TWI516613B - 耐酸露點腐蝕鋼及排氣流路構成構件 - Google Patents

Description

耐酸露點腐蝕鋼及排氣流路構成構件

於與含有硫氧化物、氯化氫之氣體接觸之構件的表面，在低於氣體之露點溫度時會產生所謂的「硫酸凝結」。當該構件為金屬時，會有因含有硫酸之凝結水而進行腐蝕的問題。在本說明書中，係將此類因為凝結水中的酸所造成之腐蝕稱為「硫酸露點腐蝕」。本發明係關於經賦予對硫酸露點腐蝕的抵抗力之鋼，以及使用該鋼之排氣流路構成構件。

火力發電廠之燃燒排氣主要由水、硫氧化物(二氧化硫、三氧化硫)、氯化氫、氮氧化物、二氧化碳、氮氣、氧氣等所構成。特別是當排氣中含有達到1ppm之三氧化硫時，露點多會達到100℃以上，容易發生硫酸凝結。對於構成此種排氣流路之金屬構件(例如煙道之道壁或構成煙囪之構件、集塵器構件、用以利用排氣熱量之熱交換構件等)而言，需使用耐硫酸露點腐蝕性優異之材料。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特公昭43-14585號公報

[專利文獻2]日本特開2003-2133767號公報

Sb添加鋼係習知之為改善耐硫酸露點腐蝕性之鋼(專利文獻1、2)。然而，Sb為高價元素而成為導致鋼材成本 增加之主要原因的同時，在大量消耗Sb做為鋼材原料的狀況下，於原料採購方面會有隱憂。此外，會因添加Sb而造成鋼的熱加工性減低。再者，目前關於Sb對人體之毒性等級仍未釐清，考慮到金屬元素會因腐蝕而溶出，在安全上以盡可能避免使用Sb為理想。

另一方面，雖然不銹鋼一般係亦有良好之耐酸性，惟視酸的濃度或溫度，亦可能有比Sb添加鋼更容易進行腐蝕之情形。亦即，不銹鋼係高價且就硫酸露點腐蝕而言並非完美之材料。

有鑑於此等現況，本發明之目的係不依靠Sb之添加而改善以普通鋼為基底之鋼之耐硫酸露點腐蝕性，理想為亦進一步改善對凝結水中所含有之鹽酸之耐蝕性(耐鹽酸露點腐蝕性)。

發明人們詳細研究之結果，係發現嚴謹地將添加有Cu之鋼中之雜質元素P與S之含量控制在特定的狹窄範圍內，即可以改善耐硫酸露點腐蝕性。此外，尚發現了在含有微量之Mo時，不僅不減損耐硫酸腐蝕性，還可以改善對凝結水中所含之鹽酸之耐蝕性(耐鹽酸露點腐蝕性)。亦即，明確得知在不含有如Sb之特殊元素，而係包含一般鋼成分元素之鋼中，存在可以達成上述目的之成分組成範圍之「解答」。本發明係基於此新穎認知所完成。

為達成上述目的，本發明提供一種耐酸露點腐蝕鋼，其係以質量%為基準包含下列成分：C：0.005至0.200%， Si：0.20至0.80%，Mn：0.05至1.50%，P：0.002至0.020%，S：0.005至0.015%，Cu：0.10至0.50%，Ni：0.05至0.30%，Al：0.005至0.100%，Mo：0至未達0.010%，殘量係Fe以及雜質。於特別重視耐鹽酸露點腐蝕性之情形，理想為上述鋼之Mo含量為0.005至0.030質量%。

此外，本發明提供一種排氣流路構成構件，其係使用含有上述鋼之鋼板之構件，而構成在燃煤火力發電廠之燃燒排氣流路中曝露於前述排氣而會表面發生凝結之部位。

其中，排氣流路構成構件係指構成排氣流路之構造物(例如道壁和煙囪等)之構件，以及配置在排氣流路內之構件(例如集塵器和熱交換器之構件)。舉例而言，作為熱交換器之構件，如設置於流通受熱流體之管路之「冷卻風扇」。

依據本發明，可提供未添加Sb而改善耐硫酸露點腐蝕性，或更進一步改善耐鹽酸露點腐蝕性之鋼。由於此種鋼係僅使用一般的鋼成分元素構成而不含有特殊元素，故原料成本較為便宜。此外，亦避免因添加特殊元素而造成熱加工性減低。再者，由於不使用對人體有毒性疑慮之Sb，故在安全方面而言亦為有利。因此，本發明係特別有用於燃煤火力發電廠之燃燒排氣流路之構築。

依據發明人詳細的檢討，藉由嚴謹地調整在Cu添加鋼中之雜質元素P及S之含量，可提升耐硫酸露點腐蝕性。 而且，若使其中含有Mo，即可再進一步提升耐鹽酸露點腐蝕性。雖然尚未充分釐清關於如此之耐硫酸露點腐蝕性以及耐鹽酸露點腐蝕性之提升機制，惟於目前係可得到下述認知。

(1)Cu係有效於形成難溶性之CuS薄膜，該薄膜係特別提高對硫酸之抵抗力。

(2)由於P的減低係淨化肥粒鐵(ferrite)及沃斯田鐵(austenite)晶界(grain boundary)，故抑制晶界之腐蝕。

(3)由於藉由S的減低會減低鋼中的硫化物系夾雜物量，故會減少易被腐蝕之夾雜物與基底鐵之邊界面而減低腐蝕速度。但是，當S含量過少時，會變得不易形成CuS薄膜，腐蝕量反而增大。

(4)當Mo含量增大時，耐硫酸性會減低。但是，在添加微量Mo之範圍內，最為改善耐硫酸露點腐蝕性。

(5)另一方面，由於含有Mo，腐蝕電位移向高電位而耐鹽酸性提升。係存在著改善耐硫酸性並且亦改善耐鹽酸性之Mo含量範圍。

[耐硫酸露點腐蝕性]

在第1圖、第2圖、第3圖，分別例示在硫酸水溶液中，P含量、S含量以及Mo含量對腐蝕速度之影響。本浸漬試驗將重油(煤炭)之燃燒排氣假設為非常嚴苛之條件，而採用硫酸濃度40質量%，溫度60℃，浸漬時間6小時之條件。所使用之鋼，第1圖者之S係為0.008至0.010質量%，第2圖者之P係為0.010至0.012質量%，第3圖者 之P係為0.010至0.012質量%、S係為0.008至0.010質量%，任一者之P、S、Mo以外之殘量元素的含量皆在本發明規定範圍內。

在上述之硫酸浸漬試驗的條件中，含有Sb、Cu、Mo之傳統的耐酸露點腐蝕鋼的腐蝕速度約為10至20毫克/平方公分/小時(mg/cm²/h)之範圍。由第1圖、第2圖、第3圖可得知，在P含量為0.020質量%以下，S含量為0.005至0.015質量%，Mo含量為0至0.030質量%之組成範圍內，可得到與傳統的Sb添加鋼同等優異的耐硫酸露點腐蝕性。

[耐鹽酸露點腐蝕性]

第4圖係例示在鹽酸水溶液中，Mo含量對腐蝕速度之影響。試驗條件係設為鹽酸濃度1質量%，溫度80℃，浸漬時間6小時。由第4圖可得知，因微量添加Mo而急遽地改善耐鹽酸性，在Mo含量0.050質量%以上之耐鹽酸性係與傳統的Sb添加鋼同樣良好。因此，就重視同時改善耐硫酸露點腐蝕性及耐鹽酸露點腐蝕性之用途，併以第3圖之結果而言，Mo含量只要為0.005至0.030之範圍即可。

[成分元素]

接下來對本發明之鋼之成分元素進行說明。有關於成分元素之「%」係意指質量%。C對於耐硫酸露點腐蝕性的影響較小，為確保作為一般構造用材料之強度，係0.005至0.200%。

由於Si係具有提升耐硫酸腐蝕性之作用，故將含量確保在0.20%以上。但是，過度添加Si將使熱軋(hot rolling)時之脫銹(descale)性減低，導致銹痕增大。更進一步成為使銲接性減低之主要原因。種種檢討之結果，係將Si之含量限制在0.80%以下。

因為Mn係有效於調整鋼之強度，而且具有防止因S造成的熱脆性(hot shortness)之作用，故將含量確保在0.05%以上。在0.30以上時更具效果，管控在0.50%以上亦佳。但是含有多量的Mn係耐蝕性減低之主要原因。Mn含量係容許至1.50%為止，管控在1.20%以下、或者1.00%以下的範圍亦佳。

因為P會使耐蝕性、熱加工性、和銲接性劣化，故被限制在0.020%以下，較佳為0.018%以下。為了進一步提升耐硫酸腐蝕性，雖然減低P之含量係為有效，惟由於過度的減低係使製鋼負荷增大，而為拉高成本之主要原因，故含量只要為0.002%以上即可。

因為S會使耐蝕性及熱加工性銲接性劣化，故限制在0.015%以下。但是，關於耐硫酸露點腐蝕性，已知當持續減低S含量時，反而會使腐蝕速度增大(第2圖)。考量到在本發明之目標鋼係不含Cr的情形下，可推測此為CuS薄膜對耐硫酸性之提升有相當大之貢獻，若減少S含量，該CuS薄膜可能無法完全形成之故。種種檢討之結果，係若S之含量在0.005%以上則極具效果。

為使耐硫酸腐蝕性有效提升，需確保Cu含量在0.10%以上。但是，由於過度含有Cu係造成熱加工性減低之主要原因，故限制在0.50%以下。

由於Ni係對因添加Cu造成之熱加工性的減低有抑制作用，故需確保含量為0.05%以上。在0.10%以上更具效果。但是，由於Ni係造成耐硫酸腐蝕性劣化之主要原因，故限制在0.30%以下。

Al係製鋼時用以脫氧之必須元素，含量為0.005%以上。在0.010%含量以上時則更具效果。但是，由於Al係造成熱加工性減低之主要原因，故限制在0.100%以下。

由於Mo係如前述，為用以提升耐鹽酸性之極有效之元素，故只要視需要而在重視耐鹽酸露點腐蝕之情形添加即可。為了充分發揮耐鹽酸性之提升作用，以確保含有0.005%以上之Mo即具效果(第4圖)。但是，因為當增加Mo之含量時將導致耐硫酸露點腐蝕性之減低，故Mo之添加係於0.030%以下之範圍進行。另一方面，為實現安定之特優之耐硫酸露點腐蝕性，較佳為將Mo之含量控制在0至未達0.010%之範圍。

(實施例)

熔製表1所示之鋼，以慣常方法製作板厚為2.0mm之熱軋鋼板(樣品)。使用自各樣品切出之試驗片，以與得到第1圖、第2圖、第3圖、第4圖之圖表時相同之條件(前述)，進行硫酸浸漬試驗以及鹽酸浸漬試驗。耐硫酸露點腐蝕性之評估，係判定於硫酸浸漬試驗之腐蝕速度為20 mg/cm²/h以下者為○(良好)，除此以外者為×(不良)。此外，耐鹽酸露點腐蝕性之評估，係判定鹽酸浸漬試驗之腐蝕速度為4mg/cm²/h以下者為◎(優秀)，超過4至20mg/cm²/h 者為○(良好)，除此以外者為×(不良)。

此外，自表1所示之各鋼之鑄造板製作JIS13B號試驗片，依據JIS G0567以850℃、900℃、950℃三個水準的溫度進行高溫拉伸試驗。試驗係使用紅外線加熱爐，於大氣中加熱試驗片之平行部整體，達到指定溫度並維持10分鐘後，以拉伸速度成為5mm/分鐘之方式賦予拉伸負重，使試驗片破裂。試驗片之溫度係藉由接續在近乎平行部中央之熱電偶所測定，而控制溫度在指定溫度±10℃之範圍。

在上述三個水準的全部溫度中，於斷面具有延展性者判定為○(熱加工性；良好)，在任一溫度被認為有脆性破面者判定為△(熱加工性；稍差)。

該等之結果示於表2。

自表1、表2中可得知，具有本發明所規定組成之鋼， 其耐硫酸露點腐蝕性為良好，更進一步含有適量Mo之No.21、22、23之耐鹽酸露點腐蝕性亦為良好，該等中任一者之之熱加工性都未有問題。

另一方面，含有Sb、Cu、Mo之No.29(相當於傳統之耐酸露點腐蝕鋼者)，雖然耐硫酸露點蝕性良好，但熱加工性差。此外，No.27因Ni之添加量少，故熱加工性差。

第1圖係例示硫酸水溶液中P含量對腐蝕速度之影響之圖表；第2圖係例示硫酸水溶液中S含量對腐蝕速度之影響之圖表；第3圖係例示硫酸水溶液中Mo含量對腐蝕速度之影響之圖表；第4圖係例示鹽酸水溶液中Mo含量對腐蝕速度之影響之圖表。

Claims (3)

1. 一種耐酸露點腐蝕鋼，其係以質量%為基準包含下列成分：C：0.005至0.200%，Si：0.20至0.80%，Mn：0.05至1.50%，P：0.002至0.020%，S：0.005至0.015%，Cu：0.10至0.50%，Ni：0.05至0.30%，Al：0.005至0.100%，Mo：0.005至0.030%，殘量係Fe以及雜質。
2. 一種排氣流路構成構件，其係使用含有如申請專利範圍第1項所述之鋼之鋼板之構件，而構成在燃煤火力發電廠之燃燒排氣流路中曝露於前述排氣而會在表面發生凝結之部位。
3. 一種排氣流路構成構件，係使用含有鋼之鋼板之構件，而構成在燃煤火力發電廠之燃燒排氣流路中曝露於前述排氣而會在表面發生凝結之部位，其中，該鋼係包含下列成分：C：0.005至0.200%，Si：0.20至0.80%，Mn：0.05至1.50%，P：0.002至0.020%，S：0.005至0.015%，Cu：0.10至0.50%，Ni：0.05至0.30%，Al：0.005至0.100%。