JPS6311651A - 耐候性、耐海水性および溶接性の優れた鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、橋梁等の建築材料、船舶用材料等に用いられ
る鋼材であって、溶接が可能でかつ母材自体および溶接
部の靭性が要求される耐候性、耐海水性および溶接性の
優れた鋼材に関する。

〈従来の技術〉 橋梁等の建築材料、船舶用材料等は、その使用される環
境から耐候性や耐海水性に優れることが要求される。

従来、橋梁等の建築材料、船舶用材料等に用いられる鋼
材は、耐候性や耐海水性を向上するために鋼中にＰ、Ｃ
ｒ、Ｃｕ、Ｎｉ等の元素を添加することが効果的である
ことが知られている。さらに、これに伴い、特公昭４９
−２５５２７号公報、特開昭５８−５２４６１号公報で
開示されているように、Ｃ：　０．２０％以下、　Ｓ　
ｉ　：０．６０％以下、　Ｍｎ　＋　１．５０％以下、
ＰおよびＳが夫々０．０４％以下、　Ｃｕ　：　０．２
０〜０．６０％、　Ｃｒ　：　０．５０〜３．０％、Ａ
ｎ：０．３０〜３．０％、Ｎｉ：０．２０〜０．５０％
を含み残部がＦｅなる構成、またはＣ：　０．１０％以
下、Ｓｉ：０．７％以下、　Ｍ　ｎ　：　０．５〜１．
５％。

Ｐ　：　０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：
０．２〜０．５％、Ｎｉ：０．５％以下、　Ｃｒ　：　
１．５〜２．５％を含み残部かＦｅ、さらにこれらの成
分にＮｂ：０．０５％以下を含むことからなる構成の耐
海水性鋼、耐候性鋼が知られている。

しかしながら、上記従来技術は、いずれも鋼材自体の組
成を変えるという手段をとっているため、耐候性、耐海
水性の向上には有効であるものの、鋼材の他の特性に悪
影Δを及ぼすことがある。　例えば、鋼中にＰを含有さ
せれば耐候性、耐海水性は向上するが、Ｐの含有率が高
くなると、鋼材が脆化し、圧延したときワレ等を生じ易
くなるため圧延することができなくなり、また溶接性、
溶接部靭性が著しく悪くなる等の弊害が生じる。

従って、鋼材の鋼中のＰ含有率は０．０４ｗｔ％と比較
的低い値に抑えられているのか現状であり、そのため、
十分な耐候性、耐海水性を得るには至っていない。

〈発明の目的〉 本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、鋼
材の靭性および溶接性を損うことなく耐候性および耐海
水性の向上を図ることができる耐候性、耐海水性および
溶接性の優れた鋼材を提供することにある。

〈発明の構成〉 このような目的を達成するために、本発明者らは鋼材本
体（母材）の組成は、ｐ、ｃの含有量を少なく抑えるこ
とにより、鋼材の靭性および溶接性を確保するとともに
、耐候性および耐海水性に関与する鋼材表面に、Ｐ、Ｃ
，Ｂ、ＣｒさらにはＣｕ、Ｎｉを所定量含有する濃化層
を形成することにより耐候性および耐海水性を向上する
ことを見い出し、本発明に至った。

即ち、本発明は、Ｐ　：　０．Ｏ１ｗｊ％以下、Ｃ：　
０．２Ｗし％以下を含有する鋼材の表面に、平均濃度か
Ｐ　：　０．５〜３５ｗｔ％、ＣとＢの合計が０．２０
〜１０ｗｔ％、およびＣｒ　：　０．５〜４０ＷＬ％の
濃化層を厚さ１０μｍ〜５ｍ［Ｉ＋影形成てなることを
特徴とする耐候性、耐海水性および溶接性の優れた鋼材
を提供するものである。

また、本発明は、Ｐ　：　０．ＯＩｗｊ％以下、Ｃ：　
０．２ｗｔ％以下を含有する鋼材の表面に、平均濃度が
Ｐ　：　０．５〜３５ｗｔ％、ＣとＢの合計が０．２０
〜１０ｗｔ％、およびＣｒ　：　０．５〜４０ｗｔ％、
さらにＣｕ　：　０．０２５〜５　ｗｔ％、Ｎ　ｉ　：
　０．０２５〜５　ｗｔ％の１種または２種の濃化層を
厚さ１０戸〜５ｍｍ形成してなることを特徴とする耐候
性、耐海水性および溶接性の優わた鋼材を提供するもの
である。

以下、本発明の耐候性、耐海水性および溶接性の優れた
鋼材について詳細に説明する。

第１図は、本発明の鋼材１の部分断面図である。同図に
示すように、本発明の鋼材１は、鋼材本体即ち母材２の
表面に濃化層３が形成されている。

母材２の組成は、Ｐ　：　０．０１ｗｔ％以下、Ｃ：　
０．２ｗｔ％以下を含有する鋼である。各成分の限定理
由は以−［の通りである。

母材鋼中のＰ含有率が０．ＯＩｗｔ％を超えると、母材
自体の靭性、母材を溶接したときの溶接部（以下単に溶
接部という）の靭性および溶接性を損うからである。

ｒＩ材鋼中のＣ含有率が０．２　ｗｔ％を超えた場合も
上記と同様である。

また、母材鋼中のＰ含有率およびＣ含有率が上記範囲で
ある限りは、鋼中にＳｉ、Ｍｎ、Ａｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ
、Ｎ等の他の元素、合金、または化合物が含有されてい
ても差しつかえない。

なお、上記他の元素の一般的な含有率はＳｉ：０．０５
〜０．６　ｗｔ％、Ｍ　ｎ　：　０．２〜２．５　ｗｔ
、％、Ａｌ：０．００５〜０．５　ｗｔ％、Ｎ　ｂ　：
　０〜０．１　ｗｔ％、Ｔｉ二０〜０．！ｗｔ％、Ｖ　
：　０〜０．１　ｗｔ％程度であるが、これに限定され
るものではなく、いずれにしても要求される母材の性′
ｉｉ（強度、靭性等）に応じてその成分を適宜選定すれ
ばよい。

次に、母材２の表面に形成される濃化層３について説明
する。

濃化層３は、その平均濃度が、Ｐ・０．５〜３５ｗｔ％
、ＣとＢの合計が０．２０〜１０ｗｔ％、Ｃｒ：０．５
〜４０ｗｔ％であり、またこれらに加えてＣｕ　：　０
．０２５〜５　ｗｔ％、Ｎ　ｉ　：　０．０２５〜５　
ｗｔ％の１種または２種である。

ここで濃化層の平均濃度なる概念を説明する。

濃化層の形成方法としては、例えば■母材の表面に８射
により濃化層を形成する方法、■母材の表面に急冷薄帯
等を接合し、加熱、溶融により拡散させて濃化層を形成
する方法、または■ＰＶＤあるいはＣＶＤを用いて濃化
層を形成する方法等がある。■および■の方法では、第
１図に示すように母材２と濃化層３との境界が明確であ
り、濃化層内の濃度か全域にわたフて均一であれば、第
２図のグラフに示すように、母材と濃化層との境界にお
いて濃度が一段階的に変化するため、濃化層の平均濃度
ｙは濃化層の厚さ方向に係わりなく一定で、略最犬濃度
と等しい値をとる。

これに対し、■の方法では、濃化層内の濃度が厚さ方向
に均一でない。即ち第３図のグラフに示すように、濃化
層内の濃度は、拡散の度合により濃化層表面に近づくに
従って濃度が連続的に増加している。この濃化層内での
濃度変化の曲線のか程式をｙ　＝　ｆ　（ｘ）　　［ｆ
　（ｘ）は誤差関数になる］とずれば、濃化層の平均濃
度アは次式で示される。

ｘｌ ここで、ｘｌは濃化層の厚さである。

なお、濃化層３の形成方法は、上記■、■、■に限定さ
れず、任意の方法が可能である。

次に、濃化層３の各成分の限定理由につき説明する。

Ｐ含有率が０．０５ｗｔ％未満では耐候性、耐海水性か
向上せず、また３５ｗｊ％を超えても耐候性、耐海水性
向上の効果に伸びがない。

ＣとＢの合計が０．２０ｗｔ％未満では耐候性、耐海水
性が向上せず、また１０ｗｔ％を超えても耐候性、耐海
水性向上の効果に伸びがない。なお、ＣとＢは同様の特
性を示すため、ＣとＢとは互いに置換可能である。従っ
て本発明では、ＣとＢの合計量を０．２０ｗｔ％〜１０
ｗｔ％の範囲に規定すればよく、ＣとＢとの比について
は特に限定されない。

Ｃｒ含打率が０．５　ｗｔ％未満では耐候性、耐海水性
が向上せず、また４０ｗｔ％を超えても耐候性、耐海水
性向上の効果に伸びがない。

本発明においては、濃化層が、上記Ｐ、Ｃ１Ｂ、Ｃｒの
元素を上記所定量含有すれば耐候性および耐海水性の向
上が図れるが、これらの元素に加え、必要に応じてＣｕ
　：　０．０２５〜５　ｗｔ％、Ｎ　ｉ　：　０．０２
５〜５ｗｔ％の１種または２種を含有させれば耐候性お
よび耐海水性のさらなる向上が図れる。

ここでＣｕ含有率が０．０２５　ｗｔ％未満では耐候性
および耐海水性のさらなる向上が図れず、５ｉｕｔ、％
を超えても耐候性、耐海水性向上の効果に伸びがない。

Ｎｉ含打率についても同様、０．０２５　ｗｔ％未満で
は耐候性および耐海水性のさらなる向上が図れず、５ｗ
ｔ％を超えても耐候性、耐海水性向」二の効果に伸びか
ない。

このような各成分系の濃化層の厚さは１０戸〜５ｔＩ１
ｍとする。その理由は、厚さが１０＃ｍ未満では耐候性
、耐海水性の向上が図れず、厚さが５ｍｍを超えると鋼
材の溶接が困難となるからである。

以上述べたような濃化層の成分系、平均濃度、厚さ等は
本発明の鋼材の用途に応じて適宜選定すればよい。

なお本発明の鋼材１の形態は、鋼板、鋼管、鋼矢板、梁
、形鋼、棒鋼等いかなるものでもよい。

また、本発明の鋼材１は、母材２の表面に濃化層３を形
成するが、濃化層は母材表面の全面に形成する場合の他
、鋼材の必要な部分例えば、鋼板の片面のみ腐食環境に
曝される場合には、その片面のみに形成するものでもよ
い。さらに、このような濃化層をｆｆＪ材表面の全面ま
たは部分的に形成する場合において、成分系あるいは平
均濃度、厚さが異なる２種以上の濃化層を組み合せて形
成してもよい。例えば、耐候性、耐海水性が特に要求さ
れる部分にはＰ、Ｃ，Ｂ、Ｃｒ、ＣｕおよびＮｉを各所
定量含有する濃化層を形成し、それ以外の部分には、Ｐ
、Ｃ，Ｂ、Ｃｒを各所定量含有する濃化層を形成するこ
とが可能である。また他の例として、鋼板の溶接部分に
は消化層の厚さを比較的薄めに形成し、それ以外の部分
には同一または異なる成分の濃化層を厚めに形成するこ
とも可能である。

〈実施例〉 （実施例１） Ｃｒ　　：　　ｌｏ、１ｗｔ％、　　Ｐ　　：　　７．
４　　ｗｔ％、　　Ｃ：　　１．８２ｗｔ％、残部Ｆｅ
なる組成の急冷薄帯（厚さ２５−）を、表１に示す組成
の母材（鋼板）（厚さ２５＋＋ｏｎ）の表面にスポット
ウェルターにより被着し、この急冷薄帯をのせた２枚の
鋼板をアルミナの剥離剤を介して重ね合せ、４周を溶接
して組み立てクラッドを作成した。

この組み立てクラッドを、スラブ加熱温度１０５０℃に
て圧延した。スラブ加熱時の急冷薄帯の溶融および拡散
により、鋼板表面に平均濃度がＣｒ　　：　　２．４　
　ＩｖＬ％、　　Ｐ　　：　　Ｌ、Ｓ　　ｗｔ％、　　
Ｃ：　　０．４　　ｗｔ％の濃化層が形成された。この
圧延の際に圧延比を３〜１２の範囲で変えて濃化層の厚
さを種々変更した試料を作成し、これら各試料について
工業地帯で５年間族食試験を行フだ。その結果を第４図
のグラフに示す。

第４図のグラフから明らかなように、濃化層の厚さが１
０戸以上で腐食量が少なく、耐候性が良好であることが
わかる。

表　１．母材の組成　　　　　　（ｗｔ％）（実施例２
） 表２に示す各成分の濃化層を実施例１と同様の母材の表
面に溶射により厚さ１００戸形成した試料Ａ−Ｌを作成
した。なお、溶射条件は、８００Ａ、４０Ｖ、アークガ
スでＡｒ＋Ｈｅ雰囲気中で行った。

これらの試料Ａ−Ｌおよび従来の高耐候性鋼板である５
ＭＡ３０Ａ鋼による試料Ｍについて、工業地帯、海浜地
帯および田園地帯において５年間の暴露試験を行い、腐
食量の大小により耐候性を評価した。その結果を表３に
示す。

表３の結果から明らかなように、本発明による試料Ａ〜
■は、いずれも他の試料に比べ腐食量が著しく少なく、
耐候性、耐海水性に優れていることがわかる。

表２　濃化層の成分　　　（ｗｔ％） （注）アンダーラインは本発明の要件から外れたものを
示す表　３　　腐　　食　　量　　　　　　　　　（■
／Ｃゴ）（実施例３） 表４に示す各組成の母材の表面に、表２中のＥの成分の
濃化層を実施例２と同様の方法にて厚さ約１００戸形成
した。これらの鋼材により、人熱約３５ＫＪ／ｃｍのサ
ブマージ溶接継手Ｎｏ１〜５を作成し、これらについて
ボンド部のシャルピー徨ＩＹ試験を行い、溶接部の靭性
を調べた。その結果を表５に示す。

なお、表６における試験値は、溶接後熱処理であるＰＷ
ＩＴ　（Ｐｏｓｔ　Ｗｅｌｄ　ｔｌｅａＬ　ＴｒｅａＬ
ｍｅｎｔ）の処理萌と処理後のものを示すものである。

ここでＰＷＩＩＴ処理条件は、５７５℃×６０分保持後
、炉冷することにより行った。

表５の結果から明らかなように、本発明例の鋼材は、い
ずれも溶接部の靭性が優れていることがわかる。

（実施例４） 表１に示す組成の母材の表面に、表２中のＡの成分の濃
化層を実施例２と同様の方法にて、厚さ約１００μｍ〜
７ｍｍの範囲で形成した試料を作成した。

これら各試料に対し、パレストレインテストを行って溶
接割れ性の良否を調べた。その結果を第５図のグラフに
示す。なお、テスト条件は、１８０Ａ、１４Ｖ、走行速
度７　ｃｍ／ｍｉｎ　、　ｅ　＝　４％であった。　第
５図のグラフから明らかなように、濃化層の厚さが５ｍ
ｍ以下、特に１１１Ｉ＋以下では溶接割れ長さが短かく
、溶接割れ性に優れることがわかる。

〈発明の効果〉 本発明の耐候性、耐海水性および溶接性の優れた鋼材に
よれば、母材自体の組成を靭性および溶接性を良好なも
のに規定するとともに、母材表面に形成する濃化層の成
分および厚さを所定値に規定し、濃化層に耐候性および
耐海水性を与えたことにより、母材自体および溶接部の
靭性、溶接性、耐候性および耐海水性を兼ね備えた鋼材
を得ることができる。

従って、本発明の鋼材は、橋梁等の建築材料、船舶用材
料等、広い分野に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の鋼材の部分断面図である。 第２図および第３図は、濃化層の平均濃度の概念を説明
するためのグラフであって、第２図は、母材表面に溶射
により濃化層を形成する場合の厚さ方向の濃度変化を示
すグラフ、第３図は母材表面に急冷薄帯を接合、溶融し
て濃化層を形成する場合の厚さ方向の濃度変化を示すグ
ラフである。 第４図は、実施例１における消化層の厚さと腐食量の関
係を示すグラフである。 第５図は、実施例４における濃化層の厚さと溶接割れ長
さとの関係を示すグラフである。 符号の説明 １・・・本発明の鋼材、 ２・・・母材、 ３・・・濃化層 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 代理人　弁理士　　渡　辺　望　材 間　　　弁理士　　　石　　井　　陽　　−：’、、’
ｉ、’；’、４゜ 、′ニー〇 ・〕−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｐ：０．０１ｗｔ％以下、Ｃ：０．２ｗｔ％以下
   を含有する鋼材の表面に、平均濃度がＰ：０．５〜３５
   ｗｔ％、ＣとＢの合計が０．２０〜１０ｗｔ％、および
   Ｃｒ：０．５〜４０ｗｔ％の濃化層を厚さ１０μｍ〜５
   ｍｍ形成してなることを特徴とする耐候性、耐海水性お
   よび溶接性の優れた鋼材。
2. （２）Ｐ：０．０１ｗｔ％以下、Ｃ：０．２ｗｔ％以下
   を含有する鋼材の表面に、平均濃度がＰ：０．５〜３５
   ｗｔ％、ＣとＢの合計が０．２０〜１０ｗｔ％、および
   Ｃｒ：０．５〜４０ｗｔ％、さらにＣｕ：０．０２５〜
   ５ｗｔ％、Ｎｉ：０．０２５〜５ｗｔ％の１種または２
   種の濃化層を厚さ１０μｍ〜５ｍｍ形成してなることを
   特徴とする耐候性、耐海水性および溶接性の優れた鋼材
   。