JP7044089B2 - Structural steel materials with excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability and their manufacturing methods - Google Patents

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Description

本発明は、疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材およびその製造方法に関するものである。
本発明は、構造安全性が強く求められる溶接構造物などへ適用される構造用鋼材に関し、主に橋梁などの陸上かつ屋外の大気腐食環境下で用いられ、特に飛来塩分量の多い海上、海岸などの厳しい腐食環境下で使用される構造用鋼材に用いて好適なものである。
The present invention relates to a structural steel material having excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability, and a method for producing the same.
The present invention relates to structural steel materials applied to welded structures and the like where structural safety is strongly required, and is mainly used in a land-based and outdoor air-corrosion environment such as a bridge. It is suitable for use in structural steel materials used in severe corrosive environments such as.

橋梁などの屋外で用いられる鋼構造物は、通常、何らかの防食処理を施して用いられる。例えば、飛来塩分量が少ない環境では、耐候性鋼が多く用いられている。
ここで、耐候性鋼は、大気暴露環境で使用する場合に、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で表面が覆われ、これによって、腐食速度を大きく低下させた鋼材である。このような耐候性鋼を使用した橋梁は、飛来塩分量が少ない環境では、無塗装のまま数十年間の供用に耐え得ることが知られている。
Steel structures used outdoors, such as bridges, are usually used with some anticorrosion treatment. For example, weathering steel is often used in an environment where the amount of flying salt is low.
Here, the weathering steel is covered with a highly protective rust layer enriched with alloying elements such as Cu, P, Cr, and Ni when used in an air-exposed environment, thereby reducing the corrosion rate. It is a steel material that has been greatly reduced. It is known that a bridge using such weathering steel can withstand several decades of service without painting in an environment where the amount of flying salt is low.

一方、海上や海岸近傍などの飛来塩分量の多い環境では、耐候性鋼において保護性の高いさび層が形成され難く、耐候性鋼を無塗装のまま使用することは困難である。このため、海上や海岸近傍などの飛来塩分量の多い環境では、表面に塗装などの防食処理を施した鋼材が一般的に用いられている。 On the other hand, in an environment with a large amount of flying salt such as at sea or near the coast, it is difficult to form a highly protective rust layer in the weathering steel, and it is difficult to use the weathering steel without painting. For this reason, in an environment with a large amount of flying salt such as on the sea or near the coast, a steel material having an anticorrosion treatment such as painting on the surface is generally used.

しかしながら、塗装鋼材では、時間の経過による塗膜の劣化やさびの発生、塗膜の膨れ等により、定期的な塗り替えなどの補修が必要となる。塗り替えに伴う塗装作業は、高所での作業となることが多く、作業自体が困難であるだけでなく、作業にかかる人件費も多大となる。そのため、塗装鋼材を使用する場合には、構造物のメンテナンスコストが増大し、ひいてはライフサイクルコストが増大するという問題があった。 However, with coated steel materials, repairs such as periodic repainting are required due to deterioration of the coating film over time, rusting, swelling of the coating film, and the like. The painting work associated with repainting is often done at a high place, which is not only difficult but also requires a large amount of labor costs. Therefore, when the coated steel material is used, there is a problem that the maintenance cost of the structure increases and the life cycle cost increases.

このため、塗り替え塗装の周期を延長することによって、塗装頻度を低減し、構造物のメンテナンスコストを抑制可能な耐食性に優れた鋼材、特には塗装耐久性に優れた構造用鋼材の開発が望まれている。 Therefore, it is desired to develop a steel material having excellent corrosion resistance, which can reduce the frequency of painting and suppress the maintenance cost of the structure by extending the cycle of repainting, especially a structural steel material having excellent coating durability. ing.

また、このような構造用の部材として用いられる材料には、その用途によって種々の機械的特性が求められる。例えば、近年では、大型の構造物が増加していることから高強度の材料が求められることが多くなっている。さらに、構造用部材に用いられる鋼材は、常時稼働における繰返し荷重や風、地震等による震動に起因する繰返しに対して構造物の構造安全性を確保しなければならない。繰返し荷重は疲労破壊をもたらすため、上記用途に用いられる構造用鋼に対しては耐疲労特性に優れていることが要求される。 Further, the material used as a member for such a structure is required to have various mechanical properties depending on its use. For example, in recent years, as the number of large structures has increased, high-strength materials are often required. Further, the steel material used for the structural member must ensure the structural safety of the structure against repeated loads caused by repeated loads during constant operation, wind, and vibrations caused by earthquakes and the like. Since repeated loading causes fatigue fracture, it is required that the structural steel used for the above application has excellent fatigue resistance.

一般的に、疲労き裂は、溶接部位の止端やルートあるいはスカラップなどの応力集中部から発生し、それが鋼材へと進展して、部材の終局的な破断へと至る。疲労き裂の発生に対しては、応力集中を低減することが重要であり、そのような手法としては溶接止端形状の改善(付加溶接、ピーニング処理など)が効果的であることが知られている。
しかし、数百あるいは数千の溶接部にそのような処理を工業的な規模で実施することは施工時間やコストの観点から非現実的である。そのため、新設された溶接構造物は定期的に検査が行われ、疲労き裂が検出された際には、補修を繰り返して構造安全性を保持していくことが行われるが、このような検査や補修の手間、コストは莫大である。
In general, fatigue cracks occur from stress-concentrated parts such as toes and roots or scallops in welds, which propagate to steel and lead to eventual fracture of the member. It is important to reduce stress concentration for the occurrence of fatigue cracks, and it is known that improvement of weld toe shape (additional welding, peening treatment, etc.) is effective as such a method. ing.
However, it is impractical to carry out such treatment on hundreds or thousands of welds on an industrial scale in terms of construction time and cost. Therefore, the newly constructed welded structure is inspected regularly, and when fatigue cracks are detected, repairs are repeated to maintain structural safety. Such inspections are carried out. The labor and cost of repairs are enormous.

そこで、疲労き裂が発生したとしてもそれが部材の破壊をもたらさぬように鋼材自身に疲労き裂伝播を遅延させる効果を持たせることが、検査や補修の観点からも極めて重要と考えられる。 Therefore, it is considered extremely important from the viewpoint of inspection and repair to give the steel material itself the effect of delaying the propagation of fatigue cracks so that even if fatigue cracks occur, they do not cause fracture of the members.

耐食性や疲労き裂伝播特性に優れた鋼材として、例えば、特許文献1には、質量%で、Pを0.15~0.30%、Crを2.0%超え3.0%未満含有させた高耐候性鋼材が開示されている。
特許文献2には、質量%で、Pを0.03~0.15%、Cuを0.2~0.5%含有させた超塗装耐久性鋼材が開示されている。
特許文献3には、質量%で、Cuを0.05~3.0%、Niを0.05~6.0%、Tiを0.01~1.0%含有させた耐久性に優れた塗装鋼材が開示されている。
特許文献4には、質量%で、Cuを0.05~3.0%、Niを0.05~6.0%、Tiを0.025~0.15%含有させた塗膜耐久性に優れた塗装用鋼材が開示されている。
特許文献5には、質量%で、Cuを0.30~1.00%、Niを1.0~5.5%含有させた高溶接性高耐候性鋼が開示されている。
特許文献6には、質量%で、Cuを0.05~1.0%、Niを0.01~0.5%、Snおよび/またはSbを0.03~0.50%含有させた海浜耐候性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献7には、質量%で、Snを0.03~0.50%含有させた耐食性およびZ方向の靱性に優れた鋼材の製造方法が開示されている。
特許文献8には、質量%で、Snを0.15~0.5%含有させた、塩化物を含む乾湿繰り返し環境下で用いられる耐食性に優れた鋼材が開示されている。
特許文献9には、質量%で、Snを0.01~0.5%含有させた、耐食性に優れた鋼材が開示されている。
As a steel material having excellent corrosion resistance and fatigue crack propagation characteristics, for example, Patent Document 1 contains 0.15 to 0.30% of P and 2.0% or more and less than 3.0% of Cr in mass%. Highly weathering steel materials are disclosed.
Patent Document 2 discloses a super-coating durable steel material containing 0.03 to 0.15% of P and 0.2 to 0.5% of Cu in mass%.
Patent Document 3 has excellent durability in which Cu is contained in an amount of 0.05 to 3.0%, Ni is contained in an amount of 0.05 to 6.0%, and Ti is contained in an amount of 0.01 to 1.0% by mass. Painted steel materials are disclosed.
Patent Document 4 describes the durability of a coating film containing 0.05 to 3.0% of Cu, 0.05 to 6.0% of Ni, and 0.025 to 0.15% of Ti in terms of mass%. Excellent coating steel materials are disclosed.
Patent Document 5 discloses a highly weldable and highly weathering steel containing 0.30 to 1.00% of Cu and 1.0 to 5.5% of Ni in mass%.
Patent Document 6 describes a beach containing 0.05 to 1.0% of Cu, 0.01 to 0.5% of Ni, and 0.03 to 0.50% of Sn and / or Sb in mass%. Steel materials having excellent weather resistance are disclosed.
Patent Document 7 discloses a method for producing a steel material having excellent corrosion resistance and toughness in the Z direction, which contains 0.03 to 0.50% of Sn in mass%.
Patent Document 8 discloses a steel material containing 0.15 to 0.5% of Sn in mass% and having excellent corrosion resistance and used in a dry and wet repeated environment containing chloride.
Patent Document 9 discloses a steel material having excellent corrosion resistance and containing 0.01 to 0.5% of Sn in mass%.

また、特許文献10には、フェライトの結晶方位を制御することによって、板厚方向のき裂伝播速度を低減する方法が示されている。
特許文献11には、フェライト粒径を1~3μmに微細化することによって疲労特性を向上する技術が示されている。
特許文献12には、ミクロ組織を硬質部の素地とこの素地に分散した軟質部とで構成し、両者の硬度差がビッカース硬さで150以上であることを特徴とする疲労亀裂進展抑制効果を有する鋼板が記載されている。
Further, Patent Document 10 discloses a method of reducing the crack propagation velocity in the plate thickness direction by controlling the crystal orientation of ferrite.
Patent Document 11 discloses a technique for improving fatigue characteristics by reducing the ferrite grain size to 1 to 3 μm.
Patent Document 12 describes a fatigue crack growth suppressing effect characterized in that the microstructure is composed of a base material of a hard portion and a soft portion dispersed in the base material, and the hardness difference between the two is 150 or more in Vickers hardness. The steel plate to have is described.

特開平6-93372号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-93372 特開平6-143489号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-143489 特開平10-330881号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-330881 特開2000-169939号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-169939 特開平11-172370号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-172370 特開2006-118011号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-118011 特開2010-7109号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-7109 特開2012-255184号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-255184 特開2013-166992号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-166992 特開平8-199286号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-199286 特開2002-363644号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-363644 特開平7-242992号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-24292

しかしながら、特許文献1および2のようにPの含有量を増加させると、溶接性が大きく低下する。さらに、特許文献1では、塗装した鋼材の耐食性、すなわち塗装耐久性について、何ら考慮が払われていない。
また、特許文献3、4および5のように、CuやNiの含有量を過度に増加させると、合金コストの増大を招き、それを避けるために合金量を減少させると飛来塩分量の多い地域では耐候性が不十分になる問題が発生する。さらに、特許文献3および4のようにTiを多量に含有させると、鋼材の靱性の劣化を招く。
加えて、特許文献6~9のように、Snなどの含有量を過度に増加させると、やはり合金コストの増大を招くとともに、鋼材の靱性の劣化を招く。
However, when the content of P is increased as in Patent Documents 1 and 2, the weldability is greatly reduced. Further, in Patent Document 1, no consideration is given to the corrosion resistance of the coated steel material, that is, the coating durability.
Further, as in Patent Documents 3, 4 and 5, if the content of Cu or Ni is excessively increased, the alloy cost is increased, and if the alloy amount is decreased to avoid it, the area where the amount of flying salt is large is large. Then, the problem that the weather resistance becomes insufficient arises. Further, if a large amount of Ti is contained as in Patent Documents 3 and 4, the toughness of the steel material is deteriorated.
In addition, as in Patent Documents 6 to 9, if the content of Sn or the like is excessively increased, the alloy cost is also increased and the toughness of the steel material is deteriorated.

特許文献10に記載された技術は、板厚方向以外に進展する疲労き裂伝播特性を向上することができない懸念がある。特許文献11に記載された技術は、圧延機の負荷が大きくなることや、圧延機の占有時間が長くなり、圧延能率が低下することが懸念される。特許文献12には、詳細な製造条件が記載されておらず、特許文献12記載の発明に係る鋼板を製造することは困難を伴う。さらに特許文献12では、亀裂進展の停留効果しか考慮してない。良好な耐疲労特性を得るためには亀裂経路の屈曲も考慮する必要があるが、この点については何ら考慮が払われていない。 There is a concern that the technique described in Patent Document 10 cannot improve the fatigue crack propagation characteristics that propagate in directions other than the plate thickness direction. In the technique described in Patent Document 11, there is a concern that the load on the rolling mill will be large, the occupancy time of the rolling mill will be long, and the rolling efficiency will be lowered. Patent Document 12 does not describe detailed manufacturing conditions, and it is difficult to manufacture a steel sheet according to the invention described in Patent Document 12. Further, in Patent Document 12, only the retention effect of crack growth is considered. Bending of the crack path must also be considered in order to obtain good fatigue resistance, but no consideration is given to this point.

さらに、上掲した各特許文献では、塗装耐久性と疲労き裂伝播特性の両立を併せて改善することについては何ら検討がなされていない。 Furthermore, in each of the above-mentioned patent documents, no study has been made on improving both coating durability and fatigue crack propagation characteristics.

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、合金コストの過度の増大を招くことなく、橋梁などの屋外の大気腐食環境下、特には飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で使用する場合であっても、塗り替え塗装にかかる周期を延長して塗装頻度を低減し、かつ疲労き裂伝播を遅延することが可能な疲労き裂伝播特性および塗装耐久性に優れた構造用鋼材を、その有利な製造方法とともに提供することを目的とする。 The present invention has been developed in view of the above-mentioned current conditions, and is harsh in an outdoor atmospheric corrosion environment such as a bridge, especially on the sea or near the coast where the amount of flying salt is high, without causing an excessive increase in alloy cost. Even when used in a corrosive environment, it has excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability that can extend the cycle required for repainting, reduce the coating frequency, and delay fatigue crack propagation. It is an object of the present invention to provide structural steel materials together with an advantageous manufacturing method thereof.

なお、「疲労き裂伝播特性に優れた」とは、以下の条件で疲労き裂伝播試験を行った際に、応力拡大係数範囲(ΔK)で20MPa√m(ここで、mはき裂長さ(単位:メートル)を示す)の時の疲労き裂伝播速度が、圧延直角方向および圧延方向とも、5.0×10-8m/cycle以下であることを意味する。
・疲労き裂伝播試験条件
応力比:0.1、周波数:20Hz、試験環境:室温大気中
準拠規格:ASTM E647
(ただし、板厚が25mmを超える場合、一方の面から板厚が25mmになるまで減厚して、試験片を採取する。)
また、「塗装耐久性に優れた」とは、鋼材表面に塗膜を形成し、以下の条件の腐食試験を行った際に、塗膜における初期欠陥部からの片側の膨れ幅が6.5mm以下であることを意味する。
・腐食試験条件
塗膜に付与する初期欠陥:幅1mm、長さ40mmの直線のカット
人工海塩の付着量:6.0g/m
試験時間:1200サイクル(9600時間)
サイクル条件:条件1(温度:60℃、相対湿度:35%、保持時間:3時間)、条件2(温度:40℃、相対湿度:95%、保持時間:3時間)、条件1から条件2および条件2から条件1への各移行時間を1時間とする、合計8時間のサイクル
“Excellent fatigue crack propagation characteristics” means that when a fatigue crack propagation test is performed under the following conditions, the stress intensity factor range (ΔK) is 20 MPa√m (where m is the crack length). It means that the fatigue crack propagation velocity at the time of (unit: meter) is 5.0 × 10-8 m / cycle or less in both the rolling direction and the rolling direction.
・ Fatigue crack propagation test conditions Stress ratio: 0.1, frequency: 20Hz, test environment: room temperature in the atmosphere Compliance standard: ASTM E647
(However, if the plate thickness exceeds 25 mm, reduce the thickness from one side until the plate thickness reaches 25 mm, and collect the test piece.)
Further, "excellent in coating durability" means that when a coating film is formed on the surface of a steel material and a corrosion test is performed under the following conditions, the swelling width on one side from the initial defect portion of the coating film is 6.5 mm. It means that it is as follows.
・ Corrosion test conditions Initial defects given to the coating film: Straight cut with a width of 1 mm and a length of 40 mm Adhesion amount of artificial sea salt: 6.0 g / m 2
Test time: 1200 cycles (9600 hours)
Cycle condition: Condition 1 (temperature: 60 ° C, relative humidity: 35%, holding time: 3 hours), condition 2 (temperature: 40 ° C, relative humidity: 95%, holding time: 3 hours), condition 1 to condition 2 And a cycle of 8 hours in total, with each transition time from condition 2 to condition 1 as 1 hour.

さて、発明者らは、合金コストの増大や靭性の劣化を招くおそれのあるCuやNi、Snなどを多量に含有させることなく優れた塗装耐久性を獲得し、かつ良好な疲労き裂伝播特性を得るべく、種々の成分組成、ミクロ組織形態を有する鋼材を作製し、その塗装耐久性、疲労き裂伝播特性を調査した。
その結果、適量のWと、適量のCr、Moおよび/またはVとを複合添加すると共に、適切なミクロ組織とすることで塗装耐久性および疲労き裂伝播特性が大幅に向上することを見出した。
By the way, the inventors have obtained excellent coating durability without containing a large amount of Cu, Ni, Sn, etc., which may increase the alloy cost and deteriorate the toughness, and have good fatigue crack propagation characteristics. In order to obtain the above, steel materials having various composition and microstructure morphology were prepared, and their coating durability and fatigue crack propagation characteristics were investigated.
As a result, it was found that coating durability and fatigue crack propagation characteristics are significantly improved by adding an appropriate amount of W and an appropriate amount of Cr, Mo and / or V in a complex manner and forming an appropriate microstructure. ..

この理由については必ずしも明らかではないが、発明者らは次のように考えている。
(1)Wは、アノード反応に伴って溶出し、地鉄表面近傍さび層中にWO 2-として存在することで、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。
(2)また、鋼材表面にWを含む化合物が沈殿することにより、アノード反応が抑制される。
(3)さらに、Wは、微細さびを形成してさび層を緻密化することにより、腐食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。
(4)加えて、Crは、微細さびを形成させてさび層を緻密化することにより、腐食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、MoおよびVは、アノード反応に伴って溶出し、それぞれ地鉄表面近傍さび層中にMoO 2-およびVO 3-として存在することにより、腐食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。さらに、Moは、腐食環境下において鋼材表面にMoを含む化合物が沈殿することでアノード反応を抑制する。
(5)そのため、適量のWと、適量のCr、Moおよび/またはVとを複合添加することにより、靭性の劣化を招くことなく、塗装耐久性の向上を図ることができる。
(6)疲労き裂の進展の停留とき裂経路の屈曲により、疲労き裂伝播特性が向上する。また、硬質相の体積分率によって疲労き裂の進展の停留とき裂経路の屈曲の起こりやすさが変化する。よって、疲労き裂伝播特性を向上させるためには、硬質相の体積分率を制御することが重要である。加えて、Wと、Cr、Moおよび/またはVとを複合添加することにより硬質相が生成しやすくなり、硬質相の体積分率を所望の値としやすくなる。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
The reason for this is not always clear, but the inventors think as follows.
(1) W elutes with the anodic reaction and exists as WO 4-2 in the rust layer near the surface of the ground iron, so that chloride ions, which are corrosion promoting factors, permeate the rust layer and become the ground iron. Prevent it from reaching.
(2) Further, the anodic reaction is suppressed by the precipitation of the compound containing W on the surface of the steel material.
(3) Further, W forms fine rust to densify the rust layer, thereby preventing chloride ions, which are corrosion factors, from penetrating the rust layer and reaching the ground iron.
(4) In addition, Cr forms fine rust to densify the rust layer, thereby preventing chloride ions, which are corrosion factors, from penetrating the rust layer and reaching the ground iron.
In addition, Mo and V elute with the anodic reaction and are present as MoO 4-2 and VO 433 in the rust layer near the surface of the ground iron, respectively, so that chloride ions, which are corrosion factors, form the rust layer. Prevents permeation and reaching the ground iron. Further, Mo suppresses the anodic reaction by precipitating a compound containing Mo on the surface of the steel material in a corrosive environment.
(5) Therefore, by adding an appropriate amount of W and an appropriate amount of Cr, Mo and / or V in combination, it is possible to improve the coating durability without causing deterioration of toughness.
(6) Fatigue crack propagation characteristics are improved by bending of the crack path when the growth of fatigue cracks is stopped. In addition, the volume fraction of the hard phase changes the likelihood of bending of the crack path when the growth of fatigue cracks is stopped. Therefore, in order to improve the fatigue crack propagation characteristics, it is important to control the volume fraction of the hard phase. In addition, the complex addition of W and Cr, Mo and / or V facilitates the formation of a hard phase and facilitates the volume fraction of the hard phase to a desired value.
The present invention has been completed with further studies based on the above findings.

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:0.020%以上、0.200%以下、
Si:0.05%以上、1.00%以下、
Mn:0.20%以上、2.00%以下、
P:0.003%以上、0.030%以下、
S:0.0001%以上、0.0100%以下、
Al:0.001%以上、0.100%以下および
W:0.005%以上、1.000%以下
を含有するとともに、
Cr、MoおよびVのうちから選ばれる1種または2種以上を、
Cr:2.00%以下、
Mo:0.500%以下および
V:0.200%以下
でかつ、
Cr(%)/10+Mo(%)+V(%)≧0.005%
を満足するように含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成を有し、
ミクロ組織が硬質相と軟質相から構成され、該硬質相の体積分率が0.20~0.80であり、該軟質相におけるフェライトの平均粒径が5~50μmである、疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。
ここで、軟質相は、ビッカース硬さが225未満の組織であり、硬質相は、ビッカース硬さが225以上の組織である。
また、Cr(%)、Mo(%)およびV(%)はそれぞれ、鋼材の成分組成におけるCr、MoおよびVの含有量(質量%)である。
That is, the gist structure of the present invention is as follows.
1. 1. By mass%,
C: 0.020% or more, 0.200% or less,
Si: 0.05% or more, 1.00% or less,
Mn: 0.20% or more, 2.00% or less,
P: 0.003% or more, 0.030% or less,
S: 0.0001% or more, 0.0100% or less,
Al: 0.001% or more and 0.100% or less and W: 0.005% or more and 1.000% or less, and
One or more selected from Cr, Mo and V,
Cr: 2.00% or less,
Mo: 0.500% or less and V: 0.200% or less and
Cr (%) / 10 + Mo (%) + V (%) ≧ 0.005%
Has a component composition in which the balance is Fe and unavoidable impurities.
The microstructure is composed of a hard phase and a soft phase, the volume fraction of the hard phase is 0.20 to 0.80, and the average particle size of ferrite in the soft phase is 5 to 50 μm. Structural steel with excellent properties and coating durability.
Here, the soft phase is a structure having a Vickers hardness of less than 225, and the hard phase is a structure having a Vickers hardness of 225 or more.
Further, Cr (%), Mo (%) and V (%) are the contents (mass%) of Cr, Mo and V in the component composition of the steel material, respectively.

2.前記成分組成が、さらに、質量%で、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Sn:0.200%以下および
Sb:0.200%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、前記1に記載の疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。
2. 2. The component composition is further increased by mass%.
Cu: 0.50% or less,
Ni: 0.50% or less,
The structural steel material having excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability according to 1 above, which contains one or more selected from Sn: 0.200% or less and Sb: 0.200% or less. ..

3.前記成分組成が、さらに、質量%で、
Ti:0.050%以下、
Zr:0.100%以下、
B:0.0050%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下および
REM:0.0100%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、前記1または2に記載の疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。
3. 3. The component composition is further increased by mass%.
Ti: 0.050% or less,
Zr: 0.100% or less,
B: 0.0050% or less,
Ca: 0.0100% or less,
The structure excellent in fatigue crack propagation characteristics and coating durability according to 1 or 2 above, which contains one or more selected from Mg: 0.0100% or less and REM: 0.0100% or less. Steel material.

4.下記(1)式で示されるD値が0.5以上、10以下を満たす、前記1乃至3のいずれかに記載の疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。

D値:6×W+4×Cr+2×Mo+3×V ・・・(1)
ただし、式中の元素は、鋼材中の各元素の含有量(質量%)を示す。
4. The structural steel material having excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability according to any one of 1 to 3 above, wherein the D value represented by the following equation (1) is 0.5 or more and 10 or less.
D value: 6 x W + 4 x Cr + 2 x Mo + 3 x V ... (1)
However, the element in the formula indicates the content (mass%) of each element in the steel material.

5.表面に塗膜を有する、前記1乃至4のいずれかに記載の疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。 5. The structural steel material having a coating film on the surface and having excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability according to any one of 1 to 4 above.

6.降伏強度または0.2%耐力が335MPa以上で、かつ、引張強度が490MPa以上である、前記1乃至5のいずれかに記載の疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。 6. The structural steel material having excellent yield crack propagation characteristics and coating durability according to any one of 1 to 5 above, wherein the yield strength or 0.2% proof stress is 335 MPa or more and the tensile strength is 490 MPa or more.

7.前記1乃至4のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを、1000℃以上1300℃以下に加熱し、ついで、スラブ加熱温度から850℃までの温度域における圧下率:25%以上、仕上げ圧延温度:(Ar点-40℃)以上の条件で熱間圧延を施したのち、冷却速度:0.1℃/s以上で冷却する、疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材の製造方法。 7. A steel slab having the component composition according to any one of 1 to 4 above is heated to 1000 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, and then the rolling reduction in the temperature range from the slab heating temperature to 850 ° C.: 25% or higher, finish rolling. For structures with excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability, which are subjected to hot rolling under conditions of temperature: (Ar 3 points -40 ° C) or higher and then cooled at a cooling rate of 0.1 ° C / s or higher. How to make steel.

本発明によれば、構造安全性が強く求められる溶接構造物、例えば橋梁等を、屋外で、しかも飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で使用する場合であっても、塗り替え周期を延長して塗装頻度を低減することが可能で、かつ構造物に用いて応力集中部や溶接部等から疲労き裂が発生したとしても、使用過程での疲労き裂進展を遅らせることが可能な疲労き裂伝播特性および塗装耐久性に優れた構造用鋼材を、低コストで得ることができる。
そして、本発明の疲労き裂伝播特性および塗装耐久性に優れた構造用鋼材を、橋梁などの屋外の大気腐食環境下、特には飛来塩分量の多い海上や海岸近傍などの厳しい腐食環境下で使用される構造物に対して適用することにより、構造物のメンテナンスコスト、ひいてはライフサイクルコストを大幅に低減することができる。
According to the present invention, even when a welded structure for which structural safety is strongly required, such as a bridge, is used outdoors and in a severe corrosive environment such as on the sea or near a coast where a large amount of flying salt is present. It is possible to extend the repainting cycle and reduce the painting frequency, and even if fatigue cracks occur from stress concentration parts or welded parts in structures, delay the growth of fatigue cracks during the use process. It is possible to obtain a structural steel material having excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability at low cost.
Then, the structural steel material having excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability of the present invention is used in an outdoor atmospheric corrosion environment such as a bridge, especially in a severe corrosion environment such as on the sea or near the coast where the amount of flying salt is high. By applying it to the structure to be used, the maintenance cost of the structure and the life cycle cost can be significantly reduced.

以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明において鋼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:0.020%以上、0.200%以下
Cは、鋼材の強度を上昇させ、かつ硬質第二相の体積分率を増加させる元素である。このため、Cは、構造用鋼としての所定の強度を確保するため、0.020%以上含有させる必要がある。一方、C含有量が0.200%を超えると、溶接性および靭性が劣化する。したがって、C含有量は0.020%以上、0.200%以下とする。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
First, the reason why the composition of steel is limited to the above range in the present invention will be described. The unit of the element content in the composition of steel is "mass%", but hereinafter, it is simply indicated by "%" unless otherwise specified.
C: 0.020% or more and 0.200% or less C is an element that increases the strength of the steel material and increases the volume fraction of the hard second phase. Therefore, C needs to be contained in an amount of 0.020% or more in order to secure a predetermined strength as a structural steel. On the other hand, if the C content exceeds 0.200%, the weldability and toughness deteriorate. Therefore, the C content is 0.020% or more and 0.200% or less.

Si:0.05%以上、1.00%以下
Siは、脱酸と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含有量が1.00%を超えると、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、1.00%以下とする。
Si: 0.05% or more, 1.00% or less Si needs to be contained in 0.05% or more in order to secure deoxidation and strength. On the other hand, when the Si content exceeds 1.00%, the toughness and weldability are significantly deteriorated. Therefore, the Si content is 0.05% or more and 1.00% or less.

Mn:0.20%以上、2.00%以下
Mnは、鋼材の強度を上昇させる元素である。このため、Mnは、構造用鋼としての所定の強度を確保するため、0.20%以上含有させる必要がある。一方、Mn含有量が2.00%を超えると、靭性および溶接性が劣化する。したがって、Mn含有量は0.20%以上、2.00%以下とする。好ましくは0.75%以上、1.80%以下である。
Mn: 0.20% or more, 2.00% or less Mn is an element that increases the strength of steel materials. Therefore, Mn needs to be contained in an amount of 0.20% or more in order to secure a predetermined strength as a structural steel. On the other hand, if the Mn content exceeds 2.00%, the toughness and weldability deteriorate. Therefore, the Mn content is 0.20% or more and 2.00% or less. It is preferably 0.75% or more and 1.80% or less.

P:0.003%以上、0.030%以下
Pは、鋼材の塗装耐久性の向上に寄与する元素である。このような効果を得る観点から、Pは0.003%以上含有させる必要がある。一方、P含有量が0.030%を超えると、溶接性が劣化する。したがって、P含有量は0.003%以上、0.030%以下とする。
P: 0.003% or more and 0.030% or less P is an element that contributes to the improvement of coating durability of steel materials. From the viewpoint of obtaining such an effect, P needs to be contained in an amount of 0.003% or more. On the other hand, if the P content exceeds 0.030%, the weldability deteriorates. Therefore, the P content is 0.003% or more and 0.030% or less.

S:0.0001%以上、0.0100%以下
Sは、溶接性および靭性を劣化させる元素である。このため、S含有量は0.0100%以下とする必要がある。ただし、S含有量を0.0001%未満にしようとすると、生産コストの増大を招く。したがって、S含有量は0.0001%以上、0.0100%以下とする。
S: 0.0001% or more and 0.0100% or less S is an element that deteriorates weldability and toughness. Therefore, the S content needs to be 0.0100% or less. However, if the S content is reduced to less than 0.0001%, the production cost will increase. Therefore, the S content is 0.0001% or more and 0.0100% or less.

Al:0.001%以上、0.100%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0.100%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、0.100%以下とする。好ましくは0.005%以上、0.050%未満、より好ましくは、0.010%以上、0.030%未満である。
Al: 0.001% or more, 0.100% or less Al is an element necessary for deoxidation during steelmaking. In order to obtain such an effect, Al needs to be contained in an amount of 0.001% or more. On the other hand, if the Al content exceeds 0.100%, the weldability is adversely affected. Therefore, the Al content is 0.001% or more and 0.100% or less. It is preferably 0.005% or more and less than 0.050%, more preferably 0.010% or more and less than 0.030%.

W:0.005%以上、1.000%以下
Wは、疲労き裂伝播特性および塗装耐久性を改善する上で重要な元素である。Wは、アノード反応に伴って溶出し、さび層中にWO 2-として分布することによって、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静電的に防止する。また、鋼材表面にWを含む化合物が沈殿することでアノード反応が抑制される。さらに、Wは、微細さびを形成してさび層を緻密化することにより、腐食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。加えて、Wを添加することで硬質相が生成しやすくなり、所望の硬質相の体積分率が得やすくなる。
これらの効果を十分に得るためには、Wを0.005%以上含有させる必要がある。一方、W含有量が1.000%を超えると、合金コスト上昇を招き、かつ硬質相の体積分率が高くなりすぎ疲労き裂伝播特性が悪化する。したがって、W含有量は0.005%以上、1.000%以下とする。好ましくは0.010%以上、0.700%以下、より好ましくは0.030%以上0.500%以下、さらに好ましくは0.050%以上、0.100%以下である。
W: 0.005% or more and 1.000% or less W is an important element for improving fatigue crack propagation characteristics and coating durability. W elutes with the anodic reaction and is distributed as WO 42 2- in the rust layer, thereby electrostatically preventing chloride ions of the corrosion promoting factor from penetrating the rust layer and reaching the ground iron. To prevent. Further, the anodic reaction is suppressed by the precipitation of the compound containing W on the surface of the steel material. Further, W forms fine rust and densifies the rust layer to prevent chloride ions, which are corrosion factors, from penetrating the rust layer and reaching the ground iron. In addition, by adding W, it becomes easy to generate a hard phase, and it becomes easy to obtain a volume fraction of a desired hard phase.
In order to obtain these effects sufficiently, it is necessary to contain W in an amount of 0.005% or more. On the other hand, if the W content exceeds 1.000%, the alloy cost increases and the volume fraction of the hard phase becomes too high, resulting in deterioration of fatigue crack propagation characteristics. Therefore, the W content is 0.005% or more and 1.000% or less. It is preferably 0.010% or more and 0.700% or less, more preferably 0.030% or more and 0.500% or less, and further preferably 0.050% or more and 0.100% or less.

Cr、MoおよびVのうちから選ばれる1種または2種以上を、Cr:2.00%以下、Mo:0.500%以下およびV:0.200%以下でかつ、Cr(%)/10+Mo(%)+V(%)≧0.005%を満足するように含有
Cr、MoおよびVはいずれも、鋼の耐食性の向上に有効に寄与する。すなわち、Crは、微細さびを形成してさび層を緻密化することにより、腐食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、MoおよびVは、鋼材のアノード反応に伴って溶出し、地鉄表面近傍のさび層中にMoO 2-およびVO 3-として存在することで、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。
このような耐食性の向上効果は、Cr(%)/10+Mo(%)+V(%)≧0.005%を満足させることにより得られる。
ここで、Cr(%)、Mo(%)およびV(%)はそれぞれ、鋼材の成分組成におけるCr、MoおよびVの含有量(質量%)である。
One or more selected from Cr, Mo and V are Cr: 2.00% or less, Mo: 0.500% or less and V: 0.200% or less, and Cr (%) / 10 + Mo. (%) + V (%) ≥ 0.005% Satisfied Cr, Mo and V all contribute to the improvement of the corrosion resistance of the steel. That is, Cr forms fine rust and densifies the rust layer, thereby preventing chloride ions, which are corrosion factors, from penetrating the rust layer and reaching the ground iron. In addition, Mo and V are eluted with the anodic reaction of the steel material, and are present as MoO 42 2- and VO 43 3- in the rust layer near the surface of the base iron, so that chloride ions, which are corrosion promoting factors, are present. Prevents it from reaching the ground iron through the rust layer.
Such an effect of improving corrosion resistance can be obtained by satisfying Cr (%) / 10 + Mo (%) + V (%) ≧ 0.005%.
Here, Cr (%), Mo (%) and V (%) are the contents (mass%) of Cr, Mo and V in the component composition of the steel material, respectively.

一方、Cr含有量が2.00%を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Cr含有量は2.00%以下とする。
また、Mo含有量が0.500%を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Mo含有量は0.500%以下とする。
さらに、V含有量が0.200%を超えると、上記の耐食性の向上効果が飽和する。したがって、V含有量は0.200%以下とする。
On the other hand, if the Cr content exceeds 2.00%, the alloy cost will increase. Therefore, the Cr content is set to 2.00% or less.
Further, if the Mo content exceeds 0.500%, the alloy cost will increase. Therefore, the Mo content is 0.500% or less.
Further, when the V content exceeds 0.200%, the above-mentioned effect of improving corrosion resistance is saturated. Therefore, the V content is set to 0.200% or less.

以上、基本成分について説明したが、本発明では、必要に応じて、以下に述べる元素を適宜含有させることができる。
Cu:0.50%以下
Cuは、さび層中のさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、腐食促進因子である酸素や塩化物イオンの地鉄への透過を抑制する効果を有する。また、Cuを添加することで硬質相が生成しやすくなる。一方、Cu含有量が0.50%を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Cuを含有する場合、Cu含有量は0.50%以下とする。好ましくは0.01%以上、0.50%以下、より好ましくは0.03%以上、0.40%以下、さらに好ましくは0.04%以上、0.30%以下、特に好ましくは0.05%以上、0.25%以下である。
Although the basic components have been described above, in the present invention, the elements described below can be appropriately contained as needed.
Cu: 0.50% or less Cu has the effect of forming a dense rust layer by refining the rust particles in the rust layer and suppressing the permeation of oxygen and chloride ions, which are corrosion promoting factors, into the ground iron. Has. Further, the addition of Cu facilitates the formation of a hard phase. On the other hand, if the Cu content exceeds 0.50%, the alloy cost will increase. Therefore, when Cu is contained, the Cu content is 0.50% or less. It is preferably 0.01% or more and 0.50% or less, more preferably 0.03% or more and 0.40% or less, still more preferably 0.04% or more and 0.30% or less, and particularly preferably 0.05. % Or more and 0.25% or less.

Ni:0.50%以下
Niは、さび層中のさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、腐食促進因子である酸素や塩化物イオンの地鉄への透過を抑制する効果を有する。また、Niを添加することで硬質相が生成しやすくなる。一方、Ni含有量が0.50%を超えると、合金コストの上昇を招く。したがって、Niを含有する場合、Ni含有量は0.50%以下とする。好ましくは0.01%以上、0.50%以下、より好ましくは0.03%以上、0.40%以下、さらに好ましくは0.04%以上、0.30%以下、特に好ましくは、0.05%以上、0.15%以下である。
Ni: 0.50% or less Ni has the effect of forming a dense rust layer by refining the rust particles in the rust layer and suppressing the permeation of oxygen and chloride ions, which are corrosion promoting factors, into the ground iron. Has. Further, the addition of Ni facilitates the formation of a hard phase. On the other hand, if the Ni content exceeds 0.50%, the alloy cost will increase. Therefore, when Ni is contained, the Ni content is 0.50% or less. It is preferably 0.01% or more and 0.50% or less, more preferably 0.03% or more and 0.40% or less, still more preferably 0.04% or more and 0.30% or less, and particularly preferably 0. It is 05% or more and 0.15% or less.

Sn:0.200%以下
Snは、地鉄表面近傍においてさび層中に存在し、さび粒子を微細化することで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、Snは、鋼材表面においてアノード反応を抑制する。一方、Sn含有量が0.200%を超えると、鋼の延性や靭性の劣化を招く。したがって、Snを含有する場合、Sn含有量は、0.200%以下とする。好ましくは0.005%以上、0.200%以下、より好ましくは0.010%以上、0.100%以下、さらに好ましくは0.020%以上、0.050%以下である。
Sn: 0.200% or less Sn exists in the rust layer near the surface of the ground iron, and chloride ions, which are corrosion promoting factors, permeate the rust layer and reach the ground iron by refining the rust particles. To prevent. In addition, Sn suppresses the anodic reaction on the surface of the steel material. On the other hand, if the Sn content exceeds 0.200%, the ductility and toughness of the steel are deteriorated. Therefore, when Sn is contained, the Sn content is 0.200% or less. It is preferably 0.005% or more and 0.200% or less, more preferably 0.010% or more and 0.100% or less, and further preferably 0.020% or more and 0.050% or less.

Sb:0.200%以下
Sbは、地鉄表面近傍においてさび層中に存在し、さび粒子を微細化することで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、Sbは、鋼材表面においてアノード反応を抑制する。一方、Sb含有量が0.200%を超えると、鋼の延性や靭性の劣化を招く。したがって、Sbを含有する場合、Sb含有量は0.200%以下とする。好ましくは0.005%以上、0.200%以下、より好ましくは0.010%以上、0.150%以下、さらに好ましくは0.020%以上、0.100%以下である。
Sb: 0.200% or less Sb exists in the rust layer near the surface of the ground iron, and chloride ions, which are corrosion promoting factors, permeate the rust layer and reach the ground iron by refining the rust particles. To prevent. Further, Sb suppresses the anodic reaction on the surface of the steel material. On the other hand, if the Sb content exceeds 0.200%, the ductility and toughness of the steel are deteriorated. Therefore, when Sb is contained, the Sb content is 0.200% or less. It is preferably 0.005% or more and 0.200% or less, more preferably 0.010% or more and 0.150% or less, and further preferably 0.020% or more and 0.100% or less.

Ti:0.050%以下
Tiは、強度を高める元素である。一方、Ti含有量が0.050%を超えると、靭性の劣化を招く。したがって、Tiを含有する場合、Ti含有量は0.050%以下とする。好ましくは0.005%以上、0.050%以下である。
Ti: 0.050% or less Ti is an element that enhances strength. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.050%, the toughness deteriorates. Therefore, when Ti is contained, the Ti content is set to 0.050% or less. It is preferably 0.005% or more and 0.050% or less.

Zr:0.100%以下
Zrは、強度を高める元素である。一方、Zr含有量が0.100%を超えると、その強度向上効果が飽和する。したがって、Zrを含有する場合、Zr含有量は0.100%以下とする。好ましくは0.005%以上、0.100%以下である。
Zr: 0.100% or less Zr is an element that enhances strength. On the other hand, when the Zr content exceeds 0.100%, the strength improving effect is saturated. Therefore, when Zr is contained, the Zr content is set to 0.100% or less. It is preferably 0.005% or more and 0.100% or less.

B:0.0050%以下
Bは、強度を高める元素である。一方、B含有量が0.0050%を超えると、靭性の劣化を招く。したがって、Bを含有する場合、B含有量は0.0050%以下とする。好ましくは0.0001%以上、0.0050%以下である。
B: 0.0050% or less B is an element that enhances strength. On the other hand, if the B content exceeds 0.0050%, the toughness deteriorates. Therefore, when B is contained, the B content is 0.0050% or less. It is preferably 0.0001% or more and 0.0050% or less.

Ca:0.0100%以下
Caは、鋼中のSを固定し、溶接熱影響部の靭性を向上させる元素である。一方、Ca含有量が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、Caを含有する場合、Ca含有量は0.0100%以下とする。好ましくは0.0001%以上、0.0100%以下である。
Ca: 0.0100% or less Ca is an element that fixes S in steel and improves the toughness of the weld heat affected zone. On the other hand, when the Ca content exceeds 0.0100%, the amount of inclusions in the steel increases, which in turn causes deterioration of toughness. Therefore, when Ca is contained, the Ca content is 0.0100% or less. It is preferably 0.0001% or more and 0.0100% or less.

Mg:0.0100%以下
Mgは、鋼中のSを固定し、溶接熱影響部の靭性を向上させる元素である。一方、Mg含有量が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を含有する場合、Mg含有量は0.0100%以下とする。好ましくは0.0001%以上、0.0100%以下である。
Mg: 0.0100% or less Mg is an element that fixes S in steel and improves the toughness of the weld heat affected zone. On the other hand, when the Mg content exceeds 0.0100%, the amount of inclusions in the steel increases, which in turn causes deterioration of toughness. Therefore, when Mg is contained, the Mg content is 0.0100% or less. It is preferably 0.0001% or more and 0.0100% or less.

REM:0.0100%以下
REMは、鋼中のSを固定し、溶接熱影響部の靭性を向上させる元素である。一方、REM含有量が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、REMを含有する場合、REM含有量は0.0100%以下とする。好ましくは0.0001%以上、0.0100%以下である。
REM: 0.0100% or less REM is an element that fixes S in steel and improves the toughness of the weld heat affected zone. On the other hand, when the REM content exceeds 0.0100%, the amount of inclusions in the steel increases, which in turn causes deterioration of toughness. Therefore, when REM is contained, the REM content is 0.0100% or less. It is preferably 0.0001% or more and 0.0100% or less.

上記以外の成分は、Feおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、NやOが挙げられ、それぞれN:0.010%以下、O:0.010%以下であれば許容できる。 Ingredients other than the above are Fe and unavoidable impurities. Examples of unavoidable impurities include N and O, and N: 0.010% or less and O: 0.010% or less, respectively, are acceptable.

D値:6×W+4×Cr+2×Mo+3×V ・・・(1)
ただし、式中の各元素は、鋼材中の各元素の含有量(質量%)を示す。
この(1)式は、硬質相の生成しやすさを示す指標である。すなわち、(1)式で示されるD値を0.5以上とすることで、十分な量の硬質相生成することができ、所望の疲労き裂伝播特性を確実に得ることができる。一方、D値を10.0以下とすることで、軟質相の体積分率が過度に低下することを避けられ、所望の疲労き裂伝播特性を確実に得ることができる。したがって、D値は0.5以上、10.0以下を満足させることが有利である。より好ましくは0.6以上、9.0以下の範囲である。
D value: 6 x W + 4 x Cr + 2 x Mo + 3 x V ... (1)
However, each element in the formula indicates the content (mass%) of each element in the steel material.
This equation (1) is an index showing the ease of forming a hard phase. That is, by setting the D value represented by the equation (1) to 0.5 or more, a sufficient amount of hard phase can be generated, and the desired fatigue crack propagation characteristics can be surely obtained. On the other hand, by setting the D value to 10.0 or less, it is possible to prevent the volume fraction of the soft phase from being excessively lowered, and it is possible to surely obtain the desired fatigue crack propagation characteristics. Therefore, it is advantageous to satisfy the D value of 0.5 or more and 10.0 or less. More preferably, it is in the range of 0.6 or more and 9.0 or less.

次に、本発明におけるミクロ組織形態について説明する。
本発明に係る鋼材のミクロ組織は、構成組織を軟質相中に硬質相が分散した複合組織とする。鋼材組織が硬質相単相あるいは軟質相単相の場合には、疲労き裂伝播を遅延することができない。
軟質相中に疲労き裂先端が存在し、その前方に硬質相が存在すると、塑性域の拘束などを通じ、疲労き裂が硬質相を避けて屈曲や分岐し進展するようになる。このようなき裂の屈曲や分岐は、破面粗さ誘起き裂閉口や応力遮蔽効果をもたらして疲労き裂進展駆動力を低下させる。
Next, the microstructure morphology in the present invention will be described.
The microstructure of the steel material according to the present invention is a composite structure in which the hard phase is dispersed in the soft phase. When the steel structure is a hard phase single phase or a soft phase single phase, fatigue crack propagation cannot be delayed.
If the fatigue crack tip is present in the soft phase and the hard phase is present in front of it, the fatigue crack will bend or branch and propagate while avoiding the hard phase through restraint of the plastic region and the like. Such bending and branching of cracks bring about a fracture surface roughness-induced crack closure and a stress shielding effect, and reduce the fatigue crack growth driving force.

軟質相はビッカース硬さが225未満の相である。このような軟質相の主相は、フェライトである。また、熱履歴によっては、焼戻しマルテンサイト、焼戻しベイナイトも軟質相である場合がある。また、フェライトの平均粒径は5~50μmとする必要がある。フェライトの平均粒径が5μm未満であると圧延機の負荷が大きくなることや、圧延機の占有時間が長くなり、圧延能率が低下することが懸念される。よってフェライトの平均粒径は5μm以上とする。また、フェライトの平均粒径が50μmを超えると、厚鋼板の基本的な特性である靱性が劣化する。したがって、フェライトの平均粒径は50μm以下とする。
なお、ビッカース硬さ(HV1)は、試験力を9.807Nとして、JIS Z 2244(2009)に準拠して測定する。
The soft phase is a phase having a Vickers hardness of less than 225. The main phase of such a soft phase is ferrite. Further, depending on the heat history, tempered martensite and tempered bainite may also have a soft phase. Further, the average particle size of ferrite needs to be 5 to 50 μm. If the average particle size of the ferrite is less than 5 μm, there is a concern that the load on the rolling mill will increase, the occupancy time of the rolling mill will increase, and the rolling efficiency will decrease. Therefore, the average particle size of ferrite is set to 5 μm or more. Further, when the average particle size of the ferrite exceeds 50 μm, the toughness, which is a basic characteristic of the thick steel sheet, deteriorates. Therefore, the average particle size of ferrite is set to 50 μm or less.
The Vickers hardness (HV1) is measured in accordance with JIS Z 2244 (2009) with a test force of 9.807N.

また、フェライトの平均粒径は、以下の方法で測定する。
任意の箇所から採取した試料を研磨したサンプルを用いて、3%ナイタール腐食液によりエッチングした圧延方向に平行な断面の板厚1/4位置にて任意の5視野で光学顕微鏡により組織観察を実施する。そして、線分法を用いてフェライトの平均粒径を求める。
The average particle size of ferrite is measured by the following method.
Using a sample obtained by polishing a sample collected from an arbitrary location, microstructure observation was performed with an optical microscope in any 5 fields at a plate thickness 1/4 position of a cross section parallel to the rolling direction etched with a 3% nital corrosive solution. do. Then, the average particle size of ferrite is obtained by using the line segment method.

硬質相は、ビッカース硬さが225以上の相である。このような硬質相としては、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトがあげられ、また、熱履歴によっては、焼戻しマルテンサイト、焼戻しベイナイトも硬質相になる場合がある。
なお、軟質相と硬質相の判別は、上記した方法により、各ミクロ組織のビッカース硬さを測定することで実施する。
The hard phase is a phase having a Vickers hardness of 225 or more. Examples of such a hard phase include pearlite, bainite, and martensite, and depending on the heat history, tempered martensite and tempered bainite may also be a hard phase.
The soft phase and the hard phase are discriminated by measuring the Vickers hardness of each microstructure by the above method.

そして、本発明では、硬質相の体積分率を0.20~0.80とする。硬質相の体積分率が0.20より小さい場合には、軟質相の比率が大きいため、多くの場合、疲労き裂先端は軟質相中に存在し、さらに、その前方に硬質相が存在する状況が少ない。そのため、軟質相中に存在する疲労き裂先端の前方に硬質相が存在することによる、疲労き裂の屈曲や分岐による疲労き裂進展駆動力の低下効果が得られない。一方、硬質相の体積分率が0.80より大きくなると、軟質相の比率が小さいため、多くの場合、疲労き裂先端は硬質相中に存在する。そのため、軟質相中に存在する疲労き裂先端の前方に硬質相が存在することによる、疲労き裂の屈曲や分岐による疲労き裂進展駆動力の低下効果が得られない。そのため、硬質相の体積分率を0.20~0.80とする。
なお、硬質相の体積分率は、以下のようにして求める。
すなわち、圧延方向に平行な断面の板厚の1/4位置において、光学顕微鏡観察による組織観察を行い、画像処理によって各ミクロ組織の面積率を算出する。ついで、各ミクロ組織からそれぞれ5点を無作為に抽出してビッカース硬さ(HV1)を計測し、ビッカース硬さが225未満の相を軟質相、ビッカース硬さが225以上の相を硬質相に分類する。そして、硬質相に分類したミクロ組織の合計の面積を、観察視野全体の面積で除した値を、硬質相の体積分率とする。
In the present invention, the volume fraction of the hard phase is set to 0.20 to 0.80. When the volume fraction of the hard phase is smaller than 0.20, the ratio of the soft phase is large, so that the fatigue crack tip is often present in the soft phase, and the hard phase is present in front of the fatigue crack tip. There are few situations. Therefore, the effect of reducing the fatigue crack growth driving force due to bending or branching of the fatigue crack cannot be obtained due to the presence of the hard phase in front of the fatigue crack tip existing in the soft phase. On the other hand, when the volume fraction of the hard phase is larger than 0.80, the ratio of the soft phase is small, so that the fatigue crack tip is often present in the hard phase. Therefore, the effect of reducing the fatigue crack growth driving force due to bending or branching of the fatigue crack cannot be obtained due to the presence of the hard phase in front of the fatigue crack tip existing in the soft phase. Therefore, the volume fraction of the hard phase is set to 0.20 to 0.80.
The volume fraction of the hard phase is obtained as follows.
That is, the structure is observed by optical microscope observation at a position of 1/4 of the plate thickness of the cross section parallel to the rolling direction, and the area ratio of each microstructure is calculated by image processing. Next, 5 points were randomly extracted from each microstructure and the Vickers hardness (HV1) was measured. The phase with a Vickers hardness of less than 225 was designated as the soft phase, and the phase with Vickers hardness of 225 or higher was designated as the hard phase. Classify. Then, the value obtained by dividing the total area of the microstructures classified into the hard phase by the area of the entire observation field is defined as the volume fraction of the hard phase.

また、本発明の鋼材は、通常、鋼材表面を防食塗装して使用される。
この防食塗膜としては、製品出荷時に、鋼材の表面に、一次防錆用として塗布してもよく、構造物として設置してから塗装してもよい。一次防錆用の塗装としては、例えば、JIS K 5552に規定されるジンクリッチプライマーがあげられる。
ここで、構造物として設置してからの鋼材表面の塗膜としては、例えば、防食下地層、下塗り層、中塗り層および上塗り層をこの順に有する塗膜があげられる。
なお、防食下地層としては、例えば、JIS K 5553で規定される無機ジンクリッチペイント(例えば、関西ペイント株式会社製:SDジンク1500)があげられる。下塗り層としては、例えば、関西ペイント株式会社製:エポマリンHB(K)、中塗り層としては、例えば、関西ペイント株式会社製:セラテクトF中塗り、上塗り層としては、例えば、関西ペイント株式会社製:セラテクトF(K)上塗りがあげられる。また、鋼材表面の塗膜は、プライマー層、下塗り層、中塗り層、上塗り層をこの順に有する塗膜や、防食下地層、下塗り層、上塗り層をこの順に有する塗膜でも良い。
Further, the steel material of the present invention is usually used by coating the surface of the steel material with anticorrosion coating.
The anticorrosive coating film may be applied to the surface of a steel material at the time of product shipment for primary rust prevention, or may be applied after being installed as a structure. Examples of the coating for primary rust prevention include zinc rich primers specified in JIS K 5552.
Here, examples of the coating film on the surface of the steel material after being installed as a structure include a coating film having an anticorrosion base layer, an undercoat layer, an intermediate coat layer, and a topcoat layer in this order.
Examples of the anticorrosion base layer include inorganic zinc rich paint (for example, manufactured by Kansai Paint Co., Ltd .: SD zinc 1500) defined by JIS K 5535. The undercoat layer is, for example, manufactured by Kansai Paint Co., Ltd .: Epomarin HB (K), the intermediate coat layer is, for example, manufactured by Kansai Paint Co., Ltd .: CERATEC F middle coat, and the top coat layer is manufactured by, for example, Kansai Paint Co., Ltd. : Seratecto F (K) Topcoat can be given. The coating film on the surface of the steel material may be a coating film having a primer layer, an undercoat layer, an intermediate coat layer, and a topcoat layer in this order, or a coating film having an anticorrosion base layer, an undercoat layer, and a topcoat layer in this order.

なお、橋梁などの屋外構造物の製作に際しては、製品(鋼材)出荷後、現場にて当該一次防錆用のジンクリッチプライマー塗膜をブラストなどにより除去したのち、上記の防食塗装を行うのが一般的である。 When manufacturing outdoor structures such as bridges, after shipping the product (steel material), the zinc rich primer coating film for primary rust prevention is removed at the site by blasting, etc., and then the above anticorrosive coating is applied. It is common.

また、本発明の構造用鋼材は、上記成分組成を有する溶鋼を、通常の連続鋳造や分塊法によりスラブとし、このスラブを熱間圧延により厚板や形鋼、薄鋼板、棒鋼等に製造することにより、得られる。 Further, in the structural steel material of the present invention, molten steel having the above composition is made into a slab by ordinary continuous casting or a slabbing method, and this slab is manufactured into thick plates, shaped steels, thin steel plates, steel bars, etc. by hot rolling. It is obtained by doing.

特に、以下の製造方法によって製造された鋼材は、降伏強度または0.2%耐力が335MPa以上、引張強度が490MPa以上の特性が得られる。
スラブ加熱温度は、適宜決定してよい。ただし、1300℃を超えてスラブを加熱すると、過度のスケール生成による歩留りの低下およびエネルギー消費量の増大を招く。一方、結晶粒の粗大化による靱性の劣化が問題となる。また、1000℃未満でスラブを加熱すると、スラブの変形抵抗が増大し、続く圧延工程における圧延荷重の増大により圧延が困難となる場合がある。したがって、スラブ加熱温度は1000~1300℃の範囲とする。好ましくは1050~1250℃の範囲である。より好ましくは1080~1200℃の範囲である。
In particular, the steel material produced by the following production method has characteristics of yield strength or 0.2% proof stress of 335 MPa or more and tensile strength of 490 MPa or more.
The slab heating temperature may be appropriately determined. However, heating the slab above 1300 ° C. leads to a decrease in yield and an increase in energy consumption due to excessive scale generation. On the other hand, deterioration of toughness due to coarsening of crystal grains becomes a problem. Further, when the slab is heated at a temperature lower than 1000 ° C., the deformation resistance of the slab increases, and the rolling load in the subsequent rolling step may increase, which may make rolling difficult. Therefore, the slab heating temperature is in the range of 1000 to 1300 ° C. It is preferably in the range of 1050 to 1250 ° C. More preferably, it is in the range of 1080 to 1200 ° C.

加熱されたスラブは、(Ar点-40℃)以上の温度で熱間圧延を終了したのち、所望の寸法形状の鋼材とする。仕上げ圧延温度が(Ar点-40℃)未満ではフェライト相が多量に生成し、所望の硬質相の体積分率が得られない。従って、仕上げ圧延温度は(Ar点-40℃)以上とする。好ましくはAr点以上である。
また、熱間圧延におけるスラブ加熱温度から850℃までの温度域における圧下率(=([熱間圧延開始前のスラブの厚み]-[850℃における被圧延材の厚み])÷[熱間圧延開始前のスラブの厚み]×100)が25%以上となるように圧延を行う。この圧延によって、オーステナイト粒が再結晶あるいは部分的に再結晶するため、平均粒径が5μmから50μmのフェライトが得られる。
なお、Ar点は、公知の方法で測定してもよいが、本願では、以下に示す「鉄と鋼 第67巻(1981)p147」に記載される(1)式により、求めた値を用いた。
Ar点(℃)
=910-310×C-80×Mn-20×Cu-55×Ni-80×Mo
ただし、式中の元素は、鋼材中の含有量(質量%)を示す。
The heated slab is made into a steel material having a desired size and shape after hot rolling is completed at a temperature of (Ar 3 points −40 ° C.) or higher. If the finish rolling temperature is less than (Ar 3 points −40 ° C.), a large amount of ferrite phase is generated, and the desired volume fraction of the hard phase cannot be obtained. Therefore, the finish rolling temperature is set to (Ar 3 points −40 ° C.) or higher. Ar 3 points or more are preferable.
Further, the rolling reduction in the temperature range from the slab heating temperature in hot rolling to 850 ° C. (= ([thickness of slab before start of hot rolling]-[thickness of material to be rolled at 850 ° C.]) ÷ [hot rolling Rolling is performed so that the thickness of the slab before the start] × 100) is 25% or more. By this rolling, the austenite grains are recrystallized or partially recrystallized, so that ferrite having an average particle size of 5 μm to 50 μm can be obtained.
The Ar 3 points may be measured by a known method, but in the present application, the value obtained by the formula (1) described in "Iron and Steel Vol. 67 (1981) p147" shown below is used. Using.
Ar 3 points (℃)
= 910-310 x C-80 x Mn-20 x Cu-55 x Ni-80 x Mo
However, the element in the formula indicates the content (mass%) in the steel material.

熱間圧延を終了した後は、例えば、空冷により、冷却速度:0.1℃/s以上で室温まで冷却する。冷却速度を0.1℃/s以上とすることにより、残部オーステナイト部をベイナイトやマルテンサイトなどの硬質相とすることができ、硬質相と軟質相からなる鋼材を製造することができる。
また、Ar点~(Ar点-80℃)から650℃以下400℃以上までの温度域では、冷却速度:5℃/s以上で水冷などにより加速冷却を行ってもよい。ただし、400℃未満の温度域で加速冷却を行うと、鋼材に反りが発生しやすくなり、矯正などによる製造コストの増大が懸念される。よって、加速冷却を行う場合、当該加速冷却の冷却停止温度は、400℃以上とすることが好ましい。
After the hot rolling is completed, the mixture is cooled to room temperature at a cooling rate of 0.1 ° C./s or higher by, for example, air cooling. By setting the cooling rate to 0.1 ° C./s or higher, the remaining austenite portion can be a hard phase such as bainite or martensite, and a steel material composed of a hard phase and a soft phase can be produced.
Further, in the temperature range from Ar 3 points to (Ar 3 points −80 ° C.) to 650 ° C. or lower and 400 ° C. or higher, accelerated cooling may be performed by water cooling or the like at a cooling rate of 5 ° C./s or higher. However, if accelerated cooling is performed in a temperature range of less than 400 ° C., the steel material tends to warp, and there is a concern that the manufacturing cost will increase due to straightening or the like. Therefore, when accelerating cooling is performed, the cooling shutdown temperature of the accelerated cooling is preferably 400 ° C. or higher.

なお、鋼における各元素の含有量は、スパーク放電発光分光分析法、蛍光X線分析法、ICP発光分光分析法、ICP質量分析法または燃焼法等により求めることができる。 The content of each element in steel can be determined by a spark discharge emission spectroscopic analysis method, a fluorescent X-ray analysis method, an ICP emission spectroscopic analysis method, an ICP mass spectrometry method, a combustion method, or the like.

(実施例1)
表1に示す成分組成(残部はFeおよび不可避的不純物)を有する鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブ(厚み250mm)としたのち、表2に示す種々の条件で熱間圧延を行い、室温まで冷却して、熱延後の板厚が15~80mmになる鋼板を得た。なお、加速冷却を行ったNo.2、9、17~20では、加速冷却終了後、冷却速度が0.1℃/s以上になる空冷を行って、室温まで冷却した。
得られた鋼板に対し、以下に示す条件で腐食試験、組織観察、引張試験および疲労き裂伝播試験を実施した。結果を表3に示す。
(Example 1)
Steel having the component composition shown in Table 1 (the balance is Fe and unavoidable impurities) is melted to form a slab (thickness 250 mm) by continuous casting, and then hot-rolled under various conditions shown in Table 2 at room temperature. After cooling to, a steel sheet having a thickness of 15 to 80 mm after hot rolling was obtained. In addition, No. which performed accelerated cooling. In 2, 9, 17 to 20, after the acceleration cooling was completed, air cooling was performed so that the cooling rate became 0.1 ° C./s or more, and the mixture was cooled to room temperature.
Corrosion test, microstructure observation, tensile test and fatigue crack propagation test were carried out on the obtained steel sheet under the following conditions. The results are shown in Table 3.

・腐食試験
上記のようにして得た鋼板から70mm×50mm×5mmの試験片を採取した。この試験片の表面に、表面粗さがISO 25178の Sa 2.5となるようショットブラストを施したのち、アセトン中での超音波脱脂を5分間行い、風乾した。ついで、試験片の片面を塗装面とし、防食下地として無機ジンクリッチペイントとしてSDジンク1500(厚さ:75μm)を塗布し、ついで下塗りとしてエポキシ樹脂塗料としてエポマリンHB(K)(厚さ:120μm)を塗布し、ついで中塗りとしてセラテクトF中塗り塗料(厚さ:30μm)を塗布し、ついで上塗りとしてセラテクトF(K)上塗り塗料(厚さ:25μm)を塗布し、防食下地層、下塗り層、中塗り層および上塗り層からなる塗膜を形成した。なお、試験片の他方の片面と端面は、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。
-Corrosion test A 70 mm × 50 mm × 5 mm test piece was collected from the steel sheet obtained as described above. The surface of this test piece was shot blasted so that the surface roughness was Sa 2.5 of ISO 25178, then ultrasonic degreasing in acetone was performed for 5 minutes, and the test piece was air-dried. Next, one side of the test piece is used as a painted surface, SD zinc 1500 (thickness: 75 μm) is applied as an inorganic zinc rich paint as an anticorrosion base, and then Epomarin HB (K) (thickness: 120 μm) is applied as an epoxy resin paint as an undercoat. Then, apply Ceratecto F middle coat paint (thickness: 30 μm) as an intermediate coat, and then apply Ceratecto F (K) top coat paint (thickness: 25 μm) as a top coat, and then apply the anticorrosion base layer, undercoat layer, etc. A coating film consisting of an intermediate coating layer and a top coating layer was formed. The other side and end face of the test piece were sealed with a solvent-type epoxy resin paint, and further coated with a silicone-based sealant.

上記の塗装後、試験片に形成した塗膜の中央部に、地鉄に到達するように幅:1mm、長さ:40mmの直線のカットを入れ、初期欠陥を設けた。ついで、以下に示す条件にて腐食試験を実施した。
すなわち、試験片表面の人工海塩の付着量が6.0g/mとなるように、人工海塩を純水で所定の濃度に希釈した溶液をスプレーし、試験片に人工海塩を付着させた。ついで、この試験片を用いて、条件1(温度:60℃、相対湿度:35%、保持時間:3時間)、条件2(温度:40℃、相対湿度:95%、保持時間:3時間)、条件1から条件2および条件2から条件1への各移行時間を1時間とする、合計8時間のサイクルを1サイクルとして、これを1200サイクル繰り返す腐食試験を実施した。なお、人工海塩の付着は、週に1回とした。
そして、腐食試験終了後、塗膜における初期欠陥部からの片側の膨れ幅を測定し、塗装耐久性を評価した。
得られた結果を表3に示す。なお、片側の膨れ幅が6.5mm以下であれば、塗装の耐久性に優れると判断した。
After the above coating, a straight line cut having a width of 1 mm and a length of 40 mm was made in the central portion of the coating film formed on the test piece so as to reach the base metal, and an initial defect was provided. Then, a corrosion test was carried out under the conditions shown below.
That is, a solution of artificial sea salt diluted to a predetermined concentration with pure water is sprayed so that the amount of artificial sea salt attached to the surface of the test piece is 6.0 g / m 2 , and the artificial sea salt is attached to the test piece. I let you. Then, using this test piece, condition 1 (temperature: 60 ° C., relative humidity: 35%, holding time: 3 hours), condition 2 (temperature: 40 ° C., relative humidity: 95%, holding time: 3 hours). A corrosion test was carried out in which each transition time from condition 1 to condition 2 and condition 2 to condition 1 was set to 1 hour, and a total cycle of 8 hours was set as one cycle, and this was repeated 1200 cycles. The artificial sea salt was attached once a week.
Then, after the corrosion test was completed, the swelling width on one side from the initial defective portion of the coating film was measured to evaluate the coating durability.
The results obtained are shown in Table 3. If the swelling width on one side is 6.5 mm or less, it is judged that the durability of the coating is excellent.

・組織観察
組織観察(光学顕微鏡観察)は、任意の箇所から採取した試料を研磨したサンプルを用いて、3%ナイタール腐食液によりエッチングした圧延方向に平行な断面の板厚の1/4位置にて実施した。組織観察は上述した方法により5視野で実施し、硬質相の体積分率を、それら総視野での平均値として求めた。また、軟質相および硬質相を判別するため、フェライト、マルテンサイト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイト、焼戻しベイナイト等のミクロ組織ごとにそれぞれ5点を無作為に抽出してビッカース硬さ(HV1)を計測し、ビッカース硬さが225未満の相を軟質相、ビッカース硬さが225以上の相を硬質相に判別した。
なお、No.15を除き、軟質相に占めるフェライトの面積率は95%以上であった。
・ Structure observation For structure observation (observation with an optical microscope), a sample collected from an arbitrary location is used as a polished sample, and the sample is etched with a 3% nital corrosive solution at a position 1/4 of the plate thickness of the cross section parallel to the rolling direction. It was carried out. The microstructure observation was carried out in 5 visual fields by the method described above, and the volume fraction of the hard phase was obtained as the average value in those total visual fields. In addition, in order to distinguish between the soft phase and the hard phase, 5 points were randomly extracted for each microstructure such as ferrite, martensite, bainite, tempered martensite, and tempered bainite, and the Vickers hardness (HV1) was measured. A phase having a bainite hardness of less than 225 was discriminated as a soft phase, and a phase having a bainite hardness of 225 or more was discriminated as a hard phase.
In addition, No. Except for 15, the area ratio of ferrite in the soft phase was 95% or more.

・引張試験
得られた鋼板のうち、板厚50mm未満の鋼板は、JIS Z 2241に準拠した1A号あるいは5号引張試験片を用い、全厚の降伏強度または0.2%耐力と、引張強度を評価した。また、板厚50mm以上の鋼板は、JIS Z 2241に準拠した4号引張試験片を用い、板厚1/4位置の降伏強度または0.2%耐力と、引張強度を評価した。試験片本数は各2本とし、その算術平均を当該鋼板の降伏強度あるいは0.2%耐力および引張強度として評価した。
-Tensile test For steel sheets with a thickness of less than 50 mm, use No. 1A or No. 5 tensile test pieces conforming to JIS Z 2241, and yield strength or 0.2% proof stress of the total thickness and tensile strength. Was evaluated. For steel sheets with a plate thickness of 50 mm or more, a No. 4 tensile test piece conforming to JIS Z 2241 was used to evaluate the yield strength or 0.2% proof stress at the position of 1/4 of the plate thickness and the tensile strength. The number of test pieces was two each, and the arithmetic mean was evaluated as the yield strength or 0.2% proof stress and tensile strength of the steel sheet.

・疲労き裂伝播試験
疲労き裂伝播試験は、全厚(板厚25mmを超えるものは25mmtまで片面減厚)のCT試験片を採取し、応力比0.1、周波数20Hz、室温大気中でASTM E647に準拠して行った。なお、当該試験は、き裂を圧延直角方向に進展させる場合と、き裂を圧延方向に進展させる場合のそれぞれで行った。
そして、応力拡大係数範囲(ΔK)で20MPa√m(ここで、mはき裂長さ(単位:メートル)を示す)の時の疲労き裂伝播速度が、圧延直角方向および圧延方向の両方で5.0×10-8m/cycle以下の場合を合格とした。
・ Fatigue crack propagation test In the fatigue crack propagation test, CT test pieces of total thickness (thickness on one side up to 25 mmt for those with a plate thickness of more than 25 mm) are sampled, and the stress ratio is 0.1, the frequency is 20 Hz, and the temperature is in the atmosphere. It was performed in accordance with ASTM E647. The test was carried out in each of the case where the crack was propagated in the direction perpendicular to the rolling direction and the case where the crack was propagated in the rolling direction.
Then, the fatigue crack propagation velocity at 20 MPa√m (where m indicates the crack length (unit: meter)) in the stress intensity factor range (ΔK) is 5 in both the rolling direction and the rolling direction. A case of 0 × 10-8 m / cycle or less was regarded as a pass.

Figure 0007044089000001
Figure 0007044089000001

Figure 0007044089000002
Figure 0007044089000002

Figure 0007044089000003
Figure 0007044089000003

表3より、発明例はいずれも、塗膜の膨れ幅が6.5mm以下で、かつ疲労き裂伝播速度が圧延直角方向および圧延方向の両方で5.0×10-8m/cycle以下であり、塗装耐久性および疲労き裂伝播特性が共に優れることが分かる。
一方、比較例では、塗膜の膨れ幅が6.5mmを超えていたり、疲労き裂伝播速度が5.0×10-8m/cycleを超えており、十分な塗装耐久性や疲労き裂伝播特性が得られなかった。
From Table 3, in each of the invention examples, the swelling width of the coating film was 6.5 mm or less, and the fatigue crack propagation speed was 5.0 × 10 -8 m / cycle or less in both the rolling direction and the rolling direction. It can be seen that both the coating durability and the fatigue crack propagation characteristics are excellent.
On the other hand, in the comparative example, the swelling width of the coating film exceeds 6.5 mm, and the fatigue crack propagation speed exceeds 5.0 × 10-8 m / cycle, so that sufficient coating durability and fatigue cracks are obtained. No propagation characteristics were obtained.

Claims (6)

質量%で、
C:0.051%以上、0.200%以下、
Si:0.05%以上、1.00%以下、
Mn:0.20%以上、2.00%以下、
P:0.003%以上、0.030%以下、
S:0.0001%以上、0.0100%以下、
Al:0.001%以上、0.100%以下および
W:0.021%以上、1.000%以下
を含有するとともに、
Cr、MoおよびVのうちから選ばれる1種または2種以上を、
Cr:2.00%以下、
Mo:0.500%以下および
V:0.200%以下
でかつ、
Cr(%)/10+Mo(%)+V(%)≧0.005%
を満足するように含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成を有し、
下記(1)式で示されるD値が0.5以上、10以下を満たし、
ミクロ組織が硬質相と軟質相から構成され、該硬質相の体積分率が0.30~0.80であり、該軟質相に占めるフェライトの面積率が95%以上であり、該軟質相におけるフェライトの平均粒径が5~43μmである、疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。
ここで、軟質相は、ビッカース硬さが225未満の組織であり、硬質相は、ビッカース硬さが225以上の組織である。組織観察は、圧延方向に平行な断面の板厚の1/4位置において光学顕微鏡により行い、ビッカース硬さから硬質相に分類した組織の合計の面積を、観察視野全体の面積で除した値を、硬質相の体積分率とする。また、フェライトの平均粒径は、前記組織観察を行い、線分法により求める。
また、Cr(%)、Mo(%)およびV(%)はそれぞれ、鋼材の成分組成におけるCr、MoおよびVの含有量(質量%)である。

D値:6×W+4×Cr+2×Mo+3×V ・・・(1)
ただし、式中の元素は、鋼材中の各元素の含有量(質量%)を示す。
By mass%,
C: 0.051 % or more, 0.200% or less,
Si: 0.05% or more, 1.00% or less,
Mn: 0.20% or more, 2.00% or less,
P: 0.003% or more, 0.030% or less,
S: 0.0001% or more, 0.0100% or less,
Al: 0.001% or more, 0.100% or less and W: 0.021 % or more, 1.000% or less, and
One or more selected from Cr, Mo and V,
Cr: 2.00% or less,
Mo: 0.500% or less and V: 0.200% or less and
Cr (%) / 10 + Mo (%) + V (%) ≧ 0.005%
Has a component composition in which the balance is Fe and unavoidable impurities.
The D value represented by the following equation (1) satisfies 0.5 or more and 10 or less.
The microstructure is composed of a hard phase and a soft phase, the volume fraction of the hard phase is 0.30 to 0.80, and the area fraction of ferrite in the soft phase is 95% or more . A structural steel material with an average ferrite grain size of 5 to 43 μm and excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability.
Here, the soft phase is a structure having a Vickers hardness of less than 225, and the hard phase is a structure having a Vickers hardness of 225 or more. The microstructure was observed with an optical microscope at a position of 1/4 of the plate thickness of the cross section parallel to the rolling direction, and the value obtained by dividing the total area of the microstructure classified into the hard phase from the Vickers hardness by the area of the entire observation field. , The volume fraction of the hard phase. The average particle size of ferrite is determined by the line segment method after observing the structure.
Further, Cr (%), Mo (%) and V (%) are the contents (mass%) of Cr, Mo and V in the component composition of the steel material, respectively.
Record
D value: 6 x W + 4 x Cr + 2 x Mo + 3 x V ... (1)
However, the element in the formula indicates the content (mass%) of each element in the steel material.
前記成分組成が、さらに、質量%で、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Sn:0.200%以下および
Sb:0.200%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1に記載の疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。
The component composition is further increased by mass%.
Cu: 0.50% or less,
Ni: 0.50% or less,
The structure having excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability according to claim 1, which contains one or more selected from Sn: 0.200% or less and Sb: 0.200% or less. Steel material.
前記成分組成が、さらに、質量%で、
Ti:0.050%以下、
Zr:0.100%以下、
B:0.0050%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下および
REM:0.0100%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1または2に記載の疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。
The component composition is further increased by mass%.
Ti: 0.050% or less,
Zr: 0.100% or less,
B: 0.0050% or less,
Ca: 0.0100% or less,
The fatigue crack propagation property and coating durability according to claim 1 or 2, which contain one or more selected from Mg: 0.0100% or less and REM: 0.0100% or less, are excellent. Structural steel material.
表面に塗膜を有する、請求項1乃至のいずれかに記載の疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。 The structural steel material having a coating film on the surface and having excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability according to any one of claims 1 to 3 . 降伏強度または0.2%耐力が335MPa以上で、かつ、引張強度が490MPa以上である、請求項1乃至のいずれかに記載の疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材。 The structural steel material having excellent yield crack propagation characteristics and coating durability according to any one of claims 1 to 4 , wherein the yield strength or 0.2% proof stress is 335 MPa or more and the tensile strength is 490 MPa or more. 請求項1乃至5のいずれかに記載の疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材を製造するための方法であって、請求項1乃至のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを、1000℃以上1300℃以下に加熱し、ついで、スラブ加熱温度から850℃までの温度域における圧下率:25%以上、仕上げ圧延温度:(Ar点-40℃)以上の条件で熱間圧延を施したのち、冷却速度:0.1℃/s以上で冷却する、疲労き裂伝播特性と塗装耐久性に優れた構造用鋼材の製造方法。 The method for producing a structural steel material having excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability according to any one of claims 1 to 5, wherein the component composition according to any one of claims 1 to 3 is used. The steel slab to have is heated to 1000 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, and then the rolling reduction in the temperature range from the slab heating temperature to 850 ° C.: 25% or higher and the finish rolling temperature: (Ar 3 points -40 ° C) or higher. A method for producing a structural steel material having excellent fatigue crack propagation characteristics and coating durability, which is cooled at a cooling rate of 0.1 ° C./s or higher after being hot-rolled in.
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