JPS63149355A

JPS63149355A - 耐海水鋼材

Info

Publication number: JPS63149355A
Application number: JP29426786A
Authority: JP
Inventors: Haruo Shimada; 島田　春夫; Yoshiaki Sakakibara; 榊原　義明
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1986-12-10
Publication date: 1988-06-22

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）本発明は鋼構造、コンクリート構造物の中でも、とくに
海洋環境、海浜地帯に設置されたり、道路凍結防止剤が
散布される環境に設置されたり、さらにはこれらの環境
を走行する交通機器、例えば自動車、車両等、苛酷な塩
分環境で使用される鋼材に関するものである。

すなわち、本発明は前述のような用途に適する鋼材を提
供することを目的とするもので鋼材自身の耐海水性が良
好なことから、海洋、海浜地帯に設置される構造物の劣
化防止及び之等の環境や、ＮａＣ１，ＣａＣ１等道路凍
結防止剤を散布する高速道路を走行する自動車等交通機
器の劣化防止に役立つ耐海水鋼材に係るものである。

（従来の技術）最近、海洋、海浜地帯に設置された鋼構造建造物、コン
クリート建造物の劣化防止のために種々の防止法が提案
されたり、実施に移されている。

鋼構造物の劣化の最大の原因は海水自身による腐食や、
海塩粒子等による腐食によるものであるが、コンクリー
ト劣化の最大の原因はコンクリート壁を浸透してくる塩
分によってコンクリート中に埋設された鉄筋が腐食し、
その体積が鉄の約２．２倍になるため、その膨張力に耐
え切れなくなって埋設鉄筋に沿ったコンクリートに亀裂
が発生する。

その亀裂が０．２１１１以上になると外部の腐食因子た
る酸素や塩分、空気中の炭酸ガスがこの亀裂を通してよ
り容易に内部の埋設鉄筋付近に浸透し、さらに−屑鉄の
腐食を助長したり、コンクリートの中性化を促進してコ
ンクリートの劣化を早めることになる。

また、冬季、道路凍結防止剤を散布した高速道路におい
ては、その濃厚な塩分によって、道路は勿論、この道路
を走行する自動車が腐食によって急速に劣化し、この劣
化防止のために種々の防止法が実施されているが、劣化
を完全に停止するには至っていない。

さて、これらの中でもコンクリートの塩害劣化に関して
は最近特に大きくクローズアップされているのでその劣
化防止に関する従来技術を以下に記す。

本発明者らはこのようなコンクリートの劣化を防止する
ために鉄筋自体の化学組成を制御し、鉄筋自体の耐塩性
を向上する研究を実施し、その成果として耐塩性を著し
く向上したコンクリート用鉄筋（特開昭５７−４８０５
４号公報、特開昭５９−４４４５７号公報）を開発し、
これらの内容は既に他の各方面でも公表されている。（
’　０ＦＦＳＨＯＲＥ　ＧＯＴＥＢＯＲＧ　’８１’　
Ｐａｐｅｒ　ｔ’ｈ４２　Ｇｏｔｅｂｏｒｇ　５ＷＥＤ
ＥＮ　１９８１年、“セメントコンクリートｍ隘４３４
（１９８３）　Ｐ、２３／３１．“コロ−ジョン　オブ
　ラインフオースメント　インコンクリート　コンスト
ラクション（Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆ　Ｒｅｉｎｆｏｒ
ｃｅｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｃｏｎ５ｔｒ
ｕｃｔｉｏｎ）”Ｐ　４１９１９８３年、“建築の技術
施工”　１９８５年、阻２２９号１月号Ｐ　１５５／１
６４　、彰国社）。

又、鉄筋自体の耐塩性向上に寄与する鉄筋の鋼成分の初
期の段階で耐塩機構についても、これらの公表論文の中
に詳細に記載されている。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は従来の本発明者等の開発を軸にして、最近、と
くに問題となってきた海洋環境、海浜地帯、道路凍結防
止剤散布の高速道路における鋼材構造物、自動車等交通
機器の腐食劣化と、鋼材を埋設したコンクリート構造物
の劣化を完全に停止することにある。この中でもとくに
最近問題となっているコンクリートの塩害劣化防止につ
いて記すことにする。

本発明は従来の耐塩性コンクリート鉄筋の開発を軸にし
て最近、とくに問題となってきたコンクリート壁を浸透
してくる海塩粒子や海水飛沫等のフリーなＣＩ−の状態
で存在する塩分による鉄筋の腐食とそれに伴うコンクリ
ートの亀裂発生及び劣化を防止することを目的とするも
のである。

現在、各方面で問題となっている１０年以上経過したコ
ンクリート構造物の埋設鉄筋近傍のフリー塩分は厳しい
海洋環境ではＮａＣ１換算で１．０％にも達して鉄筋の
著しい腐食とそれに伴うコンクリートの亀裂発生、成長
をひき起こしている。したがってこのような高濃度の塩
分でも埋設鉄筋棒鋼の腐食が完全に停止し、コンクリー
トの亀裂発生を停止することが望ましい。

（問題点を解決するための手段）本発明の前記の目的は下記のとおりの構成の鋼材を提供
することによって達成される。

（１）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ａｌ　ｉ　７．０〜２０．０％、Ｐ；
０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ　；５
．５超〜１５．５％を含有し、残部鉄および不可避的不
純物からなる耐海水鋼材。

（２１Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ａｌ　、　７．０〜２０．０％、Ｐ；
０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ　；５
．５超〜１５．５％を含有し、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ。

Ｃｏ、ＭＯ，Ｂの１種又は２種以上を、Ｂ以外の元素で
は合計で０．０１〜０．５％、Ｂは０．０００１〜０．
００５％含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる
耐海水鋼材。

（３１Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
Ｂ２．Ｑ％以下、Ｍ　；　７．０〜２０．０％、Ｐ；０
．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ　；５．
５超〜ｌ　５．５％を含有し、Ｃｕ、Ｎｉの１種又は２
種を０．１〜５．５％含有し、残部鉄および不可避的不
純物からなる耐海水鋼材。

（４）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ａｊ　ｉ　７．０〜２０．０％、Ｐ；
０、０１５％以下、Ｓ　；　Ｏ，ＯＯ５％以下、Ｃｒ　
；５．５超〜１５．５％を含有し、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ
。

ｃｏ　＋　Ｍ　ｏ　＋　Ｂの１種又は２種以上を、Ｂ以
外の元素では合計で０．０１〜０．５％、Ｂは０．００
０１〜０．００５％含有し、ざらにＣｕ、Ｎｉの１種又
は２種を０．１〜５．５％含有し、残部鉄および不可避
的不純物からなる耐海水鋼材。

本発明の最大の特徴は鋼中にＭを７．０〜２０．０％と
多量に含有させ、さらにＣｒを５．５超〜１５．０％と
多量に含有させて高濃度の塩分に曝される環境で強力な
不働態被膜を生成させ、発錆を殆んど皆無にし、鋼材の
腐食を完全に停止することにある。さらに、これらの鋼
材を埋設したコンクリートが高濃度の塩分に曝されても
コンクリート中の埋設鉄筋に強力な不働態被膜を生成さ
せ、発錆を殆んど皆無にし、コンクリートの劣化を完全
に防止させることにある。すなわち、従来の発明の如く
錆の成長を抑制するという思想ではなく、上記のような
高濃度の塩分でも錆の発生を皆無とするかないしは抑制
するようにしたものである。この原因については現在、
検討中であり、明瞭なことは判明しないが、本発明によ
る合金から溶は出したＡｌ’　”がＣＩ−と反応して生
成したＡｊ　Ｃ１３が水中のＯＨ−と反応して直ちに極
めて安定な／Ｖ　（ＯＨ）　２に変化し、これが成長し
腐食因子を遮断することにあると推定される。

以下に本発明における各成分の限定理由を説明する。

ｃｌを１．０％以下に限定した理由はＣ１が１．０％を
超えると脆化を惹き起こすためである。又、Ｍｎ量を２
．０％以下に限定した理由は２．０％を超えると脆化を
惹き起こすためで、好ましい範囲は０．８％以下である
。Ｓｉ量を０．２５％以下とした理由はＳｉｌが０．２
５％を超えると鋼中のセメンタイトのグラファイト化を
著るしく促進し加工性が劣化するためである。一般にＳ
ｉ量を下げれば下げるほど錆発生を低減させるのでＳｉ
量の低い方が望ましい。最も望ましい範囲は５ｉｆｉ０
．０５％未満である。

Ｍは本発明のカギを握る重要な元素で、とくに極めて高
濃度の塩分でも錆発生を抑制する効果がある。この効果
はＡＩ量７．Ｑ％未満では期待できず、２０．０％超で
は経済的に不利になるのみならず金属間化合物を生成し
て脆化する場合がある。最も好ましい範囲はＡＩ量８．
０％以上１８％以下の範囲である。

Ｐを０．０１５％以下とした理由は、Ｐｏ、０１５％超
ではコンクリートのよう゛なアルカリ性雰囲気で錆生成
を抑制する効果がなく、むしろ助長する傾向があるため
である。

Ｃｒ１ｉを５．５％超とした理由は、ＩＶ量が７．０％
以上の場合、耐海水性が飛躍的に向上するためであるが
、１５．５％を超えると逆に脆化する場合が認められた
のでＣｒ量を５．５超〜１５．５％とした。

最も好ましい範囲は６．５〜１０．０％の範囲である。

又Ｓ量を０．００５％以下と限定し・た理由は、錆の発
生起源であるＭｎＳ　ｆｆを減らすことにあり、このｓ
ｌ低下のために脱硫剤として使用されるＣａ化合物、希
土類元素によりＭｎＳが（Ｍｎ、Ｃａ）Ｓ等に変化する
ことによる耐食性向上効果も期待できる。

また鋼中のＳｌを低下するために上記のような操業を行
なうことは常識となっているので、若干のＣａ、Ｃｅ等
が混入してくることがあるが、これらの元素は耐食性な
どに悪影響を及ぼすものではないので、脱硫のために添
加される量程度の混入は差し支えがない。

又、本発明においては必要に応じてＴｉ、Ｖ。

Ｎ　ｂ　＋　Ｗ＋　　Ｃｏ　＋　Ｍ　ｏ　＋　　Ｂなど
を添加するが、鉄筋の強度、靭性向上のための公知の元
素として添加するもので、１種又は２種以上を選択して
添加し、Ｂ以外の元素では合計で０．０１〜０．５％の
添加量、Ｂは０．０００１〜０．００５％の添加量とす
るが、上記の目的としてはすでに一般によく知られてい
るものである。これらの添加元素は類似の添加効果を示
すことが多いので通常２種を併せて添加することで目的
を達することができる。

又、必要に応じてコンクリートに埋設されるまでの耐候
性向上のためにＣｕ、Ｎｉの１種又は２種を０．１〜５
．５％添加する。

なお必要に応じて例えばネジ付き鉄筋などで快削性が要
求される場合には、Ｐｂを０．０１〜０．５％添加する
こともできる。

本発明に従い前記の化学成分で構成された鋼は、転炉、
電気炉等で溶製され、次いで造塊１分塊の工程を経るか
、あるいは連続鋳造後、圧延された後に、必要に応じて
焼入れ、焼戻し、或いは規準等の熱処理が施されたり、
パテンティング等の熱処理が施され、線引きされて使用
に供される。最終製品としては鋼管、Ｈ型鋼、鋼矢板、
鉄筋棒鋼。

ワイヤー、鋼板等の形状で供給され、必要に応じて亜鉛
メッキ、有機被覆を施すこともできる。

（実施例）実施例１表１に記載した成分の鋼を真空溶解炉で溶製し、造塊、
分塊後、熱間圧延した鋼と従来鋼からなる鋼との成分及
び腐食試験結果を示した。

準備した鋼板の中央部より幅２５鶴×長さ６０龍×厚さ
２鶴の試片を採取し、機械研削して表面を研磨した。

他方、海浜地帯、海水中での鋼の腐食を実験室で促進な
いし再現する環境として人工海水を準備した。

しかる後、前記のように表面研削し、側面と裏面をシリ
コンレジンで被覆した試片を脱脂後、乾燥し、第１図に
示すようにエナメル線を接続し、炭素繊維束と共に上記
人工海水中に浸漬した。すなわち、このように炭素繊維
束と鉄筋試片をエナメル線で接続し、料材料の間に電池
を形成させて３日間保持し、鋼表面の発錆状況を観察し
た。その結果を表１に示す。なお、試片表面の裏面、側
面、液にふれるエナメル線はすべてシリコンレジンでシ
ールした。第１図は上述の腐食試験の説明図で容器１に
入った人工海水３中に炭素繊維束と試片を浸漬し、両者
をエナメル線４で接続した。

図中の５は比較例である従来鋼の３日間試験後の表面状
態を表すもので、斜線部分が発錆したことを示している
。

つぎに又、コンクリート中の埋設鉄筋の塩分による腐食
を促進ないし再現するために、コンクリートの主成分で
あるＣａＯを３．６％ＮａＣ１水溶液中に溶解させてｐ
Ｈ１２のＣａ　（０１１）　ｚ＋Ｎａｃ１水溶液を準備
した。

しかる後、前記のように表面研削し、側面と裏面をシリ
コンレジンで被覆した試片を脱脂後、乾燥し、直ちに上
記のＣａ　Ｃ０Ｈ）　２＋　３．６％ＮａＣ１水溶液中
に浸漬した。なお試験中は液の表面を流動パラフィンで
シールし、３日毎に液を置換して２０日間連続浸漬し、
錆の発生状況を観察した。これらの結果を表１に示す。

実施例２表１の成分からなる熱延鋼板の表面を研削後、海浜地帯
に１年間曝露し、発錆状況を調べた。

又、ＮａＣ１を１．０％含んだ砂、ポルトランドセメン
ト、水、砂利からなるコンクリートモルタルに表１の成
分からなる熱延鉄筋（９龍φ）を埋め込み、２８日間常
温養生した後、海浜地帯に１年間曝露した。

なお、コンクリートの水セメント比は０．６０、カブリ
厚さは２　ｃｍとした。

１年間曝ｎ後コンクリートを破砕して鉄筋の発錆状況を
調べた。これらの調査結果を表１に示す。

表１の結果から本発明の鋼はコンクリート中の塩分が砂
中ＮａＣ１換算で１．０％の高濃度、水中で３．６％Ｎ
ａＣ１の高濃度でも錆発生が皆無であることが明瞭に認
められ、錆発生、錆成長に伴なうコンクリートの劣化を
完全に停止できることが判った。

（発明の効果）本発明は塩害に曝される鋼材並びに鋼材埋設のコンクリ
ート構造物の耐久性を維持するのに飛躍的に有効な鋼材
、コンクリート用鋼材として役立つものであり、海洋環
境、道路凍結防止剤散布の環境等、厳しい塩害に曝され
る環境で広範囲の用途に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は本発明における腐食試験の
説明図である。ｌ：容器、２：炭素繊維束、３　：　０．１％ＮａＣ１
を含有したｐＨ１２のＣａ　（Ｏｌｌ）　２水溶液、４
：エナメル線、５：従来の普通鋼試片、６：本発明実施
例試片。第１図手続補正書（自発）昭和６２年７月８日１許庁長官黒田明雄殿、事件の表示昭和６１年特許願第２９４２６７号発明の名称耐海水鋼材補正をする者事件との関係　特許出願人東京都千代田区大手町二丁目６番３号（６６５）新日本製鐵株式會社代表者　武　　１）　　　豊

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ａｌ；７．０〜２０．０％、Ｐ；０．
０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．５超
〜１５．５％を含有し、残部鉄および不可避的不純物か
らなる耐海水鋼材。
（２）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ｍ；７．０〜２０．０％、Ｐ；０．０
１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．５超〜
１５．５％を含有し、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｃｏ、Ｍｏ
、Ｂの１種又は２種以上を、Ｂ以外の元素では合計で０
．０１〜０．５％、Ｂは０．０００１〜０．００５％含
有し、残部鉄および不可避的不純物からなる耐海水鋼材
。
（３）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ａｌ；７．０〜２０．０％、Ｐ；０．
０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．５超
〜１５．５％を含有し、Ｃｕ、Ｎｉの１種又は２種を０
．１〜５．５％含有し、残部鉄および不可避的不純物か
らなる耐海水鋼材。
（４）Ｃ；１．０％以下、Ｓｉ；０．２５％以下、Ｍｎ
；２．０％以下、Ｍ；７．０〜２０．０％、Ｐ；０．０
１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｃｒ；５．５超〜
１５．５％を含有し、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｃｏ、Ｍｏ
、Ｂの１種又は２種以上を、Ｂ以外の元素では合計で０
．０１〜０．５％、Ｂは０．０００１〜０．００５％含
有し、さらにＣｕ、Ｎｉの１種又は２種を０．１〜５．
５％含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる耐海
水鋼材。