JP2010144209A

JP2010144209A - 鋼材並びに鋼矢板、鋼管矢板および鋼管杭並びに鋼矢板壁および鋼管矢板壁

Info

Publication number: JP2010144209A
Application number: JP2008321804A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kamimura; 隆之上村; Hideaki Yuki; 英昭幸; Kazuyuki Kajima; 和幸鹿島; Yoichi Kobayashi; 洋一小林; Yutaka Kano; 裕鹿野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】十分な耐食性を有する鋼材並びに鋼矢板、鋼管矢板および鋼管杭並びに鋼矢板壁および鋼管矢板壁を提供する。
【解決手段】
耐食部および炭素鋼部が長手方向に接続された鋼材であって、前記耐食部が下記に規定する高耐食鋼からなることを特徴とする鋼材並びに鋼矢板、鋼管矢板および鋼管杭並びに鋼矢板壁および鋼管矢板壁。
質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．２％未満、Ｎｉ：０．２％未満、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．１％およびＳｎ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、かつ、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である高耐食鋼。さらに、高耐食鋼は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｍｇ及びＲＥＭのうちの１種または２種以上を含んでもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、海岸、湾岸または河川等において岸壁形成または護岸等のために使用される鋼材並びに鋼矢板、鋼管矢板および鋼管杭並びに鋼矢板壁および鋼管矢板壁に関する。

屋外で長期間使用する鋼材は、厳しい腐食環境に曝されることがある。例えば、鋼矢板および鋼管矢板は、連続的に地中に打ち込まれ、鋼矢板壁および鋼管矢板壁を形成して、主に河川、海岸、港湾などの護岸に用いられている。また、例えば、鋼管杭は、海底に打ち込まれ、海洋構造物等の基礎として海洋環境において用いられている。

したがって、これらの鋼材は、屋外の自然環境の中で、河川水、排水、雨水、海水などの水、大気、太陽光などに曝され、また土砂、泥、瓦礫などに直接強く接するので、著しい腐食が起こり易い。特に、海洋環境においては、非常に過酷な腐食環境であるため、鋼材が著しく腐食し、寿命が低下する。したがって、より長期間持続可能でかつ効果的な防食対策が望まれている。

この対策として、従来より、鋼からなる母材の表面にポリオレフィンまたはポリウレタン等の樹脂からなる防食被膜が形成された防食被膜処理鋼（以下、単に「防食処理鋼」ともいう）が使用されている。しかしながら、例えば鋼矢板においては、隣接する継手部を互いに嵌合させる必要があるため、継手部に防食被膜を形成することが困難である。その結果、母材の端面が露出する形となることが一般的である。そのため、鋼矢板の防食には、防食被膜の形成に加えて電気防食（カソード防食）が併用されることが一般的である。

このように、電気防食を併用することによって、防食被膜がなされない端面においても母材は防食される。しかしながら、防食電流が及ぶ海中部（没水部）は防食されるが、防食電流が及ばない飛沫部においては有効な防食手段がないという問題があった。また、主に干満部において、流木等で防食被膜にキズが生じる場合があるが、干満部は常に防食電流が流れる状況であるというわけではないため、キズが生じた部位における防食被膜の剥がれの発生やその部位が腐食する場合があることが課題であった。

このため、防食鋼材の使用期間中の電気防食下の剥離現象を防止するために、耐水密着性や耐陰極剥離性を向上させるための種々の提案がなされてきた。

特許文献１には、Ｃｒ含有量が０．５質量％以上の低合金鋼に、絶縁抵抗が１０^４Ωｍ^２以上の被膜を形成することによって、耐水密着性および耐陰極剥離性を向上させてなる防食鋼管矢板が開示されている。

また、特許文献２には、濃度0.5ＭのNaCl溶液中で常温における腐食電位が０〜−550ｍＶ vs SCE の範囲内を満足する鋼材と、この鋼材の表面に形成される有機被膜層とからなり、有機被膜層の耐端面剥離性と、鋼板と有機被膜層との二次密着性を改善してなる有機被膜鋼材が開示されている。

また、上記のような防食被膜を形成することなく鋼材の防食性を向上させる技術も提案されている。例えば、特許文献３および特許文献４に記載の鋼矢板では、防食性を向上させるために、鋼矢板の水と接触する部分がチタンクラッド鋼板によって被覆されている。

特開2000-355775号公報特開2003-301284号公報特開平11-293663号公報特開2000-199224号公報

しかしながら、特許文献１で開示された技術は、没水部における剥離はある程度抑制できるものの、海洋飛沫部のように乾湿繰り返しがあり、電気防食の効果が及ばない部位では、逆に腐食が促進されるという問題がある。

そして、特許文献２で開示された技術は、塩水噴霧試験では優れた効果を示しており、常時濡れた環境では防食効果がある。しかしながら、海洋飛沫部のような乾湿繰り返し環境では局部的に腐食が進行するという問題がある。

また、特許文献３および特許文献４に記載の技術では、鋼矢板の形状に応じてチタンクラッド鋼板の形状を調整する必要がある。そのため、鋼矢板の形状が複雑な場合には、チタンクラッド鋼板の製造が困難になる。また、この技術を用いた鋼矢板においては、チタンクラッド鋼板に流木等が衝突した場合、その衝突部において鋼矢板とチタンクラッド鋼板との間で異種金属接触腐食が発生するおそれがある。この異種金属接触腐食を防止するためには、鋼矢板とチタンクラッド鋼板との間に樹脂等を充填する必要があり、製造工程の簡略化が困難になる。

本発明は、このような状況に鑑み、十分な耐食性を有しかつ異種金属接触腐食の発生が防止された鋼材並びに鋼矢板、鋼管矢板および鋼管杭並びに鋼矢板壁および鋼管矢板壁を提供することを目的とする。

本発明者らは、防食被膜鋼材の端面あるいは損傷部からの被膜層の剥がれと膨れ、そして、鋼材の腐食深さ、特に乾湿繰り返し環境となる海洋飛沫部における現象について、種々の実験と詳細な検討を重ねた。

その結果、海洋飛沫部のように塩分量の付着が多く、乾湿繰り返しの環境下では、ＦｅＣｌ_３溶液の乾湿繰り返しが本質的な条件となり、Ｆｅ^３＋の加水分解によりｐＨが低下した状態で、かつＦｅ^３＋が酸化剤として作用することによって腐食が加速されることを見出した。

このときの腐食反応は、以下に示すとおりである。

カソード反応としては、主として、次の反応が起こる。
Ｆｅ^３＋＋ｅ⁻→Ｆｅ^２＋ (Ｆｅ^３＋の還元反応)

そして、この反応以外にも、次のカソード反応も併発する。
２Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２＋２ｅ⁻→４ＯＨ⁻、
２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２

一方、上記のＦｅ^３＋の還元反応に対して、次のアノード反応が起こる。
アノード反応：Ｆｅ→Ｆｅ^２＋＋２ｅ⁻ (Ｆｅの溶解反応)

従って、腐食の総括反応は、次の(1)式のとおりである。
２Ｆｅ^３＋＋Ｆｅ→３Ｆｅ^２＋・・・・・・(1)式

上記(1)式の反応により生成したＦｅ^２＋は、空気酸化によってＦｅ^３＋に酸化され、生成したＦｅ^３＋は再び酸化剤として作用し、腐食を加速する。この際、Ｆｅ^２＋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、Ｆｅ^３＋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、塩分量が非常に多い環境では、Ｆｅ^３＋が常に供給され続け、鋼の腐食が加速され、耐食性が著しく劣化することになることが判明した。

このように、塩分量が非常に多い環境では、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、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に、耐食性が劣化するものと想定される。

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食性ならびに耐剥離性への影響について検討した結果、下記の（ａ）〜（ｉ）に示す知見を得た。

（ａ）Ｓｎは、Ｓｎ^２＋として溶解し、２Ｆｅ^３＋＋Ｓｎ^２＋→２Ｆｅ^２＋＋Ｓｎ^４＋なる反応によりＦｅ^３＋の濃度を低下させることで、(1)式の反応を抑制する。Ｓｎには、さらにアノード溶解を抑制するという作用もある。このＳｎの添加による耐食性向上により、防食被膜の端部ならびにキズ部の剥離が抑制されることが判明した。

（ｂ）Ｎｉは、従来から耐食性を向上させる合金元素として知られているが、Ｓｎと複合添加した場合には、塩分の多い環境における耐食性の改善効果が無く、多量に添加すると、逆に耐食性を劣化させることが判明した。このＮｉの挙動は、Ｎｉ添加量が増すほど耐食性が向上するという従来の知見とは相反するものである。

（ｃ）これに対して、Ｃｒは単独添加した場合には、塩分量の多い環境において耐食性を劣化させるが、Ｓｎと複合添加した場合には、塩分量の多い環境での耐食性を向上させる効果を発揮することが判明した。

（ｄ）Ａｌを含有させると、海洋飛沫環境では耐食性が向上する。

（ｅ）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。塩分量の多い環境では、上記Ｆｅ^３＋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低下が抑制され、耐食性および塗膜剥離性が向上する。

（ｆ）以上の（ａ）〜（ｅ）の成分を含有させた材料に、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、ＣａおよびＭｇから選んだ１種または２種以上を含有させても、耐食性の改善に効果がある。

（ｇ）さらに、ＲＥＭを含有させると、鋼の溶接性が改善される。

（ｈ）これらの鋼は、表面に防食被膜を形成した場合、端面ならびにキズ部の腐食深さを抑制するとともに、防食被膜の剥離を抑制する効果がある。

（ｉ）鋼材の耐食性を向上させるためには、鋼材の全部に上記の耐食性および塗膜剥離性を有する鋼（以下、「高耐食鋼」という。）を用いなくても、腐食環境が厳しく防食性の要求される部分を高耐食鋼により形成すればよい（以下、高耐食鋼からなる部分を「耐食部」という）。また、高耐食鋼は、汎用の鋼矢板、鋼管矢板または鋼管杭等に用いられるいわゆる炭素鋼と海水中における電位の差が殆どないため、異種金属接触腐食を考慮する必要がない。

本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、その要旨は、次の(1)〜(7)の鋼材、並びに(8)の鋼矢板、鋼管矢板または鋼管杭、並びに(9)の鋼矢板壁または鋼管矢板壁にある。以下、総称して、本発明ということがある。

(1) 耐食部および炭素鋼部が長手方向に接続された鋼材であって、前記耐食部が下記に規定する高耐食鋼からなることを特徴とする鋼材。

質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．２％未満、Ｎｉ：０．２％未満、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．１％およびＳｎ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、かつ、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である高耐食鋼。

(2) 前記高耐食鋼は、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．３％以下およびＮｂ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種又は２種を含有することを特徴とする、上記(1)の鋼材。

(3) 前記高耐食鋼は、さらに、質量％で、Ｍｏ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下およびＶ：１．０％以下よりなる群から選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の鋼材。

(4) 前記高耐食鋼は、さらに、質量％で、Ｃａ：０．１％以下およびＭｇ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、上記(1)から(3)までのいずれかに記載の鋼材。

(5) 前記高耐食鋼は、さらに、質量％で、ＲＥＭを０．０２％以下含有することを特徴とする、上記(1)から(4)までのいずれかに記載の鋼材。

(6) 前記耐食部の少なくとも一部に、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリオレフィン樹脂のうちの１種又は２種以上からなる防食被膜が形成されていることを特徴とする、上記(1)から(5)までのいずれかに記載の鋼材。

(7) 前記耐食部は、少なくとも水面の変動範囲および飛沫帯に設けられることを特徴とする、上記(1)から(6)までのいずれかに記載の鋼材。

(8) 上記(1)から(7)までのいずれかに記載の鋼材からなることを特徴とする鋼矢板、鋼管矢板または鋼管杭。

(9) 上記(8)に記載の鋼矢板または鋼管矢板により形成されることを特徴とする鋼矢板壁または鋼管矢板壁。

本発明にかかる鋼材並びに鋼矢板、鋼管矢板および鋼管杭並びに鋼矢板壁および鋼管矢板壁は、塩分量が多い環境下においても十分な耐食性を有している。また、防食被膜の剥離抑制、被膜の端部およびキズ部の耐食性・耐剥離性に優れるため、欠陥部等からの腐食を著しく抑制することができるので、メンテナンスミニマム化に寄与する材料として広く適用することができる。

本発明に係る鋼材は、下記に説明する高耐食鋼からなる耐食部および炭素鋼からなる炭素鋼部により構成される。以下、具体的に説明する。

１．以下に、本発明に係る高耐食鋼に含まれる合金元素の作用効果を、その含有量の限定理由とともに、説明する。なお、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。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。同じく脱酸剤としての働きをするＡｌを含有する場合には、特に添加をしなくてもよいが、Ａｌ含有量が０．００５％未満の場合には、０．４％以上含有させるのが望ましい。一方、Ｓｉを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、Ｓｉの含有量は２．５％以下とする。また、Ｓｉには耐食性を向上させる効果もある。この効果を確実に得たい場合には、０．１％以上添加するのが好ましい。

Ｍｎ：０．５％を超え２．５％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り、鋼中のＳの含有量が低い場合には、一般に塩分環境における耐食性を向上させる作用を有する。しかしながら、鋼中のＳと結合してＭｎＳを形成し、このＭｎＳが腐食の起点となり、耐食性を劣化させる。また、機構は不明であるが、Ｎｉと共存する場合にはＭｎの含有量が２．５％を超えると耐食性が劣化する。したがって、Ｍｎ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ためには、Ｍｎを０．５％を超えて含有させる必要がある。

Ｐ：０．０３％未満
Ｐは、不純物として含有されるが、濃厚塩化物環境での過度のＰの含有は耐食性を劣化させるため、できるだけ少なくする必要がある。したがって、その含有量は０．０３％未満とする。

Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、不純物として含有されるが、Ｍｎと結合すると非金属介在物のＭｎＳを形成して腐食の起点となり易く、耐食性を劣化させる。したがって、Ｓの含有はできるだけ少なくする必要があるので、その上限は０．００５％とする。

Ｃｕ：０．２％未満
Ｃｕは、一般的に耐食性を向上させる基本元素とされ、ほぼ全ての耐食鋼に添加されているが、高塩分の比較的ドライな環境においては、むしろ耐食性を低下させる場合がある。したがって、Ｃｕの含有はできるだけ少なくする必要があり、不純物として含有されるとしても、Ｃｕ含有量は０．２％未満とする必要がある。

Ｎｉ：０．２％未満
Ｎｉは、一般的に塩分量の多い環境下での耐食性を著しく向上させる元素として従来から鋼中に添加され、Ｎｉ系耐候性鋼として開発・実用化されてきている。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ないばかりか、Ｓｎによる耐食性改善効果を低下させるという悪影響が現れる。したがって、Ｎｉの含有はできるだけ少なくする必要があり、不純物として含有されるとしても、Ｎｉ含有量は０．２％未満とする必要がある。

Ｃｒ：０．０１〜３．０％
Ｃｒは、塩分量がそれほど多くない環境では耐食性の向上が期待できるが、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を含有する場合には、塩分量が多い環境においても、Ｃｒ含有による耐食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％とする必要がある。なお、Ｃｒの含有量の望ましい範囲は０．０５〜１．０％である。

Ａｌ：０．００３〜０．１％
Ａｌは、０．００３％以上含有させると耐食性が向上するが、含有量が０．１％を超えると鋼が脆化し易くなる。したがって、Ａｌの含有量は０．００３〜０．１％とする。

Ｎ：０．００１〜０．１％
Ｎは、アンモニアとなって溶解し、塩分量の多い環境におけるＦｅ^３＋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食性を向上させる効果を有する。この効果はＮを０．００１％以上含有させ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の含有量は０．００１〜０．１％とする。含有量の望ましい範囲は０．００２〜０．０８％である。

Ｓｎ：０．０３〜０．５０％
Ｓｎは、Ｓｎ^２＋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、Ｆｅ^３＋を速やかに還元させ、酸化剤としてのＦｅ^３＋濃度を低減する作用を有することにより、Ｆｅ^３＋の腐食促進作用を抑制するので、高塩分環境における耐食性を向上させる。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がある。さらに、Ｓｎを含有することにより、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。

これらの作用は、Ｓｎを０．０３％以上含有させることにより得られ、０．５０％を超えると飽和する。したがって、Ｓｎの含有量は０．０３〜０．５０％とする。Ｓｎの含有量の望ましい範囲は０．０３〜０．２０％である。

Ｃｕ／Ｓｎ比：１以下
本願発明のようにＳｎを含有する鋼の場合には、Ｃｕの含有による耐食性の低下が著しい。また、鋼材を製造する際、Ｃｕの含有による圧延割れの原因ともなる。このため、Ｃｕ／Ｓｎ比、すなわち、Ｓｉ含有量に対するＣｕ含有量の比を１以下とする必要がある。

本発明にかかる高耐食鋼は、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し、また、ＲＥＭを含有してもよい。これらの元素を含有させてもよい理由とそのときの含有量は、次の通りである。

Ｔｉ：０．３％以下
Ｔｉは、ＴｉＣを形成してＣを固定することによって、クロム炭化物の形成を抑制して耐食性を向上させる。また、ＴｉＳの形成によりＳを固定することによって、腐食の起点となるＭｎＳの形成を抑える。しかしながら、Ｔｉの含有量が０．３％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．３％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｔｉを０．０１％以上含有させるのが好ましい。

Ｎｂ：０．１％以下
Ｎｂには、Ｔｉと同様、ＮｂＣを形成することによって、クロム炭化物の形成を抑制して耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｎｂの含有量が０．１％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．１％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｎｂを０．０１％以上含有させるのが好ましい。

Ｍｏ：１．０％以下
Ｍｏは、溶解して酸素酸イオンＭｏＯ_４ ^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効果がある。しかしながら、Ｍｏの含有量が１．０％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は１．０％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｍｏを０．０１％以上含有させるのが好ましい。

Ｗ：１．０％以下
Ｗは、Ｍｏと同様、溶解して酸素酸イオンＭｏＯ_４ ^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効果がある。しかしながら、Ｗの含有量が１．０％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は１．０％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｗを０．０１％以上含有させるのが好ましい。

Ｖ：１．０％以下
Ｖは、ＭｏやＷと同様、溶解して酸素酸イオンＭｏＯ_４ ^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効果がある。しかしながら、Ｖの含有量が１．０％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は１．０％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｖを０．０１％以上含有させるのが好ましい。

Ｃａ：０．１％以下
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効果がある。しかしながら、Ｃａの含有量が０．１％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．１％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｃａを０．０００１％以上含有させるのが好ましい。

Ｍｇ：０．１％以下
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効果がある。しかしながら、Ｍｇの含有量が０．１％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．１％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、Ｍｇを０．０００１％以上含有させるのが好ましい。

ＲＥＭ：０．０２％以下
ＲＥＭは、鋼の溶接性を向上させる目的で含有させることができる。しかしながら、ＲＥＭの含有量が０．０２％を超えると、この効果が飽和するだけでなく、鋼材のコストが上昇するので、その含有量の上限は０．０２％とする。なお、この効果を確実に発現させるために、ＲＥＭを０．０００１％以上含有させるのが好ましい。なお、ＲＥＭとは、ランタニドの１５元素にＹおよびＳｃを合わせた１７元素の総称であり、これらの元素のうちの１種又は２種以上を含有させることができる。なお、ＲＥＭの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。

本発明に係る高耐食鋼は、上記の必須元素あるいはさらに上記の任意元素を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる。ここで、不純物とは、原料鉱石やスクラップ等から混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。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高耐食鋼に含まれる。

本発明に係る高耐食鋼は、板材、管材、棒材、Ｈ型鋼などの異形鋼材を含む多様な形状とすることができる。鋼材の厚みは一般に３ｍｍ以上とすることが好ましい。耐食性鋼材は一般に熱間圧延材であるが、本発明の高耐食鋼を製造する際の熱間圧延条件は特に制限されず、通常と同様でよい。

本発明に係る高耐食鋼は、表面の少なくとも一部に防食被膜を有してもよい。ここで、「防食被膜」とは、樹脂の厚膜被膜であって、鋼材に優れた防食性を与えることができるものをいう。この厚膜に用いる各樹脂は公知のものでよい。より具体的には、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリオレフィン樹脂のうちの１種または２種以上からなる樹脂を用いることが好ましい。また、樹脂の厚みは、加工性及び海上の浮遊物に対する耐衝撃性等を考慮して決定されることが好ましい。例えば、０．３〜５ｍｍとすることが好ましい。

防食処理される高耐食鋼は、予めショットブラスト、グリッドブラストまたはサンドブラスト等の物理的手段により、あるいは酸洗またはアルカリ脱脂などの化学的手段により表面が清浄化されていることが好ましい。

また、公知のクロメ−ト処理やリン酸塩処理を施すことが可能も可能である。さらに、ジンクリッチプライマーあるいはジンクリッチペイントを樹脂被膜下に予め形成することもできる。特に、汎用のエポキシ樹脂や変性エポキシ樹脂の被膜の場合には効果が大きい。

ポリウレタン被膜も公知のプライマーを施した後に形成することができる。また、ポリオレフィン樹脂被膜は、公知のエポキシプライマーや変性ポリオレフィン樹脂を介して形
成することができる。

２．鋼材の形態
以下、本発明にかかる鋼材の種々の形態について説明する。

（１）第１の形態（Ｕ字型鋼矢板）
図１は、本発明に係る鋼材の一例である鋼矢板を示す斜視図である。ここでは、Ｕ型の鋼矢板１０について説明する。

鋼矢板１０は、耐食部１１およびその耐食部１１の下部に接続される炭素鋼部１２により構成される。耐食部１１および炭素鋼部１２は、例えば、溶接により接続される。耐食部１１は、上記の高耐食鋼からなる。鋼矢板１０（耐食部１１および炭素鋼部１２）は、ウェブ１３、ウェブ１３の両端に形成される２つのフランジ１４およびそれぞれのフランジ１４の先端部に形成される２つの継手部１５により構成される。耐食部１１および炭素鋼部１２は、略同一の断面形状を有する。

図２および図３は、鋼矢板１０の海岸での使用の一例を示す図である。なお、図２は、鋼矢板１０から形成される鋼矢板壁２０を示す斜視図（一部断面図）であり、図３は、その側面図（一部断面図）である。

図２および図３に示す例では、複数個の鋼矢板１０を隣接する継手部１５同士を嵌合することにより鋼矢板壁２０が形成されている。鋼矢板壁２０は、海岸の岸壁５０に沿って直立するように海底地盤（水底地盤）５１に打ち込まれている。各鋼矢板１０の上端部は、岸壁５０上のコンクリート構造物５２内に埋設されている。これにより、鋼矢板壁２０が固定されている。

図４は、鋼矢板壁２０を形成する手順を説明するための図である。なお、図４において、（ａ）は鋼矢板壁２０の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。

図４に示すように、鋼矢板１０同士を連結する場合には、鋼矢板１０の継手部１５の一つが、隣接する鋼矢板１０の継手部１５の一つにはめ込まれる。このようにして、複数の鋼矢板１０を連結することにより鋼矢板壁２０が形成される。なお、本実施の形態においては、隣接する鋼矢板１０同士は、互いに逆方向を向くように設置されている。

また、本実施の形態においては、耐食部１１は、海面６１の上下の変動範囲と飛沫帯をカバーするように設けられている。なお、図３において二点鎖線で示す位置ｈ１は、干潮時の海面６１の位置を示し、位置ｈ２は満潮時の海面６１の位置を示し、位置ｈ３は満潮時に海面６１からの飛沫が到達可能な位置を示す。したがって、位置ｈ２と位置ｈ３との間の領域が、満潮時の飛沫帯となる。

本実施の形態においては、耐食部１１の下端が、位置ｈ１よりも下方に位置するように設けられている。これにより、干潮時においても、鋼矢板１０の腐食を著しく抑制することができる。

また、炭素鋼部１２の海６０側には、流電陽極７０が設けられている。本実施の形態においては、この流電陽極７０を用いて炭素鋼部１２の電気防食処理を行うことができる。それにより、炭素鋼部１２の海６０側の面の腐食を十分に防止することができる。

なお、流電陽極７０は、浮遊物（流木等）の衝突による損傷を避けるため、海面６１から十分に離間した位置に取り付けることが好ましい。また、流電陽極７０は、炭素鋼部１２の長さ等を考慮して、炭素鋼部１２全体を効率よく防食できる位置に取り付けることが好ましい。なお、流電陽極７０としては、アルミニウム合金または亜鉛合金等を用いることができる。この場合、炭素鋼部１２を−０．７７Ｖ（ｖｓ.ＳＣＥ）よりも卑な電位に保つことができ、炭素鋼部１２の腐食を十分に防止することができる。

なお、本実施の形態においては、耐食部１１の少なくとも海６０側の面には、ポリウレタン等からなる防食被膜が形成されている。それにより、耐食部１１の腐食をより著しく抑制することができる。

以上のように、本実施の形態においては、海面６１の変動範囲および飛沫帯に応じて鋼矢板１０の所定の領域に耐食部１１が設けられている。それにより、鋼矢板１０の耐食性を十分に向上させることができる。

また、本実施の形態においては、工場等において管理された状態で、予め耐食部１１および炭素鋼部１２を接合しておくこともできる。また、鋼矢板１０の施設場所において、鋼矢板１０に新たな防食処理を施す必要がないので、鋼矢板１０を容易に設置することができるとともに、設置コストを低減することができる。

なお、上記においては、鋼矢板１０が海岸で用いられる場合について説明したが、本発明に係る鋼矢板１０は、海上または川岸等の種々の場所でも用いることができる。

（２）第２の形態（ハット型鋼矢板）
図５は、本発明に係る鋼材の一例であるハット型鋼矢板を示す斜視図である。また、図６は、図５のハット型鋼矢板により形成される鋼矢板壁を示す横断面図である。

図５に示すように、本実施の形態に係るハット型鋼矢板３０（以下、鋼矢板３０と略記する。）は、耐食部３１およびその耐食部３１の下部に接続される炭素鋼部３２により構成される。耐食部３１および炭素鋼部３２は、例えば、溶接により接続される。耐食部３１は、上記の高耐食鋼からなる。耐食部３１および炭素鋼部３２は、略同一の断面形状を有する。

図５および図６に示すように、ハット型鋼矢板３０（耐食部３１および炭素鋼部３２）は、ウェブ３３、ウェブ３３の両端に形成される２つのフランジ３４、それぞれのフランジ３４の先端においてウェブ３３に対して平行に延びる２つの腕部３５ａ,３５ｂおよびそれぞれの腕部３５ａ,３５ｂの先端に形成される２つの継手部３６ａ，３６ｂにより構成される。なお、図５および図６の例においては、鋼矢板３０のウェブ３３にＨ型鋼３７が溶接により接続されている。

図６に示すように、鋼矢板壁４０を形成する際には、隣接する継手部３６ａと他の鋼矢板３０の継手部３６ｂとを嵌合することにより複数個の鋼矢板３０が接続される。この鋼矢板壁４０を図２および図３の鋼矢板壁２０と同様に岸壁の護岸のために用いる場合には、Ｈ型鋼３７が海側に設置される。

また、耐食部３１は、図１〜図４で説明した鋼矢板１０の耐食部１１と同様の位置に設けられる。それにより、干潮時においても、鋼矢板３０の腐食を著しく抑制することができる。また、炭素鋼部３２の海側の部分には、鋼矢板１０（図３）と同様に流電陽極７０（図３）が設けられ、電気防食処理が行われる。それにより、炭素鋼部３２の腐食を十分に防止することができる。また、耐食部３１の少なくとも海側の面には、ポリウレタン等からなる防食被膜が形成されている。それにより、耐食部３１の腐食をより著しく抑制することができる。

なお、上記の鋼矢板壁４０においては、各鋼矢板３０にＨ型鋼３７が設けられているが、全ての鋼矢板３０にＨ型鋼３７が設けられる必要はない。

（３）第３の形態（Ｈ型鋼矢板）
図７は、本発明に係る鋼材の一例であるＨ型鋼矢板を示す斜視図である。なお、図７には、Ｈ型鋼矢板の上部が示されている。

図７に示すように、本実施の形態に係るＨ型鋼矢板８０（以下、鋼矢板８０と略記する。）は、板状のウェブ８１およびそのウェブ８１の両側に溶接によって接続される２つのフランジ８２，８３を有する。それぞれのフランジ８２の両側には、２つの継手部８４ａが形成され、それぞれのフランジ８３の両側には２つの継手部８４ｂが形成されている。なお、フランジ８２とフランジ８３とは、略同一の断面形状を有する。

フランジ８２は、例えば、炭素鋼により形成される。また、フランジ８３は、耐食部８３ａおよびその耐食部８３ａの下部に接続される炭素鋼部８３ｂにより構成される。耐食部８３ａおよび炭素鋼部８３ｂは、例えば、溶接により接続される。耐食部８３ａは、上述した高耐食鋼からなる。耐食部８３ａおよび炭素鋼部８３ｂは、略同一の断面形状を有する。

この鋼矢板８０によって鋼矢板壁を形成する際には、隣接する継手部８４ａ同士および隣接する継手部８４ｂ同士を嵌合することにより複数個の鋼矢板８０が接続される。このようにして形成される鋼矢板壁を図２および図３の鋼矢板２０と同様に岸壁の護岸のために用いる場合には、フランジ８３が海側に配置される。

また、耐食部８３ａは、図１〜図４で説明した鋼矢板の耐食部と同様の位置に設けられる。それにより、干潮時においても、鋼矢板８０の腐食を著しく抑制することができる。また、炭素鋼部８３ｂの海側の部分には、鋼矢板１０（図３参照）と同様に流電陽極７０（図３）が設けられ、電気防食処理が行われる。それにより、炭素鋼部８３ｂの腐食を十分に防止することができる。また、耐食部８３ａの少なくとも海側の面には、ポリウレタン等からなる防食被膜が形成されている。それにより、耐食部８３ａの腐食をより著しく抑制することができる。

（４）第４の形態（鋼管杭）
図８は、本発明に係る鋼材の一例である鋼管杭を示す斜視図である。なお、図８には、鋼管杭の上部が示されている。

図８に示すように、本実施の形態に係る鋼管杭９０は、耐食部９１およびその耐食部９１の下部に接続される炭素鋼部９２により構成される。耐食部９１および炭素鋼部９２は、略同一の断面形状（円形状）を有する。耐食部９１と炭素鋼部９２とは、例えば、溶接により接続される。

この鋼管杭９０を海洋構造物の基礎として用いる場合には、耐食部９１は、図１〜図４で説明した鋼矢板の耐食部と同様の位置に設けられる。それにより、干潮時においても、鋼管杭９０の腐食を著しく抑制することができる。また、炭素鋼部９２の海側の部分には、鋼矢板の場合と同様に流電陽極７０（図３参照）が設けられ、電気防食処理が行われる。それにより、炭素鋼部９２の腐食を十分に防止することができる。また、耐食部９１の表面には、ポリウレタン等からなる防食被膜が形成されている。それにより、耐食部９１の腐食をより著しく抑制することができる。

（５）他の形態
本発明に係る鋼材は、上記の形態に限定されず、鋼管矢板等の他の形態で用いられてもよい。また、継手部の形状も上記の例に限定されず、鉤状等の他の形状であってもよい。

実施例においては、上記の高耐食鋼の性能を試験室レベルで評価した。以下、その評価結果について説明する。

表１に示した化学組成を有するＮｏ．１〜Ｎｏ．２６の鋼について、１５０Ｋｇ真空溶解炉で溶製し、インゴットに鍛造した後、１１００℃に加熱後、圧延を行って、厚さ４ｍｍ×幅１５０ｍｍ×長さ１０００ｍｍの寸法の鋼材を作製した。次いで、この鋼材の表裏面を機械研削し、厚さ３．２ｍｍ×幅７０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの試験片を切り出した。なお、本実施例で作製した鋼材の酸素含有量は０．０００１〜０．００５％の範囲であった。

得られた鋼材をブラスト処理（Ｒ_ｚ＝５０μｍ）した後、ウレタン用プライマー（日本ペイント（株）製の防食コーティングス製Ｒプライマー(N)）を30ミクロンバーコーターにより塗布し、２時間室温にて乾燥後、ウレタン被膜（日本ペイント（株）製の防食コーティングス「ミゼロンS-100/A-1000」）を厚み１．５ｍｍになるように鋼材上に形成し、鋼面にキズがつくまで塩化ビニルカッターによりクロスにカットを入れて、クロスカット試験評価を行った。なお、実施例ではウレタン被膜を例示するが、上述の他の樹脂被膜でも同様の改善効果が観察された。また、通常、ウレタン被膜は２〜５mm程度の厚みの防食被膜を形成されるが、本実施例では厚膜となると長期の試験が必要となるために、その厚みを１．５ｍｍとした。

得られた試験片をＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）Ｊ２３３４試験を改良した改良ＳＡＥＪ２３３４試験により評価した。

改良前のＳＡＥＪ２３３４試験は、次の条件で行う加速試験である。
湿潤：５０℃、１００％ＲＨ、６時間、
塩分付着：０．５質量％ＮａＣｌ、０．１質量％ＣａＣｌ_２、０．０７５質量％ＮａＨＣＯ_３水溶液浸漬、０．２５時間、
乾燥：６０℃、５０％ＲＨ、１７．７５時間
を１サイクル（合計２４時間）としたものである。

これに対して、本発明の評価に用いた改良ＳＡＥＪ２３３４試験は、海洋飛沫暴露試験を模擬するためのものであって、上記塩分付着時の水溶液を５質量％ＮａＣｌ、０．１質量％ＣａＣｌ_２、０．０７５質量％ＮａＨＣＯ_３水溶液浸漬に変更した。この改良ＳＡＥＪ２３３４試験における被膜の剥離と腐食形態が海洋飛沫暴露試験に類似しており、また普通鋼（JIS SM材）を無塗装材（裸材）で２０サイクル試験すると、約０．４ｍｍの平均板厚の減少となり、非常に厳しい試験と言える。

上述の改良ＳＡＥＪ２３３４試験片のクロスカット試験の１２０サイクル終了後、ポイントマイクロメーターを用いて、キズ部の最大腐食深さと被膜の剥離面積を、試験後の剥離部の被膜を剥がすことによって、写真撮影したのち画像処理にて測定し、試験片の表面積で割ることにより、剥離面積率を計算により得た。試験結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、本発明例に係る高耐食鋼では、いずれも本発明で規定する化学組成を満足しているので、改良ＳＡＥＪ２３３４試験の結果、優れた耐食性ならびに耐剥離性に優れている。

これに対して、比較例の鋼Ｎｏ．２３及び２６の鋼材においてはＳｎの量が不足するために、改良ＳＡＥＪ２３３４試験で、最大腐食深さと剥離面積率が増大する傾向が明瞭に観察された。そして、比較例の鋼Ｎｏ．２４及び２５の鋼材においては、Ｓｎが規定範囲に添加されており、最大腐食深さと剥離面積率は良好なものの、Ｃｕ量が多すぎるため、Ｃｕ／Ｓｎが１を超えてしまっており、改良ＳＡＥＪ２３３４試験で腐食減量が増大する傾向が明瞭に観察された。なお、比較例の鋼Ｎｏ．２４及び２５の鋼材は、圧延後に微小の割れも観察された。

本発明に係る鋼材は、塩分量が多い環境下においても十分な耐食性を有している。また、防食被膜の耐剥離性に優れ、そして、被膜端部およびキズ部の耐食性と耐剥離性に優れるため、海洋鋼構造物に使用した場合、欠陥部等からの腐食を著しく抑制するためメンテナンスミニマム化に寄与する材料として広く適用することができる。

本実施の形態に係る鋼材の一例を示す斜視図である。鋼矢板の海岸での使用の一例を示す斜視図（一部断面図）である。鋼矢板の海岸での使用の一例を示す側面図（一部断面図）である。鋼矢板壁を形成する手順を説明するための図である。本発明に係る鋼材の一例であるハット型鋼矢板を示す斜視図である。図５のハット型鋼矢板により形成される鋼矢板壁を示す横断面図である。本発明に係る鋼材の一例であるＨ型鋼矢板を示す斜視図である。本発明に係る鋼材の一例である鋼管杭を示す斜視図である。

符号の説明

１０鋼矢板
１１耐食部
１２炭素鋼部
１３ウェブ
１４フランジ
１５継手部
２０鋼矢板壁
３０鋼矢板
３１耐食部
３２炭素鋼部
３３ウェブ
３４フランジ
３５ａ，３５ｂ腕部
３６ａ，３６ｂ継手部
３７Ｈ型鋼
４０鋼矢板壁
５０岸壁
５１海底地盤
５２コンクリート構造物
６０海
６１海面
７０流電陽極
８０Ｈ型鋼矢板
８１ウェブ
８２フランジ
８３フランジ
８３ａ耐食部
８３ｂ炭素鋼部
８４ａ，８４ｂ継手部
９０鋼管杭
９１耐食部
９２炭素鋼部

Claims

耐食部および炭素鋼部が長手方向に接続された鋼材であって、前記耐食部が下記に規定する高耐食鋼からなることを特徴とする鋼材。
質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５％を超え２．５％以下、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．２％未満、Ｎｉ：０．２％未満、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．１％およびＳｎ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、かつ、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である高耐食鋼。
前記高耐食鋼は、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．３％以下およびＮｂ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種又は２種を含有することを特徴とする、請求項１に記載の鋼材。
前記高耐食鋼は、さらに、質量％で、Ｍｏ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下およびＶ：１．０％以下よりなる群から選ばれた１種又は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に記載の鋼材。
前記高耐食鋼は、さらに、質量％で、Ｃａ：０．１％以下およびＭｇ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１種または２種を含有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれかに記載の鋼材。
前記高耐食鋼は、さらに、質量％で、ＲＥＭを０．０２％以下含有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれかに記載の鋼材。
前記耐食部の少なくとも一部に、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリオレフィン樹脂のうちの１種又は２種以上からなる防食被膜が形成されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれかに記載の鋼材。
前記耐食部は、少なくとも水面の変動範囲および飛沫帯に設けられることを特徴とする、請求項１から６までのいずれかに記載の鋼材。
請求項１から７までのいずれかに記載の鋼材からなることを特徴とする鋼矢板、鋼管矢板または鋼管杭。
請求項８に記載の鋼矢板または鋼管矢板により形成されることを特徴とする鋼矢板壁または鋼管矢板壁。