JP2010064110A - 石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶接金属が、質量%で、C:0.01〜0.2%、Si:0.01〜1%、Mn:0.05〜3.0%、P:0.05%以下、S:0.03%以下およびSn:0.005〜0.3%を含有し、残部がFeおよび不純物からなる石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手である。上記の溶接継手において、溶接金属が、さらに、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Cu:1%以下、Ni:1%以下、Co:1%以下、Sb:0.3%以下、Ti:0.1%以下、Zr:0.2%以下、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、Y:0.1%以下、Ce:0.1%以下、Nd:0.5%以下、Nb:0.1%以下、V:0.2%以下、およびB:0.01%以下のうちの1種以上を含有してもよい。
【選択図】なし
Description
C:
Cは、材料の強度を確保するために必要な元素であり、0.01%以上を含有させる。しかし、0.2%を超えて含有させると、pHの低い腐食環境においてカソードとなって腐食を促進するセメンタイトの生成量が増大するとともに溶接性が低下する。このため、C含有量の適正範囲は0.01〜0.2%とした。好ましくは、0.03〜0.18%である。
Siは、脱酸に必要な元素であり、十分な脱酸効果を得るためには、0.01%以上を含有させる必要がある。しかし、1%を超えて含有させると、母材および溶接継手部の靱性が損なわれる。このため、Si含有量の適正範囲は0.01〜1%とした。含有量の好ましい範囲は、0.05〜0.8%である。
Mnは、低コストで鋼の強度を高める作用を有する元素であり、この効果を得るには0.05%以上を含有させる必要がある。しかし、3.0%を超えて含有させると、溶接性が劣化するとともに継手靭性も劣化する。このため、Mn含有量の適正範囲は0.05〜3.0%とした。含有量の好ましい範囲は、0.1〜3.0%である。
Pは、鋼中に含まれる不純物元素であり、耐酸性および溶接性を低下させる。特に、その含有量が0.05%を超えると、溶接性の低下が著しくなる。このため、Pの含有量は0.05%以下に制限した。
Sは、鋼中に含まれる不純物元素であり、その含有量は少なければ少ないほどよい。Sの含有量が0.03%を超えると、腐食の起点となるMnSが鋼中に多量に生成し、鋼の耐食性を低下させる。このため、Sの含有量は0.03%以下に制限した。
Snは、耐酸性に優れた元素であり、Snを含有させると、塗装部の耐食性が著しく向上するだけでなく、塗膜が剥離して裸鋼となった後の耐食性も著しく向上する。この理由は下記のとおりである。すなわち、石炭・鉱石運搬船ホールド内のpHが低下した環境において、Snが溶解し、鋼材上に析出する。Snは水素過電圧の大きい元素であるから、Snが析出した部分では、pHの低い環境におけるカソード反応である水素発生反応が著しく抑制され、その結果、耐食性が向上するからである。また、Snはイオンとして存在する場合においても、鋼材の溶解反応であるアノード反応を抑制する効果がある。これは、Snイオンの作用により鉄の溶解経路となる鉄表面へのOH-およびまたはCl-イオンの吸着を抑制し、鉄の溶解自体を抑えるからである。
Moは、耐酸性、および湿潤または乾湿繰り返し環境での耐食性を向上させる作用を有する元素であり、溶接金属部および母材部において、塗装部の耐食性および裸鋼の耐食性を向上させる効果を有する。そして、上記の効果は、Moを0.01%以上含有させることにより得られる。また、Moは、溶接金属部の強度を高める作用も有する。しかし、溶接金属の場合においては0.5%を超えて、母材の場合においては1%を超えて含有させても、上記の効果が飽和するばかりでなく合金コストが上昇する。上記の理由から、Moの含有量の好ましい範囲は、溶接金属においては0.01〜0.5%とし、母材においては0.01〜1%とした。含有量のさらに好ましい範囲は、溶接金属においては0.01〜0.4%であり、母材においては0.01〜0.5%である。
Wも、Moと同様に、耐酸性を高めるとともに、湿潤または乾湿繰り返し環境における耐食性を向上させる作用を有する元素であり、溶接金属部および母材部において、塗装部および裸鋼の耐食性を向上させる効果を有する。上記の効果は、Wを0.01%以上含有させることにより得られる。しかし、溶接金属の場合には0.5%を超えて、また、母材の場合には1%を超えて多く含有させても、前記の効果は飽和し、合金コストが上昇する。上記の理由から、W含有量の好ましい範囲は、溶接金属においては0.01〜0.5%とし、母材においては0.01〜1%とした。W含有量のさらに好ましい範囲は、溶接金属においては0.01〜0.4%であり、母材においては0.01〜0.5%である。
Cuは、濃厚塩化物環境において、溶接金属部および母材部における塗装部の耐食性および裸鋼となった後の耐食性を向上させる作用を有し、0.01%以上を含有させることによりその効果が得られる。しかし、溶接金属の場合には1%を超えて多く含有させても、また、母材の場合には2%を超えて多く含有させても、上記の効果は飽和する。そこで、Cu含有量の好ましい範囲は、溶接金属の場合には0.01〜1%とし、母材の場合には0.01〜2%とした。Cu含有量のさらに好ましい範囲は、溶接金属の場合には0.01〜0.5%であり、母材の場合には0.01〜1%である。
Niは、湿潤または乾湿繰り返し環境における耐食性、低pH環境における耐食性、およびCl-イオン含有時の酸性環境における耐食性を向上させる作用を有する元素であり、0.01%以上を含有させることにより、その効果が得られる。Niを含有させると、溶接金属部および母材部において、耐食性とさびの保護性による鋼材の防食性の両方の効果により腐食を抑制する。しかし、溶接金属の場合には1%を超えて、また、母材の場合には2%を超えて多く含有させても、合金コストの上昇に見合う耐食性が得られないばかりか、Snの析出を抑制することから、Snによる耐食性の改善効果を低下させる。上記の理由から、Ni含有量の好ましい範囲は、溶接金属においては0.01〜1%とし、母材においては0.01〜2%とした。含有量のさらに好ましい範囲は、溶接金属においては0.01〜0.5%であり、母材においては0.01〜1%である。
Coは、Niと同様に、湿潤または乾湿繰り返し環境での耐食性、低pH環境における耐食性、Cl-含有時の酸性環境における耐食性を向上させる元素であり、0.01%以上を含有させることにより、その効果が得られる。母材の耐食性とさびの保護性による鋼材の防食性の両方の効果により腐食を抑制する作用を有する。しかし、溶接金属の場合は1%を超えて、母材の場合は2%を超えて多く含有させても、合金コストの上昇に見合う耐食性が得られないばかりか、Snの析出を抑制してSnによる耐食性改善効果を低下させる。これらの理由から、Co含有量の好ましい範囲は、溶接金属の場合には0.01〜1%とし、母材の場合には0.01〜2%とした。Co含有量のさらに好ましい範囲は、溶接金属の場合には0.01〜0.5%であり、母材の場合には0.01〜1%である。
Sbは、耐酸性を向上させる元素であり、裸鋼および塗装部の耐食性を向上させる作用を有する。上記の効果は、Sbを0.005%以上含有させることにより得られる。しかし、0.3%を超えて含有させても、その効果が飽和するだけでなく、靭性の著しい劣化を招く。そこで、Sb含有量の好ましい範囲は0.005〜0.3%とした。含有量のさらに好ましい範囲は、0.01〜0.2%である。
Tiは、TiSを形成することによって、腐食の起点となるMnSの生成を抑制し、耐食性を高める作用を有する元素であり、その効果は、Tiを0.005%以上含有させることにより得られる。さらに、Snを含有する場合に、母材および溶接熱影響部の靱性を著しく向上させる作用も有する。しかし、0.1%を超えて多く含有させても、上記の効果は飽和し、合金コストが嵩むばかりである。そこで、Ti含有量の好ましい範囲は0.005〜0.1%とした。Ti含有量のさらに好ましい範囲は、0.005〜0.05%である。
Zrは、Tiと同様に、硫化物を優先的に形成し、腐食の起点となるMnSの生成を抑制する作用を有する。また、Zrは、Tiに比較して窒化物を形成しにくい元素であり、より効率よく硫化物を形成するという特徴も有する。上記の効果は、Zrを0.005%以上含有させることにより得られる。しかし、0.2%を超えてZrを多く含有させても、靱性の低下を招くので、含有量の好ましい範囲は0.005〜0.2%とした。Zr含有量のさらに好ましい範囲は、0.005〜0.1%である。
Caは、腐食反応時に水に溶解してアルカリとなり、鋼材界面におけるpHの低下を抑制する作用を有する。このため、裸鋼および塗装部の耐食性を向上させる。上記の効果は、Ca含有量が0.0001%以上において得られる。しかし、0.01%を超えて多く含有させても、上記の効果が飽和することから、Ca含有量の好ましい範囲は0.0001〜0.01%とした。さらに好ましくは、0.0003〜0.01%である。
Mgも、Caと同様に、腐食反応時の鋼材界面におけるpHの低下を抑制することにより耐食性を向上させる作用を有する元素であり、その効果は、0.0001%以上の含有量において得られる。しかし、その含有量が0.01%を超えて多くなると、上記の効果が飽和することから、Mg含有量の好ましい範囲は0.0001〜0.01%とした。さらに好ましくは、0.0003〜0.01%である。
Yは、pHの低い環境においてアノード反応を抑制する作用を有する元素であり、その効果は、0.001%以上の含有量において得られる。しかし、その含有量が0.1%を超えて多くなると、アノード反応の抑制効果が飽和するばかりでなく、鋼材の靭性が劣化するため、Y含有量の好ましい範囲は0.001〜0.1%とした。さらに好ましい範囲は、0.003〜0.1%である。
Ceは、Yと同様にpHの低い環境においてアノード反応を抑制する作用を有する元素であり、その効果は、0.001%以上の含有量において得られる。しかし、その含有量が0.1%を超えて多くなると、上記の抑制効果が飽和するばかりでなく、靭性が劣化する。したがって、Ce含有量の好ましい範囲は0.001〜0.1%である。含有量のさらに好ましい範囲は、0.003〜0.1%である
Ndは、鋼中のPと結合して介在物を形成し、Pによる溶接性への悪影響を抑制する作用を有する元素であり、0.001%以上の含有量において、その効果が得られる。また、NdとPとが結合しても、Pによる耐食性の向上作用は阻害されないという特徴もある。しかし、Nd含有量が0.5%を超えて多くなると、上記の効果が飽和する。したがって、Nd含有量の好ましい範囲は、0.001〜0.5%である。
Nbは、鋼の強度を高める作用を有する元素であり、0.005%以上を含有させることにより、その効果が得られる。しかし、その含有量が0.1%を超えて多くなると、靱性が劣化するため、Nb含有量の好ましい範囲は0.005〜0.1%とした。含有量のさらに好ましい範囲は、0.005〜0.05%である。
Vは、鋼の強度を高める作用を有する元素であり、0.005%以上を含有させることにより、その効果を得ることができる。しかし、その含有量が0.2%を超えて多くなると、靱性および溶接性が劣化するため、V含有量の好ましい範囲は0.005〜0.2%とした。含有量のさらに好ましい範囲は、0.005〜0.1%である。
Bは、鋼の強度を高める作用を有する元素であり、0.0001%以上の含有により、その効果が得られる。しかし、その含有量が0.01%を超えて多くなると、靱性が劣化する。したがって、B含有量の好ましい範囲は0.0001〜0.01%とした。含有量のさらに好ましい範囲は、0.0003〜0.01%である。
本発明の溶接継手を構成する母材形状の代表例は、板材であるが、母材形状は、これに限定されるものではなく、棒形状または管形状であってもよい。
表1に示す化学成分を有する26種類の鋼を真空溶解炉を用いて溶製し、50kgの鋼塊とした後、通常の方法により熱間鍛造を行って厚さが150mmのブロックを作製した。
作製した鋼板および溶接継手の表面から、幅が60mm、長さが100mm、厚さが3mmの試験片を採取し、全面にショットブラスト加工を施した後、一部の試験片については、変性エポキシ系塗料を乾燥膜厚さで200μm被覆した。そして、被覆面のうちの片面に、試験片中央にカッターナイフにより幅1mm、長さ10mmにわたる傷(×印)を付けて鋼材面を露出させ、石炭・鉱石運搬船における塗膜欠陥を模擬した腐食試験片とした。
バラストタンク内の環境下での使用を考慮し、海水の飛沫を受ける環境での腐食試験を行った。溶接継手から幅が60mm、長さが100mm、厚さが3mmの試験片を採取し、全面にショットブラスト加工を施した後、変性エポキシ系塗料を乾燥膜厚さで200μm被覆した。被覆面のうちの片面に、カッターナイフにより幅1mm、長さ100mmにわたる傷(×印)を付けて鋼材面を露出させ、バラストタンク環境での塗膜傷部や鋼板エッジ部を模擬した腐食試験片とした。図4に、石炭・鉱石運搬船における溶接継手部の海水飛沫環境での腐食試験用試験片の概略図を示す。
表4に、上記の試験結果をまとめて示した。
Claims (9)
- 溶接金属が、質量%で、C:0.01〜0.2%、Si:0.01〜1%、Mn:0.05〜3.0%、P:0.05%以下、S:0.03%以下およびSn:0.005〜0.3%を含有し、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とする石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
- 溶接金属が、Feの一部に代えて、さらに、質量%で、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Cu:1%以下、Ni:1%以下、Co:1%以下およびSb:0.3%以下のうちの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に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
- 溶接金属が、Feの一部に代えて、さらに、質量%で、Ti:0.1%以下、Zr:0.2%以下、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、Y:0.1%以下、Ce:0.1%以下およびNd:0.5%以下のうちの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または2に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
- 溶接金属が、Feの一部に代えて、さらに、質量%で、Nb:0.1%以下、V:0.2%以下およびB:0.01%以下のうちの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石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
- 母材が、質量%で、C:0.01〜0.2%、Si:0.01〜1%、Mn:0.05〜3.0%、P:0.05%以下、S:0.03%以下およびSn:0.005〜0.3%を含有し、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
- 母材が、Feの一部に代えて、さらに、質量%で、Mo:1%以下、W:1%以下、Cu:2%以下、Ni:2%以下、Co:2%以下およびSb:0.3%のうちの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5に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
- 母材が、Feの一部に代えて、さらに、質量%で、Ti:0.1%以下、Zr:0.2%以下、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、Y:0.1%以下、Ce:0.1%以下およびNd:0.5%以下のうちの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4または5に記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
- 母材が、Feの一部に代えて、さらに、質量%で、Nb:0.1%以下、V:0.2%以下およびB:0.01%以下のうちの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4〜6のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
- 表面が塗膜によって被覆されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の石炭・鉱石運搬船ホールド用溶接継手。
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