を付与した鋼、およびそれを用いた排ガス流路構成部材に関する。
火力発電所や廃棄物焼却施設の燃焼排ガスは主に、水分、硫黄酸化物（二酸化硫黄、三酸化硫黄）、塩化水素、窒素酸化物、二酸化炭素、窒素、酸素などで構成されている。特に排ガス中に三酸化硫黄が１ｐｐｍでも含まれていると排ガスの露点は１００℃以上に達することが多く、硫酸凝結が生じやすい。また、石炭焚火力発電所の排ガスや、廃棄物焼却施設（都市ごみ焼却施設や産業廃棄物焼却施設）の排ガスには塩化水素が相当量含まれており、塩酸凝結も生じやすい。
硫酸凝結が生じる温度（硫酸露点）および塩酸凝結が生じる温度（塩酸露点）は、燃焼排ガス組成によって変動する。一般に硫酸露点は１００〜１５０℃程度、塩酸露点は５０〜８０℃程度となることが多く、同じ燃焼設備の排ガス流路であっても、硫酸露点腐食支配の部位と塩酸露点腐食支配の部位が生じうる。このため排ガス流路のなかでも比較的低温となる金属部材（例えば煙道のダクト壁や煙突を構成する部材、集塵器部材、排ガスの熱を利用するための熱交換部材など）には、耐硫酸露点腐食と耐塩酸露点腐食の両方に優れた材料を適用する必要がある。
耐酸露点腐食性を改善した鋼としてＳｂ添加鋼が知られている（特許文献１、２）。特に耐硫酸露点腐食性と耐塩酸露点腐食性の両方を改善するためには、Ｓｂと、ＣｕあるいはさらにＭｏの複合添加が効果的であるとされる（特許文献２）。
しかし、Ｓｂは高価な元素であり鋼材のコスト増を招く要因となるとともに、鋼材原料としてＳｂを多量に消費する場合には原料調達面において不安がある。また、Ｓｂ添加により鋼の熱間加工性が低下する。
耐酸性に優れる材料としてはステンレス鋼があるが、酸の濃度や温度によってはＳｂ添加鋼より腐食が進行しやすい場合もある。ステンレス鋼は高価であるとともに酸露点腐食に対して万全な材料であるとは言えない。
一方、本発明者らの検討によれば、ＣｒやＭｏの添加量を厳密に制御することにより、Ｓｂ添加に頼ることなく耐硫酸腐食性と耐塩酸腐食性の両方の特性を改善することが可能となる（特許文献３）。
特公昭４３−１４５８５号公報 特開２００３−２１３３６７号公報 特開２０１２−５７２２１号公報
特許文献３の技術に従えばＳｂ添加鋼と同等の耐酸露点腐食性を有する鋼が実現できる。しかし、そのような優れた耐酸露点腐食性が得られるＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量範囲が狭く、製造上の歩留低下や製造性低下に伴う製造コストの上昇を招いていた。また、昨今では耐酸露点腐食性レベルの更なる向上も望まれている。
本発明は、耐酸露点腐食性のレベルを向上させ、特許文献３に開示の鋼板と同等以上の優れた耐酸露点腐食性を、より広い組成範囲で安定して実現する技術を開示しようというものである。
発明者らは詳細な研究の結果、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏを複合添加し、それらの元素の含有量を特定範囲に調整して耐硫酸露点腐食性と耐塩酸露点腐食性を同時に改善した鋼において、フェライト相の結晶粒径を微細にコントロールすることにより、その耐酸露点腐食性を更に向上させることができることを見出した。また、良好な耐酸露点腐食性が得られるＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量許容範囲も拡大することがわかった。この結晶粒微細化を併用する耐酸露点腐食性の向上手法は、Ｓｂのような特殊元素を含有しない一般的な鋼成分元素からなる鋼の耐酸露点腐食性の改善に極めて有効である。それだけでなく、Ｓｂ含有鋼にこの手法を適用すると、特に硫酸腐食に対する抵抗力を一層顕著に高めることが可能となる。本発明はこのような新規な知見に基づいて完成したものである。
上記目的は、質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.８０％以下、Ｍｎ：１.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｃｕ：０.１０〜１.００％、Ｎｉ：０.５０％以下、Ｃｒ：０.０５〜０.２５％、Ｍｏ：０.０１〜０.０８％、Ａｌ：０.１００％以下、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ：合計０〜０.２０％、Ｂ：０〜０.０１０％、Ｓｂ、Ｓｎ：合計０〜０.１０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、フェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織を有し、フェライト結晶粒の平均結晶粒径が１２.０μｍ以下である耐酸露点腐食性に優れた鋼板によって達成される。このうちＳ含有量については０.００５％を超える量とすることが、特に耐硫酸露点腐食性を重視する用途では有利となる。
上記化学組成において、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｓｂ、Ｓｎは任意含有元素である。Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖを含有させる場合は、それらの１種または２種以上の合計含有量を０.００５〜０.２０％とすることがより効果的である。Ｂを含有させる場合は０.０００５〜０.０１０％の含有量とすることがより効果的である。Ｓｂ、Ｓｎを含有させる場合は、それらの１種または２種の合計含有量を０.００５〜０.１０％とすることがより効果的である。
フェライト結晶粒の平均結晶粒径は、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３の切断法により下記（Ｘ）に従って定めることができる。
（Ｘ）鋼板の圧延方向および板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）の金属組織を顕微鏡で観察し、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３の附属書ＪＢ「フェライト結晶粒の切断法による評価方法」に従って粒度番号Ｇを求め、これを下記（１）式に代入して試験片断面の１ｍｍ２当たりの平均結晶粒数ｍを求め、前記ｍの値を下記（２）式に代入してフェライト結晶粒の平均結晶粒径ＤＭ（μｍ）を定める。
ｍ＝８×２Ｇ …（１）
ＤＭ＝ｍ（−１／２）×１０３ …（２）
ここで、上記（１）式はＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３のパラグラフ７.１に規定される（１）式に相当し、上記（２）式はＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３の表１に定義される平均結晶粒径（ｍｍ）をμｍ単位に換算したものに相当する。
上記の耐酸露点腐食性に優れた鋼板の態様として、熱延鋼板、冷延鋼板および冷延焼鈍鋼板を挙げることができる。冷延焼鈍鋼板にスキンパス圧延（例えば伸び率３％以下）を施した鋼板も、本明細書でいう冷延焼鈍鋼板に含まれる。
「熱延鋼板」の製造方法として、前記化学組成を有する連続鋳造スラブに、仕上圧延温度９００℃以下、巻取温度６５０℃以下の条件で熱間圧延を施すことにより、フェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織を有し、かつフェライト結晶粒の平均結晶粒径が１２.０μｍ以下である熱延鋼板を作る手法が提供される。Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種以上を０.００５〜０.２０％含有する場合や、Ｂを０.０００５〜０.０１０％含有する場合は、上記仕上圧延温度を９３０℃以下の範囲とすることができる。この熱延鋼板に冷間圧延を施すと、耐酸露点腐食性に優れた「冷延鋼板」が得られる。
ここで、仕上圧延温度とは、熱間圧延の最終圧延パスに供する板材の表面温度である。
「冷延焼鈍鋼板」の製造方法として、熱間圧延工程、冷間圧延工程、焼鈍工程を有する鋼板製造方法において、熱間圧延工程で仕上圧延温度を９００℃以下、巻取温度を６５０℃以下とし、焼鈍工程で加熱温度を６００〜８３０℃とすることにより、フェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織を有し、かつフェライト結晶粒の平均結晶粒径が１２.０μｍ以下である冷延焼鈍鋼板を作る手法が提供される。Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種以上を０.００５〜０.２０％含有する場合や、Ｂを０.０００５〜０.０１０％含有する場合は、上記仕上圧延温度を９３０℃以下の範囲とすることができる。この冷延焼鈍鋼板にさらに冷間圧延を施すことによっても、耐酸露点腐食性に優れた「冷延鋼板」が得られる。
さらに本発明では、上記の化学組成と金属組織を有する鋼からなる鋼板を用いた部材であって、石炭焚火力発電所の燃焼排ガスまたは廃棄物焼却施設の燃焼排ガスの流路において、前記排ガスに曝されて表面に凝結が生じる部位を構成する排ガス流路構成部材が提供される。
ここで、排ガス流路構成部材は、排ガス流路の構造物（例えばダクトや煙突等）を構成する部材、および排ガス流路内に配置される部材（例えば集塵器や熱交換器の部材）をいう。熱交換器の部材としては例えば熱を受け取る流体が流れる管に取り付けらた「冷却フィン」が挙げられる。
本発明によれば、Ｓｂ、Ｓｎのような特殊元素を含有しない一般的な鋼成分元素からなる鋼を用いて、耐硫酸露点腐食性と耐塩酸露点腐食性を同時に顕著に改善した鋼板が実現できる。その改善効果は特許文献３に開示した耐酸露点腐食鋼板を上回るものである。また、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量許容範囲も特許文献３の技術に比べ拡大させることができ、耐酸露点腐食鋼板の製造が容易になる。また、ＳｂやＳｎを含有する鋼に本発明の技術を適用すると、更に優れた耐酸腐食性を付与することが可能になる。従って本発明は、特に石炭焚火力発電所または廃棄物焼却施設における燃焼排ガス流路の構築に極めて有用である。
硫酸水溶液中での腐食速度に及ぼすＭｏ含有量の影響を例示したグラフ。 硫酸水溶液中での腐食速度に及ぼすＣｒ含有量の影響を例示したグラフ。 塩酸水溶液中での腐食速度に及ぼすＭｏ含有量の影響を例示したグラフ。 塩酸水溶液中での腐食速度に及ぼすＣｒ含有量の影響を例示したグラフ。
本発明の対象となる鋼板は、Ｃｕ含有鋼において特定量のＣｒおよびＭｏを複合添加した化学組成と、フェライト結晶粒径を微細に制御した金属組織を有する点に特徴がある。発明者らは、これらの手法によって耐硫酸露点腐食性と耐塩酸露点腐食性の両方が顕著に改善されるメカニズムについて、以下のように考えている。
（１）Ｃｕは難溶性のＣｕＳ皮膜の形成に有効であり、この皮膜が特に硫酸に対する抵抗力を高める。
（２）ＣｒとＭｏの含有量が本発明範囲から外れる鋼では硫酸環境での腐食生成物が鱗片状となるのに対し、ＣｒとＭｏを適正範囲で複合添加したものでは塊状に緻密化した腐食生成物が形成されることから、この腐食生成物の緻密化が特に耐硫酸腐食性を向上させる。
（３）電気化学的測定によれば硫酸環境および塩酸環境のいずれにおいてもＣｒとＭｏの適正添加量範囲においてアノード・カソード反応が緩慢となることから、この溶解特性が硫酸環境および塩酸環境での鋼素地（Ｆｅ）の溶解抑制に直接寄与する。
（４）フェライト結晶粒径の微細化により、酸による腐食の起点となる結晶粒界が微細に分散し、腐食の進行速度が緩慢になる。
〔耐硫酸露点腐食性〕
図１、図２に、それぞれ硫酸水溶液中での腐食速度に及ぼすＭｏ含有量およびＣｒ含有量の影響を例示する。硫酸水溶液は、重油（石炭）の燃焼ガスを想定した非常に厳しい条件として、硫酸濃度４０質量％、温度６０℃とし、浸漬時間は６ｈである。使用した鋼板は冷延焼鈍鋼板であり、図１のものはＣｒ含有量が０.２質量％レベルでほぼ一定、図２のものはＭｏ含有量が０.０５質量％レベルでほぼ一定である。いずれもＳｂ、Ｓｎは無添加であり、Ｃｒ、Ｍｏ以外の残部元素の含有量は全て本発明規定範囲内にある。図中、黒丸（ＳＯＬＩＤ）のプロットはフェライト結晶粒の平均結晶粒径（以下「フェライト平均結晶粒径」という）が１２.０μｍを超えるものであり、特許文献３の図１および図２に記載したものに相当する。白丸（ＯＰＥＮ）のプロットはフェライト平均結晶粒径が１２.０μｍ以下のものである。
この浸漬試験において、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｍｏを含有する従来の耐酸露点腐食鋼の腐食速度は概ね１０〜２０ｍｇ／ｃｍ２／ｈの範囲にある。図１、図２に示されるように、Ｍｏ含有量が０.０５質量％付近、かつＣｒ含有量が０.２０質量％付近の組成範囲において、従来のＳｂ添加鋼並みの優れた耐硫酸露点腐食性が得られる。そして、フェライト平均結晶粒径を１２.０μｍ以下に制御することにより、耐硫酸露点腐食性レベルが更に安定して向上することがわかる。耐硫酸露点腐食性レベルの向上に伴い、一定の腐食速度（例えば２０ｍｇ／ｃｍ２／ｈ以下）をクリアするためのＭｏ量、Ｃｒ量の適正範囲が拡大する。
〔耐塩酸露点腐食性〕
図３、図４に、それぞれ塩酸水溶液中での腐食速度に及ぼすＭｏ含有量およびＣｒ含有量の影響を例示する。塩酸水溶液は、廃棄物焼却炉を想定した厳しい条件として、塩酸濃度１質量％、温度８０℃とし、浸漬時間は６ｈである。使用した鋼板は、図３および図４においてそれぞれ前述の図１および図２と同じである。図中、黒丸（ＳＯＬＩＤ）のプロットはフェライト平均結晶粒径が１２.０μｍを超えるものであり、特許文献３の図３および図４に記載したものに相当する。白丸（ＯＰＥＮ）のプロットはフェライト平均結晶粒径が１２.０μｍ以下のものである。
この浸漬試験において、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｍｏを含有する従来の耐酸露点腐食鋼の腐食速度は概ね２〜４ｍｇ／ｃｍ２／ｈの範囲にある。図３、図４に示されるように、Ｍｏ含有量が０.０５質量％付近、かつＣｒ含有量が０.２０質量％付近の組成範囲において、優れた耐塩酸露点腐食性が得られる。そして、フェライト平均結晶粒径を１２.０μｍ以下に制御することにより、耐塩酸露点腐食性レベルが更に安定して向上することがわかる。耐塩酸露点腐食性レベルの向上に伴い、一定の腐食速度（例えば４ｍｇ／ｃｍ２／ｈ以下）をクリアするためのＭｏ量、Ｃｒ量の適正範囲が拡大する。
〔化学組成〕
本発明鋼の成分元素について説明する。成分元素に関する「％」は質量％を意味する。
Ｃは、耐酸露点腐食性に大きな影響を及ぼさず、とくに限定する必要はないが、一般の構造用材料としての強度確保の観点から０.００１〜０.１５％とする。
Ｓｉは、製鋼時の脱酸のために必要である他、構造材料としての強度確保のためにも有効な元素である。０.０５％以上のＳｉ含有量を確保することがより効果的である。ただし、過度のＳｉ添加は熱延時のデスケール性を低下させ、スケール疵の増大を招く。さらに溶接性を低下させる要因ともなる。種々検討の結果、Ｓｉ含有量は０.８０％以下に制限される。
Ｍｎは、鋼の強度調整に有効であり、またＳによる熱間脆性を防止する作用を有する。Ｍｎ含有量は０.１０％以上とすることがより効果的であり、０.３０％以上、あるいは０.５０％以上のＭｎ含有量に管理してもよい。ただし、Ｍｎは耐塩酸腐食性を低下させる要因となる。種々検討の結果、Ｍｎ含有量は１.５０％まで許容され、１.２０％以下、あるいは１.００％以下の範囲に管理してもよい。
Ｐは、熱間加工性や溶接性を劣化させるので０.０２５％以下に制限される。耐硫酸腐食性および耐塩酸腐食性をより一層向上させるためにはＰ含有量の低減が有効となるが、過度の低減は製鋼負荷を増大させコストを押し上げる要因となる。種々検討の結果、Ｐ含有量は０.００５〜０.０２５％の範囲で調整すれば良く、０.００５〜０.０１５％とすることがより好ましい。
Ｓは、熱間加工性や耐食性を劣化させるので０.０３０％以下に制限され、０.０１８％以下とすることがより好ましい。ただし、耐硫酸露点腐食性に関しては、ある程度のＳ含有が有利に作用する。種々検討の結果、耐硫酸露点腐食性を特に重視する場合にはＳ含有量を０.００３％以上確保することが効果的であり、０.００５％以上とすることがより効果的である。
Ｃｕは、耐硫酸腐食性および耐塩酸腐食性を向上させるために有効であり、本発明では０.１０％以上のＣｕ含有量を確保する必要がある。しかし、過度のＣｕ含有は熱間加工性を低下させる要因となるので、１.００％以下の含有量とすることが望ましい。
Ｎｉは、耐硫酸腐食性や耐塩酸腐食性の向上に直接的には作用しないが、Ｃｕ添加による熱間加工性の低下を抑制する作用を発揮する元素であり、０.０１％以上の含有量とすることが望ましい。熱間加工性を重視する場合は０.０５％以上のＮｉ含有量を確保することが効果的であり、０.１０％以上とすることがより効果的である。ただし、０.５０％を超えるとその効果が飽和しコスト高となる。従って、Ｎｉ含有量は０.５０％以下の範囲で設定する。
ＣｒとＭｏは、Ｓｂ等の特殊元素に頼らずに耐硫酸露点腐食性と耐塩酸露点腐食性を同時に向上させる上で重要な元素である。フェライト結晶粒の微細化により耐酸露点腐食性の引き上げを図る本発明では、Ｃｒ、Ｍｏの含有量許容範囲を特許文献３に開示した技術と比べ拡大することができる。種々検討の結果、Ｃｒを０.０５〜０.２５％、かつＭｏを０.０１〜０.０８％の範囲で複合添加することにより、耐硫酸露点腐食性と耐塩酸露点腐食性の同時改善が可能となる。Ｃｒ含有量については０.１０〜０.２５％とすることが一層効果的である。またＭｏ含有量については０.０３〜０.０７％とすることが一層効果的である。
Ａｌは、製鋼時の脱酸のために必要な元素である。０.００５％以上のＡｌ含有量に調整することが効果的であり、０.０１０％以上とすることがさらに効果的である。しかし、Ａｌは熱間加工性を低下させる要因となる。種々検討の結果、Ａｌ含有量は０.１００％以下に制限され、０.０５０％以下に管理してもよい。
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖは、フェライト結晶粒径の微細化作用を有し、耐酸露点腐食性の改善に有効である。そのため、必要に応じてこれらの１種以上を添加することができる。その場合、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種以上の合計含有量を０.００５％以上とすることがより効果的である。ただし、過剰に添加しても上記作用は飽和し、製造コストが上昇する。Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種以上を添加する場合は、それらの合計含有量を０.２０％以下とすることが望ましい。
Ｂは、微量の添加でフェライト結晶粒径の微細化作用を発揮しうる元素であるため、必要に応じて添加することができる。Ｂの含有量は０.０００５％以上とすることがより効果的である。ただし、過剰にＢを添加しても上記作用は飽和し、製造コストが上昇する。Ｂを添加する場合は０.０１０％以下の含有量範囲で行うことが望ましい。
Ｓｂ、Ｓｎは、ＣｒやＭｏと同様に電気化学的なアノード・カソード反応を緩慢にさせる作用を通じて耐酸露点腐食性を改善するのに有効な元素である。本発明では上述のように、Ｓｂ、Ｓｎの添加に頼ることなく、Ｃｒ、Ｍｏの含有量適正化とフェライト結晶粒径の微細化によって耐酸露点腐食性の顕著な改善効果を得ることができるが、Ｓｂ、Ｓｎを添加した場合には、耐酸露点腐食性を更に向上させることが可能となる。特に、Ｓｂ添加は硫酸露点腐食に対する抵抗力の増強に極めて有効であることがわかった。従って、耐酸露点腐食性のレベルアップを重視する場合には、必要に応じてＳｂ、Ｓｎの１種以上を添加することができる。これらの元素の添加効果を十分に発揮させるためには、Ｓｂ、Ｓｎの合計含有量が０.００５％以上となるようにこれらの１種以上を含有させることが望ましい。ただし、過剰に添加しても上記作用は飽和し、製造コストが上昇する。Ｓｂ、Ｓｎの１種以上を添加する場合は、それらの合計含有量を０.１０％以下とすることが望ましい。
〔金属組織〕
本発明で対象とする鋼板は、フェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織を有する。本明細書では、セメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトを第二相と呼ぶことがある。このうちパーライトは薄いフェライト相とセメンタイト相で構成される層状組織であるが、本明細書において第二相の残部として記述されるフェライト相、すなわちフェライト平均結晶粒径の測定対象となるフェライト相には、パーライトを構成するフェライト相は含まれない。同様に第二相の構成要素としてパーライトと同列に記述されるセメンタイトにも、パーライトを構成するセメンタイトは含まれない。
上記第二相の存在は、鋼の高強度化に有効である。その反面、延性には不利となる。使用する用途に応じて、第二相の存在割合を調整することができる。第二相を含まないフェライト単相組織としてもよい。排ガス流路構成部材において一般的に必要とされる加工性を考慮すると、第二相の存在量は３０体積％以下であることが望ましく、１０体積％以下であることがより好ましい。
本発明では、鋼板中のフェライト結晶粒が微細であることが極めて重要である。発明者らは、Ｃｒ含有量およびＭｏ含有量を一定範囲に調整した鋼において、フェライト結晶粒の結晶粒径を微細化したとき、耐酸露点腐食性を安定して向上させることが可能となることを発見した（前述図１〜図４参照）。その理由として、酸腐食の起点となる結晶粒界が微細に分散することにより腐食の進行速度が緩慢になるのではないかと考えられる。詳細な検討の結果、化学組成が上述のように適正化されている鋼において、フェライト平均結晶粒径が１２.０μｍ以下である場合に、耐酸露点腐食性の安定した改善効果が得られる。ここで、フェライト平均結晶粒径は上掲（Ｘ）に記載した方法で求まるものが適用される。
〔製造方法〕
フェライト平均結晶粒径が１２.０μｍ以下に調整された鋼板を安定して得るためには、熱間圧延工程において仕上圧延温度を９００℃以下とし、かつ巻取温度を６５０℃以下とすることが望ましい。仕上圧延温度を８７０℃以下とし、かつ巻取温度を６００℃以下とすることがより好ましい。ただし、結晶粒微細化作用を有するＴｉ、Ｎｂ、Ｖの１種以上を０.００５〜０.２０％含有する場合や、Ｂを０.０００５〜０.０１０％含有する場合は、上記仕上圧延温度を９３０℃以下の範囲とすることができる。
上述の化学組成を満たす鋼であれば、この熱間圧延条件においてフェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織の熱延鋼板を得ることができる。得られた熱延鋼板は、そのまま石炭火力発電所の排ガス経路構成部材へ適用可能であるが、例えば熱交換器のフィン材など、用途によっては必要に応じて酸化スケールを酸洗除去して使用することも可能である。
上記熱間圧延によって得られた熱延鋼板に冷間圧延を施した「冷延鋼板」も、優れた耐酸露点腐食性を有する。冷間圧延製品の場合、高強度鋼板として種々の用途に適用することができる。なお、通常、冷間圧延前には酸洗が行われる。
一方、曲げ加工などを施して使用する場合には、上記冷延鋼板に焼鈍を施した「冷延焼鈍鋼板」を適用することが加工性の面で有利となる。この場合、フェライト平均結晶粒径が１２.０μｍ以下に調整された鋼板を安定して得るためには、焼鈍工程での加熱温度（材料の最高到達温度）を６００〜８３０℃とすることが望ましい。また、焼鈍工程のヒートパターンを調整することによって、第二相の体積割合や、生成する第二相の種類を制御することができる。なお、冷延焼鈍鋼板を製造する際には、焼鈍後に必要に応じてスキンパス圧延（例えば伸び率３％以下）を施すことができる。
板厚をさらに減じる場合には、冷延焼鈍鋼板に更に冷間圧延を施した「冷延鋼板」を使用することもできる。この冷延鋼板も優れた耐酸露点腐食性を有する。また、冷間圧延工程および焼鈍工程を複数回行って「冷延焼鈍鋼板」を得てもよい。この場合、全ての焼鈍工程において、加熱温度を６００〜８３０℃とすることが望ましい。
《実施例１》
表１に示す鋼を溶製し、抽出温度１２５０℃、仕上圧延温度９２０℃または８６０℃の２水準、巻取温度５５０℃の条件で熱間圧延を施し、板厚２.０ｍｍの熱延鋼板を得た。得られた熱延鋼板は酸洗にてスケールを除去し、供試材とした。
Figure 0006173567
各供試材について、光学顕微鏡にてＬ断面の金属組織を観察し、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３に従う切断法によりフェライト結晶粒度番号Ｇを算出して平均結晶粒径に換算した。具体的には上掲（Ｘ）に従ってフェライト平均結晶粒径を求めた。また、金属組織中に占めるセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの合計面積率を求め、これを第二相の割合（体積％）とした。
各供試材から切り出した試験片を用いて、図１、図２のプロットを得た場合と同様の条件（前述）での硫酸浸漬試験、および図３、図４のプロットを得た場合と同様の条件（前述）での塩酸浸漬試験を行った。耐硫酸露点腐食性評価は、硫酸浸漬試験での腐食速度が２０ｍｇ／ｃｍ２／ｈ以下のものを○（良好）、それ以外のものを×（不良）と判定した。耐塩酸露点腐食性評価は、塩酸浸漬試験での腐食速度が４ｍｇ／ｃｍ２／ｈ以下のものを○（良好）、それ以外のものを×（不良）と判定した。
各供試材のフェライト平均結晶粒径、第二相の割合、硫酸浸漬試験結果、塩酸浸漬試験結果を表２、表３に示す。表２は熱延圧延の仕上圧延温度が９２０℃、表３は同８６０℃の場合である。
Figure 0006173567
Figure 0006173567
表１、表２、表３からわかるように、本発明で規定される化学組成および金属組織を有する熱延鋼板は、耐硫酸腐食性、耐塩酸腐食性のいずれにおいても優れた特性を呈する。一方、フェライト平均結晶粒径が１２.０μｍを超える鋼板では耐酸露点腐食性が劣る。
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂの１種以上を所定量含有する鋼Ｎｏ.３２〜３９では、熱延仕上げ温度が高い場合（表２）でも安定してフェライト平均結晶粒径が１２.０μｍ以下の組織状態が得られた。
なお、実施例１で得られた金属組織は、鋼Ｎｏ.１８がフェライト単相、鋼Ｎｏ.１９、２９および３０がフェライト＋セメンタイト、それ以外の例はフェライト＋パーライトであった。
《実施例２》
表１に示したＮｏ.５およびＮｏ.２６の鋼を用いて、抽出温度１２５０℃、仕上圧延温度８６０℃、巻取温度５５０℃の条件で熱間圧延を施し、板厚３.２ｍｍの熱延鋼板を得た。その後、酸洗および冷間圧延を施して板厚１.０ｍｍの冷延鋼板を得た。この冷延鋼板に、連続焼鈍酸洗ラインにて以下のヒートパターンＡ〜Ｃで焼鈍を施し、酸洗済みの冷延焼鈍鋼板を得た。
（Ａ）６８０℃で６０ｓｅｃの均熱処理後、４５０℃まで１０℃／ｓｅｃ以上の平均冷却速度で冷却、その後３００〜４５０℃の温度範囲に１８０ｓｅｃ保持。
（Ｂ）８６０℃で６０ｓｅｃの均熱処理後、４５０℃まで１０℃／ｓｅｃ以上の平均冷却速度で冷却、その後３００〜４５０℃の温度範囲に１８０ｓｅｃ保持。
（Ｃ）８２０℃で６０ｓｅｃの均熱処理後、２００℃まで５０℃／ｓｅｃ以上の平均冷却速度で冷却、その後３００〜４００℃の温度範囲に１８０ｓｅｃ保持。
なお、各冷延焼鈍鋼板は、連続焼鈍酸洗ラインの酸洗設備と巻取装置の間に設けたインラインミルにて伸び率０.５％のスキンパス圧延を施して仕上げたものである。
得られた冷延焼鈍鋼板について、光学顕微鏡にてＬ断面の金属組織を観察し、実施例１と同様に金属組織を調べた。また、得られた冷延焼鈍鋼板から切り出した試験片を用いて、実施例１と同様の試験条件で硫酸浸漬試験および塩酸浸漬試験を行い、耐酸露点腐食性を評価した。評価基準は実施例１に記載した通りである。
結果を表４に示す。
Figure 0006173567
表４に示されるように、本発明の焼鈍条件を満たすヒートパターンＡ、Ｃで製造した冷延焼鈍鋼板は、フェライト平均結晶粒径が１２.０μｍ以下となり、優れた耐酸露点腐食性を呈する。本発明範囲の化学組成を有するものにおいて、フェライト平均結晶粒径を１２.０μｍ以下に調整することにより、金属組織がフェライト＋ベイナイト、あるいはフェライト＋マルテンサイトであっても、優れた耐酸露点腐食性を維持できることがわかる。一方、ヒートパターンＢでは材料の最高到達温度が高過ぎるためにフェライト平均結晶粒径が１２.０μｍを超え、耐酸露点腐食性に劣った。

Claims (6)

  1. 質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.８０％以下、Ｍｎ：１.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｃｕ：０.１０〜１.００％、Ｎｉ：０.５０％以下、Ｃｒ：０.０５〜０.２５％、Ｍｏ：０.０１〜０.０８％、Ａｌ：０.１００％以下、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ：合計０〜０.２０％、Ｂ：０〜０.０１０％、Ｓｂ、Ｓｎ：合計０〜０.１０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成の連続鋳造スラブに、仕上圧延温度９００℃以下、巻取温度６５０℃以下の条件で熱間圧延を施すことにより、フェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織を有し、かつフェライト結晶粒の平均結晶粒径が１２.０μｍ以下である鋼板を作る、耐酸露点腐食性に優れた鋼板の製造方法。
  2. 質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.８０％以下、Ｍｎ：１.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｃｕ：０.１０〜１.００％、Ｎｉ：０.５０％以下、Ｃｒ：０.０５〜０.２５％、Ｍｏ：０.０１〜０.０８％、Ａｌ：０.１００％以下、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種または２種以上：合計０.００５〜０.２０％、Ｂ：０〜０.０１０％、Ｓｂ、Ｓｎ：合計０〜０.１０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成の連続鋳造スラブに、仕上圧延温度９３０℃以下、巻取温度６５０℃以下の条件で熱間圧延を施すことにより、フェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織を有し、かつフェライト結晶粒の平均結晶粒径が１２.０μｍ以下である鋼板を作る、耐酸露点腐食性に優れた鋼板の製造方法。
  3. 質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.８０％以下、Ｍｎ：１.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｃｕ：０.１０〜１.００％、Ｎｉ：０.５０％以下、Ｃｒ：０.０５〜０.２５％、Ｍｏ：０.０１〜０.０８％、Ａｌ：０.１００％以下、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ：合計０〜０.２０％、Ｂ：０.０００５〜０.０１０％、Ｓｂ、Ｓｎ：合計０〜０.１０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成の連続鋳造スラブに、仕上圧延温度９３０℃以下、巻取温度６５０℃以下の条件で熱間圧延を施すことにより、フェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織を有し、かつフェライト結晶粒の平均結晶粒径が１２.０μｍ以下である鋼板を作る、耐酸露点腐食性に優れた鋼板の製造方法。
  4. 熱間圧延工程、冷間圧延工程、焼鈍工程を有する鋼板製造方法において、質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.８０％以下、Ｍｎ：１.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｃｕ：０.１０〜１.００％、Ｎｉ：０.５０％以下、Ｃｒ：０.０５〜０.２５％、Ｍｏ：０.０１〜０.０８％、Ａｌ：０.１００％以下、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ：合計０〜０.２０％、Ｂ：０〜０.０１０％、Ｓｂ、Ｓｎ：合計０〜０.１０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成の鋼板を製造するに際し、熱間圧延工程で仕上圧延温度を９００℃以下、巻取温度を６５０℃以下とし、焼鈍工程で加熱温度を６００〜８３０℃とすることにより、フェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織を有し、かつフェライト結晶粒の平均結晶粒径が１２.０μｍ以下である鋼板を作る、耐酸露点腐食性に優れた鋼板の製造方法。
  5. 熱間圧延工程、冷間圧延工程、焼鈍工程を有する鋼板製造方法において、質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.８０％以下、Ｍｎ：１.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｃｕ：０.１０〜１.００％、Ｎｉ：０.５０％以下、Ｃｒ：０.０５〜０.２５％、Ｍｏ：０.０１〜０.０８％、Ａｌ：０.１００％以下、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種または２種以上：合計０.００５〜０.２０％、Ｂ：０〜０.０１０％、Ｓｂ、Ｓｎ：合計０〜０.１０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成の鋼板を製造するに際し、熱間圧延工程で仕上圧延温度を９３０℃以下、巻取温度を６５０℃以下とし、焼鈍工程で加熱温度を６００〜８３０℃とすることにより、フェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織を有し、かつフェライト結晶粒の平均結晶粒径が１２.０μｍ以下である鋼板を作る、耐酸露点腐食性に優れた鋼板の製造方法。
  6. 熱間圧延工程、冷間圧延工程、焼鈍工程を有する鋼板製造方法において、質量％で、Ｃ：０.００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.８０％以下、Ｍｎ：１.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｃｕ：０.１０〜１.００％、Ｎｉ：０.５０％以下、Ｃｒ：０.０５〜０.２５％、Ｍｏ：０.０１〜０.０８％、Ａｌ：０.１００％以下、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ：合計０〜０.２０％、Ｂ：０.０００５〜０.０１０％、Ｓｂ、Ｓｎ：合計０〜０.１０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成の鋼板を製造するに際し、熱間圧延工程で仕上圧延温度を９３０℃以下、巻取温度を６５０℃以下とし、焼鈍工程で加熱温度を６００〜８３０℃とすることにより、フェライト単相組織、またはセメンタイト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上を合計３０体積％以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織を有し、かつフェライト結晶粒の平均結晶粒径が１２.０μｍ以下である鋼板を作る、耐酸露点腐食性に優れた鋼板の製造方法。
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