JP2017150003A - バラストタンク用耐食鋼材 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶のバラストタンクに好適な、表面にエポキシ系塗膜を有する船舶用耐食鋼材を安価に提供する。
【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ａｌ、Ｃａ、Ｏを含有し、更に、Ｓｂ、Ｓｎの少なくとも一方を含有し、質量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０３〜１．０％を含有し、必要に応じて、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを含有し、ＥＳＳＰ（＝［Ｃａ］×（１−１２４×［Ｏ］）／（１．２５×［Ｓ］））が０．０５０以上であり、Ｃｅｑ（＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）／５＋（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）／１５）が０．３００以上であり、圧延方向と平行となる板厚断面の金属組織がフェライトと面積率で５〜２５％の硬質相とからなり、表面にエポキシ系塗膜を有することを特徴とするバラストタンク用耐食鋼材。
【選択図】なし

Description

本発明は、特に海水による厳しい腐食環境下にあるバラストタンク等に用いられる耐食用鋼材であって、表面にエポキシ系塗膜を有するバラストタンク用耐食鋼材に関するものである。

タンカー等の貨物船は、空荷であると航行中に船体が浮いて横風や横波に対して不安定になるため、積荷がない時には、喫水が下がらないように、バラストタンクに海水を積載している。バラストタンクは、貨物の積み下ろしに応じて海水の注入、排出が繰り返されるため、厳しい腐食環境に曝される。そのため、バラストタンクに使用される鋼材の表面には、エポキシ系塗料による防食が施される。

バラストタンクの最上部付近、特に上甲板の裏側は、海水の飛沫が付着した状態で、日中の温度上昇と夜間の温度低下が繰り返されるため、非常に厳しい腐食環境となる。また、バラストタンクに電気防食を施しても、貨物積載時には海水が注入されないため機能せず、残留付着塩分の作用によって激しい腐食を受ける。

バラストタンクは塗装が義務付けられているが、非常に厳しい腐食環境下での塗膜の寿命は１５年程度といわれている。一方、船舶の寿命は２５年であるため、塗装補修や鋼板の切替えが必要となる。バラストタンクの補修は、ドック時の修繕費用や期間を増加させるため、塗装の劣化後も１０年程度は孔空き腐食に至らないような、耐食性に優れた鋼材の開発が望まれている。

このような要求に対して、優れた塗装耐食性を発揮する耐食鋼材が提案されている（例えば、特許文献１〜３、参照）。これらは、Ｗ、Ｍｏの一方又は両方を添加し、更にＳｎ、Ｓｂの一方又は両方を添加することにより、塗膜欠陥部から発生する塗膜膨れを低減させた鋼材である。また、これらは、大入熱溶接を施した際に、溶接熱影響部の靱性を向上させるため、Ｃａが添加されている。

特開２００９−１９７２８８号公報 特開２００９−１９７２８９号公報 特開２００９−１９７２９０号公報

Ｗ、Ｍｏ、Ｓｎ、及び、Ｓｂは、塗装欠陥部の腐食の抑制に有効な元素であるが、本発明者らの検討の結果、鋼中に形成されたＭｎＳが塗装欠陥部の耐食性を劣化させる場合があることがわかった。Ｍｎの含有量を制限すればＭｎＳを低減することが可能であるが、強度の低下が問題になる。

本発明は、このような実情に鑑み、船舶用鋼として十分な強度を有し、バラストタンク内の腐食環境下における塗装耐食性に優れたバラストタンク用耐食鋼材を提供するものである。

本発明者らは、バラストタンク用耐食鋼材の塗装欠陥部の耐食性の向上及び強度の確保を目的として種々の検討を行った。その結果、まず、Ｓ添加量［Ｓ］とＯ添加量［Ｏ］とＣａ添加量［Ｃａ］とが特定の関係式を満たし、更に、Ｓｎ、Ｓｂの一方又は両方を添加することにより、塗膜欠陥部の腐食の進展が大幅に抑制されることを見出した。

次に、強度を確保するためには、Ｃｕを０．０５％以上、Ｎｉを０．０３％以上添加し、焼入れ性の指標であるＣｅｑの値を０．３００％以上にする必要があることがわかった。また、強度を適正な範囲に制御するには、圧延方向と平行となる板厚断面の金属組織をフェライトと面積率で５〜２５％の硬質相（パーライト、ベイナイト、及び、マルテンサイトの１種又は２種以上）とからなるものにする必要があることを見出した。

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）質量％で、
Ｃ ：０．０３〜０．２５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｎ：０．１０〜１．４０％、
Ｓ ：０．０００１〜０．０２０％、
Ｃｕ：０．０５〜１．００％、
Ｎｉ：０．０３〜１．００％、
Ａｌ：０．００１〜０．１００％、
Ｃａ：０．０００１〜０．０１００％、及び、
Ｏ ：０．０００１〜０．０１００％
を含有し、更に、
Ｓｂ：０．０１０〜０．３００％、及び、
Ｓｎ：０．０１０〜０．３００％
の少なくとも一方を含有し、
Ｐ ：０．０２５％以下
に制限し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下記（式１）によって求められるＥＳＳＰが０．０５０以上であり、下記（式２）によって求められるＣｅｑが０．３００以上であり、圧延方向と平行となる板厚断面の金属組織がフェライトと面積率で５〜２５％の硬質相とからなり、表面にエポキシ系塗膜を有することを特徴とするバラストタンク用耐食鋼材。
ＥＳＳＰ＝［Ｃａ］×（１−１２４×［Ｏ］）／（１．２５×［Ｓ］）・・・（式１）
Ｃｅｑ ＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）／５
＋（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）／１５ ・・・（式２）
ただし、［Ｓ］、［Ｏ］、及び、［Ｃａ］は、それぞれ、Ｓ、Ｏ、及び、Ｃａの含有量［質量％］であり、［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｃｕ］、及び、［Ｎｉ］は、それぞれ、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、及び、Ｎｉの含有量［質量％］であり、元素を含有しない場合は０として計算する。
（２）更に、質量％で、
Ｃｒ：０．４０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、及び、
Ｗ ：１．００％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（１）に記載のバラストタンク用耐食鋼材。
（３）更に、質量％で、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｚｒ：０．１０％以下、
Ｎｂ：０．２０％以下、及び、
Ｖ ：０．２０％以下
の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）に記載のバラストタンク用耐食鋼材。
（４）更に、質量％で、
Ｂ ：０．００３０％以下
を含有することを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載のバラストタンク用耐食鋼材。
（５）更に、質量％で、
Ｍｇ：０．０１００％以下、
ＲＥＭ：０．０１５％以下、及び、
Ｙ ：０．１００％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（１）〜（４）の何れかに記載のバラストタンク用耐食鋼材。
（６）前記エポキシ系塗膜の下地にジンクプライマー塗膜を有することを特徴とする上記（１）〜（５）の何れかに記載のバラストタンク用耐食鋼材。

本発明のバラストタンク用耐食鋼材は、適正な強度を有し、かつ、バラストタンク内の腐食環境下で優れた塗装耐食性を示すので、過酷な腐食環境に曝されるバラストタンクヘ適用した場合、初期コスト及び補修再塗装等の保守費用を大幅に削減することができる。

本発明者らは、エポキシ系塗料を塗布した種々の耐食鋼材を用いて、エポキシ系塗膜の欠陥部の腐食について、以下の検討を行った。

種々の合金元素を添加した鋼を溶製し、熱間圧延して板厚が５ｍｍの鋼板を作製し、長さ１５０ｍｍ、幅７０ｍｍの試験片を採取した。試験片の表面のスケールをショットブラスによって除去し、塗膜厚が３００〜４００μｍになるようにエポキシ系塗料を２回塗布した。その後、塗膜の欠陥部の耐食性を評価するため、試験片の中央に、幅２ｍｍのエンドミルで地鉄表面まで達する５０ｍｍ長さの疵を一文字状に付与した。

耐食性は、複合サイクル試験によって評価した。バラストタンクの環境に合わせるために、腐食液には、５％ＮａＣｌ水溶液ではなく、人工海水を用いた。サイクル条件は、腐食液噴霧（温度３５℃）１時間、乾燥（６０℃、湿度２０〜３０％）２時間、湿潤（５０℃、湿度９５％以上）１時間とした。このサイクルを３００サイクル行った後、付与した疵部の塗装膨れの最大長さを測定した。

その結果、Ｓｎ、Ｓｂの一方又は両方を添加した場合、塗装欠陥部の塗膜膨れや腐食が抑制されている試験片と、抑制されていない試験片が見られることがわかった。これらを詳細に調査した結果、塗装欠陥部の膨れが抑制されていないものには、ＭｎＳが多く生成していることが判明した。

次に、表面を鏡面研磨し、観察されたＭｎＳの周囲にビッカース硬度計でマーキングを施して、その位置に疵を入れた試験片を用いて耐食性評価を行った。その結果、塗膜膨れは抑制されず、ＭｎＳが塗装欠陥部の耐食性に悪影響を及ぼしていることが明らかになった。ＳｎやＳｂを含む耐食鋼材であっても、ＭｎＳが多く生成している場合、塗膜欠陥部の腐食が抑制されない理由は、ＭｎＳの加水分解によって硫酸が生じ、ｐＨが大きく低下したためではないかと推定している。

一方、Ｓｎ、Ｓｂの一方又は両方を添加した耐食鋼材のうち、Ｃａを添加したものの一部は、塗装欠陥部の塗膜膨れや腐食が著しく抑制されていることが判明した。そして、塗膜欠陥部の塗膜膨れが著しく抑制された耐食鋼材は、下記（式１）によって求められるＥＳＳＰが０．０５０以上であることがわかった。

ＥＳＳＰ＝［Ｃａ］×（１−１２４×［Ｏ］）／（１．２５×［Ｓ］）・・・（式１）
ここで、［Ｓ］、［Ｏ］、及び、［Ｃａ］は、それぞれ、Ｓ（硫黄）、Ｏ（酸素）、及び、Ｃａの含有量［質量％］である。

また、塗装欠陥部の塗膜膨れや腐食が著しく抑制された耐食鋼材に生じている介在物を調査した結果、ＣａＳが形成されていることがわかった。これらの結果から、Ｓｎ、及び、Ｓｂの一方又は両方を含有し、上記（式１）のＥＳＳＰが０．０５０以上である耐食鋼材では、塗膜欠陥部で、鋼中のＣａＳが溶け出し、鋼材の表面にＣａ化合物が形成され、いわゆるエレクトロコーティングによって腐食の進展が著しく抑制されたのではないかと推定している。

このような検討結果に基づいて、本発明のバラストタンク用耐食鋼材（以下、「本発明の耐食鋼材」という）では、Ｓｂ、Ｓｎの一方又は両方を含有し、更に、Ｃａを添加して、上記（式１）によって求められるＥＳＳＰが０．０５０以上である成分組成にすることとした。また、必要に応じて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｗの１種又は２種以上を添加すると、更に優れた耐食性が得られる。

次に、バラストタンク用耐食鋼材の強度及び金属組織について検討を行った。強度を確保するためには、フェライト以外の硬い相、即ち、硬質相を利用することが有効である。本発明では、硬質相は、ベイナイト、マルテンサイト、及び、パーライトの１種又は２種以上とする。そして、適正な強度を有するバラスト用耐食鋼材は、圧延方向と平行となる板厚断面で、硬質相の面積率が５〜２５％であり、残部がフェライトからなる金属組織に制御されていることがわかった。

硬質相を生成させるには、焼入れ性を高める元素を添加することが必要であり、安価なＭｎが利用されることが多い。しかし、ＭｎはＭｎＳを形成する元素であるため、Ｍｎ量を１．４０％以下に制限する必要がある。そこで、本発明では、焼入れ性を高める元素であるＣｕを０．０５％以上、Ｎｉを０．０３％以上、同時に添加する。Ｃｕは、鋼材の表面性状を損なう元素であるが、Ｎｉを同時に添加することによって、表面性状の劣化を抑制することもできる。

また、本発明者らの検討により、硬質相を確保するためには、焼入れ性の指標であるＣｅｑを０．３００以上にする必要があることがわかった。Ｃｅｑは、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、及び、Ｎｉの含有量［質量％］（［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｃｕ］、及び、［Ｎｉ］）から、下記（式２）によって求めることができる。なお、下記（式２）では、選択元素を含有しない場合は０として計算する。

Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）／５
＋（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）／１５ ・・・（式２）

以下に、本発明の耐食鋼材の成分組成について具体的に説明する。なお、特に断りのない限り、「％」は、「質量％」を示す。

（Ｃ：０．０３〜０．２５％）
Ｃは、鋼材強度を上昇させるのに有効な元素であり、所望の強度を得るために０．０３％以上の含有を必要とする。好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．０８％以上とする。一方、０．２５％を超えてＣを含有させると、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性を低下させるため、Ｃの含有量を０．２５％以下とする。好ましくは０．２０％以下、より好ましくは０．１７％以下とする。

（Ｓｉ：０．０５〜０．５０％）
Ｓｉは、脱酸剤として、また、鋼材の強度を高めるために添加される元素であり、０．０５％以上を含有させる。好ましくは０．１０％以上、より好ましくは０．１５％以上含有させる。しかし、０．５０％を超えて含有させると、鋼の靭性を劣化させるので、０．５０％以下とする。好ましくは０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。

（Ｍｎ：０．１０〜１．４０％）
Ｍｎは、鋼材の強度を高める元素であり、０．１０％以上添加する。好ましくは０．５０％以上、より好ましくは０．７０％以上とする。しかし、１．４０％を超えてＭｎを含有させると、ＭｎＳを増加させて塗膜欠陥部の耐食性を低下させるため、１．４０％以下とする。好ましくは１．００％以下、より好ましくは０．９０％以下とする。

（Ｓ：０．０００１〜０．０２０％）
Ｓは、ＭｎＳを生成させて塗膜欠陥部の耐食性を低下させるため、Ｓの含有量を０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下含有させる。Ｓの含有量は、耐食性の観点からは低減することが好ましいが、０．０００１％未満にすると製鋼上の負荷が大きくコストが高くなるため、下限を０．０００１％とする。

（Ｃｕ：０．０５〜１．００％）
Ｃｕは、耐食性を向上させ、かつ、強度を確保するために、０．０５％以上を添加する。好ましくは０．１０％以上を添加する。一方、１．００％を超えてＣｕを添加すると脆化を生じることからＣ量を１．００％以下とする。好ましくは、０．５０％以下、より好ましくは０．３０％以下である。

（Ｎｉ：０．０３〜１．００％）
Ｎｉは、耐食性を向上させ、かつ、強度を確保するため、０．０３％以上を添加する。Ｃｕを添加する場合、Ｎｉを同時に添加すると鋼材の表面性状の劣化を抑制することもできる。一方、Ｎｉは高価な元素であり、１．００％を超えて添加するとコストが高くなることからＮｉ量を１．００％以下とする。好ましくは、０．５０％以下、より好ましくは０．３０％以下である。

（Ａｌ：０．００１〜０．１００％）
Ａｌは、脱酸剤として添加する元素であり、０．００１％以上添加する。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．０１０％以上含有させる。しかし、０．１００％を超えてＡｌを含有させると、母材靭性が低下するため、０．１００％以下とする。好ましくは０．０８０％以下、より好ましくは０．０６０％以下とする。

（Ｃａ：０．０００１〜０．０１００％）
Ｃａは、本発明の耐食鋼材の塗装欠陥部の塗膜膨れや腐食を抑制するために必要な元素であり、０．０００１％以上を添加する。好ましくは０．０００５％以上、より好ましくは０．００１０％以上とする。しかし、０．０１００％を超えてＣａを含有させると、介在物の粗大化により、母材の機械特性や溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性を低下させるため、Ｃａ量を０．０１００％以下とする。好ましくは０．００５０％以下とし、より好ましくは０．００４０％以下とする。

（Ｏ：０．０００１〜０．０１００％）
Ｏは、Ｃａと結合して酸化物を形成すると上述のＣａの効果が損なわれるため、制限することが好ましいが、コストの観点から、Ｏ量の下限値を０．０００１％とする。特に、Ｏ量が０．０１００％を超えると、粗大な酸化物の形成により、母材の機械特性やＨＡＺの靭性をも低下させるため、０．０１００％以下とする。好ましくは０．００３０％以下、より好ましくは０．００２０％以下とする。

（Ｓｂ：０．０１０〜０．３００％）
（Ｓｎ：０．０１０〜０．３００％）
Ｓｂ、Ｓｂは、塗膜欠陥部の耐食性を向上させる効果があり、一方又は両方を添加する。効果を得るには、Ｓｎ、Ｓｂとも０．０１０％以上の含有が必要であり、好ましくは０．０２０％以上、より好ましくは０．０３０％以上を添加する。一方、Ｓｎ、Ｓｂとも含有量が０．３００％を超えると、母材及びＨＡＺの靭性を劣化させる。したがって、Ｓｂ及びＳｎの含有量を、０．３００％以下とし、好ましくは０．２００％以下、より好ましくは０．１５０％以下とする。

（Ｐ：０．０２５％以下）
Ｐは、不純物であり、鋼の母材靭性や溶接性、溶接部靭性を劣化させるため、できるだけ低減するのが好ましい。特に、Ｐの含有量が０．０２５％を超えると、母材靭性及び溶接部靭性の低下が大きくなるので、０．０２５％以下に制限する。好ましくはＰの含有量を０．０２０％以下、より好ましくは０．０１５％以下とする。

（ＥＳＳＰ＝［Ｃａ］×（１−１２４×［Ｏ］）／（１．２５×［Ｓ］）≧０．０５０）
ＥＳＳＰは、本発明では、塗膜欠陥部の腐食の抑制に関する指標である。ＥＳＳＰを０．０５０以上にすることによって、表面にエポキシ系塗膜を有する耐食鋼材の塗装欠陥部の塗膜膨れや腐食を著しく抑制することができる。この理由は必ずしも明らかではないが、鋼中のＣａＳが溶け出して、鋼材の表面がＣａ化合物によって保護される、いわゆるエレクトロコーティングの効果であると推定される。
ＥＳＳＰの上限は特に規定せず、Ｃａ量の上限値、Ｏ量の下限値及びＳ量の下限値から求められる７９．００８であってもよい。ただし、Ｓ及びＯの含有を許容することによってコストの上昇を抑制できるという観点から、好ましくは２０．０００以下、より好ましくは１０．０００以下、更に好ましくは５．０００以下とする。

（Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）／５
＋（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）／１５≧０．３００）
Ｃｅｑは焼入れ性の指標であり、硬質相を生成させて強度を確保するために、０．３００以上にする。好ましくは０．３１０以上とする。Ｃｅｑの上限は特に限定せず、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉの各元素の含有量の上限によって決まるが、靱性が必要とされる場合は、０．４００以下にすることが好ましい。より好ましくは０．３８０以下、更に好ましくは０．３６０以下である。

本発明の耐食鋼材は、上述された基本成分（必須元素）に加え、更に、塗装欠陥部の耐食性を高めるために、Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｗの１種又は２種以上を選択元素として添加してもよい。

（Ｃｒ：０．４０％以下）
（Ｍｏ：０．５０％以下）
（Ｗ ：１．００％以下）
Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｗは、１種又は２種以上を、Ｓｎ、Ｓｂの一方又は両方と同時に添加すると、塗装欠陥部の耐食性を更に高める効果が発現する。塗装欠陥部の耐食性を向上させる効果を得るには、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗとも、０．０１％以上の添加が好ましい。ただし、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗを過剰に添加すると、ＨＡＺ靭性が劣化する場合がある。Ｃｒは０．４０％以下、Ｍｏは０．５０％以下、Ｗは１．００％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃｒは０．２０％以下、Ｍｏは０．２０％以下、Ｗは０．５０％以下とする。

本発明の耐食鋼材は、上述された必須元素に加え、更に、母材やＨＡＺの機械特性を向上させるために、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｍｇ、ＲＥＭ、及び、Ｙの１種又は２種以上を添加してもよい。

（Ｔｉ：０．１００％以下）
（Ｚｒ：０．１０％以下）
（Ｎｂ：０．２０％以下）
（Ｖ ：０．２０％以下）
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖは、いずれも、析出物を生じて鋼材の強度を高める元素であり、必要に応じて含有することができる。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖは、０．００１％以上を添加することが好ましい。一方、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖを過剰に添加すると靭性が低下することがあるため、Ｔｉは０．１００％以下、Ｚｒは０．１０％以下、Ｎｂ及びＶは０．２０％以下として添加するのが好ましい。より好ましくは、Ｔｉは０．０２０％以下、Ｚｒは０．０２％以下、Ｎｂ及びＶはそれぞれ０．０３％以下及び０．１０％以下とする。

（Ｂ：０．００３０％以下）
Ｂは、微量の添加で鋼材の強度を高める元素であり、必要に応じて含有させることができる。Ｂ量は０．０００３％以上が好ましい。より好ましくは０．０００５％以上とする。一方、０．００３０％を超えて含有させると、靭性が劣化することがあるため、Ｂの含有量は０．００３０％以下が好ましい。より好ましくは０．００２０％以下とする。

（Ｍｇ：０．０１００％以下）
（ＲＥＭ：０．０１５％）
（Ｙ ：０．１００％以下）
Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｙは、いずれも、溶接熱影響部の靭性向上に効果のある元素であり、必要に応じて選択して含有することができる。Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｙは、それぞれ、０．０００１％以上を添加することが好ましい。より好ましくは、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｙの含有量を、それぞれ、０．０００５％以上とする。一方、これらを過剰に添加すると靭性を低下させることがあるため、Ｍｇは０．０１００％以下、ＲＥＭは０．０１５％以下、Ｙは０．１００％以下が好ましい。より好ましくは、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｙの含有量を、それぞれ、０．００３０％以下とする。

本発明の耐食鋼材において、上記以外の成分は、Ｆｅ及び不可避的不純物であるが、本発明の効果を害しない範囲内であれば、上記以外の成分の含有は許容される。

本発明の耐食鋼材は、上記組成からなる下地鋼材の表面に、エポキシ系塗膜を有する。エポキシ系塗膜は、国際海事機関(International Maritime Organization、ＩＭＯ）が定めた塗装性能基準を満たすものであれば、特に制限されるものではなく、エポキシ系塗料を塗布し、乾燥させて形成すればよい。

また、上記組成からなる下地鋼材の表面に、ジンクリッチプライマー塗膜を形成してから、エポキシ系塗膜を設けることができる。ジンクリッチプライマー塗膜は、特に制限されるものではなく、ジンクリッチプライマーを塗布し、乾燥させて形成すればよい。

次に、本発明のバラストタンク用耐食鋼材の金属組織について説明する。本発明のバラストタンク用耐食鋼材は、圧延方向と平行な板厚断面の金属組織がフェライトと硬質相（パーライト、ベイナイト、及び、マルテンサイトの１種又は２種以上）からなる。硬質相は、強度を確保するために面積率で５％を必要とする。好ましくは７％以上、より好ましくは１０％以上とする。一方、硬質相の面積率が２５％を超えると母材の延性や靭性が劣化するため、上限を２５％以下とする。好ましくは２０％以下とする。

金属組織の観察は、鋼材の圧延方向と平行な板厚断面で、表層から鋼材の板厚の４分の１に当たる部位において行う。金属組織の判別は、１００倍の観察倍率にて光学顕微鏡で観察して行い、任意の５視野で画像解析などによって測定された面積率の平均値を採用する。

次に、本発明のバラストタンク用耐食鋼材の製造方法について説明する。

本発明のバラストタンク用耐食鋼材は表面にエポキシ系塗膜を有するが、母材は常法で製造することができる。
例えば、溶鋼を転炉、電気炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法、造塊法等の公知の方法でスラブやビレット等の鋼素材とし、熱間圧延に供する。なお、溶鋼に、取鍋精錬や真空脱ガス等の処理を付加してもよい。

そして、鋼素材を、好ましくは１０５０〜１２５０℃の温度に加熱し、所望の寸法形状に熱間圧延する。鋳造や造塊後の鋼材をそのまま熱間圧延してもよい。熱間圧延後は、空冷してもよいが、加速冷却を行ってもよい。なお、熱間圧延では、金属組織を制御して強度を確保するために、適正な条件で熱間圧延及びその後の冷却を行うことが好ましい。

熱間仕上圧延の終了温度は７００℃以上が好ましく、熱間仕上圧延の終了後の冷却は、空冷するか、又は、冷却速度を１５℃／ｓ以下とする加速冷却を行ってもよい。冷却速度が速いと、ベイナイトやマルテンサイトの硬質相が増加することがあり、１０℃／ｓ以下が好ましい。更に、焼戻しなどの熱処理を施し、強度や靱性などの機械特性を調整することができる。

このようにして製造された鋼材の表面にエポキシ系塗料を塗布し、乾燥させてエポキシ系塗膜を形成させる。エポキシ系塗料を塗布する前にジンクリッチプライマー塗膜を形成してもよい。また、エポキシ系塗料やジンクリッチプライマーを塗布する前に、ショットブラストを施してもよく、酸洗を行ってもよい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

表１に示した成分組成を有する鋼を真空溶解炉又は転炉で溶製して、鋳塊又は鋼スラブとし、これらを表２に示すいずれかの加熱、熱間圧延によって２０ｍｍ厚の厚鋼板を製造した。表２に示す加熱温度は加熱炉内の温度であり、加熱炉内での保持時間を２時間以上とした。表２に示す冷却速度は、加速冷却の開始温度（７８０℃）から、停止温度（５５０〜６００℃の範囲内）の冷却速度である。なお、熱間仕上圧延の終了温度は８００℃であり、加速冷却の停止後は空冷を行った。熱間仕上圧延の終了温度、加速冷却の開始温度及び停止温度は、製造中の厚鋼板の表面の温度を放射温度計で測定し、伝熱計算によって求めた板厚中心部の温度である。冷却速度は加速冷却の開始温度、停止温度及び所要時間から計算した。

得られた厚鋼板の板厚の４分の１に当たる部位で、金属組織中の硬質相の面積率を調査した。１００倍の倍率で、任意の５視野の金属組織を光学顕微鏡によって観察し、硬質相（パーライト、ベイナイト、マルテンサイト）の面積率を測定して平均値を求め、硬質相の面積率とした。更に、母材の引張特性及び衝撃特性を調査した。引張試験はＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して室温で行い、シャルピー衝撃試験はＪＩＳ Ｚ ２２４２に準拠して−４０℃で行った。

次に、それぞれの厚鋼板から、長さ１５０ｍｍ、幅７０ｍｍ、厚さ５ｍｍの試験片を採取し、試験片の表面のスケールをショットブラスによって除去した後、エポキシ塗料を２回塗布して塗膜厚が３００〜４００μｍとなる試験片を作製した。また、いくつかの鋼板についてはエポキシ塗料による塗布の前にジンクプライマーを１０μｍ塗布したものも用意した。

これらの試験片の中央を幅２ｍｍのエンドミルで地鉄表面まで達する５０ｍｍ長さの疵を横方向に一文字状に付与し、人工海水を用いて複合サイクル試験を行った。サイクル条件は、腐食液噴霧（温度３５℃）１時間、乾燥（６０℃、湿度２０〜３０％）２時間、湿潤（５０℃、湿度９５％以上）１時間とした。このサイクルを３００サイクル行った後、付与した疵部の塗装膨れの最大長さを測定した。耐食性は、耐食性向上元素を特に含まないＮｏ．２７の鋼をベース鋼（１００）として塗装膨れの最大長さの比率を算出し、評価した。

表３に腐食試験、引張試験、衝撃試験の結果を示す。本発明の成分組成を満たす発明例のＮｏ．１〜２６の鋼は、ベース鋼（Ｎｏ．２７）に対する塗装膨れの最大長さの比率が５０％以下であり、良好な耐食性を有していることがわかる。また、発明例にジンクプライマーを塗布した鋼材は、ベース鋼（Ｎｏ．２７）に対する塗装膨れの最大長さの比率が２５％以下であり、良好な耐食性を有していることがわかる。

これに対して、本発明の成分組成の条件を満たさないＮｏ．２８〜３２鋼は、ベース鋼（Ｎｏ．２７）に対する塗装膨れの最大長さの比率がいずれも５０％を超えている。Ｎｏ．３３鋼は、ベース鋼（Ｎｏ．２７）に対する塗装膨れの最大長さの比率が５０％以下であるが、Ｃｅｑが０．３０以上ではなく、硬質相の面積率も５％未満であるために必要な母材の強度が得られない。Ｎｏ.３４〜３７鋼は硬質相が２５％を超えているために必要とする母材の延性が得られず、母材靭性も低下している。

本発明は、表面にエポキシ系塗膜を有するバラストタンク用耐食鋼材であって、厚鋼板、薄鋼板、形鋼や棒鋼を含むものである。本発明のバラストタンク用耐食鋼材は、例えば、石炭船や鉱石船、鉱炭兼用船、原油タンカー、ＬＰＧ船、ＬＮＧ船、ケミカルタンカー、コンテナ船、ばら積み船、木材専用船、チップ専用船、冷凍運搬船、自動車専用船、重量物船、ＲＯＲＯ船、石灰石専用船、セメント専用船等のバラストタンク等の素材として、好適に使用することができる。なお、本発明の耐食鋼材は、海水による腐食環境下で優れた塗装耐食性を示すので、船舶のバラストタンクだけでなく、他の類似の海水による腐食環境で使用される用途にも用いることができる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。

Claims (6)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．０３〜０．２５％、
   Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、
   Ｍｎ：０．１０〜１．４０％、
   Ｓ ：０．０００１〜０．０２０％、
   Ｃｕ：０．０５〜１．００％、
   Ｎｉ：０．０３〜１．００％、
   Ａｌ：０．００１〜０．１００％、
   Ｃａ：０．０００１〜０．０１００％、及び、
   Ｏ ：０．０００１〜０．０１００％
   を含有し、更に、
   Ｓｂ：０．０１０〜０．３００％、及び、
   Ｓｎ：０．０１０〜０．３００％
   の少なくとも一方を含有し、
   Ｐ ：０．０２５％以下
   に制限し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下記（式１）によって求められるＥＳＳＰが０．０５０以上であり、下記（式２）によって求められるＣｅｑが０．３００以上であり、圧延方向と平行となる板厚断面の金属組織がフェライトと面積率で５〜２５％の硬質相とからなり、表面にエポキシ系塗膜を有することを特徴とするバラストタンク用耐食鋼材。
   ＥＳＳＰ＝［Ｃａ］×（１−１２４×［Ｏ］）／（１．２５×［Ｓ］）・・・（式１）
   Ｃｅｑ ＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］）／５
   ＋（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）／１５ ・・・（式２）
   ただし、［Ｓ］、［Ｏ］、及び、［Ｃａ］は、それぞれ、Ｓ、Ｏ、及び、Ｃａの含有量［質量％］であり、［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｃｕ］、及び、［Ｎｉ］は、それぞれ、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、及び、Ｎｉの含有量［質量％］であり、元素を含有しない場合は０として計算する。
2. 更に、質量％で、
   Ｃｒ：０．４０％以下、
   Ｍｏ：０．５０％以下、及び、
   Ｗ ：１．００％以下
   の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に記載のバラストタンク用耐食鋼材。
3. 更に、質量％で、
   Ｔｉ：０．１００％以下、
   Ｚｒ：０．１０％以下、
   Ｎｂ：０．２０％以下、及び、
   Ｖ ：０．２０％以下
   の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又は２に記載のバラストタンク用耐食鋼材。
4. 更に、質量％で、
   Ｂ ：０．００３０％以下
   を含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のバラストタンク用耐食鋼材。
5. 更に、質量％で、
   Ｍｇ：０．０１００％以下、
   ＲＥＭ：０．０１５％以下、及び、
   Ｙ ：０．１００％以下
   の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のバラストタンク用耐食鋼材。
6. 前記エポキシ系塗膜の下地にジンクプライマー塗膜を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のバラストタンク用耐食鋼材。