JPH0925536A - 耐酸露点腐食鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】重油、石炭および都市ゴミなどを燃焼させた排
煙の、煙道、煙突、あるいは空気予熱装置や熱交換器な
どに使用される、酸露点腐食に対してすぐれた耐食性を
有する鋼の提供。 【構成】重量％にて、Ｃ：0.01〜0.15％、Ｓｉ： 0.1〜
0.5％、Ｍｎ： 0.1〜 0.5％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.
01％以下、Ｃｕ： 0.2〜 1.0％、Ｎｉ： 0.5％以下、Ｃ
ｒ： 2.0％以下、Ａｌ： 0.1％以下、ＳｎおよびＳｂの
一種または二種の合計が0.01〜 1.0％で、Ｂ：0.0050％
以下、Ｖ： 0.2％以下、Ｎｂ： 0.2以下およびＴｉ：
0.2％以下を含み、残部は不可避的不純物およびＦｅか
らなる、硫酸および塩酸の耐酸露点腐食性を有する鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は重油、石炭および都市ゴ
ミなどを燃焼させた排煙の、煙道、煙突、あるいは空気
予熱装置や熱交換器などに使用される、酸露点腐食に対
してすぐれた耐食性を有する鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】重油や石炭など、いわゆる化石燃料を用
いるボイラープラントでは、排煙または排ガスの煙道や
空気予熱器、集塵装置などの比較的低温の燃焼排ガスに
接する場所に使用される鋼において、従来より硫酸露点
腐食が問題にされてきた。

【０００３】燃料中に含まれる硫黄（Ｓ）が燃焼により
酸化されて、亜硫酸ガス（ＳＯ₂ ）さらには無水硫酸
（ＳＯ₃ ）となるが、水分を含む排ガス気相に少量のＳ
Ｏ₃ が含まれると露点が大幅に高くなり、水分だけの場
合にはまず結露を生じない80〜140 ℃の高温でも、硫酸
（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）を含む水が凝結するようになる。この凝
結硫酸水の濃度はガス中のＳＯ₃ 濃度にはほとんど無関
係で、水分の量と凝結面の温度に依存する。一例として
10％の水分を含む排ガスを考えれば、水分だけの場合に
は露点は46℃であるが、気相中に10ppm のＳＯ₃ が含ま
れると、平衡状態においては露点は 135℃まで上昇し、
その凝結水は約80％の硫酸を含むことになる。このよう
に露点が上昇した燃焼排ガス中では、水分だけから推定
される露点よりはるかに高い温度で水分の凝結が生じ、
その高濃度硫酸溶液により鋼は腐食を受ける。

【０００４】この硫酸露点腐食に対しすぐれた耐食性を
有し、排煙関連の大形構造物用として使いやすく、そし
て経済的な鋼として、従来より耐硫酸露点腐食鋼が開発
されてきた。例えば、特公昭 47-1876号公報の発明で
は、Ｃ：0.20％以下の鋼にて、110 ℃で85％の硫酸に対
する耐食性を評価し、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｂの複合添加が有効
であるとしている。

【０００５】また、水分含有量が少なければ排ガスの露
点が低下し、それに伴って凝結水の硫酸濃度も低下する
が、硫酸濃度が30〜50％ないしはそれ以下の、より低温
低濃度では、高温とは異る機構で腐食が進むためか、高
温の場合よりも激しい腐食が生じるとされている。これ
に対して高温ばかりでなく、より低温での硫酸露点腐食
にも耐食性を有する鋼が開発されてきた。例えば、特公
昭53-46776号公報にはＣ：0.01〜0.15％の鋼にて 0.6〜
1.5％のＳｉ、 0.1〜 0.6％のＣｕ、および少量のＶ、
Ｃｅ、さらにはＢやＣｒ等を複合添加し、高温高濃度域
ばかりでなく、温度60℃、濃度40％での耐腐食性も向上
させた鋼が提示されている。また特開昭61-3867 号公報
では、Ｓｉを 1.5〜 7.0含有させることを主とする、温
度30℃以下の範囲までも耐硫酸露点腐食性のある鋼の発
明が示されている。

【０００６】このように、燃焼エネルギーの有効利用の
面から、より低温の排ガスからの熱回収が指向され、そ
の温度域が低温側に拡大されるに従い、耐硫酸露点腐食
鋼の適用可能温度範囲はより低温側に拡大されてきた。
しかしながら、排ガスが低温になってくると、比較的露
点が低く、従来問題にならなかった塩酸による露点腐食
が顕在化してくる。

【０００７】塩酸の元になる塩素は石炭にも含まれてい
るが、近年増加している都市ゴミ焼却炉においては特に
問題となる。この場合、焼却排ガス中に含まれる硫黄酸
化物は微量なため、硫酸露点腐食はあまり問題にならな
いが、ゴミ中に多く含まれる塩化ビニールや塩化ビニリ
デンなどの塩素化樹脂が燃焼して塩化水素（ＨＣｌ）が
でき、これが凝結水に溶け込み塩酸溶液となり、塩酸露
点腐食を生じさせる。

【０００８】ＨＣｌの場合、ＳＯ₃ ほどには露点は上昇
しない。例えば、水分だけを10％含む気相では露点が46
℃であるのに対し、排ガスとして 100ppm のＨＣｌガス
を含んだ平衡状態であるとすると、露点は50℃となり、
凝結水は濃度10％の塩酸溶液になる。

【０００９】従来、塩酸に対する耐蝕材料としては、Ｎ
ｉベース高Ｍｏ系のハステロイＣ−276 のような合金が
知られているが、極めて高価であり、排煙関連の大形構
造物には適用しえない。また、弗素樹脂系のコーティン
グやガラス系の無機コーティングも耐塩酸腐食にすぐれ
ているが、施工や補修の面まで配慮すると必ずしも使い
やすい材料ではない。

【００１０】このように、排ガス用として耐硫酸露点腐
食鋼は既に実用化されているが、耐塩酸露点腐食性鋼、
さらには硫酸および塩酸を合わせた耐酸露点腐食鋼につ
いては、まだ十分な耐食性と、使いやすさおよび経済性
を有するものは実用化されていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】重油、石炭および都市
ゴミなどを燃焼させた排煙の、煙道、煙突、あるいは空
気予熱装置などの熱交換器等において、被燃焼物の変化
や排煙処理法の変化により、硫酸ばかりでなく塩酸も含
まれた酸露点腐食が問題となってきている。本発明の目
的はこのような耐酸露点腐食性にすぐれ、かつ施工しや
すく経済的に有利な鋼材を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、既に実績
のある耐硫酸露点腐食性にすぐれた低合金鋼を基にし
て、耐塩酸露点腐食性もすぐれている鋼、あるいはその
向上方法等について検討をおこなった。その結果、耐硫
酸露点腐食性には向上効果のあるＳは、耐塩酸露点腐食
に対し顕著な悪影響のあることが判明した。これは、塩
酸の場合、生成した硫化物系介在物の近傍での腐食速度
が大きくなるためと考えられた。

【００１３】次に種々の添加元素の効果を調査したとこ
ろ、ＳｎまたはＳｂの添加が耐塩酸露点腐食の向上に効
果があり、その上、耐硫酸露点腐食も改善することが明
らかになった。このＳｎまたはＳｂの添加が有効である
理由は、腐食によって生じる水素発生の反応を抑制する
ためではないかと推測される。

【００１４】このように、耐硫酸露点腐食に有効な鋼に
て、Ｓの含有量を低下させ、ＳｎまたはＳｂを含有させ
ることによって、硫酸ばかりでなく塩酸も含めた耐酸露
点腐食性のすぐれた鋼の得られることを知り、本発明を
完成させた。本発明の要旨は次の通りである。

【００１５】重量％にて、Ｃ：0.01〜0.15％、Ｓｉ：
0.1〜 0.5％、Ｍｎ： 0.1〜 0.5％、Ｓ：0.01％以下、
Ｃｕ： 0.2〜 1.0％、Ｎｉ： 0.5％以下、Ｃｒ： 2.0％
以下、Ａｌ： 0.1％以下、ＳｎおよびＳｂの一種または
二種の合計が0.01〜 1.0％で、Ｂ：0.0050％以下、Ｖ：
0.2％以下、Ｎｂ： 0.2％以下、およびＴｉ： 0.2％以
下を含み、残部は不可避的不純物およびＦｅからなるこ
とを特徴とする硫酸および塩酸による酸露点腐食に対す
る耐食性のすぐれた鋼。

【００１６】

【作用】本発明の鋼における化学組成の限定理由とその
作用を以下にのべる。

【００１７】(1) Ｃ Ｃは構造材料としての強度を確保するために必要であ
り、0.01％未満では強度が不足になりやすい。しかし、
0.15％を超えると溶接性が劣化する。したがって0.01〜
0.15％とするが、通常の使用で望ましいのは0.05〜0.10
％である。

【００１８】(2) Ｓｉ Ｓｉは製鋼時の脱酸のために必要であり、そのために
0.1％以上含有させる。

【００１９】しかし過剰に存在すると耐塩酸腐食性を低
下させるので、 0.5％以下とする。含有量の範囲は 0.1
〜 0.5％に規制する。

【００２０】(3) Ｍｎ Ｓによる熱間脆性を防止するため 0.1％以上の含有が必
要であるが、多くなると耐塩酸腐食性を低下させるの
で、その含有範囲は 0.1〜 0.5％とする。

【００２１】(4) Ｐ Ｐは不可避的不純物の一つで、熱間加工性や溶接性を劣
化させるのでその含有量は少ないほどよい。望ましいの
は、多くても0.03％以下である。

【００２２】(5) Ｓ Ｓは鋼の加工性や耐食性を劣化させるので、少なければ
少ないほどよい。とくに耐塩酸腐食性を大きく劣化させ
るので、本発明鋼の場合、0.01％以下に限定する。望ま
しいのは 0.005％以下である。

【００２３】(5) Ｃｕ Ｃｕは、耐硫酸露点腐食鋼では耐食性を向上させるので
必ず添加される。本発明鋼の場合も同様で、さらに塩酸
による腐食に対しても十分有効である。この場合、 0.2
％未満では耐食性への効果が小さく、多く含有させると
熱間加工時の脆化を引き起すようになるので、多くても
1.0％までにする。したがって、含有範囲は 0.2〜 1.0
％とするが、望ましいのは、 0.2〜 0.6％である。

【００２４】(6) Ｎｉ Ｎｉの少量含有は、本発明の対象範囲の酸による腐食抑
止には効果がなく、添加しなくてもよいが、Ｃｕ添加に
よる熱間加工脆性の阻止に有効であり、必要に応じ添加
する。添加する場合は、多すぎても効果が飽和するので
0.5％以下とする。

【００２５】(7) Ｃｒ Ｃｒは酸の濃度により耐食性改善の効果を示したり、逆
に劣化させたりするため、添加しなくてもよいが、必要
に応じ添加する。例えば、低硫酸濃度では改善効果があ
るが高濃度では劣化させるように作用し、塩酸に対して
は、燃焼停止時の中和による中性塩化物水溶液では耐食
性改善に効果がある。しかし、含有量が2.0％を超える
ようになると、どちらの酸に対しても耐食性を劣化させ
る傾向があるので、多くても 2.0％以下とする。耐食性
向上にあるていど効果がある望ましい含有量は 0.5％以
下である。

【００２６】(8) Ａｌ 耐食性にとくには影響しないので、製品の含有量として
はなくてもよいが、製鋼時に健全な鋳片を得るため添加
され、結果として鋼に含まれる。耐食性やその他の性質
に影響をおよぼさない範囲として、含有量は 0.1％以下
とする。

【００２７】(9) ＳｎおよびＳｂ ともに硫酸および塩酸に対する耐酸露点腐食に効果があ
る。その含有量は0.01％以上で効果があり、どちらか一
方でも両元素の合計量でもかまわない。しかしその合計
量が 1.0％を超えるようになると、効果が飽和するばか
りでなく、熱間加工時の割れ発生や靭性の劣化を来すよ
うになる。そこでこれらの元素一種または二種の含有量
は、合計量として0.01〜 1.0％とする。望ましくは 0.1
〜 0.5％である。

【００２８】(10) Ｂ、Ｖ、ＮｂおよびＴｉ これらの元素は、添加しなくてもよいが、いずれも鋼の
強度を向上させる効果があるので、強度が要求される場
合に必要量添加する。その場合の含有量は、それぞれＢ
は0.0050％以下、Ｖ、ＮｂおよびＴｉはいずれも 0.2％
以下とする。いずれの元素も、それぞれの規制値を超え
て含有させると、鋼の靭性が劣化してくる危険性があ
る。

【００２９】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼を溶製し、熱間鍛造
および熱間圧延して 9mm厚の板にした。これらの板によ
り、 900℃にて20分加熱後放冷、の焼準処理をおこなっ
た後、機械加工で幅10mm、長さ40mm、厚さ 3mmの試験片
を作製した。試験片は表面をNo.320のエメリー紙で研磨
後、脱脂して腐食試験に供した。腐食試験は、 80％硫酸、 140℃ 85％硫酸＋活性炭、 110℃ 5％塩酸、40℃ の３条件とし、それぞれ 5ｈ浸漬後、腐食による重量減
少を測定し、腐食速度を求めて耐食性を比較した。結果
を表２に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】鋼番号14は、通常の炭素鋼で、Ｓがとくに
低いが、硫酸による腐食速度が大きい。これに対し、他
の鋼はいずれもＣｕを含有していて、硫酸に対する耐食
性は良好である。しかしながら、塩酸に対する耐食性
は、本発明の定めるＳが低く、ＳｎまたはＳｂを含む鋼
が、極めてすぐれていることがわかる。

【００３３】

【発明の効果】本発明鋼は、重油、石炭、および都市ゴ
ミなどを燃焼させた排煙の、煙道、煙突、あるいは空気
予熱装置や熱交換器などに用いる鋼であって、被燃焼物
中に含まれる、硫黄や塩素から生じる硫酸や塩酸による
酸露点腐食に対して、すぐれた耐食性を有する経済性の
ある鋼である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％にて、Ｃ：0.01〜0.15％、Ｓｉ：
   0.1〜 0.5％、Ｍｎ： 0.1〜 0.5％、Ｐ：0.03％以下、
   Ｓ：0.01％以下、Ｃｕ： 0.2〜 1.0％、Ｎｉ： 0.5％以
   下、Ｃｒ： 2.0％以下、Ａｌ： 0.1％以下、Ｓｎおよび
   Ｓｂの一種または二種の合計が0.01〜 1.0％で、Ｂ：0.
   0050％以下、Ｖ： 0.2％以下、Ｎｂ： 0.2％以下、およ
   びＴｉ： 0.2％以下を含み、残部は不可避的不純物およ
   びＦｅからなることを特徴とする耐酸露点腐食性にすぐ
   れた鋼。