JP2007270198A - 耐候性、耐塗装剥離性に優れた鋼材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.001〜0.15%、Si:2.5%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.01〜0.5%以下、Cr:0.01〜3.0%、Al:0.003〜0.2%およびN:0.001〜0.1%、O(酸素):0.005%以下、さらにSn:0.03〜0.20%を含有し、残部がFeおよび不純物からなるスラブであって、Ni/Cuが0.5以下であるスラブの表面温度を1175〜1325℃に加熱した後、900℃以上の温度域で、全圧下量のうち70%以上の圧延を終了し、700℃以上で圧延を終了させたのち、必要により、30℃/s以下の平均冷却速度で500℃以下の温度まで冷却する。
Description
(1)質量%で、C:0.001〜0.15%、Si:2.5%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.01〜0.5%以下、Cr:0.01〜3.0%、Al:0.003〜0.2%およびN:0.001〜0.1%、O(酸素)が0.005%以下、さらにSn:0.03〜0.20%を含有し、残部がFeおよび不純物からなるスラブであって、Ni/Cuが0.5以下であるスラブの表面温度を1175〜1325℃に加熱した後、900℃以上の温度域で、全圧下量のうち70%以上の圧延を終了し、700℃以上で圧延を終了させたのち、冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
(4)さらに、スラブが、質量%で、Ti:0.3%以下、Nb:0.1%以下、Mo:1.0%以下、Co:1.0以下、W:1.0%以下、V:1.0%以下、Ca:0.1%以下、Zr:0.2以下、B:0.01以下、Mg:0.1%以下およびREM:0.02%以下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1〜3のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
本発明において採用するスラブ組成は次の通りである。
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。同様に脱酸剤として働くAlが含有している場合には、特にスラブ中に含有していなくてもよい。したがって、その含有量は2.5%以下とする。
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、一般に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。しかしながら、その機構は不明であるが、Niと共存する場合には2.5%を超えると耐候性が劣化する。したがって、その含有量は2.5%以下とする。望ましくは1.5%以下とする。なお、構造用鋼としての強度を維持するには0.5%以上含有させる。
Pは、不純物として含有し、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は、不純物として含有し、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は、飛来塩分量の多い環境下での耐食性(海浜耐候性)を著しく向上させる元素として従来から注目され、Ni系耐候性鋼として開発・実用化されている。しかし、理由は定かではないが、Snと複合添加した場合には、耐食性の改善効果が無く、むしろSnによる耐候性改善効果を低下させるという悪影響が現れる。このNiの悪影響は、Ni含有量が0.5%を超えるか、Cu含有量の1/2を超えると顕著になる。しかし、Cu添加による熱間加工性の劣化、いわゆるCu脆化を防止するため、0.01%以上のNiの添加は必要である。そのため、本発明では、Ni含有量は0.01〜0.5%のごく少ない量に制限し、かつNi/Cu質量比が0.5以下となるようにNiを添加する。高価なNi含有量が少なくてすむことは経済的にも有利である。好ましくは、Ni:0.01%以上、0.4%未満である。
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、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は脱酸剤として添加される元素であり、その効果を確実に得るためには0.003%以上が必要である。一方、0.2%を超えると溶接性が低下する。このため、Al含有量は0.003〜0.2%とした。
Nは不純物として存在する。Nは本発明では重要な元素であり、Cと同様に、Crと結合してCrNなどの窒化物として析出し、耐食性に有効な固溶Cr濃度を低下させて耐海水性を劣化させるだけでなく、靱性をも劣化させる。このため、N含有量は少なければ少ないほどよいが、0.001%未満とするには経済的コストが大きく、また、0.1%以下であればその有害性が小さく、許容できる。このため、N含有量は、0.001〜0.1%に制限する。好ましい上限は0.006%、より好ましい上限は0.004%である。
Oは不純物として存在する。Oは上記のNと同様に本発明では重要な元素であり、Cr含有鋼においては孔食の起点となりやすいCaO、MgO、Al2O3などの酸化物系非金属介在物を形成して耐食性を劣化させる。また、過剰なOは靱性・溶接性をも劣化させる。しかし、その含有量が0.005%までであれば影響が小さいので、0.005%以下とした。好ましいのは0.004%以下、より好ましいのは0.003%以下である。
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。
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。しかし、0.3%を超えると、そのような効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇する。この効果は含有量が0.01%以上で現れる。したがって、Tiを含有させる場合、その含有量は0.3%以下、好ましくは0.01〜0.3%以下とする。
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。0.1%を超えると飽和する。この効果は含有量が0.01%以上で現れる。このため、Nbを含有させる場合、その含有量は、0.1%以下、好ましくは0.01〜0.1%以下とする。
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。0.01%以上になるとこの効果が得られる。したがって、Moを含有させる場合、その含有量は1.0%以下、好ましくは0.01〜1.0%とする。
Coは、溶解してさび中に存在し、さびを緻密化することにより保護性を高め耐食性を向上させる。またと塗膜剥離時にもその保護性により剥離進展を抑制する効果がある。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。この効果は含有量が0.01%以上で現れる。したがって、Coを含有させる場合、その含有量は1.0%以下、好ましくは0.01〜1.0%とする。
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。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。この効果は含有量が0.01%以上で現れる。したがって、Wを含有させる場合、その含有量は1.0%以下、好ましくは0.01〜1.0%とする。
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。1.0%を超えると飽和する。この効果は0.01%以上含有させると現れる。したがって、Vを含有させる場合、その含有量は1.0%以下、好ましくは0.01〜1.0%とする。
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。0.1%を超えると飽和する。この効果は0.0001%以上含有させることにより得られる。したがって、Caを含有させる場合、その含有量は、0.1%以下、好ましくは0.0001〜0.1%以下とする。
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。含有量が0.2%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。この効果はZrの含有量が0.01%以上で現れる。したがって、Zrを含有させる場合、その含有量は0.2%以下、好ましくは0.01〜0.2%とする。
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。その含有量が0.01%を越えると、鋼材の靭性が劣化する。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十分に認められない。したがって、Bを含有させる場合、その含有量は0.01%以下、好ましくは、0.0003%〜0.01%とする。
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。0.1%を超えると飽和する。この効果は0.0001%以上含有させることにより得られる。したがって、Mgを含有させる場合、その含有量は、0.1%以下、好ましくは0.0001〜0.1%とする。
REMは、鋼の溶接性を向上させる目的で含有させる。0.02%を超えると効果が飽和する。含有量が0.0001%以上でその効果を発揮する。このため、REMを含有させる場合には、その含有量は、0.02%以下、好ましくは0.0001〜0.02%とする。
熱間圧延を行うに当たり、スラブの表面温度は鋼表面でCu−Sn低融点成分とスケールの生成・脱落をバランスさせるために、1175℃以上とする。一方、スラブの表面温度が1325℃を超えるとスケール脱落による表面の形状が保てなくなり、且つスケールロスが大きくなるため経済的でない。したがって、スラブの表面温度は1175〜1325℃とする。
本発明により製造される鋼材は、さらに耐候性を高める場合には、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。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.001〜0.15%、Si:2.5%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.01〜0.5%以下、Cr:0.01〜3.0%、Al:0.003〜0.2%およびN:0.001〜0.1%、O(酸素)が0.005%以下、さらにSn:0.03〜0.20%を含有し、残部がFeおよび不純物からなるスラブであって、Ni/Cuが0.5以下であるスラブの表面温度を1175〜1325℃に加熱した後、900℃以上の温度域で、全圧下量のうち70%以上の圧延を終了し、700℃以上で圧延を終了させたのち、冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
- 質量%で、C:0.001〜0.15%、Si:2.5%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.01〜0.5%以下、Cr:0.01〜3.0%、Al:0.003〜0.2%およびN:0.001〜0.1%、O(酸素)が0.005%以下、さらにSn:0.03〜0.20%を含有し、残部がFeおよび不純物からなるスラブであって、Ni/Cuが0.5以下であるスラブの表面温度を1175〜1325℃に加熱した後、900℃以上の温度域で、全圧下量のうち70%以上の圧延を終了し、700℃以上で圧延を終了させたのち、30℃/s以下の平均冷却速度で500℃以下の温度まで冷却することを特徴とする鋼材の製造方法。
- 700℃以上で圧延を終了させた後、500℃以下の温度まで冷却してから、650℃以下で熱処理することを特徴とする請求項1または2に記載の鋼材の製造方法。
- さらに、スラブが、質量%で、Ti:0.3%以下、Nb:0.1%以下、Mo:1.0%以下、Co:1.0以下、W:1.0%以下、V:1.0%以下、Ca:0.1%以下、Zr:0.2以下、B:0.01以下、Mg:0.1%以下およびREM:0.02%以下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1〜3のいずれかに記載の鋼材の製造方法。
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