JP2005220394A

JP2005220394A - 耐海水鋼

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Publication number: JP2005220394A
Application number: JP2004028007A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kamimura; 隆之上村; Hideaki Yuki; 英昭幸; Kazuyuki Kajima; 和幸鹿島
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: JP4325421B2

Abstract

【課題】Ｃｒの添加による耐海水腐食性の低下を防止することが可能であり、従来材よりも安価で、かつ、耐海水腐食性に優れた耐海水鋼を提供するとともに、かかる耐海水鋼を有する海洋構造物を得る。
【解決手段】鋼の化学組成を、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、Ｎｉ：０．０５〜５．０％、Ｃｒ：０．５０〜１２．０％、Ａｌ：０．００３〜２．５％、Ｎ：０．００１〜０．１％、並びにＳｎ：０．０３〜０．５０％、及び／又はＳｂ：０．０３〜０．５０％、残部がＦｅと不可避的不純物とからなる組成とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、各種リグプラットフォーム、河口堰の水門やタンカーのバラストタンク等、海水に接する環境で使用される海洋構造物に用いられる耐海水鋼に関する。

近年、いわゆるウォーターフロントの開発に伴い、海水環境で使用される鋼構造物や設備の寿命の延長を図るため、これら構造物の素材として、普通鋼の代わりに、海水に対する耐食性（耐海水腐食性）を高めた耐海水鋼が使用される趨勢にある。普通鋼を海水環境で使用する場合は、耐海水腐食性が劣るため、表面に塗装を施す等の防食対策が必要とされるが、耐海水鋼はそのような対策を施さずともかなりの耐海水腐食性を有し、また、景観上塗装が必要とされる場合でも、普通鋼に比べて塗装の塗り替え期間を大幅に延長できるという利点がある。

耐海水腐食性を有する低合金鋼は、かなり以前に開発されており、かかる低合金鋼の海水中における腐食速度は、普通鋼の当該速度に比べて約１／２〜１／３へと低下することが確認されている。非特許文献１には、このような性質を有する低合金鋼として、Ｃｒを３質量％以下（以後、合金元素の「％」は、特に断り書きがない限り、「質量％」を意味するものとする。）及びＣｕを０．２〜１．０％含有し、その他、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ又はＰ、Ｓｉ等を少量添加した合金が挙げられている。

また、耐海水鋼に関しては、これまでにいくつかの技術が開示されている。例えば、特許文献１には、Ｃｒ含有量を０．１％以下とした耐海水鋼が、又、特許文献２には、Ｃｒ含有量を３．５％以下とした耐海水鋼がそれぞれ開示されている。
特開平１１−００１７４５号公報特開平０８−０７３９８６号公報「製鉄研究」、新日本製鐵株式会社、第２８４号１９７５年、第１１３３１頁−第１１３４０頁

しかし、従来の耐海水鋼において、少量のＣｒ添加は、鋼材の全面腐食性を向上させる一方で、一定量以上のＣｒ添加は、かえって局部腐食感受性を増大させるとされており、鉄鋼各社において実用化されている耐海水鋼に含まれるＣｒ量は、多くても３％となっている（低合金耐食鋼（社）日本鉄鋼協会監修、松島巌著 1995年第１１６頁−第１１７頁）。
そこで、本発明は、Ｃｒの添加による局部腐食感受性増大を防止することが可能であり、従来材よりも安価で、かつ、耐海水腐食性に優れた耐海水鋼を提供するとともに、かかる耐海水鋼を有する海洋構造物を得ることを課題とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するために検討を重ねた結果、ＳｎやＳｂを含有する母材において、従来は孔食感受性（局部腐食感受性）を高めるＣｒが、局部腐食感受性を高めず且つ全面腐食性の改善に大きな効果があることを確認した。さらに、安価なＣｒを多量に含有する鋼材が、従来の耐海水鋼よりも耐食性に優れることを確認した。本発明者らによる検討により、Ｓｎ及びＳｂは、Ｃｒの低ｐＨ領域における耐海水腐食性を向上させる元素であることが判明した。
ここで、耐海水腐食性とは海水中に浸漬している部分の耐食性のことで、いわゆるスプラッシュゾーンや塩害環境の腐食とは異なる。
また、耐海水腐食の中では、孔食（局部腐食）、全面腐食があり、Ｃｒは局部腐食性に劣ることが従来から指摘されていた元素である。

従来、Ｃｒを３％以上添加できなかったのは、３％以上のＣｒを添加すると、鋼材の孔食感受性が高くなる傾向があるためであった。孔食（ピット）部では、Ｃｒ^３＋の加水分解反応で水素イオンが放出されることによりｐＨが局所的に低下し、当該部の耐食性が劣化する。しかし、本発明者らは、Ｓｎ及び／又はＳｂをＣｒと併せて複合添加することにより、ｐＨが低下したピット底における耐食性が大幅に改善されると共に、Ｃｒを従来よりも多量に添加しても孔食感受性が高まらないことを初めて見いだした。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。

以下、本発明について説明する。
請求項１の発明は、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、Ｎｉ：０．０５〜５．０％、Ｃｒ：０．５０〜１２．０％、Ａｌ：０．００３〜２．５％、Ｎ：０．００１〜０．１％を含み、さらにＳｎ：０．０３〜０．５０％、及び／又はＳｂ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物とからなる、耐海水鋼により、上記課題を解決しようとするものである。

かかる組成の鋼材とすることにより、鋼材がＣｒを３％以上含有しても、局部腐食感受性が増大することなく、耐全面腐食性と耐局部腐食性との双方において優れた耐海水鋼を得ることが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の耐海水鋼において、さらに、質量％で、Ａ群；Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｚｒ：０．０１〜０．３０％、Ｂ群；Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｗ：０．０１〜１．０％、及びＶ：０．０１〜１．０％、並びにＣ群；Ｃａ：０．０００１〜０．１０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．１０％、からなる３つの元素群より選択された１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の耐海水鋼において、さらに、質量％で、Ｄ群；Ｎｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．０００３〜０．００３％、及びＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％の１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする。

かかる組成の耐海水鋼とすることにより、耐海水鋼の機械的特性を向上させることが可能となる。
ここで、ＲＥＭとは、例えばＬａ、Ｃｅ、…、等の希土類元素を意味する。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐海水鋼において、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、及びＳｂの含有量から算出されるαが、
α＝Ｃｒ／（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｓｎ＋Ｓｂ）
で表される時、
α≧０．４６
の条件を満たすことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐海水鋼と、耐海水鋼の少なくとも一面に被覆された有機樹脂とからなる鋼材を得ることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、陰極防食による有機樹脂層の剥離の懸念が不要になる等のメリットを有する鋼材を得ることが可能となる。
ここで、上記有機樹脂は特に限定されず、ポリエチレン、ポリウレタン等を好適に使用することができる。

請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐海水鋼を有する海洋構造物を得ることを特徴とする。

請求項６の発明によれば、安全性が高い、メンテナンスフリー、及び長寿命等の特徴を有する構造物を得ることが可能となる。
ここで、海洋構造物とは、各種リグプラットフォーム、河口堰の水門やタンカーのバラストタンク等、海水に接する環境で使用される構造物をいう。

本発明の耐海水鋼においては、Ｓｎ及び／又はＳｂをＣｒと併せて複合添加することにより、孔食発生の心配をすることなく、全面腐食性を向上させるＣｒを多量に添加することが可能となり、耐海水腐食性に優れた耐海水鋼を容易に得ることが可能になる。また、ＣｒはＮｉやＭｏ等の元素よりも安価であるため、耐海水鋼を従来よりも安価に得ることが可能となる。

また、本発明の耐海水鋼は、耐海水腐食性に優れるほか、海水及び原油中に含まれるＨ_２Ｓによる厳しい腐食環境下における耐食性にも優れるため、タンカーの原油タンク用の鋼材であるカーゴタンク用鋼材にも適用でき、好適である。さらに、本発明の耐海水鋼は、腐食しろが大きい、陰極防食による有機樹脂層の剥離の懸念が不要になる等のメリットを容易に得ることができるため、ポリエチレン、ポリウレタン等の有機樹脂を被覆した鋼矢板又は鋼管矢板等の土木用建材の鋼材として好適に使用することが可能である。

以下に、本発明の構成要件及びその作用効果について説明する。
１．耐海水鋼における必須元素
本発明の耐海水鋼は、以下に掲げる元素を必須成分とする。

Ｃ：０．００１〜０．１５％
Ｃは、鋼の強度を確保するために必要な元素であるが、多量に含有させると鋼材の溶接性が劣化する。特に、鋼材にＣｒを多く添加した場合には、Ｃ含有量が０．１５％を超えると、鋼材における溶接性の劣化が懸念されるため、Ｃの添加量を低く抑える必要がある。したがって、本発明の耐海水鋼のＣ含有量は０．１５％を上限とする。また、Ｃ含有量が０．００１％未満になると所定の強度が確保できないので、Ｃ含有量の下限は０．００１％とする。望ましいＣ含有量は、０．００５％〜０．１５％である。

Ｓｉ：３．０％以下
Ｓｉは、製鋼時の脱酸に必要な合金元素であると共に、鋼材の耐海水腐食性を向上させる元素であるが、含有量が３.０％を超えると、鋼材の靭性が損なわれるため、その含有量は３.０％を上限とする。一方、含有量の下限は特に定めないが、含有量が少なすぎると製鋼時の脱酸が十分に行われないので、Ａｌの含有量が少ない場合（例えば、０．００５％未満の場合）には、０．１％以上のＳｉを含有させることが望ましい。

Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、安価な元素であり、鋼の強度を高める効果を有する元素であるが、鋼中のＳと結合して非金属介在物ＭｎＳを形成する。このＭｎＳは、腐食の基点となって鋼材の耐海水腐食性を劣化させる。鋼中のＳ含有量が極めて低い場合、Ｍｎは、海水中環境において、鋼材の耐海水腐食性を向上させる作用を有するが、鋼中のＳ含有量が０．００１％以上になると、Ｓと結合してＭｎＳを形成する。したがって、Ｍｎの添加に際しては、鋼中のＳ含有量に注意を払う必要がある。また、Ｍｎの含有量が２．０％を超えると鋼材の強度が高くなりすぎるため、好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量は２．０％以下とする。

Ｐ：０．０２％以下
Ｐは、鋼の耐海水腐食性を著しく向上させる点で有効な元素である。しかし、過度に含有すると、鋼材の溶接性が劣化する。したがって、その含有量は０．０２％以下とする。含有量の下限は特に定めないが、耐海水腐食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：０．０１％以下
Ｓは、鋼中のＭｎと結合して非金属介在物ＭｎＳを形成して腐食の基点となり易く、鋼中のＳ含有量が０．０１％を超えると、鋼材の耐海水腐食性が劣化するため、好ましくない。したがって、Ｓ含有量の上限は、０．０１％とする。

Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、鋼の耐海水腐食性、特に局部腐食性を向上させる基本元素であり、その含有量が０．０５％以上である場合には、耐海水腐食性が著しく向上する。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、鋼材が脆化を起こす原因となる。したがって、Ｃｕの含有量は０．０５〜１．０％とする。

Ｎｉ：０．０５〜５．０％
ＮｉはＣｕと同様に鋼の耐海水腐食性、特に局部腐食性を向上させる元素である。特にさび層の緻密化に寄与し、塩化物イオンの透過を抑制し、さび層の環境遮断機能を高める作用を有する。さらに、鋼材にＮｉを含有させると、鋼のアノード溶解が抑制されることにより、鋼材の耐海水腐食性（全面腐食性）を向上させる効果もある。これらの効果は、Ｎｉを０．０５％以上含有させることにより得られるが、５．０％を超えて含有させてもコストに見合う効果を得難い。したがって、Ｎｉの含有量は０．０５〜５．０％とする。

Ｃｒ：０．５０〜１２．０％
Ｃｒは、鋼材中の含有量が増大するにつれて全面腐食速度が低下するため、全面腐食性の抑制に寄与するが、Ｃｒを３％以上含有すると、鋼の孔食感受性が高まる。そのため、従来、鋼材中のＣｒ含有量は、３％が上限とされていた。
ところが、ＳｎやＳｂを含有する場合には、Ｃｒを３％以上含有しても孔食感受性は高まらないことが判明した。Ｃｒによる全面腐食性の抑制は、０．５０％以上のＣｒ含有により認められる。しかし、Ｃｒの含有量が１２％を越えると、鋼材の溶接性が劣化する。したがって、Ｃｒ含有量は、０．５０〜１２．０％とする。全面腐食性を考慮すれば、３．０〜１２．０％が好ましく、より好ましくは、４．０〜１２．０％である。

Ａｌ：０．００３〜２．５％
Ａｌは、０．００３％以上の含有により、鋼の耐海水腐食性が向上するが、その含有量が２．５％を超えると、かかる効果は飽和する。したがって、Ａｌ含有量は０．００３〜２．５％とする。なお、Ａｌを多量に添加すると鋼材が脆化し易くなるので、Ａｌ含有量の上限は２．０％とするのが望ましい。

Ｎ：０．００１〜０．１０％
Ｎは、アンモニアとなって溶解し、飛来塩分量が多い環境において、Ｆｅ^３＋の加水分解によるｐＨ低下を抑制することにより、塩分環境における鋼材の耐海水腐食性を向上させる効果を有する。この効果は、鋼材がＮを０．００１％以上含有することにより得られ、Ｎ含有量が０．１０％を超えると、その効果が飽和するほか、鋼材の靭性が低下するおそれがある。したがって、Ｎ含有量は０．００１〜０．１０％とする。

Ｓｎ：０．０３〜０．５０％
Ｓｎは、Ｃｒの含有により高まった鋼材の孔食感受性を低減せしめる効果を有する。すなわち、３％を超えてＣｒを含有することにより発生したピットは、アノードとして成長すると同時に、Ｃｒ^３＋の加水分解によりアノードでのｐＨを低下させ、酸性化させる。この酸性化した鋼材のピット底における耐食性の劣化は、鋼材が含有するＳｎにより防止される。そのため、Ｃｒ含有量が３％を超えても、Ｓｎを含有していれば、鋼材の孔食感受性は高まらない。
Ｓｎを単独添加する場合には、上記の作用は０．０３％以上の含有により顕著となり、０．５０％を超えると、鋼材が脆化を起こす原因となる。したがって、Ｓｎの含有量は０．０３％〜０．５０％とする。

Ｓｂ：０．０３〜０．５０％
Ｓｂは、Ｓｎと同様の作用により、鋼材の孔食感受性を低減せしめる。Ｓｂを単独添加する場合には、この作用は０．０３％以上の含有で顕著になり、０．５０％を超えると鋼材の靭性が著しく劣化する。したがって、Ｓｂの含有量は、０．０３〜０．５０％とする。

Ｓｎ＋Ｓｂ：０．０３〜０．５０％
Ｓｎ及びＳｂを共に含有する場合、その合計含有量が０．０３％未満では、耐海水腐食性（特にＣｒ共存下での局部腐食性）を向上させる作用が顕著には現れず、また、その合計含有量が０．５０％を超えると鋼材の靭性が劣化する。このため、Ｓｎ及びＳｂを共に含有する場合における含有量の合計は０．０３〜０．５０％とする。

２．αの値
α＝Ｃｒ／（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｓｎ＋Ｓｂ）とした場合、上記元素含有量条件を満たし、かつ、α≧０．４６とすることが好ましい。
αがα≧０．４６の条件を満たす場合であっても、上記の元素含有量に関する条件を満たさない鋼材は、耐局部腐食性が劣る等の問題点が生じるため、上記の元素含有量条件を満たすことは必須であり、かかる条件を満たしたうえで、αが上記条件を満たすことが好ましい。
αの式において、Ｃｒは、全面腐食を抑制する元素であり、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、及びＳｂは、局部的腐食（孔食）を抑制する元素である。本発明の耐海水鋼が含有する局部腐食抑制元素Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、及びＳｂの総含有量を１とする時、その耐海水鋼が含有する全面腐食抑制元素Ｃｒの含有量を０．４６以上とすることにより、局部腐食と全面腐食との双方を抑制し得る、耐食性バランスに優れた鋼材の製造が可能となる。Ｃｒの添加量が０．４６未満である場合には、鋼材の耐全面腐食性が不十分となるため、好ましくない。αの条件として、望ましくは、α≧０．６１５である。

３．耐海水鋼の選択元素
本発明の耐海水鋼は、上記の合金元素のほか、さらに、以下に挙げる元素の１種又は２種以上を含有することにより、耐海水腐食性及び／又は機械的特性の向上を図ることが可能となる。

３．１．硫化物形成抑制元素（Ａ群）
Ｔｉ：０．０１〜０．３０％
Ｔｉは、鋼中のＮと結合することによりＴｉＮを形成し、結晶粒を微細化して鋼材の靭性向上に寄与するほか、鋼中のＳと結合することによりＴｉＳを形成して、腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑制する、いわゆる形態調整の役割を担う。この効果は、Ｔｉの含有量が０．０１％以上で現れ、同含有量が０．３０％を超えると、上記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０．０１〜０．３０％とする。

Ｚｒ：０．０１〜０．３０％
Ｚｒは、Ｔｉと同様に、鋼中のＳと結合することによりＺｒＳを形成して、腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑制する、いわゆる形態調整の役割を担う。この効果はＺｒの含有量が０．０１％以上で現れ、含有量が０．３０％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、Ｚｒを含有させる場合、その含有量は０．０１〜０．３０％とする。

３．２．さび層中の塩化物イオン透過抑制元素（Ｂ群）
Ｍｏ：０．０１〜１．０％
Ｍｏは、溶解して酸素酸イオンＭｏＯ^２−の形でさびに吸着し、さび層をカチオン選択透過的にすることで、さび層中における塩化物イオンの透過を抑制する。鋼中の含有量が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、さび層中における塩化物イオンの透過を抑制する。この効果は、Ｗ含有量が０．０１％以上で現れ、その含有量が１．０％を超えると、かかる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、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、さび層中における塩化物イオンの透過を抑制する。この効果は、Ｖ含有量が０．０１％以上で現れ、その含有量が１．０％を超えると、かかる効果は飽和するほか、鋼材の靭性が劣化する。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。

３．３．ｐＨ低下抑制元素（Ｃ群）
Ｃａ：０．０００１〜０．１０％
Ｃａは、鋼中に酸化物の形で存在し、腐食反応部界面におけるｐＨの低下を中和作用により抑制して、腐食の促進を抑える作用を有する。この効果は、鋼材がＣａを０．０００１％以上含有することにより得られるが、その含有量が０．１０％を超えると、かかる効果は飽和し、鋼材のコストが上昇する。したがって、Ｃａを含有させる場合、その含有量は０．０００１〜０．１０％とする。

Ｍｇ：０．０００１〜０．１０％
Ｍｇは、Ｃａと同様、腐食反応部界面におけるｐＨの低下を中和作用により抑制する。この効果は、鋼材がＭｇを０．０００１％以上含有することにより得られるが、その含有量が０．１％を超えると、かかる効果は飽和し、鋼材のコストが上昇する。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。

３．４．機械的特性向上元素（Ｄ群）
Ｎｂ：０．０１〜０．１０％
Ｎｂは、鋼材の靭性を確保する目的で含有させる元素である。この効果はＮｂの含有量が０．０１％以上で現れ、その含有量が０．１％を超えると、かかる効果は飽和するほか、鋼材の靭性を劣化させる。したがって、Ｎｂを含有させる場合、その含有量は、０．０１〜０．１％以下とする。

Ｂ：０．０００３〜０．００３％
Ｂは、鋼材の強度を上昇させる目的で含有させる元素である。しかし、Ｂの含有量が０．０００３％未満では、鋼材の強度上昇効果が認められず、その含有量が０．００３％を越えると、鋼材の靭性が劣化する。したがって、Ｂを含有させる場合、その含有量は０．０００３％〜０．００３％とする。

ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％
希土類元素（ＲＥＭ）は、鋼材の溶接性を向上させる目的で含有させる元素である。ＲＥＭの含有量が０．０００１％以上でその効果を発揮し、その含有量が０．０２％を超えると、かかる効果は飽和するほか、鋼材の靭性が劣化する。したがって、ＲＥＭを含有させる場合、その含有量は、０．０００１〜０．０２％とする。

以下に本発明の実施例及び比較例を示す。
各実施例又は比較例において使用した試験片の化学組成を表１に示す。

ここで、表１の鋼材番号列に記載されている１６までの番号は、各実施例の番号と対応している。例えば、鋼材番号１は実施例１と、鋼材番号２は実施例２と、…、鋼材番号１６は実施例１６と、の如くである。一方、番号が１７よりも大きい鋼材は、各比較例において使用した鋼材である。鋼材番号１７は比較例１と、鋼材番号１８は比較例２と、…、鋼材番号２０は比較例４と、それぞれ対応している。また、表中の「＊」は、本発明の範囲外であることを示している。

（試験片の調整）
表１に示した各試験片は、以下の手順により作製した。
各試験片と対応する組成の原料を、１５０ｋｇのインゴットを真空溶解炉で溶解した。上記工程により溶製したインゴットは、引き続き、切断及び鍛造の各処理が施され、さらに、かかるインゴットに加熱、圧延の各処理を施すことにより、厚さ４ｍｍ×板幅１５０ｍｍ×長さ１０００ｍｍの寸法を有するインゴット片へと加工した。そして、そのインゴット片の表裏面に機械研削を施した後、切断して、厚さ３ｍｍ×幅２０ｍｍ×長さ５０ｍｍの寸法を有する試験片を作製した。なお、本実施例及び比較例において使用した各試験片における酸素含有量は、０．０００１〜０．００５％であった。

（性能試験）
１．模擬（加速）試験
海水中浸漬時における孔食部濃厚塩化物と、低ｐＨ環境とを模擬した環境において海水腐食の加速試験を行うため、２０％ＮａＣｌ水溶液を塩酸によりｐＨ＝１へと調整した水溶液中において、各試験片を７２時間浸漬させた。浸漬試験前における各試験片の重量と、浸漬試験後における各試験片の重量との差により特定される腐食減量から、平均板厚腐食減量厚みを求めた。本試験の結果を、表２にあわせて示す。

なお、この試験における結果の表記は全面腐食性の試験結果にかかる表記と類似するが、本試験は、孔食が生じる腐食環境を模擬した模擬試験（孔食ピットの最先端部を模擬した腐食試験）であるため、かかる表記は、孔食が起こりやすいか否かの指標（局部腐食感受性の指標）となるものである。

１．１．実施例の結果
表２より、実施例１〜１６において使用した試験片（鋼材番号１〜１６）は、全試験片が、０．５０％以上のＣｒと、０．０３％以上のＳｎ及び／又はＳｂとを含有していたため、本浸漬試験において非常に優れた耐食性を示した。したがって、本試験における各実施例において使用した全ての試験片は、局部腐食感受性が小さく、耐局部腐食性に優れた鋼材であった。

１．２．比較例の結果
（比較例１）
本比較例において使用した試験片（鋼材番号１７）は、Ｃｒ含有量が５．９６％であったほか、Ｓｎ及びＳｂの各含有量がそれぞれ０．０１％であり、これは本発明が規定する下限値０．０３％を下回るものであった。そのため、３％以上のＣｒを含有することによる局部腐食感受性の上昇を、含有量が０．０１％のＳｎ及びＳｂでは抑制できず、上記各実施例よりも平均板厚腐食減量厚みの値が大きく上昇した。この結果から、３％以上のＣｒを含有する場合には、一定量以上のＳｎ及び／又はＳｂを含有することが必要であることが確認された。

（比較例２）
本比較例において使用した試験片（鋼材番号１８）は、Ｃｒ含有量が４．１２％であったほか、Ｓｎ及びＳｂを含有しなかった。そのため、本比較例の試験片は、３％以上のＣｒ含有により局部腐食感受性が上昇し、その結果、上記各実施例よりも平均板厚腐食減量厚みの値が大きくなった。この結果から、３％以上のＣｒを含有する場合には、一定量以上のＳｎ及び／又はＳｂを含有することが必要であることが確認された。

（比較例３）
本比較例において使用した試験片（鋼材番号１９）は、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＣｒの含有量が０％である一方で、Ｓｎ及びＳｂを含有しなかった。すなわち、耐海水腐食性（局部腐食性及び全面腐食性）を向上させる元素であるＣｕ、Ｎｉ及びＣｒを含有しないので、局部腐食感受性を低減することができず、その結果、上記各実施例よりも平均板厚腐食減量厚みの値が大きくなった。この結果から、耐海水鋼には、一定量以上のＣｒを含有することが必要であることが確認された。

（比較例４）
本比較例において使用した試験片（鋼材番号２０）は、Ｃｒの含有量が本発明が規定する下限値を下回る０．２％である一方で、０．０３％以上の含有により局部腐食感受性を低減させるＳｎを０．１１％含有した。そのため、本比較例の結果は、Ｃｒ含有量が３％以上である試験片を使用した比較例１及び２と比較すると、局部腐食感受性は低減したが、一方で実施例の結果と比較すると、平均板厚腐食減量厚みの値が大きく、局部腐食感受性が高かった。したがって、Ｓｎを０．１１％含有したとしても、Ｃｒの含有量が０．２％である場合には、局部腐食感受性低減に対する効果が十分ではないと考えられる。

以上、各実施例及び比較例１〜４の結果より、鋼材の孔食感受性を抑制するためには、一定量以上のＣｒを含有することが必要であり、鋼材が３％以上のＣｒを含有する場合には、かかるＣｒ含有量により上昇した局部腐食感受性を低減するために、一定量以上のＳｎ及び／又はＳｂを含有することが有効であることが確認された。

２．実海水試験
表１に示す各試験片を、和歌山県海南市工場敷地内における海水槽内に１年間浸漬することにより、浸漬試験を行った。本試験では、上記と同様の方法により腐食減量を特定したうえで、平均板厚腐食減量厚みを求め、さらに、この平均板厚腐食減量厚みと、浸漬期間とを用いて、各試験片における腐食速度を算出した。本試験においては、この腐食速度を全面腐食性の指標として使用した。
また、デプスゲージを用いた腐食深さ測定により、各試験片において最も腐食が深い点を３点選び、その平均の深さを、各試験片における腐食深さとした。本試験においては、この腐食深さを局部腐食感受性の指標として用いた。本試験の結果と、各試験片におけるαの値とを、表３にあわせて示す。

２．１．実施例の結果
表３より、全ての実施例において、腐食速度の結果が０．１ｍｍ／年以下の値となったため、全面腐食性が低く、耐全面腐食性に優れるという結果が得られた。また、表３より、全ての実施例において、腐食深さの結果が０．１ｍｍ以下の値となったため、局部腐食感受性も低く、耐局部腐食性に優れるという結果が得られた。
なお、本試験において使用した各実施例にかかる全ての試験片（鋼材番号１〜１６）は、０．３％以上のＣｒと、０．０３％以上のＳｎ及び／又はＳｂとを含有するとともに、α（Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、及びＳｂの含有量間の比によって定まる値。α＝Ｃｒ／（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｓｎ＋Ｓｂ）で表される。）の値が、α≧０．６１５の条件を満たしていた。

２．２．比較例の結果
（比較例１）
本比較例においては、腐食速度が０．００５ｍｍ／年であったため、耐全面腐食性に優れる一方、腐食深さが０．５５８ｍｍであったため、耐局部腐食性は各実施例よりも劣った。これは、Ｃｒ含有量が５．９６％であったため、耐全面腐食性に優れる一方、Ｃｒ含有量が３％を超えたことから、局部腐食感受性が上昇したためだと考えられる。本比較例において使用した試験片（鋼材番号１７）は、Ｓｎ及びＳｂをそれぞれ０．０１％含有するが、かかる含有量では、３％以上のＣｒ含有により上昇した局部腐食感受性を低減することは不可能であった。したがって、耐全面腐食性と耐局部腐食性との双方を向上させるためには、Ｃｒと共に、一定量以上のＳｎ及びＳｂの含有が有効である。
なお、本比較例における試験片は、αの値が９．４６であり、α≧０．４６の条件を満たしていたが、Ｓｎ及びＳｂの含有量が本発明の規定外であったため、耐全面腐食性と耐局部腐食性との双方において優れる鋼材は得られなかった。これは、αが上記条件を満たしても、各合金元素の含有量が本発明の規定内でなければ、耐全面腐食性と耐局部腐食性との双方に優れる鋼材は得られないことを示している。したがって、αが上記条件を満たす場合であっても、本発明における各合金元素の含有量が、本発明で規定する範囲内であることは必須である。

（比較例２）
本比較例においては、腐食速度が０．０１２ｍｍ／年であったため、耐全面腐食性に優れる一方、腐食深さが０．７６８ｍｍであったため、耐局部腐食性は各実施例よりも劣った。これは、Ｃｒ含有量が４．１２％であったため、耐全面腐食性に優れる一方、Ｃｒ含有量が３％を超えたことから、局部腐食感受性が上昇したためだと考えられる。また、本比較例における腐食深さの値は、全実施例及び比較例中、最大であり、耐局部腐食性の点で、最も劣った。これは、３％以上のＣｒを含有する一方で、含有量３％以上のＣｒにより上昇した局部腐食感受性を低減するＳｎ及びＳｂを含有しなかったことが原因だと思われる。したがって、鋼材が、３％以上のＣｒを含有する場合には、一定量以上のＳｎ及びＳｂを含有する必要がある。
なお、本比較例における試験片（鋼材番号１８）は、αの値が１．６０であり、α≧０．４６の条件を満たしていたが、Ｓｎ及びＳｂの含有量が本発明の規定外であったため、耐全面腐食性と耐局部腐食性との双方において優れる鋼材は得られなかった。これは、α≧０．４６という条件を満たしても、各合金元素の含有量が本発明の規定内でなければ、耐全面腐食性と耐局部腐食性との双方に優れる鋼材は得られないことを示している。したがって、α≧０．４６の条件を満たす場合であっても、本発明における各合金元素の含有量が、本発明で規定する範囲内であることは必須である。

（比較例３）
本比較例においては、腐食速度が０．２９３ｍｍ／年であり、全実施例及び比較例中、耐全面腐食性が最も劣った一方、腐食深さは０．１２ｍｍであったため、耐局部腐食性に関しては、比較例１及び２よりも改善した。耐全面腐食性が劣った理由は、本比較例で使用した試験片（鋼材番号１９）が、耐全面腐食性を向上させるＣｕ、Ｎｉ、及びＣｒを含有しなかったためだと考えられる。これに対し、耐局部腐食性が比較例１及び２よりも改善したのは、Ｃｒ含有量が０であり、３％以上ではなかったためだと考えられる。本比較例の結果より、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＣｒの含有量が０である試験片は耐全面腐食性が劣るため、耐全面腐食性と耐局部腐食性との双方に優れる鋼材を得るには、かかる元素を一定量以上含有することが必須である。
なお、本比較例の試験片は、αの分母が０となるため、αを算出できなかった。

（比較例４）
本比較例においては、腐食速度が０．２０５ｍｍ／年であったため、耐全面腐食性に劣る一方、腐食深さが０．１０１ｍｍであったため、耐局部腐食性に関しては、比較例１及び２よりも改善した。これは、本比較例で使用した試験片（鋼材番号２０）において、全面腐食性低減元素であるＣｒの含有量が０．２％と少なく、耐全面腐食性の向上効果が不十分であったためであると考えられる。したがって、耐局部腐食性と耐全面腐食性とを共に向上させるためには、一定量以上のＣｒの含有が必要である。
なお、本比較例における試験片は、αの値が０．２４であり、α≧０．４６の条件を満たしておらず、Ｃｒ含有量も本発明の規定外であったため、耐全面腐食性と耐局部腐食性との双方において優れる鋼材は得られなかった。したがって、αが上記条件を満たさず、かつ、本発明における各合金元素の含有量が、本発明で規定する範囲外である場合には、耐全面腐食性と耐局部腐食性との双方において優れる鋼材は得られない。

Claims

質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、Ｎｉ：０．０５〜５．０％、Ｃｒ：０．５０〜１２．０％、Ａｌ：０．００３〜２．５％、Ｎ：０．００１〜０．１％、並びにＳｎ：０．０３〜０．５０％、及び／又はＳｂ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物とからなる、耐海水鋼。
請求項１に記載の耐海水鋼において、さらに、質量％で、Ａ群；Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、Ｚｒ：０．０１〜０．３０％、Ｂ群；Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｗ：０．０１〜１．０％、及びＶ：０．０１〜１．０％、並びにＣ群；Ｃａ：０．０００１〜０．１０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．１０％、からなる３つの元素群より選択された１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする、耐海水鋼。
請求項２に記載の耐海水鋼において、さらに、質量％で、D群；Ｎｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．０００３〜０．００３％、及びＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％の１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする、耐海水鋼。
Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、及びＳｂの含有量から算出されるαが、
α＝Ｃｒ／（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｓｎ＋Ｓｂ）
で表される時、
α≧０．４６
の条件を満たすことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐海水鋼。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐海水鋼と、前記耐海水鋼の少なくとも一面に被覆された有機樹脂とからなる、鋼材。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐海水鋼を有する、海洋構造物。