JP2000319752A

JP2000319752A - 耐食性に優れた構造用鋼とその製造方法

Info

Publication number: JP2000319752A
Application number: JP12667799A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ishikawa; 忠石川; Toshihiko Koseki; 敏彦小関; Tomohiko Hata; 知彦秦
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2000-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼材組織を制御することによって、構造用鋼
の耐食性、特に塩素あるいは塩化物を含む水環境での耐
食性を向上させる。【解決手段】特定成分の鋼又は鋼の素材をＡｃ₃点以
上に加熱してＣを固溶させた状態で、熱間加工の前又は
途中でその時点における表層からそれぞれで鋼の径又は
厚さの５％以上の表層領域を３℃／秒以上の冷却速度で
フェライト分率が１０％以上となる温度まで急冷した後
に、該表層領域を復熱させる過程において（Ａｃ₁点−
１５０℃）以上の温度から熱間加工を開始又は再開し
て、（Ａｃ₁点−１５０℃）〜Ａｃ₃点＋１００℃の範囲
で熱間加工を終了し、前記表層領域において、フェライ
トが９５％以上を占め、かつ、そのフェライト組織の硬
さＨを、特定の式で算出される値以下にする耐食性に優
れた構造用鋼とその製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高張力棒鋼・線材・
機械構造用鋼、又は造船、建築、橋梁・橋脚、タンク、
圧力容器、海洋・港湾構造物、及び化学プラント等の大
型鋼構造物向け溶接構造用鋼、等に適用される耐食性に
優れた構造用鋼及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】腐食は単独で、あるいは、疲労破壊、不
安定破壊、脆性破壊の起点となって、鋼構造物の重大損
傷を引き起こす。腐食及び腐食を起点とする損傷事例は
鋼構造物全体の損傷事例の大きな割合を占めるため、そ
の改善は極めて重要である。

【０００３】鋼構造物の使用環境は幅広いが、特に腐
食、腐食疲労が問題となるのは、海水環境はじめとする
塩素あるいは塩化物を含む水環境である。これに対し
て、例えば日本鉄鋼協会第１５９回西山記念講座（１９
９６）Ｐ１２３にまとめられているように、従来、マリ
ーナースチールはじめ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐなどの合
金成分を添加・増量し耐海水性を高めた鋼材がこれまで
開発されてきた。更に、鋼の耐食性は、鋼中の合金成分
によって決まり、鋼の組織への依存性はないというの
が、これまでの知見であった。従って鋼に耐食性を付与
する為には前述のような合金元素の添加が必要となる
が、それによって、構造用鋼としてコスト上昇するとと
もに、多量の合金元素の含有により、構造用鋼として必
要な溶接性や加工性が低下する問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような背景から、
本発明の課題は、鋼材組織を制御することによって、構
造用鋼の耐食性、特に塩素あるいは塩化物を含む水環境
での耐食性を向上させることにある。即ち、従来の構造
用鋼に対しては、上述のような耐食性に有効な合金元素
を添加することなく、コスト上昇を抑え、かつ、溶接性
を確保しながら、耐食性を向上することを課題とすると
ともに、更に、従来の耐食構造用鋼に対しては、合金元
素の節減・溶接性向上、あるいは同成分系で、従来の耐
食性を更に大幅に向上させることも課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、鋼の表層部又は鋼板の表・裏層部における鋼
組織をフェライト結晶粒界及び／又は結晶亜粒界に０．
５μｍ以下のセメンタイト及び／又はＮｂ・Ｔｉ・Ｔａ
の炭窒化物を析出せしめ、フェライトが９５％以上を占
め、かつ、そのフェライト組織の硬さを、下記（１）式
で算出される値Ｈ以下にするものである。

【０００６】Ｈ＝２００［Ｃｅｑ％］＋２０＋（９［Ｃｅｑ％］＋３．７）／√ｄ・・・（１）式但し［Ｃｅｑ％］＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６＋
（Ｃｕ％＋Ｎｉ％）／１５であり、Ｃ％、Ｓｉ％、Ｍｎ
％、Ｃｕ％、Ｎｉ％はそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、
Ｎｉの重量％で、ｄはフェライトの平均円相当粒径であ
る。

【０００７】本発明の要旨とするところは、以下の通り
である。

【０００８】（１）重量％で、Ｃ：０．０４〜０．２
５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．
０％、Ｓ：０．０１％以下の成分を有し、残部鉄及び不
可避的不純物からなり、鋼の表層部又は鋼板の表・裏層
部からそれぞれで鋼の径又は厚さの５％以上の表層領域
においてフェライトが９５％以上を占め、かつ、そのフ
ェライト組織の硬さが、上記（１）式で算出される値Ｈ
以下であることを特徴とする耐食性に優れた構造用鋼。

【０００９】（２）重量％で、Ａｌ：０．００５〜
０．６％の成分を有すると共にＮｂ：０．００５〜０．
１％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｔａ：０．００
５〜０．０５％の一種又は二種以上を含有することを特
徴とする上記（１）項に記載の耐食性に優れた構造用
鋼。

【００１０】（３）重量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．
０％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．０３〜３．
０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０１〜０．
４％、Ｂ：０．０００２〜０．００２％、Ｐ：０．１５
％以下、Ｃａ：０．０００１〜０．０２％、Ｍｇ：０．
０００１〜０．０２％、ＲＥＭ：０．００１％〜０．２
％の一種又は二種以上を含有することを特徴とする上記
（１）項又は（２）項に記載の耐食性に優れた構造用
鋼。

【００１１】（４）重量％で、Ｃ：０．０４〜０．２
５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．
０％、Ｓ：０．０１％以下の成分を有し、残部鉄及び不
可避的不純物からなる、鋼又は鋼の素材をＡｃ₃点以上
に加熱してＣを固溶させた状態で、熱間加工の前又は途
中でその時点における表層からそれぞれで鋼の径又は厚
さの５％以上の表層領域を３℃／秒以上の冷却速度でフ
ェライト分率が１０％以上となる温度まで急冷した後
に、該表層領域を復熱させる過程において、（Ａｃ₁点
−１５０℃）以上の温度から熱間加工を開始又は再開し
て、（Ａｃ₁点−１５０℃）〜Ａｃ₃点＋１００℃の範囲
で熱間加工を終了し、前記表層領域において、フェライ
トが９５％以上を占め、かつ、そのフェライト組織の硬
さが、上記（１）式で算出される値Ｈ以下にすることを
特徴とする耐食性に優れた構造用鋼の製造方法。

【００１２】（５）重量％で、Ｃ：０．０４〜０．２
５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．
０％、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜０．６
％の成分を有し、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：
０．００５〜０．０５％、Ｔａ：０．００５〜０．０５
％の一種又は二種以上を含有し、残部鉄及び不可避的不
純物からなる、鋼又は鋼の素材をＡｃ₃点以上に加熱し
てＣ及びＮｂ、Ｔｉ、Ｔａの一種又は二種以上を固溶さ
せた状態で、熱間加工の前又は途中でその時点における
表層からそれぞれで鋼の径又は厚さの５％以上の表層領
域を３℃／秒以上の冷却速度でフェライト分率が１０％
以上となる温度まで急冷した後に、該表層領域を復熱さ
せる過程において、（Ａｃ₁点−１５０℃）以上の温度
から熱間加工を開始又は再開して、（Ａｃ₃点−１００
℃）〜Ａｃ₃点＋１００℃の範囲で熱間加工を終了し、
前記表層領域において、フェライトが９５％以上を占
め、かつ、そのフェライト組織の硬さが、上記（１）式
で算出される値Ｈ以下とすることを特徴とする耐食性に
優れた構造用鋼の製造方法。

【００１３】（６）熱間加工の終了後、冷却速度が５
℃／秒以上で加速冷却又は直接焼き入れすることを特徴
とする上記（４）項又は（５）項に記載の耐食性に優れ
た構造用鋼の製造方法。

【００１４】（７）加速冷却又は直接焼き入れ終了後
に引き続いて、焼戻しすることを特徴とする上記（６）
項記載の耐食性に優れた構造用鋼の製造方法。

【００１５】（８）重量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．
０％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．０３〜３．
０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０１〜０．
４％、Ｂ：０．０００２〜０．００２％、Ｐ：０．１５
％以下、Ｃａ：０．０００１〜０．０２％、Ｍｇ：０．
０００１〜０．０２％、ＲＥＭ：０．００１％〜０．２
％の一種又は二種以上を含有せしめたことを特徴とする
上記（４）項〜上記（７）項のいずれかに記載の耐食性
に優れた構造用鋼の製造方法。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明者が種々の鋼の塩素を含む
水環境、湿潤環境、乾湿繰り返し環境での耐食性を詳細
に検討した結果、鋼組織において、転位密度の低いフェ
ライトを主体とさせることで鋼の耐食性が大きく向上す
ることを見出した。

【００１７】この転位密度が低いと耐食性が向上する機
構は明確ではないが、転位密度の高い組織の方が、転位
による歪みエネルギーが大きいため、腐食反応の際にも
活性化するのではないかと推察される。

【００１８】フェライトは比較的転位密度の低い組織で
はあるが、加工フェライト等、転位密度の高い組織も存
在するため、フェライト組織で、かつ転位密度の低いこ
とを必要条件としなければならない。

【００１９】このため、まず、フェライト内部の転位密
度を評価する必要がある。この転位密度を定量的に直接
測定することは極めて難しいが、転位密度が高いとフェ
ライト硬さは高くなる傾向にある。このため、フェライ
ト内部の硬さを測定できれば転位密度を評価することが
出来る。

【００２０】このフェライト内部の硬さは、フェライト
粒界やフェライト内に固溶している炭素量等により決定
される。そこで、粒界の特性により、粒径と降伏応力の
関係が変化することを利用して、オーステナイト／フェ
ライト変態により生成した通常の粒界での関係からの逸
脱程度を調査した。この結果、転位密度の低い組織で
は、例えば、ビッカ−ス硬度計で測定したフェライトの
硬さＨｖと各成分量、結晶粒度ｄを変数とする下記式
（２）で求められる値ＨはＨｖ≦Ｈなる関係になること
を知見した。

【００２１】Ｈ＝２００［Ｃｅｑ％］＋２０＋（９［Ｃｅｑ％］＋３．７）／√ｄ・・・（２）式但し、［Ｃｅｑ％］＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６
＋（Ｃｕ％＋Ｎｉ％）／１５であり、Ｃ％、Ｓｉ％、Ｍ
ｎ％、Ｃｕ％、Ｎｉ％はそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃ
ｕ、Ｎｉの重量％である。

【００２２】即ち、上記（２）式は、転位密度の状態を
示す指標であり、化学成分（Ｃｅｑ）と結晶粒径ｄによ
り決定される指標である。

【００２３】このため、結晶粒径ｄの測定が重要であ
る。本発明では、通常のオーステナイト／フェライト変
態による粒界だけでなく、加工再結晶による粒界も対象
とするので、通常のナイタール腐食による粒界現出では
不鮮明となる。そこで、加工組織でも鮮明な粒界を現出
させる為には、蓚酸水溶液、過酸化水素水、硫酸水溶液
を主体とする腐食液であるマーシャル試薬が適している
ことを知見し、本試薬により腐食させて粒界を現出させ
た結晶粒径ｄを測定した。

【００２４】このマーシャル試薬は、８％蓚酸水溶液５
０ｍｌ、過酸化水素水５０ｍｌ、５０％硫酸液１４ｍ
ｌ、エチルアルコール１ｍｌから成るものを用いた。試
料をまず５％塩酸液に３〜４秒浸漬の後、水洗、乾燥さ
せた後、室温の上記マーシャル試薬中に３〜５秒浸漬し
て腐食させ、水洗、乾燥させることにより、粒界を現出
させるものである。この腐食方法は、代表例であり、腐
食液の成分を多少変化させてもよく、この場合は粒界の
観察は多少し難くなるものの、観察しようとする粒界は
腐食、現出されるものであれば良い。

【００２５】図１に、表層部の組織がフェライト分率で
９５％以上の種々サンプルを用いて、腐食試験結果に及
ぼすフェライト硬さをビッカ−ス硬度計で測定した値Ｈ
ｖと前記（２）式でのＨ値との関係を示す。

【００２６】この腐食試験は海水浸漬試験での３ヶ月経
過後の板厚減少量と塩水散布暴露試験での３ヶ月経過後
の板厚減少量での値を示した。フェライト分率が９５％
以上の場合には、そのフェライトの硬さＨｖが（２）式
で求めた値Ｈよりも小さくなる（１以下）と転位密度が
低いため腐食量が小さいことがわかる。

【００２７】また、フェライト分率が９０％以下の場合
にはフェライトの硬さだけでは支配されないため、フェ
ライト硬さＨｖが（２）式で求めた値Ｈより小さくなっ
ても比較的大きな腐食量を示すことが判明した。

【００２８】以下に本発明を詳細に説明する。

【００２９】Ｃは過飽和固溶状態から０．５μｍ以下に
フェライト結晶粒界又は結晶亜粒界に析出させたセメン
タイトによって超微細粒フェライトをピンニングする為
に必須元素であり安価に強度を向上するのに最も有効な
元素であるが、０．２５％を越えると低温靱性を阻害す
るとともに本発明で規定する鋼の表層部又は鋼板の表・
裏層部においてもパーライト分率が１０％を越え、０．
０４％未満ではピンニングに必要なセメンタイト量が不
足する為に、０．０４〜０．２５％に限定する。尚、溶
接用の構造用鋼の場合には０．２％を越えると溶接性
（溶接部靱性）が劣化する為に０．０４〜０．２％にす
るのが好ましい。

【００３０】Ｓｉは強度向上元素として有効であり安価
な溶鋼の脱酸元素としても有用であるが、１．０％を越
えると溶接性が劣化し、０．０１％未満では脱酸効果が
不十分でＴｉやＡｌ等の高価な脱酸元素を多用する必要
がある為に、０．０１〜１．０％に限定する。

【００３１】Ｍｎは強度を向上する有用な元素であり、
その必要下限から０．３％以上として、２．０％超の添
加は母材靱性・溶接性を阻害するとともにＡｒ₃変態点
を低下させる結果、二相域圧延等の熱間圧延を困難にす
る為に０．３〜２．０％に限定した。

【００３２】Ｓは耐食性、靭性の観点から０．０１％以
下に限定した。ＭｎＳが塩素あるいは塩化物を含む水環
境で溶解し、選択的な腐食起点となることはよく知られ
ており、その観点から、Ｓは出来るだけ低いほど好まし
い。

【００３３】Ｎｂは加工熱処理（ＴＭＣＰ）鋼において
Ｔｉとともに最も有用な元素であり、ＮｂＣ又はＮｂ
（Ｃ，Ｎ）（Ｃａｒｂｏ−ｎｉｔｒｉｄｅ）として鋼材
の再加熱時のγ粒成長の抑制・制御圧延時の未再結晶域
温度域の拡大・圧延時の変形帯における析出強化・大入
熱溶接時の溶接熱影響部（ＨＡＺ）におけるＨＡＺ軟化
の防止の効果が一般的に知られている。更に、本発明者
の仔細な検討から超微細析出させたセメンタイトの熱的
な安定性及びフェライト粒の成長抑制効果が著しく増加
することを知見した。従って、０．００５％未満では過
飽和固溶状態から０．５μｍ以下にフェライト結晶粒界
又は結晶亜粒界に析出させるＮｂＣ又はＮｂ（Ｃ，Ｎ）
量が不足するとともに０．５μｍ以下に析出させたセメ
ンタイトの熱的な安定性も不足して、０．１％超では溶
接性を損なう為に０．００５〜０．１％に限定する。

【００３４】Ｔｉも又ＴＭＣＰ鋼においてＮｂとともに
最も有用な元素であり、ＴｉＣ又はＴｉ（Ｃ，Ｎ）とし
て鋼材の再加熱時のγ粒成長の抑制・制御圧延時の未再
結晶域温度域の拡大・圧延時の析出強化・大入熱溶接時
のＨＡＺ靱性向上の効果が一般的に知られている。更
に、本発明者の仔細な検討からＮｂと同様に超微細析出
させたセメンタイトの熱的な安定性及びフェライト粒の
成長抑制効果が改善することを見出した。従って、０．
００５％未満では過飽和固溶状態から０．５μｍ以下に
フェライト結晶粒界又は結晶亜粒界に析出させるＴｉＣ
又はＴｉＣＮ量が不足するとともに０．５μｍ以下に析
出させたセメンタイトの熱的な安定性も不足して、０．
０５％超では溶接性を損なう為に、０．００５〜０．０
５％に限定する。

【００３５】ＴａはＴａＣ又はＴａ（Ｃ，Ｎ）として鋼
材の再加熱時のγ粒成長の抑制・大入熱時のＨＡＺ靱性
向上の効果が知られているが、高価な為にそれ程一般的
に使われてはいない。然し、本発明者の仔細な検討から
Ｎｂ・Ｔｉと同様に超微細析出させたセメンタイトの熱
的な安定性及びフェライト粒の成長抑制効果が改善する
ことを見出した。従って、０．００５％未満では過飽和
固溶状態から０．５μｍ以下にフェライト結晶粒界又は
結晶亜粒界に析出させるＴａＣ又はＴａＣＮ量が不足す
るとともに０．５μｍ以下に析出させたセメンタイトの
熱的な安定性も不足して、０．０５％超では溶接性を損
なう為に、０．００５〜０．０５％に限定する。

【００３６】ＡｌはＳｉ同様に脱酸上必要な元素であ
り、本発明の技術思想からＴｉ・Ｔａ又はＮｂを微量添
加する時にはその酸化を防止するのにＳｉ単独の脱酸で
は不十分な為に０．００５％以上添加が必要である。更
に本発明者はＡｌの添加が本発明鋼の耐食性に対しても
有効であることを知見した。但し０．６％超の過度の添
加はＨＡＺ靭性を損なう為に、０．００５〜０．６％に
限定した。

【００３７】以上が本発明が対象とする鋼の基本成分で
あるが、更に、母材強度の向上や低温靱性・溶接性の改
善を目的とした低炭素等量化の為に、要求される品質特
性又は鋼材の大きさ・鋼板厚に応じて本発明で規定する
合金元素（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂ）を強度・
低温靱性・溶接性を向上する観点から一種又は二種以上
添加しても本発明の効果は何ら損なわれることはない。
また、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒは従来から、海水など塩素ある
いは塩化物を含む水環境で鋼の耐食性を向上させる元素
として知られているが、これら元素を含有する鋼に本発
明を適用することにより、さらなる耐食性向上が得られ
る。このため、これらの合金元素の含有量の範囲をそれ
ぞれ、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜２．
０％、Ｃｒ：０．０３〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜
１．０％、Ｖ：０．０１〜０．４％、Ｂ：０．０００２
〜０．００２％とした。更に、これら元素と併せてＰ添
加も耐食性に有効であり、本発明においても添加が可能
であるが、但し、０．１５％を越える添加は、靭性、溶
接性を著しく低下させることから、０．１５％以下と限
定した。

【００３８】更に、前述のように塩素あるいは塩化物を
含む水環境ではＭｎＳは腐食の起点として有害であり、
これを低減する為に、鋼中硫化物の形態・分散制御の観
点からＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭの一種又は二種以上添加は本
発明効果と重畳して有効である。その添加範囲をそれぞ
れ、Ｃａ：０．０００１〜０．０２％、Ｍｇ：０．００
０１〜０．０２％、ＲＥＭ：０．００１％〜０．２％と
した。

【００３９】次に、本発明の技術思想である結晶組織を
規定する理由について述べる。

【００４０】ベイナイトを含むフェライト・パーライト
鋼ではフェライト組織が主体となっても耐食性は必ずし
も改善しない。本発明者の仔細な調査により、フェライ
ト粒が加工を受けて転位密度が高い場合には、腐食環境
下で腐食反応が活発化し、塩素あるいは塩化物を含む水
環境での腐食孔発生頻度が高く、かつ腐食深さが大きい
ことが判明した。更に、そのような転位密度の低いフェ
ライト組織の分率を９５％以上にした場合にのみ、耐食
性は特段の効果があることも知見した。

【００４１】他方、鋼の表層部又は鋼板の表・裏層部の
それぞれで超細粒組織の割合が鋼の径又は厚さの５％未
満では、長時間側の耐食性にばらつきがみられ顕著に改
善しない為に５％以上に限定した。超細粒組織の占める
割合が大きいほど耐食性が向上して好ましくその上限は
規定しないが、過度の増加は製造コストの上昇につなが
る。

【００４２】次に、本発明で鋼の表層部又は鋼板の表・
裏層部における改質組織を実現する製造方法を規定する
理由について述べる。

【００４３】鋼の素材又は鋼を再加熱時においてＣ及び
／又はＮｂ・Ｔｉ・Ｔａの一種又は二種以上を固溶させ
る加熱温度はＡｃ₃点以上に限定される。Ｎｂ・Ｔｉ・
Ｔａの一種又は二種以上を充分に固溶させる加熱温度と
しては１０００℃以上が好ましく、加熱時におけるγ粒
の粗大化を防止する為には加熱温度を１３００℃以下と
することが好ましい。

【００４４】鋼の表層部又は鋼板の表・裏層部のそれぞ
れで鋼の径又は厚さの５％以上の領域において、転位密
度の低いフェライトを主体とする組織となすには、鋼又
は鋼の素材をＡｃ₃点以上に加熱してから熱間加工の前
又は途中で当該表層領域を３℃／秒以上の冷却速度でフ
ェライト分率が５０％以上となる温度まで急冷したる後
に、この冷却によっても温度低下の少ない鋼の中心部の
顕熱を利用して復熱させる過程で、（Ａｃ₁点−１５０
℃）以上の温度から熱間加工を開始又は再開して、Ａｃ
₃点以下で加工が終了する場合には加工中でのフェライ
ト変態を進行させ、Ａｃ₃点以上で加工が終了する場合
には微細なオーステナイト組織を形成させることにより
焼き入れ性を低下させ、その後オーステナイト・フェラ
イト変態時にフェライト分率を増大させるとともに、フ
ェライト内部の転位密度を低下させ、表・裏層部を選択
的に転位密度の低いフェライト組織に改質するものであ
る。

【００４５】熱間加工としては圧延・押し出し・引き抜
き等の一般的な熱間加工を対象とする。また、鋼の素材
寸法が大きくて加熱温度が１１７０℃以上に高い場合や
更に低温靱性の要求が厳しい場合には鋼の表層部又は鋼
板の表・裏層部を冷却する前の初期γ粒を細かくしてお
く為に、Ｎｂ・Ｔｉ・Ｔａの添加及び制御圧延等の熱間
加工を行うことが好ましい。更に、鋼の加熱に引き続く
冷却前に熱間加工を行わない場合には鋼の初期γ粒を細
かくしておく為に低温加熱及びＮｂ・Ｔｉ・Ｔａの添加
又は初期γ粒の細かな熱間加工半製品の使用が好まし
い。

【００４６】鋼又は鋼板を高強度化する為には要求強度
レベルに応じて添加成分を調整するとともに、熱間加工
の終了後に引き続いてＡｃ₃点以上に復熱させることな
く５℃／秒以上の冷却速度でＴＭＣＰ設備による加速冷
却又はＤＱ設備による直接焼き入れを実施すればよい。

【００４７】加速冷却又は直接焼き入れに引き続いて、
鋼又は鋼板を焼戻しするには通常の熱処理設備による焼
戻しを行う。尚、ＴＭＣＰ設備による加速冷却やＤＱ設
備による直接焼き入れの場合には加速冷却又は直接焼き
入れ時の水冷を途中停止するオートテンパーで代替して
も構わない。

【００４８】

【実施例】本発明の実施例を以下に示す。

【００４９】まず表１に示すような鋼を溶製した。成分
的に、鋼Ａ〜鋼Ｅ及び鋼Ｇ〜鋼Ｈが本発明例であり、鋼
ＦはＣ、Ｓが本発明の範囲外となる比較例である。

【００５０】

【表１】

【００５１】次に表２に示すような製造条件で鋼板を製
造した。表３に製造鋼板における当該表裏層部のフェラ
イト分率を表３に示すが、鋼ＥＡ−１、鋼ＥＢ−１、鋼
ＥＣ−１、鋼ＥＤ−１、鋼ＥＥ−１、鋼ＥＧ−１、鋼Ｅ
Ｈ−１、鋼ＥＩ−１、鋼ＥＪ−１が本発明例である。

【００５２】一方、鋼ＥＡ−２は鋼板の途中冷却におけ
る表層領域の冷却後、その冷却速度が遅く鋼板内部の温
度が低かった為にＡｃ₃点−１００℃以下で圧延を終了
してしまった比較例である。鋼ＥＢ−２は十分な冷却速
度はあったが、途中冷却時間が短くα分率が５０％以上
となる表層領域の厚さが鋼板の５％未満と小さかった比
較例である。鋼ＥＣ−２及び鋼ＥＤ−２は、それぞれ途
中冷却を実施しなかったため、表層にフェライト層の形
成がなかった鋼板の比較例であり、ＥＥ−２は途中冷却
が不十分だった鋼板の比較例である。最後に鋼ＥＦ−１
は本発明例の鋼ＥＣ−１と概ね同じ製造条件であるが、
その主要な成分であるＣ、Ｓが本発明の範囲から外れた
比較例である。

【００５３】

【表２】

【００５４】それぞれの鋼板の耐食性評価結果を表３に
示す。評価法としては、塩水散布暴露試験、及び海水浸
漬試験を行った。塩水散布暴露試験は鋼板表層から採取
した１５０ｍｍ長×５０ｍｍ幅×５ｍｍ厚さの試験片を
屋外暴露し、５％ＮａＣｌ水溶液を一日一回噴霧器にて
試験面に散布して、試験面の腐食の発生に伴う板厚減、
重量減を測定するものである。暴露期間は３ヶ月と６ヶ
月、それぞれの期間、各鋼種、３試験片ずつ供試した。
また、海水浸漬試験は海水相当の３．５％ＮａＣｌの５
０℃の水溶液に１５０ｍｍ長×５０ｍｍ幅×５ｍｍ厚さ
の試験片を浸漬し、腐食の発生に伴う板厚減、重量減を
測定するものである。浸漬期間は１ヶ月と３ヶ月、それ
ぞれの期間、各鋼種、３試験片ずつ供試した。表３の結
果はいずれの試験も３試験片の平均値である。

【００５５】

【表３】

【００５６】この結果から、Ａ〜Ｅ及びＧ〜Ｊのいずれ
の鋼板においても、本発明例の方が、表層の組織の状態
が本発明の要件を満足する結果、同一組成の比較例と比
べて暴露試験、浸漬試験とも明らかに耐食性に優れてい
る。例えば本発明例のＥＡ−１鋼においては、比較例の
ＥＡ−２鋼と比べて表層のフェライト分率が充分高く、
かつフェライト硬さも充分低かったため、それに伴い腐
食減量も改善されている。

【００５７】また、比較例の鋼ＥＡ−２はＡｃ₃点−１
００℃以下で圧延を終了したため、圧延中に加工を受け
たフェライト相が充分回復できずに高い転位密度のまま
になっているものであり、鋼板表面に発生した腐食ピッ
トは鋼ＥＡ−１より鋼ＥＡ−２の方が大きく、かつ深
い。

【００５８】尚、フェライト硬さは、１０ｋｇのビッカ
ース硬度計を用いて測定し、結晶粒径は前述のマーシャ
ル試薬による組織現出により測定した。

【００５９】また、Ｎｂ・Ｔｉ・Ｔａを添加した鋼ＥＢ
−１、ＥＣ−１ではフェライト結晶粒界及び結晶亜粒界
にセメンタイト又は炭窒化物が極めて微細に析出してフ
ェライト若しくは一部ベイナイトの成長を効果的に抑制
する結果、変態前の粒径が微細となり焼き入れ性が低下
した結果、炭素等量が大きくなっているにもかかわらず
フェライト分率の確保が安定しており、その結果、腐食
ピットも更に微細化し、腐食減量の点でも一段と優れ
る。一方、比較例の鋼ＥＢ−２は仕上げ圧延前の途中冷
却条件が不十分で細粒層の厚さが５％未満と本発明に不
足する為に、表裏層部でのフェライト分率が確保できず
耐食性は本発明例よりも大きく劣っている。途中冷却を
実施しなかった比較例である鋼板Ｅ−２は当然のことな
がら本発明例よりもその特性が劣っている。同様の傾向
は、鋼ＥＤ−１とＥＤ−２、鋼ＥＥ−１とＥＥ−２の間
にも認められた。

【００６０】また、本発明例同志、例えば鋼ＥＡ−１と
鋼ＥＢ−１〜鋼ＥＥ−１を比較すると、鋼材成分にＣ
ｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＣａ、ＲＥＭ、Ｍｇを添加した方
が絶対的なレベル比較では耐食性に優れている。

【００６１】このことは、これら添加元素の耐食性への
効果（従来知見）と本発明が重畳できることを示してい
る。

【００６２】本発明により、通常の構造用鋼の耐食性を
向上できるばかりでなく、更に従来の耐食構造用鋼の耐
食性も大幅に向上できる。

【００６３】最後に、本発明例の鋼ＥＡ−２と概ね製造
条件が同じでありながら、Ｃ、Ｓが本発明例の高め側に
外れている比較例の鋼ＥＦ−１はフェライト分率とフェ
ライト硬さも本発明の条件を満足しているが、パーラー
と分率が高く、かつ高Ｓの結果、耐食性が本発明例より
も劣っている。

【００６４】

【発明の効果】本発明は鋼の表層部又は鋼板の表・裏層
部の５％以上の領域におけるフェライト分率を増大さ
せ、かつ転位密度の低いフェライト組織を主体として構
成させることによって、海水など、塩化物を含む水環境
での構造用鋼又は溶接用の構造用鋼の耐食性を向上可能
なら占めた。これにより機械部品又は鋼構造物の耐食性
向上を、鋼材の化学成分面だけでなく、鋼材組織の点か
らも可能とするものである。更に、Ｃｕ，Ｎｉ等の高価
な元素の多量の添加をしなくても本発明により耐食性の
向上が可能となり、産業界が享受可能な経済的利益は多
大なものがあると思料される。更に、本発明鋼の優れた
機械的性質と相まって、本発明は、腐食を起点とする腐
食疲労、ＳＣＣに対しても抵抗力の高い鋼材のベースと
なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ビッカ−ス硬度計で測定したフェライト硬さＨ
ｖと（１）式で求めた値Ｈの比と腐食量との関係を示す
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秦知彦大分市大字西ノ州１番地新日本製鐵株式会社大分製鐵所内Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA02 AA04 AA05 AA08 AA11 AA12 AA14 AA16 AA19 AA22 AA23 AA24 AA27 AA29 AA31 AA33 AA35 AA36 AA40 BA01 BA02 CA02 CA03 CC04 CD02 CD03 CF02 CF03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０４〜０．２５％、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｓ：０．０１％以下の成分を有し、残部鉄及び不可避的
不純物からなり、鋼の表層部又は鋼板の表・裏層部から
それぞれで鋼の径又は厚さの５％以上の表層領域におい
てフェライトが９５％以上を占め、かつ、そのフェライ
ト組織の硬さが、下記式で算出される値Ｈ以下であるこ
とを特徴とする耐食性に優れた構造用鋼。Ｈ＝２００［Ｃｅｑ％］＋２０＋（９［Ｃｅｑ％］＋
３．７）／√ｄ但し［Ｃｅｑ％］＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６＋
（Ｃｕ％＋Ｎｉ％）／１５であり、Ｃ％、Ｓｉ％、Ｍｎ
％、Ｃｕ％、Ｎｉ％はそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、
Ｎｉの重量％で、ｄはフェライトの平均円相当粒径であ
る。
【請求項２】重量％で、Ａｌ：０．００５〜０．６％
の成分を有すると共にＮｂ：０．００５〜０．１％、Ｔ
ｉ：０．００５〜０．０５％、Ｔａ：０．００５〜０．
０５％の一種又は二種以上を含有することを特徴とする
請求項１に記載の耐食性に優れた構造用鋼。
【請求項３】重量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、
Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．０３〜３．０％、
Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０１〜０．４％、
Ｂ：０．０００２〜０．００２％、Ｐ：０．１５％以
下、Ｃａ：０．０００１〜０．０２％、Ｍｇ：０．００
０１〜０．０２％、ＲＥＭ：０．００１％〜０．２％の
一種又は二種以上を含有することを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載の耐食性に優れた構造用鋼。
【請求項４】重量％で、Ｃ：０．０４〜０．２５％、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｓ：０．０１％以下の成分を有し、残部鉄及び不可避的
不純物からなる、鋼又は鋼の素材をＡｃ₃点以上に加熱
してＣを固溶させた状態で、熱間加工の前又は途中でそ
の時点における表層からそれぞれで鋼の径又は厚さの５
％以上の表層領域を３℃／秒以上の冷却速度でフェライ
ト分率が１０％以上となる温度まで急冷した後に、該表
層領域を復熱させる過程において、（Ａｃ₁点−１５０
℃）以上の温度から熱間加工を開始又は再開して、（Ａ
ｃ₁点−１５０℃）〜Ａｃ₃点＋１００℃の範囲で熱間加
工を終了し、前記表層領域において、フェライトが９５
％以上を占め、かつ、そのフェライト組織の硬さが、下
記式で算出される値Ｈ以下にすることを特徴とする耐食
性に優れた構造用鋼の製造方法。Ｈ＝２００［Ｃｅｑ％］＋２０＋（９［Ｃｅｑ％］＋
３．７）／√ｄ但し［Ｃｅｑ％］＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６＋
（Ｃｕ％＋Ｎｉ％）／１５であり、Ｃ％、Ｓｉ％、Ｍｎ
％、Ｃｕ％、Ｎｉ％はそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、
Ｎｉの重量％で、ｄはフェライトの平均円相当粒径であ
る。
【請求項５】重量％で、Ｃ：０．０４〜０．２５％、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜０．６％の成
分を有し、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．０
０５〜０．０５％、Ｔａ：０．００５〜０．０５％の一
種又は二種以上を含有し、残部鉄及び不可避的不純物か
らなる、鋼又は鋼の素材をＡｃ₃点以上に加熱してＣ及
びＮｂ、Ｔｉ、Ｔａの一種又は二種以上を固溶させた状
態で、熱間加工の前又は途中でその時点における表層か
らそれぞれで鋼の径又は厚さの５％以上の表層領域を３
℃／秒以上の冷却速度でフェライト分率が１０％以上と
なる温度まで急冷した後に、該表層領域を復熱させる過
程において、（Ａｃ₁点−１５０℃）以上の温度から熱
間加工を開始又は再開して、（Ａｃ₃点−１００℃）〜
Ａｃ₃点＋１００℃の範囲で熱間加工を終了し、前記表
層領域において、フェライトが９５％以上を占め、か
つ、そのフェライト組織の硬さが、下記式で算出される
値Ｈ以下とすることを特徴とする耐食性に優れた構造用
鋼の製造方法。Ｈ＝２００［Ｃｅｑ％］＋２０＋（９［Ｃｅｑ％］＋
３．７）／√ｄ但し［Ｃｅｑ％］＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６＋
（Ｃｕ％＋Ｎｉ％）／１５であり、Ｃ％、Ｓｉ％、Ｍｎ
％、Ｃｕ％、Ｎｉ％はそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、
Ｎｉの重量％で、ｄはフェライトの平均円相当粒径であ
る。
【請求項６】熱間加工の終了後、冷却速度が５℃／秒
以上で加速冷却又は直接焼き入れすることを特徴とする
請求項４又は請求項５に記載の耐食性に優れた構造用鋼
の製造方法。
【請求項７】加速冷却又は直接焼き入れ終了後に引き
続いて、焼戻しすることを特徴とする請求項６記載の耐
食性に優れた構造用鋼の製造方法。
【請求項８】重量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、
Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．０３〜３．０％、
Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０１〜０．４％、
Ｂ：０．０００２〜０．００２％、Ｐ：０．１５％以
下、Ｃａ：０．０００１〜０．０２％、Ｍｇ：０．００
０１〜０．０２％、ＲＥＭ：０．００１％〜０．２％の
一種又は二種以上を含有せしめたことを特徴とする請求
項４〜請求項７のいずれかに記載の耐食性に優れた構造
用鋼の製造方法。