JP3270541B2

JP3270541B2 - 溶接部における局部腐食の防止方法

Info

Publication number: JP3270541B2
Application number: JP28753292A
Authority: JP
Inventors: 光男木村; 司今津; 良行斉藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: JPH06134572A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、海水環境における母
材部の腐食および溶接部における局部腐食の低減方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】海水中で鋼材を使用する場合、塗装、あ
るいは電気防食にて防食するのが一般的である。しか
し、飛沫帯においては電気防食が使えないこと、また、
塗装も剥離の問題などもあり、必ずしも完全なものでは
ない。また、構造物の構造によっては塗装作業、あるい
はその補修が容易ではないために耐海水腐食性に優れる
鋼材が要求されている。それらの要求に対して耐海水腐
食性に優れる鋼材として耐海水鋼が製品化されている。
しかし溶接構造物として考えた場合、鋼材の溶接性と共
に、溶接部における局部腐食の問題がある。溶接部にお
ける局部腐食は応力集中につながり、破壊にいたる原因
ともなるため大きな問題となる。

【０００３】海水環境中における鋼材の溶接部の局部腐
食は、鋼母材、溶接熱影響部、溶接金属という異なった
組成、組織をもつ部分が電気化学的に使用して起こる所
謂ガルバニック腐食である。したがってこの腐食を防止
するには、耐食性に優れた鋼材を使用するとともに、そ
れにあった溶接材料による溶接を考慮しなければならな
い。

【０００４】母材と溶接熱影響部との間で起こる局部腐
食は母材との熱履歴の差によって生じた異なった組織に
起因するため、溶接熱影響部の組織を母材の組織と同一
にすることで防止することができる。これに対しては、
溶接部を後熱処理する方法が考えられるが、大型構造物
ではそれは困難である。溶接金属部の局部腐食は溶接金
属の成分を母材よりも電気化学的に貴にすることで防止
できるが、貴にしすぎるとまわりの溶接熱影響部が腐食
されることとなる。したがって、鋼材と見合った溶接金
属の成分が要求されることになる。このような技術とし
て、所定の鋼材を３〜６重量％のNiを含有した溶接材料
で溶接するというように溶接金属の成分中のNiを母材よ
り高くするとよいことが、例えば特開平１−142024号公
報に示されている。また、母材と溶接金属とのCu、Niな
どの成分の関係を指定することで局部腐食が防止できる
ことが、例えば CORROSION89 PAPER NUMBER 304 に示さ
れている。しかし、これに規定されていない他の成分の
影響も大きいため、局部腐食を充分に防止するには至っ
ていない。

【０００５】また、これらの元素の影響は母材成分が変
わったり、溶接方法の違いなどにより変わってくる。こ
れらのように、海水環境中で使用される溶接構造物用鋼
の溶接部の局部腐食が防止できるような鋼材の成分、製
造方法、溶接方法が改良されてきたが、決定的な解決手
段は未だ確立しておらず、この目的を達成することが望
まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、溶接
構造物として海水環境中で使用される鋼材自身の耐食性
を向上させ、かつ溶接部が優れた耐局部腐食性を示す溶
接方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような現状をふま
え、本発明者らは多くの実験、検討の結果、Cu、Cr、N
i、Moを所定の範囲含有させた鋼母材に、溶接入熱に応
じて母材と溶接金属のCu、Cr、Ni、Moの成分差で表され
るパラメータで限定される溶接材料で溶接することによ
り、溶接構造物用鋼の溶接部の局部腐食を防止できるこ
とを見出した。

【０００８】すなわち、本発明は、重量％で、Ｃ：0.03
〜0.15％、Si： 0.1〜0.5 ％、Mn：0.7〜1.8 ％、Ｓ：
0.005 ％以下、Ｐ：0.01％以下及びAl：0.01〜0.04％を
基本成分として含有し、さらにCu：2.0 ％以下、Ni：2.
0 ％以下、Cr：3.0 ％以下及びMo：1.0 ％以下の何れか
１種以上を下記式（１）を満足する範囲で含有し、さら
に必要に応じてNb：0.01〜0.08％、Ｖ：0.01〜0.08％、
Ti：0.003 〜0.04％、Ｂ：0.003 ％以下及びCa：0.0005
〜0.01％の何れか１種以上を含有し、残部Fe及び不可避
的不純物よりなる鋼材を、下記式（２）で定義されるガ
ルバニック腐食パラメータPgc が重量％で入熱３kJ／mm
未満のときは-4.5〜-1.0、入熱３kJ／mm以上、７kJ／mm
未満のときは-4.0〜-0.5、入熱７kJ／mm以上のときは-
3.5〜０となる溶接材料で溶接することを特徴とする溶
接部における局部腐食の防止方法である。

【０００９】Cu＋Ni＋Cr＋２Mo≧0.75（％） …（１） Pgc ＝(Cubp-Cuwm) ＋３(Crbp-Crwm) ＋２(Nibp-Niwm)
＋４(Mobp-Mowm)…（２）ここで、例えば、Cubp、Cuwmは、それぞれ、母材、溶接
金属のCu量（重量％）であり、他も同様である。

【００１０】

【作用】以下に本発明における鋼成分の限定理由を述べ
る。Ｃは強度確保のため、また溶接熱影響部の軟化を避
けるために下限を0.03％（重量％以下同じ）とし、一方
Ｃが0.15％を越えると母材および溶接部の靱性が劣化
し、また溶接性が損なわれるので上限を0.15％とした。

【００１１】Siは製鋼時の脱酸元素として必須であり
0.1％以上必要であるが、多すぎるとその固溶硬化によ
って靱性が低下するので添加量範囲を 0.1〜0.5 ％とし
た。Mnは焼入性を向上させ強度を確保するのに 0.7％以
上必要となるが、 1.8％を越えると溶接性ならびに耐局
部腐食性が劣化するので添加量範囲を 0.7〜1.8 ％とし
た。

【００１２】Ｓは鋼中不純物として不可避な元素である
が、溶接金属と溶接熱影響部との境界のボンド部での局
部腐食の原因となるため、上限を 0.005％とした。Ｐは
鋼中不純物として不可避な元素であるが、多量となると
溶接性う損なう恐れがあるため上限を0.01％とした。Al
は鋼の脱酸に不可欠であり最低0.01％は必要であるが0.
04％を越えるとその酸化物を原因とする溶接割れの問題
を生じるため、その範囲を0.01〜0.04％とした。

【００１３】さらに、Cu、Ni、Cr、MoをCu： 2.0％以
下、Cr： 3.0％以下、Mo： 1.0％以下の範囲で、１種以
上を下記式（１）を満足する範囲で含有する。 Cu＋Ni＋Cr＋２Mo≧0.75（％） … （１） Cuは耐海水腐食性を向上させ、また強度、靱性も向上さ
せるが、その量が多いと熱間加工性、溶接性が悪化する
ため、添加量を 2.0％以下とする。

【００１４】NiはCuと同様耐海水腐食性と強度、靱性を
向上させる元素であるが、 2.0％を越えて添加すると製
造コストを上昇させることになるため上限を 2.0％とし
た。Crは耐海水腐食性を向上させると同時に、焼入性を
向上させ強度上昇に効果があるが、 3.0％を越えて含有
すると溶接部の靱性を害するので、この値を上限とし
た。

【００１５】Moは耐海水腐食性を向上させると同時に、
焼入性を向上させ強度、靱性の向上に有用であるが、
1.0％を越えると溶接性や靱性が劣化し、また経済的に
も不利となるため、上限を 1.0％とした。また、これら
の元素何れか１種以上式（１）に示す範囲添加すること
により、母材部の耐海水腐食性を確保できる。

【００１６】以上が本発明で用いる母材鋼の基本成分で
あるが本発明の母材は、耐食性、強度、靱性を向上させ
るために、さらに必要に応じてNb、Ｖ、Ti、Ｂ、Caの何
れか１種以上を含有させることができる。Nbは結晶粒を
微細化し靱性を向上させる効果があるが、0.01％未満で
はその効果はなく、また0.08％を越えると溶接熱影響部
の靱性を劣化させるので、添加量範囲を0.01〜0.08％と
した。

【００１７】Ｖは強度を上げるのに効果があるが、0.01
％未満ではその効果はなく、0.08％をこえると溶接熱影
響部の靱性を劣化させるので添加量を0.01〜0.08％とし
た。Tiは溶鋼の脱酸、鋼材の強度の確保のために有用な
元素であるが、そのためには 0.003％必要であり、一方
0.04％を越えると母材ならびに溶接部の靱性が劣化する
ので、添加量範囲を 0.003〜0.04％とした。

【００１８】Ｂは微量の添加で焼入性を向上させ強度、
靱性の確保に有効であるが、 0.003％を越えると母材な
らびに溶接部の靱性を損なうため、上限を 0.003％とし
た。Caは鋼中に不純物として存在するＳを固定し、溶接
金属と溶接熱影響部との境界のボンド部での局部腐食を
防止するのに効果がある。そのためには0.0005％以上必
要であり、一方0.01％を越えると清浄度の悪化を原因と
する靱性の劣化をきたすため、添加量範囲を0.0005〜0.
01％とした。

【００１９】次に、このような組成を有する鋼母材を圧
延、焼戻しにより、ベイナイト中心の組織にすることが
望ましい。その理由は、充分な強度、靱性を得るため
と、溶接による熱サイクルと同じ効果をあらかじめ与え
ておくためである。溶接金属部の局部腐食を防ぐため
に、溶接金属部は鋼母材部より電気化学的に貴になるよ
う選択されなければならない。電位を貴にする合金成分
としてCu、Cr、Niが効果的である。しかし、合金元素量
を多くして電位を貴にし過ぎると、溶接金属部のまわり
の電位が卑の部分で局部腐食を起こす可能性があるほ
か、溶接割れの問題が生じる。したがって溶接材料の成
分範囲は限定されるが、溶接金属と母材のCu、Cr、Ni、
Moの成分を下記のガルバニック腐食パラメータPgc で表
して、重量％で入熱３kJ／mm未満のときは-4.5〜-1.0、
入熱３kJ／mm以上、７kJ／mm未満のときは-4.0〜-0.5、
入熱７kJ／mm以上の時は-3.5〜０となる溶接材料で溶接
することにより、溶接部における局部腐食を防止でき
る。ただし、 Pgc ＝(Cubp-Cuwm) ＋３(Crbp-Crwm) ＋２(Nibp-Niwm)
＋４(Mobp-Mowm)…（２）ここで、例えば、Cubp、Cuwmは、それぞれ、母材、溶接
金属のCu量（重量％）であり、他も同様である。

【００２０】なお、溶接入力により Pgcの制限範囲が異
なるのは以下の理由からである。入熱量が低下すると溶
接部に低温変態生成物が析出し、自然電位が低下するた
め耐食性を劣化させ、Pgc の制限範囲を低下させる。そ
のため入熱３kJ／mm未満では Pgcが-4.5未満ではＨＡＺ
部に-1.0をこえると溶接金属に局部腐食が発生する。入
熱３kJ／mm以上、７kJ／mm未満では Pgcが-4.0未満でＨ
ＡＺ部に、-0.5をこえると溶接金属に局部腐食が発生す
る。入熱７kJ／mm以上では Pgcが-3.5未満でＨＡＺ部
に、０をこえると溶接金属に局部腐食が発生する。

【００２１】

【実施例】各組成の 100kg鋼塊を溶製し、制御圧延後、
焼き入れ焼戻し処理を行い15mm厚鋼板を製造した。これ
らの鋼板をＶ開先に加工し、種々の溶接材料を使い入熱
を変えた潜弧溶接（ＳＡＷ）により溶接した。本発明法
の試験片母材と溶接金属の成分をそれぞれ表１及び表２
に示す。また比較法の試験母材と溶接金属の成分をそれ
ぞれ表３及び表４に示す。母材および表面の溶接部を含
む部分から腐食試験片をとり、人工海水中で６か月間の
回転浸漬試験を行った。試験結果をガルバニック腐食パ
ラメータPgc とともに、表２及び表４に併せて示してい
る。腐食度は母材部の全面腐食速度および溶接部の局部
腐食の最大深さで表し、最大深さの正の値は溶接熱影響
部の、負の値は溶接金属部の腐食を示している。母材部
にCu、Ni、Cr、Moを本発明の範囲内で添加し、さらにPg
c を適切な範囲にすることにより全面腐食速度が低く、
さらに溶接部の局部腐食が抑制されていることがわか
る。

【００２２】一方、比較例16、17の様に母材部のCu、N
i、Cr、Moが不足している場合は全面腐食速度が大き
く、かつ局部腐食も発生する。さらに、18、19、20のよ
うに Pgcが大きすぎる場合は溶接金属部に、 Pgcが小さ
すぎる場合溶接熱影響部に局部腐食が発生する。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】

【発明の効果】以上に示したように、本発明により、海
水環境中での溶接部の全面腐食速度が低下し、さらに局
部腐食が防止できる。特に塗装が十分な防食手段となら
ないような環境中で使用される構造物において有用であ
り、産業上の意義は大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−69141（ＪＰ，Ａ) 特開平４−105792（ＪＰ，Ａ) 特開平４−172179（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/23 C22C 38/00 C22C 38/54

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.03〜0.15％、Si： 0.1
〜0.5 ％、Mn： 0.7〜1.8 ％、Ｓ：0.005 ％以下、Ｐ：
0.01％以下及びAl：0.01〜0.04％を基本成分として含有
し、さらにCu：2.0 ％以下、Ni：2.0 ％以下、Cr：3.0
％以下及びMo：1.0 ％以下の何れか１種以上を下記式
（１）を満足する範囲で含有し、さらに必要に応じてN
b：0.01〜0.08％、Ｖ：0.01〜0.08％、Ti：0.003 〜0.0
4％、Ｂ：0.003 ％以下及びCa：0.0005〜0.01％の何れ
か１種以上を含有し、残部Fe及び不可避的不純物よりな
る鋼材を、下記式（２）で定義されるガルバニック腐食
パラメータPgc が重量％で入熱３kJ／mm未満のときは-
4.5〜-1.0、入熱３kJ／mm以上、７kJ／mm未満のときは-
4.0〜-0.5、入熱７kJ／mm以上のときは-3.5〜０となる
溶接材料で溶接することを特徴とする溶接部における局
部腐食の防止方法。 Cu＋Ni＋Cr＋２Mo≧0.75（％） …（１） Pgc ＝(Cubp-Cuwm) ＋３(Crbp-Crwm) ＋２(Nibp-Niwm)
＋４(Mobp-Mowm)…（２）ここで、例えば、Cubp、Cuwmは、それぞれ、母材、溶接
金属のCu量（重量％）であり、他も同様である。