WO2021095184A1 - 鋼材 - Google Patents

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WO2021095184A1
WO2021095184A1 PCT/JP2019/044610 JP2019044610W WO2021095184A1 WO 2021095184 A1 WO2021095184 A1 WO 2021095184A1 JP 2019044610 W JP2019044610 W JP 2019044610W WO 2021095184 A1 WO2021095184 A1 WO 2021095184A1
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WO
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less
mns
corrosion resistance
steel material
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PCT/JP2019/044610
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淳子 今村
亜希子 富尾
慎 長澤
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日本製鉄株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to steel materials.
  • Exhaust gas containing water vapor, sulfur oxides, hydrogen chloride, etc. is generated in the incinerators of boiler furnaces and waste incinerators.
  • this exhaust gas is cooled in an exhaust gas chimney or the like, it condenses into sulfuric acid and hydrochloric acid, which causes significant corrosion of the steel materials constituting the exhaust gas flow path, as known as sulfuric acid dew point corrosion and hydrochloric acid dew point corrosion.
  • Patent Documents 1 to 4 propose steel materials having excellent sulfuric acid dew point corrosion resistance to which Cu, Sb, Co, Cr and the like are added.
  • Patent Document 5 proposes a highly corrosion-resistant stainless steel to which Cr, Ni and the like are added.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-164335 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-213367 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-239094 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-57221 Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-316745
  • Steel materials containing Cu, Sb, Cr, etc. exhibit excellent corrosion resistance in a sulfuric acid corrosion environment such as an exhaust gas chimney. However, in order to extend the life of boilers and incineration equipment, further improvement in corrosion resistance is expected.
  • steel materials used in incinerator flues such as gasification and melting furnaces, heat exchangers, gas-gas heaters, desulfurization equipment, and electrostatic precipitators have corrosion resistance from the viewpoint of workability and productivity. Not only hot workability and weldability are also required.
  • An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a steel material having excellent corrosion resistance in a sulfuric acid corrosive environment and a hydrochloric acid corrosive environment, and also having excellent hot workability and weldability.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and the following steel materials are the gist of the present invention.
  • the chemical composition is mass%.
  • the BI defined by the following equation (i) is 0.55 to 30.0.
  • the EI defined by the following equation (ii) is 1.0 to 6.0.
  • the Ceq defined by the following equation (iii) is 0.150 to 0.400.
  • the maximum number density of MnS containing MnS and MnS oxide in the steel material and having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is less than 50 / mm 2 and having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more.
  • the ratio of the number density of MnS oxides having a length of 2.0 ⁇ m or more is 0.10 or more.
  • Steel material. BI (Cr / 52) / (N / 14) ...
  • the chemical composition is mass%. Mo: 0.01-0.50%, W: 0.01-0.50%, Sn: 0.01 to 0.30%, As: 0.01 to 0.30%, and Co: 0.01 to 0.30%, Contains one or more selected from, The steel material according to (1) above.
  • the chemical composition is mass%.
  • the chemical composition is mass%.
  • the present inventors have obtained the following findings as a result of detailed investigation of the corrosion resistance, hot workability, and weldability of steel materials in order to solve the above-mentioned problems.
  • the present inventors focused on oxides and carbides that are the starting points of corrosion, and conducted studies to improve the corrosion resistance of steel materials in an acid-corroded environment. Then, it was found that the formation of oxides, which are the starting points of corrosion, was suppressed by setting the Si / Al ratio in an appropriate range.
  • Mn is an essential element for ensuring the strength and toughness of steel, but on the other hand, it forms MnS and deteriorates corrosion resistance in an acid-corroded environment. Further, in the present invention, since S has an effect of improving corrosion resistance by being contained together with Cu and Sb, extreme reduction is not preferable.
  • MnS can be made harmless by making it finer and combining it with oxygen to form an MnS oxide.
  • C 0.01 to 0.10%
  • C is an element that improves the strength of the steel material. However, when C is excessively contained, carbides increase and corrosion resistance deteriorates. Therefore, the C content is set to 0.01 to 0.10%.
  • the C content is preferably 0.03% or more, and more preferably 0.05% or more.
  • the C content is preferably 0.09% or less, more preferably 0.08% or less.
  • Si 0.04 to 0.40%
  • Si is an element that contributes to deoxidation and improvement of strength and controls the morphology of oxides. However, when Si is excessively contained, the oxide increases and the corrosion resistance is impaired. Therefore, the Si content is set to 0.04 to 0.40%.
  • the Si content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.10% or more.
  • the Si content is preferably 0.30% or less.
  • Mn 0.30 to 1.50%
  • Mn is an element that improves strength and toughness. However, when Mn is excessively contained, coarse MnS is generated, and the corrosion resistance and mechanical properties are deteriorated. Therefore, the Mn content is set to 0.30 to 1.50%.
  • the Mn content is preferably 0.50% or more, and more preferably 0.80% or more.
  • the Mn content is preferably 1.20% or less, more preferably 1.00% or less.
  • Cu 0.05-0.50%
  • Cu is an element that remarkably exhibits corrosion resistance to sulfuric acid and hydrochloric acid when contained at the same time as Sb. However, when Cu is excessively contained, the hot workability is lowered and the productivity is impaired. Therefore, the Cu content is set to 0.05 to 0.50%.
  • the Cu content is preferably 0.10% or more, more preferably 0.15% or more, and even more preferably 0.20% or more.
  • the Cu content is preferably 0.40% or less, more preferably 0.30% or less.
  • Sb 0.03 to 0.30%
  • Sb is an element that remarkably exhibits corrosion resistance to sulfuric acid and hydrochloric acid when contained at the same time as Cu. However, when Sb is excessively contained, the hot workability is lowered and the productivity is impaired. Therefore, the Sb content is set to 0.03 to 0.30%.
  • the Sb content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.08% or more, and further preferably 0.10% or more.
  • the Sb content is preferably 0.15% or less.
  • Ni 0.01-0.50%
  • Ni is an element that improves corrosion resistance in an acid-corrosive environment, and in addition, has the effect of improving manufacturability in steel containing Cu.
  • Cu has a great effect of improving corrosion resistance, but it is easily segregated, and when it is contained alone, it may promote cracking after casting.
  • Ni has the effect of reducing the surface segregation of Cu.
  • Ni is an expensive element, and a large amount of Ni causes an increase in steelmaking cost. Therefore, the Ni content is set to 0.01 to 0.50%.
  • the Ni content is preferably 0.30% or less, more preferably 0.25% or less.
  • the Ni content is preferably 0.03% or more, more preferably 0.05% or more, and further preferably 0.10% or more.
  • Cr 0.02 to 0.50% Cr is an element that improves corrosion resistance like Cu and Sb.
  • the Cr content is set to 0.02 to 0.50%.
  • the Cr content is preferably 0.30% or less, more preferably 0.20% or less. Further, the Cr content is preferably 0.05% or more.
  • Al 0.005 to 0.055%
  • Al is added as an antacid.
  • the Al content is set to 0.005 to 0.055%.
  • the Al content is preferably 0.010% or more, and more preferably 0.020% or more.
  • the Al content is preferably 0.050% or less, more preferably 0.040% or less.
  • N 0.002 to 0.010% N contributes to the improvement of mechanical properties as a fine nitride. However, when N is excessively contained, it forms a nitride with Cr and lowers the corrosion resistance. Therefore, the N content is set to 0.002 to 0.010%.
  • the N content is preferably 0.003% or more.
  • the N content is preferably 0.008% or less, more preferably 0.006% or less.
  • P 0.020% or less
  • P is an impurity and reduces the mechanical properties and productivity of steel materials. Therefore, the upper limit of the P content is set to 0.020% or less.
  • the P content is preferably reduced as much as possible, that is, the content may be 0%, but an extreme reduction leads to an increase in steelmaking cost. Therefore, the P content may be 0.001% or more.
  • S 0.0005 to 0.015%
  • S is generally an impurity and reduces the mechanical properties and productivity of the steel material.
  • S has an effect of improving corrosion resistance in an acid-corrosive environment by containing Cu and Sb at the same time. Therefore, the S content is set to 0.0005 to 0.015%.
  • the S content is preferably 0.0010% or more, 0.0050% or more, or 0.010% or more.
  • the S content is preferably 0.013% or less, more preferably 0.011% or less.
  • O 0.0005 to 0.0035%
  • O is an element that has the effect of detoxifying MnS by binding to MnS and preventing deterioration of corrosion resistance and mechanical properties.
  • the O content is set to 0.0005 to 0.0035%.
  • the O content is preferably 0.0010% or more, more preferably 0.0015% or more.
  • the O content is preferably 0.0030% or less, more preferably 0.0025% or less.
  • Mo 0 to 0.50% Since Mo is an element that improves corrosion resistance in an acidic environment, particularly corrosion resistance to hydrochloric acid by containing Cu, Sb, and Cr at the same time, it may be contained as necessary. However, since Mo is an expensive element, excessive content causes a decrease in economic efficiency. Therefore, the Mo content is set to 0.50% or less.
  • the Mo content is preferably 0.30% or less, more preferably 0.10% or less.
  • the Mo content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.05% or more, and further preferably 0.10% or more.
  • W 0 to 0.50% Since W is an element that improves corrosion resistance in an acidic environment, particularly corrosion resistance to hydrochloric acid, by containing Cu, Sb, and Cr at the same time as Mo, it may be contained if necessary. However, since W is also an expensive element, excessive content causes a decrease in economic efficiency. Therefore, the W content is set to 0.50% or less.
  • the W content is preferably 0.30% or less, and more preferably 0.10% or less.
  • the W content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.05% or more, and further preferably 0.10% or more.
  • Sn 0 to 0.30% Since Sn is an element that improves corrosion resistance in an acid-corrosive environment, it may be contained if necessary. However, if Sn is contained in excess, the hot workability is lowered. Therefore, the Sn content is set to 0.30% or less. The Sn content is preferably 0.20% or less. When the above effect is desired, the Sn content is preferably 0.01% or more, 0.02% or more, or 0.05% or more.
  • the As content is set to 0.30% or less.
  • the As content is preferably 0.20% or less, and more preferably 0.10% or less.
  • the As content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.02% or more, and further preferably 0.05% or more. ..
  • Co 0 to 0.30%
  • Co has no significant effect as compared with Sb and Sn, it may be contained as necessary because it is an element that improves corrosion resistance in an acid-corrosive environment. However, if Co is excessively contained, the economic efficiency is lowered. Therefore, the Co content is set to 0.30% or less.
  • the Co content is preferably 0.20% or less, more preferably 0.10% or less.
  • the Co content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.02% or more, and further preferably 0.05% or more. ..
  • Ti 0 to 0.050% Since Ti is an element that forms a nitride and contributes to the refinement of crystal grains and the improvement of strength, it may be contained if necessary. However, when Ti is excessively contained, the nitride becomes coarse and the mechanical properties deteriorate. Therefore, the Ti content is set to 0.050% or less. The Ti content is preferably 0.040% or less, more preferably 0.030% or less, and even more preferably 0.020% or less. When the above effect is desired, the Ti content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.005% or more.
  • Nb 0 to 0.10%
  • Nb is an element that forms a nitride and contributes to the refinement of crystal grains and the improvement of strength, and therefore may be contained as necessary.
  • the Nb content is set to 0.10% or less.
  • the Nb content is preferably 0.050% or less, more preferably 0.030% or less, and even more preferably 0.020% or less.
  • the Nb content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.005% or more.
  • V 0 to 0.10%
  • V is an element that forms a nitride and contributes to the refinement of crystal grains and the improvement of strength, and therefore may be contained as necessary.
  • the V content is set to 0.10% or less.
  • the V content is preferably 0.050% or less, more preferably 0.030% or less, and even more preferably 0.020% or less.
  • the V content is preferably 0.005% or more.
  • Zr 0 to 0.050%
  • Zr is an element that forms a nitride and contributes to the refinement of crystal grains and the improvement of strength, and therefore may be contained as necessary.
  • Zr is an expensive element, and a large amount of Zr causes an increase in steelmaking cost.
  • the Zr content is set to 0.050% or less.
  • the Zr content is preferably 0.040% or less, more preferably 0.030% or less, and even more preferably 0.020% or less. When the above effect is desired, the Zr content is preferably 0.005% or more.
  • Ta 0 to 0.050%
  • Ta is an element that contributes to the improvement of strength, and although the mechanism is not always clear, it also contributes to the improvement of corrosion resistance, and therefore may be contained as necessary.
  • Ta is an expensive element, and its content in a large amount causes an increase in steelmaking cost. Therefore, the Ta content is set to 0.050% or less.
  • the Ta content is preferably 0.040% or less, more preferably 0.030% or less, and even more preferably 0.020% or less. When the above effect is desired, the Ta content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.005% or more.
  • B 0 to 0.010% Since B is an element that improves hardenability and enhances strength, it may be contained if necessary. However, even if B is excessively contained, the effect may be saturated and the toughness of the base material and HAZ may decrease. Therefore, the B content is set to 0.010% or less.
  • the B content is preferably 0.0050% or less, more preferably 0.0030% or less, and even more preferably 0.0020% or less.
  • the B content is preferably 0.0003% or more, and more preferably 0.0005% or more.
  • one or more selected from Ca, Mg, and REM may be contained in the range shown below for the purpose of deoxidation and control of inclusions. Good. Since these elements are not always essential in steel materials, the lower limit of the content is 0%. The reasons for limiting each element will be described.
  • Ca 0 to 0.010%
  • Ca is an element mainly used for controlling the morphology of sulfides, and may be contained as necessary in order to form fine oxides. However, if Ca is excessively contained, the mechanical properties may be impaired. Therefore, the Ca content is set to 0.010% or less.
  • the Ca content is preferably 0.005% or less. When the above effect is desired, the Ca content is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.001% or more, and further preferably 0.002% or more. ..
  • Mg 0 to 0.010% Mg may be contained if necessary in order to form a fine oxide. However, excessive addition of Mg leads to an increase in steelmaking cost. Therefore, the Mg content is set to 0.010% or less.
  • the Mg content is preferably 0.005% or less, more preferably 0.003% or less.
  • the Mg content is preferably 0.0001% or more, more preferably 0.0003% or more, and further preferably 0.0005% or more. ..
  • REM 0 to 0.010% REM (rare earth element) is an element mainly used for deoxidation, and may be contained as necessary in order to form a fine oxide. However, excessive addition of REM leads to an increase in steelmaking cost. Therefore, the REM content is set to 0.010% or less.
  • the REM content is preferably 0.005% or less, more preferably 0.003% or less.
  • the REM content is preferably 0.0001% or more, more preferably 0.0003% or more, and further preferably 0.0005% or more. ..
  • REM is a general term for a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the content of REM means the total amount of the above elements.
  • Lanthanoids are industrially added in the form of misch metal.
  • the balance is Fe and impurities.
  • the impurity is a component mixed by raw materials such as ores and scraps and other factors in the industrial production of steel materials, and is allowed as long as it does not adversely affect the steel material according to the present invention. means.
  • the Si / Al ratio (mass ratio) is an important index for suppressing oxides that are likely to cause corrosion on the surface of steel materials. In order to suppress the formation of oxides, it is effective to utilize Si, which has a weaker oxidizing power than Al, and when Si / Al is 7.0 or more, the corrosion resistance is remarkably improved. On the other hand, even if the Si / Al ratio exceeds 15.0, the effect is saturated, deoxidation becomes insufficient as the amount of Al decreases, and the corrosion resistance may decrease due to the oxide. Therefore, the Si / Al ratio is set to 7.0 to 15.0. The Si / Al ratio is preferably 8.0 or more or 9.0 or more. The Si / Al ratio is preferably 14.0 or less or 13.0 or less.
  • the acid resistance corrosion index BI is an index derived to suppress nitrides that are likely to be corrosion origins on the surface of steel materials. Cr is effective in improving corrosion resistance, but if the content is excessive, it becomes easy to form a nitride that is a starting point of corrosion.
  • the acid corrosion resistance index BI is set to 0.55 to 30.0.
  • the acid resistance corrosion index BI is preferably 0.60 or more, and more preferably 0.70 or more.
  • the acid corrosion resistance index BI is preferably 15.0 or less, more preferably 10.0 or less, and even more preferably 5.00 or less.
  • the workability index EI is an index in consideration of the influence of Sb and Sn, which promotes a decrease in hot workability due to Cu. If the contents of Sb and Sn are too large with respect to the content of Cu, the hot workability is lowered. On the other hand, increasing the workability index EI is preferable for ensuring hot workability, but even if the value is excessive, the effect is saturated. Further, when Sb and Sn are insufficient, the effect of improving the corrosion resistance in an acid-corroded environment becomes insufficient. From the viewpoint of achieving both hot workability and corrosion resistance, the workability index EI is set to 1.0 to 6.0.
  • the processability index EI is preferably 2.0 or more, and more preferably 3.0 or more.
  • the workability index EI is preferably 5.9 or less, and more preferably 5.8 or less.
  • the steel material according to the present invention contains MnS and MnS oxides in the steel material.
  • the number density of MnS having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is less than 50 / mm 2.
  • the ratio of the number density of MnS oxides having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more to the number density of MnS having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is 0.10 or more.
  • MnS having a maximum length of less than 2.0 ⁇ m has almost no effect on the corrosion resistance of steel materials, inclusions having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more are targeted in the present invention.
  • MnS having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is simply referred to as MnS
  • MnS oxide having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more is simply referred to as MnS oxide.
  • MnS As described above, the formation of MnS is unavoidable in the steel material of the present invention. However, MnS becomes a starting point of corrosion and deteriorates corrosion resistance in an acid-corroded environment. Therefore, it is necessary to limit the number density of MnS to less than 50 / mm 2.
  • the number density of MnS is preferably 40 / mm 2 or less, and more preferably 30 / mm 2 or less.
  • the ratio of the number density of MnS oxides to the number density of MnS is set to 0.10 or more.
  • the above ratio is preferably 0.12 or more, and more preferably 0.15 or more.
  • the number density of MnS and the number density of MnS oxide are measured by energy dispersive X-ray analysis (EDS) provided in a scanning electron microscope (SEM). The measurement magnification is 1000 times, and the maximum lengths of MnS and MnS oxides detected in the visual field are measured. Then, the number density is obtained by counting the number of inclusions having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more and dividing by the visual field area.
  • EDS energy dispersive X-ray analysis
  • SEM scanning electron microscope
  • inclusions are identified by EDS, and inclusions having a total content of Mn and S of 90% by mass or more are determined to be MnS, a peak of O is detected, and the total content of Mn, S and O is contained. Inclusions having an amount of 90% by mass or more are judged to be MnS oxides.
  • the steel material according to the present embodiment includes steel plates, shaped steels, steel pipes, and the like manufactured by hot rolling and, if necessary, cold rolling.
  • the steel material according to the present embodiment is produced by melting steel by a conventional method, adjusting the components, hot rolling the steel pieces obtained by casting, and cold rolling if necessary. ..
  • the heating temperature before hot rolling is relatively low, specifically 1000.
  • the temperature is preferably ⁇ 1130 ° C.
  • the heating temperature before hot rolling is 1080 ° C. or less. ..
  • the next process such as cutting or coil winding is added to the hot-rolled steel sheet after hot rolling.
  • the temperature of the steel sheet drops, but it is desirable that the time from the completion of hot rolling to reaching 400 ° C. is 4 hours or more. Exposure to this temperature range promotes the bond between MnS and oxygen.
  • cold rolling may be performed to obtain a cold-rolled steel sheet. Further, heat treatment may be performed after the cold rolling.
  • the steel pipe When manufacturing a steel pipe from the obtained steel plate, the steel pipe may be formed into a tubular shape and welded, and for example, a UO steel pipe, an electrosewn steel pipe, a forge welded steel pipe, a spiral steel pipe, or the like can be obtained.
  • the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
  • the conditions in the examples shown below are one-condition examples adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the present invention is not limited to this one-condition example. Further, the present invention can adopt various conditions as long as the gist of the present invention is not deviated and the object of the present invention is achieved.
  • a test piece for SEM observation was cut out from each of the obtained steel plates, and the number density of inclusions was measured by the EDS provided in the SEM.
  • the measurement magnification shall be 1000 times, the maximum lengths of MnS and MnS oxides detected in the visual field shall be measured, the number of inclusions having a maximum length of 2.0 ⁇ m or more, respectively, shall be counted and divided by the visual field area. Then, the number density was calculated.
  • a test piece having a plate thickness of 3 mm, a width of 25 mm, and a length of 25 mm was collected from each steel plate from the central portion of the plate thickness and finished by wet # 400 polishing to prepare a test piece for corrosion resistance evaluation.
  • the corrosion resistance was evaluated by a sulfuric acid immersion test and a hydrochloric acid immersion test.
  • the test piece was immersed in a 50% sulfuric acid aqueous solution at 70 ° C. for 6 hours
  • the hydrochloric acid immersion test the test piece was immersed in a 10% hydrochloric acid aqueous solution at 80 ° C. for 5 hours.
  • the corrosion rate was calculated from the corrosion weight loss of the test piece by the sulfuric acid immersion test and the hydrochloric acid immersion test.
  • the corrosion rate by sulfuric acid immersion test is less than 20.0mg / cm 2 / h, it determines that the excellent resistance to sulfuric acid
  • the corrosion rate with hydrochloric acid immersion test is 15.0 mg / cm 2 / When it was h or less, it was judged that the hydrochloric acid resistance was excellent.
  • ⁇ Welding crack> A y-type weld crack test was performed in accordance with JIS Z 3158: 2016. Using a test piece having a thickness of 3 mm, the presence or absence of cracks on the surface and cross section was confirmed 48 hours after welding from one side with a current of 170 A.
  • a tensile test piece was prepared in accordance with JIS Z 2241: 2011, and a tensile test was performed to determine the tensile strength.
  • a 12 mm-thick test piece was taken from a hot-rolled steel sheet having a thickness of 20 mm, and a 3.4 mm-thick test piece was taken from a cold-rolled steel sheet having a thickness of 3.4 mm, and subjected to a tensile test.
  • Those having a tensile strength of 400 MPa or more were evaluated as ⁇ , and those having a tensile strength of less than 400 MPa were evaluated as x.
  • Tables 5 and 6 summarize the measurement results of the number density of inclusions and the evaluation results of the sulfuric acid immersion test, hydrochloric acid immersion test, hot workability, weld cracking test and tensile test.
  • Test Nos. That satisfy all the provisions of the present invention. In 1 to 26, excellent results were obtained in all the performance evaluation tests. On the other hand, Test No. which is a comparative example. In 27 to 40, at least one of sulfuric acid resistance, hydrochloric acid resistance, hot workability and weldability was deteriorated.
  • the steel material of the present invention is a boiler for burning heavy oil, fossil fuels such as coal, gas fuels such as liquefied natural gas, general wastes such as municipal waste, industrial wastes such as waste oil, plastics and exhaust tires, and sewage sludge. It can be used for smoke exhaust equipment.
  • a gas-gas heater consisting of a flue duct, a casing, a heat exchanger, and two heat exchangers (heat recovery device and reheater) of smoke exhaust equipment, a desulfurization device, an electrostatic collector, and an attracting blower.

Abstract

化学組成が、質量％で、C：0.01～0.10％、Si：0.04～0.40％、Mn：0.30～1.50％、 Cu：0.05～0.50％、Sb：0.03～0.30％、Ni：0.01～0.50％、Cr：0.02～0.50％、Al：0.005～0.055％、N：0.002～0.010％、P：0.020％以下、S：0.0005～0.015％、O：0.0005～0.0035％、Mo：0～0.50％、W：0～0.50％、Sn：0～0.30％、As：0～0.30％、Co：0～0.30％、Ti：0～0.050％、Nb：0～0.10％、V：0～0.10％、Zr：0～0.050％、Ta：0～0.050％、B：0～0.010％、Ca：0～0.010％、Mg：0～0.010％、REM：0～0.010％、残部：Feおよび不純物であり、Si/Al：7.0～15.0、BI：0.55～30.00、EI：1.0～6.0、Ceq：0.150～0.400であり、鋼材中にMnSおよびMnS酸化物を含み、MnSの個数密度が50/mm2未満であり、MnSの個数密度に対する、MnS酸化物の個数密度の比が0.10以上である、鋼材。

Description

鋼材
　本発明は、鋼材に関する。
　ボイラーの火炉および廃棄物焼却施設の焼却炉等では、水蒸気、硫黄酸化物、塩化水素等を含む排ガスが発生する。この排ガスは、排ガス煙突等において冷却されると、凝縮して硫酸および塩酸となり、硫酸露点腐食および塩酸露点腐食として知られるように、排ガス流路を構成する鋼材に対し、著しい腐食を引き起こす。
　このような問題に対し、耐硫酸・塩酸露点腐食鋼および高耐食ステンレス鋼が提案されている。例えば、特許文献１～４では、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｃｒなどを添加した耐硫酸露点腐食性に優れた鋼材が提案されている。また、特許文献５では、ＣｒおよびＮｉなどを添加した高耐食ステンレス鋼が提案されている。
特開２００１－１６４３３５号公報 特開２００３－２１３３６７号公報 特開２００７－２３９０９４号公報 特開２０１２－５７２２１号公報 特開平７－３１６７４５号公報
　Ｃｕ、Ｓｂ、Ｃｒ等を含有する鋼材は、排ガス煙突のような硫酸腐食環境において、優れた耐食性を発揮する。しかし、ボイラーおよび焼却設備を長寿命化するために、さらなる耐食性の向上が期待されている。
　また、排ガス煙突に加えて、ガス化溶融炉、熱交換器、ガス－ガスヒータ、脱硫装置、電気集塵機等の焼却炉煙道に使用される鋼材には、施工性および生産性の観点から、耐食性だけでなく、熱間加工性および溶接性も要求される。
　本発明は、上記の問題を解決し、硫酸腐食環境および塩酸腐食環境において優れた耐食性を有し、かつ、熱間加工性および溶接性に優れた鋼材を提供することを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、下記の鋼材を要旨とする。
　（１）化学組成が、質量％で、
　Ｃ：０．０１～０．１０％、
　Ｓｉ：０．０４～０．４０％、
　Ｍｎ：０．３０～１．５０％、
　Ｃｕ：０．０５～０．５０％、
　Ｓｂ：０．０３～０．３０％、
　Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
　Ｃｒ：０．０２～０．５０％、
　Ａｌ：０．００５～０．０５５％、
　Ｎ：０．００２～０．０１０％、
　Ｐ：０．０２０％以下、
　Ｓ：０．０００５～０．０１５％、
　Ｏ：０．０００５～０．００３５％、
　Ｍｏ：０～０．５０％、
　Ｗ：０～０．５０％、
　Ｓｎ：０～０．３０％、
　Ａｓ：０～０．３０％、
　Ｃｏ：０～０．３０％、
　Ｔｉ：０～０．０５０％、
　Ｎｂ：０～０．１０％、
　Ｖ：０～０．１０％、
　Ｚｒ：０～０．０５０％、
　Ｔａ：０～０．０５０％、
　Ｂ：０～０．０１０％、
　Ｃａ：０～０．０１０％、
　Ｍｇ：０～０．０１０％、
　ＲＥＭ：０～０．０１０％、
　残部：Ｆｅおよび不純物であり、
　Ｓｉ含有量とＡｌ含有量との質量比Ｓｉ／Ａｌが７．０～１５．０であり、
　下記（ｉ）式で定義されるＢＩが０．５５～３０．０であり、
　下記（ii）式で定義されるＥＩが１．０～６．０であり、
　下記（iii）式で定義されるＣｅｑが０．１５０～０．４００であり、
　鋼材中にＭｎＳおよびＭｎＳ酸化物を含み、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が５０／ｍｍ２未満であり、かつ最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度に対する、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳ酸化物の個数密度の比が０．１０以上である、
　鋼材。
　ＢＩ＝（Ｃｒ／５２）／（Ｎ／１４）　　・・・（ｉ）
　ＥＩ＝（Ｃｕ／６４）／（（Ｓｂ／１２２）＋（Ｓｎ／１１９））　　・・・（ii）
　Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５　　・・・（iii）
　但し、上記式中の元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合は０を代入するものとする。
　（２）前記化学組成が、質量％で、
　Ｍｏ：０．０１～０．５０％、
　Ｗ：０．０１～０．５０％、
　Ｓｎ：０．０１～０．３０％、
　Ａｓ：０．０１～０．３０％、および
　Ｃｏ：０．０１～０．３０％、
　から選択される１種以上を含有する、
　上記（１）に記載の鋼材。
　（３）前記化学組成が、質量％で、
　Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
　Ｎｂ：０．００１～０．１０％、
　Ｖ：０．００５～０．１０％、
　Ｚｒ：０．００５～０．０５０％、
　Ｔａ：０．００１～０．０５０％、および
　Ｂ：０．０００３～０．０１０％、
　から選択される１種以上を含有する、
　上記（１）または（２）に記載の鋼材。
　（４）前記化学組成が、質量％で、
　Ｃａ：０．０００５～０．０１０％、
　Ｍｇ：０．０００１～０．０１０％、および
　ＲＥＭ：０．０００１～０．０１０％、
　から選択される１種以上を含有する、
　上記（１）から（３）までのいずれかに記載の鋼材。
　本発明によれば、酸腐食環境において良好な耐食性を有し、熱間加工性および溶接性の双方に優れた鋼材を提供することが可能となる。
　本発明者らは前記した課題を解決するために、鋼材の耐食性、熱間加工性、溶接性を詳細に調査した結果、以下の知見を得るに至った。
　本発明者らは、腐食の起点となる酸化物および炭化物に着目し、酸腐食環境における鋼材の耐食性を向上させるために検討を行った。そして、Ｓｉ／Ａｌ比を適切な範囲にすることで、腐食の起点となる酸化物の生成が抑制されることが分かった。
　また、Ｃｒは、酸腐食環境での耐食性の向上には有効であるが、過剰に含有させると、その窒化物が腐食起点となることを見出した。そこで、ＣｒおよびＮの含有量の関係性についてさらに詳細な検討を行い、下記（ｉ）式で定義される耐酸性腐食指数ＢＩの関係式を導出した。そして、耐酸性腐食指数ＢＩを適切な範囲にすることで、予想を超える耐食性が発現されるという知見を得た。
　ＢＩ＝（Ｃｒ／５２）／（Ｎ／１４）　　・・・（ｉ）
　さらに、ＣｕおよびＳｂを同時に含有させると酸腐食環境での耐食性は向上するものの、熱間加工性を低下させる。これに対し、下記（ii）式で定義される加工性係数ＥＩおよび下記（iii）式で定義されるＣｅｑ適切な範囲にすることで、優れた耐食性、熱間加工性および溶接性が得られるという知見を得た。
　ＥＩ＝（Ｃｕ／６４）／（（Ｓｂ／１２２）＋（Ｓｎ／１１９））　　・・・（ii）
　Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５　　・・・（iii）
　Ｍｎは鋼の強度および靱性を確保する上で必須の元素であるが、一方でＭｎＳを形成し酸腐食環境での耐食性を劣化させる。また、本発明においては、ＳはＣｕおよびＳｂとともに含有させることで耐食性を向上させる効果を有するため、極端な低減は好ましくない。
　この問題を解決するため本発明者らがさらなる検討を重ねた結果、ＭｎＳを微細化するとともに、酸素と結合させ、ＭｎＳ酸化物とすることで無害化できることを見出した。
　本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
　（Ａ）化学組成
　各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
　Ｃ：０．０１～０．１０％
　Ｃは、鋼材の強度を向上させる元素である。しかしながら、Ｃが過剰に含有された場合、炭化物が増加し、耐食性が劣化する。そのため、Ｃ含有量は０．０１～０．１０％とする。Ｃ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。また、Ｃ含有量は０．０９％以下であるのが好ましく、０．０８％以下であるのがより好ましい。
　Ｓｉ：０．０４～０．４０％
　Ｓｉは、脱酸および強度の向上に寄与し、酸化物の形態を制御する元素である。しかしながら、Ｓｉが過剰に含有された場合、酸化物が増加し、耐食性を損なう。そのため、Ｓｉ含有量は０．０４～０．４０％とする。Ｓｉ含有量は０．０５％以上であるのが好ましく、０．１０％以上であるのがより好ましい。また、Ｓｉ含有量は０．３０％以下であるのが好ましい。
　Ｍｎ：０．３０～１．５０％
　Ｍｎは、強度および靱性を向上させる元素である。しかしながら、Ｍｎが過剰に含有された場合、粗大なＭｎＳが生成し、耐食性および機械特性が劣化する。そのため、Ｍｎ含有量は０．３０～１．５０％とする。Ｍｎ含有量は０．５０％以上であるのが好ましく、０．８０％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｎ含有量は１．２０％以下であるのが好ましく、１．００％以下であるのがより好ましい。
　Ｃｕ：０．０５～０．５０％
　Ｃｕは、Ｓｂと同時に含有させると、硫酸および塩酸に対する耐食性を顕著に発現する元素である。しかしながら、Ｃｕが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下し、生産性を損なう。そのため、Ｃｕ含有量は０．０５～０．５０％とする。Ｃｕ含有量は０．１０％以上であるのが好ましく、０．１５％以上であるのがより好ましく、０．２０％以上であるのがさらに好ましい。また、Ｃｕ含有量は０．４０％以下であるのが好ましく、０．３０％以下であるのがより好ましい。
　Ｓｂ：０．０３～０．３０％
　Ｓｂは、Ｃｕと同時に含有させると、硫酸および塩酸に対する耐食性を顕著に発現する元素である。しかしながら、Ｓｂが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下し、生産性を損なう。そのため、Ｓｂ含有量は０．０３～０．３０％とする。Ｓｂ含有量は０．０５％以上であるのが好ましく、０．０８％以上であるのがより好ましく、０．１０％以上であるのがさらに好ましい。また、Ｓｂ含有量は０．１５％以下であるのが好ましい。
　Ｎｉ：０．０１～０．５０％
　Ｎｉは、酸腐食環境での耐食性を向上させる元素であり、加えてＣｕを含有する鋼において、製造性を高める効果を有する。Ｃｕは、耐食性を向上させる効果が大きいが、偏析し易く、単独で含有させると鋳造後の割れを助長する場合がある。これに対して、ＮｉはＣｕの表面偏析を軽減する作用がある。Ｎｉを含有させることで、Ｃｕの偏析および鋳片割れの抑制に加えて、偏析に起因する局部腐食の発生も抑制されるため、耐食性を向上させる効果が得られる。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であり、多量の含有は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｎｉ含有量は０．０１～０．５０％とする。Ｎｉ含有量は０．３０％以下であるのが好ましく、０．２５％以下であるのがより好ましい。また、Ｎｉ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましく、０．１０％以上であるのがさらに好ましい。
　Ｃｒ：０．０２～０．５０％
　Ｃｒは、ＣｕおよびＳｂと同様に耐食性を向上させる元素である。特に、ＣｒをＣｕおよびＳｂと同時に含有させることで、高温・高濃度となる酸性環境において優れた耐食性を発揮する。しかしながら、Ｃｒが過剰に含有された場合、腐食の起点となる窒化物の増加により耐食性を損なう。そのため、Ｃｒ含有量は０．０２～０．５０％とする。Ｃｒ含有量は０．３０％以下であるのが好ましく、０．２０％以下であるのがより好ましい。また、Ｃｒ含有量は０．０５％以上であるのが好ましい。
　Ａｌ：０．００５～０．０５５％
　Ａｌは、脱酸剤として添加される。しかしながら、Ａｌが過剰に含有された場合、介在物の増加によって耐食性を損なう。そのため、Ａｌ含有量は０．００５～０．０５５％とする。Ａｌ含有量は０．０１０％以上であるのが好ましく、０．０２０％以上であるのがより好ましい。また、Ａｌ含有量は０．０５０％以下であるのが好ましく、０．０４０％以下であるのがより好ましい。
　Ｎ：０．００２～０．０１０％
　Ｎは、微細な窒化物として機械特性の向上に寄与する。しかしながら、Ｎが過剰に含有された場合、Ｃｒと窒化物を形成し、耐食性を低下させる。そのため、Ｎ含有量は０．００２～０．０１０％とする。Ｎ含有量は０．００３％以上であるのが好ましい。また、Ｎ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。
　Ｐ：０．０２０％以下
　Ｐは、不純物であり、鋼材の機械特性および生産性を低下させる。そのため、Ｐ含有量に上限を設けて０．０２０％以下とする。なお、Ｐ含有量は可能な限り低減することが好ましく、つまり含有量が０％でもよいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｐ含有量は０．００１％以上としてもよい。
　Ｓ：０．０００５～０．０１５％
　Ｓは、一般的に不純物であり、鋼材の機械特性および生産性を低下させる。しかしながら、本発明において、Ｓは、ＣｕおよびＳｂと同時に含有させることにより、酸腐食環境での耐食性を向上させる効果を有する。そのため、Ｓ含有量は０．０００５～０．０１５％とする。Ｓ含有量は０．００１０％以上、０．００５０％以上、または０．０１０％以上であるのが好ましい。また、Ｓ含有量は０．０１３％以下であるのが好ましく、０．０１１％以下であるのがより好ましい。
　Ｏ：０．０００５～０．００３５％
　Ｏは、ＭｎＳと結合することで、ＭｎＳを無害化し、耐食性および機械特性の悪化を防ぐ効果を有する元素である。しかしながら、Ｏが過剰に含有された場合、酸腐食環境において腐食の起点となる粗大な酸化物を生成する。そのため、Ｏ含有量は０．０００５～０．００３５％とする。Ｏ含有量は０．００１０％以上であるのが好ましく、０．００１５％以上であるのがより好ましい。また、Ｏ含有量は０．００３０％以下であるのが好ましく、０．００２５％以下であるのがより好ましい。
　本発明の鋼の化学組成において、上記の元素に加えて、酸腐食環境での耐食性を向上させるために、さらにＭｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｃｏから選択される１種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。なお、これらの元素は、鋼材において必ずしも必須ではないことから、含有量の下限値は０％である。各元素の限定理由について説明する。
　Ｍｏ：０～０．５０％
　Ｍｏは、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｃｒと同時に含有させることにより、酸性環境での耐食性、特に塩酸に対する耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｏは高価な元素であるため、過剰な含有は経済性の低下を招く。そのため、Ｍｏ含有量は０．５０％以下とする。Ｍｏ含有量は０．３０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記効果を得たい場合には、Ｍｏ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましく、０．１０％以上とするのがさらに好ましい。
　Ｗ：０～０．５０％
　Ｗは、Ｍｏと同様にＣｕ、Ｓｂ、Ｃｒと同時に含有させることにより、酸性環境での耐食性、特に塩酸に対する耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗも高価な元素であるため、過剰な含有は経済性の低下を招く。そのため、Ｗ含有量は０．５０％以下とする。Ｗ含有量は０．３０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記効果を得たい場合には、Ｗ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましく、０．１０％以上とするのがさらに好ましい。
　Ｓｎ：０～０．３０％
　Ｓｎは、酸腐食環境での耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｎが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下する。そのため、Ｓｎ含有量は０．３０％以下とする。Ｓｎ含有量は０．２０％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｓｎ含有量は０．０１％以上、０．０２％以上または０．０５％以上であるのが好ましい。
　Ａｓ：０～０．３０％
　Ａｓは、ＳｂおよびＳｎに比べて顕著な効果はないが、酸腐食環境における耐食性の向上に有効な元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ａｓが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下する。そのため、Ａｓ含有量は０．３０％以下とする。Ａｓ含有量は０．２０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ａｓ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
　Ｃｏ：０～０．３０％
　Ｃｏは、ＳｂおよびＳｎに比べて顕著な効果はないが、酸腐食環境における耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｏが過剰に含有された場合、経済性が低下する。そのため、Ｃｏ含有量は０．３０％以下とする。Ｃｏ含有量は０．２０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｃｏ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
　本発明の鋼の化学組成において、上記の元素に加えて、機械特性等を向上させるために、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｂから選択される１種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。なお、これらの元素は、鋼材において必ずしも必須ではないことから、含有量の下限値は０％である。各元素の限定理由について説明する。
　Ｔｉ：０～０．０５０％
　Ｔｉは、窒化物を形成し、結晶粒の微細化および強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉが過剰に含有された場合、窒化物が粗大になり、機械特性が劣化する。そのため、Ｔｉ含有量は０．０５０％以下とする。Ｔｉ含有量は０．０４０％以下であるのが好ましく、０．０３０％以下であるのがより好ましく、０．０２０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｔｉ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００５％以上であるのがより好ましい。
　Ｎｂ：０～０．１０％
　Ｎｂは、Ｔｉと同様に、窒化物を形成し、結晶粒の微細化および強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂが過剰に含有された場合、窒化物が粗大になり、機械特性が劣化する。そのため、Ｎｂ含有量は０．１０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０５０％以下であるのが好ましく、０．０３０％以下であるのがより好ましく、０．０２０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｎｂ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００５％以上であるのがより好ましい。
　Ｖ：０～０．１０％
　Ｖは、Ｔｉ、Ｎｂと同様に、窒化物を形成し、結晶粒の微細化および強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖが過剰に含有された場合、窒化物が粗大になり、機械特性が劣化する。そのため、Ｖ含有量は０．１０％以下とする。Ｖ含有量は０．０５０％以下であるのが好ましく、０．０３０％以下であるのがより好ましく、０．０２０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｖ含有量は０．００５％以上であるのが好ましい。
　Ｚｒ：０～０．０５０％
　Ｚｒは、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖと同様に、窒化物を形成し、結晶粒の微細化および強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｚｒは高価な元素であり、多量の含有は製鋼コストの増大を招く。加えて、Ｚｒが過剰に含有された場合、窒化物が粗大になり、機械特性が劣化する。そのため、Ｚｒ含有量は０．０５０％以下とする。Ｚｒ含有量は０．０４０％以下であるのが好ましく、０．０３０％以下であるのがより好ましく、０．０２０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｚｒ含有量は０．００５％以上であるのが好ましい。
　Ｔａ：０～０．０５０％
　Ｔａは、強度の向上に寄与する元素であり、また、メカニズムは必ずしも明らかでないが、耐食性の向上にも寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔａは高価な元素であり、多量の含有は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｔａ含有量は０．０５０％以下とする。Ｔａ含有量は０．０４０％以下であるのが好ましく、０．０３０％以下であるのがより好ましく、０．０２０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｔａ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００５％以上であるのがより好ましい。
　Ｂ：０～０．０１０％
　Ｂは焼入性を向上させ、強度を高める元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させても効果が飽和し、母材およびＨＡＺの靱性が低下する場合がある。そのため、Ｂ含有量は０．０１０％以下とする。Ｂ含有量は０．００５０％以下であるのが好ましく、０．００３０％以下であるのがより好ましく、０．００２０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｂ含有量は０．０００３％以上であるのが好ましく、０．０００５％以上であるのがより好ましい。
　本発明の鋼の化学組成において、上記の元素に加えて、脱酸および介在物の制御を目的として、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭから選択される１種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。なお、これらの元素は、鋼材において必ずしも必須ではないことから、含有量の下限値は０％である。各元素の限定理由について説明する。
　Ｃａ：０～０．０１０％
　Ｃａは、主に硫化物の形態の制御に用いられる元素であり、また、微細な酸化物を形成させるために、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃａが過剰に含有された場合、機械特性が損なわれる場合がある。そのため、Ｃａ含有量は０．０１０％以下とする。Ｃａ含有量は０．００５％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｃａ含有量は０．０００５％以上であるのが好ましく、０．００１％以上であるのがより好ましく、０．００２％以上であるのがさらに好ましい。
　Ｍｇ：０～０．０１０％
　Ｍｇは、微細な酸化物を形成させるために、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇを過剰に添加することは製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｍｇ含有量は０．０１０％以下とする。Ｍｇ含有量は０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
　ＲＥＭ：０～０．０１０％
　ＲＥＭ（希土類元素）は、主に脱酸に用いられる元素であり、微細な酸化物を形成させるために、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に添加することは製鋼コストの増大を招く。そのため、ＲＥＭ含有量は０．０１０％以下とする。ＲＥＭ含有量は０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、ＲＥＭ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
　ここで、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量は上記元素の合計量を意味する。なお、ランタノイドは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加される。
　本発明の鋼材の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分であって、本発明に係る鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
　Ｓｉ／Ａｌ：７．０～１５．０
　Ｓｉ／Ａｌ比（質量比）は、鋼材表面で腐食起点となりやすい酸化物を抑制するために重要な指標である。酸化物の生成を抑制するには、Ａｌに比べて酸化力が弱いＳｉを活用することが有効であり、Ｓｉ／Ａｌを７．０以上にすることによって耐食性が顕著に向上する。一方、Ｓｉ／Ａｌ比が１５．０を超えても効果が飽和し、また、Ａｌ量の減少に伴って脱酸が不十分になり、酸化物によって耐食性が低下する場合がある。したがって、Ｓｉ／Ａｌ比は７．０～１５．０とする。Ｓｉ／Ａｌ比は、８．０以上または９．０以上であるのが好ましい。また、Ｓｉ／Ａｌ比は、１４．０以下または１３．０以下であるのが好ましい。
　ＢＩ：０．５５～３０．０
　耐酸性腐食指数ＢＩは、鋼材表面で腐食起点となりやすい窒化物を抑制するために導出された指標である。Ｃｒは、耐食性の向上に有効であるが、含有量が過剰であると腐食の起点となる窒化物を形成しやすくなる。酸腐食環境での耐食性を顕著に向上させるには、耐酸性腐食指数ＢＩは０．５５～３０．０とする。耐酸性腐食指数ＢＩは、０．６０以上であるのが好ましく、０．７０以上であるのがより好ましい。また、耐酸性腐食指数ＢＩは、１５．０以下であるのが好ましく、１０．０以下であるのがより好ましく、５．００以下であるのがさらに好ましい。
　耐酸性腐食指数ＢＩは、下記（ｉ）式で定義されるように、Ｃｒ原子の数と、Ｎ原子の数との比である。すなわち、Ｃｒ／５２、Ｎ／１４は、それぞれ、Ｃｒ、Ｎの含有量を各元素の質量数で除した項である。
　ＢＩ＝（Ｃｒ／５２）／（Ｎ／１４）　　・・・（ｉ）
　ＥＩ：１．０～６．０
　加工性指数ＥＩは、Ｃｕによる熱間加工性の低下を助長するＳｂおよびＳｎの影響を考慮した指標である。Ｃｕの含有量に対してＳｂおよびＳｎの含有量が多過ぎると熱間加工性が低下する。一方、加工性指数ＥＩを大きくすることが、熱間加工性を確保するためには好ましいが、その値が過剰であっても効果が飽和する。また、ＳｂおよびＳｎが不足すると、酸腐食環境での耐食性の向上の効果が不十分になる。熱間加工性および耐食性を両立する観点から、加工性指数ＥＩは１．０～６．０とする。加工性指数ＥＩは、２．０以上であるのが好ましく、３．０以上であるのがより好ましい。また、加工性指数ＥＩは、５．９以下であるのが好ましく、５．８以下であるのがより好ましい。
　加工性指数ＥＩは、下記（ii）式で定義されるように、Ｃｕ原子の数と、Ｓｂ原子の数およびＳｎ原子の数との比である。すなわち、Ｃｕ／６４、Ｓｂ／１２２、Ｓｎ／１１９は、それぞれ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｓｎの含有量を各元素の質量数で除した項である。
　ＥＩ＝（Ｃｕ／６４）／（（Ｓｂ／１２２）＋（Ｓｎ／１１９））　　・・・（ii）
　Ｃｅｑ：０．１５０～０．４００
　Ｃｅｑは、硬さの上昇による溶接性の劣化を示す指標である。Ｃｅｑが過剰であると溶接性が確保できなくなる。一方、Ｃｅｑが低すぎると機械特性が不十分になる。そのため、Ｃｅｑは０．１５０～０．４００とする。Ｃｅｑは０．１８０以上であるのが好ましく、０．２００以上であるのがより好ましい。また、Ｃｅｑは０．３５０以下であるのが好ましく、０．３３０以下であるのがより好ましい。Ｃｅｑは、下記（iii）式で定義される。
　Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５　　・・・（iii）
　なお、上記（ｉ）～（iii）式中の元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合は０を代入するものとする。
　（Ｂ）介在物
　本発明に係る鋼材は、鋼材中にＭｎＳおよびＭｎＳ酸化物を含む。そして、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が５０／ｍｍ２未満である。加えて、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度に対する、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳ酸化物の個数密度の比が０．１０以上である。
　なお、最大長さが２．０μｍ未満のＭｎＳは鋼材の耐食性にはほとんど影響を与えないため、本発明においては、最大長さが２．０μｍ以上の介在物を対象とすることとする。以下の説明では、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳを単にＭｎＳと呼び、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳ酸化物を単にＭｎＳ酸化物と呼ぶ。
　上述のように、本発明の鋼材において、ＭｎＳの形成は避けられない。しかしながら、ＭｎＳは腐食の起点となり酸腐食環境での耐食性を劣化させる。そのため、ＭｎＳの個数密度を５０／ｍｍ２未満に制限する必要がある。ＭｎＳの個数密度は４０／ｍｍ２以下であるのが好ましく、３０／ｍｍ２以下であるのがより好ましい。
　一方、ＭｎおよびＳの含有量の極端な低減は、本発明の鋼材においては、強度、靱性および耐食性を向上させる観点から好ましくない。これらを両立するためには、ＭｎＳを無害化する必要がある。ＭｎＳが酸素と結合し、ＭｎＳ酸化物となると無害化され、腐食の起点とはなりづらくなる。そのことから、本発明においては、ＭｎＳの個数密度に対する、ＭｎＳ酸化物の個数密度の比を０．１０以上とする。上記の比は０．１２以上であるのが好ましく、０．１５以上であるのがより好ましい。
　ＭｎＳの個数密度、およびＭｎＳ酸化物の個数密度は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が備えるエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）により測定する。測定倍率は１０００倍とし、視野内に検出されるＭｎＳおよびＭｎＳ酸化物の最大長さを測定する。そして、それぞれ最大長さが２．０μｍ以上である介在物の個数を数え、視野面積で除することで、個数密度を求める。
　介在物の同定は、ＥＤＳにより行い、ＭｎとＳとの合計含有量が９０質量％以上である介在物をＭｎＳと判断し、さらにＯのピークが検出され、ＭｎとＳとＯとの合計含有量が９０質量％以上である介在物をＭｎＳ酸化物と判断する。
　（Ｃ）製造方法
　本発明の一実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。本実施形態に係る鋼材には、熱間圧延を施し、さらに必要に応じて冷間圧延を施して製造される鋼板、形鋼、鋼管等が含まれる。好ましくは板厚が３ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上の厚鋼板である。
　本実施形態に係る鋼材は、常法で鋼を溶製し、成分の調整後、鋳造して得られた鋼片を熱間圧延し、さらに必要に応じて冷間圧延を施して製造される。鋼材中に存在するＭｎＳおよびＭｎＳ酸化物の個数密度の比を上述した範囲に制御するためには、熱間圧延前の加熱温度を比較的低温とすることが重要であり、具体的には１０００～１１３０℃とすることが好ましい。
　熱間圧延前の加熱温度を低くすることで、ＭｎＳの成長を抑制するとともに、圧延時に微細化することが可能となる。微細化されたＭｎＳは相対的に表面積が大きいため、酸素と結合しやすくなり、ＭｎＳ酸化物となりやすくなる。ＭｎＳの個数密度を３０／ｍｍ２未満とし、ＭｎＳに対するＭｎＳ酸化物の個数密度の比を０．１２以上とするためには、熱間圧延前の加熱温度は１０８０℃以下とすることがより好ましい。
　熱間圧延後の熱延鋼板に対しては、切断またはコイル巻取り等の次工程が加えられる。その際、鋼板は温度低下するが、熱延完了から４００℃に達するまでの時間は４時間以上であることが望ましい。この温度域にさらされることでＭｎＳと酸素の結合が促進される。熱間圧延後、冷間圧延して冷延鋼板としてもよい。さらに冷間圧延後には熱処理を施してもよい。
　得られた鋼板から鋼管を製造する場合は、鋼板を管状に成形して溶接すればよく、例えば、ＵＯ鋼管、電縫鋼管、鍛接鋼管、スパイラル鋼管等にすることができる。
　以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。なお、以下に示す実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。また本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
　表１および２に示す化学組成を有する鋼（Ａ１～２６，Ｂ１～１１）を溶製し、鋼塊に対して表３および４に示す条件で熱間圧延を行い、厚さが２０ｍｍの熱延鋼板を製造した。一部の鋼板については、熱延後に巻き取りを模擬した冷却を行った後、さらに冷間圧延を行い、厚さが３．４ｍｍの冷延鋼板とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　得られた各鋼板からＳＥＭ観察用の試験片を切り出し、ＳＥＭが備えるＥＤＳにより介在物の個数密度の測定を行った。測定倍率は１０００倍とし、視野内に検出されるＭｎＳおよびＭｎＳ酸化物の最大長さを測定し、それぞれ最大長さが２．０μｍ以上である介在物の個数を数え、視野面積で除することで、個数密度を求めた。
　さらに、得られた各鋼板を用いて、以下に示す各種の性能評価試験を行った。
＜耐硫酸性、耐塩酸性＞
　各鋼板から板厚３ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ２５ｍｍの試験片を板厚中央部から採取し、湿式＃４００研磨で仕上げ、耐食性評価用の試験片とした。耐食性の評価は硫酸浸漬試験および塩酸浸漬試験によって行った。硫酸浸漬試験では、試験片を７０℃の５０％硫酸水溶液に６時間浸漬し、塩酸浸漬試験では、試験片を８０℃の１０％塩酸水溶液中に５時間浸漬した。
　その後、硫酸浸漬試験および塩酸浸漬試験による試験片の腐食減量から、それぞれ腐食速度を算出した。本実施例においては、硫酸浸漬試験による腐食速度が２０．０ｍｇ／ｃｍ２／ｈ以下である場合に、耐硫酸性に優れると判断し、塩酸浸漬試験による腐食速度が１５．０ｍｇ／ｃｍ２／ｈ以下である場合に、耐塩酸性に優れると判断した。
＜熱間加工性＞
　上記条件で圧延した熱間圧延材の表面を外観目視し、割れが生じていたものを×、割れが生じていないものを〇として、熱間加工性を評価した。
＜溶接割れ＞
　ＪＩＳ　Ｚ　３１５８：２０１６に準拠して、ｙ型溶接割れ試験を行った。厚さ３ｍｍの試験片を用い、電流１７０Ａで片面側から溶接後、４８時間が経過してから表面および断面の割れの有無を確認した。
＜引張強さ＞
　ＪＩＳ　Ｚ　２２４１：２０１１に準拠して引張試験片を作製し、引張試験を行い、引張強さを求めた。なお、厚さ２０ｍｍの熱延鋼板からは１２ｍｍ厚の試験片を、厚さ３．４ｍｍの冷延鋼板からは３．４ｍｍ厚の試験片を採取し、引張試験に供した。引張強さが４００ＭＰａ以上のものを○、４００ＭＰａ未満のものを×とした。
　表５および６に、介在物の個数密度の測定結果、ならびに耐硫酸浸漬試験、耐塩酸浸漬試験、熱間加工性、溶接割れ試験および引張試験の評価結果をまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表５および６に示すように、本発明の規定をすべて満足する試験Ｎｏ．１～２６では、いずれの性能評価試験においても優れた結果となった。これに対して、比較例である試験Ｎｏ．２７～４０では、耐硫酸性、耐塩酸性、熱間加工性および溶接性の少なくともいずれかにおいて、悪化する結果となった。
　本発明の鋼材は、重油、石炭等の化石燃料、液化天然ガスなどのガス燃料、都市ごみなどの一般廃棄物、廃油、プラスチック、排タイヤ等の産業廃棄物および下水汚泥等を燃焼させるボイラーの排煙設備に使用することができる。具体的には、排煙設備の煙道ダクト、ケーシング、熱交換器、２基の熱交換器（熱回収器および再加熱器）で構成されるガス－ガスヒータ、脱硫装置、電気集塵機、誘引送風機、回転再生式空気予熱器のバスケット材および伝熱エレメント板などに好適に使用することができる。

 

Claims (4)

  1. 　化学組成が、質量％で、
    　Ｃ：０．０１～０．１０％、
    　Ｓｉ：０．０４～０．４０％、
    　Ｍｎ：０．３０～１．５０％、
    　Ｃｕ：０．０５～０．５０％、
    　Ｓｂ：０．０３～０．３０％、
    　Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
    　Ｃｒ：０．０２～０．５０％、
    　Ａｌ：０．００５～０．０５５％、
    　Ｎ：０．００２～０．０１０％、
    　Ｐ：０．０２０％以下、
    　Ｓ：０．０００５～０．０１５％、
    　Ｏ：０．０００５～０．００３５％、
    　Ｍｏ：０～０．５０％、
    　Ｗ：０～０．５０％、
    　Ｓｎ：０～０．３０％、
    　Ａｓ：０～０．３０％、
    　Ｃｏ：０～０．３０％、
    　Ｔｉ：０～０．０５０％、
    　Ｎｂ：０～０．１０％、
    　Ｖ：０～０．１０％、
    　Ｚｒ：０～０．０５０％、
    　Ｔａ：０～０．０５０％、
    　Ｂ：０～０．０１０％、
    　Ｃａ：０～０．０１０％、
    　Ｍｇ：０～０．０１０％、
    　ＲＥＭ：０～０．０１０％、
    　残部：Ｆｅおよび不純物であり、
    　Ｓｉ含有量とＡｌ含有量との質量比Ｓｉ／Ａｌが７．０～１５．０であり、
    　下記（ｉ）式で定義されるＢＩが０．５５～３０．０であり、
    　下記（ii）式で定義されるＥＩが１．０～６．０であり、
    　下記（iii）式で定義されるＣｅｑが０．１５０～０．４００であり、
    　鋼材中にＭｎＳおよびＭｎＳ酸化物を含み、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が５０／ｍｍ２未満であり、かつ最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度に対する、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳ酸化物の個数密度の比が０．１０以上である、
    　鋼材。
    　ＢＩ＝（Ｃｒ／５２）／（Ｎ／１４）　　・・・（ｉ）
    　ＥＩ＝（Ｃｕ／６４）／（（Ｓｂ／１２２）＋（Ｓｎ／１１９））　　・・・（ii）
    　Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５　　・・・（iii）
    　但し、上記式中の元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合は０を代入するものとする。
  2. 　前記化学組成が、質量％で、
    　Ｍｏ：０．０１～０．５０％、
    　Ｗ：０．０１～０．５０％、
    　Ｓｎ：０．０１～０．３０％、
    　Ａｓ：０．０１～０．３０％、および
    　Ｃｏ：０．０１～０．３０％、
    　から選択される１種以上を含有する、
    　請求項１に記載の鋼材。
  3. 　前記化学組成が、質量％で、
    　Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
    　Ｎｂ：０．００１～０．１０％、
    　Ｖ：０．００５～０．１０％、
    　Ｚｒ：０．００５～０．０５０％、
    　Ｔａ：０．００１～０．０５０％、および
    　Ｂ：０．０００３～０．０１０％、
    　から選択される１種以上を含有する、
    　請求項１または請求項２に記載の鋼材。
  4. 　前記化学組成が、質量％で、
    　Ｃａ：０．０００５～０．０１０％、
    　Ｍｇ：０．０００１～０．０１０％、および
    　ＲＥＭ：０．０００１～０．０１０％、
    　から選択される１種以上を含有する、
    　請求項１から請求項３までのいずれかに記載の鋼材。

     
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