JP3828845B2 - 被削性および湿潤耐食性の優れた鋼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削性および湿潤耐食性の優れた鋼に係り、さらに詳しくは、製品の構造あるいは形状を得るに際して加えられる種々の加工（切削、切断、穴あけ等）において優れた被削性を有し、かつ、例えば、自動車や船舶等の内燃機関排気系統、ボイラ排気系統、低温熱交換器、焼却炉床等の高温湿潤腐食環境、橋梁、支柱、鉄塔、建築内外装材、屋根材、建具、厨房部材、各種手すり、ガードレール、各種フック、ルーフドレイン、鉄道車両、電子機器等の大気腐食環境、および、各種貯蔵タンク、支柱、杭、矢板等の土壌腐食環境、缶容器、低温熱交換器、浴室部材、自動車構造部材、電子機器等の結露腐食環境（冷凍、湿潤、乾燥が複合する腐食環境を含む）、および、貯水槽、給水管、給湯管、缶容器、各種容器、食器、調理機器、浴槽、プール、洗面化粧台等の水道水腐食環境、および、各種鉄筋構造物、支柱等のコンクリート腐食環境、船舶、橋梁、杭、矢板、海洋構造物等の海水腐食環境等、種々の腐食環境において優れた湿潤耐食性を有する鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料の使用においては、目的とする製品や部材となす際に、様々な加工が行われることが一般的であり、たとえば、切断、切削等の加工を施す際、優れた被削性と同時に優れた湿潤耐食性が要求される場合が多い。
【０００３】
一般に、鋼の湿潤耐食性を向上するには、ＣｒやＭｏ添加量の増加が有効であることが知られており、また、被削性を向上させるには、Ｓの高濃度の添加やＰｂ、Ｓｅ、Ｔｅ等の添加が有効であることが知られている。例えば、特開平７−３３８５号公報には、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅの添加が被削性向上に有効であることが開示されている。また、特開平８−１９９２９７号公報には、Ｐｂは被削性全般に有効であること、Ｔｅは硫化物を球状化することで被削性と冷間加工性を向上させること、ＳｅはＭｎおよびＳと化合してＭｎ（Ｓ，Ｓｅ）を形成して、被削性の向上に有効であることが開示されている。
【０００４】
しかし、上述の方法は、いずれも湿潤耐食性あるいは被削性の個々の改善には優れた方法と考えられるが、湿潤耐食性と同時に被削性を改善するものではない。従来、湿潤耐食性と被削性を同時に改善するには、湿潤耐食性を向上させる成分であるＣｒやＭｏ、被削性を向上させる成分であるＳを高濃度添加する。しかし、硫化物の形成は耐食性を損ない、これを補うためにＣｒやＭｏを大量に含有させるため、素材コストが高価になる上、加工性も劣る。従って、この方法は、きわめて特殊な用途に限定して使用されている実態にある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、こうした現状に鑑みて、高温湿潤腐食環境、結露腐食環境、大気腐食環境、水道水腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、海水腐食環境、飲料水腐食環境等の、様々な腐食環境における、湿潤耐食性および切削加工性の優れた低コストの鋼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】
本発明者は、上記の目的を達成すべく、高温湿潤腐食環境、結露腐食環境、大気腐食環境、水道水腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、海水腐食環境、飲料水腐食環境等の様々な腐食環境において、優れた湿潤耐食性および被削性を有する鋼を開発するべく、種々の観点から検討を行った。
【０００７】
本発明者は、優れた湿潤耐食性と同時に優れた被削性を得る手段について種々検討した結果、Ｃを０．０２５〜０．１質量％、Ｃｒを０．１〜９．９質量％、Ａｌを０．６７質量％以上、Ｍｇを０．０００３質量％以上、Ｎを０．００２〜０．０５質量％含有する組成の鋼とすることで、単純なＣｒ含有鋼に比較してより優れた湿潤耐食性と被削性が同時に得られること、さらに、前記組成の鋼にＳを０．８質量％以下添加すると、従来の知見とは全く逆に、湿潤耐食性を損なうことなく被削性が向上できることを見いだした。これらの本発明者の見出した湿潤耐食性と被削性向上の理由には、現状では不明点が多いが、様々な濃度のＣｒを含有する鋼にＡｌ，Ｍｇ，Ｎ、およびＳを同時に添加することで、被削性が大幅に向上すると同時に湿潤耐食性も著しく向上することを確認している。
【０００８】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１） 質量％で、Ｃ：０．０２５〜０．１％、Ｓｉ：０．０１〜３％、Ｍｎ：０．０１〜３％、Ｃｒ：０．１〜９．９％、Ａｌ：０．６７〜１０％、Ｍｇ：０．０００３〜０．１％、Ｐ：０．２０％以下、Ｓ：０．８％以下、Ｎ：０．００２〜０．０５％、を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
（２） 前記鋼が、さらに、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．５％、Ｓｎ：０．００５〜０．５％、Ｚｎ：０．０００１〜０．２％、Ｂ：０．０００１〜０．０５％、Ｓｅ：０．００００５〜０．０５％、Ｔｅ：０．００００５〜０．０５％、の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）に記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
（３） 前記鋼が、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．００５〜１％、Ｖ：０．０１〜１％、Ｔｉ：０．００５〜１％、Ｚｒ：０．０００５〜１％、Ｔａ：０．０１〜１％、Ｈｆ：０．０１〜１％、の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
（４） 前記鋼が、質量％で、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの１種または２種以上の含有量が、下記式（１）を満足することを特徴とする前記（３）に記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１＋Ｔｉ／４８＋Ｚｒ／９１＋Ｔａ／１８１＋Ｈｆ／１７９≧０．８×｛Ｃ／１２＋Ｎ／１４｝…（１）
（５） 前記鋼が、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜５％、Ｍｏ：０．０５〜１０％、Ｓｂ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．０１〜１０％、Ｗ：０．０５〜３％、の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
（６） 前記鋼が、さらに、質量％で、希土類元素：０．００１〜０．１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明について以下に詳細に説明する。本発明鋼の各構成成分の範囲を限定した理由を述べる。なお、構成成分の添加量の％は、質量％である。
【００１０】
Ｓｉは、本願発明鋼において湿潤耐食性および被削性を向上する効果をもたらすが、０．０１％未満では効果が認められず、３％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、添加量範囲を０．０１％以上３％以下に限定する。さらにＣｒを０．１％以上含有する鋼にＳｉを添加することで、脱酸剤および強化元素として機能するが、添加量が０．０１５％未満ではその脱酸効果が充分ではなく、１．５％超を添加すると、もはやその効果は飽和している上に加工性をやや低下させる。従って、０．０１５％以上１．５％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００１１】
Ｍｎは、本願発明鋼において湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０１％未満では効果が認められず、３％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、添加量範囲を０．０１％以上３％以下に限定する。さらにＭｎは鋼の脱酸剤として有効で、そのためには０．０５％以上を添加する必要があるが、１．８％を超えて添加させてもその効果はもはや飽和しているばかりか、過剰にＭｎを含有させると加工性が低下する。従って、０．０５％以上１．８％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００１２】
Ｃｒは、本願発明鋼において湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．１％未満では効果が十分ではなく、一方９．９％超を添加してもその効果が飽和する。従ってＣｒの含有量は０．１％以上９．９％以下に限定する。被削性の観点からは１％以上８％以下とすることがより好ましい。
【００１３】
Ａｌは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保するためにＭｇとともに最も重要な元素であり、湿潤耐食性および被削性を向上する効果をもたらすが、０．６７％以上では効果が十分ではなく、１０％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ａｌの添加量は０．６７％以上１０％以下に限定する。被削性の観点からは１％以上３％以下とすることがより好ましい。
【００１４】
Ｍｇは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保するためにＡｌに次ぐ重要な元素であって、湿潤耐食性および被削性を向上する効果をもたらすが、０．０００３％未満では効果が十分ではなく、０．１％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｍｇの添加量は０．０００３％以上０．１％以下に限定する。被削性の観点からは０．００１％以上０．０３％以下とすることがより好ましい。
【００１５】
Ｎは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保するためにＡｌ、Ｍｇに次ぐ重要な元素であって、湿潤耐食性および被削性を向上する効果をもたらすが、０．００２％未満では効果が十分ではなく、０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｎの添加量は０．００２％以上０．０５％以下に限定する。被削性の観点からは０．００６％以上０．０３％以下とすることがより好ましい。
【００１６】
Ｃは、鋼の加工性を低下させる上に、Ｃｒと炭化物を生成して湿潤耐食性を低下させるので少ない方が望ましく、上限含有量は０．１０％とし、少ないほど好ましい。被削性の観点からは０．０２５％以上０．０８％以下とすることがより好ましい。
【００１７】
Ｐは、鋼中に多量に存在すると靭性を低下させるので少ない方が望ましく、上限含有量は０．２０％とする。
【００１８】
Ｓは、本発明において被削性を確保するために重要な元素の一つであって、添加量の増大に比例して被削性をさらに向上する効果をもたらすが、０．８％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｓの含有量は０．８％以下に限定する。被削性よりも耐食性を優先する観点からは、０．０１％以下とすることがより好ましい。
【００１９】
また、本発明においては、必要に応じてＰｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｓｅ、Ｔｅの１種または２種以上をさらに添加する。
【００２０】
Ｐｂは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保する元素の一つであって、０．０１％以上添加することで、添加量の増大に比例して被削性と湿潤耐食性をさらに向上する効果をもたらすが、０．５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｐｂの含有量は０．０１％以上０．５％以下に限定する。被削性の観点からは０．０５％以上０．３％以下とすることがより好ましい。
【００２１】
Ｓｎは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保する元素の一つであって、０．００５％以上添加することで、添加量の増大に比例してさらに被削性と湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｓｎの含有量は０．００５％以上０．５％以下に限定する。被削性の観点からは０．０５％以上０．２５％以下とすることがより好ましい。
【００２２】
Ｚｎは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保する元素の一つであって、０．０００１％以上添加することで、添加量の増大に比例して被削性と湿潤耐食性をさらに向上する効果をもたらすが、０．２％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｚｎの含有量は０．０００１％以上０．２％以下に限定する。被削性の観点からは、０．０００５％以上０．０１５％以下とすることがより好ましい。
【００２３】
Ｂは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保する元素の一つであって、０．０００１％以上添加することで、添加量の増大に比例して被削性と湿潤耐食性をさらに向上する効果をもたらすが、０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｂの含有量は０．０００１％以上０．０５％以下に限定する。被削性の観点からは、０．０００５％以上０．０１％以下とすることがより好ましい。
【００２４】
Ｓｅは、本発明において被削性を確保する元素の一つであって、０．００００５％以上添加することで、添加量の増大に比例して被削性と湿潤耐食性をさらに向上する効果をもたらすが、０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｓｅの含有量は０．００００５％以上０．０５％以下に限定する。
【００２５】
Ｔｅは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保する元素の一つであって、０．００００５％以上添加することで、添加量の増大に比例して被削性と湿潤耐食性をさらに向上する効果をもたらすが、０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｔｅの含有量は０．００００５％以上０．０５％以下に限定する。
【００２６】
また、本発明においては、必要に応じてＮｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの１種または２種以上をさらに添加する。Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆは、被削性を損なうことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらす。つまり、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆは含Ｃｒ鋼中のＣを炭化物として固定することによって、被削性を損なうことなく、湿潤耐食性の向上や加工性の改善に顕著な効果があり、１種または２種以上の元素を複合して添加することができる。
【００２７】
Ｎｂは、０．００５％未満では効果がなく、１％を超えて添加してもコスト上昇とともに、熱間割れ等の弊害を引き起こしやすく避けるべきなので、０．００５％以上１％以下とする。
【００２８】
Ｖは、０．０１％未満では効果がなく、１％を超えて添加してもコスト上昇とともに被削性を低下させるため、０．０１％以上１％以下とする。
【００２９】
Ｔｉは、０．００５％未満では効果がなく、１％を超えて添加しても硬質酸化物、窒化物を多量に生成し、被削性を低下させるため、０．００５％以上１％以下とする。
【００３０】
Ｚｒは、Ｃを固定する以外にもＭｎＳの微細分散や球状化にも効果があり、耐食性と被削性の両方の向上効果がある元素である。しかし、０．０００５％未満ではその効果は認められず、１％を超えると硬質酸化物を多量に生成するため被削性を低下させるため、０．０００５％以上１％以下とする。
【００３１】
Ｔａ、Ｈｆに関しては、単独での添加量が０．０１％未満では効果がなく、１％を超えて添加すると、コストを上昇させるとともに被削性が低下したり、圧延疵等の原因となるため、０．０１％以上１％以下とする。
【００３２】
また、加工性を有効に改善するためには、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの１種または２種以上の添加量の合計が下記式（１）を満足することが好ましい。
Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１＋Ｔｉ／４８＋Ｚｒ／９１＋Ｔａ／１８１＋Ｈｆ／１７９≧０．８×｛Ｃ／１２＋Ｎ／１４｝…（１）
上記式（１）を満たさない場合には、Ｃの固定化が不十分となり、加工性の改善効果が得にくくなることもある。
【００３３】
以上が、本発明が対象とする湿潤耐食性および被削性に優れた鋼の基材の基本的成分であるが、本発明においては、必要に応じてさらにＣｕ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｗの１種または２種以上を添加して、被削性を損うことなく湿潤耐食性を一段と向上させた鋼材も対象としている。
【００３４】
Ｃｕは、鋼の被削性を損うことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０１％未満では効果が認められず、一方５％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、その範囲を０．０１％以上５％以下の範囲に限定する。さらに０．１％以上添加すると、局部腐食に対する抵抗を向上させる効果があり、２．５％を超えて添加するとその効果は飽和する。従って、０．１％以上２．５％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００３５】
Ｍｏは鋼の被削性を損うことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０５％未満では効果が認められず、一方１０％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、その範囲を０．０５％以上１０％以下に限定する。さらにＭｏは０．１％以上添加すると、孔食の発生と成長を抑制する効果があるが、３％を超えて添加しても、その効果は飽和するばかりか加工性を低下させる可能性がある。従って、０．１％以上３％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００３６】
Ｗは、鋼の被削性を損うことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０５％未満では効果が認められず、一方３％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、その範囲を０．０５％以上３％以下に限定する。さらにＷを添加することで、孔食の発生と成長を抑制する効果があるが、０．１％未満では効果は十分ではなく、一方２％を超えて添加しても効果が飽和するばかりか加工性を低下させる可能性がある。従って、０．１％以上２％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００３７】
Ｓｂは、鋼の被削性を損なうことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０１％未満では効果が認められず、一方０．５％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、その範囲を０．０１％以上０．５％以下に限定する。さらにＳｂを添加することで、孔食に対する抵抗を向上させる効果があるが、０．０１５％未満では効果は十分ではなく、一方０．３％を超えて添加すると熱間加工性をやや低下させる。従って、０．０１５％以上０．３％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００３８】
Ｎｉは、鋼の被削性を損なうことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０１％未満では効果が認められず、一方１０％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、その範囲を０．０１％以上１０％以下に限定する。さらにＮｉを添加することで、孔食を抑制する効果があるが、０．１％未満では効果は十分ではなく、一方６％を超えて添加しても効果が飽和する。従って、０．１％以上６％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００３９】
また、本発明においては、必要に応じてさらに希土類元素（ＲＥＭ）、Ｃａを添加して、被削性を損なうことなく湿潤耐食性を一段と向上させた鋼材も対象としている。本発明において希土類元素とは、原子番号が５７〜７１番および８９〜１０３番の元素およびＹを指す。
【００４０】
ＲＥＭやＣａは、鋼の被削性を損うことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらす。ＲＥＭは、０．００１％未満では効果が認められず、一方０．１％を超えて添加してもその効果が飽和するため、ＲＥＭの範囲を０．００１％以上０．１％以下に限定する。Ｃａは、０．０００５％未満では効果が認められず、一方０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和するため、Ｃａの範囲を０．０００５％以上０．０５％以下に限定する。
【００４１】
さらに、ＲＥＭおよびＣａは、熱間加工性の向上と耐孔食性の改善にも効果のある元素である。ＲＥＭは、０．０１％未満ではその効果が充分ではなく、一方０．０５％を超えて添加すると、粗大な非金属介在物を生成して逆に熱間加工性や耐孔食性を劣化させる恐れがあるので、ＲＥＭの範囲は０．０１％以上０．０５％以下がより望ましい。Ｃａは、０．００１％未満ではその効果が充分ではなく、一方０．０３％を超えて添加すると、粗大な非金属介在物を生成して逆に熱間加工性や耐孔食性を劣化させる恐れがあるので、Ｃａの範囲は０．００１％以上０．０３％以下がより望ましい。
【００４２】
本発明鋼は、一般的な鋼の製造方法によって製造され、使用する目的に応じて、例えば鋼塊として製造した後に、熱延、鍛造、冷延、伸線によって鋼板や棒線、型鋼、矢板などの任意の形状とし、それをプレス等で所定の形状に成形し、さらに加工・溶接して製品として製造しても良いし、鋼板を例えば電縫鋼管等としてまず鋼管の形状にした後に２次加工および溶接等によって製品に使用しても良く、その他のプロセスも含めてコストや既存製造設備の制約等によって最適な製品製造工程を選択することができ、どの製造工程を選択したとしても、本発明鋼が製造できればよい。
【００４３】
本発明鋼は、適当な組成の合金の表面に必要元素を含有する合金を、メッキ法やクラッド法等の方法で付着させ、熱処理などの適切な処理によって元素を拡散させ、請求範囲に記載の化学組成の表面を有する鋼材としても良い。
【００４４】
本発明鋼は、高温湿潤腐食環境、結露腐食環境、大気腐食環境、水道水腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、海水腐食環境、飲料水腐食環境等、これらの腐食環境が複合した様々な腐食環境に適用することができる。
【００４５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
表１〜表９（表１のつづき８）に添加成分（質量％）を示す鋼を溶製し、熱延、冷延等の通常の鋼板製造工程によって板厚１ｍｍまたは２０ｍｍの鋼板とし、８５０℃にて焼鈍を施し、これらの鋼板から幅５０ｍｍおよび長さ７０ｍｍの試験片を複数枚採取した。
【００４６】
板厚２０ｍｍの試験片は被削性の試験に供し、板厚１ｍｍの試験片は各種の腐食試験（高温湿潤腐食試験、塩害腐食試験、土壌腐食試験、コンクリート中腐食試験、水道水環境腐食試験、海水環境腐食試験、結露腐食試験、大気腐食試験）に供した。それらの結果を表１０〜表１２（表１０のつづき２）にそれぞれ示した。
【００４７】
被削性は、直径が５ｍｍφのＳＫＨ５１鋼製のドリルを用い、切削速度１４．６ｍ／分、荷重５５ｋｇの条件にて穿孔試験を行って評価した。試験結果の評価は、比較材としてＳＭ４００鋼の穿孔時間を基準として、これよりも穿孔時間が同等あるいは短いものを◎、穿孔時間が長いものを×として判定した。
【００４８】
高温湿潤腐食試験は、硫酸イオン１００質量ｐｐｍ、塩化物イオン３５０質量ｐｐｍ、重炭酸イオン５００質量ｐｐｍをアンモニウム塩の形で添加した水溶液５０ｃｍ3中に試験片を長さ方向の半分まで浸漬し、試験容器ごと１３０℃の雰囲気に保持して試験溶液を完全に蒸発・揮散させた後に再度試験溶液を添加することを５０回繰り返す試験とした。試験結果を表１に併せて示した。腐食試験結果の◎は、試験片表面からの最大腐食深さが０．２ｍｍ未満、○は０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ未満、△は０．３ｍｍ以上０．４ｍｍ未満、×は０．４ｍｍ以上であったことをそれぞれ示す。
【００４９】
塩害腐食試験は、大気環境下における塩害腐食を想定した試験であり、５０℃で１時間の０．５％ＮａＣｌを含む塩水噴霧後、６０℃で湿度９６％の環境に５時間保持した後、さらに１時間の冷凍保持を行うことを１３０回繰り返す条件で行った。試験後の試験片について最大孔食深さを測定し、試験結果とした。腐食試験結果の◎は、試験片表面からの最大腐食深さが０．０７ｍｍ未満、○は０．０７ｍｍ以上０．１ｍｍ未満、△は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満、Ｘは０．３ｍｍ以上であったことをそれぞれ示す。
【００５０】
土壌腐食試験は、含水率１５％、比抵抗４００Ω・ｃｍに塩化ナトリウム含有量で調整した砂中に試験片を埋め込み、４０℃に保持して約８００日放置する試験とした。腐食試験結果の◎は試験片表面からの最大腐食深さが０．０５ｍｍ未満、○は０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満、△は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満、×は０．５ｍｍ以上であったことをそれぞれ示す。
【００５１】
コンクリート中腐食試験は、塩化物を含む海砂を用いて混練したポルトランドセメント中に試験片を埋め込みサンプルとなし、凝固させた後、人工海水中にサンプルを半分まで浸漬し、５０℃の環境に約８００日放置する試験とした。腐食試験結果の◎は、試験片全面に腐食の発生が認められなかったもの、○は試験片全面の発錆面積率が０％超５％未満、△は発錆面積率が５％以上１０％未満、×は１０％以上であったことをそれぞれ示す。
【００５２】
水道水環境腐食試験は、水道水中に試験片を浸漬し、４５℃の雰囲気に１２ケ月間保持する試験とした。腐食試験結果の◎は、試験片全面に腐食の発生が認められなかったもの、○は試験片全面の発錆面積率が０％超５％未満、△は発錆面積率が５％以上１０％未満、×は１０％以上であったことをそれぞれ示す。
【００５３】
海水環境腐食試験は、海岸飛沫帯に試験片を１９ケ月間暴露する試験とした。腐食試験結果の◎は、試験片表面からの腐食深さ０．０５ｍｍ未満だったもの、○は０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満、△は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満、×は０．３ｍｍ以上であったことをそれぞれ示す。
【００５４】
結露腐食試験は、試験片を−２０℃の環境に２時間保持後、湿度９５％、２５℃の環境に４時間保持することを１５１０回繰り返す試験とした。腐食試験結果の◎は、試験片全面に腐食の発生が認められなかったもの、○は試験片全面の発錆面積率が０％超５％未満、△は発錆面積率が５％以上１０％未満、×は１０％以上であったことをそれぞれ示す。
【００５５】
大気腐食試験は、海岸から約３５０ｍの位置に試験片を約８００日暴露する試験とした。腐食試験結果の◎は、試験片全面に腐食が認められなかったもの、○は試験片全面の発錆面積率が０％超５％未満、△は発錆面積率が５％以上１０％未満、×は１０％以上であったことをそれぞれ示す。
【００５６】
表１０〜表１２から明らかなように、本発明鋼１〜１２４は、塩化物を含む高温湿潤という非常に厳しい腐食環境、塩害腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、水道水腐食環境、海水腐食環境、結露腐食環境、大気腐食環境の種々の湿潤腐食環境で良好な耐食性を示し、さらに、被削性も良好であるのに対して、比較鋼１２５〜１３４は耐食性に劣る、あるいはある程度の耐食性は得られても被削性に劣ることがわかる。
【００５７】
【表１】
【００５８】
【表２】
【００５９】
【表３】
【００６０】
【表４】
【００６１】
【表５】
【００６２】
【表６】
【００６３】
【表７】
【００６４】
【表８】
【００６５】
【表９】
【００６６】
【表１０】
【００６７】
【表１１】
【００６８】
【表１２】
【００６９】
（実施例２）
表１３〜表１６（表１３のつづき３）に添加成分（質量％）を示す鋼を溶製し、実施例１と同様の条件で、板厚１ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ７０ｍｍ、板厚１ｍｍ×幅１８０ｍｍ×長さ１８０ｍｍの試験片をそれぞれ複数枚採取した。
【００７０】
板厚１ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ７０ｍｍの試験片はそれぞれ各種の腐食試験（高温湿潤腐食試験、塩害腐食試験、土壌腐食試験、コンクリート中腐食試験、水道水環境腐食試験、海水環境腐食試験、結露腐食試験、大気腐食試験）に供した。板厚１ｍｍ×幅１８０ｍｍ×長さ１８０ｍｍの試験片には、絞り比１．８の円筒絞り試験を行って、割れの有無で加工性を判定した。これらの試験結果を表１７、表１８（表１７のつづき１）に示した。
【００７１】
表１７、表１８の加工性における○は、円筒絞り試験結果が良好であったことを示し、×は円筒絞り試験で割れを生じたことを示している。尚、表１７のＸ値は、次式によって算出したものを記載した。
Ｘ＝Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１＋Ｔｉ／４８＋Ｚｒ／９１＋Ｔａ／１８１＋Ｈｆ／１７９−０．８×｛Ｃ／１２＋Ｎ／１４｝
表１７、表１８から明らかなように、本発明鋼１３５〜１７４は良好な加工性を示し、さらに、高温湿潤腐食環境、塩害腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、水道水腐食環境、海水腐食環境、結露腐食環境、大気腐食環境の種々の湿潤腐食環境で良好な耐食性を示すのに対して、比較鋼１７５〜１８４は耐食性と加工性が同時に達成できないことがわかる。
【００７２】
【表１３】
【００７３】
【表１４】
【００７４】
【表１５】
【００７５】
【表１６】
【００７６】
【表１７】
【００７７】
【表１８】
【００７８】
【発明の効果】
本発明は、結露腐食環境をはじめとして、高温湿潤腐食環境、大気腐食環境、水道水腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、海水腐食環境等の種々の湿潤腐食環境において、耐食性に優れる鋼並びに耐食性および加工性に優れる鋼を低コストで提供することを可能とする。
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削性および湿潤耐食性の優れた鋼に係り、さらに詳しくは、製品の構造あるいは形状を得るに際して加えられる種々の加工（切削、切断、穴あけ等）において優れた被削性を有し、かつ、例えば、自動車や船舶等の内燃機関排気系統、ボイラ排気系統、低温熱交換器、焼却炉床等の高温湿潤腐食環境、橋梁、支柱、鉄塔、建築内外装材、屋根材、建具、厨房部材、各種手すり、ガードレール、各種フック、ルーフドレイン、鉄道車両、電子機器等の大気腐食環境、および、各種貯蔵タンク、支柱、杭、矢板等の土壌腐食環境、缶容器、低温熱交換器、浴室部材、自動車構造部材、電子機器等の結露腐食環境（冷凍、湿潤、乾燥が複合する腐食環境を含む）、および、貯水槽、給水管、給湯管、缶容器、各種容器、食器、調理機器、浴槽、プール、洗面化粧台等の水道水腐食環境、および、各種鉄筋構造物、支柱等のコンクリート腐食環境、船舶、橋梁、杭、矢板、海洋構造物等の海水腐食環境等、種々の腐食環境において優れた湿潤耐食性を有する鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料の使用においては、目的とする製品や部材となす際に、様々な加工が行われることが一般的であり、たとえば、切断、切削等の加工を施す際、優れた被削性と同時に優れた湿潤耐食性が要求される場合が多い。
【０００３】
一般に、鋼の湿潤耐食性を向上するには、ＣｒやＭｏ添加量の増加が有効であることが知られており、また、被削性を向上させるには、Ｓの高濃度の添加やＰｂ、Ｓｅ、Ｔｅ等の添加が有効であることが知られている。例えば、特開平７−３３８５号公報には、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅの添加が被削性向上に有効であることが開示されている。また、特開平８−１９９２９７号公報には、Ｐｂは被削性全般に有効であること、Ｔｅは硫化物を球状化することで被削性と冷間加工性を向上させること、ＳｅはＭｎおよびＳと化合してＭｎ（Ｓ，Ｓｅ）を形成して、被削性の向上に有効であることが開示されている。
【０００４】
しかし、上述の方法は、いずれも湿潤耐食性あるいは被削性の個々の改善には優れた方法と考えられるが、湿潤耐食性と同時に被削性を改善するものではない。従来、湿潤耐食性と被削性を同時に改善するには、湿潤耐食性を向上させる成分であるＣｒやＭｏ、被削性を向上させる成分であるＳを高濃度添加する。しかし、硫化物の形成は耐食性を損ない、これを補うためにＣｒやＭｏを大量に含有させるため、素材コストが高価になる上、加工性も劣る。従って、この方法は、きわめて特殊な用途に限定して使用されている実態にある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、こうした現状に鑑みて、高温湿潤腐食環境、結露腐食環境、大気腐食環境、水道水腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、海水腐食環境、飲料水腐食環境等の、様々な腐食環境における、湿潤耐食性および切削加工性の優れた低コストの鋼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】
本発明者は、上記の目的を達成すべく、高温湿潤腐食環境、結露腐食環境、大気腐食環境、水道水腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、海水腐食環境、飲料水腐食環境等の様々な腐食環境において、優れた湿潤耐食性および被削性を有する鋼を開発するべく、種々の観点から検討を行った。
【０００７】
本発明者は、優れた湿潤耐食性と同時に優れた被削性を得る手段について種々検討した結果、Ｃを０．０２５〜０．１質量％、Ｃｒを０．１〜９．９質量％、Ａｌを０．６７質量％以上、Ｍｇを０．０００３質量％以上、Ｎを０．００２〜０．０５質量％含有する組成の鋼とすることで、単純なＣｒ含有鋼に比較してより優れた湿潤耐食性と被削性が同時に得られること、さらに、前記組成の鋼にＳを０．８質量％以下添加すると、従来の知見とは全く逆に、湿潤耐食性を損なうことなく被削性が向上できることを見いだした。これらの本発明者の見出した湿潤耐食性と被削性向上の理由には、現状では不明点が多いが、様々な濃度のＣｒを含有する鋼にＡｌ，Ｍｇ，Ｎ、およびＳを同時に添加することで、被削性が大幅に向上すると同時に湿潤耐食性も著しく向上することを確認している。
【０００８】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１） 質量％で、Ｃ：０．０２５〜０．１％、Ｓｉ：０．０１〜３％、Ｍｎ：０．０１〜３％、Ｃｒ：０．１〜９．９％、Ａｌ：０．６７〜１０％、Ｍｇ：０．０００３〜０．１％、Ｐ：０．２０％以下、Ｓ：０．８％以下、Ｎ：０．００２〜０．０５％、を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
（２） 前記鋼が、さらに、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．５％、Ｓｎ：０．００５〜０．５％、Ｚｎ：０．０００１〜０．２％、Ｂ：０．０００１〜０．０５％、Ｓｅ：０．００００５〜０．０５％、Ｔｅ：０．００００５〜０．０５％、の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）に記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
（３） 前記鋼が、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．００５〜１％、Ｖ：０．０１〜１％、Ｔｉ：０．００５〜１％、Ｚｒ：０．０００５〜１％、Ｔａ：０．０１〜１％、Ｈｆ：０．０１〜１％、の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
（４） 前記鋼が、質量％で、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの１種または２種以上の含有量が、下記式（１）を満足することを特徴とする前記（３）に記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１＋Ｔｉ／４８＋Ｚｒ／９１＋Ｔａ／１８１＋Ｈｆ／１７９≧０．８×｛Ｃ／１２＋Ｎ／１４｝…（１）
（５） 前記鋼が、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜５％、Ｍｏ：０．０５〜１０％、Ｓｂ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．０１〜１０％、Ｗ：０．０５〜３％、の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
（６） 前記鋼が、さらに、質量％で、希土類元素：０．００１〜０．１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明について以下に詳細に説明する。本発明鋼の各構成成分の範囲を限定した理由を述べる。なお、構成成分の添加量の％は、質量％である。
【００１０】
Ｓｉは、本願発明鋼において湿潤耐食性および被削性を向上する効果をもたらすが、０．０１％未満では効果が認められず、３％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、添加量範囲を０．０１％以上３％以下に限定する。さらにＣｒを０．１％以上含有する鋼にＳｉを添加することで、脱酸剤および強化元素として機能するが、添加量が０．０１５％未満ではその脱酸効果が充分ではなく、１．５％超を添加すると、もはやその効果は飽和している上に加工性をやや低下させる。従って、０．０１５％以上１．５％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００１１】
Ｍｎは、本願発明鋼において湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０１％未満では効果が認められず、３％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、添加量範囲を０．０１％以上３％以下に限定する。さらにＭｎは鋼の脱酸剤として有効で、そのためには０．０５％以上を添加する必要があるが、１．８％を超えて添加させてもその効果はもはや飽和しているばかりか、過剰にＭｎを含有させると加工性が低下する。従って、０．０５％以上１．８％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００１２】
Ｃｒは、本願発明鋼において湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．１％未満では効果が十分ではなく、一方９．９％超を添加してもその効果が飽和する。従ってＣｒの含有量は０．１％以上９．９％以下に限定する。被削性の観点からは１％以上８％以下とすることがより好ましい。
【００１３】
Ａｌは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保するためにＭｇとともに最も重要な元素であり、湿潤耐食性および被削性を向上する効果をもたらすが、０．６７％以上では効果が十分ではなく、１０％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ａｌの添加量は０．６７％以上１０％以下に限定する。被削性の観点からは１％以上３％以下とすることがより好ましい。
【００１４】
Ｍｇは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保するためにＡｌに次ぐ重要な元素であって、湿潤耐食性および被削性を向上する効果をもたらすが、０．０００３％未満では効果が十分ではなく、０．１％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｍｇの添加量は０．０００３％以上０．１％以下に限定する。被削性の観点からは０．００１％以上０．０３％以下とすることがより好ましい。
【００１５】
Ｎは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保するためにＡｌ、Ｍｇに次ぐ重要な元素であって、湿潤耐食性および被削性を向上する効果をもたらすが、０．００２％未満では効果が十分ではなく、０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｎの添加量は０．００２％以上０．０５％以下に限定する。被削性の観点からは０．００６％以上０．０３％以下とすることがより好ましい。
【００１６】
Ｃは、鋼の加工性を低下させる上に、Ｃｒと炭化物を生成して湿潤耐食性を低下させるので少ない方が望ましく、上限含有量は０．１０％とし、少ないほど好ましい。被削性の観点からは０．０２５％以上０．０８％以下とすることがより好ましい。
【００１７】
Ｐは、鋼中に多量に存在すると靭性を低下させるので少ない方が望ましく、上限含有量は０．２０％とする。
【００１８】
Ｓは、本発明において被削性を確保するために重要な元素の一つであって、添加量の増大に比例して被削性をさらに向上する効果をもたらすが、０．８％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｓの含有量は０．８％以下に限定する。被削性よりも耐食性を優先する観点からは、０．０１％以下とすることがより好ましい。
【００１９】
また、本発明においては、必要に応じてＰｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｓｅ、Ｔｅの１種または２種以上をさらに添加する。
【００２０】
Ｐｂは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保する元素の一つであって、０．０１％以上添加することで、添加量の増大に比例して被削性と湿潤耐食性をさらに向上する効果をもたらすが、０．５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｐｂの含有量は０．０１％以上０．５％以下に限定する。被削性の観点からは０．０５％以上０．３％以下とすることがより好ましい。
【００２１】
Ｓｎは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保する元素の一つであって、０．００５％以上添加することで、添加量の増大に比例してさらに被削性と湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｓｎの含有量は０．００５％以上０．５％以下に限定する。被削性の観点からは０．０５％以上０．２５％以下とすることがより好ましい。
【００２２】
Ｚｎは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保する元素の一つであって、０．０００１％以上添加することで、添加量の増大に比例して被削性と湿潤耐食性をさらに向上する効果をもたらすが、０．２％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｚｎの含有量は０．０００１％以上０．２％以下に限定する。被削性の観点からは、０．０００５％以上０．０１５％以下とすることがより好ましい。
【００２３】
Ｂは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保する元素の一つであって、０．０００１％以上添加することで、添加量の増大に比例して被削性と湿潤耐食性をさらに向上する効果をもたらすが、０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｂの含有量は０．０００１％以上０．０５％以下に限定する。被削性の観点からは、０．０００５％以上０．０１％以下とすることがより好ましい。
【００２４】
Ｓｅは、本発明において被削性を確保する元素の一つであって、０．００００５％以上添加することで、添加量の増大に比例して被削性と湿潤耐食性をさらに向上する効果をもたらすが、０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｓｅの含有量は０．００００５％以上０．０５％以下に限定する。
【００２５】
Ｔｅは、本発明において湿潤耐食性および被削性を確保する元素の一つであって、０．００００５％以上添加することで、添加量の増大に比例して被削性と湿潤耐食性をさらに向上する効果をもたらすが、０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和するものであるから、Ｔｅの含有量は０．００００５％以上０．０５％以下に限定する。
【００２６】
また、本発明においては、必要に応じてＮｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの１種または２種以上をさらに添加する。Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆは、被削性を損なうことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらす。つまり、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆは含Ｃｒ鋼中のＣを炭化物として固定することによって、被削性を損なうことなく、湿潤耐食性の向上や加工性の改善に顕著な効果があり、１種または２種以上の元素を複合して添加することができる。
【００２７】
Ｎｂは、０．００５％未満では効果がなく、１％を超えて添加してもコスト上昇とともに、熱間割れ等の弊害を引き起こしやすく避けるべきなので、０．００５％以上１％以下とする。
【００２８】
Ｖは、０．０１％未満では効果がなく、１％を超えて添加してもコスト上昇とともに被削性を低下させるため、０．０１％以上１％以下とする。
【００２９】
Ｔｉは、０．００５％未満では効果がなく、１％を超えて添加しても硬質酸化物、窒化物を多量に生成し、被削性を低下させるため、０．００５％以上１％以下とする。
【００３０】
Ｚｒは、Ｃを固定する以外にもＭｎＳの微細分散や球状化にも効果があり、耐食性と被削性の両方の向上効果がある元素である。しかし、０．０００５％未満ではその効果は認められず、１％を超えると硬質酸化物を多量に生成するため被削性を低下させるため、０．０００５％以上１％以下とする。
【００３１】
Ｔａ、Ｈｆに関しては、単独での添加量が０．０１％未満では効果がなく、１％を超えて添加すると、コストを上昇させるとともに被削性が低下したり、圧延疵等の原因となるため、０．０１％以上１％以下とする。
【００３２】
また、加工性を有効に改善するためには、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの１種または２種以上の添加量の合計が下記式（１）を満足することが好ましい。
Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１＋Ｔｉ／４８＋Ｚｒ／９１＋Ｔａ／１８１＋Ｈｆ／１７９≧０．８×｛Ｃ／１２＋Ｎ／１４｝…（１）
上記式（１）を満たさない場合には、Ｃの固定化が不十分となり、加工性の改善効果が得にくくなることもある。
【００３３】
以上が、本発明が対象とする湿潤耐食性および被削性に優れた鋼の基材の基本的成分であるが、本発明においては、必要に応じてさらにＣｕ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｗの１種または２種以上を添加して、被削性を損うことなく湿潤耐食性を一段と向上させた鋼材も対象としている。
【００３４】
Ｃｕは、鋼の被削性を損うことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０１％未満では効果が認められず、一方５％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、その範囲を０．０１％以上５％以下の範囲に限定する。さらに０．１％以上添加すると、局部腐食に対する抵抗を向上させる効果があり、２．５％を超えて添加するとその効果は飽和する。従って、０．１％以上２．５％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００３５】
Ｍｏは鋼の被削性を損うことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０５％未満では効果が認められず、一方１０％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、その範囲を０．０５％以上１０％以下に限定する。さらにＭｏは０．１％以上添加すると、孔食の発生と成長を抑制する効果があるが、３％を超えて添加しても、その効果は飽和するばかりか加工性を低下させる可能性がある。従って、０．１％以上３％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００３６】
Ｗは、鋼の被削性を損うことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０５％未満では効果が認められず、一方３％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、その範囲を０．０５％以上３％以下に限定する。さらにＷを添加することで、孔食の発生と成長を抑制する効果があるが、０．１％未満では効果は十分ではなく、一方２％を超えて添加しても効果が飽和するばかりか加工性を低下させる可能性がある。従って、０．１％以上２％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００３７】
Ｓｂは、鋼の被削性を損なうことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０１％未満では効果が認められず、一方０．５％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、その範囲を０．０１％以上０．５％以下に限定する。さらにＳｂを添加することで、孔食に対する抵抗を向上させる効果があるが、０．０１５％未満では効果は十分ではなく、一方０．３％を超えて添加すると熱間加工性をやや低下させる。従って、０．０１５％以上０．３％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００３８】
Ｎｉは、鋼の被削性を損なうことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらすが、０．０１％未満では効果が認められず、一方１０％を超えて添加してもその効果が飽和する。従って、その範囲を０．０１％以上１０％以下に限定する。さらにＮｉを添加することで、孔食を抑制する効果があるが、０．１％未満では効果は十分ではなく、一方６％を超えて添加しても効果が飽和する。従って、０．１％以上６％以下の範囲で添加することがより望ましい。
【００３９】
また、本発明においては、必要に応じてさらに希土類元素（ＲＥＭ）、Ｃａを添加して、被削性を損なうことなく湿潤耐食性を一段と向上させた鋼材も対象としている。本発明において希土類元素とは、原子番号が５７〜７１番および８９〜１０３番の元素およびＹを指す。
【００４０】
ＲＥＭやＣａは、鋼の被削性を損うことなく湿潤耐食性を向上する効果をもたらす。ＲＥＭは、０．００１％未満では効果が認められず、一方０．１％を超えて添加してもその効果が飽和するため、ＲＥＭの範囲を０．００１％以上０．１％以下に限定する。Ｃａは、０．０００５％未満では効果が認められず、一方０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和するため、Ｃａの範囲を０．０００５％以上０．０５％以下に限定する。
【００４１】
さらに、ＲＥＭおよびＣａは、熱間加工性の向上と耐孔食性の改善にも効果のある元素である。ＲＥＭは、０．０１％未満ではその効果が充分ではなく、一方０．０５％を超えて添加すると、粗大な非金属介在物を生成して逆に熱間加工性や耐孔食性を劣化させる恐れがあるので、ＲＥＭの範囲は０．０１％以上０．０５％以下がより望ましい。Ｃａは、０．００１％未満ではその効果が充分ではなく、一方０．０３％を超えて添加すると、粗大な非金属介在物を生成して逆に熱間加工性や耐孔食性を劣化させる恐れがあるので、Ｃａの範囲は０．００１％以上０．０３％以下がより望ましい。
【００４２】
本発明鋼は、一般的な鋼の製造方法によって製造され、使用する目的に応じて、例えば鋼塊として製造した後に、熱延、鍛造、冷延、伸線によって鋼板や棒線、型鋼、矢板などの任意の形状とし、それをプレス等で所定の形状に成形し、さらに加工・溶接して製品として製造しても良いし、鋼板を例えば電縫鋼管等としてまず鋼管の形状にした後に２次加工および溶接等によって製品に使用しても良く、その他のプロセスも含めてコストや既存製造設備の制約等によって最適な製品製造工程を選択することができ、どの製造工程を選択したとしても、本発明鋼が製造できればよい。
【００４３】
本発明鋼は、適当な組成の合金の表面に必要元素を含有する合金を、メッキ法やクラッド法等の方法で付着させ、熱処理などの適切な処理によって元素を拡散させ、請求範囲に記載の化学組成の表面を有する鋼材としても良い。
【００４４】
本発明鋼は、高温湿潤腐食環境、結露腐食環境、大気腐食環境、水道水腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、海水腐食環境、飲料水腐食環境等、これらの腐食環境が複合した様々な腐食環境に適用することができる。
【００４５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
表１〜表９（表１のつづき８）に添加成分（質量％）を示す鋼を溶製し、熱延、冷延等の通常の鋼板製造工程によって板厚１ｍｍまたは２０ｍｍの鋼板とし、８５０℃にて焼鈍を施し、これらの鋼板から幅５０ｍｍおよび長さ７０ｍｍの試験片を複数枚採取した。
【００４６】
板厚２０ｍｍの試験片は被削性の試験に供し、板厚１ｍｍの試験片は各種の腐食試験（高温湿潤腐食試験、塩害腐食試験、土壌腐食試験、コンクリート中腐食試験、水道水環境腐食試験、海水環境腐食試験、結露腐食試験、大気腐食試験）に供した。それらの結果を表１０〜表１２（表１０のつづき２）にそれぞれ示した。
【００４７】
被削性は、直径が５ｍｍφのＳＫＨ５１鋼製のドリルを用い、切削速度１４．６ｍ／分、荷重５５ｋｇの条件にて穿孔試験を行って評価した。試験結果の評価は、比較材としてＳＭ４００鋼の穿孔時間を基準として、これよりも穿孔時間が同等あるいは短いものを◎、穿孔時間が長いものを×として判定した。
【００４８】
高温湿潤腐食試験は、硫酸イオン１００質量ｐｐｍ、塩化物イオン３５０質量ｐｐｍ、重炭酸イオン５００質量ｐｐｍをアンモニウム塩の形で添加した水溶液５０ｃｍ3中に試験片を長さ方向の半分まで浸漬し、試験容器ごと１３０℃の雰囲気に保持して試験溶液を完全に蒸発・揮散させた後に再度試験溶液を添加することを５０回繰り返す試験とした。試験結果を表１に併せて示した。腐食試験結果の◎は、試験片表面からの最大腐食深さが０．２ｍｍ未満、○は０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ未満、△は０．３ｍｍ以上０．４ｍｍ未満、×は０．４ｍｍ以上であったことをそれぞれ示す。
【００４９】
塩害腐食試験は、大気環境下における塩害腐食を想定した試験であり、５０℃で１時間の０．５％ＮａＣｌを含む塩水噴霧後、６０℃で湿度９６％の環境に５時間保持した後、さらに１時間の冷凍保持を行うことを１３０回繰り返す条件で行った。試験後の試験片について最大孔食深さを測定し、試験結果とした。腐食試験結果の◎は、試験片表面からの最大腐食深さが０．０７ｍｍ未満、○は０．０７ｍｍ以上０．１ｍｍ未満、△は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満、Ｘは０．３ｍｍ以上であったことをそれぞれ示す。
【００５０】
土壌腐食試験は、含水率１５％、比抵抗４００Ω・ｃｍに塩化ナトリウム含有量で調整した砂中に試験片を埋め込み、４０℃に保持して約８００日放置する試験とした。腐食試験結果の◎は試験片表面からの最大腐食深さが０．０５ｍｍ未満、○は０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満、△は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満、×は０．５ｍｍ以上であったことをそれぞれ示す。
【００５１】
コンクリート中腐食試験は、塩化物を含む海砂を用いて混練したポルトランドセメント中に試験片を埋め込みサンプルとなし、凝固させた後、人工海水中にサンプルを半分まで浸漬し、５０℃の環境に約８００日放置する試験とした。腐食試験結果の◎は、試験片全面に腐食の発生が認められなかったもの、○は試験片全面の発錆面積率が０％超５％未満、△は発錆面積率が５％以上１０％未満、×は１０％以上であったことをそれぞれ示す。
【００５２】
水道水環境腐食試験は、水道水中に試験片を浸漬し、４５℃の雰囲気に１２ケ月間保持する試験とした。腐食試験結果の◎は、試験片全面に腐食の発生が認められなかったもの、○は試験片全面の発錆面積率が０％超５％未満、△は発錆面積率が５％以上１０％未満、×は１０％以上であったことをそれぞれ示す。
【００５３】
海水環境腐食試験は、海岸飛沫帯に試験片を１９ケ月間暴露する試験とした。腐食試験結果の◎は、試験片表面からの腐食深さ０．０５ｍｍ未満だったもの、○は０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満、△は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満、×は０．３ｍｍ以上であったことをそれぞれ示す。
【００５４】
結露腐食試験は、試験片を−２０℃の環境に２時間保持後、湿度９５％、２５℃の環境に４時間保持することを１５１０回繰り返す試験とした。腐食試験結果の◎は、試験片全面に腐食の発生が認められなかったもの、○は試験片全面の発錆面積率が０％超５％未満、△は発錆面積率が５％以上１０％未満、×は１０％以上であったことをそれぞれ示す。
【００５５】
大気腐食試験は、海岸から約３５０ｍの位置に試験片を約８００日暴露する試験とした。腐食試験結果の◎は、試験片全面に腐食が認められなかったもの、○は試験片全面の発錆面積率が０％超５％未満、△は発錆面積率が５％以上１０％未満、×は１０％以上であったことをそれぞれ示す。
【００５６】
表１０〜表１２から明らかなように、本発明鋼１〜１２４は、塩化物を含む高温湿潤という非常に厳しい腐食環境、塩害腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、水道水腐食環境、海水腐食環境、結露腐食環境、大気腐食環境の種々の湿潤腐食環境で良好な耐食性を示し、さらに、被削性も良好であるのに対して、比較鋼１２５〜１３４は耐食性に劣る、あるいはある程度の耐食性は得られても被削性に劣ることがわかる。
【００５７】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
（実施例２）
表１３〜表１６（表１３のつづき３）に添加成分（質量％）を示す鋼を溶製し、実施例１と同様の条件で、板厚１ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ７０ｍｍ、板厚１ｍｍ×幅１８０ｍｍ×長さ１８０ｍｍの試験片をそれぞれ複数枚採取した。
【００７０】
板厚１ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ７０ｍｍの試験片はそれぞれ各種の腐食試験（高温湿潤腐食試験、塩害腐食試験、土壌腐食試験、コンクリート中腐食試験、水道水環境腐食試験、海水環境腐食試験、結露腐食試験、大気腐食試験）に供した。板厚１ｍｍ×幅１８０ｍｍ×長さ１８０ｍｍの試験片には、絞り比１．８の円筒絞り試験を行って、割れの有無で加工性を判定した。これらの試験結果を表１７、表１８（表１７のつづき１）に示した。
【００７１】
表１７、表１８の加工性における○は、円筒絞り試験結果が良好であったことを示し、×は円筒絞り試験で割れを生じたことを示している。尚、表１７のＸ値は、次式によって算出したものを記載した。
Ｘ＝Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１＋Ｔｉ／４８＋Ｚｒ／９１＋Ｔａ／１８１＋Ｈｆ／１７９−０．８×｛Ｃ／１２＋Ｎ／１４｝
表１７、表１８から明らかなように、本発明鋼１３５〜１７４は良好な加工性を示し、さらに、高温湿潤腐食環境、塩害腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、水道水腐食環境、海水腐食環境、結露腐食環境、大気腐食環境の種々の湿潤腐食環境で良好な耐食性を示すのに対して、比較鋼１７５〜１８４は耐食性と加工性が同時に達成できないことがわかる。
【００７２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【表１７】
【表１８】
【発明の効果】
本発明は、結露腐食環境をはじめとして、高温湿潤腐食環境、大気腐食環境、水道水腐食環境、土壌腐食環境、コンクリート腐食環境、海水腐食環境等の種々の湿潤腐食環境において、耐食性に優れる鋼並びに耐食性および加工性に優れる鋼を低コストで提供することを可能とする。
Claims (6)
- 質量％で、
Ｃ ：０．０２５〜０．１％、
Ｓｉ：０．０１〜３％、
Ｍｎ：０．０１〜３％、
Ｃｒ：０．１〜９．９％、
Ａｌ：０．６７〜１０％、
Ｍｇ：０．０００３〜０．１％、
Ｐ ：０．２０％以下、
Ｓ ：０．８％以下、
Ｎ ：０．００２〜０．０５％、
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。 - 前記鋼が、さらに、質量％で、
Ｐｂ：０．０１〜０．５％、
Ｓｎ：０．００５〜０．５％、
Ｚｎ：０．０００１〜０．２％、
Ｂ ：０．０００１〜０．０５％、
Ｓｅ：０．００００５〜０．０５％、
Ｔｅ：０．００００５〜０．０５％、
の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に記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。 - 前記鋼が、さらに、質量％で、
Ｎｂ：０．００５〜１％、
Ｖ ：０．０１〜１％、
Ｔｉ：０．００５〜１％、
Ｚｒ：０．０００５〜１％、
Ｔａ：０．０１〜１％、
Ｈｆ：０．０１〜１％、
の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または２に記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。 - 前記鋼が、質量％で、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの１種または２種以上の含有量が、下記式（１）を満足することを特徴とする請求項３に記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１＋Ｔｉ／４８＋Ｚｒ／９１＋Ｔａ／１８１＋Ｈｆ／１７９≧０．８×｛Ｃ／１２＋Ｎ／１４｝…（１） - 前記鋼が、さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．０１〜５％、
Ｍｏ：０．０５〜１０％、
Ｓｂ：０．０１〜０．５％、
Ｎｉ：０．０１〜１０％、
Ｗ ：０．０５〜３％、
の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１〜４のいずれかに記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。 - 前記鋼が、さらに、質量％で、
希土類元素：０．００１〜０．１％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、
の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１〜５のいずれかに記載の被削性および湿潤耐食性の優れた鋼。
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