JP5644135B2 - 塗装耐食性に優れた鋼材 - Google Patents

Description

本発明は塗装された鋼材において塗膜に欠陥部分が生じても、当該欠陥部分が腐食して表面外観が損なわれない、塗装耐食性に優れた鋼材に関し、特に橋梁などの土木建築構造物に用いて好適な比較的安価な成分組成ものに関する。

最近、構造物の防食には、初期コストのみでなく、初期コストに供用期間中のメンテナンス費用を加味したライフサイクルコストを小さくする設計がとりいれられている。

長期供用を目的とした土木建築構造物の場合、防食のため塗装を施すことが多く、塗装は外部環境と鋼材表面を遮断するので、鋼材の腐食が激しく生じる高塩分環境などであっても通常の大気環境の範囲内であれば、高い防食性能を有する。

しかし、紫外線などによって塗装を構成する樹脂が劣化し、防食性能が低下するため、一定期間毎の再塗装が必要でメンテナンス費用が発生する。このためライフサイクルコストを小さくするためには、塗装の寿命を長くすることが必要である。

塗膜自体の寿命を長くする方法として、耐久性の高いふっ素樹脂塗料を用いる方法が取られている（例えば、非特許文献１参照）。また、塗膜の一部からさびが発生したとしても、一定の腐食面積は許容されるので、直ちに再塗装が必要なわけではなく、腐食の進展を遅らせることで、再塗装までの期間を長くすることができる。

腐食の進展を遅らせる方法として、下地鋼に耐候性鋼材を適用したり、耐候性鋼に類似した成分の鋼材を使用することが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２および非特許文献２参照）。

特開２００３−１７１７３２号公報 特開２００７−４６１４８号公報

鋼道路橋塗装・防食便覧：（社）日本道路協会編、平成１７年１２月 防錆管理、（社）日本防錆技術協会Ｖｏｌ．５２、塗装耐候性鋼の防食性評価 松本剛司

しかしながら、非特許文献１記載の耐久性に優れる塗膜を用いる方法は、塗料が高価で、且つ塗膜に一旦傷が付いた場合、その部分から進行する腐食を防ぐことができない。

また、特許文献１、特許文献２および非特許文献２記載の耐食性に優れる鋼板は、鋼組成として高価な合金元素を多量に含有するため、鋼材コストが著しく上昇する。

そこで、本発明は、塗装耐食性に優れ、比較的安価な成分組成の、ライフサイクルコストの低い塗装用鋼材を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．質量％で、Ｃ：０．０２％超え、０．１５％以下、Ｓｉ：０．１％超え、０．７％以下、Ｍｎ：０．２％以上、１．５％以下、Ｐ：０．００１％以上、０．０３％以下、Ｓ：０．０００１％以上、０．０２％以下、Ａｌ：０．０１％以上、０．１％以下、Ｃｒ：０．３％以上、１．０％以下、更に、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎの１種または２種以上を合計で０．０１％以上、０．２％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる塗装耐食性に優れた鋼材。
２．更に、質量％で、Ｃｕ：０．１％以上、０．５％以下、Ｎｉ：０．１％以上、０．５％以下の１種以上を含むことを特徴とする、１に記載の塗装耐食性に優れた鋼材。

本発明によれば、塗膜に生じた欠陥部分が腐食することが抑制される、塗装耐食性に優れた鋼材が比較的安価な成分組成で得られ、産業上極めて有用である。

本発明の作用効果を示す、模式的ライフサイクルコスト（ＬＣＣ）図。 腐食促進試験片を説明する図。

本発明では、成分組成を規定する。以下、成分限定理由について詳細に説明する。説明において％は質量％とする。
Ｃ
Ｃは、所定の強度を確保するために０．０２％を超えて添加するが、０．１５％を超えると溶接性および靭性が劣化するので、０．０２％超え、０．１５％以下とする。

Ｓｉ
Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤および強度向上元素として０．１％を超えて添加するが、０．７％を超えて過剰に添加すると靭性が著しく低下するので、０．１％超え、０．７％以下とする。

Ｍｎ
Ｍｎは、所定の強度を確保するために０．２％以上添加するが、１．５％を超えて添加するとベイナイト組織が生じやすくなり、機械的特性、特に、靭性が劣化するため、０．２％以上、１．５％以下とする。

Ｐ
Ｐは、使用初期のさび層が薄い段階では、水にリン酸イオンとして溶解してさび層外に出やすい。さび層外に出たリン酸イオンは鉄の２価イオンを「さび」として沈殿させやすく、橋脚を汚損させる原因となり得る。従って、Ｐは、流れさび抑制の観点から０．０３％以下、好ましくは０．０２％以下に制限する。尚、本発明においてＰは不純物で、少ない程良いが、製鋼コスト上、０．００１％を下限とする。

Ｓ
Ｓは、０．０２％を超えて添加すると溶接性および靭性が劣化するため、０．０２％以下とする。尚、本発明においてＳは不純物で、少ない程良いが、製鋼コスト上、０．０００１％を下限とする。

Ａｌ
Ａｌは、製鋼時の脱酸剤として０．０１％以上添加するが、０．１％を超えて添加すると、腐食の起点となる介在物が生じやすくなるので、０．０１〜０．１％以下とする。

Ｃｒ
Ｃｒは、本特許で塗装耐食性を向上させるために最も有効な元素で、詳細は不明であるが、塗膜と鋼材の密着性を向上させているものと考えられる。０．３％未満では効果が少なく、１．０％超えでは、構造物として用いる際の溶接性が劣るようになる。従って、０．３％以上、１．０％以下を添加する。

Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎの１種または２種以上
Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎは、傷部から進入する塩化物イオンによる腐食の促進を、抑制する効果がある。従って、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎの１種または２種以上を添加する場合は、合計で０．０１％以上、０．２％以下とする。

以上が本発明の基本成分組成で優れた塗装耐食性が得られるが、更に、塗装耐食性を向上させる場合は、Ｃｕ、Ｎｉの１種以上を添加する。

Ｃｕ
Ｃｕは、０．１％以上では錆を緻密にし、傷部からの腐食の進行を抑制する効果がある。しかしながら、０．５％超えて加えると、製造時にわれを生じやすくなる。従って、添加する場合は、０．１〜０．５％とする。

Ｎｉ
Ｎｉは、０．１％以上では錆を緻密にし、傷部からの腐食の進行を抑制する効果があるが、高価な元素のため、０．５％を上限とし、添加する場合は、０．１％以上、０．５％以下とする。

本発明では、製造条件は特に規定しない。厚板、条鋼、形鋼など種々の形状の鋼材に常法により製造可能である。

種々の成分組成の鋼片を１１５０℃に加熱後、仕上げ圧延温度９００℃の熱間圧延により鋼板（板厚６ｍｍ）とした後、Ｃ−５塗装（非特許文献１に準拠する）を施し、図２に示す腐食試験片を採取した。腐食試験片２は１００ｍｍｔ×５０ｍｍ×６ｍｍの矩形で、Ｃ−５塗装面にクロスカット１を入れて欠陥部分を作り、ＪＡＳＯ−Ｍ６０９−９１に準拠した腐食促進試験法を塩乾湿複合サイクル試験機試験装置（スガ試験機社製）を用いて１２００サイクル行った。塗装耐食性はクロスカットからの膨れ幅（図中腐食部３）を１０箇所測定した平均値を腐食量（単位：ｍｍ）として評価した。

ＪＡＳＯ−Ｍ６０９−９１は１サイクル（８ｈｒ）が塩水噴霧２ｈｒ−乾燥４ｈｒ−湿潤２ｈｒで構成される複合サイクル試験で、塩水噴霧条件は温度３５±１℃、塩化ナトリウム濃度５±０．５％、乾燥条件は温度６０±１℃、相対湿度ＲＨ２０−３０％、湿潤条件温度５０±１℃、相対湿度ＲＨ９５％以上とした。

表１に供試鋼の化学成分とともに、腐食量を示す。試料Ｎｏ．１〜１１は本発明例で、試料Ｎｏ．１２〜２５は比較例である。本発明例はいずれも、腐食量が２．８ｍｍ以下で、従来鋼（普通鋼）Ｎｏ．２６の０．３５倍以下の腐食量を示すことが確認された。一方、比較例Ｎｏ．１２〜２５は、腐食量はいずれも５．３ｍｍ以上と本発明例と比較して、劣っていた。図１に実施例の結果をもとに試算したライフサイクルコスト（ＬＣＣ）を模式的に示す。本発明によれば、ライフサイクルコスト（ＬＣＣ）は著しく低減する。

１ クロスカット
２ 腐食試験片
３ 腐食部

Claims (2)

1. 質量％で、Ｃ：０．０２％超え、０．１５％以下、Ｓｉ：０．１％超え、０．７％以下、Ｍｎ：０．２％以上、１．５％以下、Ｐ：０．００１％以上、０．０３％以下、Ｓ：０．０００１％以上、０．０２％以下、Ａｌ：０．０１％以上、０．１％以下、Ｃｒ：０．３％以上、１．０％以下、更に、Ｗ，Ｓｂ，Ｓｎの１種または２種以上を合計で０．０１％以上、０．２％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる塗装耐食性に優れた鋼材。
2. 更に、質量％で、Ｃｕ：０．１％以上、０．５％以下またはＮｉ：０．１％以上、０．５％以下のいずれかを含むことを特徴とする、請求項１に記載の塗装耐食性に優れた鋼材。

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