(57)【要約】【課題】硫酸露点を超える高温環境において、優れた高温強度、耐高温酸化性を発揮すると共に耐硫酸性にも優れた鋼材を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．１５％、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％、適宜、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｎ：≦０．０１５％、さらに、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｃｒ：≦１．０％、Ｎｉ：≦０．５％、Ｓｎ：０．０１〜０．２０％の１種または２種以上を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．１５％、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．０１０％、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．００５０％、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．００５０％、Ｓｉ：０．６〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【請求項５】
質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．００５０％、Ｓｉ：１．２〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【請求項６】
鋼成分として、質量％で、さらに、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｎ：≦０．０１５％としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【請求項７】
鋼成分として、質量％で、さらに、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｖ：０．００５〜０．２％の１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【請求項８】
鋼成分として、質量％で、さらに、Ｃｒ：≦１．０％、Ｎｉ：≦０．５％、Ｓｎ：０．０１〜０．２０％の１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重油、石炭、ごみ等を燃焼させた排ガスに曝される煙道、煙突、節炭器、集塵機、空気予熱器などに使用される耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオウ分を含有する燃料を燃焼させると、排ガス中にＳＯｘが生じ、これが排ガス中の水分と化合して硫酸が生じ、排ガスの温度が低下して硫酸の露点に到達すると、硫酸ガスが鋼材表面に凝結するため、鋼材が激しく腐食される。
【０００３】
このような硫酸露点腐食問題に対し、従来より硫酸環境において耐食性を発揮する鋼材が開発されてきている。例えば、特公昭４３−１４５８５号に見られるように、耐硫酸腐食性に有効なＳｂ，Ｃｕを複合添加した低合金鋼が実用に供されてきている。
【０００４】
しかしながら、従来の鋼は、耐食性に重点を置いて設計されているため、適用環境として硫酸露点以下の温度域では十分に奏効するものの、露点以上の温度域を想定した場合に重視されるべき高温強度を始めとした高温特性からみれば、必ずしも最適な成分組成にはなっていない。
【０００５】
例えば、設備稼働中の排ガス温度が高温で硫酸露点を遥かに上回る環境では、高温酸化や高温強度が重要であるが、従来鋼は、必ずしもこれら特性に優れるものとはなっていない。
【０００６】
一方、設備稼働中は高温であっても、運転停止時には温度が露点以下に下がるため、耐硫酸腐食性も必要である。したがって、耐硫酸性にも配慮しつつ、高温強度や高温酸化性を改善した鋼材が待望されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の状況に鑑み、本発明は、設備稼働中において硫酸露点を超える高温環境となる部材に対し、優れた高温強度、耐高温酸化性を発揮すると共に耐硫酸性にも優れた鋼材を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題に対し、本発明者らは、種々の鋼成分の供試材を作製し、高温強度、耐高温酸化性、耐硫酸腐食性を評価した。その結果、高温強度を高めるためには、Ｔｉ系析出物を活用するのが最も有効であり、このための合金組成として、ＴｉとＢの複合添加が必要十分条件となることを知見した。
【０００９】
本発明において、先ず重視した特性は高温強度である。ここで言う高温強度とは、硫酸露点を遥かに上回る５００℃での引張強度を指し、３５０ＭＰａ　以上を目標値とした。
【００１０】
高温強度に密接に関与する元素として、Ｔｉ，Ｂ，Ｃが挙げられ、これら３元素の量を適正にバランスさせることによって、始めて優れた特性が得られる。
【００１１】
すなわち、高温強度を向上させる手段としてＴｉを含む析出物を活用するが、この析出強化作用は、ＴｉとＣおよびＢの３元素が共存した場合に最も効果的に現れる。
【００１２】
Ｔｉ含有量としては、０．０１〜０．３０％、Ｂ含有量としては０．００１０〜０．０１００％が適正量であるが、Ｃ含有量によっては析出強化作用が減じられる場合がある。
【００１３】
すなわち、この析出物の構成元素となるＣが多過ぎると、析出物が粗大化して強化作用が低下してしまう。このため、Ｃ量は０．１５％を上限とした比較的低い量に抑え、望ましい含有量として０．０１０％以下、さらに望ましくは０．００５０％以下に制限することにした。
【００１４】
なお、この析出物のサイズは０．１μｍ未満の微細なものであり、ＥＤＳ分析によれば、ＴｉとＣが検出される。ただし、ＴｉとＢが共存した場合に、高温強度がより向上することから、Ｂも構成元素になっている可能性がある。
【００１５】
このように、本発明は、微細Ｔｉ系析出物の析出強化作用を最大化することを狙って、Ｔｉ，Ｂ、および、Ｃの３元素の組み合わせにおいて、その最適量を求めた結果、得られたものである。
【００１６】
次に、低ＣかつＴｉ−Ｂ複合添加の成分系を前提として耐高温酸化性と耐硫酸腐食性に及ぼす各元素の影響を検討した結果、耐酸化性改善にはＳｉが有効であり、０．６％以上の含有量で、従来鋼を凌ぐ優れた特性が得られることを知見した。
【００１７】
また、耐硫酸腐食性については、Ｃｕ，Ｓｂ、および、Ｓｉが有効な元素であり、ＳｉはＣｕおよびＳｂと複合させて共存する場合に耐食性が極大化され、従来鋼と同等レベルの耐食性を得るための必要最小量は０．１％で、従来鋼以上の耐食性を得るための望ましい含有量として０．６％以上、さらに望ましくは１．２％以上であることを知見した。
【００１８】
以上のように、本発明はＴｉ−Ｂ複合添加とＣ量の最適化によって高温強度を向上させ、Ｓｉ，Ｃｕ、および、Ｓｂの含有量を最適化して、耐高温酸化性、耐硫酸腐食性をも確保、改善したものであり、その要旨は以下のとおりである。
【００１９】
（１）質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．１５％、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【００２０】
（２）質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．０１０％、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【００２１】
（３）質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．００５０％、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【００２２】
（４）質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．００５０％、Ｓｉ：０．６〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【００２３】
（５）質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．００５０％、Ｓｉ：１．２〜３．５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０３〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％を含有し、Ｔｉを含む析出物を含有し、残部が付随的成分および／または不可避的不純物を含むＦｅからなり、５００℃における引張強度が３５０ＭＰａ　以上であることを特徴とする耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【００２４】
（６）鋼成分として、質量％で、さらに、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｎ：≦０．０１５％としたことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【００２５】
（７）鋼成分として、質量％で、さらに、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｖ：０．００５〜０．２％の１種または２種以上を含むことを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【００２６】
（８）鋼成分として、質量％で、さらに、Ｃｒ：≦１．０％、Ｎｉ：≦０．５％、Ｓｎ：０．０１〜０．２０％の１種または２種以上を含むことを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の耐硫酸露点腐食性、耐高温酸化性、高温強度に優れた鋼。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明における鋼成分の限定理由について述べる。なお、「％」は「質量％」を意味する。
【００２８】
Ｃ：ＣはＴｉと共に析出物を形成し高温強度の向上に寄与するため、０．０００５％以上を含有させる。しかし、多く含有させると析出物が粗大化して効果が減じられるため、上限を０．１５％とし、望ましくは０．０１０％以下、さらに望ましくは０．００５０％以下とした。
【００２９】
また、Ｃは耐食性を劣化させる元素であると共に、冷間加工性を低下させる作用もあるため、その含有量は低レベルが望ましい。
【００３０】
Ｓｉ：Ｓｉは耐高温酸化性の改善に有効であると共に、耐硫酸腐食性の改善にも有効な元素である。このため、０．１％を下限として含有させることとし、望ましくは０．６％以上、さらに望ましくは１．２％以上を含有させる。しかし、３．５％を超えて含有させると溶接性、靭性、冷間加工性が極端に劣化するため、３．５％を上限とした。
【００３１】
Ｃｕ、Ｓｂ：良好な耐硫酸腐食性を確保するにはＳｉと共にＣｕとＳｂの共同効果を引き出すことが必須となる。このためのＣｕおよびＳｂの必要最少含有量は、それぞれ、Ｃｕ：０．０５％、および、Ｓｂ：０．０３％である。しかし、これら元素は熱間加工性を劣化させる作用があるため、Ｃｕ：１．０％、Ｓｂ：０．３０％を、それぞれ上限とした。
【００３２】
Ｍｎ：Ｍｎは常温における強度調整のために含有させる。そのためには、０．１％は必要である。また、１．０％を超えて含有させると耐食性が劣化するため、上限を１．０％とした。
【００３３】
Ａｌ：精練過程において脱酸目的で含有させる。そのために、０．００５％は必要である。また、０．１０％を超えて含有させると熱間加工性が劣化するので、上限を０．１０％とした。
【００３４】
Ｔｉ：Ｔｉは高温強度改善に寄与する析出強化元素として必須である。０．０１％を下限として含有させ、多く含有させても効果が飽和することから、０．３０％を上限とした。
【００３５】
Ｂ：Ｔｉと共存することによって高温強度改善に寄与する。また、熱間加工性の改善に極めて有効な元素である。このため、０．００１０％を下限として含有させる。しかし、０．０１００％を超えて含有させると、かえって熱間加工性が劣化するため、上限を０．０１００％とした。
【００３６】
以上の基本成分において、不純物元素であるＰ，Ｓ、および、Ｎの含有量は以下が望ましい。
【００３７】
Ｐ：精練過程で残留する不純物であり、０．０５％を超えて残留すると耐食性が劣化する傾向であるため、上限は０．０５％が望ましい。
【００３８】
Ｓ：Ｐと同様、不純物であり、０．０５％を超えて残留すると熱間加工性、耐食性が劣化する傾向であるため、上限は０．０５％が望ましい。
【００３９】
Ｎ：窒化物を形成してＴｉを固定してしまうため、高温強度改善に望ましくない。このため、上限は０．０１５％が望ましい。
【００４０】
以上の元素およびＦｅに加えて、さらなる高温強度改善の目的で、以下の元素を含有させてもよい。
【００４１】
Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ：ＴｉおよびＢと共存すると高温強度の改善に極めて有効であるが、耐硫酸腐食性を低下させる作用がある。両者のバランスを考慮した範囲として、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｖ：０．００５〜０．２％が望ましい。
【００４２】
Ｃｒ：高温強度、高温酸化性の改善に有効であるが、耐硫酸腐食性を低下させる作用がある。添加する場合は、両者のバランスを考慮した範囲として、１．０％を上限とする。
【００４３】
Ｎｉ：Ｃｕの熱間加工性劣化を防止するために利用できるが、０．５％を超えて含有させると耐硫酸腐食性が劣化する傾向があるため、添加する場合は、上限を０．５％として添加する。
【００４４】
Ｓｎ：耐硫酸腐食性に有効な元素であるが、０．０１％未満では効果が発現せず、０．２０％を超えると熱間加工性が劣化するため、添加する場合は、０．０１〜０．２０％とする。
【００４５】
【実施例】
表１に示す化学成分の鋼を真空溶解炉で溶製し、５０ｋｇインゴットに鋳造した後、肉厚１２ｍｍまで熱間圧延した。熱間圧延で得た板材より、各種試験片を採取して、高温引張試験、高温酸化試験、および、硫酸腐食試験を行った。
【００４６】
高温引張試験は、５００℃に昇温した試験片を１０分保定した後、引張試験を行った。酸化試験は、５００℃の大気炉中で２４０時間暴露し、酸化減量を求めた。硫酸腐食試験は、５０％硫酸、８０℃、および、９０％硫酸、１６０℃の２条件において４時間の浸漬試験を行い、腐食速度を求めた。
【００４７】
試験結果を表２に示す。これより、比較例　Ｎｏ．１０１は、Ｓｂが本発明の範囲を外れているため、高温強度、耐高温酸化性は満足すべき特性となっているが、耐硫酸腐食性が不十分である。
【００４８】
比較例　Ｎｏ．１０２ではＣが、　Ｎｏ．１０３ではＴｉが、　Ｎｏ．１０６ではＢが、　Ｎｏ．１０７ではＴｉ，Ｂ，ＣｕおよびＳｂが、本発明範囲を外れているため、所期の高温強度が得られていない。
【００４９】
Ｎｏ．１０４では、Ｓｉが本発明の範囲を外れているため耐高温酸化性が低下している。　Ｎｏ．１０５では、Ｃｕが本発明の下限を下回っており耐硫酸腐食性が不十分である。
【００５０】
一方、本発明　Ｎｏ．１〜１０においては、満足すべき高温強度、耐高温酸化性、耐硫酸腐食性が得られている。
【００５１】
【表１】
2004068039.tif 000002
【００５２】
【表２】
2004068039.tif 000003
【００５３】
【発明の効果】
以上より、本発明によれば、硫酸露点腐食環境において優れた耐硫酸腐食性、耐高温酸化性を発揮する鋼材が得られる。