JP2000017383A - 高耐候性鋼 - Google Patents

高耐候性鋼

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JP2000017383A
JP2000017383A JP10189350A JP18935098A JP2000017383A JP 2000017383 A JP2000017383 A JP 2000017383A JP 10189350 A JP10189350 A JP 10189350A JP 18935098 A JP18935098 A JP 18935098A JP 2000017383 A JP2000017383 A JP 2000017383A
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Akira Usami
明 宇佐見
Ryuji Uemori
龍治 植森
Minoru Ito
実 伊藤
Koji Tanabe
康児 田辺
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 塩害が懸念される環境や橋梁の内桁などのさ
びの安定化が遅い環境でも安定さびを形成して優れた耐
候性を示す鋼材を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:0.01〜0.25%、
Si:0.05〜1.0%、Mn:0.05〜2.0
%、P:0.002〜0.150%、S:0.001〜
0.10%、Cu:0.30〜2.00%、Ni:0.
05〜5.5%、Cr:0.30〜5.5%、Al:
0.005〜0.10%、Mg:0.0002〜0.0
150%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高耐候性鋼。さらにMo、W、C
a、REM、Ti、Nb、V、Bの1種以上を適量含有
すること、および/または、表面を有機樹脂、金属また
は無機物で防食被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁をはじめとし
た鋼構造物などが晒される大気環境で、優れた耐候性を
示す高耐候性鋼材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】耐候性鋼材は、無塗装使用の場合、使用
後数年〜10年で鋼材表面に防食性に優れた緻密な安定
さびが形成し、この安定さびがその後の鋼材の腐食の進
行を防ぐという鋼材である。橋梁などの鋼構造物には、
溶接性を考慮した耐候性溶接構造用鋼が橋梁や建築物を
中心にこれまで多く使用されてきた。しかしながら、
「無塗装耐候性橋梁の設計・施工要領(改訂案):建設
省土木研究所、鋼材倶楽部、日本橋梁建設協会、平成5
年3月」に示されるように、海浜地区や融雪塩を散布す
る地区など、飛来海塩粒子量が多い地域では鋼材表面に
付着した塩分によって保護性に優れた安定さびの形成が
阻害されるため、無塗装使用に適さないといった問題点
があった。また、塩分の少ない地域でも、板桁の内側な
ど、日照降雨が直接当たらない場所では、安定さびの形
成完了に架設後10年以上を要する場合もあるという問
題点もあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる課題
を解決するためになされたもので、1)塩害が懸念され
る環境でも安定さびを形成して、優れた耐候性を示す鋼
材、および、2)橋梁の内桁などのさびの安定化が遅い
環境でも安定さびの形成完了が早い鋼材、を提供するも
のである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、まず耐候
性鋼材の大気腐食現象について詳細に調査した。その結
果、大気腐食の結果生成するさび層下はpH2〜6の弱
酸性であることを見いだした。これらの課題に対して、
鋼材界面のpH低下を抑制すれば耐候性が向上するとの
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候性向上に極めて有効であること
が判明した。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。
【0005】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。さらにP,C,NiおよびCrとMgを複
合添加することにより、さび層中へのP,Cu,Ni,
Crの濃化が促進されることが判明した。この効果によ
り、安定さび層の形成速度が加速され、その結果、飛来
塩分の多い環境でも優れた耐候性を示す。
【0006】本発明は上記知見を基に完成されたもの
で、その要旨とするところは下記の通りである。 (1) 重量%で、C :0.01〜0.25%、
Si:0.05〜1.0%、Mn:0.05〜2.0
%、 P :0.002〜0.150%、S :
0.001〜0.10%、 Cu:0.30〜2.00
%、Ni:0.05〜5.5%、 Cr:0.30
〜5.5%、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高耐候性
鋼。
【0007】(2) 重量%で、さらにMo:0.01
〜1.0%、W :0.01〜1.0%の1種または2
種を含有することを特徴とする前記(1)に記載の高耐
候性鋼。 (3) 重量%で、さらにCa:0.0002〜0.0
100%、REM:0.0002〜0.0100%の1
種または2種を含有することを特徴とする前記(1)ま
たは(2)に記載の高耐候性鋼。
【0008】(4) 重量%で、さらにTi:0.00
5〜0.020%、Nb:0.002〜0.10%、V
:0.01〜0.10%、 B :0.0003〜
0.0050%のうち1種または2種以上を含有するこ
とを特徴とする前記(1)乃至(3)のいずれか1項に
記載の高耐候性鋼。 (5) 表面が有機樹脂、金属または無機物で防食被覆
されたことを特徴とする前記(1)乃至(4)のいずれ
か1項に記載の高耐候性鋼。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施する形態につ
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。そのため上限を0.2
5%とした。
【0010】Si:Siは、脱酸のための必須元素で
0.05%以上添加するが、1.0%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1.0%とした。
【0011】Mn:Mnは、脱酸、強度調整および不純
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。
【0012】Cu:Cuは、0.30%以上添加すると
耐候性が向上する。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0.30〜
2.0%とした。溶接性を優先的に考慮すれば、0.3
〜1.0%が好ましい。
【0013】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。
【0014】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
候性を向上するとともにP,Cu,Ni,Crのさび層
中への濃縮を促進し、安定さびの生成を促進する。その
効果は0.0150%で飽和するので、0.0002〜
0.0150%とした。
【0015】P:Pは、0.002%以上添加すると耐
候性が向上するが、鋼材の溶接性や靱性を0.15%を
超えて含まれると溶接性が劣化するので、その範囲を
0.002〜0.150%とした、特に、大入熱溶接特
性を十分確保する場合、0.002〜0.03%が好ま
しい。
【0016】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
細分散化による耐候性向上のためには、0.001%以
上必要である。一方、0.10%を超えて含まれると、
粗大なMnSが生成して耐候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、その範囲を0.10%以下とした。十分な耐候性を
確保するためには0.0010〜0.0300%の添加
が好ましい。
【0017】Ni:Niは、耐候性向上等を目的として
0.05%以上添加するが、その効果は5.5%で飽和
するので、0.05〜5.5%とした。塩分の少ない環
境では0.05〜1.0%が望ましい。塩分の多い環境
では1.0〜5.5%が望ましい。
【0018】Cr:Crは、耐候性向上を目的として
0.30%以上添加するが、5.5%を超えて添加する
と溶接性を阻害するため、0.30〜5.5%とした。
【0019】Mo,W:Mo,Wは、飛来塩分の多い環
境での耐候性向上を目的として、必要に応じて各々0.
01%以上添加するが、その効果は1.0%で飽和する
ので、それぞれ0.01〜1.0%とした。
【0020】Ca,REM:Ca,REM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
れらの元素の含有量の範囲を、それぞれ0.0002%
〜0.0100%とした。
【0021】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
0.02%で十分であるため0.005〜0.02%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、Ti/Nの比率
が、2.0〜3.5であることが好ましい。
【0022】Nb,V,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、いずれの元素も次の範囲を超えて添
加すると靭性が劣化するため、Nb:0.002〜0.
10%、V:0.01〜0.10%およびB:0.00
03〜0.0050%と限定した。
【0023】防食被覆:本発明鋼に、有機樹脂による塗
装、金属溶射、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。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
も塗装後の耐久性が向上し、塗装の塗り替え期間を延長
することができる。
【0024】また、金属被覆では、Zn、Zn−Al、
Alめっきおよび溶射などで優れた耐候性を示す。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、P,Cu,Ni,Crの濃縮
した安定さびが生成し、それ以降の腐食の進展を抑制す
ることによって優れた耐候性が発揮される。
【0025】
【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。試作した鋼材から
100×100×3.0mmの試験片を採取し、腐食試験
の供試材とした。表面仕上は、(1)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、(2)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、(3)ブチラール系樹脂を20μmを塗
布し、鋼板地鉄にまで達するナイフカット傷をつけた試
験片、の3種類とした。
【0026】耐候性評価試験として、人工海水溶液を1
/10に希釈した水溶液を週に1回試験片の表裏面に散
布する促進大気曝露試験を1年間実施した。裸材の耐候
性評価は、比較例であるA1鋼(JIS耐候性鋼)の腐
食減量を100として相対評価した。塗装材の耐候性評
価は、比較例A1鋼の傷部からの最大膨れ幅を100と
して相対評価した。評価結果を表1に併せて示す。
【0027】表2に、試作鋼の特性値を示す。比較例A
1は従来のJIS耐候性鋼の例である。比較例A2はC
が上限値を超えているため、比較例A3はSが上限値を
超えているため、比較例A4はCuが下限値に満たない
ため、比較例A5はNiが下限値に満たないため、比較
例A6はCrが下限値に満たないため、また、比較例A
7およびA8は、Mgが下限値に満たないために、いず
れも裸材および塗装材ともに耐候性が十分ではない。
【0028】これに対して、C1〜C20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候性を示している
ことがわかる。
【0029】さらに、橋梁の内桁などの安定錆の形成完
了が遅い環境での安定さびの形成速度を評価するため
に、大気曝露架台に雨よけをつけて、日照と降雨が直接
試験片に当たらない条件で大気曝露試験を3年間行った
後、安定さび化の状況を(1)交流インピーダンス法に
よるさび層の抵抗測定、(2)さび層断面の偏光顕微鏡
観察による安定さびの特徴である連続した2層構造の生
成状況の観察、(3)さび層断面のEPMA分析による
P,Cu,Cr,Niの濃化状況観察、を行った総合判
定で、さびの安定化度を、数値が大きいほど安定化が進
行しているとする5段階評点[5(安定錆化完了)、
4,3,2(進行中)、1(初期さび状態)]で評点評
価を行った。その結果を表3に示す。
【0030】比較例A1〜A8では、最もよい例でも評
点3であるのに対して、本発明例は最も低い評点でも4
であり、ほとんどは評点5である。この結果から、いず
れの本発明鋼も、比較例に比較してさびの安定化が促進
されたことがわかる。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
【表3】
【0034】
【表4】
【0035】
【発明の効果】上記実施例からも明らかなように、本発
明は、橋梁などが晒される大気腐食環境で優れた耐候性
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鋼構造物の維持管理費の低減
を可能とする。したがって、産業上その価値は極めて高
いといえる。
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 実 富津市新富20−1 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 田辺 康児 相模原市淵野辺本町2−13−3

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.01〜0.25%、 Si:0.05〜1.0%、 Mn:0.05〜2.0%、 P :0.002〜0.150%、 S :0.001〜0.10%、 Cu:0.30〜2.00%、 Ni:0.05〜5.5%、 Cr:0.30〜5.5%、 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
    を特徴とする高耐候性鋼。
  2. 【請求項2】 重量%で、さらにMo:0.01〜1.
    0%、 W :0.01〜1.0% の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1
    に記載の高耐候性鋼。
  3. 【請求項3】 重量%で、さらにCa:0.0002〜
    0.0100%、 REM:0.0002〜0.0100% の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1
    または2に記載の高耐候性鋼。
  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% のうち1種または2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項に記載の高耐候性鋼。
  5. 【請求項5】 表面が有機樹脂、金属または無機物で防
    食被覆された請求項1乃至4のいずれか1項に記載の高
    耐候性鋼。
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