(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023114664
(43)【公開日】2023-08-18
(54)【発明の名称】鋼材
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20230810BHJP
C22C 38/50 20060101ALI20230810BHJP
C22C 38/54 20060101ALI20230810BHJP
C21D 8/00 20060101ALN20230810BHJP
C21D 9/46 20060101ALN20230810BHJP
B22D 11/00 20060101ALN20230810BHJP
B22D 11/124 20060101ALN20230810BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 301F
C22C38/50
C22C38/54
C21D8/00 A
C21D9/46 E
B22D11/00 A
B22D11/124 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022017103
(22)【出願日】2022-02-07
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002044
【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス
(72)【発明者】
【氏名】富尾 亜希子
(72)【発明者】
【氏名】今村 淳子
(72)【発明者】
【氏名】長澤 慎
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 悠
(72)【発明者】
【氏名】西本 工
【テーマコード（参考）】
4E004
4K032
4K037
【Ｆターム（参考）】
4E004NC01
4E004TB02
4K032AA01
4K032AA02
4K032AA03
4K032AA04
4K032AA05
4K032AA08
4K032AA09
4K032AA11
4K032AA12
4K032AA14
4K032AA16
4K032AA19
4K032AA21
4K032AA22
4K032AA23
4K032AA26
4K032AA27
4K032AA29
4K032AA31
4K032AA33
4K032AA35
4K032AA36
4K032AA37
4K032AA40
4K032BA01
4K032BA02
4K032BA03
4K032CA02
4K032CD00
4K037EA01
4K037EA02
4K037EA03
4K037EA05
4K037EA06
4K037EA09
4K037EA10
4K037EA11
4K037EA13
4K037EA14
4K037EA15
4K037EA17
4K037EA18
4K037EA19
4K037EA20
4K037EA22
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA26
4K037EA27
4K037EA29
4K037EA31
4K037EA32
4K037EA33
4K037EA36
4K037EB06
4K037EB07
4K037EC01
4K037FA02
4K037FB00
4K037FD00
4K037FG00
4K037FH00
4K037JA06
(57)【要約】
【課題】高濃度の硫酸腐食環境において優れた耐食性を有する鋼材を提供する。
【解決手段】化学組成が、質量％で、Ｃ：0.010～0.20％、Ｓｉ：0.04～1.00％、Ｍｎ：0.20～1.50％、Ｃｕ：0.05～1.00％、Ａｌ：0.005～0.10％、Ｃｒ：0.40～3.00％、Ｔｉ：0.010～0.20％、Ｎｉ：0.01～0.50％、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.0005～0.020％、Ｎ：0.0015～0.0100％、Ｏ：0.0005～0.0035％、Ｃａ：0.0007～0.010％、残部：Ｆｅおよび不純物であり、鋼材中にＭｎＳ、Ｃａ含有硫化物、およびＣａＳ酸化物を含み、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が４０．０／ｍｍ２未満であり、最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物の合計の個数密度が８．０／ｍｍ２未満である、鋼材。
【選択図】 なし
【解決手段】化学組成が、質量％で、Ｃ：0.010～0.20％、Ｓｉ：0.04～1.00％、Ｍｎ：0.20～1.50％、Ｃｕ：0.05～1.00％、Ａｌ：0.005～0.10％、Ｃｒ：0.40～3.00％、Ｔｉ：0.010～0.20％、Ｎｉ：0.01～0.50％、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.0005～0.020％、Ｎ：0.0015～0.0100％、Ｏ：0.0005～0.0035％、Ｃａ：0.0007～0.010％、残部：Ｆｅおよび不純物であり、鋼材中にＭｎＳ、Ｃａ含有硫化物、およびＣａＳ酸化物を含み、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が４０．０／ｍｍ２未満であり、最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物の合計の個数密度が８．０／ｍｍ２未満である、鋼材。
【選択図】 なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０１０～０．２０％、
Ｓｉ：０．０４～１．００％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｃｕ：０．０５～１．００％、
Ａｌ：０．００５～０．１０％、
Ｃｒ：０．４０～３．００％、
Ｔｉ：０．０１０～０．２０％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０００５～０．０２０％、
Ｎ：０．００１５～０．０１００％、
Ｏ：０．０００５～０．００３５％、
Ｃａ：０．０００７～０．０１０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
鋼材中にＭｎＳ、Ｃａ含有硫化物、およびＣａＳ酸化物を含み、
最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が４０．０／ｍｍ２未満であり、
最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物の合計の個数密度が８．０／ｍｍ２未満である、
鋼材。
Ｃ：０．０１０～０．２０％、
Ｓｉ：０．０４～１．００％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｃｕ：０．０５～１．００％、
Ａｌ：０．００５～０．１０％、
Ｃｒ：０．４０～３．００％、
Ｔｉ：０．０１０～０．２０％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０００５～０．０２０％、
Ｎ：０．００１５～０．０１００％、
Ｏ：０．０００５～０．００３５％、
Ｃａ：０．０００７～０．０１０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
鋼材中にＭｎＳ、Ｃａ含有硫化物、およびＣａＳ酸化物を含み、
最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が４０．０／ｍｍ２未満であり、
最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物の合計の個数密度が８．０／ｍｍ２未満である、
鋼材。
【請求項2】
前記化学組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｗ：０．１０％以下、
Ｓｎ：０．３０％以下、
Ａｓ：０．３０％以下、
Ｃｏ：０．３０％以下、および
Ｂｉ：０．３０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
請求項１に記載の鋼材。
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｗ：０．１０％以下、
Ｓｎ：０．３０％以下、
Ａｓ：０．３０％以下、
Ｃｏ：０．３０％以下、および
Ｂｉ：０．３０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
請求項１に記載の鋼材。
【請求項3】
前記化学組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｔａ：０．０５０％以下、および
Ｂ：０．０１０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
請求項１または請求項２に記載の鋼材。
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｔａ：０．０５０％以下、および
Ｂ：０．０１０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
請求項１または請求項２に記載の鋼材。
【請求項4】
前記化学組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｍｇ：０．０１０％以下、および
ＲＥＭ：０．０１０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
請求項１～請求項３のいずれかに記載の鋼材。
Ｍｇ：０．０１０％以下、および
ＲＥＭ：０．０１０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
請求項１～請求項３のいずれかに記載の鋼材。
【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】
ボイラーの火炉および廃棄物焼却施設の焼却炉等では、水蒸気、硫黄酸化物、塩化水素等を含む排ガスが発生する。この排ガスは、排ガス煙突等において冷却されると、凝縮して硫酸および塩酸となり、硫酸露点腐食および塩酸露点腐食として知られるように、排ガス流路を構成する鋼材に対し、著しい腐食を引き起こす。
【0003】
このような問題に対し、耐硫酸・塩酸露点腐食鋼および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では、Ｃｕ、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。
【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】国際公開２０２１／０９５１８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
Ｃｕ、Ｓｂ、Ｃｒ等を含有する鋼材は、排ガス煙突のような硫酸露点腐食環境において、優れた耐食性を発揮する。しかし、ボイラーおよび焼却設備を長寿命化するためには、５０％を超える濃度の硫酸が生成する厳しい硫酸露点腐食環境における、優れた耐食性が要求される。
【0006】
本発明は、上記の問題を解決し、高濃度の硫酸露点腐食環境において優れた耐食性を有する鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、下記の鋼材を要旨とする。
【0008】
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０１０～０．２０％、
Ｓｉ：０．０４～１．００％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｃｕ：０．０５～１．００％、
Ａｌ：０．００５～０．１０％、
Ｃｒ：０．４０～３．００％、
Ｔｉ：０．０１０～０．２０％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０００５～０．０２０％、
Ｎ：０．００１５～０．０１００％、
Ｏ：０．０００５～０．００３５％、
Ｃａ：０．０００７～０．０１０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
鋼材中にＭｎＳ、Ｃａ含有硫化物、およびＣａＳ酸化物を含み、
最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が４０．０／ｍｍ２未満であり、
最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物の合計の個数密度が８．０／ｍｍ２未満である、
鋼材。
Ｃ：０．０１０～０．２０％、
Ｓｉ：０．０４～１．００％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｃｕ：０．０５～１．００％、
Ａｌ：０．００５～０．１０％、
Ｃｒ：０．４０～３．００％、
Ｔｉ：０．０１０～０．２０％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０００５～０．０２０％、
Ｎ：０．００１５～０．０１００％、
Ｏ：０．０００５～０．００３５％、
Ｃａ：０．０００７～０．０１０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
鋼材中にＭｎＳ、Ｃａ含有硫化物、およびＣａＳ酸化物を含み、
最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が４０．０／ｍｍ２未満であり、
最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物の合計の個数密度が８．０／ｍｍ２未満である、
鋼材。
【0009】
（２）前記化学組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｗ：０．１０％以下、
Ｓｎ：０．３０％以下、
Ａｓ：０．３０％以下、
Ｃｏ：０．３０％以下、および
Ｂｉ：０．３０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
上記（１）に記載の鋼材。
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｗ：０．１０％以下、
Ｓｎ：０．３０％以下、
Ａｓ：０．３０％以下、
Ｃｏ：０．３０％以下、および
Ｂｉ：０．３０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
上記（１）に記載の鋼材。
【0010】
（３）前記化学組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｔａ：０．０５０％以下、および
Ｂ：０．０１０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
上記（１）または（２）に記載の鋼材。
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｔａ：０．０５０％以下、および
Ｂ：０．０１０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
上記（１）または（２）に記載の鋼材。
【0011】
（４）前記化学組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｍｇ：０．０１０％以下、および
ＲＥＭ：０．０１０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
上記（１）～（３）のいずれかに記載の鋼材。
Ｍｇ：０．０１０％以下、および
ＲＥＭ：０．０１０％以下、
から選択される１種以上を含有するものである、
上記（１）～（３）のいずれかに記載の鋼材。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、高濃度の硫酸露点腐食環境において優れた耐食性を有する鋼材を提供することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明者らは前記した課題を解決するために、鋼材の耐食性を詳細に調査した結果、以下の知見を得るに至った。
【0014】
Ｍｎは鋼の強度および靱性を確保する上で必須の元素であるが、一方でＭｎＳを形成し酸腐食環境での耐食性を劣化させる。また、本発明においては、ＳはＣｕとともに含有させることで耐食性を向上させる効果を有するため、極端な低減は好ましくない。
【0015】
そこで、Ｃａを必須添加し、鋼材中に含まれるＳの一部または全部をＣａＳとして固定することで、ＭｎＳを無害化した。しかし、本発明者らの研究により、ＣａＳも腐食の起点となり得ることが判明した。特に、高濃度の硫酸露点腐食環境においては、ＣａＳが溶解しやすくなるため、ＣａＳを起点とした腐食が顕在化することが判明した。
【0016】
この問題を解決するため、本発明者らはさらなる検討を重ねた。その結果、鋼材中に存在したＣａＳは、Ｃａ含有硫化物またはＣａＳ酸化物であり、特に、粗大なＣａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物が腐食の起点となることを見出した。
【0017】
粗大なＣａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物の生成を抑制する方法をさらに調査した。その結果、Ｃａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物は鋳造時に生成し、熱延前の加熱では溶解しないことから、鋳造時に粗大化を抑制する必要があることが分かった。そのため、Ｃａを含有させることに加えて、鋳造時のスラブ冷却速度を一定以上に制御することで、Ｃａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物の凝集による粗大化を抑制することができることを見出した。
【0018】
また、Ｃａを含有させてもわずかに生成してしまうＭｎＳについても、ＭｎＳを微細化するとともに、酸素と結合させ、ＭｎＳ酸化物とすることで無害化することができる。
【0019】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
【0020】
（Ａ）化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
【0021】
Ｃ：０．０１０～０．２０％
Ｃは、鋼材の強度を向上させる元素である。しかしながら、Ｃが過剰に含有された場合、溶接部熱影響部を劣化させる。そのため、Ｃ含有量は０．０１０～０．２０％とする。強度が要求される場合は、Ｃ含有量は０．０５０％以上であるのが好ましい。また、Ｃ含有量は０．１５０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。
Ｃは、鋼材の強度を向上させる元素である。しかしながら、Ｃが過剰に含有された場合、溶接部熱影響部を劣化させる。そのため、Ｃ含有量は０．０１０～０．２０％とする。強度が要求される場合は、Ｃ含有量は０．０５０％以上であるのが好ましい。また、Ｃ含有量は０．１５０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。
【0022】
Ｓｉ：０．０４～１．００％
Ｓｉは、脱酸および強度の向上に寄与し、酸化物の形態を制御する元素である。しかしながら、Ｓｉが過剰に含有された場合、靭性を低下させる。そのため、Ｓｉ含有量は０．０４～１．００％とする。Ｓｉ含有量は０．１０％以上であるのが好ましく、０．２０％以上であるのがより好ましい。また、Ｓｉ含有量は０．７０％以下であるのが好ましく、０．６０％以下であるのがより好ましい。
Ｓｉは、脱酸および強度の向上に寄与し、酸化物の形態を制御する元素である。しかしながら、Ｓｉが過剰に含有された場合、靭性を低下させる。そのため、Ｓｉ含有量は０．０４～１．００％とする。Ｓｉ含有量は０．１０％以上であるのが好ましく、０．２０％以上であるのがより好ましい。また、Ｓｉ含有量は０．７０％以下であるのが好ましく、０．６０％以下であるのがより好ましい。
【0023】
Ｍｎ：０．２０～１．５０％
Ｍｎは、強度を向上させる元素である。しかしながら、Ｍｎが過剰に含有された場合、機械特性が劣化する。そのため、Ｍｎ含有量は０．２０～１．５０％とする。Ｍｎ含有量は０．５０％以上であるのが好ましく、０．６０％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｎ含有量は１．３０％以下であるのが好ましく、１．００％以下であるのがより好ましく、０．８０％以下であるのがさらに好ましい。
Ｍｎは、強度を向上させる元素である。しかしながら、Ｍｎが過剰に含有された場合、機械特性が劣化する。そのため、Ｍｎ含有量は０．２０～１．５０％とする。Ｍｎ含有量は０．５０％以上であるのが好ましく、０．６０％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｎ含有量は１．３０％以下であるのが好ましく、１．００％以下であるのがより好ましく、０．８０％以下であるのがさらに好ましい。
【0024】
Ｃｕ：０．０５～１．００％
Ｃｕは、硫酸に対する耐食性を顕著に発現する元素である。しかしながら、Ｃｕが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下し、生産性を損なう。そのため、Ｃｕ含有量は０．０５～１．００％とする。Ｃｕ含有量は０．１５％以上、０．２０％以上、または０．２５％以上であるのが好ましい。また、Ｃｕ含有量は０．８５％以下であるのが好ましく、０．７０％以下であるのがより好ましい。
Ｃｕは、硫酸に対する耐食性を顕著に発現する元素である。しかしながら、Ｃｕが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下し、生産性を損なう。そのため、Ｃｕ含有量は０．０５～１．００％とする。Ｃｕ含有量は０．１５％以上、０．２０％以上、または０．２５％以上であるのが好ましい。また、Ｃｕ含有量は０．８５％以下であるのが好ましく、０．７０％以下であるのがより好ましい。
【0025】
Ａｌ：０．００５～０．１０％
Ａｌは、脱酸剤として添加される。しかしながら、Ａｌが過剰に含有された場合、溶接金属部の靭性を劣化させる。そのため、Ａｌ含有量は０．００５～０．１０％とする。Ａｌ含有量は０．０１０％以上であるのが好ましい。また、Ａｌ含有量は０．０７０％以下であるのが好ましい。
Ａｌは、脱酸剤として添加される。しかしながら、Ａｌが過剰に含有された場合、溶接金属部の靭性を劣化させる。そのため、Ａｌ含有量は０．００５～０．１０％とする。Ａｌ含有量は０．０１０％以上であるのが好ましい。また、Ａｌ含有量は０．０７０％以下であるのが好ましい。
【0026】
Ｃｒ：０．４０～３．００％
Ｃｒは、焼入れ性を高めて強度を向上させるとともに、耐硫酸性を向上させる効果を有する元素である。しかしながら、Ｃｒが過剰に含有された場合、溶接性および靭性を劣化させる。そのため、Ｃｒ含有量は０．４０～３．００％とする。Ｃｒ含有量は０．５０％以上であるのが好ましく、０．６０％以上であるのがより好ましく、０．６５％以上であるのがさらに好ましい。また、Ｃｒ含有量は２．５０％以下であるのが好ましい。
Ｃｒは、焼入れ性を高めて強度を向上させるとともに、耐硫酸性を向上させる効果を有する元素である。しかしながら、Ｃｒが過剰に含有された場合、溶接性および靭性を劣化させる。そのため、Ｃｒ含有量は０．４０～３．００％とする。Ｃｒ含有量は０．５０％以上であるのが好ましく、０．６０％以上であるのがより好ましく、０．６５％以上であるのがさらに好ましい。また、Ｃｒ含有量は２．５０％以下であるのが好ましい。
【0027】
Ｔｉ：０．０１０～０．２０％
Ｔｉは、窒化物を形成し、結晶粒の微細化および強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｔｉが過剰に含有された場合、窒化物が粗大になることで機械特性が劣化する。そのため、Ｔｉ含有量は０．０１０～０．２０％とする。Ｔｉ含有量は０．０５０％以上であるのが好ましく、０．０８０％以上であるのがより好ましい。また、Ｔｉ含有量は０．１５０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。
Ｔｉは、窒化物を形成し、結晶粒の微細化および強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｔｉが過剰に含有された場合、窒化物が粗大になることで機械特性が劣化する。そのため、Ｔｉ含有量は０．０１０～０．２０％とする。Ｔｉ含有量は０．０５０％以上であるのが好ましく、０．０８０％以上であるのがより好ましい。また、Ｔｉ含有量は０．１５０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。
【0028】
Ｎｉ：０．０１～０．５０％
Ｎｉは、酸腐食環境での耐食性を向上させる元素であり、加えてＣｕを含有する鋼において、製造性を高める効果を有する。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の表面偏析を軽減する作用がある。Ｎｉを含有させることで、Ｃｕの偏析および鋳片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得られる。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であり、多量の含有は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｎｉ含有量を０．０１～０．５０％とする。Ｎｉ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましく、０．０８％以上であるのがさらに好ましい。また、Ｎｉ含有量は０．４０％以下、０．２９％未満、０．２５％以下、０．２０％以下であるのが好ましく、０．１５％以下であるのがより好ましい。
Ｎｉは、酸腐食環境での耐食性を向上させる元素であり、加えてＣｕを含有する鋼において、製造性を高める効果を有する。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の表面偏析を軽減する作用がある。Ｎｉを含有させることで、Ｃｕの偏析および鋳片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得られる。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であり、多量の含有は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｎｉ含有量を０．０１～０．５０％とする。Ｎｉ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましく、０．０８％以上であるのがさらに好ましい。また、Ｎｉ含有量は０．４０％以下、０．２９％未満、０．２５％以下、０．２０％以下であるのが好ましく、０．１５％以下であるのがより好ましい。
【0029】
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは、不純物であり、鋼材の機械特性および生産性を低下させる。そのため、Ｐ含有量に上限を設けて０．０２０％以下とする。Ｐ含有量は０．０１５％以下であるのが好ましく、０．０１０％以下であるのがより好ましい。なお、Ｐ含有量は可能な限り低減することが好ましく、つまり含有量が０％でもよいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｐ含有量は０．００１％以上としてもよい。
Ｐは、不純物であり、鋼材の機械特性および生産性を低下させる。そのため、Ｐ含有量に上限を設けて０．０２０％以下とする。Ｐ含有量は０．０１５％以下であるのが好ましく、０．０１０％以下であるのがより好ましい。なお、Ｐ含有量は可能な限り低減することが好ましく、つまり含有量が０％でもよいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｐ含有量は０．００１％以上としてもよい。
【0030】
Ｓ：０．０００５～０．０２０％
Ｓは、一般的に不純物であり、鋼材の機械特性および生産性を低下させる。しかしながら、本発明において、Ｓは、Ｃｕと同時に含有させることにより、酸腐食環境での耐食性を向上させる効果を有する。そのため、Ｓ含有量は０．０００５～０．０２０％とする。Ｓ含有量は０．００１０％以上、または０．００５０％以上であるのが好ましい。また、Ｓ含有量は０．０１５０％以下であるのが好ましく、０．０１０％以下であるのがより好ましい。
Ｓは、一般的に不純物であり、鋼材の機械特性および生産性を低下させる。しかしながら、本発明において、Ｓは、Ｃｕと同時に含有させることにより、酸腐食環境での耐食性を向上させる効果を有する。そのため、Ｓ含有量は０．０００５～０．０２０％とする。Ｓ含有量は０．００１０％以上、または０．００５０％以上であるのが好ましい。また、Ｓ含有量は０．０１５０％以下であるのが好ましく、０．０１０％以下であるのがより好ましい。
【0031】
Ｎ：０．００１５～０．０１００％
Ｎは、微細な窒化物を形成し、鋼材の機械特性の向上に寄与する。しかしながら、Ｎが過剰に含有された場合、鋼材の機械特性および生産性を低下させる。そのため、Ｎ含有量は０．００１５～０．０１００％とする。Ｎ含有量は０．００２０％以上であるのが好ましく、０．００３０％以上であるのがより好ましい。また、Ｎ含有量は０．００９０％以下であるのが好ましく、０．００８０％以下であるのがより好ましい。
Ｎは、微細な窒化物を形成し、鋼材の機械特性の向上に寄与する。しかしながら、Ｎが過剰に含有された場合、鋼材の機械特性および生産性を低下させる。そのため、Ｎ含有量は０．００１５～０．０１００％とする。Ｎ含有量は０．００２０％以上であるのが好ましく、０．００３０％以上であるのがより好ましい。また、Ｎ含有量は０．００９０％以下であるのが好ましく、０．００８０％以下であるのがより好ましい。
【0032】
Ｏ：０．０００５～０．００３５％
Ｏは、ＭｎＳと結合することで、ＭｎＳを無害化し、耐食性および機械特性の悪化を防ぐ効果を有する元素である。しかしながら、Ｏが過剰に含有された場合、酸腐食環境において腐食の起点となる粗大な酸化物を生成する。そのため、Ｏ含有量は０．０００５～０．００３５％とする。Ｏ含有量は０．００１０％以上であるのが好ましく、０．００１５％以上であるのがより好ましい。また、Ｏ含有量は０．００３０％以下であるのが好ましく、０．００２５％以下であるのがより好ましい。
Ｏは、ＭｎＳと結合することで、ＭｎＳを無害化し、耐食性および機械特性の悪化を防ぐ効果を有する元素である。しかしながら、Ｏが過剰に含有された場合、酸腐食環境において腐食の起点となる粗大な酸化物を生成する。そのため、Ｏ含有量は０．０００５～０．００３５％とする。Ｏ含有量は０．００１０％以上であるのが好ましく、０．００１５％以上であるのがより好ましい。また、Ｏ含有量は０．００３０％以下であるのが好ましく、０．００２５％以下であるのがより好ましい。
【0033】
Ｃａ：０．０００７～０．０１０％
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効果を有する。しかしながら、Ｃａが過剰に含有された場合、機械特性が損なわれる場合がある。そのため、Ｃａ含有量は０．０００７～０．０１０％とする。Ｃａ含有量は０．００１０％以上であるのが好ましく、０．００２０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃａ含有量は０．００５０％以下であるのが好ましい。
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効果を有する。しかしながら、Ｃａが過剰に含有された場合、機械特性が損なわれる場合がある。そのため、Ｃａ含有量は０．０００７～０．０１０％とする。Ｃａ含有量は０．００１０％以上であるのが好ましく、０．００２０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃａ含有量は０．００５０％以下であるのが好ましい。
【0034】
本発明の鋼の化学組成において、上記の元素に加えて、さらに耐食性を向上させるために、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｃｏ、およびＢｉから選択される１種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。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。各元素の限定理由について説明する。
【0035】
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ため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｏは高価な元素であるため、過剰な含有は経済性の低下を招く。そのため、Ｍｏ含有量は０．１０％以下とする。Ｍｏ含有量は０．０９％以下であるのが好ましく、０．０８％以下であるのがより好ましい。なお、上記効果をより確実に得たい場合には、Ｍｏ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましく、０．０３％以上とするのがさらに好ましい。
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ため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｏは高価な元素であるため、過剰な含有は経済性の低下を招く。そのため、Ｍｏ含有量は０．１０％以下とする。Ｍｏ含有量は０．０９％以下であるのが好ましく、０．０８％以下であるのがより好ましい。なお、上記効果をより確実に得たい場合には、Ｍｏ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましく、０．０３％以上とするのがさらに好ましい。
【0036】
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ため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗも高価な元素であるため、過剰な含有は経済性の低下を招く。そのため、Ｗ含有量は０．１０％以下とする。Ｗ含有量は０．０９％以下であるのが好ましく、０．０８％以下であるのがより好ましい。なお、上記効果をより確実に得たい場合には、Ｗ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましく、０．０３％以上とするのがさらに好ましい。
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ため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗも高価な元素であるため、過剰な含有は経済性の低下を招く。そのため、Ｗ含有量は０．１０％以下とする。Ｗ含有量は０．０９％以下であるのが好ましく、０．０８％以下であるのがより好ましい。なお、上記効果をより確実に得たい場合には、Ｗ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましく、０．０３％以上とするのがさらに好ましい。
【0037】
Ｓｎ：０．３０％以下
Ｓｎは、Ｃｕと同時に含有させると酸腐食環境での耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｎが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下する。そのため、Ｓｎ含有量は０．３０％以下とする。Ｓｎ含有量は０．２５％以下であるのが好ましく、０．２０％以下であるのがより好ましく、０．１５％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｓｎ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｓｎは、Ｃｕと同時に含有させると酸腐食環境での耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｎが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下する。そのため、Ｓｎ含有量は０．３０％以下とする。Ｓｎ含有量は０．２５％以下であるのが好ましく、０．２０％以下であるのがより好ましく、０．１５％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｓｎ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
【0038】
Ａｓ：０．３０％以下
Ａｓは、Ｓｎに比べて顕著な効果はないが、酸腐食環境における耐食性の向上に有効な元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ａｓが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下する。そのため、Ａｓ含有量は０．３０％以下とする。Ａｓ含有量は０．２０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ａｓ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ａｓは、Ｓｎに比べて顕著な効果はないが、酸腐食環境における耐食性の向上に有効な元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ａｓが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下する。そのため、Ａｓ含有量は０．３０％以下とする。Ａｓ含有量は０．２０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ａｓ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
【0039】
Ｃｏ：０．３０％以下
Ｃｏは、Ｓｎに比べて顕著な効果はないが、酸腐食環境における耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｏが過剰に含有された場合、経済性が低下する。そのため、Ｃｏ含有量は０．３０％以下とする。Ｃｏ含有量は０．２０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｃｏ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｃｏは、Ｓｎに比べて顕著な効果はないが、酸腐食環境における耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｏが過剰に含有された場合、経済性が低下する。そのため、Ｃｏ含有量は０．３０％以下とする。Ｃｏ含有量は０．２０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｃｏ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
【0040】
Ｂｉ：０．３０％以下
Ｂｉは、Ｓｎに比べて顕著な効果はないが、酸性環境における耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂｉが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下する。そのため、Ｂｉ含有量は０．３０％以下とする。Ｂｉ含有量は０．２０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｂｉ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましく、０．００５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｂｉは、Ｓｎに比べて顕著な効果はないが、酸性環境における耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂｉが過剰に含有された場合、熱間加工性が低下する。そのため、Ｂｉ含有量は０．３０％以下とする。Ｂｉ含有量は０．２０％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｂｉ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましく、０．００５％以上であるのがさらに好ましい。
【0041】
本発明の鋼の化学組成において、上記の元素に加えて、機械特性等を向上させるために、さらにＮｂ、Ｖ、Ｔａ、およびＢから選択される１種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。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。各元素の限定理由について説明する。
【0042】
Ｎｂ：０．１０％以下
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、窒化物を形成し、結晶粒の微細化および強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂが過剰に含有された場合、窒化物が粗大になり、機械特性が劣化する。そのため、Ｎｂ含有量は０．１０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０９０％以下であるのが好ましく、０．０８０％以下であるのがより好ましく、０．０７０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｎｂ含有量は０．００５％以上であるのが好ましく、０．０１０％以上であるのがより好ましく、０．０１５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、窒化物を形成し、結晶粒の微細化および強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂが過剰に含有された場合、窒化物が粗大になり、機械特性が劣化する。そのため、Ｎｂ含有量は０．１０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０９０％以下であるのが好ましく、０．０８０％以下であるのがより好ましく、０．０７０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｎｂ含有量は０．００５％以上であるのが好ましく、０．０１０％以上であるのがより好ましく、０．０１５％以上であるのがさらに好ましい。
【0043】
Ｖ：０．１０％以下
Ｖは、Ｔｉ、Ｎｂと同様に、窒化物を形成し、結晶粒の微細化および強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖが過剰に含有された場合、窒化物が粗大になり、機械特性が劣化する。そのため、Ｖ含有量は０．１０％以下とする。Ｖ含有量は０．０８０％以下であるのが好ましく、０．０６０％以下であるのがより好ましく、０．０４０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｖ含有量は０．００５％以上であるのが好ましい。
Ｖは、Ｔｉ、Ｎｂと同様に、窒化物を形成し、結晶粒の微細化および強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖが過剰に含有された場合、窒化物が粗大になり、機械特性が劣化する。そのため、Ｖ含有量は０．１０％以下とする。Ｖ含有量は０．０８０％以下であるのが好ましく、０．０６０％以下であるのがより好ましく、０．０４０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｖ含有量は０．００５％以上であるのが好ましい。
【0044】
Ｔａ：０．０５０％以下
Ｔａは、強度の向上に寄与する元素であり、また、メカニズムは必ずしも明らかでないが、耐食性の向上にも寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔａは高価な元素であり、多量の含有は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｔａ含有量は０．０５０％以下とする。Ｔａ含有量は０．０４０％以下であるのが好ましく、０．０３０％以下であるのがより好ましく、０．０２０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｔａ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００５％以上であるのがより好ましい。
Ｔａは、強度の向上に寄与する元素であり、また、メカニズムは必ずしも明らかでないが、耐食性の向上にも寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔａは高価な元素であり、多量の含有は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｔａ含有量は０．０５０％以下とする。Ｔａ含有量は０．０４０％以下であるのが好ましく、０．０３０％以下であるのがより好ましく、０．０２０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｔａ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００５％以上であるのがより好ましい。
【0045】
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ため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させても効果が飽和し、母材およびＨＡＺの靭性が低下する場合がある。そのため、Ｂ含有量は０．０１０％以下とする。Ｂ含有量は０．００８０％以下であるのが好ましく、０．００６０％以下であるのがより好ましく、０．００４０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｂ含有量は０．０００３％以上であるのが好ましく、０．０００５％以上であるのがより好ましい。
Ｂは焼入性を向上させ、強度を高める元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させても効果が飽和し、母材およびＨＡＺの靭性が低下する場合がある。そのため、Ｂ含有量は０．０１０％以下とする。Ｂ含有量は０．００８０％以下であるのが好ましく、０．００６０％以下であるのがより好ましく、０．００４０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｂ含有量は０．０００３％以上であるのが好ましく、０．０００５％以上であるのがより好ましい。
【0046】
本発明の鋼の化学組成において、上記の元素に加えて、脱酸および介在物の制御を目的として、さらにＭｇおよびＲＥＭから選択される１種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。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。各元素の限定理由について説明する。
【0047】
Ｍｇ：０．０１０％以下
Ｍｇは、微細な酸化物を形成させるために、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇを過剰に添加することは製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｍｇ含有量は０．０１０％以下とする。Ｍｇ含有量は０．００５０％以下であるのが好ましく、０．００３０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｍｇは、微細な酸化物を形成させるために、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇを過剰に添加することは製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｍｇ含有量は０．０１０％以下とする。Ｍｇ含有量は０．００５０％以下であるのが好ましく、０．００３０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
【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、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に添加することは製鋼コストの増大を招く。そのため、ＲＥＭ含有量は０．０１０％以下とする。ＲＥＭ含有量は０．００５０％以下であるのが好ましく、０．００３０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、ＲＥＭ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
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、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に添加することは製鋼コストの増大を招く。そのため、ＲＥＭ含有量は０．０１０％以下とする。ＲＥＭ含有量は０．００５０％以下であるのが好ましく、０．００３０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果をより確実に得たい場合には、ＲＥＭ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
【0049】
ここで、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量は上記元素の合計量を意味する。なお、ランタノイドは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加される。
【0050】
本発明の鋼材の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで不純物とは、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、本発明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。
【0051】
（Ｂ）介在物
本発明に係る鋼材は、鋼材中にＭｎＳ、Ｃａ含有硫化物、およびＣａＳ酸化物を含む。そして、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が４０．０／ｍｍ２未満である。加えて、最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物の合計の個数密度が８．０／ｍｍ２未満である。
本発明に係る鋼材は、鋼材中にＭｎＳ、Ｃａ含有硫化物、およびＣａＳ酸化物を含む。そして、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数密度が４０．０／ｍｍ２未満である。加えて、最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物の合計の個数密度が８．０／ｍｍ２未満である。
【0052】
なお、最大長さが２．０μｍ未満のＭｎＳは鋼材の耐食性にはほとんど影響を与えないため、本発明においては、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳを対象とすることとする。以下の説明では、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳを単にＭｎＳと呼ぶ。
【0053】
また、最大長さが４．０μｍ未満のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ未満のＣａＳ酸化物も、鋼材の耐食性にはほとんど影響を与えないため、最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物を対象とすることとする。以下の説明では、最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物を単にＣａ含有硫化物と呼び、最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物を単にＣａＳ酸化物と呼ぶ。
【0054】
上述のように、本発明の鋼材において、ＭｎＳの形成は避けられない。しかしながら、ＭｎＳは腐食の起点となり硫酸露点腐食環境での耐食性を劣化させる。そのため、ＭｎＳの個数密度を４０．０／ｍｍ２未満に制限する必要がある。ＭｎＳの個数密度は３５．０／ｍｍ２以下であるのが好ましく、３０．０／ｍｍ２以下であるのがより好ましい。
【0055】
一方、ＭｎおよびＳの含有量の極端な低減は、本発明の鋼材においては、耐食性を向上させる観点から好ましくない。そこで、本発明の鋼材においては、上述のように、Ｃａを含有させることで、Ｓの一部または全部を固定し、ＭｎＳの生成を抑制する。しかし、高濃度の硫酸露点腐食環境においては、Ｃａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物は腐食の起点となる。そのため、Ｃａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物の合計の個数密度を８．０／ｍｍ２未満に制限する必要がある。Ｃａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物の合計の個数密度は、７．０／ｍｍ２以下であるのが好ましく、６．５／ｍｍ２以下であるのがより好ましい。
【0056】
ＭｎＳの個数密度、ならびにＣａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物の合計の個数密度は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が備えるエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）により測定する。まず、鋼板の板厚中央部において、測定倍率は１０００倍とし、視野内に検出されるＭｎＳ、Ｃａ含有硫化物、およびＣａＳ酸化物の最大長さを測定する。そして、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数を数え、視野面積で除することで、ＭｎＳの個数密度を求める。また、最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物の個数をそれぞれ数えて合計し、視野面積で除することで、Ｃａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物の合計の個数密度を求める。
【0057】
介在物の同定は、ＥＤＳにより行い、ＭｎとＳとの合計含有量が６０質量％以上であり、Ｃａの含有量が１０質量％未満であり、かつ、Ｏの含有量が１０質量％未満である介在物を、ＭｎＳと判断する。また、ＣａとＳとの合計含有量が４０質量％以上であり、Ｃａの含有量が１０質量％以上であり、かつ、Ｏの含有量が１０質量％未満である介在物を、Ｃａ含有硫化物と判断する。そして、ＣａとＳとＯとの合計含有量が５０質量％以上であり、Ｃａの含有量が１０質量％以上であり、かつ、Ｏの含有量が１０質量％以上である介在物を、ＣａＳ酸化物と判断する。
【0058】
（Ｃ）製造方法
本発明の一実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。本実施形態に係る鋼材には、熱間圧延を施し、さらに必要に応じて冷間圧延を施して製造される鋼板、形鋼、鋼管等が含まれる。好ましくは板厚が０．５ｍｍ以上、より好ましくは１．０ｍｍ以上の鋼板である。
本発明の一実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。本実施形態に係る鋼材には、熱間圧延を施し、さらに必要に応じて冷間圧延を施して製造される鋼板、形鋼、鋼管等が含まれる。好ましくは板厚が０．５ｍｍ以上、より好ましくは１．０ｍｍ以上の鋼板である。
【0059】
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、さらに必要に応じて冷間圧延を施して製造される。鋼材中に存在するＣａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物の合計の個数密度を上述した範囲に制御するためには、鋳造後の冷却速度を速くすることが重要であり、具体的には１４００～１２５０℃の温度域における冷却速度を０．０８℃／ｓ以上とする。冷却速度の上限は特に設けないが、製造コストの観点から、３．０℃／ｓ以下とすることが好ましい。冷却速度は、鋼塊の表面温度が１４００℃から１２５０℃に到達する間に要した時間から算出する。
【0060】
鋳造は、例えば、造塊法で行ってもよく、連続鋳造法で行ってもよい。また、各鋳造法において、冷却速度は下記の方法で調整することができる。造塊法では、例えば、鋳型のサイズを変更することにより冷却速度を調整できる。具体的には、鋳型の横断面の面積を調整することにより、冷却速度を調整できる。すなわち、冷却速度を速くしたければ、鋳型の長手方向に垂直な断面（以下、「横断面」ともいう。）の断面積を小さくすればよい。
【0061】
連続鋳造法では、例えば、鋳型のサイズを変更することにより冷却速度を調整できる。具体的には、鋳型の横断面の面積を調整することにより、冷却速度を調整できる。また、鋳型下流に配列されたロール群において、ロール間に鋳片を冷却するための冷却ノズルが複数配置されている。そのため、これら複数の流体ノズルから噴射する流体（水に代表される冷却液、空気、またはそれらの混合流体）の流量を調節することによっても、冷却速度を調整できる。
【0062】
鋼材中に存在するＭｎＳの個数密度を上述した範囲に制御するためには、熱間圧延前の加熱温度を比較的低温とすることが重要であり、具体的には１０００～１１５０℃とすることが好ましい。
【0063】
熱間圧延前の加熱温度を低くすることで、ＭｎＳの成長を抑制するとともに、圧延時に微細化することが可能となる。微細化されたＭｎＳは相対的に表面積が大きいため、酸素と結合しやすくなり、ＭｎＳ酸化物となりやすくなる。ＭｎＳの個数密度を３０．０／ｍｍ２未満とするためには、熱間圧延前の加熱温度は１１３０℃以下とすることがより好ましい。
【0064】
熱間圧延後の熱延鋼板に対しては、コイル巻取り等の次工程が加えられる。その際、鋼板は温度低下するが、熱延完了から４００℃に達するまでの時間は４時間以上であることが望ましい。この温度域にさらされることでＭｎＳと酸素との結合が促進される。熱間圧延後、冷間圧延して冷延鋼板としてもよい。さらに冷間圧延後には熱処理を施してもよい。
【0065】
得られた鋼板から鋼管を製造する場合は、鋼板を管状に成形して溶接すればよく、例えば、ＵＯ鋼管、電縫鋼管、鍛接鋼管、スパイラル鋼管等にすることができる。
【0066】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。なお、以下に示す実施例での条件は、本発明の実施可能性およ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せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【実施例0067】
表１に示す化学組成を有する鋼（１～２１）を溶製し、造塊法にて、鋳型の厚みを変えることで鋳造後の冷却速度を調整した。ここで、冷却速度は、鋼塊の表面温度が１４００℃から１２５０℃に到達する間に要した時間から算出した。その後、鋼塊に対して表２に示す条件で熱間圧延を行い、厚さが８ｍｍの熱延鋼板を製造した。一部の鋼板（鋼材Ｎｏ．１を使用した試験Ｎｏ．２２）については、熱延後に巻き取りを模擬した冷却を行った後、さらに酸洗、冷間圧延および焼鈍を行い、厚さが４ｍｍの冷延鋼板とした。
【0068】
【表1】
【0069】
【表2】
【0070】
得られた各鋼板の板厚中央部からＳＥＭ観察用の試験片を切り出し、ＳＥＭが備えるＥＤＳにより介在物の個数密度の測定を行った。まず、測定倍率は１０００倍とし、視野内に検出されるＭｎＳ、Ｃａ含有硫化物、およびＣａＳ酸化物の最大長さを測定した。そして、最大長さが２．０μｍ以上のＭｎＳの個数を数え、視野面積で除することで、ＭｎＳの個数密度を求めた。また、最大長さが４．０μｍ以上のＣａ含有硫化物、および最大長さが４．０μｍ以上のＣａＳ酸化物の個数をそれぞれ数えて合計し、視野面積で除することで、Ｃａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物の合計の個数密度を求めた。なお、表２における「ＣａＳ個数密度」は、Ｃａ含有硫化物およびＣａＳ酸化物の合計の個数密度を表す。
【0071】
さらに、得られた各鋼板を用いて、耐硫酸性の性能評価試験を行った。
【0072】
＜耐硫酸性＞
各鋼板から板厚３ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ２５ｍｍ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、試験片を８０℃の６０％硫酸水溶液に６時間浸漬する硫酸浸漬試験によって行った。
各鋼板から板厚３ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ２５ｍｍ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、試験片を８０℃の６０％硫酸水溶液に６時間浸漬する硫酸浸漬試験によって行った。
【0073】
その後、硫酸浸漬試験による試験片の腐食減量から、それぞれ腐食速度を算出した。本実施例においては、硫酸浸漬試験による腐食速度が２０．０ｍｇ／ｃｍ２／ｈ以下である場合に、耐硫酸性に優れると判断した。
【0074】
なお、参考として、試験Ｎｏ．１および２４について、各鋼板から板厚３ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ２５ｍｍの試験片を板厚中央部から採取し、湿式＃４００研磨で仕上げ、試験片を７０℃の５０％硫酸水溶液に６時間浸漬する硫酸浸漬試験も行った。また、硫酸浸漬試験による腐食速度が２０．０ｍｇ／ｃｍ２／ｈ以下である場合に、耐硫酸性に優れると判断した。
【0075】
表２に、介在物の個数密度の測定結果、および耐硫酸浸漬試験の評価結果をまとめて示す。
【0076】
表２に示すように、本発明の規定を全て満足する試験Ｎｏ．１～２２では、耐硫酸性に優れた結果となった。特に、本発明例である試験Ｎｏ．１では、７０℃の５０％硫酸水溶液での試験、および８０℃の６０％硫酸水溶液での試験の両方で、耐硫酸性に優れた結果となった。これに対して、比較例である試験Ｎｏ．２３～２５では、耐硫酸性が悪化する結果となった。特に、ＣａＳ個数密度が８．０／ｍｍ２以上である試験番号Ｎｏ．２４は、７０℃の５０％硫酸水溶液での試験では耐硫酸性に優れる結果であったが、より厳しい８０℃の６０％硫酸水溶液での試験では耐硫酸性が劣化する結果となった。
【産業上の利用可能性】
【0077】
本発明の鋼材は、重油、石炭等の化石燃料、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、排タイヤ等の産業廃棄物および下水汚泥等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（熱回収器および再加熱器）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およ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。