JP5929391B2 - 塗装耐久性に優れた塗装鋼材 - Google Patents
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Description
従って、塗装の寿命を延長させることができるならば、維持管理費用の低減に大きく貢献する。
例えば特許文献1には、耐侯性鋼をベースとして、リン酸系の表面処理を施すことによって塗装の寿命を延ばすこと記載されている。
特許文献2には、0.2〜0.7%Cu含有鋼についてリン酸系表面処理を施すことが示されている。
特許文献3には、Cu,NiおよびTiを含有させることによって、塗装の寿命を延長できることが示されている。
特許文献4には、Snイオンを含有する表面処理にてSn含有層を形成し、その上に塗装あるいはライニングを施す技術が開示されている。
塗装耐食性は、鋼材が置かれる環境によって、その劣化メカニズムや対処法も変化するので、同一材料で全ての環境をコントロールすることは極めて難しいことが大きな課題である。
その結果、塗装鋼材の腐食劣化(長期間および短期間ともに)に対しては、主にW,Cuの添加が有効であること、そして使用環境に応じてWとCuの比を調整することにより、幅広い使用環境にわたって優れた塗装耐食性を発揮できることの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
1.環境区分が図1に示す領域Iにおいて用いる塗装鋼材であって、
質量%で、
C:0.03〜0.3%、
Si:0.24〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.005%以下、
W:0.01%以上、0.10%未満および
Cu:0.01〜0.5%
を、WとCuの合計が0.3≦10W+Cu≦1.0を満足する範囲で含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、さらにWとCuの質量比を0.1≦10W/Cu≦1の範囲とすることを特徴とする塗装耐久性に優れた塗装鋼材。
2.環境区分が図1に示す領域IIにおいて用いる塗装鋼材であって、
質量%で、
C:0.03〜0.3%、
Si:0.24〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.005%以下、
W:0.01%以上、0.10%未満および
Cu:0.01〜0.5%
を、WとCuの合計が0.3≦10W+Cu≦1.0を満足する範囲で含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、さらにWとCuの質量比を3≦10W/Cu≦30の範囲とすることを特徴とする塗装耐久性に優れた塗装鋼材。
3.環境区分が図1に示す領域IIIにおいて用いる塗装鋼材であって、
質量%で、
C:0.03〜0.3%、
Si:0.24〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.005%以下、
W:0.01%以上、0.10%未満および
Cu:0.01〜0.5%
を、WとCuの合計が0.3≦10W+Cu≦1.0を満足する範囲で含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、さらにWとCuの質量比を1≦10W/Cu≦3の範囲とすることを特徴とする塗装耐久性に優れた塗装鋼材。
4.環境区分が図1に示す領域IVにおいて用いる塗装鋼材であって、
質量%で、
C:0.03〜0.3%、
Si:0.24〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.005%以下、
W:0.01%以上、0.10%未満および
Cu:0.01〜0.5%
を、WとCuの合計が0.3≦10W+Cu≦1.0を満足する範囲で含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、さらにWとCuの質量比を3≦10W/Cu≦30の範囲とすることを特徴とする塗装耐久性に優れた塗装鋼材。
Ge:0.005〜0.1%、
Sb:0.005〜0.1%、
Bi:0.005〜0.1%および
Se:0.005〜0.1%
のうちから選んだ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塗装鋼材。
Nb:0.005〜0.1%、
V:0.005〜0.1%および
Ti:0.005〜0.1%
のうちから選んだ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塗装鋼材。
まず、本発明において鋼材の成分組成を前記の範囲に限定した理由について説明する。なお、鋼材の成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り単に「%」で示す。
Cは、鋼の強度確保に必要な元素であり、本発明で目標とする強度(400MPa以上)を確保するためには少なくとも0.03%の含有が必要であり、一方0.3%を超えると溶接性が低下し、溶接の際に制限が加わるため、C量は0.03〜0.3%の範囲とする。
Siは、脱酸のため添加するが、含有量が0.01%未満では脱酸効果に乏しく、一方1.0% を超えると靭性や溶接性を劣化させるため、Si量は0.01〜1.0%の範囲とする。
Mnは、強度、靭性を改善するために添加するが、0.1%未満ではその効果が十分でなく、一方2.0%を超えると溶接性が劣化するため、Mn量は0.1〜2.0%の範囲とする。
Pは、不可避的不純物として含有されるが、靭性および溶接性を劣化させるため、P量は0.03%以下に抑制するものとした。
Sも、不可避的不純物として含有されるが、含有量が多くなると塗装耐食性が低下するだけでなく、MnSなどの介在物が増加してSCCの起点となり塗装耐食性を低下させるので、極力低減することが望ましいが、0.005%以下であれば許容できる。
Wは、腐食生成物として酸素酸塩を形成し、かかる腐食生成物が腐食抑制材として作用する。また、鋼材中にあっては、不均一腐食を低減する効果も併せ持っている。そのため塗装耐久性を改善する効果が発現する。特にWは、湿潤率の高い環境に適した元素である。しかしながら、含有量が0.01%未満では塗装耐食性の改善効果に乏しく、一方0.10%以上ではコスト的に不利になるため、W量は0.01%以上、0.10%未満の範囲とする。より好ましくは0.03〜0.06%の範囲である。
Cuは、長期間にわたって塗装耐食性の改善効果を維持する上で有効な元素である。特にCuは、湿潤率の高くない環境で有効な元素である。しかしながら、含有量が0.01%未満ではその効果に乏しく、一方0.5%を超えると鋼材製造上の面から制約が生じるので、Cu量は0.01〜0.5%の範囲とする。
そこで、発明者らは、WとCuを複合含有させる時の好適合計量について検討した結果、合計量を(10W+Cu)で規定して、0.3≦10W+Cu≦1.0(%)を満足する範囲で含有させる必要があることが判明した。
すなわち、CuとWの合計量が(10W+Cu)で0.3%に満たないと十分に塗装の寿命を延長する効果が得られず、一方1.0を超えると効果は飽和に達し、むしろ経済的に不利となるためである。
環境区分としては、次に定義する湿潤率(Wet率)と飛来塩分量により、図1に示すように、領域I、領域II、領域IIIおよび領域IVの4つの領域に区分する。
ここに、湿潤率(Wet率)は、例えば表1に示すように、使用環境近傍で計測された年平均相対湿度(RH)と年平均気温(T)から導出した、湿度に関する確率係数P(RH)と温度に関する確率係数P(T)を用いて、次式により算出する。
Wet率=P(RH)×P(T)
そして、この湿潤率(Wet率):50%を境界として区分する。なお、明らかに制御された環境においては、相対湿度:80%RH以上や、没水、噴霧などの濡れ時間を対象として計算する。
また、飛来塩分量は10mddを境界とする。
記
領域Iの時 0.1≦10W/Cu≦1
領域IIの時 3≦10W/Cu≦30
領域IIIの時 1≦10W/Cu≦3
領域IVの時 3≦10W/Cu≦30
Ge:0.005〜0.1%、Sb:0.005〜0.1%、Bi:0.005〜0.1%およびSe:0.005〜0.1%のうちから選んだ1種または2種以上
Ge,Sb,BiおよびSeはいずれも、塗装耐食性の一層の向上を図る上で有用な元素である。また、これらの元素は、弱酸性環境における塗装耐食性の改善にも有効に寄与する。ここに、Ge量が0.005%未満では塗装耐食性の改善効果に乏しく、一方0.1%超ではコスト的な不利を招く。Sb量が0.005%未満では塗装耐食性の改善効果に乏しく、一方0.1%超では鋼材の機械的特性の低下を招く。Se量が0.005%未満では塗装耐食性の改善効果に乏しく、一方0.1%超ではコスト的な不利を招く。Bi量が0.005%未満では塗装耐食性の改善効果に乏しく、一方0.1%超では鋼材の機械的特性の低下を招く。それ故、これらの元素は、単独添加または複合添加いずれの場合も0.005〜0.1%の範囲で含有させるものとする。
Nb,VおよびTiはいずれも、鋼材の機械的特性および塗装耐食性を向上させるために有用な元素である。これらの元素はいずれも、含有量が0.005%未満ではその添加効果に乏しく、一方0.1%を超えると溶接部の機械的特性が低下するので、単独添加または複合添加いずれの場合も0.005〜0.1%の範囲で含有させるものとする。
なお、本発明の鋼材において、上記以外の成分は、Feおよび不可避的不純物である。
上記した好適成分組成になる溶鋼を、転炉や電気炉等の公知の炉で溶製し、連続鋳造法や造塊法等の公知の方法でスラブやビレット等の鋼素材とする。なお、溶製に際して、真空脱ガス精錬等を実施しても良い。
溶鋼の成分調整方法は、公知の鋼精錬方法に従えばよい。
なお、熱間圧延では、熱間仕上圧延終了温度を適正化することが望ましく、600℃以上 850℃以下とすることが好ましい。熱間仕上圧延終了温度が600℃未満では、変形抵抗の増大により圧延荷重が増加し、圧延の実施が困難となる。一方、850℃超えだと所望の強度を得ることが難しくなる。熱間仕上圧延終了後の冷却は、空冷または冷却速度:150℃/s以下の加速冷却とすることが好ましい。加速冷却する場合の冷却停止温度は300〜750℃の範囲とすることが好ましい。なお、冷却後、再加熱処理を施してもよい。
表2に示す成分組成になる溶鋼を、真空溶解炉で溶製後または転炉溶製後、連続鋳造によりスラブとした。ついで、1250℃に加熱後、仕上圧延終了温度:800℃の条件で熱間圧延を実施して、30mm厚の鋼材とした。
これらの鋼材について、次の塗装耐食性試験を実施した。
鋼材を、長さ:100mm、幅:75mm、厚さ:6mmに切り出し、両面をグリットブラスト(表面仕上げ ISO Sa 2.5)で仕上げ、アセトン中で超音波脱脂を5分間行い、風乾して塗装耐食性の供試材とし た。片面は塗装するための面とし、もう片面および端面は溶剤型のエポキシ樹脂塗料にてシールし、さらにシリコン系のシール剤にて被覆した。また、塗料として、エポキシ樹脂塗料(関西ペイント製 エポマリン)を、エアレススプレーにて、先のブラスト表面上に塗布した。塗装膜厚は、乾燥後の膜厚が150μmとなるように調節して塗装した。そして、一週間室内で養生後、試験材とした。
試験材の中央部に、幅:1mm、長さ:50mmの初期欠陥を、厚刃のカッターで設けた。この試験材を、図1で記号I,II,IIIおよびIVに示す領域での試験を行った。
(1) 領域Iに該当する試験
JFEスチール東日本製鉄所岸壁脇の環境(Wet率:35%、飛来塩分量:0.7mdd相当)で、暴露試験を1年間実施した。試験片を回収後、クロスカット部からの膨れ幅の最大値の測定結果から、以下のように判定した。
◎:膨れ幅5mm以下
○:膨れ幅5mm超、10mm以下
△:膨れ幅10mm超、15mm以下
×:膨れ幅15mm超
(2) 領域IIに該当する試験
塩水噴霧(SST:35℃,5%NaCl溶液):0.5時間、湿潤(40℃,95%RH):1.5時間、乾燥(50℃,25%RH):4時間の、合計6時間を1サイクルとする、複合サイクル腐食試験に供した。本試験は、Wet率:33.3%、飛来塩分量:100mdd以上に相当する。この試験を、49日間行い、試験槽から取り出し水洗した後、クロスカット部からの最大膨れ(剥離)幅を計測した。その後膨れ幅の最大値測定結果から、以下のように判定した。
◎:膨れ幅5mm以下
○:膨れ幅5mm超、10mm以下
△:膨れ幅10mm超、15mm以下
×:膨れ幅15mm超
(3) 領域IIIに該当する試験
JFEスチール東日本製鉄所内の海上暴露試験場(Wet率:65%、飛来塩分量:5mdd相当)にて、半年間の暴露試験を実施した。試験片を回収後、クロスカット部からの膨れ幅の最大値の測定結果から、以下のように判定した。
◎:膨れ幅5mm以下
○:膨れ幅5mm超、10mm以下
△:膨れ幅10mm超、15mm以下
×:膨れ幅15mm超
(4) 領域IVに相当する試験
塩水噴霧(SST:35℃,5%NaCl溶液):30分、湿潤 (40℃,95%RH):3.5時間、乾燥(50℃,25%RH):2時間の、合計6時間を1サイクルとする、複合サイクル腐食試験に供した。本試験は、Wet率:66.6%、飛来塩分量:100mdd以上に相当する、この試験を、35日間行い、試験槽から取り出し水洗した後、クロスカット部からの最大膨れ(剥離)幅を計測した。その後膨れ幅の最大値測定結果から、以下のように判定した。
◎:膨れ幅5mm以下
○:膨れ幅5mm超、10mm以下
△:膨れ幅10mm超、15mm以下
×:膨れ幅15mm超
得られた結果を表3に示す。
これに対し、成分組成が発明範囲から外れた比較例はいずれも、塗装耐食性が悪いことが分かり、発明例と比較例の対比から、本発明の改善効果は明らかである。
Claims (6)
- 環境区分が図1に示す領域Iにおいて用いる塗装鋼材であって、
質量%で、
C:0.03〜0.3%、
Si:0.24〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.005%以下、
W:0.01%以上、0.10%未満および
Cu:0.01〜0.5%
を、WとCuの合計が0.3≦10W+Cu≦1.0を満足する範囲で含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、さらにWとCuの質量比を0.1≦10W/Cu≦1の範囲とすることを特徴とする塗装耐久性に優れた塗装鋼材。 - 環境区分が図1に示す領域IIにおいて用いる塗装鋼材であって、
質量%で、
C:0.03〜0.3%、
Si:0.24〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.005%以下、
W:0.01%以上、0.10%未満および
Cu:0.01〜0.5%
を、WとCuの合計が0.3≦10W+Cu≦1.0を満足する範囲で含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、さらにWとCuの質量比を3≦10W/Cu≦30の範囲とすることを特徴とする塗装耐久性に優れた塗装鋼材。 - 環境区分が図1に示す領域IIIにおいて用いる塗装鋼材であって、
質量%で、
C:0.03〜0.3%、
Si:0.24〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.005%以下、
W:0.01%以上、0.10%未満および
Cu:0.01〜0.5%
を、WとCuの合計が0.3≦10W+Cu≦1.0を満足する範囲で含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、さらにWとCuの質量比を1≦10W/Cu≦3の範囲とすることを特徴とする塗装耐久性に優れた塗装鋼材。 - 環境区分が図1に示す領域IVにおいて用いる塗装鋼材であって、
質量%で、
C:0.03〜0.3%、
Si:0.24〜1.0%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.005%以下、
W:0.01%以上、0.10%未満および
Cu:0.01〜0.5%
を、WとCuの合計が0.3≦10W+Cu≦1.0を満足する範囲で含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、さらにWとCuの質量比を3≦10W/Cu≦30の範囲とすることを特徴とする塗装耐久性に優れた塗装鋼材。 - 前記鋼材が、さらに質量%で、
Ge:0.005〜0.1%、
Sb:0.005〜0.1%、
Bi:0.005〜0.1%および
Se:0.005〜0.1%
のうちから選んだ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塗装鋼材。 - 前記鋼材が、さらに質量%で、
Nb:0.005〜0.1%、
V:0.005〜0.1%および
Ti:0.005〜0.1%
のうちから選んだ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塗装鋼材。
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