TWI391499B

TWI391499B - 船舶用熱軋型鋼及其製造方法

Info

Publication number: TWI391499B
Application number: TW097128385A
Authority: TW
Inventors: Kimura Tatsumi; Shiotani Kazuhiko; Suzuki Shinichi; Shikanai Nobuo; Kobayashi Kazutaka
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2013-04-01
Also published as: KR20100023047A; TW200912014A; CN101772583B; KR20130004605A; KR101241935B1; JP5396758B2; CN101772583A; JP2009052136A

Description

船舶用熱軋型鋼及其製造方法

本發明係關於諸如：運煤船(coal ship)、礦砂專用船(ore carrier)、礦砂煤炭兩用船(ore coal carrier)、原油輪(crude oil tanker)、LPG船(LPG carrier)、LNG船(LNG carrier)、化學油輪(chemical tanker)、貨櫃船(container ship)、散裝船(bulk carrier)、木材運輸船(log carrier)、木屑運輸船(chip carrier)、冷藏船(refrigerated cargo ship)、汽車運輸船(pure car carrier)、重載船(heavy load carrier)、RORO船(roll-on/roll-off ship)、石灰石運輸船(limestone carrier)、水泥運輪船(cement carrier)等所使用的船舶用型鋼。本發明特別係關於在因海水導致嚴重腐蝕環境下的壓艙水櫃(ballast tank)之縱向肋骨(縱樑材)等所使用的船舶用熱軋型鋼、及其製造方法。

此處，所謂「熱軋型鋼」係指利用熱軋成形為最終形狀的型鋼(此係以厚鋼板為素材的型鋼，將厚鋼板切斷為既定尺寸，並施行熔接，而獲得型鋼的最終形狀)。此外，所謂「縱向肋骨(縱樑材)等所使用的船舶用熱軋型鋼」，具體係指利用熱軋進行成形的諸如：等股角鋼(equal leg angle：AB)、不等邊角鋼(unequal leg angle：ABS)、不等邊不等厚角鋼(unequal leg and thickness angle：NAB)、槽型鋼(channel beam：CB)、球緣角鐵(bulb plate：BP)、T型鋼(T-bar)等。

船舶的壓艙水櫃係在無載貨時，便注入海水而負責使船舶能穩定航行的功用。因而，壓艙水櫃將籠罩在非常嚴苛的腐蝕環境(corrosion environment)下。所以，就壓艙水櫃所使用鋼材的防蝕，通常將併用利用環氧樹脂塗料(epoxy paint)施行的防蝕塗膜(anti-corrosion paint film)形成、以及電氣防蝕(cathodic protection)。

但是，即使採取該等防蝕對策，但壓艙水櫃的腐蝕環境仍然處於嚴苛的狀態中。即，當在壓艙水櫃中注入海水時，完全浸泡於海水中的部分，因為電氣防蝕發揮功能，而可抑制腐蝕。但是，壓艙水櫃的最上端附近，特別係上甲板(upper deck)的背側，並未浸泡於海水中，僅有海水泡沫飛濺的狀態。因而，該部位的電氣防蝕將不具功能。且，該部位將因太陽光導致鋼板溫度上升，而導致腐蝕環境更趨於嚴苛。另一方面，當壓艙水櫃中並未注入海水時，因為電氣防蝕完全無作用，故因殘留附著的鹽分而遭受嚴重腐蝕。

因而，如上述處於嚴苛腐蝕環境下的壓艙水櫃之防蝕塗膜壽命，一般可謂係約10年，屬於船舶壽命(約20年)的一半程度。所以，目前的實況係剩餘的10年期間，得依賴施行諸如修補塗裝(repair painting)等處理，才能維持耐蝕性。但是，因為壓艙水櫃的腐蝕環境係屬於非常嚴苛，因而即便施行修補塗裝，但仍頗難長時間持續維持效果。且，因為修補塗裝將在狹窄空間中施行作業，因而作業環境並非良好。所以，期盼盡可能地延長需修補塗裝的期間，且能減輕作業負荷之耐蝕性優異的鋼材開發。

所以，就壓艙水櫃等在嚴苛腐蝕環境下所使用鋼材本身的耐蝕性提升技術便有數個提案。

例如在日本專利特開昭48-050921號公報(專利文獻1)中有揭示：在C：0.20mass%以下的鋼中，添加耐蝕性改善元素(element that improves corrosion resistance)之Cu：0.05~0.50mass%、W：0.01~未滿0.05mass%，更添加0.01~0.2mass%之Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Te及Be中1種或2種以上的耐蝕低合金鋼(anti-corrosion low alloy steel)。此外，在日本專利特開昭48-050922號公報(專利文獻2)中有揭示：在C：0.20mass%以下的鋼材中，添加耐蝕性改善元素之Cu：0.05~0.50mass%、W：0.05~0.5mass%，更添加0.01~0.2mass%之Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Te及Be中1種或2種以上的耐蝕性低合金鋼。又，在日本專利特開昭48-050924號公報(專利文獻3)中有揭示：在C：0.15mass%以下的鋼中，添加Cu：0.05~未滿0.15mass%、W：0.05~0.5mass%的耐蝕性低合金鋼。

再者，在日本專利特開平07-034197號公報(專利文獻4)中有揭示：對在C：0.15mass%以下的鋼中，經添加耐蝕性改善元素之P：0.03~0.10mass%、Cu：0.1~1.0mass%、Ni： 0.2~1.0mass%的低合金耐蝕鋼材，施行諸如：瀝青環氧塗料(tar epoxy paint)、純環氧塗料(pure epoxy paint)、無溶劑型環氧塗料(epoxy paint without solvent)、胺基甲酸乙酯塗料等防蝕塗料的塗佈，而形成經樹脂被覆的壓艙水櫃。該項技術係藉由提升鋼材本身的耐蝕性俾延長防蝕塗裝的壽命，實現在船舶使用期間的20~30年中可達免保養(maintenance-free)化。

再者，在日本專利特開平07-034196號公報(專利文獻5)有揭示：在C：0.15mass%以下的鋼，添加耐蝕性改善元素之Cr：0.2~5mass%，而提升耐蝕性，俾實現船舶的免保養化。此外，在日本專利特開平07-034270號公報(專利文獻6)中所提案的壓艙水櫃之防蝕方法，係將在C：0.15mass%以下的鋼中，經添加耐蝕性改善元素之Cr：0.2~5mass%的鋼材，使用為構成材料，且將壓艙水櫃內部的氧氣濃度設定為相對大氣中值的0.5以下之比率。

再者，在日本專利特開平07-310141號公報(專利文獻7)中有提案：在C：0.1mass%以下的鋼中，藉由添加Cr：0.5~3.5mass%而提升耐蝕性，俾實現船舶的免保養化。此外，在日本專利特開2002-266052號公報(專利文獻8)中所揭示的船舶用鋼材，係在C：0.001~0.025mass%的鋼中，藉由添加Ni：0.1~4.0mass%，俾提升耐塗膜損傷性(paint-film damage resistance)，並減輕修補塗裝等保養費用。

再者，在日本專利特開2000-017381號公報(專利文獻9)中所揭示的船舶用鋼，係在C：0.01~0.25mass%的鋼中，藉由添加Cu：0.01~2.00mass%、Mg：0.0002~0.0150mass%，俾在船舶外板、壓艙水櫃、貨油艙、煤炭船貨艙等的使用環境中能具有耐蝕性。此外，在日本專利特開2004-204344號公報(專利文獻10)中所揭示的鋼，係在C：0.001~0.2mass%的鋼中，藉由複合添加Mo、W及Cu，並限定不純物的P、S添加量，俾抑制在原油油槽中所發生的全面腐蝕、局部腐蝕情形。

然而，構成壓艙水櫃等的鋼材，通常施行鋅底漆(zinc-primer)、環氧樹脂塗料等的塗佈。上述專利文獻1~3所揭示的技術中，相關在該等塗膜存在下的耐蝕性並未進行充分的探討，仍有待更進一步進行探討的空間。

再者，專利文獻4所揭示的鋼材，為能提升底層金屬的耐蝕性，便添加P為較多量的0.03~0.10mass%，但是就熔接性(weldability)及熔接部韌性(toughness of weld joints)方面卻有問題。

再者，專利文獻5及專利文獻6所揭示的鋼材，因為Cr含有較多的0.2~5mass%，且專利文獻7所揭示的鋼材則Cr含有較多的0.5~3.5mass%，因而任一者均有熔接性與熔接部韌性的問題。此外，該等Cr含有量較多的鋼材有製造成本提高的問題。

再者，專利文獻8所揭示的鋼材，因為C含有量較低、Ni含有量較高，因而有製造成本提高的問題。

再者，專利文獻9所揭示的鋼材，因為Mg的添加係屬必需，因而有製鋼良率不穩定、鋼材的機械特性亦未穩定的問題。

再者，專利文獻10所揭示的鋼材，係屬為能在原油油槽內存在H₂ S的環境下使用而開發出的耐蝕鋼，但就無H₂ S存在的壓艙水櫃內之耐蝕性則不明確。此外，相關上述經鋅底漆塗佈狀態下的耐蝕性尚未有探討。所以，就壓艙水櫃所使用方面，仍有尚待更進一步就耐蝕性進行探討的空間。

一般，船舶係將厚鋼板(thick plates)、薄鋼板、型鋼、棒鋼等鋼材施行熔接而建造，對該鋼材的表面施行防蝕塗裝。上述防蝕塗裝普通係就一次防銹(primary rust prevention)施行鋅底漆的塗佈，經小組裝後或大組裝後的二次塗裝(正式塗裝)(Secondary rust prevention)則施行環氧樹脂塗裝。所以，船舶的鋼材表面大部分均將施行鋅底漆與環氧樹脂塗裝等雙層構造的防蝕塗裝。此外，熔接部因施行熔接時的熱導致鋅底漆遭受燒磬(burned out)，因而就從熔接後起至正式塗裝期間的防銹對策，便採行利用鋅底漆施行修補塗裝(修補)(touch-up)。但是，當截至正式塗裝為止的期間係屬於較短的情況，亦有未施行修補塗裝。此外，在建造後，經長年使用後的船舶，有上述塗膜劣化情況，或者導致無法充分發揮防銹塗膜機能的部分、以及塗膜剝落導致鋼板呈裸露狀態的部分存在。

即，航行中的船舶鋼材表面，存在有：經施行鋅底漆與環氧樹脂塗裝等雙層塗裝的部分、僅施行環氧樹脂塗裝的部分、以及裸露狀態的部分等3種狀態。所以，為能達成提升船舶耐蝕性之目的，必需屬於該等任一狀態均呈現優異耐蝕性的船舶用鋼材。

但是，船舶所使用的厚鋼板，就從因使用鋼材量的減少而衍生的成本降低、以及確保安全性的觀點，將朝高強度化演進，而使用降伏應力YP(yield strength)達315MPa以上、且拉伸強度TS(tensile strength)達440MPa以上的高強度材。厚鋼板的情況，就強度與韌性的控制，一般係藉由調整控制軋延/加速冷卻製程(TMCP：Thermo-Mechanical Control Process)的條件而達成。

另一方面，壓艙水櫃的縱樑材等所使用鋼材中，尤其是不等邊不等厚角鋼、T型鋼等熱軋型鋼，在相較於相同船舶所使用厚鋼板等的情況下，因為前者的截面形狀、尺寸較為複雜，因而就強度與韌性的控制方法，便較難採用與厚鋼板相同的TMCP。特別係因為型鋼係必需在考慮軋延途中的彎曲、翹曲之情況下進行材質改造，因而為能成為降伏應力YP達315MPa以上的高強度型鋼，便必需就型鋼的獨自製造方法進行檢討。

緣是，本發明之目的在於廉價提供：於船舶的壓艙水櫃等嚴苛腐蝕環境下，不致受塗膜存在狀態所左右，均能發揮優異耐蝕性，可延長截至修補塗裝前的期間，甚至可減輕修補塗裝作業，且耐蝕性優異並具有YP達315MPa以上強度的船舶用熱軋型鋼。

發明者等針對即使因海水所造成的嚴苛腐蝕環境下，仍不受表面狀態(塗膜存在狀態)所左右，均可呈現優異耐蝕性，並具有高強度的型鋼開發進行深入鑽研。結果發現下述事項，遂完成本發明。

．將W與Cr視為必要元素而添加，在其中更進一步藉由依適當範圍含有Sb、Sn等提升耐蝕性元素，便可獲得不管鋅底漆與環氧樹脂塗裝的雙層塗膜狀態、或環氧樹脂塗膜狀態、或裸露狀態等任何狀態下，均能呈現優異耐蝕性的船舶用熱軋型鋼；及．就在不致妨礙生產性、熔接性等的情況下，達型鋼高強度化方面，利用(α+γ)二相域軋延(hot rolling during(γ+α)region)而導入加工肥粒鐵(strain hardening ferrite)，將屬有效。

即，本發明的耐蝕性優異船舶用熱軋型鋼，係具有由含：C：0.03~0.25mass%、Si：0.05~0.50mass%、Mn：0.1~2.0mass%、P：0.025mass%以下、S：0.01mass%以下、Al：0.005~0.10mass%、W：0.01~1.0mass%、Cr：0.01mass%以上且未滿0.20mass%、N： 0.001~0.008mass%，剩餘則為Fe與不可避免的不純物所構成之成分組成，且具有由含加工肥粒鐵的肥粒鐵、與珠粒鐵組織(pearlite)所構成之微觀組織(microstructure)。

本發明之船舶用熱軋型鋼係除添加上述成分組成之外，最好更進一步含有屬於下述A~E組中至少1組的成分。

記

．A組：從Sb：0.001~0.3mass%及Sn：0.001~0.3mass%中選擇1種或2種

．B組：從Cu：0.005~0.5mass%、Ni：0.005~0.25mass%、Mo：0.01~0.5mass%及Co：0.01~1.0mass%中選擇1種或2種以上

．C組：從Nb：0.001~0.1mass%、Ti：0.001~0.1mass%、Zr：0.001~0.1mass%及V：0.002~0.2mass%中選擇1種或2種以上

．D組：B：0.0002~0.003mass%

．E組：從Ca：0.0002~0.01mass%、REM：0.0002~0.015mass%及Y：0.0001~0.1mass%中選擇1種或2種以上

再者，本發明的船舶用熱軋型鋼，最好表面設有：．環氧樹脂塗膜；．鋅底漆塗膜；及．鋅底漆塗膜與環氧樹脂塗膜中任一者。

再者，本發明的船舶用熱軋型鋼之製造方法，係在進行上述船舶用熱軋型鋼的製造之際，將具有上述組成的鋼素材加熱至1000~1350℃，然後，施行將Ar₃ 溫度(Ar₃ 變態點)以下的累積軋縮率設為10~80%、將精軋溫度(finishing temperature)設為(Ar₃ -30℃)~(Ar₃ -180℃)的熱軋，然後再放置冷卻(air cooling)。

本發明的上述製造方法，最好Ar₃ 溫度以下的熱軋，係在將型鋼截面內的溫度差設為50℃以內實施。

(組成)

發明者等為求開發出航行中船舶所使用鋼材，就所存在3種狀態(即，具有鋅底漆與環氧樹脂塗膜等雙層塗膜的狀態、僅環氧樹脂塗膜的狀態及裸露狀態)，不管任何狀態下均呈現優異耐蝕性的船舶用熱軋型鋼，便施行以下的實驗。

實驗室規格熔製經添加各種合金元素的鋼，經熱軋而形成板厚5mm的熱軋板。由該等熱軋板中採取5mmt×100mmW×200mmL、或5mmt×50mmW×150mmL的試驗片，對該試驗片表面施行珠粒噴擊(shotblasting)，經將表面的氧化鐵皮(scale：氧化被膜)與油分去除後，便製成經施行下述3種表面處理過的曝曬試驗(exposure test)用試驗片。

．條件A：在試驗片表面上，形成鋅底漆(膜厚約15μm)與瀝青環氧樹脂塗料(膜厚約100μm)等雙層被膜

．條件B：在試驗片表面上，形成瀝青環氧樹脂塗料(膜厚約100μm)的單層被膜

．條件C：在試驗片表面僅施行珠粒噴擊的裸露狀態(無防蝕被膜)

然後，將該等試驗片在模擬實船壓艙水櫃的上甲板背側之腐蝕環境條件下，施行腐蝕試驗。具體而言，將(35℃、5mass%NaCl溶液噴霧×2hr)→(60℃、RH(相對濕度)5mass%×4hr)→(50℃、RH95mass%×2hr)設為1循環，並乾濕重複施行132次循環的鹽水噴霧的腐蝕試驗。

針對具有塗膜的條件A與B之試驗片，在試驗前，便從塗膜上方利用美工刀一字狀劃割出達原料生鐵表面之長80mm的刮傷傷痕(scratch)，經試驗後，藉由測定刮傷傷痕周圍所發生的塗膜膨潤面積(area of paint swelling)，而評估耐蝕性。此外，相關未設有塗膜的條件C之試驗片，經試驗後，利用鹽酸施行除銹(derust)，從經除銹過的試驗片重量、與腐蝕試驗前的試驗片重量差(減少量)，計算出平均板厚減少量，而施行耐蝕性評估。

由上述腐蝕試驗的結果，針對依各合金元素所達成的耐蝕性提升效果，依照試驗片表面的每個塗膜條件整理如表1所示。針對結果進行簡單說明：

1)條件A(鋅底漆+瀝青環氧樹脂塗裝的雙層塗膜)的情況：耐蝕性提升最有效的元素係Cr，其次係W，接著係Sb。

2)條件B(僅瀝青環氧樹脂塗膜單層)的情況：耐蝕性提升最有效的元素係W，其次係Sb、Sn。

3)條件C(裸露狀態)的情況：耐蝕性提升最有效的元素係W，其次係Sb、Sn。

4)若複合添加W與Cr，就條件A下的耐蝕性，將較單獨含有的情況更加提升，若追加添加Sb、Sn，則不僅條件A，就連條件B、C亦均呈現明顯的改善效果。

5)Mo的添加係條件A、B、C下的耐蝕性均略微提升，而Cu、Ni、Co係條件A、C下的耐蝕性將略微提升。

(耐蝕性提升的效果)

以上述試驗的結果為基礎，本發明中將採用經複合添加入提升耐蝕性基本元素的W與Cr之成分系統，且當更進一步要求耐蝕性時，便採用經追加添加從Sb、Sn中選擇1種或2種的成分設計。然後，當再要求更加優異耐蝕性時，便添加從Ni、Mo、Co、Cu中選擇1種或2種以上。

接著，針對本發明耐蝕性優異的船舶用熱軋型鋼所應具有的成分組成進行說明。

．C：0.03~0.25mass%

C係屬於提高鋼強度的有效元素，本發明中為能獲得所需強度，便必需含有0.03mass%以上。另一方面，若添加超過0.25mass%，熔接熱影響部(HAZ：Heat Affected Zone)的韌性降低。所以，C含有量設定為0.03~0.25mass%範圍內。另外，就從利用後述加工肥粒鐵兼顧強度與韌性的觀點，C最好設定在0.05~0.20mass%範圍內。

．Si：0.05~0.50mass%

Si係屬於脫氧劑(deoxidizing agent)，且為提高鋼強度而添加的元素，本發明中添加0.05mass%以上。但是，若添加超過0.50mass%，因為鋼的韌性降低，因而便將Si的上限設為0.50mass%。

．Mn：0.1~2.0mass%

Mn係屬於具有防止熱脆性(hot shortness)、提高鋼強度效果的元素，將添加0.1mass%以上。但是，若Mn添加超過2.0mass%，因為鋼的韌性與熔接性降低，因而上限設定為2.0mass%。最好設定為0.5~1.6mass%範圍內。

．P：0.025mass%以下

P係屬於使鋼的母材韌性、熔接性及熔接部韌性降低的有害元素，最好盡可能地減少。特別係若P含有量超過 0.025mass%，則母材韌性(toughness)與熔接部韌性大幅降低。所以，P設定在0.025mass%以下。最好0.014mass%以下。P雖亦可無添加，但就工業生產的現實狀況下，下限為0.005mass%左右。

．S：0.01mass%以下

S係屬於使鋼的韌性與熔接性降低的有害元素，因而最好盡可能減少，本發明中將設定在0.01mass%以下。S雖亦可無添加，但就工業生產的現實狀況下，下限為0.001mass%左右。

．Al：0.005~0.10mass%

Al係屬於當作脫氧劑而添加的元素，必需添加0.005mass%以上。但是，若添加超過0.10mass%，將因原料生鐵的腐蝕而溶出Al³⁺ ，導致原料生鐵表面的pH降低，造成耐蝕性降低，因而Al含有量的上限設定為0.10mass%。

．W：0.01~1.0mass%

W係如上述，亦可提升鋅底漆與環氧樹脂塗膜存在下的鋼耐蝕性，特別係在環氧樹脂塗膜存在下與裸露狀態下，具有明顯的耐蝕性提升效果。所以，在本發明中屬於提升耐蝕性元素的最重要元素之一。上述效果係在添加W：0.01mass%以上才會顯現。但是，若添加量超過1.0mass%，則上述效果達飽和。所以，W的含有量便設定為0.01~1.0mass%範圍內。最好0.02~0.3mass%範圍內。尤以0.2mass%以下為佳。

W具有上述提升耐蝕性效果的理由，係因下述情形：．在因鋼板腐蝕所生成的鐵銹中生成WO₄ ^2- ，因該WO₄ ^2- 的存在，氯化物離子對鋼板表面的侵入受抑制；．鋼板表面的陽極部等出現pH降低的部位，將生成難溶性FeWO₄ ，亦藉由該FeWO₄ 的存在，抑制氯化物離子對鋼板表面的侵入等，而有效地抑制鋼的腐蝕。此外，藉由WO₄ ^2- 的防銹劑作用(inhibition effect)，亦可抑制鋼的腐蝕。

．Cr：0.01mass%以上、未滿0.20mass%

Cr係屬於在鋅底漆與環氧樹脂塗膜的存在下，顯現出優異耐蝕性的成分，屬於本發明船舶用熱軋型鋼中的重要元素之一。

上述耐蝕性提升效果推定係依下述理由所造成。當鋅底漆存在情況，鋅底漆中的Zn溶出於表面，而生成ZnO、ZnCl₂ ．4Zn(OH)₂ 等Zn系腐蝕生成物(zinc-based corrosion product)。Cr對該Zn系腐蝕生成物產生作用，推定具有更加提升因Zn系腐蝕生成物所造成原料生鐵防蝕性的作用。

此種在鋅底漆存在下的Cr對耐蝕性提升效果，係在含有0.01mass%以上才會顯現。但是，若含有達0.20mass%以上，熔接部韌性便降低。所以，Cr含有量設定為0.01mass%以上且未滿0.20mass%範圍內。最好0.02~0.15mass%範圍內。

另外，如前述，若一起添加上述範圍內的Cr與W，可獲得相乘效果，能無關於塗膜種類與有無設置均可獲得極良好的耐蝕性。

．N：0.001~0.008mass%

N係對鋼的韌性屬有害成分。所以，為能提升韌性，N最好盡可能減少，設定在0.008mass%以下。但是，工業性頗難將N降低至未滿0.001mass%。因而，本發明中便將N含有量設定在0.001~0.008mass%範圍內。

本發明的船舶用熱軋型鋼在更加提升耐蝕性之目的下，除上述成分之外，尚可添加下述成分。

．Sb：0.001~0.3mass%及Sn：0.001~0.3mass%中之1種或2種

Sb係不管在鋅底漆與環氧樹脂塗膜存在下、或環氧樹脂塗膜存在下、或裸露狀態等任何狀態下，均具有提升耐蝕性的效果。而，Sn係在環氧樹脂塗膜存在下與裸露狀態下具有提升耐蝕性的效果。Sb、Sn的上述效果係可認為因為鋼板表面的陽極部等pH降低部位的腐蝕情形受抑制的緣故所致。該等效果係Sn、Sb均含有達0.001mass%以上才會顯現。但是，若添加超過0.3mass%，因為母材韌性與HAZ部韌性降低，因而分別最好設定添加在0.001~0.3mass%範圍內。另外，尤以Sb與Sn二者均有添加為佳。

．Cu：0.005~0.5mass%、Ni：0.005~0.25mass%、Mo：0.01~0.5mass%及Co：0.01~1.0mass%中之1種或2種以上

Cu、Ni、Mo及Co係具有提升在鋅底漆與環氧塗膜存在下、及裸露狀態下的鋼耐蝕性，而Mo甚至在環氧塗膜存在下亦具有耐蝕性提升效果。所以，當欲更加提升耐蝕性時，該等元素便可輔助性含有。Cu、Ni、Mo、Co的上述效果係可認為藉由使鐵銹粒子微細化的作用所產生。此外，當Mo的情況，可認為藉由鐵銹中生成MoO₄ ^2- 而抑制氯化物離子侵入於鋼板表面之事亦具有貢獻。

該等效果係在Cu、Ni含有達0.005mass%以上、Mo含有達0.01mass%以上、Co含有達0.01mass%以上才會顯現。但是，即使添加Cu：超過0.5mass%、Ni：超過0.25mass%、Mo：超過0.5mass%、Co：超過1.0mass%，因該項效果已達飽和，而不利於經濟效益。所以，Cu、Ni、Mo及Co最好分別依上述範圍內添加。

再者，本發明的熱軋型鋼在為能提高強度、提升韌性的情況下，除上述成分之外，尚可含有下述成分。

．Nb：0.001~0.1mass%、Ti：0.001~0.1mass%、Zr：0.001~0.1mass%及V：0.002~0.2mass%中之1種或2種以上

Nb、Ti、Zr及V均係屬於提高鋼強度的元素，可配合必要強度而選擇添加。為能獲得此種效果，Nb、Ti、Zr分別最好添加0.001mass%以上，V則最好添加0.002mass%以上。但是，若Nb、Ti、Zr添加超過0.1mass%，且V添加超過0.2mass%，反而導致韌性降低，因而Nb、Ti、Zr、V的添加最好以上述值為上限。較佳的上限係0.04mass%。該等元素中，就從熔接部韌性的觀點，最好為Ti，次佳者係Nb。

．B：0.0002~0.003mass%

B係屬於提高鋼強度的元素，可視需要含有。為能獲得上述效果，最好添加0.0002mass%以上。但是，若添加超過0.003mass%，反而導致韌性降低。所以，B最好依0.0002~0.003mass%範圍內添加。

．Ca：0.0002~0.01mass%、REM：0.0002~0.015mass%及Y：0.0001~0.1mass%中之1種或2種以上

Ca、REM及Y均係屬於具有提升熔接熱影響部之韌性效果的元素，可視需要選擇添加。該項效果係在Ca：0.0002mass%以上、REM：0.0002mass%以上、Y：0.0001mass%以上的添加時才能獲得。但是，若添加Ca：超過0.01mass%、REM：超過0.015mass%、Y：超過0.1mass%，反而導致韌性降低，因而Ca、REM、Y的添加最好分別以上述值為上限。

本發明的船舶用熱軋型鋼中，除上述以外的成分便係Fe及不可避的不純物。但，在不妨礙本發明效果的範圍內，並非排除含有除上述以外的成分。

(微觀組織)

接著，針對本發明高強度且耐蝕性優異的船舶用熱軋型鋼之微觀組織進行說明。

船舶用鋼板，特別係降伏應力YP達315MPa以上的高強度厚鋼板，一般將經減少碳當量並賦予高熔接性的鋼素材，藉由採用組合控制軋延與控制冷卻的TMCP，形成第2相的硬質變韌鐵組織(bainite)，而達高強度化。然後，當要求低溫韌性的情況、或要求厚板化時，便藉由將上述控制軋延與控制冷卻的條件最佳化因應。所以，此情況，鋼板的微觀組織通常係肥粒鐵+變韌鐵組織。

另一方面，船舶用熱軋型鋼的情況，多數情況係短邊與長邊的寬度、厚度不同(例如截面非呈矩形的不等邊不等厚角鋼等)，必然在軋延時或冷卻時將發生溫度不均勻情形。特別係當使用採用控制冷卻(加速冷卻)的強度調整時，殘留應力呈不均勻，誘發扭轉、彎曲、翹曲等，導致尺寸精度降低。因而，將軋延後的形狀矯正負荷便將增加。所以，導入第2相的硬質變韌鐵組織俾達高強度化的方法便頗難適用於熱軋型鋼。此現象可謂就諸如軋延T型鋼等全盤的船舶用熱軋型鋼均如此。

所以，就船舶用熱軋型鋼便要求在未施行軋延後的加速冷卻情況下，可達降伏應力YP：315MPa以上、且拉伸強度Ts：440MPa以上的高強度。因而，便必需利用尋常熱軋組織的肥粒鐵+珠粒鐵組織達高強度化。利用肥粒鐵+珠粒鐵組織實現高強度化的手段，係可考慮例如：增加第2相的珠粒鐵分率之方法、將肥粒鐵組織更加細粒化的方法、將肥粒鐵施行固溶強化或析出強化而硬的方法、或者在(γ+α)二相域中施行熱軋而將部分肥粒鐵形成高差排密度之加工肥粒鐵的方法等。

上述方法中，將肥粒鐵細粒化的方法雖有利於使YP上升，但因為TS的上升較小，因而僅依靠該手法尚無法達充分的高強度化。此外，增加珠粒鐵分率的方法必需添加大量的C，但因為過度添加C將導致熔接性降低，因而最好避免。另外，添加固溶強化元素或析出強化元素而將肥粒鐵強化的方法，因合金元素的大量添加而導致熔接性降低、或導致素材成本提高。

另一方面，加工肥粒鐵的活用係將C或合金元素的添加抑制至最小極限，便可在維持熔接性的狀態下，提升YP與TS。即，利用加工肥粒鐵的方法係經熱軋後，在未施行控制冷卻(加速冷卻)的情況下，便可達高強度化，因而將可在抑制船舶用熱軋型鋼製造時特有問題的軋延、冷卻時的彎曲、翹曲等情況發生之情形下，達高強度化。所以，本發明中，就船舶用熱軋型鋼的高強度化手段，便採用將鋼的微觀組織形成含有加工肥粒鐵的肥粒鐵+珠粒鐵組織之方法。

其中，上述加工肥粒鐵的分率係就面積率，最好佔鋼組織整體的10~70%範圍內。理由係若加工肥粒鐵的分率未滿10%，便無法獲得充分的鋼強化，反之，若超過70%，則不僅強度上升已達飽和，且將因(α+γ)二相域軋延時的荷重增加而導致軋輥割損風險提高。另外，上述加工肥粒鐵係經導入由在Ar₃ 變態點以下的(α+γ)二相域中，施行熱軋而形成的加工應變之肥粒鐵，通常將呈扁平化的加工肥粒鐵微量化，並將在微觀組織中的所佔面積定量化，便可測定其分率。微觀組織的測定位置最好係板厚最厚部位處的板厚1/4處。

另外，含加工肥粒鐵的肥粒鐵，最好整體的面積率佔鋼組織整體的10%~70%左右。剩餘則為珠粒鐵組織，但除肥粒鐵．珠粒鐵以外的組織(即變韌鐵等)，亦可依面積率計存在10%以下。

(表面處理)

如前所述，本發明的船舶用熱軋型鋼表面最好設定為：

．無塗膜(裸露狀態)

．僅環氧樹脂塗膜單層塗膜

．鋅底漆與環氧樹脂塗裝的雙層塗膜

中之任一狀態。但，並非禁止除此以外的其他表面處理。特別係可自由將鋅底漆及/或環氧樹脂塗膜取代改用其他代替品。

裸露狀態的情況，表面亦可保持熱軋狀態，但亦可利用珠粒噴擊等將氧化層與油層去除。不論環氧樹脂塗膜與鋅底漆的種類，均可使用本說明書中所說明物質、或其他周知物。另外，環氧樹脂塗膜最好使用瀝青環氧塗料樹脂。

(製造方法)

其次，針對上述具有含加工肥粒鐵之肥粒鐵+珠粒鐵組織的船舶用熱軋型鋼，就其製造方法進行說明。

當施行本發明船舶用熱軋型鋼之製造時，首先利用諸如轉爐、電氣爐等普通周知設備熔製具有上述成分組成的鋼，接著，最好利用諸如連續鑄造法、錠塊鑄造法等普通周知方法，形成鋼板坯、小截面方鋼坯、中鋼胚等鋼素材。另外，經熔製後，亦可施行諸如盛鋼桶精煉、真空脫氣等處理。

接著，將上述鋼素材裝入加熱爐中，經施行再熱後，施行熱軋，便形成具有所需尺寸、組織及特性的船舶用熱軋型鋼。此時，鋼素材的再熱溫度(reheating temperature)必需設定在1000~1350℃範圍內。若加熱溫度未滿1000℃，則變形阻力變大，較難施行熱軋。反之，若超過1350℃的加熱，則成為表面傷痕的發生肇因、落導致氧化鐵皮損失(scale loss)、燃料原單位增加。最好設定在1100~1300℃範圍內。

接著，熱軋必需將在Ar₃ 溫度以下的累積軋縮率設為10~80%。若全軋延溫度在Ar₃ 溫度以上，便將成為鋼的微觀組織未含加工肥粒鐵者，而無法確保必要的強度、韌性。同樣的，若Ar₃ 溫度以下的累積軋縮率未滿10%，因為加工肥粒鐵的生成量較少，因而強韌化效果較小。反之，若超過80%的軋縮率，則軋延荷重增加，導致軋延趨於困難，或者因軋延的軋道次數增加導致生產性降低。所以，將Ar₃ 溫度以下的累積軋縮率設為10~80%。最好10~60%範圍內。另外，Ar₃ 溫度以下的軋延係只要至少1軋道以上實施便可，亦可為複數軋道。此處所謂「Ar₃ 溫度以下的累積軋縮率」係指相對Ar₃ 溫度下的軋延材截面積(A)，經軋延結束後的軋延材截面積(B)之截面減面率，依下式表示：(Ar₃ 溫度以下的累積軋縮率[%])=(A-B)/A×100

再者，上述熱軋係必需依照精軋溫度：(Ar₃ -30℃)~(Ar₃ -180℃)的條件實施。理由係精軋溫度若超過(Ar₃ -30℃)，將無法充分獲得因二相域軋延所造成的強韌化效果，反之，若未滿(Ar₃ -180℃)，則因變形阻力增加，導致軋延荷重增加，造成軋延趨於困難。

再者，上述熱軋中，最好將Ar₃ 溫度以下的軋延，在船舶用熱軋型鋼的截面內各部位之溫度差設定在50℃以內。例如在船舶用熱軋型鋼中，針對長邊與短邊的板厚有差異之不等邊不等厚角鋼，最好相對板厚較薄的長邊側，將板厚較厚的短邊側於軋延機前後均施行水冷，俾將長邊側與短邊側的溫度差抑制至50℃以內。若溫度差超過50℃，則不僅短邊側與長邊側的強度、韌性特性變動變大，經軋延後的冷卻步驟中，彎曲情形變大，造成施行矯正時所需要的負擔變大，導致生產性降低。

將短邊側與長邊側的溫度差抑制在50℃以內的手段，最好使用在粗軋機(rougher rolling mill)前後所配置的冷卻設備，進行冷卻控制的方法。具體而言，最好利用上述冷卻設備，將板厚較厚的短邊側施行重點式水冷，而解除溫度差的方法。此時的水冷係可就軋延機前後僅在前面實施、或僅在後面實施、或前後二處均有實施，且配合施行軋延的型鋼尺寸、要求精度，亦可重複施行複數次。另外，施行水冷時的水量密度，最好設定在1m³ /m．min以上。

型鋼的截面內溫度差，係利用輻射溫度計測定翼板與腹板(參照實施例)的表面溫度，再從所獲得的最高溫度與最低溫度差進行求取。

接著熱軋之後的冷卻並無特別的限制，最好採行放置冷卻。藉此，便可減輕因軋延後的冷卻不均勻所造成的彎曲、翹曲等型鋼形狀變化狀況，可減輕在軋延後對產品施行矯正的負擔。放置冷卻時的冷卻速度雖將依板厚而異，但將設定在0.4~1.0℃/s左右。在上述冷卻速度範圍內將冷卻進行加減速的處置(強制冷卻、保溫等)，因為實質上將如同放置冷卻，因而並未特別排除使用。

[實施例]

利用真空溶解爐或轉爐熔製具有表2(表2-1及表2-2)所示成分組成的鋼，並形成中鋼胚，將該中鋼胚裝入加熱爐中，經施行加熱後，再依照表3(表3-1及表3-2)所示條件施行熱軋，便製得表3所示截面尺寸的不等邊不等厚角鋼(NAB)及軋延T型鋼。另外，表3中，相關不等邊不等厚角鋼(NAB)，將長邊側記為「腹板」，將短邊側記為「翼板」。

針對不等邊不等厚角鋼從短邊採取JIS1A號拉伸試驗片，針對T型鋼則從翼板採取JIS1A號拉伸試驗片，並施行拉伸特性(降伏應力YP、拉伸強度TS、伸展El)。此外，針對不等邊不等厚角鋼將短邊，而針對T型鋼則將翼板利用20kJ/cm的熱輸入施行氣體遮護電弧銲接(GMAW)，並從HAZ中央處採取夏丕氏衝擊試驗片(2mmV缺口試驗片)，測定在-20℃夏丕氏衝擊試驗中的吸收能量。

再者，針對不等邊不等厚角鋼將從短邊，而針對T型鋼則從翼板採取組織觀察用試料，利用顯微鏡依倍率200倍觀察板厚1/4處的組織。所觀察到的組織中，將依二相域軋延所生成的扁平化加工肥粒鐵施行微量，且利用影像解析將在微觀組織中所佔的面積定量化，便求得加工肥粒鐵的分率。

接著，針對各個熱軋型鋼，就不等邊不等厚角鋼將從短邊，而就T型鋼則從翼板採取5mmt×100mmW×200mmL或5mmt×50mmW×150mmL的試驗片，對試驗片表面施行珠粒噴擊後，施行以下條件A~C的表面處理，便形成耐蝕性試驗片。

<表面處理條件>

．條件A：在試驗片表面上，形成鋅底漆(膜厚約15μm)與瀝青環氧樹脂塗料(膜厚約200μm)的雙層被膜

．條件B：在試驗片表面上，形成瀝青環氧樹脂塗料(膜厚約200μm)的單層被膜

．條件C：試驗片表面維持著珠粒噴擊狀態的裸露狀態(無防蝕被膜)

另外，對已形成塗膜的上述條件A與B之試驗片，從塗膜上方利用美工刀一字狀劃割出達原料生鐵表面之長80mm刮傷傷痕。

依如上述所製得試驗片，之後將安裝於實船的壓艙水櫃上甲板背側，並施行2年期間的曝曬試驗。該曝曬試驗的腐蝕環境係平均在壓艙水櫃內裝入海水的期間約20日、未裝入海水的期間約20日，依此為1循環，並重複施行該循環。

曝曬試驗的耐蝕性評估係依如下述實施。相關設有塗膜的條件A與B之試驗片，測定在刮傷傷痕周圍所發生的塗膜膨潤面積。此外，相關未設置塗膜的條件C之試驗片，經試驗後，施行除銹，從經除銹後的試驗片質量、與試驗前的試驗片質量差(減少量)，計算出平均板厚減少量。根據該等結果，以未特別含有耐蝕性提升元素的No.12鋼為基準(100)，計算出相對於該基準的各試驗片比，並施行耐蝕性評估。

表4所示係上述拉伸試驗、衝擊試驗、微觀組織調査及耐蝕性試驗的結果。由耐蝕性試驗的結果中得知，滿足本發明成分組成的發明例No.1~13鋼，不管條件A~C，相對底鋼板(No.14)的塗膜膨潤面積及板厚減少量均在50%以下，具有良好的耐蝕性。相對於此，未滿足本發明成分組成的No.14~17鋼，即使耐蝕性較底鋼板(No.14)提升，但相對底鋼板的比率有出現超過50%的實驗條件，且熔接部的韌性大幅降低。此外，微觀組織係就含有加工肥粒鐵的肥粒鐵+珠粒鐵組織(除軋延編號Q以外)，可獲得本發明所所期待的充分強度，且彎曲、翹曲等形狀變化亦較輕微，生產性亦極良好。

軋延編號a的型鋼(Ar₃ 溫度以下的熱軋中，型鋼截面內的溫度差超過50℃的情況)，雖特性值有達目標，但彎曲、翹曲卻較大。

(產業上之可利用性)

根據本發明，將可廉價提供高強度，且即使在因海水所造成嚴苛腐蝕環境下，仍具有優異耐蝕性的船舶用熱軋型鋼。此外，本發明的型鋼因為耐蝕性優異，因而對截至船舶修補塗裝為止的期間延長、及減輕修補塗裝的作業負荷有頗大貢獻。

另外，本發明的船舶用熱軋型鋼特別係在因海水所造成的腐蝕環境下將呈現優異耐蝕性，因而經由船舶修補期間的延長，亦有助於船舶本體的壽命延長。此外，亦屬於能使用於在類似腐蝕環境下的其他領域所用熱軋型鋼。

Claims

一種船舶用熱軋型鋼，係具有下述成分組分：含有C：0.03~0.25質量%、Si：0.05~0.50質量%、Mn：0.1~2.0質量%、P：0.025質量%以下、S：0.01質量%以下、Al：0.005~0.10質量%、W：0.01~1.0質量%、Cr：0.01質量%以上且未滿0.20質量%、N：0.001~0.008質量%，剩餘部分則為Fe與不可避免的不純物所構成，且具有由含加工肥粒鐵的肥粒鐵與珠粒鐵組織所構成之微觀組織。
如申請專利範圍第1項之船舶用熱軋型鋼，其中，除上述成分組成之外，尚含有從Sb：0.001~0.3質量%及Sn：0.001~0.3質量%中選擇之1種或2種。
如申請專利範圍第1項之船舶用熱軋型鋼，其中，除上述成分組成之外，尚含有從Cu：0.005~0.5質量%、Ni：0.005~0.25質量%、Mo：0.01~0.5質量%及Co：0.01~1.0質量%中選擇之1種或2種以上。
如申請專利範圍第2項之船舶用熱軋型鋼，其中，除上述成分組成之外，尚含有從Cu：0.005~0.5質量%、Ni：0.005~0.25質量%、Mo：0.01~0.5質量%及Co：0.01~1.0質量%中選擇之1種或2種以上。
如申請專利範圍第1項之船舶用熱軋型鋼，其中，除上述成分組成之外，尚含有從Nb：0.001~0.1質量%、Ti：0.001~0.1 質量%、Zr：0.001~0.1質量%及V：0.002~0.2質量%中選擇之1種或2種以上。
如申請專利範圍第2項之船舶用熱軋型鋼，其中，除上述成分組成之外，尚含有從Nb：0.001~0.1質量%、Ti：0.001~0.1質量%、Zr：0.001~0.1質量%及V：0.002~0.2質量%中選擇之1種或2種以上。
如申請專利範圍第3項之船舶用熱軋型鋼，其中，除上述成分組成之外，尚含有從Nb：0.001~0.1質量%、Ti：0.001~0.1質量%、Zr：0.001~0.1質量%及V：0.002~0.2質量%中選擇之1種或2種以上。
如申請專利範圍第4項之船舶用熱軋型鋼，其中，除上述成分組成之外，尚含有從Nb：0.001~0.1質量%、Ti：0.001~0.1質量%、Zr：0.001~0.1質量%及V：0.002~0.2質量%中選擇之1種或2種以上。
如申請專利範圍第1至8項中任一項之船舶用熱軋型鋼，其中，除上述成分組成之外，尚含有B：0.0002~0.003質量%。
如申請專利範圍第1至8項中任一項之船舶用熱軋型鋼，其中，除上述成分組成之外，尚含有從Ca：0.0002~0.01質量%、REM：0.0002~0.015質量%及Y：0.0001~0.1質量%中選擇之1種或2種以上。
如申請專利範圍第9項之船舶用熱軋型鋼，其中，除上述成分組成之外，尚含有從Ca：0.0002~0.01質量%、REM： 0.0002~0.015質量%及Y：0.0001~0.1質量%中選擇之1種或2種以上。
如申請專利範圍第1至8項中任一項之船舶用熱軋型鋼，其係於表面設有環氧樹脂塗膜。
如申請專利範圍第9項之熱軋型鋼，其係於表面設有環氧樹脂塗膜。
如申請專利範圍第10項之熱軋型鋼，其係於表面設有環氧樹脂塗膜。
如申請專利範圍第11項之熱軋型鋼，其係於表面設有環氧樹脂塗膜。
如申請專利範圍第1至8項中任一項之熱軋型鋼，其係於表面設有鋅底漆塗膜。
如申請專利範圍第9項之熱軋型鋼，其係於表面設有鋅底漆塗膜。
如申請專利範圍第10項之熱軋型鋼，其係於表面設有鋅底漆塗膜。
如申請專利範圍第11項之熱軋型鋼，其係於表面設有鋅底漆塗膜。
如申請專利範圍第1至8項中任一項之熱軋型鋼，其係於表面設有鋅底漆塗膜與環氧樹脂塗膜。
一種船舶用熱軋型鋼之製造方法，係製造申請專利範圍第1至11項中任一項之熱軋型鋼的方法，將鋼素材加熱至1000~1350℃，然後，施行將Ar₃ 溫度以下的累積軋縮率設為10~80%、並將精軋溫度設為(Ar₃ -30℃)~(Ar₃ -180℃)的熱軋，然後再放置冷卻。
如申請專利範圍第21項之船舶用熱軋型鋼之製造方法，其中，上述Ar₃ 溫度以下的熱軋，係在將型鋼截面內的溫度差設為50℃以內實施。