(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ ：０．００２〜０．１％、
Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、
Ｍｎ：０．１〜０．５％、
Ｐ ：０．０５％以下、
Ｓ ：０．０５％以下、
Ｃｕ：０．１〜１％、
Ｃｒ：０．３〜０．６７％、
Ｎｉ：０．０５〜０．５％、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｎ ：０．００１〜０．００３０％を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．０２〜０．１２％、
Ｖ ：０．０２〜０．１２％、
Ｍｏ：０．０５〜１％、
Ｗ ：０．０５〜１％の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼。
【請求項２】
質量％で、さらに、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％を含有することを特徴とする請求項１に記載の冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼。
【請求項３】
質量％で、さらに、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂａの１種または２種以上を、合計で０．０２〜０．５％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼。
【請求項４】
質量％で、さらに、Ｃａ：０．０００２〜０．０１％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００２〜０．０１％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の鋼をボイラー排煙設備に使用することを特徴とする冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鋼の製造において、連続鋳造または分塊圧延後、１０００〜１３００℃に再加熱し、８５０〜１０００℃で熱間圧延を終了し、その後、空冷または６００〜７５０℃で巻取り後空冷することを特徴とする冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼の製造方法。
【請求項７】
空冷後、さらに酸洗し、圧延率３０〜９０％で冷間圧延後、７００〜９００℃で連続焼鈍または箱焼鈍することを特徴とする請求項６に記載の冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼に関する。より詳しくは、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、および木工屑、繊維屑、廃油、プラスチック、排タイヤ、汚泥、医療廃棄物などの産業廃棄物などを燃焼させるボイラーの排煙設備、すなわち煙道ダクト、ケーシング、熱交換器、空気予熱器、減温塔、煙突などに使用される鋼、すなわち、部材加工時には優れた冷間加工性を示し、燃焼排気ガスに曝されるボイラー運運転中には優れた高温強度と耐高温酸化性を示し、さらにボイラー停止・休止時において発生する低温腐食に対しては優れた耐食性を示す鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所や都市ごみ焼却施設および産業排気物焼却施設の燃焼排気ガスは水分、二酸化硫黄、三酸化硫黄、塩化水素、窒素酸化物、二酸化炭素、窒素、酸素などで主に構成されている。
特に、焼排気ガス中に三酸化イオウが1ppmでも含まれていると、排気ガスの露点は１００℃以上に達し、いわゆる硫酸露点腐食が生じるが、この対策としていわゆる耐硫酸露点腐食鋼（例えば，特願昭４０−１７３１２号公報など）や高耐食ステンレス鋼（特開平７−３１６７４５号公報）が使用されている。
【０００３】
一方、燃焼排気ガスに直接曝される鋼材表面の温度が、ガスの硫酸露点以上の温度域では、硫酸露点腐食は問題とならない。しかし、ボイラの起動停止や休止時に、鋼板表面に堆積した飛灰が硫酸および水分を急速に吸収し激しい腐食が生じることが知られている。この腐食現象と前記の硫酸露点腐食現象を併せて低温腐食と記す。低温腐食対策としても前記の耐硫酸露点鋼が使用されている。
【０００４】
一般に排気ガス温度が３５０℃以上で、鋼材表面温度も３５０℃以上となると、使用鋼材の耐高温酸化性や高温強度の確保が必要である。これに対しては、普通鋼（SS400鋼）に比べて高温強度を改善した耐硫酸露点腐食鋼（S-TEN，新日本製鉄株式会社製品カタログ，cat.No.AC107, p.13, 2000.6版）が開発され，適用されている。
【０００５】
さらに近年、装置のコンパクト化、工作工数の省略化などを背景として、前記の高温特性に優れた耐硫酸露点腐食鋼の冷間加工性の向上が求められている。この事実は、冷間加工性、高温特性、低温腐食性の特性を両立する鋼は未だ開発されていないということになる。
耐高温酸化性および高温強度の優れた鋼としては、Ｃｒ−Ｍｏ鋼が中高温用鋼として使われているが、冷間加工性や耐硫酸露点腐食性および経済性の点で課題があった。この点に関し、特開昭６３−２３０８５３号公報では、螺旋状のフィン材として、優れた冷間加工性、耐高温酸化性を有する熱交換器用鋼板が開示されているが、耐低温腐食性の確保については一切検討されていない。特開平２−２８２４１９号公報、特開平１０−２２６８２１号公報では、高温強度に優れた加工用薄鋼板の製造方法が開示されているが、耐低温腐食性については一切検討されていない。
【０００６】
一般的な硫酸露点腐食対策としては，前記の耐硫酸露点腐食鋼などが開発され、広く適用されている。プラスチックを燃やすごみ焼却炉などでは、燃焼排気ガス中に数100〜数1000ppmの塩化水素が含まれ、低温腐食環境としては、硫酸露点環境に加えて塩酸が凝結する環境になることが予想される。このような、塩酸を含む環境において耐硫酸露点腐食性を有する鋼材については、特開平１０−１１０２３７公報や特開平１１−１３１１７９公報に開示されているも、高温特性および冷間加工性については検討されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、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、および木工屑、繊維屑、廃油、プラスチック、排タイヤ、汚泥、医療廃棄物などの産業廃棄物などを燃焼させるボイラーの排煙設備、すなわち煙道ダクト、ケーシング、熱交換器、空気予熱器、減温塔、煙突などに使用される鋼、すなわち、部材加工時には優れた冷間加工性を示し、燃焼排気ガスに曝されるボイラー運運転中には優れた高温強度と耐高温酸化性を示し、さらにボイラー停止・休止時において発生する塩酸を含む硫酸露点腐食に対して優れた耐食性を示す鋼およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決できる鋼成分であり、その要旨は、次の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．００２〜０．１％、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｃｒ：０．３〜０．６７％、Ｎｉ：０．０５〜０．５％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．００１〜０．００３０％を含有し、さらに、Ｎｂ：０．０２〜０．１２％、Ｖ：０．０２〜０．１２％、Ｍｏ：０．０５〜１％、Ｗ：０．０５〜１％の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼。
（２）質量％で、さらに、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％を含有することを特徴とする前記（１）に記載の冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼。
（３）質量％で、さらに、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂａの１種または２種以上を、合計で０．０２〜０．５％含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼。
（４）質量％で、さらに、Ｃａ：０．０００２〜０．０１％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００２〜０．０１％の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）乃至（３）いずれか１項に記載の冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼。
（５）前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の鋼をボイラー排煙設備に使用することを特徴とする冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼。
（６）前記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の鋼の製造において、連続鋳造または分塊圧延後、１０００〜１３００℃に再加熱し、８５０〜１０００℃で熱間圧延を終了し、その後空冷または６００〜７５０℃で巻取り後空冷することを特徴とする冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼の製造方法。
（７）空冷後、さらに酸洗し、圧延率３０〜９０％で冷間圧延後、７００〜９００℃で連続焼鈍または箱焼鈍することを特徴とする前記（６）に記載の冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性に優れた鋼の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明についての具体的手段を含めて以下に詳細に説明する。まず、本発明にかかわる成分元素とその添加量について説明する。
Ｃは、耐食性および冷間加工性の点ではその量は少ないほど好ましいが、高温強度を確保するためには０．００２％以上の添加が必要であるので下限値を０．００２％とした。０．１％を超えると耐食性および冷間加工性が損なわれるので、０．００２〜０．１％を限定範囲とした。
【００１０】
Ｓｉは、耐食性、母材強度確保および耐高温酸化性に０．０５％以上添加するが、過度の添加は靭性の劣化を招くため、１．２％以下を限定範囲とした。なお、本発明では、その範囲の中から上限を実施例に基づいて０．８０％と規定した。
Ｍｎは鋼の強度向上のため０．１％以上添加するが、過度の添加は強度過剰および冷間加工性を損なうので、０．１〜０．５％を限定範囲とした。
Ｐ、Ｓは不純物元素であり、それぞれ０．０５％を超えると耐食性が低下するので少ないほど好ましく０．０５％以下を限定範囲とした。
【００１１】
Ｃｕは、低温腐食環境での耐食性を確保するためには０．１％以上の添加が必要である。１％を超えて添加すると強度の過度の上昇および製造性、冷間加工性の低下を招くため、０．１〜１％を限定範囲とした。好ましくは、０．３〜０．６％の添加が冷間加工性および耐食性のバランスに優れている。
Ｃｒは、低温腐食環境での耐食性、耐高温酸化性を確保するために０．３％以上添加するが、２％を超えて添加すると耐硫酸露点腐食性および冷間加工性が低下するので、０．３〜２％を限定範囲とした。なお、本発明では、その範囲の中から上限を実施例に基づいて０．６７％と規定した。
【００１２】
Ｎｉは、低温腐食環境での耐食性向上および熱間加工時の表面割れ防止を目的に０．０５％以上添加するが、Ｃｕ添加量の５０％の添加量で十分な効果が得られるので、０．０５〜０．５％を限定範囲とした。
Ａｌは、脱酸元素として一般的に使用されるが、過度の添加は熱間加工性を損なうため、本発明では０．０５％以下の添加を限定範囲とした。
【００１３】
Ｎは、高温強度を高める働きがあるが、過度の添加はスラブ鋳造時の表面割れの原因となるため、０．００１〜０．００６％を限定範囲とした。なお、本発明では、その範囲の中から上限を実施例に基づいて０．００３０％と規定した。
Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗはいずれも高温強度、耐低温腐食性、冷間加工性を更に向上する元素であり、高温強度を確保するためには１種以上の添加が不可欠である。
【００１４】
Ｎｂ、Ｖは、それぞれ０．０２％以上の添加で高温強度の向上に効果のある元素であり、冷間加工性の向上にも効果がある。しかし、０．１２％を超えるとその効果は飽和する。それゆえ、それぞれ０．０２〜０．１２％を限定範囲とした。
Ｍｏ、Ｗは、それぞれ０．０５％以上の添加で高温強度の向上に効果のある元素であり、耐低温腐食性を向上にも効果がある。しかし、１％を超えるとその効果は飽和する。それゆえ、０．０５〜１％を限定範囲とした。
【００１５】
本発明で課題とする冷間加工性、高温特性、耐低温腐食性のバランスを考慮すると、Ｎｂ、ＶのいずれかとＭｏ、Ｗのいずれかを同時に添加することが好ましいといえる。
以上、これらの基本成分で本発明鋼としての特性を発揮できるが、以下の元素を選択的に添加することで、より大きな効果が期待できる。
【００１６】
Ｔｉは、０．００５％以上添加すると冷間加工性や高温強度のさらなる向上に効果があるが、多量の添加はＴｉＣを形成し、冷間加工性を劣化させるので、０．００５〜０．０５％を限定範囲とした。Ｓｂ，Ｓｎ，Ｂａは、１種または２種以上を合計で０．０２％以上添加すると耐低温腐食性をさらに向上する。一方、合計で０．５％を超えて添加すると、熱間加工性、冷間加工性が著しく低下する。熱間加工性、冷間加工性を重視する場合は合計で０．３％以下の添加とすることが好ましい。
【００１７】
Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭは、鋼の清浄性向上のために必要に応じて、それぞれ０．０００２％以上添加するが、その効果は０．０１％を超えると悪影響があるので、いずれの元素も０．０００２〜０．０１％を限定範囲とした。
次に、本発明にかかわる鋼の製造方法について述べる。
連続鋳造または分解圧延後の再加熱温度は１０００℃以上が必要であるが，１３００℃を超えて再加熱すると、結晶粒の粗大化、脱炭および酸化スケールの増大が著しくなるので、その範囲を１０００〜１３００℃に限定した。
【００１８】
熱延の仕上げ温度は、混粒化を避けるために８５０℃以上に限定した。一方、１０００℃を超えると粗粒となるため、その範囲を８５０〜１０００℃とした。
その後、ミクロ組織をフェライト主体とするために空冷する。ただし、いわゆる薄板の熱延では冷却速度が速くなりすぎる懸念があるため６００〜７５０℃で巻取り後空冷する。
【００１９】
また、熱延空冷後は、３０〜９０％の圧延率で冷間圧延を実施後、７００〜９００℃で連続焼鈍または箱焼鈍することが好ましい。
【００２０】
【実施例】
表１に示す化学組成の鋼を２０ｋｇアーク真空溶解炉で溶製後、表２に示す熱間圧延条件で板厚６ｍｍに圧延した。熱間圧延材から、高温酸化試験片、腐食試験片および高温引張試験片を採取した。また、板厚1.2mmの冷間圧延鋼板を表３に示す製造条件で製造し、常温引張試験片を採取した。
【００２１】
【表１】
0004427207.tif 000002
【００２２】
【表２】
0004427207.tif 000003
【００２３】
耐低温腐食性の評価試験として、塩化水素および三酸化硫黄含有燃焼排気ガスの凝結水を模擬した80℃1%硫酸と1%塩酸の試験液中で6時間浸漬試験を実施し、試験前後の腐食量から耐食性を評価した。
高温特性として、JIS G0567に従い600℃にて高温引張試験を行った。また、同じく６００℃大気中で高温酸化試験を行った。
【００２４】
冷間加工性の評価として、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に従い常温にて引張試験を行い伸びで加工性を評価した。表２に上記試験の材質評価結果を示す。比較鋼Ａ１〜Ａ８は、耐低温腐食性、高温特性、冷間加工性のいずれかの特性を満足できないことがわかる。一方、本発明鋼Ｂ１〜Ｂ３０は上記いずれの特性も満足していることがわかる。
【００２５】
表３に本発明鋼の冷間加工性に及ぼす製造条件の影響の評価結果を示す。製造条件が本発明の限定範囲の本発明鋼は、優れた冷間加工性が得られることがわかる。
【００２６】
【表３】
0004427207.tif 000004
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、耐低温腐食性、高温強度、耐高温酸化性および冷間加工性に優れる鋼が得られる。従って。火力発電所、自家用発電施設、各種一般、産業廃棄物処理施設で、高温の燃焼排気ガスに曝されるとともに起動停止に伴い激しい酸露点腐食を生じる煙突、煙道、熱交換器、ケーシング、エキスパンジョン用材料として耐久性に優れ、かつ、加工コストを大幅に低減できる鋼およびその製造方法を提供することが可能である。