JP3506028B2

JP3506028B2 - 流れさび低減耐候性鋼材

Info

Publication number: JP3506028B2
Application number: JP01105299A
Authority: JP
Inventors: 和彦塩谷; 公宏西村; 康義山根; 文丸川端; 虔一天野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2004-03-15
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JP2000212682A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐候性鋼材に関
し、とくに、山間部、田園部、工業地帯等塩分の比較的
少ない環境下で流れさび発生を有利に低減できる流れさ
び低減耐候性鋼材に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼中にＰ，Cu，Cr，Ni等の合金元素を添
加し、大気中における耐食性を向上させた耐候性鋼は、
橋梁等の構造物に広く利用されている。耐候性鋼は屋外
において、腐食の原因である酸素、水を通しにくい安定
さびと呼ばれるさびを数年で形成し、その後の腐食を抑
制している。このため耐候性鋼は防錆塗料の塗布が不要
であり、いわゆる裸使用が可能な高耐食性材料である。

【０００３】しかしながら、耐候性鋼では、安定さびが
形成されるまでに数年という長い年月を要し、その間で
は流れさびの発生があるため、景観を損ね、また環境汚
染の原因にもなるという問題があった。このような問題
に対し、例えば特開平６−136557号公報には、硫酸クロ
ム水溶液あるいは硫酸銅水溶液を塗布し、水分乾燥後さ
らに有機樹脂被覆を行う鋼材の表面処理方法が提案され
ている。さらに、特開平８−13158 号公報には、アルミ
ニウムイオンを含む水溶液を塗布し、水分乾燥後さらに
有機樹脂被膜を形成する鋼材の表面処理方法が提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−136557号公報や特開平８−13158 号公報に記載され
た技術では、安定さびが短時間で育成されるものの、工
程が複雑であるうえ使用する表面処理剤が高価であるな
どの問題を残しており、表面処理を必要としない耐候性
鋼材の開発が要望されていた。

【０００５】本発明は、かかる要望に応えるべく、裸使
用の耐候性鋼にあって安定さび形成途上での流れさび発
生を低減することができる流れさび低減耐候性鋼材を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは耐候性鋼の
流れさびを低減しうる方策を鋭意検討し、その結果、Ｂ
を添加し、さらにＢ含有量とＰ，Cu，Ni，Cr，Moのうち
１種以上の含有量とをある相互関係に基づいて調整する
ことにより、流れさび量を飛躍的に低減できる耐候性鋼
材が得られることを見いだした。

【０００７】本発明は、この知見を基になされたもので
あり、その要旨とするところは、重量％で、Ｃ：0.001
〜0.050 ％、Si：0.60％以下、Mn：0.50〜3.00％、Ｓ：
0.01％以下、Al：0.10％以下、Ｂ：0.0003〜0.0050％を
含み、さらにＰ：0.005 〜0.15％、Cu：0.1 〜2.0 ％、
Ni：0.1 〜6.0 ％、Cr：0.005 〜1.0 ％、Mo：0.005 〜
1.0 ％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有
し、かつ、次の(1) 式（20Ｐ＋３Cu＋３Ni＋６Cr＋Mo）／（１− 0.2(10000Ｂ)^0.4）≧18 ……(1) 〔ここに、Ｐ，Cu，Ni，Cr，Mo，Ｂ：各元素の含有量
（重量％）〕を満足し、残部Feおよび不可避的不純物か
らなる組成を有することを特徴とする流れさび低減耐候
性鋼材にある。

【０００８】また、本発明では、前記組成に加えてさら
に、重量％で、Nb：0.005 〜0.20％、Ti：0.005 〜0.20
％、Ｖ：0.005 〜0.20％のうちから選ばれる１種または
２種以上を含有してもよい。また、本発明では、前記組
成に加えてさらに、重量％で、Ca：0.02％以下、REM ：
0.02％以下のうちから選ばれる１種または２種を含有し
てもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】まず、本発明鋼材の成分限定理由
について説明する。Ｃ：0.001 〜0.050 ％………Ｃは、鋼の強度を増加させ
る元素であり、所望の強度を得るためには0.001 ％以上
の含有を必要とするが、0.050 ％を超えて多量に含有す
ると靱性が劣化するため、本発明では0.001 〜0.050 ％
に限定した。なお、好ましくは0.005 〜0.030 ％であ
る。

【００１０】Si：0.60％以下………Siは、脱酸剤として
作用し、さらに鋼の強度を増加させる元素であるが、多
量に含有すると靱性および溶接性を劣化させるため、0.
60％以下に限定した。なお、好ましくは0.15〜0.50％で
ある。 Mn：0.50〜3.00％………Mnは、鋼の強度および靱性の増
加に大きく寄与する元素であり、所望の強度を確保する
ために本発明では0.50％以上の含有を必要とするが、3.
00％を超えて多量に含有すると靱性、溶接性に悪影響を
及ぼすため、0.50〜3.00％の範囲に限定した。なお、好
ましくは0.50〜1.80％である。

【００１１】Ｓ：0.01％以下………Ｓは、耐候性を劣化
させ、さらに溶接性、靱性を劣化させるため、0.01％以
下に限定した。 Al：0.10％以下………Alは、脱酸剤として作用するが、
0.10％を超えて含有すると溶接性に悪影響を及ぼすた
め、0.10％を上限とした。Ｂ：0.0003〜0.0050％………Ｂは、焼入性を向上させ、
さらに耐候性を向上させる元素であり、本発明で重要な
元素である。このような効果は0.0003％以上の含有で認
められるが、0.0050％を超えて含有しても含有量に見合
う効果は期待できない。このため、Ｂは0.0003〜0.0050
％の範囲に限定した。好ましくは、0.0003〜0.0030％の
範囲である。

【００１２】なお、Ｂが耐候性を向上させる機構の詳細
は明確でないが、概ね次のように考えられる。一般に、
流れさびを低減するためには地鉄から早期にさびを生成
させ、さらにさびを緻密化する必要がある。緻密化の目
的は、さび層による防食作用向上と、地鉄へのさび層の
密着性向上にある。地鉄へのさび粒子の密着はアンカー
効果によるものと考えられ、したがって、さび粒子が緻
密なほどアンカー効果が大きい。ところで、降雨、結露
水によって鉄がアノード溶解して生成したさび粒子は、
水によって粗大化し、ｐＨの上昇に伴い緻密化する。こ
のことから、Ｂは浸水さび層のｐＨを上昇させ、さび粒
子の緻密化を助長するものと考えられる。

【００１３】Ｐ：0.005 〜0.15％………Ｐは、地鉄の腐
食初期におけるアノード溶解を促進し、かつさび粒子を
緻密化させる元素であり、本発明では積極的に含有させ
るのが好ましいが、Ｐ含有量が0.005 ％未満では、これ
らの効果が認められない。しかし、0.15％を超えると耐
候性向上効果も飽和しさらに溶接性が劣化する。このた
め、Ｐは0.005 〜0.15％の範囲に限定するのが良い。な
お、好ましくは0.020〜0.120 ％である。

【００１４】Cu：0.1 〜2.0 ％………CuもＰと同様の効
果を有する。すなわち、地鉄の腐食初期におけるアノー
ド溶解を促進し、かつさび粒子を緻密化させる元素であ
る。しかし、Cu含有量が0.1 ％未満ではその効果が小さ
く、一方、2.0 ％を超えると熱間加工性を阻害するとと
もに、耐候性向上効果も飽和し、経済的に不利となる。
このためCu含有量は0.1 〜2.0 ％の範囲が良い。

【００１５】Ni：0.1 〜6.0 ％………Niは、さび粒子を
緻密化し耐候性を向上させるが、0.1 ％未満ではその効
果が少ない。一方、6.0 ％を超えて含有しても効果が飽
和し含有量に見合う効果が認められず、経済的に不利と
なる。このため、Niは0.1 〜6.0 ％の範囲が良い。な
お、耐候性の観点から0.1 〜3.5 ％の範囲が望ましい。 Cr：0.005 〜1.0 ％………Crは塩分の少ない環境に限っ
て言えば、耐候性を向上させる元素である。その効果
は、0.005 ％未満の含有では少ない。一方、1.0％を超
えて含有しても耐候性向上効果は飽和し、経済的に不利
となる。このため、Cr含有量は0.005 〜1.0 ％の範囲が
好適である。

【００１６】Mo：0.005 〜1.0 ％………Moは、耐候性を
向上させ、さらに強度を増加させるが、0.005 ％未満の
含有ではその効果が少ない。一方、1.0 ％を超えて含有
しても効果が飽和し含有量に見合う効果が認められず、
経済的に不利となる。このため、Moは0.005 〜1.0 ％の
範囲が好ましい。なお、靱性の観点から0.005 〜0.5％
の範囲が好ましい。

【００１７】本発明では、Ｐ，Cu，Ni，Cr，Moの５元素
のうちの１種または２種以上を選択し、それぞれ上記範
囲で含有せしめることにより、上記の効果を奏する。た
だし、これら５元素は、Ｂとの関係において次の(1) 式（20Ｐ＋３Cu＋３Ni＋６Cr＋Mo）／（１− 0.2(10000Ｂ)^0.4）≧18 ……(1) 〔ここに、Ｐ，Cu，Ni，Cr，Mo，Ｂ：各元素の含有量
（重量％）〕を満足するように含有量を調整する必要が
ある。これにより、流れさびの発生量を飛躍的に減少さ
せることができる。

【００１８】例えば図１は、種々の組成を有する耐候性
鋼板を用いた田園地帯での１年間大気暴露試験により得
た結果を、横軸に(1) 式左辺の値（Ａ値と称す）をと
り、縦軸に試験片からの流れさび（Fe²⁺）量をとってグ
ラフにしたものであり、この図からも明らかなように、
Ａ値を18以上とすることで、流れさび量が劇的に低減す
る。

【００１９】Nb：0.005 〜0.20％、Ti：0.005 〜0.20
％、Ｖ：0.005 〜0.20％のうちから選ばれる１種または
２種以上………Nb，Ｖ，Tiは鋼の強度を増加させる元素
であり、必要に応じて１種または２種以上を添加でき
る。Nb，Ｖ，Tiはいずれも0.005％以上の含有で効果が
認められるが、それぞれ0.20％を超えて含有しても効果
が飽和する。このため、Nb，Ｖ，Tiはいずれも0.005 〜
0.20％とするのが望ましい。

【００２０】Ca：0.02％以下、REM ：0.02％以下のうち
から選ばれる１種または２種………REM,Caは溶接性を向
上させる作用を有し、必要に応じ添加できる。REM,Caは
いずれも0.0005％以上の添加で効果が認められるが、多
量の添加は鋼材の清浄度を劣化させるため、0.02％を上
限とした。その他、本発明の鋼材は、残部Feおよび不可
避的不純物からなるが、不可避的不純物として、Ｎ：0.
010 ％以下、Ｏ：0.010 ％以下が許容できる。

【００２１】次に、本発明鋼材の製造方法について説明
する。本発明鋼材は、転炉法、電気炉法等通常公知の溶
製方法で溶製され、連続鋳造法あるいは造塊法により鋼
素材とされる。また、溶製工程では真空脱ガス精錬等を
実施してもよい。次いで、これら鋼素材は、加熱炉等で
加熱され、あるいは加熱なしで直接、熱間圧延により所
望の形状に圧延される。なお、本発明の鋼材には、厚鋼
板、薄鋼板、棒鋼、形鋼などが含まれる。

【００２２】

【実施例】表１に示す化学成分の鋼を転炉で溶製し、連
続鋳造法でスラブとし、これらのスラブを加熱したのち
熱間圧延により25mm厚×2500mm幅の鋼板とした。これら
の鋼板の引張特性および衝撃特性を調査した。また、溶
接性として、入熱100kJ/cm溶接熱影響部１mm相当の再現
熱サイクルを付与し、-5℃におけるシャルピー衝撃試験
の吸収エネルギー_VＥ_-5を求めた。その結果を表２に示
す。

【００２３】また、これらの鋼板から、５mm×50mm×10
0mm の腐食試験片を採取した。これらの試験片はショッ
トブラスト後、大気暴露試験に供した。大気暴露試験は
飛来塩分量0.02mg/dm²/dayの田園地帯を選定し、それぞ
れの試験片を南面に向け、地面から30°の角度で設置し
１年間暴露した。同時に試験片からの流れさびをポリタ
ンクで受け、流れさび（Fe⁺²）量を測定した。暴露試験
後、地鉄表面に形成されたさび層を除去し、試験片の重
量減少量を測定し、板厚減少量に換算した。その結果を
表２に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】本発明例（鋼種No.1〜11）は靱性、溶接性
とも優れている。一方、比較例（鋼種No.12 〜21）、従
来例（鋼種No.22 ）の靱性、溶接性は、Ｓ，Cu，Ｐ含有
量が本発明範囲の上限を外れるもの（鋼種No.13,17,18
）で劣化している以外は本発明例と同等の特性を有し
ている。本発明例（鋼種No.1〜11）の流れさび量は29〜
67μg/cm²と少なく、Ｂ添加せずＡ値も低い従来例（鋼
種No.22 ）の 420μg/cm²に比べて著しく減少してお
り、また、本発明例の板厚減少量は８〜23μm で、従来
例の38μm に比べて小さく、本発明の鋼材は優れた耐候
性を有していることがわかる。

【００２７】一方、本発明の範囲を外れる比較例（鋼種
No.12 〜16,20,21）の流れさび量は300 〜390 μg/cm²
と本発明例に比べて大きくなっている。すなわち、No.1
2 ではＰ含有量とＡ値が低すぎ、No.13 ではＳ含有量が
高すぎかつＡ値が低すぎ、No.14 ではCu含有量とＡ値が
低すぎ、No.16 ではＢ含有量とＡ値が低すぎ、No.20,21
ではＡ値が低すぎるために、いずれも流れさび量が大き
い。また、Ｐ含有量が高すぎる比較例（鋼種No.17 ）、
およびCu含有量が高すぎる比較例（鋼種No.18）では、
耐候性（流れさび量、板厚減少量）の面では本発明例と
同格であるが靱性および溶接性が劣化し、Ni含有量が高
すぎる比較例（鋼種No.19 ）では、耐候性、靱性、溶接
性の面で本発明例に比肩しうるものの強度が高すぎて伸
びが小さい。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、流れさびを低減した耐
候性鋼材を提供することができる。これらの鋼材を橋梁
などの構造物へ使用すると、塗装、表面処理等の省略が
可能となり、保守費用の削減という経済的効果も期待で
き、産業上格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】流れさび量とＡ値（(1) 式左辺の値）の関係を
示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川端文丸岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者天野虔一岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.001 〜0.050 ％、Si：
0.60％以下、Mn：0.50〜3.00％、Ｓ：0.01％以下、Al：
0.10％以下、Ｂ：0.0003〜0.0050％を含み、さらにＰ：
0.005 〜0.15％、Cu：0.1 〜2.0 ％、Ni：0.1 〜6.0
％、Cr：0.005〜1.0 ％、Mo：0.005 〜1.0 ％のうちか
ら選ばれる１種または２種以上を含有し、かつ、下記
(1) 式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる
組成を有することを特徴とする流れさび低減耐候性鋼
材。記（20Ｐ＋３Cu＋３Ni＋６Cr＋Mo）／（１− 0.2(10000Ｂ)^0.4）≧18 ……(1) ここに、Ｐ，Cu，Ni，Cr，Mo，Ｂ：各元素の含有量（重
量％）
【請求項２】前記組成に加えてさらに、重量％で、N
b：0.005 〜0.20％、Ti：0.005 〜0.20％、Ｖ：0.005
〜0.20％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記載の流れさび低減耐候
性鋼材。
【請求項３】前記組成に加えてさらに、重量％で、C
a：0.02％以下、REM：0.02％以下のうちから選ばれる１
種または２種を含有することを特徴とする請求項１また
は２に記載の流れさび低減耐候性鋼材。