CN110832099B - 结构用钢材及结构物 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种结构用钢材，其在大气腐蚀环境下、特别是在空中悬浮盐分量多的海上、海岸附近等严苛的腐蚀环境下使用时也能够降低涂装频率，且一次防锈性也良好，具有优异的涂装抗腐蚀性和用于桥梁等大型且复杂的结构物时的优异的耐层状撕裂性。本发明的结构用钢材具有给定的成分组成，且Sn偏析度为20以下。

Description

结构用钢材及结构物
技术领域
本发明主要涉及适用于在桥梁等陆上且户外的大气腐蚀环境下，特别是适用于在空中悬浮盐分量多的海上、海岸等严苛的腐蚀环境下使用的结构物的钢材。
背景技术
桥梁等户外使用的钢结构物通常实施某些防腐蚀处理来使用。例如，在空中悬浮盐分量少的环境下，大多使用耐候钢。
这里，耐候钢是在暴露于大气环境下使用时，表面被富集有Cu、P、Cr、Ni等合金元素的高保护性的锈层覆盖，从而使腐蚀速度大幅降低的钢材。已知使用了这样的耐候钢的桥梁在空中悬浮盐分量少的环境下能够在无涂装的状态下耐受数十年时间的使用。
另一方面，在海上、海岸附近等空中悬浮盐分量多的环境下，对于耐候钢而言，难以形成高保护性的锈层，难以在无涂装的状态下使用耐候钢。因此，在海上、海岸附近等空中悬浮盐分量多的环境下，通常使用对钢材实施了涂装等防腐蚀处理后的钢材。
但是，对于涂装钢材而言，由于时间的推移而导致涂膜的劣化、生锈、涂膜的鼓胀等，因此需要定期的重新涂刷等修复。伴随重新涂刷的涂装工作大多是在高处的工作，工作本身困难，而且也需要工作的人工费用。因此，在使用涂装钢材的情况下，存在结构物的维护成本增大，进而寿命周期成本进一步增大的问题。
另外，为了防止在直至制作结构物的期间、在保管钢材的期间发生腐蚀，通常进行富锌底涂料等防锈处理(一次防锈处理)。但是，在钢材的保管期间变长的情况、钢材的保管地点靠近海而空中悬浮盐分量多的情况等时，即使进行上述的防锈处理，有时也发生腐蚀。
因此，希望开发出能够延长重新涂刷涂装的周期、即能够降低涂装频率，可以抑制结构物的维护成本，并且一次防锈性也进一步提高的抗腐蚀性优异的钢材，特别是涂装抗腐蚀性优异的结构用钢材。
作为涉及抗腐蚀性优异的钢材的技术，例如，专利文献1中公开了“一种海滨耐候性优异的钢材，其特征在于具有以下组成，以质量％计含有：C：0.001～0.15％、Si：2.5％以下、Mn：大于0.5％且2.5％以下、P：低于0.03％、S：0.005％以下、Cu：0.05～1.0％、Ni：0.01～0.5％、Cr：0.01～3.0％、Al：0.003～2.5％、以及N：0.001～0.1％、Sn和/或Sb：0.03～0.50％，余量由Fe及杂质构成，且Ni/Cu质量比为0.5以下”。
专利文献2中公开了“一种抗腐蚀性及Z方向的韧性优异的钢材的制造方法，其特征在于，将钢坯的表面温度加热至1050～1200℃后，在900℃以上的温度范围进行总压下量中70％以上的轧制，且在800℃以上的温度范围完成轧制，然后进行冷却，所述钢坯具有以下组成，以质量％计含有：C：0.001～0.15％、Si：2.5％以下、Mn：大于0.5％且2.5％以下、P：低于0.03％、S：0.005％以下、Cu：低于0.05％、Ni：低于0.05％、Cr：0.01～3.0％、Al：0.003～0.1％、N：0.001～0.1％及Sn：0.03～0.50％，余量由Fe及杂质构成，Cu/Sn比为1以下”。
在专利文献3中公开了“一种抗腐蚀性优异的钢材，其特征在于，以质量％计含有：C：0.01～0.2％、Si：0.01～1.0％、Mn：0.05～3.0％、P：0.05％以下、S：0.01％以下、Sn：0.01～0.5％、Cr：大于1.0％且13.0％以下、Al：0.1％以下，余量由Fe及杂质构成，且Sn中的固溶Sn的比率为95.0％以上”。
在专利文献4中公开了“一种抗腐蚀性优异的钢材，其特征在于，以质量％计含有：C：0.01～0.2％、Si：0.01～1.0％、Mn：0.05～3.0％、P：0.05％以下、S：0.01％以下、Sn：0.01～0.5％、Al：0.1％以下，余量由Fe及杂质构成，且Sn中的固溶Sn的比率为95.0％以上”。
在专利文献5中公开了“一种钢材，其特征在于，所述钢材的化学组成以质量％计为C：0.01～0.20％、Si：0.01～1.00％、Mn：0.05～3.00％、Sn：0.01～0.50％、O：0.0001～0.0100％、Cu：0～低于0.10％、Cr：0～低于0.10％、Mo：0～低于0.050％、W：0～低于0.050％、Cu+Cr：0～低于0.10％、Mo+W：0～低于0.050％、Sb：0～低于0.05％、Ni：0～0.05％、Nb：0～0.050％、V：0～0.050％、Ti：0～0.020％、Al：0～0.100％、Ca：0～低于0.0100％、Mg：0～0.0100％、REM：0～0.0100％、P：0.05％以下、S：0.01％以下，余量为Fe及杂质，所述钢材具有软质组织和硬质组织，所述软质组织为铁素体，所述硬质组织珠光体、贝氏体及马氏体，所述硬质组织中的Sn浓度相对于所述软质组织中的Sn浓度之比、即Sn浓度比为1.2以上且低于6.0”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-118011号公报
专利文献2：日本特开2010-7109号公报
专利文献3：日本特开2013-166992号公报
专利文献4：日本特开2012-255184号公报
专利文献5：日本特许第5839151号公报
非专利文献
非专利文献1：WES3008-1999
发明内容
发明所要解决的问题
然而，当大量含有Cr等提高抗腐蚀性的成分时，有时除抗腐蚀性以外的性能变差。
例如，在专利文献1～3的技术中，如果增加Cr的含量，则合金成本增大，而且导致钢材的韧性变差。
另外，近年来，对于桥梁等结构物而言，被指出发生层状撕裂(lamellar tear)的危险性。这里，层状撕裂是指，在十字接缝、T接缝、角形接缝等沿板厚方向受到拉伸应力的焊接接缝处，由于拉伸应力而沿与钢板表面平行的方向在钢材内部出现裂纹发展，并产生裂缝的现象。
关于这样的层状撕裂的产生，例如，在非专利文献1中示出了板厚方向的断面收缩值与钢中的S量的关系，公开了通过降低钢中的S量，板厚方向的断面收缩值提高，而且耐层状撕裂性提高。
但是，随着近年来的结构物的大型化、复杂化，在这样的大型化及复杂化的结构物中，对于该结构构件而言，由于约束条件严格的焊接接缝，因此大多在板厚方向上受到更大的拉伸应力。
在这样的情况下，仅降低钢中的S量未必能够获得足够的耐层状撕裂性。另外，对于专利文献1～5中公开的为了改善抗腐蚀性而添加的各种元素对耐层状撕裂性造成的影响并不明确。因此，在将专利文献1～5中公开的提高了抗腐蚀性的钢材应用于上述的大型且复杂的结构物的情况下，存在发生层状撕裂的隐患。
本发明是鉴于上述现状而开发的，其目的在于提供一种结构用钢材，其在大气腐蚀环境下、特别是在空中悬浮盐分量多的海上、海岸附近等严苛的腐蚀环境下使用时，也能够降低涂装频率，且一次防锈性也良好，具有优异的涂装抗腐蚀性和用于桥梁等大型且复杂的结构物时的优异的耐层状撕裂性。
另外，本发明的目的在于提供一种使用上述结构用钢材而制成的结构物。
用于解决问题的方法
发明人等为了解决上述问题而进行了深入研究，得到了以下的见解。
(1)为了提高抗腐蚀性、特别是提高涂装抗腐蚀性，与Sn一起复合添加选自Cu、Ni、W、Sb及Si中的一种或两种以上是有效的。
(2)另一方面，从耐层状撕裂性的观点考虑，降低钢中的S量，并且降低Sn是有效的。
(3)这样，虽然从提高涂装抗腐蚀性的观点考虑，添加Sn是有效的，但是从耐层状撕裂性的观点考虑，降低Sn是有效的。因此，发明人等基于上述见解，为了兼顾抗腐蚀性和耐层状撕裂性而进一步深入进行了研究。
其结果是得到了以下见解。
(4)如果抑制Sn的中心偏析，使Sn尽量扩散到钢材整体，则即使含有给定量的Sn，也能够获得优异的耐层状撕裂性，即，从提高涂装抗腐蚀性的观点考虑，如果适当调整Sn量，并且抑制Sn的中心偏析，使Sn扩散到钢材整体，则能够兼顾涂装抗腐蚀性和耐层状撕裂性。
(5)另外，通过在板厚方向上尽量抑制成为给定以上浓度的Sn偏析部的厚度，耐层状撕裂性进一步提高，
(6)进而，通过根据S量严格控制Sn量，耐层状撕裂性进一步提高。
本发明是基于上述见解，进一步深入研究而完成的。
即，本发明的主旨如下。
1.一种结构用钢材，其具有以下成分组成，以质量％计含有：
C：0.020％以上、且0.200％以下、
Mn：0.20％以上、且2.00％以下、
P：0.003％以上、且0.030％以下、
S：0.0001％以上、且0.0100％以下、
Al：0.001％以上、且0.100％以下、以及
Sn：0.005％以上、且0.200％以下，
并且含有选自以下的一种或两种以上：
Cu：0.010％以上、且0.50％以下、
Ni：0.010％以上、且0.50％以下、
W：0.005％以上、且1.000％以下、
Sb：0.005％以上、且0.200％以下、以及
Si：0.05％以上、且1.00％以下，
余量由Fe及不可避免的杂质构成，
所述结构用钢材的Sn偏析度为20以下。
这里，Sn偏析度由下式(1)定义。
[Sn偏析度]＝[Sn偏析部的Sn浓度]/[平均Sn浓度]－－－(1)
2.根据上述1记载的结构用钢材，其中，Sn偏析部的板厚方向的厚度为50μm以下。
3.根据上述1或2记载的结构用钢材，其中，由下式(2)定义的ST值为1.50以下。
ST＝10000×[％S]×[％Sn]2－－－(2)
式中，[％S]及[％Sn]分别为所述成分组成中的S及Sn的含量(质量％)。
4.根据上述1～3中任一项记载的结构用钢材，其中，所述成分组成以质量％计还含有选自以下的一种或两种：
Mo：0.500％以下，以及
Co：1.00％以下。
5.根据上述1～4中任一项记载的结构用钢材，其中，所述成分组成以质量％计还含有选自以下的一种或两种以上：
Ti：0.050％以下、
V：0.200％以下、
Nb：0.200％以下，以及
Zr：0.100％以下。
6.根据上述1～5中任一项记载的结构用钢材，其中，所述成分组成以质量％计还含有：
B：0.0050％以下。
7.根据上述1～6中任一项记载的结构用钢材，其中，所述成分组成以质量％计还含有选自以下的一种或两种：
Ca：0.0100％以下、以及
Mg：0.0100％以下。
8.根据上述1～7中任一项记载的结构用钢材，其在表面具有涂膜。
9.根据上述8记载的结构用钢材，其中，所述涂膜具有防腐蚀基底层、底涂层、中涂层及上涂层，
该防腐蚀基底层使用无机富锌漆形成，该底涂层使用环氧树脂涂料形成，该中涂层使用氟树脂上涂涂料用的中涂涂料形成，该上涂层使用氟树脂上涂涂料形成。
10.根据上述1～7中任一项记载的结构用钢材，其在表面具有富锌底涂层。
11.一种结构物，其是使用所述1～10中任一项记载的结构用钢材而制成的。
12.根据上述11记载的结构物，其为桥梁。
发明的效果
根据本发明，能够得到即使在大气腐蚀环境下、特别是在空中悬浮盐分量多的海上、海岸附近等严苛的腐蚀环境下使用时，也能够延长重新涂刷周期，降低涂装频率，且耐层状撕裂性也优异的结构用钢材。
而且，通过将本发明的结构用钢材用于桥梁等在户外的大气腐蚀环境下、特别是在空中悬浮盐分量多的海上、海岸附近等严苛的腐蚀环境下使用的桥梁等结构物，能够降低这样的结构物的维护成本、并且降低寿命周期成本，进一步有效地防止发生层状撕裂，对于大型且复杂的结构物也能够确保高安全性。
具体实施方式
以下，对本发明具体地进行说明。首先，对本发明的结构用钢材的一个实施方式的成分组成进行说明。需要说明的是，成分组成中的元素的含量的单位均为“质量％”，以下，只要没有特别说明，单独以“％”表示。
C：0.020％以上、且0.200％以下
C(碳)是使钢材的强度增加的元素。因此，为了确保作为结构用钢的给定强度，C需要含有0.020％以上。另一方面，当C含量超过0.200％时，焊接性及韧性变差。因此，C含量为0.020％以上且0.200％以下。优选为0.040％以上，另外，优选为0.180％以下。
Mn：0.20％以上、且2.00％以下
Mn(锰)是使钢材的强度增加的元素。因此，为了确保作为结构用钢的给定强度，Mn需要含有0.20％以上。另一方面，当Mn含量超过2.00％时，韧性及焊接性变差。因此，Mn含量为0.20％以上且2.00％以下。优选为0.75％以上，另外，优选为1.80％以下。
P：0.003％以上、且0.030％以下
P(磷)是有助于钢材的涂装抗腐蚀性提高的元素。从获得这样的效果的观点考虑，P需要含有0.003％以上。另一方面，当P含量超过0.030％时，焊接性变差。因此，P含量为0.003％以上且0.030％以下。
S：0.0001％以上、且0.0100％以下
S(硫)是与耐层状撕裂性相关的重要元素。即，当S量增大时，形成粗大的MnS，其成为层状撕裂的起点。因此，需要使S含量为0.0100％以下。但是，当使S含量低于0.0001％时，生产成本增加。因此，S含量为0.0001％以上且0.0100％以下，优选为0.0080％以下，更优选为0.0060％以下。
Al：0.001％以上、且0.100％以下
Al(铝)是炼钢时脱氧所需要的元素。为了获得这样的效果，Al需要含有0.001％以上。另一方面，当Al含量超过0.100％时，对焊接性造成不良影响。因此，Al含量为0.001％以上且0.100％以下。优选为0.005％以上，更优选为0.010％以上。另外，优选为低于0.050％，更优选为低于0.030％。
Sn：0.005％以上、且0.200％以下
Sn(锡)具有提高涂膜的耐久性的效果，而且是与耐层状撕裂性相关的重要元素，换言之，是提高涂装抗腐蚀性而降低耐层状撕裂性的元素。
即，Sn在基础钢板表面附近存在于锈层中，通过将锈粒微细化，防止作为腐蚀促进因子的氯化物离子透过锈层到达基础钢板。另外，Sn在钢材表面抑制阳极反应。为了充分获得这些效果，需要将Sn含量设为0.005％以上，优选为0.010％以上，更优选为0.020％以上。
但是，Sn容易偏析于板厚中心部，在这样的Sn偏析部中，生成硬度高且脆化的组织，该组织成为破坏的起点，使耐层状撕裂性变差。因此，从确保耐层状撕裂性的观点考虑，Sn的含量为0.200％以下，优选为0.100％以下，更优选为低于0.050％。
另外，从提高钢材的涂装抗腐蚀性的观点考虑，需要与Sn一起复合添加选自Cu、Ni、W、Sb及Si中的一种或两种以上。即，如上所述，Sn虽然提高涂装抗腐蚀性，但从耐层状撕裂性的观点考虑，不能大量含有Sn。因此，从确保良好的耐层状撕裂性，同时提高钢材的涂装抗腐蚀性的观点考虑，需要与Sn一起复合添加选自Cu、Ni、W、Sb及Si中的一种或两种以上。
Cu：0.010％以上、且0.50％以下
Cu(铜)具有通过使锈层的锈粒微细化而形成致密的锈层，抑制作为腐蚀促进因子的氧、氯化物离子透过基础钢板的效果。Cu含量为0.010％以上可获得这样的效果。另一方面，当Cu含量超过0.50％时，导致合金成本的上升。因此，用于获得Cu添加效果的含量为0.010％以上且0.50％以下。优选为0.030％以上，更优选为0.040％以上，进一步优选为0.050％以上。另外，优选为0.40％以下，更优选为0.30％以下，进一步优选为0.25％以下。
Ni：0.010％以上、且0.50％以下
Ni(镍)具有通过使锈层的锈粒微细化而形成致密的锈层，抑制作为腐蚀促进因子的氧、氯化物离子透过基础钢板的效果。Ni含量为0.010％以上可获得这样的效果。另一方面，当Ni含量超过0.50％时，导致合金成本的上升。因此，用于获得Ni添加效果的含量为0.010％以上且0.50％以下。优选为0.030％以上，更优选为0.040％以上，进一步优选为0.050％以上。另外，优选为低于0.40％，更优选为0.30％以下，进一步优选为0.15％以下。
W：0.005％以上、且1.000％以下
W(钨)随着钢材的阳极反应而溶出，在锈层中以WO4 2-的形式分布，由此，静电性地防止腐蚀促进因子的氯化物离子透过锈层到达基础钢板。另外，通过包含W的化合物在钢材表面沉淀，从而抑制钢材的阳极反应。W含量为0.005％以上可获得这样的效果。另一方面，当W含量超过1.000％时，导致合金成本上升。因此，用于获得W添加效果的含量为0.005％以上且1.000％以下。优选为0.010％以上，更优选为0.030％以上，进一步优选为0.050％以上。另外，优选为0.700％以下，更优选为0.500％以下，进一步优选为0.300％以下。
Sb：0.005％以上、且0.200％以下
Sb(锑)在基础钢板表面附近存在于锈层中，通过使锈粒微细化，抑制作为腐蚀促进因子的氯化物离子透过锈层到达基础钢板。另外，Sb在钢材表面抑制阳极反应。Sb含量为0.005％以上可获得这样的效果。另一方面，当Sb含量超过0.200％时，导致钢的延展性、韧性变差。因此，用于获得Sb的添加效果的含量为0.005％以上且0.200％以下。优选为0.010％以上，更优选为0.020％以上。另外，优选为0.150％以下，更优选为0.100％以下。
Si：0.05％以上、且1.00％以下
Si(硅)具有使锈层整体的锈粒微细化而形成致密的锈层来提高钢材的涂装抗腐蚀性的效果。另外，Si是炼钢时脱氧所需要的元素。Si含量为0.05％以上可获得这样的效果。另一方面，当Si含量超过1.00％时，韧性及焊接性明显变差。因此，用于获得Si的添加效果的含量为0.05％以上且1.00％以下。优选为0.15％以上。另外，优选为0.80％以下。
另外，从进一步提高钢材的涂装抗腐蚀性的观点考虑，Si含量更优选为0.40％以上且0.60％以下。
以上，对基本成分进行了说明，可以根据需要适当含有以下所述的元素。
Mo：0.500％以下
Mo(钼)随着钢材的阳极反应而溶出，以MoO4 2-的形式分布在锈层中，由此抑制作为腐蚀促进因子的氯化物离子透过锈层到达基础钢板。另外，通过包含Mo的化合物在钢材表面沉淀，从而抑制钢材的阳极反应。但是，当Mo含量超过0.500％时，导致合金成本的上升。因此，在含有Mo的情况下，Mo含量为0.500％以下。需要说明的是，为了获得上述的效果，Mo含量优选为0.005％以上。
Co：1.00％以下
Co(钴)分布于锈层整体，通过使锈粒微细化而形成致密的锈层，由此具有提高钢材的耐候性的效果。但是，当Co含量超过1.00％时，导致合金成本的上升。因此，在含有Co的情况下，Co含量为1.00％以下，优选为0.50％以下，更优选为0.35％以下。需要说明的是，为了获得上述的效果，Co含量优选为0.01％以上，更优选为0.03％以上，进一步优选为0.10％以上。
Ti：0.050％以下
Ti(钛)是提高强度的元素。但是，当Ti含量超过0.050％时，存在导致韧性变差的隐患。因此，在含有Ti的情况下，Ti含量为0.050％以下，更优选为0.030％以下。需要说明的是，为了获得上述的效果，Ti含量优选为0.001％以上，更优选为0.005％以上。
V：0.200％以下
V(钒)是提高强度的元素。但是，当V含量超过0.200％时，其效果饱和。因此，在含有V的情况下，V含量为0.200％以下。需要说明的是，为了获得上述的效果，V含量优选为0.005％以上。
Nb：0.200％以下
Nb(铌)是提高强度的元素。但是，当Nb含量超过0.200％时，存在导致韧性变差的隐患。因此，在含有Nb的情况下，Nb含量为0.200％以下。需要说明的是，为了获得上述的效果，Nb含量优选为0.005％以上。
Zr：0.100％以下
Zr(锆)是提高强度的元素。但是，当Zr含量超过0.100％时，其效果饱和。因此，在含有Zr的情况下，Zr含量为0.100％以下。需要说明的是，为了获得上述的效果，Zr含量优选为0.005％以上。
B：0.0050％以下
B(硼)是提高强度的元素。但是，当时B含量超过0.0050％时，存在导致韧性变差的隐患。因此，在含有B的情况下，B含量为0.0050％以下。需要说明的是，为了获得上述的效果，B含量优选为0.0001％以上。
Ca：0.0100％以下
Ca(钙)是固定钢中的S、提高焊接热影响部的韧性的元素。但是，当Ca含量超过0.0100％时，钢中的夹杂物的量增加，反而导致韧性变差。因此，在含有Ca的情况下，Ca含量为0.0100％以下。需要说明的是，为了获得上述的效果，Ca含量优选为0.0001％以上。
Mg：0.0100％以下
Mg(镁)是固定钢中的S、提高焊接热影响部的韧性的元素。但是，当Mg含量超过0.0100％时，钢中的夹杂物的量增加，反而导致韧性变差。因此，在含有Mg的情况下，Mg含量为0.0100％以下。需要说明的是，为了获得上述的效果，Mg含量优选为0.0001％以上。
上述以外的成分为Fe及不可避免的杂质。需要说明的是，作为不可避免的杂质，可举出N(氮)、O(氧)，只要N为0.010％以下且O为0.010％以下就可以允许。
另外，在本发明的结构用钢材中，如下控制Sn偏析度是极其重要的。
Sn偏析度：20以下
如上所述，Sn容易偏析于板厚中心部。这样，在Sn偏析的部分(以下称为Sn偏析部)，生成硬度高且脆化的组织，该组织成为破坏的起点，其结果是使钢板的耐层状撕裂性降低。因此，为了确保优异的耐层状撕裂性，抑制Sn的中心偏析是重要的，换言之，降低由下式(1)定义的Sn偏析度是重要的。因此，Sn偏析度为20以下，优选为18以下，更优选为15以下，进一步优选为12以下。由于Sn偏析越少越好，因此，下限没有特别限定，优选为1，更优选为5。
[Sn偏析度]＝[Sn偏析部的Sn浓度]/[平均Sn浓度]－－－(1)
这里，更具体而言，Sn偏析度是在与钢材的轧制方向平行地切断的截面(与钢材表面垂直的截面)上，通过电子探针显微分析仪(以下，表示为EPMA)的线分析得到Sn偏析部的最大Sn浓度相对于平均Sn浓度之比。
即，在将钢材的厚度设为t(mm)，将宽度(与钢材的轧制方向及厚度方向成直角的方向)设为W(mm)时，首先，在与钢材的轧制方向平行地切断的截面(与钢材表面垂直的截面)的钢材的厚度方向：(0.5±0.1)×t、轧制方向：15mm的面区域(即，包含钢材的厚度方向的中心位置的面区域)中，在射束直径：20μm、间距：20μm的条件下，实施Sn的EPMA面分析。需要说明的是，在1/4×W、1/2×W及3/4×W的位置的3个截面视野中实施Sn的EPMA面分析。
接着，根据上述EPMA面分析在各截面视野中选择Sn浓度最高的位置，在该位置分别沿钢材的厚度方向以射束直径：5μm、间距：5μm的条件实施Sn的EPMA线分析。需要说明的是，在实施EPMA线分析时，排除从钢材的表面背面起各25μm的区域。
接着，对各测定线求出Sn浓度(质量浓度)的最大值，将它们的平均值作为Sn偏析部的Sn浓度(质量浓度)。然后，将该Sn偏析部的Sn浓度除以平均Sn浓度(质量浓度)而得到的值作为Sn偏析度，所述平均Sn浓度是测定线的全部测定值的算术平均值。
Sn偏析部的板厚方向的厚度：50μm以下
另外，通过尽可能抑制Sn偏析部的板厚方向的厚度，耐层状撕裂性进一步提高。因此，Sn偏析部的厚度优选为50μm以下，更优选为40μm以下，进一步优选为30μm以下。需要说明的是，对于下限没有特别限定，可以为0μm。
需要说明的是，这里所谓的Sn偏析部是由上述EPMA线分析得到的Sn浓度(质量浓度)相对于平均Sn浓度(质量浓度)之比为5以上的区域。
另外，Sn偏析部的厚度是通过对上述各测定线所得到的上述区域的板厚方向的厚度进行平均而求出的厚度。
ST值：1.50以下
另外，通过将由下式(2)定义的ST值设为1.50以下，能够进一步提高耐层状撕裂性。进一步优选为1.20以下。对于下限没有特别限定，为0.0000005左右。
ST＝10000×[％S]×[％Sn]2－－－(2)
式中，[％S]及[％Sn]分别为上述成分组成中的S及Sn的含量(质量％)。
另外，本发明的一个实施方式的结构用钢材通过涂装钢材表面而使用。这里，作为钢材表面的涂膜，没有特别限定，例如，可举出依次具有防腐蚀基底层、底涂层、中涂层及上涂层的涂膜。
需要说明的是，防腐蚀基底层优选使用无机富锌漆(例如，SD Zinc 1500)形成，底涂层优选使用环氧树脂涂料(例如，EPOMARINE HB(K))形成，中涂层优选使用氟树脂上涂涂料用的中涂涂料(例如，CELATECT F intermediate coat)形成，上涂层优选使用氟树脂上涂涂料(例如，CELATECT F(K)top coat)形成。
另外，在产品出货时，以一次防锈为目的，优选在钢材的表面形成富锌底涂层。
需要说明的是，富锌底涂层是使用JIS K 5552(2002)中规定的富锌底涂料而形成的底涂层。
接下来，对上述结构用钢材的一个实施方式的制造方法进行说明。
即通过以下方式制造：使用转炉、电炉、真空脱气等公知的精炼工艺对制备成上述成分组成的钢进行熔炼，通过连续铸造法或铸锭-开坯轧制法形成钢原材料(钢坯)，接着，根据需要将该钢原材料再加热后进行热轧，由此制成钢板、型钢等。
需要说明的是，钢材的厚度没有特别限定，优选为2～100mm。更优选为3mm以上，进一步优选为4mm以上。另外，更优选为80mm以下，进一步优选为60mm以下。
但是，如上所述，为了获得优异的耐层状撕裂特性，抑制Sn的中心偏析是极其重要的，具体而言，将Sn偏析度控制为20以下是极其重要的。这里，即使成分组成相同，Sn偏析度也随制造条件而大幅变化。因此，为了抑制Sn的中心偏析，对制造条件、特别是铸造条件及热轧进行适当控制是很重要的。
即，在连续铸造的情况下，优选进行轻压下法，所述轻压下法为一边通过压下辊组以相当于凝固收缩量和热收缩量之和的程度的压下总量及压下速度对具有未凝固层的凝固末期的铸片逐渐压下，一边进行铸造。
而且，在该情况下，铸造速度(拉拔速度)优选为0.50～2.80m/分。
这里，在铸造速度低于0.50m/分时，操作效率变差。而且，铸片在到达轻压下带前凝固结束，在未凝固层的压下没有充分进行，无法充分获得轻压下法带来的Sn偏析抑制效果，促进Sn的中心偏析。更优选为0.70m/分以上，进一步优选为0.80m/分以上。
另一方面，当铸造速度超过2.80m/分时，产生表面温度不均，另外，对铸片内部的钢液供给不充分，促进Sn的中心偏析。另外，凝固完全结束的位置成为超过轻压下带的位置，仍然无法充分地获得轻压下法带来的Sn偏析抑制效果，促进Sn的中心偏析。更优选为2.50m/分以下，进一步优选为1.20m/分以下。
另外，在将上述的钢原材料热轧成希望的尺寸形状时，优选加热至1000℃～1350℃的温度。即，加热温度越高，越促进中心偏析部的Sn的扩散，因此，从确保耐层状撕裂性的观点考虑是有利的。从这样的观点考虑，加热温度优选为1000℃以上。但是，当加热温度超过1350℃时，产生表面缺陷、氧化皮损失、燃料消耗率增加。因此，加热温度的上限优选为1350℃。
另外，优选在上述加热温度下进行均热，使得钢原材料(钢坯)表层与中心部的温度差为50℃以下。由此，充分地促进中心偏析部的Sn的扩散。因此，优选将上述加热温度下的均热时间设为30分钟以上。更优选为60分钟以上。进一步优选为90分钟以上。需要说明的是，对于上限没有特别限定，优选为1000分钟。
需要说明的是，在钢原材料的温度原本为1000～1350℃的范围且在该温度范围保持了30分钟以上的情况下，也可以不加热，而直接供于热轧。另外，可以对热轧后得到的热轧板实施再加热处理、酸洗、冷轧，制成给定板厚的冷轧板。
另外，在热轧中，优选将压下比设为3.0以上。通过将压下比设为3.0以上，使板厚方向的Sn偏析部的厚度变薄。更优选为3.2以上，进一步优选为4.0以上。压下比的上限优选为60左右。另外，精轧结束温度优选为650℃以上。在精轧结束温度低于650℃时，由于变形阻力的增大使轧制负荷增加，难以实施轧制。精轧结束温度的上限优选为950℃。
需要说明的是，热轧后的冷却也可以为空冷、加速冷却中的任一种方法，在想要获得更高强度的情况下，优选进行加速冷却。
这里，在进行加速冷却的情况下，优选将冷却速度设为2～100℃/秒，将冷却停止温度设为700～400℃。即，在冷却速度低于2℃/秒和/或冷却停止温度超过700℃时，加速冷却的效果小，有时无法实现充分的高强度化。另外，从设备能力的观点考虑，冷却速度优选为100℃/秒以下。另外，在冷却停止温度低于400℃时，有时钢材的韧性降低、钢材的形状发生变形。需要说明的是，在将冷却停止温度设为低于400℃的情况下，优选在后续工序中，在400℃～700℃的温度范围实施回火热处理。
实施例
熔炼为表1所示的成分组成的钢(余量为Fe及不可避免的杂质)，通过表2所示的条件的连续铸造制成钢坯。需要说明的是，连续铸造通过轻压下法进行。接着，将这些钢钢坯在表2所示的条件下再加热后，进行均热，接着实施热轧，得到各种钢板。需要说明的是，热轧后的冷却为空冷至室温。
然后，通过上述方法，在得到的钢板中求出Sn偏析度及Sn偏析部的厚度。将结果一并记于表2。
需要说明的是，在Sn偏析度低于5时，将表2中的Sn偏析度及Sn偏析部的厚度的栏均记载为“－”。
(1)涂装抗腐蚀性的评价
另外，对于如上所述得到的钢板，按照以下方式实施了涂装抗腐蚀性的评价。
即，从如上所述得到的钢板中采取70mm×50mm×5mm的试验片。对该试验片的表面实施喷砂，使得JIS Z 0313(2004)中规定的除锈度Sa为2.5，在丙酮中进行5分钟超声波脱脂，然后风干。接着，将试验片的一面作为涂装面，涂布无机富锌漆(Kansai Paint公司制造的SD Zinc 1500A、厚度：75μm)作为防腐蚀基底，接着，涂布环氧树脂涂料(Kansai Paint公司制造的EPOMARINE for under mist coat)作为雾层(mist coat)，接着，涂布环氧树脂涂料(Kansai Paint公司制造的EPOMARINE HB(K)、厚度：120μm)作为底涂，接着，涂布氟树脂上涂涂料用的中涂涂料(Kansai Paint公司制造的CELATECT F intermediate coatpaint、厚度：30μm)作为中涂，接着涂布氟树脂涂料上涂涂料(Kansai Paint公司制造的CELATECT F topcoat paint、厚度：25μm)作为上涂，形成由防腐蚀基底层、底涂层(还包含由雾层形成的涂膜)、中涂层及上涂层组成的涂膜。需要说明的是，试验片的另一面和端面由溶剂型的环氧树脂涂料密封，进一步由有机硅类的密封剂包覆。
在涂装后，在形成于试验片的涂膜的中央部进行宽度1mm、长度40mm的直线的切割，使切口到达基础钢板，设置了初始缺陷。接着，按照ISO 16539 2013在以下所示的条件下实施了腐蚀试验。
即，喷雾用纯水将人工海盐稀释为给定浓度的溶液，使人工海盐附着于试验片，使得试验片表面的人工海盐的附着量为6.0g/m2。接着，使用该试验片，实施了将如下的总计8小时的周期作为1个循环、且将该循环重复1200次的腐蚀试验，所述周期为：(条件1.温度：60℃、相对湿度：35％、保持时间：3小时)，(条件2.温度：40℃、相对湿度：95％、保持时间：3小时)，将从条件1向条件2及从条件2向条件1的各过渡时间为1小时。需要说明的是，人工海盐的附着为每周1次。
然后，在腐蚀试验结束后，测定从涂装的初始缺陷部的鼓胀宽度(以下称为涂装鼓胀宽度)，评价了涂装抗腐蚀性。这里，涂装鼓胀宽度为上述初始缺陷的宽度方向的涂装鼓胀宽度(两侧的总计的鼓胀宽度)的平均值，具体而言，对于上述初始缺陷，沿长度方向以等间隔求出10个部位的位置处的宽度方向的涂装鼓胀宽度(两侧的总计的鼓胀宽度)，并将它们进行平均。需要说明的是，在涂装鼓胀宽度为12.0mm以下时，判断为涂装抗腐蚀性优异。
这里，涂装鼓胀宽度为12.0mm以下时判断为涂装抗腐蚀性优异的原因如下所述。
即，通常，在将作为面向新设桥梁的涂装的C5类涂装应用于普通钢的情况下，在温和的腐蚀环境(一般的大气腐蚀环境)下，其涂装的寿命为50年左右。另一方面，在海上、海岸等严苛的腐蚀环境下，涂装的寿命为30年左右。这里，例如，在海上、海岸等严苛的腐蚀环境下，为了将涂装的寿命从30年延长至50年，需要抑制与涂膜缺陷导致的钢腐蚀相伴随的涂装的鼓胀的进展。这里，假设(a)涂装鼓胀面积由暴露期间的一次式表示，(b)另外，鼓胀形状为以针孔等为起点的圆或矩形，且涂装鼓胀面积与涂装鼓胀宽度的平方成比例，可以认为，如果给定环境下暴露一定时间后的涂装鼓胀面积为将普通钢在相同条件下暴露时的涂装鼓胀面积为60％以下(以涂装鼓胀宽度来说为77.5％以下左右)，从更安全的方面来看，如果为56.25％以下(以涂装鼓胀宽度来说为75％以下左右)，则涂装的寿命可从30年延长至50年。
这里，在对普通钢实施C5类涂装进行上述腐蚀试验时，涂装鼓胀宽度为16.0mm，因此，在相当于其的75％的涂装鼓胀宽度(12.0mm)的情况下，判断为涂装抗腐蚀性优异。
接下来，按照以下方式进行了各钢板的一次防锈性的评价。
即，基于JIS K 5552(2002)：“富锌底涂料”中记载的耐盐水喷雾性的试验，对实施了喷砂处理的试验片涂布富锌底涂料(Kansai Paint公司制造的SD Zink 1000)，使得干燥膜厚为20μm，在干燥后，使用这些试验片进行了盐水喷雾试验。
然后，通过肉眼观察测定在富锌底涂层确认到红锈的天数，按照以下的评价基准评价了一次防锈性。
需要说明的是，在本评价中，为了对作为富锌底涂层的基底的钢板的一次防锈性进行评价，与JIS K 5552(2002)中规定的试验期间相比，延长了试验期间。
A(合格、极其优异)：直至确认到红锈的天数为120天以上
B(合格、特别优异)：直至确认到红锈的天数为90天以上且少于120天
C(合格、优异)：直至确认到红锈的天数为60天以上且少于90天
D(合格)：直至确认到红锈的天数为30天以上且少于60天
E(不合格)：直至确认到红锈的天数少于30天
另外，按照以下方式进行了耐层状撕裂性的评价。
(2)耐层状撕裂性的评价
基于JIS G 3199对如上所述得到的钢板实施钢板的板厚方向(Z方向)的拉伸试验，计算出断面收缩值。然后，基于计算出的断面收缩值，按照以下的基准评价了耐层状撕裂性。
A(合格、极其优异)：85％以上
B(合格、特别优异)：75％以上且低于85％
C(合格、优异)：65％以上且低于75％
D(合格)：35％以上且低于65％
E(不合格)：低于35％
将(1)及(2)的评价结果一并记于表2。
Figure BDA0002340836130000181
Figure BDA0002340836130000191
表2
Figure BDA0002340836130000201
表2(续)
Figure BDA0002340836130000211
如表2所示，发明例均兼具优异的涂装抗腐蚀性和耐层状撕裂性。
相比之下，在比较例中，对于涂装抗腐蚀性及耐层状撕裂性的至少一者，没有获得足够的特性。

Claims (11)

1.一种结构用钢材，其具有以下成分组成，以质量％计含有：
C：0.020％以上、且0.200％以下、
Mn：0.20％以上、且2.00％以下、
P：0.003％以上、且0.030％以下、
S：0.0001％以上、且0.0100％以下、
Al：0.001％以上、且0.100％以下、以及
Sn：0.005％以上、且0.200％以下，
并且含有选自以下的一种或两种以上：
Cu：0.010％以上、且0.50％以下、
Ni：0.010％以上、且0.50％以下、
W：0.005％以上、且1.000％以下、
Sb：0.005％以上、且0.200％以下、以及
Si：0.05％以上、且1.00％以下，
余量由Fe及不可避免的杂质构成，
所述结构用钢材的Sn偏析度为20以下，Sn偏析部的板厚方向的厚度为50μm以下，
所述Sn偏析度由下式(1)定义，
[Sn偏析度]＝[Sn偏析部的Sn浓度]/[平均Sn浓度]－－－(1)
式中，Sn偏析部的Sn浓度是指，在与钢材的轧制方向平行地切断的截面、即与钢材表面垂直的截面上，通过电子探针显微分析仪的线分析而得到测定线，对各测定线求出Sn浓度的最大值，将它们的平均值作为Sn偏析部的Sn浓度，所述Sn浓度为质量浓度，另外，所述电子探针显微分析仪的线分析是根据在上述与钢材的轧制方向平行地切断的截面、即与钢材表面垂直的截面中的电子探针显微分析仪的面分析，选择Sn浓度最高的位置而实施的，
其中，Sn偏析部是由上述电子探针显微分析仪的线分析得到的Sn浓度相对于平均Sn浓度之比为5以上的区域，所述Sn浓度及平均Sn浓度均为质量浓度。
2.根据权利要求1所述的结构用钢材，其中，由下式(2)定义的ST值为1.50以下，
ST＝10000×[％S]×[％Sn]2－－－(2)
式中，[％S]及[％Sn]分别为所述成分组成中的S及Sn的含量(质量％)。
3.根据权利要求1或2所述的结构用钢材，其中，所述成分组成包含选自下述(A)～(D)中的至少一组，
(A)以质量％计，选自以下的一种或两种：
Mo：0.500％以下，以及
Co：1.00％以下；
(B)以质量％计，选自以下的一种或两种以上：
Ti：0.050％以下、
V：0.200％以下、
Nb：0.200％以下、以及
Zr：0.100％以下；
(C)以质量％计，B：0.0050％以下；
(D)以质量％计，选自以下的一种或两种：
Ca：0.0100％以下、以及
Mg：0.0100％以下。
4.根据权利要求1或2所述的结构用钢材，其在表面具有涂膜。
5.根据权利要求3所述的结构用钢材，其在表面具有涂膜。
6.根据权利要求4所述的结构用钢材，其中，所述涂膜具有：防腐蚀基底层、底涂层、中涂层及上涂层，
该防腐蚀基底层使用无机富锌漆形成，该底涂层使用环氧树脂涂料形成，该中涂层使用氟树脂上涂涂料用的中涂涂料形成，该上涂层使用氟树脂上涂涂料形成。
7.根据权利要求5所述的结构用钢材，其中，所述涂膜具有：防腐蚀基底层、底涂层、中涂层及上涂层，
该防腐蚀基底层使用无机富锌漆形成，该底涂层使用环氧树脂涂料形成，该中涂层使用氟树脂上涂涂料用的中涂涂料形成，该上涂层使用氟树脂上涂涂料形成。
8.根据权利要求1或2所述的结构用钢材，其在表面具有富锌底涂层。
9.根据权利要求3所述的结构用钢材，其在表面具有富锌底涂层。
10.一种结构物，其是使用权利要求1～9中任一项所述的结构用钢材而制成的。
11.根据权利要求10所述的结构物，其为桥梁。
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