(57)【要約】【課題】普通鋼をベースとした鋼において、Ｓｂ添加に頼ることなく、耐硫酸露点腐食性を実現する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０.００５〜０.２０％、Ｓｉ：０.８０％以下、Ｍｎ：１.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０１５％以下、Ｃｕ：０.１０〜０.５０％、Ｎｉ：０.３０％以下、Ａｌ：０.１００％以下、残部Ｆｅ及び不純物からなる耐酸露点腐食鋼。この鋼は、特に石炭焚火力発電所の燃焼排ガスの流路構成部材として有用である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０.００５〜０.２０％、Ｓｉ：０.８０％以下、Ｍｎ：１.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０１５％以下、Ｃｕ：０.１０〜０.５０％、Ｎｉ：０.３０％以下、Ａｌ：０.１００％以下、残部Ｆｅ及び不純物からなる耐硫酸露点腐食鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼からなる鋼板を用いた部材であって、石炭焚火力発電所の燃焼排ガスの流路において、前記排ガスに曝されて表面に凝結が生じる部位を構成する排ガス流路構成部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
硫黄酸化物を含むガスと接触する部材の表面では、ガスの露点より低温状態においていわゆる「硫酸凝結」が生じる。その部材が金属である場合には硫酸を含む凝結水によって腐食が進行し問題となることがある。このような凝結水中の酸による腐食を本明細書では「硫酸露点腐食」と呼んでいる。本発明は硫酸露点腐食に対する抵抗力を付与した鋼、およびそれを用いた排ガス流路構成部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所の燃焼排ガスは主に、水分、硫黄酸化物（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、酸素などで構成されている。特に排ガス中に三酸化硫黄が１ｐｐｍでも含まれていると排ガスの露点は１００℃以上に達することが多く、硫酸凝結が生じやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭４３−１４５８５号公報
【特許文献２】特開２００３−２１３３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
耐酸露点腐食性を改善した鋼としてＳｂとＣｕの複合添加鋼が知られている（特許文献１、２）。
【０００５】
しかしながら、Ｓｂは高価な元素であり鋼材のコスト増を招く要因となるとともに、鋼材原料としてＳｂを多量に消費する場合には原料調達面において不安がある。また、Ｓｂ添加により鋼の熱間加工性が低下する。さらに、人体に対するＳｂの毒性レベルについては必ずしも明確にはされておらず、腐食による金属元素の溶出を考慮するとＳｂの使用はできるだけ避けることが安全上望ましい。
【０００６】
一方、ステンレス鋼は一般に耐酸性も良好であるが、酸の濃度や温度によってはＳｂ添加鋼よりも腐食が進行しやすい場合もある。すなわち、ステンレス鋼は高価であるとともに硫酸露点腐食に対して万全な材料であるとは言えない。
【０００７】
本発明はこのような現状に鑑み、普通鋼をベースとしたＣｕ添加鋼において、Ｓｂなどの特殊元素の添加に頼ることなく、耐硫酸露点腐食性の改善を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは詳細な研究の結果、Ｃｕを添加した鋼において、特に不純物元素のＰとＳの含有量を低減し狭い範囲に厳密にコントロールしたとき、耐硫酸露点腐食性が改善できることを見出した。すなわち、Ｓｂのような特殊元素を含有しない、一般的な鋼成分元素からなる鋼において、上記目的を達成しうる成分組成範囲の「解」が存在することが明らかとなった。
【０００９】
上記目的は、質量％で、Ｃ：０.００５〜０.２０％、Ｓｉ：０.８０％以下、Ｍｎ：１.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０１５％以下、Ｃｕ：０.１０〜０.５０％、Ｎｉ：０.３０％以下、Ａｌ：０.１００％以下、残部Ｆｅ及び不純物からなる耐硫酸露点腐食鋼によって達成される。このうちＳ含有量については０．００３％以上の量とすることが、耐硫酸露点腐食性を重視する用途では有利となる。
【００１０】
また本発明では、上記の鋼からなる鋼板を用いた部材であって、石炭焚火力発電所の燃焼排ガスの流路において、前記排ガスに曝されて表面に凝結が生じる部位を構成する排ガス流路構成部材が提供される。
【００１１】
ここで、排ガス流路構成部材は、排ガス流路の構造物（例えばダクトや煙突等）を構成する部材、および排ガス流路内に配置される部材（例えば集塵器や熱交換器の部材）をいう。熱交換器の部材としては例えば熱を受け取る流体が流れる管に取り付けらた「冷却フィン」が挙げられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｓｂを添加することなく耐硫酸露点腐食性を改善した鋼が提供可能となった。この鋼は一般的に使用されている鋼成分元素のみからなり、特殊元素を含まないので、原料コストが安い。また、特殊元素添加による熱間加工性低下も回避される。さらに、人体に対する毒性が懸念されるＳｂを使用しないので安全面においても有利である。したがって本発明は、特に石炭焚火力発電所における燃焼排ガス流路の構築に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】硫酸水溶液中での腐食速度に及ぼすＰ含有量の影響を例示したグラフ。
【図２】硫酸水溶液中での腐食速度に及ぼすＳ含有量の影響を例示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の対象となる鋼は、Ｃｕ添加鋼において特に不純物元素であるＰとＳを低減した点に特徴がある。上記の組成範囲において耐硫酸露点腐食性が顕著に改善されるメカニズムについては現時点で必ずしも明確でないが、以下のようなことが考えられる。
（１）Ｃｕは難溶性のＣｕＳ皮膜の形成に有効であり、この皮膜が特に硫酸に対する抵抗力を高める。
（２）Ｐの低減はフェライトおよび旧オーステナイト結晶粒界を清浄化するため、結晶粒界の腐食を抑制する。
（３）Ｓの低減により鋼中の硫化物系介在物量が低減するため、腐食されやすい介在物と地鉄との境界面が減少し腐食速度が低減する。
【００１５】
〔耐硫酸露点腐食性〕
図１、図２に、それぞれ硫酸水溶液中での腐食速度に及ぼすＰ含有量およびＳ含有量の影響を例示する。硫酸水溶液は、重油（石炭）の燃焼ガスを想定した非常に厳しい条件として、硫酸濃度４０質量％、温度６０℃とし、浸漬時間は６ｈである。使用した鋼は、図１のものはＳ：０．００８〜０．００９質量％、図２のものはＰ：０．００９〜０．０１０質量％であり、いずれもＰ、Ｓ以外の残部元素の含有量は全て本発明規定範囲内にある。
【００１６】
この浸漬試験において、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｍｏを含有する従来の耐酸露点腐食鋼の腐食速度は概ね１０〜２５ｍｇ／ｃｍ２／ｈの範囲にある。図１、図２からわかるように、Ｐ含有量が約０.０２５質量％以下、かつＳ含有量が約０.０１５質量％以下の組成範囲において、従来のＳｂ添加鋼並みの優れた耐硫酸露点腐食性が得られる。
【００１７】
〔成分元素〕
本発明鋼の成分元素について説明する。成分元素に関する「％」は質量％を意味する。
Ｃは、耐硫酸露点腐食性への影響が小さく、一般の構造用材料としての強度を確保するために０.００５〜０.２０％とする。
【００１８】
Ｓｉは、製鋼時の脱酸のために必要な元素である。０.０５％以上のＳｉ含有量を確保することがより効果的である。しかし、Ｓｉは耐硫酸腐食性を低下させる要因となる。また、過度のＳｉ添加は熱延時のデスケール性を低下させ、スケール疵の増大を招く。さらに溶接性を低下させる要因ともなる。種々検討の結果、Ｓｉ含有量は０.８０％以下に制限される。
【００１９】
Ｍｎは、鋼の強度調整に有効であり、またＳによる熱間脆性を防止する作用を有する。Ｍｎ含有量は０.１０％以上とすることがより効果的であり、０.３０％以上、あるいは０.５０％以上のＭｎ含有量に管理してもよい。種々検討の結果、Ｍｎ含有量は１.５０％まで許容され、１.２０％以下、あるいは１.００％以下の範囲に管理してもよい。
【００２０】
Ｐは、耐硫酸腐食性や熱間加工性、溶接性を劣化させるので０.０２５％以下に制限される。耐硫酸腐食性をより一層向上させるためにはＰ含有量の低減が有効となるが、過度の低減は製鋼負荷を増大させコストを押し上げる要因となる。種々検討の結果、Ｐ含有量は０.００５〜０.０１８％とすることがより好ましい。
【００２１】
Ｓは、耐硫酸腐食性や熱間加工性を劣化させるので０.０１５％以下に制限され、０．００８％以下とすることがより好ましい。ただし、耐硫酸露点腐食性に関しては、Ｓを低減すると向上するが、ある程度のＳ含有が有利に作用すること、また製鋼負荷を増大させコストを押し上げる要因ともなる。種々検討の結果、耐硫酸露点腐食性を特に重視する場合にはＳ含有量を０.００３％以上確保することが効果的である。
【００２２】
Ｃｕは、耐硫酸腐食性を向上させるために有効であり、本発明では０.１０％以上のＣｕ含有量を確保する必要がある。しかし、過度のＣｕ含有は熱間加工性を低下させる要因となるので、０.５０％以下に制限される。
【００２３】
Ｎｉは、Ｃｕ添加による熱間加工性の低下を抑制する作用を発揮する元素である。熱間加工性を重視する場合は０.０５％以上のＮｉ含有量を確保することが効果的であり、０.１０％以上とすることがより効果的である。ただし、０.３０％を超えるとその効果が飽和しコスト高となる。また、Ｎｉは耐硫酸腐食性を劣化する。したがって、Ｎｉ含有量は０.３０％以下の範囲で設定する。
【００２４】
Ａｌは、製鋼時の脱酸のために必要な元素である。０.００５％以上のＡｌ含有量を確保することがより効果的であり、０.０１０％以上とすることがさらに効果的である。しかし、Ａｌは熱間加工性を低下させる要因となる。種々検討の結果、Ａｌ含有量は０.１００％以下に制限される。
【実施例】
【００２５】
表１に示す鋼を溶製し、常法により板厚２.０ｍｍの熱間圧延鋼板（供試材）を作製した。各供試材から切り出した試験片を用いて、図１、図２のプロットを得た場合と同様の条件（前述）での硫酸浸漬試験を行った。耐硫酸露点腐食性評価は硫酸浸漬試験での腐食速度が２５ｍｇ／ｃｍ２／ｈ以下のものを○（良好）、それ以外のものを×（不良）と判定した。
【００２６】
また、表１に示した各鋼の鋳造スラブからＪＩＳ  １３Ｂ号試験片を作製し、ＪＩＳ  Ｇ０５６７に準拠して８５０℃、９００℃、９５０℃の３水準の温度で高温引張試験を行った。試験は、赤外線加熱炉を用い、大気中で試験片の平行部全体を加熱し、所定温度に達して１０分間保持したあと、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで引張荷重を掛けて試験片を破断させた。試験片の温度は、平行部ほぼ中央に接続した熱電対により測定し、所定温度±１０℃の範囲に制御した。
試験を行った全ての温度において破断面が延性であったものを○（熱間加工性；良好）、いずれかの温度で脆性破面が認められたものを△（熱間加工性；やや不良）と判定した。結果を表２に示す。
【００２７】
【表１】
2012092382.tif 000002
下線部は、本発明が規定する各元素の含有量の範囲に含まれないことを示す。
【００２８】
【表２】
2012092382.tif 000003
【００２９】
表１、表２からわかるように、本発明で規定する組成を有する鋼は、耐硫酸露点腐食性が良好であり、熱間加工性にも問題はなかった。なお、Ｎｏ．７はＮｉの添加量が少ないため熱間加工性に劣った。
【００３０】
一方、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｍｏを含有するＮｏ.２０（従来の耐酸露点腐食鋼に相当するもの）は、耐硫酸露点腐食性は良好であるが熱間加工性に劣った。
【図１】
2012092382.tif 000004
【図２】
2012092382.tif 000005