JP2004360064A

JP2004360064A - 海浜耐候性に優れた鋼材およびそれを用いた構造物

Info

Publication number: JP2004360064A
Application number: JP2003402593A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Kajima; 和幸鹿島; Hideaki Yuki; 英昭幸; Takayuki Kamimura; 隆之上村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-12-02
Also published as: JP4677714B2

Abstract

【課題】飛来塩分量が多い環境下において十分な耐候性を有しており、海浜地域や融雪塩が散布される地域における橋梁等の構造物に最適な鋼材を得る。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜９．０％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜２．５％およびＮ：０．００１〜０．１％を含有し、さらにＳｎおよび／またはＳｂを０．０３〜０．５０％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする海浜耐候性に優れた鋼材である。任意元素としてＴｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、ＣａまたはＭｇのうちの１種以上および／またはＲＥＭを含有させ、または、その表面を防食皮膜で覆うのが望ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、海浜地域や融雪塩が散布される地域等で飛来塩分量が多い環境下でもミニマムメンテナンス材料として使用することができる耐候性に優れた鋼材（以下、単に「海浜耐候性に優れた鋼材」という）に関するものである。

通常、耐候性鋼材を大気腐食環境中に暴露すると、その表面に保護性のあるさび層が形成され、それ以降に鋼材表面に発生する腐食が抑制される。そのため、耐候性鋼材は、塗装せずに裸のまま使用できるミニマムメンテナンス鋼材として橋梁等の構造物に用いられている。

ところが、海浜地域や、内陸部でも融雪塩が散布される地域等で飛来塩分量が多い地域では、鋼材表面に保護性のあるさび層が形成されず、腐食を抑制する効果はみられない。そのため、海浜部では、塗装なしで裸のままの耐候性鋼材を用いることができず、普通鋼に塗装を施して使用する普通鋼の塗装使用が一般的である。しかし、このような塗装使用の場合には、腐食による塗膜劣化のため約１０年毎に再塗装する必要があり、そのため維持管理に要する費用は莫大なものとなる。

近年、日本工業規格（ＪＩＳ）で規格化された耐候性鋼（JIS G 3114 ：溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）は、飛来塩分量がＮａＣｌとして０．０５ｍｇ／ｄｍ²／ｄａｙ（０．０５ｍｄｄ）以上の地域、すなわち海浜地域では、ウロコ状錆や層状錆等の発生により腐食減量が大きいため、無塗装では使用できないことになっている（建設省土木研究所、（社）鋼材倶楽部、（社）日本橋梁建設協会：耐候性鋼の橋梁への適用に関する共同研究報告書（ＸＸ）−無塗耐候性橋梁の設計・施工要領（改訂版−1993.3））。

このため、海浜地域などの塩分の多い環境下では、普通鋼材に塗装を行って対処しているが、河口付近の海浜地域や融雪塩を撒く山間部等の道路に建設される橋梁は腐食が著しく、再塗装せざるを得ないのが現状である。これらの再塗装には多大な工数がかかることから、無塗装で使用できる鋼材への要望が強い。

鋼材の腐食は、飛来塩分量が多くなるにしたがって激しくなるため、耐食性と経済性の観点からは、飛来塩分量に応じた耐候性鋼材が必要になる。また、橋梁といっても、使用される場所や部位により鋼材の腐食環境は同じではない。例えば、桁外部では、降雨、結露水および日照に曝される。一方、桁内部では、結露水に曝されるが雨掛かりはない。一般に、飛来塩分量が多い環境では、桁外部より桁内部の方が腐食が激しいと言われている。

また、融雪塩を道路に撒く環境では、その塩が走行中の車に巻き上げられ、道路を支える鉄骨に付着し、厳しい腐食環境となる。また海岸から少し離れた軒下等でも厳しい塩害環境に晒され、このような地域では飛来塩分量が１ｍｄｄ以上の厳しい腐食環境になる。

このような問題に対応するため、飛来塩分量が多い環境での腐食を防止する鋼材の開発が従来から進められており、特許文献１ではクロム（Ｃｒ）の含有量を増加させた耐候性鋼材、さらに特許文献２ではニッケル（Ｎｉ）含有量を増加させた耐候性鋼材等が提案されている。

しかしながら、Ｃｒは、ある程度以下の飛来塩分量の領域においては耐候性を改善することができるものの、それを超える厳しい塩分環境においては逆に耐候性を劣化させる。

一方、Ｎｉ含有量を増加させた場合、耐候性はある程度改善されるが、鋼材自体のコストが高くなり、橋梁等の用途に使用される材料としては高価なものになる。これを避けるため、Ｎｉ含有量を少なくすると、耐候性はさほど改善されず、飛来塩分量が多い場合には、鋼材の表面に層状の剥離さびが生成し、長期間の使用に耐えられないという問題が生じる。

本発明者らは、先に特許文献３でＣｕ、ＮｉおよびＣｒを複合して含有させた海浜耐候性を有する鋼材を提案している。しかし、これらの元素を数％程度含有させるだけでは、ＪＩＳ耐候性鋼に比べて耐候性を改善することができるが、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような非常に厳しい環境では十分な耐候性を発揮することができず、さらに改善が必要になる。

また、特許文献４にはＰ、Ｎｉ、Ｍｏ、ＳｂおよびＳｎ等を含有する溶接構造用鋼、特許文献５にはＣｕ、ＮｉおよびＳｂを含有させた高耐候性鋼材が提案されている。前者の溶接構造用鋼については、飛来塩分量の多い環境における耐候性を得るためにＰの含有量を多くしているため、溶接性が十分でないという問題がある。後者の高耐候性鋼材は、飛来塩分量０．８ｍｄｄの環境において耐候性が良好であるとしているが、１ｍｄｄを超えるような厳しい腐食環境においては耐候性が十分でないという問題がある。

さらに、特許文献６にはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＳｎおよびＳｂ等を含有することにより耐食性を向上させた耐酸露点腐食鋼が提案されており、煙突や熱交換器等における酸露点腐食に対し優れた耐食性を発揮している。しかしながら、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような大気腐食環境において、耐候性は十分でないという問題がある。

特開平９−１７６７９０号公報

特開平５−５１６６８号公報特開２０００−２９７３４３号公報特開平１０−２５１７９７号公報特開２００２−５３９２９号公報特開平９−２５５３６号公報

本発明は、従来の耐候性鋼等が内包する問題に鑑みてなされたものであり、海浜地域や融雪塩が散布される地域等で飛来塩分量が多い環境下でも、優れた耐候性を発揮することができる鋼材およびこれを用いた構造物を提供することを目的としている。

本発明者らは、上記の課題を解決するため、Ｃｒ、ＣｕおよびＮｉの耐候性に及ぼす影響に着目し、Ｃｒ、ＣｕおよびＮｉの含有量を変化させた材料を用いて耐候性試験を行った。これは、本発明者らの一人が既に報告しているように（「材料と環境」第４３巻（1994）第１号２６頁）、さび層が保護性を有するのは、Ｆｅの一部がＣｒで置換された微細なα−（Ｆｅ_1-XＣｒ_X）ＯＯＨからなるさび層の生成によるものであること、およびＣｕやＮｉを含有させることにより海浜地域での耐候性を向上できることを知見したことによる。上記の耐候性試験の結果、次の（ａ）、（ｂ）のことが判明した。
（ａ）Ｃｒは、飛来塩分量が比較的少ない環境では耐候性を向上させるが、飛来塩分量が多い環境では逆に耐候性を劣化させる。
（ｂ）ＣｕおよびＮｉは、飛来塩分量が多い環境においても耐候性改善に効果がある。

上記の知見に基づいて、さらに検討を重ねた結果、飛来塩分量の多い環境ではＦｅＣｌ₃溶液の乾湿繰り返しが本質的条件となり、Ｆｅ³⁺の加水分解によりｐＨが低下した状態で、かつＦｅ³⁺が酸化剤として作用し腐食を加速することを見出した。このときの腐食反応は、
カソード反応：Ｆｅ³⁺ ＋ｅ → Ｆｅ²⁺ （Ｆｅ³⁺の還元反応）
アノード反応：Ｆｅ → Ｆｅ²⁺ ＋２ｅ（Ｆｅの溶解反応）
となり、総括反応としては、
２Ｆｅ³⁺ ＋Ｆｅ → ３Ｆｅ²⁺ ・・・反応１
となる。

上記反応１により生成したＦｅ²⁺は、空気酸化によりＦｅ³⁺に酸化され、生成したＦｅ³⁺は再び酸化剤として腐食を加速する。この際、Ｆｅ²⁺の空気酸化の反応速度は低ｐＨ環境では一般に遅いが、濃厚塩化物溶液中では加速され、Ｆｅ³⁺が生成され易くなる。このようなサイクリックな反応のため、飛来塩分量が非常に多い環境では鋼の耐食性が著しく劣化することが判明した。

また、飛来塩分量が非常に多い環境ではさび層の保護性は期待できず、鋼自身のアノード溶解反応を遅くするのが有効である。すなわち、飛来塩分量が非常に多い環境では、Ｃｒを含有する鋼はアノード溶解反応が促進されるため、耐候性が劣化するのに対し、Ｎｉ等を含有する鋼はアノード溶解反応を遅延させるので耐候性が向上する。

上述の塩分環境における腐食のメカニズムを基に、種々の合金元素の耐候性への影響について検討した結果、さらに下記（ｃ）〜（ｉ）の知見を得た。
（ｃ）ＳｎはＳｎ²⁺として溶解し、２Ｆｅ³⁺＋Ｓｎ²⁺→２Ｆｅ²⁺＋Ｓｎ⁴⁺なる反応により、Ｆｅ³⁺の濃度を低下させることにより反応１を抑制する。さらに、Ｓｎにはアノード溶解を抑制する作用もある。
（ｄ）Ｓｂは、Ｎｉ等と同様、鋼のアノード溶解反応を抑制するのに有効である。
（ｅ）飛来塩分量の多い環境において、単独添加では耐候性を劣化させるＣｒをＳｎやＳｂと複合して含有させることにより、Ｃｒは耐候性を向上させる効果を発揮する。
（ｆ）Ａｌを含有させると海浜耐候性が向上する。
（ｇ）Ｎはアンモニアとして溶解し、腐食界面のｐＨを上昇させる作用を有する。飛来塩分量の多い環境において上記Ｆｅ³⁺の加水分解によりｐＨが低下するが、Ｎを含有させることにより、腐食界面のｐＨ低下を抑制し海浜耐候性が向上する。
（ｈ）上記（ｃ）〜（ｇ）の材料に、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、ＣａおよびＭｇ
よりなる群から選ばれた１種または２種以上を含有させても、海浜耐候性の改善に効果がある。
（ｉ）上記（ｃ）〜（ｈ）の材料に、さらに、ＲＥＭを含有させると鋼材の溶接性が改善される。

本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）〜（４）の海浜耐候性に優れた鋼材、および（５）の造物を要旨としている。
（１）質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜９．０％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜２．５％およびＮ：０．００１〜０．１％を含有し、さらにＳｎおよび／またはＳｂ：０．０３〜０．５０％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする海浜耐候性に優れた鋼材である。
（２）上記（１）の海浜耐候性に優れた鋼材は、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．３％以下、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｗ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．０１〜１．０％、Ｃａ：０．０００１〜０．１％およびＭｇ：０．０００１〜０．１％よりなる群から選ばれた１種または２種以上を含有させるのが望ましい。
（３）上記（１）または（２）の海浜耐候性に優れた鋼材は、さらに、質量％で、ＲＥＭを０．０００１％〜０．０２％含有させるのが望ましい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の鋼材の表面を防食皮膜で覆うのが望ましい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の鋼材を用いた構造物である。

本発明の鋼材は、飛来塩分量が多い環境下において十分な耐候性を有しており、海浜耐候性に優れた材料として最適であり、これにより、海浜地域や融雪塩が散布される地域における橋梁等の構造物に使用するミニマムメンテナンス材料として適用することができる。

以下に、本発明の鋼材に含まれる合金元素の作用効果を、その含有量を上記のように限定した理由とあわせて説明する。以下の説明において、合金元素の含有量「％」は、いずれも「質量％」を意味する。

Ｃ：０．００１〜０．１５％
Ｃは、鋼の強度を確保するために必要な合金元素であるが、多量に含有させると鋼材の溶接性が劣化する。したがって、Ｃ含有量は０．１５％を上限とする。また、０．００１％未満になると所定の強度が確保できないので、下限は０．００１％とする。なお、望ましい範囲は、０．００５％〜０．１５％である。

Ｓｉ：２．５％以下
Ｓｉは、製鋼時の脱酸に必要な合金元素であるとともに、耐候性を向上させる元素である。２．５％を超えて含有させると、鋼の靱性が損なわれる。したがって、その含有量は２．５％以下とする。下限は特に定めないが、含有量が少なすぎると脱酸が十分に行われないので、Ａｌを含有しない場合には、０．１％以上含有させるのが望ましい。

Ｍｎ：５．０％以下
Ｍｎは、低コストで鋼の強度を高める作用効果を有する元素であるが、Ｓと結合してＭｎＳを形成し、このＭｎＳが腐食の起点となり、耐食性、ひいては耐候性を劣化させる。鋼中Ｓ量が低い場合には、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる作用を有するが、５．０％を超えると強度が高くなりすぎる。したがって、その含有量は５．０％以下とする。なお、海浜耐候性を向上させる効果を顕著に発揮させるためには、０．５％以上含有させるのが望ましい。

Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、耐候性を著しく向上させる元素である。しかし、過度に含有させると溶接性を劣化させる。したがって、その含有量は０．０３％以下とする。下限は特に定めないが、耐候性向上効果を発揮させるために、０．００５％以上含有させるのが望ましい。

Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、Ｍｎと結合して非金属介在物のＭｎＳを形成して腐食の起点となり易く、耐候性を劣化させるので、できるだけ少なくする必要がある。したがって、その上限は０．００５％とする。

Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、耐候性を向上させる基本元素であり、０．０５％以上含有させると耐候性が向上する。しかし、１．０％を超えて含有させても、その効果が飽和するだけでなく、脆化を起こす原因となる。したがって、その含有量は０．０５〜１．０％とする。

Ｎｉ：０．１〜９．０％
Ｎｉを含有するＸ線的非晶質さびまたはα−ＦｅＯＯＨは、微細で、さび層の緻密性を向上させることにより物質の透過を抑制する性質を有しているので、飛来塩分量の多い環境で使用される鋼材の合金元素として有効な元素である。また、Ｎｉを含有することにより、鋼のアノード溶解が抑制され耐候性を向上させる効果もある。これらの効果は、０．１％以上含有させることにより得られるが、９．０％を超えると鋼材のコストが上昇する。したがって、その含有量は０．１〜９．０％とする。

ここで、Ｘ線的非晶質さびとはＸ線回折によりピークを与えず、結晶として捉えられないさび成分を言う。通常の大気腐食環境中で生成するさびのうち、Ｘ線回折により検知可能なものはα−ＦｅＯＯＨ、β−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨおよびＦｅ₃Ｏ₄であり、これらを結晶性さびとし、それ以外をＸ線的非晶質さびと称する。

Ｘ線的非晶質さびの有無は、例えば、下記のＸ線定量分析にて判断できる。すなわち、測定装置として理学電機（株）製ＲＵ２００型を用い、測定条件をターゲット：Ｃｏ、電圧−電流：３０ｋＶ−１００ｍＡ、および走査速度：２°／ｍｉｎとして、さび試料にＺｎＯ粉末をさびに対し２０％の割合で混合しＸ線回折を実施し、得られたＸ線回折パターンを予め人工さびを用いて作成した検量線で解析して、さび中のα−ＦｅＯＯＨ、β−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨおよびＦｅ₃Ｏ₄の割合を定量し、これらの結晶性さびの合計を引いたものをＸ線的非晶質さびとする。

Ｃｒ：０．０１〜３．０％
Ｃｒは、飛来塩分量がそれほど多くない環境において保護性さびによる耐食性の向上が期待できるが、飛来塩分量が多い環境において鋼のアノード溶解反応を促進し耐候性を劣化させる。

ところが、後述するように、ＳｎやＳｂを含有する場合には、飛来塩分量が多い環境においてもＣｒ含有による耐候性の向上効果が発揮される。この効果は含有量０．０１％以上で発揮されるが、３．０％を超えると局部腐食感受性が高まるとともに溶接性が劣化する。したがって、Ｃｒ含有量は０．０１〜３．０％とする。なお、含有量の望ましい範囲は０．５〜３．０％である。

Ａｌ：０．００３〜２．５％
Ａｌは、０．００３％以上含有させると耐候性が向上するが、含有量が２．５％を超えるとその効果は飽和する。したがって、Ａｌ含有量は０．００３〜２．５％とする。なお、多量に添加すると鋼が脆化し易くなるので、含有量の上限は２．０％とするのが望ましい。

Ｎ：０．００１〜０．１％
Ｎは、アンモニアとなって溶解し、飛来塩分量の多い環境におけるＦｅ³⁺の加水分解によるｐＨ低下を抑制することで、塩分環境における耐候性を向上させる効果を有する。この効果は０．００１％以上含有することにより得られ、０．１％を超えると飽和する。したがって、Ｎ含有量は０．００１〜０．１％とする。

Ｓｎおよび／またはＳｂ：０．０３〜０．５０％
Ｓｎは、Ｓｎ²⁺となって溶解し、酸性塩化物溶液中でのインヒビター作用により腐食を抑制する作用を有する。また、Ｆｅ³⁺を速やかに還元させ、酸化剤としてのＦｅ³⁺濃度を低減することにより、Ｆｅ³⁺の腐食促進作用を抑制するので、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる。

また、Ｓｎには鋼のアノード溶解反応を抑制し耐食性を向上させる作用もある。さらに、Ｓｎを含有することにより、飛来塩分が多い環境においてもＣｒの耐候性を向上させる効果が発揮される。

Ｓｎを単独添加する場合には、これらの作用は０．０３％以上の含有で顕著になり、０．５％を超えると脆化を起こす原因となる。したがって、その含有量は０．０３％〜０．５％とする。なお、含有量の望ましい範囲は０．０３〜０．２％である。

一方、Ｓｂは、鋼のアノード溶解反応を抑制するとともに、水素ガス発生反応やＦｅ³⁺の還元反応を抑制するので、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる。さらに、Ｓｂを含有することにより、飛来塩分が多い環境においてもＣｒの耐候性を向上させる効果が発揮される。

Ｓｂを単独添加する場合には、これらの作用は０．０３％以上の含有で顕著になり、０．５％を超えると靭性が著しく劣化する。したがって、その含有量は０．０３〜０．５％とする。

ＳｎおよびＳｎを複合添加する場合には、その合計値が０．０３％未満の場合には、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる作用が顕著には現れず、また、０．５０％を超えると鋼の靭性が劣化する。このため、ＳｎおよびＳｎの含有量の合計値は０．０３〜０．５％とする。

本発明の鋼材は、上記の合金元素の他に、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、ＣａおよびＭｇよりなる群から選ばれた１種または２種以上を含有してもよい。これらの元素の含有量を前記のように限定した理由は、次の通りである。

Ｔｉ：０．０１〜０．３％
Ｔｉは、ＴｉＣを形成してＣを固定し、クロム炭化物の形成を抑制して耐候性を向上させるとともに、ＴｉＳの形成により腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑える。この効果は含有量が０．０１％以上で現れ、０．３％を超えると、効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。したがって、Ｔｉを含有させる場合、その含有量は０．０１〜０．３％以下とする。

Ｎｂ：０．０１〜０．１％
Ｎｂには、Ｔｉと同様、ＮｂＣを形成してクロム炭化物の形成を抑制して耐候性を向上させる効果がある。この効果は含有量が０．０１％以上で現れ、０．１％を超えると飽和する。このため、Ｎｂを含有させる場合、その含有量は、０．０１〜０．１％以下とする。

Ｍｏ：０．０１〜１．０％
Ｍｏは、溶解して酸素酸イオンＭｏＯ₄ ^2-の形でさびに吸着し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制し、耐食性を向上させる元素である。鋼中における含有量が０．０１％以上になるとこの効果が得られるが、１．０％を超えると効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。したがって、Ｍｏを含有させる場合、その含有量は０．０１〜１．０％とする。

Ｗ：０．０１〜１．０％
Ｗは、Ｍｏと同様、溶解して酸素酸イオンの形で存在し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制し、耐食性を向上させる。この効果は含有量が０．０１％以上で現れ、１．０％を超えると飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。したがって、Ｗを含有させる場合、その含有量は０．０１〜１．０％とする。

Ｖ：０．０１〜１．０％
Ｖは、ＭｏやＷと同様、溶解して酸素酸イオンの形で存在し、さび層中の塩化物イオンの透過を抑制し、耐食性を向上させる。この効果は０．０１％以上含有させると現れ、１．０％を超えると飽和する。したがって、Ｖを含有させる場合、その含有量は０．０１〜１．０％とする。

Ｃａ：０．０００１〜０．１％
Ｃａは、鋼中に酸化物の形で存在し、腐食反応部における界面のｐＨの低下を抑制して、腐食の促進を抑える作用を有している。この効果は０．０００１％以上含有させることにより得られるが、０．１％を超えると飽和する。したがって、Ｃａを含有させる場合、その含有量は０．０００１〜０．１％以下とする。

Ｍｇ：０．０００１〜０．１％
Ｍｇは、Ｃａと同様、腐食反応部における界面のｐＨの低下を抑制し、耐食性を向上させる。この効果は０．０００１％以上含有させることにより得られるが、０．１％を超えると飽和する。したがって、Ｍｇを含有させる場合、その含有量は０．０００１〜０．１％とする。

ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％
ＲＥＭは、鋼の溶接性を向上させる目的で含有させる。含有量が０．０００１％以上でその効果を発揮し、０．０２％を超えると効果が飽和する。このため、ＲＥＭを含有させる場合には、その含有量は０．０００１〜０．０２％とする。

本発明の鋼材は、上記の必須元素および任意元素を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼材である。なお、鋼中にオキサイド等の介在物が微細分散されている鋼も本発明の鋼材に含まれる。

本発明の鋼材は、さらに耐候性および耐食性を確保するため、その表面を防食皮膜で覆うのが望ましい。ここで規定する防食皮膜とは、さび安定化処理膜、Ｚｎめっき、Ａｌめっき、Ｚｎ−Ａｌめっき等のめっき、Ｚｎ溶射、Ａｌ溶射等の金属溶射皮膜、ビニルブチラール系、エポキシ系、ウレタン系、フタル酸系などの一般の防食塗装等、鋼材の防食目的で施される皮膜を意味する。いずれの防食皮膜を施した場合であっても、優れた耐候性を有し高い防食性能を発揮することができる。

上述の通り、本発明の鋼材は、飛来塩分量が多い環境下において優れた海浜耐候性を発揮するので、海浜地域や融雪塩が散布される地域における橋梁等の構造物に、塗装を必要としないミニマムメンテナンス材料として使用することができる。

（実施例１）
表１に示した化学組成を有するＮｏ．１〜Ｎｏ．２１の鋼について、１５０Ｋｇ真空溶解炉で溶製し、インゴットを鍛造した後、加熱、圧延を行い、厚さ４ｍｍ×幅１５０ｍｍ×長さ１０００ｍｍの寸法に加工して、次いで表裏面を機械研削し、厚さ３ｍｍ×幅６０ｍｍ×長さ１００ｍｍの試験片を切り出した。なお、本実施例では、酸素の含有量は０．０００１〜０．００５％の範囲であった。

得られた試験片で人工海水による乾湿繰り返し試験を行い、耐食性を評価した。具体的には、３５℃の人工海水（ASTM-D-1141-52 に準拠）を用いて、０．５時間の浸漬および２．５時間の乾燥を１サイクルとし、８００サイクルの試験での腐食減量を評価した。本試験は、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような厳しい腐食環境を模擬する試験であった。

試験終了後、各試験片の表面のさび層を除去し、板厚減少量を測定した。試験結果を表１に示す。同表における「腐食減量」は、試験片の平均の板厚減少量であり、試験前後の重量減少と試験片の表面積を用いて算出したものである。ここで、「腐食減量」の値は、比較例（Ｎｏ．１９）の「腐食減量」を１００とし、それとの比較で表したものである。

表１の結果から明らかなように、比較例（Ｎｏ．１７）はＣｒ含有量が少ないため、比較例（Ｎｏ．１８、Ｎｏ．２１）はＳｎおよびＳｂの含有量が少ないため、さらに、比較例（Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２０）はＣｒ並びにＳｎおよびＳｂの含有量が少ないため、腐食量が大きくなった。

本発明例では、いずれも本発明で規定する成分含有量を満足しているので、腐食減量は４９以下と小さくなっている。特に、Ｍｎ量が４．０２％と多い鋼（Ｎｏ．６）、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、ＣａまたはＭｇを含有する鋼（Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１４）は、耐食性が向上している。上記の元素に加えてさらにＲＥＭを含有する鋼（Ｎｏ．１５）は、耐食性に加えて溶接性も向上することを確認した。また、Ｓｉ量およびＡｌ量が多い鋼（Ｎｏ．１６）は、一段と耐食性が向上することがわかる。
（実施例２）
次に、本発明例Ｎｏ．１と比較例Ｎｏ．１９とについて、上記実施例１と同様の方法で採取した試験片の表面にタールエポキシを約２００μｍ塗装し、カッターナイフを用いて試験片の中央を中心としてクロスカットを入れて、腐食試験片とした。

上記実施例１と同様に、得られた試験片で人工海水による乾湿繰り返し試験を行い、耐食性を評価した。具体的には、３５℃の人工海水（ASTM-D-1141-52 に準拠）を用いて、０．５時間の浸漬および２．５時間の乾燥を１サイクルとし、８００サイクル試験後のクロスカット部からの塗膜の膨れ幅を測定し、耐食性を評価した。

評価結果は、比較例Ｎｏ．１９の試験片では膨れ幅が４．５ｍｍであったに対し、本発明例Ｎｏ．１の試験片では２．２ｍｍであり、本発明例Ｎｏ．１の鋼は耐食性が著しく向上していることが分かる。

本発明の鋼材は、Ｃｒ、ＣｕおよびＮｉは飛来塩分量が多い環境においても耐候性改善効果を有することを見出して完成された鋼材であり、飛来塩分量が多い環境下において十分な耐候性を有している。したがって、海浜耐候性に優れた材料として最適であり、これにより、海浜地域や融雪塩が散布される地域における橋梁等の構造物に使用するミニマムメンテナンス材料として土木および建築分野等において広く適用することができる。

Claims

質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜９．０％以下、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜２．５％およびＮ：０．００１〜０．１％を含有し、さらにＳｎおよび／またはＳｂ：０．０３〜０．５０％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする海浜耐候性に優れた鋼材。
さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．３％以下、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｗ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．０１〜１．０％、Ｃａ：０．０００１〜０．１％およびＭｇ：０．０００１〜０．１％よりなる群から選ばれた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に記載の海浜耐候性に優れた鋼材。
さらに、質量％で、ＲＥＭを０．０００１％〜０．０２％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の海浜耐候性に優れた鋼材。
請求項１〜３のいずれかに記載の鋼材の表面が防食皮膜で覆われていることを特徴とする海浜耐候性に優れた鋼材。
請求項１〜４のいずれかに記載の鋼材を用いた構造物。