(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-14
(45)【発行日】2023-11-22
(54)【発明の名称】鋼材
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20231115BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20231115BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 301F
C22C38/60
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019135069
(22)【出願日】2019-07-23
(65)【公開番号】P2021017636
(43)【公開日】2021-02-15
【審査請求日】2022-03-03
【前置審査】
(73)【特許権者】
【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】長澤 慎
(72)【発明者】
【氏名】今村 淳子
(72)【発明者】
【氏名】児玉 正行
(72)【発明者】
【氏名】澤田 真也
(72)【発明者】
【氏名】熊谷 洋志
【審査官】鈴木 毅
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／０３８１９７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０３８１９５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０３８１９８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０３８１９６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－２１３３６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１１０２３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３１６０７５３（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３８８２３１１（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０９６２８８４３（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０９６２８８４１（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ３８／００ － ３８／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１０％以上０．２０％未満、
Ｓｉ：０．１０～０．５０％、
Ｍｎ：０．１０～１．００％、
Ｓ：０．０００５～０．０１５％、
Ｃｕ：０．１０～０．５０％、
Ｃｒ：０．１０～１．００％、
Ｓｂ：０．０３～０．１５％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．１０％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｏ：０．０００５～０．００３５％、
Ｎ：０．００１０～０．００８０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
Ａｌ／Ｏが３．０～３５．０であり、
下記（ｉ）式で定義されるＣＩが４．０～３０．０であり、
下記（ii）式で定義されるＤＩが０．９６～３．００であり、
下記（iii）式で定義されるＣｅｑが０．１８０～０．３８０である、
鋼材。
ＣＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓ／３２） ・・・（ｉ）
ＤＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｎｉ／５９） ・・・（ii）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５ ・・・（iii）
但し、上記式中の元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合は０を代入するものとする。
【請求項2】
Ａｌ含有量が０．００５～０．０４１％、Ｏ含有量が０．０００５～０．００３０％であり、
前記化学組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｔｉ：０．１５％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｗ：０．５０％以下、
Ｓｎ：０．３０％以下、
Ａｓ：０．３０％以下、および
Ｂｉ：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、
Ｚｒ：０．０５０％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、Ｃａ：０．０１０％以下、
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から請求項３まで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】
火力発電所の火炉および廃棄物焼却施設の焼却炉では、水蒸気、硫黄酸化物、塩化水素などを含む排ガスが発生する。この排ガスは、排ガス煙突など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１～４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。また、特許文献５では、ＣｒおよびＮｉなどを添加した高耐食ステンレス鋼が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００１－１６４３３５号公報
【文献】特開２００３－２１３３６７号公報
【文献】特開２００７－２３９０９４号公報
【文献】特開２０１２－５７２２１号公報
【文献】特開平７－３１６７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
Ｃｕ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｃｏなどを含有する鋼材は、排ガス煙突のような硫酸腐食環境において、優れた耐食性を発揮する。しかし、発電設備および焼却設備を長寿命化するために、さらなる耐食性の向上が期待されている。
【0006】
また、排ガス煙突に加えて、ガス化溶融炉、熱交換器、ガス－ガスヒータ、脱硫装置、電気集塵機などの焼却炉煙道に使用される鋼材は、鋼板または鋼管として設置されるため、耐食性だけでなく、熱間加工性および溶接性も要求される。
【0007】
本発明は上記の問題を解決し、硫酸腐食環境および塩酸腐食環境において、優れた耐食性を有し、かつ、熱間加工性および溶接性に優れた鋼材の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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。
【0009】
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０１０％以上０．２０％未満、
Ｓｉ：０．１０～０．５０％、
Ｍｎ：０．１０～１．００％、
Ｓ：０．０００５～０．０１５％、
Ｃｕ：０．１０～０．５０％、
Ｃｒ：０．１０～１．００％、
Ｓｂ：０．０３～０．１５％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．１０％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｏ：０．０００５～０．００３５％、
Ｎ：０．００１０～０．００８０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
Ａｌ／Ｏが３．０～３５．０であり、
下記（ｉ）式で定義されるＣＩが４．０～３０．０であり、
下記（ii）式で定義されるＤＩが０．９６～３．００であり、
下記（iii）式で定義されるＣｅｑが０．１８０～０．３８０である、
鋼材。
ＣＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓ／３２） ・・・（ｉ）
ＤＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｎｉ／５９） ・・・（ii）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５ ・・・（iii）
但し、上記式中の元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合は０を代入するものとする。
Ｃ：０．０１０％以上０．２０％未満、
Ｓｉ：０．１０～０．５０％、
Ｍｎ：０．１０～１．００％、
Ｓ：０．０００５～０．０１５％、
Ｃｕ：０．１０～０．５０％、
Ｃｒ：０．１０～１．００％、
Ｓｂ：０．０３～０．１５％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．１０％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｏ：０．０００５～０．００３５％、
Ｎ：０．００１０～０．００８０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
Ａｌ／Ｏが３．０～３５．０であり、
下記（ｉ）式で定義されるＣＩが４．０～３０．０であり、
下記（ii）式で定義されるＤＩが０．９６～３．００であり、
下記（iii）式で定義されるＣｅｑが０．１８０～０．３８０である、
鋼材。
ＣＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓ／３２） ・・・（ｉ）
ＤＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｎｉ／５９） ・・・（ii）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５ ・・・（iii）
但し、上記式中の元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合は０を代入するものとする。
【0010】
（２）前記化学組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｔｉ：０．１５％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｗ：０．５０％以下、
Ｓｎ：０．３０％以下、
Ａｓ：０．３０％以下、
Ｃｏ：０．３０％以下、および
Ｂｉ：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）に記載の鋼材。
Ｔｉ：０．１５％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｗ：０．５０％以下、
Ｓｎ：０．３０％以下、
Ａｓ：０．３０％以下、
Ｃｏ：０．３０％以下、および
Ｂｉ：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）に記載の鋼材。
【0011】
（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、
Ｚｒ：０．０５０％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、
Ｚｒ：０．０５０％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。
【0012】
（４）前記化学組成が、前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃａ：０．０１０％以下、
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）から（３）までのいずれかに記載の鋼材。
Ｃａ：０．０１０％以下、
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）から（３）までのいずれかに記載の鋼材。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、酸腐食環境において耐食性を有し、熱間加工性および溶接性の両方に優れた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】
【0014】
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、熱間加工性、溶接性を詳細に調査した結果、以下の知見を得るに至った。
【0015】
Ｃｕ、Ｓｂ、Ｃｒを含む耐食性鋼に生じた腐食の原因を検討したところ、鋼材表面で生成する酸化物および介在物が起点であることが分かった。そこで、まず、酸化物の生成を抑制するためには、Ａｌの含有量とＯの含有量との質量に基づく比であるＡｌ／Ｏを３．０～３５．０とすることが重要であるという知見を得た。
【0016】
また、Ｓの含有量を減少させることで介在物の生成を抑制することができる。しかし、ＣｕとＳとを同時に含有させると、鋼材表面にＣｕＳの難溶性被膜を形成し、予想以上に鋼材の耐食性を向上させることが分かった。つまり、ＣｕおよびＳの含有量のバランスが重要であり、耐酸性腐食指数ＣＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓ／３２）の値を４．０～３０．０とすることで、鋼板表面でＣｕＳの被膜を形成させつつ、腐食の起点となりやすい介在物の生成を抑制することができる。
【0017】
一方で、Ｃｕは耐食性に有効であるものの表面赤熱脆性を生じ、鋼中の固溶限を超えたＣｕが結晶粒界および地鉄表面に偏析して、表面割れの原因となる。そこで、Ｃｕの含有量について検討を重ねた結果、ＣｕとＮｉとを同時に含有させ、赤熱脆化指数ＤＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｎｉ／５９）の値を０．９６～３．００とすることで、耐食性を維持しつつ、表面割れを抑制し、安定した熱間加工性を維持できることを明らかにした。
【0018】
さらに、上記条件を満足し、溶接性に優れた鋼材を得るためには、炭素当量Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５を０．１８０～０．３８０とすることが重要であることを見出した。
【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％以上０．２０％未満
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、炭化物が増加し、耐食性が劣化する。そのため、Ｃ含有量は０．０１０％以上０．２０％未満とする。Ｃ含有量は０．０３０％以上であるのが好ましく、０．０５０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃ含有量は０．１５％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、炭化物が増加し、耐食性が劣化する。そのため、Ｃ含有量は０．０１０％以上０．２０％未満とする。Ｃ含有量は０．０３０％以上であるのが好ましく、０．０５０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃ含有量は０．１５％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：０．１０～０．５０％
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、酸化物が増加し、耐食性を損なう。そのため、Ｓｉ含有量は０．１０～０．５０％とする。Ｓｉ含有量は０．１５％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０．４０％以下であるのが好ましく、０．３０％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、酸化物が増加し、耐食性を損なう。そのため、Ｓｉ含有量は０．１０～０．５０％とする。Ｓｉ含有量は０．１５％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０．４０％以下であるのが好ましく、０．３０％以下であるのがより好ましい。
【0023】
Ｍｎ：０．１０～１．００％
Ｍｎは、強度および靭性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、粗大なＭｎＳが生成し、耐食性および機械特性が劣化する。そのため、Ｍｎ含有量は０．１０～１．００％とする。Ｍｎ含有量は０．３０％以上であるのが好ましく、０．５０％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｎ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。
Ｍｎは、強度および靭性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、粗大なＭｎＳが生成し、耐食性および機械特性が劣化する。そのため、Ｍｎ含有量は０．１０～１．００％とする。Ｍｎ含有量は０．３０％以上であるのが好ましく、０．５０％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｎ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。
【0024】
Ｓ：０．０００５～０．０１５％
Ｓは、Ｃｕとの組み合わせによってＣｕＳを形成することで予想以上の耐食性を発揮する元素である。しかしながら、Ｓが過剰に含有された場合、熱間加工性および鋼材の機械特性を低下させる。そのため、Ｓ含有量は０．０００５～０．０１５％とする。Ｓ含有量は０．００１０％以上であるのが好ましく、０．００５０％以上であるのがより好ましい。また、Ｓ含有量は０．００８％以下であるのが好ましい。
Ｓは、Ｃｕとの組み合わせによってＣｕＳを形成することで予想以上の耐食性を発揮する元素である。しかしながら、Ｓが過剰に含有された場合、熱間加工性および鋼材の機械特性を低下させる。そのため、Ｓ含有量は０．０００５～０．０１５％とする。Ｓ含有量は０．００１０％以上であるのが好ましく、０．００５０％以上であるのがより好ましい。また、Ｓ含有量は０．００８％以下であるのが好ましい。
【0025】
Ｃｕ：０．１０～０．５０％
Ｃｕは、Ｓｂと同時に含有させると、硫酸および塩酸に対する耐食性を顕著に発現する極めて重要な元素である。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、製造性を損なう。そのため、Ｃｕ含有量は０．１０～０．５０％とする。Ｃｕ含有量は０．１５％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、Ｃｕ含有量は０．４０％以下であるのが好ましく、０．３０％以下であるのがより好ましい。
Ｃｕは、Ｓｂと同時に含有させると、硫酸および塩酸に対する耐食性を顕著に発現する極めて重要な元素である。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、製造性を損なう。そのため、Ｃｕ含有量は０．１０～０．５０％とする。Ｃｕ含有量は０．１５％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、Ｃｕ含有量は０．４０％以下であるのが好ましく、０．３０％以下であるのがより好ましい。
【0026】
Ｃｒ：０．１０～１．００％
Ｃｒは、ＣｕおよびＳｂと同様に耐食性を向上させる元素である。特に、ＣｒをＣｕおよびＳｂと同時に含有させることで高温・高濃度となる酸性環境において優れた耐食性を発揮する。しかしながら、Ｃｒが過剰に含有された場合、腐食の起点となる窒化物の増加により耐食性を損なう。そのため、Ｃｒ含有量は０．１０～１．００％とする。Ｃｒ含有量は０．１５％以上であるのが好ましい。また、Ｃｒ含有量は０．８０％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。
Ｃｒは、ＣｕおよびＳｂと同様に耐食性を向上させる元素である。特に、ＣｒをＣｕおよびＳｂと同時に含有させることで高温・高濃度となる酸性環境において優れた耐食性を発揮する。しかしながら、Ｃｒが過剰に含有された場合、腐食の起点となる窒化物の増加により耐食性を損なう。そのため、Ｃｒ含有量は０．１０～１．００％とする。Ｃｒ含有量は０．１５％以上であるのが好ましい。また、Ｃｒ含有量は０．８０％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。
【0027】
Ｓｂ：０．０３～０．１５％
Ｓｂは、上述のように、Ｃｕと同時に含有させると耐食性を向上させる極めて重要な元素である。しかしながら、Ｓｂ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、Ｓｂ含有量は０．０３～０．１５％とする。Ｓｂ含有量は０．０８％以上であるのが好ましい。また、Ｓｂ含有量は０．１３％以下であるのが好ましい。
Ｓｂは、上述のように、Ｃｕと同時に含有させると耐食性を向上させる極めて重要な元素である。しかしながら、Ｓｂ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、Ｓｂ含有量は０．０３～０．１５％とする。Ｓｂ含有量は０．０８％以上であるのが好ましい。また、Ｓｂ含有量は０．１３％以下であるのが好ましい。
【0028】
Ｎｉ：０．０１～０．５０％
Ｎｉは、Ｃｕを含有する鋼において、製造性を高める効果を発現する。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顕著に発現される。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０．０５％以上であるのが好ましく、０．１０％以上であるのがより好ましく、０．１５％以上であるのがさらに好ましい。また、Ｎｉ含有量は０．３０％以下であるのが好ましく、０．２５％以下であるのがより好ましい。
Ｎｉは、Ｃｕを含有する鋼において、製造性を高める効果を発現する。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顕著に発現される。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０．０５％以上であるのが好ましく、０．１０％以上であるのがより好ましく、０．１５％以上であるのがさらに好ましい。また、Ｎｉ含有量は０．３０％以下であるのが好ましく、０．２５％以下であるのがより好ましい。
【0029】
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、介在物の増加によって耐食性を損なう。そのため、Ａｌ含有量は０．００５～０．１０％とする。Ａｌ含有量は０．０２０％以上であるのが好ましい。また、Ａｌ含有量は０．０５０％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、介在物の増加によって耐食性を損なう。そのため、Ａｌ含有量は０．００５～０．１０％とする。Ａｌ含有量は０．０２０％以上であるのが好ましい。また、Ａｌ含有量は０．０５０％以下であるのが好ましい。
【0030】
Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは、不純物であり、鋼材の機械特性および製造性を低下させる。そのため、Ｐ含有量に上限を設けて０．０２５％以下とする。Ｐ含有量は０．０２０％以下であるのが好ましく、０．０１５％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％以上であるのが好ましい。
Ｐは、不純物であり、鋼材の機械特性および製造性を低下させる。そのため、Ｐ含有量に上限を設けて０．０２５％以下とする。Ｐ含有量は０．０２０％以下であるのが好ましく、０．０１５％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％以上であるのが好ましい。
【0031】
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、酸性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０．００３０％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。また、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。
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、酸性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０．００３０％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。また、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。
【0032】
Ｎ：０．００１０～０．００８０％
Ｎは、鋼材の機械特性および製造性を低下させるため、Ｎ含有量を０．００１０～０．００８０％とする。Ｎ含有量は０．００７０％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い。なお、Ｎ含有量は可能な限り低減するのが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。また、微細な窒化物は機械特性の向上に寄与する。そのため、Ｎ含有量は０．００１５％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。
Ｎは、鋼材の機械特性および製造性を低下させるため、Ｎ含有量を０．００１０～０．００８０％とする。Ｎ含有量は０．００７０％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い。なお、Ｎ含有量は可能な限り低減するのが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。また、微細な窒化物は機械特性の向上に寄与する。そのため、Ｎ含有量は０．００１５％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。
【0033】
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Ｔｉ、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。各元素の限定理由について説明する。
【0034】
Ｔｉ：０．１５％以下
Ｔｉは、耐食性を向上させる元素である。特に、ＴｉをＣｕおよびＣｒと同時に含有させることで酸性環境において優れた耐食性を発揮するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉが過剰に含有された場合、腐食の原因となる窒化物の増加によって、耐食性を損なう。そのため、Ｔｉ含有量は０．１５％以下とする。Ｔｉ含有量は０．０７％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。なお、特に上記の効果を得たい場合には、Ｔｉ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、０．０３％以上であるのがさらに好ましい。
Ｔｉは、耐食性を向上させる元素である。特に、ＴｉをＣｕおよびＣｒと同時に含有させることで酸性環境において優れた耐食性を発揮するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉが過剰に含有された場合、腐食の原因となる窒化物の増加によって、耐食性を損なう。そのため、Ｔｉ含有量は０．１５％以下とする。Ｔｉ含有量は０．０７％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。なお、特に上記の効果を得たい場合には、Ｔｉ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、０．０３％以上であるのがさらに好ましい。
【0035】
Ｍｏ：０．５０％以下
Ｍｏは、ＣｕおよびＳｂ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は高価な元素であり、多量の含有は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｍｏ含有量は０．５０％以下とする。Ｍｏ含有量は０．３０％以下であるのが好ましい。なお、特に塩酸に対する耐食性を高める場合には、Ｍｏ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．１０％以上であるのがより好ましい。
Ｍｏは、ＣｕおよびＳｂ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は高価な元素であり、多量の含有は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｍｏ含有量は０．５０％以下とする。Ｍｏ含有量は０．３０％以下であるのが好ましい。なお、特に塩酸に対する耐食性を高める場合には、Ｍｏ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．１０％以上であるのがより好ましい。
【0036】
Ｗ：０．５０％以下
Ｗは、Ｍｏと同様にＣｕおよびＳｂ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、Ｗ含有量は０．５０％以下とする。Ｗ含有量は０．３０％以下であるのが好ましい。なお、特に塩酸に対する耐食性を高める場合には、Ｗ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．１０％以上であるのがより好ましい。
Ｗは、Ｍｏと同様にＣｕおよびＳｂ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、Ｗ含有量は０．５０％以下とする。Ｗ含有量は０．３０％以下であるのが好ましい。なお、特に塩酸に対する耐食性を高める場合には、Ｗ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．１０％以上であるのがより好ましい。
【0037】
Ｓｎ：０．３０％以下
Ｓｎは、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、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０．２０％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、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、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、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０．２０％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、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、Ｓｂおよび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、Ｓｂおよび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、Ｓｂおよび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、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、Ｓｂおよび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、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：０．０１０％以下
Ｂｉは、Ｓｂおよび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０．０１０％以下とする。Ｂｉ含有量は０．００７％以下であるのが好ましく、０．００５％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、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、Ｓｂおよび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０．０１０％以下とする。Ｂｉ含有量は０．００７％以下であるのが好ましく、０．００５％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、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、機械特性などを向上させるために、さらにＮｂ、Ｖ、Ｚｒ、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。各元素の限定理由について説明する。
【0042】
Ｎｂ：０．１０％以下
Ｎｂは、窒化物を形成する元素であり、結晶粒の微細化および強度の向上を目的として、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、機械特性が劣化することがある。そのため、Ｎｂ含有量は０．１０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０５０％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、上記の効果を得たい場合には、Ｎｂ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。
Ｎｂは、窒化物を形成する元素であり、結晶粒の微細化および強度の向上を目的として、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、機械特性が劣化することがある。そのため、Ｎｂ含有量は０．１０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０５０％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、上記の効果を得たい場合には、Ｎｂ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。
【0043】
Ｖ：０．１０％以下
Ｖは、Ｎｂと同様、窒化物を形成する元素であり、主に、析出強化による強度の改善のために、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、機械特性が劣化することがある。そのため、Ｖ含有量は０．１０％以下とする。Ｖ含有量は０．０５０％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、Ｎｂと同様、窒化物を形成する元素であり、主に、析出強化による強度の改善のために、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、機械特性が劣化することがある。そのため、Ｖ含有量は０．１０％以下とする。Ｖ含有量は０．０５０％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】
Ｚｒ：０．０５０％以下
Ｚｒは、ＮｂおよびＶと同様、窒化物を形成する元素であり、主に、析出強化による強度の改善のために、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｚｒ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、Ｚｒ含有量は０．０５０％以下とする。Ｚｒ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、上記の効果を得たい場合には、Ｚｒ含有量は０．００５％以上であるのが好ましい。
Ｚｒは、ＮｂおよびＶと同様、窒化物を形成する元素であり、主に、析出強化による強度の改善のために、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｚｒ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、Ｚｒ含有量は０．０５０％以下とする。Ｚｒ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、上記の効果を得たい場合には、Ｚｒ含有量は０．００５％以上であるのが好ましい。
【0045】
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。
【0046】
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０．００５０％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く、０．００２０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、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０．００５０％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く、０．００２０％以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、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。
【0047】
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、脱酸および介在物の制御を目的として、Ｃａ、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。各元素の限定理由について説明する。
【0048】
Ｃａ：０．０１０％以下
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ために、必要に応じて含有させてもよい。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０．０１０％以下とする。Ｃａ含有量は０．００５％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｃａ含有量は０．０００５％以上であるのが好ましく、０．００１％以上であるのがより好ましく、０．００２％以上であるのがさらに好ましい。
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ために、必要に応じて含有させてもよい。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０．０１０％以下とする。Ｃａ含有量は０．００５％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｃａ含有量は０．０００５％以上であるのが好ましく、０．００１％以上であるのがより好ましく、０．００２％以上であるのがさらに好ましい。
【0049】
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０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、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０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、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。
【0050】
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０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、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。ここで、ＲＥＭはＳｃ、Ｙおよびランタノイドを示し、ＲＥＭ含有量はこれらの元素の含有量の総量を示す。
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０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、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。ここで、ＲＥＭはＳｃ、Ｙおよびランタノイドを示し、ＲＥＭ含有量はこれらの元素の含有量の総量を示す。
【0051】
本発明の鋼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。
【0052】
Ａｌ／Ｏ：３．０～３５．０
上記のように、ＡｌおよびＯは、鋼材の耐食性に影響を及ぼす。Ｏ含有量が過剰となるとＡｌ／Ｏが小さくなり、Ａｌ含有量が過剰となるとＡｌ／Ｏが大きくなり、いずれの場合も酸化物が生成され、腐食起点となりやすい。そのため、Ａｌ／Ｏは３．０～３５．０とする。Ａｌ／Ｏは、３．５以上であるのが好ましく、４．０以上であるのがより好ましい。また、Ａｌ／Ｏは、３０．０以下であるのが好ましく、２５．０以下であるのがより好ましい。
上記のように、ＡｌおよびＯは、鋼材の耐食性に影響を及ぼす。Ｏ含有量が過剰となるとＡｌ／Ｏが小さくなり、Ａｌ含有量が過剰となるとＡｌ／Ｏが大きくなり、いずれの場合も酸化物が生成され、腐食起点となりやすい。そのため、Ａｌ／Ｏは３．０～３５．０とする。Ａｌ／Ｏは、３．５以上であるのが好ましく、４．０以上であるのがより好ましい。また、Ａｌ／Ｏは、３０．０以下であるのが好ましく、２５．０以下であるのがより好ましい。
【0053】
ＣＩ：４．０～３０．０
ＣｕおよびＳは、鋼材の耐食性に影響を及ぼす。下記（ｉ）式で定義されるＣＩが３０．０を超えると、ＣｕＳ被膜が鋼材表面に形成しにくくなり、十分な耐食性を得ることができない。しかしながら、ＣＩが４．０未満となると、介在物が腐食の起点となりやすくなり、耐食性が低下する場合がある。そのため、ＣＩは４．０～３０．０とする。ＣＩは、１８．０以上であるのが好ましく、２０．０以上であるのがより好ましい。また、ＣＩは、２８．０以下であるのが好ましく、２６．０以下であるのがより好ましい。
ＣＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓ／３２） ・・・（ｉ）
ＣｕおよびＳは、鋼材の耐食性に影響を及ぼす。下記（ｉ）式で定義されるＣＩが３０．０を超えると、ＣｕＳ被膜が鋼材表面に形成しにくくなり、十分な耐食性を得ることができない。しかしながら、ＣＩが４．０未満となると、介在物が腐食の起点となりやすくなり、耐食性が低下する場合がある。そのため、ＣＩは４．０～３０．０とする。ＣＩは、１８．０以上であるのが好ましく、２０．０以上であるのがより好ましい。また、ＣＩは、２８．０以下であるのが好ましく、２６．０以下であるのがより好ましい。
ＣＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｓ／３２） ・・・（ｉ）
【0054】
ＤＩ：０．９６～３．００
ＣｕおよびＮｉは、鋼材の熱間加工性に影響を及ぼす。Ｃｕの含有量に対してＮｉ含有量が少なく、下記（ii）式で定義されるＤＩが３．００を超えると、熱間加工性が低下する。しかしながら、ＤＩは小さくすることが熱間加工性を確保するためには好ましいが、０．９６未満では効果が飽和する。また、Ｃｕが不足すると耐食性向上の効果が不十分となる。そのため、ＤＩは０．９６～３．００とする。ＤＩは１．２０以上であるのが好ましく、１．４０以上であるのがより好ましい。また、ＤＩは２．８０以下であるのが好ましく、２．６０以下であるのがより好ましい。
ＤＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｎｉ／５９） ・・・（ii）
ＣｕおよびＮｉは、鋼材の熱間加工性に影響を及ぼす。Ｃｕの含有量に対してＮｉ含有量が少なく、下記（ii）式で定義されるＤＩが３．００を超えると、熱間加工性が低下する。しかしながら、ＤＩは小さくすることが熱間加工性を確保するためには好ましいが、０．９６未満では効果が飽和する。また、Ｃｕが不足すると耐食性向上の効果が不十分となる。そのため、ＤＩは０．９６～３．００とする。ＤＩは１．２０以上であるのが好ましく、１．４０以上であるのがより好ましい。また、ＤＩは２．８０以下であるのが好ましく、２．６０以下であるのがより好ましい。
ＤＩ＝（Ｃｕ／６４）／（Ｎｉ／５９） ・・・（ii）
【0055】
Ｃｅｑ：０．１８０～０．３８０
また、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＶは、鋼材の溶接性に影響を及ぼす。下記（iii）式で定義されるＣｅｑは鋼材の硬さの上昇による溶接性の劣化を示す指標であり、溶接性を確保するために、０．３８０以下とする。しかしながら、Ｃｅｑが０．１８０未満となると、機械特性が不十分となる。そのため、Ｃｅｑは０．１８０～０．３８０とする。Ｃｅｑは０．１９０以上であるのが好ましく、０．２００以上であるのがより好ましい。また、Ｃｅｑは０．３４０以下であるのが好ましい。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５ ・・・（iii）
但し、式（iii）において、鋼中にＭｏおよびＶを含有しない場合は０として計算する。
また、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＶは、鋼材の溶接性に影響を及ぼす。下記（iii）式で定義されるＣｅｑは鋼材の硬さの上昇による溶接性の劣化を示す指標であり、溶接性を確保するために、０．３８０以下とする。しかしながら、Ｃｅｑが０．１８０未満となると、機械特性が不十分となる。そのため、Ｃｅｑは０．１８０～０．３８０とする。Ｃｅｑは０．１９０以上であるのが好ましく、０．２００以上であるのがより好ましい。また、Ｃｅｑは０．３４０以下であるのが好ましい。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／１５ ・・・（iii）
但し、式（iii）において、鋼中にＭｏおよびＶを含有しない場合は０として計算する。
【0056】
（Ｂ）製造方法
本発明に係る鋼材の製造方法について特に制限は設けないが、例えば、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、鋼管などが含まれる。
本発明に係る鋼材の製造方法について特に制限は設けないが、例えば、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、鋼管などが含まれる。
【0057】
鋼材を製造する場合は、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。熱間圧延後は、そのまま水冷するか、または空冷した後、再加熱して焼入れてもよい。熱間圧延後は、コイル状に巻き取ってもよい。熱間圧延後、冷間圧延して、さらに熱処理を施してもよい。
【0058】
鋼管を製造する場合は、鋼板を管状に成形して溶接してもよく、ＵＯ鋼管、電縫鋼管、鍛接鋼管、スパイラル鋼管などにすることができる。鋼片に熱間押出または穿孔圧延を施して製造されるシームレス鋼管も本発明の鋼材に含まれる。
【0059】
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】
【0060】
表１および表２に示す化学組成を有する鋼を溶製し、鋼塊を１１５０℃で２時間加熱後、熱間圧延を行って空冷し、厚さが２０ｍｍの鋼板とした。
【0061】
【表1】
【0062】
【表2】
【0063】
得られた各鋼板を用いて、以下に示す各種の性能評価試験を行った。
【0064】
＜耐硫酸性、耐塩酸性＞
各鋼板から板厚４ｍｍ、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。耐食性の評価は硫酸浸漬試験および塩酸浸漬試験によって行った。硫酸浸漬試験では、試験片を７０℃の５０％硫酸水溶液に６時間浸漬し、塩酸浸漬試験では、試験片を８０℃の１０％塩酸水溶液中に５時間浸漬した。
各鋼板から板厚４ｍｍ、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。耐食性の評価は硫酸浸漬試験および塩酸浸漬試験によって行った。硫酸浸漬試験では、試験片を７０℃の５０％硫酸水溶液に６時間浸漬し、塩酸浸漬試験では、試験片を８０℃の１０％塩酸水溶液中に５時間浸漬した。
【0065】
その後、硫酸浸漬試験および塩酸浸漬試験による試験片の腐食減量を算出した。比較例ＡＡを基準として、腐食減量が５０％以下であったものを◎、腐食減量が５０％超７０％以下であったものを○、腐食減量が７０％を超えたものを×として、耐硫酸性および耐塩酸性を評価した。
【0066】
＜熱間加工性＞
上記条件で圧延した熱間圧延材の表面を外観目視し、割れが生じていたものを×、割れが生じていないものを〇として、熱間加工性を評価した。
上記条件で圧延した熱間圧延材の表面を外観目視し、割れが生じていたものを×、割れが生じていないものを〇として、熱間加工性を評価した。
【0067】
＜溶接割れ＞
ＪＩＳ Ｚ ３１５８：２０１６に準拠して、ｙ型溶接割れ試験を行った。厚さ２０ｍｍの試験片を用い、電流１７０Ａで両面側から溶接後、４８時間が経過してから表面および断面の割れの有無を確認した。
ＪＩＳ Ｚ ３１５８：２０１６に準拠して、ｙ型溶接割れ試験を行った。厚さ２０ｍｍの試験片を用い、電流１７０Ａで両面側から溶接後、４８時間が経過してから表面および断面の割れの有無を確認した。
【0068】
＜引張強さ＞
ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠して引張試験片を作製し、引張試験を行い、引張強さを求めた。引張強さが４００ＭＰａ以上のものを○、４００ＭＰａ未満のものを×とした。
ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠して引張試験片を作製し、引張試験を行い、引張強さを求めた。引張強さが４００ＭＰａ以上のものを○、４００ＭＰａ未満のものを×とした。
【0069】
表３に、耐硫酸浸漬試験、耐塩酸浸漬試験、熱間加工性、溶接割れ試験、引張試験の測定結果を併せて示す。
【0070】
【表3】
【0071】
表３に示すとおり、鋼Ａ～Ｚは、化学組成、Ａｌ／Ｏ、ＣＩ、ＤＩ、Ｃｅｑが本発明の範囲内であるため、塩酸および硫酸に対する耐食性、熱間加工性、溶接性、引張強さの全てが良好な結果となった。一方、鋼ＡＡ～ＡＫは、化学組成、Ａｌ／Ｏ、ＣＩ、ＤＩ、Ｃｅｑのいずれかが本発明の範囲外であるため、塩酸および硫酸に対する耐食性、熱間加工性、溶接性、引張強さの少なくともいずれかが劣化する結果となった。
【0072】
鋼ＡＡは塩酸腐食試験および硫酸腐食試験の評価の基準とした鋼であるが、Ａｌ／Ｏが高いため、本発明例の鋼に比べて塩酸および硫酸に対する耐食性が低下していた。鋼ＡＢはＡｌ／Ｏが低いため、耐食性が低下していた。また、ＣＩが規定値未満の鋼ＡＣ、ＣＩが規定値を超える鋼ＡＤ、ＤＩが規定値未満の鋼ＡＥ、Ｃｕ含有量が少ない鋼ＡＩ、Ｓｂ含有量が少ない鋼ＡＪ、Ｃｒ含有量が過剰な鋼ＡＫも、本発明例の鋼に比べて塩酸および硫酸に対する耐食性が低下していた。
【0073】
さらに、鋼ＡＦはＤＩが規定値を超えるため、熱間加工性が低下していた。鋼ＡＧはＣｅｑの値が過剰であるため、溶接割れが生じ、鋼ＡＨはＣｅｑが低すぎるため、引張強さが不十分となった。
【産業上の利用可能性】
【0074】
本発明の鋼材は、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、廃油、プラスチック、排タイヤなどの産業廃棄物および下水汚泥など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、フィン材などに好適に使用することができる。