CN103403211B

CN103403211B - 耐候性优良的钢材

Info

Publication number: CN103403211B
Application number: CN201280010270.XA
Authority: CN
Inventors: 三浦进一; 鹿毛勇; 小森务; 星野俊幸
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: MY153707A; CN103403211A; WO2012115281A1; JP2012188754A; JP5120510B2; US20140056752A1; KR20130123432A; KR20150068500A

Abstract

本发明提供耐候性优良的钢材。具体而言，一种耐候性优良的钢材，其特征在于，以质量%计，含有C：超过0.06%且低于0.14%、Si：0.05%以上且2.00%以下、Mn：0.20%以上且2.00%以下、P：0.005%以上且0.030%以下、S：0.0001%以上且0.0200%以下、Al：0.001%以上且0.100%以下、Cu：0.10%以上且1.00%以下、Ni：0.10%以上且0.65%以下、Mo：0.0001%以上且1.000%以下、优选Mo：0.005%以上且1.000%以下、Nb：0.005%以上且0.200%以下，余量由铁和不可避免的杂质构成。

Description

耐候性优良的钢材

技术领域

本发明主要涉及桥梁(bridge)等在室外使用的钢结构物(SteelStructures)，特别涉及适合作为在海岸附近(coastalenvironment)等高盐分的环境下要求耐候性(atmosphericcorrosionresistance)的构件的钢材。

背景技术

一直以来，在桥梁等在室外使用的钢结构物中使用耐候性钢(weatheringsteel)。耐候性钢是在暴露于大气的环境(atmosphericenvironment)中通过用富集有Cu、P、Cr、Ni等合金元素的保护性高的锈层(rustlayer)覆盖表面而使腐蚀速度(corrosionrate)显著降低的钢材。已知：利用其优良的耐候性，使用耐候性钢的桥梁常常在非涂装(paintless)的状态下能够耐受几十年的使用。

但是，已知：在海岸附近等空气悬浮盐类量(amountofair-bornesalt)多的环境中，难以生成上述保护性高的锈层，从而难以得到实用的耐候性(下文中，空气悬浮盐类量为通过JISZ2382的方法测定的值)。

根据非专利文献1，以往的耐候性钢(JISG3114：焊接结构用耐候性热轧钢材)仅在空气悬浮盐类量为0.05mg·NaCl/dm²/day(下文中，有时用mdd表示单位(mg·NaCl/dm²/day))以下的区域能够实现非涂装使用。因此，在海岸附近等空气悬浮盐类量多的环境中，对普通钢材(JISG3106：焊接结构用轧制钢材)实施涂装等防腐蚀处理后使用。需要说明的是，dm表示分米(decimeter)。

对于涂装(coating)而言，随着时间经过，涂膜(coatingfilm)发生劣化，从而需要定期的修补(maintenanceandrepair)。而且，还要加上人工费(laborcost)的猛涨、再涂装(recoating)的困难度。出于这样的理由，目前要求能够在非涂装的情况下使用的钢材，并且对能够在非涂装的情况下使用的钢材的期望高。

对于这种现状，近年来，作为在海岸附近等高空气悬浮盐类环境中能够在非涂装的情况下使用的钢材，开发了含有各种合金元素、特别是含有大量Ni的钢材。

例如，在专利文献1中，公开了添加有作为提高耐候性的元素的Cu和1重量%以上的Ni的高耐候性钢材。在专利文献2中，公开了添加有1质量%以上的Ni和Mo的耐候性优良的钢材。

另外，在专利文献3中，公开了除Cu、Ni以外还添加有Ti的耐候性钢材。另外，在专利文献4中，公开了含有大量Ni、并且含有Cu、Mo、Sn、Sb和P等的焊接结构用钢材。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3785271号公报

专利文献2：日本专利第3846218号公报

专利文献3：日本专利第3466076号公报

专利文献4：日本特开平10-251797号公报

非专利文献

非专利文献1：《耐候性鋼材的橋梁への応用に関する共同研究報告書(与耐候性钢材在桥梁中的应用有关的共同研究报告书)(XX)》、1993年3月、建设省土木研究所、(公司)钢材俱乐部、(公司)日本桥梁建设协会

发明内容

发明所要解决的问题

但是，如专利文献1、2和3那样增加Ni的含量时，存在由于合金成本上升而导致钢材的价格上升的问题。

另外，对于如专利文献4那样增加Ni和P的含量并含有Cu、Mo、Sn、Sb等的钢材而言，由于合金成本上升而导致钢材的价格上升，并且由于P的含量高，因此焊接性降低。

本发明鉴于这样的情况，其目的在于提供成本低、且耐候性优良的钢材。

用于解决问题的方法

本发明中，为了解决上述问题，从高盐分环境中的耐候性的观点出发，对钢材的成分组成进行了深入的研究。结果发现，通过在含有Cu、Ni的钢基中复合含有Mo和Nb，可以提高钢材在高盐分环境中的耐候性。

本发明基于以上的发现完成，其主旨如下所述。

第一发明为一种耐候性优良的钢材，其特征在于，以质量%计，含有C：超过0.06%且低于0.14%、Si：0.05%以上且2.00%以下、Mn：0.20%以上且2.00%以下、P：0.005%以上且0.030%以下、S：0.0001%以上且0.0200%以下、Al：0.001%以上且0.100%以下、Cu：0.10%以上且1.00%以下、Ni：0.10%以上且0.65%以下、Mo：0.001%以上且1.000%以下、优选Mo：0.005%以上且1.000%以下、Nb：0.005%以上且0.200%以下，余量由铁和不可避免的杂质构成。

第二发明为第一发明所述的耐候性优良的钢材，其特征在于，以质量%计，还含有选自Cr：0.2%以上且1.0%以下、Co：0.01%以上且1.00%以下、REM：0.0001%以上且0.1000%以下、Sn：0.005%以上且0.200%以下中的一种或两种以上。

第三发明为第一发明或第二发明所述的耐候性优良的钢材，其特征在于，以质量%计，还含有选自Ti：0.005%以上且0.200%以下、V：0.005%以上且0.200%以下、Zr：0.005%以上且0.200%以下、B：0.0001%以上且0.0050%以下、Mg：0.0001%以上且0.0100%以下中的一种或两种以上。

发明效果

根据本发明，能够得到成本低且耐候性优良的结构用钢材。

本发明的结构用钢材中，通过复合含有对提高耐候性有效的元素，能够不大量含有Ni等昂贵的元素从而实现低成本，能够具有实用的焊接性，并且能够在海岸附近等高盐分环境中具有优良的耐候性。特别是在空气悬浮盐类量超过0.05mdd的高空气悬浮盐类环境中具有显著的效果。

附图说明

图1是表示腐蚀试验的条件和循环的示意图。

具体实施方式

以下对本发明的各构成条件的限定理由进行说明。

1.关于成分组成

首先，说明对本发明的钢的成分组成进行规定的理由。需要说明的是，成分%全部表示质量%。

C：超过0.06%且低于0.14%

C是使结构用钢材的强度提高的元素，为了确保规定的强度，含量需要超过0.06%。另一方面，如果为0.14%以上，则焊接性和韧性劣化。因此，C量设定为超过0.06%且低于0.14%的范围。从确保强度的观点出发，优选为0.08%以上，从焊接性和韧性的观点出发，更优选低于0.10%。

Si：0.05%以上且2.00%以下

Si作为炼钢时的脱氧剂，并且作为用于使结构用钢材的强度提高并确保规定的强度的元素，需要含有0.05%以上。另一方面，超过2.00%而过量含有时，韧性和焊接性显著劣化。因此，Si量设定为0.05%以上且2.00%以下的范围。优选为0.10%以上且0.80%以下。

Mn：0.20%以上且2.00%以下

Mn是使结构用钢材的强度提高的元素，为了确保规定的强度，需要含有0.20%以上。另一方面，超过2.00%而过量含有时，韧性和焊接性劣化。因此，Mn量设定为0.20%以上且2.00%以下的范围。

优选为0.20%以上且1.50%以下。

P：0.005%以上且0.030%以下

P是使结构用钢材的耐候性提高的元素。为了得到这种效果，需要含有0.005%以上。另一方面，含量超过0.030%时，焊接性劣化。因此，P量设定为0.005%以上且0.030%以下的范围。优选为0.005%以上且0.025%以下。

S：0.0001%以上且0.0200%以下

S含量超过0.0200%时，焊接性和韧性劣化。另一方面，使含量降低至低于0.0001%时，生产成本增大。因此，S量设定为0.0001%以上且0.0200%以下的范围。优选为0.0003%以上且0.0050%以下。

Al：0.001%以上且0.100%以下

Al是炼钢时的脱氧所必需的元素。为了得到这种效果，作为Al含量，需要含有0.001%以上。另一方面，超过0.100%时，对焊接性造成不良影响。因此，Al量设定为0.001%以上且0.100%以下的范围。优选为0.010%以上且0.050%以下。需要说明的是，关于Al含量，测定可溶于酸的Al。

Cu：0.10%以上且1.00%以下

Cu具有通过使锈粒微细化而形成致密的锈层从而使结构用钢材的耐候性提高的效果。这种效果在含量为0.10%以上时可以得到。另一方面，超过1.00%时，会导致伴随Cu消耗量增加而产生的成本上升。因此，Cu量设定为0.10%以上且1.00%以下的范围。优选为0.20%以上且0.50%以下。

Ni：0.10%以上且0.65%以下

Ni具有通过使锈粒微细化而形成致密的锈层从而使结构用钢材的耐候性提高的效果。为了充分得到该效果，需要含有0.10%以上。另一方面，Ni超过0.65%时，会导致伴随Ni消耗量增加而产生的成本上升。因此，Ni量设定为0.10%以上且0.65%以下的范围。优选为0.15%以上且0.50%以下。

Mo：0.001%以上且1.000%以下

Mo在本发明中是重要的条件，通过与Nb同时存在，具有使钢材在高盐分环境中的耐候性显著提高的效果。另外，通过在锈层中形成钼酸离子，防止腐蚀促进因子即氯化物离子透过锈层而到达铁基。另外，伴随钢材的阳极反应溶出MoO₄ ^2-，并且含有Mo的化合物沉淀在钢材表面，由此抑制钢材的阳极反应。为了充分得到这些效果，需要含有0.001%以上。另一方面，超过1.000%时，会导致伴随Mo消耗量增加而产生的成本上升。因此，Mo量设定为0.001%以上且1.000%以下的范围。优选为0.005%以上且1.000%以下，进一步优选为0.10%以上且0.70%以下。

Nb：0.005%以上且0.200%以下

Nb在本发明中是重要的条件，通过与Mo同时存在，具有使钢材在高盐分环境中的耐候性显著提高的效果。Nb富集在钢材表面附近的锈层中，具有抑制钢材的阳极反应的效果。为了充分得到这些效果，需要含有0.005%以上。另一方面，超过0.200%时，会导致钢的韧性降低。因此，Nb量设定为0.005%以上且0.200%以下的范围。优选为0.010%以上且0.030%以下。

本发明的基本成分组成如上所述，但在要进一步提高所期望的特性的情况下，可以含有Cr、Co、REM、Sn中的一种或两种以上作为选择元素。

Cr：0.2%以上且1.0%以下

Cr对于通过使锈粒微细化而形成致密的锈层从而提高耐侯性是有效的，含有0.2%以上时，可以发挥其效果，超过1.0%时，会导致焊接性降低。因此，含有Cr时，其量优选设定为0.2%以上且1.0%以下的范围。更优选为0.2%以上且0.7%以下。

Co：0.01%以上且1.00%以下

Co分布在整个锈层中，对于通过使锈粒微细化而形成致密的锈层从而使结构用钢材的耐候性提高是有效的，含有0.01%以上时，可以发挥其效果，含量超过1.00%时，会导致伴随Co消耗量增加而产生的成本上升。因此，含有Co时，其量优选设定为0.01%以上且1.00%以下的范围。更优选为0.10%以上且0.50%以下。

REM：0.0001%以上且0.1000%以下

REM分布在整个锈层中，对于通过使锈粒微细化而形成致密的锈层从而使结构用钢材的耐候性提高是有效的，含有0.0001%以上时，可以发挥其效果，超过0.1000%时，其效果饱和。因此，含有REM时，其量优选设定为0.0001%以上且0.1000%以下的范围。更优选为0.0010%以上且0.0100%以下。

Sn：0.005%以上且0.200%以下

Sn富集在锈下层，对于抑制钢材的阳极反应是有效的，含有0.005%以上时，可以发挥其效果，超过0.200%时，会导致韧性的劣化。因此，含有Sn时，其量优选设定为0.005%以上且0.200%以下的范围。更优选为0.010%以上且0.100%以下。

另外，在本发明中，可以含有Ti、V、Zr、B、Mg中的一种或两种以上作为选择元素。

Ti：0.005%以上且0.200%以下

Ti是对于提高钢材的强度有效的元素，含有0.005%以上时，可以发挥其效果，超过0.200%时，会导致韧性的劣化。因此，含有Ti时，其量优选设定为0.005%以上且0.200%以下的范围。更优选为0.010%以上且0.100%以下。

V：0.005%以上且0.200%以下

V是对于提高强度有效的元素，含有0.005%以上时，可以发挥其效果，超过0.200%时效果饱和。因此，含有V时，其量优选设定为0.005%以上且0.200%以下的范围。更优选为0.010%以上且0.100%以下。

Zr：0.005%以上且0.200%以下

Zr是对于提高强度有效的元素，含有0.005%以上时，可以发挥其效果，超过0.200%时效果饱和。因此，含有Zr时，其量优选设定0.005%以上且0.200%以下的范围。更优选为0.010%以上且0.100%以下。

B：0.0001%以上且0.0050%以下

B是对于提高强度所需的元素，其量低于0.0001%时，无法充分得到其效果。另一方面，超过0.0050%时，会导致韧性的劣化。因此，含有B时，其量优选设定为0.0001%以上且0.0050%以下的范围。更优选为0.0005%以上且0.0040%以下。

Mg：0.0001%以上且0.0100%以下

Mg是使钢中的S固定从而对提高焊接热影响部的韧性有效的元素，含有0.0001%以上时，可以发挥其效果，超过0.0100%时，钢中的夹杂物的量增加，反而导致韧性的劣化。因此，含有Mg时，其量优选设定为0.0001%以上且0.0100%以下的范围。更优选为0.0005%以上且0.0030%以下。

需要说明的是，除上述的成分以外的余量由Fe和不可避免的杂质构成。在此，作为不可避免的杂质，可以允许N：0.010%以下、O：0.010%以下。另外，作为不可避免的杂质含有的Ca在钢中大量存在时，使焊接热影响部的韧性劣化，因此优选为0.0010%以下。

2.关于制造条件

关于本发明的耐候性优良的钢材，利用通常的连铸(continuouscasting)、开坯法将具有上述成分组成的钢制成钢坯(slab)，通过热轧(hotrolling)将所得到的钢坯制成厚板(steelplate)、型钢(shapedsteel)、薄钢板(steelsheet)、棒钢(barsteel)等钢材。需要说明的是，加热、轧制条件可以根据所要求的材质适当确定，也可以组合控制轧制(controlledrolling)、加速冷却(acceleratedcooling)或者再加热(reheating)这样的热处理等。

实施例1

将表1-1和表1-2所示化学组成的钢进行熔炼，加热至1150℃后进行热轧(hotrolling)，空气冷却(aircooling)至室温(roomtemperature)，试制成厚度6mm的钢板。接着，从所得到的钢板上裁取35mm×35mm×4mm的试验片(testspecimen)。对于试验片，对表面进行磨削加工(grindingprocessing)，以使表面粗糙度(surfaceroughness)Ra为1.6μm以下，将端面(edgeface)、背面(backside)用胶带(tape)密封(seal)，以表面露出部(exposedarea)的面积为25mm×25mm的方式也将表面用胶带密封。

对以上述方式得到的试验片进行耐候性评价试验，从而评价耐候性。

作为耐候性评价试验，进行模拟认为是对于实际的桥梁等结构物而言最严酷的环境的、无淋雨的横梁内部的环境的腐蚀试验。腐蚀试验中，在使盐分附着在上述试验片的表面的状态下反复进行温湿度循环。

温湿度循环中，如图1所示，使温度40℃、相对湿度40%RH的干燥工序为11小时，然后使过渡时间为1小时，然后使温度25℃、相对湿度95%RH的湿润工序为11小时，然后采用1小时的过渡时间，以合计24小时为一个循环，模拟实际环境的温湿度循环。

在温湿度循环开始前和每七个循环时，在干燥工序前将人工海水滴加到试验片的表面，使得附着在试验片表面的盐分达到1.4mg/dm²。

以该条件进行26周、182个温湿度循环的试验。

另外，腐蚀试验结束后，在37%盐酸(hydrochloricacid)500mL、六亚甲基四胺(hexamethylenetetremine)3.5g、ヒビロン(アイコーケミカル公司制造的抑制剂(inhibitor))3mL中加入蒸馏水(distilledwater)使其达到1L(升)，制得除锈溶液，将试验片浸渍到该除锈溶液中，并在脱锈后测定重量。需要说明的是，重量的测定依照第145届腐蚀-防腐蚀专题讨论会资料“腐蚀损耗评价方法的高精度化”中记载的方法。另外，求出所得到的重量与初期重量之差，并用其除以试验片的试验对象面的面积，由此计算出试验片单面的平均板厚减少量。

需要说明的是，约0.5mdd的空气悬浮盐类量相当于海岸附近等空气悬浮盐类量多的环境，根据以往发现可知，本腐蚀试验中的钢板厚度减少量(182天)与在空气悬浮盐类量为约0.5mdd的实际环境中暴露182天时由腐蚀造成的钢板厚度减少量同等。

另外，在由通过试验得到的平均板厚减少量外推求出100年后的腐蚀量的情况下，如果在本腐蚀试验期间得到的平均板厚减少量为22μm以下，则可以预想100年后的平均板厚减少量为无层状剥离锈产生的0.5mm以下。

一般而言，已知非涂装耐候性钢能否应用于桥梁的基准为100年后的板厚减少量为0.5mm以下，因此，对各种钢材进行本腐蚀试验，如果所得到的平均板厚减少量为22μm以下，则非涂装耐候性钢能够应用于桥梁。

如上所述，在表1-1和表1-2中，对于平均板厚减少量为22μm以下的钢材，判定为耐侯性优良。

将以上述方式得到的腐蚀试验结果与成分组成一起示出于表1-1和表1-2中。

根据表1-1和表1-2，作为发明例的钢种No.1～17和32～37，板厚减少量为19.7～22.0μm，均为22μm以下，具有优良的耐候性。

另一方面可知，作为比较例的钢种No.18～31中，钢种No.18～24不含有作为必需成分的Cu、Ni、Mo、Nb中的任意一种以上，钢种No.25的Cu低于下限，钢种No.26、29的Mo低于下限，钢种No.27的Nb低于下限，钢种No.28的Ni低于下限，钢种No.30的Sn低于下限，钢种No.31的Nb低于下限，因此，板厚减少量为24.3～30.7μm，超过22μm，与发明例相比，耐候性显著变差。

Claims

1.一种钢材，以质量％计，C：超过0.06％且低于0.14％、Si：0.05％以上且2.00％以下、Mn：0.20％以上且2.00％以下、P：0.005％以上且0.030％以下、S：0.0001％以上且0.0200％以下、Al：0.001％以上且0.100％以下、Cu：0.10％以上且1.00％以下、Ni：0.10％以上且0.65％以下、Mo：0.001％以上且1.000％以下、Nb：0.005％以上且0.200％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成。

2.如权利要求1所述的钢材，其中，以质量％计，还含有Mo：0.005％以上且1.000％以下。

3.如权利要求1或2所述的钢材，其中，以质量％计，还含有选自Cr：0.2％以上且1.0％以下、Co：0.01％以上且1.00％以下、REM：0.0001％以上且0.1000％以下、Sn：0.005％以上且0.200％以下中的一种或两种以上。

4.如权利要求1～3中任一项所述的钢材，其中，以质量％计，还含有选自Ti：0.005％以上且0.200％以下、V：0.005％以上且0.200％以下、Zr：0.005％以上且0.200％以下、B：0.0001％以上且0.0050％以下、Mg：0.0001％以上且0.0100％以下中的一种或两种以上。