JP4319817B2 - 耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼およびその溶接継手 - Google Patents
耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼およびその溶接継手 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐酸腐食性に優れた低合金鋼および溶接継手に関する。詳しくは、耐塩酸性および耐硫酸性に優れた低合金鋼並びに溶接継手、すなわち、主にボイラーやガス化溶融炉の燃焼排気ガス雰囲気で生じる硫酸露点腐食、塩酸露点腐食が生じる環境および硫酸や塩酸の水溶液に接する環境において優れた耐食性を有する低合金鋼および溶接継手に関するものである。
【０００２】
より詳しくは、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、木工屑、繊維屑、廃油、プラスチック、排タイヤ、医療廃棄物などの産業廃棄物、および下水汚泥などを燃焼させるボイラーの排煙設備、すなわち、煙道ダクト、ケーシング、熱交換器、ガス−ガスヒーター、湿式または乾式の脱硫装置、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、減温塔、バグフィルター、煙突などに使用される低合金鋼および溶接継手に関する。さらに詳しくは、排煙設備で生じる硫酸および塩酸露点腐食に対して優れた耐食性を示し、溶接構造用としても適用可能で、厳しい冷間加工性が要求される熱交換チューブのフィン材や空気予熱器の伝熱エレメント板、煙道のエキスパンジョンなどに適用可能で、経済性にも優れた耐酸露点腐食低合金鋼および溶接継手、または、塩酸、硫酸などの単独または混合の酸洗液を収める鋼製めっき酸洗槽用の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼並びに溶接継手に関する。
【０００３】
【従来の技術】
火力発電所や都市ごみ焼却施設および産業排気物焼却施設の燃焼排気ガスは、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、酸素などで主に構成されている。特に、焼排気ガス中に三酸化硫黄が１ｐｐｍでも含まれていると、排気ガスの露点は１００℃以上に達し、いわゆる硫酸露点腐食が生じるが、この対策としていわゆる耐硫酸露点腐食鋼（例えば、特公昭４３−１４５８５号公報など）や高耐食ステンレス鋼（特開平７−３１６７４５号公報）が使用されている。
【０００４】
石炭焚き火力ボイラーや、一般あるいは産業廃棄物の焼却施設の排煙系統では、燃焼ガス中に前記の三酸化硫黄のほかに相当量の塩化水素を含有するため、硫酸凝結と塩酸凝結が生じる。硫酸露点温度と塩酸露点温度は、燃焼排気ガス組成によって変動する。一般に硫酸露点温度は１００〜１５０℃程度で、塩酸露点温度は５０〜８０℃である。それゆえ、排煙系統では、同一の装置でも部位や構造によって、通過する燃焼ガス温度はほぼ一定でも壁面温度によって硫酸露点腐食支配と塩酸露点腐食支配のところが生じるため、構成部材としては、耐硫酸露点腐食性と耐塩酸露点腐食性の双方に対して優れた材料の開発が課題であった。
【０００５】
この課題に対して、特公昭４６−３４７７２号公報では、極低Ｃ（Ｃ≦０．０３質量％）とし、さらにＣｕ，Ｍｏを添加して耐硫酸性および耐塩酸性を高めた極低炭素耐酸低合金鋼に関する技術が開示されている。
【０００６】
また、特開平９−２５５３６号公報では、低Ｓ化およびＳｎおよび／またはＳｂを添加させることによって耐硫酸露点腐食性を確保しながら耐塩酸露点腐食性を改善した耐硫酸露点腐食鋼に関する技術が開示されている。また、特開平１０−１１０２３７号公報では、極低Ｓ化（Ｓ≦０．００５質量％）の含銅鋼にＳｎおよび／またはＳｂを添加し、さらにＳｎ／Ｓｂ添加で生じる熱間加工性の低下を改善するためにＭｏおよび／またはＢを添加して、耐硫酸性と耐塩酸性および熱間加工性に優れた鋼が開示されている。
【０００７】
しかし、特公昭４６−３４７７２号公報の技術では、極低Ｃ化に限定されているため、強度の確保に他の高価な合金元素を必要とし、引張強度が４００Ｎ／ｍｍ2未満でも適用可能なエアヒーターの伝熱エレメント板などへの適用に限られ、溶接構造用鋼としての適用が難しいといった問題があった。さらに、詳細は後述するが、該公報に示された成分添加範囲でＭｏを過剰に添加すると、硫酸濃度が１０〜４０質量％での耐硫酸性が著しく阻害されるといった問題がある上に、耐塩酸性についても、条件によっては特公昭４３−１４５８５号公報およびＳ−ＴＥＮ１鋼（Ｃｕ−Ｓｂ系鋼）（新日本製鉄株式会社製品カタログ、耐硫酸露点腐食鋼Ｓ−ＴＥＮ，Ｃａｔ．Ｎｏ．ＡＣ１０７，１９８１．６版）よりも劣るといった問題があった。
【０００８】
そして、特開平７−３１６７４５号公報などで開示された耐硫酸露点腐食ステンレス鋼は、塩酸露点腐食環境では露点腐食とともに塩化物の濃縮による応力腐食割れやすきま腐食が生じるため、耐全面腐食性に加えて耐応力腐食割れ性および耐すきま腐食性を確保する必要があり、従って、必然的に高合金化せざるを得ず、低合金鋼と比較して遥かに高価となり、かつ高強度となるため、耐酸性と冷間加工性の両立が難しいといった問題があった。
【０００９】
また、特開平９−２５５３６号公報で開示された鋼の耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性は、上記Ｓ−ＴＥＮ１鋼の耐塩酸露点腐食性と同等またはそれ以下であるといった問題があった。
【００１０】
また、特開平１０−１１０２３７号公報で開示された鋼は、極低Ｓ化を必須とするもので、製鋼コストの過度な上昇を招くといった問題が第１にあった。しかし、第２に、過度な低Ｓ化は、後述するように、耐硫酸性を阻害することが本発明者の研究で新たに見出された。さらに、第３に、溶接構造用鋼の場合、溶接金属についても同等のレベルでの極低Ｓ化を達成する必要があるが、溶接施工性の確保等の諸条件を踏まえると、これを達成することが極めて難しいために、溶接構造物への使用、すなわち継ぎ手として使用する際に、継ぎ手の耐食性を確保することが難しいといった問題があった。さらに、第４にＳｎおよび／またはＳｂの添加を必須としているが、後述するように、過剰なＳｎ単独またはＳｎおよび／またはＳｂの複合添加は鋼板の靭性を著しく阻害するので、ダクトや煙突などの溶接構造用熱間圧延鋼板としては実用的でないといった問題があった。
【００１１】
本発明者の検討によれば、これまで開発された各種の耐硫酸露点腐食鋼のうち、Ｃｕ−Ｓｂ系鋼を基本成分系とした前記Ｓ−ＴＥＮ１鋼が最も優れた耐塩酸性を有していることが判明している。
【００１２】
しかしながら、塩化ビニルや家庭生ごみを燃やす廃棄物焼却施設では、施設によっては排気ガス中の塩化水素濃度が４０００ｐｐｍに達する場合もあることから、Ｓ−ＴＥＮ１鋼の耐硫酸性を維持しながら耐塩酸性を飛躍的に向上させ、かつ、溶接構造用鋼としても冷間加工性に優れた冷間圧延鋼板としても製造でき、さらに、耐塩酸性に優れた高耐食ステンレス鋼よりも遥かに経済的な、新たな耐硫酸露点腐食鋼が強く求められていた。
また、これらの低合金鋼は通常溶接構造物として使用されることが多い。
【００１３】
一般に溶接構造物が腐食環境で使用される場合、溶接部と母材との間で耐食性に差異があると、耐食性の劣る方が選択的に腐食され、構造物の寿命が著しく短くなる。また、溶接部が選択的に腐食すると、腐食孔で応力集中が生じ、極端な場合は構造物の破壊を招く恐れもある。このように、溶接構造物の利用において、腐食劣化が無視できない用途の場合には、母材だけでなく溶接部の耐食性も十分に確保する必要がある。
【００１４】
石炭焚き火力やごみ焼却施設などの煙道、煙突などの排煙設備では、排ガス中の三酸化硫黄および塩化水素に起因して、硫酸露点腐食、塩酸露点腐食が生じる。このような環境に対して、耐硫酸露点腐食鋼（例えば、新日本製鐵株式会社、S-TEN製品カタログ、Cat．No．AC107、 1981．6版）が使用されている。溶接材料としては、軟鋼用の溶接材料や耐硫酸露点腐食鋼専用の溶接材料（例えば、日鐵溶接工業株式会社 ニッテツ溶接材料・機器ハンドブック、p61,p164,p.208,p.291）が使われている。
【００１５】
耐硫酸露点腐食鋼専用の溶接材料は、耐食元素としてＣｕを単独で含む材料や、Ｃｕ−Ｃｒ系を含む材料であった。これらの既存の溶接材料を使用して得られる溶接継手は、重油専焼ボイラのプラント排煙装置で生じる硫酸露点腐食環境では十分に優れた耐食性を示すが、石炭焚きボイラやごみ焼却またはごみのガス化溶融施設などでは、硫酸露点腐食と塩酸露点腐食が同時に生じるため、溶接部の溶接金属の耐食性が十分でなく、母材に比べて耐食性の劣る溶接金属が選択的に腐食されるといった課題があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、耐酸露点腐食性に優れた低合金鋼および溶接継手、詳しくは、耐塩酸性および耐硫酸性に優れた低合金鋼並びに溶接継手、すなわち、主にボイラーやガス化溶融炉の燃焼排気ガス雰囲気で生じる硫酸露点腐食および塩酸露点腐食に対して優れた耐食性を有する低合金鋼および溶接継手を提供することにある。
【００１７】
より詳しくは、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、木工屑、繊維屑、廃油、プラスチック、排タイヤ、医療廃棄物などの産業廃棄物、および下水汚泥などを燃焼させるボイラーの排煙設備、すなわち、煙道ダクト、ケーシング、熱交換器、ガス−ガスヒーター、湿式または乾式の脱硫装置、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、減温塔、バグフィルター、煙突などに使用される低合金鋼および溶接継手を提供することにある。さらに詳しくは、排煙設備で生じる硫酸および塩酸露点腐食に対して優れた耐食性を示し、溶接構造用としても適用可能で厳しい冷間加工性が要求される熱交換チューブのフィン材や、空気予熱器の伝熱エレメント板、煙道のエキスパンジョンなどに適用可能で、経済性にも優れた耐酸露点腐食低合金鋼および溶接継手、または、塩酸、硫酸などの単独または混合の酸洗液を収める鋼製めっき酸洗槽用の耐塩酸性に優れた耐硫酸露点腐食低合金鋼および溶接継手を経済的に提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性に及ぼす冶金因子を詳細に検討した結果、耐硫酸露点腐食鋼Ｓ−ＴＥＮ１（Ｃｕ−Ｓｂ系鋼）に、後述する耐酸腐食性指数ＡＩ値が正（０以上）となる範囲内でＭｏを極微量添加することで、従来のようにＳ量を極低量に限定することなく、前記Ｓ−ＴＥＮ１鋼より優れた耐硫酸露点腐食性を確保しながら耐塩酸露点腐食性を大幅に向上できることを見出した。以下に、本発明にかかる発明者の知見を詳細に述べる。なお、以下において、成分添加量の％は、質量％をあらわすものとする。
【００１９】
従来、Ｍｏは、鋼および含銅低合金鋼の耐硫酸性を著しく阻害する元素として理解されている（例えば、小若、諸石、室谷：日本金属学会昭和４１年度大会春期大会講演概要、ｐ．８４（１９６６）、寺前、門、乙黒、轟：富士製鉄技報、１７，ｐ．１０３（１９６８））。しかし、これまでのＭｏの影響を調査した研究においては、添加量が０．１％超であることに、発明者は着目し、０．１％以下のＭｏの微量添加がＣｕ−Ｓｂ系鋼の耐塩酸性、耐塩化物含有酸腐食性、および耐硫酸性の腐食挙動に及ぼす影響について詳細に調査した。
【００２０】
その結果、
１）図１に示すように、Ｃｕ−Ｓｂ系鋼において、極微量（０．０１％未満）のＭｏ添加で、耐塩酸性が飛躍的に向上する特異点が存在することがわかった。 ２）さらに、同様に図２から判るように、Ｃｕ−Ｓｂ系鋼において、従来、耐硫酸性に対する阻害元素と言われていたＭｏを極微量添加することにより、従来知られていた知見とは逆に、耐硫酸性をも向上させることができることがわかった。
３）また、図２から、Ｍｏを特定量以上過度に添加すると耐硫酸性が阻害されることがわかった。
【００２１】
そこで、耐硫酸性を阻害しない限界のＭｏ添加量（以下、「耐硫酸性限界Ｍｏ量」と記す）を次のように定義した。すなわち、Ｍｏ以外の組成は同じで、Ｍｏを含有する鋼と、Ｍｏを含有しない鋼との耐硫酸性を比較して、Ｍｏを含有すると耐硫酸性が低下する場合のＭｏ含有量の上限値を、「耐硫酸性限界Ｍｏ量」と定義した。
【００２２】
耐硫酸性限界Ｍｏ量は、鋼中のＣ、Ｓｂ量と極めて明確な関係にあり、下式＜１＞で定義されるＡＩ値（耐硫酸・塩酸腐食性指標）に対してＡＩ＝０を満たす。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
ただし、「％」は「質量％」を示す。
【００２３】
本発明鋼において、図１および図２に示すとおり、Ｍｏの添加量により耐塩酸腐食性は向上するが、所定量以上の過度のＭｏ添加は耐硫酸腐食性を著しく阻害し、その耐硫酸腐食性を維持できる限界Ｍｏ量は、上記＜１＞式で求められるＡＩが０の場合のＭｏ量に相当する。
【００２４】
ＡＩ＜０の場合においては、優れた耐塩酸性は維持されるが、従来から報告されているように、耐硫酸性を低下させ、一方、ＡＩ≧０を満たす場合においては、耐硫酸性と耐塩酸性が共に向上する。
【００２５】
図３は、Ｃ−Ｃｕ−Ｍｏ系鋼でのＭｏ−Ｃバランス図において、ＡＩ＝０を満たす耐硫酸性限界Ｍｏ量線と耐硫酸性との関係を説明した図である。耐硫酸性限界Ｍｏ量線の左側は、ＡＩ≧０を満たす場合であり、耐塩酸性および耐硫酸性を共に向上させる。一方、耐硫酸性限界Ｍｏ線の右側は、ＡＩ＜０の場合であり、優れた耐塩酸性は維持されるが、耐硫酸性を低下させる。
【００２６】
ＡＩ値からわかるように、Ｃ量が一定の場合には、Ｓｂの添加は、耐硫酸性限界Ｍｏ量を増加させる作用がある。この知見は工業上極めて意義が大きい。以下にその意義について説明する。
【００２７】
Ｓｂを含まないＣｕ−Ｍｏ系鋼と、Ｃｕ−Ｓｂ−Ｍｏ系鋼とについて上記と同様の検討を行った。その結果、Ｃｕ−Ｍｏ系鋼は、Ｃｕ−Ｓｂ−Ｍｏ系鋼ほどの優れた耐塩酸性は得られず、Ｍｏが耐硫酸性の阻害元素として作用する耐硫酸性限界Ｍｏ量は、Ｃ％×Ｍｏ％＝０．０００５で与えられた。
【００２８】
図４は、Ｓｂの添加の効果を示すもので、Ｃｕ−Ｍｏ系鋼（Ｓｂ添加なし）と、Ｃｕ−Ｓｂ−Ｍｏ系鋼（０．１％Ｓｂ、０．１５％Ｓｂ）における耐硫酸性限界Ｍｏ量線を示したものである。Ｃｕ−Ｍｏ系鋼（Ｓｂ添加なし）で０．１％Ｃの場合、耐硫酸性限界Ｍｏ量は０．００５％となる（図４中の１）。それゆえ、溶接構造用鋼として強度確保のためにＣを０．１％前後含有させる必要がある場合、Ｓｂを含まないＣｕ−Ｍｏ系鋼で優れた耐硫酸性および耐塩酸性を確保するためには、Ｍｏを０．００５％以下に管理する必要があるが、鋼中Ｍｏ量の工業的な管理幅は、図４中の４に示すように±０．０２％程度であることから、この範囲に鋼中Ｍｏ量を工業的に管理することは極めて難しい。
【００２９】
一方、Ｃｕ−Ｍｏ−０．１％Ｓｂ系鋼で０．１％Ｃの場合、耐硫酸性限界Ｍｏ量は０．０５％で与えられ（図４中の２）、０．０５％以下で有意に添加すればよく、また、Ｃｕ−Ｍｏ−０．１５％Ｓｂ系鋼で０．１％Ｃ鋼の場合、耐硫酸性限界Ｍｏ量は０．０７５％（図４中の３）で与えられ、０．０７５％以下で添加すればよいので、工業的な鋼中Ｍｏの管理幅である±０．０２％（図４中の４）の範囲内で容易に管理できる。
【００３０】
上述のＣｕ−Ｍｏ系鋼とＣｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼の耐硫酸性および耐塩酸性について詳細に調査して得た知見をまとめると、
１）Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼は、Ｃｕ−Ｍｏ系鋼やＣｕ−Ｓｂ系鋼と比較して、耐塩酸性に飛躍的に優れている。
２）Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼およびＣｕ−Ｍｏ系鋼で、Ｍｏをある上限値の範囲内、すなわち、耐硫酸性限界Ｍｏ量以下で添加すると、従来有害といわれていたＭｏが耐硫酸性を向上させる作用をおよぼす。
３）耐硫酸性限界Ｍｏ量の上限値は、鋼中ＣおよびＳｂ量と明瞭な関係で示すことができ、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼の場合は、
Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％、
Ｃｕ−Ｍｏ系鋼の場合は、
Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５
で与えられる。この関係を指標として表わしたのが、前述のＡＩ、すなわち、
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％
であり、ＡＩ≧０では、耐塩酸性および耐硫酸性とも極めて優れる。
【００３１】
本発明者らは、さらに、前述のような耐塩酸腐食性と耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼を溶接構造物として使用する場合における溶接継手の耐塩酸腐食性と耐硫酸腐食性に及ぼす冶金的要因について検討した結果、母材を前述のような組成とした低合金鋼とし、且つ溶接金属を、母材における耐塩酸腐食性及び耐硫酸腐食性の向上の知見に基づいて、特定の組成とすることによって、すなわち、１）溶接金属の組成をＣｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系とし、２）ＡＩ値を特定範囲とするとことによって、耐塩酸腐食性と耐硫酸腐食性に優れた溶接継手を得ることができる。また、好ましくは、母材のＡＩ値と溶接金属のＡＩ値との差を特定の範囲とすることによって、さらに優れた溶接継手を得ることができるという知見を得た。
【００３２】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
【００３３】
（１）質量％で、Ｃ ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、Ｓｂ：０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記＜１＞式で求められる耐酸腐食性指数ＡＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示す。
【００３４】
（２）質量％で、Ｃ ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、Ｓｂ：０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｔａ：０．００５〜０．１％、Ｖ ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｗ ：０．０５〜１％のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記＜２＞式で求められる耐酸腐食性指数ＥＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
ＥＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏｅｑ ＜２＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示し、上記Ｍｏｅｑ（質量％）は、Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋５．１×（Ｎｂ％＋Ｔａ％）＋４．２×Ｖ％＋９．３×Ｔｉ％＋０．５×Ｗを示す。
【００３５】
（３）質量％で、Ｓ：０．００５超〜０．０２５％を含有することを特徴とする（１）または（２）のいずれかに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００３６】
（４）質量％で、さらに、Ｃｒ：．１〜０．５％を含有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００３９】
（５）質量％で、さらに、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００４０】
（６）質量％で、さらにＣａ：０．０００２〜０．０１％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００２〜０．０１％、Ｂ ：０．０００２〜０．００５％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００４１】
（７）質量％で、さらにＳｎ：０．０１〜０．３％、Ｐｂ：０．０１〜０．３％、Ｔｅ：０．００１〜０．１％、Ｂｉ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００４２】
（８）質量％で、さらにＡｇ：０．００１〜０．５％、Ｐｄ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００４３】
（９）質量％で、Ｃ ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、Ｓｂ；０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる母材と、質量％で、Ｃ ：０．００５〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．５％、Ｓｂ：０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ ：０．０３％以下、Ｓ ：０．０３％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶接金属とからなり、かつ、前記母材および溶接金属の下記＜１＞式で求められる耐酸腐食性指数ＡＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示す。
【００４４】
（１０）前記母材と溶接金属の耐酸腐食性指数ＡＩの差分絶対値｜ΔＡＩ｜が２０以下であることを特徴とする（９）に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ただし、｜ΔＡＩ｜＝｜ＡＩ（母材）−ＡＩ（溶接金属）｜
【００４５】
（１１）質量％で、Ｃ ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、Ｓｂ；０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ ：０．０５％以下、Ｓ ：０．０５％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｔａ：０．００５〜０．１％、Ｖ ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｗ ：０．０５〜１％のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる母材と、質量％で、Ｃ ：０．００５〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．５％、Ｓｂ：０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ ：０．０３％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｔａ：０．００５〜０．１％、Ｖ ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｗ ：０．０５〜１％のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶接金属とからなり、かつ、前記母材および溶接金属の下記＜２＞式で求められる耐酸腐食性指数ＥＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ＥＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏｅｑ ＜２＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示し、上記Ｍｏｅｑ（質量％）は、Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋５．１×（Ｎｂ％＋Ｔａ％）＋４．２×Ｖ％＋９．３×Ｔｉ％＋０．５×Ｗを示す。
【００４６】
（１２）前記母材と溶接金属の耐酸腐食性指数ＥＩの差分絶対値｜ΔＥＩ｜が２０以下であることを特徴とする（１１）に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ただし、｜ΔＥ｜＝｜ＥＩ（母材）−ＥＩ（溶接金属）｜
【００４７】
（１３）前記母材が、質量％で、Ｓ：０．００５超〜０．０２５％を含有し、前記溶接金属が、質量％でＳ：０．００５超〜０．０２％を含有することを特徴とする（９）〜（１２）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００４８】
（１４）前記母材および溶接金属が、質量％で、さらに、Ｃｒ：０．１〜０．５％を含有することを特徴とする（９）〜（１３）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００５１】
（１５）前記母材および溶接金属が、質量％で、さらに、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有することを特徴とする（９）〜（１４）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００５２】
（１６）前記母材および溶接金属が、質量％で、さらにＣａ：０．０００２〜０．０１％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００２〜０．０１％、Ｂ ：０．０００２〜０．００５％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（９）〜（１５）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００５３】
（１７）前記母材および溶接金属が、質量％で、さらにＳｎ：０．０１〜０．３％、Ｐｂ：０．０１〜０．３％、Ｔｅ：０．００１〜０．１％、Ｂｉ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（９）〜（１６）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００５４】
（１８）前記母材および溶接金属が、質量％で、さらにＡｇ：０．００１〜０．５％、Ｐｄ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（９）〜（１７）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００５５】
【発明の実施の形態】
本発明について詳細に説明する。まず、本発明の低合金鋼および溶接継手の母材（以下、これらを本発明鋼という）、および溶接継手の溶接金属にかかわる成分元素とその添加量について説明する。なお、成分添加量の％は質量％を意味する。
(1)本発明鋼（低合金鋼、溶接継手母材）
Ｃは、０．００１％未満に低減することは工業的には経済性を著しく阻害するので、０．００１％以上添加するが、強度を確保するためには、０．００２％以上の添加が好ましい。従来Ｃは、耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性をやや低下させる元素といわれていたが、本発明によれば、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼の場合、０．０６％以下の場合、耐塩酸性の阻害効果はわずかである。また、耐硫酸性については、Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％を満足する場合、耐硫酸性を阻害はしないが、この式を超えるＣ量を添加すると耐硫酸性は急激に低下する。耐塩酸性がより重視される用途の場合、上記限定は必要なく、０．００５％以上の添加が好ましい。一方、０．２％を超えると溶接性、耐硫酸性および塩酸性が低下するので、０．００１〜０．２％を限定範囲とした。特に、煙突、ダクトなどの溶接構造用途には、０．０２〜０．１５％、冷間加工用途には０．００２〜０．０３％とするのが好ましい。
【００５６】
Ｓｉは、脱酸のために０．０１％以上添加する。過度の添加は、熱延鋼板の場合、熱延スケールの固着（デスケール性の低下）を招き、いわゆる唐草模様やあばたと呼ばれるスケール疵が急激に増えるため、２．５％を上限した。Ｓｉは、添加量にほぼ比例して耐硫酸性を向上させる効果があるが、耐塩酸性についての効果は認め難い。それゆえ、耐塩酸性を重視する場合は、０．５５〜１．２％とするのが好ましい。溶接構造用鋼としての溶接性や溶接部の靭性および製造性を考慮する場合は、０．１〜０．５５％とするのが好ましい。さらに、熱間圧延鋼板の製造時に生成するスケール疵の生成率を考慮すると、０．２〜０．３５％とするのが最も好ましい。
【００５７】
Ｍｎは、鋼の強度調整のため０．１％以上添加するが、その上限は２％で十分であるので、０．１〜２％を限定範囲とした。また、Ｍｎ添加量の増加は、耐硫酸性をやや低下させる傾向を示すが、本発明のＣｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系の優れた耐硫酸性を著しく阻害するものではないので、溶接構造用鋼として、必要な機械的特性に応じたＣ−Ｍｎバランスで添加すればよい。耐食性を最大限に得ようとする場合は、０．１〜０．７％の範囲とするのが望ましい。
【００５８】
Ｃｕは、耐硫酸性および耐塩酸性を確保するためには０．１％以上の添加が必須であり、一方、１％を超えて添加してもそれらの効果はほぼ飽和し、過度の強度上昇および製造性の低下を招くため、０．１〜１％を限定範囲とした。好ましくは、０．２〜０．４％の添加が耐食性および製造性のバランスにおいて極めて優れている。
【００５９】
Ｍｏは、Ｃｕ−Ｓｂ系鋼に０．００１％以上添加すると、耐塩酸性を著しく向上させる必須元素である。例えば、３００トン転炉で鋼を溶製する場合、３０ｋｇ以上のＭｏ酸化物または地金を投入すると、鋼中のＭｏ量が発光分光分析（カントバック）の分析下限値（０．００３％）未満でも効果を発現するので、工業的には、溶鋼中へのＭｏ合金の投入がＭｏの溶鋼への歩留まりによらず確認されればよい。さらに、Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％を満足する範囲では、Ｍｏは耐硫酸性を向上させる元素として作用し、上記耐塩酸性とともに耐硫酸性が向上する。耐硫酸性を阻害しない耐硫酸性限界Ｍｏ量は、前述のように、低Ｃまたは高Ｓｂほど、緩和される（増加する）。Ｍｏ量の上限は、機械的性質への影響を考慮し、０．１２０％とする。
【００６０】
Ｓｂは、耐硫酸性、耐塩酸性、および耐塩化物含有酸腐食性を得るために０．０１％以上の添加が必須である。耐硫酸性は、Ｓｂ量が多いほど向上するが、０．１％でほぼ飽和し、０．２％を超えて添加すると、熱間加工性、鋼板および溶接継手の靭性が低下するので、０．０１〜０．２％とした。耐食性、熱間加工性および機械的特性とのバランスを勘案すると、０．０５〜０．１５％とするのが好ましい。
【００６１】
Ｐは、不可避的不純物元素であり、耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性を著しく阻害するので、その範囲を０．０５％以下とした。より好ましくは、０．０１％以下に限定すると、耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性は著しく改善される。脱Ｐ工程の負荷および経済性を考慮すると、０．００５〜０．０１％とするのが最も好ましい。
【００６２】
Ｓは、Ｐと同様に不可避的不純物元素であり、０．０５％を超えると、熱間加工性および機械的性質が阻害されるので、上限を０．０５％とした。しかしながら、図５に示すように、本発明のＣｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼においては、Ｓを０．００５％超で適量含有させると、耐硫酸性および耐塩酸性が著しく向上するので、０．００５％超含有させることが好ましい。しかし、０．０２５％を超えて含有させても、その効果は飽和するので０．００５超〜０．０２５％含有させるのが好ましい。特に、耐塩酸性、耐硫酸性、機械的性質（耐ラメラテア性など）および熱間加工性を考慮すると、０．０１〜０．０２５％とするのが最も好ましい。
【００６３】
本発明鋼においては、下式＜１＞で定義される耐酸腐食性指数ＡＩが、ＡＩ≧０を満足する場合、極めて優れた耐塩酸性および耐硫酸性が得られる。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
すなわち、図６は、ＡＩ値と硫酸腐食速度との関係を示しているが、この図に示すとおり、耐酸腐食性指数ＡＩが０以上の場合には、耐硫酸性が顕著に向上していることが判る。したがって、本発明では、上記＜１＞式で求められる耐酸腐食性指数ＡＩが０以上となるように、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏを添加する。
【００６４】
ＡＩ≧０を満足する場合、すなわち、Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％を満足する場合、例えば、優れた加工性が必要な冷間圧延鋼板の場合は、Ｃ量が０．０１％以下の低Ｃ系が好ましいので、この場合には、０．１％Ｓｂ添加とすれば、０．５％以下のＭｏ添加で、優れた耐硫酸性と耐塩酸性が同時に得られる。
【００６５】
なお、前記ＡＩ値は、７５を超えた場合、すなわちＳｂが過剰な場合、耐硫酸性および耐塩酸性の向上効果は、ほぼ飽和するだけでなく、熱間加工性が低下するので、その上限を７５とするのが好ましい。
また、本発明鋼は、鋼板の強度、靭性、溶接性、高温特性などの改善を目的に、必要に応じてＮｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗを添加する。
【００６６】
Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉは、それぞれ０．００５％以上の添加で、細粒化による強度靭性の向上、高温強度の向上に効果のある元素であり、冷間加工性の向上にも効果がある。しかし、０．１％を超えるとその効果は飽和する。それゆえ、それぞれ０．００５〜０．１％を限定範囲とした。
【００６７】
Ｗは、０．０５％以上添加すると高温強度および耐塩酸性の向上に効果があり、それらの効果は１％で飽和するので、範囲を０．０５〜１％とした。
【００６８】
なお、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗの炭窒化物形成元素群を過剰に添加すると、本発明鋼の耐硫酸腐食性が阻害される。すなわち、これらの元素は、耐硫酸性限界Ｍｏ量を低下させる作用があり、その程度は、下記のＭｏ当量（Ｍｏeq）で整理できる。
Ｍｏeq（質量％）＝Ｍｏ％＋５．１×（Ｎｂ％＋Ｔａ％）＋４．２×Ｖ％＋９．３×Ｔｉ％＋０．５×Ｗ％
Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗが添加された場合、耐硫酸性を阻害しない限界の成分バランスは、上述のＡＩに代えて、拡張耐酸腐食性指数ＥＩで与えられる。ＥＩは、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏeq（質量％）の関数で、次式＜２＞で与えられる。
ＥＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏeq％＜２＞
所要の目的でＮｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗを複合添加する場合、ＥＩ≧０を満足する場合、極めて優れた耐塩酸性および耐硫酸性が同時に得られる。
【００６９】
すなわち、図７は、ＥＩ値と硫酸腐食速度との関係を示したものであるが、この図に示すとおり、拡張耐酸腐食性指数ＥＩが０以上の場合には、耐硫酸性が顕著に向上することが判る。したがって、本発明鋼においては、上記＜２＞式で求められる拡張耐酸腐食指数ＥＩが０以上となるように、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏを添加する。
【００７０】
なお、前記ＥＩ値は、７５を超えた場合、すなわちＳｂが過剰な場合、耐硫酸性および耐塩酸性の向上効果はほぼ飽和するだけでなく、熱間加工性が低下するので、その上限を７５とするのが好ましい。
【００７１】
Ｃｒは、耐候性などを向上させるために、必要に応じて０．１％以上添加する。しかし、０．５％を超えて添加すると、特に、本発明鋼の耐硫酸性が著しく低下するので、必要に応じて添加する場合は０．５％を上限とする。耐硫酸性および耐塩酸性をより向上させる点からは、Ｃｒ含有量を０．１％以下に限定するのが好ましく、さらには、無添加が最も好ましい。
【００７２】
Ｎｉは、耐塩酸性を向上させる作用がある元素であり、本発明鋼におけるＣｕとＳｂとの添加で生じる熱間加工時の表面割れ防止を目的とし、必要に応じて０．１％以上添加するが、１％を超えて添加してもそれらの効果は飽和するので、０．１〜１％を限定範囲とした。０．１％〜Ｃｕ％×０．５の範囲とするのが特に好ましい。
【００７３】
Ｎは、耐塩酸性を向上させる作用がある不可避的不純物元素であり、その必要に応じて、０．００１％以上添加するが、０．００７％を超える過度の添加はスラブ鋳造時の表面割れの原因となるため、０．００１〜０．００７％を限定範囲とした。
【００７４】
Ａｌは、通常脱酸元素として添加される。本発明鋼においては必要に応じて０．００５％以上添加するが、０．１％を超えて添加すると耐塩酸露点腐食性および熱間加工性を損なうため、その範囲を０．００５〜０．１％とした。
【００７５】
また、本発明鋼は、必要に応じてＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｂを添加する。
【００７６】
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｂは、清浄性の向上や粒径の微細化により鋼の靭性に寄与し、上限までの添加では耐食性への影響はないので、必要に応じて、それぞれ０．０００２％以上添加するが、その効果は、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは０．０１％超、Ｂでは０．００５％超で、耐食性に悪影響が出始めるので、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭでは０．０００２〜０．０１％、Ｂでは０．０００２〜０．００５％を限定範囲とした。
【００７７】
また、本発明鋼は、必要に応じて、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｂｉを添加する。
【００７８】
Ｓｎ、Ｐｂは、快削性向上させる作用を有し、その効果を得るために０．０１％以上添加する必要があるが、含有量が０．３％を超えると熱間加工性が低下するためその含有量の上限を０．３％とする。
【００７９】
Ｔｅ、Ｂｉは、耐酸性をさらに向上させる作用を有し、その効果を得るためにそれぞれ０．００１％以上添加する必要あるが、それぞれの含有量が０．１％を超えると製造性の低下や製造コストの増加を招くので、それぞれの含有量の上限を０．１％とする。
【００８０】
また、本発明鋼は、必要に応じて、Ａｇ、Ｐｂを添加する。
【００８１】
Ａｇ、Ｐｄは、高温高濃度硫酸環境下での耐食性を向上させる作用を有し、その効果を得るためにそれぞれ０．００１％以上添加する必要があるが、それぞれの含有量が０．５％、０．１％を超えると製造コストの増加だけでなく熱間加工性が低下するためその含有量の上限をそれぞれ０．５％、０．１％とする。
(2)溶接金属
Ｃは、溶接構造用鋼の溶接継手として強度を確保するために添加するが、０．２％を超えて添加すると、溶接性および耐硫酸性が低下するので、０．２％以下に限定した。耐硫酸性および耐塩酸性の観点ではＣの含有量は少ないほど好ましいが強度や経済性を考慮し、０．００５〜０．２％とする。特に、Ｍｏと共存する場合、０．２％を超えるＣ添加は耐硫酸性を著しく低下させる。耐塩酸性と耐硫酸性とのバランスを考慮する必要がある場合は、０．０５％以下とするのが好ましい。
【００８２】
Ｓｉは、溶接金属中に０．０１％以上含まれると、Ｃｕと共存して耐硫酸性および耐塩酸性を向上させるので下限を０．０１％とする。しかし、２．５％を超えると、耐食性の向上はみられず、溶接金属の靭性が著しく低下するので、上限を２．５％とした。溶接施工性や溶接部の靭性をより重視する場合は、０．１〜１％が好ましい。
【００８３】
Ｍｎは、脱酸および強度調整のため０．１％以上添加するが、その上限は２％で十分であるので、０．１〜２％を限定範囲とした。
【００８４】
Ｃｕは、耐硫酸性および耐塩酸性を確保するためには０．１％以上の添加が必須である。１％を超えて添加しても耐食性はほぼ飽和し、過度の強度上昇および凝固割れを招くため、０．１〜１％を限定範囲とした。好ましくは、０．２５〜０．７５％の添加が耐食性および製造性のバランスにてさらに優れている。
【００８５】
Ｍｏは、Ｃｕ−Ｓｂ系の溶接金属に０．００１％以上添加すると、耐塩酸性を著しく向上させる必須元素である。さらに、Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％を満足する範囲では、Ｍｏは耐硫酸性を向上させる元素として作用し、上記耐塩酸性とともに耐硫酸性が向上する。Ｍｏ量の上限は、溶接金属の機械的性質への影響を考慮し、０．５％とする。
【００８６】
Ｓｂは、必要に応じて０．０１％以上添加すると、Ｃｕとともに共存して耐硫酸性および耐塩酸性をさらに向上させる元素であり、０．０１％を下限とする。十分な耐食性を得るには、０．０５％以上の添加が好ましい。一方、０．２％でその効果はほぼ飽和するので、０．０１〜０．２％に限定した。溶接金属中のＳｂが０．１５％を超えると溶接施工性が低下するので、０．０５〜０．１５％がより好ましい。
【００８７】
Ｐは、不可避的不純物元素であり、耐硫酸性および耐塩酸性を著しく阻害するので、その範囲を０．０３％以下とした。より好ましくは０．０１％以下に限定すると耐硫酸性および耐塩酸性が著しく改善される。０．００５〜０．０１％がより好ましく、０．００５％以下がさらに好ましい。
【００８８】
Ｓは、Ｐと同様に不可避的不純物元素であり、０．０３％を超えると、耐硫酸性が著しく低下するので、十分な耐硫酸性および耐塩酸性を確保する上で上限を０．０３％に限定する必要がある。しかしながら、図５に示したように、本発明のＣｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系の鋼においては、Ｓを０．００５％超で適量含有させると耐硫酸腐食性と共に耐塩酸腐食性が著しく向上する。このため溶接金属においても、０．００５％超含有させることが好ましい。しかし、０．０２％を超えて含有させてもその効果は飽和し、また、溶接金属の靭性確保を考慮すると０．０２％以下とするのが好ましい。特に、耐塩酸性、耐硫酸性および機械的性質を考慮すると、Ｓ：０．００５超〜０．０２％が最も好ましい。
【００８９】
本発明の溶接継手においては、母材および溶接金属が、下式＜１＞で定義される耐酸腐食性指数ＡＩが、ＡＩ≧０を満足する場合、極めて優れた耐塩酸性および耐硫酸性が得られる。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
図６は、ＡＩ値と硫酸腐食速度との関係を示すが、この図に示すとおり、耐酸腐食性指数ＡＩが０以上の場合には、耐硫酸性が顕著に向上することから、本発明では、溶接金属においても上記＜１＞式で求められる耐酸腐食性指数ＡＩが０以上となるように、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏを添加する。
【００９０】
ＡＩ≧０を満足する場合、すなわち、Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％を満足する場合、例えば、溶接金属のＣ量が０．０１％以下の場合には、０．１％Ｓｂ添加とすれば、０．５％以下のＭｏ添加で、優れた耐硫酸性と耐塩酸性および耐塩化物含有酸腐食性が得られる。
【００９１】
なお、前記ＡＩ値は、７５を超えた場合、すなわちＳｂが過剰な場合、耐硫酸性、耐塩酸性、および耐塩化物含有酸腐食性の向上効果は、ほぼ飽和するだけでなく、熱間加工性が低下するので、その上限を７５とするのがより好ましい。
【００９２】
さらに本発明の溶接継手においては、溶接継手の耐選択腐食性指数｜ΔＡＩ｜を適切な値とすることが好ましい。
【００９３】
溶接継手の耐選択腐食性指数｜ΔＡＩ｜は、母材の耐酸腐食性指数ＡＩ（母材）および溶接金属の耐酸腐食性指数ＡＩ（溶接金属）からの次の式＜３＞で規定される。
｜ΔＡＩ｜＝｜ＡＩ（母材）−ＡＩ（溶接金属）｜ ＜３＞
図８は｜ΔＡＩ｜と母材および溶接金属の硫酸腐食速度との関係を示す図であるが、図８に示すとおり、｜ΔＡＩ｜は、２０を超えると、母材または溶接金属のいずれかのＡＩ値の小さい方の腐食速度が増加し、硫酸環境下において選択的な加速腐食が生じる。したがって、このような溶接継手の選択的な加速腐食を防止するため、｜ΔＡＩ｜を２０以下とする。
【００９４】
また、本発明の溶接継手においては、溶接継手の強度、靭性、高温特性などの改善を目的として溶接継手の溶接金属に必要に応じて、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗの一種以上を添加する。
【００９５】
Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉは、それぞれ０．００５％以上の添加で、細粒化による強度靭性の向上、高温強度の向上に効果のある元素である。しかし、０．１％を超えるとその効果は飽和する。それゆえ、それぞれ０．００５〜０．１％を限定範囲とした。
【００９６】
Ｗは、０．０５％以上添加すると高温強度および耐塩酸性の向上に効果があり、それらの効果は１％で飽和するので、範囲を０．０５〜１％とした。
【００９７】
なお、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗの炭窒化物形成元素群を溶接金属中に過剰に添加すると、本発明の溶接継手の耐硫酸腐食性が阻害される。すなわち、これらの元素は、耐硫酸性限界Ｍｏ量を低下させる作用があり、その程度は、下記のＭｏ当量（Ｍｏeq）で整理できる。
Ｍｏeq（質量％）＝Ｍｏ％＋５．１×（Ｎｂ％＋Ｔａ％）＋４．２×Ｖ％＋９．３×Ｔｉ％＋０．５×Ｗ％
Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗが添加された場合、耐硫酸性を阻害しない限界の成分バランスは、上述のＡＩに代えて、拡張耐酸腐食性指数ＥＩで与えられる。ＥＩは、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏeq（質量％）の関数で、次式で＜２＞与えられる。
ＥＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏeq％＜２＞
所要の目的でＮｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗを複合添加する場合、ＥＩ≧０を満足する場合、極めて優れた耐塩酸性および耐硫酸性が同時に得られる。
【００９８】
すなわち、図７は、ＥＩ値と硫酸腐食速度との関係を示したものであるが、この図に示すとおり、拡張耐酸腐食性指数ＥＩが０以上の場合には、耐硫酸性が顕著に向上することが判る。したがって、本発明の溶接継手の溶接金属においては、上記＜２＞式で求められる拡張耐酸腐食指数ＥＩが０以上となるように、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏを添加する。
【００９９】
また、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗの一種以上が添加された場合、溶接継手の耐選択腐食性指数は、前述のＡＩにかえて、拡張耐酸腐食性指数ＥＩを用いて評価することにより、より優れた溶接継手とすることができる。
【０１００】
溶接継手の拡張耐選択腐食性指数｜ΔＥＩ｜は、母材の拡張耐酸腐食性指数ＥＩ（母材）および溶接金属の拡張耐酸腐食指数ＥＩ（溶接金属）から次の式＜４＞で規定される。
｜ΔＥＩ｜＝｜ＥＩ（母材）−ＥＩ（溶接金属）｜ ＜４＞
図９は、｜ΔＥＩ｜と母材および溶接金属の硫酸腐食速度との関係を示すものであるが図９に示すとおり、｜ΔＥＩ｜は、２０を超えると、母材または溶接金属のいずれかのＥＩ値の小さい方の腐食速度が増加し、硫酸環境下において選択的な加速腐食が生じる。したがって、このような溶接継手の選択的な加速腐食を防止するために｜ΔＥＩ｜を２０以下とするのが好ましい。
【０１０１】
本発明の溶接継手の溶接金属には、さらに必要に応じて、Ｃｒ、Ｎ、Ｎｉ、Ａｌを添加できる。
【０１０２】
Ｃｒは、耐候性などを向上させるために、必要に応じて０．１％以上添加する。しかし、０．５％を超えて添加すると、特に、本発明鋼の耐硫酸性が著しく低下するので、必要に応じて添加する場合は０．５％を上限とする。耐硫酸性および耐塩酸性をより向上させる点からは、Ｃｒ含有量を０．１％以下に限定するのが好ましく、さらには、無添加が最も好ましい。
【０１０３】
Ｎｉは、耐塩酸性を向上させる作用がある元素であり、本発明鋼におけるＣｕとＳｂとの添加で生じる溶接金属の高温割れを目的とし、必要に応じて０．１％以上添加するが、１％を超えて添加してもそれらの効果は飽和するので、０．１〜１％を限定範囲とした。０．１％〜Ｃｕ％×０．５の範囲とするのが特に好ましい。
【０１０４】
Ｎは、耐塩酸性を向上させる作用がある不可避的不純物元素であり、その必要に応じて、０．００１％以上添加するが、０．０２％を超える過度の添加は、溶接金属のブローホールの発生や溶接金属の靭性低下の原因となるため、０．００１〜０．０２％を限定範囲とした。
【０１０５】
Ａｌは、必要に応じて、０．００５％以上添加するが、０．１％を超えて添加すると耐塩酸性および溶接継手の靭性を損なうため、その範囲を０．００５〜０．１％とした。
【０１０６】
また、本発明の溶接継手の溶接金属には、必要に応じてＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｂを添加する。
【０１０７】
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｂは、清浄性の向上や粒径の微細化により溶接継手の溶接金属の靭性に寄与し、上限までの添加では耐食性への影響はないので、必要に応じて、それぞれ０．０００２％以上添加するが、その効果は、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは０．０１％超、Ｂでは０．００５％超で、耐食性に悪影響が出始めるので、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭでは０．０００２〜０．０１％、Ｂでは０．０００２〜０．００５％を限定範囲とした。
【０１０８】
また、本発明の溶接継手の溶接金属には、必要に応じて、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｂｉを添加する。
【０１０９】
Ｓｎ、Ｐｂは、溶接ビードのグラインダー手入れ性を向上させる作用を有し、その効果を得るために０．０１％以上添加する必要があるが、含有量が０．３％を超えると溶接金属の靱性が低下するためその含有量の上限を０．３％とする。
【０１１０】
Ｔｅ、Ｂｉは、耐酸性をさらに向上させる作用を有し、その効果を得るためにそれぞれ０．００１％以上添加する必要あるが、それぞれの含有量が０．１％を超えると溶接金属の靭性低下を招くので、それぞれの含有量の上限を０．１％とする。
【０１１１】
また、本発明の溶接継手の溶接金属には、必要に応じて、Ａｇ、Ｐｄを添加する。
【０１１２】
Ａｇ、Ｐｄは、高温高濃度硫酸環境下での溶接継手の溶接金属の耐食性を向上させる作用を有し、その効果を得るためにそれぞれ０．００１％以上添加する必要があるが、それぞれの含有量が０．５％、０．１％を超えるとコストが増し溶接施工性が低下するためその含有量の上限をそれぞれ０．５％、０．１％とする。
【０１１３】
次に、本発明にかかわる鋼の好ましい製造方法について述べる。連続鋳造または分解圧延後の再加熱温度は、圧延負荷などの観点から１０００℃以上が好ましく、１３００℃を超えて再加熱すると、結晶粒の粗大化、脱炭および酸化スケールの増大が著しくなるので、その範囲を１０００〜１３００℃とするのがよい。
【０１１４】
熱延の仕上げ温度は、８００℃を下回ると混粒化が避けられず、一方、１０００℃を超えると粗粒となるため、その範囲は、８００〜１０００℃とするのが好ましい。その後、ミクロ組織をフェライト主体とするために空冷する。ただし、いわゆる薄板の熱延では冷却速度が速くなりすぎる懸念があるため６００〜７５０℃で巻取り後空冷または炉冷する。なお、冷間圧延鋼板を製造する場合、熱延空冷後は、３０〜９０％の圧延率で冷間圧延を実施後、７００〜９００℃で連続焼鈍または箱焼鈍することが好ましい。
【０１１５】
本発明鋼は、使用に際して、例えば鋼塊として製造した後に、熱延、鍛造、冷延、伸線によって鋼板や棒線、型鋼、矢板などの任意の形状として、使用しても良く、さらにそれをプレス等で所定の形状に成形し、さらにまた加工・溶接して製品として製造しても良いし、鋼板を例えば電縫鋼管等としてまず鋼管の形状にした後に２次加工および溶接等によって製品に使用しても良く、その他のプロセスも含めてコストや既存製造設備の制約等によって最適な製品製造工程を選択することができ、どの製造工程を選択したとしても、本発明鋼が製造できればよい。
また、本発明の溶接継手は、上述の本発明鋼を、各種の溶接方法によって使用する場合に、優れた耐硫酸腐食性、耐塩酸腐食性を得ることができ、極めて好適である。本発明の溶接継手は、上述のように、各種の形状に成形された鋼材、或いはこれを加工により所定の形状とした鋼材を、各種の溶接方法によって溶接することによって得られる。通常、上記の鋼材を、必要に応じて適切な開先形状とした後、例えば、大気下或いはシールドガスを用いた雰囲気下でのアーク溶接、サブマージドアーク溶接などのアーク溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接など各種の溶接方法を用いて溶接することができる。この時、溶接棒の芯線、溶接ワイヤの組成、或いは溶接棒の被覆材、フラックスの組成、溶接雰囲気などを選択することによって溶接金属の組成を調整し、本発明の溶接継手とすることができる。
なお、本発明鋼および溶接継手は、適当な組成の合金の表面に、必要元素を含有する合金を、メッキ法やクラッド法等の方法で付着させ、熱処理などの適切な処理によって元素を拡散させ、請求範囲に記載の化学組成の表面を有する鋼材としても良い。また、本願発明鋼および溶接継手の使用に際して、表面処理、塗装、電気防食の併用、腐食抑制剤の投入などいかなる防食方法の使用を妨げるものではなく、これらの防食方法の使用は本願発明の範囲を逸脱するものではない。
【０１１６】
【実施例】
実施例１
表１、表２（表１の続き１）、表３（表１の続き２）、表４（表１の続き３）に示す化学組成の鋼を５０ｋｇ真空溶解炉で溶製し、鋳塊を鋼片としてこれを再加熱後、仕上げ温度８００℃〜９００℃の範囲で板厚６ｍｍに熱間圧延後、空冷した。該熱間圧延板から、腐食試験片および引張試験片を採取した。さらに、一部の供試鋼については、熱間圧延板を酸洗後、板厚１．２ｍｍに冷間圧延後、７００℃で６０秒ソルトバス焼鈍し、冷間圧延鋼板を試作し、引張試験片を採取した。
【０１１７】
【表１】
【０１１８】
【表２】
【０１１９】
【表３】
【０１２０】
【表４】
【０１２１】
前記引張試験片を用い、機械的性質（引張強度、伸び）を調査した。
【０１２２】
そして、前記腐食試験片を用い、耐塩酸性および耐硫酸性の各種耐食性について評価試験を行った。耐塩酸性に関しては、３Ｍ（モル／リットル）塩酸水溶液６０℃中に６時間浸漬し、腐食減量によって評価を行った。
【０１２３】
耐硫酸性に関しては、４０％硫酸水溶液６０℃に６時間浸漬し、腐食減量によって評価を行った。なお、本発明は、実施例で用いた諸条件で限定されるものではない。
【０１２４】
表５、表６（表５の続き１）、表７（表５の続き２）、表８（表５の続き３）に上記試験の材質評価結果を示す。
【０１２５】
【表５】
【０１２６】
【表６】
【０１２７】
【表７】
【０１２８】
【表８】
【０１２９】
Ｃ１〜Ｃ８、Ｃ１１〜Ｃ４８は、本発明例の鋼(以下、本発明鋼とする)である。一方、Ａ１〜Ａ２１およびＢ１〜Ｂ１４は、比較例の鋼（以下、比較鋼とする）であり、Ａ１は普通鋼、Ａ２〜Ａ８は従来の耐硫酸露点腐食鋼である。Ａ１５およびＡ１６は、特公昭４６−３４７７２号公報に示された鋼成分である耐硫酸露点腐食鋼である。比較鋼Ａ１７〜Ａ１８は、特開平１０−１１０２３７号公報に示された鋼成分である耐硫酸露点腐食鋼である。比較鋼Ａ２１は、特公昭４６−３４７７２号公報で述べられた鋼成分（当該公報の実施例第１表中の鋼種番号６）である。前記鋼種番号６は、前記公報の実施例のなかで最もＡＩ値が大きい。比較例Ｂ1〜Ｂ14は、本発明者らが本発明鋼に至る過程で得た耐塩酸腐食性に優れた低合金鋼ではあるが、耐酸腐食性指数ＡＩ値または拡張耐酸腐食性指数ＥＩが本発明の範囲外の鋼である。
【０１３０】
表５〜８の各種耐食性の評価は、比較鋼Ａ２、すなわちＣｕ−Ｓｂ系の耐硫酸露点腐食鋼（Ｓ−ＴＥＮ１鋼）との耐食性の相対評価を示すものであり、◎は比較鋼Ａ２に対して大幅に優れている、○は優れる、△は同等、▽はやや低い、×は劣る、を各々表している。なお、比較鋼Ａ２は、Ａ２〜Ａ８の従来の耐硫酸露点腐食鋼の中では、Ｃｕ−Ｓｂ系鋼で、Ｍｏ無添加であり、表５に示すように特に耐塩酸性、耐硫酸性とも優れている。このため、本発明鋼の耐食性の評価は、比較鋼Ａ２を基準として行ったものである。
【０１３１】
まず、比較鋼Ａ１〜Ａ２１およびＢ１〜Ｂ１４と、本発明鋼Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ１１〜Ｃ４８の耐塩酸性および耐硫酸性について説明する。
【０１３２】
比較鋼Ａ１は、上述のように普通鋼であり、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｂ等の添加量が本発明の範囲外であり、耐塩酸性および耐硫酸性は本発明鋼に比べて大幅に劣る。
【０１３３】
比較鋼Ａ２は、上述のようにＣｕ−Ｓｂ系の耐硫酸露点腐食鋼である。Ｍｏが無添加なので、耐塩酸性は比較鋼Ａ１〜Ａ８の中では最も良好であるが、本発明鋼Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ１１〜Ｃ４８と比較して、耐塩酸性は大幅に劣る。
【０１３４】
比較鋼Ａ３〜Ａ６は、何れもＣｕ−Ｃｒ系の耐硫酸露点腐食鋼である。
【０１３５】
比較鋼Ａ３は、Ｃｒが本発明の上限を超え、ＭｏおよびＳｂが無添加である点で本発明の範囲から外れるため、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１３６】
比較鋼Ａ４は、Ｃｒが本発明の上限を超え、Ｍｏが無添加である点が本発明の範囲外なので、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１３７】
比較鋼Ａ５は、Ｃｒが本発明の上限を超え、ＡＩ＜０である点が本発明の範囲外なので、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１３８】
比較鋼Ａ６は、Ｃｒが本発明の上限を超え、Ｓｂが無添加であり、ＡＩ＜０である点が本発明の範囲外なので、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１３９】
比較鋼Ａ７は、Ｍｏが無添加である点が本発明の範囲外なので、耐塩酸性および耐硫酸性は本発明鋼に比べて劣る。
【０１４０】
比較鋼Ａ８は、Ｍｏが無添加で、Ｃｒ、ＮｉおよびＳｂの含有量が本発明の範囲外なので、耐塩酸性および耐硫酸性は本発明鋼に比べて劣る。
【０１４１】
比較鋼Ａ９は、Ｐが本発明範囲の上限を超えているので、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１４２】
比較鋼Ａ１１は、耐塩酸性および耐硫酸性は本発明鋼とほぼ同等であるが、Ｓが本発明範囲の上限を超えているので、熱間加工時に鋼板表面に微細な割れが多数発生した。
【０１４３】
比較鋼Ａ１２は、Ｃｕ添加量が本発明範囲の下限より低く、ＡＩ＜０なので、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１４４】
比較鋼Ａ１３は、Ｍｏ添加量が本発明範囲の上限を超え、ＡＩ＜０なので、本発明鋼に比べて耐硫酸性が劣る。
【０１４５】
比較鋼Ａ１４は、比較鋼Ａ２の極低Ｃ系（０．００３％）の耐硫酸露点腐食鋼である。Ｍｏが無添加なので、耐塩酸性および耐硫酸性は、比較鋼Ａ２並であるが、耐塩酸性および耐硫酸性が本発明鋼に比較して劣る。
【０１４６】
比較鋼Ａ１５は、Ｓｂが無添加で、かつ、ＡＩ値＜０である。耐塩酸性は、比較鋼Ａ２とほぼ同等であるが、耐硫酸性は比較鋼Ａ２より劣る。すなわち、耐塩酸性、耐硫酸性ともに本発明鋼に比較して劣る。
【０１４７】
比較鋼Ａ１６は、ＡＩ値≧０を満たすが、本発明の必須元素であるＳｂが無添加であり、耐塩酸性および耐硫酸性は比較鋼Ａ２と同等である。すなわち、耐塩酸性、耐硫酸性ともに本発明鋼に比較して劣る。
【０１４８】
比較鋼Ａ１７およびＡ１８は、ＡＩ値＜０で本発明の範囲外であり、耐塩酸性は比較鋼Ａ２より優れるが、耐硫酸性は比較鋼Ａ２より劣っている．すなわち、本発明鋼と比較して耐塩酸性は同等であるが、耐硫酸性は劣る。
【０１４９】
比較鋼Ａ２１は、Ｓｂが無添加でＮｉ添加量も本発明の範囲外であり、かつ、ＡＩ値もＡＩ＜０である．耐塩酸性は比較鋼Ａ２と同等であるが、耐硫酸性は比較鋼Ａ２より劣る。すなわち、耐塩酸性および耐硫酸性ともに本発明鋼に比較して劣る。
【０１５０】
次に、比較鋼Ｂ１〜Ｂ１４の耐塩酸性および耐硫酸性について説明する。
【０１５１】
比較鋼Ｂ１〜Ｂ１４は、本発明に至る過程で発明者らによって見出された耐塩酸性に優れた鋼であり。本発明の鋼組成はいずれの限定元素についても満足するが、ＡＩ＜０あるいはＥＩ＜０で、ＡＩ値あるいはＥＩ値が本発明の範囲外である。そのため耐塩酸性は、本発明鋼Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ１１〜Ｃ４８と比較して同等に優れているが、耐硫酸性は劣る。
次に、本発明鋼Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ１１〜Ｃ４８の耐硫酸性および耐塩酸性について説明する。本発明鋼Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ１１〜Ｃ４８は、本発明の鋼成分を満足し、さらに、ＡＩ値≧０あるいはＥＩ値≧０を満足するように成分設計された極めて優れた耐塩酸性、および耐硫酸性を示す鋼である。
【０１５２】
Ｃ１〜Ｃ８、Ｃ１３〜Ｃ２６、Ｃ２８〜Ｃ４５は、Ｃｒを不純物として０．１％以下に限定した本発明鋼である。Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２７、Ｃ４７、Ｃ４８は、Ｃｒを本発明の範囲内で、選択元素として添加した本発明鋼である。
【０１５３】
Ｃｒを不純物として０．１％以下に限定した本発明鋼の耐塩酸性は、耐硫酸露点腐食鋼の比較鋼Ａ２〜Ａ８のなかで最も耐食性に優れるＡ２と比較しても５倍以上（表中評点、◎）であり、耐硫酸性は比較鋼Ａ２〜Ａ８のなかで最も耐食性に優れたＡ２の２倍以上（表中評点、〇）と優れている。
【０１５４】
Ｃｒを本発明の範囲内で添加した本発明鋼は、Ｃｒ無添加の本発明鋼よりも耐塩酸性および耐硫酸性がやや劣るが、比較鋼Ａ２と比較すると、十分優れている。
【０１５５】
本発明鋼Ｃ１３は、Ｓが０．００３％の例である。Ｃ１４は、Ｓが０．０１５％で、それ以外の組成およびＡＩはＣ１３と同一である。Ｃ１３は、比較鋼Ａ２と比較すると、耐硫酸性および耐塩酸性に優れているが、Ｃ１４と比較すると、耐塩酸性および耐硫酸性は劣る。それゆえ、Ｓを０．００５％超添加するとより優れた耐硫酸性および耐塩酸性が同時に得られることがわかる。
【０１５６】
以上のように、本発明鋼は耐硫酸性および耐塩酸性に優れていることが明らかである。
【０１５７】
次に、本発明鋼の機械的性質について説明する。
【０１５８】
表５〜表８に示すように、本発明鋼のＣ１、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ７、Ｃ１３〜Ｃ２３、Ｃ３２〜Ｃ４８は、引張強度で４００ＭＰａ超を示し、引張強度４００ＭＰａクラスの溶接構造用鋼（ＪＩＳ Ｇ３１０１相当）が得られている。さらに、表５〜表８に示すように、本発明鋼の炭素当量は最大でも０．３２％であり、０℃での溶接割れ試験結果でも上記の本発明鋼ではいずれも割れが認められなかったことから、十分な溶接性を有することは明らかである。
【０１５９】
それゆえ、これら上記の本発明鋼は、耐塩酸性、耐硫酸性に優れた溶接構造用鋼であることがわかる。
【０１６０】
また、Ｃ２、Ｃ５〜Ｃ８、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２４〜Ｃ３１は、いずれも冷間圧延鋼板での伸びが３５％超を示し、加工性にも十分優れた鋼板であることがわかる。
【０１６１】
さらに、比較鋼Ａ１およびＡ２と、本発明鋼Ｃ３およびＣ３６を溶融亜鉛めっき業者が使用中の塩酸酸洗水槽（１５質量％塩酸、３０℃、インヒビター添加）に浸漬し、ポイントマイクロメーターによる板厚減少量の測定で耐塩酸性を評価した。その結果を図８に示す。本発明鋼Ｃ３およびＣ３６の板厚減少速度（腐食速度）は、０．１ｍｍ／年を示した。比較鋼Ａ１は、１．２ｍｍ／年、比較鋼Ａ４は０．４ｍｍ／年を示した。本発明鋼の腐食速度は、比較鋼Ａ１に比較すると１／１２、比較鋼Ａ２と比較すると１／４であった。従って、本発明鋼は、塩酸酸洗槽用途において優れた耐塩酸性を有することが明らかである。
【０１６２】
さらに、比較鋼Ａ１およびＡ２と、本発明鋼Ｃ３、Ｃ１３〜Ｃ１５、Ｃ１７〜Ｃ２３およびＣ３６を溶融亜鉛めっき業者が使用中の硫酸酸洗水槽（２０質量％硫酸、４０℃、インヒビター添加）に浸漬し、塩酸酸洗槽での試験と同様に板厚減少速度で耐硫酸性の評価を実施した。その結果、本発明鋼の供試材の腐食速度は、比較鋼Ａ１に比較して最大でも１／１６、比較鋼Ａ２と比較して最大でも１／２であった。従って、本発明鋼は、硫酸酸洗槽用途において優れた耐硫酸性を有することが明らかである。
【０１６３】
さらに、比較鋼Ａ１およびＡ２と、本発明鋼Ｃ３、Ｃ１４〜Ｃ１８およびＣ３６を、硫酸露点腐食と塩酸露点腐食が同時に生じる、廃棄物焼却施設のバグフィールター入り側および煙突中段のマンホールに試験片を貼り付け、１年間暴露試験を実施した。バブフィルター入り側では、飛灰や塩化水素が比較的多量に含まれる排ガス環境であり、煙突中段のマンホールは、排煙処理後の灰や塩化水素が少ない排ガス環境である。腐食減量で耐硫酸露点および耐塩酸露点腐食性を評価した結果を図９に示す。本発明鋼の腐食減量は、比較鋼Ａ１に比較して１／１０以下、比較鋼Ａ２と比較して１／４であった。従って、本発明鋼は、硫酸露点腐食および塩酸露点腐食が同時に生じる廃棄物焼却施設の排煙環境において優れた耐食性を有することが明らかである。
実施例２
表９に供試心線成分を示し、表１０〜表１１（表１０の続き）は、本発明で試作、供試した被覆アーク溶接棒（棒径；４．０mm）の化学組成について示したものである。
【０１６４】
【表９】
【０１６５】
【表１０】
【０１６６】
【表１１】
【０１６７】
表１２、表１３（表１２の続き１）、表１４（表１２の続き２）、表１５（表１２の続き３）には、表１０〜表１１に示された被覆アーク溶接棒によって形成された溶着金属の化学組成と耐食性、溶接部品質および溶接施工性について示したものである。また、図１２（ａ），（ｂ）は、溶着金属の耐食性を判定するための腐食試験片の採取要領を、図１３は、溶接継手部の耐食性を判定するための腐食試験片の採取要領を、それぞれ示すものである。溶着金属の耐食性評価試験のための試験片１は、図１２に示すように、ＪＩＳの溶着金属の腐食試験片方法に基づいて作製した。すなわち、母材成分の影響を受けないように、普通鋼母材３上に交流溶接機を用い電流１７０Ａで６層の下盛４を施工した後の溶着金属２から機械加工で試験片１（４ｍｍ×２５ｍｍ×２５ｍｍ）を採取した。腐食試験は、８０℃，１０％塩酸で２４時間、４０℃，２０％硫酸で２４時間の浸漬腐食試験をそれぞれ行い、腐食減量を求めた。
【０１６８】
【表１２】
【０１６９】
【表１３】
【０１７０】
【表１４】
【０１７１】
【表１５】
【０１７２】
まず、表１２、表１３（表１２の続き１）、表１４（表１２の続き２）、表１５（表１２の続き３）に示した比較例の溶着金属（以下、比較溶着金属とする）Ｗ１〜Ｗ１８、本発明例の溶着金属（以下、本発明溶着金属とする）Ｗ２１〜Ｗ５３の耐塩酸性および耐硫酸性について説明する。
【０１７３】
比較例Ｗ１は、軟鋼用の溶接材料によって得られた溶着金属であるが、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｂが本発明の範囲外なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１７４】
比較例Ｗ２は、従来の耐硫酸性鋼用の溶接材料によって得られた溶着金属であるが、Ｓｂ、Ｎｉが本発明の範囲外なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１７５】
比較例Ｗ３は、Ｃｕ−Ｃｒ系の耐硫酸露点腐食鋼用の溶接材料によって得られた溶着金属であるが、Ｓｂ、ＮｉおよびＣｒが本発明の範囲外なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１７６】
比較例Ｗ４は、Ｐを本発明の範囲外で過剰に含有しているので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１７７】
比較例Ｗ５は、Ｓを本発明の範囲外で過剰に含有しているので、耐硫酸性および耐塩酸性は優れるが、溶接金属に割れが生じ、溶接施工性および溶接部品質が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より著しく劣る。
【０１７８】
比較例Ｗ６は、Ｃｕが本発明の下限未満なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１７９】
比較例Ｗ７は、Ｎｉ、Ｓｂが本発明の下限未満なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１８０】
比較例Ｗ８および比較例Ｗ１０は、Ｓｂが本発明の下限未満なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１８１】
比較例Ｗ９および比較例Ｗ１１は、Ｓｂが本発明の上限を超えているので、溶接施工性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より著しく劣る。
【０１８２】
比較例Ｗ１２は、耐酸性指数ＡＩ値が−１９．０と本発明の範囲（ＡＩ≧０）を外れているので、耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より著しく劣る。
【０１８３】
比較例Ｗ１３は、耐酸性指数ＡＩ値が−９．０と本発明の範囲（ＡＩ≧０）を外れているので、耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より著しく劣る。
【０１８４】
比較例Ｗ１４〜１８は、耐酸性指数ＥＩ値が本発明の範囲（ＥＩ≧０）を外れているので、耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より著しく劣る。
【０１８５】
以上のように、本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３は、耐硫酸性、耐塩酸性および溶接施工性ともにいずれも優れていることがわかる。
【０１８６】
次に、表１０〜表１１に示した本発明の溶接材料と表１６、表１７に示した母材７（板厚１６ｍｍ）を用い、電流１７０Ａ、溶接入熱１７〜１９kJ／cmで下向姿勢の突合せ溶接継手を試作し、図１３に示す位置から、溶接金属６と母材７との面積比を１：２となるように腐食試験片５（４ｍｍ×２５ｍｍ×６０ｍｍ）を採取し、上記と同じ条件で浸漬腐食試験を行ない、溶接継手部の耐食性を調査した。その結果を表１６、表１７に示す。
【０１８７】
【表１６】
【０１８８】
【表１７】
【０１８９】
表１６、表１７に示した比較例の溶接継手Ｊ１〜Ｊ４および本発明例の溶接継手Ｊ１１〜Ｊ１９の耐硫酸性、耐塩酸性を説明する。
【０１９０】
比較例Ｊ１は、軟鋼と軟鋼用溶接材料との溶接継手であり、母材および溶着金属のＣｕ、Ｎｉ、Ｓｂが本発明の範囲外なので、本発明例Ｊ１１〜Ｊ１９と比較して耐硫酸性および耐塩酸性が劣り、かついずれの条件でも溶接部の選択腐食を示す。
【０１９１】
比較例Ｊ２は、Ｃｕ−Ｃｒ系の耐硫酸性鋼とＣｕ系の溶着金属からなる溶接継手であり、母材および溶着金属のＮｉ、Ｓｂが本発明の範囲外なので、本発明例Ｊ２１〜Ｊ２９より劣る。
【０１９２】
比較例Ｊ３は、比較鋼Ａ２と本発明の範囲内である溶着金属Ｗ３１からなる溶接継手であり、母材中のＭｏが本発明の範囲外なので、母材部の耐塩酸性が劣るため、選択腐食を示す。それゆえ、本発明例Ｊ１１〜Ｊ１９より劣る。
【０１９３】
比較例Ｊ４は、本発明鋼Ｃ３６と溶着金属が比較例Ｗ２からなる溶接継手であり、溶着金属のＮｉ、Ｓｂが本発明の範囲外なので、本発明例Ｊ１１〜Ｊ１９より耐硫酸性および耐塩酸性が劣り、かつ、いずれの酸でも溶接部の選択腐食を示す。
【０１９４】
本発明例の溶接継手Ｊ１１〜Ｊ１９は、母材および溶着金属の化学成分が本発明の範囲内であり、かつ母材および溶着金属のＡＩ又はＥＩが本発明の範囲内であるので、耐硫酸性および耐塩酸性に優れていることがわかる。
【０１９５】
本発明例Ｊ１１〜Ｊ１３は、｜ΔＡＩ｜または｜ΔＥＩ｜が２０を超えているので、腐食速度は比較例Ｊ１〜Ｊ４と比較して低いが、選択腐食の傾向を示す。一方、本発明例Ｊ１４〜Ｊ１９は、｜ΔＡＩ｜または｜ΔＥＩ｜が２０以下なので、選択腐食が認められず、Ｊ１１〜Ｊ１３よりも、一層優れている。
【０１９６】
本発明例Ｊ１７〜Ｊ１９は、溶接継手におけるＣｒ添加量の影響を示したものである。鋼の場合と同様に、Ｃｒ量を０．１％以下に限定すれば、最も優れた耐塩酸性および耐硫酸性が得られる。また、Ｃｒ量を本発明の上限近く（０．５％）添加すると、Ｃｒにより耐食性がやや阻害されるが、比較例Ｊ１〜Ｊ４に対しては優れた耐食性を示す。
【０１９７】
これらの実施例から明らかなように、溶着金属に特定のＣｕ、Ｎｉ、Ｓｂを含有し、不純物元素であるＰ、Ｓを限定することにより、溶接金属部の耐塩酸性、および溶接継手の耐塩酸性が、軟鋼溶接材料の１０倍以上、従来の耐硫酸性鋼用の溶接材料と比較して３倍以上改善し、耐硫酸性も軟鋼溶接材料の８倍以上、従来の耐硫酸性鋼用の溶接材料と比較して同等以上の優れた耐食性を、溶接施工性を損なうことなく、得られることがわかる。
【０１９８】
すなわち、本発明の溶接継手が硫酸露点腐食および／または塩酸露点腐食が生じる低温腐食環境で優れた耐食性を有することが明らかである。
【０１９９】
【発明の効果】
本発明によれば、極めて優れた耐塩酸露点腐食性および塩化物を含む耐酸性を有し、耐硫酸露点腐食性にも優れる鋼が得られる。従って、火力発電所、自家用発電施設、各種一般・産業廃棄物処理施設で、燃焼排気ガスに曝され、激しい塩酸および／または硫酸露点腐食を生じる煙突、煙道、熱交換器、ケーシング、エキスパンジョン用材料として耐久性に優れ、装置寿命を延長または維持管理を低減できる鋼を経済的に提供することが可能である。
【０２００】
本発明によれば、塩酸や硫酸を使用した酸洗設備の鋼製浴槽用途への優れた耐食性を示す溶接構造用鋼を経済的に提供することが可能である。
【０２０１】
また、本発明は極めて優れた耐塩酸性と耐硫酸性を有した溶接継手を、容易にかつ安価に提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｕ−Ｓｂ系鋼の耐塩酸性に及ぼすＭｏの添加量の影響を示す図。
【図２】Ｃｕ−Ｓｂ系鋼の耐硫酸性に及ぼすＭｏの添加量の影響を示す図。
【図３】Ｃ−Ｃｕ−Ｍｏ系鋼の耐硫酸性に及ぼすＣ、Ｍｏの添加量の影響を模式的に示す図。
【図４】Ｃｕ−Ｍｏ系鋼の耐硫酸性限界Ｍｏ量線に及ぼすＳｂ量の影響を示す図。
【図５】Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼の耐塩酸性に及ぼすＳ添加量の影響を示す図。
【図６】Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼のＡＩ値と硫酸中腐食速度との関係を示す図。
【図７】Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼のＥＩ値と硫酸中腐食速度との関係を示す図。
【図８】本発明鋼および比較鋼の塩酸酸洗槽での板厚減少量の経時変化を示す図。
【図９】本発明鋼および比較鋼の，廃棄物焼却施設の排煙装置での腐食速度を示す図。
【図１０】本発明の溶接継手における｜ΔＡ｜と母材および溶接金属の硫酸中腐食速度との関係を示す図。
【図１１】本発明の溶接継手における｜ΔＥ｜と母材および溶接金属の硫酸中腐食速度との関係を示す図。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、溶着金属の耐食性を判定するための腐食試験片の採取要領を示す図で、（ｂ）図は（ａ）図のｘ−ｘ’断面図を示す。
【図１３】溶接継手部の耐食性を判定するための腐食試験片の採取要領を示す図。
【符号の説明】
１…溶着金属の腐食試験片
２…溶着金属
３…母材
４…下盛り（６層）
５…溶接継手の腐食試験片
６…溶接金属
７…母材
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐酸腐食性に優れた低合金鋼および溶接継手に関する。詳しくは、耐塩酸性および耐硫酸性に優れた低合金鋼並びに溶接継手、すなわち、主にボイラーやガス化溶融炉の燃焼排気ガス雰囲気で生じる硫酸露点腐食、塩酸露点腐食が生じる環境および硫酸や塩酸の水溶液に接する環境において優れた耐食性を有する低合金鋼および溶接継手に関するものである。
【０００２】
より詳しくは、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、木工屑、繊維屑、廃油、プラスチック、排タイヤ、医療廃棄物などの産業廃棄物、および下水汚泥などを燃焼させるボイラーの排煙設備、すなわち、煙道ダクト、ケーシング、熱交換器、ガス−ガスヒーター、湿式または乾式の脱硫装置、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、減温塔、バグフィルター、煙突などに使用される低合金鋼および溶接継手に関する。さらに詳しくは、排煙設備で生じる硫酸および塩酸露点腐食に対して優れた耐食性を示し、溶接構造用としても適用可能で、厳しい冷間加工性が要求される熱交換チューブのフィン材や空気予熱器の伝熱エレメント板、煙道のエキスパンジョンなどに適用可能で、経済性にも優れた耐酸露点腐食低合金鋼および溶接継手、または、塩酸、硫酸などの単独または混合の酸洗液を収める鋼製めっき酸洗槽用の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼並びに溶接継手に関する。
【０００３】
【従来の技術】
火力発電所や都市ごみ焼却施設および産業排気物焼却施設の燃焼排気ガスは、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、酸素などで主に構成されている。特に、焼排気ガス中に三酸化硫黄が１ｐｐｍでも含まれていると、排気ガスの露点は１００℃以上に達し、いわゆる硫酸露点腐食が生じるが、この対策としていわゆる耐硫酸露点腐食鋼（例えば、特公昭４３−１４５８５号公報など）や高耐食ステンレス鋼（特開平７−３１６７４５号公報）が使用されている。
【０００４】
石炭焚き火力ボイラーや、一般あるいは産業廃棄物の焼却施設の排煙系統では、燃焼ガス中に前記の三酸化硫黄のほかに相当量の塩化水素を含有するため、硫酸凝結と塩酸凝結が生じる。硫酸露点温度と塩酸露点温度は、燃焼排気ガス組成によって変動する。一般に硫酸露点温度は１００〜１５０℃程度で、塩酸露点温度は５０〜８０℃である。それゆえ、排煙系統では、同一の装置でも部位や構造によって、通過する燃焼ガス温度はほぼ一定でも壁面温度によって硫酸露点腐食支配と塩酸露点腐食支配のところが生じるため、構成部材としては、耐硫酸露点腐食性と耐塩酸露点腐食性の双方に対して優れた材料の開発が課題であった。
【０００５】
この課題に対して、特公昭４６−３４７７２号公報では、極低Ｃ（Ｃ≦０．０３質量％）とし、さらにＣｕ，Ｍｏを添加して耐硫酸性および耐塩酸性を高めた極低炭素耐酸低合金鋼に関する技術が開示されている。
【０００６】
また、特開平９−２５５３６号公報では、低Ｓ化およびＳｎおよび／またはＳｂを添加させることによって耐硫酸露点腐食性を確保しながら耐塩酸露点腐食性を改善した耐硫酸露点腐食鋼に関する技術が開示されている。また、特開平１０−１１０２３７号公報では、極低Ｓ化（Ｓ≦０．００５質量％）の含銅鋼にＳｎおよび／またはＳｂを添加し、さらにＳｎ／Ｓｂ添加で生じる熱間加工性の低下を改善するためにＭｏおよび／またはＢを添加して、耐硫酸性と耐塩酸性および熱間加工性に優れた鋼が開示されている。
【０００７】
しかし、特公昭４６−３４７７２号公報の技術では、極低Ｃ化に限定されているため、強度の確保に他の高価な合金元素を必要とし、引張強度が４００Ｎ／ｍｍ2未満でも適用可能なエアヒーターの伝熱エレメント板などへの適用に限られ、溶接構造用鋼としての適用が難しいといった問題があった。さらに、詳細は後述するが、該公報に示された成分添加範囲でＭｏを過剰に添加すると、硫酸濃度が１０〜４０質量％での耐硫酸性が著しく阻害されるといった問題がある上に、耐塩酸性についても、条件によっては特公昭４３−１４５８５号公報およびＳ−ＴＥＮ１鋼（Ｃｕ−Ｓｂ系鋼）（新日本製鉄株式会社製品カタログ、耐硫酸露点腐食鋼Ｓ−ＴＥＮ，Ｃａｔ．Ｎｏ．ＡＣ１０７，１９８１．６版）よりも劣るといった問題があった。
【０００８】
そして、特開平７−３１６７４５号公報などで開示された耐硫酸露点腐食ステンレス鋼は、塩酸露点腐食環境では露点腐食とともに塩化物の濃縮による応力腐食割れやすきま腐食が生じるため、耐全面腐食性に加えて耐応力腐食割れ性および耐すきま腐食性を確保する必要があり、従って、必然的に高合金化せざるを得ず、低合金鋼と比較して遥かに高価となり、かつ高強度となるため、耐酸性と冷間加工性の両立が難しいといった問題があった。
【０００９】
また、特開平９−２５５３６号公報で開示された鋼の耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性は、上記Ｓ−ＴＥＮ１鋼の耐塩酸露点腐食性と同等またはそれ以下であるといった問題があった。
【００１０】
また、特開平１０−１１０２３７号公報で開示された鋼は、極低Ｓ化を必須とするもので、製鋼コストの過度な上昇を招くといった問題が第１にあった。しかし、第２に、過度な低Ｓ化は、後述するように、耐硫酸性を阻害することが本発明者の研究で新たに見出された。さらに、第３に、溶接構造用鋼の場合、溶接金属についても同等のレベルでの極低Ｓ化を達成する必要があるが、溶接施工性の確保等の諸条件を踏まえると、これを達成することが極めて難しいために、溶接構造物への使用、すなわち継ぎ手として使用する際に、継ぎ手の耐食性を確保することが難しいといった問題があった。さらに、第４にＳｎおよび／またはＳｂの添加を必須としているが、後述するように、過剰なＳｎ単独またはＳｎおよび／またはＳｂの複合添加は鋼板の靭性を著しく阻害するので、ダクトや煙突などの溶接構造用熱間圧延鋼板としては実用的でないといった問題があった。
【００１１】
本発明者の検討によれば、これまで開発された各種の耐硫酸露点腐食鋼のうち、Ｃｕ−Ｓｂ系鋼を基本成分系とした前記Ｓ−ＴＥＮ１鋼が最も優れた耐塩酸性を有していることが判明している。
【００１２】
しかしながら、塩化ビニルや家庭生ごみを燃やす廃棄物焼却施設では、施設によっては排気ガス中の塩化水素濃度が４０００ｐｐｍに達する場合もあることから、Ｓ−ＴＥＮ１鋼の耐硫酸性を維持しながら耐塩酸性を飛躍的に向上させ、かつ、溶接構造用鋼としても冷間加工性に優れた冷間圧延鋼板としても製造でき、さらに、耐塩酸性に優れた高耐食ステンレス鋼よりも遥かに経済的な、新たな耐硫酸露点腐食鋼が強く求められていた。
また、これらの低合金鋼は通常溶接構造物として使用されることが多い。
【００１３】
一般に溶接構造物が腐食環境で使用される場合、溶接部と母材との間で耐食性に差異があると、耐食性の劣る方が選択的に腐食され、構造物の寿命が著しく短くなる。また、溶接部が選択的に腐食すると、腐食孔で応力集中が生じ、極端な場合は構造物の破壊を招く恐れもある。このように、溶接構造物の利用において、腐食劣化が無視できない用途の場合には、母材だけでなく溶接部の耐食性も十分に確保する必要がある。
【００１４】
石炭焚き火力やごみ焼却施設などの煙道、煙突などの排煙設備では、排ガス中の三酸化硫黄および塩化水素に起因して、硫酸露点腐食、塩酸露点腐食が生じる。このような環境に対して、耐硫酸露点腐食鋼（例えば、新日本製鐵株式会社、S-TEN製品カタログ、Cat．No．AC107、 1981．6版）が使用されている。溶接材料としては、軟鋼用の溶接材料や耐硫酸露点腐食鋼専用の溶接材料（例えば、日鐵溶接工業株式会社 ニッテツ溶接材料・機器ハンドブック、p61,p164,p.208,p.291）が使われている。
【００１５】
耐硫酸露点腐食鋼専用の溶接材料は、耐食元素としてＣｕを単独で含む材料や、Ｃｕ−Ｃｒ系を含む材料であった。これらの既存の溶接材料を使用して得られる溶接継手は、重油専焼ボイラのプラント排煙装置で生じる硫酸露点腐食環境では十分に優れた耐食性を示すが、石炭焚きボイラやごみ焼却またはごみのガス化溶融施設などでは、硫酸露点腐食と塩酸露点腐食が同時に生じるため、溶接部の溶接金属の耐食性が十分でなく、母材に比べて耐食性の劣る溶接金属が選択的に腐食されるといった課題があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、耐酸露点腐食性に優れた低合金鋼および溶接継手、詳しくは、耐塩酸性および耐硫酸性に優れた低合金鋼並びに溶接継手、すなわち、主にボイラーやガス化溶融炉の燃焼排気ガス雰囲気で生じる硫酸露点腐食および塩酸露点腐食に対して優れた耐食性を有する低合金鋼および溶接継手を提供することにある。
【００１７】
より詳しくは、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、木工屑、繊維屑、廃油、プラスチック、排タイヤ、医療廃棄物などの産業廃棄物、および下水汚泥などを燃焼させるボイラーの排煙設備、すなわち、煙道ダクト、ケーシング、熱交換器、ガス−ガスヒーター、湿式または乾式の脱硫装置、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、減温塔、バグフィルター、煙突などに使用される低合金鋼および溶接継手を提供することにある。さらに詳しくは、排煙設備で生じる硫酸および塩酸露点腐食に対して優れた耐食性を示し、溶接構造用としても適用可能で厳しい冷間加工性が要求される熱交換チューブのフィン材や、空気予熱器の伝熱エレメント板、煙道のエキスパンジョンなどに適用可能で、経済性にも優れた耐酸露点腐食低合金鋼および溶接継手、または、塩酸、硫酸などの単独または混合の酸洗液を収める鋼製めっき酸洗槽用の耐塩酸性に優れた耐硫酸露点腐食低合金鋼および溶接継手を経済的に提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性に及ぼす冶金因子を詳細に検討した結果、耐硫酸露点腐食鋼Ｓ−ＴＥＮ１（Ｃｕ−Ｓｂ系鋼）に、後述する耐酸腐食性指数ＡＩ値が正（０以上）となる範囲内でＭｏを極微量添加することで、従来のようにＳ量を極低量に限定することなく、前記Ｓ−ＴＥＮ１鋼より優れた耐硫酸露点腐食性を確保しながら耐塩酸露点腐食性を大幅に向上できることを見出した。以下に、本発明にかかる発明者の知見を詳細に述べる。なお、以下において、成分添加量の％は、質量％をあらわすものとする。
【００１９】
従来、Ｍｏは、鋼および含銅低合金鋼の耐硫酸性を著しく阻害する元素として理解されている（例えば、小若、諸石、室谷：日本金属学会昭和４１年度大会春期大会講演概要、ｐ．８４（１９６６）、寺前、門、乙黒、轟：富士製鉄技報、１７，ｐ．１０３（１９６８））。しかし、これまでのＭｏの影響を調査した研究においては、添加量が０．１％超であることに、発明者は着目し、０．１％以下のＭｏの微量添加がＣｕ−Ｓｂ系鋼の耐塩酸性、耐塩化物含有酸腐食性、および耐硫酸性の腐食挙動に及ぼす影響について詳細に調査した。
【００２０】
その結果、
１）図１に示すように、Ｃｕ−Ｓｂ系鋼において、極微量（０．０１％未満）のＭｏ添加で、耐塩酸性が飛躍的に向上する特異点が存在することがわかった。 ２）さらに、同様に図２から判るように、Ｃｕ−Ｓｂ系鋼において、従来、耐硫酸性に対する阻害元素と言われていたＭｏを極微量添加することにより、従来知られていた知見とは逆に、耐硫酸性をも向上させることができることがわかった。
３）また、図２から、Ｍｏを特定量以上過度に添加すると耐硫酸性が阻害されることがわかった。
【００２１】
そこで、耐硫酸性を阻害しない限界のＭｏ添加量（以下、「耐硫酸性限界Ｍｏ量」と記す）を次のように定義した。すなわち、Ｍｏ以外の組成は同じで、Ｍｏを含有する鋼と、Ｍｏを含有しない鋼との耐硫酸性を比較して、Ｍｏを含有すると耐硫酸性が低下する場合のＭｏ含有量の上限値を、「耐硫酸性限界Ｍｏ量」と定義した。
【００２２】
耐硫酸性限界Ｍｏ量は、鋼中のＣ、Ｓｂ量と極めて明確な関係にあり、下式＜１＞で定義されるＡＩ値（耐硫酸・塩酸腐食性指標）に対してＡＩ＝０を満たす。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
ただし、「％」は「質量％」を示す。
【００２３】
本発明鋼において、図１および図２に示すとおり、Ｍｏの添加量により耐塩酸腐食性は向上するが、所定量以上の過度のＭｏ添加は耐硫酸腐食性を著しく阻害し、その耐硫酸腐食性を維持できる限界Ｍｏ量は、上記＜１＞式で求められるＡＩが０の場合のＭｏ量に相当する。
【００２４】
ＡＩ＜０の場合においては、優れた耐塩酸性は維持されるが、従来から報告されているように、耐硫酸性を低下させ、一方、ＡＩ≧０を満たす場合においては、耐硫酸性と耐塩酸性が共に向上する。
【００２５】
図３は、Ｃ−Ｃｕ−Ｍｏ系鋼でのＭｏ−Ｃバランス図において、ＡＩ＝０を満たす耐硫酸性限界Ｍｏ量線と耐硫酸性との関係を説明した図である。耐硫酸性限界Ｍｏ量線の左側は、ＡＩ≧０を満たす場合であり、耐塩酸性および耐硫酸性を共に向上させる。一方、耐硫酸性限界Ｍｏ線の右側は、ＡＩ＜０の場合であり、優れた耐塩酸性は維持されるが、耐硫酸性を低下させる。
【００２６】
ＡＩ値からわかるように、Ｃ量が一定の場合には、Ｓｂの添加は、耐硫酸性限界Ｍｏ量を増加させる作用がある。この知見は工業上極めて意義が大きい。以下にその意義について説明する。
【００２７】
Ｓｂを含まないＣｕ−Ｍｏ系鋼と、Ｃｕ−Ｓｂ−Ｍｏ系鋼とについて上記と同様の検討を行った。その結果、Ｃｕ−Ｍｏ系鋼は、Ｃｕ−Ｓｂ−Ｍｏ系鋼ほどの優れた耐塩酸性は得られず、Ｍｏが耐硫酸性の阻害元素として作用する耐硫酸性限界Ｍｏ量は、Ｃ％×Ｍｏ％＝０．０００５で与えられた。
【００２８】
図４は、Ｓｂの添加の効果を示すもので、Ｃｕ−Ｍｏ系鋼（Ｓｂ添加なし）と、Ｃｕ−Ｓｂ−Ｍｏ系鋼（０．１％Ｓｂ、０．１５％Ｓｂ）における耐硫酸性限界Ｍｏ量線を示したものである。Ｃｕ−Ｍｏ系鋼（Ｓｂ添加なし）で０．１％Ｃの場合、耐硫酸性限界Ｍｏ量は０．００５％となる（図４中の１）。それゆえ、溶接構造用鋼として強度確保のためにＣを０．１％前後含有させる必要がある場合、Ｓｂを含まないＣｕ−Ｍｏ系鋼で優れた耐硫酸性および耐塩酸性を確保するためには、Ｍｏを０．００５％以下に管理する必要があるが、鋼中Ｍｏ量の工業的な管理幅は、図４中の４に示すように±０．０２％程度であることから、この範囲に鋼中Ｍｏ量を工業的に管理することは極めて難しい。
【００２９】
一方、Ｃｕ−Ｍｏ−０．１％Ｓｂ系鋼で０．１％Ｃの場合、耐硫酸性限界Ｍｏ量は０．０５％で与えられ（図４中の２）、０．０５％以下で有意に添加すればよく、また、Ｃｕ−Ｍｏ−０．１５％Ｓｂ系鋼で０．１％Ｃ鋼の場合、耐硫酸性限界Ｍｏ量は０．０７５％（図４中の３）で与えられ、０．０７５％以下で添加すればよいので、工業的な鋼中Ｍｏの管理幅である±０．０２％（図４中の４）の範囲内で容易に管理できる。
【００３０】
上述のＣｕ−Ｍｏ系鋼とＣｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼の耐硫酸性および耐塩酸性について詳細に調査して得た知見をまとめると、
１）Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼は、Ｃｕ−Ｍｏ系鋼やＣｕ−Ｓｂ系鋼と比較して、耐塩酸性に飛躍的に優れている。
２）Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼およびＣｕ−Ｍｏ系鋼で、Ｍｏをある上限値の範囲内、すなわち、耐硫酸性限界Ｍｏ量以下で添加すると、従来有害といわれていたＭｏが耐硫酸性を向上させる作用をおよぼす。
３）耐硫酸性限界Ｍｏ量の上限値は、鋼中ＣおよびＳｂ量と明瞭な関係で示すことができ、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼の場合は、
Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％、
Ｃｕ−Ｍｏ系鋼の場合は、
Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５
で与えられる。この関係を指標として表わしたのが、前述のＡＩ、すなわち、
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％
であり、ＡＩ≧０では、耐塩酸性および耐硫酸性とも極めて優れる。
【００３１】
本発明者らは、さらに、前述のような耐塩酸腐食性と耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼を溶接構造物として使用する場合における溶接継手の耐塩酸腐食性と耐硫酸腐食性に及ぼす冶金的要因について検討した結果、母材を前述のような組成とした低合金鋼とし、且つ溶接金属を、母材における耐塩酸腐食性及び耐硫酸腐食性の向上の知見に基づいて、特定の組成とすることによって、すなわち、１）溶接金属の組成をＣｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系とし、２）ＡＩ値を特定範囲とするとことによって、耐塩酸腐食性と耐硫酸腐食性に優れた溶接継手を得ることができる。また、好ましくは、母材のＡＩ値と溶接金属のＡＩ値との差を特定の範囲とすることによって、さらに優れた溶接継手を得ることができるという知見を得た。
【００３２】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
【００３３】
（１）質量％で、Ｃ ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、Ｓｂ：０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記＜１＞式で求められる耐酸腐食性指数ＡＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示す。
【００３４】
（２）質量％で、Ｃ ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、Ｓｂ：０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｔａ：０．００５〜０．１％、Ｖ ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｗ ：０．０５〜１％のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記＜２＞式で求められる耐酸腐食性指数ＥＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
ＥＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏｅｑ ＜２＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示し、上記Ｍｏｅｑ（質量％）は、Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋５．１×（Ｎｂ％＋Ｔａ％）＋４．２×Ｖ％＋９．３×Ｔｉ％＋０．５×Ｗを示す。
【００３５】
（３）質量％で、Ｓ：０．００５超〜０．０２５％を含有することを特徴とする（１）または（２）のいずれかに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００３６】
（４）質量％で、さらに、Ｃｒ：．１〜０．５％を含有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００３９】
（５）質量％で、さらに、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００４０】
（６）質量％で、さらにＣａ：０．０００２〜０．０１％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００２〜０．０１％、Ｂ ：０．０００２〜０．００５％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００４１】
（７）質量％で、さらにＳｎ：０．０１〜０．３％、Ｐｂ：０．０１〜０．３％、Ｔｅ：０．００１〜０．１％、Ｂｉ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００４２】
（８）質量％で、さらにＡｇ：０．００１〜０．５％、Ｐｄ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
【００４３】
（９）質量％で、Ｃ ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、Ｓｂ；０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる母材と、質量％で、Ｃ ：０．００５〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．５％、Ｓｂ：０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ ：０．０３％以下、Ｓ ：０．０３％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶接金属とからなり、かつ、前記母材および溶接金属の下記＜１＞式で求められる耐酸腐食性指数ＡＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示す。
【００４４】
（１０）前記母材と溶接金属の耐酸腐食性指数ＡＩの差分絶対値｜ΔＡＩ｜が２０以下であることを特徴とする（９）に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ただし、｜ΔＡＩ｜＝｜ＡＩ（母材）−ＡＩ（溶接金属）｜
【００４５】
（１１）質量％で、Ｃ ：０．００１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、Ｓｂ；０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ ：０．０５％以下、Ｓ ：０．０５％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｔａ：０．００５〜０．１％、Ｖ ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｗ ：０．０５〜１％のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる母材と、質量％で、Ｃ ：０．００５〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｍｏ：０．００１〜０．５％、Ｓｂ：０．０１〜０．２％、Ｎｉ：０．１〜１％、Ｎ ：０．００１〜０．００７％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ ：０．０３％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｔａ：０．００５〜０．１％、Ｖ ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｗ ：０．０５〜１％のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶接金属とからなり、かつ、前記母材および溶接金属の下記＜２＞式で求められる耐酸腐食性指数ＥＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ＥＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏｅｑ ＜２＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示し、上記Ｍｏｅｑ（質量％）は、Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋５．１×（Ｎｂ％＋Ｔａ％）＋４．２×Ｖ％＋９．３×Ｔｉ％＋０．５×Ｗを示す。
【００４６】
（１２）前記母材と溶接金属の耐酸腐食性指数ＥＩの差分絶対値｜ΔＥＩ｜が２０以下であることを特徴とする（１１）に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ただし、｜ΔＥ｜＝｜ＥＩ（母材）−ＥＩ（溶接金属）｜
【００４７】
（１３）前記母材が、質量％で、Ｓ：０．００５超〜０．０２５％を含有し、前記溶接金属が、質量％でＳ：０．００５超〜０．０２％を含有することを特徴とする（９）〜（１２）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００４８】
（１４）前記母材および溶接金属が、質量％で、さらに、Ｃｒ：０．１〜０．５％を含有することを特徴とする（９）〜（１３）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００５１】
（１５）前記母材および溶接金属が、質量％で、さらに、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有することを特徴とする（９）〜（１４）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００５２】
（１６）前記母材および溶接金属が、質量％で、さらにＣａ：０．０００２〜０．０１％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００２〜０．０１％、Ｂ ：０．０００２〜０．００５％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（９）〜（１５）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００５３】
（１７）前記母材および溶接金属が、質量％で、さらにＳｎ：０．０１〜０．３％、Ｐｂ：０．０１〜０．３％、Ｔｅ：０．００１〜０．１％、Ｂｉ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（９）〜（１６）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００５４】
（１８）前記母材および溶接金属が、質量％で、さらにＡｇ：０．００１〜０．５％、Ｐｄ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（９）〜（１７）のいずれか１つに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
【００５５】
【発明の実施の形態】
本発明について詳細に説明する。まず、本発明の低合金鋼および溶接継手の母材（以下、これらを本発明鋼という）、および溶接継手の溶接金属にかかわる成分元素とその添加量について説明する。なお、成分添加量の％は質量％を意味する。
(1)本発明鋼（低合金鋼、溶接継手母材）
Ｃは、０．００１％未満に低減することは工業的には経済性を著しく阻害するので、０．００１％以上添加するが、強度を確保するためには、０．００２％以上の添加が好ましい。従来Ｃは、耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性をやや低下させる元素といわれていたが、本発明によれば、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼の場合、０．０６％以下の場合、耐塩酸性の阻害効果はわずかである。また、耐硫酸性については、Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％を満足する場合、耐硫酸性を阻害はしないが、この式を超えるＣ量を添加すると耐硫酸性は急激に低下する。耐塩酸性がより重視される用途の場合、上記限定は必要なく、０．００５％以上の添加が好ましい。一方、０．２％を超えると溶接性、耐硫酸性および塩酸性が低下するので、０．００１〜０．２％を限定範囲とした。特に、煙突、ダクトなどの溶接構造用途には、０．０２〜０．１５％、冷間加工用途には０．００２〜０．０３％とするのが好ましい。
【００５６】
Ｓｉは、脱酸のために０．０１％以上添加する。過度の添加は、熱延鋼板の場合、熱延スケールの固着（デスケール性の低下）を招き、いわゆる唐草模様やあばたと呼ばれるスケール疵が急激に増えるため、２．５％を上限した。Ｓｉは、添加量にほぼ比例して耐硫酸性を向上させる効果があるが、耐塩酸性についての効果は認め難い。それゆえ、耐塩酸性を重視する場合は、０．５５〜１．２％とするのが好ましい。溶接構造用鋼としての溶接性や溶接部の靭性および製造性を考慮する場合は、０．１〜０．５５％とするのが好ましい。さらに、熱間圧延鋼板の製造時に生成するスケール疵の生成率を考慮すると、０．２〜０．３５％とするのが最も好ましい。
【００５７】
Ｍｎは、鋼の強度調整のため０．１％以上添加するが、その上限は２％で十分であるので、０．１〜２％を限定範囲とした。また、Ｍｎ添加量の増加は、耐硫酸性をやや低下させる傾向を示すが、本発明のＣｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系の優れた耐硫酸性を著しく阻害するものではないので、溶接構造用鋼として、必要な機械的特性に応じたＣ−Ｍｎバランスで添加すればよい。耐食性を最大限に得ようとする場合は、０．１〜０．７％の範囲とするのが望ましい。
【００５８】
Ｃｕは、耐硫酸性および耐塩酸性を確保するためには０．１％以上の添加が必須であり、一方、１％を超えて添加してもそれらの効果はほぼ飽和し、過度の強度上昇および製造性の低下を招くため、０．１〜１％を限定範囲とした。好ましくは、０．２〜０．４％の添加が耐食性および製造性のバランスにおいて極めて優れている。
【００５９】
Ｍｏは、Ｃｕ−Ｓｂ系鋼に０．００１％以上添加すると、耐塩酸性を著しく向上させる必須元素である。例えば、３００トン転炉で鋼を溶製する場合、３０ｋｇ以上のＭｏ酸化物または地金を投入すると、鋼中のＭｏ量が発光分光分析（カントバック）の分析下限値（０．００３％）未満でも効果を発現するので、工業的には、溶鋼中へのＭｏ合金の投入がＭｏの溶鋼への歩留まりによらず確認されればよい。さらに、Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％を満足する範囲では、Ｍｏは耐硫酸性を向上させる元素として作用し、上記耐塩酸性とともに耐硫酸性が向上する。耐硫酸性を阻害しない耐硫酸性限界Ｍｏ量は、前述のように、低Ｃまたは高Ｓｂほど、緩和される（増加する）。Ｍｏ量の上限は、機械的性質への影響を考慮し、０．１２０％とする。
【００６０】
Ｓｂは、耐硫酸性、耐塩酸性、および耐塩化物含有酸腐食性を得るために０．０１％以上の添加が必須である。耐硫酸性は、Ｓｂ量が多いほど向上するが、０．１％でほぼ飽和し、０．２％を超えて添加すると、熱間加工性、鋼板および溶接継手の靭性が低下するので、０．０１〜０．２％とした。耐食性、熱間加工性および機械的特性とのバランスを勘案すると、０．０５〜０．１５％とするのが好ましい。
【００６１】
Ｐは、不可避的不純物元素であり、耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性を著しく阻害するので、その範囲を０．０５％以下とした。より好ましくは、０．０１％以下に限定すると、耐硫酸露点腐食性および耐塩酸露点腐食性は著しく改善される。脱Ｐ工程の負荷および経済性を考慮すると、０．００５〜０．０１％とするのが最も好ましい。
【００６２】
Ｓは、Ｐと同様に不可避的不純物元素であり、０．０５％を超えると、熱間加工性および機械的性質が阻害されるので、上限を０．０５％とした。しかしながら、図５に示すように、本発明のＣｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼においては、Ｓを０．００５％超で適量含有させると、耐硫酸性および耐塩酸性が著しく向上するので、０．００５％超含有させることが好ましい。しかし、０．０２５％を超えて含有させても、その効果は飽和するので０．００５超〜０．０２５％含有させるのが好ましい。特に、耐塩酸性、耐硫酸性、機械的性質（耐ラメラテア性など）および熱間加工性を考慮すると、０．０１〜０．０２５％とするのが最も好ましい。
【００６３】
本発明鋼においては、下式＜１＞で定義される耐酸腐食性指数ＡＩが、ＡＩ≧０を満足する場合、極めて優れた耐塩酸性および耐硫酸性が得られる。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
すなわち、図６は、ＡＩ値と硫酸腐食速度との関係を示しているが、この図に示すとおり、耐酸腐食性指数ＡＩが０以上の場合には、耐硫酸性が顕著に向上していることが判る。したがって、本発明では、上記＜１＞式で求められる耐酸腐食性指数ＡＩが０以上となるように、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏを添加する。
【００６４】
ＡＩ≧０を満足する場合、すなわち、Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％を満足する場合、例えば、優れた加工性が必要な冷間圧延鋼板の場合は、Ｃ量が０．０１％以下の低Ｃ系が好ましいので、この場合には、０．１％Ｓｂ添加とすれば、０．５％以下のＭｏ添加で、優れた耐硫酸性と耐塩酸性が同時に得られる。
【００６５】
なお、前記ＡＩ値は、７５を超えた場合、すなわちＳｂが過剰な場合、耐硫酸性および耐塩酸性の向上効果は、ほぼ飽和するだけでなく、熱間加工性が低下するので、その上限を７５とするのが好ましい。
また、本発明鋼は、鋼板の強度、靭性、溶接性、高温特性などの改善を目的に、必要に応じてＮｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗを添加する。
【００６６】
Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉは、それぞれ０．００５％以上の添加で、細粒化による強度靭性の向上、高温強度の向上に効果のある元素であり、冷間加工性の向上にも効果がある。しかし、０．１％を超えるとその効果は飽和する。それゆえ、それぞれ０．００５〜０．１％を限定範囲とした。
【００６７】
Ｗは、０．０５％以上添加すると高温強度および耐塩酸性の向上に効果があり、それらの効果は１％で飽和するので、範囲を０．０５〜１％とした。
【００６８】
なお、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗの炭窒化物形成元素群を過剰に添加すると、本発明鋼の耐硫酸腐食性が阻害される。すなわち、これらの元素は、耐硫酸性限界Ｍｏ量を低下させる作用があり、その程度は、下記のＭｏ当量（Ｍｏeq）で整理できる。
Ｍｏeq（質量％）＝Ｍｏ％＋５．１×（Ｎｂ％＋Ｔａ％）＋４．２×Ｖ％＋９．３×Ｔｉ％＋０．５×Ｗ％
Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗが添加された場合、耐硫酸性を阻害しない限界の成分バランスは、上述のＡＩに代えて、拡張耐酸腐食性指数ＥＩで与えられる。ＥＩは、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏeq（質量％）の関数で、次式＜２＞で与えられる。
ＥＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏeq％＜２＞
所要の目的でＮｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗを複合添加する場合、ＥＩ≧０を満足する場合、極めて優れた耐塩酸性および耐硫酸性が同時に得られる。
【００６９】
すなわち、図７は、ＥＩ値と硫酸腐食速度との関係を示したものであるが、この図に示すとおり、拡張耐酸腐食性指数ＥＩが０以上の場合には、耐硫酸性が顕著に向上することが判る。したがって、本発明鋼においては、上記＜２＞式で求められる拡張耐酸腐食指数ＥＩが０以上となるように、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏを添加する。
【００７０】
なお、前記ＥＩ値は、７５を超えた場合、すなわちＳｂが過剰な場合、耐硫酸性および耐塩酸性の向上効果はほぼ飽和するだけでなく、熱間加工性が低下するので、その上限を７５とするのが好ましい。
【００７１】
Ｃｒは、耐候性などを向上させるために、必要に応じて０．１％以上添加する。しかし、０．５％を超えて添加すると、特に、本発明鋼の耐硫酸性が著しく低下するので、必要に応じて添加する場合は０．５％を上限とする。耐硫酸性および耐塩酸性をより向上させる点からは、Ｃｒ含有量を０．１％以下に限定するのが好ましく、さらには、無添加が最も好ましい。
【００７２】
Ｎｉは、耐塩酸性を向上させる作用がある元素であり、本発明鋼におけるＣｕとＳｂとの添加で生じる熱間加工時の表面割れ防止を目的とし、必要に応じて０．１％以上添加するが、１％を超えて添加してもそれらの効果は飽和するので、０．１〜１％を限定範囲とした。０．１％〜Ｃｕ％×０．５の範囲とするのが特に好ましい。
【００７３】
Ｎは、耐塩酸性を向上させる作用がある不可避的不純物元素であり、その必要に応じて、０．００１％以上添加するが、０．００７％を超える過度の添加はスラブ鋳造時の表面割れの原因となるため、０．００１〜０．００７％を限定範囲とした。
【００７４】
Ａｌは、通常脱酸元素として添加される。本発明鋼においては必要に応じて０．００５％以上添加するが、０．１％を超えて添加すると耐塩酸露点腐食性および熱間加工性を損なうため、その範囲を０．００５〜０．１％とした。
【００７５】
また、本発明鋼は、必要に応じてＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｂを添加する。
【００７６】
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｂは、清浄性の向上や粒径の微細化により鋼の靭性に寄与し、上限までの添加では耐食性への影響はないので、必要に応じて、それぞれ０．０００２％以上添加するが、その効果は、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは０．０１％超、Ｂでは０．００５％超で、耐食性に悪影響が出始めるので、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭでは０．０００２〜０．０１％、Ｂでは０．０００２〜０．００５％を限定範囲とした。
【００７７】
また、本発明鋼は、必要に応じて、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｂｉを添加する。
【００７８】
Ｓｎ、Ｐｂは、快削性向上させる作用を有し、その効果を得るために０．０１％以上添加する必要があるが、含有量が０．３％を超えると熱間加工性が低下するためその含有量の上限を０．３％とする。
【００７９】
Ｔｅ、Ｂｉは、耐酸性をさらに向上させる作用を有し、その効果を得るためにそれぞれ０．００１％以上添加する必要あるが、それぞれの含有量が０．１％を超えると製造性の低下や製造コストの増加を招くので、それぞれの含有量の上限を０．１％とする。
【００８０】
また、本発明鋼は、必要に応じて、Ａｇ、Ｐｂを添加する。
【００８１】
Ａｇ、Ｐｄは、高温高濃度硫酸環境下での耐食性を向上させる作用を有し、その効果を得るためにそれぞれ０．００１％以上添加する必要があるが、それぞれの含有量が０．５％、０．１％を超えると製造コストの増加だけでなく熱間加工性が低下するためその含有量の上限をそれぞれ０．５％、０．１％とする。
(2)溶接金属
Ｃは、溶接構造用鋼の溶接継手として強度を確保するために添加するが、０．２％を超えて添加すると、溶接性および耐硫酸性が低下するので、０．２％以下に限定した。耐硫酸性および耐塩酸性の観点ではＣの含有量は少ないほど好ましいが強度や経済性を考慮し、０．００５〜０．２％とする。特に、Ｍｏと共存する場合、０．２％を超えるＣ添加は耐硫酸性を著しく低下させる。耐塩酸性と耐硫酸性とのバランスを考慮する必要がある場合は、０．０５％以下とするのが好ましい。
【００８２】
Ｓｉは、溶接金属中に０．０１％以上含まれると、Ｃｕと共存して耐硫酸性および耐塩酸性を向上させるので下限を０．０１％とする。しかし、２．５％を超えると、耐食性の向上はみられず、溶接金属の靭性が著しく低下するので、上限を２．５％とした。溶接施工性や溶接部の靭性をより重視する場合は、０．１〜１％が好ましい。
【００８３】
Ｍｎは、脱酸および強度調整のため０．１％以上添加するが、その上限は２％で十分であるので、０．１〜２％を限定範囲とした。
【００８４】
Ｃｕは、耐硫酸性および耐塩酸性を確保するためには０．１％以上の添加が必須である。１％を超えて添加しても耐食性はほぼ飽和し、過度の強度上昇および凝固割れを招くため、０．１〜１％を限定範囲とした。好ましくは、０．２５〜０．７５％の添加が耐食性および製造性のバランスにてさらに優れている。
【００８５】
Ｍｏは、Ｃｕ−Ｓｂ系の溶接金属に０．００１％以上添加すると、耐塩酸性を著しく向上させる必須元素である。さらに、Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％を満足する範囲では、Ｍｏは耐硫酸性を向上させる元素として作用し、上記耐塩酸性とともに耐硫酸性が向上する。Ｍｏ量の上限は、溶接金属の機械的性質への影響を考慮し、０．５％とする。
【００８６】
Ｓｂは、必要に応じて０．０１％以上添加すると、Ｃｕとともに共存して耐硫酸性および耐塩酸性をさらに向上させる元素であり、０．０１％を下限とする。十分な耐食性を得るには、０．０５％以上の添加が好ましい。一方、０．２％でその効果はほぼ飽和するので、０．０１〜０．２％に限定した。溶接金属中のＳｂが０．１５％を超えると溶接施工性が低下するので、０．０５〜０．１５％がより好ましい。
【００８７】
Ｐは、不可避的不純物元素であり、耐硫酸性および耐塩酸性を著しく阻害するので、その範囲を０．０３％以下とした。より好ましくは０．０１％以下に限定すると耐硫酸性および耐塩酸性が著しく改善される。０．００５〜０．０１％がより好ましく、０．００５％以下がさらに好ましい。
【００８８】
Ｓは、Ｐと同様に不可避的不純物元素であり、０．０３％を超えると、耐硫酸性が著しく低下するので、十分な耐硫酸性および耐塩酸性を確保する上で上限を０．０３％に限定する必要がある。しかしながら、図５に示したように、本発明のＣｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系の鋼においては、Ｓを０．００５％超で適量含有させると耐硫酸腐食性と共に耐塩酸腐食性が著しく向上する。このため溶接金属においても、０．００５％超含有させることが好ましい。しかし、０．０２％を超えて含有させてもその効果は飽和し、また、溶接金属の靭性確保を考慮すると０．０２％以下とするのが好ましい。特に、耐塩酸性、耐硫酸性および機械的性質を考慮すると、Ｓ：０．００５超〜０．０２％が最も好ましい。
【００８９】
本発明の溶接継手においては、母材および溶接金属が、下式＜１＞で定義される耐酸腐食性指数ＡＩが、ＡＩ≧０を満足する場合、極めて優れた耐塩酸性および耐硫酸性が得られる。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
図６は、ＡＩ値と硫酸腐食速度との関係を示すが、この図に示すとおり、耐酸腐食性指数ＡＩが０以上の場合には、耐硫酸性が顕著に向上することから、本発明では、溶接金属においても上記＜１＞式で求められる耐酸腐食性指数ＡＩが０以上となるように、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏを添加する。
【００９０】
ＡＩ≧０を満足する場合、すなわち、Ｃ％×Ｍｏ％≦０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％を満足する場合、例えば、溶接金属のＣ量が０．０１％以下の場合には、０．１％Ｓｂ添加とすれば、０．５％以下のＭｏ添加で、優れた耐硫酸性と耐塩酸性および耐塩化物含有酸腐食性が得られる。
【００９１】
なお、前記ＡＩ値は、７５を超えた場合、すなわちＳｂが過剰な場合、耐硫酸性、耐塩酸性、および耐塩化物含有酸腐食性の向上効果は、ほぼ飽和するだけでなく、熱間加工性が低下するので、その上限を７５とするのがより好ましい。
【００９２】
さらに本発明の溶接継手においては、溶接継手の耐選択腐食性指数｜ΔＡＩ｜を適切な値とすることが好ましい。
【００９３】
溶接継手の耐選択腐食性指数｜ΔＡＩ｜は、母材の耐酸腐食性指数ＡＩ（母材）および溶接金属の耐酸腐食性指数ＡＩ（溶接金属）からの次の式＜３＞で規定される。
｜ΔＡＩ｜＝｜ＡＩ（母材）−ＡＩ（溶接金属）｜ ＜３＞
図８は｜ΔＡＩ｜と母材および溶接金属の硫酸腐食速度との関係を示す図であるが、図８に示すとおり、｜ΔＡＩ｜は、２０を超えると、母材または溶接金属のいずれかのＡＩ値の小さい方の腐食速度が増加し、硫酸環境下において選択的な加速腐食が生じる。したがって、このような溶接継手の選択的な加速腐食を防止するため、｜ΔＡＩ｜を２０以下とする。
【００９４】
また、本発明の溶接継手においては、溶接継手の強度、靭性、高温特性などの改善を目的として溶接継手の溶接金属に必要に応じて、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗの一種以上を添加する。
【００９５】
Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉは、それぞれ０．００５％以上の添加で、細粒化による強度靭性の向上、高温強度の向上に効果のある元素である。しかし、０．１％を超えるとその効果は飽和する。それゆえ、それぞれ０．００５〜０．１％を限定範囲とした。
【００９６】
Ｗは、０．０５％以上添加すると高温強度および耐塩酸性の向上に効果があり、それらの効果は１％で飽和するので、範囲を０．０５〜１％とした。
【００９７】
なお、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗの炭窒化物形成元素群を溶接金属中に過剰に添加すると、本発明の溶接継手の耐硫酸腐食性が阻害される。すなわち、これらの元素は、耐硫酸性限界Ｍｏ量を低下させる作用があり、その程度は、下記のＭｏ当量（Ｍｏeq）で整理できる。
Ｍｏeq（質量％）＝Ｍｏ％＋５．１×（Ｎｂ％＋Ｔａ％）＋４．２×Ｖ％＋９．３×Ｔｉ％＋０．５×Ｗ％
Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗが添加された場合、耐硫酸性を阻害しない限界の成分バランスは、上述のＡＩに代えて、拡張耐酸腐食性指数ＥＩで与えられる。ＥＩは、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏeq（質量％）の関数で、次式で＜２＞与えられる。
ＥＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏeq％＜２＞
所要の目的でＮｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗを複合添加する場合、ＥＩ≧０を満足する場合、極めて優れた耐塩酸性および耐硫酸性が同時に得られる。
【００９８】
すなわち、図７は、ＥＩ値と硫酸腐食速度との関係を示したものであるが、この図に示すとおり、拡張耐酸腐食性指数ＥＩが０以上の場合には、耐硫酸性が顕著に向上することが判る。したがって、本発明の溶接継手の溶接金属においては、上記＜２＞式で求められる拡張耐酸腐食指数ＥＩが０以上となるように、Ｓｂ、Ｃ、Ｍｏを添加する。
【００９９】
また、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗの一種以上が添加された場合、溶接継手の耐選択腐食性指数は、前述のＡＩにかえて、拡張耐酸腐食性指数ＥＩを用いて評価することにより、より優れた溶接継手とすることができる。
【０１００】
溶接継手の拡張耐選択腐食性指数｜ΔＥＩ｜は、母材の拡張耐酸腐食性指数ＥＩ（母材）および溶接金属の拡張耐酸腐食指数ＥＩ（溶接金属）から次の式＜４＞で規定される。
｜ΔＥＩ｜＝｜ＥＩ（母材）−ＥＩ（溶接金属）｜ ＜４＞
図９は、｜ΔＥＩ｜と母材および溶接金属の硫酸腐食速度との関係を示すものであるが図９に示すとおり、｜ΔＥＩ｜は、２０を超えると、母材または溶接金属のいずれかのＥＩ値の小さい方の腐食速度が増加し、硫酸環境下において選択的な加速腐食が生じる。したがって、このような溶接継手の選択的な加速腐食を防止するために｜ΔＥＩ｜を２０以下とするのが好ましい。
【０１０１】
本発明の溶接継手の溶接金属には、さらに必要に応じて、Ｃｒ、Ｎ、Ｎｉ、Ａｌを添加できる。
【０１０２】
Ｃｒは、耐候性などを向上させるために、必要に応じて０．１％以上添加する。しかし、０．５％を超えて添加すると、特に、本発明鋼の耐硫酸性が著しく低下するので、必要に応じて添加する場合は０．５％を上限とする。耐硫酸性および耐塩酸性をより向上させる点からは、Ｃｒ含有量を０．１％以下に限定するのが好ましく、さらには、無添加が最も好ましい。
【０１０３】
Ｎｉは、耐塩酸性を向上させる作用がある元素であり、本発明鋼におけるＣｕとＳｂとの添加で生じる溶接金属の高温割れを目的とし、必要に応じて０．１％以上添加するが、１％を超えて添加してもそれらの効果は飽和するので、０．１〜１％を限定範囲とした。０．１％〜Ｃｕ％×０．５の範囲とするのが特に好ましい。
【０１０４】
Ｎは、耐塩酸性を向上させる作用がある不可避的不純物元素であり、その必要に応じて、０．００１％以上添加するが、０．０２％を超える過度の添加は、溶接金属のブローホールの発生や溶接金属の靭性低下の原因となるため、０．００１〜０．０２％を限定範囲とした。
【０１０５】
Ａｌは、必要に応じて、０．００５％以上添加するが、０．１％を超えて添加すると耐塩酸性および溶接継手の靭性を損なうため、その範囲を０．００５〜０．１％とした。
【０１０６】
また、本発明の溶接継手の溶接金属には、必要に応じてＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｂを添加する。
【０１０７】
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｂは、清浄性の向上や粒径の微細化により溶接継手の溶接金属の靭性に寄与し、上限までの添加では耐食性への影響はないので、必要に応じて、それぞれ０．０００２％以上添加するが、その効果は、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは０．０１％超、Ｂでは０．００５％超で、耐食性に悪影響が出始めるので、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭでは０．０００２〜０．０１％、Ｂでは０．０００２〜０．００５％を限定範囲とした。
【０１０８】
また、本発明の溶接継手の溶接金属には、必要に応じて、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｂｉを添加する。
【０１０９】
Ｓｎ、Ｐｂは、溶接ビードのグラインダー手入れ性を向上させる作用を有し、その効果を得るために０．０１％以上添加する必要があるが、含有量が０．３％を超えると溶接金属の靱性が低下するためその含有量の上限を０．３％とする。
【０１１０】
Ｔｅ、Ｂｉは、耐酸性をさらに向上させる作用を有し、その効果を得るためにそれぞれ０．００１％以上添加する必要あるが、それぞれの含有量が０．１％を超えると溶接金属の靭性低下を招くので、それぞれの含有量の上限を０．１％とする。
【０１１１】
また、本発明の溶接継手の溶接金属には、必要に応じて、Ａｇ、Ｐｄを添加する。
【０１１２】
Ａｇ、Ｐｄは、高温高濃度硫酸環境下での溶接継手の溶接金属の耐食性を向上させる作用を有し、その効果を得るためにそれぞれ０．００１％以上添加する必要があるが、それぞれの含有量が０．５％、０．１％を超えるとコストが増し溶接施工性が低下するためその含有量の上限をそれぞれ０．５％、０．１％とする。
【０１１３】
次に、本発明にかかわる鋼の好ましい製造方法について述べる。連続鋳造または分解圧延後の再加熱温度は、圧延負荷などの観点から１０００℃以上が好ましく、１３００℃を超えて再加熱すると、結晶粒の粗大化、脱炭および酸化スケールの増大が著しくなるので、その範囲を１０００〜１３００℃とするのがよい。
【０１１４】
熱延の仕上げ温度は、８００℃を下回ると混粒化が避けられず、一方、１０００℃を超えると粗粒となるため、その範囲は、８００〜１０００℃とするのが好ましい。その後、ミクロ組織をフェライト主体とするために空冷する。ただし、いわゆる薄板の熱延では冷却速度が速くなりすぎる懸念があるため６００〜７５０℃で巻取り後空冷または炉冷する。なお、冷間圧延鋼板を製造する場合、熱延空冷後は、３０〜９０％の圧延率で冷間圧延を実施後、７００〜９００℃で連続焼鈍または箱焼鈍することが好ましい。
【０１１５】
本発明鋼は、使用に際して、例えば鋼塊として製造した後に、熱延、鍛造、冷延、伸線によって鋼板や棒線、型鋼、矢板などの任意の形状として、使用しても良く、さらにそれをプレス等で所定の形状に成形し、さらにまた加工・溶接して製品として製造しても良いし、鋼板を例えば電縫鋼管等としてまず鋼管の形状にした後に２次加工および溶接等によって製品に使用しても良く、その他のプロセスも含めてコストや既存製造設備の制約等によって最適な製品製造工程を選択することができ、どの製造工程を選択したとしても、本発明鋼が製造できればよい。
また、本発明の溶接継手は、上述の本発明鋼を、各種の溶接方法によって使用する場合に、優れた耐硫酸腐食性、耐塩酸腐食性を得ることができ、極めて好適である。本発明の溶接継手は、上述のように、各種の形状に成形された鋼材、或いはこれを加工により所定の形状とした鋼材を、各種の溶接方法によって溶接することによって得られる。通常、上記の鋼材を、必要に応じて適切な開先形状とした後、例えば、大気下或いはシールドガスを用いた雰囲気下でのアーク溶接、サブマージドアーク溶接などのアーク溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接など各種の溶接方法を用いて溶接することができる。この時、溶接棒の芯線、溶接ワイヤの組成、或いは溶接棒の被覆材、フラックスの組成、溶接雰囲気などを選択することによって溶接金属の組成を調整し、本発明の溶接継手とすることができる。
なお、本発明鋼および溶接継手は、適当な組成の合金の表面に、必要元素を含有する合金を、メッキ法やクラッド法等の方法で付着させ、熱処理などの適切な処理によって元素を拡散させ、請求範囲に記載の化学組成の表面を有する鋼材としても良い。また、本願発明鋼および溶接継手の使用に際して、表面処理、塗装、電気防食の併用、腐食抑制剤の投入などいかなる防食方法の使用を妨げるものではなく、これらの防食方法の使用は本願発明の範囲を逸脱するものではない。
【０１１６】
【実施例】
実施例１
表１、表２（表１の続き１）、表３（表１の続き２）、表４（表１の続き３）に示す化学組成の鋼を５０ｋｇ真空溶解炉で溶製し、鋳塊を鋼片としてこれを再加熱後、仕上げ温度８００℃〜９００℃の範囲で板厚６ｍｍに熱間圧延後、空冷した。該熱間圧延板から、腐食試験片および引張試験片を採取した。さらに、一部の供試鋼については、熱間圧延板を酸洗後、板厚１．２ｍｍに冷間圧延後、７００℃で６０秒ソルトバス焼鈍し、冷間圧延鋼板を試作し、引張試験片を採取した。
【０１１７】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
前記引張試験片を用い、機械的性質（引張強度、伸び）を調査した。
【０１２２】
そして、前記腐食試験片を用い、耐塩酸性および耐硫酸性の各種耐食性について評価試験を行った。耐塩酸性に関しては、３Ｍ（モル／リットル）塩酸水溶液６０℃中に６時間浸漬し、腐食減量によって評価を行った。
【０１２３】
耐硫酸性に関しては、４０％硫酸水溶液６０℃に６時間浸漬し、腐食減量によって評価を行った。なお、本発明は、実施例で用いた諸条件で限定されるものではない。
【０１２４】
表５、表６（表５の続き１）、表７（表５の続き２）、表８（表５の続き３）に上記試験の材質評価結果を示す。
【０１２５】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
Ｃ１〜Ｃ８、Ｃ１１〜Ｃ４８は、本発明例の鋼(以下、本発明鋼とする)である。一方、Ａ１〜Ａ２１およびＢ１〜Ｂ１４は、比較例の鋼（以下、比較鋼とする）であり、Ａ１は普通鋼、Ａ２〜Ａ８は従来の耐硫酸露点腐食鋼である。Ａ１５およびＡ１６は、特公昭４６−３４７７２号公報に示された鋼成分である耐硫酸露点腐食鋼である。比較鋼Ａ１７〜Ａ１８は、特開平１０−１１０２３７号公報に示された鋼成分である耐硫酸露点腐食鋼である。比較鋼Ａ２１は、特公昭４６−３４７７２号公報で述べられた鋼成分（当該公報の実施例第１表中の鋼種番号６）である。前記鋼種番号６は、前記公報の実施例のなかで最もＡＩ値が大きい。比較例Ｂ1〜Ｂ14は、本発明者らが本発明鋼に至る過程で得た耐塩酸腐食性に優れた低合金鋼ではあるが、耐酸腐食性指数ＡＩ値または拡張耐酸腐食性指数ＥＩが本発明の範囲外の鋼である。
【０１３０】
表５〜８の各種耐食性の評価は、比較鋼Ａ２、すなわちＣｕ−Ｓｂ系の耐硫酸露点腐食鋼（Ｓ−ＴＥＮ１鋼）との耐食性の相対評価を示すものであり、◎は比較鋼Ａ２に対して大幅に優れている、○は優れる、△は同等、▽はやや低い、×は劣る、を各々表している。なお、比較鋼Ａ２は、Ａ２〜Ａ８の従来の耐硫酸露点腐食鋼の中では、Ｃｕ−Ｓｂ系鋼で、Ｍｏ無添加であり、表５に示すように特に耐塩酸性、耐硫酸性とも優れている。このため、本発明鋼の耐食性の評価は、比較鋼Ａ２を基準として行ったものである。
【０１３１】
まず、比較鋼Ａ１〜Ａ２１およびＢ１〜Ｂ１４と、本発明鋼Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ１１〜Ｃ４８の耐塩酸性および耐硫酸性について説明する。
【０１３２】
比較鋼Ａ１は、上述のように普通鋼であり、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｂ等の添加量が本発明の範囲外であり、耐塩酸性および耐硫酸性は本発明鋼に比べて大幅に劣る。
【０１３３】
比較鋼Ａ２は、上述のようにＣｕ−Ｓｂ系の耐硫酸露点腐食鋼である。Ｍｏが無添加なので、耐塩酸性は比較鋼Ａ１〜Ａ８の中では最も良好であるが、本発明鋼Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ１１〜Ｃ４８と比較して、耐塩酸性は大幅に劣る。
【０１３４】
比較鋼Ａ３〜Ａ６は、何れもＣｕ−Ｃｒ系の耐硫酸露点腐食鋼である。
【０１３５】
比較鋼Ａ３は、Ｃｒが本発明の上限を超え、ＭｏおよびＳｂが無添加である点で本発明の範囲から外れるため、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１３６】
比較鋼Ａ４は、Ｃｒが本発明の上限を超え、Ｍｏが無添加である点が本発明の範囲外なので、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１３７】
比較鋼Ａ５は、Ｃｒが本発明の上限を超え、ＡＩ＜０である点が本発明の範囲外なので、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１３８】
比較鋼Ａ６は、Ｃｒが本発明の上限を超え、Ｓｂが無添加であり、ＡＩ＜０である点が本発明の範囲外なので、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１３９】
比較鋼Ａ７は、Ｍｏが無添加である点が本発明の範囲外なので、耐塩酸性および耐硫酸性は本発明鋼に比べて劣る。
【０１４０】
比較鋼Ａ８は、Ｍｏが無添加で、Ｃｒ、ＮｉおよびＳｂの含有量が本発明の範囲外なので、耐塩酸性および耐硫酸性は本発明鋼に比べて劣る。
【０１４１】
比較鋼Ａ９は、Ｐが本発明範囲の上限を超えているので、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１４２】
比較鋼Ａ１１は、耐塩酸性および耐硫酸性は本発明鋼とほぼ同等であるが、Ｓが本発明範囲の上限を超えているので、熱間加工時に鋼板表面に微細な割れが多数発生した。
【０１４３】
比較鋼Ａ１２は、Ｃｕ添加量が本発明範囲の下限より低く、ＡＩ＜０なので、本発明鋼に比べて耐塩酸性および耐硫酸性が劣る。
【０１４４】
比較鋼Ａ１３は、Ｍｏ添加量が本発明範囲の上限を超え、ＡＩ＜０なので、本発明鋼に比べて耐硫酸性が劣る。
【０１４５】
比較鋼Ａ１４は、比較鋼Ａ２の極低Ｃ系（０．００３％）の耐硫酸露点腐食鋼である。Ｍｏが無添加なので、耐塩酸性および耐硫酸性は、比較鋼Ａ２並であるが、耐塩酸性および耐硫酸性が本発明鋼に比較して劣る。
【０１４６】
比較鋼Ａ１５は、Ｓｂが無添加で、かつ、ＡＩ値＜０である。耐塩酸性は、比較鋼Ａ２とほぼ同等であるが、耐硫酸性は比較鋼Ａ２より劣る。すなわち、耐塩酸性、耐硫酸性ともに本発明鋼に比較して劣る。
【０１４７】
比較鋼Ａ１６は、ＡＩ値≧０を満たすが、本発明の必須元素であるＳｂが無添加であり、耐塩酸性および耐硫酸性は比較鋼Ａ２と同等である。すなわち、耐塩酸性、耐硫酸性ともに本発明鋼に比較して劣る。
【０１４８】
比較鋼Ａ１７およびＡ１８は、ＡＩ値＜０で本発明の範囲外であり、耐塩酸性は比較鋼Ａ２より優れるが、耐硫酸性は比較鋼Ａ２より劣っている．すなわち、本発明鋼と比較して耐塩酸性は同等であるが、耐硫酸性は劣る。
【０１４９】
比較鋼Ａ２１は、Ｓｂが無添加でＮｉ添加量も本発明の範囲外であり、かつ、ＡＩ値もＡＩ＜０である．耐塩酸性は比較鋼Ａ２と同等であるが、耐硫酸性は比較鋼Ａ２より劣る。すなわち、耐塩酸性および耐硫酸性ともに本発明鋼に比較して劣る。
【０１５０】
次に、比較鋼Ｂ１〜Ｂ１４の耐塩酸性および耐硫酸性について説明する。
【０１５１】
比較鋼Ｂ１〜Ｂ１４は、本発明に至る過程で発明者らによって見出された耐塩酸性に優れた鋼であり。本発明の鋼組成はいずれの限定元素についても満足するが、ＡＩ＜０あるいはＥＩ＜０で、ＡＩ値あるいはＥＩ値が本発明の範囲外である。そのため耐塩酸性は、本発明鋼Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ１１〜Ｃ４８と比較して同等に優れているが、耐硫酸性は劣る。
次に、本発明鋼Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ１１〜Ｃ４８の耐硫酸性および耐塩酸性について説明する。本発明鋼Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ１１〜Ｃ４８は、本発明の鋼成分を満足し、さらに、ＡＩ値≧０あるいはＥＩ値≧０を満足するように成分設計された極めて優れた耐塩酸性、および耐硫酸性を示す鋼である。
【０１５２】
Ｃ１〜Ｃ８、Ｃ１３〜Ｃ２６、Ｃ２８〜Ｃ４５は、Ｃｒを不純物として０．１％以下に限定した本発明鋼である。Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２７、Ｃ４７、Ｃ４８は、Ｃｒを本発明の範囲内で、選択元素として添加した本発明鋼である。
【０１５３】
Ｃｒを不純物として０．１％以下に限定した本発明鋼の耐塩酸性は、耐硫酸露点腐食鋼の比較鋼Ａ２〜Ａ８のなかで最も耐食性に優れるＡ２と比較しても５倍以上（表中評点、◎）であり、耐硫酸性は比較鋼Ａ２〜Ａ８のなかで最も耐食性に優れたＡ２の２倍以上（表中評点、〇）と優れている。
【０１５４】
Ｃｒを本発明の範囲内で添加した本発明鋼は、Ｃｒ無添加の本発明鋼よりも耐塩酸性および耐硫酸性がやや劣るが、比較鋼Ａ２と比較すると、十分優れている。
【０１５５】
本発明鋼Ｃ１３は、Ｓが０．００３％の例である。Ｃ１４は、Ｓが０．０１５％で、それ以外の組成およびＡＩはＣ１３と同一である。Ｃ１３は、比較鋼Ａ２と比較すると、耐硫酸性および耐塩酸性に優れているが、Ｃ１４と比較すると、耐塩酸性および耐硫酸性は劣る。それゆえ、Ｓを０．００５％超添加するとより優れた耐硫酸性および耐塩酸性が同時に得られることがわかる。
【０１５６】
以上のように、本発明鋼は耐硫酸性および耐塩酸性に優れていることが明らかである。
【０１５７】
次に、本発明鋼の機械的性質について説明する。
【０１５８】
表５〜表８に示すように、本発明鋼のＣ１、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ７、Ｃ１３〜Ｃ２３、Ｃ３２〜Ｃ４８は、引張強度で４００ＭＰａ超を示し、引張強度４００ＭＰａクラスの溶接構造用鋼（ＪＩＳ Ｇ３１０１相当）が得られている。さらに、表５〜表８に示すように、本発明鋼の炭素当量は最大でも０．３２％であり、０℃での溶接割れ試験結果でも上記の本発明鋼ではいずれも割れが認められなかったことから、十分な溶接性を有することは明らかである。
【０１５９】
それゆえ、これら上記の本発明鋼は、耐塩酸性、耐硫酸性に優れた溶接構造用鋼であることがわかる。
【０１６０】
また、Ｃ２、Ｃ５〜Ｃ８、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２４〜Ｃ３１は、いずれも冷間圧延鋼板での伸びが３５％超を示し、加工性にも十分優れた鋼板であることがわかる。
【０１６１】
さらに、比較鋼Ａ１およびＡ２と、本発明鋼Ｃ３およびＣ３６を溶融亜鉛めっき業者が使用中の塩酸酸洗水槽（１５質量％塩酸、３０℃、インヒビター添加）に浸漬し、ポイントマイクロメーターによる板厚減少量の測定で耐塩酸性を評価した。その結果を図８に示す。本発明鋼Ｃ３およびＣ３６の板厚減少速度（腐食速度）は、０．１ｍｍ／年を示した。比較鋼Ａ１は、１．２ｍｍ／年、比較鋼Ａ４は０．４ｍｍ／年を示した。本発明鋼の腐食速度は、比較鋼Ａ１に比較すると１／１２、比較鋼Ａ２と比較すると１／４であった。従って、本発明鋼は、塩酸酸洗槽用途において優れた耐塩酸性を有することが明らかである。
【０１６２】
さらに、比較鋼Ａ１およびＡ２と、本発明鋼Ｃ３、Ｃ１３〜Ｃ１５、Ｃ１７〜Ｃ２３およびＣ３６を溶融亜鉛めっき業者が使用中の硫酸酸洗水槽（２０質量％硫酸、４０℃、インヒビター添加）に浸漬し、塩酸酸洗槽での試験と同様に板厚減少速度で耐硫酸性の評価を実施した。その結果、本発明鋼の供試材の腐食速度は、比較鋼Ａ１に比較して最大でも１／１６、比較鋼Ａ２と比較して最大でも１／２であった。従って、本発明鋼は、硫酸酸洗槽用途において優れた耐硫酸性を有することが明らかである。
【０１６３】
さらに、比較鋼Ａ１およびＡ２と、本発明鋼Ｃ３、Ｃ１４〜Ｃ１８およびＣ３６を、硫酸露点腐食と塩酸露点腐食が同時に生じる、廃棄物焼却施設のバグフィールター入り側および煙突中段のマンホールに試験片を貼り付け、１年間暴露試験を実施した。バブフィルター入り側では、飛灰や塩化水素が比較的多量に含まれる排ガス環境であり、煙突中段のマンホールは、排煙処理後の灰や塩化水素が少ない排ガス環境である。腐食減量で耐硫酸露点および耐塩酸露点腐食性を評価した結果を図９に示す。本発明鋼の腐食減量は、比較鋼Ａ１に比較して１／１０以下、比較鋼Ａ２と比較して１／４であった。従って、本発明鋼は、硫酸露点腐食および塩酸露点腐食が同時に生じる廃棄物焼却施設の排煙環境において優れた耐食性を有することが明らかである。
実施例２
表９に供試心線成分を示し、表１０〜表１１（表１０の続き）は、本発明で試作、供試した被覆アーク溶接棒（棒径；４．０mm）の化学組成について示したものである。
【０１６４】
【表９】
【表１０】
【表１１】
表１２、表１３（表１２の続き１）、表１４（表１２の続き２）、表１５（表１２の続き３）には、表１０〜表１１に示された被覆アーク溶接棒によって形成された溶着金属の化学組成と耐食性、溶接部品質および溶接施工性について示したものである。また、図１２（ａ），（ｂ）は、溶着金属の耐食性を判定するための腐食試験片の採取要領を、図１３は、溶接継手部の耐食性を判定するための腐食試験片の採取要領を、それぞれ示すものである。溶着金属の耐食性評価試験のための試験片１は、図１２に示すように、ＪＩＳの溶着金属の腐食試験片方法に基づいて作製した。すなわち、母材成分の影響を受けないように、普通鋼母材３上に交流溶接機を用い電流１７０Ａで６層の下盛４を施工した後の溶着金属２から機械加工で試験片１（４ｍｍ×２５ｍｍ×２５ｍｍ）を採取した。腐食試験は、８０℃，１０％塩酸で２４時間、４０℃，２０％硫酸で２４時間の浸漬腐食試験をそれぞれ行い、腐食減量を求めた。
【０１６８】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
まず、表１２、表１３（表１２の続き１）、表１４（表１２の続き２）、表１５（表１２の続き３）に示した比較例の溶着金属（以下、比較溶着金属とする）Ｗ１〜Ｗ１８、本発明例の溶着金属（以下、本発明溶着金属とする）Ｗ２１〜Ｗ５３の耐塩酸性および耐硫酸性について説明する。
【０１７３】
比較例Ｗ１は、軟鋼用の溶接材料によって得られた溶着金属であるが、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｂが本発明の範囲外なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１７４】
比較例Ｗ２は、従来の耐硫酸性鋼用の溶接材料によって得られた溶着金属であるが、Ｓｂ、Ｎｉが本発明の範囲外なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１７５】
比較例Ｗ３は、Ｃｕ−Ｃｒ系の耐硫酸露点腐食鋼用の溶接材料によって得られた溶着金属であるが、Ｓｂ、ＮｉおよびＣｒが本発明の範囲外なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１７６】
比較例Ｗ４は、Ｐを本発明の範囲外で過剰に含有しているので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１７７】
比較例Ｗ５は、Ｓを本発明の範囲外で過剰に含有しているので、耐硫酸性および耐塩酸性は優れるが、溶接金属に割れが生じ、溶接施工性および溶接部品質が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より著しく劣る。
【０１７８】
比較例Ｗ６は、Ｃｕが本発明の下限未満なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１７９】
比較例Ｗ７は、Ｎｉ、Ｓｂが本発明の下限未満なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１８０】
比較例Ｗ８および比較例Ｗ１０は、Ｓｂが本発明の下限未満なので、耐硫酸性および耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より劣る。
【０１８１】
比較例Ｗ９および比較例Ｗ１１は、Ｓｂが本発明の上限を超えているので、溶接施工性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より著しく劣る。
【０１８２】
比較例Ｗ１２は、耐酸性指数ＡＩ値が−１９．０と本発明の範囲（ＡＩ≧０）を外れているので、耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より著しく劣る。
【０１８３】
比較例Ｗ１３は、耐酸性指数ＡＩ値が−９．０と本発明の範囲（ＡＩ≧０）を外れているので、耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より著しく劣る。
【０１８４】
比較例Ｗ１４〜１８は、耐酸性指数ＥＩ値が本発明の範囲（ＥＩ≧０）を外れているので、耐塩酸性が本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３より著しく劣る。
【０１８５】
以上のように、本発明溶着金属Ｗ２１〜Ｗ５３は、耐硫酸性、耐塩酸性および溶接施工性ともにいずれも優れていることがわかる。
【０１８６】
次に、表１０〜表１１に示した本発明の溶接材料と表１６、表１７に示した母材７（板厚１６ｍｍ）を用い、電流１７０Ａ、溶接入熱１７〜１９kJ／cmで下向姿勢の突合せ溶接継手を試作し、図１３に示す位置から、溶接金属６と母材７との面積比を１：２となるように腐食試験片５（４ｍｍ×２５ｍｍ×６０ｍｍ）を採取し、上記と同じ条件で浸漬腐食試験を行ない、溶接継手部の耐食性を調査した。その結果を表１６、表１７に示す。
【０１８７】
【表１６】
【表１７】
表１６、表１７に示した比較例の溶接継手Ｊ１〜Ｊ４および本発明例の溶接継手Ｊ１１〜Ｊ１９の耐硫酸性、耐塩酸性を説明する。
【０１９０】
比較例Ｊ１は、軟鋼と軟鋼用溶接材料との溶接継手であり、母材および溶着金属のＣｕ、Ｎｉ、Ｓｂが本発明の範囲外なので、本発明例Ｊ１１〜Ｊ１９と比較して耐硫酸性および耐塩酸性が劣り、かついずれの条件でも溶接部の選択腐食を示す。
【０１９１】
比較例Ｊ２は、Ｃｕ−Ｃｒ系の耐硫酸性鋼とＣｕ系の溶着金属からなる溶接継手であり、母材および溶着金属のＮｉ、Ｓｂが本発明の範囲外なので、本発明例Ｊ２１〜Ｊ２９より劣る。
【０１９２】
比較例Ｊ３は、比較鋼Ａ２と本発明の範囲内である溶着金属Ｗ３１からなる溶接継手であり、母材中のＭｏが本発明の範囲外なので、母材部の耐塩酸性が劣るため、選択腐食を示す。それゆえ、本発明例Ｊ１１〜Ｊ１９より劣る。
【０１９３】
比較例Ｊ４は、本発明鋼Ｃ３６と溶着金属が比較例Ｗ２からなる溶接継手であり、溶着金属のＮｉ、Ｓｂが本発明の範囲外なので、本発明例Ｊ１１〜Ｊ１９より耐硫酸性および耐塩酸性が劣り、かつ、いずれの酸でも溶接部の選択腐食を示す。
【０１９４】
本発明例の溶接継手Ｊ１１〜Ｊ１９は、母材および溶着金属の化学成分が本発明の範囲内であり、かつ母材および溶着金属のＡＩ又はＥＩが本発明の範囲内であるので、耐硫酸性および耐塩酸性に優れていることがわかる。
【０１９５】
本発明例Ｊ１１〜Ｊ１３は、｜ΔＡＩ｜または｜ΔＥＩ｜が２０を超えているので、腐食速度は比較例Ｊ１〜Ｊ４と比較して低いが、選択腐食の傾向を示す。一方、本発明例Ｊ１４〜Ｊ１９は、｜ΔＡＩ｜または｜ΔＥＩ｜が２０以下なので、選択腐食が認められず、Ｊ１１〜Ｊ１３よりも、一層優れている。
【０１９６】
本発明例Ｊ１７〜Ｊ１９は、溶接継手におけるＣｒ添加量の影響を示したものである。鋼の場合と同様に、Ｃｒ量を０．１％以下に限定すれば、最も優れた耐塩酸性および耐硫酸性が得られる。また、Ｃｒ量を本発明の上限近く（０．５％）添加すると、Ｃｒにより耐食性がやや阻害されるが、比較例Ｊ１〜Ｊ４に対しては優れた耐食性を示す。
【０１９７】
これらの実施例から明らかなように、溶着金属に特定のＣｕ、Ｎｉ、Ｓｂを含有し、不純物元素であるＰ、Ｓを限定することにより、溶接金属部の耐塩酸性、および溶接継手の耐塩酸性が、軟鋼溶接材料の１０倍以上、従来の耐硫酸性鋼用の溶接材料と比較して３倍以上改善し、耐硫酸性も軟鋼溶接材料の８倍以上、従来の耐硫酸性鋼用の溶接材料と比較して同等以上の優れた耐食性を、溶接施工性を損なうことなく、得られることがわかる。
【０１９８】
すなわち、本発明の溶接継手が硫酸露点腐食および／または塩酸露点腐食が生じる低温腐食環境で優れた耐食性を有することが明らかである。
【０１９９】
【発明の効果】
本発明によれば、極めて優れた耐塩酸露点腐食性および塩化物を含む耐酸性を有し、耐硫酸露点腐食性にも優れる鋼が得られる。従って、火力発電所、自家用発電施設、各種一般・産業廃棄物処理施設で、燃焼排気ガスに曝され、激しい塩酸および／または硫酸露点腐食を生じる煙突、煙道、熱交換器、ケーシング、エキスパンジョン用材料として耐久性に優れ、装置寿命を延長または維持管理を低減できる鋼を経済的に提供することが可能である。
【０２００】
本発明によれば、塩酸や硫酸を使用した酸洗設備の鋼製浴槽用途への優れた耐食性を示す溶接構造用鋼を経済的に提供することが可能である。
【０２０１】
また、本発明は極めて優れた耐塩酸性と耐硫酸性を有した溶接継手を、容易にかつ安価に提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｕ−Ｓｂ系鋼の耐塩酸性に及ぼすＭｏの添加量の影響を示す図。
【図２】Ｃｕ−Ｓｂ系鋼の耐硫酸性に及ぼすＭｏの添加量の影響を示す図。
【図３】Ｃ−Ｃｕ−Ｍｏ系鋼の耐硫酸性に及ぼすＣ、Ｍｏの添加量の影響を模式的に示す図。
【図４】Ｃｕ−Ｍｏ系鋼の耐硫酸性限界Ｍｏ量線に及ぼすＳｂ量の影響を示す図。
【図５】Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼の耐塩酸性に及ぼすＳ添加量の影響を示す図。
【図６】Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼のＡＩ値と硫酸中腐食速度との関係を示す図。
【図７】Ｃｕ−Ｍｏ−Ｓｂ系鋼のＥＩ値と硫酸中腐食速度との関係を示す図。
【図８】本発明鋼および比較鋼の塩酸酸洗槽での板厚減少量の経時変化を示す図。
【図９】本発明鋼および比較鋼の，廃棄物焼却施設の排煙装置での腐食速度を示す図。
【図１０】本発明の溶接継手における｜ΔＡ｜と母材および溶接金属の硫酸中腐食速度との関係を示す図。
【図１１】本発明の溶接継手における｜ΔＥ｜と母材および溶接金属の硫酸中腐食速度との関係を示す図。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、溶着金属の耐食性を判定するための腐食試験片の採取要領を示す図で、（ｂ）図は（ａ）図のｘ−ｘ’断面図を示す。
【図１３】溶接継手部の耐食性を判定するための腐食試験片の採取要領を示す図。
【符号の説明】
１…溶着金属の腐食試験片
２…溶着金属
３…母材
４…下盛り（６層）
５…溶接継手の腐食試験片
６…溶接金属
７…母材
Claims (18)
- 質量％で、
Ｃ ：０．００１〜０．２％、
Ｓｉ：０．０１〜２．５％、
Ｍｎ：０．１〜２％、
Ｃｕ：０．１〜１％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、
Ｓｂ：０．０１〜０．２％、
Ｎｉ：０．１〜１％、
Ｎ ：０．００１〜０．００７％、
Ｐ ：０．０５％以下、
Ｓ ：０．０５％以下を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記＜１＞式で求められる耐酸腐食性指数ＡＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示す。 - 質量％で、
Ｃ ：０．００１〜０．２％、
Ｓｉ：０．０１〜２．５％、
Ｍｎ：０．１〜２％、
Ｃｕ：０．１〜１％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、
Ｓｂ：０．０１〜０．２％、
Ｎｉ：０．１〜１％、
Ｎ ：０．００１〜０．００７％、
Ｐ ：０．０５％以下、
Ｓ ：０．０５％以下，を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．００５〜０．１％、
Ｔａ：０．００５〜０．１％、
Ｖ ：０．００５〜０．１％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｗ ：０．０５〜１％のうちの１種または２種以上を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記＜２＞式で求められる耐酸腐食性指数ＥＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
ＥＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏｅｑ ＜２＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示し、上記Ｍｏｅｑ（質量％）は、Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋５．１×（Ｎｂ％＋Ｔａ％）＋４．２×Ｖ％＋９．３×Ｔｉ％＋０．５×Ｗを示す。 - 質量％で、Ｓ：０．００５超〜０．０２５％を含有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
- 質量％で、さらに、Ｃｒ：０．１〜０．５％を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
- 質量％で、さらに、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。
- 質量％で、さらに
Ｃａ：０．０００２〜０．０１％、
Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、
ＲＥＭ：０．０００２〜０．０１％、
Ｂ ：０．０００２〜０．００５％
のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。 - 質量％で、さらに
Ｓｎ：０．０１〜０．３％、
Ｐｂ：０．０１〜０．３％、
Ｔｅ：０．００１〜０．１％、
Ｂｉ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。 - 質量％で、さらに
Ａｇ：０．００１〜０．５％、
Ｐｄ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼。 - 質量％で、
Ｃ ：０．００１〜０．２％、
Ｓｉ：０．０１〜２．５％、
Ｍｎ：０．１〜２％、
Ｃｕ：０．１〜１％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、
Ｓｂ：０．０１〜０．２％、
Ｎｉ：０．１〜１％、
Ｎ：０．００１〜０．００７％、
Ｐ ：０．０５％以下、
Ｓ ：０．０５％以下を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる母材と、質量％で、
Ｃ ：０．００５〜０．２％、
Ｓｉ：０．０１〜２．５％、
Ｍｎ：０．１〜２％、
Ｃｕ：０．１〜１％、
Ｍｏ：０．００１〜０．５％、
Ｓｂ：０．０１〜０．２％、
Ｎｉ：０．１〜１％、
Ｎ：０．００１〜０．０２％、
Ｐ ：０．０３％以下、
Ｓ ：０．０３％以下を含有し、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶接金属とからなり、かつ、前記母材および溶接金属の下記＜１＞式で求められる耐酸腐食性指数ＡＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ＡＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏ％ ＜１＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示す。 - 前記母材と溶接金属の耐酸腐食性指数ＡＩの差分絶対値｜ΔＡＩ｜が２０以下であることを特徴とする請求項９に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ただし、｜ΔＡＩ｜＝｜ＡＩ（母材）−ＡＩ（溶接金属）｜ - 質量％で、
Ｃ ：０．００１〜０．２％、
Ｓｉ：０．０１〜２．５％、
Ｍｎ：０．１〜２％、
Ｃｕ：０．１〜１％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１２０％、
Ｓｂ；０．０１〜０．２％、
Ｎｉ：０．１〜１％、
Ｎ：０．００１〜０．００７％、
Ｐ ：０．０５％以下、
Ｓ ：０．０５％以下を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．００５〜０．１％、
Ｔａ：０．００５〜０．１％、
Ｖ ：０．００５〜０．１％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｗ ：０．０５〜１％のうちの１種または２種以上を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる母材と、質量％で、
Ｃ ：０．００５〜０．２％、
Ｓｉ：０．０１〜２．５％、
Ｍｎ：０．１〜２％、
Ｃｕ：０．１〜１％、
Ｍｏ：０．００１〜０．５％、
Ｓｂ：０．０１〜０．２％、
Ｎｉ：０．１〜１％、
Ｎ：０．００１〜０．０２％、
Ｐ ：０．０３％以下、
Ｓ ：０．０３％以下を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．００５〜０．１％、
Ｔａ：０．００５〜０．１％、
Ｖ ：０．００５〜０．１％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｗ ：０．０５〜１％のうちの１種または２種以上を含有し、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶接金属とからなり、かつ、前記母材および溶接金属の下記＜２＞式で求められる耐酸腐食性指数ＥＩが０以上であることを特徴とする耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ＥＩ／１００００＝０．０００５＋０．０４５×Ｓｂ％−Ｃ％×Ｍｏｅｑ ＜２＞
ただし、上記「％」は「質量％」を示し、上記Ｍｏｅｑ（質量％）は、Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋５．１×（Ｎｂ％＋Ｔａ％）＋４．２×Ｖ％＋９．３×Ｔｉ％＋０．５×Ｗを示す。 - 前記母材と溶接金属の耐酸腐食性指数ＥＩの差分絶対値｜ΔＥＩ｜が２０以下であることを特徴とする請求項１１に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
ただし、｜ΔＥ｜＝｜ＥＩ（母材）−ＥＩ（溶接金属）｜ - 前記母材が、質量％で、Ｓ：０．００５超〜０．０２５％を含有し、前記溶接金属が、質量％で、Ｓ：０．００５超〜０．０２％を含有することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
- 前記母材および溶接金属が、質量％で、さらに、Ｃｒ：０．１〜０．５％以下を含有することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
- 前記母材および溶接金属が、質量％で、さらに、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有することを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
- 前記母材および溶接金属が、質量％で、さらに
Ｃａ：０．０００２〜０．０１％、
Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、
ＲＥＭ：０．０００２〜０．０１％、
Ｂ ：０．０００２〜０．００５％
のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。 - 前記母材および溶接金属が、質量％で、さらに
Ｓｎ：０．０１〜０．３％、
Ｐｂ：０．０１〜０．３％、
Ｔｅ：０．００１〜０．１％、
Ｂｉ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項９〜１６のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。 - 前記母材および溶接金属に、質量％で、さらに
Ａｇ：０．００１〜０．５％、
Ｐｄ：０．００１〜０．１％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項９〜１７のいずれか１項に記載の耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼の溶接継手。
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