(57)【要約】【課題】加工時の粒界割れを防止して高度な加工性を維持しつつ酸露点腐食環境において良好な耐食性を発揮する鋼材を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：≦０．０１００％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：≦０．１０％、Ｎ：≦０．０２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％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、かつ、平均結晶粒径が１００μｍ以下のフェライト主体の組織からなることを特徴とする粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。Ｃは０．００５０％以下が望ましい。必要に応じて、Ｃｒ：≦１．０％、Ｍｏ：≦１．０％、Ｎｉ：≦０．５％、Ｎｂ：≦０．１％、Ｖ：≦０．１％、Ｔｉ：≦０．１％、Ｓｎ：０．０１〜０．２％の１種または２種以上を含有させる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：≦０．０１００％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：≦０．１０％、Ｎ：≦０．０２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％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、かつ、平均結晶粒径が１００μｍ以下のフェライト主体の組織からなることを特徴とする粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：≦０．００５０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：≦０．１０％、Ｎ：≦０．０２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％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、かつ、平均結晶粒径が１００μｍ以下のフェライト主体の組織からなることを特徴とする粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：≦０．０１００％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０１〜０．３０％、Ａｌ：≦０．１０％、Ｎ：≦０．０２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％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、かつ、平均結晶粒径が１００μｍ以下のフェライト主体の組織からなることを特徴とする粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：≦０．００５０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０１〜０．３０％、Ａｌ：≦０．１０％、Ｎ：≦０．０２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％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、かつ、平均結晶粒径が１００μｍ以下のフェライト主体の組織からなることを特徴とする粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。
【請求項５】
鋼成分として、質量％で、さらに、Ｃｒ：≦１．０％、Ｍｏ：≦１．０％、Ｎｉ：≦０．５％、Ｎｂ：≦０．１％、Ｖ：≦０．１％、Ｔｉ：≦０．１％、Ｓｎ：０．０１〜０．２％の１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。
【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、ボイラー空気予熱器などの設備に使用される耐酸露点腐食鋼材に関し、特に、鋼材加工時における粒界割れに対する抵抗性に優れた極低炭素系耐食鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオウ分や塩素分を含有する燃料を燃焼させると、排ガス中にＳＯｘやＨＣｌが生じ、これが水分と化合して硫酸や塩酸が生じ、煙道、煙突など排ガスに曝される鋼部材に酸露点腐食が生じる。
【０００３】
このような問題に対し、従来から酸露点腐食性に優れた低合金系鋼材が提示されてきており、例えば、特許文献１に見られるように、０．１％程度のＣを含有し耐硫酸腐食性に有効なＳｂ、Ｃｕを複合添加した低合金鋼が発明され、実用に供されてきている。
【０００４】
一方、これら鋼材は何がしかの加工を施して供するのが通例である。例えば、回転再生式エアヒーターに使用される伝熱エレメントは、伝熱効率の観点から、冷延鋼板を波板状に冷間成形して適用されるが、伝熱効率を極大化する目的で、より複雑形状への成形を可能とする高加工性鋼材が要求されるようになってきている。
【０００５】
この要求に対して、特許文献２に見られるように、Ｃ含有量を極低レベルに抑制して延性を確保した耐酸露点腐食鋼が開発されてきている。
【０００６】
しかしながら、この種の鋼でも、２段階で成形するような場合には、粒界破壊が生じて加工できない場合がある。
【０００７】
すなわち、加工性を担保すべく炭素含有量を極低化した成分系では、粒界割れ抵抗性が劣化するという問題があり、旧来の加工条件には対応できても、より複雑形状への加工に供するには、粒界割れ抵抗性を改善する必要がある。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭４３−１４５８５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１６４３３５号公報
【０００９】
【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、加工時の粒界割れを防止して高度な加工性を維持しつつ酸露点腐食環境において良好な耐食性を発揮できる鋼材を提供するものである。
【００１０】
【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、引張試験による延性の評価と粒界割れの再現試験を行った。
【００１１】
一般に、延性はＣ含有量に依存し、本発明では、引張試験の伸び値３５％超の高延性の確保を目的として、Ｃ含有量を０．０１００％以下、望ましくは０．００５０％以下に設定した。
【００１２】
しかしながら、Ｃ含有量を０．０１００％以下に低減すると粒界割れが生じるようになる。特に、ＳｂやＣｕといった耐酸性を改善する元素が含有される場合に、その傾向が顕著に現れる。
【００１３】
これを抑止すべく、種々の微量成分について検討した結果、Ｂを０．０００５％以上含有させるのが有効であることを知見した。
【００１４】
しかしながら、図１に示すように、結晶粒径が１００μｍを超える場合には、Ｂの効果は安定的に発現されない。
【００１５】
よって、Ｂ含有と結晶粒径制御の両者組み合わせが重要であることを知見した。
【００１６】
本発明は、前記知見に基づいて構成したものであり、その要旨は以下のとおりである。
【００１７】
（１）  質量％で、Ｃ：≦０．０１００％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：≦０．１０％、Ｎ：≦０．０２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％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、かつ、平均結晶粒径が１００μｍ以下のフェライト主体の組織からなることを特徴とする粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。
【００１８】
（２）  質量％で、Ｃ：≦０．００５０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：≦０．１０％、Ｎ：≦０．０２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％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、かつ、平均結晶粒径が１００μｍ以下のフェライト主体の組織からなることを特徴とする粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。
【００１９】
（３）  質量％で、Ｃ：≦０．０１００％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０１〜０．３０％、Ａｌ：≦０．１０％、Ｎ：≦０．０２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％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、かつ、平均結晶粒径が１００μｍ以下のフェライト主体の組織からなることを特徴とする粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。
【００２０】
（４）  質量％で、Ｃ：≦０．００５０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：≦１．０％、Ｐ：≦０．０５％、Ｓ：≦０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｓｂ：０．０１〜０．３０％、Ａｌ：≦０．１０％、Ｎ：≦０．０２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％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、かつ、平均結晶粒径が１００μｍ以下のフェライト主体の組織からなることを特徴とする粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。
【００２１】
（５）  鋼成分として、質量％で、さらに、Ｃｒ：≦１．０％、Ｍｏ：≦１．０％、Ｎｉ：≦０．５％、Ｎｂ：≦０．１％、Ｖ：≦０．１％、Ｔｉ：≦０．１％、Ｓｎ：０．０１〜０．２％の１種または２種以上を含むことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の粒界割れ抵抗性に優れた極低炭素系耐酸露点腐食鋼。
【００２２】
【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。
【００２３】
Ｃ：Ｃは延性を支配する元素であり、加えて、耐食性にも有害な元素であるため、含有量は可及的に低レベルが望ましい。本発明では、引張試験の伸び値３５％以上の高延性を確保する目的から、Ｃ含有量を０．０１００％以下とした。望ましい含有量は０．００５０％である。
【００２４】
Ｓｉ：耐食性に有効な元素であるが、含有させ過ぎると延性を低下させるため、適正含有量として０．１〜２．０％を設定した。
【００２５】
Ｍｎ：Ｍｎは強化に寄与し延性を低下させると共に粒界割れ感受性を高めるため、上限を１．０％に制限した。
【００２６】
Ｃｕ：耐食性を確保するのに不可欠の元素であるため、０．０５％以上を含有させるが、延性や粒界割れ感受性に悪影響を及ぼすため、上限を１．０％に規制する。
【００２７】
Ｓｂ：Ｓｉ、Ｃｕと同様に耐食性確保に有用な元素であるが、粒界割れ感受性を高める作用も有するため、適正含有量として０．０１〜０．３０％を設定した。
【００２８】
Ｂ：粒界割れ感受性を低減するのに極めて有効な元素であり、０．０００５％以上を含有させるが、多量に含有させても効果が飽和するため、０．００５０％を上限とする。
【００２９】
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粒界割れ感受性が増大するため、上限を０．０５％とした。
【００３０】
Ｓ：Ｐと同様、不純物であり、０．０５％を超えて残留すると粒界割れ感受性が増大するため、上限を０．０５％とした。
【００３１】
Ａｌ：精練過程において脱酸目的で含有させてもよいが、０．１０％を上限とする。
【００３２】
Ｎ：Ｐ、Ｓと同様、不純物であり、Ｃと同様に延性を低下させるため、可及的に低レベルが望ましく、上限を０．０２０％とする。望ましくは、０．０１０％以下である。
【００３３】
本発明の鋼は、以上の元素を基本成分とするが、これらの元素およびＦｅに加えて、さらなる粒界割れ感受性低減、耐食性改善、熱間加工性改善などの目的で、以下の元素を含有させてもよい。
【００３４】
Ｃｒ：耐食性に有用であるが、１．０％を超えて含有させるとかえって耐食性を劣化させるため、添加する場合は、上限を１．０％とするのが望ましい。
【００３５】
Ｍｏ：粒界割れ感受性低減に有効であるが、延性を劣化させるため、両者のバランスを考慮した範囲としては、１．０％以下が望ましい。
【００３６】
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％として添加するのが望ましい。
【００３７】
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ：析出物形成を通じて結晶粒度調整に有用であるが、０．１％を超えて含有させると耐食性が劣化する傾向があるため、添加する場合は、上限を０．１％として添加するのが望ましい。
【００３８】
Ｓｎ：耐食性改善に有効な元素であるが、０．０１％未満では効果が発現せず、０．２％を超えると熱間加工性が劣化する傾向にあるため、添加する場合は、０．０１〜０．２％とするのが望ましい。
【００３９】
以上の組成からなる鋼は、通常の方法で溶製、鋳造された後、鍛造あるいは圧延といった通例の熱間加工方法によって板、管、棒、などの形状に加工される。さらに、必要に応じて、熱間加工品に対して焼鈍などの熱処理を施されるか、あるいは、引き続いて酸洗を施した後、冷間加工が加えられ、さらに、最終焼鈍が施される。
【００４０】
このような製造工程を経て得られる鋼材の金属組織はフェライト主体の組織となるが、その結晶粒度によっては、粒界割れを防止できない場合がある。
【００４１】
すなわち、前記の如く、Ｂを含有させても、平均結晶粒径が１００μｍを超える場合には、粒界割れを安定的に防止することができない。このため、鋼材の平均結晶粒径を１００μｍ以下に規定する。
【００４２】
平均結晶粒径１００μｍを安定的に得るために、熱延条件として、仕上温度を８８０〜８３０℃の範囲とし、冷延条件として、圧下率５０％以上とし、最終焼鈍温度を７００〜７３０℃の範囲とする。
【００４３】
また、細粒化を徹底する手段としては、例えば、熱延工程において仕上圧延前の圧下が終了した直後に、Ａｒ３点−３０℃まで一旦急冷した後、直ちにＡｒ３点＋３０℃まで急速加熱し、その後、直ちに、１０％以上の圧下率で仕上圧延を行う方法が挙げられる。
【００４４】
なお、ここで言う平均結晶粒度とは、ＩＳＯ６４３（１９８３）で規定されたものである。
【００４５】
【実施例】
（実施例１）
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、熱延仕上前の圧下終了直後に８６０℃（Ａｒ３点８９０℃）まで水冷した後、直ちに、９２０℃まで急速加熱し、その後、直ちに、１５％の圧下率で仕上げ圧延を行って肉厚６ｍｍの熱延板とし、これを酸洗した後、圧下率５０％の冷間圧延を施し、その後、７２０℃で焼鈍処理を施した。
【００４６】
【表１】
2004315936.tif 000002
【００４７】
これらの板材より、φ８４ｍｍの円盤試験片を採取して粒界割れ再現試験を実施した。試験方法としては、円盤試験片にポンチ径４０ｍｍの深絞り試験機で絞り比２．１の条件で円筒深絞り加工を加えた後、テーパー角３７度のテーパー付きポンチを押し込んで割れ有無を評価する方法を採った。試験温度は０℃とした。
【００４８】
また、併せて、結晶粒度測定と引張試験、さらに、（１）５０％硫酸、８０℃、（２）９０％硫酸、１６０℃の２条件で浸漬試験を行った。
【００４９】
試験結果を表２に示す。表中の粒界割れの欄には、割れの有無を●、○で示す。また、耐食性は、前記２条件における腐食速度の大きい方の値をもって評価し、腐食速度５０ｇ／ｍ２  ／ｈ以下をＡ、５０〜２００ｇ／ｍ２  ／ｈをＢ、２００ｇ／ｍ２  ／ｈ超をＣとして表示し、Ａ、Ｂを満足すべき性能として評価した。
【００５０】
【表２】
2004315936.tif 000003
【００５１】
表２より、本発明では、いずれも、伸び値３５％以上の高延性が得られ、粒界割れが生じず、耐食性も十分である。
【００５２】
一方、比較例Ａ−４、Ａ−５では、鋼成分は本発明の範囲内にあるが、平均粒径が本発明の範囲を超えているため、粒界割れが生じている。
【００５３】
比較例Ｘ−１、Ｙ−１では、Ｂ含有量が本発明範囲を外れているため、粒界割れ抵抗性が不十分である。
【００５４】
比較例Ｚ−１では、Ｃ含有量が多過ぎるため伸び値が不十分であり、Ｃｕが含有されていないため、耐食性も不十分となっている。
【００５５】
これらの結果を、縦軸Ｂ量、横軸Ｃ量として図１に示す。
【００５６】
【発明の効果】
以上より、本発明によれば、加工時の粒界割れを防止して高度な加工性を維持しつつ、酸露点腐食環境において良好な耐食性を発揮する鋼材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】極低炭素系鋼材の粒界割れの有無（表１および表２、参照）をＣ量とＢ量および平均結晶粒径に関連させて示す図である。
【図１】
2004315936.tif 000004