本發(fā)明涉及用于尿素SCR催化劑載體的殼體的鐵素體系不銹鋼板。
背景技術(shù)：
尿素SCR(SCR：Selective Catalytic Reduction(選擇性催化劑還原))是利用將尿素水分解而得到的氨(NH3)，經(jīng)由催化劑將NOx還原成氮(N2)和水(H2O)而進(jìn)行無(wú)害化的環(huán)境技術(shù)，主要用于柴油卡車(chē)。
已知在將該尿素水在高溫下分解而生成NH3的過(guò)程中，生成氨基甲酸銨(NH2COONH4)這樣的腐蝕性強(qiáng)的物質(zhì)。
以往，尿素SCR催化劑載體主要使用陶瓷，該圓筒形的陶瓷制的尿素SCR催化劑載體是用鐵素體系不銹鋼板卷繞成殼體而保持。因此，該鐵素體系不銹鋼板的內(nèi)側(cè)(陶瓷側(cè))要求耐受氨基甲酸銨的腐蝕。例如，專利文獻(xiàn)1中記載了將進(jìn)行了硝酸浸漬酸洗的含有10.0～20.0質(zhì)量％的Cr的鐵素體系不銹鋼板用于尿素SCR系統(tǒng)部件。
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2012－112025號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
然而，導(dǎo)入了尿素SCR系統(tǒng)的柴油卡車(chē)，有從街道中的短距離輸送到遠(yuǎn)距離輸送各種使用方式，根據(jù)排出氣體的溫度和排出氣體量而推測(cè)腐蝕性的氨基甲酸銨的產(chǎn)量不同。而且，認(rèn)為產(chǎn)生大量氨基甲酸銨的情況下，鐵素體系不銹鋼板的腐蝕容易進(jìn)行。
就這方面而言，上述專利文獻(xiàn)1的鐵素體系不銹鋼根據(jù)情況，存在尿素SCR殼體對(duì)氨基甲酸銨的耐腐蝕性不足而發(fā)生劇烈腐蝕的問(wèn)題，希望提供耐腐蝕性更優(yōu)異的尿素SCR殼體用鐵素體系不銹鋼板。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種尿素SCR環(huán)境下的耐腐蝕性優(yōu)異的尿素SCR殼體用鐵素體系不銹鋼板。
本發(fā)明人等為了解決上述課題，利用尿素制造設(shè)備用材料的評(píng)價(jià)所使用的Huey試驗(yàn)研究對(duì)尿素環(huán)境下的各種合金元素的耐腐蝕性的影響。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使鋼板含有20.5質(zhì)量％以上的Cr、0.40質(zhì)量％以上的Cu和適量的Ti或Nb，得到適合用于尿素SCR殼體的優(yōu)異的耐腐蝕性。
其主旨如下。
[1]一種尿素SCR殼體用鐵素體系不銹鋼板，以質(zhì)量％計(jì)，含有C：0.020％以下、Si：0.01～0.50％、Mn：0.01～0.50％、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Al：0.01～0.20％、Cr：20.5～24.0％、Cu：0.40～0.80％、Ni：0.05～0.6％、N：0.020％以下，進(jìn)一步含有選自Ti：0.01～0.40％、Nb：0.01～0.55％中的1種或者2種，剩余部分由Fe和其它不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，滿足Ti+Nb×48/93≥8×(C+N)…(1)
(式(1)中的Ti、Nb、C以及N表示各元素的含量(質(zhì)量％)。)
[2]根據(jù)上述[1]所述的尿素SCR殼體用鐵素體系不銹鋼板，其中，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有Mo：0.01～0.25％。
[3]根據(jù)上述[1]或[2]所述的尿素SCR殼體用鐵素體系不銹鋼板其中，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有V：0.01～0.20％、Zr：0.01～0.20％、Ca：0.0002～0.0020％中的1種或2種以上。
本發(fā)明的尿素SCR殼體用鐵素體系不銹鋼板在尿素SCR環(huán)境下的耐腐蝕性優(yōu)異，能夠提高尿素SCR殼體的耐久性。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的尿素SCR殼體用鐵素體系不銹鋼板的特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C：0.020％以下、Si：0.01～0.50％、Mn：0.01～0.50％、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Al：0.01～0.20％、Cr：20.5～24.0％、Cu：0.40～0.80％、Ni：0.05～0.6％、N：0.020％以下，進(jìn)一步含有選自Ti：0.01～0.40％、Nb：0.01～0.55％中的1種或2種，剩余部分由Fe和其它不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，滿足Ti+Nb×48/93≥8×(C+N)(式中的Ti、Nb、C以及N表示各元素的含量(質(zhì)量％))。本發(fā)明的尿素SCR殼體用鐵素體系不銹鋼板對(duì)氨基甲酸銨的耐腐蝕性優(yōu)異，能夠提高尿素SCR殼體的耐久性。
以下，對(duì)本發(fā)明的尿素SCR殼體用鐵素體系不銹鋼板(以下，稱為“本發(fā)明的鋼板”)的成分限定理由進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)予說(shuō)明，本發(fā)明的鋼板中的各成分的“％”只要沒(méi)有特別說(shuō)明，就表示“質(zhì)量％”。
[C：0.020％以下]
C是降低鋼板的加工性和韌性的元素，如果C含量超過(guò)0.020％，則其負(fù)面影響變得顯著，因此C含量限定在0.020％以下。特別是從加工性和韌性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選C含量設(shè)為0.017％以下。另外，更優(yōu)選C含量設(shè)為0.012％以下。
[Si：0.01～0.50％]
Si是作為脫氧劑而必需的元素。該效果通過(guò)含有0.01％以上的Si而得到。但是，由于Si在冷軋板退火時(shí)會(huì)氧化而在表面形成SiO2被膜，使酸洗性降低，所以Si含量以0.50％為上限。從酸洗性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選Si含量設(shè)為0.20％以下。
[Mn：0.01～0.50％]
Mn是作為脫氧劑而必需的元素。該效果通過(guò)含有0.01％以上的Mn而得到。但是，如果過(guò)量添加，則會(huì)使鋼板的加工性降低，所以Mn含量限定在0.50％以下。從鋼板的加工性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選Mn含量設(shè)為0.30％以下，另外，更優(yōu)選設(shè)為0.20％以下。
[P：0.040％以下]
P是降低鋼板的加工性和韌性的元素，優(yōu)選盡可能低，P含量設(shè)為0.040％以下。更優(yōu)選P含量設(shè)為0.030％以下。
[S：0.010％以下]
S是降低韌性的元素，優(yōu)選盡可能低，S含量設(shè)為0.010％以下。從韌性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選將S含量設(shè)為0.006％以下。
[Al：0.01～0.20％]
Al是作為脫氧劑有效的元素。該效果通過(guò)含有0.01％以上的Al而得到。但是，如果Al過(guò)量含有，則因Al2O3夾雜物過(guò)度生成而發(fā)生起皮等且表面品質(zhì)降低，因此Al含量限定在0.20％以下。從表面品質(zhì)的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選Al含量設(shè)為0.05％以下。
[Cr：20.5～24.0％]
Cr是增強(qiáng)在不銹鋼板的表面生成的鈍化膜而抑制腐蝕產(chǎn)生，對(duì)提高作為本發(fā)明的特征的尿素SCR環(huán)境下對(duì)氨基甲酸銨的耐腐蝕性有效的元素成分。為了得到充分的耐腐蝕性，需要20.5％以上的Cr含量，Cr含量以20.5％為下限。進(jìn)一步優(yōu)選Cr含量設(shè)為21.0％以上。另一方面，Cr降低鋼板的韌性，尤其若含有超過(guò)24.0％的Cr，則韌性顯著降低，因此Cr含量限定在24.0％以下。從韌性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選Cr含量設(shè)為22.0％以下。
另外，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)通過(guò)使鋼板中并用地含有20.5％～24.0％的Cr和如后所述的0.40％～0.80％的Cu，Cr抑制腐蝕產(chǎn)生，且Cu抑制腐蝕進(jìn)行，利用它們的協(xié)同效果，鋼板對(duì)氨基甲酸銨的耐腐蝕性非常優(yōu)異。
[Cu：0.40～0.80％]
Cu有在因腐蝕而產(chǎn)生點(diǎn)蝕的情況下抑制點(diǎn)蝕擴(kuò)大(腐蝕進(jìn)行)的作用，是對(duì)在尿素SCR環(huán)境下對(duì)氨基甲酸銨的耐腐蝕性提高特別有效的元素成分。該效果通過(guò)含有0.40％以上的Cu而得到。另一方面，如果含有超過(guò)0.80％的Cu，則使韌性降低，因此含有0.80％以下的Cu。從韌性的觀點(diǎn)考慮，Cu優(yōu)選含有0.60％以下。
[Ni：0.05～0.6％]
Ni具有提高耐腐蝕性和韌性的效果，該效果通過(guò)含有0.05％以上的Ni而得到。但是，因?yàn)樵铣杀靖?，所以Ni含量設(shè)為0.6％以下。
[N：0.020％以下]
N與C同樣是降低加工性和韌性的元素，如果N含量超過(guò)0.020％，則其負(fù)面影響變得顯著，因此限定在0.020％以下。特別是從加工性和韌性的觀點(diǎn)考慮，N含量?jī)?yōu)選設(shè)為0.015％以下，更優(yōu)選設(shè)為0.012％以下。
[選自Ti：0.01～0.40％、Nb：0.01～0.55％中的1種或2種]且[Ti+Nb×48/93≥8×(C+N)]
Ti和Nb形成碳氮化物，抑制Cr與碳和氮結(jié)合而使耐腐蝕性降低的敏化現(xiàn)象。該效果通過(guò)將Ti含量或Nb含量設(shè)為0.01％以上，且滿足
Ti+Nb×48/93≥8×(C+N)…(1)
(式(1)中的Ti、Nb、C以及N表示各元素的含量(質(zhì)量％))而得到。另外，從抑制敏化的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選滿足式(1)并且將Ti含量設(shè)為0.20％以上、或者將Nb含量設(shè)為0.30％以上。但是，即便過(guò)量含有Ti、Nb，敏化抑制效果不僅飽和，而且導(dǎo)致韌性降低，因此Ti含量設(shè)為0.40％以下，Nb含量設(shè)為0.55％以下。從韌性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選Ti含量設(shè)為0.35％以下，Nb含量設(shè)為0.45％以下。
本發(fā)明的鋼板中，上述成分以外的剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
另外，本發(fā)明中，Mo、V、Zr、Ca不是必需成分，但出于以下的目的，還可以按以下的范圍含有。
[Mo：0.01～0.25％]
Mo是對(duì)耐腐蝕性的提高有效的元素，該效果通過(guò)含有0.01％以上的Mo而得到。但是，如果含有超過(guò)0.25％的Mo，則有時(shí)使韌性降低，因此含有Mo時(shí)，Mo含量設(shè)為0.01～0.25％。
[V：0.01～0.20％]
V是通過(guò)含有而提高加工性的元素。該效果通過(guò)含有0.01％以上的V而得到。但是，如果含有超過(guò)0.20％的V，則有產(chǎn)生表面缺陷、降低表面性狀的情況，因此，含有V時(shí)，V含量設(shè)為0.01～0.20％。
[Zr：0.01～0.20％]
Zr是通過(guò)含有而提高加工性的元素。該效果通過(guò)含有0.01％以上的Zr而得到。但是，如果含有超過(guò)0.20％的Zr，則有產(chǎn)生表面缺陷、降低表面性狀的情況，因此，含有Zr時(shí)，Zr含量設(shè)為0.01～0.20％。
[Ca：0.0002～0.0020％]
Ca具有脫氧效果，根據(jù)需要而含有。為了得到該效果，Ca含量設(shè)為0.0002％以上，優(yōu)選設(shè)為0.0005％以上。然而，即便含有超過(guò)0.0020％的Ca，脫氧效果不僅飽和，而且有Ca成為夾雜物，產(chǎn)生起皮而使表面性狀降低的情況，含有Ca時(shí)，Ca含量設(shè)為0.0020％以下。
[制造方法]
對(duì)于制造本發(fā)明的尿素SCR殼體用鐵素體系不銹鋼板的方法，在鋼水的階段像上述那樣對(duì)鋼水的組成進(jìn)行成分調(diào)整，除此以外沒(méi)有特別限定，可以應(yīng)用鐵素體系不銹鋼板的制造中通常采用的方法。
以下對(duì)上述制造方法中優(yōu)選的制造條件進(jìn)行說(shuō)明。
對(duì)鋼進(jìn)行熔煉的煉鋼工序是優(yōu)選對(duì)用轉(zhuǎn)爐或電爐等溶解的鋼利用VOD法(真空吹氧脫碳法，vacuum oxygen decarburization)等進(jìn)行二次精煉而制成含有上述必需成分和根據(jù)需要添加的成分的鋼。熔煉的鋼水可以用公知的方法制成鋼材料(鋼坯)，但從生產(chǎn)率和品質(zhì)方面考慮，優(yōu)選利用連續(xù)鑄造法。鋼材料之后被加熱至1000～1250℃，并通過(guò)熱軋制成所希望的板厚的熱軋板。當(dāng)然，也可以熱加工成板材以外的形狀。這樣得到的熱軋板之后在850～1100℃的溫度下實(shí)施連續(xù)退火后，也可以利用酸洗等除去氧化皮。另外，退火后的冷卻速度沒(méi)有特別限制，但優(yōu)選盡可能地以短時(shí)間進(jìn)行冷卻。應(yīng)予說(shuō)明，根據(jù)需要，可以在酸洗前利用噴丸將氧化皮除去。
進(jìn)而，可以將上述熱軋退火板或者熱軋板經(jīng)由冷軋等工序制成冷軋制品。這時(shí)的冷軋可以進(jìn)行1次，但從生產(chǎn)率、要求品質(zhì)上的觀點(diǎn)考慮，可以是隔著中間退火的2次以上的冷軋。1次或者2次以上的冷軋工序的總壓下率優(yōu)選為60％以上，更優(yōu)選為70％以上。優(yōu)選經(jīng)冷軋的鋼板之后優(yōu)選在850～1150℃、更優(yōu)選在900～1100℃的溫度下連續(xù)退火(最終退火)，進(jìn)行酸洗而制成冷軋制品。此時(shí)，退火后的冷卻速度也沒(méi)有特別限制，但優(yōu)選盡可能快。進(jìn)而根據(jù)用途，在最終退火后可以實(shí)施表面軋制等而進(jìn)行鋼板的形狀、表面粗度、材質(zhì)調(diào)整。
實(shí)施例1
以下基于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。作為實(shí)施例，利用以下方法得到成為供試材料的冷軋板。
將具有表1所示的化學(xué)組成的50kg鋼錠在真空溶解爐中進(jìn)行熔煉，加熱到1200℃后利用反向軋機(jī)進(jìn)行熱軋而制成厚度3mm的熱軋板，在930～1100℃進(jìn)行退火后，利用酸洗除去氧化皮而制成熱軋酸洗板。接著利用反向軋機(jī)對(duì)該熱軋酸洗板進(jìn)行冷軋而制成板厚1.0mm，進(jìn)行880～970℃下的最終退火后，在60℃的混合酸(硝酸10質(zhì)量％+氫氟酸3質(zhì)量％)中浸漬除去氧化皮，得到冷軋板。
為了研究尿素SCR環(huán)境下的耐腐蝕性，對(duì)作為上述的冷軋板即供試材料根據(jù)JIS Z 0573(不銹鋼的65％硝酸腐蝕試驗(yàn)方法)進(jìn)行試驗(yàn)，求出48小時(shí)的腐蝕速度(g/m2/h)。將腐蝕速度為0.35g/m2/h以下的樣品判定為合格。將結(jié)果示于表1。
[表1]
可知本發(fā)明例中尿素SCR腐蝕試驗(yàn)全部合格，并顯示優(yōu)異的耐腐蝕性。另一方面，Cu含量比本發(fā)明的成分范圍少的No.13、Cr含量比本發(fā)明的成分范圍少的No.14、Ti或Nb含量不滿足本發(fā)明的式(1)所示的“Ti+Nb×48/93≥8×(C+N)”的No.15和No.16，在尿素SCR腐蝕試驗(yàn)中不合格。如此，可知本發(fā)明鋼在尿素SCR環(huán)境下的耐腐蝕性優(yōu)異。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
如以上說(shuō)明所述，本發(fā)明的鋼板在尿素SCR環(huán)境下的耐腐蝕性優(yōu)異，因此適合作為保持尿素SCR催化劑載體的殼體材料。