JP3456743B2 - 海岸耐候性鋼 - Google Patents
海岸耐候性鋼Info
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Description
において、特に海岸地帯や融雪塩を散布する地域等、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鋼に関するものである。
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
耐候性鋼が鉄鋼各社により開発され、実用化されてい
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
圧延鋼材はともにこれに相当する。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。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、例えば橋梁等の様な大規模な
鋼構造物では腐食防止の為の塗装費用が莫大となる。
ンレス鋼G4304−84 SUS304)は、普通1
1%以上のCrを含有するため耐候性鋼に比べはるかに
耐食性が優れているが価格が高価である。更に、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。
開発された耐食鋼として特開昭58−25458号公報
がある。これは、普通鋼にCa等の水溶性の金属酸化物
を金属物として1ppm以上含有させ、鋼材表面のpH
を高く保つことにより耐食性を向上させる思想から開発
された鋼である。また、発明者らは、上記の問題点を解
決するために、海岸高耐候性鋼を発明した(特開平5−
51667号公報)。これは、耐全面腐食性および耐局
部腐食性に優れた高Ni含有鋼に酸化物微粒子を分散さ
せた鋼板である。
優れた耐食性を発揮するが、降雨が直接あたらない日陰
部では、日照部ほど優れた耐食性を示さないことが、発
明者らの海岸暴露試験ならびに塩水散布暴露試験により
明らかになった。詳細な調査により、この理由は、日陰
部では鋼材表面が降雨に曝されないため、飛来して付着
した海塩粒子が洗い流されずに蓄積されること、日陰の
ため濡れ時間が日照部に比べて長く、湿潤−乾燥サイク
ル数が少ないことが明らかになった。例えば橋梁では、
橋桁等は多くは降雨が直接あたらない日陰部であるた
め、高海塩粒子環境の日陰部での耐食性を改善する必要
がある。また、発明者らの研究によれば、10%程度ま
でのCr単独およびCr−Al複合添加耐食鋼は、鋼材
表面に保護性の皮膜を生成し、海岸部での腐食減量を減
少させるが、深い食孔を生じるため、構造用耐食鋼とし
ては不十分である問題点があることが判明した。
梁、建築において、ステンレス鋼より安価で、耐候性鋼
に比べて海岸地帯など高海塩粒子環境で優れた耐食性を
示す鋼を提供することである。
解決すべく、高海塩粒子環境の日陰部において、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−
Al−Cr含有鋼とした。ステンレス鋼に比べ遙かに安
価であり、且つ、耐候性鋼に比べて高海塩粒子日陰環境
で優れた耐食性を示す鋼板を提供せんとするもので、そ
の要旨とするところは下記の通りである。 (1)重量%で C:0.01〜0.10% Si:0.03〜0.35% Mn:0.2〜1.5% Ni:1.5〜10.0% Cr:1.5〜10.0% Al:0.05〜5.0% を含有し、さらにNb,V,Tiの1種または2種以上
を、0.01%≦Nb+V+Ti≦0.1%の範囲で含
有し、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴
とする海岸耐候性鋼。
量%でP:0.01〜0.1%、Cu:0.1〜2.0
%を1種又は2種含むことを特徴とする海岸耐候性鋼。 (3)前記(1)又は(2)記載に加えて更に、重量%
でW:0.01〜1.0%を含むことを特徴とする海岸
耐候性鋼、 (4)前記(1)〜(3)のいずれか1項記載に加え
て、更に、重量%でS:0.03以下に制限したことを
特徴とする海岸耐候性鋼である。
l−Cr複合添加の作用について述べる。Ni−Al−
Crの3元素複合添加により高海塩粒子日陰環境での耐
食性は、それぞれの単独添加および2元素複合添加に比
べて飛躍的に向上する。これは、 複合添加によりさび内層に濃縮したNi−Cr−Al
複合酸化物および複合オキシ水酸化物層が環境中のCl
- の地鉄界面への侵入を抑制することにより地鉄界面C
l- イオン濃度が低く抑えられること。 複合添加によりさび内層のNi−Cr−Al複合酸化
物および複合オキシ水酸化物の初期析出形態が球状化
し、さびコロイド粒子が微細になることより、さび層内
部の隙間が小さくなるため、さび層が緻密となり、さび
層の防食性が高まること。
る剥離しやすい厚い層状さびへの変化が抑制されるこ
と。 鋼材表面に、保護性の酸化物皮膜が形成されること。 複合添加により、さび層に覆われた地鉄界面では地鉄
表層でAl,Cr,Feの選択溶解によりNiの濃縮が
著しく促進されるため、溶解速度が抑制されること、こ
れは、Al,CrはFeより酸化還元電位が卑で、Ni
の酸化還元電位との差がFe−Niに比べて大きいため
と思われる。 という複数の作用によるものである。
べる。Nb,V,Tiは、Ni−Cr−Al複合添加に
おける作用と全く異なる下記の作用を生じる。 Ni−Al−Cr複合添加により鋼材表面に保護性の
酸化皮膜が形成されるが、上述のように、該腐食環境で
はCl- が地鉄界面に濃縮すると、食孔の起点となる。
この時、酸化皮膜の防食性が高いほど、一度孔食が発生
すると深い孔食となる傾向がある。Nb,V,Tiは、
鋼中のC,Nを固定し微細析出物として鋼中に分散す
る。地鉄界面においてNb,V,Ti析出物上の酸化皮
膜は不完全になり、その近傍は溶解の起点となる。N
b,Ti,Vの添加により保護性の皮膜に意図的に不完
全性を適度に与え、アノード溶解が起こる場所をミクロ
的に分散させ、アノード・カソードのバランスをとるこ
とにより局部的な深い食孔の成長が抑制され、腐食減量
は増えるが、耐孔食性が向上する。
層の高防食機能化のために上記〜の作用を利用し、
鋼材自身の溶解速度の抑制のために上記〜を利用
し、鋼材自身の耐孔食性の向上のためにの作用を利用
するという思想の下に発明した鋼である。Cr−Al又
はNi−Cr又はNi−Alのみの複合添加では、以
外の作用は有さず、表面に生じる保護性の酸化皮膜によ
って鋼の耐食性が向上するが、高海塩粒子日陰環境で
は、地鉄界面にCl- イオンの濃縮域が点在し、そこを
起点として激しい孔食が生じてしまうというステンレス
鋼と同様の問題点があった。
材表面に保護性の皮膜が生じず、全く効果が現れないこ
とが発明者らの研究で明らかになった。これに対して、
Ni−Al−Cr複合添加し、さらにNb,V,Tiを
添加することにより、Cr−Al,Ni−Cr,Ni−
Alの2元複合添加およびそれぞれの単独添加では発現
しない上記〜の作用により高海塩粒子日陰環境で鋼
の耐全面腐食性および耐孔食性を両立して向上すること
ができる。
る。 C:Cは強度確保のため0.01%以上添加するが、
0.1%を超えると耐食性が劣化するのでこれを上限と
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、0.03〜0.35%の範囲とした。 Mn:Mnは脱酸、脱硫効果のために0.2%以上添加
するほか、耐食性の向上に有効な元素であるが、その効
果は1.50%で充分であるので1.50%を上限とし
た。
境中のCl- イオンの地鉄界面への侵入を抑制するとい
うメカニズムにより鋼の耐食性を向上させる上で有効な
元素である。Cr,Alと複合添加するとこの効果は倍
増する。その効果は1.5%以上の添加で現れるが、
3.5%以上添加することが好ましい。一方10.0%
を超えるとコストアップの原因となり、効果も飽和する
のでその範囲を1.5%〜10.0%を上限とした。
な元素であるが、添加量が1.5%未満では逆効果であ
り、1.5%以上の添加で効果が現れる。3.0%以上
の添加が好ましい。一方10.0%を超えると効果が飽
和するとともにコストアップの原因となるので10.0
%を上限とし、1.5〜10.0%の範囲とした。
rとともに鋼材表面に生成する不動態皮膜の防食性を向
上させる。この効果はNi,Crの複合添加で著しく向
上する。5.0%を超えて添加すると、熱間圧延時に表
面割れが生じやすくなるので0.05〜5.0%の範囲
とした。充分な耐食性を得るには、2.0〜5.0%の
範囲が好ましい。また、耐食性向上とともに溶接性等の
特性を考慮する必要がある場合は、0.05〜2.0%
の範囲が好ましい。
のC,Nを固定しカソードサイトとして作用するため、
Fe,Ni,Al,Crの均一溶解を促進し、アノード
とカソードの分布の遍在を抑制するため、腐食による凹
凸を抑制する効果がある。さらに、該腐食環境でよく見
られる防食性の低く厚い層状さびへの変化を抑制する効
果がある。これらの効果は、0.01%≦Nb+V+T
iの添加で効果が現れるが、その効果は0.1%で飽和
するので、0.01%≦Nb+V+Ti≦0.1%とし
た。
び層の防食作用を向上させることによる更なる耐食性向
上を目的として必要に応じ添加される元素である。 P:Pは0.01%以上添加すると、生成するさびコロ
イドを微細にし、さび層を緻密にするというメカニズム
により鋼材の耐食性を向上させるが、その効果は0.1
%で十分なので、その範囲を0.01〜0.1%とし
た。 Cu:Cuは0.1%以上添加すると、大気環境におけ
る鋼材表面の溶解活性点を微細に分散させ、鋼材の均一
溶解を促進し、かつ生成するさびコロイド粒子を緻密に
するメカニズムにより、さび層の防食性能を向上させ
る。好ましくは0.5%以上の添加である。その効果は
2.0%を超えると飽和するので0.1〜2.0%の範
囲とした。
成長を抑制する作用による更なる耐食性向上を目的とし
て必要に応じ添加される元素である。 W:Wは0.01%以上添加すると、鋼材表面の保護皮
膜のCl- イオンに対する抵抗性を向上させるが、その
効果は1.0%で十分なので、その範囲を0.01〜
1.0%とした。
含有量を制限される元素である。 S:Sは鋼中不純物として存在するが、その量が0.0
3%以下になると硫化物を形成し、Cl- イオンに対す
るFeおよびCrの含水酸化物からなる被膜の抵抗を弱
めるMnSが著しく減少し、耐食性を向上させるので、
0.03%以下とした。
す。表1に供試した鋼の組成を示す。真空溶解後、通常
の方法で熱間圧延し、150L×50W×5T(mm
3 )に機械加工した鋼材を供試材とした。表1において
11〜21は本発明限定成分鋼、1〜10は範囲外のも
のである。比較鋼の1はJIS G3114;溶接構造
用耐候性熱間圧延鋼材相当のもの、2はJISG312
5;高耐候性圧延鋼材相当のもの、3はステンレス鋼並
にCr含有量が高いものである。
た。 海岸暴露試験 波打ち際より5mの場所にて、暴露試験片架台に降雨お
よび直射日光が当たらないように、覆いを増設した日陰
環境用大気暴露架台にて暴露試験を3年間行い、試験片
をインヒビターを添加した温硫酸で除錆後、腐食度およ
び最大孔食深さを求めた。 塩水散布日陰暴露試験 耐食性は、海岸地帯などの特に塩素イオンが多い日陰の
腐食環境を再現するために、日陰暴露架台にて5%食塩
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、と同様の方法で評価した。
れぞれ1.00とした時の本発明例および比較例のそれ
ぞれの試験結果について同じく表2に示した。比較例7
〜9より、Cr−Al,Ni−Al,Ni−Crの2元
複合添加では、腐食減量率は低下、即ち耐全面腐食性は
向上するが、孔食深さ率は顕著な低下が認められないこ
とがわかる。また、比較例10より、Ni−Al−Cr
複合添加であってもNb−V−Tiが含有されない場合
は、腐食減量率は低下するが、孔食深さ率が逆に上昇し
ていることがわかる。表2に明らかなように本発明例1
1〜21は、本発明鋼は比較鋼に比べいずれも優れた耐
食鋼を有することが分かる。
および耐孔食性に優れたNi−Al−Cr鋼により、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、建築等の構造部材へ、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、耐候性鋼より優れた
耐食性を有する高耐候性鋼が提供でき、産業上大きな効
果を有するものである。
Claims (4)
- 【請求項1】 重量%で C :0.01〜0.10% Si:0.03〜0.35% Mn:0.2〜1.5% Ni:1.5〜10.0% Cr:1.5〜10.0% Al:0.05〜5.0% を含有し、さらにNb,V,Tiの1種または2種以上
を、0.01%≦Nb+V+Ti≦0.1%の範囲で含
有し残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴と
する海岸耐候性鋼。 - 【請求項2】 請求項1記載に加えて、更に、重量%で
P:0.01〜0.1%、Cu:0.1〜2.0%を1
種又は2種含むことを特徴とする海岸耐候性鋼。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載に加えて、更
に、重量%でW:0.01〜1.0%を含むことを特徴
とする海岸耐候性鋼。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項記載に加え
て、更に、重量%でS:0.03以下に制限したことを
特徴とする海岸耐候性鋼。
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1994
- 1994-03-29 JP JP05934294A patent/JP3456743B2/ja not_active Expired - Fee Related
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