JPH10298718A - 局部腐食の起こりにくい低腐食速度鋼板と製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 腐食の発生は不可避であるが、局部腐食の発
生を抑制しかつ全面侵食の腐食速度が普通鋼に比べ極端
に低く、無塗装で使用可能な安価な建築用低腐食速度鋼
板を提供する。 【解決手段】 Ｃｒ含有鋼の表層部に、表面から酸化ス
ケールとその直下にクロム欠乏層を厚さ５μｍ以上生成
する。上記の表層部は、加熱温度１０５０〜１３００
℃、圧延仕上げ温度８００〜１０００℃、巻取り温度３
５０℃以上を確保することによって形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は戸別住宅、集合住
宅、大型建築物、ビルディングや橋梁等の建造物の構造
部材として用いられる局部腐食の起こりにくい低腐食速
度鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建築物の耐久性向上や安全基準の厳格化
などにより梁および柱用の材料には、より一層の耐食性
向上が求められている。特に、公共建築物は社会資本の
一翼をになう国家の財産であり、少なくとも１００年以
上の長期耐久性を有することが必要である。このような
社会的要請の現れとして、従来の普通鋼に加えてステン
レス鋼を構造用鋼として使用する動きがある。例えば、
１９８８年から１９９２年にかけて建設省総合開発プロ
ジェクトの一環として、ステンレス鋼を柱や梁などの構
造部材に適用するための研究開発が行われた。その成果
として、ＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）が建設大臣
の一般建築認定を取得するに至っている。

【０００３】ところが、上記ＳＵＳ３０４は、Ｃｒ，Ｎ
ｉ等の高価な合金元素を多量に必要とするため普通鋼に
比べ製造コストは高価であり、機能的には優れるものの
その経済性には問題がある。しかし、ＣｒやＮｉの添加
量を少なくすると、湿潤環境下で孔食やすき間腐食が発
生するようになる。このような局部腐食が発生した場合
には、全面が均一に侵食された場合と異なり、侵食を受
け板厚が減少した部分に荷重が集中することになり歪や
変形が局部的に集中する。最悪の場合、局部腐食の発生
部分で坐屈や破断が起こる。腐食が局部腐食である分、
深さ方向（板厚方向）への侵食は全面侵食に比べ速く、
不用意なＣｒ、Ｎｉの低減は、構造材としての耐久性と
信頼性を著しく低下させることになる。また、局部腐食
は材料のどの部分に発生するのかを予測することが難し
く、建築物全体の強度設計が難しくなるばかりか、その
信頼性も低いものとなる。

【０００４】逆に、腐食の形態が局部腐食ではなく全面
侵食であれば、荷重が加わった際の変形や歪は一様であ
り、腐食しろを設計に折り込むことにより破断や坐屈な
どの問題を回避することができる。さらに、全面腐食の
速度が従来用いられている普通鋼や耐候性鋼などに比べ
低ければ、より長い年月にわたり建築物の構造材として
使用することが可能となる。そこで、建築物の耐久性向
上のためには、全面的な腐食やさびの発生は不可避であ
るものの、安価でかつ腐食進行を抑えた鋼材が必要とな
ってきている。

【０００５】このような全面侵食を不可避とし、その腐
食速度を低減する技術については、従来、普通鋼の耐食
性向上技術として開発がなされている。例えば、特開昭
６０−１６２５０７号公報には、鋼スラブの表面スケー
ルを除去し、ガラス紙を付着して粗圧延した後、これを
除去して仕上げ圧延を行い密着性と耐食性に優れた黒皮
スケール皮膜を製造する方法が開示されている。しか
し、この方法は、ガラス紙の付着と剥離に伴い工程が増
加すること、またこれらの工程能力は一般に製造ライン
のなかでもっとも工程能力が低く全体の生産能力を律速
することになる。そのため、工程全体の生産能力が低下
することにより、製造コストが上昇し、結局、この方法
も耐食性は改善されるものの経済性に問題がある。

【０００６】また、特開平８−１９９２８９号公報に
は、０．５０〜１．５０％のＣｒを含有した鋼の熱間圧
延工程において母材とスケール間にクロム酸化膜を有す
る厚さ１０μｍ以下の酸化スケールを有するＨ形鋼が開
示されている。しかし、この発明は、本来耐食性が劣る
普通鋼の表面に、耐食性に優れた酸化物層を生成させる
技術である。したがって、酸化物層を貫通して腐食が進
行するようになると、耐食性向上の効果が失われる。し
たがって、この方法では湿潤環境において、長期間にわ
たり普通鋼以下の低い腐食速度を維持することは不可能
であり、建築物の長期耐久性を向上させることは不可能
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、建築物の構
造体としての寿命を経済性を維持しつつ飛躍的に向上さ
せる鋼板、特に、局部腐食の発生を抑制しかつ全面侵食
の腐食速度が普通鋼に比べ極端に低く、無塗装での使用
においても、構造材として１００年以上の寿命を有する
安価な低腐食速度鋼板およびその製造方法を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】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、その特徴はＣｒの
合金化により腐食速度を低下させた鋼素地の表層部に、
素地よりもＣｒ量が低下したクロム欠乏層を形成させる
ことにより、腐食を全面的に発生させ、しかもその後の
さび層下での全面侵食の成長速度を低く抑え局部腐食を
発生しにくくしたところにある。本発明の要旨は、以下
の（１）〜（４）である。

【０００９】（１）重量％で、Ｃ：０．００５〜０．１
％、Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜１．
５％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｃｒ：
６〜１８％を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からな
る鋼板であって、その鋼板表層部には表面から酸化スケ
ールおよびその直下に厚さ５μｍ以上のクロム欠乏層が
形成されていることを特徴とする局部腐食の起こりにく
い低腐食速度鋼板。

【００１０】（２）上記（１）記載の低腐食速度鋼板に
おいて、表面の酸化スケールが除去され、クロム欠乏層
が表面に露出したことを特徴とする局部腐食の起こりに
くい低腐食速度鋼板。 （３）重量％で、Ｃ：０．００５〜０．１％、Ｓｉ：
０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｐ：
０．１％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｃｒ：６〜１８％
を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる溶鋼から
鋳片を鋳造し、次に１０５０〜１３００℃の温度域に再
加熱した後に、８００〜１０００℃の温度範囲で仕上圧
延を終了させ、３５０℃以上でコイル状に巻き取ること
を特徴とする局部腐食の起こりにくい低腐食速度鋼板の
製造方法。

【００１１】（４）上記（３）記載の低腐食速度鋼板の
製造方法において、コイル状に巻き取った後に、巻き戻
された鋼板の表面にショットブラスト処理を施すことを
特徴とする局部腐食の起こりにくい低腐食速度鋼板の製
造方法。

【００１２】尚、本発明で言う、酸化スケールとクロム
欠乏層は図１に示した定義による。すなわち、鋼板表面
から深さ方向へのＣｒとＯの濃度の変化をグロー放電発
光分光分析法（ＧＤＳ）により分析し、表面付近での酸
素の最高濃度をＯF、素地の酸素濃度をＯMとして、酸素
濃度が（ＯF＋ＯM）／２となる深さを酸化膜と金属との
界面とする。そして、この界面より金属側の、素地のＣ
ｒ濃度よりもＣｒ量が低下した領域をクロム欠乏層とす
る。さらに、酸化膜が０．０５μｍ以上の厚さを有する
場合、これを酸化スケールと定義する。一方、酸化膜が
０．０５μｍ未満の厚さの場合は、空気中生成皮膜と定
義し、後述するように空気中生成皮膜を介してクロム欠
乏層が鋼板表面に存在する場合には、このクロム欠乏層
は鋼板表面に露出している状態とする。尚、全面腐食を
発生させるためには、クロム欠乏層が存在していること
のみが必要であり、クロム欠乏層内でのＣｒ濃度は特に
規定しないが、望ましくは素地のＣｒ濃度よりも２％以
上低下していることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の鋼の成分範囲な
どの限定理由について述べる。Ｃは、鋼の強度を向上さ
せるために有効な元素である。０．００５％未満では、
構造用鋼として必要な強度を得ることができない。ま
た、０．１％を越える過剰の添加は、母材靭性や溶接熱
影響部の靭性を著しく低下させる。このため、下限を
０．００５％、上限を０．１％とした。

【００１４】Ｓｉは、脱酸剤として鋼中の固溶酸素を低
減し熱間加工性を確保するため溶鋼に添加する必要があ
る。０．０５％未満では脱酸効果が弱い。一方、１．５
％を越えて添加すると母材と溶接部の靭性を損なうた
め、下限を０．０５％、上限を１．５％とした。Ｍｎ
は、脱酸剤および脱硫剤として溶鋼に添加する必要があ
る。０．０５％未満では所定の効果が得られない。一
方、１．５％を越えて添加すると母材と溶接部の靭性や
割れ性を損なうため、下限を０．０５％、上限を１．５
％とした。

【００１５】Ｐは、多量に存在すると溶接性を害する。
そのため、０．１％以下に規制する必要がある。Ｐは不
純物として少ないほど好ましい。Ｓは、主にＭｎＳなど
の硫黄系介在物として、局部腐食の起点となるだけでは
なく、全面腐食の腐食速度を高める原因にもなる。さら
に、粒界に偏析し熱間加工性を害する。そのため、０．
０５％以下に規制する必要がある。Ｓは不純物レベルで
少ないほど好ましい。

【００１６】Ｃｒは、湿潤環境において、さび層下での
鋼材の全面腐食の速度を低減する作用がある。この作用
は、さび層に濃化したクロム酸化物により発現するもの
ではなく、鋼材中の金属Ｃｒにより発現するものであ
る。しかし、Ｃｒ添加量が少ないと所定の効果が得られ
ず、一方過度に添加すると酸化スケール直下およびさび
層下に耐食性に優れた不働態皮膜が形成されるため、孔
食やすき間腐食といった局部腐食が発生する。そこで、
下限を６％、上限を１８％とした。

【００１７】鋼中の化学成分を上述した範囲に規制した
だけでは、局部腐食が発生しにくく全面腐食速度の低い
低腐食速度鋼を得ることはできない。このような従来に
ない特性を発揮させるためには、上記の鋼の化学組成と
併せて、鋼板表面の性状を制御する必要がある。本発明
において、鋼板の表層部に酸化スケールと酸化スケール
直下に厚さ５μｍ以上のクロム欠乏層を有することとし
た理由は、（１）局部腐食発生の抑制、（２）低い全面
腐食速度、（３）経済性、を共に達成するためである。

【００１８】まず、酸化スケールであるが、その存在自
体は局部腐食の発生を抑制するためには有害であるが、
鋼板の製造コストを低くし経済性を確保するためには加
熱・圧延およびその後の巻き取りの過程で生成した酸化
スケールが存在するままの状態である必要がある。しか
し、酸化スケールが存在しても、その直下に厚さ５μｍ
以上のクロム欠乏層が存在すれば安定して全面腐食の状
態を保つことができる。クロム欠乏層は、腐食の初期に
優先的に侵食され、全面腐食が発生するために必要であ
る。酸化スケール直下のクロム欠乏層の場合、その厚さ
が薄いと全面腐食が発生しにくくなる。したがって、ク
ロム欠乏層の厚さは５μｍ以上とした。厚さの上限は特
に規制しないが、腐食しろは出来るだけ少ないことが経
済的には望ましく、クロム欠乏層としては厚さ１００μ
ｍ以下が好ましい。

【００１９】次に、上述した範囲の化学組成からなる溶
鋼を連続鋳造で鋳片に鋳造し、次に、１０５０〜１３０
０℃の温度域に再加熱する。この温度に再加熱温度を限
定した理由は、熱間加工により鋳片の圧延を容易にする
ため１０５０℃以上の加熱が必要であり、加熱炉の性能
と経済性から１３００℃を上限とした。加熱した鋳片
は、粗圧延、仕上げ圧延を行う。仕上げ圧延終了温度を
８００〜１０００℃としたのは、高温圧延ほど酸化スケ
ールが厚く生成し、しかも酸化スケール直下に厚く、よ
りＣｒ濃度の低下したクロム欠乏層を生成させるためで
ある。しかし、１０００℃を越えての仕上げは、鋼板の
結晶粒が粗大化し構造材料として必要な靭性が低下する
ため、上限を１０００℃とした。また、下限を８００℃
としたのは、圧延加工が困難となるためである。

【００２０】仕上げ圧延後、３５０℃以上でコイル状に
巻き取るのは、高温で巻き取るほど酸化スケールが厚く
生成し、しかも酸化スケール直下に厚く、よりＣｒ濃度
の低下したクロム欠乏層が生成するためである。３５０
℃未満の巻き取りでは、所定の効果が得られないため、
下限を３５０℃とした。上限は、特に定める必要はない
が、温度が極めて高い場合には、巻き取り後にクロム欠
乏層が生成するものの、素地からクロム欠乏層へのＣｒ
の拡散速度が高まりクロム欠乏が回復する傾向が現れ
る。効率良くクロム欠乏層を形成させるためには、７８
０℃以下で巻き取ることが好ましい。

【００２１】ところで、酸化スケール直下にクロム欠乏
層を有する場合には、全面腐食がある程度成長するとク
ロム欠乏層の上に存在する酸化スケールが剥離すること
がある。そのため、柱や梁の周囲を汚すこととなり意匠
性上好ましくない場合もある。その際には、鋼板の製造
コストは上昇するものの酸化スケールのみを除去し、ク
ロム欠乏層を鋼材表面に露出させておく必要がある。ク
ロム欠乏層が露出した際には、その厚さに関係なく全面
腐食が発生する。ここで言う、クロム欠乏層が露出した
状態とは、先に定義したとおり、クロム欠乏層生成時に
クロム欠乏層を覆っていた酸化スケールの一部もしくは
全部が剥離した状態を指す。酸化スケールが剥離した後
に、クロム欠乏層が空気と接して生成する空気中生成皮
膜が表面に存在しても構わない。

【００２２】上述のように、酸化スケールを除去しクロ
ム欠乏層を露出させるには、巻き戻した鋼板の表面にシ
ョットブラスト処理を施す。この方法は、比較的安価に
しかも安定してクロム欠乏層を露出させることができる
ためである。酸洗処理は、酸化スケールの除去過程にお
いてクロム欠乏層も溶解してしまうため適用することが
できない。

【００２３】

【実施例】表１の試作鋼を転炉溶製し、連続鋳造により
鋳片に鋳造した。その後、加熱炉で再加熱後、粗圧延機
および仕上げ圧延機で厚さ３ｍｍまで圧延し、その後必
要に応じて空冷および水冷を行いコイル状に巻き取っ
た。また、一部は、鋼板の両面に、ショットブラスト処
理を施した。上記の処理条件は表１に示すとおりであっ
た。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】得られた鋼板に対して、酸化スケールおよ
びクロム欠乏層の有無について、鋼板表面から深さ方向
へのＣｒとＯの濃度の変化をグロー放電発光分光分析法
（ＧＤＳ）により分析し評価し、図１に基づいて、クロ
ム欠乏層の厚さとクロム欠乏層が露出しているかを計測
・判定した。次に、耐食性の評価を複合サイクル腐食試
験により評価した。条件は、（１）人工海水噴霧（３５
℃、４時間）、（２）乾燥（６０℃、２時間）、（３）
湿潤（５０℃、相対湿度９５％以上、２時間）の組み合
わせを１サイクルとして、３０サイクル後の最大侵食深
さと平均侵食深さの違いにより評価した。この両者の差
が小さいほど、局部腐食が起こりにくいことになる。そ
こで、（最大侵食深さ）／（平均侵食深さ）を局部腐食
度として評価した。最大侵食深さは光学顕微鏡を用い、
平均侵食深さは試験片の質量減少から計測した。尚、最
大侵食深さ、平均侵食深さ共に、さびをクエン酸２アン
モニム（沸騰）で除去した後に計測した。局部腐食度
は、２以下を良と判定した。

【００２７】機械的特性としては、引張試験により０．
１％耐力を、衝撃試験により吸収エネルギーｖＥ２０を
評価した。前者はＪＩＳ１３号Ｂ試験片のＬ方向、後者
は厚さ３ｍｍのサブサイズＪＩＳ４号試験片のＬ方向で
の試験を行った。０．１％耐力は２５０〜３５０Ｎ／ｍ
ｍ² の範囲、衝撃値は６０Ｊ以上を良と判断した。表２
に、耐食性を評価した結果を示す。はじめに本発明鋼の
番号１〜２３は、いずれも表面に酸化スケールと酸化ス
ケール直下に厚さ５μｍ以上のクロム欠乏層が存在する
ものである。これらの中では、素地に添加したＣｒ量が
増すほど平均侵食深さが低減する。さらに、局部腐食度
は２以下であり、最大侵食深さが平均侵食深さの２倍以
下であることを示しており、局部腐食が起きにくい性質
を有している。また、番号２４と番号２５は番号３の鋼
板にショットブラスト処理を行い、クロム欠乏層を表面
に露出させたものである。番号３の鋼板に比較して局部
腐食度が低減しており、構造材として優れた耐久性と信
頼性を有している。

【００２８】一方、本発明のＣｒ添加量の範囲を越えて
Ｃｒを含有した比較鋼の番号２６では、平均侵食深さは
浅いものの局部腐食度は２．９４となり局部的な侵食が
発生しやすい。同じく、本発明のＣｒ添加量の範囲未満
のＣｒしか含有していない番号２７〜２９では、平均侵
食速度、局部腐食度ともに大きく本発明の鋼板（番号１
〜６）に比べ構造材として信頼性と耐久性に劣る。

【００２９】番号３０〜３７はＣｒ以外の成分の内１種
類は本発明の範囲外のものである。Ｃの少ない番号３０
は強度が低く、Ｃの多い番号３１は強度が高く靭性が低
く構造用鋼板には適さない。ＳｉもしくはＭｎが本発明
の範囲外である番号３２〜３５も、強度が高く靭性が低
い。Ｐを本発明の範囲を越えて添加した番号３６は、強
度と靭性は適切な範囲であったがアーク溶接時に割れが
発生した。Ｓを本発明の範囲を越えて添加した番号３７
は、同程度のＣｒ添加量の鋼種に比べ腐食速度が極めて
大きいことが分かる。さらに、この試験材は圧延時に耳
割れが発生し、極めて熱間加工性が悪い。

【００３０】次に、番号３８および３９は熱間圧延の仕
上げ温度と巻き取り温度が本発明の範囲外である比較鋼
であって、クロム欠乏層の厚さが５μｍ未満であるた
め、平均侵食深さは本発明鋼並みであるが、局部腐食度
が２を越えており、腐食が局部的に起こりやすい。番号
４０は、機械研削により熱間圧延工程で生成した酸化ス
ケールとクロム欠乏層を除去したものである。鋼中のＣ
ｒ量は本発明の範囲であるがクロム欠乏層が存在しない
ため、局部侵食度が大きい。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【発明の効果】本発明により、熱間圧延およびその後の
冷却過程における酸化反応で鋼材表面に生じるクロム欠
乏層を利用して、局部腐食が起こりにくく、かつ全面侵
食の速度の低い構造用鋼板を提供することが可能とな
り、建造物の長期の信頼性向上、安全性確保、経済性の
向上等に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は鋼板表層部の酸化スケールとクロム欠乏
層の形成状態を示す概念図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．００５〜０．１％、
   Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜１．５
   ％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｃｒ：６
   〜１８％を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる
   鋼板であって、その鋼板表層部には表面から酸化スケー
   ルおよびその直下に厚さ５μｍ以上のクロム欠乏層が形
   成されていることを特徴とする局部腐食の起こりにくい
   低腐食速度鋼板。
2. 【請求項２】 請求項１記載の低腐食速度鋼板におい
   て、前記鋼板表層部の酸化スケールが除去され、クロム
   欠乏層が鋼板の表面に露出したことを特徴とする局部腐
   食の起こりにくい低腐食速度鋼板。
3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．００５〜０．１％、
   Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜１．５
   ％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｃｒ：６
   〜１８％を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる
   溶鋼から鋳片を鋳造し、次に１０５０〜１３００℃の温
   度域に再加熱した後に、８００〜１０００℃の温度範囲
   で仕上圧延を終了させ、得られた鋼板を３５０℃以上で
   コイル状に巻き取ることを特徴とする局部腐食の起こり
   にくい低腐食速度鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の低腐食速度鋼板の製造方
   法において、前記鋼板をコイル状に巻き取った後に、巻
   き戻された鋼板の表面にショットブラスト処理を施すこ
   とを特徴とする局部腐食の起こりにくい低腐食速度鋼板
   の製造方法。