JPH09176790A - 耐候性鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】海塩粒子の飛来する場所でも、外見を損なう
“浮き錆”や“流れ錆”の発生が少なく、早期に緻密な
耐候性錆が形成される鋼材の提供。 【解決手段】（１）重量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５
％、Ｓｉ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．２〜２％、Ｃｒ：
２％を超え５％未満、Ｎｉ：１〜５％、Ｍｏ：０．０５
〜５％、Ａｌ：０．００３〜１％、Ｐ：０．０１％を超
え０．０３％未満、Ｓ：０．００１０％未満、Ｃｕ：３
％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｖ：０．２％以下および
Ｔｉ：０．１％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避
的不純物であることを特徴とする耐候性鋼材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は海岸地帯等の厳しい
大気腐食環境中でも優れた耐候性を有する鋼材に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に鋼にＰ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ等の元
素を添加することにより、大気中での鋼の耐食性を向上
させることができる。この耐候性鋼と呼ばれる低合金鋼
は、屋外にて数年経過しないと、腐食に対して保護性の
ある錆（以下耐候性錆という）を形成されないが、その
錆が形成された後は塗装等の耐食処理が不要となる。

【０００３】しかしながら、海岸地帯等の厳しい大気腐
食環境中においては保護性のある錆が形成され難く、数
年経過した後も赤錆や黄錆等の“浮き錆”や“流れ錆”
を生じてしまい、外見的に好ましくないばかりでなく周
囲の汚染原因にもなるという問題点を残している。

【０００４】この問題に対して、海岸地帯でも有効な保
護性のある錆を形成する鋼として、溶接性を重視してＰ
量を不可避的不純物として低く抑え、Ｃｒ量、Ｍｏ量、
Ｎｉ量およびＣｕ量を高めた発明が提案されている（特
開平３−１５８４３６号公報）。しかし、Ｐは耐候性を
高めるうえで非常に有効な元素であり、しかも安価であ
るのでこれを利用しないことは、大きな不利を負うこと
になる。

【０００５】また、“浮き錆”や“流れ錆”についての
対策としては、たとえば特開平１−１４２０８８号公報
にあるように、リン酸塩皮膜を形成させる表面処理方法
が提案されている。しかし、近年、表面処理や塗装をし
なくても前記の耐候性錆を形成する、いわゆるメインテ
ナンスフリ−の耐候性鋼の開発が強く望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、無処
理のままで、海塩粒子の飛来する場所でも、外見を損な
う“浮き錆”や“流れ錆”の発生が少なく早期に緻密な
耐候性錆が形成される鋼材の提供にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、実際に海
岸地帯において実験を重ねた結果、前記課題を解決する
具体的手法として下記の事項が効果があることを確認し
た。

【０００８】1.後記する安定な耐候性錆を早期に形成す
るには、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、ＡｌおよびＰを適当
量含有させる。ただし、Ｐ量は、従来の耐候性鋼のよう
にむやみに高くする必要はない。

【０００９】2.上記ＣｒおよびＭｎと共存すると安定な
耐候性錆の形成を妨げるＳを厳格に制限する。

【００１０】このような方策をとった結果、海塩粒子の
飛来する海岸地帯においても安定な耐候性錆が早期に形
成され、“流れ錆”および“浮き錆”の発生は抑えられ
る。

【００１１】耐候性錆は、従来、非晶質であり結晶構造
をとらないといわれてきたが、後記するように本発明者
らは、それが結晶構造をもつ物質であることを明らかに
した。

【００１２】また、Ｓを極微量以下とし、Ｐ量も適正量
とした結果、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ等を多めに含む鋼
であっても、鋼構造物の建造に用いられる通常の溶接法
（サブマージアーク溶接、手溶接、ガスメタルアーク溶
接など）を適用しても、従来の耐候性鋼と同等の溶接性
能が得られることを確認した。

【００１３】本発明は上記した各合金元素を含む低合金
鋼であり、その要旨は下記のとおりである。

【００１４】（１）重量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５
％、Ｓｉ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．２〜２％、Ｃｒ：
２％を超え５％未満、Ｎｉ：１〜５％、Ｍｏ：０．０５
〜５％、Ａｌ：０．００３〜１％、Ｐ：０．０１％を超
え０．０３％未満、Ｓ：０．００１０％未満、Ｃｕ：３
％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｖ：０．２％以下および
Ｔｉ：０．１％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避
的不純物であることを特徴とする耐候性鋼材。

【００１５】

【発明の実施の形態】

１．母材の化学組成 以下に本発明鋼材の成分限定理由について説明する。

【００１６】Ｃ：Ｃは鋼材の強度を確保するために、
０．０２％以上必要である。しかし、多すぎると溶接性
を低下させ、とくにＰおよびＳの量が多い場合これら元
素との相互作用により耐溶接割れ性が大きく劣化するの
で０．１５％以下とする。より一層高い強度とより一層
良好な溶接性を得るには、０．０４〜０．１％とするの
が望ましい。

【００１７】Ｓｉ：Ｓｉは溶鋼の脱酸のために添加され
るが、同時に耐候性を改善する。そのためには、０．２
％以上必要である。しかし、２％を越えると溶接性が低
下するので、０．２〜２％とする。

【００１８】Ｍｎ：Ｍｎは耐候性には影響しないが一般
に強度および靭性の向上のために０．２％以上とする。
しかし、２％を超えると溶接性が著しく劣化するので
０．２〜２％とする。

【００１９】Ｃｒ：Ｃｒは耐候性錆の防食性を向上させ
る効果を有する元素であり、２％を超えると使用中に形
成される錆を緻密にし、かつ耐海塩粒子性を付与するこ
とができる。しかし、５％以上含有させても耐候性向上
効果は飽和し、かつコストを上昇させるので２％超え５
％未満とした。

【００２０】Ｎｉ：Ｎｉは耐候性錆の防食性を向上さ
せ、とくにＣｒとの共存下で１％以上含有させるとその
効果が大きい。しかし、５％を超えると耐候性向上効果
は飽和し、かつコストを上昇させるので１〜５％とす
る。

【００２１】Ｍｏ：Ｍｏは耐候性錆の防食性を向上さ
せ、とくにＣｒとの共存下で０．０５％以上とすると優
れた効果を発揮する。しかし、５％を超えると耐候性向
上効果は飽和し、かつコストを上昇させるので０．０５
〜５％とする。

【００２２】Ａｌ：Ａｌは脱酸および組織微細化のた
め、また耐食性の点から添加するが、特に０．００３％
以上とするとＣｒの効果を一層大きくすることができ
る。しかし、１％を超えると、これらの効果が飽和する
ので、０．００３〜１％とする。

【００２３】Ｐ：ＰはＣｒと共存することにより耐候性
を大きく改善する。この効果を得るためには０．０１％
を超えることが必要である。しかし、０．０３％以上と
すると、その効果が飽和すると共に溶接性が劣化してく
るので、０．０１％超え０．０３％未満とする。

【００２４】Ｓ：Ｓを０．００１０％以上含有する場
合、とくにＣｒおよびＭｎと共存するとき、耐候性およ
び溶接性の両方に甚大な悪影響を及ぼす。

【００２５】図１は、後記する表１の鋼２の化学組成を
ベースとしてＳ量を変化させた鋼を、実施例と同じ条件
にて大気腐食試験を行った場合の板厚減少量および流れ
さび量に及ぼす極微量範囲でのＳ量の影響を表す図面で
ある。同図に示すようにＳ量が０．００１０％以上にな
ると板厚減少量および流れさび量が大きく増加する。

【００２６】これは、後記するＣｒ濃度の高い緻密で密
着性のよい安定なさび相が、固溶Ｓおよび固溶Ｍｎによ
り妨げられるためである。このためＳ量は、０．００１
０％未満としなければならない。

【００２７】Ｃｕ：Ｃｕは添加しなくてもよい。しか
し、Ｃｕは耐候性錆の防食性を向上させる効果を有する
元素であり特にＣｒとの共存でその効果が大きいので、
形成された耐候性錆の防食性をいっそう高める場合には
添加する。しかし添加する場合、０．０３％未満では耐
候性錆の防食性をいっそう高める効果は十分ではないの
で０．０３％以上とするのが望ましい。しかし、３％を
超えると耐候性向上効果は飽和しかつコストを上昇させ
るので、添加する場合は、３％以下とする。

【００２８】Ｎｂ：Ｎｂは添加しなくてもよい。しか
し、Ｎｂは強度を向上させるので、耐候性と強度の両方
を具備させる場合は添加する。添加する場合、０．２％
を超えると連続鋳造スラブの横ひび割れを発生し製品歩
留まりを極端に低下させるので、０．２％以下とする。
横ひび割れをより確実に防止して同時に高強度とするに
は０．０１〜０．０５％とするのが望ましい。

【００２９】Ｖ：Ｖは添加しなくてもよい。しかし、Ｖ
はＮｂと同様に強度を向上させるので、高強度化する場
合には添加する。しかし、添加する場合でも０．２％を
超えると、靭性が大きく劣化するので、０．２％以下と
する。よりいっそう高い強度と靭性を確保するには、
０．０２〜０．０８％とするのが望ましい。

【００３０】Ｔｉ：Ｔｉは添加しなくてもよい。しか
し、ＴｉはＮと結合してＴｉＮを析出し大入熱溶接での
溶接熱影響部の靭性を改善するので、溶接条件に応じて
添加する。しかし、添加する場合でも０．１％を超える
と、著しく母材靭性が劣化するので０．１％以下とす
る。より一層良好な母材および溶接熱影響部の靭性を確
保するには０．０１〜０．０３％とするのが望ましい。

【００３１】２．錆層 鋼母材の化学組成が上記の範囲にあるとき、海岸地帯で
使用されても早期に耐候性錆を形成する。本発明に係る
鋼材を使用したときに早期に形成される錆層はつぎのよ
うな特徴を有する。

【００３２】鋼母材に接して鋼母材の腐食を防ぐ酸化皮
膜の結晶構造は、斜方晶である。従来、この酸化皮膜は
アモルファス（非晶質）であり、結晶構造をもたないと
言われてきたが、本発明者らは、この鋼母材に密着して
鋼母材の腐食を防ぐ酸化皮膜は斜方晶の結晶構造をもつ
ことを明らかにした。

【００３３】母材のＣｒ量が２％以下では、上記の斜方
晶の結晶構造をとる密着性に優れた皮膜とならず、表面
から海水や雨水等が侵入してたやすく剥離してしまう。
この密着性に優れた斜方晶の酸化物皮膜中のＣｒ量は、
約３％以上となる。

【００３４】本発明鋼の表面に形成される耐候性錆は、
言及するまでもなく、この密着性のよい斜方晶の皮膜の
他に、この皮膜の上にこの皮膜と異なる結晶構造および
化学組成をもつ他の酸化皮膜を含んで成るものであって
もよい。

【００３５】

【実施例】本発明の効果を実施例について説明する。

【００３６】表１は本発明の実施に用いた試験鋼の化学
組成を表す一覧表である。これらの鋼は２５ｋｇ真空溶
解炉で溶製され、角型鋼塊に鋳込まれ、鍛造および圧延
により板厚９ｍｍの鋼板とされた。鋼板中心部から採取
した試験片の寸法は１００ｍｍ×６０ｍｍ×３ｍｍであ
り、処理前に表面をエメリ−紙研磨およびバフ研磨を施
し鏡面とした。

【００３７】

【表１】

【００３８】上記処理を施した各試験片を同一条件のも
とに、厳しい大気腐食環境にある福岡県北九州市の海岸
地帯（海岸から５ｍの位置）に３００日間暴露した。
“流れ錆”量を評価するために試験片から流れ落ちる雨
水を採取し、流れ出たＦｅイオンおよび錆の合計質量を
測定した。また、試験終了後表面のさび層を除去し、板
厚減少量（表裏両面の平均腐食深さの平均、すなわち、
（〔表面の平均腐食深さ〕＋〔裏面の平均腐食深さ〕）
／２）を測定した。

【００３９】表２は、これらの試験結果をまとめた一覧
表である。

【００４０】これらの表によれば、いずれの試験におい
ても、本発明鋼２、３、５、６、８、９、１１、１２、
１４、１５、１８、２０〜２２および２８〜３４では板
厚減少量および“流れ錆”が非常に少なく表面の色調は
均一な黒褐色となった。これに対し比較例の１、１７、
２３〜２７でははるかに多くの板厚減少量および“流れ
錆”が確認された。これらの比較試験片の試験後の表面
の色調は赤茶色でありさらに点状に赤錆が分布してい
た。なお、比較例４、７、１０、１３、１６および１９
については本発明鋼と同様に“流れ錆”が少なく板厚減
少量が少ない結果であった。これら比較例は本発明の成
分範囲より過剰にＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等の元素を含み、本
発明例の５、６、９、１２、１５および１８との比較か
ら明らかなように、それぞれの過剰な元素の効果は飽和
している。したがって、これらの鋼は、不必要な合金元
素を多く含み、高価な鋼であり不経済である。

【００４１】

【表２】

【００４２】

【発明の効果】本発明鋼は、無処理のまま海岸地帯等の
厳しい大気腐食環境中でも優れた耐海塩粒子性を有し
“浮き錆”や“流れ錆”をほとんど生じないので、橋
梁、高速道路もしくは建築物等の美観維持に非常に有効
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、Ｓ量を変化させた鋼に対して大気腐食
試験を行った場合の板厚減少量および流れさび量に及ぼ
す極微量範囲でのＳ量の影響を表す図面である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓ
   ｉ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．２〜２％、Ｃｒ：２％を
   超え５％未満、Ｎｉ：１〜５％、Ｍｏ：０．０５〜５
   ％、Ａｌ：０．００３〜１％、Ｐ：０．０１％を超え
   ０．０３％未満、Ｓ：０．００１０％未満、Ｃｕ：３％
   以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｖ：０．２％以下およびＴ
   ｉ：０．１％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的
   不純物であることを特徴とする耐候性鋼材。