JP2020070464A - 石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
これらの特許文献に記載の技術は、SnやSb、Cuなどの酸による腐食を抑制する合金元素(耐酸元素)を添加し、低pH環境での耐食性の向上を狙った耐食鋼である。
即ち、本発明者らの研究により、硫酸イオンが影響する腐食形態ではなく、塩化物イオンが影響する腐食形態を考慮して船倉用耐食鋼の成分設計を行う必要があることがわかった。
一方、空荷状態では、船倉内に残留した海塩に含まれる塩化物が吸湿することなどによって、鋼材の表面に塩化物イオンが濃化した薄い水膜が形成され、腐食の進行に伴ってpHが低下し、鋼材の表面が低pH高濃度塩化物環境になっていると推定される。
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。
[3]本発明において、さらに、質量%で、Sb:0.50%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.30%未満、Mo:1.0%以下、W:1.0%以下の1種又は2種以上を含有する上記[1]又は[2]に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼であっても良い。
[5]本発明において、さらに、質量%で、Nb:0.10%以下、V:0.10%以下、B:0.010%以下の1種又は2種以上を含有する、上記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼であっても良い。
まず、本実施形態の船倉用耐食鋼の化学組成について述べる。なお、化学組成における各元素の含有量を示す「%」は、質量%を意味する。また、化学組成における数値範囲において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に指定しない限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。よって、例えば、0.01〜0.20%は0.01%以上0.20%以下の範囲を意味する。
C(炭素)は、鋼の強度を増加させる元素であり、効果を十分に得るために、Cの含有量を0.01%以上とする。好ましくはC含有量を0.03%以上とする。一方、C含有量が過剰になると、セメンタイトの生成によって耐食性が低下するため、Cの含有量を0.20%以下とする。好ましくは、C含有量を0.15%以下とする。
Si(ケイ素)は、脱酸剤として有用でかつ鋼の強度を増加させる元素である。脱酸はSi以外の元素でも可能であり、Siの含有量は0%でもよいが、効果を得るためにSi含有量を0.01%以上とすることが好ましい。より好ましくはSi含有量を0.02%以上、さらに好ましくは0.05%以上とする。しかし、2.0%を超えてSiを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ため、Siの含有量を2.0%以下に制限する。好ましくは、Si含有量を1.0%以下、より好ましくは0.5%以下、さらに好ましくは0.3%以下とする。
Mn(マンガン)は、鋼の強度と靱性を向上させる元素であり、Mnの含有量を0.1%以上とする。好ましくはMn含有量を0.2%以上、より好ましくは0.5%以上とする。一方、Mnは、腐食の起点となるMnSを形成する元素であり、鋼材の耐食性の劣化を避けるため、Mnの含有量を2.0%以下とする。好ましくはMn含有量を1.5%以下、より好ましくは1.2%以下とする。
P(リン)は、不純物であるが、塩化物環境での鋼の耐食性を向上させる元素でもある。鋼材の機械特性や溶接性を確保するため、Pの含有量を0.10%以下とする。好ましくは0.025%以下である。Pの含有量は0%でもよいが、製造コストの観点から、0.0001%以上のPを含有させてもよい。また、塩化物環境での鋼の耐食性を向上させるために、Pの含有量を0.001%以上としてもよい。
S(硫黄)は、不純物であり、腐食を促進するMnSを形成するため、Sの含有量を0.03%以下に制限する。S含有量は0.005%以下が好ましく、より好ましくは0.003%以下とする。Sの含有量は0%でもよいが、製造コストの観点から、0.0001%以上のSを含有させてもよい。
Al(アルミニウム)は、中性塩化物環境で鋼のアノード溶解速度を低減する重要な元素であり、積荷状態のカーゴホールド内の耐食性を向上させるために、Alの含有量を0.10%超とする。好ましくはAl含有量を0.20%以上、より好ましくは0.30%以上とする。一方、Alを過剰に含有させると溶接性を損なうので、Alの含有量を3.0%以下とする。好ましくはAl含有量を2.5%以下、より好ましくは2.0%以下とする。
Sn(錫)は、低pH高濃度塩化物環境で鋼のアノード溶解速度を低減し、また、カソード反応を抑制する重要な元素あり、空荷状態のカーゴホールド内の耐食性を向上させるために、Snの含有量を0.05%以上とする。好ましくはSn含有量を0.07%以上、より好ましくは0.10%以上とする。一方、Snを過剰に含有させると、製造性を損なうため、Snの含有量を0.50%以下とする。好ましくはSn含有量を0.35%以下とする。
N(窒素)は、不純物であり、鋼材の靭性を低下させる粗大な窒化物の形成を防止するため、N量を0.008%以下とする。好ましくはN含有量を0.006%以下とする。N含有量の下限は0%であってもよいが、製造コストの観点から、0.001%以上であってもよい。
O(酸素)は、不純物であり、鋼材の靭性を低下させる粗大な酸化物の形成を防止するため、O含有量を0.010%以下とする。好ましくはO含有量を0.006%以下、より好ましくは0.004%以下とする。O含有量の下限は0%であってもよいが、製造コストの観点から、0.0001%以上であってもよい。
Cr(クロム)は、中性塩化物環境で鋼のアノード溶解速度を低減する元素であり、積荷状態のカーゴホールド内の耐食性を向上させるために、Crの含有量を0.05%以上とすることが好ましい。より好ましくはCr量を0.1%以上、さらに好ましくは0.2%以上とする。一方、Crを過剰に含有させると溶接性を損なうので、Crの含有量を0.8%以下とする。好ましくはCr量を0.6%以下、さらに好ましくは0.5%以下とする。
Sb(アンチモン)は、Snと同様、空荷状態での耐食性を向上させる元素であり、Sbの含有量を0.01%以上とすることが好ましい。より好ましくはSb含有量を0.05%以上とする。一方、Sbを過剰に含有させると、製造性を損なうため、Sbの含有量を0.50%以下とする。好ましくはSb含有量を0.35%以下とする。
Cu(銅)は、Sn、Sbと同様、空荷状態での耐食性を向上させる元素であり、Cuの含有量を0.01%以上とすることが好ましい。より好ましくはCu含有量を0.05%以上とする。CuとSnとを共存させると、カーゴホールド内での耐食性が著しく向上するので、共存させるのが好ましい。一方、Cuを過剰に含有させると、製造性を損なうため、Cuの含有量を0.50%以下とする。好ましくはCu含有量を0.35%以下とする。
Niは、積荷状態および空荷状態のカーゴホールド内の耐食性を向上させる元素であり、Niの含有量を0.01%以上とすることが好ましい。より好ましくはNi含有量を0.05%以上とする。Niは、Cuを含有させた鋼を熱間圧延した際に生じる表面疵の抑制にも有効である。Niの含有量の上限は、コストの観点から0.30%未満とする。好ましくはNi含有量を0.20%以下とする。
Mo(モリブデン)は、酸素酸イオンMoO4 2− を形成し、酸性溶液中にてインヒビターとして作用し、鋼のアノード溶解を抑制する元素である。空荷状態での耐食性を向上させるために、Moの含有量0.05%以上にすることが好ましい。より好ましくはMo含有量を0.1%以上とする。一方、Mo含有量は、1.0%を超えても効果が飽和するため、1.0%以下とする。好ましくは、Mo含有量を0.5%以下とする。
W(タングステン)は、Moと同様、酸素酸イオンWO4 − を形成し、酸性溶液中にてインヒビターとして作用し、鋼のアノード溶解を抑制する元素である。空荷状態での耐食性を向上させるために、Wの含有量0.05%以上にすることが好ましい。より好ましくはW含有量を0.1%以上とする。一方、W含有量は、1.0%を超えても効果が飽和するため、1.0%以下とする。好ましくは、W含有量を0.5%以下とする。
Ti(チタン)は、硫化物や炭硫化物を形成する元素であり、腐食の起点となり耐食性を劣化させるMnSの生成を抑制するために、Tiの含有量を0.005%以上とすることが好ましい。より好ましくはTi含有量を0.01%以上とする。一方、Tiを過剰に含有させると靭性が劣化することがあるため、Ti含有量は0.10%以下とする。好ましくはTi量を0.05%以下とする。
Zr(ジルコニウム)は、硫化物を形成する元素であり、腐食の起点となり耐食性を劣化させるMnSの生成を抑制するために、Zrの含有量を0.005%以上とすることが好ましい。より好ましくはZr含有量を0.01%以上とする。一方、Zrを過剰に含有させると靭性が劣化することがあるため、Zr含有量は0.20%以下とする。好ましくはZr含有量を0.10%以下、より好ましくは0.05%以下とする。
(Mg:0.050%以下)
(REM:0.050%以下)
Ca、Mg、REMは、酸化物や硫化物の形態制御に用いられる元素であり、本実施形態の船倉用耐食鋼において1種又は2種以上を含有させてもよい。腐食の起点となり耐食性を劣化させるMnSの生成を抑制するために、Ca、Mg、REMのいずれかの元素の含有量を0.001%以上とすることが好ましい。また、これらの硫化物は腐食反応時に水に溶けてアルカリとなり、鋼材界面のpH低下を抑制する作用があるため、より好ましくはいずれかの元素の含有量を0.003%以上、さらに好ましくは0.005%以上とする。
一方、Ca、Mg、REMは過剰に含有させても効果が飽和するため、Ca、Mg、REMの含有量は0.050%以下とする。好ましくは0.030%以下、より好ましくは0.010%以下とする。
なお、REMは希土類金属元素、すなわち、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuの総称である。REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。
(V:0.10%以下)
Nb、Vは、炭化物や窒化物を形成し、鋼の強度を高める元素であり、いずれかの元素を0.005%以上含有させてもよい。好ましくは、Nb、Vのいずれかの元素の含有量を0.01%以上とする。一方、Nb、Vを過剰に含有させると、鋼材の靭性が低下するため、Nb、Vの含有量はそれぞれ0.10%以下とする。好ましくは、0.050%以下とする。
Bは、鋼の焼入れ性を高めて、強度を向上させる元素であり、0.0003%以上を含有させてもよい。好ましくはB含有量を0.0005%以上、より好ましくは0.0010%以上とする。一方、Bを過剰に含有させると、鋼材の機械特性が損なわれる場合があるため、B含有量は0.010%以下とする。好ましくはB含有量を0.005%以下、さらに好ましくは0.003%以下とする。
鋼片に熱間押出や穿孔圧延を施して製造されるシームレス鋼管も本実施形態の船倉用耐食鋼に含まれる。
後記する表1、表2に示す化学組成の鋼片から、長さ100mm、幅60mm、厚み5mmの試験片を作製した。試験片の表面には、Sa2.5(ISO 8501−1)以上になるようにブラスト処理を施した。これらの試験片を用いてカーゴホールド内の環境を模擬した腐食試験を行った。
後記する表1、表2に示す鋼No.101はAlの含有量が少なく、Snを含有しない従来鋼である。鋼No.101の腐食速度は、実際のカーゴホールド内に曝露した鋼材の腐食速度と同等であり、上記の腐食試験によってカーゴホールド内の環境を模擬できていることがわかった。各鋼の耐食性は、表1、表2の鋼No.101との腐食速度比(%)で評価した。
一方、Alを含み、Snを含まない鋼No.102や、AlとSnを複合添加していてもAl量が不足している鋼No.103、Al含有量、Sn含有量の両方が不足している鋼No.104は、耐食性の改善効果が不十分である。Alを十分に含有しても、Sn含有量が不足している鋼No.105は、中性塩化物環境中での腐食抑制効果が小さくなり、十分な耐食性向上効果は認められなかった。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.01〜0.20%、
Mn:0.1〜2.0%、
Al:0.10%超3.0%以下、
Sn:0.05〜0.50%
を含有し、
Si:2.0%以下、
P:0.10%以下、
S:0.03%以下、
N:0.008%以下、
O:0.010%以下
に制限し、残部がFeおよび不純物からなる石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼。 - さらに、質量%で、
Cr:0.8%以下
を含有する、請求項1に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼。 - さらに、質量%で、
Sb:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.30%未満、
Mo:1.0%以下、
W:1.0%以下
の1種又は2種以上を含有する、請求項1又は請求項2に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼。 - さらに、質量%で、
Ti:0.10%以下、
Zr:0.20%以下、
Ca:0.050%以下、
Mg:0.050%以下、
REM:0.050%以下
の1種又は2種以上を含有する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼。 - さらに、質量%で、
Nb:0.10%以下、
V:0.10%以下、
B:0.010%以下
の1種又は2種以上を含有する、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉用耐食鋼。
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