JP2000017381A - 造船用耐食鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、船舶外板、バラストタンク、カー
ゴオイルタンク、鉱炭船カーゴホールド等の使用環境で
優れた耐食性を有する造船用鋼を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０
％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．００１〜０．１０
％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％、Ａｌ：０．００５〜
０．１０％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１５０％を含
有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特
徴とする造船用耐食鋼。好ましくは、さらにＮｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｓ
ｂ、Ｓｎの１種以上を適量添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶外板、バラス
トタンク、カーゴオイルタンク、鉱炭船カーゴホールド
等の使用環境で優れた耐食性を示す造船用耐食鋼材に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】船舶において構造部材である鋼材の防食
は、信頼性や経済性の観点から重要な課題である。例え
ば、バラストタンクでは海水の充填、放出のために極め
て厳しい腐食環境となるが、電気防食だけでは鋼材が十
分防食されないため塗装が必要である。そのため、塗装
の塗り替えという維持管理の問題があった。

【０００３】また、ＶＬＣＣのカーゴオイルタンクで
は、鋼材の防食は特になされず、ブラストままで使用さ
れる例が多かった。しかし、近年の二重船殻構造（ダブ
ルハル）の義務化に伴い、ダブルハルＶＬＣＣのカーゴ
オイルタンクで激しい腐食が認められる事例が増えてい
る。これらの原因としては、ダブルハル化によるカーゴ
オイルタンク内平均温度の上昇、防爆を目的として充填
されるイナートガスの腐食性、および硫化水素など原油
中に含まれる腐食性物質の増加等が指摘されている。

【０００４】カーゴオイルタンク内で問題となっている
腐食損傷は、２カ所に大別される。すなわち、上甲板裏
での全面腐食と、タンク底板での局部腐食である。これ
らの腐食を防止する手段として、タールエポキシなどの
塗装による防食が考えられるが、元来無塗装で設計して
いた部材のため、建造費の大幅な増加や塗装の塗り替え
などの維持管理費が必要になるといった問題があった。

【０００５】特に、タンク底板での局部腐食は、塗装し
てもその欠陥部から局部腐食が進展するため、抜本的な
防食法とはならないといった問題があった。一方、Ａｌ
などの金属溶射も検討したが、溶射皮膜の剥離や劣化な
どが問題であった。また、ステンレス鋼など、高合金の
耐食材料の場合、材料コストが高く主要構造部材として
広く使えないといった問題があった。

【０００６】また、鉱炭船の場合、鉱石や石炭を積載す
るカーゴホールドタンクの骨材が、石炭中の硫黄による
希硫酸の生成で激しい腐食が生じるが、鉱石などの衝撃
があるため塗装などの防食皮膜が十分な期間機能しない
といった問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な造船用鋼の腐食に関する課題を解決するためになされ
たもので、船舶外板、バラストタンク、カーゴオイルタ
ンク、鉱炭船カーゴホールドなどの使用環境で優れた耐
食性を示し、無塗装でも使用できる造船用耐食鋼材の提
供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、まずカー
ゴオイルタンクの上甲板裏および底板での腐食現象につ
いて詳細に調査した。その結果、上甲板裏における全面
腐食は、日照による上甲板の温度変動に伴う乾湿繰り返
し腐食であり、その結露水がｐＨ３〜４の弱酸性である
ことを見いだした。また、タンク底板における局部腐食
は、さびこぶ下がｐＨ２〜４の弱酸性の閉息環境とな
り、局部腐食が進行することを見いだした。

【０００９】このような腐食環境に対して、鋼材界面の
ｐＨ低下を抑制すれば耐食性が向上するとの考え方で研
究を重ねた結果、Ｍｇ添加が、ｐＨ低下の抑制とその結
果としての耐食性向上に極めて有効であることが判明し
た。

【００１０】Ｃａも界面のアルカリ化に効果があるが、
ＭｇはＣａ以上にアルカリ化の効果が顕著であることを
見いだした。これは鋼中のＭｇがＦｅと共に溶解し、塩
基性塩を形成することにより界面をアルカリ化するが、
Ｃａと比較した場合、同じ重量％で添加してもＭｇイオ
ンが溶解した場合では活性溶解する量が多いものと考え
られる。

【００１１】さらに、ＣｕとＭｇを複合添加することに
より、（Ｍｎ，Ｃｕ）Ｓとして硫化物が微細に分散し、
これら多数の硫化物がアノード溶解の起点となるため、
耐局部腐食性を向上することが判明した。また、Ｍｇの
添加は、Ｍｇ系酸化物が（Ｍｎ，Ｃｕ）Ｓの核生成サイ
トとなり、更に微細に分散していることがわかった。

【００１２】すなわち、本発明は、 （１）Ｍｇによる界面の酸性化抑制による耐腐食性向上 （２）Ｃｕ，Ｍｇによる硫化物微細分散による耐局部腐
食性向上 の知見に基づき開発した鋼材である。さらに、本知見を
活かした鋼材をバラストタンク環境や鉱炭船カーゴホー
ルド環境で評価した結果、有意な耐食性向上が認められ
た。

【００１３】また、いずれの環境においても、本発明鋼
に塗装などの防食皮膜を施した場合、その劣化が極めて
抑制されることも明かとなった。これは、防食皮膜の局
部的な欠陥部で進行する鋼材の腐食が、界面のアルカリ
化により抑制されたことによると考えられる。

【００１４】本発明は、上記知見を具現化する鋼材を提
供するもので、造船用鋼材として耐食性を大幅に改善す
るものであって、その要旨とするところは次の通りであ
る。 （１）重量％で、Ｃ ：０．０１〜０．２５％、 Ｓ
ｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０
％、 Ｐ ：０．１０％以下、Ｓ ：０．００１〜
０．１０％、 Ｃｕ：０．０１〜２．００％、Ａｌ：
０．００５〜０．１０％、 Ｍｇ：０．０００２〜０．
０１５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物か
らなることを特徴とする造船用耐食鋼。

【００１５】（２）前記（１）に記載の鋼に、さらに重
量％で、Ｎｉ：０．０１〜４．０％、 Ｃｒ：０．
０１〜２．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、 Ｗ
：０．０１〜１．０％の１種以上を含有することを特
徴とする造船用耐食鋼。 （３）前記（１）または（２）に記載の鋼に、さらに重
量％で、Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％、ＲＥ
Ｍ：０．０００２〜０．０１００％の１種以上を含有す
ることを特徴とする造船用耐食鋼。

【００１６】（４）前記（１）乃至（３）のいずれか１
項に記載の鋼に、さらに重量％で、Ｔｉ：０．００５〜
０．０２０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．１０％、Ｖ
：０．０１〜０．１０％、 Ｂ ：０．０００３
〜０．００５０％の１種以上を含有することを特徴とす
る造船用耐食鋼。 （５）前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の鋼
に、さらに重量％で、Ｓｂ：０．０１〜０．３％、
Ｓｎ：０．０１〜０．３％の１種以上を含有するこ
とを特徴とする造船用耐食鋼。（６）前記（１）乃至
（５）のいずれか１項に記載の鋼に、表面が有機樹脂、
金属または無機物で防食被覆されていることを特徴とす
る造船用耐食鋼。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施する形態につ
いて説明する。まず、本発明の鋼における化学組成の限
定理由とその作用について述べる。 Ｃ：Ｃは、構造材料としての強度を確保するために必要
であり、０．０１％以上添加するが、０．２５％を超え
て含まれると溶接継手部のマトリックスの靱性が低下す
るために、溶接性が阻害される。そのため、その上限を
０．２５％とした。

【００１８】Ｓｉ：Ｓｉは、脱酸のための必須元素で、
０．０５％以上添加するが、０．５０％を超えて添加す
ると、溶接継手部に高炭素島状マルテンサイトが生成
し、溶接性が阻害されるため，その上限を０．５０％と
した。

【００１９】Ｍｎ：Ｍｎは、脱酸、強度調整に必要な元
素である。また、不純物であるＳをＭｎＳとして固定し
て、Ｓによる熱間脆性の防止を図るために、０．０５％
以上添加するが、２．０％を超えて添加すると溶接性が
阻害されるので、その範囲を０．０５〜２．０％とし
た。

【００２０】Ｃｕ：Ｃｕは、Ｍｎとともに硫化物（Ｃ
ｕ，Ｍｎ）Ｓを形成する。Ｃｕが無添加の場合に比べて
Ｃｕを０．０１％以上添加すると、硫化物の微細分散化
が促進され、アノード溶解の起点が著しく増加する。ア
ノード溶解の起点が増加する結果、局部的な腐食の進展
が抑制され、全面腐食の形態となることにより耐局部腐
食性が向上する。さらに、Ｃｕは生成する腐食生成物の
非晶質化を促し、さびの緻密さを向上する。その効果は
多いほどよいが、２．０％を超えると溶接性低下や熱間
加工における割れが問題となるので、その範囲を０．０
１〜２．０％とした。溶接性を優先的に考慮すれば、
０．０１〜０．５０％の添加が好ましい。

【００２１】Ａｌ：Ａｌは、脱酸のために０．００５％
以上添加するが、０．１０％を超えて添加すると耐局部
腐食性が低下するので、その範囲を０．００５〜０．１
０％とした。

【００２２】Ｍｇ：Ｍｇは、０．０００２％以上添加す
ると腐食反応の結果、Ｍｇイオンとして界面から溶解す
ることで、地鉄界面のｐＨをアルカリに保持し、鋼材の
耐食性を向上する。さらに、硫化物の微細分散を顕著に
促進することで、耐局部腐食性を向上させる。その効果
は０．０１５０％で飽和するので、０．０００２〜０．
０１５０％とした。

【００２３】Ｐ：Ｐは、鋼材の溶接性や靱性を低下する
不可避的不純物であり、０．１０％を超えて含まれると
溶接性が劣化するので、その範囲を０．１０％以下とし
た。特に、大入熱溶接特性を十分確保する場合、０．０
３％以下に抑えることが好ましい。

【００２４】Ｓ：Ｓは、Ｃｕ、Ｍｎとともに硫化物（Ｃ
ｕ，Ｍｎ）Ｓを形成する。硫化物（Ｃｕ，Ｍｎ）Ｓの微
細分散化による耐局部腐食性の向上のためには、０．０
０１０％以上の含有が必要である。一方、０．１０％を
超えて含まれると粗大なＭｎＳが生成して、耐食性が著
しく低下するとともに、継手部フェライト相の靱性を著
しく劣化させるので、その含有の上限を０．１０％とし
た。十分な耐食性を確保するためには、０．００１０〜
０．０３００％の範囲とするのが好ましい。

【００２５】Ｎｉ：Ｎｉは、耐食性向上や低温靱性の向
上を目的として必要に応じて添加する。０．０１％以上
含まれると弱酸性環境での腐食速度を低減する効果があ
るが、その効果は４．０％で飽和するので、０．０１〜
４．０％とした。

【００２６】Ｃｒ：Ｃｒは、耐食性向上等を目的として
必要に応じて添加するが、０．０１％以上含まれると弱
酸性環境での腐食速度を低減する効果があるが、２．０
％を超えて添加すると溶接性を阻害するため、０．０１
〜２．０％とした。

【００２７】ＭｏおよびＷ：ＭｏとＷは、耐局部腐食性
の向上を目的として必要に応じて添加するが、０．０１
％以上含まれると弱酸性環境での腐食速度を低減する効
果があるが、その効果は１．０％で飽和するので、０．
０１〜１．０％とした。

【００２８】ＣａおよびＲＥＭ：ＣａとＲＥＭ（稀土類
元素）は、必要に応じて添加すると、鋼中に酸化物また
は硫化物として存在し、地鉄から溶出することにより界
面の酸性化をさらに抑制する作用がある。その効果は
０．０００２％以上の添加で有効であり、０．０１００
％で飽和するので、それらの元素の範囲を０．０００２
％〜０．０１００％とした。

【００２９】Ｔｉ：Ｔｉは、鋼材の靱性向上のために必
要に応じて０．００５％以上添加するが、その効果は
０．０２０％で飽和するため、０．００５〜０．０２０
％とした。ＴｉＮをフェライト相中に微細分散析出し、
溶接部の靱性をさらに向上するためには、好ましくは、
Ｔｉ／Ｎの比率が２．０〜３．５であることが好まし
い。

【００３０】Ｎｂ、ＶおよびＢ：Ｎｂ，Ｖ，Ｂは、必要
に応じて強度を向上させるために必要量添加する元素で
ある。その含有量は、それぞれ以下に示す範囲で含有
し、それらの範囲未満では強度向上への効果がなく、ま
た、それらの範囲を超えて添加すると靭性が劣化するた
め、Ｎｂ：０．００２〜０．１０％、Ｖ：０．０１〜
０．１０％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％に限定
した。

【００３１】ＳｂおよびＳｎ：Ｓｂ，Ｓｎは、必要に応
じて耐食性を向上させるために必要量添加する元素であ
る。いずれの元素も、それぞれ以下に示す範囲とし、そ
れらの範囲未満では強度向上への効果がなく、また、そ
れらの範囲を超えて添加すると靭性が劣化するため、Ｓ
ｂ：０．０１〜０．３％、Ｓｎ：０．０１〜０．３％と
した。

【００３２】防食被覆：本発明鋼に、有機樹脂による塗
装、金属溶射、或いはめっきを施して、塩害が懸念され
る大気環境で使用した場合、普通鋼や従来の耐候性鋼に
同様の防食被覆を施した場合に比べて遥かに優れた耐候
性、耐久性を示す。

【００３３】有機樹脂としては、ジンクリッチプライマ
ーやエポキシ樹脂系、フタル酸系、ウレタン樹脂系、ビ
ニルブチラール樹脂系およびその他の樹脂系でいずれも
塗装耐久性が向上する。また、金属被覆では、Ｚｎ、Ｚ
ｎ−Ａｌ、Ａｌめっきおよび溶射などで優れた耐食性を
示す。いずれの場合も、被覆層の微視的あるいは巨視的
な欠陥から地鉄の腐食が進行した際、Ｍｇによる界面の
酸性化防止およびＣｕ，Ｍｇによる硫化物の微細分散化
による耐局部腐食性の向上により、それ以降の腐食の進
展を抑制することによるものであると考えられる。

【００３４】なお、本発明鋼は、Ｍｇ系酸化物が（Ｍ
ｎ，Ｃｕ）Ｓの核生成サイトとなり、非常に微細に分散
しているが、Ｍｇ系酸化物は超大入熱溶接の高温に曝さ
れても溶解などにより消失することがないので、フェラ
イトの析出核として有効に作用して溶接部ＨＡＺ靱性を
向上させるだけでなく、溶接部にも母材と同様に（Ｍ
ｎ，Ｃｕ）Ｓが微細に分散するので、溶接部においても
従来以上の耐食性を有する。

【００３５】

【実施例】表１（表１−１，表１−２）に示す化学組成
の鋼を溶製し、熱間圧延および必要に応じて熱処理を施
して厚さ２５mmの厚鋼板を試作した。ショットブラスト
してミルスケールを落としたままの試験片と、ジンクリ
ッチブライマーにタールエポキシ（２００μｍ）の塗装
処理を行い、鋼板地鉄にまで達するナイフカット傷をつ
けた試験片を腐食試験の供試材とした。腐食試験として
運航中のダブルハルＶＬＣＣカーゴオイルタンクの上甲
板裏、タンク底部およびバラストタンクでの実船曝露試
験を１年間実施した。

【００３６】上甲板裏での試験においては、裸材の耐食
性評価は、比較鋼である造船用鋼Ａ１の腐食減量を１０
０として相対評価した。塗装材の耐食性評価は、比較例
Ａ２鋼の傷部からの最大膨れ幅を１００として相対評価
した。一方、タンク底部での試験においては、裸材の耐
食性評価は、比較鋼である造船用鋼Ａ１の最大孔食深さ
を１００として相対評価した。塗装材の耐食性評価は、
比較例Ａ２鋼の傷部における最大孔食深さを１００とし
て相対評価した。さらに、バラストタンク内での実船試
験では、比較鋼である造船用鋼Ａ１の腐食減量を１００
として相対評価した。塗装材の耐食性評価は、比較例Ａ
２鋼の傷部からの最大膨れ幅を１００として相対評価し
た。

【００３７】表２（表２−１，表２−２）に、試作鋼の
特性値を示す。比較例Ａ１，Ａ２は従来の造船用鋼の例
である。また、比較例Ａ３〜Ａ６は、それぞれＣｕまた
はＭｇが少ないため耐食性が悪い。比較例Ａ７およびＡ
８はＳが上限値を超えて添加されているので耐食性が悪
い。Ｃ１〜Ｃ３６は本発明鋼の結果であり、いずれの試
作鋼も、裸材および塗装材ともにいずれの試験において
も優れた耐食性を示していることがわかる。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】

【発明の効果】上記説明からも明らかなように、本発明
は、原油を搭載するタンカーのカーゴオイルタンクな
ど、造船用鋼材の典型的な腐食環境において優れた耐食
性を示す鋼材を提供するものであり、また、無塗装使用
および塗装使用においても優れた耐候性を有することか
ら、いずれの使用方法でも船舶の防食費用および維持管
理費の低減を可能とする。したがって、本発明の産業上
の価値は極めて高いものであるといえる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０１〜０．２５％、 Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、 Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｐ ：０．１０％以下、 Ｓ ：０．００１〜０．１０％、 Ｃｕ：０．０１〜２．００％、 Ａｌ：０．００５〜０．１０％、 Ｍｇ：０．０００２〜０．０１５０％ を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなること
   を特徴とする造船用耐食鋼。
2. 【請求項２】 重量％で、さらにＮｉ：０．０１〜４．
   ０％、 Ｃｒ：０．０１〜２．０％、 Ｍｏ：０．０１〜１．０％、 Ｗ ：０．０１〜１．０％ の１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載
   の造船用耐食鋼。
3. 【請求項３】 重量％で、さらにＣａ：０．０００２〜
   ０．０１００％、 ＲＥＭ：０．０００２〜０．０１００％ の１種以上を含有することを特徴とする請求項１または
   ２に記載の造船用耐食鋼。
4. 【請求項４】 重量％で、さらにＴｉ：０．００５〜
   ０．０２０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．１０％、 Ｖ ：０．０１〜０．１０％、 Ｂ ：０．０００３〜０．００５０％ の１種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれか１項に記載の造船用耐食鋼。
5. 【請求項５】 重量％で、さらにＳｂ：０．０１〜０．
   ３％、 Ｓｎ：０．０１〜０．３％ の１種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至４
   のいずれか１項に記載の造船用耐食鋼。
6. 【請求項６】表面が有機樹脂、金属または無機物で防食
   被覆されていることを特徴とする請求項１乃至５のいず
   れか１項に記載の造船用耐食鋼。