JP5774859B2 - 船舶上部構造物用耐食鋼材 - Google Patents
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Description
C:0.01〜0.30%(質量%の意味、以下同じ)、
Si:0.05〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.005〜0.04%、
S:0.0005〜0.01%、
Al:0.005〜0.10%、
Cu:0.10〜5.0%、
Ni:0.10〜5.0%、
Cr:0.010〜0.4%、
Ti:0.005〜0.06%、および
N:0.0030〜0.008%
を満たし、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ、Tiの含有量[Ti]とNの含有量[N]の比([Ti]/[N])が1.5以上17.0以下であるところに特徴を有する。
Nb:0.001〜0.1%、
Zr:0.001〜0.1%、
V:0.001〜0.1%、および
B:0.0001〜0.005%よりなる群から選択される1種以上の元素を含んでいてもよい。
Tiは鋼材中でTiNを形成し、上述した通り、酸素濃淡電池形成による腐食を抑制する作用を有しており、耐食性向上に必要な元素である。本発明では、このような効果を発揮させるためTi量を0.005%以上とする。好ましくは0.006%以上であり、より好ましくは0.007%以上である。一方、Ti量が過剰になると、溶接性や熱間加工性が劣化するため、Ti量は0.06%以下とする。Ti量の好ましい上限は0.055%であり、より好ましい上限は0.05%である。
Nも、Tiと同様に、鋼材中でTiNを形成して、酸素濃淡電池形成による腐食を抑制する作用を有しており、耐食性向上に必要な元素である。このような効果を発揮させるため、N量を0.0030%以上とする。好ましくは0.0032%以上であり、より好ましくは0.0034%以上である。一方、N量が過剰になると固溶N量も増加しやすくなるが、この固溶Nは耐食性を低下させるため極力少ない方がよい。また、固溶Nは延性や靭性にも悪影響を及ぼす。よってN量の上限を0.008%とする。N量の好ましい上限は0.0075%であり、より好ましい上限は0.007%である。
上記TiNによる作用効果を確実に発現させると共に、特に固溶Nによる耐食性低下を抑制して優れた耐食性を確保するには、Tiの含有量[Ti]とNの含有量[N]の比([Ti]/[N])を適切に調整する必要がある。[Ti]/[N]が1.5に満たない場合、十分量のTiNを確保できないだけでなく、固溶Nの影響により耐食性がかえって低下する。
Cuは、鋼材表面に緻密なさび皮膜を形成して、キャビテーション・コロージョンを生じ難くする作用を有しており、耐食性向上に必要な元素である。このような効果を発揮させるため、Cu量を0.10%以上とする。好ましくは0.15%以上であり、より好ましくは0.2%以上である。更に好ましくは0.30%以上、より更に好ましくは0.40%以上、特に好ましくは0.50%以上である。一方、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、5.0%以下とする。Cu含有量の好ましい上限は4.8%であり、より好ましい上限は4.6%である。
Niも、鋼材表面に緻密なさび皮膜を形成して、キャビテーション・コロージョンを生じ難くする作用を有しており、耐食性向上に必要な元素である。また、Niは母材靱性の向上にも有効な元素である。更には、Cuによる赤熱脆性の防止にも必要な元素である。こうした効果を発揮させるため、Ni量を0.10%以上とする。好ましくは0.12%以上であり、より好ましくは0.15%以上である。更に好ましくは0.20%以上、より更に好ましくは0.25%以上、特に好ましくは0.30%以上である。一方、Ni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、Ni量は5.0%以下とする。Ni量の好ましい上限は4.8%であり、より好ましい上限は4.6%である。
Crは、耐候性鋼が用いられる程度の塩分環境では耐食性に有害な元素とされているが、本発明の鋼材が曝されるキャビテーションと超高塩分が作用する環境では、錆の保護性を高める作用を発揮し、耐食性向上に寄与する。この様な効果を発揮させるため、Cr量を0.010%以上とする。好ましくは0.015%以上であり、より好ましくは0.02%以上である。一方、Crが過剰に含まれると、溶接性や熱間加工性が劣化するため、Cr含有量は0.4%以下とする。Cr含有量の好ましい上限は0.38%であり、より好ましい上限は0.36%、更に好ましい上限は0.10%である。
Pは、鋼材表面にリン酸塩を生成し、塩分による腐食の速度を低減させて、耐食性確保に寄与する元素である。このような効果を得るためP量を0.005%以上とする。P量は、好ましくは0.006%以上であり、より好ましくは0.007%以上である。しかし、Pが過剰に含まれると靭性や溶接性が劣化する。よってP含有量の上限を0.04%とする。P量の好ましい上限は0.038%であり、より好ましい上限は0.035%、更に好ましい上限は0.020%、より更に好ましい上限は0.015%である。
Sは、鋼材表面に硫酸塩を生成することにより塩分による腐食の速度を低減させて、耐食性確保に寄与する元素である。このような効果を得るためS量を0.0005%以上とする。S量は、好ましくは0.0006%以上であり、より好ましくは0.0008%以上である。しかし、Sが過剰に含まれると靭性や溶接性が劣化する。よってS含有量の上限を0.01%とする。S量の好ましい上限は0.009%であり、より好ましい上限は0.008%、更に好ましい上限は0.005%である。
Cは、セメンタイトの生成により材料の機械特性を向上させる効果があり、強度確保のために必要な元素である。このような効果を得るためC量を0.01%以上含有させる。C量は、好ましくは0.02%以上であり、より好ましくは0.03%以上である。しかし、Cを過剰に含有させると、カソードサイトとして作用するセメンタイトの生成量が多くなり、耐食性が劣化する。よってC含有量は0.30%以下とする。C量の好ましい上限は0.29%であり、より好ましい上限は0.28%である。
Siは、脱酸と強度確保のために必要な元素である。本発明では、構造部材としての最低強度を確保するため、Si量を0.05%以上とする。Si量は、好ましくは0.08%以上であり、より好ましくは0.10%以上、更に好ましくは0.15%以上である。しかし、1.0%を超えて過剰に含有させると溶接性が劣化するため、本発明ではSi量の上限を1.0%とする。Si量の好ましい上限は0.95%であり、より好ましい上限は0.90%である。
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る。本発明では、構造部材としての最低強度を確保するため、Mn量を0.1%以上とする。Mn量は、好ましくは0.15%以上であり、より好ましくは0.20%以上である。しかし、2.0%を超えて過剰に含有させると靱性が劣化するため、本発明ではMn量の上限を2.0%とする。Mn量の好ましい上限は1.9%であり、より好ましい上限は1.8%、更に好ましい上限は1.4%、より更に好ましい上限は1.25%である。
AlもSiやMnと同様、脱酸および強度確保のために必要な元素である。この様な効果を発揮させるため、Al量を0.005%以上とする。Al含有量は、好ましくは0.008%以上であり、より好ましくは0.010%以上である。しかし、Al量が0.10%を超えて含まれると、溶接性が劣化するため、本発明ではAl量の上限を0.10%とする。Al量の好ましい上限は0.09%であり、より好ましい上限は0.08%、更に好ましい上限は0.05%である。
Nb、Zr、VおよびBは、窒化物を形成して、チタン窒化物の酸素濃淡電池による腐食抑制作用を助長する作用がある。また、鋼材の強度向上にも有効な元素である。これらの効果を発揮させるには、Nb、Zr、Vの場合、好ましい含有量はそれぞれ0.001%以上(より好ましくは0.002%以上、更に好ましくは0.003%以上)とするのがよい。また、Bを含有させる場合には、0.0001%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.0002%以上、さらに好ましくは0.0003%以上である。
MgおよびCaは、海水衝突部におけるカソード反応を抑制して耐食性を向上するのに有効な元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、Mg、Caのいずれの場合も、0.0003%以上(より好ましくは0.0004%以上、さらに好ましくは0.0005%以上)とすることが好ましい。
表1および表2に示す種々の成分組成の鋼材を真空溶解炉により溶製し、50kgの鋼塊とした。得られた鋼塊を1150℃に加熱した後、熱間圧延を行って、板厚10mmの鋼素材とした。このときの熱間圧延終了温度は650〜850℃の範囲とし、熱間圧延終了後から500℃までの冷却速度を0.1〜15℃/秒以下の範囲で適宜調整した。上記鋼素材から大きさ100×30×5(mm)のテストピースを切り出した。すべてのテストピースは、全面をサンドブラストし、水洗およびアセトン洗浄を行ってから、試験面(100×30(mm)の片面)に以下の塗装を施した。
高塩分環境での耐食性評価方法として、塩水噴霧試験や塩分を付与した状態での乾湿繰り返し試験(複合サイクル試験)などが公知であるが、それらの試験では海水の衝突を加味できていないため船舶上部の環境を正しく模擬できない。そこで、船舶上部環境を模擬する腐食試験として、人工海水を試験面に吹き付けて腐食させる腐食促進試験を考案し、実施した。具体的には以下の通りである。
◎◎…塗膜膨れ幅の最大値がいずれも30以下を満たすと共に、最大腐食深さがいずれも50以下を満たす場合
◎…塗膜膨れ幅の最大値がいずれも50以下を満たすと共に、最大腐食深さがいずれも60以下を満たす場合
○〜◎…塗膜膨れ幅の最大値がいずれも60以下を満たすと共に、最大腐食深さがいずれも70以下を満たす場合
○…塗膜膨れ幅の最大値がいずれも75以下を満たすと共に、最大腐食深さがいずれも75以下を満たす場合
△…塗膜膨れ幅の最大値がいずれも95以下を満たすと共に、最大腐食深さがいずれも96以下を満たす場合
×…全て100(No.1)
Claims (6)
- C:0.01〜0.30%(質量%の意味、以下同じ)、
Si:0.05〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.005〜0.04%、
S:0.0005〜0.01%、
Al:0.005〜0.10%、
Cu:0.50〜5.0%、
Ni:0.10〜5.0%、
Cr:0.015〜0.4%、
Ti:0.005〜0.06%、および
N:0.0030〜0.008%
を満たし、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ、Tiの含有量[Ti]とNの含有量[N]の比([Ti]/[N])が1.5以上17.0以下であることを特徴とする船舶上部構造物用耐食鋼材。 - さらに、
Nb:0.001〜0.1%、
Zr:0.001〜0.1%、
V:0.001〜0.1%、および
B:0.0001〜0.005%よりなる群から選択される1種以上の元素を含む請求項1に記載の船舶上部構造物用耐食鋼材。 - さらに、Mg:0.0003〜0.005%、およびCa:0.0003〜0.005%よりなる群から選択される1種以上の元素を含む請求項1または2に記載の船舶上部構造物用耐食鋼材。
- 前記鋼材表面に、エポキシ樹脂系塗膜、塩化ゴム系塗膜、アクリル樹脂塗膜、およびウレタン樹脂塗膜よりなる群から選択される1種以上の塗膜を有する請求項1〜3のいずれかに記載の船舶上部構造物用耐食鋼材。
- 前記鋼材表面と前記塗膜の間に、Zn濃度が90質量%以上、かつ厚さが5〜30μmである中間層が形成された請求項4に記載の船舶上部構造物用耐食鋼材。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の鋼材により構成されたことを特徴とする船舶上部構造物。
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