JP6094669B2 - 溶接構造用鋼材 - Google Patents
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Description
本発明は、主に橋梁などの屋外で用いられる鋼構造物、特に海岸近傍などの高塩分環境下で耐候性が要求される部材に用いて好適な耐候性に優れた溶接構造用鋼材に関するものである。
従来から、橋梁などの屋外で用いられる鋼構造物においては、耐候性鋼が用いられている。耐候性鋼は、大気暴露環境において、Cu、Ｐ、Cr、Niなどの合金元素が濃化した保護性の高いさび層に表面が覆われることにより、腐食速度が著しく低減する鋼材である。
現在、橋梁などでは、100年にもわたる長期間の耐久性が求められている。耐候性鋼は、その優れた耐候性により、使用環境によっては無塗装のまま長期の供用に耐えられるものの、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境では、上記のような保護性の高いさび層は生成しにくく、実用的な耐候性が得難いことが知られている。
非特許文献１によれば、従来の耐候性鋼（JIS G 3114：溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）は、飛来塩分量が0.05 mg・NaCl／dm2／day（以降、単位（mg・NaCl／dm2／day）をmddにて表記する場合がある）以下の地域でのみ、無塗装での使用が可能であるとされている。従って、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境では、普通鋼材（JIS G 3106：溶接構造用圧延鋼材）に塗装等の防食措置を施して使用されているのが現状である。
しかしながら、塗装は、時間の経過とともに塗膜が劣化し、定期的な補修が必要となる。また、人件費の高騰や、再塗装の困難さといった問題も加わる。このような理由から、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境においても、無塗装のまま使用可能な鋼材の開発が求められていた。
このような要求に対して、近年、海岸近傍などの高飛来塩分環境において無塗装のまま使用可能な鋼材として、種々の合金元素、特にNiを多量に含有させた鋼材が開発されている。
例えば、特許文献１では、耐候性向上元素として、１％以上のNiと、Cuとを添加した高耐候性鋼材が開示されている。
また、特許文献２では、１％以上のNiと、Moとを添加した耐候性に優れた鋼材が開示されている。
さらに、特許文献３では、Niに加え、Cu、Tiを添加した耐候性に優れた鋼材が開示されている。
また、特許文献２では、１％以上のNiと、Moとを添加した耐候性に優れた鋼材が開示されている。
さらに、特許文献３では、Niに加え、Cu、Tiを添加した耐候性に優れた鋼材が開示されている。
また、特許文献４では、Ni添加量を0.5％以下に抑え、Snおよび／またはSbを添加した耐候性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献５では、Ni添加量を0.65％未満に抑え、Ｗを添加した耐候性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献５では、Ni添加量を0.65％未満に抑え、Ｗを添加した耐候性に優れた鋼材が開示されている。
道路橋示方書(1共通編・鋼橋編)・同解説（日本道路協会，2002）
しかしながら、特許文献１および２では、Niの含有量を増加させることで耐侯性を向上させているが、高価なNiを大量に必要とするため、製造コストが増加するという問題があった。
特許文献３では、Niの含有量を低く抑え、さらにTiを添加することで、耐侯性を向上させている発明例も開示されているが、鋼の靱性が低下するという問題があった。
特許文献３では、Niの含有量を低く抑え、さらにTiを添加することで、耐侯性を向上させている発明例も開示されているが、鋼の靱性が低下するという問題があった。
また、特許文献４では、Niの含有量を低く抑え、さらにSnおよび／またはSbを添加することで耐侯性を向上させているが、圧延時に鋼片を加熱した際、表面に割れが生じるなど製造性が劣るという問題があった。
特許文献５では、Niの含有量を低く抑え、さらにＷを添加することで耐侯性を向上させているが、Ｗは微量ではあるもののやはり高価であり、また希少性の高い元素でもあるので、海外からの原料供給に不安があった。
特許文献５では、Niの含有量を低く抑え、さらにＷを添加することで耐侯性を向上させているが、Ｗは微量ではあるもののやはり高価であり、また希少性の高い元素でもあるので、海外からの原料供給に不安があった。
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであって、海岸近傍などの高飛来塩分環境において無塗装のまま使用することができる、耐候性に優れた溶接構造用鋼材を提供することを目的とする。
さて、発明者らは、上記の課題を解決すべく、高飛来塩分環境における耐候性の観点から鋼材の成分組成について鋭意検討した。なお、「高飛来塩分環境」とは、飛来塩分量が0.01mg・NaCl／dm2／day以上の環境を意味する。
その結果、Cu、Niと、Snおよび／またはNbを複合含有させ、また特にCu、Ni、Snの含有量については所定の関係を満足させることにより、大量のNiや、Ｗなどの希少で高価な元素を含有させることなく、製造性を確保しながら、高飛来塩分環境における鋼材の耐候性を向上できるとの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
その結果、Cu、Niと、Snおよび／またはNbを複合含有させ、また特にCu、Ni、Snの含有量については所定の関係を満足させることにより、大量のNiや、Ｗなどの希少で高価な元素を含有させることなく、製造性を確保しながら、高飛来塩分環境における鋼材の耐候性を向上できるとの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．質量％で、
Ｃ：0.02％以上0.14％未満、
Si：0.05％以上2.0％以下、
Mn：0.2％以上2.0％以下、
Ｐ：0.005％以上0.03％以下、
Ｓ：0.0001％以上0.02％以下、
Al：0.001％以上0.1％以下、
Cu：0.1％以上1.0％以下および
Ni：0.1％以上1.0％以下
を含有し、かつ
Nb：0.004％以上0.2％以下および
Sn：0.001％以上0.2％以下
のうちから選んだ１種又は２種を含有し、さらに、Cu、NiおよびSnの含有量が下記式（１）の関係を満足し、残部はFe及び不可避的不純物からなる溶接構造用鋼材。
記
（［％Cu］＋１０［％Sn］）／２［％Ni］≦１・・・（１）
ただし、[％Ｍ]はＭ元素の鋼中含有量（質量％）である。
１．質量％で、
Ｃ：0.02％以上0.14％未満、
Si：0.05％以上2.0％以下、
Mn：0.2％以上2.0％以下、
Ｐ：0.005％以上0.03％以下、
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Al：0.001％以上0.1％以下、
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を含有し、かつ
Nb：0.004％以上0.2％以下および
Sn：0.001％以上0.2％以下
のうちから選んだ１種又は２種を含有し、さらに、Cu、NiおよびSnの含有量が下記式（１）の関係を満足し、残部はFe及び不可避的不純物からなる溶接構造用鋼材。
記
（［％Cu］＋１０［％Sn］）／２［％Ni］≦１・・・（１）
ただし、[％Ｍ]はＭ元素の鋼中含有量（質量％）である。
２．前記鋼材が、さらに、質量％で、
Cr：0.2％以上2.0％以下、
Ti：0.005％以上0.200％以下、
Ｖ：0.005％以上0.200％以下、
Zr：0.005％以上0.200％以下、
Ｂ：0.0001％以上0.0050％以下、
Mg：0.0001％以上0.0100％以下、
Co：0.01％以上1.00％以下、
Mo：0.005％以上1.000％以下、
Sb：0.005％以上0.200％以下および
REM：0.0001％以上0.1000％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する前記１に記載の溶接構造用鋼材。
Cr：0.2％以上2.0％以下、
Ti：0.005％以上0.200％以下、
Ｖ：0.005％以上0.200％以下、
Zr：0.005％以上0.200％以下、
Ｂ：0.0001％以上0.0050％以下、
Mg：0.0001％以上0.0100％以下、
Co：0.01％以上1.00％以下、
Mo：0.005％以上1.000％以下、
Sb：0.005％以上0.200％以下および
REM：0.0001％以上0.1000％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する前記１に記載の溶接構造用鋼材。
本発明によれば、高飛来塩分環境にて無塗装で使用することができる、耐候性に優れた溶接構造用鋼材が得られる。
そして、本発明の溶接構造用鋼材は、飛来塩分量が0.05mdd超え、さらには0.20mdd以上といった高飛来塩分環境で用いられる橋梁などの鋼構造物に適用した場合であっても、定期的な補修塗装が不要なので、メンテナンス費用を大幅に低減することが可能となる。
そして、本発明の溶接構造用鋼材は、飛来塩分量が0.05mdd超え、さらには0.20mdd以上といった高飛来塩分環境で用いられる橋梁などの鋼構造物に適用した場合であっても、定期的な補修塗装が不要なので、メンテナンス費用を大幅に低減することが可能となる。
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明の鋼材に含有させる元素のうち、耐候性を向上させるために特に重要であるCu、Ni、NbおよびSnについて説明する。
CuおよびNiは、鋼板表面に生じるさび層を緻密化させ、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。
また、Nbは、アノード部においてさび層と地鉄の界面付近に濃化し、アノード反応およびカソード反応を抑制する。Snも、Nbと同様、アノード部においてさび層と地鉄の界面付近に濃化し、アノード反応およびカソード反応を抑制する。
これらの効果は、それぞれの元素を単独で含有させるだけでは不十分であるが、Cu、NiとNbおよび／またはSnを複合含有させることで得られる相乗効果により、腐食抑制効果が大きく向上し、その結果、高飛来塩分環境での使用に耐え得る耐候性が発現するものと考えられる。
まず、本発明の鋼材に含有させる元素のうち、耐候性を向上させるために特に重要であるCu、Ni、NbおよびSnについて説明する。
CuおよびNiは、鋼板表面に生じるさび層を緻密化させ、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。
また、Nbは、アノード部においてさび層と地鉄の界面付近に濃化し、アノード反応およびカソード反応を抑制する。Snも、Nbと同様、アノード部においてさび層と地鉄の界面付近に濃化し、アノード反応およびカソード反応を抑制する。
これらの効果は、それぞれの元素を単独で含有させるだけでは不十分であるが、Cu、NiとNbおよび／またはSnを複合含有させることで得られる相乗効果により、腐食抑制効果が大きく向上し、その結果、高飛来塩分環境での使用に耐え得る耐候性が発現するものと考えられる。
次に、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、鋼板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：0.02％以上0.14％未満
Ｃは、鋼材の強度を向上させる元素であり、所定の強度を確保するため0.02％以上含有させる必要がある。一方、Ｃ含有量が0.14％以上では、溶接性および靭性が劣化する。したがって、Ｃ含有量は0.02％以上0.14％未満とする。
Ｃ：0.02％以上0.14％未満
Ｃは、鋼材の強度を向上させる元素であり、所定の強度を確保するため0.02％以上含有させる必要がある。一方、Ｃ含有量が0.14％以上では、溶接性および靭性が劣化する。したがって、Ｃ含有量は0.02％以上0.14％未満とする。
Si：0.05％以上2.0％以下
Siは、製鋼時の脱酸剤として、また鋼材の強度を向上させて所定の強度を確保するため、0.05％以上含有させる必要がある。一方、Siが2.0％を超えて過剰に含有されると、靭性および溶接性が著しく劣化する。したがって、Si含有量は0.05％以上2.0％以下とする。
Siは、製鋼時の脱酸剤として、また鋼材の強度を向上させて所定の強度を確保するため、0.05％以上含有させる必要がある。一方、Siが2.0％を超えて過剰に含有されると、靭性および溶接性が著しく劣化する。したがって、Si含有量は0.05％以上2.0％以下とする。
Mn：0.2％以上2.0％以下
Mnは、鋼材の強度を向上させる元素であり、所定の強度を確保するために0.2％以上含有させる必要がある。一方、Mnが2.0％を超えて過剰に含有されると、靭性および溶接性が劣化する。したがって、Mn含有量は0.2％以上2.0％以下とする。
Mnは、鋼材の強度を向上させる元素であり、所定の強度を確保するために0.2％以上含有させる必要がある。一方、Mnが2.0％を超えて過剰に含有されると、靭性および溶接性が劣化する。したがって、Mn含有量は0.2％以上2.0％以下とする。
Ｐ：0.005％以上0.03％以下
Ｐは、鋼材の耐候性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、Ｐを0.005％以上含有させる必要がある。一方、Ｐが0.03％を超えて含有されると、溶接性が劣化する。したがって、Ｐ含有量は0.005％以上0.03％以下とする。
Ｐは、鋼材の耐候性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、Ｐを0.005％以上含有させる必要がある。一方、Ｐが0.03％を超えて含有されると、溶接性が劣化する。したがって、Ｐ含有量は0.005％以上0.03％以下とする。
Ｓ：0.0001％以上0.02％以下
Ｓは、0.02％を超えて含有させると、溶接性および靭性が劣化する。一方、Ｓ含有量を0.0001％未満まで低下させると、生産コストが増大する。したがって、Ｓ含有量は0.0001％以上0.02％以下とする。
Ｓは、0.02％を超えて含有させると、溶接性および靭性が劣化する。一方、Ｓ含有量を0.0001％未満まで低下させると、生産コストが増大する。したがって、Ｓ含有量は0.0001％以上0.02％以下とする。
Al：0.001％以上0.1％以下
Alは、製鋼時の脱酸に必要な元素である。このような効果を得るため、Alは0.001％以上含有させる必要がある。一方、Al含有量が0.1％を超えると溶接性に悪影響を及ぼす。したがって、Al含有量は0.001％以上0.1％以下とする。
Alは、製鋼時の脱酸に必要な元素である。このような効果を得るため、Alは0.001％以上含有させる必要がある。一方、Al含有量が0.1％を超えると溶接性に悪影響を及ぼす。したがって、Al含有量は0.001％以上0.1％以下とする。
Cu：0.1％以上1.0％以下
Cuは、さび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。このような効果は、Cu含有量が0.1％以上で得られる。一方、Cu含有量が1.0％を超えると、Cuの消費量が増加することに伴う、コストの上昇を招く。したがって、Cu含有量は0.1％以上1.0％以下とする。好ましくは0.2％以上1.0％以下である。
Cuは、さび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。このような効果は、Cu含有量が0.1％以上で得られる。一方、Cu含有量が1.0％を超えると、Cuの消費量が増加することに伴う、コストの上昇を招く。したがって、Cu含有量は0.1％以上1.0％以下とする。好ましくは0.2％以上1.0％以下である。
Ni：0.1％以上1.0％以下
Niはさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。この効果を十分に得るためには、Niを0.1％以上含有させる必要がある。一方、Ni含有量が1.0％を超えると、Niの消費量が増加することに伴う、コストの上昇を招く。したがって、Ni含有量は0.1％以上1.0％以下とする。好ましくは0.2％以上1.0％以下である。
Niはさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。この効果を十分に得るためには、Niを0.1％以上含有させる必要がある。一方、Ni含有量が1.0％を超えると、Niの消費量が増加することに伴う、コストの上昇を招く。したがって、Ni含有量は0.1％以上1.0％以下とする。好ましくは0.2％以上1.0％以下である。
Nb：0.004％以上0.2％以下およびSn：0.001％以上0.2％以下のうちから選んだ１種または２種
Nbは、アノード部においてさび層と地鉄の界面付近に濃化し、アノード反応およびカソード反応を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、Nbを0.004％以上含有させる必要がある。一方、Nb含有量が0.2％を超えると、靭性の低下を招く。したがって、Nb含有量は0.004％以上0.2％以下とする。好ましくは0.004％以上0.1％以下である。
なお、Nbは、Snと共存させることにより、高飛来塩分環境における鋼材の耐候性を著しく向上させる効果がある。
Nbは、アノード部においてさび層と地鉄の界面付近に濃化し、アノード反応およびカソード反応を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、Nbを0.004％以上含有させる必要がある。一方、Nb含有量が0.2％を超えると、靭性の低下を招く。したがって、Nb含有量は0.004％以上0.2％以下とする。好ましくは0.004％以上0.1％以下である。
なお、Nbは、Snと共存させることにより、高飛来塩分環境における鋼材の耐候性を著しく向上させる効果がある。
また、Snは、鋼材／さび層界面にSnを含む酸化皮膜を形成し、鋼材のアノード反応およびカソード反応を抑制することで、鋼材の耐候性を向上させる。これらの効果を十分に得るためには、Snを0.001％以上含有させる必要がある。一方、Sn含有量が0.2％を超えると、鋼の延性や靭性の劣化を招く。したがって、Sn含有量は0.001％以上0.2％以下とする。好ましくは0.001％以上0.1％以下である。より好ましくは0.001％以上0.05％以下である。
そして、このSnは、上述したとおり、Nbと共存させることにより、高飛来塩分環境における鋼材の耐候性を著しく向上させる効果がある。
そして、このSnは、上述したとおり、Nbと共存させることにより、高飛来塩分環境における鋼材の耐候性を著しく向上させる効果がある。
ここに、NbとSnは、少なくともどちらか１種を含有させれば本発明の効果を奏することができる。しかしながら、NbとSnの両方を含有させれば、より顕著に耐候性を向上させる効果がある。また、鋼材の機械的性質、溶接性などを確保する上で、耐候性を劣化させずにNbとSnの含有量をそれぞれ低減することが可能であるという利点もある。このような理由から、NbとSnの両方を含有させることが好ましい。
また、本発明では各成分が上記の範囲を満足するだけでは不十分で、Snを含有させる場合には、Ni、CuおよびSn含有量について、以下の（１）式を満足させる必要がある。
（［％Cu］＋１０［％Sn］）／２［％Ni］≦１・・・（１）
ただし、[％Ｍ]はＭ元素の鋼中含有量（質量％）である。
この（［％Cu］＋１０［％Sn］）／２［％Ni］を１以下とすることにより、鋼材の表面割れなどを抑制して製造性を確保しつつ、上記した耐候性向上に寄与する元素の腐食抑制効果が最大限発揮されるのである。
（［％Cu］＋１０［％Sn］）／２［％Ni］≦１・・・（１）
ただし、[％Ｍ]はＭ元素の鋼中含有量（質量％）である。
この（［％Cu］＋１０［％Sn］）／２［％Ni］を１以下とすることにより、鋼材の表面割れなどを抑制して製造性を確保しつつ、上記した耐候性向上に寄与する元素の腐食抑制効果が最大限発揮されるのである。
以上、基本成分について説明したが、本発明では、その他にも、以下に述べる成分を必要に応じて適宜含有させることができる。
Cr：0.2％以上2.0％以下
Crは、さび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、耐侯性を向上させる元素である。この効果を十分に得るためには、Crは0.2％以上含有させる必要がある。一方、2.0％を超えると、溶接性の低下を招く。したがって、Cr含有量は0.2％以上2.0％以下とする。
Cr：0.2％以上2.0％以下
Crは、さび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、耐侯性を向上させる元素である。この効果を十分に得るためには、Crは0.2％以上含有させる必要がある。一方、2.0％を超えると、溶接性の低下を招く。したがって、Cr含有量は0.2％以上2.0％以下とする。
Ti：0.005％以上0.200％以下
Tiは、鋼材の強度を高める元素である。この効果を十分に得るためには、Tiは0.005％以上含有させる必要がある。一方、0.200％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、Ti含有量は0.005％以上0.200％以下とする。
Tiは、鋼材の強度を高める元素である。この効果を十分に得るためには、Tiは0.005％以上含有させる必要がある。一方、0.200％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、Ti含有量は0.005％以上0.200％以下とする。
Ｖ：0.005％以上0.200％以下
Ｖは、鋼材の強度を高める元素である。この効果を十分に得るためには、Ｖは0.005％以上含有させる必要がある。一方、0.200％を超えると効果が飽和する。したがって、Ｖ含有量は0.005％以上0.200％以下とする。
Ｖは、鋼材の強度を高める元素である。この効果を十分に得るためには、Ｖは0.005％以上含有させる必要がある。一方、0.200％を超えると効果が飽和する。したがって、Ｖ含有量は0.005％以上0.200％以下とする。
Zr：0.005％以上0.200％以下
Zrは、鋼材の強度を高める元素である。この効果を十分に得るためには、Zrは0.005％以上含有させる必要がある。一方、0.200％を超えると効果が飽和する。したがって、Zr含有量は0.005％以上0.200％以下とする。
Zrは、鋼材の強度を高める元素である。この効果を十分に得るためには、Zrは0.005％以上含有させる必要がある。一方、0.200％を超えると効果が飽和する。したがって、Zr含有量は0.005％以上0.200％以下とする。
Ｂ：0.0001％以上0.0050％以下
Ｂは、鋼材の強度を高める元素である。この効果を十分に得るためには、Ｂは0.0001％以上含有させる必要がある。一方、0.0050％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、Ｂ含有量は0.0001％以上0.0050％以下とする。
Ｂは、鋼材の強度を高める元素である。この効果を十分に得るためには、Ｂは0.0001％以上含有させる必要がある。一方、0.0050％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、Ｂ含有量は0.0001％以上0.0050％以下とする。
Mg：0.0001％以上0.0100％以下
Mgは、鋼中のＳを固定して溶接熱影響部の靭性を向上させるのに有効な元素である。この効果を十分に得るためには、Mgは0.0001％以上含有させる必要がある。一方、0.0100％を超えると鋼中の介在物の量が増加し、かえって靭性の劣化を招く。したがって、Mg含有量は0.0001％以上0.0100％以下とする。
Mgは、鋼中のＳを固定して溶接熱影響部の靭性を向上させるのに有効な元素である。この効果を十分に得るためには、Mgは0.0001％以上含有させる必要がある。一方、0.0100％を超えると鋼中の介在物の量が増加し、かえって靭性の劣化を招く。したがって、Mg含有量は0.0001％以上0.0100％以下とする。
Co：0.01％以上1.00％以下
Coは、さび層全体に分布してさび粒を微細化することにより、緻密なさび層を形成し、鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。このような効果を十分に得るためには、Coは0.01％以上含有させる必要がある。一方、1.00％を超えるとCoの消費量が増加することに伴うコスト上昇を招く。したがって、Co含有量は0.01％以上1.00％以下とする。
Coは、さび層全体に分布してさび粒を微細化することにより、緻密なさび層を形成し、鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。このような効果を十分に得るためには、Coは0.01％以上含有させる必要がある。一方、1.00％を超えるとCoの消費量が増加することに伴うコスト上昇を招く。したがって、Co含有量は0.01％以上1.00％以下とする。
Mo：0.005％以上1.000％以下
Moは、鋼材のアノード反応に伴ってMoO4 2-が溶出し、さび層中にMoO4 2-が分布することで、腐食促進因子の塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、鋼材表面にMoを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、Moは0.005％以上含有させる必要がある。一方、1.000％を超えると、Moの消費量が増加することに伴うコスト上昇を招く。したがって、Mo含有量は0.005％以上1.000％以下とする。
Moは、鋼材のアノード反応に伴ってMoO4 2-が溶出し、さび層中にMoO4 2-が分布することで、腐食促進因子の塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、鋼材表面にMoを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、Moは0.005％以上含有させる必要がある。一方、1.000％を超えると、Moの消費量が増加することに伴うコスト上昇を招く。したがって、Mo含有量は0.005％以上1.000％以下とする。
Sb：0.005％以上0.200％以下
Sbは、鋼材のアノード反応を抑制するとともに、カソード反応である水素発生反応も抑制することで、鋼材の耐候性を向上させる元素である。このような効果を十分に得るためには、Sbは0.005％以上含有させる必要がある。一方、0.200％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、Sb含有量は0.005％以上0.200％以下とする。
Sbは、鋼材のアノード反応を抑制するとともに、カソード反応である水素発生反応も抑制することで、鋼材の耐候性を向上させる元素である。このような効果を十分に得るためには、Sbは0.005％以上含有させる必要がある。一方、0.200％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、Sb含有量は0.005％以上0.200％以下とする。
REM：0.0001％以上0.1000％以下
REMは、さび層全体に分布してさび粒を微細化することで、緻密なさび層を形成し、鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。この効果を十分に得るためには、REM は0.0001％以上含有させる必要がある。一方、0.1000％を超えるとその効果は飽和する。したがって、REM含有量は0.0001％以上0.1000％以下とする。
REMは、さび層全体に分布してさび粒を微細化することで、緻密なさび層を形成し、鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。この効果を十分に得るためには、REM は0.0001％以上含有させる必要がある。一方、0.1000％を超えるとその効果は飽和する。したがって、REM含有量は0.0001％以上0.1000％以下とする。
Ｃｅｑ：0.44質量％以下
次式で定義されるＣｅｑの値が大きくなると、溶接熱影響部が硬化して、溶接条件によっては、低温割れが生じる可能性が高くなる。したがって、Ｃｅｑは0.44質量％以下とすることが好ましい。
Ｃｅｑ＝[％Ｃ]＋[％Si]／２４＋[％Mn]／６＋[％Ni]／４０＋[％Cu]／５＋[％Ｖ]／１４
ただし、[％Ｍ]はＭ元素の鋼中含有量（質量％）である。
次式で定義されるＣｅｑの値が大きくなると、溶接熱影響部が硬化して、溶接条件によっては、低温割れが生じる可能性が高くなる。したがって、Ｃｅｑは0.44質量％以下とすることが好ましい。
Ｃｅｑ＝[％Ｃ]＋[％Si]／２４＋[％Mn]／６＋[％Ni]／４０＋[％Cu]／５＋[％Ｖ]／１４
ただし、[％Ｍ]はＭ元素の鋼中含有量（質量％）である。
ＰＣＭ：0.25質量％以下
また、溶接での低温割れを防止し、溶接施工時の予熱温度を50℃以下と実操業上問題のないレベルにするためには、次式で定義されるＰＣＭが0.25質量％以下であることが好ましい。
ＰＣＭ＝[％Ｃ]＋[％Si]／３０＋[％Mn]／２０＋[％Cu]／２０＋[％Ni]／６０＋[％Cr]／２０＋[％Mo]／１５＋[％Ｖ]／１０＋５×[％Ｂ]
ただし、[％Ｍ]はＭ元素の鋼中含有量（質量％）である。
また、溶接での低温割れを防止し、溶接施工時の予熱温度を50℃以下と実操業上問題のないレベルにするためには、次式で定義されるＰＣＭが0.25質量％以下であることが好ましい。
ＰＣＭ＝[％Ｃ]＋[％Si]／３０＋[％Mn]／２０＋[％Cu]／２０＋[％Ni]／６０＋[％Cr]／２０＋[％Mo]／１５＋[％Ｖ]／１０＋５×[％Ｂ]
ただし、[％Ｍ]はＭ元素の鋼中含有量（質量％）である。
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。
ここで、不可避的不純物としては、例えば、Ｎ：0.010％以下、Ｏ：0.010％以下、Ca：0.0010％以下であれば許容できる。
ここで、不可避的不純物としては、例えば、Ｎ：0.010％以下、Ｏ：0.010％以下、Ca：0.0010％以下であれば許容できる。
次に、本発明鋼材の好適製造方法について説明する。
上記した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、連続鋳造法や分塊法等の公知の方法でスラブとする。なお、溶鋼の成分調整方法は、公知の鋼製錬方法に従えばよい。
ついで、上記のようにして得られたスラブに熱間圧延を施し、厚板や形鋼、薄鋼板、棒鋼等の鋼材とする。ここに、加熱条件や圧延条件は、要求される材質に応じて適宜決定すればよく、制御圧延、加速冷却、あるいは再加熱熱処理等を組合せることも可能である。
上記した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、連続鋳造法や分塊法等の公知の方法でスラブとする。なお、溶鋼の成分調整方法は、公知の鋼製錬方法に従えばよい。
ついで、上記のようにして得られたスラブに熱間圧延を施し、厚板や形鋼、薄鋼板、棒鋼等の鋼材とする。ここに、加熱条件や圧延条件は、要求される材質に応じて適宜決定すればよく、制御圧延、加速冷却、あるいは再加熱熱処理等を組合せることも可能である。
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
表１に示す成分組成になる鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブとした。ついで、1150℃に加熱した後、熱間圧延を行い、室温まで空冷して厚さ６mmの鋼板とした。製造時における表面割れの発生有無の調査結果を表２に示す。
また、得られた鋼板から100mm×50mm×５mmの試験片を採取し、試験片の表面が算術平均粗さRaで1.6以下となるよう研削加工した。なお、端面および裏面も試験対象面とし、同様の研削加工を施した。
表１に示す成分組成になる鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブとした。ついで、1150℃に加熱した後、熱間圧延を行い、室温まで空冷して厚さ６mmの鋼板とした。製造時における表面割れの発生有無の調査結果を表２に示す。
また、得られた鋼板から100mm×50mm×５mmの試験片を採取し、試験片の表面が算術平均粗さRaで1.6以下となるよう研削加工した。なお、端面および裏面も試験対象面とし、同様の研削加工を施した。
かくして得られた試験片について、次の耐候性試験を行い、耐候性を評価した。
・耐候性試験
飛来塩分量の異なる国内の海岸４地域（銚子：0.20mdd、生浜：0.30mdd、宮古島：0.36mdd、沖縄：0.50mdd）において、屋外で試験片を１年間曝露した。曝露は、覆い付きの曝露架台に試験片を設置して行った。これは、鋼材が実際の橋梁などの構造物に適用された場合に最も厳しいと考えられる、雨のかからない橋桁内部の環境を模擬するものである。
・耐候性試験
飛来塩分量の異なる国内の海岸４地域（銚子：0.20mdd、生浜：0.30mdd、宮古島：0.36mdd、沖縄：0.50mdd）において、屋外で試験片を１年間曝露した。曝露は、覆い付きの曝露架台に試験片を設置して行った。これは、鋼材が実際の橋梁などの構造物に適用された場合に最も厳しいと考えられる、雨のかからない橋桁内部の環境を模擬するものである。
１年間の曝露の後、回収した試験片を塩酸にヘキサメチレンテトラミンを加えた水溶液に浸漬することにより、脱錆した。その後、脱錆した試験片の重量を測定し、初期重量との差を求めて、その値を試験片の表面積で除し、片面あたりの平均の板厚減少量（単位はmm）を腐食量として求めた。なお、この腐食量は、上記の試験を１鋼種につき２回行い、その２回の試験における腐食量の平均値とした。
また、基準鋼である鋼種ＡＫの腐食量との相対比を、腐食量比として求めた。この腐食量比が、４つ全ての塩分飛来量の環境において１未満となる場合に、耐候性が良好である判断した。
これらの結果を表２に併記する。
また、基準鋼である鋼種ＡＫの腐食量との相対比を、腐食量比として求めた。この腐食量比が、４つ全ての塩分飛来量の環境において１未満となる場合に、耐候性が良好である判断した。
これらの結果を表２に併記する。
また、図１は、発明例となる鋼種Ａと、基準鋼である鋼種ＡＫの腐食量を、それぞれ塩分飛来量に対してプロットしたものである。
表２および図１より、発明例についてはいずれも、４つ全ての塩分飛来量の環境おいて腐食量比が１未満となり、良好な耐候性が得られていることがわかる。特に、塩分飛来量が0.30mdd以下の環境では、１年間の腐食量が最大でも0.036mmであり、例えば当該鋼を橋梁に適用した場合には、100年相当の耐久性を得ることができる。
また、発明例についてはいずれも、製造時における表面割れは発生しなかった。
また、発明例についてはいずれも、製造時における表面割れは発生しなかった。
一方、比較例となる鋼種ＡＬ、ＡＭおよびＡＮでは製造時に表面割れが発生し、さらに鋼種ＡＬおよびＡＮは耐候性にも劣っていた。
Claims (2)
- 質量％で、
Ｃ：0.02％以上0.14％未満、
Si：0.05％以上2.0％以下、
Mn：0.2％以上2.0％以下、
Ｐ：0.005％以上0.03％以下、
Ｓ：0.0001％以上0.02％以下、
Al：0.001％以上0.1％以下、
Cu：0.1％以上1.0％以下および
Ni：0.1％以上1.0％以下
を含有し、かつ
Nb：0.004％以上0.2％以下および
Sn：0.001％以上0.2％以下
を含有し、さらに、Cu、NiおよびSnの含有量が下記式（１）の関係を満足し、残部はFe及び不可避的不純物からなる溶接構造用鋼材。
記
（［％Cu］＋１０［％Sn］）／２［％Ni］≦１・・・（１）
ただし、[％Ｍ]はＭ元素の鋼中含有量（質量％）である。 - 前記鋼材が、さらに、質量％で、
Cr：0.2％以上2.0％以下、
Ti：0.005％以上0.200％以下、
Ｖ：0.005％以上0.200％以下、
Zr：0.005％以上0.200％以下、
Ｂ：0.0001％以上0.0050％以下、
Mg：0.0001％以上0.0100％以下、
Co：0.01％以上1.00％以下、
Sb：0.005％以上0.200％以下および
REM：0.0001％以上0.1000％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する請求項１に記載の溶接構造用鋼材。
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