JP3542209B2 - 耐候性に優れた溶接構造用鋼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海岸地域に建設される橋梁や鉄塔などの塩水が関与した腐食環境で用いられる溶接構造物に適した、耐候性に優れた低合金鋼からなる溶接構造用鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
橋梁などの鋼構造物は、その実用期間が数十年にも及ぶため、厳重な塗装を施すなどの防食処置をとる必要がある。塗装は非常に効果の高い防食手段であるが、大気暴露環境においては劣化が著しいため、定期的な補修を必要とする。
【０００３】
しかし、特に近年は人件費の高騰や塗装工の減少などにより、その補修が困難になるという問題が生じている。この問題を回避するため、橋梁などの鋼構造物に耐候性鋼が適用される例が増加している。
【０００４】
耐候性鋼は、大気暴露環境において、銅、りん、クロムなどの有効元素が富化した防食性の高い安定錆が表面を覆うことにより、著しく腐食の進展が遅くなる性質を有するものである。その著しい耐候性の高さのため、耐候性鋼を仕様した橋梁は、しばしば無塗装のまま数十年間の使用に耐えることが知られている。
【０００５】
しかし、海岸地域や船舶のバラストタンク内のように塩分が比較的に多い環境では、耐候性鋼の錆は安定化しにくく、実用的な耐食性が得難いことが知られている。
【０００６】
このような環境下で実用に耐える鋼材を製造するため、銅、りん、クロム、タングステンなどの有効元素を多量に添加するなどの方法が、例えば特公昭５１−２８０４８号、特公昭５７−１０９４１号、特開平３−１５８４３６号の各公報に開示されている。
【０００７】
ところで、近年、耐候性鋼を日本国内の各所に暴露試験した結果が、建設省により公表された。この試験結果から、建設省は、耐候性鋼を無塗装で使用することが可能な地域として、飛来する塩分量が０．０５ｍｄｄ未満の地域に限るという指針を提示している。すなわち、飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ以上の地域においては、上記公報に開示された技術によっても、従来の耐候性鋼は無塗装で使用することができない。
【０００８】
また、橋梁などの鋼構造物は、溶接することにより建設されるが、銅、りん、クロムなどの元素を多量に含有する鋼は、溶接性が著しく劣るので、溶接前の予備処理などにより、溶接割れの発生を防止する必要がある。
【０００９】
すなわち、従来製造されてきた耐候性鋼は、飛来塩分が０．０５ｍｄｄを超える地域に建設される溶接鋼構造物に使用する場合、実用性に乏しいものであった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情にかんがみてなされたものであって、０．０５ｍｄｄ以上１０ｍｄｄ未満の塩分が飛来刷る環境において高い耐候性を有し、かつ実用的な溶接性を有する溶接構造用鋼を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋼材の成分組成について鋭意検討した。その結果、Ｍｏを適当な量のＮｉ、Ｃｕとともに添加することにより、鋼材の耐候性を著しく向上し得ること、およびＭｏの量を限定し、かつＣｒを極力減ずることにより、溶接割れ感受性を実用的な範囲に維持することができるとの知見を得、これにより高い耐候性と溶接性を両立した鋼材を製造することができることを見出した。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、重量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．７％以下、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｐ：０．０３〜０．１５％、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：０．１％以下、Ｎｉ：０．４〜４％、Ｃｕ：０．１１〜０．４％、Ｍｏ：０．２６〜４％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
Ｎｉ，ＣｕおよびＭｏが、Ｎｉ＋Ｃｕ＋３Ｍｏ≧１．２％を充たし、かつ以下に示す炭素当量Ｃｅｑが０．５％以下であることを特徴とする溶接性に優れた海岸耐候性鋼を提供するものである。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋｛Ｓｉ／２４｝＋｛Ｍｎ／６｝＋｛Ｃｒ／５｝＋｛Ｎｉ／４０｝＋｛Ｍｏ／４｝＋｛Ｖ／１４｝
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明で成分組成を上記範囲に限定した理由、および本発明の成分の特徴について説明する。
【００１５】
Ｃ： Ｃは所定の強度を確保するために添加するが、０．１５％を超えると溶接性および靭性が劣化する。したがって、その上限を０．１５％とする。
Ｓｉ： Ｓｉは製鋼時の脱酸剤および強度向上元素として添加するが、過剰に添加すると靭性が著しく低下する。したがって、その上限を０．７％以下とする。
【００１６】
Ｍｎ： Ｍｎは所定の強度を確保するために０．１％以上添加するが、２％を超えると溶接性が劣化する。したがってＭｎ量を０．１〜２％の範囲とする。
Ｐ： Ｐは本発明において重要な元素であり、鋼の強度を向上させる作用が有るとともに、耐食性を向上させる効果がある。しかし、０．０３％未満の添加では耐食性の向上に効果がなく、０．１５％を超えると溶接性が劣化する。したがって、Ｐ量を０．０３〜０．１５％の範囲とする。
【００１７】
Ｓ： Ｓは耐食性に有害な元素であるので、０．０２％以下とする。
Ａｌ： Ａｌは製鋼時の脱酸剤として０．０１％以上添加するが、過剰に添加すると腐食の起点となる介在物が生じやすくなるので０．１％以下とする必要がある。したがって、Ａｌ量を０．０１〜０．１％とする。
【００１８】
Ｃｒ： Ｃｒは、塩分の多い環境においては孔あき腐食を助長する効果がある。また、溶接性を著しく劣化させる。そのため、Ｃｒ量を０．１％以下とする。Ｎｉ： Ｎｉはこの発明において重要な元素であり、Ｍｏとの共存により塩分の多い環境における耐食性を向上させる効果がある。しかし、０．４％未満の添加では効果がなく、４．０％を超えると経済性の点で不利である。したがって、Ｎｉ量を０．４〜４％とする。
【００１９】
Ｃｕ： Ｃｕもこの発明において重要な元素であり、Ｎｉと同様に、Ｍｏの共存により塩分の多い環境における耐食性を向上させる。しかし、その量が０．１％未満ではその効果が十分でなく、０．４％を超えると効果が飽和し、かつ経済性の点で不利である。したがって、Ｃｕ量を０．１〜０．４％とする。
【００２０】
Ｍｏ： Ｍｏもまたこの発明において重要な元素であり、Ｎｉ、Ｃｕとの共存により塩分の多い環境における耐食性を向上させる効果がある。しかし、０．１％未満の添加では効果がなく、４％を超える添加では経済性の点で不利である。したがって、Ｍｏ量を０．１〜４％の範囲とする。
【００２１】
このように、本発明の特徴はＣｒを積極的には添加しないことにある。Ｃｒは、塩分の少ない環境においては、鋼の耐食性を向上させる効果を有するため、従来製造されて生きた耐候性鋼には、Ｃｒが積極的に添加されてきた。しかし、本発明者らの検討結果によると、Ｃｒは塩分の多い環境においてはむしろ孔あき腐食を助長する作用があることが判明した。また、Ｃｒは上述したように溶接性を著しく劣化させる元素である。したがって、上述したように、Ｃｒ量は０．１％以下に規定するが、上記趣旨からするとできるだけその含有量を減ずることが好ましい。
【００２２】
本発明のもうひとつの特徴は、Ｍｏを適当な量のＮｉおよびＣｕとともに添加することにより、著しく耐候性を改善したことにある。ＮｉとＣｕおよびＭｏの耐食性に与える効果の詳細は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。すなわち、Ｍｏは錆の凋密性を高め、水分や塩分といった腐食因子が鋼表面に接触するのを妨げる効果があると考えられる。その一方、Ｍｏは錆を脆くする性質があり、クラックなどの欠陥が生じやすくなる。ＮｉやＣｕは割れやすい錆の性質を改善し、クラックなどの欠陥を生じにくくする性質がある。これらＭｏならびにＮｉおよびＣｕの２つの異なる性質による相乗効果が発揮されるため、適当な量のＭｏを適当な量のＮｉ、Ｃｕとともに添加することにより、耐食性が著しく改善するものと考えられる。耐食性の観点からは、Ｍｏは０．１％以上のＮｉ、Ｃｕとともに添加すると効果が現れ、その効果はＮｉ＋Ｃｕ＋３Ｍｏ≧１．２％で好ましいものとなる。
【００２３】
一方、溶接性を実用水準とするためには、炭素当量Ｃｅｑを考慮する必要があり、このＣｅｑの量が０．５％以下とすることが好ましい。
以上のような本発明鋼は、転炉または電気炉で溶製し、次いで連続鋳造または造塊→分塊法によってスラブとした後、圧延により鋼板または形鋼とする方法により製造するのに適しているが、他の方法によって製造することも可能である。また、圧延後、放冷または加速冷却する方法や、制御圧延により製造するこもできる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
表１、２に示す成分組成の鋼塊を作製し、熱間圧延により厚さ３ｍｍの鋼板とし、室温まで放冷したものについて、図１に示す複合サイクル腐食試験を実施した。この複合サイクル腐食試験は、０．５％塩水噴霧を１時間行った後、５０℃湿度８５％で１０時間保持し、５０℃湿度３０％で５時間保持し、さらに２５℃湿度６０％で８時間保持で１サイクルとして行った。
その結果を、炭素当量とともに表１、２に示し、図２には複合サイクル腐食試験における炭素当量に対する供試材の最大穴空き深さの値を示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
表１、２および図２から明らかなように、比較鋼ａ〜ｑは、最大孔あき深さが０．４５ｍｍ以上あり、耐食性が劣っていた。比較鋼ｒは最大孔空き深さが比較的小さく、耐食性が優れるが、炭素当量が０．６８％と高いため、溶接性がおとっていた。これに対して、本発明の範囲内である発明鋼Ａ〜Ｖは、耐食性および溶接性がともに良好であることが確認された。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、０．０５ｍｄｄ以上１０ｍｄｄ未満の塩分が飛来刷る環境において、高い耐候性を有し、かつ実用的な溶接性を有する溶接構造用鋼を経済的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合サイクル腐食試験の試験条件を説明するための図。
【図２】複合サイクル腐食試験を行った後の各供試材における炭素当量と最大孔あき深さとの関係を示すグラフ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、海岸地域に建設される橋梁や鉄塔などの塩水が関与した腐食環境で用いられる溶接構造物に適した、耐候性に優れた低合金鋼からなる溶接構造用鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
橋梁などの鋼構造物は、その実用期間が数十年にも及ぶため、厳重な塗装を施すなどの防食処置をとる必要がある。塗装は非常に効果の高い防食手段であるが、大気暴露環境においては劣化が著しいため、定期的な補修を必要とする。
【０００３】
しかし、特に近年は人件費の高騰や塗装工の減少などにより、その補修が困難になるという問題が生じている。この問題を回避するため、橋梁などの鋼構造物に耐候性鋼が適用される例が増加している。
【０００４】
耐候性鋼は、大気暴露環境において、銅、りん、クロムなどの有効元素が富化した防食性の高い安定錆が表面を覆うことにより、著しく腐食の進展が遅くなる性質を有するものである。その著しい耐候性の高さのため、耐候性鋼を仕様した橋梁は、しばしば無塗装のまま数十年間の使用に耐えることが知られている。
【０００５】
しかし、海岸地域や船舶のバラストタンク内のように塩分が比較的に多い環境では、耐候性鋼の錆は安定化しにくく、実用的な耐食性が得難いことが知られている。
【０００６】
このような環境下で実用に耐える鋼材を製造するため、銅、りん、クロム、タングステンなどの有効元素を多量に添加するなどの方法が、例えば特公昭５１−２８０４８号、特公昭５７−１０９４１号、特開平３−１５８４３６号の各公報に開示されている。
【０００７】
ところで、近年、耐候性鋼を日本国内の各所に暴露試験した結果が、建設省により公表された。この試験結果から、建設省は、耐候性鋼を無塗装で使用することが可能な地域として、飛来する塩分量が０．０５ｍｄｄ未満の地域に限るという指針を提示している。すなわち、飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ以上の地域においては、上記公報に開示された技術によっても、従来の耐候性鋼は無塗装で使用することができない。
【０００８】
また、橋梁などの鋼構造物は、溶接することにより建設されるが、銅、りん、クロムなどの元素を多量に含有する鋼は、溶接性が著しく劣るので、溶接前の予備処理などにより、溶接割れの発生を防止する必要がある。
【０００９】
すなわち、従来製造されてきた耐候性鋼は、飛来塩分が０．０５ｍｄｄを超える地域に建設される溶接鋼構造物に使用する場合、実用性に乏しいものであった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情にかんがみてなされたものであって、０．０５ｍｄｄ以上１０ｍｄｄ未満の塩分が飛来刷る環境において高い耐候性を有し、かつ実用的な溶接性を有する溶接構造用鋼を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋼材の成分組成について鋭意検討した。その結果、Ｍｏを適当な量のＮｉ、Ｃｕとともに添加することにより、鋼材の耐候性を著しく向上し得ること、およびＭｏの量を限定し、かつＣｒを極力減ずることにより、溶接割れ感受性を実用的な範囲に維持することができるとの知見を得、これにより高い耐候性と溶接性を両立した鋼材を製造することができることを見出した。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、重量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．７％以下、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｐ：０．０３〜０．１５％、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：０．１％以下、Ｎｉ：０．４〜４％、Ｃｕ：０．１１〜０．４％、Ｍｏ：０．２６〜４％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
Ｎｉ，ＣｕおよびＭｏが、Ｎｉ＋Ｃｕ＋３Ｍｏ≧１．２％を充たし、かつ以下に示す炭素当量Ｃｅｑが０．５％以下であることを特徴とする溶接性に優れた海岸耐候性鋼を提供するものである。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋｛Ｓｉ／２４｝＋｛Ｍｎ／６｝＋｛Ｃｒ／５｝＋｛Ｎｉ／４０｝＋｛Ｍｏ／４｝＋｛Ｖ／１４｝
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明で成分組成を上記範囲に限定した理由、および本発明の成分の特徴について説明する。
【００１５】
Ｃ： Ｃは所定の強度を確保するために添加するが、０．１５％を超えると溶接性および靭性が劣化する。したがって、その上限を０．１５％とする。
Ｓｉ： Ｓｉは製鋼時の脱酸剤および強度向上元素として添加するが、過剰に添加すると靭性が著しく低下する。したがって、その上限を０．７％以下とする。
【００１６】
Ｍｎ： Ｍｎは所定の強度を確保するために０．１％以上添加するが、２％を超えると溶接性が劣化する。したがってＭｎ量を０．１〜２％の範囲とする。
Ｐ： Ｐは本発明において重要な元素であり、鋼の強度を向上させる作用が有るとともに、耐食性を向上させる効果がある。しかし、０．０３％未満の添加では耐食性の向上に効果がなく、０．１５％を超えると溶接性が劣化する。したがって、Ｐ量を０．０３〜０．１５％の範囲とする。
【００１７】
Ｓ： Ｓは耐食性に有害な元素であるので、０．０２％以下とする。
Ａｌ： Ａｌは製鋼時の脱酸剤として０．０１％以上添加するが、過剰に添加すると腐食の起点となる介在物が生じやすくなるので０．１％以下とする必要がある。したがって、Ａｌ量を０．０１〜０．１％とする。
【００１８】
Ｃｒ： Ｃｒは、塩分の多い環境においては孔あき腐食を助長する効果がある。また、溶接性を著しく劣化させる。そのため、Ｃｒ量を０．１％以下とする。Ｎｉ： Ｎｉはこの発明において重要な元素であり、Ｍｏとの共存により塩分の多い環境における耐食性を向上させる効果がある。しかし、０．４％未満の添加では効果がなく、４．０％を超えると経済性の点で不利である。したがって、Ｎｉ量を０．４〜４％とする。
【００１９】
Ｃｕ： Ｃｕもこの発明において重要な元素であり、Ｎｉと同様に、Ｍｏの共存により塩分の多い環境における耐食性を向上させる。しかし、その量が０．１％未満ではその効果が十分でなく、０．４％を超えると効果が飽和し、かつ経済性の点で不利である。したがって、Ｃｕ量を０．１〜０．４％とする。
【００２０】
Ｍｏ： Ｍｏもまたこの発明において重要な元素であり、Ｎｉ、Ｃｕとの共存により塩分の多い環境における耐食性を向上させる効果がある。しかし、０．１％未満の添加では効果がなく、４％を超える添加では経済性の点で不利である。したがって、Ｍｏ量を０．１〜４％の範囲とする。
【００２１】
このように、本発明の特徴はＣｒを積極的には添加しないことにある。Ｃｒは、塩分の少ない環境においては、鋼の耐食性を向上させる効果を有するため、従来製造されて生きた耐候性鋼には、Ｃｒが積極的に添加されてきた。しかし、本発明者らの検討結果によると、Ｃｒは塩分の多い環境においてはむしろ孔あき腐食を助長する作用があることが判明した。また、Ｃｒは上述したように溶接性を著しく劣化させる元素である。したがって、上述したように、Ｃｒ量は０．１％以下に規定するが、上記趣旨からするとできるだけその含有量を減ずることが好ましい。
【００２２】
本発明のもうひとつの特徴は、Ｍｏを適当な量のＮｉおよびＣｕとともに添加することにより、著しく耐候性を改善したことにある。ＮｉとＣｕおよびＭｏの耐食性に与える効果の詳細は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。すなわち、Ｍｏは錆の凋密性を高め、水分や塩分といった腐食因子が鋼表面に接触するのを妨げる効果があると考えられる。その一方、Ｍｏは錆を脆くする性質があり、クラックなどの欠陥が生じやすくなる。ＮｉやＣｕは割れやすい錆の性質を改善し、クラックなどの欠陥を生じにくくする性質がある。これらＭｏならびにＮｉおよびＣｕの２つの異なる性質による相乗効果が発揮されるため、適当な量のＭｏを適当な量のＮｉ、Ｃｕとともに添加することにより、耐食性が著しく改善するものと考えられる。耐食性の観点からは、Ｍｏは０．１％以上のＮｉ、Ｃｕとともに添加すると効果が現れ、その効果はＮｉ＋Ｃｕ＋３Ｍｏ≧１．２％で好ましいものとなる。
【００２３】
一方、溶接性を実用水準とするためには、炭素当量Ｃｅｑを考慮する必要があり、このＣｅｑの量が０．５％以下とすることが好ましい。
以上のような本発明鋼は、転炉または電気炉で溶製し、次いで連続鋳造または造塊→分塊法によってスラブとした後、圧延により鋼板または形鋼とする方法により製造するのに適しているが、他の方法によって製造することも可能である。また、圧延後、放冷または加速冷却する方法や、制御圧延により製造するこもできる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
表１、２に示す成分組成の鋼塊を作製し、熱間圧延により厚さ３ｍｍの鋼板とし、室温まで放冷したものについて、図１に示す複合サイクル腐食試験を実施した。この複合サイクル腐食試験は、０．５％塩水噴霧を１時間行った後、５０℃湿度８５％で１０時間保持し、５０℃湿度３０％で５時間保持し、さらに２５℃湿度６０％で８時間保持で１サイクルとして行った。
その結果を、炭素当量とともに表１、２に示し、図２には複合サイクル腐食試験における炭素当量に対する供試材の最大穴空き深さの値を示す。
【００２５】
【表１】
【表２】
表１、２および図２から明らかなように、比較鋼ａ〜ｑは、最大孔あき深さが０．４５ｍｍ以上あり、耐食性が劣っていた。比較鋼ｒは最大孔空き深さが比較的小さく、耐食性が優れるが、炭素当量が０．６８％と高いため、溶接性がおとっていた。これに対して、本発明の範囲内である発明鋼Ａ〜Ｖは、耐食性および溶接性がともに良好であることが確認された。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、０．０５ｍｄｄ以上１０ｍｄｄ未満の塩分が飛来刷る環境において、高い耐候性を有し、かつ実用的な溶接性を有する溶接構造用鋼を経済的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合サイクル腐食試験の試験条件を説明するための図。
【図２】複合サイクル腐食試験を行った後の各供試材における炭素当量と最大孔あき深さとの関係を示すグラフ。
Claims (1)
- 重量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．７％以下、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｐ：０．０３〜０．１５％、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：０．１％以下、Ｎｉ：０．４〜４％、Ｃｕ：０．１１〜０．４％、Ｍｏ：０．２６〜４％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
Ｎｉ，ＣｕおよびＭｏが、Ｎｉ＋Ｃｕ＋３Ｍｏ≧１．２％を充たし、かつ以下に示す炭素当量Ｃｅｑが０．５％以下であることを特徴とする溶接性に優れた海岸耐候性鋼。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋｛Ｓｉ／２４｝＋｛Ｍｎ／６｝＋｛Ｃｒ／５｝＋｛Ｎｉ／４０｝＋｛Ｍｏ／４｝＋｛Ｖ／１４｝
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|---|---|---|---|
| JP32582095A JP3542209B2 (ja) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | 耐候性に優れた溶接構造用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32582095A JP3542209B2 (ja) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | 耐候性に優れた溶接構造用鋼 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09165647A JPH09165647A (ja) | 1997-06-24 |
| JP3542209B2 true JP3542209B2 (ja) | 2004-07-14 |
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ID=18180970
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| JP32582095A Expired - Fee Related JP3542209B2 (ja) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | 耐候性に優れた溶接構造用鋼 |
Country Status (1)
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Families Citing this family (4)
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| KR100319302B1 (ko) | 1999-02-25 | 2002-01-04 | 구마모토 마사히로 | 내식성(耐食性)이 우수한 강재 및 이 강재를 이용한 구조물 |
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1995
- 1995-12-14 JP JP32582095A patent/JP3542209B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09165647A (ja) | 1997-06-24 |
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