JP5143707B2 - 船舶用鋼材 - Google Patents
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Description
本発明は、原油タンカー、貨物船、貨客船、客船、軍艦等の船舶において、主要な構造材として用いられる船舶用耐食鋼に関するものであり、海水による塩分や高温多湿に曝される環境下における耐食性に優れた船舶用鋼材に関するものである。
上記各種船舶において主要な構造材（例えば、外板、バラストタンク、原油タンク等）として用いられている鋼材は、海水による塩分や高温多湿に曝されることから腐食損傷を受けることが多い。こうした腐食は、浸水や沈没などの海難事故を招く恐れがあることから、鋼材には何らかの防食手段を施す必要がある。これまで行われている防食手段としては、（ａ）塗装や（ｂ）電気防食等が従来からよく知られている。
このうち重塗装に代表される塗装では、塗膜欠陥が存在する可能性が高く、製造工程における衝突等によって塗膜に傷が付く場合もあるため、素地鋼材が露出してしまうことが多い。このような鋼材露出部においては、局部的かつ集中的に鋼材が腐食してしまい、内包されている石油系液体燃料の早期漏洩に繋がることになる。
一方、電気防食においては、海水中に完全に浸漬された部位に対しては、非常に有効であるが、大気中で海水飛沫を受ける部位などでは防食に必要な電気回路が形成されず、防食効果が十分に発揮されないことがある。また、防食用の流電陽極が異常消耗や脱落して消失した場合には、直ちに激しい腐食が進行することがある。
上記技術のほか、鋼材の耐食性を向上させる技術が、例えば特許文献１および２に開示されている。特許文献１では、鋼材の化学成分、鋼材組織、介在物の大きさや分布密度を適切に調整することによって、カーゴオイルタンク用鋼材の耐食性を向上させることが開示されている。また特許文献２では、鋼材の化学成分、鋼材組織および炭窒化物サイズを適切に制御することによって、構造用鋼の耐食性を向上させることが開示されている。これらの技術によって、従来に比べてある程度の耐食性を確保できる。
特開２００３−８２４３５号公報
特開２０００−１４４３０９号公報
しかし上記特許文献１及び２の技術は、より厳しい腐食環境下での耐食性については依然として充分なものとはいえず、更なる耐食性の向上が要求されている。また特許文献１及び２では、いずれも全面腐食や局部腐食に対する耐食性のみが考慮され、いわゆる「すきま腐食」は考慮されていない。ここですきま腐食とは、構造的に形成されるすきま部分や、異物と鋼材との接触等で形成されるすきま部分における腐食を意味する。このすきま腐食が顕著になって、船舶の寿命を低下させる場合がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、塗装や電気防食を施さなくても、海水による塩分や高温多湿に曝される環境下や、石油類などに由来する硫黄分を含む環境下における耐食性（特に耐すきま腐食性）が高められた船舶用鋼材を提供することにある。
上記目的を達成し得た本発明の船舶用鋼材とは、
Ｃ：０．０１〜０．３％（質量％の意味、成分組成について以下同じ。）、
Ｓｉ：０．０１〜２％、
Ｍｎ：０．０１〜２％、
Ａｌ：０．００５〜０．１％、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｕ：０．０１〜５％、
Ｎｉ：０．０１〜５％、
Ｃｒ：０．０１〜５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．２％、及び
Ｃａ：０．０００５〜０．０２％、
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼材であり、
圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面において、フェライト組織を主体とするとともに、パーライト組織の面積率が全組織に対して１０％以下であり、
圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面において、アスペクト比が２以上であるパーライト組織の全パーライト組織に対する面積割合が４０％以上であり、
圧延面と平行な断面におけるパーライト面積率から、圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面におけるパーライト面積率を引いた差が８％以下であることを特徴とする。
Ｃ：０．０１〜０．３％（質量％の意味、成分組成について以下同じ。）、
Ｓｉ：０．０１〜２％、
Ｍｎ：０．０１〜２％、
Ａｌ：０．００５〜０．１％、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｕ：０．０１〜５％、
Ｎｉ：０．０１〜５％、
Ｃｒ：０．０１〜５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．２％、及び
Ｃａ：０．０００５〜０．０２％、
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼材であり、
圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面において、フェライト組織を主体とするとともに、パーライト組織の面積率が全組織に対して１０％以下であり、
圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面において、アスペクト比が２以上であるパーライト組織の全パーライト組織に対する面積割合が４０％以上であり、
圧延面と平行な断面におけるパーライト面積率から、圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面におけるパーライト面積率を引いた差が８％以下であることを特徴とする。
本発明の鋼材には、上記化学成分の他、必要に応じて更に、
（１）Ｚｒ及び／又はＨｆを合計で０．２％以下（０％を含まない）、
（２）Ｍｇ、Ｓｒ及びＢａよりなる群から選ばれる１種以上を合計で０．０２％以下（０％を含まない）、
（３）Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）、及びＮｂ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上等を含有させることも有効であり、含有させる成分の種類に応じて、鋼材の特性がさらに改善される。
（１）Ｚｒ及び／又はＨｆを合計で０．２％以下（０％を含まない）、
（２）Ｍｇ、Ｓｒ及びＢａよりなる群から選ばれる１種以上を合計で０．０２％以下（０％を含まない）、
（３）Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）、及びＮｂ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上等を含有させることも有効であり、含有させる成分の種類に応じて、鋼材の特性がさらに改善される。
本発明によれば、圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面、および平行な断面の両方でパーライト組織を適切に制御することによって、船舶用鋼材の耐食性（特に耐すきま腐食性）を向上させることができる。
本発明者らは、耐全面腐食性、腐食均一性（局部腐食）、耐すきま腐食性、および塗装耐食性のすべてが高められた船舶用鋼材を提供するため、鋼材の化学成分およびミクロ組織に留意して検討を行った。以下では、まず本発明の鋼材の化学成分から説明する。
〈Ｃ：０．０１〜０．３％〉
Ｃは、鋼材の強度確保のために必要な元素である。船舶の構造部材としての最低強度（使用する鋼材の肉厚にもよるが、概ね４００ＭＰａ程度）を得るためには、０．０１％以上含有させる必要がある。しかし、０．３％を超えて過剰に含有させると靭性が劣化するとともに、所望のパーライト面積率が得られない。こうしたことから、Ｃ含有量の範囲は０．０１〜０．３％とした。尚、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０４％以上とするのが良い。また、Ｃ含有量の好ましい上限は０．２８％であり、より好ましくは０．２６％以下とするのが良い。
Ｃは、鋼材の強度確保のために必要な元素である。船舶の構造部材としての最低強度（使用する鋼材の肉厚にもよるが、概ね４００ＭＰａ程度）を得るためには、０．０１％以上含有させる必要がある。しかし、０．３％を超えて過剰に含有させると靭性が劣化するとともに、所望のパーライト面積率が得られない。こうしたことから、Ｃ含有量の範囲は０．０１〜０．３％とした。尚、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０４％以上とするのが良い。また、Ｃ含有量の好ましい上限は０．２８％であり、より好ましくは０．２６％以下とするのが良い。
〈Ｓｉ：０．０１〜２％〉
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために必要な元素であり、０．０１％に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし２％を超えて過剰に含有させると溶接性が劣化する。尚、Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０５％以上とするのが良い。またＳｉ含有量の好ましい上限は１．５％であり、より好ましくは１．０％以下とするのが良い。
Ｓｉは、脱酸と強度確保のために必要な元素であり、０．０１％に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし２％を超えて過剰に含有させると溶接性が劣化する。尚、Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０５％以上とするのが良い。またＳｉ含有量の好ましい上限は１．５％であり、より好ましくは１．０％以下とするのが良い。
〈Ｍｎ：０．０１〜２％〉
Ｍｎも、Ｓｉと同様に脱酸および強度確保のために必要な元素であり、０．０１％に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし２％を超えて過剰に含有させると靭性が劣化する。尚、Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、より好ましくは０．１０％以上とするのが良い。またＭｎ含有量の好ましい上限は１．８％であり、より好ましくは１．６％以下とするのが良い。
Ｍｎも、Ｓｉと同様に脱酸および強度確保のために必要な元素であり、０．０１％に満たないと構造部材としての最低強度を確保できない。しかし２％を超えて過剰に含有させると靭性が劣化する。尚、Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、より好ましくは０．１０％以上とするのが良い。またＭｎ含有量の好ましい上限は１．８％であり、より好ましくは１．６％以下とするのが良い。
〈Ａｌ：０．００５〜０．１％〉
Ａｌも、Ｓｉ、Ｍｎと同様に脱酸および強度確保のために必要な元素であり、０．００５％に満たないと脱酸に効果がない。しかしながら、０．１％を超えて過剰に含有させると溶接性を阻害するため、Ａｌ含有量の範囲は０．００５〜０．１％とした。尚、Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１０％であり、より好ましくは０．０１５％以上とするのが良い。またＡｌ含有量の好ましい上限は０．０４％であり、より好ましくは０．０５％以下とするのが良い。
Ａｌも、Ｓｉ、Ｍｎと同様に脱酸および強度確保のために必要な元素であり、０．００５％に満たないと脱酸に効果がない。しかしながら、０．１％を超えて過剰に含有させると溶接性を阻害するため、Ａｌ含有量の範囲は０．００５〜０．１％とした。尚、Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１０％であり、より好ましくは０．０１５％以上とするのが良い。またＡｌ含有量の好ましい上限は０．０４％であり、より好ましくは０．０５％以下とするのが良い。
〈Ｓ：０．０１０％以下〉
Ｓは鋼材の靭性や溶接性を劣化させる元素であり、可能な限り含有量を抑えることが好ましい。またＳ含有量が過剰になるとＭｎＳを生成しやすくなり、ＭｎＳを起点としたパーライトが生成しやすくなる。その結果、全体量が少なく且つ層状パーライトの割合が多い所望のパーライト組織が得られなくなる（即ちパーライトの全体量が多く、且つ塊状パーライトの割合が多くなる）。またＳ含有量が過剰になると、船舶用鋼材としての溶接性を確保できない。こうしたことから、Ｓ含有量は０．０１０％以下に抑制する必要がある。尚、Ｓ含有量の好ましい上限は０．００８％であり、より好ましくは０．００７％以下に抑制するのが良い。
Ｓは鋼材の靭性や溶接性を劣化させる元素であり、可能な限り含有量を抑えることが好ましい。またＳ含有量が過剰になるとＭｎＳを生成しやすくなり、ＭｎＳを起点としたパーライトが生成しやすくなる。その結果、全体量が少なく且つ層状パーライトの割合が多い所望のパーライト組織が得られなくなる（即ちパーライトの全体量が多く、且つ塊状パーライトの割合が多くなる）。またＳ含有量が過剰になると、船舶用鋼材としての溶接性を確保できない。こうしたことから、Ｓ含有量は０．０１０％以下に抑制する必要がある。尚、Ｓ含有量の好ましい上限は０．００８％であり、より好ましくは０．００７％以下に抑制するのが良い。
〈Ｃｕ：０．０１〜５％〉
Ｃｕは、耐食性向上に大きく寄与する緻密な表面錆被膜を形成するのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、０．０１％以上含有させることが必要である。しかしながら、Ｃｕを過剰に含有させると溶接性や熱間加工性が劣化することから、その上限を５％とする必要がある。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、より好ましい上限は４．５％である。
Ｃｕは、耐食性向上に大きく寄与する緻密な表面錆被膜を形成するのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、０．０１％以上含有させることが必要である。しかしながら、Ｃｕを過剰に含有させると溶接性や熱間加工性が劣化することから、その上限を５％とする必要がある。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、より好ましい上限は４．５％である。
〈Ｎｉ：０．０１〜５％〉
Ｎｉは、耐食性向上に大きく寄与する緻密な表面錆被膜を安定化させるのに有効な元素であり、特に塗膜下での腐食進展を抑制して塗装耐食性を向上させる元素である。こうした効果を発揮させるためには０．０１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｎｉ含有量が過剰になると溶接性や熱間加工性が劣化することから、５％以下とする必要がある。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、好ましい上限は４．５％である。
Ｎｉは、耐食性向上に大きく寄与する緻密な表面錆被膜を安定化させるのに有効な元素であり、特に塗膜下での腐食進展を抑制して塗装耐食性を向上させる元素である。こうした効果を発揮させるためには０．０１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｎｉ含有量が過剰になると溶接性や熱間加工性が劣化することから、５％以下とする必要がある。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、好ましい上限は４．５％である。
〈Ｃｒ：０．０１〜５％〉
Ｃｒは、耐食性向上に大きく寄与する緻密な表面錆被膜を形成するのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、０．０１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有させると溶接性や熱間加工性が劣化することから、５％以下とする必要がある。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、好ましい上限は４．５％である。
Ｃｒは、耐食性向上に大きく寄与する緻密な表面錆被膜を形成するのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、０．０１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有させると溶接性や熱間加工性が劣化することから、５％以下とする必要がある。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、好ましい上限は４．５％である。
〈Ｔｉ：０．００５〜０．２％〉
Ｔｉは耐食性向上に大きく寄与する表面錆被膜を緻密化してその環境遮断性を向上させると共に、すきま内部における腐食を抑制して、耐すきま腐食性も向上させる元素である。こうした環境下で要求される耐食性を確保するためには、Ｔｉは０．００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、０．２％を超えてＴｉを過剰に含有させると加工性と溶接性を劣化させることになる。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００８％であり、好ましい上限は０．１５％である。
Ｔｉは耐食性向上に大きく寄与する表面錆被膜を緻密化してその環境遮断性を向上させると共に、すきま内部における腐食を抑制して、耐すきま腐食性も向上させる元素である。こうした環境下で要求される耐食性を確保するためには、Ｔｉは０．００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、０．２％を超えてＴｉを過剰に含有させると加工性と溶接性を劣化させることになる。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００８％であり、好ましい上限は０．１５％である。
〈Ｃａ：０．０００５〜０．０２％〉
Ｃａは、溶解することによってｐＨ上昇作用を示すことから、鉄の溶解が起こっている局部アノードにおける加水分解反応によるｐＨ低下を抑制して、腐食反応を抑制し、耐食性を向上させる作用を有する。この効果を得るために、Ｃａを０．０００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、０．０２％を超えて過剰にＣａを含有させると、加工性および溶接性を劣化させる。このような理由から、Ｃａ含有量を０．０００５〜０．０２％の範囲に定めた。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．００８％であり、好ましい上限は０．０１８％である。
Ｃａは、溶解することによってｐＨ上昇作用を示すことから、鉄の溶解が起こっている局部アノードにおける加水分解反応によるｐＨ低下を抑制して、腐食反応を抑制し、耐食性を向上させる作用を有する。この効果を得るために、Ｃａを０．０００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、０．０２％を超えて過剰にＣａを含有させると、加工性および溶接性を劣化させる。このような理由から、Ｃａ含有量を０．０００５〜０．０２％の範囲に定めた。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．００８％であり、好ましい上限は０．０１８％である。
本発明の鋼材の基本成分組成は上記の通りであり、残部は実質的に鉄である。但し原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避不純物（例えばＰ、Ｏ、Ｎ、Ｗ、Ｍｏ等）が鋼材中に含まれることは、当然に許容される。但し、これら不可避不純物が過剰になると靭性等の鋼材の特性が劣化するので、その量は、０．５％程度以下、好ましくは０．１％程度以下に抑えるべきである。
さらに本発明の鋼材は、必要に応じて、以下の選択元素を含有していても良い。
〈Ｚｒ及び／又はＨｆを合計で０．２％以下（０％を含まない）〉
Ｚｒ及びＨｆは、表面錆被膜を緻密化してその環境遮断性を向上させて耐食性向上に大きく寄与すると共に、すきま内部における腐食を抑制して、耐すきま腐食性も向上させる元素である。充分な耐食性を確保するためには、これらを合計で０．００５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、合計で０．２％を超えてこれらを過剰に含有させると、加工性と溶接性を劣化させることになる。含有させる場合のこれらの合計量のより好ましい下限は０．００８％であり、より好ましい上限は０．１５％である。
Ｚｒ及びＨｆは、表面錆被膜を緻密化してその環境遮断性を向上させて耐食性向上に大きく寄与すると共に、すきま内部における腐食を抑制して、耐すきま腐食性も向上させる元素である。充分な耐食性を確保するためには、これらを合計で０．００５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、合計で０．２％を超えてこれらを過剰に含有させると、加工性と溶接性を劣化させることになる。含有させる場合のこれらの合計量のより好ましい下限は０．００８％であり、より好ましい上限は０．１５％である。
〈Ｍｇ、Ｓｒ及びＢａよりなる群から選ばれる１種以上を合計で０．０２％以下（０％を含まない）〉
Ｍｇ、Ｓｒ及びＢａは、溶解することでｐＨ上昇作用を示すことから、鉄の溶解が起こっている局部アノードにおける加水分解反応によるｐＨ低下を抑制して、腐食反応を抑制し、耐食性を向上させる作用を有する。この効果を得るために、これらを合計で０．０００５％以上含有させることが好ましい。しかし合計で０．０２％を超えてこれらを含有させると、加工性および溶接性を劣化させる。そのため含有させる場合のこれらの合計量を０．０２％以下と定めた。これらの合計量のより好ましい下限は０．０００８％であり、より好ましい上限は０．０１８％である。
Ｍｇ、Ｓｒ及びＢａは、溶解することでｐＨ上昇作用を示すことから、鉄の溶解が起こっている局部アノードにおける加水分解反応によるｐＨ低下を抑制して、腐食反応を抑制し、耐食性を向上させる作用を有する。この効果を得るために、これらを合計で０．０００５％以上含有させることが好ましい。しかし合計で０．０２％を超えてこれらを含有させると、加工性および溶接性を劣化させる。そのため含有させる場合のこれらの合計量を０．０２％以下と定めた。これらの合計量のより好ましい下限は０．０００８％であり、より好ましい上限は０．０１８％である。
〈Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）、及びＮｂ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上〉
船舶用鋼材では、適用する部位に応じて、更なる高強度化が必要な場合がある。そしてＢ、Ｖ及びＮｂは、更なる強度向上に有用な元素である。
Ｂは、鋼材の焼入性を向上させて強度向上に寄与する。この効果を充分に発揮させるためにＢ含有量は、好ましくは０．０００１％以上、より好ましくは０．０００３％以上である。しかしＢ含有量が過剰になると、母材靭性が劣化する。そこで含有させる場合のＢ含有量の上限を０．０１％と定めた。この好ましい上限は０．００９％である。
強度向上のために、Ｖ含有量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上である。しかしＶ含有量が過剰になると鋼材の靭性劣化を招く。そこで含有させる場合のＶ含有量の上限を０．５％と定めた。この好ましい上限は０．４５％である。
強度向上のために、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．００３％以上、より好ましくは０．００５％以上である。しかしＮｂ含有量が過剰になると鋼材の靭性劣化を招く。そこで含有させる場合のＮｂ含有量の上限を０．５％と定めた。この好ましい上限は０．４５％である。
船舶用鋼材では、適用する部位に応じて、更なる高強度化が必要な場合がある。そしてＢ、Ｖ及びＮｂは、更なる強度向上に有用な元素である。
Ｂは、鋼材の焼入性を向上させて強度向上に寄与する。この効果を充分に発揮させるためにＢ含有量は、好ましくは０．０００１％以上、より好ましくは０．０００３％以上である。しかしＢ含有量が過剰になると、母材靭性が劣化する。そこで含有させる場合のＢ含有量の上限を０．０１％と定めた。この好ましい上限は０．００９％である。
強度向上のために、Ｖ含有量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上である。しかしＶ含有量が過剰になると鋼材の靭性劣化を招く。そこで含有させる場合のＶ含有量の上限を０．５％と定めた。この好ましい上限は０．４５％である。
強度向上のために、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．００３％以上、より好ましくは０．００５％以上である。しかしＮｂ含有量が過剰になると鋼材の靭性劣化を招く。そこで含有させる場合のＮｂ含有量の上限を０．５％と定めた。この好ましい上限は０．４５％である。
本発明は、化学成分だけでなく、鋼材のミクロ組織を適正に制御することによって、鋼材の耐食性（特に耐すきま腐食性）をより一層向上させていることを特徴とする。以下では、本発明の鋼材のミクロ組織について説明する。
本発明者らが船舶用鋼材の耐食性を高めるために検討を重ねた結果、特に局部腐食やすきま腐食の抑制のために、圧延面と平行な断面の組織だけでなく、圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面（以下、単に「圧延面と垂直な断面」と呼ぶことがある）の組織にも着目した。鋼材の各断面のミクロ組織に着目したのは、たとえ、鋼材の成分組成や鋼材組織を制御したとしても、局部腐食やすきま腐食が生じた場合には、圧延面に対して平行な面と垂直な面とが同時に腐食環境に曝されるような場合が生じ、各面の鋼材組織を制御しなければ、所望の耐食性が発現しないおそれがあるからである。そして本発明者らは、
圧延面と垂直な断面において、フェライト組織を主体とするとともに、パーライト組織の面積率を全組織に対して１０％以下とし、
圧延面と垂直な断面において、アスペクト比が２以上であるパーライト組織の全パーライト組織に対する面積割合を４０％以上とし、
圧延面と平行な断面における平均パーライト面積率の値から、圧延面と垂直な断面における平均パーライト面積率の値を引いた差を８％以下とする
ことによって、充分に優れた耐食性（特に耐すきま腐食性）を発揮する船舶用鋼材を実現できることを見出した。以下、これらの各組織について順に説明する。
圧延面と垂直な断面において、フェライト組織を主体とするとともに、パーライト組織の面積率を全組織に対して１０％以下とし、
圧延面と垂直な断面において、アスペクト比が２以上であるパーライト組織の全パーライト組織に対する面積割合を４０％以上とし、
圧延面と平行な断面における平均パーライト面積率の値から、圧延面と垂直な断面における平均パーライト面積率の値を引いた差を８％以下とする
ことによって、充分に優れた耐食性（特に耐すきま腐食性）を発揮する船舶用鋼材を実現できることを見出した。以下、これらの各組織について順に説明する。
〈圧延面と垂直な断面において、フェライト組織を主体とするとともに、パーライト組織の面積率が全組織に対して１０％以下〉
パーライト組織はフェライト組織に比べ腐食しやすいため、フェライト組織を主体にする必要がある。ここで「フェライト組織が主体」とは、フェライト組織の面積率が全組織に対して５０％以上であることを意味する。フェライト組織の面積率は、好ましくは７０％以上である。またパーライト組織の面積率は、１０％以下、好ましくは８％以下である。
パーライト組織はフェライト組織に比べ腐食しやすいため、フェライト組織を主体にする必要がある。ここで「フェライト組織が主体」とは、フェライト組織の面積率が全組織に対して５０％以上であることを意味する。フェライト組織の面積率は、好ましくは７０％以上である。またパーライト組織の面積率は、１０％以下、好ましくは８％以下である。
圧延面と垂直な断面におけるフェライト組織およびパーライト組織の面積率の測定法は、以下の通りである：まず鋼材の圧延面と垂直な断面（圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面）を切り出し、その断面に鏡面研磨（例えば、ダイヤモンドペースト１μｍ程度まで）を施し、次いでその断面を硝酸アルコール溶液（ナイタール液）などのエッチング溶液で腐食させて観察用サンプルを作製する。この観察用サンプルで板厚の中央部に対応する２０視野を、光学顕微鏡（観察倍率１００倍、観察面積０．９０ｍｍ×０．７０ｍｍ）で観察する。そして各観察箇所の全組織に対するフェライト組織の面積率およびパーライト組織の面積率を画像解析で求める。そして２０視野の平均値を、それぞれ、フェライト組織およびパーライト組織の面積率とする。
〈圧延面と垂直な断面において、アスペクト比が２以上であるパーライト組織の全パーライト組織に対する面積割合が４０％以上〉
本発明の船舶用鋼材は、圧延面と垂直な断面（圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面）において、アスペクト比が２以上であるパーライト組織（層状パーライト組織）の全パーライト組織に対する面積割合が４０％以上であることを特徴の１つとする。本発明の鋼材では、フェライト組織中にパーライト組織が、圧延面と平行な方向に伸びた状態で分散している（図１）。そのため本発明の鋼材では、フェライトに比べ腐食しやすいパーライトが、圧延面と平行、且つ層状で存在するため、鋼材表面（圧延面）からのパーライトの腐食の進行がフェライトによって抑制され、耐食性が向上する。一方、従来の鋼板は、図２に示すように、パーライトが塊状で存在するため、パーライトの腐食が抑制されず、耐食性に劣る。層状パーライト組織の面積割合は、好ましくは５０％以上である。
本発明の船舶用鋼材は、圧延面と垂直な断面（圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面）において、アスペクト比が２以上であるパーライト組織（層状パーライト組織）の全パーライト組織に対する面積割合が４０％以上であることを特徴の１つとする。本発明の鋼材では、フェライト組織中にパーライト組織が、圧延面と平行な方向に伸びた状態で分散している（図１）。そのため本発明の鋼材では、フェライトに比べ腐食しやすいパーライトが、圧延面と平行、且つ層状で存在するため、鋼材表面（圧延面）からのパーライトの腐食の進行がフェライトによって抑制され、耐食性が向上する。一方、従来の鋼板は、図２に示すように、パーライトが塊状で存在するため、パーライトの腐食が抑制されず、耐食性に劣る。層状パーライト組織の面積割合は、好ましくは５０％以上である。
圧延面と垂直な断面における層状パーライト組織の面積割合の測定法は、以下の通りである：上記と同様にして観察用サンプルを作製する。この観察用サンプルで板厚の中央部に対応する２０視野を、光学顕微鏡（観察倍率４００倍、観察面積０．２３ｍｍ×０．１８ｍｍ）で観察する。そして画像解析によって、各パーライトのアスペクト比（＝圧延面と略平行な粒子の長軸の長さ／長軸に垂直な軸の長さ）、及びアスペクト比が２以上である層状パーライト組織の全パーライト組織に対する面積割合を求める。この２０視野の平均値を、層状パーライト組織の面積割合とする。
〈圧延面と平行な断面におけるパーライト面積率から、圧延面と垂直な断面におけるパーライト面積率を引いた差が８％以下〉
本発明の船舶用鋼材は、（圧延面と平行な断面におけるパーライト面積率）−（圧延面と垂直な断面におけるパーライト面積率）≦８％であることを特徴の１つとする。この差は、好ましくは６％以下である。局部腐食やすきま腐食の部分では、鋼材表面（圧延面）に対する平行面および垂直面が腐食環境に露出する。このとき２つの面のパーライト組織の面積率の差が大きいと、マクロ電池が形成されやすく、局部腐食およびすきま腐食がより助長される傾向がある（図３）。そのため２つの断面のパーライト面積率の差を小さく制御することで、局部腐食やすきま腐食に対する耐食性がより一層向上させることができる。
本発明の船舶用鋼材は、（圧延面と平行な断面におけるパーライト面積率）−（圧延面と垂直な断面におけるパーライト面積率）≦８％であることを特徴の１つとする。この差は、好ましくは６％以下である。局部腐食やすきま腐食の部分では、鋼材表面（圧延面）に対する平行面および垂直面が腐食環境に露出する。このとき２つの面のパーライト組織の面積率の差が大きいと、マクロ電池が形成されやすく、局部腐食およびすきま腐食がより助長される傾向がある（図３）。そのため２つの断面のパーライト面積率の差を小さく制御することで、局部腐食やすきま腐食に対する耐食性がより一層向上させることができる。
「圧延面と平行な断面におけるパーライト面積率」および「圧延面と垂直な断面におけるパーライト面積率」は、それぞれ、各断面における全組織に対するパーライト面積率を意味する。圧延面と垂直な断面におけるパーライト面積率の測定法は、上記した通りである。また圧延面と平行な断面におけるパーライト面積率の測定法は、以下の通りである。：まず鋼材の鋼材表面（圧延面）のミルスケールを研削したサンプルを準備する。この研削面に鏡面研磨（例えば、ダイヤモンドペースト１μｍ程度まで）を施し、次いで硝酸アルコール溶液（ナイタール液）などのエッチング溶液で腐食させて観察用サンプルを作製する。この観察用サンプルの研削面の２０視野を、光学顕微鏡（観察倍率１００倍、観察面積０．９０ｍｍ×０．７０ｍｍ）で観察する。そして各観察箇所の全組織に対するパーライト組織の面積率を画像解析で求める。そして２０視野の平均値を、圧延面と平行な断面におけるパーライト面積率とする。
〈鋼材の製造方法〉
本発明の船舶用鋼材は、以下の方法で製造することができる。
本発明の船舶用鋼材は、以下の方法で製造することができる。
まず転炉、電気炉から取鍋に出鋼した溶鋼に対して、成分調整・温度調整を含む二次精錬をＲＨ（Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ−Ｈｅｒａｅｕｓ）真空脱ガス装置で行って、鋼材中のＳ量を０．０１％以下まで低減する。Ｓ量を充分に低減しないと、介在物としてＭｎＳが鋼材中に多く生成し、ＭｎＳを起点として塊状パーライト組織が多く形成し、層状パーライト組織が得られにくくなる。またＳ量が多いと、全パーライト組織の量も多くなる。
二次精錬工程においては、必要に応じて、ＬＦ（Ｌａｄｌｅ Ｆｕｒｎａｃｅ）による脱Ｓ処理など、ＲＨ以外の装置による処理を付加してもよい。二次精錬の後、連続鋳造法や造塊法等の通常の鋳造方法で鋼塊とする。二次精錬における脱酸形式としては、機械特性や溶接性の観点でキルド鋼（特にＡｌキルド鋼）を用いることが推奨される。
次いで得られた鋼塊を１１００〜１２００℃の温度域に加熱したのち熱間圧延を行って、所望の寸法形状にする。このとき熱間圧延の終了温度は６８０〜７８０℃とし、熱間圧延終了後から５００℃までの冷却速度を０．１〜１０℃／ｓの範囲に制御する。鋼塊の加熱温度や熱延終了温度が高いと、フェライトの結晶粒が大きくなり、単位面積当たりの粒界が少なくなる。その結果、冷却時に析出するパーライトは粗大になり、圧延面の垂直断面におけるパーライト面積率が大きくなる。また冷却速度が速いと、ベイナイトやマルテンサイトなどのパーライト以外の組織が形成されやすくなる。その結果、層状パーライト組織が減少し、また圧延面と平行な断面と垂直な断面とのパーライトの面積率の差が大きくなる。
〈防食法の併用〉
本発明の船舶用鋼材は、塗装や電気防食などを施さなくても、優れた耐食性を発揮できる。しかし必要に応じて、本発明の船舶用鋼材に、後記実施例に示す変性エポキシ樹脂塗料、またはその他の代表的な重防食塗装、ジンクリッチペイント、ショッププライマー、電気防食などの防食法を施してもよい。後記実施例に示すように、本発明の船舶用鋼材は、塗装膜自体の耐食性（塗装耐食性）も良好である。
本発明の船舶用鋼材は、塗装や電気防食などを施さなくても、優れた耐食性を発揮できる。しかし必要に応じて、本発明の船舶用鋼材に、後記実施例に示す変性エポキシ樹脂塗料、またはその他の代表的な重防食塗装、ジンクリッチペイント、ショッププライマー、電気防食などの防食法を施してもよい。後記実施例に示すように、本発明の船舶用鋼材は、塗装膜自体の耐食性（塗装耐食性）も良好である。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
〈鋼材の作製〉
表１及び２に示す化学成分組成の鋼材を転炉で溶製し、二次精錬をおこなってＳ量を調整した後、連続鋳造法によってスラブを作製した。次いでこのスラブに、表３に示す条件で熱間圧延を施して各種鋼材を作製した。
表１及び２に示す化学成分組成の鋼材を転炉で溶製し、二次精錬をおこなってＳ量を調整した後、連続鋳造法によってスラブを作製した。次いでこのスラブに、表３に示す条件で熱間圧延を施して各種鋼材を作製した。
〈鋼材の組織〉
作製した各種鋼材について、圧延面と垂直な断面におけるフェライト組織の面積率、パーライト組織の面積率、および圧延面と平行な断面におけるパーライト組織の面積率から圧延面と垂直な断面におけるパーライトの面積率を引いた差を、上述の方法によって測定した。結果を表４に示す。なお表４では、層状パーライトの面積割合が４０％以上であるものは○と、４０％未満であるものには×の判定も記入している。
作製した各種鋼材について、圧延面と垂直な断面におけるフェライト組織の面積率、パーライト組織の面積率、および圧延面と平行な断面におけるパーライト組織の面積率から圧延面と垂直な断面におけるパーライトの面積率を引いた差を、上述の方法によって測定した。結果を表４に示す。なお表４では、層状パーライトの面積割合が４０％以上であるものは○と、４０％未満であるものには×の判定も記入している。
〈腐食試験〉
（１）試験片の作製
耐全面腐食性および腐食均一性を調べるための試験片として、得られた鋼材を切断および表面研削することで、最終的に１００ｍｍ×１００ｍｍ×２５ｍｍの大きさの試験片Ａを作製した。試験片Ａの外観形状を図４に示す。
（１）試験片の作製
耐全面腐食性および腐食均一性を調べるための試験片として、得られた鋼材を切断および表面研削することで、最終的に１００ｍｍ×１００ｍｍ×２５ｍｍの大きさの試験片Ａを作製した。試験片Ａの外観形状を図４に示す。
耐すきま腐食性を調べるための試験片として、大試験片（１００ｍｍ×１００ｍｍ×２５ｍｍ）に４個の小試験片（２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍ）を取り付けて、すきま部を形成した試験片Ｂを作製した。各試験片Ｂの大試験片および小試験片は、同じ化学成分組成の鋼材を使用し、いずれも表面研削（表面仕上げ）を施した。小試験片の中心に５ｍｍφの孔を形成し、大試験片にねじ孔を形成し、Ｍ４プラスチック製ねじで固定することで、これらを取り付けた。試験片Ｂの外観形状を図５に示す。
塗装耐食性を調べるための試験片として、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２５ｍｍの大きさの試験片に平均厚さ２５０μｍの変性エポキシ樹脂塗装（下塗り：ジンクリッチプライマー）を全面に施し、この塗膜に素地間で達するカット傷（長さ：１００ｍｍ、幅：約０．５ｍｍ）をカッターナイフで形成して、試験片Ｃを作製した。試験片Ｃの外観形状を図６に示す。
（２）腐食試験方法Ａ（海洋模擬環境）
船舶が曝される海洋環境を模擬して、海水噴霧試験と恒温恒湿試験の繰り返しによる複合サイクル腐食試験を行った。海水噴霧試験では、水平から６０°の角度で傾けて試験片Ａ〜Ｃを試験槽内に設置し、３５℃の人工海水（塩水）を霧状に噴霧させた。塩水の噴霧は常時連続して行った。このとき試験槽内において、水平に設置した面積８０ｃｍ2の円形皿に１時間当たりに１．５±０．３ｍＬの人工海水が任意の位置で採取されるような噴霧量に予め調整した。恒温恒湿試験は、温度：６０℃、湿度：９５％に調整した試験槽内に、各試験片を水平から６０°の角度で傾けて設置して行った。海水噴霧試験：４時間、恒温恒湿試験：４時間を１サイクルとして、これらを交互に行って、各試験片を腐食させた。トータルの試験時間は６ヶ月間とした。この腐食試験方法では、試験片Ａ〜Ｃを、それぞれ５個ずつ用いた。
船舶が曝される海洋環境を模擬して、海水噴霧試験と恒温恒湿試験の繰り返しによる複合サイクル腐食試験を行った。海水噴霧試験では、水平から６０°の角度で傾けて試験片Ａ〜Ｃを試験槽内に設置し、３５℃の人工海水（塩水）を霧状に噴霧させた。塩水の噴霧は常時連続して行った。このとき試験槽内において、水平に設置した面積８０ｃｍ2の円形皿に１時間当たりに１．５±０．３ｍＬの人工海水が任意の位置で採取されるような噴霧量に予め調整した。恒温恒湿試験は、温度：６０℃、湿度：９５％に調整した試験槽内に、各試験片を水平から６０°の角度で傾けて設置して行った。海水噴霧試験：４時間、恒温恒湿試験：４時間を１サイクルとして、これらを交互に行って、各試験片を腐食させた。トータルの試験時間は６ヶ月間とした。この腐食試験方法では、試験片Ａ〜Ｃを、それぞれ５個ずつ用いた。
（３）腐食試験方法Ｂ（原油タンク模擬環境）
原油タンク環境を模擬して、試験片Ａ〜Ｃを、原油タンカーより採取した原油スラッジと兵庫県加古川市にて採取した天然海水とを体積比で１：１に混合した原油模擬溶媒に浸漬し、試験槽内には分圧比で５％Ｏ2−０．５％Ｈ2Ｓ−１０％ＣＯ2（残部Ｎ2）の混合ガスを導入した。試験期間は１年間である。この腐食試験方法では、試験片Ａ〜Ｃを、それぞれ５個ずつ用いた。
原油タンク環境を模擬して、試験片Ａ〜Ｃを、原油タンカーより採取した原油スラッジと兵庫県加古川市にて採取した天然海水とを体積比で１：１に混合した原油模擬溶媒に浸漬し、試験槽内には分圧比で５％Ｏ2−０．５％Ｈ2Ｓ−１０％ＣＯ2（残部Ｎ2）の混合ガスを導入した。試験期間は１年間である。この腐食試験方法では、試験片Ａ〜Ｃを、それぞれ５個ずつ用いた。
（４）耐食性の評価
腐食試験方法Ａ（海洋模擬環境）では表５に示す判定基準で、腐食試験方法Ｂ（原油タンク模擬環境）では表６に示す判定基準で、以下のような方法で、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性および塗装耐食性を評価した。これらの結果を表７に示す。
腐食試験方法Ａ（海洋模擬環境）では表５に示す判定基準で、腐食試験方法Ｂ（原油タンク模擬環境）では表６に示す判定基準で、以下のような方法で、耐全面腐食性、腐食均一性、耐すきま腐食性および塗装耐食性を評価した。これらの結果を表７に示す。
（４−１）耐全面腐食性および腐食均一性（試験片Ａ）
試験片Ａの試験前後の質量変化を平均板厚減少量Ｄ−ａｖｅ（ｍｍ）に換算し、試験片５個の平均値を算出して、耐全面腐食性を評価した。また触針式三次元形状測定装置を用いて試験片Ａの最大侵食深さＤ−ｍａｘ（ｍｍ）を求め、平均板厚減少量｛Ｄ−ａｖｅ（ｍｍ）｝で規格化して（即ち、Ｄ−ｍａｘ／Ｄ−ａｖｅを算出して）、腐食均一性を評価した。なお試験後の質量測定および板厚測定は、クエン酸水素二アンモニウム水溶液中での陰極電解法（ＪＩＳ Ｋ８２８４）により鉄錆等の腐食生成物を除去してから行った。
試験片Ａの試験前後の質量変化を平均板厚減少量Ｄ−ａｖｅ（ｍｍ）に換算し、試験片５個の平均値を算出して、耐全面腐食性を評価した。また触針式三次元形状測定装置を用いて試験片Ａの最大侵食深さＤ−ｍａｘ（ｍｍ）を求め、平均板厚減少量｛Ｄ−ａｖｅ（ｍｍ）｝で規格化して（即ち、Ｄ−ｍａｘ／Ｄ−ａｖｅを算出して）、腐食均一性を評価した。なお試験後の質量測定および板厚測定は、クエン酸水素二アンモニウム水溶液中での陰極電解法（ＪＩＳ Ｋ８２８４）により鉄錆等の腐食生成物を除去してから行った。
（４−２）耐すきま腐食性（試験片Ｂ）
試験片Ｂのすきま部（接触面）を目視観察して、すきま腐食の有無を調べた。すきま腐食が認められる場合には、試験片Ａと同様の方法で陰極電解法により腐食生成物を除去してから、触針式三次元形状測定装置を用いて最大すきま腐食深さＤ−ｃｒｅｖ（ｍｍ）を測定して、耐すきま腐食性を評価した。
試験片Ｂのすきま部（接触面）を目視観察して、すきま腐食の有無を調べた。すきま腐食が認められる場合には、試験片Ａと同様の方法で陰極電解法により腐食生成物を除去してから、触針式三次元形状測定装置を用いて最大すきま腐食深さＤ−ｃｒｅｖ（ｍｍ）を測定して、耐すきま腐食性を評価した。
（４−３）塗装耐食性（試験片Ｃ）
試験片Ｃのカット傷に垂直方向の塗膜膨れ幅をノギスで測定し、試験片５個の最大値である最大膨れ幅から塗装耐食性を評価した。
試験片Ｃのカット傷に垂直方向の塗膜膨れ幅をノギスで測定し、試験片５個の最大値である最大膨れ幅から塗装耐食性を評価した。
表７の結果に示されているように、腐食試験方法ＡおよびＢのいずれの場合でも、本発明の組織要件を満たさない鋼材Ｎｏ．２〜５は、鋼材Ｎｏ．１（従来鋼）に比べていずれの腐食試験でも耐全面腐食性はやや改善しているが、腐食均一性（局部腐食）および耐すきま腐食性では改善が認められない。これに対して、本発明の成分および組織要件を満たす鋼材Ｎｏ．６〜２７は、いずれも耐食性に優れている。更に本発明の船舶用鋼材にＺｒ、Ｍｇ等の耐食性向上元素を含有させることで、耐食性がより一層向上する。
Claims (4)
- Ｃ：０．０１〜０．３％（質量％の意味、成分組成について以下同じ。）、
Ｓｉ：０．０１〜２％、
Ｍｎ：０．０１〜２％、
Ａｌ：０．００５〜０．１％、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｕ：０．０１〜５％、
Ｎｉ：０．０１〜５％、
Ｃｒ：０．０１〜５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．２％、及び
Ｃａ：０．０００５〜０．０２％、
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼材であり、
圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面において、フェライト組織を主体とするとともに、パーライト組織の面積率が全組織に対して１０％以下であり、
圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面において、アスペクト比が２以上であるパーライト組織の全パーライト組織に対する面積割合が４０％以上であり、
圧延面と平行な断面におけるパーライト組織の面積率から、圧延面と垂直で圧延方向に沿った断面におけるパーライトの面積率を引いた差が８％以下であることを特徴とする耐食性に優れた船舶用鋼材。 - 更に、Ｚｒ及び／又はＨｆを合計で０．２％以下（０％を含まない）含有する請求項１に記載の船舶用鋼材。
- 更に、Ｍｇ、Ｓｒ及びＢａよりなる群から選ばれる１種以上を合計で０．０２％以下（０％を含まない）含有する請求項１又は２に記載の船舶用鋼材。
- 更に、Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）、及びＮｂ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の船舶用鋼材。
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