本发明涉及用于尿素SCR催化剂载体的壳体的铁素体系不锈钢板。
背景技术：
尿素SCR(SCR：Selective Catalytic Reduction(选择性催化剂还原))是利用将尿素水分解而得到的氨(NH3)，经由催化剂将NOx还原成氮(N2)和水(H2O)而进行无害化的环境技术，主要用于柴油卡车。
已知在将该尿素水在高温下分解而生成NH3的过程中，生成氨基甲酸铵(NH2COONH4)这样的腐蚀性强的物质。
以往，尿素SCR催化剂载体主要使用陶瓷，该圆筒形的陶瓷制的尿素SCR催化剂载体是用铁素体系不锈钢板卷绕成壳体而保持。因此，该铁素体系不锈钢板的内侧(陶瓷侧)要求耐受氨基甲酸铵的腐蚀。例如，专利文献1中记载了将进行了硝酸浸渍酸洗的含有10.0～20.0质量％的Cr的铁素体系不锈钢板用于尿素SCR系统部件。
专利文献
专利文献1:日本特开2012－112025号公报
技术实现要素：
然而，导入了尿素SCR系统的柴油卡车，有从街道中的短距离输送到远距离输送各种使用方式，根据排出气体的温度和排出气体量而推测腐蚀性的氨基甲酸铵的产量不同。而且，认为产生大量氨基甲酸铵的情况下，铁素体系不锈钢板的腐蚀容易进行。
就这方面而言，上述专利文献1的铁素体系不锈钢根据情况，存在尿素SCR壳体对氨基甲酸铵的耐腐蚀性不足而发生剧烈腐蚀的问题，希望提供耐腐蚀性更优异的尿素SCR壳体用铁素体系不锈钢板。
因此，本发明的目的在于提供一种尿素SCR环境下的耐腐蚀性优异的尿素SCR壳体用铁素体系不锈钢板。
本发明人等为了解决上述课题，利用尿素制造设备用材料的评价所使用的Huey试验研究对尿素环境下的各种合金元素的耐腐蚀性的影响。其结果发现，通过使钢板含有20.5质量％以上的Cr、0.40质量％以上的Cu和适量的Ti或Nb，得到适合用于尿素SCR壳体的优异的耐腐蚀性。
其主旨如下。
[1]一种尿素SCR壳体用铁素体系不锈钢板，以质量％计，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，进一步含有选自Ti：0.01～0.40％、Nb：0.01～0.55％中的1种或者2种，剩余部分由Fe和其它不可避免的杂质构成，满足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(质量％)。)
[2]根据上述[1]所述的尿素SCR壳体用铁素体系不锈钢板，其中，以质量％计，进一步含有Mo：0.01～0.25％。
[3]根据上述[1]或[2]所述的尿素SCR壳体用铁素体系不锈钢板其中，以质量％计，进一步含有V：0.01～0.20％、Zr：0.01～0.20％、Ca：0.0002～0.0020％中的1种或2种以上。
本发明的尿素SCR壳体用铁素体系不锈钢板在尿素SCR环境下的耐腐蚀性优异，能够提高尿素SCR壳体的耐久性。
具体实施方式
本发明的尿素SCR壳体用铁素体系不锈钢板的特征在于，以质量％计，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，进一步含有选自Ti：0.01～0.40％、Nb：0.01～0.55％中的1种或2种，剩余部分由Fe和其它不可避免的杂质构成，满足Ti+Nb×48/93≥8×(C+N)(式中的Ti、Nb、C以及N表示各元素的含量(质量％))。本发明的尿素SCR壳体用铁素体系不锈钢板对氨基甲酸铵的耐腐蚀性优异，能够提高尿素SCR壳体的耐久性。
以下，对本发明的尿素SCR壳体用铁素体系不锈钢板(以下，称为“本发明的钢板”)的成分限定理由进行说明。应予说明，本发明的钢板中的各成分的“％”只要没有特别说明，就表示“质量％”。
[C：0.020％以下]
C是降低钢板的加工性和韧性的元素，如果C含量超过0.020％，则其负面影响变得显著，因此C含量限定在0.020％以下。特别是从加工性和韧性的观点考虑，优选C含量设为0.017％以下。另外，更优选C含量设为0.012％以下。
[Si：0.01～0.50％]
Si是作为脱氧剂而必需的元素。该效果通过含有0.01％以上的Si而得到。但是，由于Si在冷轧板退火时会氧化而在表面形成SiO2被膜，使酸洗性降低，所以Si含量以0.50％为上限。从酸洗性的观点考虑，优选Si含量设为0.20％以下。
[Mn：0.01～0.50％]
Mn是作为脱氧剂而必需的元素。该效果通过含有0.01％以上的Mn而得到。但是，如果过量添加，则会使钢板的加工性降低，所以Mn含量限定在0.50％以下。从钢板的加工性的观点考虑，优选Mn含量设为0.30％以下，另外，更优选设为0.20％以下。
[P：0.040％以下]
P是降低钢板的加工性和韧性的元素，优选尽可能低，P含量设为0.040％以下。更优选P含量设为0.030％以下。
[S：0.010％以下]
S是降低韧性的元素，优选尽可能低，S含量设为0.010％以下。从韧性的观点考虑，优选将S含量设为0.006％以下。
[Al：0.01～0.20％]
Al是作为脱氧剂有效的元素。该效果通过含有0.01％以上的Al而得到。但是，如果Al过量含有，则因Al2O3夹杂物过度生成而发生起皮等且表面品质降低，因此Al含量限定在0.20％以下。从表面品质的观点考虑，优选Al含量设为0.05％以下。
[Cr：20.5～24.0％]
Cr是增强在不锈钢板的表面生成的钝化膜而抑制腐蚀产生，对提高作为本发明的特征的尿素SCR环境下对氨基甲酸铵的耐腐蚀性有效的元素成分。为了得到充分的耐腐蚀性，需要20.5％以上的Cr含量，Cr含量以20.5％为下限。进一步优选Cr含量设为21.0％以上。另一方面，Cr降低钢板的韧性，尤其若含有超过24.0％的Cr，则韧性显著降低，因此Cr含量限定在24.0％以下。从韧性的观点考虑，优选Cr含量设为22.0％以下。
另外，本发明人等发现通过使钢板中并用地含有20.5％～24.0％的Cr和如后所述的0.40％～0.80％的Cu，Cr抑制腐蚀产生，且Cu抑制腐蚀进行，利用它们的协同效果，钢板对氨基甲酸铵的耐腐蚀性非常优异。
[Cu：0.40～0.80％]
Cu有在因腐蚀而产生点蚀的情况下抑制点蚀扩大(腐蚀进行)的作用，是对在尿素SCR环境下对氨基甲酸铵的耐腐蚀性提高特别有效的元素成分。该效果通过含有0.40％以上的Cu而得到。另一方面，如果含有超过0.80％的Cu，则使韧性降低，因此含有0.80％以下的Cu。从韧性的观点考虑，Cu优选含有0.60％以下。
[Ni：0.05～0.6％]
Ni具有提高耐腐蚀性和韧性的效果，该效果通过含有0.05％以上的Ni而得到。但是，因为原料成本高，所以Ni含量设为0.6％以下。
[N：0.020％以下]
N与C同样是降低加工性和韧性的元素，如果N含量超过0.020％，则其负面影响变得显著，因此限定在0.020％以下。特别是从加工性和韧性的观点考虑，N含量优选设为0.015％以下，更优选设为0.012％以下。
[选自Ti：0.01～0.40％、Nb：0.01～0.55％中的1种或2种]且[Ti+Nb×48/93≥8×(C+N)]
Ti和Nb形成碳氮化物，抑制Cr与碳和氮结合而使耐腐蚀性降低的敏化现象。该效果通过将Ti含量或Nb含量设为0.01％以上，且满足
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(质量％))而得到。另外，从抑制敏化的观点考虑，优选满足式(1)并且将Ti含量设为0.20％以上、或者将Nb含量设为0.30％以上。但是，即便过量含有Ti、Nb，敏化抑制效果不仅饱和，而且导致韧性降低，因此Ti含量设为0.40％以下，Nb含量设为0.55％以下。从韧性的观点考虑，优选Ti含量设为0.35％以下，Nb含量设为0.45％以下。
本发明的钢板中，上述成分以外的剩余部分为Fe和不可避免的杂质。
另外，本发明中，Mo、V、Zr、Ca不是必需成分，但出于以下的目的，还可以按以下的范围含有。
[Mo：0.01～0.25％]
Mo是对耐腐蚀性的提高有效的元素，该效果通过含有0.01％以上的Mo而得到。但是，如果含有超过0.25％的Mo，则有时使韧性降低，因此含有Mo时，Mo含量设为0.01～0.25％。
[V：0.01～0.20％]
V是通过含有而提高加工性的元素。该效果通过含有0.01％以上的V而得到。但是，如果含有超过0.20％的V，则有产生表面缺陷、降低表面性状的情况，因此，含有V时，V含量设为0.01～0.20％。
[Zr：0.01～0.20％]
Zr是通过含有而提高加工性的元素。该效果通过含有0.01％以上的Zr而得到。但是，如果含有超过0.20％的Zr，则有产生表面缺陷、降低表面性状的情况，因此，含有Zr时，Zr含量设为0.01～0.20％。
[Ca：0.0002～0.0020％]
Ca具有脱氧效果，根据需要而含有。为了得到该效果，Ca含量设为0.0002％以上，优选设为0.0005％以上。然而，即便含有超过0.0020％的Ca，脱氧效果不仅饱和，而且有Ca成为夹杂物，产生起皮而使表面性状降低的情况，含有Ca时，Ca含量设为0.0020％以下。
[制造方法]
对于制造本发明的尿素SCR壳体用铁素体系不锈钢板的方法，在钢水的阶段像上述那样对钢水的组成进行成分调整，除此以外没有特别限定，可以应用铁素体系不锈钢板的制造中通常采用的方法。
以下对上述制造方法中优选的制造条件进行说明。
对钢进行熔炼的炼钢工序是优选对用转炉或电炉等溶解的钢利用VOD法(真空吹氧脱碳法，vacuum oxygen decarburization)等进行二次精炼而制成含有上述必需成分和根据需要添加的成分的钢。熔炼的钢水可以用公知的方法制成钢材料(钢坯)，但从生产率和品质方面考虑，优选利用连续铸造法。钢材料之后被加热至1000～1250℃，并通过热轧制成所希望的板厚的热轧板。当然，也可以热加工成板材以外的形状。这样得到的热轧板之后在850～1100℃的温度下实施连续退火后，也可以利用酸洗等除去氧化皮。另外，退火后的冷却速度没有特别限制，但优选尽可能地以短时间进行冷却。应予说明，根据需要，可以在酸洗前利用喷丸将氧化皮除去。
进而，可以将上述热轧退火板或者热轧板经由冷轧等工序制成冷轧制品。这时的冷轧可以进行1次，但从生产率、要求品质上的观点考虑，可以是隔着中间退火的2次以上的冷轧。1次或者2次以上的冷轧工序的总压下率优选为60％以上，更优选为70％以上。优选经冷轧的钢板之后优选在850～1150℃、更优选在900～1100℃的温度下连续退火(最终退火)，进行酸洗而制成冷轧制品。此时，退火后的冷却速度也没有特别限制，但优选尽可能快。进而根据用途，在最终退火后可以实施表面轧制等而进行钢板的形状、表面粗度、材质调整。
实施例1
以下基于实施例对本发明进行说明。作为实施例，利用以下方法得到成为供试材料的冷轧板。
将具有表1所示的化学组成的50kg钢锭在真空溶解炉中进行熔炼，加热到1200℃后利用反向轧机进行热轧而制成厚度3mm的热轧板，在930～1100℃进行退火后，利用酸洗除去氧化皮而制成热轧酸洗板。接着利用反向轧机对该热轧酸洗板进行冷轧而制成板厚1.0mm，进行880～970℃下的最终退火后，在60℃的混合酸(硝酸10质量％+氢氟酸3质量％)中浸渍除去氧化皮，得到冷轧板。
为了研究尿素SCR环境下的耐腐蚀性，对作为上述的冷轧板即供试材料根据JIS Z 0573(不锈钢的65％硝酸腐蚀试验方法)进行试验，求出48小时的腐蚀速度(g/m2/h)。将腐蚀速度为0.35g/m2/h以下的样品判定为合格。将结果示于表1。
[表1]
可知本发明例中尿素SCR腐蚀试验全部合格，并显示优异的耐腐蚀性。另一方面，Cu含量比本发明的成分范围少的No.13、Cr含量比本发明的成分范围少的No.14、Ti或Nb含量不满足本发明的式(1)所示的“Ti+Nb×48/93≥8×(C+N)”的No.15和No.16，在尿素SCR腐蚀试验中不合格。如此，可知本发明钢在尿素SCR环境下的耐腐蚀性优异。
产业上的可利用性
如以上说明所述，本发明的钢板在尿素SCR环境下的耐腐蚀性优异，因此适合作为保持尿素SCR催化剂载体的壳体材料。