『耐塩酸・硫酸露点腐食鋼と適用溶接材料』
について

1. はじめに

近年、気候変動という地球的な問題につながる地球温暖化対策などに向けた取り組みは、企業や家庭など私たちの身近な所だけでなく、国連を中心とした国際会議の場でも取り上げられ、世界の国々が協力した取り組みを行えるよう議論がなされています。中でも発電所やごみ焼却炉など各種プラントから立ち昇る煙の中の成分により、地球温暖化やダイオキシン類の発生、酸性雨などの問題を引き起こす原因の一つとなっています。しかし、最近目にする煙突からは、煙が出ているかわからないくらいの煙となっています。このように、以前と比較して排煙量が少なくなるような設備改善が図られ、環境対策が施された設備を有する火力発電所やごみ焼却炉など各種プラントが増えてきているようです。今回は、このような設備の煙突や煙道・ダクトなどに使用されている耐塩酸・硫酸露点腐食鋼についてと、2019年8月より発売を開始した半自動用フラックス入りワイヤ『[F]DW-50AC』をご紹介します。

2. 耐食性鋼について

耐食性鋼は、SS材（一般構造用圧延鋼材）やSM材（溶接構造用圧延鋼材）などの炭素鋼に銅（Cu）・クロム（Cr）・ニッケル（Ni）などの合金元素を少量添加させた鋼材です。代表的な鋼種は、JIS G3114：2016に分類されている、「溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材」（種類の記号の一例として、SＭA490BW）が橋梁業界で使用されています。SS材やSM材は、大気中に暴露すると時間経過とともに鋼材表面に赤さびが生成し、腐食が進行していきます。一方、耐候性鋼は鋼材表面に「保護性さび」と呼ばれている緻密なさび層が形成されます。この「保護性さび」は水や酸素などが透過し難いため、ある程度腐食が進行した後はそれ以上腐食が進行しないという特徴があります。この鋼種以外にも、より環境に厳しい所に適した、ニッケル系高耐候性鋼や海水に適した耐海水性鋼などがあります。耐塩酸・硫酸露点腐食鋼は、耐塩酸・硫酸腐食に適応した鋼種です。耐塩酸・硫酸腐食は、一般的な腐食と異なり、普通鋼だけではなく腐食に強いとされているステンレス鋼も激しく腐食されます。この鋼種は、炭素鋼にCu・Ni・Cr・Sb（アンチモン）など少量の合金元素を添加して耐食性を向上させています。これらの鋼種は、専用のJISがありませんので、各種鋼材メーカの鋼材名で呼ばれています。

3. 硫酸露点腐食について

火力発電や各種プラントなどを稼働するために使用するボイラは、重油や石炭、液化天然ガス（LNG）などを燃焼させて稼働します。その燃料に含まれる成分が燃えて、SOx（硫黄酸化物質）やNOx（窒化酸化物質）、ばいじん（燃えカス）などを発生させます。

SOxは、重油や石炭に含まれる硫黄成分が燃焼して発生します。そのガスは亜硫酸ガスと呼ばれ、火山や温泉で発生するガスと同様で、刺激臭が強いのが特徴として挙げられます。この亜硫酸ガスは水蒸気と親和性が高く、反応すると硫酸蒸気を生成します。硫酸蒸気は煙道を通過中に壁面に接触して冷却され、結露することで硫酸に変化します。この硫酸は、壁面温度が高いほど濃度が高く、高温高濃度の硫酸水溶液により起こる腐食を硫酸露点腐食といいます。

図1の火力発電所の概要にてご説明します。火力発電は、水を蒸発させてその蒸気を利用してタービンを回転させて発電を行います。水蒸気は冷やされてまた水に戻る仕組みです。この蒸発に必要な火力に石炭や重油・LNGなどが使用されています。燃焼後の煙は、脱硝装置にてNOxを除去⇒集じん装置にてすずや灰を除去⇒脱硫装置にてSOxを除去して、煙はきれいに処理されて煙突へと向かいます。このような処理工程を通過させても硫酸腐食は防止することができません。この硫酸腐食は、硫酸蒸気が冷却され硫酸が生成されやすい煙突周辺で発生する事象で、耐硫酸露点腐食鋼が適用されています。

4. 塩酸露点腐食について

私たちが普段捨てているごみは、昔に比べて分別品目が増え、リサイクルできる物はリサイクルされています。ごみの分別は、各自治体の清掃工場やリサイクル処理工場のごみ焼却炉の能力の違いによって異なります。ごみを焼却するごみ焼却炉から出る煙も、以前と比較して少なくなっています。各種ごみの焼却時に発生する煙の中には、そのごみの中に含まれているプラスチック製品などの成分によって、NOxやSOx・ダイオキシン類などが問題となります。図2清掃工場の概要図にてご説明します。ごみの焼却にはいくつかの種類があり、日本ではストーカ式燃焼炉が多く採用されています。ストーカ式燃焼炉は、火格子の上にごみをのせ乾燥・燃焼させます。燃焼温度は800℃以上になっており、ダイオキシン類を燃焼させます。ここで発生した煙はボイラで発電に利用され、減温塔で冷却⇒バグフィルタでダイオキシン類や灰を除去⇒洗煙設備でNOxやSOxなどを中和洗浄で除去⇒触媒脱硝装置にて除去できなかった煙も分解して煙突へと向かいます。この塩酸・硫酸腐食も、このような処理工程を通過しても防止できず、塩酸・硫酸蒸気が冷却され生成されやすい煙道や煙突で発生する事象となり、耐塩酸・硫酸露点腐食鋼が適用されます。

5. 耐塩酸・硫酸露点腐食鋼用溶接材料

神戸製鋼所の耐塩酸・硫酸露点腐食鋼用の溶接材料とJIS、適応鋼種を表1にまとめます。表2に、溶接材料の適正溶接電流範囲をまとめます。下記は、その溶接材料の特徴を簡単に紹介します。

表１耐塩酸・硫酸露点腐食鋼用溶材一覧

銘柄	径(mmφ)	JIS記号	耐硫酸露点腐食鋼	耐塩酸腐食鋼
[F]BA-47	3.2 4.0 5.0	Z 3211 E4919-G	〇	-
[F]LB-A52	3.2 4.0 5.0	Z 3211 E4916-G	〇	-
[F]DW-50AS	1.2	Z 3313 T 49J 0 T1-1 C A-G-U	〇	-
[F]DW-50AC	1.2	Z 3313 T 49J 0 T1-1 C A-G-U	〇	〇

表2 電流範囲単位(A)

	被覆アーク溶接棒				フラックス入りワイヤ
銘柄	[F]BA-47		[F]LB-A52		[F]DW-50AS	[F]DW-50AC
径(mmφ)	3.2	4.0	3.2	4.0	1.2	1.2
下向	90-140	140-190	80-130	130-180	120-300	120-300
水平すみ肉	90-140	140-190	80-130	130-180	120-300	120-300
立向上進	80-130	110-160	80-115	110-170	120-250	120-280