JP2021161458A - 耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材および構造物 - Google Patents
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Abstract
【課題】大気腐食環境下、特には飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で使用する場合にも塗装頻度を低減することが可能な優れた耐食性を有し、かつ優れた耐火性を有する構造用鋼材および構造物を提供することを目的とする。【解決手段】特定の成分組成と、式（１）で定義されるＦ値が１．００以上であり、さらに、式（２）で定義されるＲ値が０．７５以上である耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。Ｆ＝０．２×Ｃｕ＋０．０５×Ｎｉ＋０．６５×Ｗ＋０．５×Ｓｎ＋０．５×Ｓｂ＋１．９×Ｍｏ （１）Ｒ＝３．５×Ｃｕ＋４．５×Ｎｉ＋８×Ｗ＋４×（Ｓｎ＋Ｓｂ） （２）【選択図】なし
Description
本発明は、表面に塗膜を備える鋼材に関し、主に橋梁などの陸上かつ屋外の大気腐食環境下で用いられ、特に飛来塩分量の多い海上、海岸などの厳しい腐食環境下で使用される構造用鋼材および構造物に関する。
橋梁などの屋外で用いられる鋼構造物は、通常、何らかの防食処理を施して用いられる。例えば、飛来塩分量が少ない環境では、耐候性鋼が多く用いられている。
ここで、耐候性鋼は、大気暴露環境で使用する場合に、Ｃｕ、Ｐ、Ｃｒ、Ｎｉなどの合金元素が濃化した保護性の高いさび層で表面が覆われ、これによって、腐食速度を大きく低下させた鋼材である。このような耐候性鋼を使用した橋梁は、飛来塩分量が少ない環境では、無塗装のまま数十年間の供用に耐え得ることが知られている。
一方、海上や海岸近傍などの飛来塩分量の多い環境では、耐候性鋼において保護性の高いさび層が形成され難く、耐候性鋼を無塗装のまま使用することは困難である。このため、海上や海岸近傍などの飛来塩分量の多い環境では、普通、鋼材に塗装などの防食処理を施した鋼材が用いられている。
しかしながら、このような塗装鋼材では、時間の経過による塗膜の劣化やさびの発生、塗膜の膨れ等により、定期的な塗り替えなどの補修が必要となる。塗り替えに伴う塗装作業は、高所での作業となることが多く、作業自体が困難であるとともに、作業にかかる人件費も必要となる。このため、塗装鋼材を使用する場合には、構造物のメンテナンスコストが増大し、ひいてはライフサイクルコストが増大するという問題がある。
以上のことから、塗り替え塗装の周期の延長、すなわち、塗装頻度の低減を可能とし、構造物のメンテナンスコストを抑制できる耐食性に優れた鋼材、特に塗装耐食性に優れた構造用鋼材の開発が望まれている。
耐食性に優れた鋼材に関する技術として、例えば、特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：２．５％以下、Ｍｎ：０．５％超〜２．５％以下、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５％、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、Ａｌ：０．００３〜２．５％、およびＮ：０．００１〜０．１％、さらにＳｎおよび／またはＳｂ：０．０３〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｎｉ／Ｃｕ質量比が０．５以下である組成を有することを特徴とする、海浜耐候性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献２には、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：０．０５％未満、Ｎｉ：０．０５％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、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である組成を有するスラブの表面温度を１０５０〜１２００℃に加熱した後、９００℃以上の温度域で全圧下量のうち７０％以上の圧延を行い、かつ、８００℃以上の温度域で圧延を終了したのち、冷却することを特徴とする耐食性およびＺ方向の靭性に優れた鋼材の製造方法が開示されている。
特許文献３には、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ： ０．０１％以下、Ｓｎ：０．０１〜０．５％、Ｃｒ：１．０％を超え１３．０％以下、Ａｌ：０．１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなり、かつ、Ｓｎ中の固溶Ｓｎの割合が９５．０％以上であることを特徴とする、耐食性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献４には、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｓｎ：０．０１〜０．５％、Ａｌ：０．１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなり、かつ、Ｓｎ中の固溶Ｓｎの割合が９５．０％以上であることを特徴とする、耐食性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献５には、質量％で、Ｃ：０．０２０％以上０．２００％以下、Ｓｉ：０．０５％以上１．００％以下、Ｍｎ：０．２０％以上２．００％以下、Ｐ：０．００３％以上０．０３０％以下、Ｓ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｎｉ：０．０１％以上０．５０％以下およびＷ：０．００５％以上１．０００％以下を含有するとともに、Ｓｎ：０．００５％以上０．２００％以下およびＳｂ：０．００５％以上０．２００％以下のうちから選ばれる１種または２種を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる成分組成とする鋼材が開示されている。
一方、近年、橋梁などの鋼構造物では、火災により被害を受ける事例が報告されている。火災時には、構造物の利用者が非難するまでの間、構造物として崩落せず耐えることが必要である。そのため、受熱により鋼部材の強度特性が大きく低下しない鋼材が必要である。
このような耐火性能を有する鋼材に関し、例えば、非特許文献１では、６００℃の高温強度に関して、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖを用いた推定式が提案されており、これらの合金元素を添加することで、高温強度が上昇することが開示されている。
構造材料の耐火性ガイドブック２０１７、日本建築学会
しかしながら、特許文献１〜５に開示されるような、耐食性を改善する目的で添加した種々の元素が耐火性に及ぼす影響については明らかになっていない。このため、特許文献１〜５に開示した鋼材を上記のように火災による被害を受ける可能性がある構造物に適用する場合には、受熱による強度低下が懸念される。また、Ｃｒ等の耐食性を向上させる成分を多量に含有させると、耐食性以外の性能が劣化する場合があり、例えば、特許文献１〜３の技術において、Ｃｒの含有量を増加させると、合金コストの増大とともに、鋼材の靱性の劣化を招く。
また、非特許文献１に開示されるような高温強度を高めるために添加した合金元素が耐食性に及ぼす影響については明らかになっていない。このため、非特許文献１に開示されるような技術を用いた鋼材を、腐食を防止する目的で塗装して供する構造物に適用する場合には、塗装頻度が増大によるライフサイクルコストの上昇が懸念される。
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであって、大気腐食環境下、特には飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で使用する場合にも塗装頻度を低減することが可能な優れた耐食性を有し、かつ優れた耐火性を有する構造用鋼材および構造物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意研究を重ね、以下の知見を得た。
（１）耐食性、特に塗装耐食性の向上には、Ｗ、Ｃｕ、ＮｉとともにＭｏ、ＳｎおよびＳｂのうちから選んだ１種または２種を複合添加することが有効である。このように、これらの元素を複合添加することで優れた耐食性が得られる理由は不明であるが、以下のように推定される。
Ｗはアノード反応に伴って溶出し、さび層中にＷＯ４ ２−として分布することによって、腐食促進因子の塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを静電的に防止する。さらに、鋼材表面にＷを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。さらに、錆粒子の微細化により塩化物イオンなどの腐食促進因子の透過を抑制し、アノード反応、カソード反応を防止する。Ｃｕ、Ｎｉはさび層を緻密化させ、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。Ｓｎ、Ｓｂは地鉄表面近傍においてさび層中に存在し、さび粒子を微細化することによって、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、鋼材表面においてアノード反応を抑制する。ただし、これらの効果は単独含有では不十分であり、これらの元素を複合含有することによる相乗効果により、腐食抑制効果が大きく向上する。
（２）さらに、耐火性の観点からは、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉとともに、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏのうちから選んだ１種以上を複合添加することが有効である。
（３）（１）および（２）の知見に基づき、これらの元素の耐食性、耐火性に及ぼす影響についてさらに鋭意検討を行い、耐火性を示すＦ値および耐食性を示すＲ値を見出した。そして、Ｒ値が０．７５以上になるように、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、の含有量を調整し、かつＦ値が１．００以上となるように、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏの鋼中における成分含有量を調整することにより、耐火性および耐食性にすぐれた鋼材を得ることができる。
（１）耐食性、特に塗装耐食性の向上には、Ｗ、Ｃｕ、ＮｉとともにＭｏ、ＳｎおよびＳｂのうちから選んだ１種または２種を複合添加することが有効である。このように、これらの元素を複合添加することで優れた耐食性が得られる理由は不明であるが、以下のように推定される。
Ｗはアノード反応に伴って溶出し、さび層中にＷＯ４ ２−として分布することによって、腐食促進因子の塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを静電的に防止する。さらに、鋼材表面にＷを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。さらに、錆粒子の微細化により塩化物イオンなどの腐食促進因子の透過を抑制し、アノード反応、カソード反応を防止する。Ｃｕ、Ｎｉはさび層を緻密化させ、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。Ｓｎ、Ｓｂは地鉄表面近傍においてさび層中に存在し、さび粒子を微細化することによって、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、鋼材表面においてアノード反応を抑制する。ただし、これらの効果は単独含有では不十分であり、これらの元素を複合含有することによる相乗効果により、腐食抑制効果が大きく向上する。
（２）さらに、耐火性の観点からは、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉとともに、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏのうちから選んだ１種以上を複合添加することが有効である。
（３）（１）および（２）の知見に基づき、これらの元素の耐食性、耐火性に及ぼす影響についてさらに鋭意検討を行い、耐火性を示すＦ値および耐食性を示すＲ値を見出した。そして、Ｒ値が０．７５以上になるように、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、の含有量を調整し、かつＦ値が１．００以上となるように、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏの鋼中における成分含有量を調整することにより、耐火性および耐食性にすぐれた鋼材を得ることができる。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を重ねて完成させたものである。すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．０３０％超え、０．２００％以下、
Ｓｉ：０．０５％以上、１．００％以下
Ｍｎ：０．２０％以上、２．００％以下、
Ｐ：０．００３％以上、０．０３０％以下、
Ｓ：０．０００１％以上、０．０１００％以下、
Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下、
Ｗ：０．０３％以上、２．００％以下、
Ｃｕ：０．０３％以上、０．５０％以下、
Ｎｉ：０．０３％以上、０．５０％以下を含有し、
Ｓｎ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｓｂ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｍｏ：０．０１％以上、１．００％以下から選ばれる１種以上を含有し、
さらに、式（１）で定義されるＦ値が１．００以上であり、
さらに、式（２）で定義されるＲ値が０．７５以上であり、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
Ｆ＝０．２×Ｃｕ＋０．０５×Ｎｉ＋０．６５×Ｗ＋０．５×Ｓｎ＋０．５×Ｓｂ＋１．９×Ｍｏ （１）
Ｒ＝３．５×Ｃｕ＋４．５×Ｎｉ＋８×Ｗ＋４×（Ｓｎ＋Ｓｂ） （２）
ここで、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏは各元素の含有量（質量％）である。
［２］さらに、質量％で、
Ｃｏ：０．０１０％以上、１．０００％以下を含有することを特徴とする［１］に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［３］さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．００１％以上、０．０５０％以下、
Ｖ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｎｂ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｚｒ：０．００５％以上、０．２００％以下から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする［１］または［２］に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［４］さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００１％以上、０．００５０％以下を含有することを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［５］さらに、質量％で、
Ｃａ：０．０００１％以上、０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０００１％以上、０．０１００％以下から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［６］前記構造用鋼材の表面に、塗膜を有することを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［７］前記塗膜が防食下地として無機ジンクリッチペイントを有し、下塗りとしてエポキシ樹脂塗料を有し、中塗りとしてふっ素樹脂上塗り用中塗り塗料を有し、上塗りとしてふっ素樹脂塗料上塗りを有することを特徴とする［６］に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［８］［１］〜［７］のいずれかに記載の構造用鋼材を用いた耐火性および塗装耐食性に優れた構造物。
［９］前記構造物が橋梁であることを特徴とする［８］に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造物。
［１］質量％で、
Ｃ：０．０３０％超え、０．２００％以下、
Ｓｉ：０．０５％以上、１．００％以下
Ｍｎ：０．２０％以上、２．００％以下、
Ｐ：０．００３％以上、０．０３０％以下、
Ｓ：０．０００１％以上、０．０１００％以下、
Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下、
Ｗ：０．０３％以上、２．００％以下、
Ｃｕ：０．０３％以上、０．５０％以下、
Ｎｉ：０．０３％以上、０．５０％以下を含有し、
Ｓｎ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｓｂ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｍｏ：０．０１％以上、１．００％以下から選ばれる１種以上を含有し、
さらに、式（１）で定義されるＦ値が１．００以上であり、
さらに、式（２）で定義されるＲ値が０．７５以上であり、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
Ｆ＝０．２×Ｃｕ＋０．０５×Ｎｉ＋０．６５×Ｗ＋０．５×Ｓｎ＋０．５×Ｓｂ＋１．９×Ｍｏ （１）
Ｒ＝３．５×Ｃｕ＋４．５×Ｎｉ＋８×Ｗ＋４×（Ｓｎ＋Ｓｂ） （２）
ここで、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏは各元素の含有量（質量％）である。
［２］さらに、質量％で、
Ｃｏ：０．０１０％以上、１．０００％以下を含有することを特徴とする［１］に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［３］さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．００１％以上、０．０５０％以下、
Ｖ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｎｂ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｚｒ：０．００５％以上、０．２００％以下から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする［１］または［２］に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［４］さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００１％以上、０．００５０％以下を含有することを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［５］さらに、質量％で、
Ｃａ：０．０００１％以上、０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０００１％以上、０．０１００％以下から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［６］前記構造用鋼材の表面に、塗膜を有することを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［７］前記塗膜が防食下地として無機ジンクリッチペイントを有し、下塗りとしてエポキシ樹脂塗料を有し、中塗りとしてふっ素樹脂上塗り用中塗り塗料を有し、上塗りとしてふっ素樹脂塗料上塗りを有することを特徴とする［６］に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
［８］［１］〜［７］のいずれかに記載の構造用鋼材を用いた耐火性および塗装耐食性に優れた構造物。
［９］前記構造物が橋梁であることを特徴とする［８］に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造物。
本発明によれば、大気腐食環境下、特には飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で使用する場合であっても、塗り替え周期を延長して塗装頻度を低減することが可能であり、かつ耐火性にも優れる構造用鋼材を得ることができる。本発明の構造用鋼材を、橋梁などの屋外の大気腐食環境下、特には飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で使用される橋梁などの構造物に用いることにより、かような構造物のメンテナンスコスト、ひいてはライフサイクルコストを低減することが可能となり、さらには、火災時の強度特性低下を防止し、高い安全性を確保することが可能となる。
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明において母材の成分組成を限定した理由について説明する。なお、鋼の成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であるが、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。
Ｃ：０．０３０％超え、０．２００％以下
Ｃは、鋼材の強度を上昇させる元素である。このため、Ｃは、構造用鋼としての所定の強度を確保するため、０．０３０％を超えて含有させる必要がある。一方、Ｃ含有量が０．２００％を超えると、溶接性および靭性が劣化する。したがって、Ｃ含有量は０．０３０％超え、０．２００％以下とする。好ましくは、０．０４０％以上である。また、好ましくは、０．１８０％以下である。
Ｃは、鋼材の強度を上昇させる元素である。このため、Ｃは、構造用鋼としての所定の強度を確保するため、０．０３０％を超えて含有させる必要がある。一方、Ｃ含有量が０．２００％を超えると、溶接性および靭性が劣化する。したがって、Ｃ含有量は０．０３０％超え、０．２００％以下とする。好ましくは、０．０４０％以上である。また、好ましくは、０．１８０％以下である。
Ｓｉ：０．０５％以上、１．００％以下
Ｓｉは製鋼時の脱酸に必要な元素である。このような効果は、Ｓｉ含有量が０．０５％以上で得られる。一方、Ｓｉ含有量が１．００％を超えると、靭性および溶接性が著しく劣化する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５％以上、１．００％以下である。好ましくは０．１０％以上である。また、好ましくは０．６５％以下である。より好ましくは０．５５％以下である。
Ｓｉは製鋼時の脱酸に必要な元素である。このような効果は、Ｓｉ含有量が０．０５％以上で得られる。一方、Ｓｉ含有量が１．００％を超えると、靭性および溶接性が著しく劣化する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５％以上、１．００％以下である。好ましくは０．１０％以上である。また、好ましくは０．６５％以下である。より好ましくは０．５５％以下である。
Ｍｎ：０．２０％以上、２．００％以下
Ｍｎは、鋼材の強度を上昇させる元素である。このため、Ｍｎは、構造用鋼としての所定の強度を確保するため、０．２０％以上含有させる必要がある。一方、Ｍｎ含有量が２．００％を超えると、靭性および溶接性が劣化するとともに合金コストが増大する。したがって、Ｍｎ含有量は０．２０％以上、２．００％以下とする。好ましくは０．５０％以上である。また、好ましくは１．７５％以下である。
Ｍｎは、鋼材の強度を上昇させる元素である。このため、Ｍｎは、構造用鋼としての所定の強度を確保するため、０．２０％以上含有させる必要がある。一方、Ｍｎ含有量が２．００％を超えると、靭性および溶接性が劣化するとともに合金コストが増大する。したがって、Ｍｎ含有量は０．２０％以上、２．００％以下とする。好ましくは０．５０％以上である。また、好ましくは１．７５％以下である。
Ｐ：０．００３％以上、０．０３０％以下
Ｐは、鋼材の塗装耐食性の向上に寄与する元素である。このような効果を得る観点から、Ｐは０．００３％以上含有させる必要がある。一方、Ｐ含有量が０．０３０％を超えると、溶接性が劣化する。したがって、Ｐ含有量は０．００３％以上、０．０３０％以下とする。
Ｐは、鋼材の塗装耐食性の向上に寄与する元素である。このような効果を得る観点から、Ｐは０．００３％以上含有させる必要がある。一方、Ｐ含有量が０．０３０％を超えると、溶接性が劣化する。したがって、Ｐ含有量は０．００３％以上、０．０３０％以下とする。
Ｓ：０．０００１％以上、０．０１００％以下
Ｓは、溶接性および靭性を劣化させる元素である。このため、Ｓ含有量は０．０１００％以下とする必要がある。ただし、Ｓ含有量を０．０００１％未満にしようとすると、生産コストが増大する。したがって、Ｓ含有量は０．０００１％以上、０．０１００％以下とする。
Ｓは、溶接性および靭性を劣化させる元素である。このため、Ｓ含有量は０．０１００％以下とする必要がある。ただし、Ｓ含有量を０．０００１％未満にしようとすると、生産コストが増大する。したがって、Ｓ含有量は０．０００１％以上、０．０１００％以下とする。
Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下
Ａｌは、製鋼時の脱酸に必要な元素である。このような効果を得るため、Ａｌは０．００１％以上含有させる必要がある。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えると、溶接性に悪影響を及ぼす。したがって、Ａｌ含有量は０．００１％以上、０．１００％以下とする。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．０１０％以上である。また、好ましくは０．０５０％未満、より好ましくは０．０３０％未満である。
Ａｌは、製鋼時の脱酸に必要な元素である。このような効果を得るため、Ａｌは０．００１％以上含有させる必要がある。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えると、溶接性に悪影響を及ぼす。したがって、Ａｌ含有量は０．００１％以上、０．１００％以下とする。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．０１０％以上である。また、好ましくは０．０５０％未満、より好ましくは０．０３０％未満である。
Ｗ：０．０３％以上、２．００％以下
Ｗは本発明の鋼材において重要な元素であり、焼入れ性を向上させることで母材の常温強度を上昇させ、高温強度も上昇させる。そして、Ｗは、ＣｕやＮｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏとともに複合添加することで、これらの元素との相乗効果によって鋼材の耐火性を大きく上昇させる。また、アノード反応に伴って溶出し、さび層中にＷＯ４ ２−として分布することによって、腐食促進因子の塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを静電的に防止する。さらに、鋼材表面にＷを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。さらに、錆粒子の微細化により塩化物イオンなどの腐食促進因子の透過を抑制し、アノード反応、カソード反応を防止する。さらにまた、Ｗは、ＣｕやＮｉ、Ｓｎ、Ｓｂとともに複合添加することで、これらの元素との相乗効果によって、鋼材の塗装耐食性を大きく向上させる。これらの効果を十分に得るためには、Ｗを０．０３％以上含有させる必要がある。一方、Ｗ含有量が２．００％を超えると、合金コスト上昇を招く。したがって、Ｗ含有量は０．０３％以上、２．００％以下とする。好ましくは、０．０４％以上１．００％以下、より好ましくは、０．０５％以上０．７５％以下である。
Ｗは本発明の鋼材において重要な元素であり、焼入れ性を向上させることで母材の常温強度を上昇させ、高温強度も上昇させる。そして、Ｗは、ＣｕやＮｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏとともに複合添加することで、これらの元素との相乗効果によって鋼材の耐火性を大きく上昇させる。また、アノード反応に伴って溶出し、さび層中にＷＯ４ ２−として分布することによって、腐食促進因子の塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを静電的に防止する。さらに、鋼材表面にＷを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。さらに、錆粒子の微細化により塩化物イオンなどの腐食促進因子の透過を抑制し、アノード反応、カソード反応を防止する。さらにまた、Ｗは、ＣｕやＮｉ、Ｓｎ、Ｓｂとともに複合添加することで、これらの元素との相乗効果によって、鋼材の塗装耐食性を大きく向上させる。これらの効果を十分に得るためには、Ｗを０．０３％以上含有させる必要がある。一方、Ｗ含有量が２．００％を超えると、合金コスト上昇を招く。したがって、Ｗ含有量は０．０３％以上、２．００％以下とする。好ましくは、０．０４％以上１．００％以下、より好ましくは、０．０５％以上０．７５％以下である。
Ｃｕ：０．０３％以上、０．５０％以下
Ｃｕは、本発明の鋼材において重要な元素であり、固溶強化により母材の常温強度ならびに高温強度を上昇させる。また、さび層のさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、腐食促進因子である酸素や塩化物イオンの地鉄への透過を抑制する効果を有する。これらの効果は、Ｃｕ含有量が０．０３％以上で得られる。一方、Ｃｕ含有量が０．５０％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｃｕ含有量は０．０３％以上、０．５０％以下とする。好ましくは、０．０４％以上、０．４０％以下、より好ましくは、０．０５％以上、０．３０％以下である。
Ｃｕは、本発明の鋼材において重要な元素であり、固溶強化により母材の常温強度ならびに高温強度を上昇させる。また、さび層のさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、腐食促進因子である酸素や塩化物イオンの地鉄への透過を抑制する効果を有する。これらの効果は、Ｃｕ含有量が０．０３％以上で得られる。一方、Ｃｕ含有量が０．５０％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｃｕ含有量は０．０３％以上、０．５０％以下とする。好ましくは、０．０４％以上、０．４０％以下、より好ましくは、０．０５％以上、０．３０％以下である。
Ｎｉ：０．０３％以上、０．５０％以下
Ｎｉは、本発明の鋼材において重要な元素であり、固溶強化により母材の常温強度ならびに高温強度を上昇させる。また、Ｎｉは、さび層のさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、腐食促進因子である酸素や塩化物イオンの地鉄への透過を抑制する効果を有する。これらの効果は、Ｎｉ含有量が０．０３％以上で得られる。一方、Ｎｉ含有量が０．５０％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｎｉ含有量は０．０３％以上、０．５０％以下とする。好ましくは、０．０４％以上、０．４０％以下、より好ましくは、０．０５％以上、０．３０％以下である。
Ｎｉは、本発明の鋼材において重要な元素であり、固溶強化により母材の常温強度ならびに高温強度を上昇させる。また、Ｎｉは、さび層のさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、腐食促進因子である酸素や塩化物イオンの地鉄への透過を抑制する効果を有する。これらの効果は、Ｎｉ含有量が０．０３％以上で得られる。一方、Ｎｉ含有量が０．５０％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｎｉ含有量は０．０３％以上、０．５０％以下とする。好ましくは、０．０４％以上、０．４０％以下、より好ましくは、０．０５％以上、０．３０％以下である。
本発明では、上記の成分を含有するとともに、以下の成分から選ばれる１種または２種以上を含有する。
Ｓｎ：０．００５％以上、０．２００％以下
Ｓｎは、本発明の鋼材において重要な元素であり、固溶強化により母材の常温強度ならびに高温強度を上昇させる。また、地鉄表面近傍においてさび層中に存在し、さび粒子を微細化することによって、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、Ｓｎは、鋼材表面においてアノード反応を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、Ｓｎ含有量が０．００５％以上とする必要がある。一方、Ｓｎ含有量が０．２００％を超えると鋼の延性や靭性の劣化を招く。したがって、Ｓｎ含有量は０．００５％以上、０．２００％以下とする。好ましくは０．０１０％以上０．１００％以下、より好ましくは０．０２０％以上、０．０５０％未満である。
Ｓｎは、本発明の鋼材において重要な元素であり、固溶強化により母材の常温強度ならびに高温強度を上昇させる。また、地鉄表面近傍においてさび層中に存在し、さび粒子を微細化することによって、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、Ｓｎは、鋼材表面においてアノード反応を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、Ｓｎ含有量が０．００５％以上とする必要がある。一方、Ｓｎ含有量が０．２００％を超えると鋼の延性や靭性の劣化を招く。したがって、Ｓｎ含有量は０．００５％以上、０．２００％以下とする。好ましくは０．０１０％以上０．１００％以下、より好ましくは０．０２０％以上、０．０５０％未満である。
Ｓｂ：０．００５％以上、０．２００％以下
Ｓｂは、本発明の鋼材において重要な元素であり、固溶強化により母材の常温強度ならびに高温強度を上昇させる。また、地鉄表面近傍においてさび層中に存在し、さび粒子を微細化することによって、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、Ｓｂは、鋼材表面においてアノード反応を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、Ｓｂ含有量が０．００５％以上とする必要がある。一方、Ｓｂ含有量が０．２００％を超えると鋼の延性や靭性の劣化を招く。したがって、Ｓｂ含有量は０．００５％以上、０．２００％以下とする。好ましくは０．０１０％以上０．１００％以下、より好ましくは０．０２０％以上、０．０５０％未満である。
Ｓｂは、本発明の鋼材において重要な元素であり、固溶強化により母材の常温強度ならびに高温強度を上昇させる。また、地鉄表面近傍においてさび層中に存在し、さび粒子を微細化することによって、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、Ｓｂは、鋼材表面においてアノード反応を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、Ｓｂ含有量が０．００５％以上とする必要がある。一方、Ｓｂ含有量が０．２００％を超えると鋼の延性や靭性の劣化を招く。したがって、Ｓｂ含有量は０．００５％以上、０．２００％以下とする。好ましくは０．０１０％以上０．１００％以下、より好ましくは０．０２０％以上、０．０５０％未満である。
Ｍｏ：０．０１％以上、１．００％以下
Ｍｏは本発明の鋼材において重要な元素であり、焼入れ性を向上させることで母材の常温強度を上昇させ、高温強度も上昇させる。さらに、高温時に炭窒化物を形成することで高温強度を上昇させる。また、鋼材のアノード反応に伴って溶出し、さび層中にＭｏＯ４ ２−が分布することで、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを抑制する。また、鋼材表面にＭｏを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、Ｍｏを０．０１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｏ含有量が１．００％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｍｏ含有量は０．０１％以上、１．００％以下とする。好ましくは、０．０５％以上、１．００％以下、より好ましくは、０．１０％以上０．７５％以下である。
Ｍｏは本発明の鋼材において重要な元素であり、焼入れ性を向上させることで母材の常温強度を上昇させ、高温強度も上昇させる。さらに、高温時に炭窒化物を形成することで高温強度を上昇させる。また、鋼材のアノード反応に伴って溶出し、さび層中にＭｏＯ４ ２−が分布することで、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを抑制する。また、鋼材表面にＭｏを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、Ｍｏを０．０１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｏ含有量が１．００％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｍｏ含有量は０．０１％以上、１．００％以下とする。好ましくは、０．０５％以上、１．００％以下、より好ましくは、０．１０％以上０．７５％以下である。
また、本発明において、下記式（１）により定義されるＦ値を１．００以上に制御することが重要である。
Ｆ＝０．２×Ｃｕ＋０．０５×Ｎｉ＋０．６５×Ｗ＋０．５×Ｓｎ＋０．５×Ｓｂ＋１．９×Ｍｏ （１）
ここで、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏは各元素の含有量（質量％）である。
但し、含有量の分析値が検出限界以下の元素は０（零）％とする。
上記式（１）で表されるＦ値は、鋼材の耐火性を示す指標であり、優れた耐火性を得るために１．００以上とする。なお、上限は限定するものではなく、数値が大きいほど優れた耐火性を示し、所望の耐火性に応じて適宜設定すればよいが、必要以上にＦ値を大きくするとコストがかさむため、１．００〜１．４０が好ましい。
Ｆ＝０．２×Ｃｕ＋０．０５×Ｎｉ＋０．６５×Ｗ＋０．５×Ｓｎ＋０．５×Ｓｂ＋１．９×Ｍｏ （１）
ここで、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏは各元素の含有量（質量％）である。
但し、含有量の分析値が検出限界以下の元素は０（零）％とする。
上記式（１）で表されるＦ値は、鋼材の耐火性を示す指標であり、優れた耐火性を得るために１．００以上とする。なお、上限は限定するものではなく、数値が大きいほど優れた耐火性を示し、所望の耐火性に応じて適宜設定すればよいが、必要以上にＦ値を大きくするとコストがかさむため、１．００〜１．４０が好ましい。
また、本発明において、下記式（２）により定義されるＲ値を０．７５以上に制御することが重要である。
Ｒ＝３．５×Ｃｕ＋４．５×Ｎｉ＋８×Ｗ＋４×（Ｓｎ＋Ｓｂ） （２）
ここで、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂは各元素の含有量（質量％）である。
但し、含有量の分析値が検出限界以下の元素は０（零）％とする。
上記式（２）で表されるＲ値は、鋼材の耐食性を示す指標であり、優れた耐食性を得るためには、Ｒ値は、０．７５以上とする。なお、上限は限定するものではなく、数値が大きいほど優れた耐食性を示し、所望の耐食性に応じて適宜設定すればよいが、必要以上にＲ値を大きくするとコストがかさむため、０．７５〜２０．０が好ましい。
また、Ｆ値およびＲ値は、それぞれの成分量と耐火性、耐食性との関係を調査して式（１）、式（２）を算出した。
Ｒ＝３．５×Ｃｕ＋４．５×Ｎｉ＋８×Ｗ＋４×（Ｓｎ＋Ｓｂ） （２）
ここで、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂは各元素の含有量（質量％）である。
但し、含有量の分析値が検出限界以下の元素は０（零）％とする。
上記式（２）で表されるＲ値は、鋼材の耐食性を示す指標であり、優れた耐食性を得るためには、Ｒ値は、０．７５以上とする。なお、上限は限定するものではなく、数値が大きいほど優れた耐食性を示し、所望の耐食性に応じて適宜設定すればよいが、必要以上にＲ値を大きくするとコストがかさむため、０．７５〜２０．０が好ましい。
また、Ｆ値およびＲ値は、それぞれの成分量と耐火性、耐食性との関係を調査して式（１）、式（２）を算出した。
以上、基本成分について説明したが、必要に応じて、以下に述べる元素を適宜含有させることができる。
Ｃｏ：０．０１０％以上、１．０００％以下
Ｃｏは、さび層全体に分布し、さび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、これにより鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。これらの効果を得るためには、Ｃｏを０．０１０％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｃｏ含有量が１．０００％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は０．０１０％以上、１．０００％以下とする。好ましくは０．０３０％以上、０．５００％以下、より好ましくは０．１００％以上、０．３５０％以下である。
Ｃｏは、さび層全体に分布し、さび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、これにより鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。これらの効果を得るためには、Ｃｏを０．０１０％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｃｏ含有量が１．０００％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は０．０１０％以上、１．０００％以下とする。好ましくは０．０３０％以上、０．５００％以下、より好ましくは０．１００％以上、０．３５０％以下である。
Ｔｉ：０．００１％以上、０．０５０％以下
Ｔｉは、微量の添加で常温強度および高温強度を高める元素である。これらの効果を得るためには、Ｔｉを０．００１%以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると、靭性の劣化を招くおそれがある。したがって、Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は０．００１％以上、０．０５０％以下とする。好ましくは０．００５％、以上０．０３０％以下である。
Ｔｉは、微量の添加で常温強度および高温強度を高める元素である。これらの効果を得るためには、Ｔｉを０．００１%以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると、靭性の劣化を招くおそれがある。したがって、Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は０．００１％以上、０．０５０％以下とする。好ましくは０．００５％、以上０．０３０％以下である。
Ｖ：０．００５％以上、０．２００％以下
Ｖは、微量の添加で常温強度および高温強度を高める元素である。これらの効果を得るためには、Ｖを０．００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｖ含有量が０．２００％を超えると、その効果が飽和する。したがって、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０．０５０％以上、０．２００％以下とする。好ましくは０．０１０％以上、０．１００％である。
Ｖは、微量の添加で常温強度および高温強度を高める元素である。これらの効果を得るためには、Ｖを０．００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｖ含有量が０．２００％を超えると、その効果が飽和する。したがって、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０．０５０％以上、０．２００％以下とする。好ましくは０．０１０％以上、０．１００％である。
Ｎｂ：０．００５％以上、０．２００％以下
Ｎｂは、微量の添加で常温強度および高温強度を高める元素である。これらの効果を得るためには、Ｎｂを０．００５％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．２００％を超えると、靭性の劣化を招くおそれがある。したがって、Ｎｂを含有する場合、Ｎｂ含有量は０．００５％以上、０．２００％以下とする。好ましくは、０．０１０％以上、０．０５０％以下である。
Ｎｂは、微量の添加で常温強度および高温強度を高める元素である。これらの効果を得るためには、Ｎｂを０．００５％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．２００％を超えると、靭性の劣化を招くおそれがある。したがって、Ｎｂを含有する場合、Ｎｂ含有量は０．００５％以上、０．２００％以下とする。好ましくは、０．０１０％以上、０．０５０％以下である。
Ｚｒ：０．００５％以上、０．２００％以下
Ｚｒは、微量の添加で常温強度および高温強度を高める元素である。これらの効果を得るためには、Ｚｒを０．００５％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｚｒ含有量が０．２００％を超えると、その効果が飽和する。したがって、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．００５％以上、０．２００％以下とする。好ましくは０．０１０％以上、０．２００％以下である。
Ｚｒは、微量の添加で常温強度および高温強度を高める元素である。これらの効果を得るためには、Ｚｒを０．００５％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｚｒ含有量が０．２００％を超えると、その効果が飽和する。したがって、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．００５％以上、０．２００％以下とする。好ましくは０．０１０％以上、０．２００％以下である。
Ｂ：０．０００１％以上、０．００５０％以下
Ｂは、強度を高める元素である。この効果を得るためには０．０００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると靭性の劣化を招くおそれがある。したがって、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０．０００１％以上、０．００５０％以下とする。好ましくは０．０００５％以上、０．００２５以下である。
Ｂは、強度を高める元素である。この効果を得るためには０．０００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると靭性の劣化を招くおそれがある。したがって、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０．０００１％以上、０．００５０％以下とする。好ましくは０．０００５％以上、０．００２５以下である。
Ｃａ：０．０００１％以上、０．０１００％以下
Ｃａは、鋼中のＳを固定し、溶接熱影響部の靭性を向上させる元素である。この効果を得るためには、０．０００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｃａ含有量が０．０１００％を超えると、鋼中の介在物の量が増加し、かえって靭性の劣化を招く。したがって、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は０．０００１％以上、０．０１００％以下とする。なお、好ましくはＣａ含有量が０．０００５％以上、０．００８０％以下である。
Ｃａは、鋼中のＳを固定し、溶接熱影響部の靭性を向上させる元素である。この効果を得るためには、０．０００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｃａ含有量が０．０１００％を超えると、鋼中の介在物の量が増加し、かえって靭性の劣化を招く。したがって、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は０．０００１％以上、０．０１００％以下とする。なお、好ましくはＣａ含有量が０．０００５％以上、０．００８０％以下である。
Ｍｇ：０．０００１％以上、０．０１００％以下
Ｍｇは、鋼中のＳを固定し、溶接熱影響部の靭性を向上させる元素である。この効果を得るためには、０．０００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．０１００％を超えると、鋼中の介在物の量が増加し、かえって靭性の劣化を招く。したがって、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上、０．０１００％以下とする。なお、好ましくは０．０００５％以上、０００８０％以下である。
Ｍｇは、鋼中のＳを固定し、溶接熱影響部の靭性を向上させる元素である。この効果を得るためには、０．０００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．０１００％を超えると、鋼中の介在物の量が増加し、かえって靭性の劣化を招く。したがって、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上、０．０１００％以下とする。なお、好ましくは０．０００５％以上、０００８０％以下である。
上記以外の成分は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、ＮやＯ（酸素）が挙げられ、Ｎ：０．０１０％以下、Ｏ：０．０１０％以下であれば許容できる。
また、本発明の構造用鋼材は、鋼材表面を塗装して使用される。ここで、鋼材表面の塗膜としては、特に限定するものではないが、例えば、防食下地層、下塗り層、中塗り層および上塗り層をこの順に有する塗膜や、下塗り層、中塗り層および上塗層をこの順に有する塗膜が挙げられる。
なお、例えば、防食下地層、下塗り層、中塗り層および上塗り層をこの順に有する塗膜であれば、防食下地層は無機ジンクリッチペイント（例えば、ＳＤジンク１５００）、下塗り層はエポキシ樹脂塗料（例えば、エポマリンＨＢ（Ｋ））、中塗り層はふっ素樹脂上塗り塗料用の中塗り塗料（例えば、セラテクトＦ中塗）、上塗り層はふっ素樹脂上塗り塗料（例えば、セラテクトＦ（Ｋ）上塗）を用いて形成することが好ましい。
また、製品出荷時には、一次防錆を目的として、鋼材の表面にジンクリッチプライマー層や機能性プライマー層を形成することが好ましい。
なお、ジンクリッチプライマー層とは、ＪＩＳ Ｋ ５５５２（２００２）で規定されるジンクリッチプライマーを用いて形成されたプライマー層である。機能性プライマー層とは、ジンクリッチプライマーに比べ亜鉛含有量を５０％程度まで減少させて溶接性や溶断性を向上させた機能性プライマーを用いて形成されたプライマー層である。
次に、上記した構造用鋼材の一実施形態に係る製造方法を説明する。製造方法は特に限定されるものではないが、以下の方法で製造することが好ましい。
すなわち、上記した成分組成に調製した鋼を、転炉や電気炉、真空脱ガス等、公知の精錬プロセスを用いて溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法で鋼素材（スラブ）とし、ついでこの鋼素材を必要に応じて再加熱してから熱間圧延することにより、鋼板または形鋼等とすることで製造する。
なお、鋼材の厚さは特に限定されるものではないが、好ましくは２〜１００ｍｍである。より好ましくは３ｍｍ以上、さらに好ましくは４ｍｍ以上である。また、より好ましくは８０ｍｍ以下、さらに好ましくは６０ｍｍ以下である。
上記の鋼素材を所望の寸法形状に熱間圧延する際には、１０００℃〜１３５０℃の温度に加熱することが好ましい。加熱温度が１０００℃よりも低いと変形抵抗が増大し、続く圧延工程における圧延荷重の増大により圧延が困難となる場合がある。一方、加熱温度が１３５０℃を超えると、表面痕が発生したり、過度のスケール生成による歩留りの低下および燃料原単位が増加したりする。よって、加熱温度は１０００℃から１３５０℃とすることが好ましい。より好ましくは、１０５０℃〜１３００℃の範囲である。なお、鋼素材の温度が、もともと１０００〜１３５０℃の範囲の場合には、加熱せずに、そのまま熱間圧延に供してもよい。また、熱間圧延後に得られた熱延板に、再加熱処理、酸性、冷間圧延を施し、所定板厚の冷延板としてもよい。
加熱されたスラブは、ついで、６００℃以上の温度で終了する熱間圧延を施して、所望の寸法形状の鋼板とする。圧延仕上げ温度が６５０度未満では鋼板の変形抵抗が増大し、圧延荷重の増大により圧延が困難となる。従って、圧延仕上げ温度は６００℃以上とする。好ましくは６５０℃以上である。
熱間圧延を終了した後の冷却条件は、要求される材質に応じて適宜決定すればよく、空冷あるいは加速冷却を実施すればよい。また、その後、焼戻し熱処理を施しても良い。
以上より、本発明によれば、大気腐食環境下、特には飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で使用する場合であっても、塗り替え周期を延長して塗装頻度を低減することが可能であり、かつ耐火性にも優れる構造用鋼材を得ることができる。
また、本発明の構造用鋼材を、橋梁などの屋外の大気腐食環境下、特には飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で使用される橋梁などの構造物に用いることにより、かような構造物のメンテナンスコスト、ひいてはライフサイクルコストを低減することが可能となり、さらには、火災時の強度特性低下を防止し、高い安全性を確保することが可能となる。
表１に示す成分組成になる鋼（残部はＦｅおよび不可避的不純物である）を溶製し、１１２０℃に加熱した後、仕上げ温度８００℃で熱間圧延を施し、空冷後、板厚：１５ｍｍの鋼板を得た。そして、以下の要領にて、耐火性および塗装耐食性の評価を実施した。
（１）耐火性の評価
各鋼板の板厚１/４位置から、引張方向が圧延方向に対して垂直方向に平行になるようＪＩＳ４号引張試験片(丸棒)を採取し、常温の降伏強さＹＳ、引張強さＴＳおよび６００℃の高温における降伏強さＹＳを求めた。なお、６００℃の高温における降伏強さＹＳが常温のＹＳ規格値の２／３以上であれば、耐火性に優れるとした。ここで、常温のＹＳ規格値は、要求される規格、例えば、溶接構造用圧延鋼材ＪＩＳ Ｇ ３１０６などに基づく。
各鋼板の板厚１/４位置から、引張方向が圧延方向に対して垂直方向に平行になるようＪＩＳ４号引張試験片(丸棒)を採取し、常温の降伏強さＹＳ、引張強さＴＳおよび６００℃の高温における降伏強さＹＳを求めた。なお、６００℃の高温における降伏強さＹＳが常温のＹＳ規格値の２／３以上であれば、耐火性に優れるとした。ここで、常温のＹＳ規格値は、要求される規格、例えば、溶接構造用圧延鋼材ＪＩＳ Ｇ ３１０６などに基づく。
（２）塗装耐食性の評価
鋼板から７０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍの試験片を採取した。この試験片の表面に、ＪＩＳ Ｚ ０３１３（２００４）に規定される除錆度Ｓａが２．５となるようショットブラストを施し、アセトン中での超音波脱脂を５分間行い、風乾した。ついで、試験片の片面を塗装面とし、防食下地として無機ジンクリッチペイント（関西ペイント株式会社製 ＳＤジンク１５００Ａ、厚さ：７５μｍ）を塗布し、ついでミストコートとしてエポキシ樹脂塗料（関西ペイント株式会社製 エポマリン下塗ミストコート用）を塗布し、ついで下塗りとしてエポキシ樹脂塗料（関西ペイント株式会社製 エポマリンＨＢ（Ｋ）、厚さ：１２０μｍ）を塗布し、ついで中塗りとしてふっ素樹脂上塗り塗料用の中塗り塗料（関西ペイント株式会社製 セラテクトＦ中塗塗料、厚さ：３０μｍ）を塗布し、ついで上塗りとしてふっ素樹脂塗料上塗り塗料（関西ペイント株式会社製 セラテクトＦ上塗塗料、厚さ：２５μｍ）を塗布し、防食下地層、下塗り層（ミストコートにより形成された塗膜も含む）、中塗り層および上塗り層からなる塗膜を形成した。なお、試験片の他方の片面と端面は、溶剤型のエポキシ樹脂塗料にてシールし、さらにシリコン系のシール剤にて被覆した。塗装後、試験片に形成した塗膜の中央部に、地鉄に到達するように幅：１ｍｍ、長さ：４０ｍｍの直線のカットを入れ、初期欠陥を設けた。ついで、ＩＳＯ １６５３９ ２０１３に準拠し、以下に示す条件にて腐食試験を実施した。
すなわち、試験片表面の人工海塩の付着量が６．０ｇ／ｍ２となるように、人工海塩を純水で所定の濃度に希釈した溶液をスプレーし、試験片に人工海塩を付着させた。ついで、この試験片を用いて、条件１（温度：６０℃、相対湿度：３５％、保持時間：３時間）から条件２（温度：４０℃、相対湿度：９５％、保持時間：３時間）および条件２から条件１への各移行時間を１時間とする、合計８時間のサイクルを１サイクルとして、これを１２００サイクル繰り返す腐食試験を実施した。なお、人工海塩の付着は、週に１回とした。そして、腐食試験終了後、塗装における初期欠陥部からの膨れ面積（以下、塗装膨れ面積という）を測定し、塗装耐食性を評価した。なお、塗装膨れ面積が５４８ｍｍ２以下であれば、塗装耐食性に優れると判断した。
鋼板から７０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍの試験片を採取した。この試験片の表面に、ＪＩＳ Ｚ ０３１３（２００４）に規定される除錆度Ｓａが２．５となるようショットブラストを施し、アセトン中での超音波脱脂を５分間行い、風乾した。ついで、試験片の片面を塗装面とし、防食下地として無機ジンクリッチペイント（関西ペイント株式会社製 ＳＤジンク１５００Ａ、厚さ：７５μｍ）を塗布し、ついでミストコートとしてエポキシ樹脂塗料（関西ペイント株式会社製 エポマリン下塗ミストコート用）を塗布し、ついで下塗りとしてエポキシ樹脂塗料（関西ペイント株式会社製 エポマリンＨＢ（Ｋ）、厚さ：１２０μｍ）を塗布し、ついで中塗りとしてふっ素樹脂上塗り塗料用の中塗り塗料（関西ペイント株式会社製 セラテクトＦ中塗塗料、厚さ：３０μｍ）を塗布し、ついで上塗りとしてふっ素樹脂塗料上塗り塗料（関西ペイント株式会社製 セラテクトＦ上塗塗料、厚さ：２５μｍ）を塗布し、防食下地層、下塗り層（ミストコートにより形成された塗膜も含む）、中塗り層および上塗り層からなる塗膜を形成した。なお、試験片の他方の片面と端面は、溶剤型のエポキシ樹脂塗料にてシールし、さらにシリコン系のシール剤にて被覆した。塗装後、試験片に形成した塗膜の中央部に、地鉄に到達するように幅：１ｍｍ、長さ：４０ｍｍの直線のカットを入れ、初期欠陥を設けた。ついで、ＩＳＯ １６５３９ ２０１３に準拠し、以下に示す条件にて腐食試験を実施した。
すなわち、試験片表面の人工海塩の付着量が６．０ｇ／ｍ２となるように、人工海塩を純水で所定の濃度に希釈した溶液をスプレーし、試験片に人工海塩を付着させた。ついで、この試験片を用いて、条件１（温度：６０℃、相対湿度：３５％、保持時間：３時間）から条件２（温度：４０℃、相対湿度：９５％、保持時間：３時間）および条件２から条件１への各移行時間を１時間とする、合計８時間のサイクルを１サイクルとして、これを１２００サイクル繰り返す腐食試験を実施した。なお、人工海塩の付着は、週に１回とした。そして、腐食試験終了後、塗装における初期欠陥部からの膨れ面積（以下、塗装膨れ面積という）を測定し、塗装耐食性を評価した。なお、塗装膨れ面積が５４８ｍｍ２以下であれば、塗装耐食性に優れると判断した。
評価結果を表２に示す。
表２に示したとおり、発明例はいずれも、優れた耐火性と塗装耐食性を兼ね備えている。
これに対し、比較例では、耐火性および塗装耐食性の少なくとも一方について、十分な特性が得られていない。
Claims (9)
- 質量％で、
Ｃ：０．０３０％超え、０．２００％以下、
Ｓｉ：０．０５％以上、１．００％以下
Ｍｎ：０．２０％以上、２．００％以下、
Ｐ：０．００３％以上、０．０３０％以下、
Ｓ：０．０００１％以上、０．０１００％以下、
Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下、
Ｗ：０．０３％以上、２．００％以下、
Ｃｕ：０．０３％以上、０．５０％以下、
Ｎｉ：０．０３％以上、０．５０％以下を含有し、
Ｓｎ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｓｂ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｍｏ：０．０１％以上、１．００％以下から選ばれる１種以上を含有し、
さらに、式（１）で定義されるＦ値が１．００以上であり、
さらに、式（２）で定義されるＲ値が０．７５以上であり、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
Ｆ＝０．２×Ｃｕ＋０．０５×Ｎｉ＋０．６５×Ｗ＋０．５×Ｓｎ＋０．５×Ｓｂ＋１．９×Ｍｏ （１）
Ｒ＝３．５×Ｃｕ＋４．５×Ｎｉ＋８×Ｗ＋４×（Ｓｎ＋Ｓｂ） （２）
ここで、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｍｏは各元素の含有量（質量％）である。 - さらに、質量％で、
Ｃｏ：０．０１０％以上、１．０００％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。 - さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．００１％以上、０．０５０％以下、
Ｖ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｎｂ：０．００５％以上、０．２００％以下、
Ｚｒ：０．００５％以上、０．２００％以下から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。 - さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００１％以上、０．００５０％以下を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。 - さらに、質量％で、
Ｃａ：０．０００１％以上、０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０００１％以上、０．０１００％以下から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。 - 前記構造用鋼材の表面に、塗膜を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
- 前記塗膜が防食下地として無機ジンクリッチペイントを有し、下塗りとしてエポキシ樹脂塗料を有し、中塗りとしてふっ素樹脂上塗り用中塗り塗料を有し、上塗りとしてふっ素樹脂塗料上塗りを有することを特徴とする請求項６に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造用鋼材。
- 請求項１〜７のいずれか一項に記載の構造用鋼材を用いた耐火性および塗装耐食性に優れた構造物。
- 前記構造物が橋梁であることを特徴とする請求項８に記載の耐火性および塗装耐食性に優れた構造物。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012067377A (ja) * | 2009-09-30 | 2012-04-05 | Jfe Steel Corp | 耐候性に優れた構造用鋼材および鋼構造物 |
| JP2012177143A (ja) * | 2011-02-25 | 2012-09-13 | Jfe Steel Corp | 耐候性に優れた構造用鋼材 |
| JP2013001932A (ja) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Jfe Steel Corp | 石炭船および石炭・鉄鉱石兼用船ホールド用耐食鋼 |
| JP2016222983A (ja) * | 2015-06-01 | 2016-12-28 | 新日鐵住金株式会社 | 原油槽用鋼、原油槽及び原油槽の防食方法 |
| WO2017183133A1 (ja) * | 2016-04-20 | 2017-10-26 | 新日鐵住金株式会社 | 熱延鋼板、鋼材、及びコンテナ |
| JP2018040031A (ja) * | 2016-09-06 | 2018-03-15 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 塗装耐久性に優れた構造用鋼材および構造物 |
| WO2019102817A1 (ja) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 原油タンカー上甲板および底板用耐食鋼材、ならびに、原油タンカー |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012067377A (ja) * | 2009-09-30 | 2012-04-05 | Jfe Steel Corp | 耐候性に優れた構造用鋼材および鋼構造物 |
| JP2012177143A (ja) * | 2011-02-25 | 2012-09-13 | Jfe Steel Corp | 耐候性に優れた構造用鋼材 |
| JP2013001932A (ja) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Jfe Steel Corp | 石炭船および石炭・鉄鉱石兼用船ホールド用耐食鋼 |
| JP2016222983A (ja) * | 2015-06-01 | 2016-12-28 | 新日鐵住金株式会社 | 原油槽用鋼、原油槽及び原油槽の防食方法 |
| WO2017183133A1 (ja) * | 2016-04-20 | 2017-10-26 | 新日鐵住金株式会社 | 熱延鋼板、鋼材、及びコンテナ |
| JP2018040031A (ja) * | 2016-09-06 | 2018-03-15 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 塗装耐久性に優れた構造用鋼材および構造物 |
| WO2019102817A1 (ja) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 原油タンカー上甲板および底板用耐食鋼材、ならびに、原油タンカー |
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