(57)【要約】【課題】本発明は、製造性に優れ、硫酸露点腐食や塩酸露点腐食の酸腐食環境において、長期の耐食性と、優れた溶接性と、を備える鋼材を提供する。【解決手段】本発明に係る鋼材は、質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．２０％、Ｓｉ：０．０４０〜０．７０％、Ｍｎ：０．２０〜１．００％、Ｃｕ：０．１０〜１．００％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｃｒ：０．３０〜３．００％、Ｔｉ：０．０１〜０．１５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎ：０．００１５〜０．０１００％、及び、Ｏ：０．００３５％以下、を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、下記式（１）で求められるＢＩが３３．０〜８１．０であり、かつ下記式（２）で求められるＣｅｑが０．１８０〜０．３７０であることを特徴とする。  ＢＩ＝（Ｃｒ／５２）／（Ｎ／１４）  …  式（１）  Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５  …  （２）【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０１０〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０４０〜０．７０％、
Ｍｎ：０．２０〜１．００％、
Ｃｕ：０．１０〜１．００％、
Ａｌ：０．００５〜０．１０％、
Ｃｒ：０．３０〜３．００％、
Ｔｉ：０．０１〜０．１５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｎ：０．００１５〜０．０１００％、及び、
Ｏ：０．００３５％以下、
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、下記式（１）で求められるＢＩが３３．０〜８１．０であり、かつ下記式（２）で求められるＣｅｑが０．１８０〜０．３７０であることを特徴とする、鋼材。
ＢＩ＝（Ｃｒ／５２）／（Ｎ／１４）  …  式（１）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５  …  （２）
ここで、式中、Ｃｒ、Ｎ、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＶは各元素の質量％に基づく含有量を示し、含有しない場合は０である。
【請求項２】
更に、質量％で、
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｗ：０．１０％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、
Ｓｎ：０．３０％以下、
Ｓｂ：０．３０％以下、
Ａｓ：０．３０％以下、及び、
Ｃｏ：０．３０％以下、
からなる群から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とする、請求項１に記載の鋼材。
【請求項３】
更に、質量％で、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｚｒ：０．０５０％以下、
Ｔａ：０．０５０％以下、及び、
Ｂ：０．０１０％以下、
からなる群から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼材。
【請求項４】
更に、質量％で、
Ｃａ：０．０１０％以下、
Ｍｇ：０．０１０％以下、及び、
ＲＥＭ：０．０１０％以下、
からなる群から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の燃料や、廃棄物、下水汚泥などを燃焼させるボイラーの排煙設備やガス化溶融炉などは、燃焼排ガス雰囲気に曝され、硫酸露点腐食、塩酸露点腐食環境又は、硫酸や塩酸の水溶液に接する環境となる。このような激しい腐食環境に曝される鋼材には、長期に亘って優れた耐酸性が求められる。
【０００３】
このような問題に対し、耐硫酸・塩酸露点腐食鋼や高耐食ステンレス鋼が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。このうち、特許文献１〜４では、Ｃｕや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や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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６４３３５号公報
【特許文献２】特開２００３−２１３３６７号公報
【特許文献３】特開２００７−２３９０９４号公報
【特許文献４】特開２０１２−５７２２１号公報
【特許文献５】特開平７−３１６７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｃｕ、Ｓｂ、Ｃｒなどを含有する鋼材は、耐硫酸露点腐食性に優れ、ボイラーや焼却施設の排ガス煙突などの硫酸腐食環境において、優れた耐食性を発揮する。しかし、ボイラーや焼却設備などを長寿命化するために、更なる耐食性の向上が期待されている。
【０００６】
また、熱交換器、ガス‐ガスヒータ、脱硫装置、電気集塵機、などの用途に使用される鋼材には、耐酸性だけでなく、溶接性も求められている。更に、製造性の観点から、熱間加工性も要求される。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑み、製造性に優れ、硫酸露点腐食や塩酸露点腐食の酸腐食環境において、長期の耐食性と、優れた溶接性と、を備える鋼材の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、腐食の起点となる窒化物に着目し、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、耐酸性の向上には有効であるＣｒやＮの含有量が多くなると、Ｃｒを含む窒化物が腐食起点となることがわかった。そこで、Ｃｒ、Ｎについて更に検討を行い、下記式（１）で求められる耐酸性腐食指数ＢＩの値を３３．０〜８１．０とすることで、予想を超える耐食性が発現されるという知見を得た。
【０００９】
ＢＩ＝（Ｃｒ／５２）／（Ｎ／１４）  …  （１）
【００１０】
また、下記式（２）で求められるＣｅｑを０．１８０〜０．３７０とすることで、優れた耐酸性及び溶接性が得られるという知見を得た。
【００１１】
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５  …  （２）
【００１２】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］  質量％で、
Ｃ：０．０１０〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０４０〜０．７０％、
Ｍｎ：０．２０〜１．００％、
Ｃｕ：０．１０〜１．００％、
Ａｌ：０．００５〜０．１０％、
Ｃｒ：０．３０〜３．００％、
Ｔｉ：０．０１〜０．１５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｎ：０．００１５〜０．０１００％、及び、
Ｏ：０．００３５％以下、
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、下記式（１）で求められるＢＩが３３．０〜８１．０であり、かつ下記式（２）で求められるＣｅｑが０．１８０〜０．３７０であることを特徴とする鋼材。
ＢＩ＝（Ｃｒ／５２）／（Ｎ／１４）  …  式（１）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５  …  （２）
ここで、式中、Ｃｒ、Ｎ、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＶは各元素の質量％に基づく含有量を示し、含有しない場合は０である。
［２］  更に、質量％で、
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｗ：０．１０％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、
Ｓｎ：０．３０％以下、
Ｓｂ：０．３０％以下、
Ａｓ：０．３０％以下、及び、
Ｃｏ：０．３０％以下、
からなる群から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とする［１］に記載の鋼材。
［３］  更に、質量％で、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｚｒ：０．０５０％以下、
Ｔａ：０．０５０％以下、及び、
Ｂ：０．０１０％以下、
からなる群から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とする［１］又は［２］に記載の鋼材。
［４］  更に、質量％で、
Ｃａ：０．０１０％以下、
Ｍｇ：０．０１０％以下、及び、
ＲＥＭ：０．０１０％以下、
からなる群から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とする［１］〜［３］の何れか１項に記載の鋼材。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ボイラーや焼却施設の排ガス煙突などの硫酸腐食環境やごみ焼却炉などの排ガス煙突などの塩酸腐食環境などの酸腐食環境において優れた耐食性を発現し、製造性及び溶接性にも優れた鋼材を提供することが可能になる。したがって、本発明は産業上の貢献が極めて顕著である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。本発明者らの検討により、Ｃｕ、Ｔｉを含む耐酸性鋼の耐酸性向上には、鋼材表面で腐食起点となりやすい、窒化物を抑制することが有効であることがわかった。
【００１５】
耐酸性の向上に有効なＣｒは、含有量が過剰であると窒化物を形成しやすくなり、腐食起点となり得る。本発明者らによる検討の結果、Ｃｒ、Ｎの含有量のバランスが重要であり、下記式（１）で求められる耐酸性腐食指数ＢＩを適正な範囲とすることが必要であることがわかった。
【００１６】
ＢＩ＝（Ｃｒ／５２）／（Ｎ／１４）…  式（１）
【００１７】
また、下記式（２）で求められるＣｅｑ値を適正な範囲とすることにより、製造性を損なわないように溶接性を確保できることがわかった。これらを適正な範囲にすることにより、優れた耐酸性及び溶接性を有する鋼材を得ることに成功した。
【００１８】
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５  …式（２）
【００１９】
本実施形態に係る鋼材の成分について説明する。なお、％の表記は特に断りがない場合は質量％を意味する。
【００２０】
（Ｃ：０．０１０〜０．２０％）
Ｃは、強度を向上させる元素であり、０．０１０％以上を含有させることが必要である。好ましくはＣ量を０．０３０％以上、より好ましくは０．０８０％以上とする。一方、Ｃ量が０．２０％を超えると炭化物が増加し、耐酸性が劣化するため、Ｃ量を０．２０％以下とする。好ましくはＣ量を０．１５％以下、より好ましくは０．１０％以下とする。
【００２１】
（Ｓｉ：０．０４０〜０．７０％）
Ｓｉは、脱酸及び強度の向上に寄与する元素であり、また、酸化物の形態を制御するために、０．０４０％以上を含有させることが必要である。好ましくはＳｉ量を０．０５０％以上とし、より好ましくは０．１０％以上とする。一方、０．７０％を超えるＳｉを含有させると酸化物が増加し、耐酸性を損なうため、Ｓｉ量を０．７０％以下とする。好ましくはＳｉ量を０．５０％以下とする。より好ましくは、Ｓｉ量を０．３０％以下とする。
【００２２】
（Ｍｎ：０．２０〜１．００％）
Ｍｎは、強度及び靭性を向上させる元素であり、０．２０％以上を含有させる。好ましくはＭｎ量を０．３０％以上、より好ましくは、０．６０％以上とする。一方、１．００％を超える量のＭｎを含有させると、粗大なＭｎＳが生成し、耐食性や機械特性が劣化するため、Ｍｎ量を１．００％以下とする。好ましくはＭｎ量を０．９０％以下、より好ましくは０．８５％以下とする。
【００２３】
（Ｃｕ：０．１０〜１．００％）
Ｃｕは硫酸や塩酸に対する耐食性を顕著に発現する極めて重要な元素である。酸性環境での耐食性を確保するために、Ｃｕ量を０．１０％以上とすることが必要である。好ましくはＣｕ量を０．１５％以上、より好ましくは０．２０％以上とする。一方、Ｃｕ量が１．００％を超えると熱間加工性が低下し、製造性を損なうため、１．００％以下とする。好ましくはＣｕ量を０．９０％以下、より好ましくは０．８０％以下とする。
【００２４】
（Ａｌ：０．００５〜０．１０％）
Ａｌは、脱酸剤であり、０．００５％以上を含有させることが必要である。好ましくはＡｌ量を０．０１５％以上、より好ましくは、Ａｌ量を０．０１９％以上とする。一方、Ａｌを過剰に含有させると、介在物の増加によって、耐酸性を損なうため、Ａｌ量を０．１０％以下とする。好ましくはＡｌ量を０．０５０％以下とする。より好ましくは、Ａｌ量を０．０４０％以下とする。
【００２５】
（Ｃｒ：０．３０〜３．００％）
ＣｒはＣｕと同様に耐食性を向上させる元素である。特に、ＣｒをＣｕ、Ｔｉ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。したがって、耐食性確保の観点から０．３０％以上のＣｒを含有させることが必要である。好ましくはＣｒ量を０．４０％以上、より好ましくは０．５０％以上とする。一方、Ｃｒを過剰に含有させると、腐食の起点となる窒化物の増加によって、耐酸性を損なうため、Ｃｒ量を３．００％以下とする。好ましくはＣｒ量を１．６０％以下、より好ましくはＣｒ量を１．００％以下とする。
【００２６】
（Ｔｉ：０．０１〜０．１５％）
Ｔｉは、耐食性を向上させる元素である。特に、ＴｉをＣｕ、Ｃｒと同時に含有させることで酸性環境においてすぐれた耐食性を発揮する。したがって、耐食性を確保するために、Ｔｉ量を０．０１％以上とすることが必要である。好ましくは、Ｔｉ量を０．０２％以上、より好ましくは、０．０３％以上とする。一方、Ｔｉを過剰に含有させると、腐食の起点となる窒化物の増加によって、耐酸性を損なうため、Ｔｉ量を０．１５％以下とする。好ましくはＴｉ量を０．０７％以下、より好ましくはＴｉ量を０．０５％以下とする。
【００２７】
（Ｐ：０．０５０％以下）
Ｐは、不純物であり、鋼材の機械特性や製造性を低下させるため、Ｐ量を０．０５０％以下とする。好ましくは、Ｐ量を０．０２５％以下、より好ましくは、０．０１０％以下とする。Ｐ量の下限は限定しないが、コストの観点からＰ量は０．００１％以上であってもよい。
【００２８】
（Ｓ：０．０３０％以下）
Ｓは、不純物であり、熱間加工性や鋼材の機械特性を低下させるため、Ｓ量を０．０３０％以下とする。好ましくは、Ｓ量を０．０１５％以下、より好ましくは、０．０１０％以下とする。Ｓ量の下限は限定せず、０％でもよい。Ｓは、Ｃｕと同時に含有させると、酸性環境での耐食性を向上させることから、Ｓ量は０．００１％以上であってもよい。好ましくは、Ｓ量を０．００４％以上、より好ましくは、０．００８％以上とする。
【００２９】
（Ｎ：０．００１５〜０．０１００％）
Ｎは、窒化物を形成する元素であり、Ｃｒを含有する場合、Ｎ量が過剰になると耐食性が低下することから、Ｎ量を０．０１００％以下とする。好ましくはＮ量を０．００８０％以下、より好ましくは０．００６０％以下とする。一方、微細な窒化物は機械特性等の向上に有効であるため、Ｎ量を０．００１５％以上とする。好ましくはＮ量を０．００２０％以上とする。より好ましくは、Ｎ量を０．００２５％以上とする。
【００３０】
（Ｏ：０．００３５％以下）
Ｏは、不純物であり、酸化物を生成する元素である。酸性環境において腐食の起点となる粗大な酸化物の生成を抑制するために、Ｏ量を０．００３５％以下とする。より好ましくはＯ量を０．００３０％以下、更に好ましくは０．００２５％以下とする。コストの観点から、Ｏ量は、好ましくは、０．０００５％以上、より好ましくは、０．０００８％以上とする。
【００３１】
更に、酸性環境での耐食性を向上させるために、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ及びＣｏからなる群から選択される１種又は２種以上を含有させることが好ましい。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。
【００３２】
（Ｍｏ：０．１０％以下）
Ｍｏは、Ｃｕ、Ｃｒと同時に含有させることにより、酸性環境での耐食性を向上させる元素である。特に、塩酸に対する耐食性を高めるために、例えば、Ｍｏ量を０．００５％以上とすることができる。好ましくはＭｏ量を０．０２％以上、より好ましくは０．０３％以上とする。一方、Ｍｏは高価な元素であるため、コストの観点から、Ｍｏの含有量を０．１０％以下とする。より好ましくは、Ｍｏ量を０．０８％以下、更に好ましくは０．０５％以下とする。
【００３３】
（Ｗ：０．１０％以下）
Ｗは、Ｍｏと同様にＣｕ、Ｃｒと同時に含有させることにより、酸性環境での耐食性を向上させる元素である。特に、塩酸に対する耐食性を高めるために、例えば、Ｗ量を０．００５％以上としてもよい。好ましくはＷ量を０．０１％以上、より好ましくは０．０３％以上とする。一方、Ｗも高価な元素であるため、コストの観点から、Ｗの含有量を０．１０％以下とする。より好ましくは、Ｗ量を０．０８％以下、更に好ましくは０．０５％以下とする。
【００３４】
（Ｎｉ：１．００％以下）
Ｎｉは、酸性環境での耐食性を向上させる元素であり、Ｃｕを含有する場合、Ｎｉは製造性を高める効果を発現する。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の偏析を軽減する作用がある。Ｎｉを含有させると、Ｃｕ偏析起因の鋳片の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顕著に発現される。好ましくはＮｉ量を０．０２％以上とし、より好ましくは０．１０％以上、更に好ましくは０．２０％以上とする。一方、Ｎｉは高価な元素であるため、コストの観点から、Ｎｉ量を１．００％以下とする。より好ましくはＮｉ量を０．８０％以下とする。
【００３５】
（Ｓｎ：０．３０％以下）
Ｓｎは、酸性環境での耐食性を向上させる元素であり、例えば、０．０１％以上を含有させてもよい。好ましくはＳｎ量を０．０２％以上、より好ましくはＳｎ量を０．０５％以上とする。一方、Ｓｎを過剰に含有させると熱間加工性が低下するので、Ｓｎ量を０．３０％以下とする。より好ましくはＳｎ量を０．２０％以下とする。
【００３６】
（Ｓｂ：０．３０％以下）
Ｓｂは、Ｃｕと同時に含有させると耐酸性を向上させる元素であり、酸性環境での耐食性を向上させるため、例えば、０．０１０％以上を含有させることができる。好ましくはＳｂ量を０．０５０％以上、より好ましくは０．０８０％以上とする。一方、Ｓｂ量が０．３０％を超えると熱間加工性が低下するので、Ｓｂ量を０．３０％以下とする。より好ましくは、Ｓｂ量を０．１５％以下とする。
【００３７】
（Ａｓ：０．３０％以下）
Ａｓは、Ｓｂ、Ｓｎに比べて効果は顕著ではないが、酸性環境での耐食性の向上に有効な元素であり、例えば、０．０１％以上を含有させてもよい。好ましくはＡｓ量を０．０２％以上、より好ましくはＡｓ量を０．０５％以上とする。一方、Ａｓを過剰に含有させると熱間加工性が低下するので、Ａｓ量を０．３０％以下とする。より好ましくはＡｓ量を０．２０％以下、更に好ましくは０．１０％以下とする。
【００３８】
（Ｃｏ：０．３０％以下）
Ｃｏは、Ｓｂ、Ｓｎに比べて効果は顕著ではないが、酸性環境での耐食性を向上させる元素であり、例えば、０．０１％以上を含有させてもよい。好ましくはＣｏ量を０．０２％以上、より好ましくはＣｏ量を０．０５％以上とする。一方、Ｃｏを過剰に含有させると経済性が低下するので、Ｃｏ量を０．３０％以下とする。より好ましくはＣｏ量を０．２０％以下、更に好ましくは０．１０％以下とする。
【００３９】
更に、機械特性などを向上させるために、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ及びＢからなる群から選択される１種又は２種以上を含有させることが好ましい。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。
【００４０】
（Ｎｂ：０．１０％以下）
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、窒化物を形成する元素であり、結晶粒の微細化や強度の向上を目的として、例えば、０．００１％以上を含有させてもよい。好ましくはＮｂ量を０．００３％以上とし、より好ましくは０．００５％とする。一方、０．１０％超のＮｂを含有させると、機械特性が劣化することがあるため、Ｎｂ量を０．１０％以下とする。より好ましくはＮｂ量を０．０５０％以下、更に好ましくは０．０３０％以下、より一層好ましくは０．０２０％以下とする。
【００４１】
（Ｖ：０．１０％以下）
Ｖは、Ｔｉ、Ｎｂと同様、窒化物を形成する元素であり、主に、析出強化による強度の改善のために含有させてもよい。析出強化の効果を得るためには、Ｖ量を０．００１％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｖ量を０．００３％以上とする。一方、０．１０％超のＶを含有させると、機械特性が劣化することがあるため、Ｖ量を０．１０％以下とする。より好ましくはＶ量を０．０５０％以下、更に好ましくは０．０３０％以下、より一層好ましくは０．０２０％以下とする。
【００４２】
（Ｚｒ：０．０５０％以下）
Ｚｒは、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖと同様、窒化物を形成する元素であり、主に、析出強化による強度の改善のために含有させることができる。析出強化の効果を得るために、Ｚｒ量を０．００５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｚｒ量を０．０１０％以上とする。一方、Ｚｒは高価な元素であり、また、０．０５０％超のＺｒを含有させると、機械特性が劣化することがあるため、Ｚｒ量を０．０５０％以下とする。より好ましくはＺｒ量を０．０４０％以下、更に好ましくは０．０３０％以下、より一層好ましくは０．０２０％以下とする。
【００４３】
（Ｔａ：０．０５０％以下）
Ｔａは、強度の向上に寄与する元素であり、例えば、０．００１％以上を含有させてもよい。また、メカニズムは必ずしも明らかでないが、Ｔａは耐食性の向上にも寄与することがわかった。そのため、好ましくはＴａ量を０．００５％以上とする。より好ましくは、Ｔａ量を０．０１０％以上とする。一方、Ｔａを過剰に含有させるとコストが上昇するため、Ｔａ量を０．０５０％以下とする。より好ましくはＴａ量を０．０４０％以下、更に好ましくは０．０３０％以下、より一層好ましくは０．０２０％以下とする。
【００４４】
（Ｂ：０．０１０％以下）
Ｂは、焼入性を向上させ、強度を高める元素である。焼入性向上による強度向上効果を得るためには、Ｂ量を０.０００３％以上にすることが好ましい。より好ましくはＢ量を０．０００５％以上とする。一方、０.０１０％を超えるＢを含有させても、効果が飽和し、母材、ＨＡＺ（ｈｅａｔ  ａｆｆｅｃｔｅｄ  ｚｏｎｅ：溶接熱影響部）の靭性が低下する場合があるため、Ｂ量を０.０１０％以下とする。より好ましくはＢ量を０．００５０％以下、更に好ましくは０．００３０％以下、より一層好ましくは０．００２０％以下とする。
【００４５】
更に、脱酸や介在物の制御を目的として、Ｃａ、Ｍｇ及びＲＥＭ（希土類元素）からなる群から選択される１種又は２種以上を含有させることが好ましい。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。
【００４６】
（Ｃａ：０．０１０％以下）
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、例えば、０．０００５％以上を含有させてもよい。好ましくはＣａ量を０．００１％以上、より好ましくは０．００２％以上とする。一方、０．０１０％を超えるＣａを含有させると機械特性が損なわれる場合があるため、Ｃａ量を０．０１０％以下とする。より好ましくはＣａ量を０．００５％以下とする。
【００４７】
（Ｍｇ：０．０１０％以下）
Ｍｇは、微細な酸化物を形成させるために、例えば、０．０００１％以上を含有させてもよい。好ましくはＭｇ量を０．０００３％以上、より好ましくは０．０００５％以上とする。一方、製造コストの観点から、Ｍｇ量を０．０１０％以下とする。より好ましくはＭｇ量を０．００５％以下、更に好ましくは０．００３％以下とする。
【００４８】
（ＲＥＭ：０．０１０％以下）
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、例えば、０．０００１％以上を含有させてもよい。好ましくはＲＥＭ量を０．０００３％以上、より好ましくは０．０００５％以上とする。一方、製造コストの観点から、ＲＥＭ量を０．０１０％以下とする。より好ましくはＲＥＭ量を０．００５％以下、更に好ましくは０．００３％以下とする。
【００４９】
ＲＥＭとしては、具体的にはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕが挙げられ、これらのうち１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて含有させることができる。２種類以上の希土類元素を含有させる場合、例えば、分離精製前の混合希土類元素（ミッシュメタル）や、ジジム合金（Ｎｄ及びＰｒからなる合金）のような希土類元素の混合物や化合物を用いてもよい。また、２種類以上の希土類元素を含有させる場合において、上記ＲＥＭ量は、すべての希土類元素の総量を意味する。
【００５０】
本実施形態に係る鋼材の化学組成の残部は、鉄（Ｆｅ）及び不純物である。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、本実施形態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。ただし、不純物のうち、Ｐ、Ｓ、Ｎ及びＯについては、上述のように上限を制限する必要がある。
【００５１】
本実施形態に係る鋼材は、耐酸性、溶接性及び強度を向上させるために、特定の元素の関係を制御することが必要である。
【００５２】
（ＢＩ：３３．０〜８１．０）
耐酸性腐食指数ＢＩは、下記式（１）に示されるように、Ｃｒ原子の数とＮ原子の数の比である。即ち、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。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重要である。Ｃｒは、耐酸性の向上に有効であるものの、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ため、耐酸性を顕著に向上させるには、耐酸性腐食指数ＢＩを８１．０以下にすることが必要である。好ましくはＢＩを６４．０以下、より好ましくは５５．０以下、更に好ましくは５１．０以下とする。一方、Ｃｒが不足すると、耐酸性の向上の効果が不十分になるため、耐酸性腐食指数ＢＩを３３．０以上にすることが必要である。好ましくはＢＩを３６．０以上、より好ましくは４０．０以上とする。
【００５３】
ＢＩ＝（Ｃｒ／５２）／（Ｎ／１４）…  式（１）
【００５４】
（Ｃｅｑ：０．１８０〜０．３７０）
Ｃｅｑは、硬さの上昇による溶接性の劣化を示す指標であり、溶接性を確保するために、０．３７０以下、好ましくは０．３６０以下、より好ましくは０．３５５以下とする。一方。Ｃｅｑが低すぎると機械特性が不十分になるため、０．１８０以上、好ましくは０．２５０以上、より好ましくは０．３３０以上とする。Ｃｅｑは、下記式（２）に示される指標である。
【００５５】
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５  …式（２）
【００５６】
以上の式（１）及び式（２）において、Ｃｒ、Ｎ、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＶは、各元素の質量％に基づく含有量を示し、含有しない場合は０として計算する。
【００５７】
続いて、本実施形態に係る鋼材の製造方法の例について説明する。本実施形態に係る鋼材には、熱間圧延を施し、更に必要に応じて冷間圧延を施して製造される鋼板、形鋼、鋼管などが含まれる。
【００５８】
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、更に必要に応じて冷間圧延を施して製造される。熱間圧延後は、そのまま水冷するか、又は空冷した後、再加熱して焼入れてもよい。熱間圧延後は、コイル状に巻き取ってもよい。熱間圧延後、冷間圧延して、更に熱処理を施してもよい。
【００５９】
鋼管を製造する場合は、鋼板を管状に成形して溶接してもよく、ＵＯ鋼管、電縫鋼管、鍛接鋼管、スパイラル鋼管などにすることができる。鋼片に熱間押出や穿孔圧延を施して製造されるシームレス鋼管も本実施形態に含まれる。
【００６０】
本実施形態に係る鋼材は、重油、石炭などの化石燃料、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、排タイヤなどの産業廃棄物及び下水汚泥など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（熱回収器及び再加熱器）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及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。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明の実施例を挙げながら、本発明の技術的内容について更に説明する。なお、以下に示す実施例での条件は、本発明の実施可能性及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しない限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００６２】
表１、表２に示す化学組成の鋼を溶製し、鋼塊を１１５０℃で２時間加熱後、熱間圧延を行って空冷し、厚みが２０ｍｍの鋼板を製造した。なお、表１、表２に示す各鋼の化学組成の残部は、鉄及び不純物である。
【００６３】
【表１】
2020111790.tif 000002
【００６４】
【表２】
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【００６５】
得られた各鋼板から２５×２５×４ｍｍ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及び塩酸浸漬試験によって行った。硫酸浸漬試験は、７０℃の５０％硫酸水溶液に５時間浸漬し、塩酸浸漬試験は、４０℃の３．６％塩酸水溶液中に５時間浸漬し、それぞれ腐食減量によって評価した。
【００６６】
比較例ＡＡを基準として、３０％以上耐食性が向上した（腐食減量が比較例ＡＡの７０％以下に低下した）ものを○、５０％以上耐食性が向上した（腐食減量が比較例ＡＡの５０％以下に低下した）ものを◎、３０％未満（腐食減量が比較例ＡＡの７０％超）のものを×とした。
【００６７】
また、ＪＩＳ  Ｚ  ３１５８：２０１６に基づきｙ型溶接割れ試験を行った。試験片は２０ｍｍｔを用い、電流１７０Ａで両面側から溶接後、所定の時間が経過してから表面及び断面の割れの有無を確認した。また、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１：２０１１に準拠して引張試験片を作製し、引張試験を行って引張強度を求めた。引張強度が４００ＭＰａ以上のものを○、４００ＭＰａ未満のものを×とした。結果を表３に示す。
【００６８】
【表３】
2020111790.tif 000004
【００６９】
表３に示すとおり、供試材Ａ〜Ｚは成分、ＢＩ値、Ｃｅｑ値が本発明の範囲内であり、塩酸及び硫酸に対する耐食性、溶接性、強度が全て良好である。一方、供試材ＡＡ〜ＡＧは成分、ＢＩ値、Ｃｅｑ値、Ｃｕ、Ｃｒ又はＴｉの何れかが本発明の範囲外であり、塩酸及び硫酸に対する耐食性、加工性、溶接性、強度の何れかが低下している。
【００７０】
供試材ＡＡは、塩酸腐食試験及び硫酸腐食試験の評価の基準とした鋼であるが、ＢＩ値が本発明に規定される上限値を超えているため、本発明の鋼に比べて塩酸及び硫酸に対する耐食性が低下している。供試材ＡＢはＢＩ値が本発明に規定される下限値を下回っているため、本発明の鋼に比べて塩酸及び硫酸に対する耐食性が低下している。本発明に規定されるＣｕ、Ｃｒの下限値を下回っている供試材ＡＥ、ＡＦも、本発明の鋼に比べて塩酸及び硫酸に対する耐食性が低下している。また、本発明に規定されるＴｉの上限値を上回っている供試材ＡＧも、本発明の鋼に比べて塩酸及び硫酸に対する耐食性が低下している。
【００７１】
供試材ＡＣはＣｅｑが小さく、強度が不十分である。一方、Ｃｅｑが大きい供試材ＡＤは溶接性が低下している。
【００７２】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の鋼材は、重油、石炭などの化石燃料、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、排タイヤなどの産業廃棄物及び下水汚泥など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（熱回収器及び再加熱器）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及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。