JP2022065836A - 塗装耐久性に優れた溶接継手および構造物 - Google Patents
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Abstract
【課題】合金コストの過度の増大を招くことなく、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する場合であっても、塗り替え塗装にかかる周期を延長して塗装頻度を低減した、塗装耐久性に優れた溶接継手を提供する。【解決手段】母材同士を溶接してなる溶接継手であって、母材の成分組成が所定の成分組成を有し、溶接金属部の成分組成が所定の成分組成を有し、さらに、母材および溶接金属部の各成分について、所定の式を用いて算出されるＰ値がいずれも０．９０以下を満たし、かつ、（２）式を満たすことを特徴とする塗装耐久性に優れた溶接継手。ＰＢ≧ＰＷ…（２）なお、（２）式において、ＰＢ：母材の成分組成から計算されるＰ値、ＰＷ：溶接金属部の成分組成から計算されるＰ値である。【選択図】なし
Description
本発明は、構造安全性が強く求められる溶接構造物などへ適用され、かつ表面に塗膜を備える溶接継手および構造物に関する。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同士を溶接してなる溶接継手、および、本発明の溶接継手を備え、優れた塗装耐久性を発揮する構造物に関する。
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。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一般的に用いられている。
しかしながら、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増加する。そのため、塗装鋼材を使用する場合には、塗り替え作業によって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。
このようなことから、塗り替え塗装の周期を延長することによって、塗装頻度を低減し、構造物のメンテナンスコストを抑制可能な耐食性に優れた鋼材、特に塗装耐久性に優れた構造用鋼材の開発が望まれている。
また、このような鋼構造物、特に橋梁においては、接合部に多くの溶接継手を有している。溶接継手は、溶接ビードがあるため母材と比較して形状が平坦ではなく、塗装欠陥部となり易い。さらに、溶接継手では、溶接金属と母材の異種接触金属腐食を考慮する必要がある。したがって、溶接継手の腐食特性は母材とは異なることが考えられ、腐食による塗膜膨れの起点となりやすい。橋梁に数多く存在するすべての溶接部に対して、検査、補修、再塗装を繰り返して安全性を保持していくコストは莫大である。そのため、溶接継手の耐食性の向上が、メンテナンスコストの観点から非常に重要である。
ここで、耐食性に優れた鋼材および溶接継手として、例えば、特許文献１には、Ｐを０．１５～０．３０％、Ｃｒを２．０％超え３．０％未満含有させた高耐候性鋼材が開示されている。
特許文献２には、Ｐを０．０３～０．１５％、Ｃｕを０．２～０．５％含有させた超塗装耐久性鋼材が開示されている。
特許文献３には、Ｃｕを０．０５～３．０％、Ｎｉを０．０５～６．０％、Ｔｉを０．０１～１．０％含有させた耐久性に優れた塗装鋼材が開示されている。
特許文献４には、Ｃｕを０．０５～３．０％、Ｎｉを０．０５～６．０％、Ｔｉを０．０２５～０．１５％含有させた塗膜耐久性に優れた塗装用鋼材が開示されている。
特許文献５には、Ｃｕを０．０５～３．０％、Ｎｉを０．０５～６．０％、Ｔｉを０．０１～１．０％含有させた裸耐候性と溶接性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献６には、Ｃｕを０．３０～１．００％、Ｎｉを１．０～５．５％含有させた高溶接性高耐候性鋼が開示されている。
特許文献７には、Ｃｕ：０．０５～３．０％とＮｉ：０．０５～６．０％の１種または２種を含有させた耐食性と溶接性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献８には、０．０３％＜Ｔｉ＋Ｚｒ＜０．４％の分量で含有させた塗装耐久性及び耐孔あき腐食性に優れた塗装鋼板が開示されている。
特許文献９には、Ｃｕを０．０５～１．０％、Ｎｉを０．０１～０．５％、Ｃｒを０．０１～３．０％、Ｓｎおよび／またはＳｂを０．０３～０．５０％含有させた海浜耐候性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献１０には、Ｃｒを０．０１～３．０％、Ｓｎを０．０３～０．５０％含有させた耐食性およびＺ方向の靱性に優れた鋼材の製造方法が開示されている。
特許文献１１には、Ｓｎを０．１５～０．５％含有させた、塩化物を含む乾湿繰り返し環境下で用いられる耐食性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献１２には、Ｃｒを２．６～１３．０％、Ｓｎを０．０１～０．５％含有させた、耐食性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献１３には、母材と溶接金属にＣｕ：０．０１～５．０％及びＣｒ：０．０１～５．０％を含有する耐食性に優れた溶接継手が開示されている。
特許文献１４には、母材と溶接金属にＣｏ：０．０１～５．００％及びＭｇ：０．０００５～０．０２０％を含有する耐食性に優れた溶接継手が開示されている。
特許文献１５には、母材にＣｕ：０．０１～１．５％を含有し、Ｍｏ：０．０１～０．０９６％、Ｗ：０．０１～１％の内から１種又は２種を含有する原油油槽用溶接継手が開示されている。
しかしながら、特許文献１および２のようにＰの含有量を増加させると、溶接性が大きく低下する。さらに、特許文献１では、塗装した鋼材の耐食性、すなわち塗装耐久性について、何ら考慮が払われていない。
また、特許文献３～７のように、ＣｕやＮｉの含有量を過度に増加させると、合金コストの増大を招く。さらに、特許文献３～５、８のようにＴｉを多量に含有させると、鋼材の靱性の劣化を招く。加えて、特許文献９～１３のように、ＣｒやＳｎなどの含有量を過度に増加させると、やはり合金コストの増大を招くとともに、鋼材の靱性の劣化を招く。
また、特許文献１４のように、ＣｏやＭｇの含有量を過度に増加させても、合金コストの増大に繋がる。また、特許文献１５については、原油環境下の腐食を考慮したものであり、本発明が対象としている腐食環境、すなわち、鋼板表面に塗膜が存在し、かつ、大気暴露環境下での腐食については、何ら考慮が払われていない。
本発明は、上記の実状に鑑みなされたものであって、合金コストの過度の増大を招くことなく、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する場合であっても、塗り替え塗装にかかる周期を延長して塗装頻度を低減し塗装耐久性に優れた溶接継手を提供することを目的とする。
なお、本発明における「塗装耐久性に優れた」とは、鋼板表面に塗膜を形成し、以下の条件の腐食試験を行ったときの塗膜の膨れ面積が４８０ｍｍ２以下であることを意味する。
（腐食試験条件）
塗膜に付与する初期欠陥：幅１ｍｍ、長さ４０ｍｍの直線のカット
人工海塩の付着量：６．０ｇ／ｍ２
試験時間：１２００サイクル（９６００時間）
サイクル条件：（条件１．温度：６０℃、相対湿度：３５％、保持時間：３時間）、（条件２．温度：４０度、相対湿度：９５％、保持時間：３時間）、条件１から条件２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
（腐食試験条件）
塗膜に付与する初期欠陥：幅１ｍｍ、長さ４０ｍｍの直線のカット
人工海塩の付着量：６．０ｇ／ｍ２
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本発明者らは、合金コストの増大や靭性の劣化を招くおそれのあるＣｕやＮｉ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｍｇなどを多量に含有させることなく、母材の化学成分と溶接金属の化学成分を適正範囲に規定することによって、塗装傷などの損傷部からの塗膜劣化を効果的に抑制することが可能なことの知見を得た。
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］母材同士を溶接してなる溶接継手であって、母材の成分組成が、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：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下を含有し、
さらに、Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｗ：１．０００％以下、
Ｍｏ：０．５００％以下、
Ｓｎ：０．２００％以下、
Ｓｂ：０．２００％以下、
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
溶接金属部の成分組成が、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：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下を含有し、
さらに、Ｃｕ：１．００％以下、
Ｎｉ：５．００％以下、
Ｗ：１．０００％以下、
Ｍｏ：１．０００％以下、
Ｓｎ：０．２００％以下、
Ｓｂ：０．２００％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、
さらに、母材および溶接金属部の各成分について、下記の（１）式を用いて算出されるＰ値がいずれも０．９０以下を満たし、かつ、（２）式を満たすことを特徴とする塗装耐久性に優れた溶接継手。
Ｐ値：｜Ｐ（Ｃｕ）×Ｐ（Ｎｉ）×Ｐ（Ｗ）×Ｐ（Ｍｏ）×Ｐ（Ｓｎ）×Ｐ（Ｓｂ）｜…（１）
ここで、
Ｐ（Ｃｕ）＝１－０．０２８８［Ｃｕ］…（１－１）
Ｐ（Ｎｉ）＝１－０．４９７［Ｎｉ］…（１－２）
であり、
Ｗ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｗ）＝１－３．５４［Ｗ］…（１－３－１）
Ｗ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｗ）＝１－０．０５６［Ｗ］－０．１７４…（１－３－２）
Ｍｏ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｍｏ）＝１－３．０３［Ｍｏ］…（１－４－１）
Ｍｏ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｍｏ）＝１－０．０９８［Ｍｏ］－０．１４７…（１－４－２）
Ｓｎ：０．０３％未満の場合、
Ｐ（Ｓｎ）＝１－３．４１［Ｓｎ］…（１－５－１）
Ｓｎ：０．０３％以上の場合、
Ｐ（Ｓｎ）＝１－１．０４［Ｓｎ］－０．０７１…（１－５－２）
Ｓｂ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｓｂ）＝１－２．３２［Ｓｂ］…（１－６－１）
Ｓｂ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｓｂ）＝１－０．０３５１［Ｓｂ］－０．１１４…（１－６－２）
である。
なお、（１－１）、（１－２）、（１－３－１）、（１－３－２）、（１－４－１）、（１－４－２）、（１－５－１）、（１－５－２）、（１－６－１）、（１－６－２）において、［Ｃｕ］［Ｎｉ］［Ｗ］［Ｍｏ］［Ｓｎ］［Ｓｂ］は各元素の含有量（質量％）である。
ＰＢ≧ＰＷ…（２）
なお、（２）式において、
ＰＢ：母材の成分組成から計算されるＰ値
ＰＷ：溶接金属部の成分組成から計算されるＰ値
である。
［２］さらに、母材の成分組成が、質量％で、
Ｖ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、
さらに、溶接金属部の成分組成が、質量％で、
Ｖ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする［１］に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
［３］前記母材を構造用鋼材とし、前記溶接継手が塗膜を有することを特徴とする［１］または［２］に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
［４］前記塗膜が、防食下地層、下塗り層、中塗り層および上塗り層を有し、該防食下地層が無機ジンクリッチペイント、該下塗り層がエポキシ樹脂塗料、該中塗り層がふっ素樹脂上塗り塗料用の中塗り塗料、該上塗り層がふっ素樹脂上塗り塗料をそれぞれ用いてなることを特徴とする［３］に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
［５］前記構造用鋼材表面にジンクリッチプライマー層を有することを特徴とする［３］または［４］に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
［６］［１］～［５］のいずれかに記載の溶接継手を備える構造物。
［１］母材同士を溶接してなる溶接継手であって、母材の成分組成が、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：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下を含有し、
さらに、Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｗ：１．０００％以下、
Ｍｏ：０．５００％以下、
Ｓｎ：０．２００％以下、
Ｓｂ：０．２００％以下、
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
溶接金属部の成分組成が、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：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下を含有し、
さらに、Ｃｕ：１．００％以下、
Ｎｉ：５．００％以下、
Ｗ：１．０００％以下、
Ｍｏ：１．０００％以下、
Ｓｎ：０．２００％以下、
Ｓｂ：０．２００％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、
さらに、母材および溶接金属部の各成分について、下記の（１）式を用いて算出されるＰ値がいずれも０．９０以下を満たし、かつ、（２）式を満たすことを特徴とする塗装耐久性に優れた溶接継手。
Ｐ値：｜Ｐ（Ｃｕ）×Ｐ（Ｎｉ）×Ｐ（Ｗ）×Ｐ（Ｍｏ）×Ｐ（Ｓｎ）×Ｐ（Ｓｂ）｜…（１）
ここで、
Ｐ（Ｃｕ）＝１－０．０２８８［Ｃｕ］…（１－１）
Ｐ（Ｎｉ）＝１－０．４９７［Ｎｉ］…（１－２）
であり、
Ｗ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｗ）＝１－３．５４［Ｗ］…（１－３－１）
Ｗ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｗ）＝１－０．０５６［Ｗ］－０．１７４…（１－３－２）
Ｍｏ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｍｏ）＝１－３．０３［Ｍｏ］…（１－４－１）
Ｍｏ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｍｏ）＝１－０．０９８［Ｍｏ］－０．１４７…（１－４－２）
Ｓｎ：０．０３％未満の場合、
Ｐ（Ｓｎ）＝１－３．４１［Ｓｎ］…（１－５－１）
Ｓｎ：０．０３％以上の場合、
Ｐ（Ｓｎ）＝１－１．０４［Ｓｎ］－０．０７１…（１－５－２）
Ｓｂ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｓｂ）＝１－２．３２［Ｓｂ］…（１－６－１）
Ｓｂ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｓｂ）＝１－０．０３５１［Ｓｂ］－０．１１４…（１－６－２）
である。
なお、（１－１）、（１－２）、（１－３－１）、（１－３－２）、（１－４－１）、（１－４－２）、（１－５－１）、（１－５－２）、（１－６－１）、（１－６－２）において、［Ｃｕ］［Ｎｉ］［Ｗ］［Ｍｏ］［Ｓｎ］［Ｓｂ］は各元素の含有量（質量％）である。
ＰＢ≧ＰＷ…（２）
なお、（２）式において、
ＰＢ：母材の成分組成から計算されるＰ値
ＰＷ：溶接金属部の成分組成から計算されるＰ値
である。
［２］さらに、母材の成分組成が、質量％で、
Ｖ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、
さらに、溶接金属部の成分組成が、質量％で、
Ｖ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする［１］に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
［３］前記母材を構造用鋼材とし、前記溶接継手が塗膜を有することを特徴とする［１］または［２］に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
［４］前記塗膜が、防食下地層、下塗り層、中塗り層および上塗り層を有し、該防食下地層が無機ジンクリッチペイント、該下塗り層がエポキシ樹脂塗料、該中塗り層がふっ素樹脂上塗り塗料用の中塗り塗料、該上塗り層がふっ素樹脂上塗り塗料をそれぞれ用いてなることを特徴とする［３］に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
［５］前記構造用鋼材表面にジンクリッチプライマー層を有することを特徴とする［３］または［４］に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
［６］［１］～［５］のいずれかに記載の溶接継手を備える構造物。
本発明によれば、塗装耐久性に優れた溶接継手を得ることができる。したがって、鋼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：０．０２０％以上、０．２００％以下
Ｃは、鋼材の強度を上昇させ、かつ硬質第二相の体積分率を増加させる元素である。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、０．０２０％以上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０．０２０％以上、０．２００％以下とする。
Ｃは、鋼材の強度を上昇させ、かつ硬質第二相の体積分率を増加させる元素である。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、０．０２０％以上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０．０２０％以上、０．２００％以下とする。
Ｓｉ：０．０５％以上、１．００％以下
Ｓｉは、脱酸と強度を確保するため０．０５％以上含有させる必要がある。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％以下とする。
Ｓｉは、脱酸と強度を確保するため０．０５％以上含有させる必要がある。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％以下とする。
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。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０．７５％以上、１．８０％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。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０．７５％以上、１．８０％以下である。
Ｐ：０．００３％以上、０．０３０％以下
Ｐは、鋼材の塗装耐久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、鋼材の塗装耐久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：０．０１０％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０．０１０％以下とする必要がある。下限は特に限定するものではないが、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ため、現実的な下限は０．０００１％である。
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０．０１０％以下とする必要がある。下限は特に限定するものではないが、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ため、現実的な下限は０．０００１％である。
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、０．０５０％以下とする。より好ましくは、０．０１０％以上、０．０３０％以下とする。
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、０．０５０％以下とする。より好ましくは、０．０１０％以上、０．０３０％以下とする。
さらに本発明では、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｗ：１．０００％以下、Ｍｏ：０．５００％以下、Ｓｎ：０．２００％以下、Ｓｂ：０．２００％以下、のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する。
Ｃｕ：０．５０％以下
Ｃｕ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。このような効果を得るためには、Ｃｕ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。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０．５０％以下とする。好ましくは、０．０１％以上、０．５０％以下、より好ましくは、０．０３％以上、０．４０％以下、より好ましくは、０．０４％以上、０．３０％以下である。さらに好ましくは０．０５％以上、０．２５％以下である。
Ｃｕ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。このような効果を得るためには、Ｃｕ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。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０．５０％以下とする。好ましくは、０．０１％以上、０．５０％以下、より好ましくは、０．０３％以上、０．４０％以下、より好ましくは、０．０４％以上、０．３０％以下である。さらに好ましくは０．０５％以上、０．２５％以下である。
Ｎｉ：０．５０％以下
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。このような効果を得るためには、Ｎｉ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。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０．５０％以下とする。好ましくは、０．０１％以上、０．５０％以下、より好ましくは、０．０３％以上、０．４０％以下、さらに好ましくは、０．０４％以上、０．３０％以下である。さらにより好ましくは、０．０５％以上、０．１５％以下である。
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。このような効果を得るためには、Ｎｉ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。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０．５０％以下とする。好ましくは、０．０１％以上、０．５０％以下、より好ましくは、０．０３％以上、０．４０％以下、さらに好ましくは、０．０４％以上、０．３０％以下である。さらにより好ましくは、０．０５％以上、０．１５％以下である。
Ｗ：１．０００％以下
Ｗは本発明の塗装耐久性に優れた構造用鋼材において重要な元素である。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。加えて、微細さびを形成させてさび層を緻密化することで、腐食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。これらの効果を得るためには、Ｗ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。一方、Ｗ含有量が１．０００％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１．０００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、１．０００％以下、より好ましくは、０．０１０％以上、０．７００％以下、より好ましくは、０．０３０％以上０．５００％以下である。さらに好ましくは０．０５０％以上、０．１００％以下である。
Ｗは本発明の塗装耐久性に優れた構造用鋼材において重要な元素である。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。加えて、微細さびを形成させてさび層を緻密化することで、腐食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。これらの効果を得るためには、Ｗ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。一方、Ｗ含有量が１．０００％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１．０００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、１．０００％以下、より好ましくは、０．０１０％以上、０．７００％以下、より好ましくは、０．０３０％以上０．５００％以下である。さらに好ましくは０．０５０％以上、０．１００％以下である。
Ｍｏ：０．５００％以下
Ｍｏは、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防止する。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。このような効果を得るためには、Ｍｏ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。一方、Ｍｏ含有量が０．５００％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は０．５００％以下とする。好ましくは０．００５％以上、０．５００％以下である。
Ｍｏは、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防止する。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。このような効果を得るためには、Ｍｏ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。一方、Ｍｏ含有量が０．５００％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は０．５００％以下とする。好ましくは０．００５％以上、０．５００％以下である。
Ｓｎ：０．２００％以下
Ｓｎ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。このような効果を得るためには、Ｓｎ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。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を含有する場合、Ｓｎ含有量は、０．２００％以下とする。好ましくは０．００５％以上、０．２００％以下、より好ましくは、０．０１０％以上、０．１００％以下である。より好ましくは、０．０２０％以上、０．０５０％未満である。
Ｓｎ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。このような効果を得るためには、Ｓｎ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。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を含有する場合、Ｓｎ含有量は、０．２００％以下とする。好ましくは０．００５％以上、０．２００％以下、より好ましくは、０．０１０％以上、０．１００％以下である。より好ましくは、０．０２０％以上、０．０５０％未満である。
Ｓｂ：０．２００％以下
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。このような効果を得るためには、Ｓｂ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。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を含有する場合、Ｓｂ含有量は０．２００％以下とする。好ましくは０．００５％以上、０．２００％以下、より好ましくは、０．０１０％以上、０．１５０％以下、より好ましくは、０．０２０％以上、０．１００％以下である。
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。このような効果を得るためには、Ｓｂ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。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を含有する場合、Ｓｂ含有量は０．２００％以下とする。好ましくは０．００５％以上、０．２００％以下、より好ましくは、０．０１０％以上、０．１５０％以下、より好ましくは、０．０２０％以上、０．１００％以下である。
以上、母材の基本成分について説明したが、本発明では、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。
Ｖ：０．２００％以下
Ｖは、地鉄表面近傍さび層中にＶＯ４ ３－として存在することで、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防止する。このような効果を十分に得るためには、Ｖを０．００５％以上含有させることが好適である。一方、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０．２００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、０．２００％以下である。
Ｖは、地鉄表面近傍さび層中にＶＯ４ ３－として存在することで、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防止する。このような効果を十分に得るためには、Ｖを０．００５％以上含有させることが好適である。一方、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０．２００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、０．２００％以下である。
Ｔｉ：０．０５０％以下
Ｔｉは、強度を高める元素である。このような効果を十分に得るためには、Ｔｉを０．００５％以上含有させることが好適である。一方、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると、靭性の劣化を招く。したがって、Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は０．０５０％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、０．０５０％以下である。
Ｔｉは、強度を高める元素である。このような効果を十分に得るためには、Ｔｉを０．００５％以上含有させることが好適である。一方、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると、靭性の劣化を招く。したがって、Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は０．０５０％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、０．０５０％以下である。
Ｚｒ：０．１００％以下
Ｚｒは、強度を高める元素である。このような効果を十分に得るためには、Ｚｒを０．００５％以上含有させることが好適である。一方、Ｚｒ含有量が０．１００％を超えると、その強度向上効果が飽和する。したがって、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、０．１００％以下である。
Ｚｒは、強度を高める元素である。このような効果を十分に得るためには、Ｚｒを０．００５％以上含有させることが好適である。一方、Ｚｒ含有量が０．１００％を超えると、その強度向上効果が飽和する。したがって、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、０．１００％以下である。
Ｂ：０．００５０％以下
Ｂは、強度を高める元素である。このような効果を十分に得るためには、Ｂを０．０００１％以上含有させることが好適である。一方、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、靭性の劣化を招く。したがって、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０．００５０％以下とする。好ましくは、０．０００１％以上、０．００５０％以下である。
Ｂは、強度を高める元素である。このような効果を十分に得るためには、Ｂを０．０００１％以上含有させることが好適である。一方、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、靭性の劣化を招く。したがって、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０．００５０％以下とする。好ましくは、０．０００１％以上、０．００５０％以下である。
Ｃａ：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。このような効果を十分に得るためには、Ｃａを０．０００１％以上含有させることが好適である．一方、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０．０１００％以下とする。好ましくは、０．０００１％以上、０．０１００％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。このような効果を十分に得るためには、Ｃａを０．０００１％以上含有させることが好適である．一方、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０．０１００％以下とする。好ましくは、０．０００１％以上、０．０１００％以下である。
Ｍｇ：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。このような効果を十分に得るためには、Ｍｇを０．０００１％以上含有させることが好適である。一方、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０．０１００％以下とする。好ましくは、０．０００１％以上、０．０１００％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。このような効果を十分に得るためには、Ｍｇを０．０００１％以上含有させることが好適である。一方、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０．０１００％以下とする。好ましくは、０．０００１％以上、０．０１００％以下である。
ＲＥＭ：０．０１００％以下
ＲＥＭ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。このような効果を十分に得るためには、ＲＥＭを０．０００１％以上含有させることが好適である。一方、ＲＥＭ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、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は０．０１００％以下とする。好ましくは、０．０００１％以上、０．０１００％以下である。
ＲＥＭ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。このような効果を十分に得るためには、ＲＥＭを０．０００１％以上含有させることが好適である。一方、ＲＥＭ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、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は０．０１００％以下とする。好ましくは、０．０００１％以上、０．０１００％以下である。
上記以外の残部は、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。
次に、溶接継手における溶接金属部の成分組成は、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：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下を含有する。溶接金属部も構造用鋼としての所定の強度を有するように、溶接金属のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌは、母材の許容範囲と同じ範囲になるように溶接材料成分を調節する。
さらに本発明では、Ｃｕ：１．００％以下、Ｎｉ：５．００％以下、Ｍｏ：１．０００％以下、Ｗ：１．０００％以下、Ｓｎ：０．２００％以下、Ｓｂ：０．２００％以下のうちから選ばれる１種または２種以上の元素を含有する。
Ｃｕ：１．００％以下
Ｃｕ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。このような効果を得るためには、Ｃｕ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｃｕ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、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は１．００％以下とする。好ましくは、０．０１％以上、１．００％以下である。
Ｃｕ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。このような効果を得るためには、Ｃｕ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｃｕ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、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は１．００％以下とする。好ましくは、０．０１％以上、１．００％以下である。
Ｎｉ：５．００％以下
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。このような効果を得るためには、Ｎｉ含有量を０．０１％以上でとすることが好ましい。一方、Ｎｉ含有量が５．００％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｎｉを含有する場合、Ｎｉ含有量は０．０１％以上、５．００％以下とする。好ましくは、０．０１％以上、５．００％以下である。
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。このような効果を得るためには、Ｎｉ含有量を０．０１％以上でとすることが好ましい。一方、Ｎｉ含有量が５．００％を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Ｎｉを含有する場合、Ｎｉ含有量は０．０１％以上、５．００％以下とする。好ましくは、０．０１％以上、５．００％以下である。
Ｍｏ：１．０００％以下
Ｍｏも、本発明の溶接継手溶接金属においては、重要な耐食性向上元素の１つである。このような効果を得るためには、Ｍｏ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｍｏ含有量が１．０００％超えると、溶接金属の靭性に悪影響を及ぼす。Ｍｏが、上記の耐食性向上効果を有する理由は、溶接金属が腐食するのに伴って、生成する錆の中にＭｏＯ４ ２－が生成し、このＭｏＯ４ ２－の存在によって、塩化物イオンが溶接金属表面に侵入するのが抑制されることにより、溶接金属の腐食が効果的に抑制されるからである。したがって、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は１．０００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、１．０００％以下である。
Ｍｏも、本発明の溶接継手溶接金属においては、重要な耐食性向上元素の１つである。このような効果を得るためには、Ｍｏ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｍｏ含有量が１．０００％超えると、溶接金属の靭性に悪影響を及ぼす。Ｍｏが、上記の耐食性向上効果を有する理由は、溶接金属が腐食するのに伴って、生成する錆の中にＭｏＯ４ ２－が生成し、このＭｏＯ４ ２－の存在によって、塩化物イオンが溶接金属表面に侵入するのが抑制されることにより、溶接金属の腐食が効果的に抑制されるからである。したがって、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は１．０００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、１．０００％以下である。
Ｗ：１．０００％以下
Ｗは、本発明の溶接継手溶接金属においては、最も重要な耐食性向上元素の１つである。このような効果を得るためには、Ｗ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｗ含有量が１．０００％を超えると、溶接金属の靭性に悪影響を及ぼす。Ｗが、上記の耐食性向上効果を有する理由は、溶接金属が腐食するのに伴って、生成する錆の中にＷＯ４ ２－が生成し、このＷＯ４ ２－の存在によって、塩化物イオンが溶接金属表面に侵入するのが抑制され、さらに溶接金属表面のアノード部などで、難溶性のＦｅＷＯ４が生成する。このＦｅＷＯ４の存在によっても、塩化物イオンの溶接金属表面への侵入が抑制され、塩化物イオンの溶接金属表面への侵入が抑制されることによって、溶接金属の腐食が効果的に抑制されるからである。また、ＷＯ４ ２－の溶接金属表面への吸着によるインヒビター作用によっても、溶接金属の腐食が抑制されるからである。したがって、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は１．０００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、１．０００％以下である。
Ｗは、本発明の溶接継手溶接金属においては、最も重要な耐食性向上元素の１つである。このような効果を得るためには、Ｗ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｗ含有量が１．０００％を超えると、溶接金属の靭性に悪影響を及ぼす。Ｗが、上記の耐食性向上効果を有する理由は、溶接金属が腐食するのに伴って、生成する錆の中にＷＯ４ ２－が生成し、このＷＯ４ ２－の存在によって、塩化物イオンが溶接金属表面に侵入するのが抑制され、さらに溶接金属表面のアノード部などで、難溶性のＦｅＷＯ４が生成する。このＦｅＷＯ４の存在によっても、塩化物イオンの溶接金属表面への侵入が抑制され、塩化物イオンの溶接金属表面への侵入が抑制されることによって、溶接金属の腐食が効果的に抑制されるからである。また、ＷＯ４ ２－の溶接金属表面への吸着によるインヒビター作用によっても、溶接金属の腐食が抑制されるからである。したがって、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は１．０００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、１．０００％以下である。
Ｓｎ：０．２００％以下
Ｓｎは、溶接金属の耐食性を向上させる効果がある。このＳｎの効果は、溶接金属表面のアノード部など、ｐＨが下がった部位での腐食を抑制するためである。このような効果を得るためには、Ｓｎ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｓｎ含有量が０．２００％超えでは、溶接金属靭性を劣化させる。したがって、Ｓｎを含有する場合、Ｓｎ含有量は０．２００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、０．２００％以下である。
Ｓｎは、溶接金属の耐食性を向上させる効果がある。このＳｎの効果は、溶接金属表面のアノード部など、ｐＨが下がった部位での腐食を抑制するためである。このような効果を得るためには、Ｓｎ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｓｎ含有量が０．２００％超えでは、溶接金属靭性を劣化させる。したがって、Ｓｎを含有する場合、Ｓｎ含有量は０．２００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、０．２００％以下である。
Ｓｂ：０．２００％以下
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。このような効果を得るためには、Ｓｂを０．００５％以上とすることが好ましい。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を含有する場合、Ｓｂ含有量は０．２００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、０．２００％以下である。
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。このような効果を得るためには、Ｓｂを０．００５％以上とすることが好ましい。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を含有する場合、Ｓｂ含有量は０．２００％以下とする。好ましくは、０．００５％以上、０．２００％以下である。
以上、溶接金属部の基本成分について説明したが、本発明では、必要に応じて、Ｖ：０．２００％以下、Ｔｉ：０．０５０％以下、Ｚｒ：０．１００％以下、Ｂ：０．００５０％以下、Ｃａ：０．０１００％以下、Ｍｇ：０．０１００％以下、ＲＥＭ：０．０１００％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を適宜含有させることができる。なお、上限の限定理由や、好適上下限は、母材成分の場合と同様である。
上記以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
母材と溶接金属部それぞれの部分を切り出して耐食性試験を行った場合は、以上の成分組成の限定で対応可能であるが、母材と溶接金属部の両方を有する実際の構造体では、上記の限定を満たしていても、溶接金属部が先に錆びてしまうなどの問題が発生する場合があることがわかった。そこで、本発明者らは、各元素と耐食性の関係を詳細に検討し、関係性を見出した。すなわち、本発明では、さらに、母材および溶接金属部の各成分について、下記の（１）式を用いて算出されるＰ値がいずれも０．９０以下を満たし、かつ、（２）式を満たすことを特徴とする。
Ｐ値：｜Ｐ（Ｃｕ）×Ｐ（Ｎｉ）×Ｐ（Ｗ）×Ｐ（Ｍｏ）×Ｐ（Ｓｎ）×Ｐ（Ｓｂ）｜…（１）
ここで、
Ｐ（Ｃｕ）＝１－０．０２８８［Ｃｕ］…（１－１）
Ｐ（Ｎｉ）＝１－０．４９７［Ｎｉ］…（１－２）
であり、
Ｗ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｗ）＝１－３．５４［Ｗ］…（１－３－１）
Ｗ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｗ）＝１－０．０５６［Ｗ］－０．１７４…（１－３－２）
Ｍｏ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｍｏ）＝１－３．０３［Ｍｏ］…（１－４－１）
Ｍｏ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｍｏ）＝１－０．０９８［Ｍｏ］－０．１４７…（１－４－２）
Ｓｎ：０．０３％未満の場合、
Ｐ（Ｓｎ）＝１－３．４１［Ｓｎ］…（１－５－１）
Ｓｎ：０．０３％以上の場合、
Ｐ（Ｓｎ）＝１－１．０４［Ｓｎ］－０．０７１…（１－５－２）
Ｓｂ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｓｂ）＝１－２．３２［Ｓｂ］…（１－６－１）
Ｓｂ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｓｂ）＝１－０．０３５１［Ｓｂ］－０．１１４…（１－６－２）
である。
なお、（１－１）、（１－２）、（１－３－１）、（１－３－２）、（１－４－１）、（１－４－２）、（１－５－１）、（１－５－２）、（１－６－１）、（１－６－２）において、［Ｃｕ］［Ｎｉ］［Ｗ］［Ｍｏ］［Ｓｎ］［Ｓｂ］は各元素の含有量（質量％）である。
ＰＢ≧ＰＷ…（２）
なお、（２）式において、
ＰＢ：母材の成分組成から計算されるＰ値
ＰＷ：溶接金属部の成分組成から計算されるＰ値
である。
Ｐ値：｜Ｐ（Ｃｕ）×Ｐ（Ｎｉ）×Ｐ（Ｗ）×Ｐ（Ｍｏ）×Ｐ（Ｓｎ）×Ｐ（Ｓｂ）｜…（１）
ここで、
Ｐ（Ｃｕ）＝１－０．０２８８［Ｃｕ］…（１－１）
Ｐ（Ｎｉ）＝１－０．４９７［Ｎｉ］…（１－２）
であり、
Ｗ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｗ）＝１－３．５４［Ｗ］…（１－３－１）
Ｗ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｗ）＝１－０．０５６［Ｗ］－０．１７４…（１－３－２）
Ｍｏ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｍｏ）＝１－３．０３［Ｍｏ］…（１－４－１）
Ｍｏ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｍｏ）＝１－０．０９８［Ｍｏ］－０．１４７…（１－４－２）
Ｓｎ：０．０３％未満の場合、
Ｐ（Ｓｎ）＝１－３．４１［Ｓｎ］…（１－５－１）
Ｓｎ：０．０３％以上の場合、
Ｐ（Ｓｎ）＝１－１．０４［Ｓｎ］－０．０７１…（１－５－２）
Ｓｂ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｓｂ）＝１－２．３２［Ｓｂ］…（１－６－１）
Ｓｂ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｓｂ）＝１－０．０３５１［Ｓｂ］－０．１１４…（１－６－２）
である。
なお、（１－１）、（１－２）、（１－３－１）、（１－３－２）、（１－４－１）、（１－４－２）、（１－５－１）、（１－５－２）、（１－６－１）、（１－６－２）において、［Ｃｕ］［Ｎｉ］［Ｗ］［Ｍｏ］［Ｓｎ］［Ｓｂ］は各元素の含有量（質量％）である。
ＰＢ≧ＰＷ…（２）
なお、（２）式において、
ＰＢ：母材の成分組成から計算されるＰ値
ＰＷ：溶接金属部の成分組成から計算されるＰ値
である。
以下、本発明において、Ｐ値および式（２）を規定するに至った経緯について説明する。
母材および溶接金属におけるＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂの化学成分量の耐食効果を見積もるため、これら成分が種々の量含有する鋼片を試験片として準備し、以下の試験により調査した。これら試験片の表面に、表面粗さがＩＳＯ Ｓａ 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。次いで、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（厚さ：７５μｍ）を塗布し、ついで下塗りとしてエポキシ樹脂塗料（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（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（厚さ：２５μｍ）を塗布し、防食下地層、下塗り層、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、図１に示すように、母材部、溶接金属部、母材部にまたがり、地鉄に到達するような幅：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、以下に示す条件にて腐食試験を実施した。
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度、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。上記の試験により、試験片に生じた塗膜膨れ幅を測定した。この結果より、塗膜膨れ幅とＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂについてのそれぞれの耐食性への寄与度を算出し、Ｐ値の式（１）を見出した。なお、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂが全く含まれていない場合のＰ値は１．００であるが、本発明で求める耐食性は、Ｐ値を０．９０以下とすることで得られる。さらに、溶接材料の成分を種々変更して溶接金属の成分を変更し、母材と溶接金属の関係性を検討した結果、溶接金属のＰ値（ＰＷ）は母材成分のＰ値（ＰＢ）以下とすることが必要なことも見出した。
母材および溶接金属部のＰ値が０．９０以下を満たす場合は、十分な耐食効果を発揮する。一方、母材および溶接金属部のＰ値が、どちらも０．９０より大きい場合、耐食効果が著しく低下する。なお、溶接金属中のＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂは、Ｐ値が０．９０以下であれば十分な耐食効果が得られるため、必ずしも複合添加とする必要はない。また、母材および溶接金属部のＰ値は０．８０以下であることが好ましい。
さらに、本発明では、下記（２）式を満たすことを特徴とする。
ＰＢ≧ＰＷ…（２）
なお、（２）式において、
ＰＢ：母材の成分組成から計算されるＰ値
ＰＷ：溶接金属部の成分組成から計算されるＰ値
である。
ＰＢ≧ＰＷ…（２）
なお、（２）式において、
ＰＢ：母材の成分組成から計算されるＰ値
ＰＷ：溶接金属部の成分組成から計算されるＰ値
である。
溶接金属部は、実構造物において溶接ビードなどにより母材に比べて形状が平坦ではなく、母材よりも塗膜厚が薄くなり、腐食の起点になりやすい。そのため、溶接金属は、母材以上の耐食性が求められる。式（２）を満たすことにより、母材以上の耐食性が担保される。
溶接金属中にＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｓｂを適正量含有させる方法については特に制限はなく、溶接の方法にもよるが、溶接金属が、母材成分、フラックス、溶接ワイヤ等が溶融凝固して形成される場合、これらの成分に上記の成分を含有させておけばよい。
なお、溶接金属部のサイズや溶接方法によって、母材成分と溶接材料の成分から溶接金属部の成分を試算可能であり、Ｐ値を適正範囲とするようにＣｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂの添加量を適宜決定すればよい。
また、本発明において、溶接手段は特に限定されず、溶接継手の機械的特性、耐食性を確保できるよう、通常、汎用される溶接方法を適宜選択して用いることができる。例えば、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）などの自動溶接、フラックス入りワイヤ（ＦＣＷ）やソリッドワイヤ（ＧＭＡＷ）などの半自動アーク溶接あるいは被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）などの手アーク溶接等が代表的である。
本発明の溶接継手は、構造用鋼材（母材）同士を溶接してなる溶接継手であり、本発明の溶接継手は、塗膜を有している。通常、構造用鋼材表面に塗膜を塗装した後、溶接して溶接継手とする場合と、構造用鋼材を溶接した後に塗膜を塗装して溶接継手とする場合がある。塗膜としては、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が挙げられる。
なお、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、鋼材表面の塗膜は、プライマー層、下塗り層、中塗り層、上塗り層をこの順に有する塗膜や、防食下地層、下塗り層、上塗り層をこの順に有する塗膜でも良い。
また、製品出荷時には、一次防錆を目的として、構造用鋼材の表面にジンクリッチプライマー層を有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。
本発明の溶接継手の母材（構造用鋼材）は、上記成分組成を有する鋼を通常の連続鋳造や分塊法により得られたスラブを熱間圧延することにより厚板や形鋼、薄鋼板、棒鋼等の鋼材に製造され、得られる。加熱、圧延条件は、要求される材質に応じて適宜決定すればよく、制御圧延、加速冷却、あるいは再加熱熱処理等の組合せも可能である。
また、母材および溶接金属部における各元素の含有量は、スパーク放電発光分光分析法、蛍光Ｘ線分析法、ＩＣＰ発光分光分析法、ＩＣＰ質量分析法または燃焼法等により求めることができる。
表１に示す成分組成を含有する鋼（残部はＦｅおよび不可避的不純物である）を溶製し、１１００～１１５０℃に加熱した後、熱間圧延を行い、室温まで空冷して厚さ２５ｍｍの鋼板を得た。これらの鋼板を溶接して溶接継手を作製した。溶接金属中のＣｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂの成分量は、母材からの希釈以外では、フラックスおよびワイヤにＣｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂの成分を添加しておくことにより調整した。
表１の化学成分を有する母材と表２の化学成分を有する溶接材料を用いて、溶接継手を作製した。使用した溶接方法は、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）、フラックス入りワイヤ（ＦＣＷ）やソリッドワイヤ（ＧＭＡＷ）の半自動アーク溶接である。なお、作製した溶接継手については、溶接金属中央部の成分分析（溶接金属全体の面積率に対して５０％となるように中央部から採取したものを分析）を行った。作製した溶接継手の化学成分を表３に示す。
このようにして作成した溶接継手の塗装耐久性を調査するため、図１に示すように溶接金属を跨ぐように１２０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍの試験片を採取した。この試験片の表面に、表面粗さがＩＳＯ Ｓａ 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（厚さ：７５μｍ）を塗布し、ついで下塗りとしてエポキシ樹脂塗料（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（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（厚さ：２５μｍ）を塗布し、防食下地層、下塗り層、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、図１に示すように、溶接金属を跨ぎ地鉄に到達するような幅：１ｍｍ、長さ：４０ｍｍの直線のカットを入れ（カット部の中で溶接金属部と母材部の長さの比率は１：１）、初期欠陥を設けた。ついで、以下に示す条件にて腐食試験を実施した。
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度、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（塗装膨れ面積）を測定し、塗装耐久性を評価した。なお、塗装膨れ面積が４８０ｍｍ２以下であれば、塗装の耐久性に優れると判断した。
結果を表４に示す。
母材および溶接金属のＰ値が０．９０以下の場合、塗装の膨れ面積が４８０ｍｍ２以下であり、塗装耐久性に優れることがわかる。一方、鋼種ＢＷ２６のように、母材と溶接金属のＰ値が０．９０より小さいがＰＢ＜ＰＷである場合は、塗装の膨れ面積が４８０ｍｍ２を超え、塗装耐久性が低下していることが分かる。また、鋼種ＢＷ２９のように、母材と溶接金属部のどちらか一方だけがＰ値を満たしている場合でも、塗装耐久性が劣化していることが分かる。
Claims (6)
- 母材同士を溶接してなる溶接継手であって、母材の成分組成が、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：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下を含有し、
さらに、Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｗ：１．０００％以下、
Ｍｏ：０．５００％以下、
Ｓｎ：０．２００％以下、
Ｓｂ：０．２００％以下、
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
溶接金属部の成分組成が、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：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上、０．１００％以下を含有し、
さらに、Ｃｕ：１．００％以下、
Ｎｉ：５．００％以下、
Ｗ：１．０００％以下、
Ｍｏ：１．０００％以下、
Ｓｎ：０．２００％以下、
Ｓｂ：０．２００％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、
さらに、母材および溶接金属部の各成分について、下記の（１）式を用いて算出されるＰ値がいずれも０．９０以下を満たし、かつ、（２）式を満たすことを特徴とする塗装耐久性に優れた溶接継手。
Ｐ値：｜Ｐ（Ｃｕ）×Ｐ（Ｎｉ）×Ｐ（Ｗ）×Ｐ（Ｍｏ）×Ｐ（Ｓｎ）×Ｐ（Ｓｂ）｜…（１）
ここで、
Ｐ（Ｃｕ）＝１－０．０２８８［Ｃｕ］…（１－１）
Ｐ（Ｎｉ）＝１－０．４９７［Ｎｉ］…（１－２）
であり、
Ｗ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｗ）＝１－３．５４［Ｗ］…（１－３－１）
Ｗ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｗ）＝１－０．０５６［Ｗ］－０．１７４…（１－３－２）
Ｍｏ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｍｏ）＝１－３．０３［Ｍｏ］…（１－４－１）
Ｍｏ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｍｏ）＝１－０．０９８［Ｍｏ］－０．１４７…（１－４－２）
Ｓｎ：０．０３％未満の場合、
Ｐ（Ｓｎ）＝１－３．４１［Ｓｎ］…（１－５－１）
Ｓｎ：０．０３％以上の場合、
Ｐ（Ｓｎ）＝１－１．０４［Ｓｎ］－０．０７１…（１－５－２）
Ｓｂ：０．０５％未満の場合、
Ｐ（Ｓｂ）＝１－２．３２［Ｓｂ］…（１－６－１）
Ｓｂ：０．０５％以上の場合、
Ｐ（Ｓｂ）＝１－０．０３５１［Ｓｂ］－０．１１４…（１－６－２）
である。
なお、（１－１）、（１－２）、（１－３－１）、（１－３－２）、（１－４－１）、（１－４－２）、（１－５－１）、（１－５－２）、（１－６－１）、（１－６－２）において、［Ｃｕ］［Ｎｉ］［Ｗ］［Ｍｏ］［Ｓｎ］［Ｓｂ］は各元素の含有量（質量％）である。
ＰＢ≧ＰＷ…（２）
なお、（２）式において、
ＰＢ：母材の成分組成から計算されるＰ値
ＰＷ：溶接金属部の成分組成から計算されるＰ値
である。 - さらに、母材の成分組成が、質量％で、
Ｖ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、
さらに、溶接金属部の成分組成が、質量％で、
Ｖ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。 - 前記母材を構造用鋼材とし、前記溶接継手が塗膜を有することを特徴とする請求項１または２に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
- 前記塗膜が、防食下地層、下塗り層、中塗り層および上塗り層を有し、該防食下地層が無機ジンクリッチペイント、該下塗り層がエポキシ樹脂塗料、該中塗り層がふっ素樹脂上塗り塗料用の中塗り塗料、該上塗り層がふっ素樹脂上塗り塗料をそれぞれ用いてなることを特徴とする請求項３に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
- 前記構造用鋼材表面にジンクリッチプライマー層を有することを特徴とする請求項３または４に記載の塗装耐久性に優れた溶接継手。
- 請求項１～５のいずれかに記載の溶接継手を備える構造物。
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