KR20100114844A

KR20100114844A - 내산 강재 및 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재

Info

Publication number: KR20100114844A
Application number: KR1020100034672A
Authority: KR
Inventors: 신지 사까시따; 사또시 요시다
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2010-10-26
Also published as: JP5411560B2; CN101864544A; JP2010248578A

Abstract

본 발명의 과제는, 황산 및/또는 염산에 노출되는 환경에서 사용되는 강재이며 상기 환경에서의 내식성이 우수한 내산 강재 및 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재를 제공하는 것이다.
본 발명 과제의 해결 수단은, (1) C:0.04 내지 0.30질량％(이하, ％), Si:0.05 내지 1.0％, Mn:0.1 내지 2.0％, P:0.03％ 이하, S:0.01％ 이하, Al:0.005 내지 0.10％, Cu:0.05 내지 2.0％, Ni:0.05 내지 2.0％, Cr:0.05 내지 0.3％, Ti:0.005 내지 0.05％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 동시에, C의 함유량[C]과 Cr의 함유량[Cr]의 비:[C]/[Cr]가 0.20 내지 5.0이고, 또한 면적률로 페라이트를 20％ 이상을 포함하는 동시에 펄라이트 혹은 베이나이트를 5％ 이상 포함하는 조직인 것을 특징으로 하는 내산 강재와, (2) 이 내산 강재를 이용하여 구성된 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재이다.

Description

내산 강재 및 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재{ACID-RESISTANT STEEL MATERIAL AND LOW TEMPERATURE MEMBER ASSOCIATED WITH EXHAUST GAS OF COMBUSTION·INCINERATION FACILITY}

본 발명은, 내산 강재 및 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재에 관한 기술 분야에 속하는 것으로, 특히 보일러, 쓰레기 소각 시설, 엔진 등의 연소·소각 설비의 배기 가스 배관 등의 저온 부재, 황산이나 염산 등에 의한 산세 설비, 혹은 산을 이용하는 각종 플랜트 등의 황산이나 염산 등의 산에 노출되는 구조 부재로서 이용되는 저합금강재에 관한 기술 분야에 속하는 것이다. 또한, 연소·소각 설비라 함은, 연소 또는 소각하는 설비를 말한다. 연소·소각 설비의 저온 부재는, 상세하게는 저온부에 설치되는 연도 덕트, 케이싱, 각종 열교환기, 공기 예열기의 바스켓 및 전열 엘리먼트, 히터, 송풍기, 탈황 설비, 탈염 설비, 전기 집진기, 감온탑, 버그 필터, 굴뚝 등에 사용되는 부재이다.

중유나 석탄을 연료로 하는 보일러에 있어서는, 절탄기(節炭器), 공기 예열기, 집진기 및 굴뚝 등의 연도의 비교적 저온 부분에서 황산에 의한 심한 부식이 발생하는 것이 알려져 있다. 이러한 부식은 황산 노점 부식이라 불리고 있고, 연료 중의 유황분에 기인하여 생성되는 SO₃이 배기 가스 중에 포함되어 있어, 금속 표면 온도가 노점을 하회한 경우에 가스 중의 SO₃과 수분이 결합하여 금속 표면에 황산이 응축되어, 심한 부식을 발생한다고 일컬어지고 있다. 또한, 연료 중에 염분이 포함되는 경우에는, 배기 가스 중에 염화 수소(HCl)가 포함되어, 금속 표면 온도가 노점을 하회한 경우에는, 금속 표면에 염산이 응축되어 산 노점 부식이 발생한다. 쓰레기 소각 시설의 연도 등의 저온부에 있어서는, 황산과 염산의 혼산에 의한 노점 부식이 일어나고 있다고 되어 있다. 이러한 황산 및/또는 염산에 의한 부식은, 상술한 보일러나 쓰레기 소각 시설뿐만 아니라, 이들 산을 이용하는 화학 플랜트나 산세 설비 등의 각종 설비에서도 문제가 된다.

산 노점 부식에 대해서는, 산이 생성되지 않도록 배기 가스 배관 등의 부재의 온도를 노점 이상으로 보온하는 방법이 있다. 또한, Co나 Sb 등의 특수한 첨가 원소를 비롯하여 화학 성분의 조정 등에 의해 강재 자체의 내식성을 향상시킨 내식 강재도 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 내지 2). 그러나 이들 기술에 의한 내식성 향상은 충분한 것이라고는 할 수 없어, 더욱 효과적인 방식(防食) 방법이 요구되고 있다.

일본 특허 출원 공개 제2007-239095호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-262558호 공보

본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은 황산 및/또는 염산에 노출되는 환경에서 사용되는 강재이며 상기 환경에서의 내식성이 우수한 내산 강재 및 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명에 따르면 상기 목적을 달성할 수 있다.

이와 같이 하여 완성되어 상기 목적을 달성할 수 있었던 본 발명은, 내산 강재 및 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재에 관한 것으로, 그것은 다음과 같은 구성으로 한 것이다.

즉, 본 발명에 관한 내산 강재는, 황산 및/또는 염산에 노출되는 환경에서 사용되는 강재이며,

C:0.04 내지 0.30질량％,

Si:0.05 내지 1.0질량％,

Mn:0.1 내지 2.0질량％,

P:0.03질량％ 이하,

S:0.01질량％ 이하,

Al:0.005 내지 0.10질량％,

Cu:0.05 내지 2.0질량％,

Ni:0.05 내지 2.0질량％,

Cr:0.05 내지 0.3질량％,

Ti:0.005 내지 0.05질량％

를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 동시에, C의 함유량[C]과 Cr의 함유량[Cr]의 비:[C]/[Cr]가 0.20 내지 5.0이고, 또한 면적률로 페라이트를 20％ 이상을 포함하는 동시에 펄라이트 혹은 베이나이트를 5％ 이상 포함하는 조직인 것을 특징으로 한다.

상기 내산 강재는, Mg:0.0003 내지 0.005질량％, Ca:0.0003 내지 0.005질량％ 중 1종 이상을 더 함유하고 있어도 좋다. 상기 내산 강재는, Nb:0.001 내지 0.1질량％, Zr:0.001 내지 0.1질량％, Hf:0.001 내지 0.1질량％ 중 1종 이상을 더 함유하고 있어도 좋다. 상기 내산 강재는, B:0.0001 내지 0.005질량％, V:0.001 내지 0.1질량％ 중 1종 이상을 더 함유하고 있어도 좋다.

또한, 본 발명에 관한 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재는, 상기 어느 하나에 기재된 내산 강재를 사용하여 구성된 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재이다.

본 발명에 관한 내산 강재는, 황산 및/또는 염산에 노출되는 환경에서의 내식성이 우수하고, 따라서 이러한 환경에서 사용되는 강재로서 적절하게 이용할 수 있어, 그 내구성의 향상이 도모된다. 본 발명에 관한 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재는, 황산 및/또는 염산에 노출되는 환경에서의 내식성이 우수하고, 따라서 이러한 환경에서 사용되는 부재로서 적절하게 이용할 수 있어, 그 내구성의 향상이 도모된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 부식 시험용 시험편(테스트 피스)을 도시하는 정면도.

저합금강이 황산이나 염산에 노출된 경우, 강 중의 페라이트가 애노드 반응 사이트, 시멘타이트(Fe₃C)가 캐소드 반응 사이트로 되어 부식 반응이 진행된다. 내식성 향상의 방법으로서, 강에 Cu, Ni, Ti 등을 첨가함으로써, 페라이트의 활성도가 감소하여, 애노드 반응이 억제되는 것은 알려져 있다.

본 발명자는, Cu, Ni 및 Ti를 적량 첨가한 강에 있어서, 또한 Cr의 첨가량 및 C와 Cr의 비를 적정하게 조정함으로써, 산 용액 중의 애노드 반응 및 캐소드 반응이 현저하게 일어나기 어려워져, 부식이 현저하게 억제되는 것을 발견하였다. Cr은 강 중에 있어서, 일부는 페라이트에 고용되고, 일부는 탄화물을 생성한다. 이러한 부식 억제 효과는, Cu, Ni 및 Ti가 적절하게 고용된 페라이트에 또한 Cr이 미량으로 고용되는 것에 의한 애노드 반응 억제와 시멘타이트 중에서 Cr 탄화물이 생성되는 것에 의한 캐소드 반응 억제의 상승 작용에 의해 발현되는 것이라 생각된다. 이러한 상승 효과(synergy effect)는, 페라이트로의 Cr 고용과 Cr 탄화물 생성의 밸런스에 의해 발현되는 것이며, Cu, Ni 및 Ti의 첨가량이 적정하지 않은 경우에는 페라이트에의 Cr 고용과 Cr 탄화물 생성의 밸런스가 무너져 현저한 부식 억제 효과는 얻어지지 않는다.

이상과 같은 내식성 향상 효과는, C, Cu, Ni, Ti, Cr의 첨가량에 부가하여, C와 Cr의 비를 적정하게 조정함으로써 발현되는 것이지만, Mg나 Ca의 적량을 복합 첨가하는 것이 더 유효하다. Mg나 Ca는 부식 선단의 pH를 완화시킴으로써, 즉 수소 이온 농도를 낮춤(pH를 상승시킴)으로써 캐소드 반응의 억제 효과가 가일층 향상된다고 생각된다. 상술한 첨가 원소에 부가하여, Nb, Zr, Hf의 적량을 복합 첨가함으로써도, 내식성 향상은 더욱 커지는 것도 발견하였다. 이들 원소는 산화물로서 표면에 치밀한 녹 피막을 형성하여, 내식성 향상 효과를 촉진하는 것이라 생각된다.

이상의 내식성 향상 효과를 이용함으로써, 환경 부하의 면에서 그다지 권장되지 않는 Sb나 Sn 등의 첨가 원소를 사용하지 않아도 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 구조 재료로서 필요한 기계 특성이나 용접성을 만족시키기 위해서는, 상술한 원소에 부가하여, Si, Mn, Al, P, S의 첨가량을 적절하게 조정하는 것도 필요하다.

본 발명에 관한 내산 강재의 성분 범위 등의 한정 이유 등에 대해, 이하 설명한다.

C:0.04 내지 0.30질량％

C는, 내식성 향상에 기여하는 Cr 탄화물을 생성하는 데 필요한 것에 부가하여, 재료의 강도 확보를 위해서도 필요한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, C를 0.04질량％(질량％를, 이하 ％라 함) 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 C를 과잉으로 함유시키면, 산 용액 중에서의 캐소드 사이트로서 작용하는 시멘타이트의 생성량이 많아져, 부식 반응을 촉진시켜 내식성이 열화되는 것에 부가하여, 인성도 열화된다. 이러한 C의 악영향을 피하기 위해서는, C 함유량은 0.30％ 이하로 할 필요가 있다. 이러한 점에서, C 함유량의 범위는 0.04 내지 0.30％로 하였다. 또한, C 함유량의 바람직한 하한은 0.045％이고, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, C 함유량의 바람직한 상한은 0.29％이고, 보다 바람직하게는 0.28％ 이하로 하는 것이 좋다.

Si:0.05 내지 1.0％

Si는, 탈산과 강도 확보를 위해 필요한 원소로, 0.05％가 충족되지 않으면 구조 부재로서의 최저 강도를 확보할 수 없다. 그러나 1.0％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 용접성이 열화된다. 또한, Si 함유량의 보다 바람직한 하한은 0.08％이고, 더욱 바람직한 하한은 0.10％이다. 또한, Si 함유량의 보다 바람직한 상한은 0.95％이고, 더욱 바람직한 상한은 0.90％이다.

Mn:0.1 내지 2.0％

Mn은, Si와 마찬가지로 탈산 및 강도 확보를 위해 필요하며, 0.1％가 충족되지 않으면 구조 부재로서의 최저 강도를 확보할 수 없다. 그러나 2.0％를 초과하여 과잉으로 함유시키면 인성이 열화된다. 또한, Mn 함유량의 보다 바람직한 하한은 0.15％이고, 더욱 바람직한 하한은 0.20％이다. 또한, Mn 함유량의 보다 바람직한 상한은 1.9％이고, 더욱 바람직한 상한은 1.8％이다.

P:0.03％ 이하

P는, 과잉으로 함유시키면 인성이나 용접성을 열화시키는 원소로, P의 허용되는 함유량은 0.03％까지이다. P 함유량은 가능한 한 적은 쪽이 바람직하며, 보다 바람직한 상한은 0.028％이고, 더욱 바람직하게는 0.025％ 이하로 하는 것이 좋다.

S:0.01％ 이하

S는, P와 마찬가지로 함유량이 많아지면 인성이나 용접성을 열화시키는 원소로, 허용되는 함유량은 0.01％까지이다. S의 보다 바람직한 상한은 0.009％이고, 더욱 바람직하게는 0.008％ 이하로 하는 것이 좋다.

Al:0.005 내지 0.10％

Al은, Si, Mn과 마찬가지로 탈산 및 강도 확보를 위해 필요하다. 이들의 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.005％ 이상이 필요하다. 그러나 0.10％를 초과하여 첨가하면 용접성을 저해시키므로, Al 첨가량의 범위는 0.005 내지 0.10％로 하였다. 또한, Al 함유량의 보다 바람직한 하한은 0.008％이고, 더욱 바람직한 하한은 0.010％이다. 또한, Al 함유량의 보다 바람직한 상한은 0.09％이고, 더욱 바람직한 상한은 0.08％이다.

Cu:0.05 내지 2.0％

Cu는, 페라이트에 고용되어, 애노드의 활성도를 저하시키는 것에 부가하여, 강재 표면에 치밀한 녹 피막을 형성하는 작용도 갖고 있어, 내식성의 향상에 필요한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.05％ 이상 함유시키는 것이 필요하지만, 과잉으로 함유시키면 용접성이나 열간 가공성이 열화되므로, 2.0％ 이하로 할 필요가 있다. Cu 함유량의 바람직한 하한은 0.06％이고, 보다 바람직한 하한은 0.07％이다. 또한, Cu 함유량의 바람직한 상한은 1.95％이고, 보다 바람직한 상한은 1.90％이다.

Ni:0.05 내지 2.0％

Ni는, 페라이트에 고용되어, 애노드의 활성도를 저하시키는 것에 부가하여, 강재 표면에 치밀한 녹 피막을 형성하는 작용도 갖고 있어, 내식성의 향상에 필요한 원소이다. 또한, Ni는 모재 인성을 향상시키는 데도 유효하고, 또한 Cu에 의한 적열 취성을 방지하는 데도 필요한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 첨가량이 과잉이 되면 용접성이나 열간 가공성이 열화되므로, 2.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ni를 함유시킬 때의 보다 바람직한 하한은 0.06％이고, 0.07％ 이상이 더욱 바람직하다. Ni를 함유시킬 때의 보다 바람직한 상한은 1.95％이고, 1.90％ 이하가 더욱 바람직하다.

Cr:0.05 내지 0.3％

Cr은 페라이트에 고용되어 애노드 반응을 억제하고, 시멘타이트 중에서 Cr 탄화물을 생성하여 캐소드 반응을 억제한다고 생각되어, 내식성 향상에 필요한 원소이다. 이들의 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.05％ 이상 함유시키는 것이 필요하지만, 과잉으로 함유시키면, 부식 선단의 pH 저하를 초래하여 오히려 내식성을 열화시키는 것에 부가하여, 용접성이나 열간 가공성을 열화시키는 원소이다. 이러한 Cr의 악영향을 발생시키지 않기 위해서는, 함유량은 0.3％ 이하로 할 필요가 있다. Cr 함유량의 보다 바람직한 하한은 0.055％이고, 0.06％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. Cr 함유량의 보다 바람직한 상한은 0.28％이고, 0.26％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Ti:0.005 내지 0.05％

Ti는, Cu나 Ni와 마찬가지로 페라이트에 고용되어, 애노드의 활성도를 저하시키는 것에 부가하여, 강재 표면에 치밀한 녹 피막을 형성하는 작용도 갖고 있어, 내식성의 향상에 필요한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 0.005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 첨가량이 과잉이 되면 용접성이나 열간 가공성이 열화되므로, 0.05％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ti를 함유시킬 때의 보다 바람직한 하한은 0.006％이고, 더욱 바람직한 하한은 0.007％이다. Ti를 함유시킬 때의 보다 바람직한 상한은 0.045％이고, 더욱 바람직한 상한은 0.04％이다.

Mg:0.0003 내지 0.005％, Ca:0.0003 내지 0.005％

본 발명의 제2 발명에 관한 내산 강재에서는, Mg:0.0003 내지 0.005％, Ca:0.0003 내지 0.005％ 중 1종 이상을 더 함유시킨다. 이 이유 등에 대해, 이하 설명한다. Mg 및 Ca는, 산 용액 중, 특히 염화물을 포함하는 산 용액 중에 있어서, 녹 중의 pH를 상승시키는 작용을 갖고 있어, 캐소드 반응을 억제하여 내식성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 이러한 작용은, 0.0003％ 이상 함유시킴으로써 유효하게 발휘된다. 그러나 0.005％를 초과하여 첨가하면 가공성과 용접성을 열화시킨다. 이러한 이유에서, 첨가량은 각각 0.0003 내지 0.005％의 범위가 적정하다. Mg와 Ca 첨가량의 보다 바람직한 하한은 각각 0.0004％이고, 더욱 바람직한 하한은 각각 0.0005％이다. 또한, Mg와 Ca 첨가량의 보다 바람직한 상한은 각각 0.0045％이고, 더욱 바람직한 상한은 각각 0.004％이다.

Nb:0.001 내지 0.1％, Zr:0.001 내지 0.1％, Hf:0.001 내지 0.1％

본 발명의 제3 발명에 관한 내산 강재에서는, Nb:0.001 내지 0.1％, Zr:0.001 내지 0.1％, Hf:0.001 내지 0.1％ 중 1종 이상을 더 함유시킨다. 이 이유 등에 대해, 이하 설명한다. Nb, Zr 및 Hf는 산화물로서 표면에 치밀한 녹 피막을 형성하여 내식성에 기여하는 원소로, 특히 황산염을 포함하는 산 용액 중에서의 내식성을 현저하게 향상시키는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 첨가량이 과잉이 되면 용접성이나 열간 가공성이 열화되므로, 0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Nb, Zr, Hf의 보다 바람직한 하한은 각각 0.003％이고, 더욱 바람직한 하한은 각각 0.005％이다. 또한, Nb, Zr, Hf의 보다 바람직한 상한은 각각 0.095％이고, 더욱 바람직한 상한은 각각 0.09％이다.

B:0.0001 내지 0.005％, V:0.001 내지 0.1％

본 발명의 제4 발명에 관한 내산 강재에서는, B:0.0001 내지 0.005％, V:0.001 내지 0.1％ 중 1종 이상을 더 함유시킨다. 이 이유 등에 대해, 이하 설명한다. B 및 V는 강도 향상에 유효한 원소이다. 이러한 작용을 얻기 위해서는, B는 0.0001％ 이상, V는 0.001％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나 과잉으로 함유시키면 모재 인성이 열화되기 때문에, B를 함유시키는 경우에는 0.005％ 이하, V를 함유시키는 경우에는 0.1％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, B를 함유시키는 경우의 보다 바람직한 하한은 0.0002％이고, 더욱 바람직한 하한은 0.0003％이다. 또한, B 첨가량의 더욱 바람직한 상한은 0.0045％ 이하이고, 더욱 바람직한 상한은 0.004％이다. V를 함유시키는 경우의 보다 바람직한 하한은 0.002％이고, 더욱 바람직한 하한은 0.003％이다. 또한, V 첨가량의 더욱 바람직한 상한은 0.095％ 이하이고, 더욱 바람직한 상한은 0.09％이다.

본 발명에 관한 내산 강재는, C:0.04 내지 0.30％, Si:0.05 내지 1.0％, Mn:0.1 내지 2.0％, P:0.03％ 이하, S:0.01％ 이하, Al:0.005 내지 0.10％, Cu:0.05 내지 2.0％, Ni:0.05 내지 2.0％, Cr:0.05 내지 0.3％, Ti:0.005 내지 0.05％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 본 발명에 관한 내산 강재는, Mg:0.0003 내지 0.005％, Ca:0.0003 내지 0.005％ 중 1종 이상을 더(상기 성분과 함께) 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이라도 좋다. 또한, 본 발명에 관한 내산 강재는, Nb:0.001 내지 0.1％, Zr:0.001 내지 0.1％, Hf:0.001 내지 0.1％ 중 1종 이상을 더(상기 성분과 함께) 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이라도 좋다. 또한, 본 발명에 관한 내산 강재는, B:0.0001 내지 0.005％, V:0.001 내지 0.1％ 중 1종 이상을 더(상기 성분과 함께) 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이라도 좋다. 이때, 불가피적 불순물은 강재의 여러 특성을 저해시키지 않는 정도로 함유할 수 있고, 합계 0.1％ 이하, 바람직하게는 0.09％ 이하로 억제함으로써 본 발명의 내식성 발현 효과를 극대화할 수 있다.

[C]/[Cr]:0.20 내지 5.0

본 발명의 효과를 얻기 위해서는, C의 함유량[C]과 Cr의 함유량[Cr]의 비, 즉, [C]/[Cr]를 적절하게 조정할 필요가 있다. Cr은 강 중에 있어서, 일부는 페라이트에 고용되고, 일부는 탄화물을 생성한다. [C]/[Cr] 비가 0.20을 충족시키지 않는 경우에는, Cr의 양에 대한 C의 양이 적기 때문에, 내식성 향상에 기여하는 Cr 탄화물이 생성되지 않아, 시멘타이트의 캐소드 반응 억제 효과가 얻어지지 않는다. 또한, [C]/[Cr] 비가 5.0을 초과하면, C의 양에 대한 Cr의 양이 적기 때문에, Cr은 모두 탄화물이 되어, 페라이트에 고용되는 Cr이 없어지므로, Cr 고용에 의한 페라이트의 애노드 반응 억제 효과가 얻어지지 않는다. 이러한 이유로부터, [C]/[Cr] 비는 0.20 내지 5.0으로 하는 것이 필요하다. 또한, [C]/[Cr] 비의 보다 바람직한 하한은 0.22이고, 보다 바람직한 상한은 4.8이다.

조직

본 발명의 효과는 페라이트 및 시멘타이트의 부식 반응성을 제어함으로써 얻어지는 것이며, 강재에는 이들이 포함될 필요가 있다. 애노드 반응 억제 효과가 작용하는 페라이트는 면적률로 20％ 이상 필요하고, 이를 충족시키지 않는 경우에는 부식 억제 효과가 불충분해진다. 또한, 캐소드 반응 억제 효과가 작용하는 시멘타이트는, 펄라이트 혹은 베이나이트로서 면적률로 5％ 이상 존재할 필요가 있고, 이를 충족시키지 않는 경우에는 부식 억제 효과가 불충분해진다. 시멘타이트는 캐소드 반응 사이트로 되므로, 부식 억제의 관점에서는 가능한 한 적은 쪽이 바람직하다. 이 점으로부터, 펄라이트 혹은 베이나이트로서 35％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 페라이트가 지나치게 많은 경우에는, 고용된 Cr 농도가 낮아지므로, Cr 고용에 의한 애노드 반응 억제 효과가 얻어지기 어려워질 가능성이 있다. 이 점에서, 페라이트는 95％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

제조 방법

본 발명에 관한 내산 강재는, 예를 들어 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다. 전로 또는 전기로로부터 레이들로 출강(出鋼)된 용강에 대해, RH 진공 탈가스 장치를 사용하여, 성분 조정·온도 조정을 포함하는 2차 정련을 행한다. 그 후, 연속 주조법, 조괴법 등의 통상의 주조 방법으로 강괴로 한다. 또한 탈산 형식으로서는, 기계 특성이나 용접성의 관점에서 킬드강을 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 Al 킬드강이 권장된다.

이와 같이 하여 얻어진 강괴를, 1000 내지 1300℃의 온도 영역으로 가열한 후, 열간 압연을 행하여, 원하는 치수 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이때 열간 압연 종료 온도를, 650 내지 850℃로 제어하고, 열간 압연 종료 후로부터 500℃까지의 냉각 속도를 0.1 내지 15℃/초 이하의 범위로 제어함으로써, 소정의 강도 특성이 얻어진다.

본 발명에 관한 내산 강재는, 전술한 바와 같은 성분, [C]/[Cr] 비, 조직으로 하고 있는 것에 기인하여, 용접성이나 열간 가공성이 통상의 기계 구조용 강과 동등하며, 또한 황산 및/또는 염산에 노출되는 환경에서의 내식성이 우수하고, 따라서 이러한 환경에서 사용되는 부재의 구성 재료로서 적절하게 이용할 수 있어, 그 내구성의 향상이 도모된다. 본 발명에 관한 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재는, 이러한 본 발명에 관한 내산 강재를 사용하여 구성되어 있으므로, 황산 및/또는 염산에 노출되는 환경에서의 내식성이 우수하고, 따라서 이러한 환경에서 사용되는 부재로서 적절하게 사용할 수 있어, 그 내구성의 향상이 도모된다.

[실시예]

본 발명의 실시예 및 비교예를 이하 설명한다. 또한, 본 발명은 본 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

〔공시재의 제작〕

표 1 내지 표 2에 나타내는 다양한 성분 조성의 강재를 진공 용해로에 의해 용제하여, 50㎏의 강괴로 하였다. 얻어진 강괴를 1150℃로 가열한 후, 열간 압연을 행하여, 판 두께 10㎜의 강 소재로 하였다. 이때, 열간 압연 종료 온도는 650 내지 850℃의 범위, 열간 압연 종료 후로부터 500℃까지의 냉각 속도를 0.1 내지 15℃/초 이하의 범위로 적절하게 조정하였다.

이와 같이 하여 얻어진 강 소재로부터, 크기 50×30×4(㎜)의 테스트 피스를 잘라냈다. 부식 시험시에 테스트 피스를 현수하기 위해, 단부에는 크기 3㎜Φ의 구멍을 뚫었다. 모든 테스트 피스는, 습식 회전 연마기로 SiC#600까지 전체면을 연마하고, 수세 및 아세톤 세정을 하고 나서 시험에 제공하였다. 또한, 열간 압연 후에 표면으로부터 2.5㎜의 깊이에 있어서 조직 관찰을 행하여, 모든 강재는 페라이트의 비율이 20％ 이상이고, 또한 펄라이트 혹은 베이나이트의 비율이 5％ 이상인 것을 확인하였다. 상기 테스트 피스(부식 시험편)의 정면도를 도 1에 도시한다.

〔부식 시험 방법〕

부식 시험으로서, (1) 1mol/L 염산, (2) 1mol/L 황산, (3) 0.5mol/L 염산+0.5mol/L 황산, 3종의 산 용액에 침지시키는 침지 부식 시험을 실시하였다. 시험 용액은 모두 30℃이고, 침지 시간은 모두 24시간이다. 시험 용액을 넣은 비이커를 워터 배스에 의해 30℃로 유지하고, 그 비이커에, 나일론사를 이용하여 테스트 피스를 매달아 침지시켰다. 어떠한 시험 용액도 비액량은 시험편 1개에 대해, 1L(리터)로 하였다.

각 용액 중에서의 침지 부식 시험 전후의 테스트 피스의 중량 변화로부터 부식량을 구하여, 내식성을 평가하였다. 부식 시험에는, 표 1에 나타낸 No.1 내지 50의 강재를 각각 5매씩 제공하고, 부식량은 5매의 평균값으로서 산출하였다. 시험 후의 중량은, 침지 후의 테스트 피스를 수세 및 아세톤 세정하고, 건조시킨 후에 측정하였다.

〔시험 결과〕

각 산 용액 중에서의 침지 부식 시험 결과를 표 3에 나타낸다. 부식 속도에 대해서는, No.1의 강재의 부식 속도를 100으로 하였을 때의 상대값으로 나타내고 있다. 즉, 이 상대값이, 예를 들어 35인 것은, No.1의 강재의 부식 속도의 35％의 부식 속도인 것을 나타내는 것이다. 종합 평가로서는, 각 산 용액 중의 부식 속도 상대값(No.1＝100)이 모두 50 이하인 것을 ○, 모두 30 이하인 것을 ◎, 모두 20 이하인 것을 ◎◎로 하였다. 각 산 용액 중의 부식 속도 상대값이 50 초과 100 미만인 것을 △, 100인 것을 ×로 하였다.

표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, No.1 내지 9(비교예)의 경우는, 부식 속도 상대값이 50을 초과하고 있어, 내식성이 충분하지 않다. No.2 및 No.3의 경우, 각각 Cu 및 Ni의 첨가량이 지나치게 적으므로, 페라이트로의 Cr 고용량이 많아지고, 시멘타이트 중에서의 Cr 탄화물 생성량이 적어져, 부식 반응 억제가 불충분했다고 생각된다. No.4의 경우, Cr 첨가량이 지나치게 적으므로, 페라이트로의 Cr고용량 혹은 시멘타이트 중에서의 Cr 탄화물 생성량이 지나치게 적어, 부식 반응 억제가 불충분했다고 생각된다. No.5의 경우, Cr 첨가량이 지나치게 많으므로, 부식 선단의 pH 저하를 초래하여 부식이 촉진되어, 본 발명의 내식성 향상 효과가 저해되었다고 생각된다. No.6의 경우, Ti 첨가량이 지나치게 적으므로, 페라이트로의 Ti 고용 혹은 치밀한 표면 녹 피막의 형성이 불충분하여, 내식성이 충분하지 않다고 생각된다. No.7의 경우, [C]/[Cr] 비가 0.20을 충족시키지 않으므로, Cr 탄화물이 생성되지 않아, 시멘타이트의 캐소드 반응 억제 효과가 얻어지지 않았다고 생각된다. No.8의 경우, [C]/[Cr] 비가 5.0을 초과하였으므로, 강 중의 Cr은 모두 탄화물이 되어 페라이트에 고용되는 Cr이 없어지기 때문에, Cr 고용에 의한 페라이트의 애노드 반응 억제 효과가 얻어지지 않았다고 생각된다. No.9의 경우, 내식성 향상에 기여하는 것이 알려져 있는 Sb를 첨가하였지만, Cr 첨가량과 [C]/[Cr] 비가 적정하지 않으므로 내식성은 불충분했다.

이에 대해, No.10 내지 50(본 발명의 실시예)의 경우는, 모두 부식 속도 상대값이 50 이하로 되어 있어, 내식성이 우수하다. 이들의 우수한 내식성은, Cu, Ni, Cr 및 Ti를 적량 첨가하는 것에 의한 애노드 반응 억제 효과와, C와 Cr의 비를 적정하게 조정하는 것에 의한 캐소드 반응 억제 효과의 상승 효과를 베이스로 하여 발현되는 것이며, 또한 Mg, Ca, Nb 등의 원소 첨가가 부식 억제에 효과적인 것이 명백하다. 이상과 같이, 본 발명의 실시예에 관한 내산 강재는, 모두 무도장 내식성(uncoated corrosion resistance)이 우수하여, 황산이나 염산 등의 산에 노출되는 구조 부재로서 적합하다.

본 발명에 관한 내산 강재는, 황산 및/또는 염산에 노출되는 환경에서의 내식성이 우수하므로, 이러한 환경에서 사용되는 부재의 구성 재료로서 적절하게 사용할 수 있어, 그 내구성의 향상이 도모되어 유용하다.

Claims

황산 및 염산 중 하나 이상에 노출되는 환경에서 사용되는 강재이며,
C:0.04 내지 0.30질량％,
Si:0.05 내지 1.0질량％,
Mn:0.1 내지 2.0질량％,
P:0.03 질량％ 이하,
S:0.01질량％ 이하,
Al:0.005 내지 0.10질량％,
Cu:0.05 내지 2.0질량％,
Ni:0.05 내지 2.0질량％,
Cr:0.05 내지 0.3질량％,
Ti:0.005 내지 0.05질량％
를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 동시에, C의 함유량[C]과 Cr의 함유량[Cr]의 비:[C]/[Cr]가 0.20 내지 5.0이고, 또한 면적률로 페라이트를 20％ 이상을 포함하는 동시에 펄라이트 혹은 베이나이트를 5％ 이상 포함하는 조직인 것을 특징으로 하는, 내산 강재.
제1항에 있어서, Mg:0.0003 내지 0.005질량％, Ca:0.0003 내지 0.005질량％ 중 1종 이상을 더 함유하는, 내산 강재.
제1항에 있어서, Nb:0.001 내지 0.1질량％, Zr:0.001 내지 0.1질량％, Hf:0.001 내지 0.1질량％ 중 1종 이상을 더 함유하는, 내산 강재.
제2항에 있어서, Nb:0.001 내지 0.1질량％, Zr:0.001 내지 0.1질량％, Hf:0.001 내지 0.1질량％ 중 1종 이상을 더 함유하는, 내산 강재.
제1항에 있어서, B:0.0001 내지 0.005질량％, V:0.001 내지 0.1질량％ 중 1종 이상을 더 함유하는, 내산 강재.
제2항에 있어서, B:0.0001 내지 0.005질량％, V:0.001 내지 0.1질량％ 중 1종 이상을 더 함유하는, 내산 강재.
제3항에 있어서, B:0.0001 내지 0.005질량％, V:0.001 내지 0.1질량％ 중 1종 이상을 더 함유하는, 내산 강재.
제4항에 있어서, B:0.0001 내지 0.005질량％, V:0.001 내지 0.1질량％ 중 1종 이상을 더 함유하는, 내산 강재.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 내산 강재를 이용하여 구성된, 연소·소각 설비의 배기 가스 관련 저온 부재.