JP5884148B2 - 耐塗膜剥離性に優れた厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、棒鋼に、前処理としてショットブラスト処理を施し、棒鋼表面の酸化被膜を除去したのち、クローメート被膜を形成するクロメート処理を施し、さらに合成樹脂塗膜を形成する、耐食性棒鋼の製造方法が記載されている。これにより、棒鋼と合成樹脂被膜との密着性(塗膜密着性)が向上し、耐食性が高まるとしている。
また、特許文献3には、亜鉛系めっき鋼材に熱間プレスを施して鉄−亜鉛固溶相を含む亜鉛系めっき層およびその上に酸化亜鉛層を備えた熱間プレス品とする工程と、得られた熱間プレス成形品の最表層の酸化亜鉛層の平均膜厚が2μm以下となるように当該酸化亜鉛層の一部または全部を除去する工程を含む熱間プレス成形品の製造方法が記載されている。特許文献3に記載された技術では、酸化亜鉛層の一部または全部を除去する工程として、平均粒径が100〜500μmの鋼球をショット弾として使用するショットブラストを施す工程とすることが好ましいとしている。
(1)質量%で、C: 0.01〜0.15%、Si: 0.10〜0.60%、Mn:0.2〜1.8%、P:0.03%以下、S:0.02%以下、N:0.01%以下、Nb:0.01〜0.20%、Al:0.10%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、JIS G 0551の規定に準拠して算出した結晶粒度番号が7.0以上で、面積率で80%以上のフェライト相と残部が面積率で20%未満の第二相からなる組織と、を有し、表面粗さが、RzJISで、40〜100μmであることを特徴とする塗膜密着性に優れた厚鋼板(但し、質量%で、C:0.08%、Si:0.45%、Mn:1.45%、P:0.018%、S:0.005%、Sol.Al:0.05%、N:0.002%、Nb:0.02%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成で、体積率で85%の等軸フェライト相と、体積率で15%のマルテンサイト相からなる組織を有する場合を除く)。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cr:2.0%未満を含有する組成とすることを特徴とする厚鋼板。
(6)質量%で、C:0.01〜0.15%、Si:0.10〜0.60%、Mn:0.2〜1.8%、P:0.03%以下、S:0.02%以下、N:0.01%以下、Nb:0.01〜0.20%、Al:0.10%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、JIS G 0551の規定に準拠して算出した結晶粒度番号が7.0以上で、面積率で80%以上のフェライト相と残部が面積率で20%未満の第二相からなる組織と、を有する厚鋼板に、平均粒径が0.40〜1.0 mmのショット粒子を衝突させるショットブラスト処理を施し、表面粗さをRz JIS で、40〜100μmとすることを特徴とする塗膜密着性に優れた厚鋼板の製造方法。
(7)(6)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.5%以下、Ni:2.0%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Sb:0.3%以下、Sn:0.3%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
(8)(6)または(7)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cr:2.0%未満を含有する組成とすることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
C: 0.01〜0.15%
Cは、固溶して鋼材の強度を増加させるとともに、Cr、Fe等と結合し炭化物を形成する元素である。Cr炭化物、セメンタイト等の炭化物は、塩素イオンを含有した水溶液中、とくに海水や飛沫帯等の海水腐食環境下ではカソードとなりやすく、局部腐食を促進するため、耐食性の観点からはできるだけ低減することが望ましいが、本発明では、所望の強度を確保するために、0.01%以上、含有させる。一方、0.15%を超える含有は、鋼材を硬質化し、溶接性を低下させる。このため、Cは0.01〜0.15%の範囲に限定した。
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶して強度を増加させる元素であり、所望の強度を確保するために、本発明では0.10%以上含有させる。Siは、加熱時の酸化に際し、地鉄とスケール界面にファイアライトを生成し、スケールと地鉄との密着性を増加させる作用を有するが、0.60%を超える多量の含有は、靭性を低下させるとともに、熱間圧延時に地鉄とスケールとの界面厚さが増大しすぎて、ローラ矯正、プレス矯正時に、スケールの割れ、剥離が顕著となる。このため、Siは0.10〜0.60%の範囲に限定した。なお、鋼材の硬質化と脱スケール性の観点からは、好ましくは0.50%以下である。
Mnは、固溶して鋼材の強度を増加させるとともに、靭性を向上させる作用を有する元素である。また、MnはSと結合しMnSを形成し、有害なFeSの形成を抑制し、鋼材表面および鋼中でのSの悪影響を抑制する作用を有する。このような効果を得るためには、Mnは0.2%以上の含有を必要とする。一方、1.8%を超える含有は、溶接性を低下させ、機械加工性を低下させる。このため、Mnは0.2〜1.8%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.4〜1.5%、より好ましくは0.6〜1.0%である。
Pは、鋼材の強度を増加させる作用を有するが、粒界に偏析し、耐食性を低下させるとともに、二次加工脆性の原因となり、鋼材の加工性を低下させる。このため、加工性向上の観点からはできるだけ低減することが望ましいが、過度の低減は精錬コストを高騰させる。このため、0.005%程度以上とすることが望ましい。また、このような加工性の低下は0.03%を超える含有で顕著となる。このため、Pは0.03%以下に限定した。なお、好ましくは0.02%以下である。
Sは、本発明におけるようなMn含有量の高い組成では、可溶性非金属介在物であるMnSを形成する。MnSは、海水中、あるいは飛沫帯等の海水腐食環境下では腐食の起点となり、耐食性を低下させる。とくにCrを含有する場合には、局部腐食の起点となるため、できるだけ低減することが望ましいが、0.02%までは許容できる。このようなことから、Sは0.02%以下に限定した。なお、好ましくは0.005%以下である。
Nは、固溶して鋼材の強度を増加させるが、多量の含有は、鋼材を硬質化させ、靭性、溶接性を低下させる。また、Nは、Crを含有する場合にはCrと結合し、CrN等の窒化物を形成し、耐食性向上に有効な固溶Crを実質的に低下させる。溶接性の低下という観点からはNは、できるだけ低減することが望ましいが、過度の低減は精錬コストを高騰させるため、0.001%程度以上とすることが好ましい。一方、0.01%を超えて多量に含有すると、鋼材が硬質化し、靭性が低下するとともに、溶接性が低下する。このため、Nは0.01%以下に限定した。なお、好ましくは0.005%以下である。
Nbは、本発明で最も重要な元素であり、Cと結合し微細なNbCとして析出する。これに伴い、海水中、あるいは飛沫帯等の海水腐食環境下で腐食の起点となるセメンタイト等の粗大な炭化物の形成が抑制され、耐食性、とくに耐局部腐食性が向上するようになる。またさらに、Nbの含有により粗大炭化物の形成が抑制され、靭性が向上する。このような効果を得るためには0.01%以上の含有を必要とする。一方、0.20%を超える含有は、耐食性向上効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり、経済的に不利となるとともに、鋼材の硬質化を招く。このため、Nbは0.01〜0.20%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.05〜0.10%である。
Alは、脱酸剤として作用するとともに、結晶粒を微細化する元素である。このような効果を得るためには、0.01%以上含有することが好ましいが、0.10%を超える含有は、酸化物系介在物が増加し、鋼材の清浄度が低下する。このため、Alは0.10%以下に限定した。
上記した成分が基本の成分であるが、本発明では、この基本の組成に加えてさらに、Cu:0.5%以下、Ni:2.0%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Sb:0.3%以下、Sn:0.3%以下のうちから選ばれた1種または2種以上、および/または、Cr:2.0%未満を必要に応じて、選択して含有できる。
Cu、Ni、Mo、W、Sb、Snは、いずれも、局部腐食を抑制する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上含有できる。Cu、Ni、Mo、W、Sb、Snは、いずれも、孔食の起点となるアノード部の溶解を抑制して、耐局部腐食性を向上させる。このような効果を得るためには、Cu:0.1%以上、Ni:0.1%以上、Mo:0.05%以上、W:0.05%以上、Sb:0.05%以上、Sn:0.05%以上、それぞれを含有させることが望ましい。一方、Cu:0.5%、Ni:2.0%、Mo:0.5%、W:0.5%、Sb:0.3%、Sn:0.3%、をそれぞれ超える含有は、加工性を低下させ、鋼材の製造性を損なう。このため、含有する場合は、Cu:0.5%以下、Ni:2.0%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Sb:0.3%以下、Sn:0.3%以下、にそれぞれ限定することが好ましい。なお、より好ましくは、Cu:0.3%以下、Ni:0.5%以下、Mo:0.3%以下、W:0.3%以下、Sb:0.10%以下、Sn:0.10%以下である。
Crは、鋼中に固溶して耐食性を向上させる元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.10%以上含有することが望ましいが、2.0%以上含有すると、とくに海水中、あるいは飛沫帯等の海水腐食環境下で局部腐食が顕著となり、耐海水性を低下させる。このため、含有する場合には、Crは2.0%未満に限定することが好ましい。より好ましくは1.0%以下である。
つぎに、本発明鋼材の組織限定理由について説明する。
本発明鋼材は、上記した組成を有しさらに、JIS G 0551の規定に準拠して算出した結晶粒度番号が7.0以上で、組織全体に対する面積率で、80%以上のフェライト相と、残部がフェライト相以外の第二相とからなる組織を有する。
本発明鋼材は、組織全体に対する面積率で、80%以上のフェライト相と、フェライト以外の第二相とからなる組織を有する。本発明の組成範囲では、鋼材の組織は、フェライト単相、フェライト相とパーライト相との混合、ベイナイト相、マルテンサイト相、あるいはそれらの混合した組織等、種々の組織を呈する。本発明者らの検討によれば、海水中、あるいは飛沫帯等の海水腐食環境下(中性塩化物環境下)では、耐食性が最も優れている組織はフェライト相であるという知見を得ている。このようなことから、本発明では、組織を、組織全体に対する面積率で、80%以上の、フェライト相を主体とする組織に限定した。
結晶粒度番号:7.0以上
フェライト相が、上記したように、組織全体に対する面積率で、80%以上であるとしても、炭化物が粗大化していては、耐食性の向上は得られない。このため、本発明では、フェライト相の微細化、さらにはフェライト相以外の第二相が、微細でかつ均一に分布していることが好ましい。このような観点から、本発明鋼材では、フェライト相の結晶粒度番号が7.0以上の微細な組織とする。組織(フェライト結晶粒)を微細化することにより、結果的に、結晶粒界を長くすることができ、結晶粒界に析出しやすい炭化物も微細に分散するようになる。結晶粒が微細なほど、炭化物の微細分散を図ることができるが、製造工程の負荷を考慮して、結晶粒度番号:7.0以上に限定した。なお、好ましくは7.5以上である。なお、本発明では、結晶粒度番号は、JIS G 0551の規定に準拠して算出した値を用いるものとする。
上記した組成を有する鋼材の製造方法は、通常公知の方法がいずれも適用可能であり、とくに限定されない。
本発明鋼材が厚鋼板である場合には、上記した組成の溶鋼を、転炉等の通常公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の常用の鋳造方法でスラブ等の鋼素材としたのち、鋼素材を加熱し、厚板圧延(熱間圧延)を施し、冷却、あるいはさらに矯正等を施して所望の寸法形状の厚鋼板とする。なお、厚板圧延では、通常の圧延に加えて、制御圧延、制御冷却等を適用して所望の強度、靭性等の特性を付与することもできる。
以下、実施例に基づいて、さらに本発明について詳細に説明する。
得られた厚鋼板について、組織観察、表面粗さを測定した。試験方法は次のとおりとした。
得られた厚鋼板から組織観察用試験片を採取し、圧延方向に直交する断面を研磨し、ナイタール液で腐食して、板厚方向1/4位置について、光学顕微鏡(倍率:400倍)を用いて組織を観察し、各5視野ずつ撮像して、画像解析装置を用いて、画像処理して組織の種類(フェライト相、フェライト相以外の第二相の区別)、その組織分率(組織全体に対する面積%)を求めた。また、JIS G 0551の規定に準拠して、組織、すなわちフェライト相(粒)の結晶粒度番号を算出した。
ついで、得られた厚鋼板から試験材を採取し、塗装前処理、塗装処理を施して、塗装厚鋼板(塗装試験材)を得た。
(1)初期密着性試験
初期密着性試験として、剥離強度試験を実施した。得られた塗装試験材の塗膜表面に、剛体棒(鉄製ピン:10mmφ)を接着し、塗膜に対して垂直に引張り荷重を負荷し、塗膜が剥離するときの荷重を求め、剥離強度(N/mm2)を算出し、塗膜の初期密着性を評価した。なお、剥離強度が100 N/mm2以上である場合を塗膜の初期密着性が良好と評価した。
(2)接着性試験
接着性試験として、温度勾配試験を実施した。得られた塗装試験材から両面サンプル片を採取し、該両面サンプル片を、片面(塗装面)が80℃の溶液に接し、他の面(無塗装面)が70℃の溶液に接するように、60日間浸漬したのち、塗膜表面に、剛体棒(鉄製ピン:10mmφ)を接着し、塗膜に対して垂直に引張り荷重を負荷し、塗膜が剥離するときの荷重を求め、剥離強度(N/mm2)を算出し、塗膜の接着性を評価した。なお、剥離強度が50 N/mm2以上である場合を塗膜の接着性が良好と評価した。
(3)耐剥離性試験
耐剥離性試験として、陰極剥離試験を実施した。得られた塗装試験材からサンプル片を採取し、地鉄に達するまでの5mmφの初期穴を形成して、液温:60℃の3%NaCl溶液中で、負荷電圧:−1.5V(対SCE)として、30日間浸漬したのち、最大5点の剥離幅(mm)を測定し、その算術平均値を、その塗装試験材の剥離距離とし、塗膜の耐剥離性を評価した。なお、最大5点の剥離幅(mm)が14.0 mm以下である場合を塗膜の耐剥離性が良好、14.0mmを超え15.0mm以下である場合をやや不良、15.0mmを超える場合を不良と評価した。
得られた結果を、表3に示す。
また、酸化スケールを除去しない場合には、塗膜の初期密着性、塗膜の接着性、塗膜の耐剥離性が低下している。
Claims (8)
- 質量%で、
C:0.01〜0.15%、 Si:0.10〜0.60%、
Mn:0.2〜1.8%、 P:0.03%以下、
S:0.02%以下、 N:0.01%以下、
Nb:0.01〜0.20%、 Al:0.10%以下、
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、
JIS G 0551の規定に準拠して算出した結晶粒度番号が7.0以上で、面積率で80%以上のフェライト相と残部が面積率で20%未満の第二相からなる組織と、
を有し、表面粗さが、RzJISで、40〜100μmであることを特徴とする塗膜密着性に優れた厚鋼板(但し、質量%で、C:0.08%、Si:0.45%、Mn:1.45%、P:0.018%、S:0.005%、Sol.Al:0.05%、N:0.002%、Nb:0.02%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成で、体積率で85%の等軸フェライト相と、体積率で15%のマルテンサイト相からなる組織を有する場合を除く)。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.5%以下、Ni:2.0%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Sb:0.3%以下、Sn:0.3%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載の厚鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cr:2.0%未満を含有する組成とすることを特徴とする請求項1または2に記載の厚鋼板。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載の厚鋼板または表面に塗膜を形成してなる請求項1ないし3のいずれかに記載の厚鋼板からなる部材。
- 請求項4に記載の部材からなる構造物。
- 質量%で、
C:0.01〜0.15%、 Si:0.10〜0.60%、
Mn:0.2〜1.8%、 P:0.03%以下、
S:0.02%以下、 N:0.01%以下、
Nb:0.01〜0.20%、 Al:0.10%以下、
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、
JIS G 0551の規定に準拠して算出した結晶粒度番号が7.0以上で、面積率で80%以上のフェライト相と残部が面積率で20%未満の第二相からなる組織と、
を有する厚鋼板に、平均粒径が0.40〜1.0 mmのショット粒子を衝突させるショットブラスト処理を施し、表面粗さをRz JIS で、40〜100μmとすることを特徴とする塗膜密着性に優れた厚鋼板の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.5%以下、Ni:2.0%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Sb:0.3%以下、Sn:0.3%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項6に記載の厚鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cr:2.0%未満を含有する組成とすることを特徴とする請求項6または7に記載の厚鋼板の製造方法。
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