尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板的製作方法

2024-04-08 01:58:05 5

本發明涉及用於尿素SCR催化劑載體的殼體的鐵素體系不鏽鋼板。

背景技術：

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)，經由催化劑將NOx還原成氮(N2)和水(H2O)而進行無害化的環境技術，主要用於柴油卡車。

已知在將該尿素水在高溫下分解而生成NH3的過程中，生成氨基甲酸銨(NH2COONH4)這樣的腐蝕性強的物質。

以往，尿素SCR催化劑載體主要使用陶瓷，該圓筒形的陶瓷製的尿素SCR催化劑載體是用鐵素體系不鏽鋼板卷繞成殼體而保持。因此，該鐵素體系不鏽鋼板的內側(陶瓷側)要求耐受氨基甲酸銨的腐蝕。例如，專利文獻1中記載了將進行了硝酸浸漬酸洗的含有10.0～20.0質量％的Cr的鐵素體系不鏽鋼板用於尿素SCR系統部件。

專利文獻

專利文獻1:日本特開2012－112025號公報

技術實現要素：

然而，導入了尿素SCR系統的柴油卡車，有從街道中的短距離輸送到遠距離輸送各種使用方式，根據排出氣體的溫度和排出氣體量而推測腐蝕性的氨基甲酸銨的產量不同。而且，認為產生大量氨基甲酸銨的情況下，鐵素體系不鏽鋼板的腐蝕容易進行。

就這方面而言，上述專利文獻1的鐵素體系不鏽鋼根據情況，存在尿素SCR殼體對氨基甲酸銨的耐腐蝕性不足而發生劇烈腐蝕的問題，希望提供耐腐蝕性更優異的尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板。

因此，本發明的目的在於提供一種尿素SCR環境下的耐腐蝕性優異的尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板。

本發明人等為了解決上述課題，利用尿素製造設備用材料的評價所使用的Huey試驗研究對尿素環境下的各種合金元素的耐腐蝕性的影響。其結果發現，通過使鋼板含有20.5質量％以上的Cr、0.40質量％以上的Cu和適量的Ti或Nb，得到適合用於尿素SCR殼體的優異的耐腐蝕性。

其主旨如下。

[1]一種尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板，以質量％計，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，剩餘部分由Fe和其它不可避免的雜質構成，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(質量％)。)

[2]根據上述[1]所述的尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板，其中，以質量％計，進一步含有Mo：0.01～0.25％。

[3]根據上述[1]或[2]所述的尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板其中，以質量％計，進一步含有V：0.01～0.20％、Zr：0.01～0.20％、Ca：0.0002～0.0020％中的1種或2種以上。

本發明的尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板在尿素SCR環境下的耐腐蝕性優異，能夠提高尿素SCR殼體的耐久性。

具體實施方式

本發明的尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板的特徵在於，以質量％計，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，進一步含有選自Ti：0.01～0.40％、Nb：0.01～0.55％中的1種或2種，剩餘部分由Fe和其它不可避免的雜質構成，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(質量％))。本發明的尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板對氨基甲酸銨的耐腐蝕性優異，能夠提高尿素SCR殼體的耐久性。

以下，對本發明的尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板(以下，稱為「本發明的鋼板」)的成分限定理由進行說明。應予說明，本發明的鋼板中的各成分的「％」只要沒有特別說明，就表示「質量％」。

[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0.020％，則其負面影響變得顯著，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考慮，優選C含量設為0.017％以下。另外，更優選C含量設為0.012％以下。

[Si：0.01～0.50％]

Si是作為脫氧劑而必需的元素。該效果通過含有0.01％以上的Si而得到。但是，由於Si在冷軋板退火時會氧化而在表面形成SiO2被膜，使酸洗性降低，所以Si含量以0.50％為上限。從酸洗性的觀點考慮，優選Si含量設為0.20％以下。

[Mn：0.01～0.50％]

Mn是作為脫氧劑而必需的元素。該效果通過含有0.01％以上的Mn而得到。但是，如果過量添加，則會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考慮，優選Mn含量設為0.30％以下，另外，更優選設為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，優選儘可能低，P含量設為0.040％以下。更優選P含量設為0.030％以下。

[S：0.010％以下]

S是降低韌性的元素，優選儘可能低，S含量設為0.010％以下。從韌性的觀點考慮，優選將S含量設為0.006％以下。

[Al：0.01～0.20％]

Al是作為脫氧劑有效的元素。該效果通過含有0.01％以上的Al而得到。但是，如果Al過量含有，則因Al2O3夾雜物過度生成而發生起皮等且表面品質降低，因此Al含量限定在0.20％以下。從表面品質的觀點考慮，優選Al含量設為0.05％以下。

[Cr：20.5～24.0％]

Cr是增強在不鏽鋼板的表面生成的鈍化膜而抑制腐蝕產生，對提高作為本發明的特徵的尿素SCR環境下對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。進一步優選Cr含量設為21.0％以上。另一方面，Cr降低鋼板的韌性，尤其若含有超過24.0％的Cr，則韌性顯著降低，因此Cr含量限定在24.0％以下。從韌性的觀點考慮，優選Cr含量設為22.0％以下。

另外，本發明人等發現通過使鋼板中並用地含有20.5％～24.0％的Cr和如後所述的0.40％～0.80％的Cu，Cr抑制腐蝕產生，且Cu抑制腐蝕進行，利用它們的協同效果，鋼板對氨基甲酸銨的耐腐蝕性非常優異。

[Cu：0.40～0.80％]

Cu有在因腐蝕而產生點蝕的情況下抑制點蝕擴大(腐蝕進行)的作用，是對在尿素SCR環境下對氨基甲酸銨的耐腐蝕性提高特別有效的元素成分。該效果通過含有0.40％以上的Cu而得到。另一方面，如果含有超過0.80％的Cu，則使韌性降低，因此含有0.80％以下的Cu。從韌性的觀點考慮，Cu優選含有0.60％以下。

[Ni：0.05～0.6％]

Ni具有提高耐腐蝕性和韌性的效果，該效果通過含有0.05％以上的Ni而得到。但是，因為原料成本高，所以Ni含量設為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0.020％，則其負面影響變得顯著，因此限定在0.020％以下。特別是從加工性和韌性的觀點考慮，N含量優選設為0.015％以下，更優選設為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與碳和氮結合而使耐腐蝕性降低的敏化現象。該效果通過將Ti含量或Nb含量設為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(質量％))而得到。另外，從抑制敏化的觀點考慮，優選滿足式(1)並且將Ti含量設為0.20％以上、或者將Nb含量設為0.30％以上。但是，即便過量含有Ti、Nb，敏化抑制效果不僅飽和，而且導致韌性降低，因此Ti含量設為0.40％以下，Nb含量設為0.55％以下。從韌性的觀點考慮，優選Ti含量設為0.35％以下，Nb含量設為0.45％以下。

本發明的鋼板中，上述成分以外的剩餘部分為Fe和不可避免的雜質。

另外，本發明中，Mo、V、Zr、Ca不是必需成分，但出於以下的目的，還可以按以下的範圍含有。

[Mo：0.01～0.25％]

Mo是對耐腐蝕性的提高有效的元素，該效果通過含有0.01％以上的Mo而得到。但是，如果含有超過0.25％的Mo，則有時使韌性降低，因此含有Mo時，Mo含量設為0.01～0.25％。

[V：0.01～0.20％]

V是通過含有而提高加工性的元素。該效果通過含有0.01％以上的V而得到。但是，如果含有超過0.20％的V，則有產生表面缺陷、降低表面性狀的情況，因此，含有V時，V含量設為0.01～0.20％。

[Zr：0.01～0.20％]

Zr是通過含有而提高加工性的元素。該效果通過含有0.01％以上的Zr而得到。但是，如果含有超過0.20％的Zr，則有產生表面缺陷、降低表面性狀的情況，因此，含有Zr時，Zr含量設為0.01～0.20％。

[Ca：0.0002～0.0020％]

Ca具有脫氧效果，根據需要而含有。為了得到該效果，Ca含量設為0.0002％以上，優選設為0.0005％以上。然而，即便含有超過0.0020％的Ca，脫氧效果不僅飽和，而且有Ca成為夾雜物，產生起皮而使表面性狀降低的情況，含有Ca時，Ca含量設為0.0020％以下。

[製造方法]

對於製造本發明的尿素SCR殼體用鐵素體系不鏽鋼板的方法，在鋼水的階段像上述那樣對鋼水的組成進行成分調整，除此以外沒有特別限定，可以應用鐵素體系不鏽鋼板的製造中通常採用的方法。

以下對上述製造方法中優選的製造條件進行說明。

對鋼進行熔煉的煉鋼工序是優選對用轉爐或電爐等溶解的鋼利用VOD法(真空吹氧脫碳法，vacuum oxygen decarburization)等進行二次精煉而製成含有上述必需成分和根據需要添加的成分的鋼。熔煉的鋼水可以用公知的方法製成鋼材料(鋼坯)，但從生產率和品質方面考慮，優選利用連續鑄造法。鋼材料之後被加熱至1000～1250℃，並通過熱軋製成所希望的板厚的熱軋板。當然，也可以熱加工成板材以外的形狀。這樣得到的熱軋板之後在850～1100℃的溫度下實施連續退火後，也可以利用酸洗等除去氧化皮。另外，退火後的冷卻速度沒有特別限制，但優選儘可能地以短時間進行冷卻。應予說明，根據需要，可以在酸洗前利用噴丸將氧化皮除去。

進而，可以將上述熱軋退火板或者熱軋板經由冷軋等工序製成冷軋製品。這時的冷軋可以進行1次，但從生產率、要求品質上的觀點考慮，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選為60％以上，更優選為70％以上。優選經冷軋的鋼板之後優選在850～1150℃、更優選在900～1100℃的溫度下連續退火(最終退火)，進行酸洗而製成冷軋製品。此時，退火後的冷卻速度也沒有特別限制，但優選儘可能快。進而根據用途，在最終退火後可以實施表面軋制等而進行鋼板的形狀、表面粗度、材質調整。

實施例1

以下基於實施例對本發明進行說明。作為實施例，利用以下方法得到成為供試材料的冷軋板。

將具有表1所示的化學組成的50kg鋼錠在真空溶解爐中進行熔煉，加熱到1200℃後利用反向軋機進行熱軋而製成厚度3mm的熱軋板，在930～1100℃進行退火後，利用酸洗除去氧化皮而製成熱軋酸洗板。接著利用反向軋機對該熱軋酸洗板進行冷軋而製成板厚1.0mm，進行880～970℃下的最終退火後，在60℃的混合酸(硝酸10質量％+氫氟酸3質量％)中浸漬除去氧化皮，得到冷軋板。

為了研究尿素SCR環境下的耐腐蝕性，對作為上述的冷軋板即供試材料根據JIS Z 0573(不鏽鋼的65％硝酸腐蝕試驗方法)進行試驗，求出48小時的腐蝕速度(g/m2/h)。將腐蝕速度為0.35g/m2/h以下的樣品判定為合格。將結果示於表1。

[表1]

可知本發明例中尿素SCR腐蝕試驗全部合格，並顯示優異的耐腐蝕性。另一方面，Cu含量比本發明的成分範圍少的No.13、Cr含量比本發明的成分範圍少的No.14、Ti或Nb含量不滿足本發明的式(1)所示的「Ti+Nb×48/93≥8×(C+N)」的No.15和No.16，在尿素SCR腐蝕試驗中不合格。如此，可知本發明鋼在尿素SCR環境下的耐腐蝕性優異。

產業上的可利用性

如以上說明所述，本發明的鋼板在尿素SCR環境下的耐腐蝕性優異，因此適合作為保持尿素SCR催化劑載體的殼體材料。