JP2019127638A - 係留チェーン用鋼および係留チェーン - Google Patents
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Abstract
【課題】耐食性に優れた係留チェーン用鋼および係留チェーンを提供する。【解決手段】化学組成が、質量%で、Ｃ：0.06〜0.45%、Ｓｉ：0.6%以下、Ｍｎ：0.3〜2.5%、Ｐ：0.1%以下、Ｓ：0.05%以下、Ａｌ：0.1%以下、Ｎ：0.01%以下、Ｃｒ：0.1%を超えて7.0%以下、Ｓｎ：0〜0.5%、Ｓｂ：0〜0.5%、Ｃｕ：0〜1.0%、Ｎｉ：0〜5.0%、Ｍｏ：0〜1.0%、Ｗ：0〜1.0%、Ｖ：0〜1.0%、Ｃａ：0〜0.01%、Ｍｇ：0〜0.01%、ＲＥＭ：0〜0.01%、Ｎｂ：0〜0.1%、Ｔｉ：0〜0.1%、Ｂ：0〜0.01%、残部：Ｆｅおよび不純物であり、[0.01≦Sn＋Sb]および［1−1.31Cr−3.54Sn−3.03Sb≦0.80］を満足する、係留チェーン用鋼および該係留チェーン用鋼を用いた係留チェーン。【選択図】なし
Description
本発明は、係留チェーン用鋼および係留チェーンに関する。
係留チェーンは、海水環境に曝されるため腐食が激しく、長期間使用の際には腐食が問題となる場合がある。ドックでの点検時に係留チェーンの径が計測されるが、元の径に対して１２％以上減少している場合には、新たなチェーンに切り替えをしなければならないという基準が船級規則により定められている。
一般的には、船舶の寿命が２０年程度であるのに対して、係留チェーンの寿命は１５年程度である。このため、現状、船を廃船にするまでに、係留チェーンの交換を１度は行なう必要がある。このような状況から、係留チェーンに用いられる金属材料には、耐食性向上による寿命延長が望まれている。
船舶の係留チェーンは、従来、ＪＩＳ Ｇ ３１０５（２００４）に規定されているＳＢＣ３００、ＳＢＣ４９０、ＳＢＣ６９０といった産業用鋼材が用いられている。また、これら鋼材に加え、例えば、希土類等を任意元素として添加することで、材料特性を向上させた鋼材についても用いられる場合がある（特許文献１参照）。
しかしながら、これら鋼材では、上述のように船舶の寿命に対して係留チェーンの耐久年数が短く、所望する耐食性が十分得られていないという問題がある。
本発明は、上記の問題を解決し、耐食性に優れた係留チェーン用鋼および係留チェーンを提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の係留チェーン用鋼および係留チェーンを要旨とする。
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０６〜０．４５％、
Ｓｉ：０．６％以下、
Ｍｎ：０．３〜２．５％、
Ｐ：０．１％以下、
Ｓ：０．０５％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
Ｃｒ：０．１％を超えて７．０％以下、
Ｓｎ：０〜０．５％、
Ｓｂ：０〜０．５％、
Ｃｕ：０〜１．０％、
Ｎｉ：０〜５．０％、
Ｍｏ：０〜１．０％、
Ｗ：０〜１．０％、
Ｖ：０〜１．０％、
Ｃａ：０〜０．０１％、
Ｍｇ：０〜０．０１％、
ＲＥＭ：０〜０．０１％、
Ｎｂ：０〜０．１％、
Ｔｉ：０〜０．１％、
Ｂ：０〜０．０１％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記式（ｉ）および（ii）を満足する、係留チェーン用鋼。
０．０１≦Ｓｎ＋Ｓｂ ・・・（ｉ）
１−１．３１Ｃｒ−３．５４Ｓｎ−３．０３Ｓｂ≦０．８０ ・・・（ii）
但し、上記式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
Ｃ：０．０６〜０．４５％、
Ｓｉ：０．６％以下、
Ｍｎ：０．３〜２．５％、
Ｐ：０．１％以下、
Ｓ：０．０５％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
Ｃｒ：０．１％を超えて７．０％以下、
Ｓｎ：０〜０．５％、
Ｓｂ：０〜０．５％、
Ｃｕ：０〜１．０％、
Ｎｉ：０〜５．０％、
Ｍｏ：０〜１．０％、
Ｗ：０〜１．０％、
Ｖ：０〜１．０％、
Ｃａ：０〜０．０１％、
Ｍｇ：０〜０．０１％、
ＲＥＭ：０〜０．０１％、
Ｎｂ：０〜０．１％、
Ｔｉ：０〜０．１％、
Ｂ：０〜０．０１％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記式（ｉ）および（ii）を満足する、係留チェーン用鋼。
０．０１≦Ｓｎ＋Ｓｂ ・・・（ｉ）
１−１．３１Ｃｒ−３．５４Ｓｎ−３．０３Ｓｂ≦０．８０ ・・・（ii）
但し、上記式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
（２）前記化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
Ｎｉ：０．０１〜５．０％、
Ｍｏ：０．０１〜１．０％、
Ｗ：０．０１〜１．０％、
Ｖ：０．０１〜１．０％、
Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、および
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０１％、
から選択される１種以上を含有する、
上記（１）に記載の係留チェーン用鋼。
Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
Ｎｉ：０．０１〜５．０％、
Ｍｏ：０．０１〜１．０％、
Ｗ：０．０１〜１．０％、
Ｖ：０．０１〜１．０％、
Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、および
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０１％、
から選択される１種以上を含有する、
上記（１）に記載の係留チェーン用鋼。
（３）前記化学組成が、質量％で、
Ｎｂ：０．００１〜０．１％、
Ｔｉ：０．００１〜０．１％、および
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
から選択される１種以上を含有する、
上記（１）または（２）に記載の係留チェーン用鋼。
Ｎｂ：０．００１〜０．１％、
Ｔｉ：０．００１〜０．１％、および
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
から選択される１種以上を含有する、
上記（１）または（２）に記載の係留チェーン用鋼。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の鋼を用いた係留チェーン。
（５）表面に防食被覆層を備えた上記（４）に記載の係留チェーン。
本発明によれば、優れた耐食性を有する係留チェーン用鋼および係留チェーンを得ることができる。
本発明者は、係留チェーンに用いられる鋼材の耐久年数が船舶寿命に比べて短く、所望する耐食性を得られない要因について検討を行なった。
鋼材の耐食性能は、その鋼材が使用される腐食環境により大きく変化する。すなわち、特定の腐食環境において耐食性に優れていると評価される鋼材であっても、異なる腐食環境においては耐食性を発揮することができない場合がある。このため、本発明者は、まず係留チェーンの使用環境について調査を行なった。
係留チェーンは港湾沖で船舶の係留に使用されるため、その全長は数百ｍに及ぶ場合もある。そして、係留チェーンは、船舶の航行時にデッキ上に引き上げられ、その一部はデッキ上に据え置かれた状態となるが、その他の大部分はチェーンロッカーと呼ばれる格納庫に保管された状態となる。
船舶のデッキ上は、屋外であることから、大気環境下で風雨に曝され、かつ海水飛沫が頻繁にかかる環境である。このような環境においては、係留チェーンの表面は、海水飛沫により濡れ、その後、乾燥するという過程を頻繁に繰り返す。その結果、腐食が激しく進行する。
一方、チェーンロッカー内は、その値に変動はあるものの、相対湿度が５０％ＲＨ程度を下回ることがない環境である。デッキ上における相対湿度が概ね２５ＲＨ％程度であることからも分かるように、チェーンロッカー内は、比較的湿度が高い環境であるといえる。ここで、相対湿度が３０ＲＨ％程度以上であれば、海水中に含まれる塩化マグネシウム等の塩化物が大気中の水分を取り込む、いわゆる潮解と呼ばれる現象が生じると考えられる。
このため、係留チェーンに付着した塩化マグネシウム等が大気中の水分を取り込むことで、その表面では、わずかに湿った状態が維持され、常時、薄い水膜（以下の説明において、「薄膜水」ともいう。）が形成される。また、表面に形成した薄膜水内では、海水中に含まれる塩化物が濃化する。このように、塩化物が濃化した環境において鋼材が腐食すると、腐食により鉄が溶出した箇所で、鉄イオンの加水分解反応が生じる。その結果、鋼材表面のｐＨが低下し、腐食がさらに進行する。
したがって、係留チェーンはデッキ上で据え置かれていても、チェーンロッカーに保管されていても、厳しい腐食環境で使用されていることが明らかになった。このため、係留チェーンには船舶のデッキ上およびチェーンロッカー内の両方の環境に対応しうる耐食性が必要である。
そこで、本発明者はデッキ上の環境とチェーンロッカー内の環境とを再現し、耐食性の評価を行なう必要があると考察した。そして、上記腐食試験方法により、鋼材の耐食性を評価することで、係留チェーン用鋼として好適な本発明鋼を得るに至った。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
１．化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．０６〜０．４５％
Ｃは、強度を確保するために必要な元素である。係留チェーンとしての強度を確保するために、Ｃ含有量は０．０６％以上とする。しかしながら、Ｃ含有量が０．４５％を超えると、母材および溶接熱影響部の靭性が著しく低下する。このため、Ｃ含有量は、０．４５％以下とする。Ｃ含有量は０．０７％以上であるのが好ましく、０．０８％以上であるのがより好ましい。また、Ｃ含有量は０．４２％以下であるのが好ましく、０．４０％以下であるのがより好ましい。
Ｃは、強度を確保するために必要な元素である。係留チェーンとしての強度を確保するために、Ｃ含有量は０．０６％以上とする。しかしながら、Ｃ含有量が０．４５％を超えると、母材および溶接熱影響部の靭性が著しく低下する。このため、Ｃ含有量は、０．４５％以下とする。Ｃ含有量は０．０７％以上であるのが好ましく、０．０８％以上であるのがより好ましい。また、Ｃ含有量は０．４２％以下であるのが好ましく、０．４０％以下であるのがより好ましい。
Ｓｉ：０．６％以下
Ｓｉは、脱酸のために必要な元素であるが、０．６％を超えて含有させると溶接熱影響部の靭性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は０．６％以下とする。なお、靭性の観点からＳｉ含有量はより低いほうが望ましい。この場合、Ｓｉ含有量は０．５５％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。一方、Ｓｉ含有量を過度に低減すると、脱酸の効果が十分に得られなくなるため、Ｓｉ含有量は０．０１％以上であるのが好ましい。
Ｓｉは、脱酸のために必要な元素であるが、０．６％を超えて含有させると溶接熱影響部の靭性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は０．６％以下とする。なお、靭性の観点からＳｉ含有量はより低いほうが望ましい。この場合、Ｓｉ含有量は０．５５％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。一方、Ｓｉ含有量を過度に低減すると、脱酸の効果が十分に得られなくなるため、Ｓｉ含有量は０．０１％以上であるのが好ましい。
Ｍｎ：０．３〜２．５％
Ｍｎは、強度を確保するために必要な元素である。強度を確保するために、Ｍｎ含有量は０．３％以上とする。しかしながら、Ｍｎを、２．５％を超えて含有させると、靭性が著しく低下する。このため、Ｍｎ含有量は２．５％以下とする。Ｍｎ含有量は０．３５％以上であるのが好ましく、０．４％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｎ含有量は２．４％以下であるのが好ましく、２．３％以下であるのがより好ましい。
Ｍｎは、強度を確保するために必要な元素である。強度を確保するために、Ｍｎ含有量は０．３％以上とする。しかしながら、Ｍｎを、２．５％を超えて含有させると、靭性が著しく低下する。このため、Ｍｎ含有量は２．５％以下とする。Ｍｎ含有量は０．３５％以上であるのが好ましく、０．４％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｎ含有量は２．４％以下であるのが好ましく、２．３％以下であるのがより好ましい。
Ｐ：０．１％以下
Ｐは不純物として粒界に偏析し、靭性を低下させる元素である。そして、Ｐ含有量が０．１％を超えると靭性が著しく低下する。このため、Ｐ含有量は０．１％以下とする。Ｐ含有量は少なければ少ないほど好ましい。Ｐ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。
Ｐは不純物として粒界に偏析し、靭性を低下させる元素である。そして、Ｐ含有量が０．１％を超えると靭性が著しく低下する。このため、Ｐ含有量は０．１％以下とする。Ｐ含有量は少なければ少ないほど好ましい。Ｐ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。
Ｓ：０．０５％以下
Ｓは不純物として鋼中に存在し、ＭｎＳを形成する。このＭｎＳは腐食の起点となり、耐食性を低下させる。このため、Ｓ含有量は０．０５％以下とする。Ｓ含有量は少なければ少ないほど好ましい。Ｓ含有量は０．０４５％以下であるのが好ましく、０．０４％以下であるのがより好ましい。
Ｓは不純物として鋼中に存在し、ＭｎＳを形成する。このＭｎＳは腐食の起点となり、耐食性を低下させる。このため、Ｓ含有量は０．０５％以下とする。Ｓ含有量は少なければ少ないほど好ましい。Ｓ含有量は０．０４５％以下であるのが好ましく、０．０４％以下であるのがより好ましい。
Ａｌ：０．１％以下
Ａｌは脱酸剤として必要な元素であり、含有させることで脱酸効果が得られる。また、ＡｌはＮと結合し、ＡｌＮを形成することで、結晶粒を微細化させる。しかしながら、Ａｌを、０．１％を超えて含有させると靭性の低下を招く。このため、Ａｌ含有量は０．１％以下とする。なお、Ａｌ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を安定して得るために、Ａｌ含有量は０．００５％以上であるのが好ましい。
Ａｌは脱酸剤として必要な元素であり、含有させることで脱酸効果が得られる。また、ＡｌはＮと結合し、ＡｌＮを形成することで、結晶粒を微細化させる。しかしながら、Ａｌを、０．１％を超えて含有させると靭性の低下を招く。このため、Ａｌ含有量は０．１％以下とする。なお、Ａｌ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を安定して得るために、Ａｌ含有量は０．００５％以上であるのが好ましい。
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、Ａｌと結合しＡｌＮを形成することにより結晶粒を微細化させる効果がある。しかしながら、Ｎ含有量が０．０１％を超えると靭性が低下する。このため、Ｎ含有量は０．０１％以下とする。Ｎ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎ含有量は０．００１％以上であるのが好ましい。
Ｎは、Ａｌと結合しＡｌＮを形成することにより結晶粒を微細化させる効果がある。しかしながら、Ｎ含有量が０．０１％を超えると靭性が低下する。このため、Ｎ含有量は０．０１％以下とする。Ｎ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎ含有量は０．００１％以上であるのが好ましい。
Ｃｒ：０．１％を超えて７．０％以下
Ｃｒは、鋼材のコスト上昇を抑えつつ強度を高める作用を有する。また、Ｃｒは海水飛沫または降雨などによる濡れ環境において、鋼の溶出を著しく抑制する効果を有する。このため、Ｃｒ含有量は０．１％超とする。しかしながら、Ｃｒ含有量が７．０％を超えると靭性が著しく低下するとともに溶接性も低下する。このため、Ｃｒ含有量は７．０％以下とする。Ｃｒ含有量は０．２％以上であるのが好ましく、０．３％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｒ含有量は６．５％以下であるのが好ましく、６．０％以下であるのがより好ましい。
Ｃｒは、鋼材のコスト上昇を抑えつつ強度を高める作用を有する。また、Ｃｒは海水飛沫または降雨などによる濡れ環境において、鋼の溶出を著しく抑制する効果を有する。このため、Ｃｒ含有量は０．１％超とする。しかしながら、Ｃｒ含有量が７．０％を超えると靭性が著しく低下するとともに溶接性も低下する。このため、Ｃｒ含有量は７．０％以下とする。Ｃｒ含有量は０．２％以上であるのが好ましく、０．３％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｒ含有量は６．５％以下であるのが好ましく、６．０％以下であるのがより好ましい。
Ｓｎ：０〜０．５％
Ｓｂ：０〜０．５％
０．０１≦Ｓｎ＋Ｓｂ ・・・（ｉ）
ＳｎおよびＳｂは、薄膜水の形成により塩化物が濃化し腐食界面のｐＨが低下する環境で、イオンとして溶出し、インヒビター作用により鋼の溶解反応を著しく抑制する。このため、ＳｎおよびＳｂの合計含有量は０．０１％以上とする。
Ｓｂ：０〜０．５％
０．０１≦Ｓｎ＋Ｓｂ ・・・（ｉ）
ＳｎおよびＳｂは、薄膜水の形成により塩化物が濃化し腐食界面のｐＨが低下する環境で、イオンとして溶出し、インヒビター作用により鋼の溶解反応を著しく抑制する。このため、ＳｎおよびＳｂの合計含有量は０．０１％以上とする。
しかしながら、Ｓｎ含有量が０．５％を超えるか、Ｓｂ含有量が０．５％を超えると靭性が著しく低下する。このため、ＳｎおよびＳｂの含有量は、それぞれ０．５％以下とする。ＳｎおよびＳｂの含有量は、それぞれ０．０３％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。また、Ｓｎ含有量は０．４％以下であるのが好ましい。さらに、Ｓｂ含有量は０．４％以下であるのが好ましく、０．３％以下であるのがより好ましい。
本発明に係る係留チェーン用鋼は、上記成分に加え、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭから選択される１種以上の元素を含有させてもよい。
Ｃｕ：０〜１．０％
Ｃｕは、鋼の溶出を抑制し、耐食性を向上させる効果を有する。また、腐食により生成した腐食生成物の保護性が高いため、長期にわたり高い耐食性を保持する効果も有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｕ含有量が１．０％を超えると効果が飽和するばかりでなく靭性が低下する。このため、Ｃｕ含有量は１．０％以下とする。Ｃｕ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃｕ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｃｕは、鋼の溶出を抑制し、耐食性を向上させる効果を有する。また、腐食により生成した腐食生成物の保護性が高いため、長期にわたり高い耐食性を保持する効果も有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｕ含有量が１．０％を超えると効果が飽和するばかりでなく靭性が低下する。このため、Ｃｕ含有量は１．０％以下とする。Ｃｕ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃｕ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｎｉ：０〜５．０％
Ｎｉは薄膜水形成環境での鋼の溶出を著しく抑制し耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｉ含有量が５．０％を超えると効果が飽和するばかりでなく、鋼材のコストが上昇する。このため、Ｎｉ含有量は５．０％以下とする。Ｎｉ含有量は４．５％以下であるのが好ましく、４．０％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎｉ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましく、０．１％以上であるのがさらに好ましい。
Ｎｉは薄膜水形成環境での鋼の溶出を著しく抑制し耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｉ含有量が５．０％を超えると効果が飽和するばかりでなく、鋼材のコストが上昇する。このため、Ｎｉ含有量は５．０％以下とする。Ｎｉ含有量は４．５％以下であるのが好ましく、４．０％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎｉ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましく、０．１％以上であるのがさらに好ましい。
Ｍｏ：０〜１．０％
Ｍｏは、強度を高める作用を有する。また、Ｍｏは腐食環境において溶出したＭｏがモリブデン酸イオンを形成し、インヒビター作用により鋼の溶出を抑制する作用を有する。この結果、Ｍｏは耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。
Ｍｏは、強度を高める作用を有する。また、Ｍｏは腐食環境において溶出したＭｏがモリブデン酸イオンを形成し、インヒビター作用により鋼の溶出を抑制する作用を有する。この結果、Ｍｏは耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。
しかしながら、Ｍｏ含有量が１．０％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性が著しく低下する。このため、Ｍｏ含有量は１．０％以下とする。Ｍｏ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｍｏ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｗ：０〜１．０％
ＷもＭｏと同様の作用を有する。腐食環境において溶出したＷがタングステン酸イオンを形成することで、鋼の溶出を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗ含有量が１．０％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性が低下する。このため、Ｗ含有量は１．０％以下とする。Ｗ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｗ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
ＷもＭｏと同様の作用を有する。腐食環境において溶出したＷがタングステン酸イオンを形成することで、鋼の溶出を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗ含有量が１．０％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性が低下する。このため、Ｗ含有量は１．０％以下とする。Ｗ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｗ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｖ：０〜１．０％
Ｖは腐食環境において溶出したＶがバナジン酸イオンを形成することにより鋼の溶出を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。
Ｖは腐食環境において溶出したＶがバナジン酸イオンを形成することにより鋼の溶出を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。
しかしながら、Ｖ含有量が１．０％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性が低下する。このため、Ｖ含有量は１．０％以下とする。Ｖ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｖ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｃａ：０〜０．０１％
Ｃａは、イオンとして溶出し、ｐＨの低下が生じた腐食界面においてｐＨを上昇させる。この結果、腐食が抑制されるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃａ含有量が０．０１％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性が低下する。このため、Ｃａ含有量は０．０１％以下とする。Ｃａ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃａ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｃａは、イオンとして溶出し、ｐＨの低下が生じた腐食界面においてｐＨを上昇させる。この結果、腐食が抑制されるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃａ含有量が０．０１％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性が低下する。このため、Ｃａ含有量は０．０１％以下とする。Ｃａ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃａ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｍｇ：０〜０．０１％
Ｍｇは、Ｃａと同様、腐食界面のｐＨを上昇させることで腐食を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．０１％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性も低下する。このため、Ｍｇ含有量は０．０１％以下とする。Ｍｇ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｍｇは、Ｃａと同様、腐食界面のｐＨを上昇させることで腐食を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．０１％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性も低下する。このため、Ｍｇ含有量は０．０１％以下とする。Ｍｇ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
ＲＥＭ：０〜０．０１％
ＲＥＭは、ＣａおよびＭｇと同様、腐食界面のｐＨを上昇させることで腐食を抑制する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭ含有量が０．０１％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性も低下する。このため、ＲＥＭ含有量は０．０１％以下とする。ＲＥＭ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。
ＲＥＭは、ＣａおよびＭｇと同様、腐食界面のｐＨを上昇させることで腐食を抑制する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭ含有量が０．０１％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性も低下する。このため、ＲＥＭ含有量は０．０１％以下とする。ＲＥＭ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。
一方、上記効果を得るためには、ＲＥＭ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
ここで、本発明において、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素を指し、前記ＲＥＭ含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加される。
また、本発明に係る係留チェーン用鋼には、上記成分のほかに、さらにＮｂ、Ｔｉ、Ｂから選択される１種以上の元素を含有させてもよい。
Ｎｂ：０〜０．１％
Ｎｂは、強度を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．１％を超えると靭性が低下する。このため、Ｎｂ含有量は０．１％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００３％以上であるのがより好ましく、０．００５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｎｂは、強度を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．１％を超えると靭性が低下する。このため、Ｎｂ含有量は０．１％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００３％以上であるのがより好ましく、０．００５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｔｉ：０〜０．１％
Ｔｉは、Ｎと結合してＴｉＮを形成することにより溶接熱影響部の靭性を向上させる。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．１％を超えると効果が飽和する。このため、Ｔｉ含有量は０．１％以下とする。Ｔｉ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｔｉ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００５％以上であるのがより好ましく、０．０１％以上であるのがさらに好ましい。
Ｔｉは、Ｎと結合してＴｉＮを形成することにより溶接熱影響部の靭性を向上させる。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．１％を超えると効果が飽和する。このため、Ｔｉ含有量は０．１％以下とする。Ｔｉ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｔｉ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００５％以上であるのがより好ましく、０．０１％以上であるのがさらに好ましい。
Ｂ：０〜０．０１％
Ｂは、強度を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂ含有量が０．０１％を超えると靭性が低下する。このため、Ｂ含有量は０．０１％以下とする。Ｂ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｂ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｂは、強度を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂ含有量が０．０１％を超えると靭性が低下する。このため、Ｂ含有量は０．０１％以下とする。Ｂ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｂ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
本発明の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって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。
上述のように、本発明では、デッキ上での使用に対する耐食性を担保するため、Ｃｒ含有量を適切に制御する必要がある。また、チェーンロッカー内での使用に対する耐食性を担保するため、ＳｎおよびＳｂの含有量を適切に制御する必要がある。このため、本発明の成分系は、これら元素の相互作用も鑑み、下記式（ii）を満足する必要がある。
１−１．３１Ｃｒ−３．５４Ｓｎ−３．０３Ｓｂ≦０．８０・・・（ii）
上記の式（ii）は本発明の鋼の耐食性能を表すものであり、式（ii）満足する場合、係留チェーン用鋼として十分な耐食性を確保できる。一方、式（ii）を満足しない場合は耐食性が十分でなく、係留チェーンとして長期の使用が困難である。なお、式（ii）の左辺値は０．５以下であるのが好ましく、０以下であるのがより好ましい。
上記の式（ii）は本発明の鋼の耐食性能を表すものであり、式（ii）満足する場合、係留チェーン用鋼として十分な耐食性を確保できる。一方、式（ii）を満足しない場合は耐食性が十分でなく、係留チェーンとして長期の使用が困難である。なお、式（ii）の左辺値は０．５以下であるのが好ましく、０以下であるのがより好ましい。
但し、上記式（ii）中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
なお、本発明では、鋼を係留チェーンの形状に成形した後、表面に防食被覆（皮膜）を施してもよい。すなわち、係留チェーンの表面に防食被覆層が形成することになる。防食被覆層としては、その種類は限定されず、一般的なものを用いればよい。具体的には、Ｚｎめっき、Ａｌめっき、Ｚｎ−Ａｌめっき等に例示される防食めっき皮膜、Ｚｎ溶射、Ａｌ溶射等に例示される金属溶射皮膜、ビニルブチラール系、エポキシ系、ウレタン系、フタル酸系、ふっ素系、油性塗料、瀝青質系等に例示される一般の防食塗装皮膜等が挙げられる。
２．製造方法
上記の化学組成を有する鋼塊を連続鋳造法により製造する。鋼塊は、造塊法によりインゴットにしてもよい（ＪＩＳ Ｇ ０２０３（２００９）参照。）。続いて、得られた鋼塊を８００〜１２５０℃の範囲で均熱、熱間圧延（熱間棒鋼圧延）を施し、棒鋼とする。本発明では棒鋼の径は特に限定されないが、例えば、５０〜１２０ｍｍの範囲とする。また、熱間圧延のうちの仕上げ圧延は、８００℃以上で行なう。続いて、得られた棒鋼を室温まで、空冷または放冷により冷却する。
上記の化学組成を有する鋼塊を連続鋳造法により製造する。鋼塊は、造塊法によりインゴットにしてもよい（ＪＩＳ Ｇ ０２０３（２００９）参照。）。続いて、得られた鋼塊を８００〜１２５０℃の範囲で均熱、熱間圧延（熱間棒鋼圧延）を施し、棒鋼とする。本発明では棒鋼の径は特に限定されないが、例えば、５０〜１２０ｍｍの範囲とする。また、熱間圧延のうちの仕上げ圧延は、８００℃以上で行なう。続いて、得られた棒鋼を室温まで、空冷または放冷により冷却する。
なお、本発明では、上記の冷却後、熱処理を行なってもよい。さらに、熱処理後、ショットブラスト等の表面処理を施してもよい。そして、上記のようにして製造した棒鋼を素材として、６００〜１１００℃で加熱後に曲げ加工し、フラッシュバット溶接にて接合し接合部のバリ取りを行い、リンクを製造する。この工程を繰り返し、所定の長さのチェーンとする。なお、必要に応じスタッドを溶接により取り付けることができる。その後、焼入れ、焼戻しを行う。焼入れ処理の温度は８００〜１１００℃、時間は１０分以上とし、その後水冷により冷却する。焼戻し処理の温度は４５０〜７５０℃、時間は１０分以上とし、その後水冷により冷却する。これらの工程によって所望の形状を有する係留用チェーンを製造する。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１に示す化学組成を有する鋼を溶製後、連続鋳造して得た鋼塊を分塊圧延して鋼片とした。次いで、その鋼片を熱間圧延（熱間棒鋼圧延）に供した。熱間圧延においては、鋼片の均熱温度を１２５０℃とし、素材を直径２５ｍｍまで１０５０℃以上で圧延し、室温まで空冷した。
続いて、得られた棒鋼に熱処理を実施した。熱処理では、９００℃、１５分の焼入れ処理、および水冷を行ない、その後６３８℃、２０分の焼戻し処理、および水冷を行なった。前述の熱処理後、直径２０ｍｍ×１００ｍｍの試験片を採取し、試験片の表面にショットブラストを施した。
その後、試験片を下記に記載の腐食試験に供した。腐食試験においては、チェーンロッカー内における腐食環境を模擬した腐食試験１と、デッキ上における腐食環境を模擬した腐食試験２とを実施した。なお、腐食試験１は、特願２０１７−２４０４１３に記載された方法に準拠した試験とし、腐食試験２では、後述する乾燥湿潤工程における湿度を、腐食試験１と異なるものとした。
具体的には、腐食試験では、海水浸漬工程と乾燥湿潤工程とからなる処理を１サイクルとして、８サイクル（約８週間）実施した。海水浸漬工程では、試験片を１週間（７日）に１度、３５℃の人工海水に１５分浸漬させた。試験に用いた人工海水の組成は、ＮａＣｌ：２．４５％、ＭｇＣｌ２：１．１１％、Ｎａ２ＳＯ４：０．４１％、ＣａＣｌ２：０．１５％、ＫＣｌ：０．０７％、ＮａＨＣＯ３：０．０２％、ＫＢｒ：０．０１％であった。なお、上記の人工海水の組成の％は、質量％を示している。
続いて、乾燥湿潤工程では、湿度の低い状態である乾燥工程と湿度の高い状態である湿潤工程との二つの工程を実施した。腐食試験１では、チェーンロッカー内の環境を模擬するため、乾燥湿潤工程を以下のような条件で実施した。具体的には、乾燥工程では温度が６０℃、相対湿度が６５％ＲＨの環境で４時間保持し、湿潤工程では、温度が６０℃、相対湿度が９０％ＲＨの環境で４時間保持した。
一方、腐食試験２では、デッキ上での環境を模擬するため、乾燥湿潤工程を以下のような条件で実施した。具体的には、乾燥工程では温度が６０℃、相対湿度が２５％ＲＨの環境で４時間保持し、湿潤工程では温度が６０℃、相対湿度が１００％ＲＨの環境で４時間保持した。
腐食試験１および２の両方で、海水浸漬工程の後、次の海水浸漬工程に至るまでの間、乾燥工程と湿潤工程とを行なう処理を繰り返した。この場合、乾燥工程と湿潤工程とを行なう工程を１回とすると、１日の間で上記処理が３回行なわれることとなる。
上記の腐食試験の後、ノギスで試験片の径の減少量を測定した。試験片の測定は、上端および下端から３０ｍｍの位置と、中央部すなわち上端から５０ｍｍの位置で測定を行なった。加えて、上述の位置それぞれにおいて、その位置から直交する位置の径の大きさについても同様に測定を行なった。つまり、一つの試料において６箇所の位置で径の大きさを測定し、その平均値から腐食試験後に径の大きさを算出した。続いて、元の径の大きさと腐食試験後の径の大きさとの差を径の減少量（ｍｍ）とした。なお、本発明においては、腐食試験１および２において、径の減少量が０．９ｍｍ以下である場合に、係留チェーンとして十分な耐食性を有すると判断した。
上記の試験結果を表１に示す。
表１に示すように、試験Ｎｏ．１〜２０は、本発明で規定する組成および式（ｉ）を満足し、かつ式（ii）を満足するため、耐食性が良好であった。一方、試験Ｎｏ．２１〜２３は、組成または式（ii）を満足しないため、耐食性が劣る結果となった。
Claims (5)
- 化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０６〜０．４５％、
Ｓｉ：０．６％以下、
Ｍｎ：０．３〜２．５％、
Ｐ：０．１％以下、
Ｓ：０．０５％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
Ｃｒ：０．１％を超えて７．０％以下、
Ｓｎ：０〜０．５％、
Ｓｂ：０〜０．５％、
Ｃｕ：０〜１．０％、
Ｎｉ：０〜５．０％、
Ｍｏ：０〜１．０％、
Ｗ：０〜１．０％、
Ｖ：０〜１．０％、
Ｃａ：０〜０．０１％、
Ｍｇ：０〜０．０１％、
ＲＥＭ：０〜０．０１％、
Ｎｂ：０〜０．１％、
Ｔｉ：０〜０．１％、
Ｂ：０〜０．０１％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記式（ｉ）および（ii）を満足する、係留チェーン用鋼。
０．０１≦Ｓｎ＋Ｓｂ ・・・（ｉ）
１−１．３１Ｃｒ−３．５４Ｓｎ−３．０３Ｓｂ≦０．８０ ・・・（ii）
但し、上記式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。 - 前記化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
Ｎｉ：０．０１〜５．０％、
Ｍｏ：０．０１〜１．０％、
Ｗ：０．０１〜１．０％、
Ｖ：０．０１〜１．０％、
Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、および
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０１％、
から選択される１種以上を含有する、
請求項１に記載の係留チェーン用鋼。 - 前記化学組成が、質量％で、
Ｎｂ：０．００１〜０．１％、
Ｔｉ：０．００１〜０．１％、および
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
から選択される１種以上を含有する、
請求項１または２に記載の係留チェーン用鋼。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の鋼を用いた係留チェーン。
- 表面に防食被覆層を備えた請求項４に記載の係留チェーン。
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