JPWO2016208172A1 - エタノール貯蔵及び輸送設備用鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
C:0.02〜0.3%、
Si:0.01〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.003〜0.03%、
S:0.01%以下、
Al:0.005〜0.100%、
N:0.0010〜0.010%を含有し、且つAlとNの含有量比が2.0≦Al/N≦70.0を満足し、
さらに、W:0.010〜0.5%およびMo:0.010〜0.5%のグループから選択された少なくとも1種を含有し、
且つ、Sb:0.01〜0.5%およびSn:0.01〜0.3%のグループから選択された少なくとも1種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる、エタノール貯蔵及び輸送設備用鋼。
Cu:0.05〜1.0%、
Cr:0.01〜1.0%および
Ni:0.01〜1.0%
のグループから選択された少なくとも1種を含有する[1]に記載のエタノール貯蔵及び輸送設備用鋼。
Ca:0.0001〜0.02%、
Mg:0.0001〜0.02%および
REM:0.001〜0.2%
のグループから選択された少なくとも1種を含有する[1]又は[2]に記載のエタノール貯蔵及び輸送設備用鋼。
Ti:0.005〜0.1%、
Zr:0.005〜0.1%、
Nb:0.005〜0.1%および
V:0.005〜0.1%
のグループから選択された少なくとも1種を含有する[1]〜[3]のいずれかに記載のエタノール貯蔵及び輸送設備用鋼。
Cは、鋼の強度確保に必要な元素であり、本発明で好ましい降伏強度(350MPa以上)と引張強度(400MPa以上)を確保するため少なくとも0.02%を含有するものとする。C量は好ましくは0.03%以上である。一方、C量が0.3%を超えると溶接性が低下し、溶接の際に制限が加わるため、0.3%を上限とした。C量は好ましくは0.20%以下である。本発明においては、良好な耐腐食疲労性を得る観点から、C量はより好ましくは0.10%以下である。
Siは、脱酸のため添加するが、含有量が0.01%未満では脱酸効果に乏しく、一方Si量が1.0%を超えると靭性や溶接性を劣化させるため、Si含有量は0.01〜1.0%とする。なお、Si量の下限について、0.03%が好ましく、0.05%がより好ましく、0.20%がさらに好ましい。Si量の上限について、0.7%が好ましく、0.5%がより好ましい。
Mnは、強度、靭性を改善するために添加するが、Mn量が0.1%未満ではその効果が十分でなく、一方Mn量が2.0%を超えると溶接性が劣化するため、Mn含有量は0.1〜2.0%とする。なお、Mn量の下限について、0.3%が好ましく、0.5%がより好ましい。Mn量の上限について、1.6%が好ましく、1.3%がより好ましく、1.0%がさらに好ましい。
Pは、靭性及び溶接性を劣化させるため、P含有量は0.03%以下に抑制するものとした。Pの過度の低減は脱リンコストの観点から不利になるため、P量は0.003%を下限とした。なお、P量は好ましくは0.003〜0.025%の範囲であり、より好ましくは0.003〜0.015%の範囲である。
Sは本発明の鋼において耐食性に影響する重要な元素である。Sは、不可避的に含有され、含有量が多くなると靱性及び溶接性が低下するだけでなく、MnSなどの腐食疲労起点となる介在物が増加して耐腐食疲労性を低下させる。また腐食疲労の起点となる介在物は優先的なアノードサイトともなるため、孔食も促進される。そのためS量は極力低減することが望ましく、0.01%以下であれば許容できる。なお、S量は好ましくは0.005%以下であり、より好ましくは0.003%以下である。一方、上記理由により、S量の下限は特に規定しない。
Alは、脱酸剤として添加するが、0.005%未満の含有量では脱酸不足により、靱性が低下する。一方、Al量が0.100%を超える含有は、溶接した場合に、溶接金属部の靭性を低下させるので、Al量を0.100%以下に制限する。
Nは本発明の鋼において耐腐食疲労性に影響する重要な元素である。N含有量を低減することで、粗大な窒化物の形成が抑制され、腐食疲労寿命が向上する。一方、0.010%を超えるNの含有では、粗大なAlNの形成を促進することとなり、前述のAlによる耐腐食疲労性向上効果が十分に得られなくなるとともに、粗大AlN自体が腐食疲労の起点として作用するため、腐食疲労感受性が増加する。このため、N量は0.010%以下に限定した。なお、N量は好ましくは0.007%以下であり、より好ましくは0.005%以下である。また、Nについては、前述のAlによる耐腐食疲労性向上効果を安定的に得るためにも重要な働きを有する。すなわち、Al3+イオンの加水分解による低pH化は、Sb酸化物、Sn酸化物の形成促進による耐腐食疲労性向上をもたらす一方で、pHが過剰に低下すると、トータルで耐腐食疲労性が劣化する可能性がある。ここにおいて、鋼中Nは、アノード溶解に伴ってH+を消費し、NH4 +を形成することで、過剰なpH低下を抑制する緩衝作用示す。この緩衝作用を得るためには少なくとも0.0010%以上のNの含有が必要である。そのため、N含有量の下限は0.0010%とした。N量の下限は、好ましくは0.0015%である。
Wは耐腐食疲労性の向上に有効な元素である。WはMoと同様に腐食生成物として酸素酸イオンを形成するため、応力腐食割れの起点となる亀裂が生じた場合に、かかる腐食生成物が速やかに亀裂先端に吸着、アノード反応活性を低下させ、亀裂の進展を抑制する働きを有する。また、鋼材表面の酸化被膜中にWが取り込まれることで、バイオエタノール中に不純物として含まれるカルボン酸による酸性環境下での酸化被膜の耐溶解性が向上し、不均一腐食を低減し、耐孔食性を低減する効果も併せ持っている。しかしながら、W含有量が0.010%未満では耐腐食疲労性と耐孔食性の改善効果は十分には発現しない。一方W量0.5%超ではコスト的に不利になるため、W含有量は0.010〜0.5%とする。W量の下限は、0.05%が好ましく、0.08%がより好ましい。コストアップを防ぐために、好ましくは、W量の上限は0.3%である。W量の上限は、より好ましくは0.2%である。
Sbは、耐酸性を向上させる元素であり、本発明の鋼において重要な耐腐食疲労性向上元素である。特に、低pH環境である腐食疲労亀裂先端での亀裂進展を抑制するのに有効な元素である。Sbは母材のアノード溶解に伴って酸化物としてアノードサイトに残留・濃化する。これによりアノード部が保護され、溶解反応の進展が著しく抑制され、耐腐食疲労性が向上する。しかしながら、Sb含有量が0.01%未満ではその効果に乏しく、一方Sb量が0.5%を超えると鋼材製造上の面から制約が生じるので、Sb含有量は0.01〜0.5%の範囲とする。なお、Sb量の下限は0.02%が好ましく、0.05%がより好ましい。Sb量の上限は0.4%が好ましく、0.30%がより好ましい。
Cu、Cr、Niは、バイオエタノール中に不純物として含まれるカルボン酸による酸性環境下での耐腐食疲労性を改善するのに有効な元素である。しかしながら、含有量が少ない場合はその効果がなく、一方含有量が1.0%を超えると鋼材製造上の面から制約が生じるので、Cu含有量は0.05〜1.0%、Cr含有量は0.01〜1.0%、Ni含有量は0.01〜1.0%の範囲とする。Cu含有量の上限は、0.5%が好ましく、0.2%がより好ましい。Cr含有量の上限は、0.5%が好ましく、0.2%がより好ましい。Ni含有量の上限は、0.5%が好ましく、0.2%がより好ましい。
前述のようにMnSは孔食、腐食疲労の起点として有害であり、これを低減するために、鋼中硫化物の形態・分散制御の観点からCa、Mg、REMは有効な元素である。この効果は、含有量が少ない場合には十分には得られない。一方、含有量が多い場合には逆にCa、Mg、REM自体が粗大な介在物として、孔食と腐食疲労の起点となってしまう。そのため、Ca含有量は0.0001〜0.02%、Mg含有量は0.0001〜0.02%、REM含有量は0.001%〜0.2%の範囲とする。Ca含有量の下限は、0.001%が好ましい。Ca含有量の上限は、0.005%が好ましい。Mg含有量の下限は、0.001%が好ましい。Mg含有量の上限は、0.005%が好ましい。REM含有量の上限は、0.030%が好ましい。
鋼の機械的特性を向上させるために、Ti、Zr、Nb及びVのうちから選んだ1種または2種以上を含有させることもできる。これらの元素はいずれも、含有量が0.005%未満ではその含有効果に乏しく、一方含有量が0.1%を超えると溶接部の機械的特性が低下するため、各元素の含有量は0.005〜0.1%の範囲とした。なお、各元素について、含有量は好ましくは0.005〜0.05%の範囲である。
○ :微小クラックあり(クラック長さ20μm未満)
△ :クラックあり(クラック長さ20μm以上)
× :破断
得られた結果を表2に記載する。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.02〜0.3%、
Si:0.01〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.003〜0.03%、
S:0.01%以下、
Al:0.005〜0.100%、
N:0.0010〜0.010%を含有し、且つAlとNの含有量比が2.0≦Al/N≦70.0を満足し、
さらに、W:0.010〜0.5%およびMo:0.010〜0.5%のグループから選択された少なくとも1種を含有し、
且つ、Sb:0.01〜0.5%およびSn:0.01〜0.3%のグループから選択された少なくとも1種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる、エタノール貯蔵及び輸送設備用鋼。 - さらに質量%で、
Cu:0.05〜1.0%、
Cr:0.01〜1.0%および
Ni:0.01〜1.0%
のグループから選択された少なくとも1種を含有する請求項1に記載のエタノール貯蔵及び輸送設備用鋼。 - さらに質量%で、
Ca:0.0001〜0.02%、
Mg:0.0001〜0.02%および
REM:0.001〜0.2%
のグループから選択された少なくとも1種を含有する請求項1又は2に記載のエタノール貯蔵及び輸送設備用鋼。 - さらに質量%で、
Ti:0.005〜0.1%、
Zr:0.005〜0.1%、
Nb:0.005〜0.1%および
V:0.005〜0.1%
のグループから選択された少なくとも1種を含有する請求項1〜3のいずれかに記載のエタノール貯蔵及び輸送設備用鋼。 - さらに、825MPa以下の引張強度且つ705MPa以下の降伏強度を有する請求項1〜4のいずれかに記載のエタノール貯蔵及び輸送設備用鋼。
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