JP2017128753A - 加工性に優れた耐酸露点腐食性鋼板および製造方法並びに排ガス流路構成部材 - Google Patents
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(A)JIS G0551:2013の附属書JBに規定される切断法において、直交する同一長さの2つの線分のうち、一方を圧延方向、他方を板厚方向にとり、式(JB.1)により定まる値をフェライト結晶粒の粒度番号Gとする。
(B)上記(A)の切断法による測定において、圧延方向の線分によって切断された結晶粒数の総和をI1、板厚方向の線分によって切断された結晶粒数の総和をI2とするとき、I1/I2により定まる値をフェライト結晶粒の展伸度とする。
熱間圧延工程において、熱延最終パス温度860℃以上、巻取温度550℃以下の条件で熱延鋼板を作り、
冷間圧延工程において、前記熱延鋼板に圧延率40%以上の冷間圧延を施し、
焼鈍工程において、前記冷間圧延後の鋼板を加熱して、材料温度が450〜550℃の範囲にある時間t450-550を30分以上好ましくは120分以上確保したのち650℃以上の温度に昇温させ、650〜730℃の温度範囲に5時間以上保持し、その後冷却するヒートパターンで熱処理を施す製造方法が提供される。
本発明に適用する鋼の成分元素について説明する。成分元素に関する「%」は特に断らない限り質量%を意味する。
Cは、耐酸露点腐食性に大きな影響を及ぼさないが、多量のC含有は加工性の低下を招く要因となるので、C含有量は0.15%以下とする。一方、過剰な低C化は製造コストの上昇を招く。ここではC含有量0.0005%以上のものを対象とする。
本発明で対象とする鋼板は、再結晶フェライト相を主体とする金属組織を有する。フェライト単相組織である場合の他、セメンタイト、パーライトの1種以上を合計10体積%以下の範囲で含有し残部がフェライト相である組織であっても構わない。本明細書では、セメンタイト、パーライトを第二相と呼ぶことがある。このうちパーライトは薄いフェライト相とセメンタイト相で構成される層状組織であるが、本明細書において第二相の残部として記述されるフェライト相、すなわちフェライト結晶粒度の測定対象となるフェライト相には、パーライトを構成するフェライト相は含まれない。同様に第二相の構成要素としてパーライトと同列に記述されるセメンタイトにも、パーライトを構成するセメンタイトは含まれない。
JIS Z2241:2011に規定される5号引張試験片を使用して圧延方向に15%のひずみを付与した場合の塑性ひずみ比r値が、1.50以上であることが好ましく、2.10以上であることがより好ましい。r値は幅方向の真ひずみを厚さ方向の真ひずみで除したものである(JIS G0202:2013、番号1182)。r値が大きいほど、その鋼板素材は塑性変形時に肉厚減少を生じにくく、良好な加工性を有すると評価される。上記r値が1.50以上であれば、鋼板素材を加工して作製される種々の排ガス流路構成部材へ適用可能な汎用性に優れた加工性を有すると判断でき、2.10以上であれば特にフィン材のような厳しい加工に供する用途において一層有利となる。また、5号引張試験片を使用した圧延方向の引張試験において、破断時全伸びが34%以上となる延性を有することが好ましい。
上記の組織状態を有する鋼板は、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍を上記の順に有する工程によって製造することができる。熱間圧延に供する鋼材は通常の連続鋳造スラブや、造塊−分塊プロセスで得られたスラブが適用できる。熱間圧延後、必要に応じて熱延板焼鈍を施してもよいが、本発明で対象とする鋼種では熱延板焼鈍を行うことなく、冷間圧延工程に進めることができる。冷間圧延前には、通常、酸洗等により脱スケールが行われる。焼鈍後には、調質圧延を施してもよい。以下、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、調質圧延について説明する。
熱間圧延は、一般的な熱間圧延設備を用いて行うことができる。ただし、熱延最終パス温度を860℃以上とすることが望ましい。熱延最終パス温度は、熱間圧延の最後の圧下を行う圧延ロールで圧下した直後の材料表面温度を測定することにより把握できる。熱延最終パス温度が860℃を下回ると部分的にフェライト相が存在する温度域での圧延となり、最終的に、良好な加工性を有する板材を安定して得ることが難しくなる。熱延最終パス温度の上限は特に規定しないが、最終パスが950℃を超えるようなパススケジュールではスケール疵が発生する可能性が高くなるので、熱延最終パス温度は950℃以下の範囲とすることが好ましい。
冷間圧延工程では、板厚を減少させるとともに、圧延ひずみを付与する。適度な圧延ひずみを有する状態で次工程の再結晶焼鈍に供することによって、加工性の向上に有利なフェライト再結晶集合組織を得ることができる。そのために冷間圧延率を40%以上とすることが望ましい。冷間圧延率の上限は特に規定しないが、通常、85%以下の範囲で設定すればよい。
上記の冷間圧延工程で得られた冷延鋼板に、再結晶焼鈍を施す。上述のように、フェライト結晶粒の展伸度が大きい再結晶集合組織とすることによって良好な加工性が発揮される。そのために、ここでは再結晶焼鈍の昇温過程を利用して、AlNの析出を促進させる。再結晶の進行と同時期に微細なAlNを析出させることでr値の向上に有効な結晶方位を持った展伸粒を優先的に成長させることができる。
上記の焼鈍後には、必要に応じて、板形状を整えるために調質圧延(スキンパス圧延)を施すことができる。調質圧延率は伸び率2.0%以下とすることが望ましい。調質圧延率が2.0%を超えると加工ひずみが過剰に導入されて加工性低下を招く恐れがある。なお、本明細書では、再結晶焼鈍後の調質圧延率が0〜2.0%である鋼板を「焼鈍鋼板」として取り扱う。
以上のようにして得られる鋼板は、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に適している。そのような部材としては、排ガス流路のなかでも比較的低温となる金属部材(例えば煙道のダクト壁や煙突を構成する部材、集塵器部材、排ガスの熱を利用するためのパイプ、フィン等の熱交換部材など)が該当する。前記排ガスとしては、例えば石炭焚火力発電所や廃棄物焼却施設から排出される排ガスが挙げられる。
表1A、表1Bに示す鋼を溶製し、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、調質圧延の工程で焼鈍鋼板を製造した。熱間圧延は、抽出温度1250℃、熱延最終パス温度880℃、巻取温度480℃の条件で行い、板厚3.2mmの熱延鋼板を得た。冷間圧延では圧延率を50%として板厚1.6mmの冷延鋼板を得た。焼鈍は、バッチ式焼鈍炉を用いた箱焼鈍とした。雰囲気は水素ガス100%とし、100℃から690℃までの昇温速度がほぼ120℃/h(一定)となるように昇温して、材料温度690℃で20時間保持した後、炉温を下げて炉中で冷却した。この場合、昇温過程で材料温度が450〜550℃の範囲にある時間t450-550は50分である。300℃までの平均冷却速度は約20℃/hである。焼鈍後に伸び率0.5%の調質圧延を施し、供試材とした。
〔金属組織〕
圧延方向と板厚方向に平行な断面(L断面)の金属組織を光学顕微鏡で観察し、JIS G0551:2013に基づき、前掲(A)の手法でフェライト結晶粒の粒度番号Gを求め、前掲(B)の手法でフェライト結晶粒の展伸度を求めた。なお、各供試材とも、フェライト単相組織、またはフェライト相+10体積%以下の第二相からなる組織を有していた(後述実施例2、3において同様)。
JIS Z2241:2011に従い、5号引張試験片を使用して圧延方向の引張試験を行い、降伏応力YS(N/mm2)、引張強さTS(N/mm2)、破断時全伸びEl(%)を求めた。また、5号引張試験片を使用して圧延方向に15%のひずみを付与した場合の塑性ひずみ比r値を測定した。加工性についてはr値が1.50以上となるものを合格(加工性良好)と判定した。
供試材から切り出した試験片(30mm×50mm×板厚)を硫酸濃度40%、温度60℃の硫酸水溶液中に6時間浸漬する試験に供し、試験前の表面積および試験前後の質量変化量から平均腐食速度(mg/cm2/h)を求めた。この平均腐食速度が25.0mg/cm2/h以下であれば、優れた耐硫酸露点腐食性を有すると判断できる。従ってこの平均腐食速度が25.0mg/cm2/h以下のものを合格(耐硫酸腐食性良好)と判定した。
供試材から切り出した試験片(30mm×50mm×板厚)を塩酸濃度1%、温度80℃の塩酸水溶液中に6時間浸漬する試験に供し、試験前の表面積および試験前後の質量変化量から平均腐食速度(mg/cm2/h)を求めた。この平均腐食速度が4.0mg/cm2/h以下であれば、優れた耐塩酸露点腐食性を有すると判断できる。従ってこの平均腐食速度が4.0mg/cm2/h以下のものを合格(耐塩酸腐食性良好)と判定した。
これらの結果を表2に示す。
表1Aに示した発明対象鋼No.3と表1Bに示した発明対象鋼No.30の鋳片を用いて、熱間圧延での巻取温度および焼鈍条件を表3に示す条件として、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、調質圧延の工程にて板厚1.6mmの供試材を得た。ここで、箱焼鈍では100℃から保持温度(最高到達温度)までの昇温速度がほぼ150℃/h(一定)となるように昇温し、表3記載の焼鈍温度で20時間保持した。この場合、昇温過程で材料温度が450〜550℃の範囲にある時間t450-550は40分である。それ以外の箱焼鈍条件は実施例1と同様とした。連続焼鈍では5体積%H2+残部N2である水素窒素混合ガス雰囲気中で、昇温速度約20℃/s、均熱60秒の焼鈍を施した。各例とも、巻取温度、焼鈍条件以外の製造条件は実施例1と共通である。得られた供試材について実施例1と同様の組織観察および試験を行った。結果を表3に示す。
これに対し、比較例である試験No.3−1、30−1は焼鈍温度が低すぎたのでフェライト結晶粒度Gが10.0を超える細粒組織となり、耐酸腐食性は良好であるものの、加工性(r値)に劣る。試験No.3−4、30−4は巻取温度が高すぎたので熱延鋼板において多量のAlNが生成し、焼鈍の昇温過程で微細かつ均一なAlNが十分に生成しなかった。その結果、フェライト結晶粒の展伸度が小さい組織状態となり、加工性(r値)に劣る。試験No.3−5、30−5は焼鈍温度が高すぎたので、展伸度が低くなり、加工性(r値)に劣る。試験No.3−6、30−6は従来一般的な連続焼鈍によるものであり、展伸度が小さく結晶粒度Gが大きい細粒組織となった。この場合、耐酸腐食性は改善されるが、加工性(r値)が不十分である。
図1、図2に、それぞれNo.3−3(本発明例)、No.3−6(比較例)の鋼板について、L断面の金属組織写真を例示する。
表1Aに示した発明対象鋼No.3の鋳片を用いて、焼鈍条件を表4に示す条件として、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、調質圧延の工程にて板厚1.6mmの供試材を得た。表4中にステップ焼鈍の保持温度、保持時間を記載した例では、ステップ焼鈍の保持温度まで昇温して、その温度で2時間保持し、その後710℃まで昇温して、710℃で20時間保持したのち冷却するヒートパターンを採用した。その際、100℃からステップ焼鈍の保持温度までの昇温速度、およびステップ焼鈍の保持温度から710℃までの昇温速度は供にほぼ120℃/h(一定)とした。一方、ステップ焼鈍を行わなかった例では、100℃から710℃まで昇温速度をほぼ120℃/h(一定)として昇温し、その後710℃で20時間保持したのち冷却するヒートパターンを採用した。各例とも、焼鈍ヒートパターン以外の製造条件は、実施例1と同様である。得られた供試材について実施例1と同様の組織観察および試験を行った。結果を表4に示す。
Claims (8)
- 質量%で、C:0.0005〜0.15%、Si:0.005〜0.80%、Mn:0.10〜1.50%以下、P:0.025%以下、S:0.030%以下、Cu:0.08〜1.20%、Ni:0.005〜0.50%、Cr:0.04〜0.25%、Mo:0.010〜0.085%、Al:0.015〜0.100%、N:0.002〜0.015%、Ti、Nb、V:合計0〜0.040%、B:0〜0.0030%、Sb、Sn:合計0〜0.10%、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、圧延方向および板厚方向に平行な断面(L断面)において、下記(A)に従うフェライト結晶粒の粒度番号Gが7.8〜10.0であり、かつ下記(B)に従うフェライト結晶粒の展伸度が1.5以上である再結晶組織を有する耐酸露点腐食性および加工性に優れた鋼板。
(A)JIS G0551:2013の附属書JBに規定される切断法において、直交する同一長さの2つの線分のうち、一方を圧延方向、他方を板厚方向にとり、式(JB.1)により定まる値をフェライト結晶粒の粒度番号Gとする。
(B)上記(A)の切断法による測定において、圧延方向の線分によって切断された結晶粒数の総和をI1、板厚方向の線分によって切断された結晶粒数の総和をI2とするとき、I1/I2により定まる値をフェライト結晶粒の展伸度とする。 - JIS5号試験片を用いて圧延方向に15%のひずみを付加したときの塑性ひずみ比r値が1.50以上である請求項1に記載の鋼板。
- 前記フェライト結晶粒の展伸度が2.5以上である請求項1に記載の鋼板。
- JIS5号試験片を用いて圧延方向に15%のひずみを付加したときの塑性ひずみ比r値が2.10以上である請求項3に記載の鋼板。
- 熱間圧延、冷間圧延、焼鈍を前記の順に施すことにより再結晶組織を有する鋼板を製造するに際し、
熱間圧延工程において、熱延最終パス温度860℃以上、巻取温度550℃以下の条件で熱延鋼板を作り、
冷間圧延工程において、前記熱延鋼板に圧延率40%以上の冷間圧延を施し、
焼鈍工程において、前記冷間圧延後の鋼板を加熱して、材料温度が450〜550℃の範囲にある時間t450-550を30分以上確保したのち650℃以上の温度に昇温させ、650〜730℃の温度範囲に5時間以上保持し、その後冷却するヒートパターンを採用する、
請求項1に記載の鋼板の製造方法。 - 焼鈍工程でt450-550を120分以上確保する請求項5に記載の鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍後に、伸び率2.0%以下の範囲で調質圧延を施す請求項5または6に記載の鋼板の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の鋼板を用いた加工部材であって、石炭焚火力発電所の燃焼排ガスまたは廃棄物焼却施設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。
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