JP6919728B2 - 係留チェーン用鋼および係留チェーン - Google Patents

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Description

本発明は、係留チェーン用鋼および係留チェーンに関する。
係留チェーンは、海水環境に曝されるため腐食が激しく、長期間使用の際には腐食が問題となる場合がある。ドックでの点検時に係留チェーンの径が計測されるが、元の径に対して１２％以上減少している場合には、新たなチェーンに切り替えをしなければならないという基準が船級規則により定められている。
一般的には、船舶の寿命が２０年程度であるのに対して、係留チェーンの寿命は１５年程度である。このため、現状、船を廃船にするまでに、係留チェーンの交換を１度は行なう必要がある。このような状況から、係留チェーンに用いられる金属材料には、耐食性向上による寿命延長が望まれている。
特開昭６１−２１０１５３号公報
船舶の係留チェーンは、従来、ＪＩＳ Ｇ ３１０５：２００４に規定されているＳＢＣ３００、ＳＢＣ４９０、ＳＢＣ６９０といった産業用鋼材が用いられている。また、これら鋼材に加え、例えば、希土類等を任意元素として添加することで、材料特性を向上させた鋼材についても用いられる場合がある（特許文献１参照）。
しかしながら、これら鋼材では、上述のように船舶の寿命に対して係留チェーンの耐久年数が短く、所望する耐食性が十分得られていないという問題がある。
本発明は、上記の問題を解決し、耐食性に優れた係留チェーン用鋼および係留チェーンを提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の係留チェーン用鋼および係留チェーンを要旨とする。
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．４５％、
Ｓｉ：０．６％以下、
Ｍｎ：１．００〜２．５０％、
Ｐ：０．１％以下、
Ｓ：０．０５％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
Ｓｎ：０．０１〜０．５％、
Ｃｒ：０．１％以下、
Ｃｕ：０．１％以下、
Ｎｉ：０〜５．０％、
Ｓｂ：０〜０．５％、
Ｍｏ：０〜１．０％、
Ｗ：０〜１．０％、
Ｖ：０〜１．０％、
Ｃａ：０〜０．０１％、
Ｍｇ：０〜０．０１％、
ＲＥＭ：０〜０．０１％、
Ｎｂ：０〜０．１％、
Ｔｉ：０〜０．１％、
Ｂ：０〜０．０１％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記式（ｉ）および（ii）を満足する、係留チェーン用鋼。
１−３．２６Ｓｎ＋０．２５Ｃｒ≦０．８０・・・（ｉ）
Ｓｎ／Ｃｕ≧１．０・・・（ii）
但し、上記式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
（２）前記化学組成が、質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜５．０％、
Ｓｂ：０．０１〜０．５％、
Ｍｏ：０．０１〜１．０％、
Ｗ：０．０１〜１．０％、
Ｖ：０．０１〜１．０％、
Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、および
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０１％、
から選択される１種以上を含有する、
上記（１）に記載の係留チェーン用鋼。
（３）前記化学組成が、質量％で、
Ｎｂ：０．００１〜０．１％、
Ｔｉ：０．００１〜０．１％、および
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
から選択される１種以上を含有する、
上記（１）または（２）に記載の係留チェーン用鋼。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の鋼を用いた係留チェーン。
（５）表面に防食被覆層を備えた上記（４）に記載の係留チェーン。
本発明によれば、優れた耐食性を有する係留チェーン用鋼および係留チェーンを得ることができる。
本発明者は、係留チェーンに用いられる鋼材の耐久年数が船舶寿命に比べて短く、所望する耐食性を得られない要因について検討を行なった。
鋼材の耐食性能は、その鋼材が使用される腐食環境により大きく変化する。すなわち、特定の腐食環境において耐食性に優れていると評価される鋼材であっても、異なる腐食環境においては耐食性を発揮することができない場合がある。このため、本発明者は、まず係留チェーンの使用環境について調査を行なった。
係留チェーンは、港湾沖での係留時には海水に浸かり、船舶の航行時にはチェーンロッカーと呼ばれる格納庫に保管される。このため、係留チェーンは、そのほとんどの時間を、チェーンロッカー内で保管された状態となる。
そこで、本発明者は、航行時におけるチェーンロッカー内の温度および湿度の変動を詳細に測定した。その結果、チェーンロッカー内では、湿度の高い状態と比較的湿度の低い状態とが繰り返されながらも、相対湿度が５０％ＲＨ程度を下回ることがないことが明らかになった。
ところで、海水の主成分として一般的なものは塩化ナトリウムであるが、これ以外にも塩化マグネシウム等の塩化物が含まれている。特に、塩化マグネシウムは潮解作用が強く、例えば、相対湿度が３０％ＲＨ程度以上であれば、大気中の水分を容易に取り込む。
すなわち、係留チェーンに付着した塩化マグネシウム等が大気中の水分を取り込むため、わずかに湿った状態が維持され、チェーンの表面には、常時、薄い水膜（以下の説明において、「薄膜水」ともいう。）が形成される。また、表面に形成した薄膜水内では、海水中に含まれる塩化物が濃化する。そして、塩化物が濃化した環境において、鋼材が腐食すると、腐食により鉄が溶出した箇所で鉄イオンの加水分解反応が生じる。その結果、鋼材表面のｐＨが低下する。このように、係留チェーンの使用環境は、極めて厳しい特殊な腐食環境であることが明らかになった。
係留チェーンに用いられる鋼材は、上述の特殊な腐食環境において、耐食性を発揮する必要がある。そのため、係留チェーンに用いられる鋼材を設計する上で、上述の腐食環境を再現し、耐食性の評価を行なう必要がある。以上の観点より、本発明者は、係留チェーン用鋼の腐食試験方法（特願２０１７−２４０４１３参照。）を開発した。そして、上記腐食試験方法により、鋼材の耐食性を評価することで、係留チェーン用鋼に良好な耐食性を具備させるに至った。
また、係留チェーンは、碇を投錨または脱錨する際に、海底面に存在する砂等と擦れることで摩耗する。加えて、チェーンロッカー内での保管時においても、一本の係留チェーンにおいて、互いに擦れ合う部分が生じ、摩耗する。このように、係留チェーンは、摩耗しやすいことから、良好な耐摩耗性をも有することが望ましい。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
１．化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．１５〜０．４５％
Ｃは、強度および耐摩耗性を確保するために必要な元素である。係留チェーンとしての強度および耐摩耗性を確保するために、Ｃ含有量は０．１５％以上とする。しかしながら、Ｃ含有量が０．４５％を超えると、母材および溶接熱影響部の靭性が著しく低下する。このため、Ｃ含有量は０．４５％以下とする。Ｃ含有量は０．１７％以上であるのが好ましく、０．２０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃ含有量は０．４２％以下であるのが好ましく、０．４０％以下であるのがより好ましい。
Ｓｉ：０．６％以下
Ｓｉは、脱酸のために必要な元素であるが、０．６％を超えて含有させると溶接熱影響部の靭性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は０．６％以下とする。なお、靭性の観点からＳｉ含有量はより低いほうが望ましい。この場合、Ｓｉ含有量は０．５５％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。一方、Ｓｉ含有量を過度に低減すると、脱酸の効果が十分に得られなくなる。また、Ｓｉは、耐摩耗性の向上に寄与する元素である。このため、Ｓｉ含有量は０．０１％以上であるのが好ましい。
Ｍｎ：１．００〜２．５０％
Ｍｎは、強度および耐摩耗性を確保するために必要な元素である。必要な強度および耐摩耗性を確保するために、Ｍｎ含有量は１．００％以上とする。しかしながら、Ｍｎを、２．５０％を超えて含有させると、靭性が著しく低下する。このため、Ｍｎ含有量は２．５０％以下とする。Ｍｎ含有量は、１．１０％以上であるのが好ましく、１．１５％以上であるのがより好ましく、１．２０％以上であるのがさらに好ましい。Ｍｎ含有量は、１．２５％以上であるのが一層好ましく、１．３０％以上であるのがより一層好ましい。また、Ｍｎ含有量は２．４０％以下であるのが好ましく、２．３０％以下であるのがより好ましい。
Ｐ：０．１％以下
Ｐは不純物として粒界に偏析し、靭性を低下させる元素である。そして、Ｐ含有量が０．１％を超えると靭性が著しく低下する。このため、Ｐ含有量は０．１％以下とする。Ｐ含有量は少なければ少ないほど好ましい。Ｐ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。
Ｓ：０．０５％以下
Ｓは不純物として鋼中に存在し、ＭｎＳを形成する。このＭｎＳは腐食の起点となり、耐食性を低下させる。このため、Ｓ含有量は０．０５％以下とする。Ｓ含有量は少なければ少ないほど好ましい。Ｓ含有量は０．０４５％以下であるのが好ましく、０．０４％以下であるのがより好ましい。
Ａｌ：０．１％以下
Ａｌは脱酸剤として必要な元素であり、含有させることで脱酸効果が得られる。また、ＡｌはＮと結合し、ＡｌＮを形成することで、結晶粒を微細化させる。しかしながら、Ａｌを、０．１％を超えて含有させると靭性の低下を招く。このため、Ａｌ含有量は０．１％以下とする。なお、Ａｌ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を安定して得るために、Ａｌ含有量は０．００５％以上であるのが好ましい。
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、Ａｌと結合しＡｌＮを形成することにより、結晶粒を微細化させる効果がある。しかしながら、Ｎ含有量が０．０１％を超えると靭性が低下する。このため、Ｎ含有量は０．０１％以下とする。Ｎ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎ含有量は０．００１％以上であるのが好ましい。
Ｓｎ：０．０１〜０．５％
Ｓｎは、薄膜水が形成することで塩化物が濃化し、腐食界面のｐＨが低下する環境においてイオンとして溶出し、インヒビター作用により鋼の溶解反応を著しく抑制する。この結果、Ｓｎは耐食性を向上させる効果を有する。また、Ｓｎは、耐摩耗性を向上させる効果も有する。このため、Ｓｎ含有量を０．０１％以上とする。しかしながら、Ｓｎを、０．５％を超えて含有させると靭性が著しく低下する。このため、Ｓｎ含有量は０．５％以下とする。Ｓｎ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。また、Ｓｎ含有量は０．４％以下であるのが好ましい。
Ｃｒ：０．１％以下
Ｃｒは、鋼材のコスト上昇を抑えつつ強度を高める作用を有するが、塩化物が濃化する薄膜水形成環境において耐食性を著しく低下させる。このため、Ｃｒ含有量は０．１％以下とする。Ｃｒ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０６％以下であるのがより好ましい。
Ｃｕ：０．１％以下
Ｃｕは不純物として含有される元素である。Ｃｕ含有量が０．１％を超えると熱間延性が著しく低下し製造時に表面割れを生じる。このため、Ｃｕ含有量は０．１％以下とし、０．０５％以下であるのが好ましい。なお、Ｃｕ含有量は少なければ少ないほどよいが、Ｃｕの過度な低減は製造コストを増加させるため、Ｃｕ含有量は０．００１％以上であるのが好ましい。
本発明に係る係留チェーン用鋼は、上記成分に加え、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭから選択される１種以上の元素を含有させてもよい。
Ｎｉ：０〜５．０％
Ｎｉは薄膜水形成環境での鋼の溶出を著しく抑制し、耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｉ含有量が５．０％を超えると効果が飽和するばかりでなく、鋼材のコストが上昇する。このため、Ｎｉ含有量は５．０％以下とする。Ｎｉ含有量は４．５％以下であるのが好ましく、４．０％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎｉ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましく、０．１％以上であるのがさらに好ましい。
Ｓｂ：０〜０．５％
Ｓｂは、薄膜水形成環境において鋼の溶出を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｂを、０．５％を超えて含有させると靭性が著しく低下する。このため、Ｓｂ含有量は０．５％以下とする。Ｓｂ含有量は０．４％以下であるのが好ましく、０．３％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｂ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｍｏ：０〜１．０％
Ｍｏは、強度および耐摩耗性を高める作用を有する。また、Ｍｏは腐食環境において溶出したＭｏがモリブデン酸イオンを形成し、インヒビター作用により鋼の溶出を抑制する作用を有する。この結果、Ｍｏは耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。
しかしながら、Ｍｏ含有量が１．０％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性が著しく低下する。このため、Ｍｏ含有量は１．０％以下とする。Ｍｏ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｍｏ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｗ：０〜１．０％
ＷもＭｏと同様の作用を有する。腐食環境において溶出したＷがタングステン酸イオンを形成することで鋼の溶出を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。
しかしながら、Ｗ含有量が１．０％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性が低下する。このため、Ｗ含有量は１．０％以下とする。Ｗ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｗ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｖ：０〜１．０％
ＶもＭｏと同様の作用を有する。腐食環境において溶出したＶがバナジン酸イオンを形成することにより鋼の溶出を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。
しかしながら、Ｖ含有量が１．０％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性が低下する。このため、Ｖ含有量は１．０％以下とする。Ｖ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｖ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｃａ：０〜０．０１％
Ｃａは、イオンとして溶出し、ｐＨの低下が生じた腐食界面においてｐＨを上昇させる。この結果、腐食が抑制されるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃａ含有量が０．０１％を超えると、効果が飽和するだけでなく靭性が低下する。このため、Ｃａ含有量は０．０１％以下とする。Ｃａ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃａ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｍｇ：０〜０．０１％
Ｍｇは、Ｃａと同様、腐食界面のｐＨを上昇させることで腐食を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．０１％を超えると効果が飽和するだけでなく靭性も低下する。このため、Ｍｇ含有量は０．０１％以下とする。Ｍｇ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
ＲＥＭ：０〜０．０１％
ＲＥＭは、ＣａおよびＭｇと同様、腐食界面のｐＨを上昇させることで腐食を抑制する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭ含有量が０．０１％を超えると、効果が飽和するだけでなく靭性も低下する。このため、ＲＥＭ含有量は０．０１％以下とする。ＲＥＭ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。
一方、上記効果を得るためには、ＲＥＭ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
ここで、本発明において、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素を指し、前記ＲＥＭ含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加される。
また、本発明に係る係留チェーン用鋼には、上記成分のほかに、さらにＮｂ、Ｔｉ、Ｂから選択される１種以上の元素を含有させてもよい。
Ｎｂ：０〜０．１％
Ｎｂは、強度を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．１％を超えると靭性が低下する。このため、Ｎｂ含有量は０．１％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００３％以上であるのがより好ましく、０．００５％以上であるのがさらに好ましい。
Ｔｉ：０〜０．１％
Ｔｉは、Ｎと結合してＴｉＮを形成することにより溶接熱影響部の靭性を向上させる。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．１％を超えると効果が飽和する。このため、Ｔｉ含有量は０．１％以下とする。Ｔｉ含有量は０．０８％以下であるのが好ましく、０．０５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｔｉ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００５％以上であるのがより好ましく、０．０１％以上であるのがさらに好ましい。
Ｂ：０〜０．０１％
Ｂは、強度を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂ含有量が０．０１％を超えると靭性が低下する。このため、Ｂ含有量は０．０１％以下とする。Ｂ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｂ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００３％以上であるのがより好ましく、０．０００５％以上であるのがさらに好ましい。
本発明の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
上述のように、本発明では耐食性を担保する上で、Ｓｎの含有量を適切に制御する必要がある。また、本発明においては、薄膜水が形成した状態において耐食性を低下させるＣｒについても、その含有量を適切に制御する必要がある。本発明の成分系においては、これら元素の相互作用も鑑み、下記式（ｉ）を満足する必要がある。
１−３．２６Ｓｎ＋０．２５Ｃｒ≦０．８０・・・（ｉ）
上記の式（ｉ）は本発明の鋼の耐食性能を表すものであり、式（ｉ）を満足する場合、つまり式（ｉ）左辺値が０．８０以下である場合、係留チェーン用鋼として十分な耐食性を確保できる。このため、式（ｉ）左辺値を０．８０以下とする。さらに、良好な耐食性を確保するためには、式（ｉ）左辺値は、０．７７以下とするのが好ましく、０．７５以下とするのがより好ましい。式（ｉ）左辺値は、０．７３以下とするのがさらに好ましく、０．７１以下とするのが一層好ましく、０．７０以下とするのがより一層好ましい。一方、式（ｉ）を満足しない場合は耐食性が十分でなく、係留チェーンとして長期の使用が困難である。
また、本発明は、製造性の観点から下記式（ii）を満足する必要がある。
Ｓｎ／Ｃｕ≧１．０・・・（ii）
式（ii）は本発明の鋼の製造性を表すものであり、式（ii）を満足する場合、係留チェーン用鋼として問題なく製造できる。一方、式（ii）を満足しない場合は鋳造または圧延時に脆化により表面割れなどが生じるため、製造が困難となる。
但し、上記式（ｉ）、（ii）中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
なお、本発明では、鋼を係留チェーンの形状に成形した後、表面に防食被覆（皮膜）を施してもよい。すなわち、係留チェーンの表面に防食被覆層が形成することになる。防食被覆層としては、その種類は限定されず、一般的なものを用いればよい。具体的には、Ｚｎめっき、Ａｌめっき、Ｚｎ−Ａｌめっき等に例示される防食めっき皮膜、Ｚｎ溶射、Ａｌ溶射等に例示される金属溶射皮膜、ビニルブチラール系、エポキシ系、ウレタン系、フタル酸系、ふっ素系、油性塗料、瀝青質系等に例示される一般の防食塗装皮膜等が挙げられる。
２．特性評価について
２−１．耐食性について
本発明においては、耐食性および耐摩耗性の特性について評価する。耐食性は、以下に記載の腐食試験を用いて評価する。具体的には、係留チェーンの実際の腐食環境を模擬し、腐食試験では、海水浸漬工程と乾燥湿潤工程とからなる処理を１サイクルとして、８サイクル（約８週間）実施する。
海水浸漬工程では、試験片を１週間（７日）に１度、３５℃の人工海水に１５分浸漬させる。試験に用いた人工海水の組成は、ＮａＣｌ：２．４５％、ＭｇＣｌ２：１．１１％、Ｎａ２ＳＯ４：０．４１％、ＣａＣｌ２：０．１５％、ＫＣｌ：０．０７％、ＮａＨＣＯ３：０．０２％、ＫＢｒ：０．０１％である。なお、上記の人工海水の組成の％は、質量％を示している。
また、乾燥湿潤工程では、チェーンロッカー内において、比較的湿度の低い状態を模擬した乾燥工程と比較的湿度の高い状態を模擬した湿潤工程との二つの工程を実施する。乾燥工程では、温度が６０℃、相対湿度が６５％ＲＨの環境で４時間保持し、湿潤工程では、温度が６０℃、相対湿度が９０％ＲＨの環境で４時間保持する。
海水浸漬工程の後、次の海水浸漬工程に至るまでの間、乾燥工程と湿潤工程とを交互に繰り返す処理を行なった。この場合、乾燥工程と湿潤工程とを行なう工程を１回とすると、１日の間で上記処理が３回行なわれることとなる。
上記の腐食試験の後、ノギスで試験片の径の減少量を測定する。試験片の測定は、たとえば試験片長さが１００ｍｍの場合は、上端および下端から３０ｍｍの位置と、中央部すなわち上端から５０ｍｍの位置で測定を行う。加えて、上述の位置それぞれにおいて、その位置から直交する位置の径の大きさについても同様に測定を行う。つまり、一つの試料において６箇所の位置で径の大きさを測定し、その平均値から腐食試験後に径の大きさを算出する。続いて、元の径の大きさと腐食試験後の径の大きさとの差を径の減少量（ｍｍ）とする。なお、本発明においては、径の減少量が０．９ｍｍ以下である場合に、係留チェーンとして十分な耐食性を有すると判断する。
２−２．耐摩耗性について
チェーン同士の擦れ等に起因して摩耗が生じる点からも明らかなように、摩耗は鋼材の表面で生じる。このため、本発明では、耐摩耗性の評価のため、指標の一つとして表層の硬さ（以下、単に「表層硬さ」と記載する。）を用いて評価する。なお、表層硬さを算出するための硬さ試験の条件は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９に準拠して行い、試験力は９．８Ｎ（１ｋｇｆ）とする。
硬さの測定位置は、棒鋼の場合、鋼材の表面から、径の中心方向に、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍの位置の各位置において、３点のビッカース硬さ、すなわち、合計１８点のビッカース硬さを測定し、すべての測定点の平均値を表層硬さとする。そして、表層硬さが２００超である場合を、耐摩耗性が良好であると判断する。
３．製造方法
上記の化学組成を有する鋼塊を連続鋳造法により製造する。鋼塊は、造塊法によりインゴットにしてもよい（ＪＩＳ Ｇ ０２０３：２００９参照。）。続いて、得られた鋼塊を８００〜１２５０℃の範囲で均熱、熱間圧延（熱間棒鋼圧延）を施し、棒鋼とする。本発明では棒鋼の径は特に限定されないが、例えば、５０〜１２０ｍｍの範囲とする。また、熱間圧延のうちの仕上げ圧延は、８００℃以上で行なう。続いて、得られた棒鋼を室温まで、空冷または放冷により冷却する。
なお、本発明では、上記の冷却後、熱処理を行なってもよい。さらに、熱処理後、ショットブラスト等の表面処理を施してもよい。そして、上記のようにして製造した棒鋼を素材として、６００〜１１００℃で加熱後に曲げ加工し、フラッシュバット溶接にて接合し接合部のバリ取りを行い、リンクを製造する。この工程を繰り返し、所定の長さのチェーンとする。なお、必要に応じスタッドを溶接により取り付けることができる。その後、焼入れ、焼戻しを行なう。焼入れ処理の温度は８００〜１１００℃、時間は１０分以上とし、その後水冷により冷却する。焼戻し処理の温度は４５０〜７５０℃、時間は１０分以上とし、その後水冷により冷却する。これらの工程によって所望の形状を有する係留用チェーンを製造する。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１に示す化学組成を有する鋼を溶製後、連続鋳造して得た鋼塊を分塊圧延して鋼片とした。次いで、その鋼片を熱間圧延（熱間棒鋼圧延）に供した。熱間圧延においては、鋼片の均熱温度を１２５０℃とし、素材を直径２５ｍｍまで１０５０℃以上で圧延し、室温まで空冷した。
続いて、得られた棒鋼に熱処理を実施した。熱処理では、９００℃、１５分の焼入れ処理、および水冷を行ない、その後６３８℃、２０分の焼戻し処理、および水冷を行なった。前述の熱処理後、直径２０ｍｍ×１００ｍｍの試験片を採取し、試験片の表面にショットブラストを施した。
（表面割れ評価）
上記の試験片について、まず、表面の観察を目視で行い、表面割れの有無を評価した。その後、試験片を下記に記載の腐食試験に供した。
（腐食試験）
耐食性を評価するための腐食試験においては、係留チェーンの実際の腐食環境を模擬できるよう、特願２０１７−２４０４１３に記載された方法に準拠し、試験を行なった。具体的には、腐食試験では、海水浸漬工程と乾燥湿潤工程とからなる処理を１サイクルとして、８サイクル（約８週間）実施した。
海水浸漬工程では、試験片を１週間（７日）に１度、３５℃の人工海水に１５分浸漬させた。試験に用いた人工海水の組成は、ＮａＣｌ：２．４５％、ＭｇＣｌ２：１．１１％、Ｎａ２ＳＯ４：０．４１％、ＣａＣｌ２：０．１５％、ＫＣｌ：０．０７％、ＮａＨＣＯ３：０．０２％、ＫＢｒ：０．０１％であった。なお、上記の人工海水の組成の％は、質量％を示している。
また、乾燥湿潤工程では、チェーンロッカー内において、比較的湿度の低い状態を模擬した乾燥工程と比較的湿度の高い状態を模擬した湿潤工程との二つの工程を実施した。乾燥工程では、温度が６０℃、相対湿度が６５％ＲＨの環境で４時間保持し、湿潤工程では、温度が６０℃、相対湿度が９０％ＲＨの環境で４時間保持した。
海水浸漬工程の後、次の海水浸漬工程に至るまでの間、乾燥工程と湿潤工程とを交互に繰り返す処理を行なった。この場合、乾燥工程と湿潤工程とを行なう工程を１回とすると、１日の間で上記処理が３回行なわれることとなる。
上記の腐食試験の後、ノギスで試験片の径の減少量を測定した。試験片の測定は、上端および下端から３０ｍｍの位置と、中央部すなわち上端から５０ｍｍの位置で測定を行なった。加えて、上述の位置それぞれにおいて、その位置から直交する位置の径の大きさについても同様に測定を行なった。つまり、一つの試料において６箇所の位置で径の大きさを測定し、その平均値から腐食試験後に径の大きさを算出した。続いて、元の径の大きさと腐食試験後の径の大きさとの差を径の減少量（ｍｍ）とした。なお、本発明においては、径の減少量が０．９ｍｍ以下である場合に、係留チェーンとして十分な耐食性を有すると判断した。
（硬さ試験）
耐摩耗性を評価するための表層硬さを測定した。表層硬さを算出するための硬さ試験の条件はＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９に準拠して行い、試験力は９．８Ｎ（１ｋｇｆ）とした。硬さの測定位置は、棒鋼の場合、鋼材の表面から、径の中心方向に、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍの位置の各位置において、３点のビッカース硬さ、すなわち、合計１８点のビッカース硬さを測定し、すべての測定点の平均値を表層硬さとした。そして、表層硬さが２００超である場合を、耐摩耗性が良好であると判断した。
上記の試験結果を表１に示す。
Figure 0006919728
表１に示すように、試験Ｎｏ．１〜１８は、本発明で規定する組成を満足し、かつ式（ｉ）および式（ii）を満足するため、耐食性が良好であり、表面割れも発生しなかった。また、耐摩耗性も良好であった。一方、試験Ｎｏ．１９および２２は、式（ｉ）を満足しないため、耐食性が劣る結果となった。また、試験Ｎｏ．２０は式（ii）を満足しないため、表面割れが発生した。試験Ｎｏ．２１は、Ｍｎ含有量が本発明の規定範囲を下回るため、耐摩耗性が劣る結果となった。

Claims (5)

  1. 化学組成が、質量％で、
    Ｃ：０．１５〜０．４５％、
    Ｓｉ：０．６％以下、
    Ｍｎ：１．００〜２．５０％、
    Ｐ：０．１％以下、
    Ｓ：０．０５％以下、
    Ａｌ：０．１％以下、
    Ｎ：０．０１％以下、
    Ｓｎ：０．０１〜０．５％、
    Ｃｒ：０．１％以下、
    Ｃｕ：０．１％以下、
    Ｎｉ：０〜５．０％、
    Ｓｂ：０〜０．５％、
    Ｍｏ：０〜１．０％、
    Ｗ：０〜１．０％、
    Ｖ：０〜１．０％、
    Ｃａ：０〜０．０１％、
    Ｍｇ：０〜０．０１％、
    ＲＥＭ：０〜０．０１％、
    Ｎｂ：０〜０．１％、
    Ｔｉ：０〜０．１％、
    Ｂ：０〜０．０１％、
    残部：Ｆｅおよび不純物であり、
    下記式（ｉ）および（ii）を満足する、係留チェーン用鋼。
    １−３．２６Ｓｎ＋０．２５Ｃｒ≦０．８０・・・（ｉ）
    Ｓｎ／Ｃｕ≧１．０・・・（ii）
    但し、上記式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
  2. 前記化学組成が、質量％で、
    Ｎｉ：０．０１〜５．０％、
    Ｓｂ：０．０１〜０．５％、
    Ｍｏ：０．０１〜１．０％、
    Ｗ：０．０１〜１．０％、
    Ｖ：０．０１〜１．０％、
    Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、
    Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、および
    ＲＥＭ：０．０００１〜０．０１％、
    から選択される１種以上を含有する、
    請求項１に記載の係留チェーン用鋼。
  3. 前記化学組成が、質量％で、
    Ｎｂ：０．００１〜０．１％、
    Ｔｉ：０．００１〜０．１％、および
    Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
    から選択される１種以上を含有する、
    請求項１または２に記載の係留チェーン用鋼。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載の鋼を用いた係留チェーン。
  5. 表面に防食被覆層を備えた請求項４に記載の係留チェーン。

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