JP6123701B2 - 石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板用の耐食鋼 - Google Patents
石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板用の耐食鋼 Download PDFInfo
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Description
本発明の鋼材は、厚鋼板をはじめとして、薄鋼板、形鋼および棒鋼等を含むものとする。
その結果、Cu,Ni,Sb,WおよびNb等が、鋼材の耐食性の向上に有効に寄与することを見出した。
また、上述したように、石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板のへこみ形成および水溜りの形成による腐食減厚の促進を抑制するためには、鋼板の降伏強度を向上させること、具体的には降伏強度を390MPa以上とすることが有効であることも併せて見出した。
本発明は、上記の知見に立脚して完成されたものである。
1.質量%で、
C:0.01〜0.25%、
Si:0.01〜0.50%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.035%以下、
S:0.035%以下、
Al:0.003〜0.10%、
Cu:0.05〜0.35%、
Ni:0.02〜0.40%、
Sb:0.01〜0.2%、
W:0.005〜0.5%、
Nb:0.003〜0.025%および
Cr:0.1%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、かつ降伏強度が390MPa以上であることを特徴とする石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板用の耐食鋼。
Ti:0.001〜0.030%、
Zr:0.001〜0.030%および
V:0.002〜0.20%
のうちから選ばれる1種以上を含有することを特徴とする前記1に記載の石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板用の耐食鋼。
Ca:0.0002〜0.010%
を含有することを特徴とする前記1または2に記載の石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板用の耐食鋼。
Mo:0.01〜0.5%、
Co:0.01〜0.5%および
B:0.0002〜0.0050%
のうちから選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする前記1〜3のいずれかに記載の石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板用の耐食鋼。
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、以下の成分組成を表す%は、特に断らない限り質量%を意味するものとする。
C:0.01〜0.25%
Cは、鋼の強度を上昇させるのに有効な元素であり、本発明では強度を確保するために0.01%以上含有させる。一方、Cを0.25%を超えて含有させると、溶接性および溶接熱影響部靭性を低下させる。よって、C量は0.01〜0.25%の範囲とする。好ましくは0.015〜0.18%の範囲である。
Siは、脱酸剤として添加され、また鋼の強度を高める元素であるので、本発明では0.01%以上含有させる。しかしながら、Siを0.50%を超えて含有させると、鋼の靱性を劣化させるので、Si量の上限は0.50%とする。好ましくは0.05〜0.40%の範囲である。
Mnは、鋼の強度を上げることができるため、0.1%以上含有させる。しかしながら、Mn を2.0%を超えて含有させると、鋼の靱性および溶接性を低下させるため、Mn量の上限は2.0%とする。好ましくは0.5〜1.6%の範囲である。
Pは、鋼の母材靱性のみならず、溶接性および溶接部靱性を低下させる有害な元素であるので、極力低減することが望ましい。特にP量が0.035%を超えると、母材靭性および溶接部靭性の低下が大きくなる。よって、P量は0.035%以下とする。好ましくは0.025%以下である。
Sは、鋼の靭性および溶接性を劣化させる有害な元素であるので、極力低減することが好ましく、本発明では0.035%以下とする。
Alは、脱酸剤として0.003%以上含有させるが、0.10%を超える含有は,溶接部靭性に悪影響を及ぼすので,Al量は0.003〜0.10%の範囲とする。
Cuは、腐食生成物を緻密にし、地鉄中へのH2O、O2、SO4 2-の拡散を抑制する。これにより、鋼の耐食性が向上する。この効果は、Cu量が0.05%以上になると発現するが、0.35%を超えて過剰に含有されると溶接性や母材靭性が低下する。そのため、Cu量は0.05〜0.35%の範囲とする。好ましくは0.10〜0.30%の範囲である。
Niは、Cuと同様、腐食生成物を緻密にし、地鉄中へのH2O、O2、SO4 2-の拡散を抑制する。これにより、鋼の耐食性が向上する。この効果は、Ni量が0.02%以上になると発現するが、0.40%を超えると溶接性や母材靭性が低下する。そのため、Ni量は0.02〜0.40%の範囲とする。好ましくは0.04〜0.30%の範囲である。
Sbは、鋼材に合金元素として0.01%以上を含有させると、低pH環境において地鉄近傍に濃縮する。Sbは大きな水素過電圧を持つため、Sbが析出した部分では水素発生反応が抑制され、耐食性が向上する。また、Cuと金属間化合物であるCu2Sbを形成することで、さらに耐食性が向上する。一方、Sbは0.20%を超えて含有させると靭性を低下させる。よって、Sb量は0.01〜0.2%の範囲とする。好ましくは0.02〜0.15%の範囲である。
Wは、WO4 2-の生成により、地鉄中へのSO4 2-の拡散を抑制すると共に、腐食生成物を緻密にして、地鉄中へのH2O、O2、SO4 2-の拡散を抑制する。これらの効果を得るためには、Wを0.005%以上含有させる必要がある。しかし、Wが0.5%を超えて含有されると効果が飽和するだけでなく、コストも上昇するので、W量は0.005〜0.5%の範囲とする。好ましくは0.02〜0.2%の範囲である。
Nbは、腐食生成物を緻密にして、地鉄中へのH2O、O2、SO4 2-の拡散を抑制する。この効果を得るためにはNbを0.003%以上含有させる必要がある。一方、Nbを0.025%を超えて含有させても効果は飽和する。よって、Nb量は0.003〜0.025%の範囲とする。好ましくは0.005〜0.020%の範囲である。
Crは、低pH環境で加水分解を起こし、耐食性を低下させる元素であるので、極力低減することが好ましいが、0.1%以下であれば許容できる。
Ti:0.001〜0.030%、Zr:0.001〜0.030%、V:0.002〜0.20%
Ti,ZrおよびVはいずれも、鋼の強度を高める元素であり、必要とする強度に応じて選択して含有させることができる。このような効果を得るためには、TiおよびZrは0.001%以上、Vは0.002%以上含有させる必要がある。しかしながら、TiおよびZrはいずれも0.030%を超えて、またVは0.20%を超えて含有させると靱性が低下するため、Ti,ZrおよびVを含有させる場合には、それぞれ、上記の範囲で含有させることとする。
Caは、介在物形態制御の効果があり、鋼の延性および靱性を高めることができる。この効果はCa量が0.0002%以上で発現する。一方、Caを0.010%を超えて含有させると、粗大な介在物を形成し、母材の靱性を劣化させる。そこで、Ca量は0.0002〜0.010%の範囲とする。好ましくは0.0005〜0.005%の範囲である。
Mo,CoおよびBはいずれも、鋼の強度を高める元素であり、必要とする強度に応じて選択して含有させることができる。このような効果は、Mo、Coは0.01%以上で、またBは0.0002%以上で発現する。しかしながら、MoおよびCoはいずれも0.5%を超えて、またBは0.0050%を超えて含有させるとそれぞれ靱性が低下するため、Mo,CoおよびBを含有させる場合には、それぞれ、上記の範囲で含有させることとする。
石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールドの内底板は、荷積みの際における石炭や鉱石との直接的な接触・衝突により、ロンジ間において変形し、前掲図1に示したように、へこみが形成される。内底板にこのようなへこみが形成された場合、石炭・鉱石含有の水分や結露水の蓄積による水溜りが形成される結果、腐食減厚が大きくなる。そのため、石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールドの内底板にはある程度の強度を有した鋼板を適用する必要がある。具体的には、降伏強度:390MPa以上であり、さらに好ましくは降伏強度:460MPa以上である。
ここに、降伏強度が390MPa以上の鋼板は、例えば、以下のようにして製造することができる。
上記した成分組成の溶鋼を、転炉、電気炉等の公知の方法で溶製し、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、溶鋼に、取鍋精錬や真空脱ガス等の処理を付加しても良いことは言うまでもない。熱間圧延においては、強度を確保するために、スラブの加熱温度および熱間圧延時の仕上終了温度および冷却速度を適正化することが好まし。すなわち、結晶粒粗大化防止の観点から、好ましくは1050〜1250℃の温度にスラブを加熱したのち、熱間圧延を開始し、Ar3点以上の温度において熱間圧延を終了して、その後は水冷することにより、ベイナイト主体のミクロ組織とすることができる。ここにベイナイト主体とは、ベイナイト主体の面積率が80%以上を意味する。なお、冷却後、再加熱処理を施してもよい。
表1に示す成分組成になる鋼を、真空溶解炉で溶製または転炉で溶製後、連続鋳造によりスラブとした。ついで、スラブを加熱炉に装入して1130℃に加熱し、圧延終了温度930℃の熱間圧延により、25mm厚の鋼板としたのち、表1のNo.1〜22については800℃から室温まで加速冷却(水冷)する一方、No.23〜30については930℃から空冷した。
これらの鋼板について、母材の引張特性および衝撃特性を調査した。また、溶接部靭性として、入熱量50kJ/cmで作製したFCB溶接継手の熱影響部1mm(ヒュージョンラインから母材側に1mm入った箇所)の熱履歴に相当する再現熱サイクル試験(最高加熱温度1400℃、保持時間1s、800〜500℃の冷却時間40s)を付与し、シャルピー衝撃試験により0℃での吸収エネルギーvE0を測定した。
前記鋼板から、5mmt×50mmW×75mmLの試験片を採取し、その表面をショットブラストして、表面のスケールや油分を除去した。この面を試験面として、塗膜剥離後の鋼材の耐食性を評価した。裏面と端面をシリコン系シールでコーティングした後、アクリル製の治具に嵌め込み、その上に石炭5gを敷き詰め、恒温恒湿器により、雰囲気A(温度60℃、相対湿度95%、20時間)⇔雰囲気B(温度30℃、相対湿度95%、3時間)、遷移時間0.5時間の温度湿度サイクルを84日間与えた。ここで、記号「⇔」は繰り返しを意味している。なお、石炭は5gを秤量し、常温で100mlの蒸留水に2時間浸漬したのち、ろ過を行ない200mlに希釈した石炭浸出液のpHが3.0になるものを用いた。
本実施例では、上記の条件で試験を行うことにより、石炭船および石炭・鉱石兼用船のホールド内の腐食に大きな影響を及ぼす温湿度環境、結露状況を模擬している。試験後、錆剥離液を用い、各試験片の錆を剥離し、鋼材の重量減少量を測定し腐食量とした。また、生じた最大孔食深さをデプスメーターを用いて測定を行った。
表2に機械的特性調査結果および耐食性試験結果を示す。
一方、耐食性については、発明例の重量減、最大孔食深さは、ベース鋼である比較例No.23の70%以下であり、良好な耐食性を示したのに対し、比較例であるNo.24〜No.30の重量減、最大孔食深さはベース鋼No.23の90%以上であり、耐食性として不十分であった。
表1に示した鋼板のうち、発明例No.1および比較例No.23を、実際の石炭船ホールド内底板の一部に適用し、耐食性およびへこみ変形の程度について検証した。
以下にその方法を述べる。
平均板厚減少量については、図3に示す2点(図中×印の点)で板厚計測を行い、2点の平均値とした。
また、最大板厚減少量については、ロンジ間中央付近で3回板厚を計測し、測定された最大値とした。なお、板厚減少量は、次式から求めた。
板厚減少量(mm)=図面初期板厚(mm)−計測板厚(mm)
さらに、最大へこみ深さについては、図3に示すように、ロンジ間に角柱を置いて基準面とし、最もへこんだ部位との距離をメジャーで計測して求めた。
表3に、平均板厚減少量、最大板厚減少量および最大へこみ深さについての調査結果を示す。
本発明例において、平均板厚減少量よりも最大板厚減少量を大きく低減できたのは、へこみ変形が抑制され、水溜りの形成による減厚の促進が抑制されたためと考えられる。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.01〜0.25%、
Si:0.01〜0.50%、
Mn:0.1〜2.0%、
P:0.035%以下、
S:0.035%以下、
Al:0.003〜0.10%、
Cu:0.05〜0.35%、
Ni:0.02〜0.40%、
Sb:0.01〜0.2%、
W:0.005〜0.5%、
Ti:0.001〜0.030%、
Nb:0.003〜0.025%および
Cr:0.1%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、かつ降伏強度が460MPa以上であることを特徴とする石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板用の耐食鋼。 - 前記鋼が、質量%で、さらに
Zr:0.001〜0.030%および
V:0.002〜0.20%
のうちから選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板用の耐食鋼。 - 前記鋼が、質量%で、さらに
Ca:0.0002〜0.010%
を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板用の耐食鋼。 - 前記鋼が、質量%で、さらに
Mo:0.01〜0.5%、
Co:0.01〜0.5%および
B:0.0002〜0.0050%
のうちから選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の石炭船および石炭・鉱石兼用船ホールド内底板用の耐食鋼。
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