JP3260232B2 - 海岸高耐候性クラッド鋼板の製造方法 - Google Patents

海岸高耐候性クラッド鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は橋梁、建築などの鋼構造
物において、特に海岸地帯など塩素イオンの多い腐食環
境下で耐食性の要求される部材に使用される高耐候性ク
ラッド鋼板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より上記した用途に使用される構造
部材用には、比較的価格が安価である上、使用環境によ
り必要にして十分な耐食性を有するということで種々の
耐候性鋼が開発され、実用化されている。耐候性鋼は普
通鋼にCu,Cr,Pなどを微量含有させたものであ
り、大気暴露によって鋼表面に形成される錆皮膜が高い
防食機能を有する安定錆となることが知られている。日
本工業規格にあるJISG3114;溶接構造用耐候性
熱間圧延鋼材及びJIS G3125;高耐候性圧延鋼
材はこれに相当する。
【0003】上記従来技術における耐候性鋼は、大気腐
食環境において優れた耐食性を示すが、海岸地帯など特
に塩素イオンの多い腐食環境下では、普通鋼と耐食性は
殆ど変わらないことが指摘されている。このため、例え
ば橋梁などのような大規模な鋼構造物では腐食防止のた
めの塗装費用が莫大となる。一方、ステンレス鋼は、通
常11%以上のCrを含有するため耐候性鋼に比べ遥か
に耐食性が優れているが価格が高価である。そこで、比
較的に安価な普通鋼や低合金鋼を母材とし、高価なステ
ンレス鋼を合わせ材とするクラッド鋼板が開発され、使
用されている。
【0004】このようなクラッド鋼板の製造法には、圧
延法、爆着法、鋳込み法、拡散法及び溶射法がある。例
えば、圧延法においては母材と合わせ材との密着性を確
保するために密着面の表面研磨、更には加熱・圧延時に
おける酸化を防止するための4周溶接並びに真空引きな
どの配慮がスラブ組立時に必要である。しかしながら、
これらの作業はコスト面に問題があり、また、密着面全
体の密度性の確保に問題があった。
【0005】また、ステンレス鋼は塩素イオンの多い腐
食環境下では耐候性鋼のような全面腐食が起こらず、
「孔食」として良く知られている局部的な腐食が起きや
すい。この腐食形態は、一見軽度の腐食のように観察さ
れるが、腐食の発生した部分の侵食速度は全面腐食の起
きる耐候性鋼よりもむしろ速く、比較的短時間で貫通孔
を生じることすらある。これらのため、耐候性鋼と同様
の用途には供し得ないものであった。このような発想に
立って発明された鋼の例として、特開平5−06908
9号、特開平5−177304号公報が公知である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のものは母材で不純物元素であるP,Sの含有量が制限
されておらず、優れた靭性を確保する点では十分とはい
えない。母材にP,Sの不純物元素が多量に含まれると
靭性が劣化する。特に、SはMnと結合して割れの起点
となり、更に単独でも粒界に偏析して脆化を促進させ
る。そのため靭性確保には極力その含有量を低く制限す
る。あるいは、MnSの形態制御をすることが必要であ
る。本発明は、ステンレス鋼やステンレスクラッド鋼に
比べ遥かに安価で、且つ、母材と合わせ材の密着性に優
れ、更に耐候性鋼に比し優れた耐食性を有し、靭性に優
れた高耐候性クラッド鋼板を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、表層を耐全面
腐食性に優れていると同時に耐孔食性も優れた高Ni含
有鋼あるいはCu−Ni含有鋼とし、溶接構造用鋼とし
て必要な諸特性(例えば、強度、靭性、溶接性)は内層
で有する複層鋳片を連続鋳造で製造し、該鋳片を熱間圧
延することにより、前記目的を達成するものである。な
お複層鋳片の連続鋳造としては、例えば特開昭63−1
08947号公報によるのが好ましい。
【0008】本発明の要旨とするところは、内層部が重
量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.03〜
0.35%、Mn:0.10〜1.8%、P:0.01
5%以下、S:0.010%以下、Al:0.005〜
0.07%、更にCu:0.05〜2.0%、Ni:
0.05〜2.0%、Cr:0.05〜0.5%、M
o:0.05〜0.5%、V:0.01〜0.1%、N
b:0.005〜0.1%、Ti:0.005〜0.0
3%、B:0.0003〜0.0020%、Ca:0.
0001〜0.0080%、REM:0.0001〜
0.0050%を1種または2種以上含み、残部Fe及
び不可避的不純物からなる鋼を母材とし、表層部が重量
%で、C:0.08%以下、Si:0.03〜0.35
%、Mn:0.10〜1.5%、Ni:3.0〜7.0
%、Al:0.005〜0.070%、あるいは、C
u:0.5〜2.0%、更に、Mo:0.05〜2.0
%、Ca:0.001〜0.01%を1種または2種含
み、残部Fe及び不可避的不純物からなる合わせ材で被
覆した複層鋳片を連続鋳造で製造し、該鋳片を1000
℃〜1300℃に加熱し、次いで熱間圧延を仕上げ温度
650℃以上で行った後、空冷または水冷することを特
徴とする靭性に優れた海岸高耐候性クラッド鋼板の製造
方法である。
【0009】
【作用】以下に本発明を詳細に説明する。 (1)母材(内層部) C:Cは強度確保のために添加するが、0.03%未満
ではその効果が不足し、0.20%を超えると鋼材の靭
性と溶接性が劣化するので0.03〜0.20%とし
た。 Si:Siは強度確保と脱酸のために0.03%以上を
必要とするが0.35%を超えると靭性が劣化するので
これを上限とした。 Mn:Mnは強度確保のために0.10%は必要で、
1.8%を超えると溶接性が劣化するので0.10〜
1.8%に制約した。 P:Pは溶接性、低温靭性から0.015%以下に限定
したが低いほど好ましい。
【0010】S:Sは低温靭性から0.010%以下に
限定したが低いほど好ましく、必要に応じてMnSの形
態制御のためにCa,REMを添加すれば更に有利にな
る。 Al:Alは通常脱酸元素として用いられている0.0
05〜0.070%の範囲とした。 更に、必要に応じて添加されるCu,Ni,Cr,M
o,V,Nb,Ti,B,Ca,REMは強度上昇また
は靭性向上に有効な元素であり、その効果が不足しない
範囲として前記の量を下限とし、また溶接性を劣化しな
い範囲として前記の量を上限とした。
【0011】(2)合わせ材(表層部) C:Cは0.08%を超えると耐食性が劣化するので
0.08%以下に限定した。 Si:Siは脱酸のために0.03%以上を必要とする
が、0.35%を超えると耐食性が劣化するので0.3
5%を上限とした。 Mn:Mnは脱酸、脱硫効果のために0.10%は必要
で、1.50%を超えると溶接性が劣化するので、0.
10〜1.50%に制約した。 Ni:Niは耐食性を向上させる上で有効な元素である
が、単独で添加量が3%未満では効果がなく、確実な効
果を得るためには3.5%以上の添加が望ましい。一方
7.0%を超えると加工性の劣化を招くとともにコスト
アップの原因となるので7.0%を上限とした。また、
次に述べるCuの添加効果を助長する効果のある元素で
あるが、添加量が1%未満では効果がない。一方4.0
%を超えるとその効果が飽和するとともにコストアップ
の原因となるので4.0%を上限とした。
【0012】Cu:CuはNiと共存することにより耐
食性を向上させる元素である。その効果は0.5%以上
より現れる。また余り多く添加するとCuの微細析出が
鋼中に生じ、鋼表面においてミクロな電池を形成するた
め、鉄の腐食を促進する。この腐食促進が顕著になるの
は2.0%を超える場合であり、本発明ではこの値を上
限とした。 Al:Alは通常脱酸元素として用いられている0.0
05〜0.070%の範囲とした。 Mo,Caは、更なる耐食性の向上を目的として添加さ
れる元素である。 Mo:Moは0.05%以上添加すると、使用中に発生
した孔食中の局部的pHの低下を抑制するメカニズムに
より孔食の成長を制御する効果があるが、その効果は
2.0%を超えると飽和するので0.05〜2.0%の
範囲とした。 Ca:Caは0.001%以上添加すると、鋼表面での
鋼材の溶解に伴うpH低下を抑制し、鉄の溶解速度を抑
制するというメカニズムにより耐食性を向上させるが、
その効果は0.01%で十分なので、その範囲を0.0
01〜0.01%とした。
【0013】(3)製造方法 連続鋳造により複層鋳片を製造し、該鋳片に熱間圧延を
施すため従来の大型鋼板の製造方法とプロセス的には相
違がなく、クラッド鋼製造時の準備工程を施す必要がな
く、量産、経済性の面から有利である。以下に、熱間圧
延以降の製造方法を限定する理由を述べる。まず、加熱
温度については、母材の靭性確保の点から初期オーステ
ナイト粒は細かい方が良く、このため加熱温度は低い方
が望ましい。加熱温度が1300℃を超えると、オース
テナイト粒が粗大化して靭性を劣化させるので、上限を
1300℃とした。また、その下限は合わせ材の溶体化
の点から1000℃以上にすることが必要である。
【0014】次に、仕上げ温度については述べる。仕上
げ温度が650℃未満になると、母材のフェライト組織
が加工を受け靭性が劣化し、また、同時に母材と合わせ
材の変形能の差が大きくなり、圧延後の鋼板形状が不良
となるので、下限は650℃とした。圧延終了後の冷却
に関しては、空冷あるいは水冷(加速冷却)のいずれの
プロセスを適用しても良い。
【0015】
【実施例】供試材の化学成分を表1に示し、加熱温度、
仕上げ温度、冷却条件を表2に、得られたクラッド鋼板
の強度、靭性、耐食性を合わせて表2に示す。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【表3】
【0019】表1においてF〜Xは本発明限定成分鋼、
A〜Eは範囲外のものである。比較鋼のAは表層成分が
JIS G3114;溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材相
当のもの、BはJIS G3125;高耐候性圧延鋼材
相当のもの、Cはステンレス鋼並にCr含有量が高いも
のである。
【0020】これらの複層鋳片を表2に示されるような
圧延条件に従って熱間圧延した。このようにして製造し
たクラッド鋼板の母材部分から試験片を切り出し、引張
試験及びシャルピー試験を行った。また、これらのクラ
ッド鋼を用いて耐候性試験を行った。耐候性試験は海岸
地帯などの特に塩素イオンの多い腐食環境を再現するた
め5%塩水を1日1回散布する促進耐候性試験(塩水散
布暴露試験)を1年間実施し、腐食減量及び孔食係数
(最大孔食深さ/板厚減少量)で評価を行った。これら
の結果を表2に合わせて示す。
【0021】表から明らかな通り、本発明法を適用して
得られたクラッド鋼板F1,G1,H1,I1,J1,
K1,L1,M1,N1,O1,P1,Q1,R1,S
1,T1,U1,V1,W1,X1は比較例に比べいず
れも優れた耐食鋼並びに強度、靭性を有することが分か
る。これに対し、比較例のA1,B1,D1,E1は合
わせ材の組成が限定成分範囲外のため腐食減量が多く、
C1は孔食係数が大きい。また、いずれも母材のP,S
が限定範囲外のため靭性が低い。更に、比較例F2,G
2,H2は母材及び合わせ材の組成は本発明の限定成分
範囲であるが、F2は加熱温度、仕上げ温度が低いた
め、G2は加熱温度が高いため、H2は仕上げ温度が低
いため、いずれも靭性が低い。
【0022】
【発明の効果】本発明は表層を耐全面腐食性及び耐孔食
性に優れた高含Ni鋼、内層を各種強度、靭性、溶接性
に応じた溶接構造用鋼とする複層鋳片を連続鋳造で製造
し、熱間圧延することにより、塩素イオンの多い腐食環
境下で高耐食性の要求使用される橋梁、建築などの構造
部材へ、ステンレス鋼やステンレス・クラッド鋼に比べ
安価で、且つ、従来の耐候性鋼より優れた耐食性を有
し、靭性の優れた高耐候性クラッド鋼板が提供でき、産
業上大きな効果を有するものであるといえる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C21D 8/02 C21D 8/02 D 9/00 9/00 Z C22C 38/54 C22C 38/54 // C22C 38/00 301 38/00 301Z 38/08 38/08 (56)参考文献 特開 平5−177304(JP,A) 特開 平5−69089(JP,A) 特開 平3−229819(JP,A) 特開 平3−187738(JP,A) 特開 平6−240407(JP,A) 特開 平6−15412(JP,A) 特開 平5−337608(JP,A) 特開 平5−156409(JP,A) 特開 平6−256844(JP,A) 特開 昭57−44402(JP,A) 特開 昭60−43465(JP,A) 特開 平3−284941(JP,A) 特開 平2−194945(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/00 B21B 1/22 B32B 15/01 C22C 38/00 301 C22C 38/08 C21D 8/02 C21D 9/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内層部が重量%で C :0.03〜0.20%、 Si:0.03〜0.35%、 Mn:0.10〜1.8%、 P :0.015%以下、 S :0.010%以下、 Al:0.005〜0.07%、 残部Fe及び不可避的不純物からなる鋼を母材とし、 表層部が重量%で C :0.08%以下、 Si:0.03〜0.35%、 Mn:0.10〜1.5%、 Ni:3.0〜7.0%、 Al:0.005〜0.070%、 残部Fe及び不可避的不純物からなる合わせ材で被覆し
    た複層鋳片を連続鋳造で製造し、該鋳片を1000℃〜
    1300℃に加熱し、次いで熱間圧延を仕上げ温度65
    0℃以上で行った後、空冷または水冷することを特徴と
    する海岸高耐候性クラッド鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 内層部が重量%で C :0.03〜0.20%、 Si:0.03〜0.35%、 Mn:0.10〜1.8%、 P :0.015%以下、 S :0.010%以下、 Al:0.005〜0.070%、 残部Fe及び不可避的不純物からなる鋼を母材とし、 表層部が重量%で C :0.08%以下、 Si:0.03〜0.35%、 Mn:0.10〜1.5%、 Cu:0.50〜2.0%、 Ni:1.0〜4.0%、 Al:0.005〜0.070%、 残部Fe及び不可避的不純物からなる合わせ材で被覆し
    た複層鋳片を連続鋳造で製造し、該鋳片を1000℃〜
    1300℃に加熱し、次いで熱間圧延を仕上げて温度6
    50℃以上で行った後、空冷または水冷することを特徴
    とする海岸高耐候性クラッド鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 合わせ材中に更に、 Mo:0.05〜2.0%、 Ca:0.001〜0.01% を1種または2種含むことを特徴とする請求項1または
    2記載の海岸高耐候性クラッド鋼板の製造方法。
  4. 【請求項4】 母材中に更に、 Cu:0.05〜2.0%、 Ni:0.05〜2.0%、 Cr:0.05〜0.5%、 Mo:0.05〜0.5%、 V :0.01〜0.1%、 Nb:0.005〜0.1%、 Ti:0.005〜0.03%、 B :0.0003〜0.0020%、 Ca:0.0001〜0.0080%、 REM:0.0001〜0.0050% を1種または2種以上含むことを特徴とする請求項1な
    いし3のいずれかに記載の海岸高耐候性クラッド鋼板の
    製造方法。
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