JPH10251797A - 耐候性に優れた溶接構造用鋼及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】０．０５ｍｄｄ以上１０ｍｄｄ未満の塩分が飛
来する環境において高い耐候性を有する溶接構造用鋼及
びその製造方法を安価に提供する。 【解決手段】重量％で、Ｃ：０．１５％以下と、Ｓｉ：
０．７％以下と、Ｍｎ：０．２〜１．５％と、Ｐ：０．
０３〜０．１５％と、Ｓ：０．０２％以下と、Ａｌ：
０．０１〜０．１％と、Ｃｒ：０．１％以下と、Ｎｉ：
０．４〜４％と、Ｃｕ：０．４％以下と、Ｍｏ：０．０
５〜１％と、さらに、Ｓｎ：０．０１〜０．５％、Ｓ
ｂ：０．０１〜３％のうちの１種または２種を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴と
する、耐候性に優れた溶接構造用鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に海岸地域に建
設される橋梁や鉄塔などの塩水が関与した腐食環境の溶
接構造物材料に適した高耐食性かつ高溶接性で靭性の良
好な耐候性に優れた溶接構造用鋼及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】橋梁などの鋼構造物は、その実用期間が
数十年に及ぶため、厳重な塗装を施すなどの防食処置を
とらねばならない。塗装は非常に効果の高い防食手段で
あるが、大気暴露環境においては劣化が著しいため、定
期的な補修を必要とする。しかし、特に近年は人件費の
高騰や塗装工の減少などにより、その補修が困難になる
という問題が生じている。この問題を回避するため、橋
梁などの鋼構造物には、耐候性鋼が適用される例が増え
ている。

【０００３】耐候性鋼は、大気暴露環境において、銅、
りん、クロムなどの有効元素が富化した防食性の高い安
定錆が表面を覆うことにより、著しく腐食の進展が遅く
なるというものである。その著しい耐候性の高さのた
め、耐候性鋼を使用した橋梁は、しばしば無塗装のまま
数十年間の供用に耐えることが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、海岸地域のよ
うに塩分が比較的に多い環境では、耐候性鋼の錆は安定
化しにくく、実用的な耐食性が得難いことが知られてい
る。近年、耐候性鋼を日本国内の各所に暴露腐食試験し
た結果が、建設省により公表された。この試験結果から
建設省は、耐候性鋼を無塗装で使用することが可能な地
域として、飛来する塩分量が０．０５ｍｄｄ以下の地域
に限るという指針を提示している。

【０００５】多量の海塩粒子が飛来する地域においても
実用的な耐食性を有する鋼材を製造するため、りん、ニ
ッケル、モリブデンを鋼中に複合添加する方法が、特開
平８−１３４５８７号公報に開示されている。しかし、
この方法において、鋼の耐食性をさらに向上させようと
すると、ニッケルやモリブデンといった高価な元素を多
量に添加せねばならないという欠点がある。すなわち、
従来の技術によっては、０．０５ｍｄｄ以上の塩分が飛
来する環境において高い耐食性を有する鋼材を安価に製
造するのは、困難であった。

【０００６】本発明の目的は、０．０５ｍｄｄ以上１０
ｍｄｄ未満の塩分が飛来する環境において高い耐候性を
有する溶接構造用鋼及びその製造方法を安価に提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。 （１）本発明の鋼は、重量％で、Ｃ：０．１５％以下
と、Ｓｉ：０．７％以下と、Ｍｎ：０．２〜１．５％
と、Ｐ：０．０３〜０．１５％と、Ｓ：０．０２％以下
と、Ａｌ：０．０１〜０．１％と、Ｃｒ：０．１％以下
と、Ｎｉ：０．４〜４％と、Ｃｕ：０．４％以下と、Ｍ
ｏ：０．０５〜１％と、さらに、Ｓｎ：０．０１〜０．
５％、Ｓｂ：０．０１〜３％のうちの１種または２種を
含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする、耐候性に優れた溶接構造用鋼である。 （２）本発明の鋼は、重量％で、さらに、下記（１）、
（２）式を満足することを特徴とする、上記（１）に記
載の耐候性に優れた溶接構造用鋼である。

【０００８】 Ｃｅｑ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６＋Ｃｒ％／５＋Ｎｉ％／４０＋Ｍｏ ％／４＋Ｖ％／１４≦０．４％ …（１） Ｐｃｍ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／３０＋Ｍｎ％／２０＋Ｃｕ％／２０＋Ｎｉ％／６０＋ Ｃｒ％／２０＋Ｍｏ％／１５＋Ｖ％／１０＋５Ｂ％≦０．２％ …（２） （３）本発明の鋼は、重量％で、さらに、下記（３）式
を満足することを特徴とする、上記（１）または（２）
に記載の耐候性に優れた溶接構造用鋼である。

【０００９】Ｍｎ％×Ｍｏ％≦０．４％ …（３） （４）本発明の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．１５％
以下と、Ｓｉ：０．７％以下と、Ｍｎ：０．２〜１．５
％と、Ｐ：０．０３〜０．１５％と、Ｓ：０．０２％以
下と、Ａｌ：０．０１〜０．１％と、Ｃｒ：０．１％以
下と、Ｎｉ：０．４〜４％と、Ｃｕ：０．４％以下と、
Ｍｏ：０．０５〜１％と、さらに、Ｓｎ：０．０１〜
０．５％、Ｓｂ：０．０１〜３％のうちの１種または２
種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
鋼に対し、９５０℃以下の温度域における累積圧下率２
０％以上、かつ圧延終了温度７５０〜９００℃の熱間圧
延を施すことを特徴とする、耐候性に優れた溶接構造用
鋼の製造方法である。 （５）本発明の製造方法は、重量％で、さらに、下記
（１）、（２）式を満足することを特徴とする、上記
（４）に記載の耐候性に優れた溶接構造用鋼の製造方法
である。

【００１０】 Ｃｅｑ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６＋Ｃｒ％／５＋Ｎｉ％／４０＋Ｍｏ ％／４＋Ｖ％／１４≦０．４％ …（１） Ｐｃｍ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／３０＋Ｍｎ％／２０＋Ｃｕ％／２０＋Ｎｉ％／６０＋ Ｃｒ％／２０＋Ｍｏ％／１５＋Ｖ％／１０＋５Ｂ％≦０．２％ …（２） （６）本発明の製造方法は、重量％で、さらに、下記
（３）式を満足することを特徴とする、上記（４）また
は（５）に記載の耐候性に優れた溶接構造用鋼の製造方
法である。 Ｍｎ％×Ｍｏ％≦０．４％ …（３）

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明者は、０．０５ｍｄｄ以上
１０ｍｄｄ未満の塩分が飛来する環境において高い耐候
性を有する溶接用構造用鋼を安価に得るために、鋼材の
成分組成について鋭意検討した。その結果、適当な量の
ＭｏおよびＮｉとともに、ＳｎあるいはＳｂまたはその
両方を添加することにより、鋼材の耐候性を著しく向上
し得るという知見が得られた。この知見に基づき本発明
者は、適当な量のＭｏおよびＮｉとともに、Ｓｎあるい
はＳｂまたはその両方を添加し、熱間圧延条件を特定範
囲に制御するようにして、高い耐候性を有する本発明の
溶接構造用鋼を見出し、本発明を完成させた。すなわ
ち、本発明は、鋼組成及び製造条件を下記範囲に限定す
ることにより、０．０５ｍｄｄ以上１０ｍｄｄ未満の塩
分が飛来する環境において高い耐候性を有する溶接構造
用鋼を安価に得ることができる。

【００１２】以下に本発明の成分添加理由、成分限定理
由及び製造条件の限定理由について説明する。 （１）成分組成範囲 Ｃ：０．１５％以下 Ｃは所定の強度を確保するために添加するが、０．１５
％を越えると溶接性および靭性が劣化するので、上限は
０．１５％である。

【００１３】Ｓｉ：０．７％以下 Ｓｉは製鋼時の脱酸剤および強度向上元素として添加す
るが、過剰に添加すると靭性が著しく低下するので、上
限は０．７％である。

【００１４】Ｍｎ：０．２〜１．５％ Ｍｎは所定の強度を確保するために０．２％以上添加す
る。しかし、過剰に添加するとベイナイト組織が生じや
すくなり、機械的特性、特に靭性が劣化するので、上限
は１．５％である。

【００１５】Ｐ：０．０３〜０．１５％ Ｐは本発明において重要な元素であり、鋼の強度を向上
させる作用があるとともに耐食性を向上させる効果があ
るので、必要量添加する。０．０３％未満の添加では耐
食性の向上に効果がなく、０．１５％を越える添加では
溶接性が劣化するので、０．０３〜０．１５％である。

【００１６】Ｓ：０．０２％以下 Ｓは耐食性に有害な元素であるので、上限は０．０２％
である。 Ａｌ：０．０１〜０．１％ Ａｌは製鋼時の脱酸剤として０．０１％以上添加する
が、過剰に添加すると腐食の起点となる介在物が生じや
すくなるので、上限は０．１％である。 Ｃｒ：０．１％以下 Ｃｒは、塩分の多い環境においては孔あき腐食を助長す
る効果がある。また、溶接性を著しく劣化させる。その
ため、上限は０．１％である。

【００１７】Ｎｉ：０．４〜４％ Ｎｉは本発明において重要な元素であり、Ｍｏとの共存
により塩分の多い環境における耐食性を向上させる効果
がある。０．４％未満の添加では効果がないが、４％を
越える添加では、経済性の点で不利であり、また、ベイ
ナイト組織が生じやすくなり、機械的特性、特に靭性が
劣化するので、上限は４％である。

【００１８】Ｃｕ：０．４％以下 Ｃｕは耐食性を向上させる効果があり、必要量添加す
る。０．４％を越える添加では効果が飽和し、かつ経済
性の点で不利であるので、上限は０．４％である。 Ｍ
ｏ：０．０５〜１％ Ｍｏは本発明において重要な元素であり、Ｎｉとの共存
により塩分の多い環境における耐食性を向上させる効果
がある。０．０５％未満の添加では効果がなく、１％を
越える添加では、経済性の点で不利であり、また、ベイ
ナイト組織が生じやすくなり、機械的特性、特に靭性が
劣化するので、０．０５〜１％である。

【００１９】本発明では、上記の合金元素の他に、鋼の
耐食性を向上させるために、Ｓｎ、Ｓｂのうちの１種ま
たは２種を含有する。以下にその成分の限定理由を述べ
る。 Ｓｎ：０．０１〜０．５％ Ｓｎは本発明において重要な元素であり、適当な量のＭ
ｏおよびＮｉとともに添加することにより、鋼の耐食性
を向上させる効果がある。０．０１％未満の添加では効
果がなく、０．５％を超える添加では鋼の粒界割れを生
じ易くするので、０．０１〜０．５％である。 Ｓｂ：０．０１〜３％ Ｓｂは本発明において重要な元素であり、適当な量のＭ
ｏおよびＮｉとともに添加することにより、鋼の耐食性
を向上させる効果がある。０．０１％未満の添加では効
果がないので、下限は０．０１％である。一方、３％を
越える添加では、鋼の靭性が劣化するため、上限は３％
である。

【００２０】Ｍｎ％×Ｍｏ％≦０．４％ ＮｉおよびＭｏの添加は、鋼の焼入れ性を著しく高める
ため、通常の熱間圧延によっては、ベイナイト組織が析
出し、靭性が不十分なものとなる。本発明では、Ｎｉお
よびＭｏを添加した鋼が有するかかる欠点を克服するた
め、Ｍｎの添加量の上限を前述したとおり１．５％と
し、かつＭｏの添加量に応じて、Ｍｎ％×Ｍｏ％≦０．
４％なる関係式により制限した。 Ｃｅｑ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６＋Ｃｒ％／５
＋Ｎｉ％／４０＋Ｍｏ％／４＋Ｖ％／１４≦０．４％ 母材強度及び溶接継手強度をともに確保した上で、さら
に耐食性を高めるために、焼入れ性指標であるＣｅｑ＝
Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６＋Ｃｒ％／５＋Ｎｉ％
／４０＋Ｍｏ％／４＋Ｖ％／１４で定義されるＣｅｑ値
を０．４％以下とする必要がある。

【００２１】Ｐｃｍ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／３０＋Ｍｎ％／２
０＋Ｃｕ％／２０＋Ｎｉ％／６０＋Ｃｒ％／２０＋Ｍｏ
％／１５＋Ｖ％／１０＋５Ｂ％≦０．２％ Ｐｃｍは溶接割れ感受性指数であり、Ｃ％＋Ｓｉ％／３
０＋Ｍｎ％／２０＋Ｃｕ％／２０＋Ｎｉ％／６０＋Ｃｒ
％／２０＋Ｍｏ％／１５＋Ｖ％／１０＋５Ｂ％で定義さ
れる。溶接施工時の予熱温度の低減を図るために、Ｐｃ
ｍを０．２％以下に制限する。

【００２２】本発明の特徴は、適当な量のＭｏおよびＮ
ｉとともに、ＳｎあるいはＳｂまたはその両方を添加す
ることにより、著しく耐食性を改善したことにある。Ｓ
ｎおよびＳｂが耐食性に与える効果の詳細は、明らかで
はないが、次のように考えられる。Ｍｏは錆の地鉄界面
付近において富化し、地鉄界面付近の錆の稠密性を高
め、水分や塩分といった腐食因子が鋼表面に接触するの
を妨げる効果があると考えられる。ＳｎおよびＳｂは、
単独では耐食性にあまり寄与しないが、Ｍｏが富化した
錆層に取り込まれやすく、錆の稠密性をより一層向上す
る効果がある。その一方、ＭｏやＳｎおよびＳｂは、錆
を脆くする性質があり、クラックなどの欠陥が生じやす
くなるため、これらを単独で添加しても耐食性を改善す
る効果は得難い。Ｎｉは割れやすい錆の性質を改善し、
クラックなどの欠陥を生じにくくする性質がある。これ
ら２つの異なる性質による相乗効果が発揮されるため、
適当な量のＭｏおよびＮｉとともに、ＳｎあるいはＳｂ
またはその両方を添加することにより、耐食性が著しく
改善すると考えられる。

【００２３】上記の成分組成範囲に調整することによ
り、０．０５ｍｄｄ以上１０ｍｄｄ未満の塩分が飛来す
る環境において高い耐候性を有する溶接構造用鋼を安価
に得ることが可能となる。このような特性の鋼は、以下
の製造方法により製造することができる。

【００２４】（２）鋼製造工程 上記の成分組成範囲に調整した鋼を溶製し、９５０℃以
下の温度域における累積圧下率２０％以上、かつ圧延終
了温度７５０〜９００℃の熱間圧延を施す。

【００２５】９５０℃以下における累積圧下率２０％以
上の熱間圧延を行い、熱間圧延の終了温度を７５０〜９
００℃と比較的低温に抑制する理由は、パーライト組織
の析出を促進し、かつ組織を微細化するためである。こ
れにより、組織を好ましいフェライト−パーライトの微
細組織とし、良好な靭性を実現することができる。

【００２６】なお、本発明の鋼は、転炉または電気炉で
溶製し、次いで連続鋳造または造塊から分塊法によって
スラブとした後、本発明の熱間圧延条件により鋼板また
は形鋼とする方法により製造してもよい。以下に本発明
の実施例を挙げ、本発明の効果を立証する。

【００２７】

【実施例】表１〜４に示す成分組成の鋼塊（表１，２：
本発明鋼Ａ−１〜Ｉ−３´、表３，４：比較鋼ａ〜ｌ−
２´）を溶製し、１２００℃に加熱して熱間圧延を開始
し、９５０℃以下で３０％の累積圧下率にて８５０℃で
圧延を終了し、厚さ２５ｍｍの鋼板とした。圧延終了後
は、室温まで空冷した。得られた鋼板に対し、図１に示
す複合サイクル腐食試験を実施した。この腐食試験の試
験条件は、前述の０．０５ｍｄｄ以上１０ｍｄｄ未満の
塩分が飛来する環境に相当する。表２、４には、各々、
複合サイクル腐食試験による本発明鋼Ａ−１〜Ｉ−３
´、比較鋼ａ〜ｌ−２´の最大孔あき深さの値を合わせ
て示す。

【００２８】本発明鋼Ａ−１〜Ｉ−３は、それぞれ対応
するアルファベット小文字の比較鋼ａ〜ｉに対し、Ｓｎ
を０．０５〜０．５％添加したものである。本発明鋼Ａ
−１′〜Ｉ−３′は、同じく比較鋼ａ〜ｉに対し、Ｓｂ
を０．０５〜０．５％添加したものである。

【００２９】本発明鋼Ａ−１〜Ｉ−３およびＡ−１′〜
Ｉ−３′は、いずれも対応する比較鋼ａ〜ｉよりも最大
孔あき深さが小さく、ＳｎあるいはＳｂを添加すること
による腐食抑制の効果が明らかである。比較鋼ｊ，ｋ，
ｌは、ＮｉまたはＭｏあるいはその両方について、添加
量が本発明の範囲を下回る鋼である。比較鋼ｊ−１，ｊ
−２，ｊ−１′，ｊ−２′，ｋ−１，ｋ−２，ｋ−
１′，ｋ−２′，ｌ−１，ｌ−２，ｌ−１′，ｌ−２′
は、それぞれ比較鋼ｊ，ｋ，ｌにＳｎまたはＳｂを添加
したものである。それぞれ対応する比較鋼に比べて、最
大孔あき深さはほとんど変わらない。すなわち、Ｓｎあ
るいはＳｂは、適当な量のＭｏおよびＮｉとともに添加
しなければ、腐食抑制の効果が十分でないことがわか
る。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、鋼組成及び製造条件を
特定することにより、０．０５ｍｄｄ以上１０ｍｄｄ未
満の塩分が飛来する環境において高い耐候性を有し、か
つ実用的な溶接性を有する溶接構造用鋼を、経済的に製
造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る複合サイクル腐食試験の
試験条件を示す図。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．１５％以下と、Ｓ
   ｉ：０．７％以下と、Ｍｎ：０．２〜１．５％と、Ｐ：
   ０．０３〜０．１５％と、Ｓ：０．０２％以下と、Ａ
   ｌ：０．０１〜０．１％と、Ｃｒ：０．１％以下と、Ｎ
   ｉ：０．４〜４％と、Ｃｕ：０．４％以下と、Ｍｏ：
   ０．０５〜１％と、さらに、Ｓｎ：０．０１〜０．５
   ％、Ｓｂ：０．０１〜３％のうちの１種または２種を含
   有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを
   特徴とする、耐候性に優れた溶接構造用鋼。
2. 【請求項２】 重量％で、さらに、下記（１）、（２）
   式を満足することを特徴とする、請求項１に記載の耐候
   性に優れた溶接構造用鋼。 Ｃｅｑ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６＋Ｃｒ％／５＋Ｎｉ％／４０＋Ｍｏ ％／４＋Ｖ％／１４≦０．４％ …（１） Ｐｃｍ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／３０＋Ｍｎ％／２０＋Ｃｕ％／２０＋Ｎｉ％／６０＋ Ｃｒ％／２０＋Ｍｏ％／１５＋Ｖ％／１０＋５Ｂ％≦０．２％ …（２）
3. 【請求項３】 重量％で、さらに、下記（３）式を満足
   することを特徴とする、請求項１または２に記載の耐候
   性に優れた溶接構造用鋼。 Ｍｎ％×Ｍｏ％≦０．４％ …（３）
4. 【請求項４】 重量％で、Ｃ：０．１５％以下と、Ｓ
   ｉ：０．７％以下と、Ｍｎ：０．２〜１．５％と、Ｐ：
   ０．０３〜０．１５％と、Ｓ：０．０２％以下と、Ａ
   ｌ：０．０１〜０．１％と、Ｃｒ：０．１％以下と、Ｎ
   ｉ：０．４〜４％と、Ｃｕ：０．４％以下と、Ｍｏ：
   ０．０５〜１％と、さらに、Ｓｎ：０．０１〜０．５
   ％、Ｓｂ：０．０１〜３％のうちの１種または２種を含
   有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼に対
   し、 ９５０℃以下の温度域における累積圧下率２０％以上、
   かつ圧延終了温度７５０〜９００℃の熱間圧延を施すこ
   とを特徴とする、耐候性に優れた溶接構造用鋼の製造方
   法。
5. 【請求項５】 鋼は、重量％で、さらに、下記（１）、
   （２）式を満足することを特徴とする、請求項４に記載
   の耐候性に優れた溶接構造用鋼の製造方法。 Ｃｅｑ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／２４＋Ｍｎ％／６＋Ｃｒ％／５＋Ｎｉ％／４０＋Ｍｏ ％／４＋Ｖ％／１４≦０．４％ …（１） Ｐｃｍ＝Ｃ％＋Ｓｉ％／３０＋Ｍｎ％／２０＋Ｃｕ％／２０＋Ｎｉ％／６０＋ Ｃｒ％／２０＋Ｍｏ％／１５＋Ｖ％／１０＋５Ｂ％≦０．２％ …（２）
6. 【請求項６】 鋼は、重量％で、さらに、下記（３）式
   を満足することを特徴とする、請求項４または５に記載
   の耐候性に優れた溶接構造用鋼の製造方法。 Ｍｎ％×Ｍｏ％≦０．４％ …（３）